WO2009123181A1 - 停電検出回路および電気機器 - Google Patents

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WO2009123181A1
WO2009123181A1 PCT/JP2009/056629 JP2009056629W WO2009123181A1 WO 2009123181 A1 WO2009123181 A1 WO 2009123181A1 JP 2009056629 W JP2009056629 W JP 2009056629W WO 2009123181 A1 WO2009123181 A1 WO 2009123181A1
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failure detection
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power
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Inventor
和昭 中山
Original Assignee
パイオニア株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/145—Indicating the presence of current or voltage

Definitions

  • the present invention relates to a power failure detection circuit that detects a power failure of an AC power source using a photocoupler, and an electrical device.
  • the device described in Patent Document 1 has a configuration in which a photocoupler connected to a commercial AC power supply via a resistor is connected, and a pulse voltage synchronized with the commercial AC power supply voltage is output to a microcomputer.
  • a series circuit of a resistor, a first light emitting diode, a second light emitting diode, and a Zener diode is connected between terminals of a diode bridge connected to an AC power supply. While the current flows through the first light emitting diode, the capacitor connected to the output terminal is charged with the DC power supply connected to the input terminal of the first phototransistor.
  • the voltage comparator compares the charging voltage of the capacitor with a preset threshold voltage to detect a power failure of the AC power supply.
  • a series circuit of a resistor and a bidirectional photocoupler is connected between AC power supply terminals to detect the presence or absence of a power failure of the AC power supply.
  • a configuration is adopted in which the photocoupler changes the reference voltage input to the comparator for power failure detection signal generation upon detection of the power failure.
  • a commercial input voltage is full-wave rectified and applied to a photocoupler via a resistor. The photocoupler is turned on when the commercial AC voltage is normal, and discharges the capacitor connected to the photocoupler.
  • Patent Document 5 describes a power failure of an AC power supply that supplies power to the load through an input filter that includes at least an inductance connected in series with the load and a capacitor connected in parallel with the load. To detect.
  • a configuration includes a charging / discharging circuit that discharges through a resistor, and a detection unit that detects a power failure when the terminal voltage of the capacitor of the charging / discharging circuit rises above a reference voltage.
  • an object of the present invention is to provide a power failure detection circuit and an electric device that suppress power loss, and to further shorten the time required for power failure detection.
  • the power failure detection circuit is a power failure detection circuit for detecting a power failure of an AC power supply using a photocoupler, wherein a capacitor provided between input terminals to which the AC power supply is supplied and a light emitting diode of the photocoupler A series circuit connected in series, and a power failure determination means for determining that the supply of the AC power supply is cut off based on a pulse signal output from a phototransistor of the photocoupler and outputting a signal indicating that a power failure has occurred.
  • the pulse signal is synchronized with the peak of the voltage waveform of the AC power supply.
  • the electrical equipment described in the present invention includes a power failure detection circuit according to the present invention and a process for protecting electrical processing at the time when the power failure detection signal is input from the power failure detection circuit. And an electric processing unit for performing the above.
  • (A) is a voltage waveform of the AC power supply
  • (B) is a voltage waveform of the AC clock signal AC_CLK
  • (C) is a photo Current waveform of coupler diode PC1 LED
  • 4 is a waveform diagram at each part in the circuit configuration of Example 2 for explaining the present invention
  • (A) is a voltage waveform of an AC power supply
  • (B) is a voltage waveform of an AC clock signal AC_CLK
  • (C) is a photo. Current waveform of coupler diode PC1 LED .
  • (A) is a voltage waveform of AC power supply
  • (B) is an output pressure waveform of AC clock signal AC_CLK
  • (C) is Photocoupler diode PC1 LED current waveform.
  • (A) is a voltage waveform of AC power supply
  • (B) is a voltage waveform of AC clock signal AC_CLK
  • (C) is photo Current waveform of coupler diode PC1 LED .
  • FIG. 1 It is a wave form diagram in each part in the circuit composition of comparative example 3 for explaining the present invention
  • A is a voltage waveform of AC power supply
  • B is a voltage waveform of AC clock signal AC_CLK
  • C is photo Current waveform of coupler diode PC1 LED .
  • the graph which shows the relationship between the ratio of the capacitive reactance for demonstrating this invention, and the resistance seen from the input terminal side, and the phase difference (degree) of the zero cross of the voltage waveform of AC power supply, and a power failure detection timing.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a power failure detection circuit.
  • reference numeral 100 denotes a power failure detection circuit.
  • This power failure detection circuit 100 detects the presence or absence of supply of AC power using a photocoupler, and outputs it to the secondary side as a discrimination signal.
  • the power failure detection circuit 100 is used in an electrical device such as a television or a recording / reproducing apparatus that is equipped with a microcomputer that operates with a commercial AC power supply, and detects a power failure and outputs a determination signal. Execute the process to retain the setting contents and operation contents immediately before the power failure.
  • the power failure detection circuit 100 has a pair of input terminals A 1 and A 2 to which commercial AC power is supplied, and a line cross capacitor C x is connected between the input terminals A 1 and A 2 .
  • a main power switch SW 1 and a reactor L x are connected between one input terminal A 1 and the line cross capacitor C x, and between the other input terminal A 2 and the line cross capacitor C x.
  • Reactor L x is connected.
  • Four rectifier bridge diodes D 1 to D 4 are connected in parallel to the line cross capacitor C x, and the anodes of the rectifier bridge diodes D 3 and D 4 are each grounded (PG) on the primary side.
  • One input end 111 of the SW power supply circuit 110 is connected to a connection point between the rectifying bridge diode D 1 and the rectifying bridge diode D 2 .
  • a smoothing capacitor C p is connected between the input terminals 111 and 112 of the SW power supply circuit 110.
  • a connection point between the other input terminal 112 of the SW power supply circuit 110 and the smoothing capacitor C p is connected to the primary side ground PG.
  • one output end 113 of the SW power supply circuit 110 outputs a DC output V dc supplied to the electric processing unit 101, and the other output end 114 is grounded (SG) to the secondary side.
  • the capacitance C pq as a sum of stray capacitance and noise absorbing capacitor between the primary-side ground PG and the secondary side ground SG is present, for convenience of explanation, the capacitance C pq in Figure 1 Show.
  • the line cross capacitor C x is connected to two input terminals of a detection bridge diode circuit 120 constituted by four diodes D 5 , D 6 , D 7 and D 8 through capacitors C 1 and C 2.
  • the photocoupler diode PC1 LED constituting the photocoupler PC1 is connected between the two output terminals of the detection bridge diode circuit 120. That is, the capacitors C 1 and C 2 and the detection bridge diode circuit 120 constitute a series circuit 150.
  • the emitter of the photocoupler transistor PC1 TR is grounded on the secondary side, the collector is connected through a resistor R 1 to the one output end 113 of the SW power supply circuit 110.
  • connection point between the collector of the photocoupler transistor PC1 TR and the resistor R 1 and the connection point between the resistor R 1 and one output terminal 113 of the SW power supply circuit 110 serve as a power failure discrimination means grounded on the secondary side.
  • the timer circuit 130 is connected.
  • the timer circuit 130 outputs an inverted signal AC_DET based on a signal derived to the collector of the photocoupler transistor PC1 TR , that is, an AC clock signal AC_CLK.
  • the timer circuit 130 can use any circuit configuration that can output a signal indicating that a predetermined alternating current is cut off, in addition to various circuits that output the inverted signal AC_DET.
  • the capacitors C 1 and C 2 function as peak voltage detection of the AC power supply, that is, the capacitor C 1 satisfies the condition that the peak of the AC power supply voltage waveform corresponds to the voltage waveform of the AC clock signal AC_CLK in the photocoupler transistor PC1 TR .
  • C 2 capacity is set.
  • the capacitive reactance X C (imaginary part of impedance) of the capacitors C 1 and C 2 is relative to the resistance value including the operating resistance of the photocoupler diode PC 1 LED between the input terminals A and B of the series circuit 150. Set it very large.
  • the capacitance reactance X C of the capacitors C 1 and C 2 is not less than 3 times, more preferably not less than 6 times the entire resistance value R between the input terminals A and B of the series circuit 150, that is, the following relational expression (1): It is preferable to set to satisfying conditions.
  • X C 1 / (2 ⁇ fC) ⁇ (3R or 6R) (1)
  • f Frequency of AC power supply
  • C Total capacity between input terminals A and B of series circuit 150 (series combined capacity of capacitors C 1 and C 2 )
  • R resistance value between the input terminals A and B of the series circuit 150 (the operational resistance of the photocoupler diode PC1 LED and the operational resistances of the diodes D 5 and D 7 or the diodes D 6 and D 8 of the detection bridge diode circuit 120) Series in total)
  • the timer circuit 130 counts the output cycle of the AC clock signal AC_CLK, determines whether or not commercial AC power is supplied, and the output cycle of the AC clock signal AC_CLK is longer than a certain time. At this time, the inverted signal AC_DET is output. On the secondary side, processing associated with a power failure is performed by the inverted signal AC_DET, for example, the memory in the electric device enters the backup mode to protect the memory contents.
  • the pulse signal is output with the differential value of the voltage waveform of the AC power supply by the capacitors C 1 and C 2 connected in series to the photocoupler diode PC1 LED. Is the capacitor current, there is no power loss in the capacitors C 1 and C 2 . For this reason, power consumption for power failure detection can be suppressed, standby power can be reduced, and energy-saving electrical equipment can be provided. That is, the capacitors C 1 and C 2 output pulse signals with differential values, that is, the AC clock signal AC_CLK of the photocoupler diode PC1 LED is set to a relatively small capacity under the condition corresponding to the peak of the voltage waveform of the AC power supply. Yes.
  • the smoothing capacitor C p is filled and the rectification bridge diodes D 1 and D having a bridge structure are filled.
  • the common mode leakage current from the AC power supply line is the total capacitance C pq of the stray capacitance present between the primary side ground PG and the secondary side ground SG and the noise absorbing capacitor. Since a potential difference occurs between the primary side ground PG and the secondary side ground SG, the capacitors C 1 and C 2 are connected between the input terminals A 1 and A 2 , and the potential difference therebetween is zero. The malfunction of the photocoupler PC1 can be prevented without being affected by the leakage current.
  • the main power switch SW 1 when the main power switch SW 1 is opened at the timing when the line cross capacitor C x is charged, or when the commercial AC power outlet is disconnected, the discharge current of the line cross capacitor C x is caused by the capacitors C 1 and C 2 . Since it is blocked, it can be prevented that it flows into the photocoupler diode PC1 LED and malfunctions.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a power failure detection circuit.
  • reference numeral 200 denotes a power failure detection circuit.
  • the power failure detection circuit 200 has input terminals A 1 and A 2 to which commercial AC power is supplied, and a line crossing is provided between these input terminals A 1 and A 2.
  • a capacitor Cx is connected.
  • a main power switch SW 1 and a reactor L x are connected between one input terminal A 1 and the line cross capacitor C x, and between the other input terminal A 2 and the line cross capacitor C x.
  • Reactor L x is connected.
  • a relay power switch SW 2 such as a relay and four rectifier bridge diodes D 1 to D 4 are connected to the line cross capacitor C x , and the anodes of the rectifier bridge diodes D 3 and D 4 are grounded to the primary side ( PG).
  • One input end 111 of the SW power supply circuit 110 is connected to a connection point between the rectifying bridge diode D 1 and the rectifying bridge diode D 2 .
  • a smoothing capacitor C p is connected between the input terminals 111 and 112 of the SW power supply circuit 110.
  • a connection point between the other input terminal 112 of the SW power supply circuit 110 and the smoothing capacitor C p is connected to the primary side ground PG.
  • one output end 113 of the SW power supply circuit 110 outputs a DC output V dc supplied to the electric processing unit 101, and the other output end 114 is grounded (SG) to the secondary side.
  • the capacitance C pq as a sum of stray capacitance and noise absorbing capacitor between the primary-side ground PG and the secondary side ground SG is present, for convenience of explanation, the capacitance C pq in FIG Show.
  • a series circuit 250 in which a resistor R 2 , a capacitor C 1 , a detection bridge diode circuit 120, a capacitor C 2 and a resistor R 3 are connected in series is connected in parallel to the line cross capacitor C x .
  • parallel circuit capacitor C 3 and resistor R 4 is connected in parallel is connected.
  • the capacitances of the capacitors C 1 and C 2 are set to a condition in which the peak of the voltage waveform of the AC power supply corresponds to the AC clock signal AC_CLK in the photocoupler transistor PC1 TR . Has been.
  • a capacitor C 1, C 2 of the capacitive reactance X C is the input terminal A of the series circuit 250, the resistance value including the operation resistance of the photo-coupler PC1 LED between B It is preferably set to 3 times or more, more preferably 6 times or more with respect to R.
  • the resistance value R between the input terminals A and B of the series circuit 250 is the operating resistance of the photocoupler diode PC1 LED and the diodes D 5 and D 7 or the diode D of the detection bridge diode circuit 120.
  • 6 and D 8 are the total series resistance values of the operating resistance, the resistance R 2, and the resistance R 3 .
  • a diode D 9 the collector of the transistor Q 1, connecting a capacitor C 4 emitter of the transistor Q 1, and details of determining the pulse widths of the additional pulse to be described later in series Has been.
  • the base of the transistor Q 1 and the base of the transistor Q 2 are connected to form a bidirectional circuit of transistors Q 1 and Q 2 having different polarities.
  • the transistors Q 1 and Q 2 constitute a bidirectional ON / OFF circuit. Further, a noise absorbing capacitor C 5 and a resistor R 5 are connected between a connection point between the emitter of the transistor Q 1 and the emitter of the transistor Q 2 and a connection point between the base of the transistor Q 1 and the base of the transistor Q 2. Are connected in parallel.
  • a resistor R 6 a capacitor C 6 as a bridge capacitor, a capacitor C 7 as a bridge capacitor, and a resistor R 7 are connected in series to the series circuit of the rectifier bridge diode D 1 and the rectifier bridge diode D 2 having a bridge configuration. A series circuit is connected in parallel.
  • a pair of Zener diodes ZD 1 and ZD 2 are connected in series in the opposite direction between the connection point of the capacitors C 6 and C 7 and the connection point of the base of the transistor Q 1 and the base of the transistor Q 2.
  • a series circuit for ensuring on / off of the transistors Q 1 and Q 2 is connected.
  • the resistors R 2 , R 3 , R 6 , and R 7 are for circuit protection from lightning surges and noise absorption. If the resistance value is too large, the power loss increases, so a low setting, for example, a comparison of 10 k ⁇ or less. It is preferable to use one having a very small resistance value.
  • These resistors R 2 , R 3 , R 6 , and R 7 may not be provided as long as other configurations for circuit protection from lightning surge and noise absorption are provided.
  • the emitter of the photocoupler transistor PC1 TR is grounded on the secondary side, the collector is connected through a resistor R 1 to the one output end 113 of the SW power supply circuit 110. Further, the connection point between the collector of the photocoupler transistor PC1 TR and the resistor R 1 and the connection point between the resistor R 1 and one output terminal 113 of the SW power supply circuit 110 are connected to the timer circuit 130 grounded on the secondary side.
  • a parallel circuit is connected in which a frequency selection circuit 140 serving as an open / close detection means grounded on the secondary side is connected in parallel.
  • Frequency selection circuit 140 based on alternating clock signal AC_CLK a signal to derive the collector of the photocoupler transistor PC1 TR, and outputs a detection signal RELAY_Check with the opening and closing of the relay power switch SW 2. Note that various circuits can be used for the frequency selection circuit 140, and a microcomputer integrated with the timer circuit 130 may be used.
  • the timer circuit 130 counts the output cycle of the AC clock signal AC_CLK, determines whether or not commercial AC power is supplied, and the output cycle of the AC clock signal AC_CLK is longer than a certain time. At this time, the inverted signal AC_DET is output. On the secondary side, processing associated with a power failure is performed by the inverted signal AC_DET, for example, the memory in the electric device enters the backup mode to protect the memory contents.
  • the repetition frequency of the AC clock signal AC_CLK pulse is doubled. That is, the AC clock signal AC_CLK is output with four pulses that are doubled in one cycle of the commercial AC power supply with the addition of the cut pulse (FIG. 3C).
  • the relay power switch SW 2 is closed, as shown in FIG. 3 (B)
  • no cut pulse is applied to the current flowing through the photocoupler diode PC1 LED .
  • the photocoupler The AC clock signal AC_CLK derived to the collector of the transistor PC1 TR is output as two pulses in one cycle of the commercial AC power supply.
  • the frequency selection circuit 140 detects the change in the number of pulses of the AC clock signal AC_CLK derived to the collector of the photocoupler transistor PC1 TR , thereby detecting the open / closed state of the relay power switch SW 2.
  • the detection signal RELAY_Check is output to the side.
  • the capacitors C 6 and C 2 for detection that form a bridge with the capacitors C 1 and C 2 on the secondary side of the relay power switch SW 2 are provided.
  • C 7 is provided, and a bridge configuration of transistors Q 1 and Q 2 that are turned on and off by the detection current of the bridge is provided.
  • the open / closed state of the relay power switch SW 2 can be detected in real time. Therefore, a structure for detecting the open or closed state of the relay power supply switch SW 2 in conjunction with the power failure detection circuit configuration which includes a relay power switch SW 2, can be detected by a single photo coupler PC1, the configuration can be simplified. Further, since the detection signal RELAY_Check is output from the frequency selection circuit 140, welding of the relay can also be detected by comparing with the ON / OFF signal of the relay separately by this detection signal. Furthermore, regardless of the open or closed state of the relay power supply switch SW 2, it can be the power failure detection by the full-wave of the AC power waveform.
  • the configuration applied to an electrical device in which the commercial AC power is supplied and the electric processing unit 101 operates is illustrated.
  • the configuration is not limited to the commercial AC power and is not limited to a commercial AC power source.
  • the present invention can be applied not only to equipment but also to various electric equipment for home use and business use such as various manufacturing apparatuses and control apparatuses.
  • the power failure is detected by both waves of the AC power supply waveform using the detection bridge diode circuit 120.
  • the detection bridge diode circuit 120 is not used, for example, as shown in FIG.
  • a bidirectional photocoupler PC may be used.
  • a power failure can be detected by both waves without using the detection bridge diode circuit 120, and the circuit configuration can be simplified.
  • the configuration using the bidirectional photocoupler PC in the power failure detection circuit 300 shown in FIG. 4 can be applied in place of the detection bridge diode circuit 120 in the power failure detection circuit 200 of the second embodiment shown in FIG.
  • the power failure detection circuit 400 shown in FIG. 5 includes the capacitor C 1 , the input terminal of the detection bridge diode circuit 120, the output terminal of the detection bridge diode circuit 120, the photocoupler diode PC1 LED , and the detection bridge diode circuit 120 in the first embodiment. the output end, and, connected in place of the series circuit of the capacitor C 2, provided with a series circuit of a capacitor C 1 and the photo-coupler PC1 LED, the reverse direction of the diode D 11 in parallel with the photo-coupler PC1 LED is doing.
  • the circuit configuration can be further simplified. Then, further the simplification of the circuit configuration, to share the line cross capacitors C x and the capacitor C 1 in the power failure detecting circuit 400 in FIG. 5, it may be configured of a power failure detection circuit 500 shown in FIG.
  • only the frequency selection circuit 140 may be provided without providing the timer circuit 130.
  • the pulse signal is output with the differential value of the AC power supply waveform by the capacitors C 1 and C 2 connected in series to the photocoupler diode PC 1 LED , the current for power failure detection is the capacitor current. Therefore, there is no power loss in the capacitors C 1 and C 2 , and power consumption for power failure detection can be suppressed. Furthermore, by using the power failure detection circuit 100, standby power can be reduced and energy-saving electrical equipment can be provided.
  • a resistor R 2 is connected in series between the input terminal A of the series circuit 150 and the capacitor C 1
  • a resistor R 3 is connected in series between the input terminal A and the capacitor C 2.
  • a resistor R 104 to the coupler diode PC1 LED was used connected in series.
  • the resistors R 2 and R 3 are each 10 K ⁇ , the resistor R 104 is 0 ⁇ , the capacities of the capacitors C 1 and C 2 are 0.047 uF, and the diodes D 5 , D 6 , D 7 , D 8 and operating resistance of the photo-coupler PC1 LED was used as the 26 ⁇ at 1 mA.
  • the resistors R 2 and R 3 are measures against lightning surge.
  • FIG. 8A shows the voltage waveform of the AC power supply
  • FIG. 8B shows the voltage waveform of the AC clock signal AC_CLK
  • FIG. 8C shows the current waveform of the photocoupler diode PC1 LED .
  • the resistance R (the real part of the AC impedance) of the power failure detection circuit viewed from the input terminals A and B is obtained by the following equation (2).
  • the resistor R includes the operating resistances of the diodes D 5 , D 6 , D 7 , D 8 and the photocoupler diode PC 1 LED , but is ignored because it is sufficiently small with respect to the resistors R 2 , R 3 .
  • the capacitive reactance X C (imaginary part of AC impedance) of the power failure detection circuit viewed from the input terminals A and B is obtained by the following equation (3).
  • FIG. 8 is a waveform diagram obtained by circuit simulation, which almost coincides with the results in Table 1.
  • Example 1 is a desirable example of the power failure detection circuit of the present application.
  • Example 2 Comparative Examples 1 to 3
  • Example 2 was the same as Example 1 except that the capacitances of the capacitors C 1 and C 2 were each 0.47 uF. The result is shown in FIG.
  • each waveform in FIG. 9 is the same as FIG.
  • the ratio of the capacitive reactance X C and the resistance R in this case is determined by the following equation (5).
  • X C /R 0.68 (5)
  • the peak of the voltage of the AC power supply and the pulse timing of the voltage waveform of the AC clock signal AC_CLK for power failure detection are greatly shifted.
  • Comparative Example 1 was the same as Example 1 except that the capacitances of capacitors C 1 and C 2 were each 2 uF. The result is shown in FIG. In addition, each waveform in FIG. 10 is the same as FIG.
  • the ratio of the capacitive reactance X C and the resistance R in this case is determined by the following equation (6).
  • X C /R 0.16 (6)
  • the phase difference between the peak of the voltage of the AC power supply and the timing of the voltage waveform pulse of the AC clock signal AC_CLK for power failure detection is approximately 80 degrees. That is, the pulse timing of the voltage waveform of the AC clock signal AC_CLK is close to the zero cross of the AC power supply voltage.
  • Comparative Example 2 was the same as Example 1 except that the resistors R 2 and R 3 were 0 ⁇ , the resistor R 104 was 47 K ⁇ , and the capacities of the capacitors C 1 and C 2 were 2 uF, respectively.
  • the result is shown in FIG.
  • Each waveform in FIG. 11 is the same as FIG.
  • the resistance R of the power failure detection circuit viewed from the input terminals A and B is obtained by the following equation (7).
  • the resistor R includes the operating resistances of the diodes D 5 , D 6 , D 7 , D 8 and the photocoupler diode PC1 LED , but is ignored because it is small enough for R 2 and R 3 .
  • the capacitive reactance X C (imaginary part of the AC impedance) of the power failure detection circuit viewed from the input terminals A and B is obtained by the following equation (8).
  • the ratio of the capacitive reactance X C and the resistance R is determined by the following equation (9).
  • X C /R 0.068 (9)
  • the phase difference between the peak of the voltage of the AC power supply and the voltage waveform pulse of the AC clock signal AC_CLK for detecting a power failure is 86 degrees.
  • Comparative Example 3 was the same as Example 1 except that the resistors R 2 and R 3 were 0 ⁇ , the resistor R 104 was 47 K ⁇ , the capacitor C 2 was removed, and the capacitance of the capacitor C 1 was 0.015 uF.
  • the result is shown in FIG.
  • Each waveform in FIG. 12 is the same as FIG.
  • the ratio of the capacitive reactance X C and the resistance R is obtained by the following equation (10).
  • X C /R 4.5 (10) That is, the phase difference between the pulse timing of the voltage waveform of the AC clock signal AC_CLK for detecting a power failure and the peak timing of the voltage of the AC power supply is a little over 10 degrees.
  • the capacitances of the capacitors C 1 and C 2 are reduced in this way, the LED current becomes insufficient, causing a malfunction of the power failure detection, resulting in a decrease in power failure detection accuracy.
  • the peak of the current waveform of the photocoupler diode PC1 LED is 0.5 V or less, and the voltage waveform of the AC clock signal AC_CLK shown in FIG. Therefore, in the invention described in Comparative Example 2 and Patent Document 5, it is difficult to match the timing of the voltage waveform pulse of the AC clock signal AC_CLK for power failure detection to the timing of the peak of the AC power supply voltage.
  • Table 1 shows the ratio of the capacitive reactance (1 / 2 ⁇ fC) seen from the input terminal side to the resistance R seen from the input terminal side, and the phase difference (degree) between the zero crossing of the AC power supply voltage waveform and the power failure detection timing.
  • this phase difference is 90 degrees
  • the power failure detection timing coincides with the peak timing of the voltage waveform of the AC power supply. Since the power supply rectification timing is generally centered on this peak timing, the timing with a phase difference of 90 degrees is ideal. It is possible to promptly detect a power failure or return after an instantaneous interruption of the AC power supply.
  • the present invention can be used in a power failure detection circuit that is used in electrical equipment and detects a power failure of a supplied AC power source using a photocoupler.

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Abstract

　商用交流電源の供給により、商用交流電源波形の微分値がゼロとなる波形のピーク時で、コンデンサＣ1，Ｃ2に流れる電流はゼロとなり、フォトカプラトランジスタＰＣ1TRのコレクタにHighパルス信号の交流クロック信号ＡＣ_CLKを導出させる。タイマー回路１３０は、交流クロック信号ＡＣ_CLKの出力周期をカウントし、商用交流電源が供給されているか否かを判別し、交流クロック信号ＡＣ_CLKの出力周期が一定時間以上長くなった時、停電した旨の反転信号ＡＣ_DETを出力する。停電検出がコンデンサ電流のため、コンデンサＣ1，Ｃ2における電力損失はなく、待機電力を抑制できる。

Description

停電検出回路および電気機器
　本発明は、フォトカプラを用い交流電源の停電を検出する停電検出回路および電気機器に関する。
　従来、例えばテレビジョンや記録再生装置など、交流電源の供給により動作する各種電気機器において、１次側の交流電源の供給の有無を、フォトカプラを用いて検出し、判別信号として２次側へ出力する停電検出回路が知られている（例えば、特許文献１ないし特許文献４参照）。
　特許文献１に記載のものは、商用交流電源に抵抗を介して接続されたフォトカプラを接続し、商用交流電源電圧に同期したパルス電圧を、マイコンへ出力させる構成が採られている。
　特許文献２に記載のものは、交流電源に接続したダイオードブリッジの端子間に、抵抗、第１の発光ダイオード、第２の発光ダイオード、ツェナーダイオードの直列回路を接続している。第１の発光ダイオードに電流が流れている間、第１のフォトトランジスタの入力端に接続した直流電源で出力端に接続したコンデンサを充電する。そして、電圧比較器にて、コンデンサの充電電圧と、予め設定した閾値電圧とを比較し、交流電源の停電を検出する構成が採られている。
　特許文献３に記載のものは、交流電源端子間に抵抗および双方向フォトカプラの直列回路を接続し、交流電源の停電の有無を検出する。停電の検出により、フォトカプラが停電検出信号発生用のコンパレータに入力される基準電圧を変更させる構成が採られている。
　特許文献４に記載のものは、商用入力電圧を全波整流して抵抗を介してフォトカプラに印加する。フォトカプラは商用交流電圧が正常な場合にオンし、フォトカプラに接続するコンデンサの電荷を放電させる。商用交流電圧が低下しフォトカプラがオンしなくなると、コンデンサは放電せず、コンパレータの出力がＨレベルからＬレベルとなり、トランジスタから停電信号を出力する構成が採られている。
　特許文献５に記載のものは、負荷と直列に接続されるインダクタンスと、前記負荷と並列に接続されるコンデンサとを少なくとも含む入力フィルタを介して、前記負荷に電力を供給する交流電源の停電を検出する。この入力フィルタに直流遮断用のコンデンサを介して接続した全波整流回路と、該全波整流回路の脈流出力電圧を基準電圧と比較する比較回路と、該比較回路の出力信号に従ってコンデンサの充放電を抵抗を介して行なわせる充放電回路と、該充放電回路の前記コンデンサの端子電圧が基準電圧以上に上昇した時に停電を検出する検出部とを備えた構成が採られている。
特開平１０－１０１６４号公報 特開２０００－１７１４９７号公報 特開２００１－４５７５６号公報 特開２００１－１６５９６７号公報 特許公報第２５９２３４６号
　しかしながら、上記特許文献１ないし特許文献４に記載のような抵抗と直列に接続するフォトカプラを用いる従来の構成では、抵抗を介して交流電源の電圧検出をしているので、抵抗で電力損失を生じてしまう。
　上記特許文献５に記載の停電検出回路は、交流電源の電圧波形のゼロクロスタイミングに同期して停電検出を行う。整流は一般に交流電源の電圧波形のピーク電圧に同期して行なわれるため、ピーク電圧とは位相が９０度ずれたゼロクロスタイミングに同期して停電検出を行うと、その位置では電源装置の整流直流供給電圧は低下しており、その低下を抑え正常な電源装置動作を行なわせるために大きな容量の整流コンデンサが必要になる。すなわち上記特許文献５に記載の停電検出回路は停電検出に要する時間が長くなるため、大きな容量の整流コンデンサが必要になる。
　本発明は、上記問題点などに鑑みて、電力損失を抑えた停電検出回路および電気機器を、さらに停電検出に要する時間を短く提供することを１つの目的とする。
　本発明に記載の停電検出回路は、フォトカプラを用い交流電源の停電を検出する停電検出回路であって、前記交流電源が供給される入力端子間に設けられコンデンサおよび前記フォトカプラの発光ダイオードが直列に接続された直列回路と、前記フォトカプラのフォトトランジスタから出力されるパルス信号に基づいて前記交流電源の供給が遮断されたことを判別して停電した旨の信号を出力する停電判別手段と、を具備し、前記パルス信号は前記交流電源の電圧波形のピークに同期することを特徴とする。
　本発明に記載の電気機器は、本発明に記載の停電検出回路と、この停電検出回路からの前記停電した旨の信号が入力されるとこの信号が入力された時点の電気処理を保護する処理をする電気処理部と、を具備したことを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る停電検出回路を示す回路図である。 他の実施形態における停電検出回路を示す回路図である。 図２に示す実施形態の回路図における各部位での波形図であり、（Ａ）は交流電源波形、（Ｂ）はフォトカプラの電流波形、（Ｃ）は交流クロック波形。 さらに他の実施形態における停電検出回路の一部を示す回路図である。 さらに他の実施形態における停電検出回路の一部を示す回路図である。 さらに他の実施形態における停電検出回路の一部を示す回路図である。 さらに他の実施形態における停電検出回路を示す回路図である。 本発明を説明するための実施例１の回路構成における各部位での波形図であり、（Ａ）は交流電源の電圧波形、（Ｂ）は交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形、（Ｃ）はフォトカプラダイオードＰＣ1LEDの電流波形。 本発明を説明するための実施例２の回路構成における各部位での波形図であり、（Ａ）は交流電源の電圧波形、（Ｂ）は交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形、（Ｃ）はフォトカプラダイオードＰＣ1LEDの電流波形。 本発明を説明するための比較例１の回路構成における各部位での波形図であり、（Ａ）は交流電源の電圧波形、（Ｂ）は交流クロック信号ＡＣ_CLKの出圧波形、（Ｃ）はフォトカプラダイオードＰＣ1LEDの電流波形。 本発明を説明するための比較例２の回路構成における各部位での波形図であり、（Ａ）は交流電源の電圧波形、（Ｂ）は交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形、（Ｃ）はフォトカプラダイオードＰＣ1LEDの電流波形。 本発明を説明するための比較例３の回路構成における各部位での波形図であり、（Ａ）は交流電源の電圧波形、（Ｂ）は交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形、（Ｃ）はフォトカプラダイオードＰＣ1LEDの電流波形。 本発明を説明するための容量リアクタンスと入力端子側から見た抵抗との比と、交流電源の電圧波形のゼロクロスと停電検出タイミングとの位相差（度）の関係を示すグラフ。
符号の説明
　１００，２００，３００，４００，５００，６００…停電検出回路
　１０１…電気処理部
　１２０…検出ブリッジダイオード回路
　１３０…停電判別手段としてのタイマー回路
　１４０…開閉検出手段としての周波数選別回路
　１５０，２５０…直列回路
　Ａ1，Ａ2…入力端子
　Ｃ1，Ｃ2…直列回路を構成するコンデンサ
　Ｃ6，Ｃ7…ブリッジコンデンサとしてのコンデンサ
　ＰＣ1…フォトカプラ
　ＰＣ1LED…発光ダイオードとしてのフォトカプラダイオード
　ＰＣ1TR…フォトトランジスタとしてのフォトカプラトランジスタ
　Ｑ1，Ｑ2…双方向ON/OFF回路を構成するトランジスタ
　ＳＷ1…主電源スイッチ
　ＳＷ2…リレー電源スイッチ
　ＺＤ1，ＺＤ2…ツェナーダイオード
＜第一実施形態＞
　［停電検出回路の構成］
　以下に、本発明の停電検出回路の第一実施形態の構成を図１に基づいて説明する。
　図１は、停電検出回路を示す回路図である。
　図１において、１００は停電検出回路で、この停電検出回路１００は、交流電源の供給の有無を、フォトカプラを用いて検出し、判別信号として２次側へ出力する。
　例えば、停電検出回路１００は、テレビジョンや記録再生装置など、商用交流電源が供給されて動作するマイクロコンピュータを搭載した電気機器に用いられ、停電を検出して判別信号を出力して、電気機器における停電直前の設定内容や動作内容を保持させる処理などを実施させる。
　停電検出回路１００は、商用交流電源が供給される対をなす入力端子Ａ1，Ａ2を有し、これら入力端子Ａ1，Ａ2間には、ラインクロスコンデンサＣxが接続されている。
　そして、一方の入力端子Ａ1とラインクロスコンデンサＣxとの間には、主電源スイッチＳＷ1およびリアクトルＬxが接続され、他方の入力端子Ａ2とラインクロスコンデンサＣxとの間にはリアクトルＬxが接続されている。ラインクロスコンデンサＣxには、並列状に４つの整流ブリッジダイオードＤ1～Ｄ4が接続され、整流ブリッジダイオードＤ3，Ｄ4のアノードは、それぞれ一次側に接地（ＰＧ）されている。
　また、整流ブリッジダイオードＤ1および整流ブリッジダイオードＤ2の接続点には、ＳＷ電源回路１１０の一方の入力端１１１が接続されている。このＳＷ電源回路１１０の入力端１１１，１１２間には、平滑コンデンサＣpが接続されている。そして、ＳＷ電源回路１１０の他方の入力端１１２と平滑コンデンサＣpとの接続点は、１次側グラウンドＰＧに接続されている。
　さらに、ＳＷ電源回路１１０の一方の出力端１１３は電気処理部１０１へ供給する直流出力Ｖdcを出力し、他方の出力端１１４は２次側に接地（ＳＧ）されている。なお、１次側グラウンドＰＧと２次側グラウンドＳＧとの間には浮遊容量とノイズ吸収コンデンサとの総和となる容量Ｃpqが存在するので、説明の都合上、図１には容量Ｃpqを示す。
　そして、ラインクロスコンデンサＣxには、コンデンサＣ1，Ｃ2を通して、４つのダイオードＤ5，Ｄ6，Ｄ7，Ｄ8にて構成された検出ブリッジダイオード回路１２０の２つの入力端が接続され、検出ブリッジダイオード回路１２０の２つの出力端間にはフォトカプラＰＣ1を構成するフォトカプラダイオードＰＣ1LEDが接続されている。すなわち、コンデンサＣ1，Ｃ2および検出ブリッジダイオード回路１２０が直列回路１５０を構成する。
　また、フォトカプラトランジスタＰＣ1TRのエミッタは２次側に接地され、コレクタは抵抗Ｒ1を介してＳＷ電源回路１１０の一方の出力端１１３に接続されている。
　さらに、フォトカプラトランジスタＰＣ1TRのコレクタおよび抵抗Ｒ1の接続点と、抵抗Ｒ1およびＳＷ電源回路１１０の一方の出力端１１３の接続点とには、２次側に接地された停電判別手段としてのタイマー回路１３０が接続されている。このタイマー回路１３０は、フォトカプラトランジスタＰＣ1TRのコレクタに導出する信号、すなわち交流クロック信号ＡＣ_CLKに基づいて反転信号ＡＣ_DETを出力する。なお、タイマー回路１３０は、反転信号ＡＣ_DETを出力する各種回路の他、所定の交流が遮断した旨の信号を出力可能ないずれの回路構成が利用できる。
　ここで、コンデンサＣ1，Ｃ2が交流電源のピーク電圧検知として機能、すなわち交流電源の電圧波形のピークとフォトカプラトランジスタＰＣ1TRにおける交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形とが対応する条件にコンデンサＣ1，Ｃ2の容量が設定されている。
　具体的には、コンデンサＣ1，Ｃ2の容量リアクタンスＸＣ（インピーダンスの虚数部分）は、直列回路１５０の入力端Ａ，Ｂ間におけるフォトカプラダイオードＰＣ1LEDの動作抵抗を含む抵抗値に対して極めて大きく設定する。例えば、コンデンサＣ1，Ｃ2の容量リアクタンスＸＣが直列回路１５０の入力端Ａ，Ｂ間全体の抵抗値Ｒの３倍以上、より望ましくは６倍以上、すなわち以下の関係式（１）を満足する条件に設定することが好ましい。
　　ＸＣ＝１／（２πｆＣ）≧（３Ｒまたは６Ｒ）　　…（１）
　　　　ｆ：交流電源の周波数
　　　　Ｃ：直列回路１５０の入力端Ａ，Ｂ間全体の容量（コンデンサＣ1，Ｃ2の直列合成容量）
　　　　Ｒ：直列回路１５０の入力端Ａ，Ｂ間全体の抵抗値（フォトカプラダイオードＰＣ1LEDの動作抵抗と、検出ブリッジダイオード回路１２０のダイオードＤ5，Ｄ7またはダイオードＤ6，Ｄ8の動作抵抗との直列合計）
　［停電検出回路の動作］
　次に、上記停電検出回路の動作について、説明する。
　商用交流電源が入力端子Ａ1，Ａ2間に供給され主電源スイッチＳＷ1が閉成された状態では、供給される商用交流電源が検出ブリッジダイオード回路１２０を介してフォトカプラダイオードＰＣ1LEDに供給される。
　この状態では、商用交流電源の電圧波形の微分値がゼロとなる電圧波形のピーク時で、コンデンサＣ1，Ｃ2に流れる電流はゼロとなるので、フォトカプラトランジスタＰＣ1TRのコレクタには、Ｈ（Ｈｉｇｈ）パルス信号である交流クロック信号ＡＣ_CLKが供給される。この交流クロック信号ＡＣ_CLKにより、タイマー回路１３０は交流クロック信号ＡＣ_CLKの出力周期をカウントし、商用交流電源が供給されているか否かを判別し、交流クロック信号ＡＣ_CLKの出力周期が一定時間以上長くなった時、反転信号ＡＣ_DETを出力する。
　そして、二次側では、反転信号ＡＣ_DETにより、例えば電気機器内のメモリがバックアップモードに入ってメモリ内容を保護するなど、停電に伴う処理を実施する。
　［停電検出回路の作用効果］
　上記第一実施形態の回路構成によれば、フォトカプラダイオードＰＣ1LEDに直列状に接続するコンデンサＣ1，Ｃ2により交流電源の電圧波形の微分値でパルス信号を出力させるので、停電検出のための電流は、コンデンサ電流であることから、コンデンサＣ1，Ｃ2における電力損失はない。
　このため、停電検出のための消費電力を抑制でき、待機電力が削減されて省エネルギーの電気機器を提供できる。
　すなわち、コンデンサＣ1，Ｃ2は微分値でパルス信号を出力させる、つまりフォトカプラダイオードＰＣ1LEDの交流クロック信号ＡＣ_CLKが交流電源の電圧波形のピークに対応する条件に比較的小さい容量に設定されている。この比較的小さい容量にコンデンサＣ1，Ｃ2を設定するためには、直列回路１５０の入力端Ａ，Ｂ間での抵抗値を小さくする必要があるが、検出ブリッジダイオード回路１２０に直列状に回路などが接続しない簡単な構成に構築しており、比較的に大きな抵抗値の抵抗を設ける必要もないことから、コンデンサＣ1，Ｃ2の容量を小さくできる。したがって、構成が簡略化し消費電力を抑制できる。
　そして、主電源スイッチＳＷ1が開放され、他方の入力端子Ａ2から交流電源波形の片波が供給される状態においては、平滑コンデンサＣpが充填されてブリッジ構造の整流ブリッジダイオードＤ1，Ｄ2がOFFしている時、交流電源ラインからのコモンモードの漏れ電流が、１次側グラウンドＰＧと２次側グラウンドＳＧとの間に存在する浮遊容量とノイズ吸収コンデンサとの総和の容量Ｃpqに流れ、１次側グラウンドＰＧおよび２次側グラウンドＳＧ間に電位差が生ずるが、コンデンサＣ1，Ｃ2が入力端子Ａ1，Ａ2間に接続されており、この間の電位差がゼロであるので、前記漏れ電流の影響を受けず、これによるフォトカプラＰＣ1の誤動作を防止できる。
　さらに、ラインクロスコンデンサＣxに充電されるタイミングで主電源スイッチＳＷ1が開成された場合、あるいは商用交流電源コンセントが抜かれた場合、ラインクロスコンデンサＣxの放電電流がコンデンサＣ1，Ｃ2で阻止されるので、これがフォトカプラダイオードＰＣ1LEDに流れて誤作動することも防止できる。
　また、入力端子Ａ1，Ａ2間に、コンデンサＣ1、検出ブリッジダイオード回路１２０の入力端、検出ブリッジダイオード回路１２０の出力端、フォトカプラダイオードＰＣ1LED、検出ブリッジダイオード回路１２０の出力端、および、コンデンサＣ2を直列に接続したため、交流電源の電圧波形の両波のタイミングで停電を検出できる。
＜第二実施形態＞
　［停電検出回路の構成］
　以下に、本発明の停電検出回路の第二実施形態の構成を図２に基づいて説明する。
　なお、第二実施形態において、第一実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を簡略化あるいは省略する。
　図２は、停電検出回路を示す回路図である。
　図２において、２００は停電検出回路で、この停電検出回路２００は、商用交流電源が供給される入力端子Ａ1，Ａ2を有し、これら入力端子Ａ1，Ａ2間には、ラインクロスコンデンサＣxが接続されている。
　そして、一方の入力端子Ａ1とラインクロスコンデンサＣxとの間には、主電源スイッチＳＷ1およびリアクトルＬxが接続され、他方の入力端子Ａ2とラインクロスコンデンサＣxとの間にはリアクトルＬxが接続されている。ラインクロスコンデンサＣxには、リレーなどのリレー電源スイッチＳＷ2と、４つの整流ブリッジダイオードＤ1～Ｄ4が接続され、整流ブリッジダイオードＤ3，Ｄ4のアノードは、それぞれ一次側に接地（ＰＧ）されている。
　また、整流ブリッジダイオードＤ1および整流ブリッジダイオードＤ2の接続点には、ＳＷ電源回路１１０の一方の入力端１１１が接続されている。このＳＷ電源回路１１０の入力端１１１，１１２間には、平滑コンデンサＣpが接続されている。そして、ＳＷ電源回路１１０の他方の入力端１１２と平滑コンデンサＣpとの接続点は、１次側グラウンドＰＧに接続されている。
　さらに、ＳＷ電源回路１１０の一方の出力端１１３は電気処理部１０１へ供給する直流出力Ｖdcを出力し、他方の出力端１１４は２次側に接地（ＳＧ）されている。なお、１次側グラウンドＰＧと２次側グラウンドＳＧとの間には浮遊容量とノイズ吸収コンデンサとの総和となる容量Ｃpqが存在するので、説明の都合上、図２には容量Ｃpqを示す。
　また、ラインクロスコンデンサＣxには、抵抗Ｒ2、コンデンサＣ1、検出ブリッジダイオード回路１２０、コンデンサＣ2および抵抗Ｒ3が直列に接続する直列回路２５０が、並列に接続されている。そして、検出ブリッジダイオード回路１２０の出力端間には、フォトカプラＰＣ1を構成するフォトカプラダイオードＰＣ1LEDと、コンデンサＣ3および抵抗Ｒ4が並列に接続する並列回路が接続されている。
　この直列回路２５０についても、第一実施形態と同様に、コンデンサＣ1，Ｃ2の容量が、交流電源の電圧波形のピークとフォトカプラトランジスタＰＣ1TRにおける交流クロック信号ＡＣ_CLKとが対応する条件に設定されている。すなわち、上述した関係式（１）に示すように、コンデンサＣ1，Ｃ2の容量リアクタンスＸＣが、直列回路２５０の入力端Ａ，Ｂ間におけるフォトカプラダイオードＰＣ1LEDの動作抵抗を含む抵抗値Ｒに対して３倍以上、より望ましくは６倍以上に設定されていることが好ましい。
　なお、関係式（１）における直列回路２５０の入力端Ａ，Ｂ間全体の抵抗値Ｒは、フォトカプラダイオードＰＣ1LEDの動作抵抗と、検出ブリッジダイオード回路１２０のダイオードＤ5，Ｄ7またはダイオードＤ6，Ｄ8の動作抵抗と、抵抗Ｒ2と、抵抗Ｒ3と、の合計の直列抵抗値である。
　さらに、検出ブリッジダイオード回路１２０の入力端間には、ダイオードＤ9、トランジスタＱ1のコレクタ、トランジスタＱ1のエミッタ、および詳細は後述する付加パルスのパルス幅を決定するコンデンサＣ4が直列に接続されている。さらに、検出ブリッジダイオード回路１２０の入力端およびダイオードＤ9の接続点と、トランジスタＱ1のエミッタおよびコンデンサＣ4の接続点との間には、トランジスタＱ2のエミッタ、トランジスタＱ2のコレクタおよびダイオードＤ10が直列に接続されている。
　そして、トランジスタＱ1のベースとトランジスタＱ2のベースとが接続されて、極性の異なるトランジスタＱ1，Ｑ2の双方向回路が構成されている。すなわち、トランジスタＱ1，Ｑ2は、双方向ON/OFF回路を構成する。
　さらに、トランジスタＱ1のエミッタとトランジスタＱ2のエミッタとの接続点と、トランジスタＱ1のベースとトランジスタＱ2のベースとの接続点との間には、ノイズ吸収コンデンサＣ5と抵抗Ｒ5とが並列に接続された並列回路が接続されている。
　また、ブリッジ構成の整流ブリッジダイオードＤ1および整流ブリッジダイオードＤ2の直列回路には、抵抗Ｒ6、ブリッジコンデンサとしてのコンデンサＣ6、ブリッジコンデンサとしてのコンデンサＣ7および抵抗Ｒ7が直列に接続する直列回路が、並列に接続されている。これらコンデンサＣ6およびコンデンサＣ7は、リレー電源スイッチＳＷ2が閉成している状態で、Ｃ1：Ｃ2＝Ｃ6：Ｃ7としてブリッジバランスして、トランジスタＱ1，Ｑ2のベースおよびエミッタ間に電流が流れないように設定されている。
　そして、コンデンサＣ6およびコンデンサＣ7の接続点と、トランジスタＱ1のベースおよびトランジスタＱ2のベースの接続点との間には、一対のツェナーダイオードＺＤ1，ＺＤ2が逆方向で直列に接続しトランジスタＱ1，Ｑ2のオンオフを確実にするための直列回路が接続されている。
　なお、抵抗Ｒ2，Ｒ3，Ｒ6，Ｒ7は、雷サージからの回路保護およびノイズ吸収用であり、抵抗値が大きすぎると電力損失が増大するので、低く設定、例えば１０ｋΩ以下の比較的に小さい抵抗値のものを用いることが好ましい。なお、これら抵抗Ｒ2，Ｒ3，Ｒ6，Ｒ7は、雷サージからの回路保護およびノイズ吸収用のための他の構成が設けられていれば設けなくてもよい。
　また、フォトカプラトランジスタＰＣ1TRのエミッタは２次側に接地され、コレクタは抵抗Ｒ1を介してＳＷ電源回路１１０の一方の出力端１１３に接続されている。
　さらに、フォトカプラトランジスタＰＣ1TRのコレクタおよび抵抗Ｒ1の接続点と、抵抗Ｒ1およびＳＷ電源回路１１０の一方の出力端１１３の接続点とには、２次側に接地されたタイマー回路１３０と、２次側に接地された開閉検出手段としての周波数選別回路１４０とが並列に接続された並列回路が接続されている。周波数選別回路１４０は、フォトカプラトランジスタＰＣ1TRのコレクタに導出する信号である交流クロック信号ＡＣ_CLKに基づいて、リレー電源スイッチＳＷ2の開閉に伴う検出信号RELAY_Checkを出力する。なお、周波数選別回路１４０は、各種回路を用いることができ、タイマー回路１３０との一体構成のマイコンを用いてもよい。
　［停電検出回路の動作］
　次に、上記停電検出回路の動作について、説明する。
　商用交流電源が入力端子Ａ1，Ａ2間に供給され主電源スイッチＳＷ1が閉成された状態では、供給される商用交流電源が検出ブリッジダイオード回路１２０を介してフォトカプラダイオードＰＣ1LEDに供給される。
　この状態では、商用交流電源の電圧波形の微分値がゼロとなる電圧波形のピーク時で、コンデンサＣ1，Ｃ2に流れる電流はゼロとなるので、フォトカプラトランジスタＰＣ1TRのコレクタには、Ｈ（High）パルス信号である交流クロック信号ＡＣ_CLKが供給される。この交流クロック信号ＡＣ_CLKにより、タイマー回路１３０は交流クロック信号ＡＣ_CLKの出力周期をカウントし、商用交流電源が供給されているか否かを判別し、交流クロック信号ＡＣ_CLKの出力周期が一定時間以上長くなった時、反転信号ＡＣ_DETを出力する。
　そして、二次側では、反転信号ＡＣ_DETにより、例えば電気機器内のメモリがバックアップモードに入ってメモリ内容を保護するなど、停電に伴う処理を実施する。
　一方、主電源スイッチＳＷ1が閉成されている状態でリレー電源スイッチＳＷ2が開成している場合、コンデンサＣ1，Ｃ2，Ｃ6，Ｃ7のブリッジバランスが崩れ、商用交流電源電圧のゼロクロス付近で、トランジスタＱ1，Ｑ2が一瞬オンとなる。これらトランジスタＱ1，Ｑ2の一瞬のオンにより、フォトカプラダイオードＰＣ1LEDに流れる電流もゼロとなる。このことにより、フォトカプラトランジスタＰＣ1TRのコレクタ側（エミッタ出力の場合はＬｏｗレベル）がＨｉｇｈレベルになり、交流クロック信号ＡＣ_CLKパルス間に、全体的に切り込みパルスのような新たなパルスが付加される（図３（Ｂ）参照）。
　この新たに付加される付加パルスにより、交流クロック信号ＡＣ_CLKパルスの繰り返し周波数は、倍となる。すなわち、交流クロック信号ＡＣ_CLKは、切り込みパルスが加わって商用交流電源１周期で倍の４パルス出力されることとなる（図３（Ｃ））。
　そして、リレー電源スイッチＳＷ2が閉成すると、図３（Ｂ）に示すように、フォトカプラダイオードＰＣ1LEDに流れる電流には切り込みパルスが入らなくなり、図３（Ｃ）に示すように、フォトカプラトランジスタＰＣ1TRのコレクタに導出される交流クロック信号ＡＣ_CLKが商用交流電源１周期で２パルス出力されることとなる。
　このように、周波数選別回路１４０は、フォトカプラトランジスタＰＣ1TRのコレクタに導出される交流クロック信号ＡＣ_CLKのパルス数の変化を検出することで、リレー電源スイッチＳＷ2の開閉状態が検出され、二次側へ検出信号RELAY_Checkを出力する。
　［停電検出回路の作用効果］
　上記第二実施形態の回路構成によれば、上記第一実施形態の構成に加え、リレー電源スイッチＳＷ2の２次側にコンデンサＣ1，Ｃ2とブリッジを構成する検出用のコンデンサＣ6，Ｃ7を設け、このブリッジの検出電流によりオンオフするトランジスタＱ1，Ｑ2のブリッジ構成を設けている。
　このことにより、リレー電源スイッチＳＷ2が開成している時、フォトカプラダイオードＰＣ1LEDに流れる電流流通角の一部をカットオフし、フォトカプラトランジスタＰＣ1TRの出力である交流クロック信号ＡＣ_CLKに切り込みパルスを加え、交流クロック信号ＡＣ_CLKがリレー電源スイッチＳＷ2が閉成している時の周波数に対して倍の繰り返し周波数となる。このため、この周波数の変化を検出（選別）することで、リレー電源スイッチＳＷ2の開閉状態をリアルタイムで検出できる。したがって、リレー電源スイッチＳＷ2を備えた回路構成で停電検出と併せてリレー電源スイッチＳＷ2の開閉状態を検出する構成として、１つのフォトカプラＰＣ1で検出でき、構成を簡略化できる。
　また、周波数選別回路１４０から検出信号RELAY_Checkを出力させているので、この検出信号により、別途リレーのオンオフ信号と比較することで、リレーの溶着も検出できる。
　さらに、リレー電源スイッチＳＷ2の開閉状態に拘わらず、交流電源波形の両波で停電検出できる。
　〔実施形態の変形〕
　なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲で以下に示される変形をも含むものである。
　すなわち、上記各実施形態では、商用交流電源が供給されて電気処理部１０１が動作する電気機器に適用する構成を例示したが、商用交流電源に限らず、またテレビジョンや記録再生装置などの電気機器に限らず、各種の製造装置や制御装置など、家庭用、業務用などの各種電気機器に適用できる。
　そして、上記第一実施形態では、検出ブリッジダイオード回路１２０を用いて交流電源波形の両波で停電を検出する構成を例示したが、検出ブリッジダイオード回路１２０を用いず、例えば図４に示すように、双方向のフォトカプラＰＣを用いてもよい。
　この図４に示す停電検出回路３００の構成によれば、検出ブリッジダイオード回路１２０を用いなくても両波で停電を検出でき、回路構成を簡略化できる。
　また、図４に示す停電検出回路３００における双方向のフォトカプラＰＣを用いる構成は、上記図２に示す第二実施形態の停電検出回路２００における検出ブリッジダイオード回路１２０に代えて適用できる。
　さらには、上記第一実施形態において、検出ブリッジダイオード回路１２０を用いて交流電源波形の両波で停電を検出する構成を例示したが、例えば図５に示すように、片波で停電検出する構成としてもよい。
　すなわち、図５に示す停電検出回路４００は、第一実施形態におけるコンデンサＣ1、検出ブリッジダイオード回路１２０の入力端、検出ブリッジダイオード回路１２０の出力端、フォトカプラダイオードＰＣ1LED、検出ブリッジダイオード回路１２０の出力端、および、コンデンサＣ2の直列回路に代えて、コンデンサＣ1およびフォトカプラダイオードＰＣ1LEDの直列回路を設けるとともに、フォトカプラダイオードＰＣ1LEDに対して並列に逆方向のダイオードＤ11を接続している。
　この図５の停電検出回路４００では、さらに回路構成を簡略化できる。
　そして、さらに回路構成の簡略化として、図５の停電検出回路４００におけるラインクロスコンデンサＣxおよびコンデンサＣ1を共有化させ、図６に示す停電検出回路５００の構成としてもよい。
　また、上記第二実施形態において、例えば図７に示すように、タイマー回路１３０を設けずに周波数選別回路１４０のみとしてもよい。
　その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。
　〔実施形態の効果〕
　上記一実施形態によれば、フォトカプラダイオードＰＣ1LEDに直列状に接続するコンデンサＣ1，Ｃ2により交流電源波形の微分値でパルス信号を出力させるので、停電検出のための電流は、コンデンサ電流であることから、コンデンサＣ1，Ｃ2における電力損失はなく、停電検出のための消費電力を抑制できる。
　さらに、停電検出回路１００を用いることで待機電力が削減されて省エネルギーの電気機器を提供できる。
　〔容量リアクタンスＸＣと抵抗Ｒの関係〕
　以下、本発明の停電検出回路における容量リアクタンスＸＣと抵抗Ｒの関係について具体的に説明する。なお、本発明は、以下の例に限定されるものではない。
　（例１）
　第一実施形態における直列回路１５０の入力端ＡとコンデンサＣ1との間に抵抗Ｒ2を直列に接続し、入力端ＡとコンデンサＣ2との間に抵抗Ｒ3を直列に接続し、フォトカプラダイオードＰＣ1LEDに抵抗Ｒ104を直列に接続したものを用いた。
　そして、抵抗Ｒ2，Ｒ3はそれぞれ１０ＫΩ、抵抗Ｒ104は０Ω、コンデンサＣ1，Ｃ2の容量はそれぞれで０．０４７ｕＦ、検出ブリッジダイオード回路１２０の各ダイオードＤ5，Ｄ6，Ｄ7，Ｄ8およびフォトカプラダイオードＰＣ1LEDの動作抵抗は１ｍＡで２６Ωのものを用いた。この抵抗Ｒ2、抵抗Ｒ3は雷サージ対策である。
　この直列回路１５０の入力端Ａ，Ｂ間に１００Ｖで５０Ｈｚの交流電流を流し、フォトカプラトランジスタＰＣ1TRのコレクタに生じる交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形を検出した。そして、交流電源の電圧波形と交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形との関係を比較検討した。その結果を図８に示す。図８中、（Ａ）は交流電源の電圧波形、（Ｂ）は交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形、（Ｃ）はフォトカプラダイオードＰＣ1LEDの電流波形を示す。
　このとき、入力端Ａ，Ｂから見た停電検出回路の抵抗Ｒ（交流のインピーダンスの実数部分）は、以下の式（２）で求められる。
　　Ｒ＝Ｒ2＋Ｒ３＝２００００（Ω）　　…（２）
　抵抗Ｒには各ダイオードＤ5，Ｄ6，Ｄ7，Ｄ8およびフォトカプラダイオードＰＣ1LEDの動作抵抗も含まれるが、抵抗Ｒ2，Ｒ３に対して充分小さいため無視した。
　一方、入力端Ａ，Ｂから見た停電検出回路の容量リアクタンスＸＣ（交流のインピーダンスの虚数部分）は、以下の式（３）で求められる。
　　ＸＣ＝１／（２πｆＣ）
        ＝１／（２×３．１４×５０×（０．０４７／２）×１０―６）
　      ＝１３６０００　　　…（３）
　従って、容量リアクタンスＸＣと抵抗Ｒの比は、以下の式（４）で求められる。
　　ＸＣ／Ｒ＝６．８　　…（４）
　後述する表１から、容量リアクタンス１／ＣとインピーダンスＲの比が６．８のとき、交流電源の電圧のピークと停電検出のための交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形のパルスのタイミングの位相差は約１０度。図８は回路シミュレーションによって求めた波形図だが、表１の結果とほぼ一致する。
　例１は本願の停電検出回路の望ましい例である。
　（例２，比較例１～３）
　例２は、コンデンサＣ1，Ｃ2の容量をそれぞれ０．４７ｕＦとした以外は、例１と同様とした。その結果を図９に示す。なお、図９中の各波形は、図８と同じである。
　このときの容量リアクタンスＸＣと抵抗Ｒの比は、以下の式（５）で求められる。
　　ＸＣ／Ｒ＝０．６８　　…（５）
　図９に示すように交流電源の電圧のピークと停電検出のための交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形のパルスのタイミングは大きくずれる。
　比較例１は、コンデンサＣ1，Ｃ2の容量をそれぞれ２ｕＦとした以外は、例１と同様とした。その結果を図１０に示す。なお、図１０中の各波形は、図８と同じである。
　このときの容量リアクタンスＸＣと抵抗Ｒの比は、以下の式（６）で求められる。
　　ＸＣ／Ｒ＝０．１６　　…（６）
　図１０に示すように交流電源の電圧のピークと停電検出のための交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形のパルスのタイミングの位相差はほぼ８０度。すなわち交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形のパルスのタイミングは交流電源の電圧のゼロクロスに近い。
　比較例２は、抵抗Ｒ2，Ｒ3はそれぞれ０Ω、抵抗Ｒ104は４７ＫΩ、コンデンサＣ1，Ｃ2の容量をそれぞれ２ｕＦとした以外は、実施例１と同様とした。その結果を図１１に示す。なお、図１１中の各波形は、図８と同じである。
　このとき入力端Ａ，Ｂから見た停電検出回路の抵抗Ｒは、以下の式（７）で求められる。
　　Ｒ＝Ｒ104＝４７０００（Ω）　　…（７）
　抵抗Ｒには各ダイオードＤ5，Ｄ6，Ｄ7，Ｄ8およびフォトカプラダイオードＰＣ1LEDの動作抵抗も含まれるが、Ｒ2、Ｒ３に対して充分ちいさいため無視した。
　一方、入力端Ａ，Ｂから見た停電検出回路の容量リアクタンスＸＣ（交流のインピーダンスの虚数部分）は、以下の式（８）で求められる。
　　ＸＣ＝１／（２πｆＣ）
        ＝１／（２×３．１４×５０×（２／２）×１０―６）
　      ＝３１８０　　…（８）
　したがって、容量性リアクタンスＸＣと抵抗Ｒの比は、以下の式（９）で求められる。
　　ＸＣ／Ｒ＝０．０６８　　…（９）
　図１１に示すように交流電源の電圧のピークと停電検出のための交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形のパルスのタイミングの位相差は８６度。すなわち交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形のパルスのタイミングはほぼ交流電源の電圧のゼロクロスと一致する。これは特許文献５に記載の発明と同様のタイミングである。特許文献５では比較電圧を得るために、カプラＬＥＤ回路にある程度大きな電圧が必要であり、ＬＥＤに大電流が流れないように抵抗Ｒ104に相当するＬＥＤ保護の電流制限抵抗が必要になる。この電流制限抵抗で電力損失が発生する。
　比較例２の状態において、停電検出のための交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形のパルスのタイミングを交流電源の電圧のピークのタイミングに合せようとして、コンデンサＣ1，Ｃ2の容量を小さくした例が比較例３である。
　比較例３は、抵抗Ｒ2，Ｒ3はそれぞれ０Ω、抵抗Ｒ104は４７ＫΩ、コンデンサＣ2は外してコンデンサＣ1の容量を０．０１５ｕＦとした以外は、実施例１と同様とした。その結果を図１２に示す。なお、図１２中の各波形は、図８と同じである。
　容量リアクタンスＸＣと抵抗Ｒの比は、以下の式（１０）で求められる。
　　ＸＣ／Ｒ＝４．５　　…（１０）
　すなわち、停電検出のための交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形のパルスのタイミングと交流電源の電圧のピークのタイミングの位相差は１０度強となる。しかし、このようにコンデンサＣ1，Ｃ2の容量を小さくするとＬＥＤ電流が不足し、停電検出の誤動作を生じ、停電検出精度の低下を招く。図１２の（Ｃ）に示すように、フォトカプラダイオードＰＣ1LEDの電流波形のピークは０．５Ｖ以下となり、（Ｂ）に示す交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形もパルス状ではなくなる。
　従って、比較例２、および特許文献５に記載の発明において、停電検出のための交流クロック信号ＡＣ_CLKの電圧波形のパルスのタイミングを交流電源の電圧のピークのタイミングに合せることは困難である。
　入力端子側から見た容量性リアクタンス（１／２πｆC）と入力端子側から見た抵抗Ｒの比と、交流電源の電圧波形のゼロクロスと停電検出タイミングの位相差（度）を表１に示す。この位相差が９０度のとき、停電検出タイミングは交流電源の電圧波形のピークタイミングと一致する。電源の整流タイミングは一般にこのピークタイミングが中心のため、位相差９０度のタミングが理想である。停電検出、あるいは交流電源の瞬断後の復帰の検出を速やかに行うことができる。このような停電検出を速やかに行うことができるということは、電源装置の整流直流供給電圧の低下を抑え、正常な電源装置動作を行なわせるために必要な整流コンデンサの容量も小さくて済むことになる。
　また、表１から分るように、容量リアクタンスと抵抗の比、すなわち電源装置の入力端子側から見たインピーダンスの虚数部分と実数部分の比が３以上になると位相差の変化は緩やかになる。さらに容量性リアクタンスと抵抗の比が６以上になると位相差の変化はきわめて緩やかになる。すなわち電源の電圧波形のピークタイミングからの位相ずれが２０度以内、望ましくは１０度以内の範囲で停電検出を行うことにより、停電検出を速やかに行うことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　本発明は、電気機器に用いられ、供給される交流電源の停電をフォトカプラを用いて検出する停電検出回路に利用できる。

Claims (9)

  1. 　フォトカプラを用い交流電源の停電を検出する停電検出回路であって、
    　前記交流電源が供給される入力端子間に設けられコンデンサおよび前記フォトカプラの発光ダイオードが直列に接続された直列回路と、
    　前記フォトカプラのフォトトランジスタから出力されるパルス信号に基づいて前記交流電源の供給が遮断されたことを判別して停電した旨の信号を出力する停電判別手段と、を具備し、
    　前記パルス信号は前記交流電源の電圧波形のピークに同期する
    　ことを特徴とした停電検出回路。
  2. 　請求項１に記載の停電検出回路であって、
    　前記入力端子側から見た容量リアクタンスは前記入力端子側から見た抵抗の３倍以上となる条件に設定された
    　ことを特徴とした停電検出回路。
  3. 　請求項２に記載の停電検出回路であって、
    　前記入力端子側から見た容量リアクタンスは前記入力端子側から見た抵抗の６倍以上となる条件に設定された
    　ことを特徴とした停電検出回路。
  4. 　請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の停電検出回路であって、
    　前記コンデンサおよび前記フォトカプラの発光ダイオード間には、ブリッジダイオードが設けられた
    　ことを特徴とした停電検出回路。
  5. 　請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の停電検出回路であって、
    　前記フォトカプラは、前記発光ダイオードが双方向の並列回路である
    　ことを特徴とした停電検出回路。
  6. 　請求項４または請求項５に記載の停電検出回路であって、
    　前記発光ダイオードは、前記コンデンサを介して前記入力端子に接続された
    　ことを特徴とした停電検出回路。
  7. 　請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の停電検出回路であって、
    　前記入力端子に接続されたリレー電源スイッチと、
    　前記入力側に前記リレー電源スイッチが位置する状態に前記発光ダイオードに直列に接続するコンデンサとブリッジバランスに設定されたブリッジコンデンサと、
    　前記ブリッジコンデンサを介して交流電源の電圧がベースに供給される対をなすトランジスタの双方向ON/OFF回路と、
    　前記フォトカプラのフォトトランジスタから出力されるパルス信号に基づいて前記リレー電源スイッチの開閉状態を判別して開閉状態に関する信号を出力する開閉検出手段と、を備えた
    　ことを特徴とした停電検出回路。
  8. 　請求項７に記載の停電検出回路であって、
    　前記ブリッジコンデンサと前記双方向ON/OFF回路との間には、逆方向のツェナーダイオードの直列回路が接続された
    　ことを特徴とした停電検出回路。
  9. 　請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の停電検出回路と、
    　この停電検出回路からの前記停電した旨の信号が入力されるとこの信号が入力された時点の電気処理を保護する処理をする電気処理部と、
    　を具備したことを特徴とした電気機器。
     
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