極性検出回路
【課題】交流電圧の極性に応じた信号を誤出力しないようにする。
【解決手段】交流電源から出力される交流電圧の極性を示す信号を出力する極性検出回路であって、前記交流電源から出力される第１相の交流電圧がアノードに印加される第１ダイオードと、前記交流電源から出力される前記第１相とは位相が逆の第２相の交流電圧がアノードに印加される第２ダイオードと、正の定電圧を出力する定電圧電源と、前記第１相の交流電圧が正極である場合は前記定電圧に応じた電圧を出力し、前記第１相の交流電圧が負極である場合は前記第２ダイオードのカソードの電圧に応じた電圧を出力する第１基準電圧出力回路と、前記第１ダイオードのカソードの電圧に応じた第１電圧と、前記第１基準電圧出力回路から出力される電圧と、を比較し、比較の結果に応じて、前記第１相の交流電圧の極性を示す信号を出力する第１信号出力回路と、を備える。
【解決手段】交流電源から出力される交流電圧の極性を示す信号を出力する極性検出回路であって、前記交流電源から出力される第１相の交流電圧がアノードに印加される第１ダイオードと、前記交流電源から出力される前記第１相とは位相が逆の第２相の交流電圧がアノードに印加される第２ダイオードと、正の定電圧を出力する定電圧電源と、前記第１相の交流電圧が正極である場合は前記定電圧に応じた電圧を出力し、前記第１相の交流電圧が負極である場合は前記第２ダイオードのカソードの電圧に応じた電圧を出力する第１基準電圧出力回路と、前記第１ダイオードのカソードの電圧に応じた第１電圧と、前記第１基準電圧出力回路から出力される電圧と、を比較し、比較の結果に応じて、前記第１相の交流電圧の極性を示す信号を出力する第１信号出力回路と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極性検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、交流電圧を直流電圧に変換する電源装置として、小型化や軽量化、効率化の面で優れた特性を持つスイッチング方式の電源装置が広く用いられている。スイッチング方式の電源装置では、まず交流電圧を直流電圧に変換し、その後、負荷を駆動するのに必要な電圧になるように昇圧や降圧を行う。
【０００３】
このようなスイッチング方式の電源装置に関して、出力電圧の安定化や効率の向上、小型化などを推進すべく様々な技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−６４４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなスイッチング方式の電源装置（以下スイッチング電源回路とも記す）には、交流電圧の極性に応じた制御を行うために、交流電圧の極性を検出し、検出した極性を示す信号を出力する極性検出回路が広く用いられている。
【０００６】
このようなスイッチング電源回路の一例を図８に示す。図８に示すスイッチング電源回路３００は、整流回路４００と、電圧変換回路５００と、極性検出回路６００とを備えている。
【０００７】
整流回路４００は、交流電源１００のＬ端子及びＮ端子間の交流電圧を直流電圧に変換する回路である。電圧変換回路５００は、整流回路４００から出力された直流電圧を、負荷２００に応じて定められる所定電圧に昇圧あるいは降圧する回路である。極性検出回路６００は、スイッチング電源回路３００に印加される交流電源１００からの交流電圧の極性を検出し、極性に応じて整流回路４００を制御するための各種制御信号を出力する回路である。
【０００８】
まず整流回路４００の構成例を図９に示す。図９に示す整流回路４００は、４つのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４（４０１〜４０４）と、コンデンサＣ１（４０５）と、を含んで構成される同期整流回路である。
【０００９】
整流回路４００は、交流電源１００のＬ端子側の電圧がＮ端子側の電圧よりも高い場合に、トランジスタＴｒ１（４０１）とＴｒ４（４０４）とをオンにし、トランジスタＴｒ２（４０２）とＴｒ３（４０３）とをオフにする。これにより、整流回路４００は、交流電源１００のＬ端子から整流回路４００に流れ込む電流によりコンデンサＣ１（４０５）をチャージする。
【００１０】
反対に、交流電源１００のＮ端子側の電圧がＬ端子側の電圧よりも高い場合には、整流回路４００は、トランジスタＴｒ１（４０１）とＴｒ４（４０４）とをオフにし、トランジスタＴｒ２（４０２）とＴｒ３（４０３）とをオンにする。これにより、整流回路４００は、交流電源１００のＮ端子から整流回路４００に流れ込む電流によりコンデンサＣ１（４０５）をチャージする。
このようにコンデンサＣ１（４０５）をチャージするようにして、整流回路４００は直流電圧を出力する。
【００１１】
次に電圧変換回路５００の構成例を図１０に示す。図１０に示す電圧変換回路５００は、コイルＬ（５０３）と、トランジスタＴｒ５（５０１）と、ダイオードＤ３（５０２）と、コンデンサＣ２（５０４）と、を備えて構成されるチョッパ式ブーストコンバータである。
【００１２】
電圧変換回路５００は、トランジスタＴｒ５（５０１）を所定周波数及び所定デューティ比の制御信号でスイッチングすることにより、電圧変換回路５００に印加される電圧を所定の電圧に昇圧して出力する。
【００１３】
次に極性検出回路６００の構成例を図１１に示す。図１１に示す極性検出回路６００は、ダイオードＤ１１、Ｄ１２（６０２、６０６）と、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４（６０３、６０４、６０７、６０８）と、定電圧電源ＤＣ（６０９）と、２つのコンパレータ６０１、６０２と、を備えて構成される。
【００１４】
コンパレータ６０１の非反転入力端子には、交流電源１００のＬ端子から出力される電圧をダイオードＤ１１（６０２）により半波整流した上で、抵抗Ｒ１１（６０３）とＲ１４（６０４）とで分圧した電圧が印加される。またコンパレータ６０１の反転入力端子には、定電圧電源ＤＣ（６０９）からの電圧が印加される。
【００１５】
その場合、交流電源１００のＬ端子側の電圧が上昇してきた際に、コンパレータ６０１の非反転入力端子の電圧が定電圧電源ＤＣ（６０９）の電圧を超えると、コンパレータ６０１は、Ａ端子から、一方の論理レベル（例えばＨｉ）の制御信号（制御信号Ａ）を出力する（以下、制御信号Ａを出力する、とも記す）。
【００１６】
反対に、交流電源１００のＬ端子側の電圧が降下してきた際に、コンパレータ６０１の非反転入力端子の電圧が定電圧電源ＤＣ（６０９）の電圧を下回ると、コンパレータ６０１は、制御信号Ａの論理レベルを他方の論理レベル（例えばＬｏ）に切り替えて出力する（以下、制御信号Ａの出力を停止する、とも記す）。
【００１７】
コンパレータ６０５は、コンパレータ６０１と同様に、交流電源１００のＮ端子側の電圧に応じてＢ端子から制御信号（以下、制御信号Ｂとも記す）を出力、あるいは出力を停止する。
【００１８】
図１１に示す極性検出回路６００では、いずれのコンパレータ６０１、６０５も、反転入力端子には定電圧電源ＤＣ（６０９）が接続されており、非反転入力端子の電圧が定電圧電源ＤＣ（６０９）からの電圧値を超えない限り、制御信号Ａ、Ｂが出力されないようになっている。これにより、交流電源１００のＬ端子側の電圧とＮ端子側の電圧の高低が入れ替わる際などに、２つのコンパレータ６０１、６０５から制御信号Ａと制御信号Ｂが同時に出力されるのを防止している。
【００１９】
以上のようにして、極性検出回路６００は、交流電源１００から出力される交流電圧の極性に応じて、制御信号Ａまたは制御信号Ｂのいずれか一方のみを交互に出力する。そして制御信号Ａを整流回路４００のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ４（４０１、４０４）のゲート端子に印加し、制御信号ＢをトランジスタＴｒ２、Ｔｒ３（４０２、４０３）のゲート端子に印加することにより、整流回路４００は、上述した交流電圧から直流電圧への整流を行う。
【００２０】
しかしながら、例えば落雷や、外部の電力供給設備の故障などが発生すると、交流電源１００のＬ端子側とＮ端子側の両方の電圧が大きく上昇する場合がある。その場合には、２つのコンパレータ６０１、６０５のうち、本来交流電源１００から負の電圧が出力されている方のコンパレータ６０１又はコンパレータ６０５の非反転入力端子に印加される電圧が、定電圧電源ＤＣ（６０９）からの電圧を超えてしまい、本来出力されるはずのない制御信号Ａ又は制御信号Ｂが出力される可能性がある。
【００２１】
あるいは、図１１に示すように、交流電源１００に設けられるＸ−ｃａｐと呼ばれるノイズ防止用のコンデンサ１０１に電荷が蓄積されていた場合には、スイッチング電源回路３００を交流電源１００に接続した際に、このコンデンサ１０１から放出される電荷に起因して、本来交流電源１００から負の電圧が出力されている方のコンパレータ６０１又はコンパレータ６０５の非反転入力端子に印加される電圧が、定電圧電源ＤＣ（６０９）からの電圧を超えてしまい、本来出力されるはずのない制御信号Ａ又は制御信号Ｂが出力される可能性がある。
【００２２】
これらの場合、２つのコンパレータ６０１、６０５から制御信号Ａと制御信号Ｂとが同時に出力されてしまうことになる。そうすると、整流回路４００の内部回路がショートし、整流回路４００、あるいはスイッチング電源回路３００を破壊してしまう可能性もある。
【００２３】
そのため、交流電源から出力される交流電圧の極性に応じた信号を出力する極性検出回路において、極性を示す信号を誤出力しないようにする技術が求められている。
【００２４】
本発明はこのような課題を鑑みてなされたもので、交流電圧の極性を検出し、極性に応じた信号を出力する極性検出回路において、極性を示す信号を誤出力しない極性検出回路を提供することを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するための一つの手段である極性検出回路は、交流電源から出力される交流電圧の極性を示す信号を出力する極性検出回路であって、前記交流電源から出力される第１相の交流電圧がアノードに印加される第１ダイオードと、前記交流電源から出力される前記第１相とは位相が逆の第２相の交流電圧がアノードに印加される第２ダイオードと、正の定電圧を出力する定電圧電源と、前記第１相の交流電圧が正極である場合は前記定電圧に応じた電圧を出力し、前記第１相の交流電圧が負極である場合は前記第２ダイオードのカソードの電圧に応じた電圧を出力する第１基準電圧出力回路と、前記第１ダイオードのカソードの電圧に応じた第１電圧と、前記第１基準電圧出力回路から出力される電圧と、を比較し、比較の結果に応じて、前記第１相の交流電圧の極性を示す信号を出力する第１信号出力回路と、を備える。
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄の記載、及び図面の記載等により明らかにされる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、交流電圧の極性を検出し、極性に応じた信号を出力する極性検出回路において、極性を示す信号を誤出力しないようにすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係るスイッチング電源回路の構成例を示す図である。
【図２】本実施形態に係る極性検出回路の構成例を示す図である。
【図３】本実施形態に係る極性検出回路の動作を説明するための図である。
【図４】本実施形態に係る極性検出回路の動作を説明するための図である。
【図５】本実施形態に係るスイッチング電源回路の構成例を示す図である。
【図６】本実施形態に係る同期整流回路の構成例を示す図である。
【図７】本実施形態に係るブリッジレスブースト回路の構成例を示す図である。
【図８】本実施形態に係るスイッチング電源回路の構成例を示す図である。
【図９】本実施形態に係る整流回路の構成例を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る電圧変換回路の構成例を示す図である。
【図１１】本実施形態を説明するための極性検出回路の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本実施形態に係る極性検出回路７００を構成要素とするスイッチング電源回路１２００の構成図を図１に示す。
【００２９】
スイッチング電源回路１２００は、交流電源１００から出力される交流電圧を、負荷２００に応じた所定の直流電圧に変換して、負荷２００に出力する回路である。
【００３０】
交流電源１００は、例えば商用の３線式単相交流電源１００とすることができる。図１に示す交流電源１００は、例えばＬ（ライブ）端子からは第１相の交流電圧が出力され、Ｎ（ニュートラル）端子からは、第１相とは位相が逆の第２相の交流電圧が出力される。第１相及び第２相の各交流電圧は互いに位相が逆なので、交流電源１００の中性相の電圧に対して、一方が正極にあるときは他方は負極にあり、他方が正極にあるときは一方は負極にある。
【００３１】
もちろん交流電源１００は、多相（例えば３相）の交流電源１００から出力される各相の交流電圧を組み合わせて生成される単相の交流電圧を出力するものであっても良い。
【００３２】
負荷２００は、直流電圧により動作する電子機器である。負荷２００は、例えば、コンピュータや、デジタルカメラ、携帯電話機、音楽再生機、ゲーム機など、様々な電子機器とすることができる。
スイッチング電源回路１２００は、整流回路４００と、電圧変換回路５００と、極性検出回路７００とを備えている。
【００３３】
整流回路４００は、交流電源１００のＬ端子及びＮ端子間の交流電圧を直流電圧に変換する。整流回路４００は、例えばダイオードを用いたブリッジ整流回路であってもよいし、トランジスタ等のスイッチング素子を用いた同期整流回路であってもよい。
【００３４】
本実施形態に係る整流回路４００の構成例を図９に示す。図９に示す整流回路４００は、４つのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４（４０１〜４０４）と、コンデンサＣ１（４０５）と、を含んで構成される同期整流回路である。
【００３５】
整流回路４００は、交流電源１００のＬ端子側の電圧がＮ端子側の電圧よりも高い場合に、トランジスタＴｒ１（４０１）とＴｒ４（４０４）とをオンにし、トランジスタＴｒ２（４０２）とＴｒ３（４０３）とをオフにする。これにより、整流回路４００は、交流電源１００のＬ端子から整流回路４００に流れ込む電流によりコンデンサＣ１（４０５）をチャージする。
【００３６】
反対に、交流電源１００のＮ端子側の電圧がＬ端子側の電圧よりも高い場合には、整流回路４００は、トランジスタＴｒ１（４０１）とＴｒ４（４０４）とをオフにし、トランジスタＴｒ２（４０２）とＴｒ３（４０３）とをオンにする。これにより、整流回路４００は、交流電源１００のＮ端子から整流回路４００に流れ込む電流によりコンデンサＣ１（４０５）をチャージする。
このようにしてコンデンサＣ１（４０５）がチャージされることにより、整流回路４００からは、直流電圧が出力される。
【００３７】
この整流回路４００による交流電圧から直流電圧への変換機能を有効に機能させるためには、交流電源１００から出力される交流電圧の極性を正しく検知し、その極性に応じてトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４（４０１〜４０４）を正しくスイッチングすることが必要である。
【００３８】
詳しくは後述するが、本実施形態に係る極性検出回路７００は、交流電源１００から出力される交流電圧の極性に応じて、Ｌ端子側の電圧がＮ端子側の電圧よりも高い場合には制御信号Ａを出力し、Ｎ端子側の電圧がＬ端子側の電圧よりも高い場合には制御信号Ｂを出力する。そして制御信号ＡをトランジスタＴｒ１（４０１）とＴｒ４（４０４）とに入力し、制御信号ＢをトランジスタＴｒ２（４０２）とＴｒ３（４０３）とに入力するようにしている。
【００３９】
このようにして、交流電圧の極性に応じて、整流回路４００内の各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４（４０１〜４０４）を正しくスイッチングすることにより、整流回路４００において交流電圧から直流電圧への変換が行われる。
【００４０】
電圧変換回路５００は、整流回路４００から出力された直流電圧を、負荷２００に応じて定められる所定電圧に昇圧あるいは降圧する。
電圧変換回路５００の構成例を図１０に示す。図１０に示す電圧変換回路５００は、コイルＬ（５０３）と、トランジスタＴｒ５（５０１）と、ダイオードＤ３（５０２）と、コンデンサＣ２（５０４）と、を備えて構成されるチョッパ式ブーストコンバータである。
【００４１】
電圧変換回路５００は、トランジスタＴｒ５（５０１）を所定周波数及び所定デューティ比の制御信号でスイッチングすることにより、電圧変換回路５００に印加される電圧を所定の電圧に昇圧して出力する。
【００４２】
極性検出回路７００は、スイッチング電源回路１２００に印加される交流電源１００からの交流電圧の極性を検知し、極性を示す信号を出力する。
本実施形態に係る極性検出回路７００の構成例を図２に示す。図２に示す極性検出回路７００は、ダイオードＤ１（第１ダイオード）７０３、ダイオードＤ２（第２ダイオード）７０９と、抵抗Ｒ１〜Ｒ１０（７０３〜７０７、７１０〜７１４）と、定電圧電源ＤＣ（７１５）と、２つのコンパレータ（第１信号出力回路、第２信号出力回路）７０１、７０８と、を備えて構成される。
【００４３】
極性検出回路７００は、交流電源１００のＬ端子側の電圧がＮ端子側の電圧よりも高い場合にはコンパレータ７０１から制御信号Ａを出力し、Ｎ端子側の電圧がＬ端子側の電圧よりも高い場合にはコンパレータ７０８から制御信号Ｂを出力する。
【００４４】
次に、図３及び図４を参照しながら本実施形態に係る極性検出回路７００の動作を説明する。図３は、交流電源１００から出力される交流電圧の極性に応じてコンパレータ７０１から制御信号Ａが出力される場合の動作を説明するものである。コンパレータ７０８から制御信号Ｂが出力される場合の動作についても同様である。
【００４５】
また図４は、極性検出回路７００内各部の電圧波形を示す図である。なお図４において、ＡＣＩＮは、交流電源１００の中性相の電位に対するＬ端子側の電位を示す。またａ＋はコンパレータ７０１の非反転入力端子、ａ−はコンパレータ７０１の反転入力端子、Ａはコンパレータ７０１の出力端子を示す。またｂ＋はコンパレータ７０８の非反転入力端子、ｂ−はコンパレータ７０８の反転入力端子、Ｂはコンパレータ７０８の出力端子を示す。
【００４６】
図３に示すように、本実施形態に係る極性検出回路７００のＬ端子は交流電源１００のＬ端子に接続され、極性検出回路７００のＮ端子は交流電源１００のＮ端子に接続されている。
【００４７】
まず、極性検出回路７００のＬ端子に印加される電圧が正の場合は、ダイオードＤ１（７０２）のアノードには正の電圧が印加されるので、ダイオードＤ１（７０２）のカソードには交流電源１００のＬ端子から出力されている電圧にほぼ等しい電圧が出力される。そのためコンパレータ７０１の非反転入力端子（ａ＋）には、上記ダイオードＤ１（７０２）のカソードの電圧に応じた電圧（第１電圧）が印加される。
【００４８】
具体的には、ダイオードＤ１（７０２）のカソードの電圧が、抵抗Ｒ１（７０３）、抵抗Ｒ３（７０４）、抵抗Ｒ５（７０５）、抵抗Ｒ８（７１３）、抵抗Ｒ１０（７１４）、定電圧電源ＤＣ（７１５）により構成される回路により分圧されることにより、上記第１電圧が出力され、コンパレータ７０１の非反転入力端子（ａ＋）に印加される。
【００４９】
このとき、極性検出回路７００のＮ端子に印加される電圧は負であるので、ダイオードＤ２（７０９）のアノードには負の電圧が印加されている。そのため、コンパレータ７０１の反転入力端子（ａ−）には、定電圧電源ＤＣ（７１５）から出力される定電圧に応じた電圧（第１基準電圧）が印加されることになる。具体的には、コンパレータ７０１の反転入力端子（ａ−）には、定電圧電源ＤＣ（７１５）から出力される定電圧を、抵抗Ｒ９（７０７）と、抵抗Ｒ７（７０６）及び抵抗Ｒ６（７１２）とで分圧した電圧（第１基準電圧）が印加されることになる。
【００５０】
そして、コンパレータ７０１の非反転入力端子に印加される電圧（第１電圧）が、反転入力端子に印加される電圧（第１基準電圧）よりも高い場合には、コンパレータ７０１は、交流電源１００のＬ端子から出力される交流電圧が正極である旨を示す信号を出力する。具体的にはコンパレータ７０１は、Ａ端子から出力する信号のレベルを一方の論理レベル（例えばＨｉ）にして出力する。その様子が図４のフェーズI、IIIのＡで示す波形に示されている。
【００５１】
一方、極性検出回路７００のＬ端子に印加される電圧が負の場合は、ダイオードＤ１（７０２）のアノードには負の電圧が印加されるので、コンパレータ７０１の非反転入力端子（ａ＋）の電圧は、ほぼゼロボルトになる。
【００５２】
このとき、極性検出回路７００のＮ端子に印加される電圧は正であるので、ダイオードＤ２（７０９）のアノードには正の電圧が印加される。そのためダイオードＤ２（７０９）のカソードには交流電源１００のＮ端子から出力されている電圧にほぼ等しい電圧が出力される。
【００５３】
そのため、コンパレータ７０１の反転入力端子（ａ−）には、ダイオードＤ２（７０９）のカソードの電圧に応じた電圧（第１基準電圧）が印加される。具体的には、ダイオードＤ２（７０９）のカソードの電圧が、抵抗Ｒ２（７１０）、抵抗Ｒ４（７１１）、抵抗Ｒ６（７１２）、抵抗Ｒ７（７０６）、抵抗Ｒ９（７０７）、定電圧電源ＤＣ（７１５）により構成される回路により分圧されることにより、上記第１基準電圧が出力され、コンパレータ７０１の反転入力端子（ａ−）に印加される。
【００５４】
そして、コンパレータ７０１の非反転入力端子に印加される電圧（第１電圧）よりも、反転入力端子に印加される電圧（第１基準電圧）の方が高い場合には、コンパレータ７０１は、交流電源１００のＬ端子から出力される交流電圧が負極である旨を示す信号を出力する。具体的にはコンパレータ７０１は、Ａ端子から出力する信号のレベルを他方の論理レベル（例えばＬｏ）にして出力する。その様子が図４のフェーズII、IVのＡで示す波形に示されている。
【００５５】
以上、コンパレータ７０１から制御信号Ａが出力される場合の動作を説明したが、コンパレータ７０８から制御信号Ｂが出力される場合の動作についても同様である。
以上のように本実施形態に係る極性検出回路１２００を構成することにより、極性を示す信号を誤出力しないようにすることが可能になる。
【００５６】
例えば、交流電源１００のＬ端子から出力される交流電圧が負極にあるときに、落雷や外部の電力供給設備の故障などが発生した場合や、Ｘ−ｃａｐ（１０１）に電荷が残った状態で電源の投入が行われ、交流電源１００のＬ端子側とＮ端子側の両方の電圧が大きく上昇した場合について説明する。
【００５７】
この場合、極性検出回路７００のＬ端子に印加される電圧が正となるので、コンパレータ７０１の非反転入力端子には、ダイオードＤ１（７０２）のカソードの電圧に応じた電圧が印加されることになる。
【００５８】
しかしながらこのとき、極性検出回路７００のＮ端子に印加される電圧も正となっているので、コンパレータ７０１の反転入力端子には、ダイオードＤ２（７０９）のカソードの電圧に応じた電圧が印加されている。
【００５９】
つまり、交流電源１００のＬ端子から出力される交流電圧が本来負極にある場合に、コンパレータ７０１の非反転入力端子に印加される第１電圧が上昇したとしても、コンパレータ７０１の反転入力端子に印加される第１基準電圧も上昇するので、コンパレータ７０１は、交流電源１００のＬ端子から出力される交流電圧が負極であることを正しく検知し、交流電圧の極性を示す信号を誤出力しない。
【００６０】
本実施形態に係る極性検出回路７００は、入力をＡＣ電圧とし、ライブ（Ｌ）側とニュートラル（Ｎ）側にそれぞれ接続したダイオードＤ１（７０２）とＤ２（７０９）とによって、入力電圧を半波整流した後に比較器（コンパレータ）の＋端子と−端子に入力される回路である。コンパレータはＡ（７０１）およびＢ（７０８）の２つを有し、コンパレータＡ（７０１）の＋端子はＬ側に接続されたＲ１（７０３）に、−端子は抵抗Ｒ７（７０６）、Ｒ４（７１１）を介してＮ側に接続されたＲ２（７１０）に接続され、もう一方のコンパレータＢ（７０８）の＋端子はＮ側に接続されたＲ２（７１０）に、−端子は抵抗Ｒ８（７１３）、Ｒ３（７０４）を介してＬ側に接続されたＲ１（７０３）に接続されている。また２つのコンパレータの−端子はＤＣバイアスにより電圧を持ち上げられている回路構成となる。
【００６１】
これにより、極性検出回路７００は、ＡＣ入力電圧が正極にあるのか負極にあるのかを、入力の極性に応じた信号をコンパレータより出力することで、ＡＣの極性を検出する。そして極性検出回路７００は、コンパレータの−端子に入力される基準電圧に＋端子と逆位相となる電圧を、抵抗により電圧レベルを下げて入力している。
【００６２】
例えば、正弦波である入力電圧をダイオードＤ１（７０２）、Ｄ２（７０９）にて整流した電圧が、コンパレータの＋端子の入力となる。またその逆位相の電圧が抵抗を介した後、ＤＣのバイアスによって電圧が持ち上げられ、コンパレータの−端子の入力とされている。＋端子と−端子の２つの信号により、コンパレータは出力のタイミングを決定している。
【００６３】
このとき、実際の電気回路では入力部にＸ−ｃａｐ（１０１）と呼ばれるコンデンサ（Ｃ）などを組み合わせたノイズ防止用回路が存在するため、入力電圧の切断のタイミングによってはこのＣに電荷が残った状態で投入が行われる場合がある。
【００６４】
極性の振り分けが正しく行われていない場合には、Ｃに電荷が残った状態で投入した際、入力電圧の位相のタイミングによってはＤ１（７０２）とＤ２（７０９）のカソードの電圧が同時に発生し、２つのコンパレータが同時に信号を出力することがある。
【００６５】
しかしながら、本実施形態に係る極性検出回路７００では、コンパレータの検出端子には逆相の（相手方の）電圧が入力されているため、たとえばＬ側に正の電荷が残った状態でＮ側を正極で投入したとしても、Ｄ１（７０２）とＤ２（７０９）の電圧の差で位相を検出し出力するため、コンパレータ（７０１、７０８）の同時出力を避けることが出来る。
【００６６】
なおかつ、コンパレータＡ（７０１）とＢ（７０９）から同時に信号が出力されないようにするために、コンパレータＡ（７０１）とＢ（７０９）の出力が切り替わる瞬間にはデッドタイムと呼ばれる無反応時間を設ける必要があるが、極性検出回路７００では、ＤＣバイアスを掛け、ＡＣを整流した脈流の電圧変化を緩やかにし、−端子に注入することでデッドタイムの調整範囲を広げることが出来る。
【００６７】
このように、交流電圧を入力として持つ電気回路において、交流電圧の極性を検出し、それぞれの極性に応じた動作を回路にさせることは、効率の改善や機能価値の追加において有効である。例えば整流を行う場合も、交流電圧の極性に応じた相のスイッチング素子を制御することで、損失を抑えることが可能であり、また停電などの理由で交流の相が抜け落ちた場合も、交流の電圧極性を検出することで対応可能である。
【００６８】
そのような様々な回路に本実施形態に係る極性検出回路７００を用いた例を、図５〜図７に示す。
図５に示す回路は、交流電源１００から出力される交流電圧をＡＣ／ＤＣコンバータ８００が直流に変換して負荷２００に供給する回路において、極性検出回路７００が交流電圧の極性を検出し、交流電圧の極性を示す信号Ａ、Ｂを制御回路９００に入力することにより、制御回路９００が、交流電圧の極性に応じてＡＣ／ＤＣコンバータ８００に対する制御を行う例である。
【００６９】
図６に示す回路は、交流電源１００から出力される交流電圧を同期整流回路４００により直流に整流して負荷２００に供給する回路において、極性検出回路７００が交流電圧の極性を検出し、交流電圧の極性を示す信号Ａ、Ｂを同期整流回路４００内のスイッチング素子に入力する例である。
【００７０】
図７に示す回路は、交流電源１００から出力される交流電圧を、ブリッジ回路を用いずに直流電圧に変換すると共に、負荷２００に応じた所定電圧に昇圧するブリッジレスブースト回路１０００に、極性検出回路７００を適用した例である。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態に係る極性検出回路７００によれば、交流電圧の極性を検出し、極性に応じた信号を出力する極性検出回路において、極性を示す信号を誤出力しないようにすることが可能になる
【００７２】
また本実施形態に係る極性検出回路７００によれば、低損失な整流回路を利用でき、回路の消費電力を抑えることが可能となる。また入力だけでなく交流の出力も検出可能であるため、モータドライブ等のインバータ出力も検出可能である。
【００７３】
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲を本実施の形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１００ 交流電源
７００ 極性検出回路
７０１ コンパレータ
７０２ ダイオード
７０８ コンパレータ
７０９ ダイオード
７１５ 定電圧電源
１２００ スイッチング電源回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極性検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、交流電圧を直流電圧に変換する電源装置として、小型化や軽量化、効率化の面で優れた特性を持つスイッチング方式の電源装置が広く用いられている。スイッチング方式の電源装置では、まず交流電圧を直流電圧に変換し、その後、負荷を駆動するのに必要な電圧になるように昇圧や降圧を行う。
【０００３】
このようなスイッチング方式の電源装置に関して、出力電圧の安定化や効率の向上、小型化などを推進すべく様々な技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−６４４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなスイッチング方式の電源装置（以下スイッチング電源回路とも記す）には、交流電圧の極性に応じた制御を行うために、交流電圧の極性を検出し、検出した極性を示す信号を出力する極性検出回路が広く用いられている。
【０００６】
このようなスイッチング電源回路の一例を図８に示す。図８に示すスイッチング電源回路３００は、整流回路４００と、電圧変換回路５００と、極性検出回路６００とを備えている。
【０００７】
整流回路４００は、交流電源１００のＬ端子及びＮ端子間の交流電圧を直流電圧に変換する回路である。電圧変換回路５００は、整流回路４００から出力された直流電圧を、負荷２００に応じて定められる所定電圧に昇圧あるいは降圧する回路である。極性検出回路６００は、スイッチング電源回路３００に印加される交流電源１００からの交流電圧の極性を検出し、極性に応じて整流回路４００を制御するための各種制御信号を出力する回路である。
【０００８】
まず整流回路４００の構成例を図９に示す。図９に示す整流回路４００は、４つのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４（４０１〜４０４）と、コンデンサＣ１（４０５）と、を含んで構成される同期整流回路である。
【０００９】
整流回路４００は、交流電源１００のＬ端子側の電圧がＮ端子側の電圧よりも高い場合に、トランジスタＴｒ１（４０１）とＴｒ４（４０４）とをオンにし、トランジスタＴｒ２（４０２）とＴｒ３（４０３）とをオフにする。これにより、整流回路４００は、交流電源１００のＬ端子から整流回路４００に流れ込む電流によりコンデンサＣ１（４０５）をチャージする。
【００１０】
反対に、交流電源１００のＮ端子側の電圧がＬ端子側の電圧よりも高い場合には、整流回路４００は、トランジスタＴｒ１（４０１）とＴｒ４（４０４）とをオフにし、トランジスタＴｒ２（４０２）とＴｒ３（４０３）とをオンにする。これにより、整流回路４００は、交流電源１００のＮ端子から整流回路４００に流れ込む電流によりコンデンサＣ１（４０５）をチャージする。
このようにコンデンサＣ１（４０５）をチャージするようにして、整流回路４００は直流電圧を出力する。
【００１１】
次に電圧変換回路５００の構成例を図１０に示す。図１０に示す電圧変換回路５００は、コイルＬ（５０３）と、トランジスタＴｒ５（５０１）と、ダイオードＤ３（５０２）と、コンデンサＣ２（５０４）と、を備えて構成されるチョッパ式ブーストコンバータである。
【００１２】
電圧変換回路５００は、トランジスタＴｒ５（５０１）を所定周波数及び所定デューティ比の制御信号でスイッチングすることにより、電圧変換回路５００に印加される電圧を所定の電圧に昇圧して出力する。
【００１３】
次に極性検出回路６００の構成例を図１１に示す。図１１に示す極性検出回路６００は、ダイオードＤ１１、Ｄ１２（６０２、６０６）と、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４（６０３、６０４、６０７、６０８）と、定電圧電源ＤＣ（６０９）と、２つのコンパレータ６０１、６０２と、を備えて構成される。
【００１４】
コンパレータ６０１の非反転入力端子には、交流電源１００のＬ端子から出力される電圧をダイオードＤ１１（６０２）により半波整流した上で、抵抗Ｒ１１（６０３）とＲ１４（６０４）とで分圧した電圧が印加される。またコンパレータ６０１の反転入力端子には、定電圧電源ＤＣ（６０９）からの電圧が印加される。
【００１５】
その場合、交流電源１００のＬ端子側の電圧が上昇してきた際に、コンパレータ６０１の非反転入力端子の電圧が定電圧電源ＤＣ（６０９）の電圧を超えると、コンパレータ６０１は、Ａ端子から、一方の論理レベル（例えばＨｉ）の制御信号（制御信号Ａ）を出力する（以下、制御信号Ａを出力する、とも記す）。
【００１６】
反対に、交流電源１００のＬ端子側の電圧が降下してきた際に、コンパレータ６０１の非反転入力端子の電圧が定電圧電源ＤＣ（６０９）の電圧を下回ると、コンパレータ６０１は、制御信号Ａの論理レベルを他方の論理レベル（例えばＬｏ）に切り替えて出力する（以下、制御信号Ａの出力を停止する、とも記す）。
【００１７】
コンパレータ６０５は、コンパレータ６０１と同様に、交流電源１００のＮ端子側の電圧に応じてＢ端子から制御信号（以下、制御信号Ｂとも記す）を出力、あるいは出力を停止する。
【００１８】
図１１に示す極性検出回路６００では、いずれのコンパレータ６０１、６０５も、反転入力端子には定電圧電源ＤＣ（６０９）が接続されており、非反転入力端子の電圧が定電圧電源ＤＣ（６０９）からの電圧値を超えない限り、制御信号Ａ、Ｂが出力されないようになっている。これにより、交流電源１００のＬ端子側の電圧とＮ端子側の電圧の高低が入れ替わる際などに、２つのコンパレータ６０１、６０５から制御信号Ａと制御信号Ｂが同時に出力されるのを防止している。
【００１９】
以上のようにして、極性検出回路６００は、交流電源１００から出力される交流電圧の極性に応じて、制御信号Ａまたは制御信号Ｂのいずれか一方のみを交互に出力する。そして制御信号Ａを整流回路４００のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ４（４０１、４０４）のゲート端子に印加し、制御信号ＢをトランジスタＴｒ２、Ｔｒ３（４０２、４０３）のゲート端子に印加することにより、整流回路４００は、上述した交流電圧から直流電圧への整流を行う。
【００２０】
しかしながら、例えば落雷や、外部の電力供給設備の故障などが発生すると、交流電源１００のＬ端子側とＮ端子側の両方の電圧が大きく上昇する場合がある。その場合には、２つのコンパレータ６０１、６０５のうち、本来交流電源１００から負の電圧が出力されている方のコンパレータ６０１又はコンパレータ６０５の非反転入力端子に印加される電圧が、定電圧電源ＤＣ（６０９）からの電圧を超えてしまい、本来出力されるはずのない制御信号Ａ又は制御信号Ｂが出力される可能性がある。
【００２１】
あるいは、図１１に示すように、交流電源１００に設けられるＸ−ｃａｐと呼ばれるノイズ防止用のコンデンサ１０１に電荷が蓄積されていた場合には、スイッチング電源回路３００を交流電源１００に接続した際に、このコンデンサ１０１から放出される電荷に起因して、本来交流電源１００から負の電圧が出力されている方のコンパレータ６０１又はコンパレータ６０５の非反転入力端子に印加される電圧が、定電圧電源ＤＣ（６０９）からの電圧を超えてしまい、本来出力されるはずのない制御信号Ａ又は制御信号Ｂが出力される可能性がある。
【００２２】
これらの場合、２つのコンパレータ６０１、６０５から制御信号Ａと制御信号Ｂとが同時に出力されてしまうことになる。そうすると、整流回路４００の内部回路がショートし、整流回路４００、あるいはスイッチング電源回路３００を破壊してしまう可能性もある。
【００２３】
そのため、交流電源から出力される交流電圧の極性に応じた信号を出力する極性検出回路において、極性を示す信号を誤出力しないようにする技術が求められている。
【００２４】
本発明はこのような課題を鑑みてなされたもので、交流電圧の極性を検出し、極性に応じた信号を出力する極性検出回路において、極性を示す信号を誤出力しない極性検出回路を提供することを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するための一つの手段である極性検出回路は、交流電源から出力される交流電圧の極性を示す信号を出力する極性検出回路であって、前記交流電源から出力される第１相の交流電圧がアノードに印加される第１ダイオードと、前記交流電源から出力される前記第１相とは位相が逆の第２相の交流電圧がアノードに印加される第２ダイオードと、正の定電圧を出力する定電圧電源と、前記第１相の交流電圧が正極である場合は前記定電圧に応じた電圧を出力し、前記第１相の交流電圧が負極である場合は前記第２ダイオードのカソードの電圧に応じた電圧を出力する第１基準電圧出力回路と、前記第１ダイオードのカソードの電圧に応じた第１電圧と、前記第１基準電圧出力回路から出力される電圧と、を比較し、比較の結果に応じて、前記第１相の交流電圧の極性を示す信号を出力する第１信号出力回路と、を備える。
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄の記載、及び図面の記載等により明らかにされる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、交流電圧の極性を検出し、極性に応じた信号を出力する極性検出回路において、極性を示す信号を誤出力しないようにすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係るスイッチング電源回路の構成例を示す図である。
【図２】本実施形態に係る極性検出回路の構成例を示す図である。
【図３】本実施形態に係る極性検出回路の動作を説明するための図である。
【図４】本実施形態に係る極性検出回路の動作を説明するための図である。
【図５】本実施形態に係るスイッチング電源回路の構成例を示す図である。
【図６】本実施形態に係る同期整流回路の構成例を示す図である。
【図７】本実施形態に係るブリッジレスブースト回路の構成例を示す図である。
【図８】本実施形態に係るスイッチング電源回路の構成例を示す図である。
【図９】本実施形態に係る整流回路の構成例を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る電圧変換回路の構成例を示す図である。
【図１１】本実施形態を説明するための極性検出回路の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本実施形態に係る極性検出回路７００を構成要素とするスイッチング電源回路１２００の構成図を図１に示す。
【００２９】
スイッチング電源回路１２００は、交流電源１００から出力される交流電圧を、負荷２００に応じた所定の直流電圧に変換して、負荷２００に出力する回路である。
【００３０】
交流電源１００は、例えば商用の３線式単相交流電源１００とすることができる。図１に示す交流電源１００は、例えばＬ（ライブ）端子からは第１相の交流電圧が出力され、Ｎ（ニュートラル）端子からは、第１相とは位相が逆の第２相の交流電圧が出力される。第１相及び第２相の各交流電圧は互いに位相が逆なので、交流電源１００の中性相の電圧に対して、一方が正極にあるときは他方は負極にあり、他方が正極にあるときは一方は負極にある。
【００３１】
もちろん交流電源１００は、多相（例えば３相）の交流電源１００から出力される各相の交流電圧を組み合わせて生成される単相の交流電圧を出力するものであっても良い。
【００３２】
負荷２００は、直流電圧により動作する電子機器である。負荷２００は、例えば、コンピュータや、デジタルカメラ、携帯電話機、音楽再生機、ゲーム機など、様々な電子機器とすることができる。
スイッチング電源回路１２００は、整流回路４００と、電圧変換回路５００と、極性検出回路７００とを備えている。
【００３３】
整流回路４００は、交流電源１００のＬ端子及びＮ端子間の交流電圧を直流電圧に変換する。整流回路４００は、例えばダイオードを用いたブリッジ整流回路であってもよいし、トランジスタ等のスイッチング素子を用いた同期整流回路であってもよい。
【００３４】
本実施形態に係る整流回路４００の構成例を図９に示す。図９に示す整流回路４００は、４つのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４（４０１〜４０４）と、コンデンサＣ１（４０５）と、を含んで構成される同期整流回路である。
【００３５】
整流回路４００は、交流電源１００のＬ端子側の電圧がＮ端子側の電圧よりも高い場合に、トランジスタＴｒ１（４０１）とＴｒ４（４０４）とをオンにし、トランジスタＴｒ２（４０２）とＴｒ３（４０３）とをオフにする。これにより、整流回路４００は、交流電源１００のＬ端子から整流回路４００に流れ込む電流によりコンデンサＣ１（４０５）をチャージする。
【００３６】
反対に、交流電源１００のＮ端子側の電圧がＬ端子側の電圧よりも高い場合には、整流回路４００は、トランジスタＴｒ１（４０１）とＴｒ４（４０４）とをオフにし、トランジスタＴｒ２（４０２）とＴｒ３（４０３）とをオンにする。これにより、整流回路４００は、交流電源１００のＮ端子から整流回路４００に流れ込む電流によりコンデンサＣ１（４０５）をチャージする。
このようにしてコンデンサＣ１（４０５）がチャージされることにより、整流回路４００からは、直流電圧が出力される。
【００３７】
この整流回路４００による交流電圧から直流電圧への変換機能を有効に機能させるためには、交流電源１００から出力される交流電圧の極性を正しく検知し、その極性に応じてトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４（４０１〜４０４）を正しくスイッチングすることが必要である。
【００３８】
詳しくは後述するが、本実施形態に係る極性検出回路７００は、交流電源１００から出力される交流電圧の極性に応じて、Ｌ端子側の電圧がＮ端子側の電圧よりも高い場合には制御信号Ａを出力し、Ｎ端子側の電圧がＬ端子側の電圧よりも高い場合には制御信号Ｂを出力する。そして制御信号ＡをトランジスタＴｒ１（４０１）とＴｒ４（４０４）とに入力し、制御信号ＢをトランジスタＴｒ２（４０２）とＴｒ３（４０３）とに入力するようにしている。
【００３９】
このようにして、交流電圧の極性に応じて、整流回路４００内の各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４（４０１〜４０４）を正しくスイッチングすることにより、整流回路４００において交流電圧から直流電圧への変換が行われる。
【００４０】
電圧変換回路５００は、整流回路４００から出力された直流電圧を、負荷２００に応じて定められる所定電圧に昇圧あるいは降圧する。
電圧変換回路５００の構成例を図１０に示す。図１０に示す電圧変換回路５００は、コイルＬ（５０３）と、トランジスタＴｒ５（５０１）と、ダイオードＤ３（５０２）と、コンデンサＣ２（５０４）と、を備えて構成されるチョッパ式ブーストコンバータである。
【００４１】
電圧変換回路５００は、トランジスタＴｒ５（５０１）を所定周波数及び所定デューティ比の制御信号でスイッチングすることにより、電圧変換回路５００に印加される電圧を所定の電圧に昇圧して出力する。
【００４２】
極性検出回路７００は、スイッチング電源回路１２００に印加される交流電源１００からの交流電圧の極性を検知し、極性を示す信号を出力する。
本実施形態に係る極性検出回路７００の構成例を図２に示す。図２に示す極性検出回路７００は、ダイオードＤ１（第１ダイオード）７０３、ダイオードＤ２（第２ダイオード）７０９と、抵抗Ｒ１〜Ｒ１０（７０３〜７０７、７１０〜７１４）と、定電圧電源ＤＣ（７１５）と、２つのコンパレータ（第１信号出力回路、第２信号出力回路）７０１、７０８と、を備えて構成される。
【００４３】
極性検出回路７００は、交流電源１００のＬ端子側の電圧がＮ端子側の電圧よりも高い場合にはコンパレータ７０１から制御信号Ａを出力し、Ｎ端子側の電圧がＬ端子側の電圧よりも高い場合にはコンパレータ７０８から制御信号Ｂを出力する。
【００４４】
次に、図３及び図４を参照しながら本実施形態に係る極性検出回路７００の動作を説明する。図３は、交流電源１００から出力される交流電圧の極性に応じてコンパレータ７０１から制御信号Ａが出力される場合の動作を説明するものである。コンパレータ７０８から制御信号Ｂが出力される場合の動作についても同様である。
【００４５】
また図４は、極性検出回路７００内各部の電圧波形を示す図である。なお図４において、ＡＣＩＮは、交流電源１００の中性相の電位に対するＬ端子側の電位を示す。またａ＋はコンパレータ７０１の非反転入力端子、ａ−はコンパレータ７０１の反転入力端子、Ａはコンパレータ７０１の出力端子を示す。またｂ＋はコンパレータ７０８の非反転入力端子、ｂ−はコンパレータ７０８の反転入力端子、Ｂはコンパレータ７０８の出力端子を示す。
【００４６】
図３に示すように、本実施形態に係る極性検出回路７００のＬ端子は交流電源１００のＬ端子に接続され、極性検出回路７００のＮ端子は交流電源１００のＮ端子に接続されている。
【００４７】
まず、極性検出回路７００のＬ端子に印加される電圧が正の場合は、ダイオードＤ１（７０２）のアノードには正の電圧が印加されるので、ダイオードＤ１（７０２）のカソードには交流電源１００のＬ端子から出力されている電圧にほぼ等しい電圧が出力される。そのためコンパレータ７０１の非反転入力端子（ａ＋）には、上記ダイオードＤ１（７０２）のカソードの電圧に応じた電圧（第１電圧）が印加される。
【００４８】
具体的には、ダイオードＤ１（７０２）のカソードの電圧が、抵抗Ｒ１（７０３）、抵抗Ｒ３（７０４）、抵抗Ｒ５（７０５）、抵抗Ｒ８（７１３）、抵抗Ｒ１０（７１４）、定電圧電源ＤＣ（７１５）により構成される回路により分圧されることにより、上記第１電圧が出力され、コンパレータ７０１の非反転入力端子（ａ＋）に印加される。
【００４９】
このとき、極性検出回路７００のＮ端子に印加される電圧は負であるので、ダイオードＤ２（７０９）のアノードには負の電圧が印加されている。そのため、コンパレータ７０１の反転入力端子（ａ−）には、定電圧電源ＤＣ（７１５）から出力される定電圧に応じた電圧（第１基準電圧）が印加されることになる。具体的には、コンパレータ７０１の反転入力端子（ａ−）には、定電圧電源ＤＣ（７１５）から出力される定電圧を、抵抗Ｒ９（７０７）と、抵抗Ｒ７（７０６）及び抵抗Ｒ６（７１２）とで分圧した電圧（第１基準電圧）が印加されることになる。
【００５０】
そして、コンパレータ７０１の非反転入力端子に印加される電圧（第１電圧）が、反転入力端子に印加される電圧（第１基準電圧）よりも高い場合には、コンパレータ７０１は、交流電源１００のＬ端子から出力される交流電圧が正極である旨を示す信号を出力する。具体的にはコンパレータ７０１は、Ａ端子から出力する信号のレベルを一方の論理レベル（例えばＨｉ）にして出力する。その様子が図４のフェーズI、IIIのＡで示す波形に示されている。
【００５１】
一方、極性検出回路７００のＬ端子に印加される電圧が負の場合は、ダイオードＤ１（７０２）のアノードには負の電圧が印加されるので、コンパレータ７０１の非反転入力端子（ａ＋）の電圧は、ほぼゼロボルトになる。
【００５２】
このとき、極性検出回路７００のＮ端子に印加される電圧は正であるので、ダイオードＤ２（７０９）のアノードには正の電圧が印加される。そのためダイオードＤ２（７０９）のカソードには交流電源１００のＮ端子から出力されている電圧にほぼ等しい電圧が出力される。
【００５３】
そのため、コンパレータ７０１の反転入力端子（ａ−）には、ダイオードＤ２（７０９）のカソードの電圧に応じた電圧（第１基準電圧）が印加される。具体的には、ダイオードＤ２（７０９）のカソードの電圧が、抵抗Ｒ２（７１０）、抵抗Ｒ４（７１１）、抵抗Ｒ６（７１２）、抵抗Ｒ７（７０６）、抵抗Ｒ９（７０７）、定電圧電源ＤＣ（７１５）により構成される回路により分圧されることにより、上記第１基準電圧が出力され、コンパレータ７０１の反転入力端子（ａ−）に印加される。
【００５４】
そして、コンパレータ７０１の非反転入力端子に印加される電圧（第１電圧）よりも、反転入力端子に印加される電圧（第１基準電圧）の方が高い場合には、コンパレータ７０１は、交流電源１００のＬ端子から出力される交流電圧が負極である旨を示す信号を出力する。具体的にはコンパレータ７０１は、Ａ端子から出力する信号のレベルを他方の論理レベル（例えばＬｏ）にして出力する。その様子が図４のフェーズII、IVのＡで示す波形に示されている。
【００５５】
以上、コンパレータ７０１から制御信号Ａが出力される場合の動作を説明したが、コンパレータ７０８から制御信号Ｂが出力される場合の動作についても同様である。
以上のように本実施形態に係る極性検出回路１２００を構成することにより、極性を示す信号を誤出力しないようにすることが可能になる。
【００５６】
例えば、交流電源１００のＬ端子から出力される交流電圧が負極にあるときに、落雷や外部の電力供給設備の故障などが発生した場合や、Ｘ−ｃａｐ（１０１）に電荷が残った状態で電源の投入が行われ、交流電源１００のＬ端子側とＮ端子側の両方の電圧が大きく上昇した場合について説明する。
【００５７】
この場合、極性検出回路７００のＬ端子に印加される電圧が正となるので、コンパレータ７０１の非反転入力端子には、ダイオードＤ１（７０２）のカソードの電圧に応じた電圧が印加されることになる。
【００５８】
しかしながらこのとき、極性検出回路７００のＮ端子に印加される電圧も正となっているので、コンパレータ７０１の反転入力端子には、ダイオードＤ２（７０９）のカソードの電圧に応じた電圧が印加されている。
【００５９】
つまり、交流電源１００のＬ端子から出力される交流電圧が本来負極にある場合に、コンパレータ７０１の非反転入力端子に印加される第１電圧が上昇したとしても、コンパレータ７０１の反転入力端子に印加される第１基準電圧も上昇するので、コンパレータ７０１は、交流電源１００のＬ端子から出力される交流電圧が負極であることを正しく検知し、交流電圧の極性を示す信号を誤出力しない。
【００６０】
本実施形態に係る極性検出回路７００は、入力をＡＣ電圧とし、ライブ（Ｌ）側とニュートラル（Ｎ）側にそれぞれ接続したダイオードＤ１（７０２）とＤ２（７０９）とによって、入力電圧を半波整流した後に比較器（コンパレータ）の＋端子と−端子に入力される回路である。コンパレータはＡ（７０１）およびＢ（７０８）の２つを有し、コンパレータＡ（７０１）の＋端子はＬ側に接続されたＲ１（７０３）に、−端子は抵抗Ｒ７（７０６）、Ｒ４（７１１）を介してＮ側に接続されたＲ２（７１０）に接続され、もう一方のコンパレータＢ（７０８）の＋端子はＮ側に接続されたＲ２（７１０）に、−端子は抵抗Ｒ８（７１３）、Ｒ３（７０４）を介してＬ側に接続されたＲ１（７０３）に接続されている。また２つのコンパレータの−端子はＤＣバイアスにより電圧を持ち上げられている回路構成となる。
【００６１】
これにより、極性検出回路７００は、ＡＣ入力電圧が正極にあるのか負極にあるのかを、入力の極性に応じた信号をコンパレータより出力することで、ＡＣの極性を検出する。そして極性検出回路７００は、コンパレータの−端子に入力される基準電圧に＋端子と逆位相となる電圧を、抵抗により電圧レベルを下げて入力している。
【００６２】
例えば、正弦波である入力電圧をダイオードＤ１（７０２）、Ｄ２（７０９）にて整流した電圧が、コンパレータの＋端子の入力となる。またその逆位相の電圧が抵抗を介した後、ＤＣのバイアスによって電圧が持ち上げられ、コンパレータの−端子の入力とされている。＋端子と−端子の２つの信号により、コンパレータは出力のタイミングを決定している。
【００６３】
このとき、実際の電気回路では入力部にＸ−ｃａｐ（１０１）と呼ばれるコンデンサ（Ｃ）などを組み合わせたノイズ防止用回路が存在するため、入力電圧の切断のタイミングによってはこのＣに電荷が残った状態で投入が行われる場合がある。
【００６４】
極性の振り分けが正しく行われていない場合には、Ｃに電荷が残った状態で投入した際、入力電圧の位相のタイミングによってはＤ１（７０２）とＤ２（７０９）のカソードの電圧が同時に発生し、２つのコンパレータが同時に信号を出力することがある。
【００６５】
しかしながら、本実施形態に係る極性検出回路７００では、コンパレータの検出端子には逆相の（相手方の）電圧が入力されているため、たとえばＬ側に正の電荷が残った状態でＮ側を正極で投入したとしても、Ｄ１（７０２）とＤ２（７０９）の電圧の差で位相を検出し出力するため、コンパレータ（７０１、７０８）の同時出力を避けることが出来る。
【００６６】
なおかつ、コンパレータＡ（７０１）とＢ（７０９）から同時に信号が出力されないようにするために、コンパレータＡ（７０１）とＢ（７０９）の出力が切り替わる瞬間にはデッドタイムと呼ばれる無反応時間を設ける必要があるが、極性検出回路７００では、ＤＣバイアスを掛け、ＡＣを整流した脈流の電圧変化を緩やかにし、−端子に注入することでデッドタイムの調整範囲を広げることが出来る。
【００６７】
このように、交流電圧を入力として持つ電気回路において、交流電圧の極性を検出し、それぞれの極性に応じた動作を回路にさせることは、効率の改善や機能価値の追加において有効である。例えば整流を行う場合も、交流電圧の極性に応じた相のスイッチング素子を制御することで、損失を抑えることが可能であり、また停電などの理由で交流の相が抜け落ちた場合も、交流の電圧極性を検出することで対応可能である。
【００６８】
そのような様々な回路に本実施形態に係る極性検出回路７００を用いた例を、図５〜図７に示す。
図５に示す回路は、交流電源１００から出力される交流電圧をＡＣ／ＤＣコンバータ８００が直流に変換して負荷２００に供給する回路において、極性検出回路７００が交流電圧の極性を検出し、交流電圧の極性を示す信号Ａ、Ｂを制御回路９００に入力することにより、制御回路９００が、交流電圧の極性に応じてＡＣ／ＤＣコンバータ８００に対する制御を行う例である。
【００６９】
図６に示す回路は、交流電源１００から出力される交流電圧を同期整流回路４００により直流に整流して負荷２００に供給する回路において、極性検出回路７００が交流電圧の極性を検出し、交流電圧の極性を示す信号Ａ、Ｂを同期整流回路４００内のスイッチング素子に入力する例である。
【００７０】
図７に示す回路は、交流電源１００から出力される交流電圧を、ブリッジ回路を用いずに直流電圧に変換すると共に、負荷２００に応じた所定電圧に昇圧するブリッジレスブースト回路１０００に、極性検出回路７００を適用した例である。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態に係る極性検出回路７００によれば、交流電圧の極性を検出し、極性に応じた信号を出力する極性検出回路において、極性を示す信号を誤出力しないようにすることが可能になる
【００７２】
また本実施形態に係る極性検出回路７００によれば、低損失な整流回路を利用でき、回路の消費電力を抑えることが可能となる。また入力だけでなく交流の出力も検出可能であるため、モータドライブ等のインバータ出力も検出可能である。
【００７３】
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲を本実施の形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１００ 交流電源
７００ 極性検出回路
７０１ コンパレータ
７０２ ダイオード
７０８ コンパレータ
７０９ ダイオード
７１５ 定電圧電源
１２００ スイッチング電源回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から出力される交流電圧の極性を示す信号を出力する極性検出回路であって、
前記交流電源から出力される第１相の交流電圧がアノードに印加される第１ダイオードと、
前記交流電源から出力される前記第１相とは位相が逆の第２相の交流電圧がアノードに印加される第２ダイオードと、
正の定電圧を出力する定電圧電源と、
前記第１相の交流電圧が正極である場合は前記定電圧に応じた電圧を出力し、前記第１相の交流電圧が負極である場合は前記第２ダイオードのカソードの電圧に応じた電圧を出力する第１基準電圧出力回路と、
前記第１ダイオードのカソードの電圧に応じた第１電圧と、前記第１基準電圧出力回路から出力される電圧と、を比較し、比較の結果に応じて、前記第１相の交流電圧の極性を示す信号を出力する第１信号出力回路と、
を備えることを特徴とする極性検出回路。
【請求項２】
請求項１に記載の極性検出回路であって、
前記第１信号出力回路は、前記第１電圧の方が前記第１基準電圧出力回路から出力される電圧よりも高い場合に、前記第１相の交流電圧が正極であることを示す信号を出力する
ことを特徴とする極性検出回路。
【請求項３】
請求項１に記載の極性検出回路であって、
前記第２相の交流電圧が正極である場合は、前記定電圧に応じた電圧を出力し、前記第２相の交流電圧が負極である場合は、前記第１ダイオードのカソードの電圧に応じた電圧を出力する第２基準電圧出力回路と、
前記第２ダイオードのカソードの電圧に応じた第２電圧と、前記第２基準電圧出力回路から出力される電圧と、を比較し、比較の結果に応じて、前記第２相の交流電圧の極性を示す信号を出力する第２信号出力回路と、
を備えることを特徴とする極性検出回路。
【請求項４】
請求項３に記載の極性検出回路であって、
前記第１信号出力回路は、前記第１電圧の方が前記第１基準電圧出力回路から出力される電圧よりも高い場合に、前記第１相の交流電圧が正極であることを示す信号を出力し、
前記第２信号出力回路は、前記第２電圧の方が前記第２基準電圧出力回路から出力される電圧よりも高い場合に、前記第２相の交流電圧が正極であることを示す信号を出力する
ことを特徴とする極性検出回路。
【請求項１】
交流電源から出力される交流電圧の極性を示す信号を出力する極性検出回路であって、
前記交流電源から出力される第１相の交流電圧がアノードに印加される第１ダイオードと、
前記交流電源から出力される前記第１相とは位相が逆の第２相の交流電圧がアノードに印加される第２ダイオードと、
正の定電圧を出力する定電圧電源と、
前記第１相の交流電圧が正極である場合は前記定電圧に応じた電圧を出力し、前記第１相の交流電圧が負極である場合は前記第２ダイオードのカソードの電圧に応じた電圧を出力する第１基準電圧出力回路と、
前記第１ダイオードのカソードの電圧に応じた第１電圧と、前記第１基準電圧出力回路から出力される電圧と、を比較し、比較の結果に応じて、前記第１相の交流電圧の極性を示す信号を出力する第１信号出力回路と、
を備えることを特徴とする極性検出回路。
【請求項２】
請求項１に記載の極性検出回路であって、
前記第１信号出力回路は、前記第１電圧の方が前記第１基準電圧出力回路から出力される電圧よりも高い場合に、前記第１相の交流電圧が正極であることを示す信号を出力する
ことを特徴とする極性検出回路。
【請求項３】
請求項１に記載の極性検出回路であって、
前記第２相の交流電圧が正極である場合は、前記定電圧に応じた電圧を出力し、前記第２相の交流電圧が負極である場合は、前記第１ダイオードのカソードの電圧に応じた電圧を出力する第２基準電圧出力回路と、
前記第２ダイオードのカソードの電圧に応じた第２電圧と、前記第２基準電圧出力回路から出力される電圧と、を比較し、比較の結果に応じて、前記第２相の交流電圧の極性を示す信号を出力する第２信号出力回路と、
を備えることを特徴とする極性検出回路。
【請求項４】
請求項３に記載の極性検出回路であって、
前記第１信号出力回路は、前記第１電圧の方が前記第１基準電圧出力回路から出力される電圧よりも高い場合に、前記第１相の交流電圧が正極であることを示す信号を出力し、
前記第２信号出力回路は、前記第２電圧の方が前記第２基準電圧出力回路から出力される電圧よりも高い場合に、前記第２相の交流電圧が正極であることを示す信号を出力する
ことを特徴とする極性検出回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１５７１９７（Ｐ２０１２−１５７１９７Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５４６９（Ｐ２０１１−１５４６９）
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（０００２３７７２１）ＦＤＫ株式会社 (449)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（０００２３７７２１）ＦＤＫ株式会社 (449)
【Ｆターム（参考）】
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