AC100Vの半波？を検知したいのですが・・・

質問

電子回路素人の為、回路が問題ないか不安なので教えてください。

目的は、
1. AC100Vの半波？を検知したい。
2. 電圧はフォトカプラで検知するので5Vくらいにしたい。

トランスがあれば、電圧を5Vにしてダイオードで可能なようですが・・・トランスが無く、わざわざ買う程のものを作るわけではないので・・・と思い・・・・
ネットで色々調べて、トランスレス電源というものを見かけたので、それを利用できないかと素人レベルで考えてみたのですが・・・（コンデンサ＆抵抗の値はそのままなのですが・・・）

質問
1. 画像の回路、目的は果たせるでしょうか？
2. 問題&危険はないでしょうか？
3. コンデンサ＆抵抗の値はこのままで良いのでしょうか？
3. コンデンサーの種類についてですが、ネットで見たものは「メタライズドフィルムコンデンサ」とあったのですが・・・積層セラミックコンデンサの1uFでは、ダメなのでしょうか？・・・
4. 他に簡単な検知方法がありましたら教えてください。

以上よろしくお願いします。

回答No.8

xpopo · ベストアンサー

前回の捕捉でダイオードを外すのを書き忘れました・・・すいません。

素人の私にも理解できる親切な説明本当にありがとうございます。おかげさまで仕組みが理解できました。

>> したがって、ダイオードを取ってショートすれば
>ショートという言葉は素人的には悪いイメージなのですが、問題ないということですよね？

　問題ありません。ショートとはダイオードが入ってた経路を電線で結ぶという意味です。

>電流の計算式も非常にありがとうございます。
>これで、疑問がほぼ解決いたしました。

>・・・ただ、あと２つだけ判らないことがあります。>
>他の回答者様のご指摘にあったフォトカップラーのダイオード間の抵抗の役目は何なので
>しょうか？これがないとOFF（検知しない方の半波）時に不安定になるとのことですが、
>やはりあった方が良いのでしょうか？また、この抵抗値はどのようにして決めればよい
>のでしょうか？抵抗R2と同じ値で良いのでしょうか？

　　フォトカップラーのダイオード間に並列に抵抗を入れる目的はフォトカップラーの
　ダイオードに電流が流れていない、AC100が負の半サイクルの時にフォトカップラーの
　ダイオードの端子間にもしも変な電圧が印加された場合を心配して抵抗をつけたほうが
　良いと言っているという事です。
　　しかし、AC１００の負の半サイクルの期間はツェナーダイオードの順方向電圧が抵抗
　R2(２２０Ω）を介してフォトカップラーのダイオードに並列になっていますので、
　ダイオード間に抵抗を入れたのと同じことになってます。ですからわざわざ抵抗をフォト
　カップラーのダイオードに並列に追加する必要はありません。不要です。

>もう一つは、半波検知回路と別に、PICやLCD等の５V電源もトランスレス電源で作成する
>場合、接続箇所は半波検知回路のACCとコンデンサ(1uF)の間から取れば問題ないでしょうか？
>コンデンサ(1uF)が並列になる感じで・・・交流は全く扱ったことがないのと、ちょっと
>間違うと非常に危険そうなので・・・不安で・・・

　 「PICやLCD等の５V電源もトランスレス電源で作成する」これはやめたほうが良い。
　このAC１００V半波検出回路はフォトカップラーがあるために出力側がAC１００Vに対して
　完全に絶縁されてますので問題ありませんが、５V電源をトランスを使わないでトランスレス
　でAC１００Vで作成するとACコンセントの挿し方で感電する危険があります。

　　必ず、トランスを使った５V電源にしてください。

お礼

ありがとうございます。
これで判らなかったことがすべて解決し、作成に取り掛かれます。
素人にも非常にわかりやすい説明本当にありがとうございました。

回答No.9

KEN_2

ANo.1,4 です。
補足質問の投稿前に別の方が代わり代わり代弁されてたので、様子見で傍観していました。
（しかし、割り込みと毎度の粘着・連投はすごいですね・・・・マナー・ルールはないのかな？）
（また本来の質問から追加の質問で発展するのも問題です。自作の場合実験して失敗の結果から学ぶのが勉強になるので、完成形まで教えられるのも教えるの問題です。）
一部削除されても上記部分は知ってもらいたいマナーです。

補足説明について回答します。
>なるほど、ちょくちょくヒューズが飛ぶのも嫌なのでメタライズドフィルムコンデンサを使用することにします。
少し高価ですが、そのほうが無難です。

>別々ということは、接続箇所はACCから並列ということで良いのでしょうか？
ACCから並列接続ですが、DC電源には絶縁型DC変換コンバータを使ってください。
極性で感電やPIC回路が焼損する可能性大となります。

＞　　コンデンサ(1uF) → 抵抗(47Ω) → ブリッジダイオード → ツェナー → 電解コンデンサ...(電源)
＞という感じで良いのでしょうか？
これは、　コンデンサ(1uF) → 抵抗(47Ω) → ブリッジダイオード →抵抗 → 電解コンデンサ...絶縁型DCコンバータ(電源)となります。
電流容量の関係でブリッジダイオード が必需品で、ブリッジダイオードですのでもう片側にもコンデンサ(1uF) を挿入して、コンデンサ1uFx2にして耐圧と電流容量を確保する必要があります。
PICの消費電流が多ければこのトランスレス方式は使用出来ない場合があります。
参考サイト
http://www9.plala.or.jp/fsson/NewHP_elc/elc/Works/elc_W_PwSply_Kit.html
DC電源には絶縁型降圧型DCコンバータを使ってください。

＞それと KEN_2 様的には、ACCの半波を全て検知する回路としては私の質問の添付画像の回路で問題ないということでよろしいでしょうか
1N4007は必要生の検討ですが、
半端整流ですのでDiを不要にするには、フォトカプラのDiの制限抵抗を考慮すればよいです。
ツェナーダイオードは5.1V、フォトカップラーのダイオードVf；2Vで20mAを流すには、
のフォトカップラーDiのアノード側に150Ωを直列に接続すると問題ありません。
フォトカップラーは寿命部品です。電流が少なければ劣化して輝度が極度に下りますので、定格電流近くを流すようにしてください。

お礼

>（しかし、割り込みと毎度の粘着・連投はすごいですね・・・・マナー・ルールはないのかな？）
>（また本来の質問から追加の質問で発展するのも問題です。自作の場合実験して失敗の結果から学ぶのが勉強になるので、完成形まで教えられるのも教えるの問題です。）

通常の直流での自作は質問より先に作成して試すのですが、交流を扱うのは初めてで、この質問をする前にネットで調べた時に交流は感電・下手をすると死亡・火災などの危険もある等の内容を見かけたので、失敗の結果がパーツが壊れるレベルだったら構わないのですが、さすがに死亡・火災まではと思い安全が確認できるまでしつこく質問してしまいました。マナー・ルールに反したこととは知らず誠に申し訳ありませんでした。

回答No.7

xpopo

>・・・素人の私的には、現在混乱しているのですが、他の回答者様からいたただいた
>回答で私の添付画像の回路では、すべての半波を検知することはできない
>（最初の１回だけ）と回答をいただいたのですが、xpopo様の回答としては、
>私の回路に抵抗を１個追加すれば「すべての半波を検知出来る」と言うことでよろしい
>のでしょうか？

　最初の一回だけしか半波を検知できない原因はjun_jiiさんの回路で使われている
ダイオード（1N400）です。このダイオードによってコンデンサ１uFに最初の正の
AC１００Vの半サイクルで充電された電荷が次のマイナスに振れる半サイクルでは
そのダイオードによってコンデンサの放電が阻止されてしまうためにコンデンサ
には最初の半サイクルで充電された電圧がそのまま残ってしまいますので次の
サイクルの正の半波が来てもコンデンサには充電電流が流れなくなってしまいます。
したがって以後コンデンサには充電電流が流れませんのでフォトカップラにも
電流は流れません。

　したがって、ダイオードを取ってショートすればコンデンサにはAC１００Vの正の
半波で充電し、それに続く負の半波で放電してくれますので、以後もコンデンサは
充放電を繰り返すことができるようになりますのでフォトカップラーに電流を流す
ことが可能になります。したがって「すべての半波を検知出来る」事になります。

　尚、挿入した抵抗はフォトカップラーに流す電流を設定するために必要です。
ツェナーダイオードの電圧をVz、フォトカップラーのダイオードの順方向電圧降下
をVF、挿入抵抗をR2とすると、フォトカップラーのダイオードに流す電流IFは

　IF　＝　（Vz　-　VF）／R2　で設定できます。jun_jiiさんの回路ではツェナー

の電圧は5.1V、それからVFは０．７V～１V（お使いのフォトカップラーのデータシート
で確認してください。）、抵抗R2を２２０Ωとすれば、ダイオードに流す電流IFは

　IF　＝　20mA～19mA　というふうに計算できます。

　それから、添付した回路図でAC１００V電源がGNDに接続されてますが、これは
シミュレーションのために接続しましたが、実際の回路ではGNDには接続しないで
ください。GNDに接続すると感電の恐れが出てきますので。

補足

前回の捕捉でダイオードを外すのを書き忘れました・・・すいません。

素人の私にも理解できる親切な説明本当にありがとうございます。おかげさまで仕組みが理解できました。

> したがって、ダイオードを取ってショートすれば
ショートという言葉は素人的には悪いイメージなのですが、問題ないということですよね？

電流の計算式も非常にありがとうございます。
これで、疑問がほぼ解決いたしました。

・・・ただ、あと２つだけ判らないことがあります。
他の回答者様のご指摘にあったフォトカップラーのダイオード間の抵抗の役目は何なのでしょうか？これがないとOFF（検知しない方の半波）時に不安定になるとのことですが、やはりあった方が良いのでしょうか？また、この抵抗値はどのようにして決めればよいのでしょうか？抵抗R2と同じ値で良いのでしょうか？

もう一つは、半波検知回路と別に、PICやLCD等の５V電源もトランスレス電源で作成する場合、接続箇所は半波検知回路のACCとコンデンサ(1uF)の間から取れば問題ないでしょうか？コンデンサ(1uF)が並列になる感じで・・・交流は全く扱ったことがないのと、ちょっと間違うと非常に危険そうなので・・・不安で・・・

非常に素人的な質問で申し訳ありませんが、この二つが解決すると作り出すことができますので是非とも回答をお願いしたいのですが・・・何卒よろしくお願いします。

回答No.6

xpopo

波形が見づらかったので大きくして添付しました。

回答No.5

xpopo

今日は、

　jun_jiiさんの回路でダイオード1N4007を使用されてますがこの
ダイオードは不要です。多分フォトカップラーのダイオードの逆方向電圧
印加を防ぐために挿入されたんだと思いますが、5.1Vツェナーダイオード
があるので、逆方向電圧はツェナーダイオードの順方向電圧降下（約
0.6V）で抑えられますのでダイオードを使用しなくても大丈夫です。

　それから、ほかの回答者の方から指摘されてますがツェナーダイオード
のカソードとフォトカップラーのダイオードのアノードの間には抵抗を入れる
必要があります。

　具体的には回路図とシミュレーション結果を添付しましたので参照ください。

　使用したツェナーダイオードは5.1Vのモデルが無かったので4.7Vのツェナー
で代用してます。ツェナーダイオードのカソードとフォトカップラーのダイオード
のアノードの間にR2（２２０Ω）を挿入してます。
　シミュレーション結果ではフォトカップラーのダイオードに流す電流は16mA
に設定してありますが、お使いのフォトカップラーの仕様にあわせて抵抗R2
の値で調整してください。

　抵抗R1(４７Ω）および抵抗R2（２２０Ω）の消費電力は５０ｍW以下ですので
1/４W抵抗で問題ありません。

補足

回答ありがとうございます。

> 多分フォトカップラーのダイオードの逆方向電圧印加を防ぐために挿入されたんだと思いますが
それもありますが、半波だけを検知するのが目的だったので逆側の半波？は流れないようにするには必要かな・・・と素人の私的には思いました。

> 逆方向電圧はツェナーダイオードの順方向電圧降下（約0.6V）で抑えられますのでダイオードを使用しなくても大丈夫です。
なるほど、無くてもフォトカプラは大丈夫なのですね。

> ツェナーダイオードのカソードとフォトカップラーのダイオードのアノードの間には抵抗を入れる必要があります。
了解しました。

・・・素人の私的には、現在混乱しているのですが、他の回答者様からいたただいた回答で私の添付画像の回路では、すべての半波を検知することはできない（最初の１回だけ）と回答をいただいたのですが、xpopo様の回答としては、私の回路に抵抗を１個追加すれば「すべての半波を検知出来る」と言うことでよろしいのでしょうか？

回答No.4

KEN_2

ANo.1 です。
補足の部分での回答がNo2,3さんと重複する部分がありますが、・・・・

>> 電流制限抵抗470Ωとの電流値は約12mA　・・・OK
> とのことですが、画像の47Ωのことでしょうか？（小さくてすいません）
>・・・私としては、フォトカプラが反応すれば問題ないので抵抗値は470ΩでOKということでしょうか？
すみません。。。画像の47Ωのことです。（誤記です）10mAから20mAを流す必要があります。

>「メタライズドフィルムコンデンサ」の1uFをヤフオクで探してみたのですが見つからず、メタライズドではない？「フィルムコンデンサ」の1uFでも問題ないでしょうか？
出来ればMFコンが望ましいのですが、入力にヒユーズを挿入すればサージ電圧での短絡モードから救ってくれます。
MFコンはサージ電圧に強く、静電容量が減少する方向に内部電極が吹き飛んで短絡し難い特性を持っています。

>交流の場合？この回路の抵抗のワット計算はどうなるのでしょうか？1/4 (0.25W)抵抗で大丈夫でしょうか？
1/4 (0.25W)抵抗で大丈夫です。
計算方法は抵抗の印加電圧と電流の『実効値』でI*E の約1.1倍の電力が消費されます。
消費電力の約2倍以上の余裕をみます。
（4倍までの余裕は特別な部分以外は必要ありません。連続稼動の機器の場合です。）

半波検知回路の1N4007は必要です。
そうでなければ、ツェナー(5.1V)とフォトカプラのDiの逆耐圧が低いので破壊します。
・・・此処の部分はは再検討が必要です。

>どうせならPICとLCD等のの電源（5V）も作りたいと思いこの回路に並列にトランスレス電源を作れないかと思いだしたのですが・・・
>ネットで見かけたトランスレス電源をそのまま接続して問題ないでしょうか？

別々の回路で組んで電源は独立させてください。
一次側は独立させないと極性で短絡が発生します。
フォトカプラの一次側Diまでは供用できません。独立回路としてください。

補足

> 出来ればMFコンが望ましいのですが、入力にヒユーズを挿入すれば
なるほど、ちょくちょくヒューズが飛ぶのも嫌なのでメタライズドフィルムコンデンサを使用することにします。

> 半波検知回路の1N4007は必要です。
・・・これについては、３名の回答者様の意見が違っていて素人の私には必要なのか不要なのかわかりません・・・

> 別々の回路で組んで電源は独立させてください。
別々ということは、接続箇所はACCから並列ということで良いのでしょうか？

　　　コンデンサ(1uF) → 抵抗(47Ω) → ブリッジダイオード → ツェナー → 電解コンデンサ...(電源)
ACC
　　　コンデンサ(1uF) → 抵抗(47Ω) →ツェナー → フォトカプラ → ツェナー → ダイオード...(半波検知)

という感じで良いのでしょうか？

それと KEN_2 様的には、ACCの半波を全て検知する回路としては私の質問の添付画像の回路で問題ないということでよろしいでしょうか？

回答No.3

sawa001

下の回路ですが、画像を添付しても見にくいと思いますので文章で補足しますと、

AC電源 → ヒューズ(0.125A) → コンデンサ(1uF) → 抵抗(1kΩ) → ツェナー(5.1V)のカソード → 抵抗(150Ω) → フォトカプラのアノード

フォトカプラのカソード → ツェナー(5.1V)のアノード → AC電源

フォトカプラのアノード・カソード間に抵抗(150Ω) ・・・ これが無いとオフ状態が不安定になることがあります。

フォトカプラのコレクタ → 抵抗(1kΩ) → 5V電源

です。
ACラインがグランドに接続されていますが、これはシミュレーションに必要なためで、実際に製作するときには不要です。

抵抗は全て1/4Wでいいでしょう。コンデンサは高耐圧で容量が1uFと大きなものが必要なのでフィルムコンデンサでしょうね。

入手は共立電子の通販を使えばいいと思います。
http://eleshop.jp/shop/g/g4BH13S/

補足

ご親切に本当にありがとうございます。
回路の内容は判りました。・・・しかし、気になるの事が数点
1. なぜ抵抗値が72Ωから1kΩに変わったのか？・・・電流を減らすためでしょうか？・・・この抵抗値だと約何mAなのでしょうか？
2. 1kΩの隣の150Ωの役目は？
3. フォトカプラのアノード・カソード間の150Ωは、検知しない方の半波の通り道ということでよろしいのでしょうか？・・・それともツェナーを通るのでしょうか？
4. フォトカプラの発光側の直流逆電圧？は5Vなのですが大丈夫でしょうか？

5. ・・・メタライズドフィルムコンデンサでなく、普通の？フィルムコンデンサでも問題ないでしょうか？
下記２種を見つけたのですが・・・（ついでに買いたいものがあってご紹介の共立電子にはなかったもので・・・普通の？フィルムコンデンサで、問題があるようなら共立電子で購入しようと思います。）
http://page15.auctions.yahoo.co.jp/jp/auction/t190470523
http://page17.auctions.yahoo.co.jp/jp/auction/v70536050

・・・さらに調子にのって質問してよろしいでしょうか？
この質問の回路はPICマイコンで半波を検知し制御するためのものなのですが、どうせならPICとLCD等のの電源（5V）も作りたいと思いこの回路に並列にトランスレス電源を作れないかと思いだしたのですが・・・ネットで見かけたトランスレス電源をそのまま接続して問題ないでしょうか？

考えている回路的には、
半波検知回路のツェナー(5.1V)のカソード[接続箇所] → ブリッジダイオード → 新規ツェナー(5.1V)のカソード → 電解コンデンサープラス(330uF) → 5V電源(積層セラコン0.1uF) → 電解コンデンサーマイナス(330uF) → 新規ツェナー(5.1V)のアノード → ブリッジダイオード → ツェナー(5.1V)のアノード[接続箇所]
といった感じなのですが・・・

6. 接続箇所は問題ないでしょうか？・・・
7. 半波検知回路の方の「コンデンサ(1uF) → 抵抗(1kΩ)」部分は共有して大丈夫なのでしょうか？　また、これにより抵抗値(1kΩ)は変えた方が良いのでしょうか？　PIC等の必要電流は10mA位だと思うのですが・・・出来れば20mA位あったほうが・・・

8. ・・・半波検知回路のフォトカプラのアノードからPIC等用の5Vはとれないですよね？・・・ON OFFの繰り返しになってしまいますよね？

以上、本当に申し訳ありませんが是非とも回答を・・・よろしくお願いします。
ペコm(_ _;m)三(m;_ _)mペコ

回答No.2

sawa001

この回路には問題があります。

まず、順方向に電流は流れますが、1N4007があるので逆方向に流れません。
このためにコンデンサの電荷が抜けず、電流が流れるのは最初の半波だけです。
もし最初の半波1回だけを検出したいのならこのままでほぼいいのですが、
それでも電源を切った後もコンデンサの電荷がしばらく残るので、動作上問題となります。

次にツェナーダイオードがLEDの過電圧保護の役目も電流制限の役目も果たしていません。
逆電圧保護としては働きますが。
もしサージなどでツェナー電圧の5.1Vまで電圧が上がれば、フォトカプラのLEDにとんでもない
電流が流れて壊れてしまいます。

それと安全のためヒューズは必ず入れるべきです。

回路は添付画像のような感じでいいと思います。

上の回路が最初の1回だけ半波を検出する場合、
下の回路が半波全てを検出する場合です。

補足

回答ありがとうございます。
なるほど、素人考えの予想とはかなり異なりますね・・・

画像付きで非常にありがたいのですが・・・小さくて見えません・・・
目的としては半波全てを検出したいので、下の画像が非常に見たいのですが・・・

よろしくお願いします。

回答No.1

KEN_2

簡単に検算してみたのですが、ほぼ問題ないです。

コンデンサの1uFのインピーダンスは；32KΩ
（1/ωC にて）
電流制限抵抗470Ωとの電流値は約12mA　・・・OK

以下問題点を書き出します。
質問
１．OK
２．一次側にAC141Vが加わっているので感電注意
３．OK
３．耐電圧に注意；ac250V耐圧以上で、積層セラミックコンデンサは短絡モードで故障し発煙・発火し、回路が破壊することがあります。
値段は高く形状は大きいですが、「メタライズドフィルムコンデンサ」を使用するのが定石です。
４．他の方法も似通ったものです。

補足

回答ありがとうございます。

> 電流制限抵抗470Ωとの電流値は約12mA　・・・OK
とのことですが、画像の47Ωのことでしょうか？（小さくてすいません）
・・・私としては、フォトカプラが反応すれば問題ないので抵抗値は470ΩでOKということでしょうか？

それと、交流の場合？この回路の抵抗のワット計算はどうなるのでしょうか？1/4 (0.25W)抵抗で大丈夫でしょうか？

> 耐電圧に注意
・・・すいません、全く考えていませんでした・・・耐圧50Vだったので無理そうです。
「メタライズドフィルムコンデンサ」の1uFをヤフオクで探してみたのですが見つからず、メタライズドではない？「フィルムコンデンサ」の1uFでも問題ないでしょうか？

以上、お手数おかけして申し訳ありませんがよろしくお願いします。