IHクッキングヒータの制御基板について

質問

IHクッキングヒータの制御基板についてご存知の方
ご教授願います。
参考として、下記サイトのブロック図を参照ください。

http://japan.renesas.com/applications/consumer/home_appliance/ih_cooking_heater_low/index.jsp

入力電源(商用電源)の電圧をマイコンで測定する場合、
絶縁してマイコンで測定する方法を考えています。

電流測定は、カレントトランスで絶縁できます。
またIGBTの出力はフォトカプラを使うので絶縁して制御できます。
電圧測定だけは、絶縁してやる良い方法が思いつきません。

トランスを用いる方法がありますが、
トランスの精度によってバラつきがあり上手くできませんでした。
つまり、トランス以外の方法を考えたいのです。

案１：
オペアンプとコンパレータとフォトカプラを別途用意します。
ブロック図のように、商用電源を平滑して分圧します。
その分圧電圧をV1とします。
オペアンプで三角波V2を作り、V1とV2をコンパで比較し、
V2>V1になるとフォトカプラをオンして、
V2>V1になったことをマイコンに伝えます。
http://www.kairo-nyumon.com/pwm_signal.html

よって、V2<V1の間の時間(フォカプラがオフしている時間)で電圧を測ることができると思います。
なんかこんな回路でやるしかないのでしょうか？

よろしくお願いします。

回答No.5

xpopo · ベストアンサー

回答ＮＯ．４の補足です。

カレントミラーの出力はトランジスタＱ３のコレクタですが、この出力の等価的な出力抵抗は数十ＭΩのオーダーになりますので十分な絶縁性能を持っていることになります。

またＱ３には耐圧２００Ｖ以上のＰＮＰトランジスタを使用してください。

回答No.7

bogen555

補足をしっかり読んでみたところ，疑問が出てきました．
マイコンにソフト書きこむときの絶縁だったら，商用電源から切り離し，マイコンの電源を外部から供給すれば済むんじゃないでしょうか？
制御用の電源には整流ダイオードが入っているはずですから，その出口に外部電源を接続すれば済む話でしょう？
とゆーか，ハードの設計担当に相談したらどうでしょうか？
勤務先の生産技術担当に言えば，絶縁治具があるんじゃないでしょうか？
パワエレ制御用マイコンで，動作させながらソフトを書き換えるとゆうような危険なことは普通しませんよ．

デバッグに使いたいんだったら，
> トランスの精度によってバラつきがあり上手くできませんでした。
って，勤務先の電気主任技術者に相談すれば，出入りの工事屋か盤屋から安い高精度な「計器用変圧器（VT）」を入手してくれると思いますが？

こうゆうところで相談すると，見る人が見れば情報駄々漏れになるから，勤務先で相談した方がエエですよ．

回答No.6

bogen555

「絶縁」については，チャンと書かないと，感電防止の安全規格を知らない回答者が誤解しますよ．
IHクッキングヒータの安全規格は，国際規格がIEC60335-2-?で，日本ではJISC9335-2-?だと思いますが，作成する回路は感電防止のために安全規格の「基礎絶縁」以上で「強化絶縁」が望ましいとか書いておくべきでしょう．
最初に紹介したトランスも「複巻」トランスで「絶縁」トランスでないのは，「絶縁」は安全規格上の概念でトランス製造上の概念ではないからです．
紹介した「複巻」トランスを「絶縁」トランスと呼ぶためには，メーカーから構造図と材料証明書を戴いて安全規格に沿った試験をする必要があります．

ところで，質問者はフォトカプラでパルス周波数ではなく精度を要求するパルス幅を伝送したことがありますか？
PWM波形を正確に伝送するためには，PWM周波数が低くても超高速のフォトカプラが必要ですよ．
絶縁のためによく使うのは
アナログ信号-->A/Dコンバータ-->フォトカプラ-->D/Aコンバータ-->アナログ出力
です．
A/DコンバータやD/Aコンバータを使いたくなくて，精度を要求しないときは
アナログ信号-->VFコンバータ-->フォトカプラ-->FVコンバータ-->アナログ出力
で，VF，VFコンバータにはNJM4151を使います．
http://semicon.njr.co.jp/jpn/product/assp_other/NJM4151.html

～100kHzですから，フォトカプラには高速のこれが必要ですね．
http://documentation.renesas.com/doc/YOUSYS/document/PN10656JJ04V0DS.pdf

「複巻」トランスが最も簡単ですよ．
電圧可変したければ，こんなのもあります．（型名に'W'が付いたヤツ）
http://www.matsunaga-mfg.co.jp/newpage8.htm

回答No.4

xpopo

回答ＮＯ．３です。回答への下記補足に対して回答します。

＞大変恐縮ではありますが、マイコンと絶縁はできているのでしょうか？
＞よろしくお願いいたします。

絶縁はできてます。カレントミラー回路のＲ４とＲ５の整流ダイオード側の電圧は接地ＧＮＤに対して０Ｖから１４１Ｖ（ＡＣが１００Ｖｒｍｓ時）の電圧で振れてますが、カレントミラーの絶縁効果でカレントミラーの出力、Ｖｓｅｎｓｅには２Ｖ程度の電圧しか出てきません。この電圧がＡＣ電圧の実効値の１／５０に相当する電圧です。尚、マイコンのＧＮＤラインにＱ４のエミッタラインを接続してください。

回答No.3

xpopo

今日は、

案１でも測定は可能かとは思いますが時間測定が面倒かもしれませんね。また、精度をとるのも難しそうですね。

案２としては高精度のカレントミラーを利用して絶縁を行う方法があります。図を添付します。

カレントミラーはR3,R4,R5とPNPトランジスタQ1,Q2,Q3から構成されます。
動作は抵抗R3に流れる電流と同じ値の電流が抵抗R1に流れ込みます。
カレントミラーが正しく動作するのはAC電圧の＋に振れる半周期になります。

添付図の回路でシミュレーションした結果が下側の波形です。

　マイコンで／STROBE信号の立下りから数ｍsec後にOUT信号の電圧値Voutを読めばいいと思います。
尚、電源ACの電圧V1とVoの変換係数ｋは

　　ｋ　＝　Vout　＊　５０　（Vｒｍｓ）

となってます。この変換係数は抵抗R1の値を変えれば変更可能です。

補足

具体的な回答ありがとうございます。
大変恐縮ではありますが、マイコンと絶縁はできているのでしょうか？
よろしくお願いいたします。

回答No.2

bogen555

そーゆーことだったら，ここにあるようなトランスを入れて全体を絶縁するか，
ここから「単相複巻」を選択，「単相単巻」は絶対だめ！
http://www.toyoden-net.co.jp/shop/goods/goods.asp?category=02&shop=

このような「計器用変圧器(VT)」をいれるか，
これは「階級 1.0」だから誤差1%！
http://www.tsuruga.co.jp/products/pt/index.html

絶縁された直流出力の「ACトランスデューサ」を使えばエエんじゃないでしょうか？
http://www.tsuruga.co.jp/products/7542/index.html

回答No.1

P0O9I

自分で設計製造を考えているの？
既に、一般市販されているのと同じような物（それもできの悪いの）を、作って何の意味があるの？

今は、上のブロック図のようにPWM信号もマイコンで全て制御・発生するのが当たり前です。
アナログ回路（案１のことですよ）でPWM信号を作っても、精度は悪い、制御は難しい、コストは上がる、信頼性は悪い、と良い事は一つもありません。
何をしたいの？

補足

理由がないとだめですか？
理由は仕事の都合で。
マイコンにソフト書きこむときに、ポータブルの書き込み装置を使います。
その装置は基板上の電源を利用して、マイコンにソフトを書き込みます。
その装置を手で持って使うと、絶縁してないと、感電するからです。
感電しないようにマイコン部分だけでも絶縁したいのです。