CN101043768A

CN101043768A - 升压电路、电源单元以及使用其的成像装置

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Publication number: CN101043768A
Application number: CNA2007100887104A
Authority: CN
Inventors: 山下友文
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2027-03-20
Also published as: EP1838138A1; JP2008103307A; US8809752B2; KR20070095199A; CN101043768B; EP1838138B1; JP5026826B2; KR100887268B1; US20070230987A1

Abstract

一种在用于加热物体的感应加热单元中使用的升压电路，该升压电路包括开关元件、第一线圈、第二线圈和电容器。所述开关元件从直流电压中产生具有第一频率的第一交流电压。所述第一线圈随着具有第一频率的交流电压在第一线圈中的流动而在第一线圈周围产生磁场。该磁场用于在物体中感生涡电流，以感应地加热所述物体。第二线圈被累积地连接到所述第一线圈上。所述电容器以并联方式连接到第一线圈和第二线圈上。

Description

升压电路、电源单元以及使用其的成像装置

技术领域

本公开通常涉及一种用于对输入到用来加热物体的感应加热单元的电压进行升压的升压电路，并且更具体地，涉及一种包括升压电路的电源单元和包括具有升压电路的电源单元的成像装置。

背景技术

通常，可以通过诸如交流电(AC)的商用电源来驱动感应加热单元(IH单元)。

这样的IH单元可能具有保护功能，可以保护IH单元不受诸如雷电引起的电压浪涌、瞬间电源故障、突然的电压降低和突然的电压增加的反常因素的影响。

此后，当需要时，为了描述简单可以将感应加热单元术语化为“IH单元”。

IH单元可以具有电压谐振电路，该电压谐振电路可以生成具有通过将输入电压乘以“Q因子”而获得的值的电压。这样的“Q因子”意指“品质因子”(此后，当需要时称为“Q因子”)。

这样的“Q因子”可以用作指示电压谐振电路的性能级别的指示器。

可以用具有以下设置的下列等式(1)和(2)计算这样的“Q因子”：电压谐振电路的频率为“ω₀”；线圈电感为“L”；电容器的电容为“C”；并且电路的等效电阻值为“R”。

(1)Q＝ω₀L/R

(2)Q＝(1/R)×(1/ω₀C)

例如，在串联谐振电路的情况下，线圈或电容器的电压可以变成下述电压值，即可以通过将电源提供的输入电压乘以“Q因子”而得到的电压值。

电路可以具有电子开关，其可以被用于对相对较大的功率(或电流)进行开关操作。

例如，这样的电子开关可以包括“绝缘栅双极晶体管(IGBT)”。此后，为了表达简单，可以将“绝缘栅双极晶体管”术语化为“IGBT”。

图1示出了IGBT的示例电路，而图2示出了当向用于感应加热的IGBT输入1,200W(瓦)的电功率时，IGBT的每个端子的示例输出波形。

IGBT可以是双极型晶体管，在该IGBT的栅极部分可以放置MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)110，并且该IGBT具有如图1所示的栅极端G和发射极端E。

可以通过在栅极端G和发射极端E之间施加电压而驱动这样的IGBT，并且可以起到电弧抑制的作用，其中可以通过输入信号来感应(conduct)ON/OFF的开关动作。这样的IGBT可以是能够对较大功率(或电流)进行开关的固态器件。

如图2中所示，当输入电压111被输入到IGBT时，在栅极端G的栅极电压112和集电极端C的集电极电压113可以改变。

与FET(场效应晶体管)相比，这样的IGBT可以对相对较大的功率(或电流)进行开关，但是IGBT的开关速度可能比FET的开关速度相对慢。

成像装置可以使用感应加热单元(IH单元)，用于将图像定影在介质片(sheet)上，其中，可以在较大的功率(例如，1,000V的电介质强度和60A的电流)下进行开关操作。

这样的在较大功率下的开关动作不能用FET来进行，该FET可以用于正常电平的电源开关操作。因此，IGBT可以用于以较大功率(或电流)进行这样的开关操作。

通常，IH单元可以通过增加感应电动势(或电流)来降低感应加热时间。

增加谐振电压可以增加这样的感应电动势。

可以通过改变IH单元的电感分量或电容分量而增加谐振电压的峰值(称为“谐振峰值”)。通常，可以通过降低谐振时间而增加这样的“谐振峰值”。

然而，用作感应加热的电子开关的IGBT可能具有开关速度的上限，因而从增加开关速度的观点考虑，具有IGBT的传统电路不是优选的。

此外，如果在这样的传统电路中可以强制增加开关速度，则IGBT的开关损失可能不适宜地变得较大。

此外，如果增加谐振峰值(或Q因子)，则波形的峰值可能变得较大。在这样的情况下，即使频率以更小的级别发生变化，Q因子也可能波动，这对于控制IGBT来说可能是不受欢迎的。

图3A至3C示出了用于感应加热操作的IGBT的每个端子的输出波形。

图3A示出了谐振周期更长但没有实现谐振的情况，其中在重叠部分中可能产生噪声，并发生较大的损耗。

图3B示出了实现谐振的情况，其中可以有效地驱动IGBT。

图3C示出了可以实现谐振但是谐振周期可能较短并且波形峰值可能变得较高的情况，其中对IGBT的控制可能变得比较困难。此外，可以向线圈施加较大的电压，由该电压可以产生较大的热，其中这样的热产生可能导致较大的损耗。于是，电流可能流到IGBT的体二极管，并且可以看到电路发生较大的损耗。

这样，在传统的IH单元中，可以增加Q因子以增加电动势，从而可以增加加热速率。在这样的情况下，谐振波形的峰值可能变得较高，使得对IGBT的控制可能变得比较困难。

图4示出了用于解释感应加热单元90的功能结构的示例框图。

例如，感应加热单元90可以包括IH蒸煮(cooking)加热器。此后，为了表达简单，可能将感应加热单元90术语化为“IH单元90”。

IH单元90可以包括顶盘(未示出)和放置在该顶盘下的加热线圈94。

加热线圈94可以加热作为要被IH单元90加热的对象的蒸煮锅95。蒸煮锅95可以由诸如铁、铝、不锈钢等的金属制成。

这样的IH单元90可以用感应加热方法加热可以容纳诸如水的原料的蒸煮锅95。通过这样加热蒸煮锅95，蒸煮锅95中的水可以变暖或被加热。

此外，例如，IH单元90可以包括商用电源91、整流器92和逆变器(inverter)93。

当将IH单元90的电源设置为ON状态时，交流电(AC)可以流到加热线圈94上，该加热线圈可以放置在顶盘的下面。

这样的交流电(AC)可以是具有给定频率(例如，20Hz)的准高频波(quasi-high frequency wave)。可以如下由逆变器93从直流电中产生这样的交流电(AC)的准高频波。

例如，商用电源91可以向整流器92提供具有给定频率和电压(例如，60Hz或50Hz以及AC 100V)的交流电(AC)。整流器92可以将这样的交流电(AC)整流成直流电(DC)，并且向逆变器93提供该直流电(DC)。

逆变器93可以将这样的直流电(DC)逆变成具有较高频率波的交流电(AC)，并且可以使这样的交流电(AC)流到加热线圈94。

当这样的交流电(AC)可以流到加热线圈94中时，在加热线圈94周围可以产生磁场。

这样的磁场可以在被放在加热线圈94上的蒸煮锅95上感应出称为“涡电流”的电流。

如果直流电(DC)可以流到加热线圈94中，则当将DC电源设置为ON时，可以在蒸煮锅95中产生片刻这样的涡电流。

涡电流可导致以焦耳热测量的热能，这可能是能量损耗。可能发生诸如磁滞损耗的能量损耗，但是这样的能量损耗在实际中可以忽略。

这样的涡电流可具有与在加热线圈94中流动的电流的流动方向相反的流动方向。

涡电流可以在物体(例如，蒸煮锅95的底部)产生热能，以利用这样的热能加热蒸煮锅95。因此，可以用感应加热方法直接加热物体(例如，蒸煮锅95的底部)。

这样的感应加热的加热值“W”可以计算如下。

W＝I²×R

其中，I表示涡电流，“R”表示蒸煮锅95的底部的电阻率。

如果蒸煮锅95中有水，则被这样的热能加热的蒸煮锅95可以将该热能传导给蒸煮锅95中的水，这样，蒸煮锅95中的水可以变暖或被加热成热水。

此外，近年来，这样的感应加热单元可以用于办公自动化(OA)装置。

传统的成像装置(例如，复印机)可以使用卤素加热器，以进行调色剂定影处理。

然而，最近上市的成像装置可能已使用上面说明的感应加热单元，通过该感应加热单元，可以更准确地进行用于调色剂定影处理的温度控制并且可以缩短准备时间，因而，这样的感应加热单元对于降低成像装置的能量消耗来说是有效的。

图5示出了具有传统结构的IH单元1A的框图。

当对感应加热操作进行操作时，可以如下操作IH单元1A。

(1)商用电源4可向整流电路2施加AC 100V(如商用电压)，整流电路2直接将AC 100V整流成DC 141V。

(2)具有感应加热(IH)控制器6(如微型计算机)和驱动电路7的逆变器电路3A可以将DC 141V逆变为具有600V_0-p、50A_0-p和20Hz至40Hz的准高频波。

(3)逆变器电路3A可以包括作为开关器件(或元件)的IGBT 5，IGBT5可以进行较大功率(或电流)的开关操作。

(4)IH控制器6可以利用驱动电路7控制IGBT 5的ON/OFF操作。

(5)在(4)中的上述操作可以是电压谐振操作。

(6)逆变器电路3A可以包括作为IGBT 5的体二极管的二极管D1。

(7)IH控制器6可以控制感应加热操作，也可以控制谐振点跟踪、电流保护和电压保护。

此后，将参考图6解释感应加热的物理现象，图6示出了感应加热的基本原理。

(1)当电源101向线圈100提供交流电(AC)时，电流可以流到线圈100中，并且这样的电流可以在线圈100周围产生磁场MF。

(2)这样的磁场MF也可以存在于被用作电导体的金属圆筒102周围，该金属圆筒102是被放置在线圈100内部的物体。

(3)于是，被称为“涡电流EC”的电流可以在金属圆筒102中以给定方向流动，以抵消磁场MF的效应。该涡电流EC可以在金属圆筒102内具有深度δ的子表面部分中流动。

通常，越靠近电导体(例如，金属圆筒102)的表面，电流密度变得越大，而越远离电导体的表面，电流密度变得越小，这样的现象可以被称为“趋肤效应”。

电流的频率越高，则表面的电流密度越高，而较高的电流密度可以增加电导体的阻抗。

(4)涡电流EC和金属圆筒102的电阻可以在金属圆筒102中产生焦耳热。因为金属圆筒102可能在其表面部分具有较大的电流，所以可能以较大的电平加热金属圆筒102的表面。

(5)通过这样的过程，可以增加金属圆筒102的表面温度，而且可能同时发生从金属圆筒102的热量耗散。

(6)可能发生从金属圆筒102的表面到其中心的热传导，这使得在加热金属圆筒102的表面后，可以加热金属圆筒102的中心部分。

发明内容

本公开涉及一种用在用于加热物体的感应加热单元中的升压电路，该升压电路包括开关元件、第一线圈、第二线圈和电容器。所述开关元件从直流电压中产生具有第一频率的第一交流电压。所述第一线圈随着具有第一频率的交流电压在第一线圈中的流动而在第一线圈周围产生磁场。该磁场用于在物体中感生涡电流，以感应地加热所述物体。第二线圈被累积地(cumulative)连接到所述第一线圈上。所述电容器以并联方式连接到第一线圈和第二线圈上。

本公开也涉及一种用在用于加热物体的感应加热单元中的电源单元，该电源单元包括电源、和升压电路。所述电源产生直流电压。所述升压电路接收由所述电源产生的直流电压。

本公开也涉及一种用在用于加热物体的感应加热单元中的电源单元，该电源单元包括整流电路和升压电路。所述整流电流将交流电压整流成直流电压。所述升压电路接收由该整流电路整流的直流电压。

本公开也涉及一种包括定影部件和电源单元的成像装置。所述定影部件将图像显影剂形成的未定影图像定影在记录介质上。所述电源单元包括累积连接的第一和第二线圈，和以并联方式连接到所述第一线圈和第二线圈上的电容器，以感应地加热所述定影部件。

附图说明

参考附图，根据下面的描述可以容易地获得和理解本公开的更全面的价值及其许多随加的优点与特征，其中：

图1示出了IGBT的示例电路；

图2示出了当向IGBT输入用于感应加热操作的电源时，IGBT的每个端子的示例输出波形；

图3A至3C示出了在给定条件下用于感应加热操作的IGBT的每个端子的输出波形；

图4示出了用于解释感应加热单元的功能结构的示例框图；

图5示出了具有传统结构的感应加热单元的框图；

图6示出了感应加热方法的基本原理；

图7示出了根据示例实施例的成像装置100的示范性截面图；

图8示出了根据示例实施例的感应加热单元的示例电路图；

图9A示出了具有多个累积连接的线圈的示例电路图；

图9B示出了具有加热线圈的传统电路图；

图10A和10B示出了LC谐振电路的示例波形图，其中图10A示出了线圈相对于频率的阻抗变化，图10B示出了品质因子相对于频率的变化；

图11、12和13示出了具有用于加热的加热线圈、IGBT和谐振电容器的示例电路；

图14示出了加热线圈的电路图，该加热线圈配置有多个彼此累积连接的线圈；以及

图15和16示出了用于使用图14中所示的加热线圈的感应加热单元的电路图。

附图意欲描述示例实施例，不应被解释为限制其范围。除非明显指出，否则附图不被认为是按比例绘制的。

具体实施方式

应该理解的是，如果元件或层被称为“在...上”、“靠着”、“连接到”或“耦合到”另一元件或层，则其可以直接地在其它元件或层上、靠着连接到或耦合到其它元件或层上，或者可能存在中间插入的元件或层。相比而言，如果元件被称为“直接地在...上”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或层，则不存在中间插入元件或层。

全文中，类似的标号指代类似的元件。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个所列出的相关项的任意和所有组合。

为了简化说明，这里可以使用与空间相关的术语，诸如“在...下”、“下面”、“较低”、“在...上”、“上面”等，以描述附图中所说明的一个元件或特征相对于另一元件或特征的关系。应当理解的是，与空间相关的术语意欲包含除了附图中所描述的方向外的设备使用或操作的不同方向。例如，如果将附图中的设备进行翻转，则被描述为在其它元件或特征“之下”或“下面”的元件则可能被定向为在其它元件或特征“之上”。因此，诸如“之下”的术语可以包括上和下两个方向。因此，该设备可以是其它方向(旋转90度或其它方向)而且相应地解释这里所使用的空间相关描述语。

尽管这里可以使用术语第一、第二等来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但应该理解的是，这些元件、组件、区域、层和/或部分不应被这些术语所限制。这些术语只用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一区域、层或部分进行区别。因而，在不背离本发明的教导的情况下，可以将下面所讨论的第一元件、组件、区域、层或部分术语化为第二元件、组件、区域、层或部分。

这里所使用的术语只用于描述特定实施例的目的，不意欲限制本发明。如这里所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”也意欲包括复数形式，除非文中清楚表示不包括。还应该理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”表示所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或附加。

在下文中，使用术语“准高频”来描述从DC电流产生的AC电流的频率(第一频率)，第一频率高于从其中产生所述DC电流的AC电流的频率(第二频率)。同时，第二AC电流通常是正弦波形，第一AC电流具有不同的形状(特别是矩形)，即具有除了正弦基本波之外，还具有高次谐波。具体地，第一AC电流的基本波(basic sign wave)的频率比第二AC电流的基本波的频率高。在说明附图中所示的示例实施例中，使用特定的技术术语是为了清楚的原因。然而，本公开不意欲被限制为所选择的具体的技术术语，并且应该理解的是，每个具体的元件包括以类似方式操作的所有技术等价物。

现在将参考附图，其中在所有几个附图中，相似的参考数字指代相同或相应的部分，具体参考图7及其它附图描述根据示例实施例的用于感应加热的单元或方法。

下面，解释根据示例实施例的成像装置。

图7示出了根据示例实施例的成像装置100的示范性截面图。例如，成像装置100可以使用电子摄像术，用于将图像形成在记录介质上。

成像装置100可以使用具有根据示例实施例的升压单元和电源单元的感应加热定影单元。

例如，如图7中所示，成像装置100可以包括扫描单元11、成像单元12、自动文件送入器(ADF)13、文件送出盘、介质片送出盘20。

扫描单元11可以扫描由自动文件送入器(ADF)13送入的文件。文件送出盘14可以接收和堆叠由ADF 13送入的文件。

介质片送入部分19可以包括纸盒15至18。介质片送出盘20可以堆叠从成像单元12中送出的记录介质(例如，纸)。

用户可以将文件D放置在ADF 13的文件接收器21上。

用户可以按下操作键单元(未示出)上的打印键，以沿着箭头B1所示的方向送入文件D，从而可以将文件D送入到扫描单元11的接触玻璃24上。

具体地，拾取辊22和文件传送带23可以进行旋转，以将文件D送入到扫描单元11的接触玻璃24上。

在接触玻璃24下面提供的扫描器25可以扫描被放置在接触玻璃24上的文件D的图像。

例如，如图7中所示，扫描器25可以包括光源26、光学设备27和光电变换器28。

光源26可以对放在接触玻璃24上的文件D进行照射。光学设备27可以将文件图像聚焦在光电变换器28上。例如，光电变换器28可以包括电荷耦合器件(CCD)，所述文件图像可以聚焦在该电荷耦合器件上。

在用扫描器25扫描完图像后，可以利用文件传送带23的旋转，以箭头B2所示方向传送文件D，并可以送出到文件送出盘14。

这样，可以逐张地向接触玻璃24送入文件D，并且扫描单元11可以逐张地扫描文件图像。

例如，成像单元12可以包括作为图像载体的光电导体30和写入单元32。

光电导体30可以以顺时针方向旋转，并可以通过充电单元31将光电导体30的表面充电到给定电压。

写入单元32可以向光电导体30的充电表面照射调制光束L以在光电导体30的表面上形成静电潜像，所述光束L是基于扫描器25扫描的图像信息而生成的。

通过显影单元33可以将该静电潜像显影为可见图像(例如，调色剂图像)。

然后，可以利用转印单元34的影响从光电导体30向记录介质P转印该可见图像。

在向记录介质P转印完该可见图像后，清洁单元35可以清洁光电导体30的表面。

成像单元12可以包括位于成像单元12的较低部分中的多个纸盒15-18。纸盒15-18的每一个可以容纳记录介质P(例如，纸张)。

可以以箭头B3所示的方向从纸盒15-18中任何一个送入记录介质P。然后，可以如上面所解释的，从光电导体30向记录介质P转印可见图像。

还可以以箭头B4所示的方向向定影单元36传送记录介质P，所述定影单元36可以包括定影辊40和压力辊41。

定影辊40(作为加热辊)和压力辊41可以向记录介质P施加热和压力，以将可见图像定影在记录介质P的表面。

在将可见图像定影在记录介质P上之后，送出辊37可以以箭头B5所示的方向传送记录介质P，以将记录介质P送出和堆叠在介质片送出盘20上。

被构造为具有定影辊40和压力辊41的定影单元36可以包括IH单元(感应加热单元)1B，其可以用感应加热方法来加热定影辊40。

定影辊40可以包括金属核和覆盖在该金属核上的表层。

例如，金属核可以由诸如铁、钴、镍或类似这样的金属合金的磁性金属材料制成，并且可以被塑形成中空圆筒形状。

优选地是，定影辊40的金属核由具有较低热容(即，可以在较短时间段内增加金属的温度)的磁性金属材料制成。

定影辊40的表层可以由诸如硅树脂橡胶的具有给定热阻的橡胶材料制成。例如，这样的橡胶材料可以是固体类型或泡沫类型。

压力辊41可以包括金属核和覆盖在该金属核上的弹性元件。

例如，金属核可以由诸如铜和铝的具有较高热传导性的金属材料制成，并且可以被塑形成圆筒形状。例如优先的是，金属核可以由包括不锈钢的金属制成。

弹性元件可以由具有给定热阻和较高调色剂分离性能的材料制成。

定影辊40和压力辊41可以在其间限定一个小部分(nip)，在该小部分上，定影辊40和压力辊41向其上具有未定影调色剂图像的记录介质P施加热和压力。

图8示出了图7中所示的IH单元1B的示例电路图。例如，IH单元1B可以包括整流电路2和逆变器电路3B。

如图7和8中所示，可以在定影单元36中提供IH单元1B，且在IH单元1B和定影辊40之间设置有给定缝隙，其中定影辊40可以是要被IH单元1B加热的对象。

例如，如图7中所示，整流电路2可以包括商用电源4、平滑滤波线圈L2、噪声滤波电容器C、电容器C2和电流互感器CT。

平滑滤波线圈L2和电容器C2可以构成诸如低通滤波器的LC滤波器。

商用电源4可以向整流电路2施加给定值的交流电(AC)。

这样的商用交流电(AC)可以依赖地区或区域的不同而具有不同的值。例如，可以在一个地区中使用具有100V电压和50Hz/60Hz频率的交流电(AC)。

整流电路2可以将这样的交流电(AC)转换成具有给定值(例如141V)的直流电，并且将这样的直流电提供给逆变器电路3B。

电流互感器CT可以检测商用电源4(例如，AC 100V)的电流。如果电流互感器CT可以检测到商用电源4的电流的错误(或异常)状况，则可以激活保护电路。

例如，如图8中所示，逆变器电路3B可以包括耦合线圈ML、谐振电容器C1、IGBT5、体二极管D1、感应加热控制器(IH控制器)6和驱动电路7。

耦合线圈ML可以被配置为具有彼此累积连接的加热线圈和谐振线圈。

耦合线圈ML和谐振电容器C1可以以并联方式连接。

IGBT5可以被用作开关器件(或元件)，并且可以具有体二极管D1。

例如，IH控制器6可以包括具有CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)的微型计算机。

如图8中所示，耦合线圈ML可以包括彼此累积连接的第一线圈La和第二线圈Lb。

第一线圈La和第二线圈Lb中的至少一个可以用于加热物体(例如，定影辊40)，并且第一线圈La和第二线圈Lb可以共同用作谐振线圈。

当IGBT5执行开关操作时，谐振电容器C1可以具有谐振能量，其中可以如下计算该谐振能量。

(1/2)Li²＝(1/2)CV²

其中，“L”表示线圈的电感，“i”表示电流，“C”表示电容器的电容，而“V”表示电压。

IGBT5可以被用作开关器件(或元件)，其可以将直流电转换成具有准高频波的交流电。

IH控制器6可以具有校正耦合线圈ML的电感变化的功能。

IH控制器6和驱动电路7可以具有控制IGBT5的准高频波的值的功能，从而使得耦合线圈ML可以处于谐振条件中。

尽管未示出，但是IH控制器6还可以包括例如振荡电路(或定时器电路)以及保护电路。利用这样的电路，IH控制器6可以向驱动电路7发送给定命令，以指令IGBT 5的开关定时。

例如，驱动电路7可以包括图腾柱电路。驱动电路7可以基于从IH控制器6发送的给定命令而控制IGBT的ON/OFF开关动作。

逆变器电路3可以从整流电流2接收直流电，然后通过使用IGBT5将该直流电转换成具有准高频波(例如，20KHz至60KHz)的交流电。

IH控制器6和驱动电路7可以控制IGBT 5的ON/OFF开关动作。

可以向耦合线圈ML和谐振电容器C1提供这样的准高频波，从而使得可以通过耦合线圈ML产生磁场，并可以通过谐振电容器C1产生谐振。利用这样的耦合线圈ML，可以感应地加热定影辊40。

图8中所示的具有耦合线圈ML、谐振电容器C1和IGBT5(作为开关器件或元件)的谐振电路结构可以有效地加热定影辊40。

在IH单元1B中，可以用给定的频率范围进行IGBT的开关操作，给定的频率范围可以是根据下面等式1定义的谐振频率“f”的给定范围。

f = 1 / 2 π \sqrt{(LC)}

(等式1)

利用这样的谐振频率“f”，可以进行具有优选的Q因子的谐振操作，通过该操作可以有效地进行IGBT5的开关操作。

当IGBT5被设置为ON状态时，电流可以流到耦合线圈中，而当IGBT5被设置为OFF状态时，可以向谐振电容器C1施加谐振电压。

当电流流到耦合线圈ML中时，可以在耦合线圈ML周围产生磁场，而这样的磁场可以导致在定影辊40中流动涡电流。

通过定影辊40的涡电流和电阻的组合效应，可以产生由(i²)×(R)计算的功率，其中“R”表示电阻，而“i”表示电流，这样，可以向定影辊40产生焦耳热能量。因此，可以通过IH单元1B加热定影辊40。

IH单元1B可以包括上述的耦合线圈ML。

如上面所解释的，这样的耦合线圈ML可以包括用于电压谐振的谐振线圈和用于加热物体(例如，定影辊40)的加热线圈。

因此，耦合线圈ML可以具有加热和谐振的功能，其可以不同于在可以整流交流电(例如，AC 100V)的整流电路中提供的平滑滤波线圈L2。

可以用给定电源(例如，AC 100V，并且60Hz或50Hz)进行感应加热处理。然而，可以使用具有更高电压和更高频率的电源以增加感应加热的加热速率。

例如，可以通过逆变器电路3B将具有AC 100V和60Hz或50Hz的输入电源增加为具有600-1000V_0-p和20KHz至40KHz的输出电源。

逆变器电路3B可以包括电压-谐振电路(或称为“LC谐振电路”)，其被配置为具有耦合线圈ML(具有谐振线圈和加热线圈)和谐振电容器C1。

利用这样的电压-谐振电路(或LC谐振电路)，逆变器3B可以产生具有通过将从整流电路2发送的直流电压乘以Q因子而获得的电压值的谐振波形。

根据示例实施例的IH单元1B可以包括线圈结构，该线圈结构可以是累积连接的线圈，通过该线圈结构，可以以降低的成本来制造升压单元，而不影响谐振频率和Q因子。

因为耦合线圈ML可以具有加热和谐振的功能，因此可以不用较大程度地改变耦合线圈ML的电感值。

根据示例实施例的升压电路可以增加用于感应加热的电压，而不改变耦合线圈ML的电感值，并且可以增加在定影辊40中流动的涡电流的量。

因此，可以降低IGBT5的开关损耗，并且可以增加谐振电压的峰值(或“谐振峰值”)。

利用这样的结构，可以降低IH单元1B加热物体(例如，定影辊40)所需的加热时间。

具有上述线圈结构的IH单元1B可以有效地用较短时间变热或加热物体(例如，定影辊40)，而不改变谐振频率。

下面，将参考图9解释用于加热和谐振的、具有累积连接的线圈的线圈结构。

图9示出了具有加热线圈的示例电路图。

图9A示出了具有累积连接的多个线圈的示例电路图，其中线圈可以用于加热物体和用于谐振。

图9B示出了具有加热线圈的传统电路图。

通常，可以根据每圈线圈的感应电动势来确定线圈产生的热能。

对于图9B中所示的传统加热线圈，感应电动势“e”、绕线圈数“N”、电感“L”、磁通量“”以及电流“I”可以具有以下关系：

e＝-N(Δ/Δt)

e＝-L(ΔI/Δt)

L＝N(Δ/ΔI)

因此，感应电动势“e”可以相对于绕线圈数“N”和电感“L”而成比例地增加。

因此，在这样的传统加热线圈中，可以通过增加感应电动势“e”而增加加热线圈产生的热能，其中可以如上所述通过增加绕线圈数而增加感应电动势“e”。

然而，如果线圈的绕线圈数可以改变，则线圈的电感也可以改变。

传统的IH单元可以包括图9B所示的谐振电路，该谐振电路可以包括加热线圈和电容器。如果在这样的电路中线圈的电感可以改变，则根据上述等式1，电路的频率也将改变。

如果电路的频率根据谐振频率而明显地偏移，则不能有效地驱动谐振电路，并且可能明显地降低谐振电路的效率。

图9A示出了根据示例实施例的磁耦合线圈，其中磁耦合线圈可以具有互感M以及耦合系数k。这样的磁耦合线圈可以具有由下面等式表示的感应电动势“e2”。

e2＝-M(ΔI/Δt)

可以通过下面等式2确定互感M，其中第一线圈La和第二线圈Lb的电感可以分别与电感L1和L2对应。

M = K \sqrt{(L 1) \times (L 2)}

(等式2)

因此，可以确定图9A中所示的磁耦合线圈的感应电动势“e2”，而不受线圈的绕线圈数影响。

因而，可以容易地控制图9A中所示的磁耦合线圈的感应电动势“e2”，而不影响谐振电路的效率。

此外，优选的是，图9A中所示的这样的线圈结构可以基于线圈La和Lb的电感的比率而对电压值进行升压，而不改变每个线圈的电感值。

因此，可以增加谐振电路的感应电动势，而不改变每个线圈的电感值。

此外，与绝缘类型的互感器相比，因为图9A中所示的这样的线圈结构可以具有更简单的结构，所以可以利用降低的成本来制造具有图9A中所示的线圈结构的谐振电路。

通过为Q因子设置给定值，这样的IH单元1B可以在较短时间段内将定影辊40加热到给定温度，其中可以通过改变电路的条件选择地设置该Q因子。

例如，当通过一个电子元件驱动谐振电路时，可以设置“5至7”的“Q因子”。

当在谐振频率f₀的给定范围驱动LC谐振电路时，可以以较高的效率来驱动LC谐振电路，其中谐振频率f₀可以被表示为

f_{0} = (1 / 2 π) \sqrt{LC} .

图10示出了LC谐振电路的示例波形图。图10A示出加热线圈相对于频率的阻抗变化，而图10B示出了Q因子相对于频率的变化。

当将LC谐振电路的LC常数设置为给定值时，可以用上述等式1来确定LC谐振电路的谐振频率。因此，可以确定LC谐振电路的驱动频率。

此外，可以通过在物体周围产生的磁通量来确定在诸如金属物体的物体中产生的热能。可以通过在物体中流动的电流量来确定这样的磁通量，并可以用IGBT的V_ce0-p和要被加热的物体的电阻值来确定这样的电流。

下面，参考图11至13解释另一加热线圈。

图11示出了用于加热物体(例如，定影辊40a)的具有加热线圈50、IGBT51和52以及谐振电容器53的电路。

图12示出了用于加热物体(例如，定影辊40a)的具有加热线圈60、IGBT61至63、二极管D2至D5以及谐振电容器64的另一电路。

图13示出了用于加热物体(例如，定影辊40a)的具有加热线圈70、IGBT71、谐振电容器72、二极管D6的另一电路。

在图11至13中所示的每个电路中，如果可以将加热线圈的电感L设置为较大值，或如果可以将电容器的电容C设置为较小值，则可以用用于加热线圈的金属圆筒周围产生的磁场和涡电流来增加Q因子，所述涡电流可以以抵消磁场效应的方向流动。

在图11至图13中所示的结构中，可以通过在加热线圈中流动的电流产生的磁场来改变谐振频率f₀。

如果在这样的条件下，IGBT的开关速度超过上限速度，则开关操作的功率损耗可能变得较大。

此外，Q因子的增加可能意味着增加谐振波形的锐度，这可能更难以控制。例如，如果在具有更尖锐的谐振波形条件下频率可改变，则升压率可能改变得较大。

此外，由于空间的限制，增加加热线圈的电感L可能是比较困难的。

在图11至13所示的这样的结构中，通过将DC偏压偏置为谐振电压，可以增加谐振电压V_ce0-p，而不改变Q因子。例如，可以使用双层电容器。

然而，除了用于IH单元的电源之外，这样的方法可能还需要用于对电容器的充电/放电的电源，考虑到降低制造成本，这样的方法不是优选的。

图14示出了加热线圈的电路图，该加热线圈被构造为具有彼此累积连接的多个线圈，其中加热线圈Lc和平滑滤波线圈Ld可以彼此累积连接。

图15和16示出了使用图14中所示的加热线圈的感应加热单元的电路图。

图15示出了使用如图14中所示的彼此累积连接的加热线圈Lc和平滑滤波线圈Ld以及IGBT 80的电路。

图16示出了使用如图14中所示的彼此累积连接的加热线圈Lc和平滑滤波线圈Ld、IGBT 80和谐振电容器81的电路。

图15和16示出了可以具有下列关系的电路。

L0＝Lc＋Ld＋2M

n = \sqrt{(Ld) / (Lc)}

(等式3)

M = \sqrt{(Lc) \times (Ld)}

(等式4)

如果将Ld的电感设置为“1”，则根据等式3，Lc的电感可以变成“(1/n)²”。在这样的情况下，根据等式4，耦合系数M可以变成“1/n”。

因而，如果将Ld的电感设置为“1”，则等式“Lc+Ld+2M＝L0”可以变成“(1/n)²+1²+2×(1/n)＝(1+1/n)²”。

因而，当将Ld的电感设置为“1”时，L0可以变成“(1+1/n)²”。在这样的条件下，Lc和Ld可以被表示如下。

Ld＝L0×1/(1+1/n)²

Lc＝L0×1/(1+1/n)²×(1/n)²

优选的是，这样的线圈结构可以基于电感比率Lc∶Ld而对电压进行升压，而不改变线圈的电感。

例如，当如上所述将Ld的电感设置为“1”并将Lc的电感设置为“(1/n)²”时，可以将电压升压为将输入电压乘以如等式3中“

n = \sqrt{(Ld) / (Lc)}

”所示的值“n”(例如，

n = \sqrt{(Ld) / (Lc)} = \sqrt{1 / {{(1 / n)}^{2}}} = n

)而得到的值。

上面所解释的根据示例实施例的升压电路和电源单元可以被应用于加热物体的加热单元。

例如，如上面解释的，根据示例实施例的上述升压电路和电源单元可以被应用于成像装置。此外，根据示例实施例的上述升压电路和电源单元可以被应用于不限制应用的加热单元。

在上述的教导的启示之下，可以做出各种额外的修改和变形。因而应当理解的是，在所附权利要求书的范围内，可以用除这里所具体描述的其它方式来实现本公开。

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2006年3月20日向日本专利局提交的日本专利申请No.2006-076730和于2006年9月22日向日本专利局提交的No.2006-257588的优先权，其全部内容通过引用而被合并于此。

Claims

1.一种在用于加热物体的感应加热单元中使用的升压电路，该升压电路包括：

开关元件，从直流电压中产生具有第一频率的第一交流电压；

第一线圈，随着所述具有第一频率的交流电压在所述第一线圈中的流动而在第一线圈周围产生磁场，该磁场用于在物体中感生涡电流，以感应地加热所述物体；

第二线圈，被累积地连接到所述第一线圈上；以及

电容器，以并联方式连接到所述第一线圈和第二线圈上。

2.根据权利要求1所述的升压电路，其中，所述开关元件包括绝缘栅双极晶体管。

3.根据权利要求1所述的升压电路，还包括控制器，被构造为校正所述第一线圈和第二线圈的电感的变化。

4.根据权利要求1所述的升压电路，还包括转换元件，被构造为在所述第一线圈、第二线圈和电容器的谐振频率的给定频率范围内转换开关元件的操作。

5.一种在用于加热物体的感应加热单元中使用的电源单元，包括：

电源，产生直流电压；以及

根据权利要求1至4之一所述的升压电路，被构造为接收由所述电源产生的直流电压。

6.一种在用于加热物体的感应加热单元中使用的电源单元，包括：

整流电路，被构造为将第二交流电压整流成直流电压；以及

根据权利要求1至4之一所述的升压电路，被构造为接收该整流电路整流的直流电压。

7.根据权利要求5或6所述的电源单元，其中第一频率比第二交流电压的第二频率高。

8.根据权利要求5至7之一所述的电源单元，其中第一电流电压的波形不同于第二电流电压的波形，特别地，第二电流电压具有正弦波形而第一电流电压具有矩形波形。

9.一种成像装置，包括：

定影部件，被构造为将图像显影剂形成的未定影图像定影在记录介质上；以及

根据权利要求5至8任意一项权利要求所述的电源单元，该电源单元包括累积连接的第一和第二线圈，和以并联方式连接到所述第一线圈和第二线圈上的电容器，以感应地加热所述定影部件。