CN103235614A - 一种热定影器的安全控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明一种热定影器的安全控制电路，涉及电子电路技术领域。一种热定影器的安全控制电路，包括温度传感器（101），分压电阻切换电路（102），测试状态发生电路（103），电压采样保持电路（104），上电复位电路（105），阈值电压分压电路（106），电压比较电路（107），数据选择电路（108），低通滤波电路（109）及故障状态锁定电路（110）以电路连接组成。鉴于对热定影器的保护、断电连锁功能完全由“硬件”实现，并且独立于MCU“软件”的控制状态，可获得高可靠性。本发明适用于采用热定影技术原理的复印机、打印机、传真机及多功能机等图像形成装置。

Description

一种热定影器的安全控制电路

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体指一种热定影器的安全控制电路。

背景技术

热定影器的安全控制电路必须处理的异常情况有两种：温度传感器断线和热定影器过热。用于热定影器的温度传感器通常是一种负温度系数的半导体元件，以本发明涉及的温度传感器为例，在250℃时，温度传感器的电阻值是2.411kΩ；在-20℃时，温度传感器的电阻值是2448kΩ；后者的电阻值是前者的近1000倍。为了准确地测量这两种极端温度，现有技术采用不同阻值的电阻作为分压电阻：选用4.7kΩ电阻测量对应250℃时的2.411kΩ，和选用820kΩ电阻测量对应-20℃时的2448kΩ。现有技术通常由MCU（主控制器）完成切换分压电阻4.7kΩ及820kΩ、通过A/D（模拟/数字）转换器读取、判断两种状态下的电压值；在4.7kΩ条件下可以判定热定影器过热故障发生；在820kΩ条件下可以判定温度传感器断线故障发生，一旦故障被锁定，MCU立即切断“热定影器”的电源，以达到安全控制的目的。

现有技术在温度传感器断线、热定影器过热检测方面，均需要MCU参与处理，包括两种采样电阻的切换、温度值的读取、对故障发生的判断、锁定、以及切断热定影器的电源等操作步骤。现有技术采用的MCU通常是一个控制系统，包括存储器、控制器、通信接口、软件等部分，比较复杂。相应地可靠性也是比较低的。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术存在的不足，是一个将现有技术“硬件”化的设计，在同一套“硬件”电路中实现对温度传感器断线、热定影器过热两项故障的检测与连锁保护。温度传感器断线、热定影器过热故障发生的确定、断电连锁功能均由“硬件”电路独立实现，完全不依赖于MCU“软件”的控制状态。采用本控制电路后可以避免因MCU软件控制状态被“挂起”而产生的热定影器加热失控现象，可靠性高。

鉴于对热定影器的保护、断电连锁功能的实现完全独立于MCU“软件”的控制状态，即系统对MCU的安全可靠性的要求可以降低，进而可以考虑将MCU的外置WATCH-DOG RESET（看门狗）复位电路改为普通的复位电路，仅使用MCU芯片内置的WATCH-DOG RESET功能就能满足相应的安全要求，采用本发明的控制电路可以降低成本。由于系统软件不必实时监测、处理温度传感器断线、热定影器过热故障，采用本发明的控制电路可以简化MCU软件的温度控制结构。

本发明适用于采用热定影技术原理的复印机、打印机、传真机及多功能机等图像形成装置。

本发明一种热定影器的安全控制电路其工作原理如下（如附图1所示）：

1.测试状态发生电路（如附图2所示）

测试状态发生电路用于产生两种测试状态：

对应于温度传感器断线故障检测的“H”电平，宽度为T1；

对应于热定影器过热故障检测的“L”电平，宽度为T2；

其中，T1电平宽度远小于T2电平宽度。

2.分压电阻切换电路（如附图3所示）

3.温度传感器

一种常用于热定影器温度控制的温度传感器的“温度-电阻值”特性（如表1）：

表1

由表1可以看出，该温度传感器对应-20℃的电阻值是2448kΩ，对应250℃的电阻值是2.411kΩ；前者的电阻值是后者的近1000倍。

为了准确地测出上述两点的电阻值，本发明采用不同的分压电阻值的方案：

当端口102.4=H电平时，开关S1断开，此时对应于温度传感器断线检测模式，等效电路（如附图4所示）；

电阻R1与-20℃时温度传感器的电阻值Rsts(-20℃)对Vcc分压后得到V1；若此时温度传感器的端电压高于V1，则判定为温度传感器断线故障发生。

当端口102.4=L电平时，开关S1接通，此时对应于热定影器过热检测模式，等效电路（如附图5所示）；

电阻R1与电阻R2并联，经与250℃时温度传感器的电阻值Rsts(250℃)对Vcc分压后得到V2；若此时温度传感器的端电压低于V2，则判定为热定影器过热故障发生。

4.阈值电压分压电路（如附图6所示）

阈值电压分压电路通过电阻R3、R4、R5、R6产生电压值V1、V2；

其中，电阻R3、R4产生电压值V1，用于判别温度传感器断线故障的发生；

电阻R5、R6产生电压值V2，用于判别热定影器过热故障的发生。

5.电压比较电路（如附图7所示）

电压比较电路由比较器U1、U2构成；

当端口107.2的电压高于V1时，比较器U1输出低电平；

当端口107.2的电压低于V2时，比较器U2输出低电平。

6.数据选择电路（如附图8所示）

在端口108.4=H电平期间，开关端口S3.1-S3.3接通；

此时若端口108.3=L电平，则表示温度传感器断线故障发生；

在端口108.4=L电平期间，开关端口S3.1-S3.2接通；

此时若端口108.3=L电平，则表示热定影器过热故障发生。

7.低通滤波电路（如附图9所示）

低通滤波电路由电阻R7、电容C2构成；

低通滤波电路的功能是抑制端口109.1输入的开关切换噪声。

8.故障状态锁定电路（如附图10所示）

故障状态锁定电路由双输入端与非门U3、U4构成；

正常工作状态下，端口110.1、110.2均处高电平状态；

当端口110.1=L电平时，端口110.3=H电平，故障状态锁定电路处于复位状态；

当端口110.2=L电平时，端口110.3=L电平，故障状态锁定电路处于故障锁定状态；

当有温度传感器断线或热定影器过热故障发生时，故障状态锁定电路处于故障锁定状态，端口110.3=L；

端口110.3=L电平立即切断热定影器的电源，达到热定影器的安全控制目的；

端口110.3=L电平还将通过MCU判断、处理、显示故障类型；

故障状态一旦被锁定，只能通过重新上电的过程才能被解除。

9.上电复位电路（如附图11所示）

电源接通后，当+5V电源电压低于4V时，端口105.1=L电平，使得故障状态锁定电路上电复位；

当+5V电源电压高于4V时，端口105.1=H电平，使得故障状态锁定电路处于正常工作状态。

10.电压采样保持电路（如附图12所示）

电压采样保持电路由开关S2、电容C1构成；

电压采样保持电路的功能是：

当测试状态发生电路处在T2期间：开关S2接通，端口104.1的电压输出至端口104.2，同时端口104.2的电压又对电容C1充电；

当测试状态发生电路处在T1期间：开关S2断开，端口104.2的输出电压不受端口104.1的影响，电容C1的端电压将保持端口104.2的输出电压值在T1期间内不变；

电压采样保持电路的原理是：在T1检测期间，通过断开开关S2以隔离端口104.1、104.2；同时，电容C1在T2期间采样的电量能够在T1期间内“保持不变”，确保了端口104.2在任何时候都可以输出有效的热定影器的温度值。

在T1检测期间，由于开关S2是断开的，电容C1不会对分压电阻切换电路的时间响应产生不利影响。

在T2检测期间，由于R2电阻值远小于R1，并且被测温度又是一个“连续、缓慢变化”的过程，所以电容C1也不会对分压电阻切换电路的时间响应产生不利影响。

以下结合附图1对电路的连接关系作进一步的描述：

温度传感器端口101.1与分压电阻切换电路端口102.1连接；

温度传感器端口101.2与分压电阻切换电路端口102.2连接；

分压电阻切换电路端口102.3与电压采样保持电路端口104.1、电压比较电路端口107.2连接；

测试状态发生电路端口103.1与分压电阻切换电路端口102.4、电压采样保持电路端口104.3、数据选择电路端口108.4连接；

阈值电压分压电路端口106.1与电压比较电路端口107.1连接；

阈值电压分压电路端口106.2与电压比较电路端口107.3连接；

电压比较电路端口107.4与数据选择电路端口108.2连接；

电压比较电路端口107.5与数据选择电路端口108.1连接；

数据选择电路端口108.3与低通滤波电路端口109.1连接；

低通滤波电路端口109.2与故障状态锁定电路端口110.2连接；

上电复位电路端口105.1与故障状态锁定电路端口110.1连接；

电压采样保持电路端口104.2连接至信号输出端；

故障状态锁定电路端口110.3连接至信号输出端；

故障类型的确定

当MCU检测到端口110.3=L电平时，MCU通过读取端口104.2的即时电压值可以确定故障类型：

端口104.2的即时电压值高于或等于Vcc/2时，表示温度传感器断线故障发生；

端口104.2的即时电压值低于Vcc/2时，表示热定影器过热故障发生；

系统特点

温度传感器断线、热定影器过热故障发生的确定、断电连锁功能均由“硬件”电路独立实现，完全不依赖MCU“软件”的控制状态。采用本控制电路后可以避免因MCU软件控制状态被“挂起”而产生的热定影器加热失控现象，可靠性高。

鉴于对热定影器的保护、断电连锁功能的实现完全独立于MCU“软件”的控制状态，即系统对MCU的安全可靠性的要求可以降低，进而可以考虑将MCU的外置WATCH-DOG RESET（看门狗）复位电路改为普通的复位电路，仅使用MCU芯片内置的WATCH-DOG RESET功能就能满足相应的安全要求，采用本发明的控制电路可以降低MCU系统的成本。

由于系统软件不必实时监测、处理温度传感器断线、热定影器过热故障，采用本发明的控制电路可以简化MCU软件的温度控制结构。

附图说明

图1为本发明一种热定影器的安全控制电路连接图；

图2为本发明一种热定影器的安全控制电路之测试状态发生电路；

图3为本发明一种热定影器的安全控制电路之分压电阻切换电路；

图4为本发明一种热定影器的安全控制电路之温度传感器断线检测模式的等效电路；

图5为本发明一种热定影器的安全控制电路之热定影器过热检测模式的等效电路；

图6为本发明一种热定影器的安全控制电路之阈值电压分压电路；

图7为本发明一种热定影器的安全控制电路之电压比较电路；

图8为本发明一种热定影器的安全控制电路之数据选择电路；

图9为本发明一种热定影器的安全控制电路之低通滤波电路；

图10为本发明一种热定影器的安全控制电路之故障状态锁定电路；

图11为本发明一种热定影器的安全控制电路之上电复位电路；

图12为本发明一种热定影器的安全控制电路之电压采样保持电路；

图13为本发明一种热定影器的安全控制电路之实施例接线图；

图14为本发明一种热定影器的安全控制电路之实施例测试状态发生电路；

图15、图16为本发明一种热定影器的安全控制电路之实施例上电复位电路。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述

实施例

一种热定影器的安全控制电路（如附图13所示）的连接与功能说明：

温度传感器101跨接在端口P51.1、P51.2之间，R57与Rsts构成温度传感器断线检测电路；

将Vcc=3.3V、R57=820k、Rsts（-20℃）=2448kΩ代入下式，得V1=2.472V；

$V1=\mathrm{Vcc}\×\frac{\mathrm{Rsts}(-20\mathrm{degC})}{\mathrm{Rsts}(-20\mathrm{degC})+R57}=3.3\×\frac{2448}{2448+820}=2.472V;$

R60、R61对Vcc（3.3V）分压后产生V1（近似）电压值。

R57、R58、与Rsts构成热定影器过热检测电路；

将Vcc=3.3V、R57=820kΩ、R58=4.7kΩ、Rsts（250℃）=2.411kΩ代入下式，得V2=1.123V；

$V2=\mathrm{Vcc}\×\frac{\mathrm{Rsts}\left(250\mathrm{degC}\right)}{\mathrm{Rsts}\left(250\mathrm{degC}\right)+\frac{R57\×R58}{R57+R58}}=3.3\×\frac{2.411}{2.411+\frac{820\×4.7}{820+4.7}}=1.123V;$

R62、R63对Vcc（3.3V）分压后产生V2（近似）电压值。

测试状态发生电路（如附图14所示）

其中测试点TP51：

H电平时间宽度约为10毫秒；

L电平时间宽度约为150毫秒；

上电复位电路（如附图15、附图16所示）

本发明一种热定影器的安全控制电路中的Vcc（+3.3V）电压是由+5V电源通过“DC-DC”变换器产生的；

关断电源过程中，当+5V电源电压下降至4V左右时，比较器U51.13的（OC）输出端呈“低电平”状态，使得电容C54快速放电，为下一次可靠地上电复位创造了前提条件。

接通电源过程中，当+5V电源电压上升至4V左右时，比较器U51.13的（OC）输出端呈“开路”状态，电源+3.3V通过R72开始对电容C54充电。

当C54的端电压超过与非门U52.10的高电平输入阈值，上电复位过程完成。

其它元器件的功能说明：

R51、R65、R66、R72分别为相应的电压比较器的（OC）输出端的上拉电阻；

R59、R64是集成电路输入端的保护电阻；

实施例的效果

当温度传感器的电阻值Rsts>2448kΩ时：

端口STS#ERROR输出低(L)电平；

故障状态被锁定；

热定影器的电源被立即切断；

MCU根据端口STS##SENSOR的即时电压（V>=Vcc/2=1.65V）报温度传感器断线故障发生。

当温度传感器的电阻值Rsts<2.411kΩ时：

端口STS#ERROR输出低(L)电平；

故障状态被锁定；

热定影器的电源被立即切断；

MCU根据端口STS##SENSOR的即时电压（V<Vcc/2=1.65V）报热定影器过热故障发生。

被锁定的故障状态只能通过重新上电的过程才能被解除。

鉴于对热定影器的保护、断电连锁功能的实现完全独立于MCU“软件”的控制状态，即系统对MCU的安全可靠性的要求可以降低，进而可以考虑将MCU的外置WATCH-DOG RESET（看门狗）复位电路改为普通的复位电路，仅使用MCU芯片内置的WATCH-DOG RESET功能就能满足相应的安全要求。由于系统软件不必实时监测、处理温度传感器断线、热定影器过热故障，采用本发明的控制电路可以简化MCU软件的温度控制结构，降低MCU系统的成本。

Claims (2)

1.一种热定影器的安全控制电路，其特征是：包括温度传感器（101），分压电阻切换电路（102），测试状态发生电路（103），电压采样保持电路（104），上电复位电路（105），阈值电压分压电路（106），电压比较电路（107），数据选择电路（108），低通滤波电路（109）及故障状态锁定电路（110）以电路连接组成；

其中：

温度传感器端口（101.1）连接分压电阻切换电路端口（102.1）；

温度传感器端口（101.2）连接分压电阻切换电路端口（102.2）；

分压电阻切换电路端口（102.3）连接电压采样保持电路端口（104.1）、电压比较电路端口（107.2）；

测试状态发生电路端口（103.1）连接分压电阻切换电路端口（102.4）、电压采样保持电路端口（104.3）、数据选择电路端口（108.4）；

阈值电压分压电路端口（106.1）连接电压比较电路端口（107.1）；

阈值电压分压电路端口（106.2）连接电压比较电路端口（107.3）；

电压比较电路端口（107.4）连接数据选择电路端口（108.2）；

电压比较电路端口（107.5）连接数据选择电路端口（108.1）；

数据选择电路端口（108.3）连接低通滤波电路端口（109.1）；

低通滤波电路端口（109.2）连接故障状态锁定电路端口（110.2）；

上电复位电路端口（105.1）连接故障状态锁定电路端口（110.1）；

电压采样保持电路端口（104.2）连接至信号输出端；

故障状态锁定电路端口（110.3）连接至信号输出端；

2.如权利要求1所述的一种热定影器的安全控制电路，其特征是：

所述温度传感器（101），为一电阻式温度传感器；

所述分压电阻切换电路（102），由电阻R1、R2、开关S1构成；

所述测试状态发生电路（103），输出为矩形波信号，T1对应高电平，T2对应低电平；其中，T1电平宽度远小于T2电平宽度；

所述电压采样保持电路（104），由开关S2、电容C1构成；

所述上电复位电路（105），为一输出信号，高电平对应+5V电源的电压值高于4V的状态，低电平对应+5V电源的电压值低于等于4V的状态；

所述阈值电压分压电路（106），由电阻R3，R4，R5，R6构成；

所述电压比较电路（107），由电压比较器U1、U2构成；

所述数据选择电路（108），由开关S3构成；

所述低通滤波电路（109），由电阻R7、电容C2构成；

所述故障状态锁定电路（110），由双输入端与非门U3、U4构成。

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