DE3414946A1

DE3414946A1 - Heizelement-ansteuerschaltung

Info

Publication number: DE3414946A1
Application number: DE19843414946
Authority: DE
Inventors: Kazumi Kashiwa Chiba Ishima
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1983-04-19
Filing date: 1984-04-19
Publication date: 1984-10-25
Also published as: JPS59194202A; US4564749A; DE3414946C2

Description

"- --* ---■ ^: *-■" ^: 34H946

Anwaltsakte: 33 432

Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Heizelement-Ansteuerschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und betrifft insbesondere eine Heizelement-Ansteuerschaltung, die beispielsweise in einem Farbstrahldrucker verwendbar ist, um ein Heizelement anzusteuern, welches zum Steuern der Farbtemperatur verwendet ist.

In einem FärbStrahldrucker wird im allgemeinen ein Heizelement zum Steuern der Färbtemperatür verwendet, welche von einem Kopf mit einer vorbestimmten, entsprechenden Temperatur ausgestoßen wird. Eine herkömmliche Schaltung zum Ansteuern des Heizelements weist einen Fühler oder Sensor, welcher auf eine Temperatur des Heizelements anspricht, einen Fehlerverstärker, dessen invertierender Eingang mit einem Ausgang des Fühlers versorgt wird, und dessen nichtinvertierender Eingang wahlweise mit einer verhältnismäßig hohen Bezugsspannung, welche an den Heizer während der Aufbaubzw. Aufheizzeit des Heizers angelegt wird, und mit einer Bezugsspannung versorgt wird, die an den Heizer angelegt wird, um die Farbe auf der entsprechenden Temperatur zu halten, und einen Ausgangstransistor auf, an dessen Basis eine Ausgangsspannung des Fehlerverstärkers angelegt wird, dessen Kollektor mit einer Energiequelle verbunden ist

und dessen Emitter mit dem Heizelement verbunden ist. 30

In der Heizelement-Ansteuerschaltung der vorstehend beschriebenen Ausführung wird etwas Wärme beim Aufheizen des Heizelements erzeugt, da der Ausgangstransistor nur wenig Energie bei der Aufbaustufe verbraucht. Solange das Heizelement jedoch unter stationären oder normalen Betriebsbedingungen arbeitet, um die entsprechende Farbtemperatur aufrechtzuerhalten, ist der Abfall am Kollektor des Tran-

sistors groß, so daß eine beträchtliche Wärme erzeugt wird, wodurch der Energieverbrauch größer wird. Daher muß eine Wärmesenke vorgesehen sein, und somit ein zusätzlicher Raum, um diese unterzubringen, was dann eine insgesamt sperrige und teuere Ausführung zur Folge hat.

Gemäß der Erfindung soll daher eine Heizelement-Ansteuerschaltung geschaffen werden, welche wirksam steuerbar ein Heizelement sowohl während einer Aufbaustufe als auch während eines stationären Betriebs ansteuert. Ferner soll gemäß der Erfindung eine Heizelement-Ansteuerschaltung geschaffen werden, welche den Verbrauch an Energie, welche einem Heizelement während einer Aufbauphase und eines stationären Betriebs zugeführt wird, stark herabsetzt. Ferner soll gemäß der Erfindung eine Heizelement-Ansteuerschaltung geschaffen werden, welche ein Heizelement, welches dazu verwendet wird, die Farbtemperatur in einem Farbstrahldrucker anzusteuern, sowohl während einer Aufbauphase als auch bei einem stationären Betrieb wirksam steuerbar ansteuert. Gemäß der Erfindung ist dies bei einer Heizelement-Ansteuerschaltung zum Steuern einer Temperatur eines Heizelements durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Da- *° durch ist gemäß der Erfindung eine erheblich verbesserte Heizelement-Ansteuerschaltung zum Steuern beispielsweise der Farbtemperatur in einem Farbstrahldrucker geschaffen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung

weist eine Heizelement-Ansteuerschaltung zum Steuern einer Temperatur des Heizelements einen Fühler oder Sensor zum Fühlen einer Temperatur des Heizelements, einen Fehlerverstärker mit einem ersten Eingang, welcher mit einem Ausgang des Sensors gespeist wird, und mit einem zweiten Eingang, der wahlweise mit einer ersten Bezugsspannung, welche an den Heizer angelegt wird, damit die für einen Aufbau bzw. für einen Aufheizen des Heizelements notwendige Energie

-δ-zugeführt wird, und mit einer zweiten Bezugsspannung versorgt wird, welche an den Heizer angelegt wird, damit die für einen stationären Betrieb des Heizelements erforderliche Energie vorliegt, um das Heizelement auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
10

Fig. 1 ein elektrisches Schaltungsdiagramm einer

herkömmlichen Heizelement-Ansteuerschaltung

zum Steuern der Färbtemperatür in einem Farbstrahldrucker;
^

Fig. 2 ein elektrisches Schaltungsdiagramm einer

Heizelement-Ansteuerschaltung gemäß der

Erfindung, und

Fig. 3 ein der Fig. 2 ähnliches Schaltungsdiagramm

einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Bevor die Erfindung im einzelnen näher beschrieben wird, wird zuerst eine herkömmliche, in Fig. 1 dargestellte Heizelement-Ansteuerschaltung beschrieben, die in einem Farbstrahldrucker untergebracht ist. Die in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete Heizelement-Ansteuerschaltung weist einen Fühler oder Sensor 12 zum Fühlen einer Temperatur

^ov eines Heizelements 14 auf. Der Ausgang des Heizelement-Temperaturfühlers 12 wird zu einem invertierenden Eingang eines Fehlerverstärkers 16 weitergeleitet. Die Ausgangsspannung des Fehlerverstärkers 16 wird wiederum an eine Basis eines Ausgangstransistors 18 angelegt, welcher einen Emitterfolger darstellt. Der Kollektor des Ausgangstransistors 18 ist mit einer Spannungsquelle von +24V und sein Emitter ist mit dem Heizelement 14 verbunden. Der nicht-

invertierende Eingang des Fehlerverstärkers 16 ist mit einem beweglichen Kontakt 20m eines Schalters 20 verbunden. Eine Bezugsspannung Vref₁, die notwendig ist, um dem Heizer 14 in der Aufbauphase viel Energie zuzuführen, ist an einem festen Kontakt 2Of.. des Schalters 20 angelegt, während eine Bezugsspannung Vref₂, die notwendig ist, um den Heizer 12 während eines stationären oder normalen Betriebs auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten, an den anderen feststehenden Kontakt 2Of₂ angelegt wird. Im allgemeinen ist eine Leistung von etwa 10W während einer Aufheizphase des Heizers 12 und eine Leistung von etwa 2 bis 3W für einen stationären Betrieb erforderlich. Wenn die Versorgungsspannung mit ihrer vollen Größe (von beispielsweise 23W) verwendbar ist, dann beträgt der Widerstand des Heiz-

¹^ elements 14 etwa 53 Λ und somit ist eine von dem Transistor 18 verbrauchte Leistung von etwa 0,4W gering, so daß dies kaum eine Wärmeerzeugung zur Folge hat. Während eines stationären Betriebs (bei welchem 3W verbraucht werden sollen) erfordert jedoch das Heizelement 14 nur 12,6V, so daß eine Spannung von etwa 12V zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 18 angelegt ist. Folglich fließt ein Strom von etwa 0,24A durch den Transistor 18, was zu einem Verlust am Kollektor von etwa 2,9V führt, die sich ergebende beträchtliche Wärme, die durch den

²^ Transistor erzeugt worden ist, muß dann mit Hilfe einer Wärmesenke aufgenommen bzw. untergebracht werden.

Anhand von Fig. 2 und 3 werden zwei Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, welche den vorstehend beschriebenen

Nachteil nicht mehr aufweisen. In Fig. 2 ist eine in ihrer Gesamtheit mit 30 bezeichnete Heizelement-Ansteuerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In Fig. 2 sind gleiche oder ähnliche Bauelemente wie diejenigen, welche in Fig. 1 dargestellt sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Wie in Fig. 2 dargestellt, weist die Heizelement-Ansteuerschaltung 30 zwei Ausgangstransistoren 32 und 34 auf, an deren Basis jeweils eine Ausgangs-

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spannung V₁ eines Fehlerverstärkers 16 angelegt ist. Der Kolektor des Transistors 24 ist mit einer Spannungsquelle von +24V verbunden, und sein Emitter ist mit dem Kollektor des Transistors 32 verbunden. Der Emitter des Transistors 32 ist mit einem Heizelement 14 verbunden. Eine Verbindungsstelle A zwischen dem Emitter des Transistors 34 und dem Kollektor des Transistors 32 ist über eine Diode 36 mit einer Spannungsquelle von +15V verbunden. Um die Beschreibung zu vereinfachen, ist angenommen, daß die Diodenspannungen VB₁ und VB _ und die Kollektor-Sättigungsspannung Vce der Transistoren 32 und 34 im allgemeinen 1V ist.

Die Ausgangsspannung V₁ des Fehlerverstärkers 16 soll nunmehr ansteigen, bis sie 14V erreicht. Dann wird eine Spannung von 13V an das Heizelement 14 angelegt, da die Diodenspannung des Transistors 32 und die Kollektorsättigungsspannung V normalerweise 1V sind. Da die Diodenspannung Vb- des Transistors 34 inzwischen OV ist, ist der Transistor 34 nichtleitend gehalten, so daß ein Strom dem Heizelement 14 von der +15V-Energiequelle zugeführt wird. Bei einem zusätzlichen Anstieg der Spannung V₁ auf 14,5V erreicht der Transistor 32 die Sattigung,wodurch die an das Heizelement 14 angelegte Spannung unverändert, d.h. bei 13V gehalten wird. Zu diesem Zeitpunkt bleibt der Transistor 34 noch in dem nichtleitenden oder gesperrten Zustand, da seine Diodenspannung Vb „ 0,5V ist. Wenn die Spannung V1 weiter auf 15V erhöht wird, beginnt der Transistor 34 leitend zu werden, wodurch sich die an das Heizelement angelegte Spannung von 13V auf 15V ändert. Auf

diese Weise ist die in Fig. 2 dargestellte Schaltung wirksam, um den Energieverlust beachtlich herabzusetzen.

Anhand von Fig. 3 wird eine in ihrer Gesamtheit mit 40 bezeichnete, zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In Fig. 3 sind dieselben oder ähnliche Bauelemente wie diejenigen, welche in Fig. 2 dargestellt sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Heizelement-

Ansteuerschaltung 40 ist eine Reihenschaltung aus Dioden 42 und 44 zwischen den Ausgangsanschluß des Fehlerverstärkers 16 und die Basis des Transistors 32 geschaltet. Eine Diode 46 ist zwischen den Ausgangsanschluß des Fehlerverstärkers 16 und die Basis des Transistors 34 geschaltet. Ferner ist ein Widerstand 48 zwischen den Verbindungspunkt zwischen der Diode 46 und der Basis des Transistors 34 und den Verbindungspunkt zwischen dem Emitter 32 des Transistors 34 und dem Kollektor des Transistors 32 geschaltet. 10

Wenn nunmehr die Ausgangsspannung V- des Fehlerverstärkers 16 14V ist/ wird durch den Einfluß der Diodenspannungen der Dioden 42 und 44 und der Diodenspannung Vb₁ des Transistors 32 eine Spannung von 11V an das Heizelement 14 angelegt.

Da zu diesem Zeitpunkt die Diode 46 nicht leitend ist, ist die Diodenspannung Vb₂ des Transistors 34 OV, so daß auch der Transistor 34 in dem nichtleitenden oder gesperrten Zustand verbleibt. Bei einem Anstieg der Spannung V₁ auf 14,5V bleibt der Transistor 34 noch nicht leitend, da die Heiz-

*® elementspannung 11,5V ist und die Diodenspannung Vb₂ des Transistors 34 0,5V ist. Bei einem weiteren Anstieg der Sapnnung V₁ auf 15V, nimmt die Heizelementspannung auf 12V zu, und die Diodenspannung Vb- des Transistors 34 steigt auf 1V an, worauf dann der Tranistor 34 leitend zu werden beginnt. Wenn die Spannung V₁ auf 16V angestiegen ist, wird die Heizelementspannung 13V, und der Transistor 34 wird vollständig leitend, wodurch dann das Heizelement 14 sowohl von der +24V-Energiequelle als auch von der +15V-Energiequelle versorgt wird. Ein weiteres Ansteigen der Spannung V₁ auf

20V führt zu einer Heizelementspannung von 17V, macht die Spannung an dem Verbindungspunkt A 18V und sperrt die Diode 16, wodurch dann die Zufuhr von der +15V-Energiequelle zu dem Heizelement 14 abgeschaltet wird. Durch eine Heizelement-Ansteuerschaltung mit dem vorstehend beschriebenen

Aufbau wird der Leistungsverlust bei dem stationären Betrieb auf (14V - 12,6V) χ 0,24A = 0,34W verringert, und dadurch wird eine Wärmeerzeugung unterdrückt, so daß die Notwendig-

—ΟΙ keit eines speziellen Kühlkörpers bzw. einer Wärmesenke u.a. entfällt.

Die Dioden 42, 44 und 46 sind Niveauverschiebungsdioden, und ihre Anzahl hängt von den verwendeten Transistoren ab und ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform be-, schränkt. Der Widerstand 48 dient dazu, den Transistor zu sperren, um ihn (34) sicher abzuschalten und kann daher in gewissen Anwendungsfällen entfallen. Die Diode 36 ist verwendet, um zu verhindern, daß ein Strom in die +1 SV-Energiequelle fließt, wenn die Energiequelle auf die +24V-Energiequelle geschaltet wird. Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, wobei bestimmte numerische Werte angegeben sind,

!5 ist es für den Fachmann offensichtlich, daß dies keine ^ Beschränkung ist sondern nur zur Erläuterung dient.

Gemäß der Erfindung ist somit eine Heizelement-Ansteuerschaltung geschaffen, welche den Energieverlust an einem Ausgangstransistor während eines stationären Betriebs des Heizelements herabsetzt, welche eine hinreichend große Energie bei einem Aufbau bzw. bei einem Aufheizen des Heizelements liefert und eine lineare Temperatursteuerung

bewirkt.
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Ende der Beschreibung

Claims

BERG · STAPF *: SC'riVVABE; ·. SANpMAIR

MAUERKIRCHERSTRASSE 45 8000 MÜNCHEN 80

Anwaltsakte: 33 432

Ricoh Company, Ltd.
Tokyo / Japan

Heizelement-Ansteuerschaltung

Patentansprüche

Heizelement-Ansteuerschaltung zum Steuern einer Temperatur eines Heizelements, gekennzeichnet durch einen Fühler (12) zum Fühlen einer Temperatur des Heizelements (14); einen Fehlerverstärker (16)^dessen erster Eingang mit einem Ausgang des Fühlers (12) versorgt wird, und an dessen zweiten Eingang wahlweise eine erste Bezugs spannung (Vref..) , durch welche das Heizelement (14) mit Energie versorgt wird, die zum Aufheizen des Heizelements (14) erforderlich ist, und eine zweite Bezugsspannung (Vref₂) angelegt wird, durch welche das Heizelement (14) mit Energie versorgt wird, die für einen stationären Betrieb des Heizelements (14) erforderlich ist, um es (14) auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten;

durch einen ersten Ausgangstransistor (32), an dessen Basis eine Ausgangsspannung des Fehlerverstärkers (16) angelegt wird und welcher ein Anlegen einer ersten Versorgungsspannung (+15V) an das Heizelement (14) schaltet, und einen zweiten Ausgangstransistor (34) , an dessen Basis eine Ausgangsspannung des Fehlerverstärkers (16) angelegt wird und welcher ein Anlegen einer zweiten Versorgungsspannung (+24V) an das Heizelement (14) schaltet.

VIl/XX/Ktz - 2 -

t (089) 98 82 72 - 74 Telex: 5 24 560 BERG d Bankkonten: Bayer. Vereinsbank München 453100 (BLZ 700 202 70)

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2. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Versorgungsspannung (+15V) niedriger ist als die zweite Versorgungsspannung (+24V).
3. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schalter (20) , um wahlweise die beiden Bezugsspannungen an den zweiten Ausgang des Fehlerverstärkers (16) anzulegen.
4. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine Diode (42,44) , welche zwischen einen Ausgang des Fehlerverstärkers (16) und den ersten Ausgangstransistor (3 2) geschaltet ist, um einen Pegel einer Ausgangsspannung des Fehlerverstärkers -f16) zu verschieben.
5. Ansteuerschaltung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mindestens eine Diode (46), welche zwischen den Ausgang des Fehlerverstärkers (16) und den zweiten Ausgang des Transistors (34) geschaltet ist, um einen Pegel einer Ausgangsspannung des Fehlerverstärkers (16) zu verschieben.
6. Ansteuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η nzeichnet, daß jede der Dioden (42,44,46) so gewählt ist, daß der Pegel der an das Heizelement (14) angelegten Spannung ohne eine scharfe Änderung linear geändert wird.