DE3414946C2

DE3414946C2 -

Info

Publication number: DE3414946C2
Application number: DE3414946A
Authority: DE
Inventors: Kazumi Kashiwa Chiba Jp Ishima
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1983-04-19
Filing date: 1984-04-19
Publication date: 1989-01-26
Also published as: JPS59194202A; US4564749A; DE3414946A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Regeln einer be stimmten Temperatur eines Heizelements nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Regelschaltung zur Regelung der Temperatur eines Heizelements ist aus der US-PS 42 36 064 bekannt. Diese bekannte Regelschaltung umfaßt ein Heizelement, fer ner einen Fühler zum Fühlen einer Temperatur des Heizele ments, einen Verstärker, dessen erster Eingang mit einem Ausgang des Fühlers versorgt wird und an dessen zwei ten Eingang wenigstens eine erste Bezugsspannung angelegt wird, um das Heizelement auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten.

Aus der US-PS 35 53 429 ist eine Temperatursteuerschaltung bekannt, die auf der Verwendung von Wechselstrom basiert, wobei aber die Wechselstromversorgung aus einer einzigen Quelle stammt, d. h. die Spannung der Wechselstromquelle ist nicht umschaltbar. Bei dieser bekannten Schaltungs anordnung wird einer Vergleichsstufe bzw. einem Verstärker einerseits ein die Temperatur eines Heizele ments wiedergebendes Signal und andererseits eine Bezugs spannung eingegeben und daraus ein Signal abgelei tet, welches zur Steuerung des Leitwertes eines Verstär kerelements verwendet wird, welches in Reihe mit dem Heiz element in einem Wechselstromkreis liegt.

In einem Farbstrahldrucker wird im allgemeinen ein Heiz element zum Regeln der Temperatur der Farbe verwendet, welche von einem Kopf mit einer vorbe stimmten, entsprechenden Temperatur ausgestoßen wird. Eine herkömmliche Schaltung zum Ansteuern des Heizelements weist einen Fühler oder Sensor, welcher auf eine Tempera tur des Heizelements anspricht, einen Fehlerverstärker, dessen invertierender Eingang mit einem Ausgang des Füh lers versorgt wird, und dessen nichtinvertierender Ein gang wahlweise mit einer verhältnismäßig hohen Bezugs spannung, welche an den Heizer währen der Aufbau- bzw. Aufheizzeit des Heizers angelegt wird, und mit einer Be zugsspannung 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.

In der Heizelement-Ansteuerschaltung der vorstehend be schriebenen 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 Be triebsbedingungen arbeitet, um die entsprechende Farb temperatur aufrechtzuerhalten, ist der Abfall am Kollek tor des Transistors groß, so daß eine beträchtliche Wär me 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.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Regelschaltung zum Regeln der Temperatur eines Heiz elements der angegebenen Gattung zu schaffen, durch wel che die Verlustenergie, welche in den Steuerelementen zur Ansteuerung des Heizelements auftritt, sowohl während der Aufheizphase als auch während der Konstanthaltephase stark reduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeich nungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Mit Hilfe der erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltung wird erreicht, daß die Verlustleistung nahezu auf Null reduziert werden kann, was zur Folge hat, daß der betreffende Aus gangstransistor bei der Schaltung nach der Erfindung nicht mehr auf einem Kühlkörper montiert werden braucht, so daß dadurch auch Platz und Raum eingespart werden kann.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 3.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine elektrische Schaltung einer herkömmlichen Heizelement-Ansteuerschaltung zum Steuern der Farbtemperatur in einem Farbstrahldrucker;

Fig. 2 eine Schaltung zum Regeln einer bestimmten Temperatur eines Heizelements mit Merkmalen nach der Erfindung, und

Fig. 3 ein der Fig. 2 ähnliche Regel-Schaltung einer weiteren Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfin dung.

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 Gesamt heit mit 10 bezeichnete Heizelement-Ansteuerschaltung weist einen Fühler 12 zum Fühlen einer Temperatur eines Heizelements 14 auf. Der Ausgang des Heizelement- Temperaturfühlers 12 wird zu einem invertierenden Eingang eines Verstärkers 16 weitergeleitet. Die Ausgangs spannung des Verstärkers 16 wird wiederum an eine Basis eines Ausgangstransistors 18 angelegt, welcher einen Emitterfolger darstellt. Der Kollektor des Ausgangstran sistors 18 ist mit einer Spannungsquelle von +24 V und sein Emitter ist mit dem Heizelement 14 verbunden. Der nicht invertierende Eingang des Verstärkers 16 ist mit einem beweglichen Kontakt 20 m eines Schalters 20 verbunden. Eine Bezugsspannung Vref ₁, die notwendig ist, um dem Heizelement 14 in der Aufbauphase viel Energie zuzuführen, ist an einem festen Kontakt 20 f ₁ des Schalters 20 angelegt, während eine Bezugsspannung Vref ₂, die notwendig ist, um das Heizelement 12 während eines stationären oder normalen Betriebs auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten, an den anderen feststehenden Kontakt 20 f ₂ angelegt wird. Im allgemeinen ist eine Leistung von etwa 10 W während einer Aufheizphase des Heizelements 12 und eine Leistung von etwa 2 bis 3 W für einen stationären Betrieb erforderlich. Wenn die Versor gungsspannung mit ihrer vollen Größe (von beispielsweise 23 V) verwendbar ist, dann beträgt der Widerstand des Heiz elements 14 etwa 53 Ω und somit ist eine von dem Transistor 18 verbrauchte Leistung von etwa 0,4 W gering, so daß dies kaum eine Wärmeerzeugung zur Folge hat. Während eines stationären Betriebs (bei welchem 3 W verbraucht werden sollen) erfordert jedoch das Heizelement 14 nur 12,6 V, so daß eine Spannung von etwa 12 V zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 18 angelegt ist. Folglich fließt ein Strom von etwa 0,24 A durch den Transistor 18, was zu einem Verlust am Kollektor von etwa 2,9 W führt. Die sich ergebende beträchtliche Wärme, die durch den Transistor erzeugt worden ist, muß dann mit Hilfe einer Wärmesenke aufgenommen bzw. abgeführt werden.

Anhand von Fig. 2 und 3 werden zwei Ausführungsformen mit Merkmalen nach der Erfindung beschrieben, welche den vorstehend beschriebenen Nachteil nicht mehr aufweisen. In Fig. 2 ist eine in ihrer Gesamtheit mit 30 bezeichnete Regelschaltung gemäß der ersten Ausführungsform dargestellt. In Fig. 2 sind gleiche oder ähnliche Bauelemente wie die jenigen, welche in Fig. 1 dargestellt sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Wie in Fig. 2 dargestellt, weist die Regelschaltung 30 zwei Ausgangstransisto ren 32 und 34 auf, an deren Basis jeweils eine Ausgangs spannung V ₁ eines Verstärkers 16 angelegt ist. Der Kollektor des Transistors 34 ist mit einer Spannungsquelle von +24 V verbunden, und sein Emitter ist mit dem Kollektor des Transistors 32 verbunden. Der Emitter des Transistors 32 ist mit einem Heizelement 14 verbunden. Eine Verbindungs stelle A zwischen dem Emitter des Transistors 34 und dem Kollektor des Transistors 32 ist über eine Diode 36 mit einer Spannungsquelle von +15 V verbunden. Um die Beschrei bung zu vereinfachen, ist angenommen, daß die Diodenspan nungen VB ₁ und VB ₂ und die Kollektor-Sättigungsspannung Vce der Transistoren 32 und 34 im allgemeinen 1 V ist.

Die Ausgangsspannung V ₁ des Verstärkers 16 soll nun mehr ansteigen, bis sie 14 V erreicht. Dann wird eine Span nung von 13 V an das Heizelement 14 angelegt, da die Dioden spannung des Transistors 32 und die Kollektorsättigungs spannung V _ce normalerweise 1 V sind. Da die Diodenspannung Vb ₂ des Transistors 34 inzwischen 0 V ist, ist der Tran sistor 34 nichtleitend gehalten, so daß ein Strom dem Heiz element 14 von der +15 V-Energiequelle zugeführt wird. Bei einem zusätzlichen Anstieg der Spannung V ₁ auf 14,5 V er reicht der Transistor 32 die Sättigung, wodurch die an das Heizelement 14 angelegte Spannung unverändert, d. h. bei 13 V gehalten wird. Zu diesem Zeitpunkt bleibt der Tran sistor 34 noch in dem nichtleitenden oder gesperrten Zu stand, da seine Diodenspannung Vb ₂ 0,5 V ist. Wenn die Spannung V 1 weiter auf 15 V erhöht wird, beginnt der Tran sistor 34 leitend zu werden, wodurch sich die an das Heiz element angelegte Spannung von 13 V auf 15 V ändert. Auf diese Weise ist die in Fig. 2 dargestellte Schaltung wirk sam, um den Energieverlust beachtlich herabzusetzen.

Anhand von Fig. 3 wird eine in ihrer Gesamtheit mit 40 bezeichnete, zweite Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung beschrie ben. In Fig. 3 sind dieselben oder ähnliche Bauelemente wie diejenigen, welche in Fig. 2 dargestellt sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Regelschaltung 40 ist eine Reihenschaltung aus Dioden 42 und 44 zwischen den Ausgangsanschluß des Verstärkers 16 und die Basis des Transistors 32 geschaltet. Eine Diode 46 ist zwischen den Ausgangsanschluß des Verstärkers 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 Verbindungs punkt zwischen dem Emitter 32 des Transistors 34 und dem Kollektor des Transistors 32 geschaltet.

Wenn nunmehr die Ausgangsspannung V ₁ des Verstärkers 16 14 V ist, wird durch den Einfluß der Diodenspannungen der Dioden 42 und 44 und der Diodenspannung Vb ₁ des Transistors 32 eine Spannung von 11 V an das Heizelement 14 angelegt. Da zu diesem Zeitpunkt die Diode 46 nicht leitend ist, ist die Diodenspannung Vb ₂ des Transistors 34 0 V, so daß auch der Transistor 34 in dem nichtleitenden oder gesperrten Zu stand verbleibt. Bei einem Anstieg der Spannung V ₁ auf 14,5 V bleibt der Transistor 34 noch nicht leitend, da die Heiz elementspannung 11,5 V ist und die Diodenspannung Vb ₂ des Transistors 34 0,5 V ist. Bei einem weiteren Anstieg der Spannung V ₁ auf 15 V, nimmt die Heizelementspannung auf 12 V zu, und die Diodenspannung Vb ₂ des Transistors 34 steigt auf 1 V an, worauf dann der Transistor 34 leitend zu werden beginnt. Wenn die Spannung V ₁ auf 16 V angestiegen ist, wird die Heizelementspannung 13 V, und der Transistor 34 wird voll ständig leitend, wodurch dann das Heizelement 14 sowohl von der +24 V-Energiequelle als auch von der +15 V-Energiequelle versorgt wird. Ein weiteres Ansteigen der Spannung V ₁ auf 20 V führt zu einer Heizelementspannung von 17 V, macht die Spannung an dem Verbindungspunkt A 18 V und sperrt die Diode 16, wodurch dann die Zufuhr von der +15 V-Energiequelle zu dem Heizelement 14 abgeschaltet wird. Durch eine Regelschaltung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird der Leistungsverlust bei dem stationären Betrieb auf (14 V-12,6 V) × 0,24 A = 0,34 W verringert, und dadurch wird eine Wärmeerzeugung unterdrückt, so daß die Notwendig keit eines speziellen Kühlkörpers bzw. einer Wärmesenke u. ä. 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 34 zu sperren, um ihn (34) sicher abzuschalten und kann daher in gewissen Anwendungsfällen entfallen. Die Diode 36 wird verwendet, um zu verhindern, daß ein Strom in die +15 V- Energiequelle fließt, wenn die Energiequelle auf die +24 V-Energiequelle geschaltet wird. Obwohl bevorzugte Aus führungsformen mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, wobei bestimmte numerische Werte angegeben sind, ist es für den Fachmann offensichtlich, daß dies keine Beschränkung ist sondern nur zur Erläuterung dient.

Gemäß der Erfindung ist somit eine Regelschaltung 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.

Claims

1. Schaltung zum Regeln einer bestimmten Temperatur eines Heizelements, mit einem Fühler zum Erfassen der Ist-Temperatur des Heizelements, einem Verstärker, des sen erster Eingang mit einem Ausgang des Fühlers ver bunden ist, und an dessen zweiten Eingang wenigstens eine erste Bezugsspannung als Sollwert angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Bezugsspannung zwischen einem ersten und einem zweiten Wert umschaltbar ist, und
b) eine Reihenschaltung aus zwei Ausgangstransistoren (32, 34) an den Ausgang des Verstärkers (16) ange schaltet ist, wobei jeder Ausgangstransistor mit einer eigenen Spannungsquelle (15 V, 24 V) verbunden ist, derart, daß während einer Aufheizphase an das Heizelement (14) eine höhere Spannung und während einer Warmhaltephase an das Heizelement (14) eine niedrigere Spannung angelegt wird, wobei zur Aus wahl der jeweiligen Spannungsquelle (15 V, 24 V) je der der Ausgangstransistoren (32, 34) einzeln vom Verstärker (16) ansteuerbar ist.

2. Regelschaltung nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch mindestens einer Diode (46), wel che zwischen dem Ausgang des Verstärkers (16) und dem Steuereingang des ersten Ausgangstransistors (34) ge schaltet ist.

3. Regelschaltung nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch zwei Dioden (42, 44), welche in Reihe zwischen dem Ausgang des Verstärkers (16) und dem Steuereingang des zweiten Ausgangstransistors (32) ge schaltet sind.