DE69516434T2

DE69516434T2 - Leistungssteuervorrichtung und dieselbe benutzendes Bilderzeugungsgerät

Info

Publication number: DE69516434T2
Application number: DE69516434T
Authority: DE
Inventors: Tomoichiro Ohta
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-01-28
Filing date: 1995-01-26
Publication date: 2000-10-19
Anticipated expiration: 2015-01-27
Also published as: US5942882A; JP3359141B2; EP0665629A2; EP0665629A3; EP0665629B1; JPH07219655A; DE69516434D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Leistungssteuervorrichtung, die eine Wechseleingangsspannung zur Steuerung einer Last zuzuführenden elektrischen Leistung einstellt. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Bilderzeugungsgerät wie ein elektrophotografisches Gerät, das diese Leistungssteuervorrichtung verwendet.

Beschreibung des Stands der Technik

Ein elektrophotografisches Gerät weist eine Bilderzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes (das nachstehend als Tonerbild bezeichnet wird) auf einem Aufzeichnungspapier mittels eines (nachstehend als Toner bezeichnetes) Entwicklungsmaterial auf. Das Aufzeichnungspapier mit einem darauf ausgebildeten Tonerbild wird einer Fixiereinheit zugeführt, in der das Aufzeichnungspapier durch einen durch gegenüberliegende Heizwalzen 100 wie in Fig. 8 gezeigt ausgebildeten Spalt hindurchgeführt wird. Die Heizwalzen 100 verwenden Heizreinrichtungen (Heizungen) H1 wie in Fig. 7 gezeigt, um das Aufzeichnungspapier zu erhitzen, damit dadurch das Tonerbild auf das Aufzeichnungspapier fixiert wird. Auf diese Weise wird ein Bild auf dem Aufzeichnungspapier ausgebildet. Zur Fixierung des Toners auf das Aufzeichnungspapier durch eine derartige Heizungs-/Fixierungsvorrichtung ist es notwendig, dass die Oberflächentemperatur der Heizwalzen der Fixiereinheit korrekt gesteuert werden, damit sie auf eine Fixiertemperatur gehalten werden, die höher als der Schmelzpunkt des Toners ist, jedoch das Aufzeichnungspapier nicht beeinträchtigt.
Im Hinblick auf diese Erfordernis wird ein Temperaturregelungsverfahren auf der Grundlage eines Phasenwinkelsteuerungssystems (nachstehend als Phasenregelungs system bezeichnet) wie in Fig. 5 weit verbreitet angewendet. Nachstehend ist die Schaltung gemäß Fig. 5 und deren Betrieb beschrieben.
Wenn eine Wechselspannung an den Eingangsanschlüssen angelegt wird, wird eine durch einen Transformator T1 isoliert geteilte Wechselspannung einer Phasenwinkelreferenzsignalerzeugungsschaltung 2 zugeführt, wobei ein Phasensignal bei einem Nulldurchgangspunkt der Wechseleingangsspannung ausgegeben wird.
Wenn eine Temperatureinstellreferenzspannung Vc dem Eingang einer Temperaturerfassungs-/Vergleichsschaltung 1 zugeführt wird, liest die Temperaturerfassungsvergleichsschaltung 1 ein Temperatursignal aus einer Temperaturerfassungsvorrichtung TH1 wie einem Thermistor zum Messen der Oberflächentemperatur der Fixierwalzen und vergleicht diese mit der Temperatureinstellreferenzspannung Vc sowie gibt eine Spannung proportional zu der Differenz dazwischen zu einer Phasenwinkelsteuerschaltung 3 als Steuerungssignal aus.
Die Phasenwinkelsteuerschaltung 3 bestimmt einen Speisungsphasenwinkel anhand des Wertes des Steuerungssignals zu diesem Zeitpunkt und führt einen elektrischen Strom der Basis eines Transistors TR1 mit einem Zeitverlauf zu, der im Bezug auf den Zeitpunkt des Nulldurchgangssignals aus der Phasenwinkelreferenzsignalerzeugungsschaltung 2 um einen Wert entsprechend der Phasenwinkelsteuerung verzögert ist. Diese Stromzufuhr zu der Basis des Transistors TR1 schaltet den Transistor TRI ein, wodurch ein Photokoppler PS1 ebenfalls eingeschaltet wird und ein Strom zu dem Gate eines TRIAC SCR1 zum Einschalten des SCR1 fließt, wodurch die Zufuhr eines Wechselstroms IAC gemäß Fig. 6 zu den Heizeinrichtungen H1 veranlasst wird. Auf diese Weise wird ein wie in Fig. 6 gezeigte Wechselstrom IAC den Heizeinrichtungen H1 zugeführt.
Wenn die Temperaturerfassungsspannung der Temperaturerfassungseinrichtung TH1 niedriger als die Temperatureinstellreferenzspannung Vc ist, wird das Steuerungssignal vergrößert und der Speisungsphasenwinkel der Phasenwinkelsteuerschaltung 3 zur Erhöhung der den Heizeinrichtungen HA zuzuführenden Leistung vergrößert, mit dem Ergebnis, dass sich das Wärmeerzeugungsausmaß erhöht, so dass die Oberflächentemperatur der Fixierwalzen ansteigt.
Wenn die Temperaturerfassungsspannung der Temperaturerfassungseinrichtung TH1 höher als die Temperatureinstellreferenzspannung Vc ist, wird der Wert des Steuerungssignals verringert, und der Speisungsphasenwinkel der Phasenwinkelsteuerschaltung 3 zur Verringerung der den Heizeinrichtungen H1 zuzuführenden Leistung verkleinert, so dass das Wärmeerzeugungsausmaß zur Verringerung der Oberflächentemperatur der Fixierwalzen 100 abnimmt.
Durch die vorstehend beschriebenen Vorgänge ist es möglich, die Oberflächentemperatur der Fixierwalzen derart zu steuern, das sie auf einen Wert gehalten werden, der proportional zu der Temperatureinstellreferenzspannung Vc ist.
Beim Halten der Temperatur der Fixierwalzen oder dergleichen auf einer festen Temperatur durch eine Wechselstromleistungssteuerung zeigt sich, dass ein Phasenwinkelsteuerungssystem, das eine elektrische Leistungsregelung wie einen TRIAC gemäß Fig. 5 verwendet, im Hinblick auf die Steuerbarkeit hervorragend ist. Jedoch bewirkt wie in Fig. 6 gezeigt eine derartige Leistungssteuerungsvorrichtung eine Leistungssteuerung durch Abschneiden eines Teils der Sinuswelle einer Wechselstromeingangsleistung derart, dass bei einem bestimmten Phasenwinkel die Leistungssteuerungsvorrichtung abrupt von einem ausgeschalteten in den eingeschalteten Zustand geschaltet wird. Während der Spannungsspitzen bei diesem Moment des Einschaltens, des abrupten Anstiegs der Stromwellenform und dergleichen, werden harmonische Störungen über einen weiten Frequenzbereich erzeugt.
Diese Störungskomponenten enthalten viele niederfrequente Komponenten, so dass es unmöglich ist, die Störungskomponenten unter Verwendung eines Störungsfilters (Noise filters) vollständig zu beseitigen. Somit bildet dies einen Hindernisfaktor für die elektromagnetische Kompatibilität (EMC).
Weiterhin ist der Effektivwert des Stromverbrauchs im Bezug auf den Leistungsverbrauch selbstverständlich hoch, so dass der Leistungsfaktor ebenfalls verringert wird, was zu einem Anstieg in der Stromkapazität des Leistungsversorgungssystems führt.
Zur Begegnung dieses Problems wurde eine Ein-Aus- Steuerung, bei der Ein-Ausschalt-Vorgänge der Wechsel stromleistung im größten Bereich von Sekunden wiederholt werden, für Temperatureinstell-Heizvorrichtungen verwendet, die Heizeinrichtungen oder dergleichen verwenden. Dies bringt das Problem mit sich, dass das Leistungsverbrauchsausmaß der Vorrichtung bei eingeschalteter Heizeinrichtung sich stark von dem unterscheidet, wenn sie ausgeschaltet ist, mit dem Ergebnis, das Fluktuationen in der Spannung des Leistungsversorgungssystems verursacht werden. Dies verursacht ein Flackerphänomen, bei dem fluoreszierende Lampen usw. flackern, was als Problem angesehen wird.
Eine Leistungssteuerungsvorrichtung mit den Merkmalen entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist aus der US-A-4 472 672 bekannt.
Die US-A-4 940 929 offenbart einen Boost-Wandler, wobei gemäß einem Ausführungsbeispiel (Fig. 6) Fluktuationen in der Eingangsspannung durch Teilen eines Rückkopplungssignals durch das Quadrat des quadratischen Mittelwerts (RMS-Wert) der Eingangsspannung kompensiert werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung zielt auf die Bereitstellung einer Leistungssteuervorrichtung ab, bei der die vorstehend beschriebenen Probleme gemäß dem Stand der Technik gelöst sind, und auf die Bereitstellung eines Bilderzeugungsgeräts, das diese Leistungssteuervorrichtung verwendet.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Leistungssteuervorrichtung, die relativ frei von Störung ist und einen hohen Leistungsfaktor zeigt, sowie ein Bilderzeugungsgerät bereitzustellen, dass diese Leistungs steuervorrichtung verwendet. Diese Aufgaben werden durch die Leistungssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Konstruktionen wird dem Gleichrichter ein elektrischer Strom über jeden der Zyklen des Ausgabe davon zugeführt, wodurch verhindert wird, das Störungen aufgrund eines durch das Schaltelement fließenden Impulsstroms zu der Leistungsversorgungsseite gelangen. Weiterhin können durch Korrektur des Ansteuersignals des Schaltelements durch Fluktuationen in der Eingangsspannung Fluktuationen in dem Ausgang aufgrund einer momentanen Fluktuation in der Leistungsspannung verhindert werden.
Außerdem ist es durch Verbindung des Ausgangs des Gleichrichters mit einem Rauschfilter bzw. Störungsfilter, das aus einem LC-Filter besteht, möglich, die Störungserzeugung weiter zu verringern.
Weitere Aufgaben der Erfindung werden anhand der Zeichnung und der nachstehenden ausführlichen Beschreibung deutlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Grundschaltung, die in den Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet wird,
Fig. 2 zeigt eine Darstellung, die Signalverläufe in der Grundschaltung darstellt,
Fig. 3 zeigt ein Schaltbild gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 4 zeigt ein Schaltbild gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 5 zeigt eine Darstellung eines Beispiels gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 6 zeigt Signalverläufe des Beispiels gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 7 zeigt eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Fixierwalze zeigt, und
Fig. 8 zeigt eine Darstellung, die den Aufbau einer Fixiervorrichtung darstellt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer "Temperatureinstellvorrichtung", die kein Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet, jedoch zur Beschreibung der Funktion der Grundschaltung verwendet wird. Diese Temperatureinstellvorrichtung wird in der Fixiervorrichtung eines elektrophotografischen Geräts wie in Fig. 7 und 8 gezeigt verwendet.
Fig. 7 veranschaulicht eine Wärmewalze einer Fixiervorrichtung, bei der die Temperatureinstellvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel angewendet werden kann. Die Walze 100 weist innerhalb von ihr eine Heizeinheit H1 auf.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen TR1 einen MOS-FET als Schaltelement, das Bezugszeichen L1 bezeichnet eine Induktivität, die als Drosselspule zur Glättung eines Stroms dienen kann, der einer die Last bildenden Heizein richtung H1 zugeführt wird, und das Bezugszeichen D5 bezeichnet eine Freilaufdiode zur Wiedergewinnung der in der Induktivität L1 gespeicherten Leistung bzw. Energie. Das Bezugszeichen H1 bezeichnet eine Heizeinrichtung zum Heizen einer Fixierwalze. Die Heizeinrichtung H1 ist thermisch mit der Temperaturerfassungsvorrichtung TH1 über eine Struktur wie in Fig. 8 gezeigt verbunden. Der Ausgang der Temperaturerfassungsvorrichtung TH1 wird einer Temperaturerfassungs-/Vergleichsschaltung IC2 zugeführt.
Die Temperaturerfassungs-/Vergleichsvorrichtung IC2 vergleicht den Ausgang der Temperaturerfassungsvorrichtung TH1 mit einer Temperatureinstellreferenzspannung Vc und führt die Differenz dazwischen einer Pulsbreitenmodulations-Oszillationsschaltung IC1 (wobei Pulsbreitenmodulation nachstehend als PWM bezeichnet ist) als ein Steuerungssignal CS zu.
Die PWM-Oszillationsschaltung IC1 erzeugt einen PWM- Impuls mit einer Impulsbreite entsprechend dem Wert des Steuerungssignals und führt diesen dem Gate des MOS-FET des Schaltelements TR1 zur Ansteuerung des Schaltelements TR1 zu. Die Bezugszeichen D1 bis D4 bezeichnen Wechselstromeingangsleistungs-Gleichrichterdioden, die dem Leistungssteuerschaltungsabschnitt mit einem wie in Fig. 2(b) gezeigten gepulsten Strom versorgen. Eine Spule NF1 und ein Kondensator C1 bilden ein Störungsfilter. Ein ausreichendes Dämpfungsausmaß wird im Hinblick auf die Schaltfrequenz des Schaltelements TR1 gewährleistet, wobei im Bezug auf die Frequenz der Leistung eine Konstante eingestellt wird, die ein Durchlassen ohne Dämpfung ermöglicht.
Nachstehend ist der Betrieb dieser Vorrichtung beschrieben.
Wenn eine wie in Fig. 2(a) gezeigte Eingangsspannung VAC an den Eingangsanschluss angelegt wird, wird diese in einen impulsförmigen Strom umgewandelt, der durch die Gleichrichterelemente D1 bis D4 gleichgerichtet wird, wobei die Spannung an die Anschlüsse des Kondensators C1 angelegt werden. Die Spannung über dem Kondensator C1 weist einen wie mit VG1 in Fig. 2(b) angegebenen Signalverlauf auf.
Wenn die Temperatureinstellreferenzspannung Vc an die Temperaturerfassungs-/Vergleichsschaltung IC2 angelegt wird, vergleicht die Schaltung IC2 den Ausgang der Temperaturerfassungsvorrichtung TH1 mit der Temperatureinstellreferenzspannung Vc, die den Temperatureinstellwert bildet. Der durch den Vergleich erhaltene Differenzausgang wird der PWM-Oszillationsschaltung IC1 als Steuerungssignal zugeführt. Die (als Variierungseinrichtung dienende) Schaltung IC1 erzeugt ein PWM-Signal mit einer Impulsbreite (Einschalt-/Ausschaltverhältnis) entsprechend dem Steuerungssignalwert. Der Ausgang weist einen Signalverlauf wie in Fig. 2(d) gezeigt auf und wird zwischen dem Gate und der Source des Schaltelements TR1 angelegt. Das Schaltelement TR1 führt ein Schalten mittels des Ausgangsimpuls der PWM-Oszillationsschaltung IC1 durch, wobei ein Drainstrom ID wie in Fig. 2(c) gezeigt zur Speisung der Heizeinrichtung H1 und der Induktivität L1 fließt. Der Drain-Source-Spannungssignalverlauf des Schaltelements TR1 zu diesem Zeitpunkt ist wie in Fig. 2(e) gezeigt, wobei die Spannung Vc1 über den Kondensator C&sub1; auf die Impulsbreite des Gates geschnitten wird.
Die Induktivität L1 speichert den Strom, der aufgrund des Einschaltens des Schaltelements TR1 fließt, so dass sie eine Gegenspannung erzeugt, wenn das Schaltelement TR1 ausgeschaltet wird, und veranlasst einen Vorwärtsstrom, der zu der Freilaufdiode D5 zur Freigabe des gespeicherten Stroms in die Heizeinrichtung H1 fließt, die als Last gemäß diesem Ausführungsbeispiel dient.
Wenn danach das Schaltelement TR1 erneut eingeschaltet wird, fließt ein Strom zu der Induktivität L1 und der Heizeinrichtung H1, wobei Strom erneut in der Induktivität L1 gespeichert wird, so dass ein Strom mit einem wie in Fig. 2(f) gezeigten Signalverlauf in die Heizeinrichtung H1 sowie die Induktivität L1 fließt.
Der zu dem Schaltelement TR1 fließende Strom bewirkt, dass der Signalverlauf des Drain-Stroms ID gemäß Fig. 2(c) aufgrund des Ladens und Entladens des Kondensators C1 gleichförmig wird, so dass ein Strom mit einem Signalverlauf wie durch das Bezugszeichen ID(avg) gemäß Fig. 2(c) zu der Spule NF1 des Störungsfilters fließt.
Der zu den Gleichrichterdioden D1 bis D4 fließende Strom weist einen Stromsignalverlauf auf, der durch Filtern des Signalverlaufs des Drain-Stroms ID gemäß Fig. 2(c) durch das Störungsfilter erhalten wird, der aus dem Kondensator C1 und der Spule NF1 besteht, so dass er einen Stromsignalverlauf von LD(avg) wie in Fig. 2 (b) gezeigt aufweist. Folglich ist der Wechselstromeingangsstromsignalverlauf vor der Gleichrichtung IAC gemäß Fig. 2(a), der ähnlich zu dem Eingangswechselspannungssignalverlauf ist, so dass eine deutliche Verringerung der in dem Eingangsstrom enthaltenen harmonischen Komponenten möglich ist. Dadurch ist eine deutliche Verbesserung des Leistungsfaktors des Eingangsstroms der Temperatureinstellvorrichtung möglich.
Die Spule NF1 und der Kondensator C1, die den in dieser Schaltung verwendeten Störungsfilter bilden, können jede beliebige bekannte Art sein, solang sie einen Filtereffekt im Bezug auf die hohe Oszillationsfrequenz aufgrund der PWM-Oszillationsschaltung IC1 zeigen. Da die Kapazität des Kondensators C1 und der Induktivitätswert der Spule NF1 vermindert werden können, ist kann eine Verringerung der Größe und des Gewichts erreicht werden.

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild einer "Temperatureinstellvorrichtung" gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Steuerbarkeit der Vorrichtung der Basisschaltung verbessert. Wie die Vorrichtung der Basisschaltung wird das erste Ausführungsbeispiel auf eine Vorrichtung angewandt, die zur Temperatureinstellung der Fixiervorrichtung eines elektrophotografischen Bilderzeugungsgeräts verwendet wird.
Die Auslegung der Schaltung gemäß Fig. 3 beruht auf der Erkenntnis, dass, wenn die Speisung in derselben Impulsbreite auf dem Hochfrequenz-PWM-Speisungssteuerungssystem ausgeführt wird, die zugeführte Leistung der Heizeinrichtung H1 proportional zu dem Effektivwert der Eingangswechselspannung ist, und dass durch deren Korrektur die Steuerbarkeit der Temperaturerfassungs-/Vergleichsschaltung IC2 verbessert wird, wie nachstehend beschrieben ist.
Die Schaltung gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 1 dadurch, dass eine Eingangswechselspannungseffektivwertumwandlungssteuerschaltung 4 bereitge stellt ist und dass die Wechseleingangsspannung, die deren Eingang bildet, auf den Operationsspannungspegel eines Multiplikations-Operationsverstärkers IC3 durch einen Transformator T1 verringert wird. Der Ausgangsanschluss des Transformators T1 ist mit einer Quadraturschaltung verbunden, der aus dem Multiplikations- Operationsverstärker IC3 besteht, und mit einer Phasenerfassungsschaltung verbunden, die aus einem CMP1 besteht. Der Ausgang der Phasenerfassungsschaltung CMP1 wird jedes Mal invertiert, wenn die Wechselspannung einen Nulldurchgang hat.
Der Ausganganschluss der Phasenerfassungsschaltung CPM1 ist mit einem monostabilen Multivibrator (one-shot-pulse generator, Mono-Impulsgenerator) PG1 verbunden und gibt eine kleine Impulsbreite mit dem Zeitpunkt der Invertierung der Wechseleingangsspannung aus. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators PG1 ist mit einem monostabilen Multivibrator PG2 und dem Steuerungsanschluss einer analogen Schalteinrichtung AS3 verbunden, die eine zweite Abtast-Halteschaltung bildet.
Der monostabile Multivibrator PG2 wird durch das Abfallen des Impulsausgangs des monostabilen Multivibrators PG1 getriggert, um einen Impuls mit einer geringen Breite auszugeben. Der Ausgangsanschluss des monostabilen Multivibrators PG2 ist mit einem monostabilen Multivibrator PG3 und dem Steuerungsanschluss einer analogen Schalteinrichtung AS2 verbunden, die eine erste Abtast- Halteschaltung bildet. Der monostabile Multivibrator PG3 wird durch das Abfallen des Impulsausgangs des monostabilen Multivibrators PG2 zur Ausgabe eines einzigen Impulses mit einer kleinen Breite getriggert. Der Ausgangsanschluss des monostabilen Multivibrators PG3 ist mit dem Steuerungsanschluss eines analogen Schalters AS1 zum Rücksetzen einer Integrierschaltung verbunden, die durch einen Operationsverstärker OP1 gebildet wird.
Das Quadrat des Momentanwertes eines Wechselstromsignalverlaufs, der mittels der Quadraturschaltung IC3 aus einer durch den Transformator T1 verringerten Eingangswechselspannung erzeugt wird, wird durch eine Integrierschaltung integriert, die aus dem Operationsverstärker OP1 und dem Kondensator C2 über einen Widerstand R1 besteht.
Beim Nulldurchgang der Wechselspannung wird der Ausgang der Phasenerfassungsschaltung CMP1 zur Erzeugung von Impulsen mit einer kleinen Breite in der nachstehenden Reihenfolge invertiert: PG1 → PG2 → PG3, wobei der parallel zu dem Kondensator C2 geschaltete analoge Schalter AS1 zur Freigabe der Ladung des Kondensators C2 eingeschaltet wird, mit dem Ergebnis, dass der Ausgang des Operationsverstärkers OP1 null wird.
Folglich werden die Quadrate der Momentanwerte, die durch die Quadraturschaltung IC3 aus der durch den Transformator T1 verringerten Eingangswechselspannung erhalten werden, aufeinanderfolgend durch die Integrierschaltung, die aus dem Operationsverstärker OP1 und dem Kondensator C2 besteht, von dem Nulldurchgangspunkt beginnend integriert. Wenn die Integration eines Halbperiodenabschnitts der Eingangswechselspannung beendet ist, wurden die integrierten Werte des Halbperiodenabschnitts der Quadrate der Momentanwerte der Eingangswechselspannung in den Kondensator C2 als Ausgangswerte des Operationsverstärkers OP1 gespeichert. Weiterhin wird der Ausgang der Phasenerzeugungsschaltung CMP1 zur Erzeugung von Impulsen mit einer kleinen Breite in der folgenden Reihenfolge invertiert: PG1 → PG2 → PG3, wie in dem vorstehend beschrie benen Fall. Der analoge Schalter AS2 wird durch den monostabilen Multivibrator PG2 erzeugten Impuls eingeschaltet, wodurch die Quadrate der Momentanwerte der Eingangswechselspannung, die als Ausgangswerte des Operationsverstärkers OP1 dienen in den Kondensator C3 geladen werden. Als Folge dieses Vorgangs wird der Ausgangswert des Operationsverstärkers OP2 der integrierte Wert der Quadrate des Halbperiodenabschnitts der Eingangsspannung.
Unmittelbar danach werden die Impulse des monostabilen Multivibrators PG3 erzeugt und wird der parallel zu dem Kondensator C2 geschaltete analoge Schalter AS1 eingeschaltet, damit die Ladung des Kondensators C2 freigegeben wird, so dass der Ausgang des Operationsverstärkers OP1 null ist.
Wenn die Quadrate des nächsten Halbperiodenabschnitts der Wechselspannung durch den Operationsverstärker OP1 integriert werden, und ein Nulldurchgang der Eingangswechselspannung auftritt, wird der Ausgang der Phasenerfassungsschaltung CMP1 invertiert, und werden wie in dem vorstehenden Fall Impulse mit einer schmalen Breite in der nachstehenden Reihenfolge erzeugt: PG1 → PG2 → PG3. Dann wird der analoge Schalter AS3 durch den Impuls des monostabilen Multivibrators PG1 eingeschaltet und werden die quadratisch integrierten Werte der Momentanwerte des vorhergehenden Halbperiodenabschnitts der Eingangswechselspannung in einen Kondensator C4 geladen, so dass der Ausgangswert des Operationsverstärkers OP3 der quadratisch integrierte Wert des vorhergehenden Halbperiodenabschnitts der Eingangswechselspannung ist. Nach der Impulserzeugung des monostabilen Multivibrators PG1 wird der analoge Schalter AS2 durch den monostabilen Multivibrator PG2 erzeugten Impuls eingeschaltet, mit dem Ergeb nis, dass der integrierte Wert der Quadrate der Momentanwerte des Halbperiodenabschnitts der Eingangswechselspannung in den Kondensator C3 geladen wird. Aufgrund dieses Vorgangs wird der Ausgangswert des Operationsverstärkers OP2 zu diesem Zeitpunkt der integrierte Wert der Quadrate des Halbperiodenabschnitts der Eingangsspannung.
Danach beginnt die Impulserzeugung des monostabilen Multivibrators PG3, und der parallel zu dem Kondensator C2 geschaltete analoge Schalter AS1 wird eingeschaltet, damit die Ladung des Kondensators C2 freigegeben wird, mit dem Ergebnis, dass der Ausgangswert der arithmetischen Einheit OP1 null ist. Dieser Vorgang wird wiederholt, und jedes Mal, wenn ein Nulldurchgangssignal ausgegeben wird, wird der Ausgang des Operationsverstärkers OP2 der quadratisch integrierte Wert des Halbperiodenabschnitts der Spannung, die zu diesem Zeitpunkt eingegeben wird, und der Ausgangswert des Operationsverstärkers OP3 ist der Ausgangswert des quadratisch integrierten Werts des Halbperiodenabschnitts der vorherigen Eingangsspannung.
Durch Addieren des Ausgangs des Operationsverstärkers OP2 und des Ausgangs des Operationsverstärkers OP3 mittels Widerstände R2 und R3 sowie eines Operationsverstärkers OP4 wird der quadratisch integrierte Wert entsprechend einer Periode der Eingangswechselspannung erhalten.
Der quadratisch integrierte Ausgang entsprechend einer Periode des Operationsverstärkers OP4 wird der aus einem Multiplikations-Operationsverstärker IC4 gebildeten Quadratwurzelschaltung zugeführt, mit dem Ergebnis, dass der Ausgang des Multiplikations-Operationsverstärkers IC4 der Effektivwert einer Periode der Eingangsspannung ist, der aus der Wechseleingangsspannung der vorhergehenden Halb periode und der der jetzigen Halbperiode zusammengesetzt ist.
Danach wird der Effektivwertausgang der Eingangswechselspannung durch den Multiplikations-Operationsverstärker IC4 der Nennerseite der Teilerschaltung zugeführt, die aus einem Multiplikations-Operationsverstärker IC5 gebildet ist, und der Steuerungssignalwert aus der Temperaturerfassungs-/Vergleichsschaltung IC4 wird mit der Zählerseite des Multiplikations-Operationsverstärkers IC5 verbunden, wobei der durch Teilen der Eingangsspannung der Steuerungssignalspannung durch den Effektivwert der Eingangsspannung erhaltene Wert als Eingangssignal für die PWM-Oszillationsschaltung IC1 verwendet wird.
Indem auf diese Weise das Steuerungssignal durch den erfassten Effektivwert der Eingangsspannung geteilt wird, wird die der PWM-Oszillationsschaltung IC1 zugeführte Spannung verringert, wenn beispielsweise die Eingangsspannung ansteigt, und wird die PWM-Impulsbreite verringert, wodurch der der Heizeinrichtung H1 zugeführte Strom im Wesentlichen auf einen festen Wert gehalten wird, wobei das Wärmeerzeugungsausmaß nicht fluktuiert, wodurch Fluktuationen in der Oberflächentemperatur der Fixierwalzen unterdrückt werden. Dementsprechend dient die Wechselspannungseffektivwertumwandlungssteuerschaltung 4 als Fluktuationserfassungs- und Korrektureinrichtung.
Wenn die Eingangsspannung verringert wird, erhöht sich außerdem die Eingangsspannung der PWM- Oszillationsschaltung IC1 zu dem vorstehend beschriebenen umgekehrten Vorgang, wobei die PWM-Impulsbreite sich erhöht. Dadurch werden die Fluktuationen in dem zu der Heizeinrichtung H1 fließenden Strom unterdrückt und werden ebenfalls Fluktuationen in dem Wärmeerzeugungsausmaß unterdrückt. Durch Verwendung einer derartigen Effektivwertumwandlungssteuerschaltung für die Eingangsleistungserfassungs- und. Steuerung ist eine korrekte Berechnung des Speisungsausmaßes auf der Grundlage des Effektivwerts entsprechend einer Periode möglich, selbst wenn der Eingangswechselspannungssignalverlauf verzerrt ist, wodurch eine korrekte Steuerung der Wärmeerzeugung der Heizeinrichtung usw. ermöglicht wird, und eine Verbesserung hinsichtlich der Temperaturstabilität erreicht wird.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild einer Beleuchtungssteuerungsvorrichtung, die das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Steuerungsobjekt die Lichtmenge einer Lampe, die als Lichtquelle zur Beleuchtung eines Dokuments und dergleichen dient. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der harmonische Strom eines Wechselstromeingangsstroms abgeschnitten.
Diese Schaltung richtet eine Eingangswechselspannung mittels Dioden D1 bis D4 gleich und legt diese an den Drain des als Schaltelements dienenden MOS-FET von TR1 über ein Hochfrequenz-Störungsfilter an, das durch die Spule NF1 und den Kondensator C1 gebildet wird.
Die Source des Schaltelements TR1 führt elektrische Leistung einer Lampe mittels einer Spule L2 zu. Eine mit der Induktivität L2 und der Source des Schaltelements TR1 verbundene Diode D5 ist eine Freilaufdiode, die den in der Induktivität L2 gespeicherten Strom regeneriert, wenn das Schaltelement TR1 entsprechend dem Ausgang des Gate- Ansteuerisoliertransformators T2 arbeitet. Die Induktivität L2 ist mit einer Spule zur Erfassung einer Spannung ausgestattet, die an die Lampe angelegt wird. Sie führt eine Spannungserfassung durch eine Diode D6, einen Widerstand R4 und einen Kondensator C5 durch, und gibt die Spannung zu einer Lampenspannungsvergleichsschaltung IC6 aus.
Wenn die Lichtmengenreferenzspannung VL eingegeben wird, vergleicht die Lampenspannungsvergleichsschaltung IC6 diese mit der durch die Induktivität L2 erfassten Lampenspannung und gibt die Differenz als Steuerungsspannung aus.
Die Steuerungsspannung wird der Zählerseite des Multiplikations-Operationsverstärkers IC5 der Eingangswechselspannungseffektivwertumwandlungssteuerschaltung zugeführt, wobei durch Teilen der Steuerungsspannung durch den Effektivwert der Eingangswechselspannung ein Wert erhalten wird. Dieser Wert wird als Eingangssignal der PWM- Oszillationsschaltung IC1 verwendet.
Der Effektivwert der Eingangswechselspannung wird durch den erfassten Wert geteilt. Folglich verringert sich die Eingangsspannung der PWM-Oszillationsschaltung IC1 wenn beispielsweise die Eingangsspannung ansteigt, mit dem Ergebnis, dass die Breite des ausgegebenen PWM-Impuls sich verringert, wodurch der der Lampe zugeführte Strom im Wesentlichen auf einen konstanten Wert gehalten wird, wobei der Variationsbereich der Lichterzeugungsmenge verringert wird.
Insbesondere erfordert es im Fall eines auf eine Lampenspannungserfassungsrückkopplung beruhenden herkömmlichen Verfahren bei abrupter Änderung der Eingangsspannung eine deutliche Zeit zur Stabilisierung der Lampenspannung auf einen Pegel, die hinsichtlich der Eingangswechselspan nungswellenform zehn und mehr Wellen dauern kann. Demgegenüber wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Effektiveingangsspannung berechnet und in einen Signalverlauf (einer Wellenform) entsprechend einer Periode nach der Eingangswechselstromspannungsfluktuation ausgegeben, so dass der PWM-Oszillationsschaltung IC1 zugeführte Steuerungsspannung ein Wert sein kann, der der Fluktuation in der Eingangswechselspannung entspricht, aufgrund der Verarbeitung des Teilers IC5, wodurch die Lichtmenge der Lampe auf einen Sollsteuerungswert innerhalb angenähert von zwei bis drei Wellen im Hinblick auf die Eingangswechselspannungswellenform eingestellt werden kann, wodurch der Schaltungsbetrieb schnell stabilisiert werden kann.
Selbst wenn die Signalverlaufs- bzw. Wellenformverzerrung der Eingangswechselspannung zu einem hohen Ausmaß auftritt, wird die Umwandlung der Spannung in den Effektivwert zuverlässig für die Steuerung ausgeführt, wodurch die Verwirklichung einer Beleuchtungsvorrichtung ermöglicht wird, die zuverlässig den harmonischen Anteil des Eingangswechselstroms verringern kann und einen hohen Leistungsfaktor und ein hohes Ausmaß an Stabilität bereitstellen kann, während die Variation in der Lichterzeugungsmenge der Lampe aufgrund von Fluktuation in der Eingangswechselspannung unterdrückt werden kann.
Wie vorstehend beschrieben ist es erfindungsgemäß möglich, eine Leistungssteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die relativ frei von Störungen ist und einen hohen Leistungsfaktor zeigt.
Weiterhin ist es möglich, eine Leistungssteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die das Ansteuersignal eines Schaltelements als Reaktion auf Fluktuationen in der Ein gangswechselspannung korrigiert, so dass diese ein hohes Maß an Stabilität zeigt, selbst wenn eine plötzliche Fluktuation in der Eingangswechselspannung auftritt.
Obwohl die Erfindung im Hinblick auf das beschrieben worden ist, was gegenwärtig als bevorzugte Ausführungsbeispiele angesehen wird, so ist doch verständlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist.

Claims

1. Leistungssteuervorrichtung mit

einem Gleichrichter (D1-D4) zum Gleichrichten einer Wechselstromeingangsleistung (Acin),

einem Schaltelement (TR1), das in Reihe mit einer Eingangsseite des Gleichrichters geschaltet ist,

einer Spule (L1; L2), die in Reihe mit dem Schaltelement geschaltet ist,

einer Last (H1; LAMP), die in Reihe mit dem Schaltelement geschaltet ist,

einem Diodenelement (D5), das parallel zu einer Reihenschaltung der Spule und der Last geschaltet ist,

einer Ansteuerschaltung (IC1) zur Ansteuerung des Schaltelements, wobei die Ansteuerschaltung ein Ansteuersignal (PWM) mit einer höheren Frequenz als die Frequenz der Wechselstromleistung erzeugt, und

einer Erfassungs-/Vergleichsschaltung (TH1, IC2; L2, D6, R4, C5, IC6), die einen Betriebsparameter der Last erfasst und ein Steuerungssignal (CS) ausgibt,

gekennzeichnet durch

eine Fluktuationserfassungs- und Korrekturschaltung (4) mit

einer Effektivwerterzeugungseinrichtung (T1, IC3, OP1, OP2, OP3, OP4, IC4, CMP1, PG1, PG2, PG3, AS1, AS2, AS3) zur Erzeugung eines Effektivwerts (VAC(nS)) der Eingangswechselspannung (Acin), wobei der Effektivwert (VAC(rms)) die Quadratwurzel des quadratisch integrierten Werts (VAC²) entsprechend einer Periode der Eingangswechselspannung (Acin) ist, und

einer Tellereinrichtung (IC5) zum Teilen des Steuerungssignals (CS) durch den Effektivwert der Eingangswechselspannung,

wobei ein Ausgang (FB) der Teilereinrichtung (IC5) mit der Ansteuerschaltung (IC1) zur Steuerung des Ansteuersignals (PWM) verbunden ist.

2. Leistungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung (IC1) weiterhin eine Veränderungseinrichtung zur Veränderung des Tastverhältnisses des Ansteuersignals (PWM) aufweist.

3. Leistungssteuervorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderungseinrichtung das Tastverhältnis auf der Grundlage des Ausgangs (FB) der Teilereinrichtung (IC5) verändert.

4. Leistungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung (IC1) eine Pulsbreitenmodulations-Oszillatorschaltung ist.

5. Leistungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Last eine Heizeinrichtung (H1) ist.

6. Leistungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Last eine Lampe ist.

7. Leistungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein in Reihe zu dem Gleichrichter geschaltetes Rauschfilter (NF1, C1).

8. Leistungssteuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauschfilter eine zweite Spule (NF1) und einen Kondensator (C1) aufweist.

9. Leistungssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

in der Effektivwerterzeugungseinrichtung

die Wechselstromeingangsleistung (Acin) in eine Phasenerfassungsschaltung (aal) eingegeben wird, wobei ein Ausgang davon mit einer aus einem ersten Einzelimpulsgenerator (PG1), einem zweiten Einzelimpulsgenerator (PG2) und einem dritten Einzelimpulsgenerator (PG3) bestehen Reihenschaltung verbunden ist,

die Wechselstromeingangsleistung (Acin) weiter in eine Quadraturschaltung (IC3) eingegeben wird, wobei ein Ausgang davon mit einer Integrierschaltung (OP1, C2) verbunden ist, die durch einen Ausgang des dritten Einzelimpulsgenerators (PG3) gesteuert wird,

ein Ausgang der Integrierschaltung (OP1, C2) mit einer ersten Abtast-Halteschaltung (AS2) verbunden ist, die durch einen Ausgang des zweiten Einzelimpulsgenerators (PG2) gesteuert wird,

ein Ausgang der Abtast-Halteschaltung (AS2) mit einer ersten Speichereinrichtung (C3) verbunden ist,

ein Ausgang der ersten Speichereinrichtung (C3) mit einer zweiten Abtast-Halteschaltung (AS3) verbunden ist, die durch einen Ausgang des ersten Einzelimpulsgenerators (PG1) gesteuert wird,

ein Ausgang der zweiten Abtast-Halteschaltung (AS3) mit einer zweiten Speichereinrichtung (C4) verbunden ist,

eine Addiereinrichtung (R2, R3, OP4) den Ausgang der ersten Speichereinrichtung (C3) und einen Ausgang der zweiten Speichereinrichtung (C4) miteinander addiert,

und ein Ausgang der Addiereinrichtung (R2, R3, OP4) mit einer Quadratwurzelschaltung (IC4) zum Erhalt des Effektivwerts der Eingangsspannung (Acin) verbunden ist.

10. Bilderzeugungsgerät mit

einer Bilderzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Bildern und

einer Leistungssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Steuerung der Leistung für die Bilderzeugungseinrichtung.