DE69727662T2

DE69727662T2 - Leistungssteuereinheit

Info

Publication number: DE69727662T2
Application number: DE69727662T
Authority: DE
Inventors: Daniel Oliveira; David Isner; Haruo Nishiyama; Hiranaga Nara-shi Yamamoto
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2017-07-05
Also published as: EP0889674A1; ES2216115T3; EP0889674B1; JP3469080B2; US5880578A; CN1124678C; DE69727662D1; JPH1127932A; CN1204937A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Leistungssteuereinheit zum Steuern der Energiezufuhr an eine Last wie einen Heizer einer thermischen Schmelzeinrichtung in einem Bilderzeugungsgerät wie einem Kopiergerät, einem Drucker und einem Faxgerät. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine Leistungssteuereinheit, die harmonische Komponenten verringert, wie sie durch einen zeitweiligen Abfall einer Versorgungsspannung (Flackern) hervorgerufen durch einen in die Last fließenden Stromstoß oder eine momentane Phasensteuerung (Schaltvorgang) der Spannungsquelle beim Start der Energiezufuhr erzeugt wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Z. B. wird in einem Bilderzeugungsgerät, wie einem elektrofotografischen Kopiergerät, einem Drucker und einem Faksimilegerät ein Bild auf einem Vorlagendokument entsprechend der Dichte von Bildinformation, auf deren Grundlage auf einem lichtempfindlichen Körper unter Verwendung eines Laserstrahls oder dergleichen ein elektrostatisches, latentes Bild erzeugt wird, in ein elektrisches Bildsignal gewandelt. Dann wird das elektrostatische, latente Bild in ein Entwicklerbild entwickelt und auf ein Blatt übertragen, woraufhin das Entwicklerbild mit der durch einen Heizer einer thermischen Schmelzeinrichtung erzeugten Wärme angeschmolzen wird. Der Heizer (nachfolgend als Schmelzheizer bezeichnet) der thermischen Schmelzeinrichtung ist als Last vorhanden. Als Schmelzheizer wird eine Heizerlampe wie eine Halogenlampe, verwendet, und als Wärmequelle wird ein Heizwiderstand oder dergleichen verwendet. Der Schmelzheizer ist innerhalb eines Paars von Schmelzrollen zum Einklemmen und Transportieren eines Blatts, auf das das Entwicklerbild aufzuschmelzen ist, vorhanden. Genauer gesagt, ist ein Schmelzheizer oder mehrere mit jeweils einer Leistung im Bereich von einigen hundert Watt bis ungefähr 2.000 Watt in einer oder beiden der Schmelzwalzen des Paars vorhanden. Im Fall eines Hochgeschwindigkeits-Bilderzeugungsgeräts wird ein Schmelzheizer mit größerer Kapazität verwendet. Ferner wird das Paar von Schmelzwalzen dadurch auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten, das die dem Schmelzheizer zugeführte Leistung unter Verwendung eines Schmelzheizer-EIN/AUS-Signals gesteuert wird, das auf Grundlage des Erfassungsergebnisses durch einen Temperatursensor erzeugt wird, der auf solche Weise vorhanden ist, dass er die Oberfläche des Paars von Schmelzwalzen berührt.
Wenn das Bilderzeugungsgerät über eine große Last verfügt, der Leistung unter Steuerung zuzuführen ist, fließt zum Zeitpunkt, zu dem die Energiezufuhr beginnt, ein großer Stromstoß durch die Last. Nachfolgend wird unter Verwendung eines Halogenheizers der Schmelzeinrichtung als Beispiel und unter Bezugnahme auf die 15 erläutert, wie die Versorgungsspannung fällt, wenn ein großer Strom durch die Last fließt. Wie es durch eine Kurve (a) dargestellt ist, wird, wenn das Heizersignal in den EIN-Zustand gelangt, dem Halogenheizer von einer Netzspannungsquelle eine Leistung zugeführt. Da der Widerstandswert des Halogenheizers abhängig von seiner Eigentemperatur variiert, zeigt er, wenn ihm kein Strom zugeführt wurde, einen ziemlich kleinen Widerstandswert, der im Wesentlichen 1/10 desjenigen im erwärmten Zustand beträgt. Wenn dem Halogenheizer bei kleinem Widerstandswert Leistung zugeführt wird, fließt ein Stromstoß I1 in denselben sobald die Leistung zugeführt wird, wie es durch eine Kurve (c) dargestellt ist. Der Halogenheizer wird erwärmt, wenn der Strom fließt, und seine Temperatur steigt an, und damit der Widerstandswert. Wenn der Widerstandswert ansteigt, fällt der in den Halogenheizer fließende Strom, und er konvergiert schließlich auf einen normalen Strom I0, und der Halogenheizer nimmt einen normalen Zustand ein. Das Verhältnis des Stromstoßes I₁ zum normalen Strom I₀, I₁/I₀ liegt im Bereich von einigen Mal bis zehn Mal. Im Fall der Zeichnung kann der Stromstoß auf einen relativ kleinen Wert heruntergedrückt werden, da der Schmelzheizer so gesteuert wird, dass sein Einschalten im Wesentlichen beim Nulldurchgangspunkt eines Versorgungsspannungsverlaufs beginnt.
Wie es durch eine Kurve (b) in der Zeichnung dargestellt ist, bewirkt der auf die obige weise in den Halogenheizer fließende Stromstoß einen Spannungsabfall ΔV₁ um die Auslassspannung der Netzspannungsquelle herum, die dem Bilderzeugungsgerät Leistung zuführt, oder in anderen internen Leitungen aufgrund deren eigener Impedanz. Die Kurve (b) in der Zeichnung repräsentiert eine einhüllende der Signalverlaufshöhe des Spannungsverlaufs, wenn die Spannung fällt. Nachdem der durch den Halogenheizer fließende Strom auf den normalen Strom konvergiert hat, konvergiert auch der Span nungsabfall auf einen kleinen Wert ΔV₂. Wenn die Energiezufuhr zum Halogenheizer unterbrochen wird, erlangt die Spannung wieder ihren ursprünglichen Spannungspegel V₀.
Insbesondere können Peripherieeinrichtungen oder Beleuchtungsanlagen nachteilig beeinflusst werden, da der obige Stromstoß momentan einen deutlichen Spannungsabfall verursacht. Wenn z. B. eine an eine Beleuchtungsanlage gelieferte Spannung fällt, tritt ein als Flackern bezeichneter Effekt auf, bei dem die Leuchtstärke momentan sinkt. In jüngerer Zeit werden, um diesen Effekt zu unterdrücken (nachfolgend einfach als Flackern bezeichnet), Vorrichtungen, die in Bezug auf die Spannungsquelle viel Energie verbrauchen, mittels des Flackertests reguliert. Der Flackertest prüft, ob eine Spannung seitens der Spannungsquelle aufgrund der in der Vorrichtung vorhandenen Last unter einen vorbestimmten Pegel fällt. Im Fall eines Bilderzeugungsgeräts wird der Flackertest mit zwei Modi ausgeführt, von denen jede ihre eigenen Regelungsgrenzen zeigt: einem Kopiermodus (der Flackertest in diesem Modus wird als Kurzflackern bezeichnet) und einem Bereitschaftsmodus (der Flackertest in diesem Modus wird als Langflackern bezeichnet).
Um das Flackern zu unterdrücken, offenbart die japanische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 242644/1994 (Tokukaihei Nr. 6-242644) ein als Softstart bezeichnetes Verfahren unter Verwendung einer Schalttechnik, bei der der Leitungswinkel, unter dem ein Strom durch die Last fließt, Schritt für Schritt erhöht wird. Wenn Spannung einer Last wie dem oben genannten Halogenheizer unter Verwendung eines Weichstarts zugeführt wird, wird der Stromverlauf verzerrt und es treten Störsignale mit großer Frequenz-Bandbreite auf. Dies bewirkt eine Fehlfunktion elektronischer Peripherieeinrichtungen oder ruft nachteilige Effekte an diesen hervor. Um das obige Problem zu beseitigen, werden die Vorrichtungen auch durch einen anderen Test eines Typs reguliert, der als Harmonischetest bezeichnet wird, bei dem geprüft wird, ob harmonische Komponenten (tatsächlich werden die zweite bis vierzigste Harmonische geprüft, die nachfolgend zusammengefasst als harmonische Störsignale bezeichnet werden) des Stromverlaufs innerhalb der Regelungsgrenze liegen. Die Sicherheitsregulierungen fordern, dass ein Bilderzeugungsgerät den Harmonischetest durchläuft, anders gesagt, dass bei ihm die harmonischen Störsignale im normalen Kopiermodus innerhalb der Regulierungsgrenze verbleiben.
Um diesen Regulierungen zu genügen, wurden verschiedene Gegenmaßnahmen vorgeschlagen. Z. B. offenbart die oben genannte japanische Patentanmeldungs- Offenlegung Nr. 242644/1994 (Tokukaihei Nr. 6-242644) ebenfalls eine Technik (allgemein als Softstart bezeichnet) zum Unterdrücken des Auftretens des Stromstoßes durch schrittweises Erhöhens der Leitungswinkels mittels einer Softstartschaltung unter Verwendung eines bidirektionales Thyristors (auch als TRIAC bekannt). Wenn diese Technik verwendet wird, werden harmonische Störsignale in so großer Menge erzeugt, dass zur Spannungsversorgungsleitung ein teures Störsignalfilter hinzugefügt werden muss, was die Kosten in unerwünschter Weise erhöht.
Die in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 242644/1994 (Tokukaihei Nr. 6-242644) offenbarte Technik betrifft ein Verfahren zum Verringern des erzeugten Flackerns, während ein Gesamtsystem arbeitet, dadurch, dass jeder von mehreren Heizern eine spezielle Zeitdifferenz erhält, um den Leitungszustand gesondert zu verschiedenen Zeitpunkten zu starten, und ferner durch Leiten des Stroms mittels eines Softstarts. Jedoch werden beim Softstart ebenfalls Harmonische beim Vergrößern des Leitungs-Schaltwinkels für jede Heizerlampe pro Halbzyklus ausgehend vom Leitungszustand im ersten Halbzyklus auf herkömmliche Weise erzeugt. Da bei diesem Typ von Steuerungsverfahren das Flackern und harmonische Störsignale jeder Heizerlampe durch den herkömmlichen Schaltvorgang gesteuert werden, kann kein teures Störsignalfilter zum Verringern der Harmonischen weggelassen werden.
Wie erläutert, wird Flackern durch einen Stromstoß erzeugt, wie er beim Start von Vorrichtungen (Motoren, Lampen usw.) auftritt, die während einer kurzen Zeit einen deutlichen Anfangsstrom benötigen. Wenn eine Lösung realisiert wird, die so ausgebildet ist, dass sie den Stromstoß durch momentanes Schalten (Phasensteuerung) verringert, wird eine regelmäßig ansteigende Spannung an die Vorrichtung angelegt, was sowohl den Stromstoß als auch das Flackern verringert. Jedoch werden durch diese Lösung harmonische Störsignale erzeugt. Je länger der Schaltvorgang andauert, desto niedriger ist das Flackern und desto höher ist der Pegel harmonischer Störsignale.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Leistungssteuereinheit zu schaffen, die Flackern effizient verringern kann, ohne zu viele harmonische Störsignale zu erzeugen, was durch Wählen eines gewünschten Leitungszeitpunkts und eine Verzögerung innerhalb des Wechselspannungszyklus des Schaltvorgangs erfolgt.
Genauer gesagt, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Leistungssteuereinheit zu schaffen, die Flackern auf zufriedenstellende Weise verringern kann, während sie harmonische Störsignale verringert, wie sie dann erzeugt werden, wenn eine Spannungsversorgung zu anderen Zeitpunkten als den Nulldurchgangspunkten bei Phasensteuerung (Schaltvorgang) eingeschaltet wird, wobei die Leistung zugeführt wird, während der Leitungswinkel Schritt für Schritt unter Verwendung einer Softstartschaltung durch die Phasensteuerung erhöht wird.
Um die obige Aufgabe zu lösen, ist eine erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit mit einer Last mit temperaturbezogen positiver Widerstandscharakteristik und einer Schalteinheit, die beide in Reihe mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind, um der Last durch Steuern der Schalteinheit Leistung zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass

(1) die Schalteinheit Folgendes aufweist:
– einen ersten Steuerungsmodus zum kontinuierlichen Zuführen einer Leistung aus mehreren Halbzyklus-Schaltverläufen mit erster Polarität zur Last;
– einen zweiten Steuerungsmodus zum kontinuierlichen Zuführen einer Leistung aus mehreren Halbzyklus-Schaltverläufen mit zweiter Polarität zur Last, wobei die zweite Polarität von der ersten verschieden ist; und
– einen dritten Steuerungsmodus zum wechselseitigen Liefern einer Leistung eines Halbzyklus mit der ersten Polarität und einer Leistung eines Halbzyklus mit der zweiten Polarität an die Last; und
(2) die Schalteinheit der Reihe nach im ersten Steuerungsmodus, im zweiten Steuerungsmodus und im dritten Steuerungsmodus arbeitet.

Gemäß der obigen Anordnung wurde es möglich, den Effekt zu erzielen, dass nicht nur die harmonischen Störsignale sondern auch das durch einen Stromstoß erzeugte Flackern durch mehrere Halbzyklus-Schaltverläufe der ersten Polarität und mehrere Halbzyklus-Schaltverläufe der zweiten Polarität an die Last mit positiver Temperaturcharakteristik geliefert werden.
Für ein vollständigeres Verständnis der Art und der Vorteile der Erfindung ist auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug zu nehmen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Anordnung einer Steuerschaltung einer Heizerlampe bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ist eine Ansicht zum Erläutern jeder Komponente eines digitalen Bilderzeugungsgeräts;
3 ist eine Ansicht zum Erläutern von Flackern und eines Stromverlaufs, wenn ein Softstart ausgeführt wird;
4 ist ein Flussdiagramm zum detaillierten Angeben einer Betriebsweise zum Einstellen einer Leitungsverzögerung der Heizerlampe durch ein in einem ROM der 1 gespeichertes Steuermuster;
5 ist eine Ansicht zum Erläutern von Flackern und eines Stromstoßver-1aufs;
6 ist ein Kurvenbild, das einen Stromverlauf zeigt, wenn Zyklen geschaltet werden;
7 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern des Verlaufs eines geschalteten Stroms;
8 ist eine andere schematische Ansicht zum Erläutern des Verlaufs eines geschalteten Stroms;
9 ist ein Kurvenbild, das einen Stromverlauf zeigt, wenn Zyklen geschaltet werden;
10 ist ein anderes Kurvenbild, das einen Stromverlauf zeigt, wenn Zyklen in einem Kopiermodus geschaltet werden;
11 ist ein Kurvenbild, das einen Stromverlauf zeigt, wenn Zyklen im Kopiermodus geschaltet werden;
12 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Schaltmusters in einer Periode, in der der Leitungsumfang bei erster Polarität relativ groß ist, und eines anderen Schaltungsmusters in einer Periode, in der der Leitungsumfang bei einer zweiten Polarität relativ groß ist;
13 ist ein Kurvenbild, das einen Stromverlauf zeigt, wenn Zyklen geschaltet werden, um die Grenze bei einem Langflackertest zu senken;
14 ist noch ein anderes Kurvenbild, das einen Stromverlauf zeigt, wenn Zyklen geschaltet werden; und
15 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Begriffsdefinition betreffend einen schaltenden Signalverlauf.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines Kopiergeräts als beispielhaftem Bilderzeugungsgerät unter Bezugnahme auf die 1 bis 15 erläutert.
Zunächst wird jede Komponente des Bilderzeugungsgeräts kurz beschrieben.
Ein digitales Bilderzeugungsgerät gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist z. B. ein digitales Kopiergerät mit einem Scannerabschnitt, einem Bildverarbeitungsabschnitt und einem Bildaufzeichnungsabschnitt, und in ihm ist eine Heizerlampe als Schmelzeinrichtung vorhanden. Zunächst wird das digitale Bilderzeugungsgerät unter Bezugnahme auf die 2 erläutert. Das vorliegende Bilderzeugungsgerät ist ein digitales Kopiergerät 30 mit einem Scannerabschnitt 31 und einem Laseraufzeichnungsabschnitt 32.
Nachfolgend wird eine bei der Erfindung verwendete Heizerlampe-Steuerschaltung unter Bezugnahme auf die 1 erläutert, die ein Blockdiagramm ist, das eine Anordnung von Hauptkomponenten einer im Bilderzeugungsgerät vorhandenen Leistungssteuereinheit zeigt. In der Zeichnung bezeichnet die Zahl 101 einen Wechselspannungsquelle-Anschlussstecker, die Zahl 102 bezeichnet eine Spannungsversorgungseinheit, die Zahl 103 bezeichnet ein Steuerungssubstrat und die Zahl 104 bezeichnet eine Schmelzeinheit. Die Spannungsversorgungseinheit 102 beinhaltet einen Spannungsquellentransformator 102, eine Nulldurchgangs-Erkennungsschaltung 106 und einen TRIAC 107. Das Steuerungssubstrat 103 beinhaltet I/O-Einheiten 108 und 109, eine CPU 110, einen ROM 111, einen RAM 112, einen A/D-Wandler 113, einen Verstärker 114 sowie einen Fehlererfassungsthermistor. Die Schmelzeinheit 104 beinhaltet eine Temperatur-Schmelzsicherung 117, einen Schmelzheizer (Heizerlampe) 118 und einen Schmelzthermistor 119.
Hierbei bilden die Spannungsversorgungseinheit 102 und das Steuerungssub strat 103 eine Schalteinrichtung.
Nachfolgend werden der EIN/AUS-Aufruf eines Heizerlampensignals HL und ein Verzögerungs-Herunterzählen erläutert. Die Heizerlampe wird durch eine Unterroutine gesteuert, die das Heizerlampensignal auf EIN/AUS schaltet. Die Unterroutine wird durch einen Interrupt aufgrund eines Nulldurchgangssignals aufgerufen, wie es bei jedem Nulldurchgang einer Wechselspannung auftritt. Wenn das Signal HL EIN anfordert, schaltet die Unterroutine die Spannung der Heizerlampe nach einer Verzögerung ein. wie es in der 3 dargestellt ist, tritt die Verzögerung bei jedem Halbzyklus auf, bis die Flackergefahr nicht mehr wesentlich ist.
Die unten dargestellte Tabelle 1 zeigt den Inhalt einer ROM-Tabelle auf dem Steuerungssubstrat, d. h. einen Teil eines vorab im ROM 111 abgespeicherten Steuerprogramms, auf Grundlage dessen die CPU 110 den Betriebszustand des Bilderzeugungsgeräts beurteilt, nämlich ob der Bereitschaftsmodus oder der Kopiermodus vorliegt. Dann wählt die CPU 110 einen Leistungssteuermodus des Systems auf Grundlage der Beurteilung aus, um die Leistungszufuhrsteuerung zum Schmelzheizer zu starten.
Tabelle 1
Die 4 ist ein Flussdiagramm zum detaillierten Erläutern eines Betriebs zum Einstellen einer Leitungsverzögerung für die Heizerlampe durch ein Steuerungsmuster der obigen Tabelle 1, das vorab im ROM abgespeichert wurde. Zunächst wird die Spannungsquelle eingeschaltet (S101). Wenn dann ein Nulldurchgangssignal in Übereinstimmung mit dem Wechselspannungsverlauf einen Interrupt ausführt, während die CPU das elektrofotografische Kopiergerät auf programmierte Weise steuert, startet ein dem Steuerungsmodus entsprechendes Steuerungsprogramm (S102). Das Steuerungsprogramm für jeden Steuerungsmodus ist vorab im ROM abgespeichert. Zum Zeitpunkt, zu dem das Nulldurchgangssignal einen Interrupt am Programm ausführt, startet pro Nulldurchgangs-Zeitpunkt der Spannungsquelle ein Herunterzählen (S103 und S104). Dann werden ROM-Daten auf Grundlage des Zählwerts ausgelesen (S105), und es wird ein den ROM-Daten entsprechendes Steuersignal S ausgegeben (S106). Auf diese Weise wird durch das vorab im ROM abgespeicherte Programm eine Verzögerung auf wahlfreie Weise bestimmt, um den Schaltvorgang zu bewirken. Wenn das Verzögerungs-Steuerungsmuster endet, wird die Wechselspannung der Heizerlampe auf dauerhaft EIN geschaltet.
Z. B. entspricht ein Steuerungsmodus A einem Abschnitt, in dem ein Schaltmuster der Leistungssteuereinrichtung im Bereitschaftsmodus gespeichert ist.
In diesem Modus beträgt, da die Verzögerungszeit vom Nulldurchgangs-Zeitpunkt im ersten Halbzyklus auf 8 ms eingestellt ist, der Leitungsphasenwinkel 2 ms, wenn die Spannungsquellenfrequenz 50 Hz beträgt. Im nächsten, zweiten Halbzyklus wird kein Strom durchgelassen. Dann wird im nächsten, dritten Halbzyklus eine Verzögerungszeit ab dem Nulldurchgangs-Zeitpunkt auf 2 ms, wie im ersten Halbzyklus, eingestellt. Die Leistung wird dadurch gesteuert, dass die ROM-Daten auf die obige Weise pro Halbzyklus gelesen werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, wie es in der 1 dargestellt ist, der zweite Thermistor 116 im Steuerungssubstrat 103 vorhanden, so dass dieses den aktuellen Zustand des Systems (z. B. Kopiermodus, Vorheizmodus, Bereitschaftsmodus, Kaltstart) auf Grundlage der Temperatur jeder Komponente im System (z. B. Temperaturen eines Schmelzabschnitts sowie innerhalb des Geräts) erfassen kann, um die Leistungsinformation für das System zu verwalten, während die Stärke des Stromstoßes und der Umfang von im System erzeugten Störsignalen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs durch Steuerung eingestellt werden. Z. B. ist der Widerstandswert des Schmelzheizers erhöht, wenn die Temperatur niedrig ist, und er ist erniedrigt, wenn die Temperatur hoch ist. Anders gesagt, zeigt der Widerstandswert eine positive Wärmecharakteristik. Demgemäß fließt ein starker Stromstoß, wenn die Heizer-EIN-Steuerung bei niedriger Temperatur ausgeführt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind der Schmelzheizer 118 und der als Leistungssteuereinrichtung dienende TRIAC 107 in Reihe zur Wechselspannungsquelle vorhanden, so dass die EIN/AUS-Steuerung des Schmelzheizers und die Leitung bei einer wahlfreien Phase durch ein Befehlssignal von der CPU 110 auf dem Steuerungssubstrat 103 ausgeführt werden. Anders gesagt, wird, wenn der Schmelzheizer von AUS auf EIN geschaltet wird, ein Nulldurchgangspunkt des Spannungsverlaufs einer Wechselspannungsquelle durch die Nulldurchgangs-Erkennungsschaltung 106 erkannt, woraufhin ein Nulldurchgangssignal erzeugt wird. Anschließend sorgt die Leistungssteuereinrichtung 107 für den Schaltvorgang, nachdem sie ein Steuersignal S1 von der CPU 110 empfangen hat, so dass der Strom dadurch durch den Heizer fließen kann, dass der Spannungsverlauf eingeschaltet wird, während das Signal S1 auf EIN bleibt (negatives Signal). Nachdem die Phaseneinstellperiode geendet hat, fließt eine Summe von Strömen unter der Nulldurchgangssteuerung zum Heizer.
Während der Phaseneinstellperiode kann die Steuerung unter Verwendung eines kleineren Leitungs-Phasenwinkels als dann ausgeführt werden, wenn dem Heizer Leistung für einen vollständigen Signalverlauf zugeführt wird. Demgemäß kann ein in den Schmelzheizer fließender Stromstoß verringert werden. Wenn eine Raumbeleuchtung oder mehrere andere Geräte, wie ein Drucker und ein Hostcomputer, ebenfalls mit der Wechselspannungsleitung nahe dem Bilderzeugungsgerät 1 verbunden sind, fällt die Spannung der Wechselspannungsquelle aufgrund des in den Schmelzheizer fließenden Stromstoßes, und dies gilt auch für die Spannungsversorgungsleitung zur Raumbeleuchtung. Dies kann ein Flackern der Beleuchtung oder einen Abfall der Versorgungsspannung an die anderen Geräte hervorrufen, so dass es zu nachteiligen Auswirkungen auf die Raumbeleuchtung oder andere Geräte kommt.
Die harmonischen Störsignale sind Harmonische in Bezug auf die Frequenz einer Netzspannungsquelle, wie sie durch Signalverlaufsverzerrungen an einem Spannungsversorgungssignal erzeugt werden, die durch Vorrichtungen geschaffen werden, die nicht-sinusförmige Ströme verwenden, und es sind damit auch harmonische Störsignale zu verstehen, die in den hauptsächlichen Ländern einer Regulierung unterliegen. Flackern sind Schwankungen auf der Spannungsversorgungsleitung, die dadurch hervorgerufen werden, dass ein Strom durch eine mit der Spannungsversorgung gebundene Last geschickt wird.
Die effektivste Lösung, um Flackern zu entfernen, besteht darin, in ausreichend vielen Zyklen zu schalten. Jedoch existiert bei harmonischen Störsignalen ein empfindlicherer Punkt. Harmonische Störsignale können zwar nicht entfernt werden, jedoch kann die Verteilung derselben verändert werden. Derartige harmonische Störsignale nehmen zu, während der Rest abnimmt, was von den Schaltungstypen abhängt. Daher sollten beim Entwickeln einer Softstartlösung zumindest die Punkte entsprechend der herkömmlichen Vorgehensweise, wie unten spezifiziert, berücksichtigt werden.
D. h., dass zuallererst die tatsächlichen Messwerte für das Flackern und harmonische Störsignale zur Auswertung erhalten werden. Dann wird das Muster der harmonischen Störsignale analysiert, um die Toleranz der harmonischen Störsignale (gerade und ungerade Ordnung) bis zur Regulierungs-Sicherheitsgrenze und zur Regulierungs-Zielgrenze zu bewerten. Dann wird ein optimaler Softstart-Startvorgang dadurch zusammengesetzt, dass die Anzahl der Mediums-Verzögerungszyklen (Leitungszeit von 1/4 ms) und die Anzahl der Leitungszyklen verändert werden. Es soll sorgfältig ein Muster berücksichtigt werden, bei dem die harmonischen Störsignale einhergehend mit der Anzahl geschalteter Zyklen (Anzahl geschalteter Halbzyklen) zunehmen.
Hierbei sind zu lange Leitungszeiten nicht wirkungsvoll, um harmonische Störsignale zu senken. Auch sollte die Leitungszeit für die Reihe von 100/120/230 V eingestellt werden.
Als Nächstes erfolgen viele Messungen zum schrittweisen Einstellen der Anzahl geschalteter Zyklen und der Leitungszeit während derselben. Dies erfolgt, um einen Kompromiss (Ausgleich) zwischen der Anzahl geschalteter Zyklen und der Verteilung harmonischer Störsignale zu erzielen.
In einem Modus, in dem die harmonischen Störsignale gemessen werden, wird eine kleinere Anzahl von Halbzyklen bei verlängerter Leitungszeit geschaltet, wohingegen in einem Modus, in dem Flackern bedeutsamer ist und die harmonischen Störsignale nicht gemessen werden, eine große Anzahl von Halbzyklen geschaltet wird.
Als Nächstes werden die bei Vergleichsbeispielen 1 und 2, ohne Anwendung der Erfindung, gemessenen Daten erläutert. Bei den Vergleichsbeispielen werden das Flackern und harmonische Störsignale unter Verwendung einer Rei he für 230 V/50 Hz mit einer Heizerlampe von 1.000 w gemessen.
Die Messergebnisse zum Flackern und zu harmonischen Störsignalen bei den Vergleichsbeispielen 1 und 2 und bei der vorliegenden Ausführungsform sind in der untenstehenden Tabelle 2 dargelegt.
Tabelle 2
Die Messungen erfolgen dadurch, dass das Bilderzeugungsgerät unter verschiedenen Bedingungen platziert wird. Genauer gesagt, wird beim Vergleichsbeispiel 1 ein Softstart zum monotonen Erhöhen der Leitungszeit pro Halbzyklus verwendet, wohingegen beim Vergleichsbeispiel 2 kein Softstart verwendet wird.
Der Test auf harmonische Störsignale und der Kurzflackertest werden im Kopiermodus gemessen, und der Langflackertest wird im Bereitschaftsmodus gemessen.
Der hier genannte Kopiermodus ist derjenige Modus, bei dem die Spannungsversorgung für das Leistungssteuereinheit ein Bild zu erzeugen beginnt, wenn die Heizerlampe kalt gehalten wurde. Der Bereitschaftsmodus ist der Modus, in dem das Test-Bilderzeugungsgerät in einem bereiten Zustand gehalten wurde, ohne dass seit dem Einschalten des Spannungsschalters ein Bilderzeugungsvorgang ausgeführt wurde.
Beim Kopiermodus des Vergleichsbeispiels 1 ist der monotone Softstart verwendet, jedoch werden harmonische Störsignale über der Regulierungsgrenze erzeugt. Hinsichtlich Flackerns existiert ein Abstand bis zur Regulierungsgrenze von 1,0.
Demgegenüber sind beim Vergleichsbeispiel 2 die Zustände für die harmonischen Störsignale sehr locker, aber sehr schwer für das Flackern.
Wie bereits unter Bezugnahme auf die 15 erläutert, wird Flackern hauptsächlich zu Beginn des Brennens der Heizerlampe erzeugt. Ein bedeutender Spitzenstrom induziert eine Schwankung in der Wechselspannung der Spannungsversorgung. Die Messung des Vollzyklussignals vom Transformator zeigt, dass hinsichtlich der Effektivspannung ein Flackern mit einem Abfall von 4 V existiert, und dass die Spannung den ursprünglichen Pegel wiedererlangt, wenn die Heizerlampe nach einigen Zyklen gestartet wird.
Als Nächstes wird der herkömmliche Schaltvorgang durch einen Weichstart zum Verringern von Flackern erläutert.
Wie es in der 5 dargestellt ist, handelt es sich hier um das Verfahren zum Steuern des Starts der Heizerlampe, wenn diese unter Verwendung eines Weichstarts zum Brennen gebracht wird. Dieses Verfahren verringert den Stromstoß, wie er zu Beginn des Brennens der Heizerlampe auftritt, durch Einfügen einer Verzögerung mit einer Periode Td ab dem Nulldurchgangs-Zeitpunkt, wenn jeder Zyklus der Heizerlampenspannung geschaltet wird.
Durch dieses Verfahren kann das Flackern verringert werden, jedoch werden harmonische Störsignale erzeugt. Dennoch muss das Schalten für Zyklen mit Verzögerung fortgesetzt werden, bis die Flackergefahr verschwunden ist, wie es in der 3 dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt die Kurve (a) eine Spannung, und die Kurve (b) zeigt einen Strom mit regelmäßig abnehmendem Verzögerungsprofil.
Demgemäß besteht die Schwierigkeit beim Problem im gleichzeitigen Handhaben beider Effekte, d. h. des Flackerns und der harmonischen Störsignalen.
Daher ist es erforderlich, eine angemessene Periode des Zyklusschaltens mit Verzögerung und optimale Verzögerungen für die Leitung innerhalb der Wechselspannungszyklen zu wählen. Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, das Flackern effizient zu verringern, ohne zu viele harmonische Störsignale zu erzeugen.
Es ist jedoch zu beachten, dass die Modifizierung nicht zu Störungen im Strom führen sollte, der ein elektrofotografisches Kopiergerät betreibt. Auch sollte die Modifizierung zu keinerlei nachteiliger Auswirkung auf das EIN/AUS-Signal der Heizerlampe, die Steuerschaltung, durch die CPU ausgegebene Befehle und dergleichen führen.
Um die obige Aufgabe zu erfüllen, wurde von den Erfindern eine verbesserte Softstartlösung mit einem Schaltvorgang von ungefähr 100 Halbzyklen bei Softstartsteuerung mit regelmäßig abnehmendem Verzögerungsprofil untersucht.
Diese Lösung wurde mit mehreren Kombinationen des Leitungs-Schaltphasenwinkels und der Leitungszeit getestet, jedoch wurden bei allen im Kopiermodus zu viele harmonische Störsignale erzeugt.
Ein Vergleich der am Test-Bilderzeugungsgerät gemessenen harmonischen Störsignale zeigte, dass für die geraden harmonischen Störsignale eine komfortable Toleranz existiert, während für die ungeraden harmonischen Störsignale eine enge oder negative Toleranz besteht. Diese Beobachtung führte die Erfinder zu einer Untersuchung einer Softstartlösung, die ungerade und gerade harmonische Störsignale innerhalb der Regulierungsgrenze erzeugt.
Als Nächstes wird eine Beziehung zwischen dem Schaltmuster und harmonischen Störsignalen erläutert, wie sie durch die obigen Beobachtungen nahegelegt wurde.
In der folgenden Tabelle 3 ist Information zu den Eigenschaften der harmonischen Störsignale bei drei Typen von Steuermustern dargelegt.
Tabelle 3
Das Steuermuster A in der obigen Tabelle 3 ist ein Signal ähnlich demjenigen, das für den durch das Testgerät angewandten Softstart verwendet wird. Dieser Signaltyp erzeugt viele ungerade harmonische Störsignale, ist jedoch zum Senken von Flackern sehr effektiv.
Das Steuermuster B in der obigen Tabelle 3 erzeugt gerade harmonische Störsignale, und es wurde erwartet, dass es sich um ein ideales Signal zum Lösen der Probleme handeln würde. Jedoch waren, als die Lösung getestet wurde, die gemessenen geraden harmonischen Störsignale zu wesentlich, und sie überschritten die Regulierungsgrenze.
Das Steuermuster C in der obigen Tabelle 3 ist eine Lösung, die für den Softstart gemäß der Erfindung verwendet wurde. Dieser Signaltyp erzeugt beide Typen (ungerade und gerade) von harmonischen Störsignalen, jedoch kann der zugehörige Pegel durch Wählen der korrekten Anzahl von Zyklen und die genaue Verzögerung (Phasenwinkel) des Schaltvorgangs eingestellt werden.
Das Steuermuster C ist eine Kombination zweier Signalverläufe einer geraden Funktion mit entgegengesetzten Vorzeichen, und tatsächlich handelt es sich um einen Signalverlauf einer geraden Funktion mit einem geringen Touch einer ungeraden Funktion. Das Steuermuster C ist ein Kompromiss zum Verringern sowohl harmonischer Störsignale als auch von Flackern.
Nun wird nachfolgend das Ergebnis einer Untersuchung an Gegenmaßnahmen zum Flackern erläutert.
Der Kopiermodus und der Bereitschaftsmodus werden unter verschiedenen Bedingungen abgehandelt, da ihre Regulierungsgrenzen ziemlich verschieden sind.
Die im Kopiermodus gemessenen harmonischen Störsignale sind in der unten folgenden Tabelle 4 dargelegt. In dieser Tabelle kennzeichnet das Symbol o, dass das Ergebnis den Test bestanden hat.
Tabelle 4
Die obige Tabelle 4 zeigt, dass die Toleranz bei einigen wenigen harmonischen Störsignalen gering ist. Daher sollte die Anzahl der geschalteten Zyklen optimiert werden. Anders gesagt, sollte die geringste Anzahl von Zyklen geschaltet werden, ohne dass es zu einem zu starken Anstieg harmonischer Störsignale kommt.
Im Bereitschaftsmodus müssen demgegenüber die harmonischen Störsignale nicht gemessen werden, und daher werden soviele Zyklen wie erwünscht geschaltet, um das Flackern auf sichere Weise unter die Regulierungsgrenze zu senken.
Die obige Tabelle 2 zeigt zum Vergleich die Testergebnisse zum Flackern und zu harmonischen Störsignalen in jedem Modus der vorliegenden Ausführungsform mit einem Zielwert (Grenze) für das Flackern innerhalb der Sicherheitsregulierung.
Im Bereitschaftsmodus liegt, obwohl die Regulierungsgrenze dafür den engen wert von 0,65 im Vergleich zu 1 im Kopiermodus hat, das gemessene Flackern deutlich unter der Regulierungsgrenze. Daher ist hier die Anzahl geschalteter Zyklen groß.
Es sind auch die Verzögerungen des Leitungs-Startzeitpunkts sehr wesentlich. Die besten Ergebnisse hinsichtlich des Zielwerts (Regulierungs-Si cherheitsgrenze) wurde mit einer Leitungszeit bis zu 5 ms erzielt. Dies erhöht die Anzahl geschalteter Zyklen und den Pegel harmonischer Störsignale, jedoch ist es nicht allzu effizient, eine zu lange Leitungszeit zu verwenden, um Flackern zu verringern.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 6 und die unten folgende Tabelle 5 der Schaltvorgang unter Verwendung des Steuermusters C der obigen Tabelle 3, wobei es sich um den wesentlichen Punkt der Erfindung handelt, erläutert. Die unten folgende Tabelle 5 zeigt ein bei der vorliegenden Ausführungsform verwendetes Schaltmuster.
Tabelle 5
Erster und zweiter Schritt
Der erste Schritt beinhaltet 2 geschaltete Aufwärts-Halbzyklen und der zweite Schritt beinhaltet 6 geschaltete Aufwärts-Halbzyklen. Der erste und der zweite Schritt können die harmonischen Störsignale verbessern, wie sie in der obigen Tabelle 4 dargelegt sind.
Außer der Aufgabe, Flackern zu verringern, hat die Erfindung die andere Aufgabe, den Softstart auszuführen, ohne dass zuviele harmonische Störsignale erzeugt werden, die die Regulierungs-Sicherheitsgrenze überschreiten. Dies ist der Grund, weswegen der erste Schritt mit 2 geschalteten Aufwärts-Halbzyklen bei einer Leitungszeit von 2 ms begonnen wird.
Dann wird die Leitungszeit im zweiten Schritt ausgehend von derjenigen im ersten Schritt um 1 ms erhöht, um den Heizvorgang zu fördern. Dies ist aufgrund der Möglichkeiten des Timers das kleinste Inkrement. Ein Erhöhen der Leitungszeit um 2 ms (d. h. ein Erhöhen der Leitungszeit von 2 ms auf 4 ms) im zweiten Schritt der 6 geschalteten Aufwärtszyklen könnte negativen Einfluss auf das Flackern haben, da der Prozess noch nicht stabilisiert ist. Wenn der Leitungs-Phasenwinkel um 2 ms erhöht wird, sollten zumindest 5 zusätzliche Halbzyklen, d. h. insgesamt zumindest 10 Halbzyklen, geschaltet werden, um den Prozess zu stabilisieren und um zu gewährleisten, dass die Gefahr von Flackern nicht mehr wesentlich ist. Jedoch kann dadurch die Anzahl geschalteter Halbzyklen erhöht werden, was den Pegel harmonischer Störsignale gegenüber dem bei der Erfindung aufgestellten Zielwert erhöht. Dies ist der Grund, weswegen die Leitungszeit im zweiten Schritt um 1 ms gegenüber derjenigen im ersten Schritt der 2 geschalteten Aufwärts-Halbzyklen erhöht wird.
Dritter Schritt
Dieser Schritt beinhaltet Austastungen von 2 Halbzyklen (nachfolgend einfach als Austastungen bezeichnet). Diese Austastungen sind sehr wesentlich, um ungerade harmonische Störsignale zu beseitigen. Durch das Auslassen dieser Austastungen würden die zwei Schaltmuster verbunden werden (2 + 6 aufwärts und 5 + 3 abwärts gemäß der 6). Dies erzeugt an der Verbindung zwischen dem sechsten Halbzyklus mit erster Polarität im zweiten Schritt (mit einem Muster mit einer Verzögerung von 7 ms und einer Leitung von 3 ms) und dem folgenden ersten Halbzyklus mit zweiter Polarität (die erste und die zweite Polarität sind zueinander entgegengesetzt) im folgenden vierten Schritt einen kontinuierlichen Schaltverlauf, wie es in der 7 dargestellt ist. Die 7 ist eine Ansicht zum Erläutern der Spannungsversorgung beim Schalten im oberen Halbzyklus (erster Polarität), gefolgt von einem Schalten im unteren Halbzyklus (zweiter Polarität). Für diesen Fall wurde bestätigt, dass viele ungerade Harmonische erzeugt werden.
Ein anderer Satz zweier Austastungen an der Verbindungsstelle ist nicht erforderlich, da dadurch die Heizerlampe über eine beträchtliche Zeit gekühlt wurde und so ein größeres Flackern erzeugen würde, wenn damit begonnen wird, einen Steuerungsmodus (5 + 3 abwärts in der 6) zu schalten, in dem Leistung durch kontinuierliches Schalten von Halbzyklen der zweiten Polarität zugeführt wird. Angesichts des Vorstehenden ist eine Nichtleitungszeit (Austastung), die doppelt so lang wie ein Halbzyklus ist, in jedem Fall die optimale Wahl.
Die 8 ist eine Ansicht zum Erläutern der Energiezufuhr im Fall des Schaltens des oberen Halbzyklus (erster Polarität) gefolgt von einer Nichtleitungszeit, die doppelt so lang wie der Halbzyklus ist, und mit einem Schalten des unteren Halbzyklus (zweiter Polarität). In diesem Fall zeigt es sich, dass die ungeraden Harmonischen deutlich verringert sind. Dieses Schaltmuster steht in direktem Zusammenhang mit den Bedenken, die oben für das Steuermuster in der Tabelle 3 beschrieben wurden.
Vierter Schritt
Dieser Schritt beinhaltet 5 geschaltete Abwärts-Halbzyklen. Die ersten fünf Halbzyklen weisen eine Leitungszeit von 3 ms auf. Diese Leitungszeit ist dieselbe wie diejenige für die sechs Halbzyklen erster Polarität im zweiten Schritt, da durch Erhöhen dieser Zeit nach der Nichtleitungszeit (Austastungen) zweier Halbzyklen (dritter Schritt) ein zu starkes Flackern erzeugt würde.
Fünfter Schritt
Dann wird für die folgenden 3 geschalteten Abwärts-Halbzyklen zweiter Polarität die Leitungszeit ausgehend von der Leitungszeit im vierten Schritt um 1 ms erhöht. Das durch diese Erhöhung erzeugte Flackern ist sehr klein. Der Grund, weswegen die Leitungszeit auf die oben genannte Weise um 1 ms verlängert wird, besteht darin, den Strom für einen vollen Halbzyklus ohne Verzögerung durchzulassen. Ein Verlängern der Leitungszeit um 2 ms (d. h. ein Verlängern der Leitungszeit von 3 ms auf 5 ms) in diesem Stadium würde zu starkes Flackern erzeugen. Dies, da die Tendenz besteht, dass eine Vergrößerung des Stromstoßes Flackern erhöht, wie beim Leitungsstart mit der ersten Polarität.
Sechster Schritt
Dies ist ein Schaltvorgang mit 3 geschalteten Aufwärts- & Abwärtshalbzyklen. Der Zweck dieses Schritts besteht im Verringern des Flackerns, wie es in der Spannung nach den 2 + 6 Aufwärts-Halbzyklen, den 2 Austastungen und den 5 + 3 geschalteten Abwärts-Halbzyklen verblieben ist. Es zeigt sich ein kleines Restflackern, wenn diese 3 geschalteten Halbzyklen weggelassen werden. Ein Halbzyklus mit Verzögerung wird abwechselnd geschaltet, bis das Restflackern verschwunden ist. Wie beim letzten Halbzyklus des zweiten Sig nalverlaufs mit gerader Funktion (vierter und fünfter Schritt) wird eine Leitungszeit von 4 ms beibehalten, um die Kontinuität zu gewährleisten.
Siebter Schritt
Dies ist ein Schaltvorgang mit 3 geschalteten Aufwärts- & Abwärtshalbzyklen (1,5 geschaltete Aufwärts- & Abwärtsvollzyklen), und es ist der Anfang des Heizmusters einer normalen Heizerlampe.
Achter Schritt
Dieser Schritt beinhaltet eine Austastung eines Halbzyklus, und der Zweck dieser Austastung besteht darin, das letzte Flackern in der Spannung zu beseitigen.
Das Signal in jedem Schritt steht mit vielen Parametern in Zusammenhang, wie der Heizerlampe, der gesteuerten Vorrichtung, der Spannungsamplitude und der Frequenz. Das Prinzip der geschalteten Halbzyklen, d. h. N₁ (2 + 6 aufwärts gemäß der Tabelle 5) geschalteter Aufwärts-Halbzyklen einer großen ersten Polarität und N₂ (5 + 3 abwärts in der Tabelle 5) geschalteter Abwärts-Halbzyklen mit großer zweiter Polarität, die um zwei Austastungen getrennt sind, kann in jedem Fall angewandt werden. Die Zahlen (N₁ und N₂) geschalteter Halbzyklen kann abhängig von der Flackertiefe und dem Pegel harmonischer Störsignale verändert werden.
Der Rest der Halbzyklen, nämlich 3 aufwärts & abwärts (6ter Schritt), 1,5 Vollzyklen (7ter Schritt) und der Austastung (8ter Schritt) sind hinzugefügt, um beim Testgerät Flackern und harmonische Störsignale zu verringern. Die Anzahl dieser zusätzlichen Halbzyklen ist durch Analysieren eines Spannungssignals an der gesteuerten Vorrichtung einzustellen. Es ist zu beachten, dass das Auswählen der korrekten Leitungszeit zu jedem Schaltzeitpunkt sehr bedeutsam ist. Wenn die Leitungszeit zu lang ist, wird der Heizvorgang fortgesetzt, jedoch verbleibt das Flackern. Im Fall des hier verwendeten Testgeräts erreicht das Flackern bei einer Leitungszeit von 5 ms die Obergrenze. Hierbei ist 5 ms kleiner als der Wert, wie er im Fall ohne Softstart erzielt wird. Jedoch ist zu beachten, dass das Flackern groß sein kann, wenn die Leitungszeit zu lang ist, und zwar selbst beim Softstart. Daher sollte die Leitungszeit sorgfältig bestimmt werden. Andererseits kann, wenn die Leitungszeit zu kurz ist, Flackern entfernt werden, jedoch benötigt das Beheizen zu viel Zeit. Dies, da nur eine kleine Energiemenge an die gesteuerte Heizerlampe oder Vorrichtung geliefert wird. Auch nehmen die harmonischen Störsignale zu. Wie bereits angegeben, hängen diese Leitungszeiten vom Typ der gesteuerten Vorrichtung, der Spannungsamplitude und der Frequenz ab.
Als Nächstes wird das Schaltmuster im Bereitschaftsmodus erläutert.
Die unten angegebene Tabelle 6 zeigt ein Schaltmuster, wenn die Erfindung im Bereitschaftsmodus realisiert wird.
Tabelle 6
Die 9 zeigt den Schaltsignalverlauf, wie er geformt ist, wenn die Heizerlampe unter dem Steuermuster der Tabelle 6 gesteuert wird. Die Signale werden im Bereitschaftsmodus auf die folgende Weise analysiert.
Wenn in diesem Modus der Softstart normal ausgeführt wird, existiert Toleranz zur Regulierungs-Sicherheitsgrenze. Demgemäß kann das Flackern ohne komplizierte Kombination von Signalverlaufssteuerungen auf unter die Regulierungsgrenze gesenkt werden. Kurz gesagt, ist die Steuerung unter Verwendung des Steuerungsmusters A der obigen Tabelle 3 ausreichend. Flackern kann dadurch leicht gesenkt werden, dass lediglich die Leitungszeit genau eingestellt wird.
Die Schaltprozedur wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die obige Tabelle 6 erläutert.
Erster & zweiter Schritt
In diesem Schritt erfolgt der Schaltvorgang durch 14 geschaltete Aufwärts- & Abwärts-Halbzyklen, gefolgt von 53 geschalteten Aufwärts- & Abwärts-Halbzyklen. Der Heizvorgang startet mit einer kurzen Leitungszeit von 2 ms während 14 Halbzyklen, um Flackern zu verringern. Nach der Stabilisierung wird die Leitungszeit auf 4 ms erhöht. Nach einer Leitung von 14 Halbzyklen ist der Widerstand der Heizerlampe auf einen Pegel erhöht, bei dem kein Flackern mehr erzeugt werden kann.
Da der Widerstandswert des Heizers im Bereitschaftsmodus zunimmt, wird selbst dann kein Flackern erzeugt, wenn das Schalten lang andauert. Jedoch sollte im Kopiermodus, da die harmonischen Störsignale einhergehend mit der Anzahl der geschalteten Zyklen ansteigen, die geringste Anzahl von Halbzyk-len geschaltet werden. Daher sollte das Inkrement der Leitungszeit im Kopiermodus kleiner als im Bereitschaftsmodus sein.
Dritter Schritt
Dieser Schritt beinhaltet eine Austastung eines Halbzyklus.
Vierter Schritt
Dieser Schritt beinhaltet 3 geschaltete Aufwärts- & Abwärts-Halbzyklen. Dieser Schritt ist effektiv, um die in einem elektrofotografischen Kopiergerät vorhandene Heizerlampe zu steuern. Diese Halbzyklen können durch Analysieren des Spannungssignals an der gesteuerten Vorrichtung justiert oder von Hand auf einen angeforderten Wert eingestellt werden.
Wie das Kopiermodussignal, so steht auch das Bereitschaftssignal mit vielen Parametern in Zusammenhang, wie der Lampe, der gesteuerten Vorrichtung, der Spannungsamplitude und der Frequenz. Demgemäß wird die Anzahl geschalteter Halbzyklen abhängig von der Flackertiefe und dem Pegel harmonischer Störsignale eingestellt.
Die obige Tabelle 2 zeigt Flackern und harmonische Störsignale, wie sie am Testgerät im Kopiermodus bei einem Softstart zum Vergleich gemessen wurden, wobei die Zielwerte (Grenzen) für das Flackern innerhalb der Sicherheitsregulierung liegen.
Die beim Softstart der Erfindung im Kopiermodus gemessenen Harmonischen sind in der unten folgenden Tabelle 7 dargelegt. Das Symbol o bezeichnet, dass die Ergebnisse den Test bestanden haben.
Tabelle 7
Das in der Tabelle 7 dargelegte Ergebnis zeigt, dass Flackern und harmonische Störsignale im Allgemeinen von den Gerätetypen abhängen.
Durch Anwenden der Erfindung mit einer Vielzahl von Kombinationen, wie oben spezifiziert, können harmonische Störsignale und Flackern effizienter verringert werden.
Die oben beschriebene Erfindung wird beim Testgerät angewandt, d. h. einem elektrofotografischen Kopiergerät der Reihe von 230 V/50 Hz mit einer Heizerlampe. Es ist jedoch zu beachten, dass die Erfindung auch bei einer Schaltstufe oder dergleichen anwendbar ist, außer bei Komponenten eines Kopiergeräts, die in direktem Zusammenhang mit Flackern und der Erzeugung harmonischer Störsignale stehen, wie der Heizerlampe und einer Kopierlampe. wenn eine der ein elektrofotografisches Kopiergerät bildenden Komponenten ausgetauscht wird, wird die Gestaltung gemäß der Erfindung in das Softstart-Computerprogramm eingeschlossen, so dass Flackern und harmonische Störsignale durch die aktualisierte Softstartlösung effizient verringert werden können.
Durch das Schalten mit vielen verschiedenen Leitungszeiten können die harmonischen Störsignale erhöht werden. Jedoch können bei der Erfindung die harmonischen Störsignale dadurch verringert werden, dass eine kleinere Anzahl von Leitungsphasenwinkeln eingestellt wird.
Im Fall eines kontinuierlichen Schaltens für eine kleine Anzahl von Halbzyklen kann größeres Flackern dadurch verhindert werden, dass die Leitungszeit schrittweise erhöht wird. Diese Tendenz wird charakteristischerweise im Kopiermodus beobachtet.
Wenn der Phasenwinkel 90° überschreitet, besteht die Tendenz, dass Harmonische zunehmen. Wenn viele Harmonische erzeugt werden, muss ein teures Störsignalfilter verwendet werden, oder der Schaltvorgang wird komplizierter, was es erschwert, Harmonische zu verringern. Jedoch erfolgt bei der Erfindung der Schaltvorgang bei einem Leitungsphasenwinkel der Versorgungsspannung von 90° oder darunter (Leitungszeit von 5 ms oder weniger bei 50 Hz), was den Pegel harmonischer Störsignale absenkt.
Als Nächstes beschreibt die folgende Beschreibung einen anderen Stromverlauf, wie er im in der 10 veranschaulichten Kopiermodus geschaltet wird. Dieser Typ von Schaltvorgang kann das Kurzflackern auf nur 0,86 in Bezug auf die Regulierungs-Sicherheitsgrenze von 1,0 verringern, wie es bereits in der obigen Tabelle 2 angegeben ist, während die harmonischen Störsignale innerhalb der Regulierungsgrenze gehalten werden. Das Schaltmuster der 10 besteht aus 2 + 6 geschalteten Aufwärts-Halbzyklen, gefolgt von 2 Austastungen, 8 geschalteten Abwärts-Halbzyklen, 3 geschalteten Aufwärts- & Abwärts-Halbzyklen, 1 kompletten Zyklus und 1 Austastung eines Halbzyklus, und danach erfolgt ein Schaltvorgang (ohne Verzögerung) beim Nulldurchgang (ZC-Schaltvorgang) der Netzspannungsquelle, d. h. ein normales Heizerlampe-EIN-Signal.
Der Zweck jedes Schaltschritts wird nachfolgend dargelegt.
Beispielhafte Modifizierungen des obigen Schaltmusters sind in der unten folgenden Tabelle 8 dargestellt.
Die hier gemessenen Flackerwerte betragen 0,93, 0,88 bzw. 0,92, wobei alle unter der Regulierungsgrenze von 1,0 liegen. Noch eine andere beispielhafte Modifizierung ist in der 11 dargestellt.
Noch eine andere beispielhafte Modifizierung wird unter Bezugnahme auf die 12 erläutert. Hierbei wird der durch Modi 1 bis 6 repräsentierte Schaltvorgang sukzessive ausgeführt. Im Modus 1 ist ein geschalteter Aufwärts-Halbzyklus größer als ein geschalteter Abwärts-Halbzyklus. Im Modus 3 ist der geschaltete Abwärts-Halbzyklus größer als der geschaltete Aufwärts-Halbzyklus. Im Modus 2 folgt auf einen geschalteten Aufwärts-Halbzyklus, der kleiner als der geschaltete Aufwärts-Halbzyklus im Modus 1 ist, ein geschalteter Abwärts-Halbzyklus, der kleiner als der geschaltete Abwärts-Halbzyklus im Modus 3 ist. In jedem der Modi 4 und 5 wird ein voller Zyklus vorgegeben, und im Modus 5 wird eine Austastung vorgegeben. Die Periode im Modus 2 beträgt mindestens einen Zyklus, oder sie kann genau ein Zyklus sein. Der Modus 2 kann weggelassen werden, oder vor dem Modus 4 kann ein geschalteter Aufwärts- & Abwärts-Halbzyklus eingefügt werden.
Noch ein anderes Beispiel ist in der unten folgenden Tabelle 9 veranschaulicht.
Die erste Zeile in der unten folgenden Tabelle 9 und der 13 zeigt das Schaltmuster zum Verringern des langen Flackerns. Dieser Schaltvorgangstyp kann das lange Flackern auf nur 0,53 in Bezug auf die Regulierungs-Sicherheitsgrenze von 0,65, wie zuvor in der obigen Tabelle 2 angegeben, verringern. Der obige Schaltvorgang besteht aus 14 geschalteten Halbzyklen mit einer kurzen, konstanten Verzögerung, gefolgt von 53 geschalteten Halbzyklen mit einer längeren, konstanten Verzögerung sowie drei geschalteten Halbzyklen, die dieselben wie die im Kopiermodus sind. Der Zweck der ersten 14 geschalteten Halbzyklen besteht im Absenken des langen Flackerns unter die Regulierungs-Sicherheitsgrenze dadurch, dass für zwei schwache Heizperioden und eine mittlere Heizperiode gesorgt wird.
Der durch das Schaltmuster in der zweiten Zeile der unten folgenden Tabelle 9 geformte Signalverlauf ist in der 14 dargestellt.
Die Leitungssteuerung an die Last durch die Schaltmuster bei jeder obigen Ausführungsform startet mit dem oberen Halbzyklus. Jedoch kann die Leitungssteuerung statt dessen mit dem unteren Halbzyklus starten.
Jede Ausführungsform kann auf verschiedene Arten modifiziert werden. Z. B. wird der Leitungsphasenwinkel hier auf solche Weise gesteuert, dass die Leitungsperiode im geschalteten Aufwärts-Halbzyklus liegt und die Leitungszeit 2 ms beträgt. Jedoch muss der Leitungsumfang für den geschalteten Aufwärts-Halbzyklus nur relativ groß in Bezug auf den Leitungsumfang für den geschalteten Abwärts-Halbzyklus sein. Außerdem sollte die Leitung für den geschalteten Abwärts-Halbzyklus nicht notwendigerweise vollständig verhindert werden. Dies, da der Effekt nur dann erzielt werden kann, wenn der Leitungsumfang für den geschalteten Aufwärts-Halbzyklus relativ groß in Bezug auf den Leitungsumfang für den geschalteten Abwärts-Halbzyklus gemacht ist.
In ähnlicher Weise muss im Fall einer Leitung null an die Last die Leitung nicht vollständig bis auf 0 verringert werden. Wenn z. B. eine kleine Strommenge durch die Last fließt, kann der Effekt nur dann erzielt werden, wenn im Wesentlichen keine Versorgungsspannung an die als Last dienende Heizerlampe geliefert wird. Außerdem wird der Schaltvorgang hier durch den TRIAC und die Torschaltung realisiert. Jedoch ist die Leistungssteuereinheit möglicherweise so modifiziert, dass sie den Leitvorgang beim Nulldurchgangspunkt startet und die Leitung dadurch stoppt, dass sie eine bestimmte Torschaltung steuert.
Wie es aus der obigen Tabelle 8 erkennbar ist, kann die Anzahl der oberen oder unteren Halbzyklen entweder eine ungerade oder eine gerade Zahl sein.
Wie oben erläutert, ist eine erste erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit mit einer Last mit temperaturbezogen positiver Widerstandscharakteristik und einer Schalteinheit, die beide in Reihe mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind, um der Last durch Steuern der Schalteinheit Leistung zu liefern, dadurch gekennzeichnet, dass

(1) die Schalteinheit Folgendes aufweist:
– einen ersten Steuerungsmodus zum kontinuierlichen Liefern einer Leistung aus mehreren Halbzyklus-Schaltverläufen mit erster Polarität zur Last;
– einen zweiten Steuerungsmodus zum kontinuierlichen Liefern einer Leistung aus mehreren Halbzyklus-Schaltverläufen mit zweiter Polarität zur Last, wobei die zweite Polarität von der ersten verschieden ist; und
– einen dritten Steuerungsmodus zum wechselseitigen Liefern einer Leistung eines Halbzyklus mit der ersten Polarität und einer Leistung eines Halbzyklus mit der zweiten Polarität an die Last; und
(2) die Schalteinheit der Reihe nach im ersten Steuerungsmodus, im zweiten Steuerungsmodus und im dritten Steuerungsmodus arbeitet.

Eine zweite erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit ist mit einer Last mit temperaturbezogen positiver Widerstandscharakteristik und einer Schalteinheit, die beide in Reihe mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind, um der Last durch Steuern der Schalteinheit Leistung zu liefern, dadurch gekennzeichnet, dass

(1) die Schalteinheit Folgendes aufweist:
– einen ersten Steuerungsmodus zum kontinuierlichen Liefern einer Leistung aus mehreren Halbzyklus-Schaltverläufen mit erster Polarität zur Last;
– einen zweiten Steuerungsmodus zum kontinuierlichen Sperren der Energiezufuhr zur Last für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle;
– einen dritten Steuerungsmodus zum kontinuierlichen Liefern einer Leistung aus mehreren Halbzyklus-Schaltverläufen mit zweiter Polarität zur Last, wobei die zweite Polarität von der ersten verschieden ist; und
– einen vierten Steuerungsmodus zum wechselseitigen Liefern einer Leistung eines Halbzyklus mit der ersten Polarität und einer Leistung eines Halbzyklus mit der zweiten Polarität an die Last; und
(2) die Schalteinheit der Reihe nach im ersten Steuerungsmodus, im zweiten Steuerungsmodus, im dritten Steuerungsmodus und vierten Steuerungsmodus arbeitet.

Eine dritte erfindungsgemäßen Leistungssteuereinheit ist die zweite Leistungssteuereinheit, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Energiezufuhr im zweiten Steuerungsmodus für einen Zyklus der Wechselspannungsquelle gesperrt wird.
Eine vierte erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit ist mit einer Last mit temperaturbezogen positiver Widerstandscharakteristik und einer Schalteinheit, die beide in Reihe mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind, um der Last durch Steuern der Schalteinheit Leistung zu liefern, dadurch gekennzeichnet, dass

(1) die Schalteinheit Folgendes aufweist:
– einen ersten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung in solcher Weise an die Last, dass für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle der Umfang einer Leistung erster Polarität relativ groß in Bezug auf den Umfang einer Leistung einer zweiten Polarität ist, wobei die erste und die zweite Polarität voneinander verschieden sind;
– einen zweiten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung in solcher Weise an die Last, dass für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle der Umfang einer Leistung der zweiten Polarität relativ groß in Bezug auf den Umfang einer Leistung der ersten Polarität ist; und
– einen dritten Steuerungsmodus zum wechselseitigen Liefern einer Leistung eines Halbzyklus mit der ersten Polarität und einer Leistung eines Halbzyklus mit der zweiten Polarität an die Last; und
(2) die Schalteinheit der Reihe nach im ersten Steuerungsmodus, im zweiten Steuerungsmodus und im dritten Steuerungsmodus arbeitet.

Eine fünfte erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit ist mit einer Last mit temperaturbezogen positiver Widerstandscharakteristik und einer Schalteinheit, die beide in Reihe mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind, um der Last durch Steuern der Schalteinheit Leistung zu liefern, dadurch gekennzeichnet, dass

(1) die Schalteinheit Folgendes aufweist:
– einen ersten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung in solcher Weise an die Last, dass für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle der Umfang einer Leistung erster Polarität relativ groß in Bezug auf den Umfang einer Leistung einer zweiten Polarität ist, wobei die erste und die zweite Polarität voneinander verschieden sind;
– einen dritten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung in solcher Weise an die Last, dass für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle der Umfang einer Leistung der zweiten Polarität relativ groß in Bezug auf den Umfang einer Leistung der ersten Polarität ist;
– einen zweiten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung in solcher Weise an die Last, dass für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle der Umfang einer Leistung bei der ersten Polarität relativ klein im Vergleich zum Umfang der im ersten Steuerungsmodus gelieferten Leistung ist, und der Umfang einer Leistung bei der zweiten Polarität relativ klein im Vergleich zum Umfang einer Leistung der im dritten Steuerungsmodus gelieferten Leistung ist; und
– einen vierten Steuerungsmodus zum wechselseitigen Liefern einer Leistung eines Halbzyklus mit der ersten Polarität und einer Leistung eines Halbzyklus mit der zweiten Polarität an die Last; und
(2) die Schalteinheit der Reihe nach im ersten Steuerungsmodus, im zweiten Steuerungsmodus und im dritten Steuerungsmodus arbeitet.

Eine sechste erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit ist die fünfte Leistungssteuereinheit, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass der Umfang der Leistung im zweiten Modus im Wesentlichen 0 (nichts) beträgt.
Eine siebte erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit ist die fünfte oder sechste Leistungssteuereinheit, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Leistung im zweiten Modus für einen Zyklus der Wechselspannungsquelle zugeführt wird.
Eine achte erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit ist mit einer Last mit temperaturbezogen positiver Widerstandscharakteristik und einer Schalteinheit, die beide in Reihe mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind, um der Last durch Steuern der Schalteinheit Leistung zu liefern, dadurch gekennzeichnet, dass

(1) die Schalteinheit Folgendes aufweist:
– einen ersten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung in solcher Weise an die Last, dass für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle der Umfang einer Leistung erster Polarität relativ groß in Bezug auf den Umfang einer Leistung einer zweiten Polarität ist, wobei die erste und die zweite Polarität voneinander verschieden sind;
– einen zweiten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung in solcher Weise an die Last, dass für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle der Umfang einer Leistung der zweiten Polarität relativ groß in Bezug auf den Umfang einer Leistung der ersten Polarität ist;
– einen dritten Steuerungsmodus zum sukzessiven Liefern einer Schaltsteuerleistung der zweiten Polarität, einer Schaltsteuerleistung der ersten Polarität und einer Schaltsteuerleistung der zweiten Polarität in der angegebenen Reihenfolge an die Last; und einen vierten Steuerungsmodus zum wechselseitigen Liefern einer Leistung eines Halbzyklus mit der ersten Polarität und einer Leistung eines Halbzyklus mit der zweiten Polarität an die Last; und
(2) die Schalteinheit der Reihe nach im ersten Steuerungsmodus, im zweiten Steuerungsmodus, im dritten Steuerungsmodus und vierten Steuerungsmodus arbeitet.

Eine neunte erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit ist mit einer Last mit temperaturbezogen positiver Widerstandscharakteristik und einer Schalteinheit, die beide in Reihe mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind, um der Last durch Steuern der Schalteinheit Leistung zu liefern, dadurch gekennzeichnet, dass

(1) die Schalteinheit Folgendes aufweist
– einen ersten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung in solcher Weise an die Last, dass für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle der Umfang einer Leistung erster Polarität relativ groß in Bezug auf den Umfang einer Leistung einer zweiten Polarität ist, wobei die erste und die zweite Polarität voneinander verschieden sind;
– einen zweiten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung in solcher Weise an die Last, dass für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle der Umfang einer Leistung der zweiten Polarität relativ groß in Bezug auf den Umfang einer Leistung der ersten Polarität ist;
– einen dritten Steuerungsmodus zum sukzessiven Liefern einer Schaltsteuerleistung der zweiten Polarität, einer Schaltsteuerleistung der ersten Polarität und einer Schaltsteuerleistung der zweiten Polarität in der angegebenen Reihenfolge an die Last;
– einen vierten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung der ersten Polarität, einer Leistung der zweiten Polarität und der Leistung der ersten Polarität in der angegebenen Reihenfolge mit einem Gesamtumfang, der größer als der Umfang der im dritten Steuerungsmodus gelieferten Leistung ist; und
– einen fünften Steuerungsmodus zum wechselseitigen Liefern einer Leistung eines Halbzyklus mit der ersten Polarität und einer Leistung eines Halbzyklus mit der zweiten Polarität an die Last; und
(2) die Schalteinheit der Reihe nach im ersten Steuerungsmodus, im zweiten Steuerungsmodus, im dritten Steuerungsmodus, vierten Steuerungsmodus und fünften Steuerungsmodus arbeitet.

Eine zehnte erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit ist mit einer Last mit temperaturbezogen positiver Widerstandscharakteristik und einer Schalteinheit, die beide in Reihe mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind, um der Last durch Steuern der Schalteinheit Leistung zu liefern, dadurch gekennzeichnet, dass

(1) die Schalteinheit Folgendes aufweist
– einen ersten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung in solcher Weise an die Last, dass für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle der Umfang einer Leistung erster Polarität relativ groß in Bezug auf den Umfang einer Leistung einer zweiten Polarität ist, wobei die erste und die zweite Polarität voneinander verschieden sind;
– einen zweiten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung in solcher Weise an die Last, dass für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle der Umfang einer Leistung der zweiten Polarität relativ groß in Bezug auf den Umfang einer Leistung der ersten Polarität ist;
– einen dritten Steuerungsmodus zum sukzessiven Liefern einer Schaltsteuerleistung der zweiten Polarität, einer Schaltsteuerleistung der ersten Polarität und einer Schaltsteuerleistung der zweiten Polarität in der angegebenen Reihenfolge an die Last;
– einen vierten Steuerungsmodus zum sukzessiven Liefern einer Halbzyklusleistung der ersten Polarität, einer Halbzyklusleistung der zweiten Polarität und der Halbzyklusleistung der ersten Polarität in der genannten Reihenfolge mit einem Gesamtumfang, der größer als der Umfang der im dritten Steuerungsmodus an die Last gelieferten Leistung ist;
– einen fünften Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung an die Last für einen Halbzyklus der Wechselspannungsquelle mit einem Umfang, der kleiner als der Umfang der Halbzyklusleistung im vierten Steuerungsmodus ist; und
– einen sechsten Steuerungsmodus zum wechselseitigen Liefern einer Leistung eines Halbzyklus mit der ersten Polarität und einer Leistung eines Halbzyklus mit der zweiten Polarität an die Last; und
(2) die Schalteinheit der Reihe nach im ersten Steuerungsmodus, im zweiten Steuerungsmodus, im dritten Steuerungsmodus, vierten Steuerungsmodus, fünften Steuerungsmodus und sechsten Steuerungsmodus arbeitet.

Eine elfte erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit ist die zehnte Leistungssteuereinheit, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass der Umfang der im fünften Steuerungsmodus an die Last gelieferten Leistung 0 (nichts) beträgt.
Eine zwölfte erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit ist mit einer Last mit temperaturbezogen positiver Widerstandscharakteristik und einer Schalteinheit, die beide in Reihe mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind, um der Last durch Steuern der Schalteinheit Leistung zu liefern, dadurch gekennzeichnet, dass

(1) die Schalteinheit Folgendes aufweist:
– einen ersten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung in solcher Weise an die Last, dass der Umfang der Leistung einer ersten Polarität relativ groß in Bezug auf den Umfang einer Leitung einer zweiten Polarität für zumindest eine Periode ist, die doppelt so lang wie ein Halbzyklus der Spannungsquelle ist, wobei die erste und die zweite Polarität voneinander verschieden sind;
– einen zweiten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung in solcher Weise an die Last, dass der Umfang einer Leitung der zweiten Polarität relativ groß in Bezug auf den Umfang einer Leitung der ersten Polarität zumindest eine Periode ist, die doppelt so lang wie der Halbzyklus der Spannungsquel le ist;
– einen dritten Steuerungsmodus zum sukzessiven Liefern einer Halbzyklusleistung der ersten Polarität, einer Halbzyklusleistung der zweiten Polarität und eines Halbzyklus der ersten Polarität an die Last;
– einen vierten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung mit einem Umfang unter demjenigen der im dritten Steuerungsmodus an die Last gelieferten Halbzyklusleistung für einen Halbzyklus der Wechselspannungsquelle; und
– einen fünften Steuerungsmodus zum wechselseitigen Liefern einer Leistung eines Halbzyklus mit der ersten Polarität und einer Leistung eines Halbzyklus mit der zweiten Polarität an die Last; und
(2) die Schalteinheit der Reihe nach im ersten Steuerungsmodus, im zweiten Steuerungsmodus, im dritten Steuerungsmodus, vierten Steuerungsmodus und fünften Steuerungsmodus arbeitet.

Eine dreizehnte erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit ist die zwölfte Leistungssteuereinheit, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass der Umfang der im fünften Steuerungsmodus an die Last gelieferten Leistung 0 (nichts) beträgt.
Eine vierzehnte erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit ist mit einer Last mit temperaturbezogen positiver Widerstandscharakteristik und einer Schalteinheit, die beide in Reihe mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind, um der Last durch Steuern der Schalteinheit Leistung zu liefern, dadurch gekennzeichnet, dass

(1) die Schalteinheit Folgendes aufweist:
– einen ersten Steuerungsmodus zum kontinuierlichen Liefern einer ersten geschalteten Leistung an die Last für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle;
– einen zweiten Steuerungsmodus zum kontinuierlichen Liefern einer zweiten geschalteten Leistung an die Last für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle; und
– einen dritten Steuerungsmodus zum wechselweisen Liefern einer Leistung der ersten Polarität und einer Leistung der zweiten Polarität an die Last;
(2) wobei eine Phase zum Bewerkstelligen eines Schaltvorgangs in solcher Weise eingestellt wird, dass der Umfang eines Leitungsstroms an die Last für einen ersten Halbzyklus im zweiten Modus größer als der Umfang des Leitungsstroms für einen letzten Halbzyklus im ersten Steuerungsmodus ist; und
(3) die Schalteinheit der Reihe nach im ersten Steuerungsmodus, im zweiten Steuerungsmodus und im dritten Steuerungsmodus arbeitet.

Z. B. bilden in der 13 die ersten 14 Aufwärts- & Abwärts-Halbzyklen den ersten Steuerungsmodus, und die folgenden 53 Aufwärts- & Abwärts-Halbzyklen bilden den zweiten Steuerungsmodus.
Eine fünfzehnte erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit ist mit einer Last mit temperaturbezogen positiver Widerstandscharakteristik und einer Schalteinheit, die beide in Reihe mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind, um der Last durch Steuern der Schalteinheit Leistung zu liefern, dadurch gekennzeichnet, dass

(1) die Schalteinheit Folgendes aufweist:
– einen ersten Steuerungsmodus zum kontinuierlichen Liefern einer ersten geschalteten Leistung an die Last für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle;
– einen zweiten Steuerungsmodus zum kontinuierlichen Liefern einer zweiten geschalteten Leistung an die Last für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle; und
– einen vierten Steuerungsmodus zum wechselweisen Liefern einer Leistung der ersten Polarität und einer Leistung der zweiten Polarität an die Last;
(2) wobei eine Phase zum Bewerkstelligen eines Schaltvorgangs in solcher Weise eingestellt wird, dass der Umfang eines Leitungsstroms zur Last für jeden Halbzyklus im zweiten Steuerungsmodus kleiner als sowohl (i) der Umfang des Leitungsstroms für einen letzten Halbzyklus im ersten Steuerungsmodus als auch (ii) der Umfang des Leitungsstroms an die Last für einen ersten Halbzyklus im dritten Steuerungsmodus ist; und
(3) die Schalteinheit der Reihe nach im ersten Steuerungsmodus, im zweiten Steuerungsmodus, im dritten Steuerungsmodus und vierten Steuerungsmodus arbeitet.

Eine sechzehnte erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit ist die fünfzehnte Leistungssteuereinheit, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung anstelle des zweiten Steuerungsmodus über eine Periode verfügt, in der zwischen dem ersten Steuerungsmodus und dem dritten Steuerungsmodus keine geschaltete Leistung an die Last geliefert wird.
Z. B. bilden in der 13 die ersten 14 + 53 Aufwärts- & Abwärts-Halbzyklen den ersten Steuerungsmodus, die folgende Halbzyklus-Austastung bildet den zweiten Steuerungsmodus, und die folgenden 3 Aufwärts- & Abwärts-Halbzyklen bilden den dritten Steuerungsmodus.
Eine siebzehnte erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit ist die fünfzehnte oder sechzehnte Leistungssteuereinheit, ferner dadurch gekennzeichnet, dass eine Periode des zweiten Steuerungsmodus so lang wie ein Halbzyklus der Wechselspannungsquelle ist.
Eine achzehnte erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit ist die fünfzehnte, sechzehnte oder siebzehnte Leistungssteuereinheit, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang der geschalteten Leistung im ersten Halbzyklus im dritten Steuerungsmodus kleiner als der Umfang der Leistung für einen letzten Halbzyklus im ersten Steuerungsmodus ist.
Eine neunzehnte erfindungsgemäße Leistungssteuereinheit ist mit einer Last mit temperaturbezogen positiver Widerstandscharakteristik und einer Schalteinheit, die beide in Reihe mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind, um der Last durch Steuern der Schalteinheit Leistung zu liefern, dadurch gekennzeichnet, dass

(1) die Schalteinheit Folgendes aufweist:
– einen ersten Steuerungsmodus zum kontinuierlichen Liefern einer ersten geschalteten Leistung an die Last für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle;
– einen zweiten Steuerungsmodus zum kontinuierlichen Liefern einer zweiten geschalteten Leistung an die Last für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle; und
– einen dritten Steuerungsmodus zum wechselweisen Liefern einer Leistung einer ersten Polarität und einer Leistung einer zweiten Polarität an die Last;
(2) eine Phase zum Bewerkstelligen eines Schaltvorgangs im ersten und zweiten Steuerungsmodus auf solche weise eingestellt wird, dass eine Leitungsphase an die Last im zweiten Steuerungsmodus kleiner als im ersten Steuerungsmodus ist;
(3) die Schalteinheit der Reihe nach im ersten Steuerungsmodus, im zweiten Steuerungsmodus und im dritten Steuerungsmodus arbeitet.

Gemäß den obigen Anordnungen wurde es möglich, einen Effekt dahingehend zu erzielen, dass nicht nur ungerade Harmonische sondern auch durch einen Stromstoß erzeugtes Flackern dadurch verringert werden können, dass mehrere geschaltete Halbzyklus-Signalverläufe der ersten Polarität und mehrere geschaltete Halbzyklus-Signalverläufe der zweiten Polarität an eine Last geliefert werden, die eine positive Wärmecharakteristik zeigt.
Anders gesagt, können die folgenden vier Effekte erzielt werden:

(1) Verringern der harmonischen Störsignale ohne Verwendung eines teuren Störsignalfilters;
(2) Verringern des Flackerns durch Unterdrücken eines in die Heizerlampe fließenden Stromstoßes;
(3) Bereitstellen eines Schaltmusters in solcher Weise, dass Flackern und harmonische Störsignale innerhalb ihrer jeweiligen Regulierungs-Sicherheitsgrenzen gehalten werden; und
(4) Bereitstellen eines Schaltverfahrens ohne Hinzufügen irgendeiner speziellen Hardwareschaltung.

Claims

Leistungssteuereinheit mit einer Last (118) mit temperaturbezogen positiver Widerstandscharakteristik sowie einer Schalteinrichtung (102, 103), die beide mit einer Wechselspannungsquelle (101) in Reihe geschaltet sind, um der Last (118) durch Steuern der Schalteinrichtung Leistung zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Einrichtung (110) zum Steuern der Schalteinrichtung entsprechend Folgendem aufweist: – einem ersten Steuerungsmodus zum sukzessiven Liefern einer ersten abgeschwächten Leistung unter einer Phasensteuerung, bei der eine Spannung nach einer Verzögerung für jeden Halbzyklus in mindestens einem Zyklus der Wechselspannungsquelle an die Last geliefert wird; – einem zweiten Steuerungsmodus zum sukzessiven Liefern einer zweiten abgeschwächten Leistung unter einer Phasensteuerung, bei der eine Spannung nach einer Verzögerung für jeden Halbzyklus in mindestens einem Zyklus der Wechselspannungsquelle an die Last geliefert wird; und – einem dritten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung, bei der eine Spannung mit einer ersten Polarität und einer zweiten Polarität wechselweise an die Last geliefert wird; – wobei eine Verzögerungszeit für die Stromleitung im zweiten Steuerungsmodus so eingestellt ist, dass sie kleiner als eine Verzögerungszeit der Stromleitung im ersten Steuerungsmodus ist, so dass für einen ersten Halbzyklus im zweiten Steuerungsmodus die Stärke eines Leitungsstroms an die Last größer ist als die Stärke eines Leitungsstroms an die Last für einen letzten Halbzyklus im ersten Steuerungsmodus; und – der erste Steuerungsmodus, der zweite Steuerungsmodus und der dritte Steuerungsmodus in dieser Reihenfolge ausgeführt werden.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 1, mit: – einem vierten Steuerungsmodus zum sukzessiven Liefern der zweiten abgeschwächten Leistung unter Phasensteuerung für mindestens einen Halbzyklus der Wechselspannungsquelle (101) an die Last (118); wobei – eine Verzögerungszeit der Stromleitung im vierten Steuerungsmodus größer als eine Verzögerungszeit der Stromleitung im ersten und zweiten Steuerungsmodus eingestellt ist, so dass für jeden Halbzyklus im vierten Steuerungsmodus die Stärke eines Leitungsstroms an die Last kleiner als sowohl (i) die Stärke eines Leitungsstroms an die Last für einen letzten Halbzyklus im ersten Steuerungsmodus und (ii) die Stärke eines Leitungsstroms an die Last für einen ersten Halbzyklus im zweiten Steuerungsmodus ist; und – der erste Steuerungsmodus, der vierte Steuerungsmodus, der zweite Steuerungsmodus und der dritte Steuerungsmodus in dieser Reihenfolge ausgeführt werden.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 2, bei der zwischen dem ersten Steuerungsmodus und dem zweiten Steuerungsmodus eine Periode vorhanden ist, die den vierten Steuerungsmodus ersetzt, in der der Wert einer an die Last gelieferten abgeschwächten Leistung auf 0 (nichts) gesetzt ist.
Leistungssteuereinheit nach einem der Ansprüche 2 und 3, bei der die Periode des vierten Steuerungsmodus so lang wie ein Halbzyklus der Wechselspannungsquelle ist.
Leistungssteuereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der der Wert einer abgeschwächten Leistung für einen ersten Halbzyklus im zweiten Steuerungsmodus kleiner als der Wert einer Leistung für einen letzten Halbzyklus im ersten Steuerungsmodus ist.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 1, bei der – eine Verzögerungszeit einer Stromleitung im zweiten Steuerungsmodus kleiner als eine Verzögerungszeit der Stromleitung im ersten Steuerungsmodus eingestellt ist, so dass eine Leitungsphase an die Last im zweiten Steuerungsmodus kleiner als im ersten Steuerungsmodus ist; und – der erste Steuerungsmodus, der zweite Steuerungsmodus und der dritte Steuerungsmodus in dieser Reihenfolge ausgeführt werden.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 1, mit: – einem fünften Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung in solcher Weise an die Last, dass für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle der Wert einer Leistung, bei der eine Spannung eine erste Polarität aufweist, relativ groß im Vergleich zum Wert einer Leistung ist, bei der eine Spannung eine zweite Polarität aufweist; – wobei die erste und die zweite Polarität voneinander verschieden sind; und – einem sechsten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung an die Last auf solche Weise, dass für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle der Wert einer Leistung, bei der eine Spannung eine zweite Polarität aufweist, relativ groß im Vergleich zum Wert einer Leistung ist, bei der eine Spannung eine erste Polarität aufweist.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 7, mit: – einem siebten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung in einem Halbzyklus, in dem eine Spannung eine erste Polarität aufweist, und einer Leistung, bei der eine Spannung einen Halbzyklus der zweiten Polarität aufweist, wechselweise an die Last; und – wobei der siebte Steuerungsmodus nach dem Ausführen des fünften und sechsten Steuerungsmodus ausgeführt wird.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 7, mit: – einem siebten Steuerungsmodus zum Liefern einer Spannung in solcher Weise an die Last, dass der Wert einer Leistung, bei der eine Spannung eine erste Polarität aufweist, relativ klein ist im Vergleich zum Wert einer im fünften Steuerungsmodus gelieferten Spannung, und der Wert einer Leistung, bei der eine Spannung die zweite Polarität aufweist, relativ klein ist im Vergleich zum Wert einer im zweiten Steuerungsmodus gelieferten Spannung, was für mindestens einen Zyklus der Wechselspannungsquelle gilt; und – einem achten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung eines Halbzyklus, in dem eine Spannung die erste Polarität aufweist, und einer Leistung eines Halbzyklus, in dem eine Spannung die zweite Polarität aufweist, wechselweise an die Last; und – wobei der achte Steuerungsmodus nach dem fünften, siebten und sechsten Steuerungsmodus ausgeführt wird.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 9, bei der der Wert der Leistung im siebten Steuerungsmodus 0 (nichts) beträgt.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 9, bei der die Leistung im siebten Steuerungsmodus für einen Zyklus der Wechselspannungsquelle geliefert wird.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 7, mit: – einem siebten Steuerungsmodus zum sukzessiven Liefern einer abgeschwächten Leistung unter Phasensteuerung, bei der eine Spannung die zweite Polarität aufweist, einer abgeschwächten Leistung unter Phasensteuerung, bei der eine Spannung die erste Polarität aufweist; und einer abgeschwächten Leistung unter Phasensteuerung, bei der eine Spannung die zweite Polarität aufweist, in dieser Reihenfolge an die Last; und – einem achten Steuerungsmodus zum Liefern der Leistung, bei der eine Spannung die erste Polarität aufweist, und der Leistung, bei der eine Spannung die zweite Polarität aufweist, wechselweise an die Last; und – wobei der fünfte, sechste, siebte und achte Steuerungsmodus in dieser Reihenfolge ausgeführt werden.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 7, mit: – einem siebten Steuerungsmodus zum sukzessiven Liefern einer abgeschwächten Leistung unter Phasensteuerung, bei der eine Spannung die zweite Polarität aufweist, einer abgeschwächten Leistung unter Phasensteuerung, bei der eine Spannung die erste Polarität aufweist; und einer abgeschwächten Leistung unter Phasensteuerung, bei der eine Spannung die zweite Polarität aufweist, in dieser Reihenfolge an die Last; und – einem achten Steuerungsmodus zum sukzessiven Liefern der Leistung, bei der eine Spannung die erste Polarität aufweist, der Leistung, bei der eine Spannung die zweite Polarität aufweist, und der Leistung, bei der eine Spannung die erste Polarität aufweist, in dieser Reihenfolge an die Last auf solche Weise, dass der Wert einer Leistung größer als der Wert einer im siebten Steuerungsmodus an die Last gelieferten Leistung ist; und – einem neunten Steuerungsmodus zum Liefern der Leistung, bei der eine Spannung die erste Polarität aufweist, und der Leistung, bei der eine Spannung die zweite Polarität aufweist, wechselweise an die Last; und – wobei der fünfte, sechste, siebte, achte und neunte Steuerungsmodus in dieser Reihenfolge ausgeführt werden.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 7, mit: – einem siebten Steuerungsmodus zum sukzessiven Liefern einer abgeschwächten Leistung unter Phasensteuerung, bei der eine Spannung die zweite Polarität aufweist, einer abgeschwächten Leistung unter Phasensteuerung, bei der eine Spannung die erste Polarität aufweist; und einer abgeschwächten Leistung unter Phasensteuerung, bei der eine Spannung die zweite Polarität aufweist, in dieser Reihenfolge an die Last; und – einem achten Steuerungsmodus zum sukzessiven Liefern einer Leistung eines Halbzyklus, in dem eine Spannung die erste Polarität aufweist, einer Leistung eines Halbzyklus, in dem eine Spannung die zweite Polarität aufweist, und einer Leistung eines Halbzyklus, in dem eine Spannung die erste Polarität aufweist, in solcher Weise an die Last, dass der Wert einer Leistung größer als der Wert einer im siebten Steuerungsmodus an die Last gelieferten Leitung ist; – einem neunten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung an die Last in einem Halbzyklus einer Wechselspannungsquelle auf solche Weise, dass der Wert einer Leistung kleiner als der Wert einer Leistung eines Halbzyklus ist, die im achten Steuerungsmodus an die Last geliefert wird; und – einem zehnten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung, bei der eine Spannung die erste Polarität aufweist, und einer Leistung, bei der eine Spannung die zweite Polarität aufweist, wechselweise an die Last; und – wobei der zehnte Steuerungsmodus ausgeführt wird, nachdem der fünfte, sechste, siebte, achte und neunte Steuerungsmodus ausgeführt wurde.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 14, bei der die im neunten Steuerungsmodus an die Last gelieferte Leistung 0 (nichts) ist.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 7, mit: – einem siebten Steuerungsmodus zum sukzessiven Liefern einer Leistung eines Halbzyklus, in dem eine Spannung die erste Polarität aufweist, einer Leistung eines Halbzyklus, in dem eine Spannung die zweite Polarität aufweist; und einer Leistung eines Halbzyklus, in dem eine Spannung die erste Polarität aufweist, an die Last; – einem achten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung in einem Halbzyklus einer Wechselspannungsquelle in solcher Weise an die Last, dass der Wert einer Leistung kleiner als der Wert einer im siebten Steuerungsmodus an die Last gelieferten Leistung eines Halbzyklus ist; und – einem neunten Steuerungsmodus zum Liefern einer Leistung, bei der eine Spannung die erste Polarität aufweist, und einer Leistung, bei der eine Spannung die zweite Polarität aufweist, wechselweise an die Last; und – wobei der neunte Steuerungsmodus ausgeführt wird, nachdem der fünfte, sechste, siebte und achte Steuerungsmodus ausgeführt wurden.
Leistungssteuereinheit nach Anspruch 16, bei der die im achten Steuerungsmodus an die Last gelieferte Leistung 0 (nichts) ist.