JP2000150110A - ヒータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ヒータランプ点灯開始時および消灯時のヒータ
制御装置における高調波電流、高調波電圧および電圧変
動フリッカの発生を抑え、装置の劣化や誤動作を防止す
る。 【解決手段】ランプ(5)点灯開始時は連続的または段階
的に電流を増加させて定常状態に至らせ、ランプ消灯時
は連続的または段階的に電流を減少させて消灯状態に至
らせるヒータ制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒータ制御装置に
係るものであり、特に複写機やプリンタ等の画像形成装
置の定着用熱源として用いられるヒータランプの制御に
適したヒータ制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子写真技術を応用した画像形成
装置はトナーを定着させるための定着器の熱源としてハ
ロゲンランプを使用し、トライアック、ソリッドステー
トリレーあるいはサイリスタ等の交流電力制御素子を使
ってハロゲンランプの電力を制御してきた。 図３はこ
の様な従来のランプ制御素子の回路図である。 ２９は
交流電源入力端子、３０はハロゲンランプ、３１はトラ
イアック、３８は制御回路、３４，３５ は抵抗、３
６，３７はフォトカプラ、 ３２はヒータオン信号入力
端子、３３はソフトスタート制御信号入力端子である。
ハロゲンランプ３０はフィラメントが低温の場合、ハロ
ゲンランプのフィラメントの抵抗値は１５００Ｗクラス
のもので２Ω程度であり交流入力端子に２００Ｖの交流
電圧が印可されている場合、ランプの点灯開始時には約
１００Aの突入電流が流れることになりハロゲンランプ
３０やトライアック３１および２００Ｖの電力設備の故
障や劣化の原因となる。

【０００３】そのためハロゲンランプ３０の点灯開始時
にソフトスタートを行い過大な電流が流れない様にする
必要があるため、ソフトスタート制御信号入力端子３３
に信号を入力する。ソフトスタート制御信号入力端子３
３に信号が入力すると抵抗とフォトカプラに電流が流れ
制御回路３８に信号が伝わり、制御回路３８はトライア
ック３１を位相制御する。位相制御はトライアックをあ
る一定の導通位相角で導通させる方法とトライアックの
導通位相角を小さい導通位相角から連続的に増加させる
方法とトライアックの導通位相角を小さい導通位相角か
ら段階的に増加させる方法がある。位相制御によりハロ
ゲンランプ３０のフィラメントが発熱し抵抗値が大きく
なり突入電流が流れなくなったタイミングでヒータオン
信号入力端子３２に信号が入力すると抵抗３４とフォト
カプラ３６に電流が流れ制御回路３８に信号が伝わり、
制御回路３８はトライアック３１の導通位相角を全導通
にし、ハロゲンランプ３０に全電流を供給する。この時
の交流電圧とハロゲンランプ３０に流れる電流の関係は
図７になる。

【０００４】消灯時にはソフトスタート制御信号端子３
３とヒータオン制御信号端子３２をオフすると抵抗及３
４、フォトカプラ３６および抵抗３５、フォトカプラ３
７に電流が流れなくなりトライアック３１をOFFし、ハ
ロゲンランプ３０の電流を停止し、ハロゲンランプ３０
を消灯する。

【０００５】図４は従来の直流点灯方式のランプドライ
バの回路図である。４０は交流電源入力端子、４１は電
流検出回路、４２はダイオードブリッジ、４３は電解コ
ンデンサ、４４ はハロゲンランプ、４５はスイッチン
グ手段、 ４６は制御回路、４７はヒータオン信号入力
端子である。図８は図４に示す回路の動作開始時の各部
電圧と各部電流波形を表す。ヒータオン信号入力端子４
７に信号が入力すると制御回路はＰＷＭ制御を開始しス
イッチング手段４５を駆動する。スイッチング手段４５
がONするとハロゲンランプ４４に電流が流れ、スイッチ
ング手段４５がOＦＦするとハロゲンランプ４４の電流
は流れなくなる。制御回路は徐々にあるいは数段階に分
けてハロゲンランプ４４のONデユーテイを大きくして行
き、最終的にスイッチング手段４５を全導通させる。こ
の方法では図８のヒータ電流のとうり、点灯開始時のス
イッチング手段４５のON期間にハロゲンランプ４４やス
イッチング手段４５に交流電源入力端子４０の電圧とハ
ロゲンランプ４４のフィラメント抵抗値で決まる突入電
流が流れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記図３のヒータ制御
回路ではハロゲンランプ３０の点灯開始時のソフトスタ
ートは位相制御であるためトライアック３１ON時の急峻
な電流の立ち上がりで高調波電流を発生し、ヒータ制御
回路の接続されている交流電源を使用している他の回路
や他の電気機器の誤動作の原因になる。またハロゲンラ
ンプ３０の消灯時はハロゲンランプ３０の定格電流であ
る全相電流からいきなり電流が流れなくなる電流変化を
起こすため制御回路の接続されている交流電源を使用し
ている他の回路や他の電気機器に電圧変動フリッカを与
え、回路や電気機器の誤動作や照明機器のちらつきが発
生する問題がある。また、図４の回路ではハロゲンラン
プ４４の点灯開始時のソフトスタートはPWM制御である
ためヒータに流れる電流は電解コンデンサ４３によりあ
る程度高調波成分が除去される。但し、交流電源の電圧
が電解コンデンサ４３の電圧以上になる位相で比較的大
きな電流が流れるため、ＰＷＭされた電流の高調波は小
さくても交流の半サイクルに一回は電解コンデンサ４３
にチャージ電流が流れ高調波電流が発生する。この場
合、電解コンデンサ４３の容量が大きいほどＰＷＭされ
た電流の高調波は小さくなる反面、電解コンデンサ４３
のチャージ電流による高調波は増えるため高調波電流の
対策は困難である。図４の回路の高調波電流の主原因は
電解コンデンサ４３のチャージ電流であるためソフトス
タート時のみならず全相ON時にも発生する。また、ソフ
トスタート開始時にはハロゲンランプ４４のフイラメン
トの抵抗値は１５００Ｗクラスのハロゲンランプで２Ω
程度であるため交流２００Ｖの電源を使用した場合ハロ
ゲンランプ４４およびスイッチング手段４５には約１４
０Aの先頭値を持ったＰＷＭ電流が流れるため、ハロゲ
ンランプ４４やスイッチング手段４５の劣化及び破壊の
原因となり、また、１４０Aに耐えられるスイッチング
手段やケーブルの選択が必要となりヒータ制御回路の小
型化が困難であった。また、ハロゲンランプ４４の消灯
時はハロゲンランプ４４の定格電流である全相電流から
いきなり電流が流れなくなる電流変化を起こすため制御
回路の接続されている交流電源を使用している他の回路
や他の電気機器に電圧変動フリッカを与え、回路や電気
機器の誤動作や照明機器のちらつきが発生する問題があ
る。

【０００７】本発明の目的は、ヒータランプ点灯開始時
および消灯時のヒータ制御装置における高調波電流、高
調波電圧および電圧変動フリッカの発生を抑え、装置の
劣化や誤動作を防止することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、交流電源を
整流する整流器と、前記整流器からの出力により点灯す
るヒータランプと、前記整流器からの出力電圧をスイッ
チングし前記ランプに電流を供給するスイッチング手段
と、前記スイッチング手段でスイッチングされた電流の
急激な変化を抑えるチョークコイルと、前記チョークコ
イルで発生する起電流を回生させる回生手段と、前記ス
イッチング手段をパルス幅制御して前記ランプに供給す
る出力制御手段とを有し、前記ランプ点灯開始時は連続
的または段階的に電流を増加させて定常状態に至らせ、
前記ランプ消灯時は連続的または段階的に電流を減少さ
せて消灯状態に至らせることにより達成される。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施例を示す。
１は交流電力をヒータ制御回路に供給するための交流電
源入力端子、２はヒータ制御回路に入力する電流を検出
するための電流検出端子、３は交流電力を整流するため
のダイオードブリッジ、４はチョークコイル、５はヒー
タとなるハロゲンランプ、６はダイオード、７はコンデ
ンサ、８はスイチング手段であるIGBT、９は制御回路で
あり、基準電圧発生回路１０、三角波発振回路１１、電
圧比較器１２、IGBTをドライブするためのドライバー１
３で構成される。１４はヒータのON/OFFを制御するため
の制御信号入力端子、１５はスイッチングノイズ除去用
コンデンサである。

【００１０】本発明のハロゲンランプ点灯開始時の動作
を図５を用いて説明する。制御信号入力端子１４にON信
号を入力すると基準電圧発生回路１０の出力電圧は徐々
に上がりはじめ、電圧比較器１２は三角波発振回路１１
の電圧と比較し、（基準電圧発生回路１０の出力電圧＞
三角波発振回路１１の出力電圧）の期間にIGBTをON、
（基準電圧発生回路１０の出力電圧＜三角波発振回路１
１の出力電圧）の期間にIGBTをOFF するための信号をド
ライバ１３に出力する。 ドライバ１３は電圧比較器１
２の信号をIGBT８を駆動するための電圧に変換しIGBT８
をONする。 IGBT８がONすると交流電源入力端子１から
電流検出器２とダイオードブリッジ３とチョークコイル
４を経由しハロゲンランプ５に電流が流れる。 IGBT８
がONしたときに流れる電流はチョークコイル４によって
過渡現象を起こすため電流の立ち上がりは押さえられ交
流電源入力端子１の電圧とハロゲンランプ５の抵抗によ
って決まる電流値まで立ちあがる前に、三角波発振回路
１１の電圧は立ち下がり、基準電圧発生回路出力１０の
出力電圧以下になり電圧比較器１２はドライバ１３にIG
BTのOFF信号を出力し、ドライバ１３はIGBT８をOFFす
る。IGBT８がOFFするとチョークコイル４はIGBT８がON
していた時に流れていた電流をエネルギーとして蓄積し
ているため、チョークコイル４→ハロゲンランプ５及び
コンデンサ７→ダイオード６→チョークコイル４の経路
で電流が流れる。この時、チョークコイル４のエネルギ
ーはコンデンサ７に電圧の形に変換され、変換された電
圧はハロゲンランプ５に電流を流しながら過渡的に電圧
を下げてゆく。以降前記IGBT８のON/OFFを繰り返すＰＷ
Ｍ制御を行い徐々にIGBT８のON期間を増加させてゆく。
最終的にはIGBTはＰＷＭのデユーテイ１００％のON状態
になる。

【００１１】次に、本発明のハロゲンランプ消灯時の動
作を図６を用いて説明する。制御信号入力端子１４のON
信号入力を停止すると基準電圧発生回路１０の出力電圧
は徐々に下がりはじめ、電圧比較器１２は三角波発振回
路１１の電圧と比較し、（基準電圧発生回路１０の出力
電圧＞三角波発振回路１１の出力電圧）の期間にIGBTを
ON、（基準電圧発生回路１０の出力電圧＜三角波発振回
路１１の出力電圧）の期間にIGBTをOFFを繰り返す。IGB
T8のON/OFF時の各部動作や電流／電圧の発生、消費は前
記ハロゲンランプ点灯開始時と同じである。基準電圧発
生回路１０の出力は最終的に三角波発振回路１１の出力
電圧以下になるためIGBT８はＰＷＭのデユーテイ０％に
なりハロゲンランプ５は消灯する。

【００１２】この回路では上で述べた通り、ハロゲンラ
ンプ５の点灯時および消灯時のＰＷＭ制御によるIGBT8
がON/OFFする場合の電流および電圧の変化がチョークコ
イル４で抑制されピークが小さく変化が緩やかであり、
かつ、ハロゲンランプ５に流れる電流および電圧はチョ
ークコイルとコンデンサの過渡現象を利用していること
からPWM制御の基本周波数の正弦波に近い電流および電
圧であるためPWM制御の基本周波数の高調波は発生し難
い。

【００１３】さらに、比較的小さな容量のコンデンサ１
５でさらに高調波成分を減衰させるため電源入力端子１
に流れる電流は正弦波電流が流れ、高調波電流／高調波
電圧は微少である。また、点灯開始および消灯時の電流
の急激な変化がなく、ヒータ制御回路に接続される交流
電源の電圧変動フリッカの影響を小さくできる。コンデ
ンサ１５はダイオードブリッジ３の出力ではなく、ダイ
オードブリッジ３の入力、または交流電源入力端子１に
取り付けても同じ効果が期待できる。

【００１４】ハロゲンランプ５電流の増加の過程で設定
電圧以上の電流が流れそうになった場合は電流検出回路
２で検出し、基準電圧発生回路１０の出力上昇を押さ
え、ハロゲンランプ５のフイラメントが発熱し、設定値
以下の電流しか流れない状態になった場合に基準電圧発
生回路１０の出力電圧が上昇するように働く。ソフトス
タート時間が長く取れる場合は基準電圧発生回路１０の
電圧の上昇と下降のスピードを長くすれば電流検出回路
２を付けなくても本発明のヒータ制御回路は安定に動作
可能である。

【００１５】図２は電流検出回路及び基準電圧発生回路
の一実施例である。電流検出回路２はカレントトランス
１６とダイオードブリッジ１７及び抵抗１８からなる。
基準電圧発生回路１０はフォトカプラ２５およびトラン
ジスタ２６、トランジスタ２１、ツエナダイオード１
９、抵抗２０,２２,２３,２４,２８で構成される。制御
信号入力端子１４が“Ｈ”から“L”に変化するとフォ
トカプラ２５は導通する。通常ヒータとして使用するハ
ロゲンランプの駆動電源は１次回路であるためSELV回路
である制御信号入力端子１４、抵抗２２および抵抗２２
に接続された＋５Ｖ電源と分離するためフォトカプラ２
５を使用している。フォトカプラ２５が導通するとトラ
ンジスタ２６はOFFし、VCCからトランジスタ２１と抵抗
２４を経由してコンデンサ２７に電流が流れ込み、基準
電圧発生回路１０の出力２aは徐々に上昇する。この状
態ではハロゲンランプに電流が流れているため、カレン
トトランス１６の入力２ａ，２ｂには正弦波電流が流れ
ダイオードブリッジ１７で整流され電流検出回路の出力
電圧Ｖは、２ａ，２ｂに流れ込む電流Iとカレントトラ
ンス１６の巻線比が１：ｎである場合、抵抗１８の抵抗
値ＲからＶ＝I×R÷ｎとなる。電流検出回路の出力電圧
Ｖ＞Vcc−（ツエナーダイオード１９のツエナー電圧）
になるとトランジスタ２１はカットオフしコンデンサ２
７に電流が流れ込まなくなるため基準電圧発生回路１０
の出力２aは一定値となるためハロゲンランプはこの時
一定のデユーテイでPWM制御される。一定の電流でPWM制
御されているとハロゲンランプのフイラメントの抵抗値
は上昇し、電流値が下がってくる。電流が下がるとＰＷ
Ｍ制御のONデユーテイを大きくするようにコンデンサ２
７の電圧が上昇する。 この動作を繰り返し最終的にON
デユーテイが大きくなっていき、最終的にONデユーテイ
１００％になり全相でヒータに電流を流す事になる。通
常、この電流の最大値はハロゲンランプをONし続けた時
の定常電流に設定し、ヒータオン時のソフトスタート電
流のオーバシュートを防止する。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたように本発明のヒータ制御装
置によれば、ヒータランプ点灯開始時および消灯時にお
ける高調波電流、高調波電圧および電圧変動フリッカの
発生を抑え、装置の劣化や誤動作を効果的に防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路図。

【図２】本発明の電流検出回路および基準電圧発生回路
の詳細図。

【図３】従来のトライアック方式のヒータ制御回路ブロ
ック図。

【図４】従来の直流点灯方式のヒータ制御回路ブロック
図。

【図５】本発明のハロゲンランプ点灯開始時の電圧／電
流波形の説明図。

【図６】本発明のハロゲンランプ消灯時の電圧／電流波
形の説明図。

【図７】従来のトライアック方式の点灯開始時の電圧／
電流波形の説明図。

【図８】従来の直流点灯方式方式の点灯開始時の電圧／
電流波形の説明図。

【符号の説明】

１…交流電源入力端子、２…電流検出回路、３…ダイオ
ードブリッジ、４…チョークコイル、５…ハロゲンラン
プ、６…ダイオード、７,１５…コンデンサ、８…IGB
T、９…制御回路、１０…基準電圧発生回路、１１…三
角波発生回路、１２…電圧比較器、１３…ドライバ、１
４…制御信号入力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源を整流する整流器と、前記整流器
   からの出力により点灯するヒータランプと、前記整流器
   からの出力電圧をスイッチングし前記ランプに電流を供
   給するスイッチング手段と、前記スイッチング手段でス
   イッチングされた電流の急激な変化を抑えるチョークコ
   イルと、前記チョークコイルで発生する起電流を回生さ
   せる回生手段と、前記スイッチング手段をパルス幅制御
   して前記ランプに供給する出力制御手段とを有し、前記
   ランプ点灯開始時は連続的または段階的に電流を増加さ
   せて定常状態に至らせ、前記ランプ消灯時は連続的また
   は段階的に電流を減少させて消灯状態に至らせることを
   特徴とするヒータ制御装置。