JP2000150111A - ヒータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少なくとも２系統の入力電圧に対し、それぞ
れ同等の温度制御特性を無調整により実現したヒータ制
御装置を提供する。 【解決手段】 入力電圧判別回路１１により入力電圧の
系統を判別し、入力電圧が最も低い系統の場合は、ヒー
タをフル通電し、入力電圧が最も低い系統以外の場合に
は、入力電圧が最も低い系統の場合と実効的に同等とな
る通電をヒータへ自動的に行い、温度制御特性がそれぞ
れ同等となるように通電信号ｈ２を発生する通電制御回
路９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラミネータ等に用
いられるヒータ制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来技術のヒータ制御装置を示
し、１は温度制御回路、２はトライアック等の両方向導
通素子より成るパワー素子、２Ａは交流電源、３はパワ
ー素子２と交流電源２Ａによって通電されるヒータ、４
はヒータ３又はヒータ３にて加熱される被加熱体の温度
を検出するサーミスタ等の温度検出素子である。

【０００３】このような従来のヒータ制御装置において
は、温度制御回路１は温度検出素子４より出力される検
出温度信号ａを受け、パワー素子２を制御する通電制御
信号ｂを出力する。パワー素子２は通電制御信号ｂによ
って制御され、ヒータ３を通電する。

【０００４】温度制御回路１は、温度検出素子４からの
検出温度信号ａを受け、所定レベルの検出温度処理信号
ｃを出力する検出温度処理回路５と、ヒータ３又はヒー
タ３にて加熱される被加熱体の制御温度を設定するレギ
ュレータ等から成る温度設定器６と、温度設定器６から
出力される設定温度信号ｄ及び検出温度処理回路５から
の検出温度処理信号ｃを比較する比較器７と、比較器７
から出力される制御信号ｅを受け、通電制御信号ｂを生
成するゼロクロス型パワー素子ドライバ８ｂで構成さ
れ、ヒータ３又はヒータ３にて加熱される被加熱体の温
度が温度設定器６で設定した温度付近で一定となるよう
に制御している。なお、ゼロクロス型パワー素子ドライ
バ８ｂは、例えば図示のようにフォトトライアックカプ
ラ及び抵抗器等から構成すればよい。また、図６におい
てＲ１、Ｒ２は抵抗である。

【０００５】図７は従来技術の制御特性を示すもので、
同図（イ）の内、ハッチを付して示した波形部分はヒー
タ電流、実線及び破線で示した部分は入力電圧を示す。
また、同図（ロ）中、ｃは検出温度処理信号、ｄは設定
温度信号、同図（ハ）のｅは制御信号、同図（ニ）のｂ
は通電制御信号である。次に、図７を用い、従来のヒー
タ制御装置の動作を説明する。同図（ロ）に示すよう検
出温度処理信号ｃが設定温度信号ｄより低い時は、比較
器７より出力される制御信号ｅは同図（ハ）に示すよう
にローレベルの信号（Ｌ）となり、ゼロクロス型パワー
素子ドライバ８ｂは同図（ニ）に示すように交流電源２
Ａからの入力電圧（正弦波）が０Ｖになるタイミングで
（＋）又は（−）パルスの通電制御信号ｂを出力する。
パワー素子２はこの（＋）又は（−）パルスの通電制御
信号ｂを受けて同図（イ）にハッチを付して示すフル通
電ヒータ電流を例えば、時点ｔ1→ｔ2及び時点ｔ3→ｔ4
の区間ヒータ３に供給する。一方、同図（ロ）に示すよ
うに、検出温度処理信号ｃが設定温度信号ｄより高くな
る区間、例えば時点ｔ2→ｔ3の区間では、比較器７より
出力される制御信号ｅは同図（ハ）に示すように、ハイ
レベル（Ｈ）となり、ゼロクロス型パワー素子ドライバ
８ｂは通電制御信号ｂを０Ｖに保持する。パワー素子２
は、この０Ｖに保持された通電制御信号ｂを受け、同図
（ニ）に示すように、時点ｔ2→ｔ3の区間はヒータ３へ
の通電を停止する。以下、この動作を繰り返すことによ
りヒータ３又はヒータ３にて加熱される被加熱体の温度
は温度設定器６で設定した設定温度信号ｄに対応した設
定温度付近で一定となるように制御される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ヒータ３の
発熱部と温度検出素子４の間に熱伝達の時間遅れがある
ため、温度検出素子４にて検出される検出温度信号ａ
は、ある変位幅を持って制御される。この変位幅は入力
電圧により異なり、入力電圧が高くなると、変位幅は大
きくなり、平均温度も高くなる。したがって、少なくと
も２系統の入力電圧を許容する従来のヒータ制御装置に
おいては、入力電圧が最も低い系統の時と、最も低い系
統以外の時における検出温度信号ａの平均値が同等とな
るように温度設定器６による設定温度信号ｄの調整が必
要となる。なお、従来技術では検出温度信号ａの変位幅
は調整できない。

【０００７】本発明は従来のものの上記課題（問題）を
解決するためになされたもので、少なくとも２系統の入
力電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖ及びＡＣ２００Ｖ）に対
し、夫々同等の温度制御特性を無調整により実現したヒ
ータ制御装置を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のヒータ制御装置
は、ヒータを通電するパワー素子と、上記ヒータ又は上
記ヒータにて加熱された被加熱体の温度を検出する温度
検出素子からの検出温度信号を受けて、上記パワー素子
の通電制御信号を生成する温度制御回路とを有し、少な
くとも２系統の入力電圧を許容するヒータ制御装置にお
いて、交流電源からの入力電圧を受けて、入力電圧が最
も低い系統の場合は、ヒータをフル通電し、入力電圧が
最も低い系統以外の場合には、最も低い入力電圧の系統
に対し、ヒータへの通電が実効的に同等となる入力電圧
ゼロクロスポイントからの通電タイミング時間をあらか
じめ許容する各入力電圧の系統及び、周波数毎に設定し
ておくことにより、最も低い入力電圧の系統に対し、ヒ
ータへの通電が実効的に同等となるように通電信号を発
生するように構成した。この場合、上記ヒータの通電
は、交流電源からの入力電圧のゼロクロス検出回路と、
前記交流電源からの入力電圧を判別する入力電圧判別回
路と、前記ゼロクロス検出信号と入力電圧判別信号を受
け、前記交流電源の周波数に合わせて設定する周波数設
定スイッチの状態を検出し、第１の通電信号を生成する
通電信号生成回路及びこの第１の通電信号を受け、第２
の通電信号を出力するトランジスタとで構成する通電制
御回路により行うことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図５によって本発明
の一実施の形態を説明する。なお、図１において従来の
ものと同等の構成については、図６と同一の符号を付し
て示した。ただし、従来のパワー素子ドライバ８ｂがゼ
ロクロス型であるのに対し、本発明のパワー素子ドライ
バ８ａは非ゼロクロス型であり、夫々符号を変えて区別
してある。

【００１０】本発明においては、図１に示すように、図
６における従来のヒータ制御装置に、後述のように交流
電源２Ａからの入力電圧がゼロクロスするポイントを検
出し、ゼロクロス検出信号ｆを出力するゼロクロス検出
回路１０と、後述のように交流電源２Ａからの入力電圧
の系統を判別し、入力電圧判別信号ｇを出力する入力電
圧判別回路１１と、後述のようにゼロクロス検出信号ｆ
及び、入力電圧判別信号ｇを受け、交流電源２Ａの周波
数に合わせて設定する周波数設定スイッチ１２の状態を
検出し、通電信号ｈ１を生成する通電信号生成回路１３
及び、通電信号ｈ１を受け、通電信号ｈ２を出力する反
転スイッチング素子としてのトランジスタ１４とで構成
する通電制御回路９を設け、通電制御回路９から出力さ
れる通電信号ｈ２及び比較器７から出力される制御信号
ｅを受け、通電制御信号ｂを生成するために、従来のゼ
ロクロス型パワー素子８ｂの代りに非ゼロクロス型パワ
ー素子ドライバ８ａを設けるように構成した点に、本発
明の構成上の特徴がある。なお、図１において、Ｒ３は
抵抗である。

【００１１】図１のゼロクロス検出回路１０の具体的な
構成図の１例を図２に示す。交流電源２Ａからの電流が
図示の如く交流電源２Ａからの電流を制限する電流制限
抵抗１５ａ、交流電源２Ａから電流制限抵抗１５ａに向
かって流れる電流を（＋）方向、電流制限抵抗１５ａか
ら交流電源２Ａに向かって流れる電流（−）方向とする
と、交流電源２Ａからの電流が（＋）方向の時フォトカ
プラ１７ａがオンするため、ゼロクロス検出信号ｆはロ
−レベル信号「Ｌ」となる。又、交流電源２Ａからの電
流が（−）方向の時フォトカプラ１７ａはオフするた
め、ゼロクロス検出信号ｆはハイレベル信号「Ｈ」とな
る。ゼロクロス検出信号ｆは交流電源２Ａの電圧がほぼ
０Ｖで「Ｌ」→「Ｈ」又は、「Ｈ」→「Ｌ」に切り替わ
る。同図において、ダイオード１６は交流電源２Ａから
の電流が（−）方向の時フォトカプラ１７ａの入力端子
に過大な逆電圧が印加されることを防止するため、ま
た、電流制限抵抗１５ａはフォトカプラ１７ａ及びダイ
オード１６に流れる電流を制限するためのものである。
なお、Ｒ４は抵抗である。

【００１２】図１の入力電圧判別回路１１の具体的な構
成図の例を図３に示す。同図は３系統の入力電圧を許容
する場合の例であり、図３に示すように交流電源２Ａか
らの入力電圧をブリッジダイオード１８で全波整流し、
コンデンサ１９ａで平滑することにより交流→直流に変
換する。例えば、許容する入力電圧がＡＣ１００Ｖ、Ａ
Ｃ１２０Ｖ、ＡＣ２００Ｖの場合、ＡＣ１００Ｖ→ＤＣ
１４１Ｖ、ＡＣ１２０Ｖ→ＤＣ１７０Ｖ、ＡＣ２００Ｖ
→ＤＣ２８３Ｖに変換する。電流制限抵抗１５ｂ、及び
ツェナーダイオード２０ａでフォトカプラ１７ｂがオン
する第１のＤＣ電圧レベルを設定する。また、電流制限
抵抗１５ｃ、及びツェナーダイオード２０ｂでフォトカ
プラ１７ｃがオンする第２のＤＣ電圧レベルを設定す
る。例えば、フォトカプラ１７ｂがＤＣ１７０Ｖ（入力
電圧ＡＣ１２０Ｖ）以上でオンするように第１のＤＣ電
圧レベルを設定し、フォトカプラ１７ｃがＤＣ２８３Ｖ
（入力電圧ＡＣ２００Ｖ）以上でオンするように第２の
ＤＣ電圧レベルを設定すれば、入力電圧がＡＣ１００Ｖ
の時、入力電圧判別信号ｇ１及びｇ２は共に「Ｈ」、入
力電圧がＡＣ１２０Ｖの時、入力電圧判別信号ｇ１は
「Ｌ」、ｇ２は「Ｈ」となる。また、入力電圧ＡＣ２０
０Ｖの時の入力電圧判別信号ｇ１及びｇ２共に「Ｌ」と
なる。なお、図３において、Ｒ５、Ｒ６は抵抗である。

【００１３】図１の通電信号生成回路１３の具体的な構
成図の例を図４に示す。図４に示すようにＥＸ−ＯＲ
（エクスクルーシブＯＲ）ゲートはゼロクロス検出信号
ｆの「Ｈ」→「Ｌ」及び「Ｌ」→「Ｈ」の切り替わりエ
ッジでパルスを発生し、トリガ信号ｊを生成する。モノ
ステーブル・マルチバイブレータ２７はトリガ信号ｊの
立ち上がりパルスで通電時間設定抵抗２４ａ〜２４ｄの
いずれか１つとコンデンサ１９ｂとの組み合わせにより
設定された通電信号ｈ３を生成する。アナログスイッチ
２６ａ〜２６ｆは周波数設定信号ｉ１、ｉ２及び、入力
電圧判別信号ｇ２、ｇ４が「Ｈ」の時オン、「Ｌ」の時
オフとなる。入力電圧が５０Ｈｚの時、周波数設定スイ
ッチ１２をオフすることにより、アナログスイッチ２６
ａ及び２６ｃがオンする。入力電圧が６０Ｈｚの時、周
波数設定スイッチ１２をオンにすることにより、アナロ
グスイッチ２６ｂ及び２６ｄがオンする。また、入力電
圧判別信号ｇ２は入力電圧がＡＣ１２０Ｖに時「Ｈ」、
入力電圧がＡＣ２００Ｖの時「Ｌ」となり、入力電圧が
ＡＣ１２０Ｖの時アナログスイッチ２６ｅがオンし、入
力電圧がＡＣ２００Ｖの時アナログスイッチ２６ｆがオ
ンする。したがって、コンデンサ１９ｂと接続される通
電時間設定抵抗は入力電圧ＡＣ１２０Ｖ／５０Ｈｚの
時、通電時間設定抵抗２４ａ、入力電圧ＡＣ１２０Ｖ／
６０Ｈｚの時、通電時間設定抵抗２４ｂ、入力電圧ＡＣ
２００Ｖ／５０Ｈｚの時、通電時間設定抵抗２４ｃ、入
力電圧ＡＣ２００Ｖ／６０Ｈｚの時、通電時間設定抵抗
２４ｄとなる。即ち、通電時間設定抵抗２４ａ〜２４ｄ
を各入力電圧及び周波数に対応した通電時間となるよう
に設定しておけば良い。Ｄ−フリップフロップ２８は、
通電信号ｈ３の立ち上がりエッジ（ヒータへの通電を開
始するタイミング）で通電信号ｈ３の２分周となる通電
信号ｈ４を生成する。ＥＸ−ＯＲ（エクスクルーシブＯ
Ｒ）ゲート２２ｂは、通電信号ｈ４の「Ｈ」→「Ｌ」及
び「Ｌ」→「Ｈ」の切り替わりエッジでパルスを発生
し、通電信号ｈ５を生成する。インバータゲート２３ｃ
は、通電信号ｈ５を反転した通電信号ｈ６を生成する。
ＮＡＮＤゲート２１は入力電圧判別信号ｇ１及びｇ２を
受け、入力電圧判別信号ｇ３を生成する。入力電圧がＡ
Ｃ１００Ｖ時のみ入力電圧判別信号ｇ１及びｇ２が共に
「Ｈ」のため入力電圧判別信号ｇ３「Ｌ」となる。ま
た、入力電圧がＡＣ１２０Ｖ及びＡＣ２００Ｖの時は入
力電圧判別信号ｇ１またはｇ２のどちらかが「Ｌ」のた
め、入力電圧判別信号ｇ３は「Ｈ」となる。ＡＮＤゲー
ト２５は、通電信号ｈ６及び入力電圧判別信号ｇ３を受
けて通電信号ｈ１を生成する。入力電圧判別信号ｇ３が
「Ｌ」（入力電圧がＡＣ１００Ｖ時）の時は、通電信号
ｈ１が「Ｌ」となり、ヒータへの通電がフル通電とな
る。また、入力電圧判別信号ｇ３が「Ｈ」（入力電圧が
ＡＣ１２０Ｖ及びＡＣ２００Ｖ時）の時は、通電信号ｈ
６＝通電信号ｈ１となる。なお、図４において、Ｒ８〜
Ｒ１０は夫々抵抗、Ｃ１はコンデンサである。

【００１４】図５は本発明に係るヒータ制御装置の制御
特性を示すもので、同図（イ）に示すハッチを付して示
した波形部分は、ヒータ電流を、実線及び破線で示した
波形部分は入力電圧を示す。また、同図（ロ）中ｃは検
出温度処理信号、ｄは設定温度信号、同図（ハ）のｆは
ゼロクロス検出信号、同図（ニ）のｈ２は第２の通電信
号である。第１の通電信号ｈ１は（ニ）の通電信号ｈ２
を反転した信号であるので図示は省略する。また、同図
（ホ）のｅは制御信号、同図（ヘ）のｂは通電制御信号
である。次に図５を用い本発明のヒータ制御装置の動作
を説明する。同図に示すようにゼロクロス検出信号ｆは
入力電圧のゼロクロスポイントで（Ｈ）と（Ｌ）が交互
に切り替わる。通電信号ｈ２は入力電圧が最も低い系統
以外の場合、入力電圧判別信号ｇ及び、周波数設定スイ
ッチ１２にて設定された交流電源２Ａの周波数により、
入力電圧が最も低い系統に対し、ヒータへの通電が実効
的に同等となるようにゼロクロス検出信号ｆの立ち上が
り及び、立ち下がりエッジ（ゼロクロスポイント）を基
準に通電タイミング時間ｔ経過時、パルスを出力する。
ここで、通電信号生成回路１３ａには、最も低い入力電
圧の系統に対し、実効的に同等となる入力電圧のゼロク
ロスポイントからの通電タイミング時間ｔをあらかじめ
許容する各入力電圧の系統及び周波数毎に設定してお
く。非ゼロクロス型パワー素子ドライバ８ａは、通電信
号ｈ２及び、比較器７からの制御信号ｅを受け、制御信
号ｅが（Ｌ）の時（検出温度信号ｃが設定温度信号ｄよ
り低い時）、通電信号ｈ２の立ち上がりエッジで、
（＋）または（−）パルスの通電制御信号ｂを出力す
る。パワー素子２はこの通電信号ｂにより次の入力電圧
のゼロクロスポイントまでヒータを通電する。

【００１５】また、入力電圧が最も低い系統の時、通電
信号生成回路１３ａは、入力電圧判別信号ｇを受け、通
電信号ｈ１を（Ｌ）に固定する。したがって、トランジ
スタ１４がオフし、ヒータはフル通電にて制御される。

【００１６】本発明のヒータ制御装置においては、少な
くとも２系統の入力電圧を許容するため、通電制御回路
により入力電圧の系統を判別し、入力電圧が最も低い系
統の場合は、ヒータをフル通電し、入力電圧が最も低い
系統以外の場合には、入力電圧が最も低い系統の場合と
実効的に同等となるように、あらかじめ設定されたタイ
ミングにてヒータへの通電を自動的に行うため、従来方
式のように、入力電圧の系統に対する温度設定の調整を
行う必要がない。本発明は、上記の実施の形態に限定さ
れない。例えば、図４の構成は同様な動作を行う機能を
マイコンによりソフト的に設定し、代替することが可能
である。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のヒータ制
御装置は、構成されるから次のような優れた効果を有す
る。 （１）通電制御回路により少なくとも２系統の入力電圧
に応じたヒータへの通電タイミングを生成する通電信号
を自動的に発生することができる。 （２）この結果、各系統の入力電圧に対し、夫々同等の
温度制御特性を無調整により実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るヒータ制御装置の実施形態示した
ブロック図である。

【図２】本発明に係るヒータ制御装置のゼロクロス検出
回路の具体的構成例である。

【図３】本発明に係るヒータ制御装置の入力電圧判別回
路の具体的構成例である。

【図４】本発明に係るヒータ制御装置の通電信号生成回
路の具体的構成例である。

【図５】本発明に係るヒータ制御装置の制御特性図であ
る。

【図６】従来技術のヒータ制御装置のブロック図であ
る。

【図７】従来技術の制御特性図である。

【符号の説明】

１：温度制御回路 ２：パワー素子 ２Ａ：交流電源 ３：ヒータ ４：温度検出素子 ５：検出温度処理回路 ６：温度設定器 ７：比較器 ８ａ：非ゼロクロス型パワー素子ドライバ ８ｂ：ゼロクロス型パワー素子ドライバ ９：通電制御回路 １０：ゼロクロス検出回路 １１：入力電圧判別回路 １２：周波数設定スイッチ １３：通電信号生成回路 １４：トランジスタ ａ：検出温度信号 ｂ：通電制御信号 ｃ：検出温度処理信号 ｄ：設定温度信号 ｅ：制御信号 ｆ：ゼロクロス検出信号 ｇ：入力電圧判別信号 ｈ１、ｈ２：通電信号

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒータを通電するパワー素子と、上記ヒ
   ータ又は上記ヒータにて加熱された被加熱体の温度を検
   出する温度検出素子からの検出温度信号を受けて、上記
   パワー素子の通電制御信号を生成する温度制御回路とを
   有し、少なくとも２系統の入力電圧を許容するヒータ制
   御装置において、交流電源からの入力電圧を受けて、入
   力電圧が最も低い系統の場合は、ヒータをフル通電し、
   入力電圧が最も低い系統以外の場合には、最も低い入力
   電圧の系統に対し、ヒータへの通電が実効的に同等とな
   る入力電圧のゼロクロスポイントからの通電タイミング
   時間をあらかじめ許容する各入力電圧の系統及び、周波
   数毎に設定しておくことにより、入力電圧の全ての系統
   に対し、ヒータへの通電が実効的に同等となるようにし
   たことを特徴とするヒータ制御装置。
2. 【請求項２】 上記ヒータの通電は、交流電源からの入
   力電圧のゼロクロス検出回路と、前記交流電源からの入
   力電圧を判別する入力電圧判別回路と、前記ゼロクロス
   検出信号と入力電圧判別信号を受け、前記交流電源の周
   波数に合わせて設定する周波数設定スイッチの状態を検
   出し、第１の通電信号を生成する通電信号生成回路及
   び、この第１の通電信号を受け第２の通電信号を出力す
   るトランジスタとで構成される通電制御回路により行う
   ようにしたことを特徴とする請求項１記載のヒータ制御
   回路。
3. 【請求項３】 上記交流電源からの入力電圧のゼロクロ
   ス検出回路を、交流電源に抵抗器を介してフォトカプラ
   を接続して構成し、交流電源のプラスのサイクルとマイ
   ナスのサイクルに対して夫々ローレベル信号とハイレベ
   ル信号をくり返すゼロクロス検出信号を生成するように
   したことを特徴とする請求項１記載のヒータ制御回路。
4. 【請求項４】 上記交流電源からの入力電圧を判別する
   入力電圧判別回路を、入力交流電圧を直流電圧に変換す
   る整流回路と、この直流電圧に対して、抵抗器とフォト
   カプラ及びツェナダイオードを直列接続した回路を電源
   系統に対応した数だけ並列に接続した回路で構成し、夫
   々の入力電圧に対応して設定したツェナダイオードの電
   圧レベルを上廻ってフォトカプラが導通するか否かで入
   力電圧を判別するようにしたことを特徴とする請求項１
   記載のヒータ制御回路。
5. 【請求項５】 上記第１の通電信号を生成する通電信号
   生成回路を、入力電圧のゼロクロス時点でトリガパルス
   信号を生成するエクスクルーシブＯＲゲートと、ゼロク
   ロス時点から第１の通電信号を生成するまでの通電タイ
   ミング時間設定用の抵抗器群及びコンデンサと、この抵
   抗器群を夫々の電源系統に対応して切り換えるアナログ
   スイッチ群と、このアナログスイッチ群のオン・オフを
   選択するための前記入力電圧判別信号を処理するＮＡＮ
   Ｄゲート及びインバータゲート並びに周波数設定スイッ
   チ回路と、前記通電タイミング時間経過後に第１の通電
   信号を生成するためのモノステーブルマルチバイブレー
   タ及びエクスクルーシブＯＲゲート、並びにインバータ
   ゲート及びＡＮＤゲート等で構成し、入力電源の周波数
   に対応して周波数設定スイッチを設定すれば、夫々の電
   源系統に対応した通電タイミング時間の第１の通電信号
   が自動的に生成できるようにしたことを特徴とする請求
   項１記載のヒータ制御回路。