JP2003209967A - 電力制御装置 - Google Patents
電力制御装置Info
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- JP2003209967A JP2003209967A JP2002286365A JP2002286365A JP2003209967A JP 2003209967 A JP2003209967 A JP 2003209967A JP 2002286365 A JP2002286365 A JP 2002286365A JP 2002286365 A JP2002286365 A JP 2002286365A JP 2003209967 A JP2003209967 A JP 2003209967A
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- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
の小さい制御対象へ位相制御により通電制御を行う際、
端子ノイズを低減し、端子ノイズ対策手段を不要とする
ことにより、低コストで、全体構成が簡素化された電力
制御装置を提供する。 【解決手段】 制御対象R3の制御目標値と制御結果値
との偏差量に基づいて電源のONデューティを決定する
と共に、該ONデューティに基づいたONタイミングで
トリガ手段3のONを行って供給電力のゼロクロスから
所定時間経過後にONさせる位相制御手段4は、所望の
ONデューティに所定量をプラスおよびマイナスしたO
Nタイミングを交流電源の正負対称となるように繰り返
して複数の波をONし、実質的に該ONデューティと等
価となるように構成されている。
Description
力制御装置であって、特に、複写機、ファクシミリ、レ
ーザビームプリンタなどの画像形成装置の定着器用に好
適な電力制御装置に関する。
一般に、ヒータを備え、画像形成部で紙などの転写材上
に転写されたトナーを、ヒータの加熱によって転写材上
に融解、固着させるものである。
ヒータに対する電力の供給を制御することによって、ヒ
ータの温度を所定温度に維持する電力制御装置を備えて
いる。
御方法は、波数制御と位相制御とに大別される。
制御するものである。常に一半波の全体についてONさ
れる。すなわち、ONは、常にゼロクロス(交流i=0
になった点)で行われる。
域の面積により通電制御するものである。すなわち、ゼ
ロクロスからある時間経過後にONされる。
装置を使用する場合を例に挙げて詳しく述べるものとす
る。
例えば、電源からヒータに供給される電気をON/OF
Fするスイッチング手段と、このスイッチング手段をO
Nするトリガ手段と、ヒータの制御結果値を検出する制
御結果値検出手段と、供給電力のゼロクロスを検出する
ゼロクロス検出手段と、ヒータの制御目標値と制御結果
値との偏差量に基づいて電源のONデューティを所定時
間ごとに決定すると共に該決定に基づいてゼロクロスか
ら所定時間経過後に設定したONタイミングにトリガ手
段のONを行う位相制御手段とを有している。
た制御結果値に基づいて、トリガ手段が発するトリガ出
力信号のONデューティを適宜に変更することによって
電力を制御するいわゆるPWM制御を行っている。これ
によって、ヒータに供給する電力の制御を行い、ヒータ
の温度をトナー定着に好適な目標温度に保持するように
している。
らの位相角によって電力を制御するPWM出力の波形を
図7(A)に示している。また、PWM出力パターンを
図7(B)に表している。図7(B)では、半波分10
msec(ここでは、50Hzとする)内に、1回のO
N/OFFを行うようにしている。設定出力0%から1
00%まで5%刻みに設け、そのレベルに応じてONデ
ューティを長くすることにより、ヒータに対する電力の
供給量を調整するようにしている。
た従来の電力制御装置によると、例えば、熱容量の小さ
い定着フィルムを備えた定着器については、その温度制
御を良好に行うことが困難となる。
ィルムをエンドレスに構成した定着フィルムと、定着フ
ィルムの内側に配置したヒータと、定着フィルムの外側
に配置した加圧部材とを備えている。
で挟持されながら搬送される。そして、定着フィルムと
加圧部材との間に形成された定着ニップ部に、転写材を
挿通し、ヒータの熱を定着フィルムを介して転写材上の
トナーに付与することにより、トナーを溶解し、転写材
上に定着させる。
上昇を速やかに行うために、ヒータおよび定着フィルム
の熱容量が小さく設定されている。これは、ヒータの抵
抗値が小さいということでもある。
電力制御を従来の電力制御装置により行うと、次のよう
な問題がある。
時間(例えば従来7Hz程度)で定着器の温度状態をサ
ンプリングし、PWMフィードバック制御しなければな
らない。
ゼロクロス付近で常にONするような波数制御による
と、フリッカノイズが発生するおそれがある。特に、定
着器に接続される商用電源のラインインピーダンスが高
いような場合、フリッカノイズが発生するおそれが高く
なる。
ある時間経過後ONされるので、フリッカレベルの改善
にはなる。ところが、その反面、半波のうち比較的高電
位のところでONされることが多いので、端子ノイズの
発生を引き起こすことになる。この端子ノイズの対策手
段が必要となるため、部品点数が増加して、全体構成が
複雑となるという問題がある。
消するために創案されたものである。
着器などのような抵抗値の小さい制御対象へ位相制御に
より通電制御を行う際、端子ノイズを低減し、端子ノイ
ズ対策手段を不要とすることにより、低コストで、全体
構成が簡素化された電力制御装置を提供することにあ
る。
によれば、上記目的は、交流の電源から制御対象に供給
される電力をON/OFFするスイッチング手段と、こ
のスイッチング手段をONするトリガ手段と、制御対象
の制御結果値を検出する制御結果値検出手段と、供給電
力のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段と、制御
対象の制御目標値と制御結果値との偏差量に基づいて電
源のONデューティを決定すると共に該ONデューティ
に基づいたONタイミングでトリガ手段のON/OFF
を行って供給電力のゼロクロスから所定時間経過後にO
Nさせる位相制御手段とを有する電力制御装置におい
て、位相制御手段が、所望のONデューティに所定量を
プラスおよびマイナスしたONタイミングを交流電源の
正負対称になるように繰り返して複数の波をONし、実
質的に該ONデューティと等価になるように構成されて
いることにより達成される。
的は、第1の発明の位相制御手段が、ONデューティが
高電位である所定範囲の外のときには該ONデューティ
どおりのタイミングでONし、所定範囲内のときには該
ONデューティに所定量プラスおよびマイナスした一対
のONタイミングを繰り返しながら複数の波をONする
ように構成されていることにより達成される。
的は、交流の電源から制御対象に供給される電力をON
/OFFするスイッチング手段と、このスイッチング手
段をONするトリガ手段と、制御対象の制御結果値を検
出する制御結果値検出手段と、供給電力のゼロクロスを
検出するゼロクロス検出手段と、制御対象の制御目標値
と制御結果値との偏差量に基づいて電源のONデューテ
ィを決定すると共に該ONデューティに基づいたONタ
イミングでトリガ手段のONを行って供給電力のゼロク
ロスから所定時間経過後にONさせる位相制御手段とを
有する電力制御装置において、位相制御手段が、複数波
からなる1周期をつくり、該1周期中の各波数を該ON
デューティより低電位のONタイミングに設定し、各波
の平均値をONデューティと略同一とするように構成さ
れていることにより達成される。
的は、第3の発明の位相制御手段が、制御結果値が変化
すると、その周期を無効とし、これ以降、新たな周期で
制御するように構成されていることにより達成される。
制御手段が、所望のONデューティに所定量プラスおよ
びマイナスしたONタイミングを交流電源の正負対称に
なるように繰り返して複数の波をONし、実質的に該O
Nデューティと等価となるようにする。
の発明の位相制御手段が、ONデューティが高電位であ
る所定範囲の外のときには該ONデューティどおりのタ
イミングでONし、所定範囲内のときには該ONデュー
ティに所定量をプラスおよびマイナスした一対のONタ
イミングを繰り返しながら複数の波をONする。
制御手段が、複数波からなる1周期をつくり、該1周期
中の各波数をONデューティより低電位のときにONす
るONタイミングに設定し、該各波の平均値をONデュ
ーティと略同一となるように設定する。
の発明の位相制御手段が、制御結果値が変化すると、そ
の周期を無効とし、これ以降、新たな周期で制御する。
を添付図面を参照して説明する。
の第1の実施形態を図1,図2に基づいて説明する。
実施形態を複写機などの定着器に用いた場合のシステム
概略図が示されている。
ィルムを備えたものを例として挙げている。この定着フ
ィルムを備えた定着器は、耐熱性フィルムをエンドレス
に構成した定着フィルムと、定着フィルムの内側に配置
したヒータと、定着フィルムの外側に配置した加圧部材
とを備えている。ここでは定着器2はヒータ(セラミッ
クヒータR3)のみを図示するにとどまる。セラミック
ヒータR3を、以後、ヒータR3と略称する。
た定着ニップ部に、転写材を挿通し、ヒータの熱を定着
フィルムを介して転写材上のトナーに付与することによ
り、トナーを溶解し、転写材上に定着させる。
上昇を速やかに行うために、ヒータR3および定着フィ
ルムの熱容量が小さく設定されている。
利用した定着器についても、その温度制御を良好に行う
ことができるようにしたのが、本発明の電力制御装置で
ある。
で、常にゼロクロスでONする波数制御と異なり、フリ
ッカノイズを防止できる。さらに、本発明の位相制御
は、できるだけ供給電力の低電位のときにONするよう
にONタイミングが制御されるので、端子ノイズを防止
できる。
タR3に商用電源1から供給される電力をON/OFF
するスイッチング手段であるトライアックQ2と、この
トライアックQ2をONするトリガ手段3を構成するト
ランジスタQ1およびフォトトライアックPC1と、ヒ
ータR3の制御結果値(温度)を検出する制御結果値検
出手段であるサーミスタTHと、商用電源1からの供給
電力のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段を構成
しその他商用電源1の電圧を監視するトランスT1とダ
イオードD1とホールドコンデンサC1と、ヒータR3
の制御目標値を維持するため位相制御方式により通電制
御する位相制御手段であるCPU4とを備えている。
である。
温度)と制御結果値(制御結果温度)との偏差量に基づ
いて商用電源1のONデューティを所定時間ごとに決定
する。次いで、このONデューティの決定に基づいてゼ
ロクロスから所定時間経過後のONタイミングにトリガ
手段3(トランジスタQ1、フォトトランジスタPC
1)のONを行う。このトリガ手段3のONは、CPU
4がFSRD信号をトランジスタQ1に供給することに
より行われる。
ング制御手段4Cによる機能が付加されている。
出結果と制御目標温度の偏差量による所望のONデュー
ティAに対して、例えば−a1%,−a1%,+a1
%,+a1%…のような形での+あるいは−を繰り返し
(±0を入れてもよい)、半波ごとに変換を施すように
する。すなわち、半波ごとに順次、例えば(A−a1)
%,(A−a1%),(A+a1)%,(A+a1%)
…のFSRD信号をONしていき、サンプリング結果が
変化するまでこの処理を継続する。
に対して、−5%,−5%,+5%,+5%…の順に半
波ごとに変換を施すようにするものとする。
て必ずしも各1半波のONタイミングが一意的に確定す
ることがないように制御される。すなわち、供給電力の
半波の低電圧のときにONすることにより、端子ノイズ
の低減を図っている。
は、FSRD信号がON(Hレベル)のとき供給開始さ
れ、一方、FSRD信号がOFF(Lレベル)のとき供
給停止される。
FSRD信号をONする(Hレベル)と、トランジスタ
Q1がONされ、このトランジスタQ1のコレクタ出力
によりフォトトランジスタPC1がONされ、さらにト
ライアックQ2のゲートがONされて、商用電源1から
ヒータR3への電力供給が開始される。
ベル)と、トランジスタQ1、フォトトランジスタPC
1、トライアックQ2のゲートがOFFとなり、商用電
源1からヒータR3への電力供給が停止される。
ると、次のように位相タイミングを制御して端子ノイズ
を低減する。
タR3が発熱する。このヒータR3の温度が、サーミス
タTHにより検出され、その検出信号がA/D入力ポー
ト4BからCPU4に入力される。こうして、CPU4
は、サーミスタTHによってヒータR3の温度を監視す
る。そして、CPU4は、この検出温度と制御目標温度
との偏差量から、ONデューティを決定する。
より変圧され、この変圧した電圧によりダイオードD1
を介してホールドコンデンサC1が充電され、このホー
ルドコンデンサC1の電圧がCPU4のA/D入力ポー
ト4Aに入力される。こうして、CPU4は、商用電源
1の電圧を監視する。例えば、商用電源1の電圧のゼロ
クロスを検出する。
のとする。すなわち、1半波ごとの検出温度により、O
Nデューティが決定されるものとする。
出結果から、ONデューティを70%デューティである
とする。このとき、本実施形態では、CPU4のONタ
イミング制御手段4Cは、図2に示すように、半波ごと
に、70%デューティに対して、−5%,−5%,+5
%,+5%…の順に変換を施すものとする。各波におい
て、変換後のタイミングでFSRD信号をONしてい
き、サンプリング結果が変化するまで(本実施形態では
1半波でサンプリングされる)、この処理を継続する。
温調が実現される。
の第2の実施形態を図1,図3,図4を参照して説明す
る。
形態と同様なので、第1の実施形態の説明に用いた図1
のブロック図を参照する。そして、この図1の構成にお
いて、ONタイミングの制御を図3のフローチャートに
基づいて説明する。
れた温度と制御目標温度の偏差量より、CPU4はON
デューティを決定する(これは従来、第1実施形態と同
様)。本実施形態の位相タイミング制御手段4Cでは、
このONデューティが高電位である所定の範囲(例えば
35%以上65%未満)の外である場合には従来と同様
の位相制御を行い、一方、この範囲内にある場合にはO
Nタイミングを変えて位相制御する(S1参照)。
には、低電位なので端子ノイズの可能性が低いから、そ
のままONしても差し支えない。すなわち、サーミスタ
THによる検出温度に基づいてCPU4で決定したON
デューティがそのままONタイミングとなるものであ
る。ONデューティそのままで、FSRD信号が出力さ
れて位相制御される。
には、ONタイミングを低電位にずらして、端子ノイズ
を避ける。すなわち、所定範囲内のときには、所望のO
Nデューティ(ターゲット)から−c%(例えば−20
%)したものを第1デューティ(第1ターゲット値)と
する(S2)。また、ONデューティ(ターゲット)に
+c%(例えば+20%)したものを第2デューティ
(第2ターゲット値)とする(S3)。ONデューティ
が変化するまで、この第1,第2のデューティを交互に
適用する。
の制御が図4に示されている。図4(A)は、従来例に
おいてONデューティ50%そのままでONした場合の
波形図である。
%を本実施形態の制御に基づいてONした場合の波形図
である。例えば第1波に示すように、第1デューティが
50%−20%で30%となる。また、例えば第2波に
示すように、第2デューティが50%+20%で70%
となる。そして、30%と70%とで交互に制御するこ
とにより、実質的に50%デューティの温調を実現す
る。
の第3の実施形態を図1,図5,図6を参照して説明す
る。
形態と同様なので、第1の実施形態の説明に用いた図1
のブロック図を参照する。
今、その1周期の何半波目にあるかを表すカウンタ(図
示省略)が設けられている。ONデューティごとに、そ
れに対応して、1周期、6半波の出力パターンをテーブ
ル化して持っている。このパターンは、6半波の平均値
が所望のONデューティに等しくなるように設定されて
いる。
の1周期(6半波)において、6半波の平均値が所望の
ONデューティと同じになるようになっている。また、
各波のON時点での電位は、できるだけ低くなるように
設定され、端子ノイズを防止している。
のフローチャートに基づいて説明する。
ントする(S14,S11,S15)。所望のターゲッ
ト値(ONデューティ)に基づいたテーブル参照を行っ
て各波パターンを決定する(S13)。
ィ)が変化したときには、即時にカウンタをクリアし、
新たな周期の第1波から開始する(S12,S15)。
これにより、応答性の良好な制御とできる。
されるものではなく、種々の変形例が実施可能である。
例えば、上述の実施形態では、制御結果に変化があるま
で所定の位相制御するようにしたが、これに限らず、所
定時間、所定の位相制御するようにしてもよい。
は定着フィルムを備えた定着器を挙げたが、これに限ら
ず、フィードバック制御を要する機器一般に適用可能で
ある。
制御手段が、所望のONデューティに所定量をプラスお
よびマイナスしたONタイミングを交流電源の正負対称
になるように繰り返して複数の波をONし、実質的にO
Nデューティを実現できる。したがって、例えば定着フ
ィルムを備えた定着器のような抵抗値の小さい制御対象
への通電制御を行う際、端子ノイズを低減できるので、
端子ノイズ対策手段を必要とせず、低コストで、全体構
成を簡素化できる。
発明の位相制御手段が、ONデューティが高電位である
所定範囲の外のときには該ONデューティどおりのタイ
ミングでONし、所定範囲内のときには該ONデューテ
ィに所定量プラスおよびマイナスした一対のONタイミ
ングを繰り返しながら複数の波をONして、実質的にO
Nデューティの制御を実現できる。したがって、例えば
定着フィルムを備えた定着器のような抵抗値の小さい制
御対象への通電制御を行う際、端子ノイズを低減できる
ので、端子ノイズ対策手段を必要とせず、低コストで、
全体構成を簡素化できる。
御手段が、複数波からなる1周期をつくり、該1周期中
の各波数をONデューティより低電位のときにONする
ONタイミングに設定し、各波の平均値をONデューテ
ィと略同一となるように設定して、実質的にONデュー
ティの制御を実現できる。したがって、例えば定着フィ
ルムを備えた定着器のような抵抗値の小さい制御対象へ
の通電制御を行う際、端子ノイズを低減できるので、端
子ノイズ対策手段を必要とせず、低コストで、全体構成
を簡素化できる。
発明の位相制御手段が、制御結果値が変化すると、その
周期を無効とし、これ以降、新たな周期で制御して、実
質的にONデューティを実現できる。したがって、応答
性が良好な制御を実現できる。
図である。
明する電圧波形図である。
タイミング制御を示すフローチャートである。
(A)はONデューティそのままでONした場合を示す
波形図、図4(B)は図3のフローチャートのONタイ
ミング制御によりONした場合を示す波形図である。
タイミング制御を示すフローチャートである。
(A)は出力を示す波形図、図7(B)は設定出力とそ
れに対応する商用電源の周波数ごとのONデューティを
表したテーブルである。
Claims (4)
- 【請求項1】 交流の電源から制御対象に供給される電
力をON/OFFするスイッチング手段と、このスイッ
チング手段をONするトリガ手段と、制御対象の制御結
果値を検出する制御結果値検出手段と、供給電力のゼロ
クロスを検出するゼロクロス検出手段と、制御対象の制
御目標値と制御結果値との偏差量に基づいて電源のON
デューティを決定すると共に該ONデューティに基づい
たONタイミングでトリガ手段のONを行って供給電力
のゼロクロスから所定時間経過後にONさせる位相制御
手段とを有する電力制御装置において、位相制御手段
は、所望のONデューティに所定量をプラスおよびマイ
ナスしたONタイミングを交流電源の正負対称になるよ
うに繰り返して複数の波をONし、実質的に該ONデュ
ーティと等価となるように構成されていることを特徴と
する電力制御装置。 - 【請求項2】 位相制御手段は、ONデューティが高電
位である所定範囲の外のときには該ONデューティどお
りのタイミングでONし、所定範囲内のときには該ON
デューティに所定量プラスおよびマイナスした一対のO
Nタイミングを繰り返しながら複数の波をONするよう
に構成されていることとする請求項1に記載の電力制御
装置。 - 【請求項3】 交流の電源から制御対象に供給される電
力をON/OFFするスイッチング手段と、このスイッ
チング手段をONするトリガ手段と、制御対象の制御結
果値を検出する制御結果値検出手段と、供給電力のゼロ
クロスを検出するゼロクロス検出手段と、制御対象の制
御目標値と制御結果値との偏差量に基づいて電源のON
デューティを決定すると共に該ONデューティに基づい
たONタイミングでトリガ手段のONを行って供給電力
のゼロクロスから所定時間経過後にONさせる位相制御
手段とを有する電力制御装置において、位相制御手段
は、複数波からなる1周期をつくり、該1周期中の各波
数を所望のONデューティより低電位のときにONする
ONタイミングに設定し、各波の平均値を該ONデュー
ティと略同一とするように構成されていることを特徴と
する電力制御装置。 - 【請求項4】 位相制御手段は、制御結果値が変化する
と、その周期を無効とし、これ以降、新たな周期で制御
するように構成されていることとする請求項3に記載の
電力制御装置。
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JP2005099711A (ja) * | 2003-08-25 | 2005-04-14 | Ricoh Co Ltd | 定着制御装置、画像形成装置及び定着制御方法 |
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