JP2010165524A

JP2010165524A - 誘導加熱制御手段

Info

Publication number: JP2010165524A
Application number: JP2009006065A
Authority: JP
Inventors: Yuki Oya; 裕貴大矢
Original assignee: Toshiba Home Technology Corp
Current assignee: Toshiba Home Technology Corp
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2010-07-29

Abstract

【課題】負荷の温度上昇等による部品の特性変化に対しても加熱電力に誤差が生じ難い誘導加熱制御手段を提供することを課題とする。
【解決手段】誘導加熱コイル５と共振コンデンサ３からなる共振回路と、この共振回路へ高周波電流を供給するためのスイッチング素子４を含む高周波インバータ10と、交流入力電圧を直流電圧に変換するための直流整流回路２とを備え、前記高周波インバータ10をデューティ制御により間欠運転し、その間欠運転の一周期のオン時間内に現在の入力電圧および入力電流に基づいて次の周期のオン時における電力補正係数を計算し、次の周期のオン時に前記電力補正係数により電力を補正して前記高周波インバータ10をフィードバック制御することを特徴とする誘導加熱制御手段により、上記の課題を解決する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば機器等に用いられる誘導加熱制御手段に関する。

従来の機器として、加熱手段からの電磁誘導加熱により被加熱部を加熱させるものがある（例えば、特許文献１参照）。このような機器では、加熱を制御するために、加熱制御部が入力電圧および入力電流から一定周期毎に電力フィードバック制御し、当該電磁誘導加熱の加熱電力出力の更新を行っている。

また、被加熱部を加熱する加熱手段と、電力を制御する制御手段とを備え、加熱の変更時に、電力を変更するように制御する機器がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−３３９１６７号公報特開２００６−１４５５９０号公報

しかし、上記従来技術においては、加熱制御手段により入力電圧および入力電流をフィードバック信号として用いているが、それらの信号を一定周期ごとにフィードバックさせているにすぎない。いずれもインバータ部を構成するスイッチング手段を制御することにより加熱電力を調整するものであるが、一定周期ごとに入力電圧および入力電流をフィードバックさせていることから、負荷の温度上昇等による部品の特性変化に迅速に対応することができず、加熱電力に誤差が生じるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、負荷の温度上昇等による特性変化に対して加熱電力に誤差が生じ難い誘導加熱制御手段を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、加熱手段と共振手段からなる共振部と、スイッチング手段を含むインバータ部と、交流入力電圧を直流電圧に変換するための整流手段とを備え、
前記インバータ部を制御により間欠運転し、その間欠運転の一周期のオン時間内に現在の入力電圧および入力電流に基づいて次の周期のオン時における電力補正係数を計算し、次の周期のオン時に前記電力補正係数により電力を補正して前記インバータ部をフィードバック制御することを特徴とする誘導加熱制御手段である。

請求項１記載の発明によれば、負荷の温度上昇等による部品の特性変化に対しても、加熱電力に誤差が生じ難い誘導加熱制御手段を提供することができる。

本発明の実施例を示す誘導加熱制御手段のブロック図である。同上、フローチャートである。同上、駆動パルスの波形図である。

以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施例を示す誘導加熱制御手段としての誘導加熱制御回路のブロック図である。図１において、１は例えばＡＣ１００Ｖの交流電源、２は前記交流電源１からの交流電力を直流入力電力に変換する例えばダイオードブリッジとチョークコイルと平滑コンデンサとからなる整流手段たる直流整流回路であり、この直流整流回路２からの直流入力電力が、共振手段たる共振コンデンサ３と逆方向ダイオードを内蔵したスイッチング手段たるスイッチング素子４との直列回路に供給される。また、５は加熱手段としての誘導加熱コイルであり、この誘導加熱コイル５は共振コンデンサ３と並列に接続される。共振コンデンサ３とスイッチング素子４との直列回路は、前記直流入力電力を高周波電力に変換するインバータ部たるインバータ回路10に相当する。そして、スイッチング素子４のゲートに供給されるパルス駆動信号によりスイッチング素子４をスイッチング動作させ、誘導加熱コイル５と共振コンデンサ３との間で共振を起こすことで、誘導加熱コイル５に高周波電流を流すように構成している。

前記誘導加熱コイル５を所望の設定電力で出力させるための電力フィードバック制御手段として、前記インバータ回路10に供給する入力電圧を検知する入力電圧検知手段６と、入力電流を検知する入力電流検知手段７と、これらの入力電圧検知手段６と入力電流検知手段７で得られた検知結果を基に、スイッチング素子４のスイッチング動作すなわちオン時間を可変制御する例えばマイクロコンピュータなどからなる加熱制御手段としての誘導加熱制御回路９がそれぞれ設けられている。そして、11は磁性材料からなる被加熱部である定着ローラ、12は定着ローラ11の温度を検知する温度センサであり、該温度センサ12が検知した定着ローラ11の温度は、温度情報として誘導加熱制御回路９に対して加熱量の指示を行う例えばマイクロコンピュータなどからなる本体制御部としての本体制御回路13へ出力される。すなわち、本体制御回路13は、温度センサ12と誘導加熱制御回路９とにそれぞれ電気的に接続されている。

直流整流回路２は交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を誘導加熱コイル５に供給するものである。誘導加熱制御回路９は、共振コンデンサ３と、この共振コンデンサ３と並列回路をなす誘導加熱コイル５との間で共振が起こるタイミングで、スイッチング素子４をスイッチング動作させる。これにより、誘導加熱コイル５に高周波電流が供給され、誘導加熱コイル５から交番磁界が発生して、誘導加熱コイル５に近接して置かれた定着ローラ11が電磁誘導加熱される。

誘導加熱制御回路９は、本体制御回路13からの設定電力情報に基づき、入力電圧検知手段６及び入力電流検知手段７からの検知信号を監視しながら、スイッチング素子４のオン・オフ時間（デューティ）を制御する。また、誘導加熱制御回路９は、入力電圧検知手段６と入力電流検知手段７とから現在の供給電力を算出する。そして、算出された現在の供給電力と設定電力とを比較し、供給電力と設定電力が異なる場合には設定電力になるよう次の周期のデューティに対する電力補正係数を算出する。これにより、次の周期におけるスイッチング素子４のオン時間が補正される。すなわち、定着ローラ11に供給される電力が設定電力になるように、誘導加熱コイル５を流れる電流の一周期当たりのオン時間、すなわちデューティが制御される。このことにより定着ローラ11に供給される誘導加熱電力が制御される。

以下、上記構成による誘導加熱制御回路の機能について、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。本体制御回路13からの開始信号があると、誘導加熱制御回路９は設定電力値を読み込む（ステップ１０）。次に、読み込んだ設定電力値に基づいて、この設定電力に対応する設定デューティでスイッチング素子４を駆動する（ステップ１１）。ここで、設定電力に対応する設定デューティは、最大出力４００Ｗの機器であれば、たとえば設定電力２００Ｗに対応してデューティ５０％という具合に定められる。

次に、入力電圧検知手段６および入力電流検知手段７により検知された入力電圧と入力電流とから現在の供給電力を算出する（ステップ１２）。入力電圧および入力電流の検知の際には、必要に応じてサンプリングを行って検出精度を高めることができる。

その後、算出された現在の供給電力と設定電力とを比較する。すなわち、現在の供給電力が設定電力以上か否かを判断し（ステップ１３）、現在の供給電力が設定電力以上でない場合には、次の周期の電力補正係数を算出する（ステップ１４）。この場合、次の周期の電力補正係数は１以上の値とされる。すなわち、現在の供給電力が設定電力以上でないということは、換言するなら供給電力が設定電力を下回っていることであるから、次の周期におけるデューティを大きくする必要がある。したがって、電力補正係数は１以上の値とされる。一方、ステップ１３において、現在の供給電力が設定電力以上である場合には、次の周期の電力補正係数は１未満の値として算出される（ステップ１５）。この場合、次の周期におけるデューティは現在の周期におけるデューティより小さなものになる。

次に、上述したようにして算出された電力補正係数を設定デューティに乗じたデューティでスイッチング素子４を駆動する（ステップ１６）。ここまでのステップをスイッチング素子４に対する駆動パルスの一周期内で処理する。そして停止信号の有無を判断して次の周期へと進む（ステップ１７）。

本発明の回路構成は一見すると従来技術における回路構成と大差ないものとなっているが、本発明の技術的思想としての特徴はスイッチング素子４を比較的低い周波数で駆動すると共に、スイッチング素子４の一周期のオン時間内に入力電圧と入力電流を検出して供給電力をリアルタイムで算出し、スイッチング素子４の次の周期におけるオン時間を補正して電力制御を可能とした点にある。

例えば、図３のパルス波形は、スイッチング素子４を１０Ｈｚの周波数で駆動する場合の駆動パルスを示すものである。ここで、周期は周波数の逆数であることから、周波数１０Ｈｚは周期Ｔ＝１００ｍｓｅｃに相当する。仮にデューティを５０％とすると、オン時間幅Ｔｏｎ１は５０ｍｓｅｃになる。この程度の時間幅であれば、検出精度を確保するためのサンプリングを行っても入力電圧と入力電流を検出して供給電力を算出することができる。そして、スイッチング素子４の次の周期の電力補正係数を算出してデューティに反映させることが可能となる。図３に示す実施例では、デューティ５０％（周期Ｔ＝１００ｍｓｅｃ, オン時間幅Ｔｏｎ１＝５０ｍｓｅｃ）で２００Ｗの加熱電力となるように設定されている。ここで、現在の周期においてデューティ５０％に対応するＴｏｎ１＝５０ｍｓｅｃでスイッチングしたにも拘わらず、温度変化等により負荷の特性が変化して入力電圧と入力電流に基づいて算出された電力値が１９６Ｗであったとすると、約２％だけ加熱電力が不足していることになる。この場合、次の周期におけるデューティの電力補正係数は、２％だけ増加させるべく１．０２と決定される。そして、次の周期におけるスイッチング素子４の導通時間はＴｏｎ２＝５１ｍｓｅｃとなるよう駆動される。換言するなら５１％のデューティで駆動される。一方、現在の周期においてデューティ５０％でスイッチングしたにも拘わらず、入力電圧と入力電流に基づいて算出された電力値が２０４Ｗであったとすると、約２％だけ加熱電力が超過していることになる。この場合、次の周期におけるデューティの電力補正係数は２％減少させるべく０．９８と決定される。そして、次の周期におけるスイッチング素子４の導通時間はＴｏｎ２＝４９ｍｓｅｃとなるよう駆動される。換言するなら４９％のデューティで駆動される。

このようにして本実施例によれば、高周波インバータ10をデューティ制御により間欠運転し、その間欠運転の一周期のオン時間内に現在の入力電圧および入力電流に基づいて次の周期のオン時における電力補正係数を計算し、次の周期のオン時に前記電力補正係数により電力を補正することができる。したがって、負荷の温度上昇等による部品の特性変化に対しても、加熱電力に誤差が生じ難い誘導加熱制御回路を提供することができる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例えば上記実施例では、画像定着装置に適用した場合に基づいて説明をしたが、ＩＨ調理器等にも適用できることは言うまでもない。

２直流整流回路（整流手段）
３共振コンデンサ（共振手段）
４スイッチング素子（スイッチング手段）
５誘導加熱コイル（加熱手段）
10 高周波インバータ（インバータ部）

Claims

加熱手段と共振手段からなる共振部と、スイッチング手段を含むインバータ部と、交流入力電圧を直流電圧に変換するための整流手段とを備え、
前記インバータ部を制御により間欠運転し、その間欠運転の一周期のオン時間内に現在の入力電圧および入力電流に基づいて次の周期のオン時における電力補正係数を計算し、次の周期のオン時に前記電力補正係数により電力を補正して前記インバータ部をフィードバック制御することを特徴とする誘導加熱制御手段。