JP2012209055A - Induction heating device, fixing device and image forming device - Google Patents
Induction heating device, fixing device and image forming device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012209055A JP2012209055A JP2011072494A JP2011072494A JP2012209055A JP 2012209055 A JP2012209055 A JP 2012209055A JP 2011072494 A JP2011072494 A JP 2011072494A JP 2011072494 A JP2011072494 A JP 2011072494A JP 2012209055 A JP2012209055 A JP 2012209055A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- switching element
- voltage
- switching
- capacitor
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Fixing For Electrophotography (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
Abstract
Description
本発明は、誘導加熱装置、その誘導加熱装置を用いた定着装置、及びその定着装置を用いた画像形成装置に関する。 The present invention relates to an induction heating device, a fixing device using the induction heating device, and an image forming apparatus using the fixing device.
従来より、電圧共振回路を用いた誘導加熱装置において、励磁コイルを含む共振回路で発生するフライバック電圧を検知し、その検知電圧により被加熱体の高温状態の判断を行い、異常加熱と判定した場合は共振回路のスイッチングを停止するものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, in an induction heating apparatus using a voltage resonance circuit, a flyback voltage generated in a resonance circuit including an excitation coil is detected, and the high-temperature state of the object to be heated is determined based on the detected voltage, and it is determined as abnormal heating. In such a case, one that stops switching of the resonance circuit is known (see, for example, Patent Document 1).
また、電圧共振回路を用いた誘導加熱装置において、励磁コイルと直列接続されたスイッチング素子に印加される電圧が安全動作電圧範囲を超えたことを検知し、その検知信号に応じて励磁コイルへの電力供給を制御するものも知られている(例えば、特許文献2参照。)。 Further, in the induction heating device using the voltage resonance circuit, it is detected that the voltage applied to the switching element connected in series with the excitation coil exceeds the safe operating voltage range, and the excitation coil is supplied to the excitation coil according to the detection signal. A device that controls power supply is also known (see, for example, Patent Document 2).
また、電圧共振回路を用いた誘導加熱装置において、励磁コイルに流れる高周波電流の検出結果から、励磁コイルの実際のインダクタンス値を算出し、このインダクタンス値と商用電源の入力電圧とから、スイッチングの周波数やスイッチングのデューティの補正を行うことで、スイッチング素子を安全な動作領域で動作させるものが知られている(例えば、特許文献3参照。)。 Also, in an induction heating device using a voltage resonance circuit, the actual inductance value of the exciting coil is calculated from the detection result of the high-frequency current flowing in the exciting coil, and the switching frequency is calculated from this inductance value and the input voltage of the commercial power supply. Further, it is known that the switching element is operated in a safe operating region by correcting the switching duty (for example, see Patent Document 3).
ところで、電圧共振回路の場合は、励磁コイルで生じたフライバック電圧が共振に伴って変動するので、特許文献1に記載されているように、このフライバック電圧を検知することによって異常の発生を検知することが可能である。
By the way, in the case of a voltage resonance circuit, since the flyback voltage generated in the exciting coil fluctuates with resonance, the occurrence of abnormality is detected by detecting this flyback voltage as described in
また、電圧共振回路の場合は、励磁コイルとスイッチング素子とが直列接続されているので、励磁コイルで生じたフライバック電圧がスイッチング素子に印加される。そのため、特許文献2に記載されているように、スイッチング素子に印加される電圧に基づきフライバック電圧の異常を検知し、その検知結果から異常の発生を検知することが可能である。
In the case of the voltage resonance circuit, since the exciting coil and the switching element are connected in series, the flyback voltage generated by the exciting coil is applied to the switching element. Therefore, as described in
しかしながら、電流共振回路の場合は、一定の電源電圧が共振回路に印加された状態で、共振により電流値が変動する。そのため、電流共振回路では、特許文献1,2に記載の技術のように、フライバック電圧から異常を検知することが困難であるという、不都合があった。
However, in the case of a current resonance circuit, the current value fluctuates due to resonance in a state where a constant power supply voltage is applied to the resonance circuit. Therefore, the current resonance circuit has a disadvantage that it is difficult to detect an abnormality from the flyback voltage as in the techniques described in
また、特許文献3に記載の技術では、励磁コイルに流れる高周波電流の検出結果から、励磁コイルの実際のインダクタンス値を算出する処理が必要となるため、スイッチング素子を安全な動作領域で動作させるための保護回路が複雑になるという、不都合があった。
Further, the technique described in
本発明の目的は、電流共振回路を用いた誘導加熱装置において、簡素な構成で電流共振に用いられるスイッチング素子が劣化又は破損するおそれを低減することができる誘導加熱装置、その誘導加熱装置を用いた定着装置、及びその定着装置を用いた画像形成装置を提供することである。 An object of the present invention is to use an induction heating device that can reduce the risk of deterioration or breakage of a switching element used for current resonance with a simple configuration in an induction heating device using a current resonance circuit. A fixing device and an image forming apparatus using the fixing device.
本発明に係る誘導加熱装置は、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とが直列に接続された第1直列回路と、前記第1直列回路の両端間に、予め設定された電源電圧を印加する電源部と、被加熱体を電磁誘導により加熱する励磁コイルと第1キャパシターとの直列回路であって、かつ前記第1スイッチング素子と並列に接続された第2直列回路と、前記第1スイッチング素子と並列に、前記電源電圧に対して逆方向となる向きに接続された第1ダイオードと、前記第2スイッチング素子と並列に、前記電源電圧に対して逆方向となる向きに接続された第2ダイオードと、前記第2直列回路によって生じる共振の共振周期の1/2より短いオン時間と前記第1及び第2スイッチング素子を共にオフさせるべき時間として予め設定されたデッドタイムとを加えた時間であるスイッチング周期毎に、前記オン時間の間前記第1スイッチング素子をオフさせ前記第2スイッチング素子をオンさせる第1処理と、前記オン時間の間前記第1スイッチング素子をオンさせ前記第2スイッチング素子をオフさせる第2処理とを交互に実行することによって、電流共振を生じさせる制御部と、前記第1スイッチング素子の両端間の電圧が、予め設定された設定電圧を超えているとき、前記制御部の処理に関わらず強制的に前記第1スイッチング素子をオフさせる強制オフ部とを備える。 The induction heating apparatus according to the present invention applies a preset power supply voltage between a first series circuit in which a first switching element and a second switching element are connected in series, and both ends of the first series circuit. A second circuit connected in parallel with the first switching element, the first switching element being a series circuit of a power supply unit, an exciting coil for heating a heated object by electromagnetic induction, and a first capacitor; A first diode connected in parallel with the power supply voltage in a direction opposite to the power supply voltage, and a second diode connected in parallel with the second switching element in a direction opposite to the power supply voltage. The ON time shorter than 1/2 of the resonance period of the resonance generated by the diode and the second series circuit and the time when both the first and second switching elements are to be turned off are set in advance. A first process for turning off the first switching element during the on-time and turning on the second switching element for each switching period, which is a time including a dead time, and the first switching element during the on-time. By alternately executing the second process of turning on and turning off the second switching element, the voltage between both ends of the control unit that causes current resonance and the first switching element is set to a preset setting voltage. And a forced-off unit that forcibly turns off the first switching element regardless of the processing of the control unit.
この構成によれば、電源部が、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とが直列に接続された第1直列回路の両端間に、電源電圧を印加する。また、第1スイッチング素子と並列に、励磁コイルと第1キャパシターとの直列回路が接続されている。そして、制御部が、スイッチング周期毎に、オン時間の間第1スイッチング素子をオフさせ第2スイッチング素子をオンさせる第1処理と、オン時間の間第1スイッチング素子をオンさせ第2スイッチング素子をオフさせる第2処理とを交互に実行することによって、電流共振を生じさせる。すなわちこの誘導加熱回路は、電流共振回路として動作する。そして、強制オフ部は、第1スイッチング素子の両端間の電圧が設定電圧を超えているとき、制御部の処理に関わらず強制的に第1スイッチング素子をオフさせるから、第1スイッチング素子の両端間の電圧が設定電圧を超える高電圧になっているときは、第1スイッチング素子がオンされることがなく、従ってハードスイッチングが生じるおそれが低減される。これにより、簡素な構成で電流共振に用いられるスイッチング素子が劣化するおそれを低減することができる。 According to this configuration, the power supply unit applies the power supply voltage between both ends of the first series circuit in which the first switching element and the second switching element are connected in series. A series circuit of an exciting coil and a first capacitor is connected in parallel with the first switching element. Then, the control unit turns off the first switching element for the on time and turns on the second switching element for each switching period, and turns on the first switching element for the on time and turns on the second switching element. By alternately executing the second process for turning off, current resonance is caused. That is, this induction heating circuit operates as a current resonance circuit. Since the forced-off unit forcibly turns off the first switching element regardless of the processing of the control unit when the voltage across the first switching element exceeds the set voltage, both ends of the first switching element When the voltage between them is a high voltage exceeding the set voltage, the first switching element is not turned on, and thus the risk of hard switching is reduced. As a result, it is possible to reduce the risk of deterioration of the switching element used for current resonance with a simple configuration.
また、前記第2スイッチング素子は、前記第1直列回路において、前記第1スイッチング素子よりも高電位側に配置されており、前記第2スイッチング素子のオン、オフを制御するための制御端子を備え、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との接続点と前記制御端子との間に、所定の制御電圧以上の電圧が印加されたときにオンするスイッチング素子であり、前記制御部は、起動用キャパシターと第3ダイオードと抵抗とが直列接続されたブートストラップ回路と、前記制御電圧以上の出力電圧を出力端子から出力する制御電源とを備え、前記起動用キャパシターの一端が前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との接続点に接続され、前記起動用キャパシターの他端が前記第3ダイオードのカソードに接続され、前記第3ダイオードのアノードが前記抵抗を介して前記出力端子に接続され、前記制御部は、前記起動用キャパシターに充電された充電電圧を前記制御端子に印加することによって、前記第2スイッチング素子をオンさせることが好ましい。 The second switching element is disposed on the higher potential side than the first switching element in the first series circuit, and includes a control terminal for controlling on / off of the second switching element. A switching element that is turned on when a voltage equal to or higher than a predetermined control voltage is applied between a connection point between the first switching element and the second switching element and the control terminal, and the control unit includes: A bootstrap circuit in which a starting capacitor, a third diode, and a resistor are connected in series; and a control power supply that outputs an output voltage equal to or higher than the control voltage from an output terminal, wherein one end of the starting capacitor is the first switching And the other end of the starting capacitor is connected to the cathode of the third diode. The anode of the third diode is connected to the output terminal via the resistor, and the control unit applies the charging voltage charged in the starting capacitor to the control terminal, thereby It is preferable to turn on the switching element.
この構成によれば、第1スイッチング素子がオンすると、起動用キャパシターが制御電源の出力電圧で充電される。そして、制御部は、起動用キャパシターに充電された充電電圧を制御端子に印加することによって、第2スイッチング素子をオンさせる。一方、第1スイッチング素子の両端間の電圧が設定電圧を超えて、強制オフ部が第1スイッチング素子をオフさせると、起動用キャパシターが充電されない。そうすると、制御部は、起動用キャパシターに充電された充電電圧を制御端子に印加しても、制御端子に制御電圧以上の電圧を印加することができないから、第2スイッチング素子をオンさせることができず、従って、第2スイッチング素子がオフする。これにより、強制オフ部が第1スイッチング素子をオフさせるだけで、第2スイッチング素子もオフさせることができるから、第2スイッチング素子をオフさせるための回路を別途備える必要がなく、回路を簡素化することが容易である。 According to this configuration, when the first switching element is turned on, the starting capacitor is charged with the output voltage of the control power supply. And a control part turns ON a 2nd switching element by applying the charging voltage charged by the capacitor for starting to a control terminal. On the other hand, when the voltage across the first switching element exceeds the set voltage and the forced-off unit turns off the first switching element, the starting capacitor is not charged. Then, the control unit cannot turn on the second switching element because the control terminal cannot apply a voltage equal to or higher than the control voltage even if the charging voltage charged in the starting capacitor is applied to the control terminal. Therefore, the second switching element is turned off. As a result, the forced-off unit can turn off the second switching element only by turning off the first switching element, so that it is not necessary to separately provide a circuit for turning off the second switching element, and the circuit is simplified. Easy to do.
また、前記第2スイッチング素子と前記励磁コイルとの直列回路と並列に接続された第2キャパシターをさらに備えることが好ましい。 In addition, it is preferable to further include a second capacitor connected in parallel with a series circuit of the second switching element and the exciting coil.
この構成によれば、第1キャパシターと第2キャパシターとによって、電源電圧が分圧される。そしてその分圧された電圧が、励磁コイルに印加されることで、誘導加熱装置の共振動作が安定する。 According to this configuration, the power supply voltage is divided by the first capacitor and the second capacitor. And the resonance operation | movement of an induction heating apparatus is stabilized because the divided voltage is applied to an exciting coil.
また、前記第1スイッチング素子と並列に接続された第3キャパシターと、前記第2スイッチング素子と並列に接続された第4キャパシターとをさらに備えることが好ましい。 In addition, it is preferable to further include a third capacitor connected in parallel with the first switching element and a fourth capacitor connected in parallel with the second switching element.
この構成によれば、第3及び第4キャパシターによって、誘導加熱装置の共振動作が安定する。 According to this configuration, the resonance operation of the induction heating device is stabilized by the third and fourth capacitors.
また、本発明に係る定着装置は、上述の誘導加熱装置と、トナー像が形成された用紙を加熱することにより、前記トナー像を前記用紙に定着させる前記被加熱体としての加熱部材とを備える。 The fixing device according to the present invention includes the above-described induction heating device and a heating member as the heated body that fixes the toner image to the paper by heating the paper on which the toner image is formed. .
この構成によれば、上述の誘導加熱装置を定着装置として用いることができる。 According to this configuration, the above-described induction heating device can be used as a fixing device.
また、本発明に係る画像形成装置は、上述の定着装置と、前記用紙にトナー像を形成する画像形成部とを備え、前記加熱部材は、前記画像形成部によって前記トナー像が形成された用紙を加熱することにより、前記トナー像を前記用紙に定着させる。 An image forming apparatus according to the present invention includes the above-described fixing device and an image forming unit that forms a toner image on the paper, and the heating member is a paper on which the toner image is formed by the image forming unit. Is heated to fix the toner image on the paper.
この構成によれば、画像形成装置においてトナー像を用紙に定着させる定着装置として、上述の誘導加熱装置を用いることができる。 According to this configuration, the above-described induction heating device can be used as a fixing device that fixes a toner image on a sheet in the image forming apparatus.
このような構成の誘導加熱装置、その誘導加熱装置を用いた定着装置、及びその定着装置を用いた画像形成装置は、電流共振回路を用いた誘導加熱装置において、簡素な構成で電流共振に用いられるスイッチング素子が劣化又は破損するおそれを低減することができる。 An induction heating device having such a configuration, a fixing device using the induction heating device, and an image forming apparatus using the fixing device are used for current resonance with a simple configuration in an induction heating device using a current resonance circuit. The possibility that the switching element to be deteriorated or damaged can be reduced.
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図1は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置1の内部構成を概略的に示した側面図である。尚、画像形成装置1は、複写機、プリンタ及びファクシミリ機等であり、用紙に乗せられたトナー像を加圧、加熱によって定着させるプロセスを持つ画像形成装置であればよい。画像形成装置1は、本体部2、本体部2の左方に配設されたスタックトレイ3、本体部2の上部に配設された原稿読取部4、原稿読取部4の上方に配設された原稿給送部5を備えている。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted. FIG. 1 is a side view schematically showing an internal configuration of an
また、画像形成装置1のフロント部には、入力操作部6が設けられている。この入力操作部6には、電源キーやユーザが印刷実行指示を入力するためのスタートキー、印刷部数等を入力するためのテンキー、各種複写動作の操作ガイド情報等を表示し、これら各種設定入力用にタッチパネル機能を有する液晶ディスプレイ等からなる表示部9等を有する。
An
原稿読取部4は、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等のイメージセンサ及び露光ランプ等からなるスキャナ部13、ガラス等の透明部材により構成された原稿台14及び原稿読取スリット15を備える。スキャナ部13は、図略の駆動部によって移動可能に構成され、原稿台14に載置された原稿を読み取るときは、原稿台14に対向する位置で原稿面に沿って移動され、原稿画像を走査しつつ取得した画像データを画像メモリ(不図示)へ出力する。また、原稿給送部5により給送された原稿を読み取るときは、原稿読取スリット15と対向する位置に移動され、原稿読取スリット15を介して原稿給送部5による原稿の搬送動作と同期して原稿の画像を取得し、その画像データを画像メモリへ出力する。
The document reading unit 4 includes an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) and a
原稿給送部5は、原稿を載置するための原稿載置部16と、画像読み取り済みの原稿を排出するための原稿排出部17、原稿載置部16に載置された原稿を1枚ずつ繰り出して原稿読取スリット15に対向する位置へ搬送し、原稿排出部17へ排出するための給紙ローラや搬送ローラ(不図示)等からなる原稿搬送機構18を備える。
The document feeder 5 includes a
また、原稿給送部5は、その前面側が上方に移動可能となるように本体部2に対して回動自在に設けられている。原稿給送部5の前面側を上方に移動させて原稿台14上面を開放することにより、原稿台14の上面に読み取り原稿、例えば見開き状態にされた書籍等をユーザが載置できるようになっている。
Further, the document feeding unit 5 is provided so as to be rotatable with respect to the
本体部2は、複数の給紙カセット19と、給紙カセット19から用紙を1枚ずつ繰り出して画像形成部21へ搬送する給紙ローラ20と、給紙カセット19から搬送されてきた用紙に画像を形成する画像形成部21とを備える。
The
画像形成部21は、スキャナ部13で取得された画像データに基づきレーザ光等を出力して感光体ドラム22を露光し、感光体ドラム22の表面に静電潜像を形成する光学ユニット23と、静電潜像が形成された感光体ドラム22の表面にトナーを付着することによりトナー像を形成する現像部24と、感光体ドラム22上のトナー像を用紙に転写する転写部25とを備える。
The
定着装置28は、トナー像が転写された用紙を加熱してトナー像を用紙に融解定着させるベルトユニット26及び加圧ローラ27を備える。
The fixing
画像形成部21内の用紙搬送路中には、用紙をスタックトレイ3又は排出トレイ29まで搬送する搬送ローラ対30及び31等が備えられている。
In the paper conveyance path in the
また、用紙の両面に画像を形成する場合は、画像形成部21で用紙の一方の面に画像を形成した後、この用紙を排出トレイ29側の搬送ローラ対30,31にニップされた状態とする。この状態で搬送ローラ対30,31を反転させて用紙をスイッチバックさせ、搬送ローラ対38及び39が用紙を用紙搬送路32に送って画像形成部21の上流域に再度搬送し、画像形成部21により他方の面に画像を形成した後、用紙をスタックトレイ3又は排出トレイ29に排出する。
When images are formed on both sides of a sheet, after the image is formed on one side of the sheet by the
図2は、図1に示す定着装置28の概略的な断面図である。定着装置28は、上述のベルトユニット26及び加圧ローラ27に加えて、ベルト263及び第2ローラ262を加熱するIHコイルユニット530を含む。IHコイルユニット530は、誘導加熱装置の一例である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the fixing
ベルトユニット26は、加圧ローラ27と対向配置される第1ローラ261と、第2ローラ262と、第1ローラ261と第2ローラ262とに架け渡されるように巻き回されるベルト263とを備える。加圧ローラ27は、第1ローラ261と協働して、ベルト263を挟む。加圧ローラ27とベルト263との間には、フラットニップが形成される。
The
ベルト263は、例えば、厚さ寸法約30μm以上約50μm以下のニッケル電鋳基材と、ニッケル電鋳基材上に積層されるシリコンゴム層と、シリコンゴム層上に形成される離型層(例えば、PFA層)を含む。ベルト263は、加熱部材の一例に相当している。
The
第2ローラ262は、例えば、外径30mmの円筒状に形成される。第2ローラ262は、円筒形状の鉄基材と、鉄基材外周面に形成される肉厚寸法0.2mm以上1.0mm以下の離型層(例えば、PFA層)を含む。
For example, the
第1ローラ261は、例えば、円柱状に形成される。第1ローラ261は、ステンレス鋼からなる外径45mmの芯金ローラと、芯金ローラの外周面を被覆する厚さ5mm以上10mm以下のシリコンゴムからなるスポンジ層を含む。
The
加圧ローラ27は、例えば、外径50mmの円柱状に形成される。加圧ローラ27は、ステンレス鋼からなる芯金ローラ、芯金ローラ外周面を被覆する厚さ2mm以上5mm以下のシリコンゴムからなるスポンジ層及び離型層(例えば、PFA層)を含む。加圧ローラ27の金属製の芯材は、例えば、FeやAlを用いて形成されてもよい。この芯材上にSiゴム層が形成されてもよい。さらにSiゴム層の表層にフッ素樹脂層が形成されてもよい。
The
IHコイルユニット530は、ベルト263及び第2ローラ262を誘導加熱する励磁コイル531と、励磁コイル531を支持するプラットフォーム200とを備える。IHコイルユニット530は、励磁コイル531によって発生する磁界中の磁力線の経路を規定する一対のサイドコア533、一対のアーチコア534及びセンタコア535を備える。
The
一対のアーチコア534及びセンタコア535は、それぞれ、第1ローラ261の回転中心軸C1、第2ローラ262の回転中心軸C2及び加圧ローラ27の回転中心軸C3を結ぶ直線L1に対して対称に配設されている。そして、一対のアーチコア534の間にセンタコア535が配設されている。一対のサイドコア533、一対のアーチコア534及びセンタコア535は、プラットフォーム200によって支持される。
The pair of
一対のサイドコア533、及び一対のアーチコア534は、例えばフェライトを用いて構成されている。また、センタコア535は、例えば円柱状の導電性シャフト538と、導電性シャフト538を被覆する円筒形状の磁性筒539とを用いて構成されている。
The pair of
プラットフォーム200は、第2ローラ262の周面に沿う湾曲面を含むコイル支持部201を備える。コイル支持部201は、ベルト263及び第2ローラ262を誘導加熱するための磁界を生じさせる励磁コイル531を支持する。
The
励磁コイル531は、コイル支持部201、サイドコア533及びアーチコア534で囲まれる空間内でループ状のコイル面を形成する。
The
上述の如く、コイル支持部201は、第2ローラ262上のベルト263の円弧状の外面に沿うように形成される。励磁コイル531は、コイル支持部201を取り巻くように配置される。この結果、励磁コイル531は、湾曲したコイル支持部201に沿って連設され、略円弧状の断面を有するループ状のコイル面を形成する。そして、第2ローラ262の略半分は、励磁コイル531に取り囲まれている。
As described above, the
そして、励磁コイル531に高周波電流が流れると、ベルト263及び第2ローラ262が誘導加熱される。さらに、図略の駆動機構が第1ローラ261を図2における時計回りに駆動回転することによって、第2ローラ262が従動回転すると共に、加熱されたベルト263が加圧ローラ27と第1ローラ261とのニップ部へ向かう。その結果、加圧ローラ27とベルト263とでニップされた用紙Pが加熱されて、用紙Pにトナー像が定着される。
When a high frequency current flows through the
なお、定着装置28は、ベルトユニット26の代わりにベルトを用いない加熱ローラを備えていてもよい。
The fixing
図3は、本発明の一実施形態に係る誘導加熱装置40の構成の一例を示す回路図である。図3に示す誘導加熱装置40は、電源部E1、スイッチング素子Q1(第1スイッチング素子)、スイッチング素子Q2(第2スイッチング素子)、ダイオードD1(第1ダイオード)、ダイオードD2(第2ダイオード)、励磁コイル531、キャパシターC1(第1キャパシター)、制御部41、及び強制オフ部42を備えて構成されている。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the
電源部E1は、例えば商用交流電源電圧から直流141Vの電源電圧Vinを生成する直流電源回路である。 The power supply unit E1 is a DC power supply circuit that generates a power supply voltage Vin of 141 V DC from a commercial AC power supply voltage, for example.
スイッチング素子Q1,Q2は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。なお、スイッチング素子Q1,Q2としては、FET(Field Effect Transistor)、バイポーラトランジスタ等、種々のスイッチング素子を用いることができる。スイッチング素子Q1,Q2は、直列接続されて、第1直列回路を構成している。 The switching elements Q1, Q2 are, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). As the switching elements Q1 and Q2, various switching elements such as FET (Field Effect Transistor) and bipolar transistor can be used. Switching elements Q1 and Q2 are connected in series to form a first series circuit.
そして、スイッチング素子Q2のコレクタが電源部E1の正極側出力端子に接続され、スイッチング素子Q2のエミッタがスイッチング素子Q1のコレクタに接続され、スイッチング素子Q1のエミッタが電源部E1の負極側出力端子に接続されている。電源部E1の負極側出力端子は回路グラウンドにされている。 The collector of the switching element Q2 is connected to the positive output terminal of the power supply unit E1, the emitter of the switching element Q2 is connected to the collector of the switching element Q1, and the emitter of the switching element Q1 is connected to the negative output terminal of the power supply unit E1. It is connected. The negative output terminal of the power supply unit E1 is a circuit ground.
また、スイッチング素子Q1のコレクタにダイオードD1のカソードが接続され、スイッチング素子Q1のエミッタにダイオードD1のアノードが接続されて、スイッチング素子Q1とダイオードD1とが並列接続されている。スイッチング素子Q2のコレクタにダイオードD2のカソードが接続され、スイッチング素子Q2のエミッタにダイオードD2のアノードが接続されて、スイッチング素子Q2とダイオードD2とが並列接続されている。 Further, the cathode of the diode D1 is connected to the collector of the switching element Q1, the anode of the diode D1 is connected to the emitter of the switching element Q1, and the switching element Q1 and the diode D1 are connected in parallel. The cathode of the diode D2 is connected to the collector of the switching element Q2, the anode of the diode D2 is connected to the emitter of the switching element Q2, and the switching element Q2 and the diode D2 are connected in parallel.
スイッチング素子Q1のコレクタには励磁コイル531の一端が接続され、励磁コイル531の他端がキャパシターC1を介してスイッチング素子Q1のエミッタに接続されている。すなわち、励磁コイル531とキャパシターC1との直列回路である第2直列回路が、スイッチング素子Q1と並列に接続されている。
One end of the
励磁コイル531のインダクタンスをL、キャパシターC1の静電容量をCとすると、励磁コイル531とキャパシターC1とを用いて構成される電流共振回路の共振周波数frは、下記の式(1)で表される。
When the inductance of the
fr=1/{2×π×(L×C)1/2}・・・(1)
ここで、励磁コイル531のインダクタンスLには、励磁コイル531自身の自己インダクタンスと、励磁コイル531の周囲に存在する第2ローラ262、ベルト263、サイドコア533、アーチコア534、及びセンタコア535と励磁コイル531との間の磁気結合により生じる相互インダクタンスとが含まれている。
fr = 1 / {2 × π × (L × C) 1/2 } (1)
Here, the inductance L of the
制御部41は、マイクロコントローラー411と、ゲートドライバー412と、ブートストラップ回路413と、制御電源E2とを備えて構成されている。制御電源E2は、スイッチング素子Q1,Q2をオンさせるための制御電圧、例えば15Vを出力する電源回路である。
The
ブートストラップ回路413は、抵抗RbとダイオードD3(第3ダイオード)とキャパシターCb(起動用キャパシター)とがこの順に直列接続されて構成されている。キャパシターCbの一端はスイッチング素子Q1,Q2の接続点P1に接続され、キャパシターCbの他端はダイオードD3のカソードに接続されている。ダイオードD3のアノードは抵抗Rbの一端に接続され、抵抗Rbの他端が制御電源E2に接続されている。また、キャパシターCbとダイオードD3との接続点P2は、ゲートドライバー412に接続されている。
The
ゲートドライバー412は、マイクロコントローラー411からの制御信号に応じて、スイッチング素子Q1,Q2をオン、オフさせる駆動回路である。スイッチング素子Q1,Q2のようなIGBTをオンさせるためには、ゲート(制御端子)とエミッタ(MOSFETの場合はソース)との間に所定の制御電圧(例えば15V)以上の電圧を印加する必要がある。
The
しかしながら、スイッチング素子Q1,Q2は直列接続されているので、高電位側のスイッチング素子Q2をオンさせるためには、スイッチング素子Q1がオンしているときはスイッチング素子Q2のゲートに15Vの電圧を印加すればよいが、スイッチング素子Q1がオフしているときは、スイッチング素子Q1,Q2の接続点P1の電圧Vsに、15Vを加算した電圧をスイッチング素子Q2のゲートに印加する必要がある。 However, since the switching elements Q1 and Q2 are connected in series, a voltage of 15V is applied to the gate of the switching element Q2 when the switching element Q1 is on in order to turn on the switching element Q2 on the high potential side. However, when the switching element Q1 is off, it is necessary to apply a voltage obtained by adding 15 V to the voltage Vs at the connection point P1 of the switching elements Q1 and Q2 to the gate of the switching element Q2.
そこで、ゲートドライバー412は、ブートストラップ回路413と協働することで、マイクロコントローラー411からの制御信号に応じて、スイッチング素子Q1,Q2をオン、オフさせるためのゲート信号G1,G2を生成し、スイッチング素子Q1,Q2のゲートへ出力する。
Therefore, the
ゲートドライバー412としては、例えば東芝(株)製ドライバ素子、M81709を用いることができる。
As the
マイクロコントローラー411は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、タイマー回路、及び任意の信号波形を生成可能なパターンジェネレータ等が1チップに集積された制御回路である。マイクロコントローラー411は、例えば予め内蔵のROMに記憶された制御プログラムを実行することにより、スイッチング素子Q1のオン、オフを制御する制御信号S1をアンドゲート421を介してゲートドライバー412へ出力し、スイッチング素子Q2のオン、オフを制御する制御信号S2をゲートドライバー412へ出力する。
The
図3においては、ゲートドライバー412の内部構成を概念的に示している。図3に示すゲートドライバー412は、バッファB1,B2と、スイッチング素子SW1,SW2とを備えている。スイッチング素子SW1は、制御電源E2とスイッチング素子Q1のゲートとの間に接続され、スイッチング素子SW2は、接続点P2とスイッチング素子Q2のゲートとの間に接続されている。
FIG. 3 conceptually shows the internal configuration of the
なお、ゲートドライバー412には、アンドゲート421から出力された制御信号S1aが入力されるのであるが、説明を簡単にするため、マイクロコントローラー411から出力された制御信号S1がそのままゲートドライバー412に入力されるものとして説明する。
Note that the control signal S1a output from the AND
低電位側のスイッチング素子Q1は、エミッタがグラウンドに接続されているから、制御信号S1がハイレベルのとき、バッファB1はスイッチング素子SW1をオンし、制御信号S1がローレベルのとき、バッファB1はスイッチング素子SW1をオフすることで、制御信号S1に応じてスイッチング素子Q1のオン、オフを制御することができる。 Since the emitter of the switching element Q1 on the low potential side is connected to the ground, when the control signal S1 is at the high level, the buffer B1 turns on the switching element SW1, and when the control signal S1 is at the low level, the buffer B1 By turning off the switching element SW1, on / off of the switching element Q1 can be controlled in accordance with the control signal S1.
一方、スイッチング素子Q1がオンすると、制御電源E2から抵抗Rb、ダイオードD3、キャパシターCb、及びスイッチング素子Q1を介してグラウンドへ電流が流れ、キャパシターCbが制御電源E2の制御電圧15Vに充電される。そうすると、接続点P2の電圧は、接続点P1の電圧すなわちスイッチング素子Q2のエミッタ電圧にキャパシターCbの端子電圧(充電電圧)を加算した電圧になる。
On the other hand, when the switching element Q1 is turned on, a current flows from the control power supply E2 to the ground via the resistor Rb, the diode D3, the capacitor Cb, and the switching element Q1, and the capacitor Cb is charged to the
このようにキャパシターCbが制御電圧15Vに充電されると、スイッチング素子Q1のオン、オフに関わらず、制御信号S2がハイレベルのとき、バッファB2はスイッチング素子SW2をオンすることで、制御電圧15Vをスイッチング素子Q2のエミッタ、ベース間に印加することができる。その結果、スイッチング素子Q1のオン、オフに関わらず、スイッチング素子Q2をオンさせることが可能とされている。
Thus, when the capacitor Cb is charged to the
強制オフ部42は、アンドゲート421、コンパレーター422、基準電圧源E3、及び抵抗R1,R2を備えて構成されている。接続点P1は、抵抗R1,R2の直列回路を介してグラウンドへ接続されている。これにより、接続点P1の電圧すなわちスイッチング素子Q1の両端子間の電圧Vsが、抵抗R1,R2で分圧され、コンパレーター422の入力電圧範囲にレベル変換されて、コンパレーター422のマイナス(−)端子に入力される。
The forced-off
また、コンパレーター422のプラス(+)端子には、基準電圧源E3が接続されている。基準電圧源E3は、スイッチング素子Q1をオフさせるべき電圧Vsとして予め設定された設定電圧V1に、抵抗R1,R2の分圧比を乗じた電圧を基準電圧として出力する。これにより、コンパレーター422は、抵抗R1,R2で分圧された電圧と、基準電圧源E3から出力された基準電圧とを比較することで、間接的に電圧Vsと設定電圧V1とを比較する。
The reference voltage source E3 is connected to the plus (+) terminal of the
そして、コンパレーター422は、電圧Vsが設定電圧V1を超えたときローレベルの信号S3をアンドゲート421へ出力し、電圧Vsが設定電圧V1に満たないときハイレベルの信号S3をアンドゲート421へ出力する。
The
基準電圧源E3は、例えば制御電源E2の出力電圧を抵抗分圧することで基準電圧を生成してもよく、基準電圧を生成する定電圧回路であってもよい。設定電圧V1は、電源電圧Vinが141Vのとき、例えば50Vに設定されている。 For example, the reference voltage source E3 may generate a reference voltage by resistance-dividing the output voltage of the control power source E2, or may be a constant voltage circuit that generates a reference voltage. The set voltage V1 is set to, for example, 50V when the power supply voltage Vin is 141V.
アンドゲート421は、制御信号S1と信号S3とを論理積した制御信号S1aを、ゲートドライバー412へ出力する。これにより、電圧Vsが設定電圧V1を超えたとき、コンパレーター422からローレベルの信号S3がアンドゲート421へ出力され、強制的に制御信号S1aがローレベルにされる。その結果、ゲートドライバー412によって、スイッチング素子Q1が強制的にオフされる。
The AND
次に、このように構成された誘導加熱装置40の動作について説明する。図4は、図2に示す誘導加熱装置40の正常動作時における、ゲート信号G1,G2、電圧Vs、及び励磁コイル531に流れるコイル電流ILを示す信号波形図である。横軸は時間経過を示している。
Next, operation | movement of the
図4において、ゲート信号G1がハイレベル(H)のときスイッチング素子Q1がオンし、ゲート信号G1がローレベル(L)のときスイッチング素子Q1がオフすることを示している。また、ゲート信号G2がハイレベル(H)のときスイッチング素子Q2がオンし、ゲート信号G2がローレベル(L)のときスイッチング素子Q2がオフすることを示している。 FIG. 4 shows that the switching element Q1 is turned on when the gate signal G1 is at a high level (H), and the switching element Q1 is turned off when the gate signal G1 is at a low level (L). Further, the switching element Q2 is turned on when the gate signal G2 is at a high level (H), and the switching element Q2 is turned off when the gate signal G2 is at a low level (L).
以下、説明を簡単にするため、マイクロコントローラー411、ゲートドライバー412、及びブートストラップ回路413の個別の動作説明を省略し、制御部41がゲート信号G1,G2を出力することによって、スイッチング素子Q1,Q2のオン、オフを制御するものとして説明する。
Hereinafter, in order to simplify the description, description of individual operations of the
制御部41は、共振周波数frの逆数として得られる共振周期Tcycの1/2より短いオン時間Tonと、デッドタイムTdとを加えた時間であるスイッチング周期Tsw毎に、オン時間Tonの間、スイッチング素子Q1をオンさせスイッチング素子Q2をオフさせる第2処理(タイミングt1〜t2)と、オン時間Tonの間、スイッチング素子Q1をオフさせスイッチング素子Q2をオンさせる第1処理(タイミングt3〜t4)とを交互に実行する。
The
制御部41は、第1処理と第2処理との間に、スイッチング素子Q1,Q2を両方ともオフさせるデッドタイムTdを設けることによって、スイッチング素子Q1,Q2が同時にオンして短絡電流が流れることを防止している。また、制御部41は、オン時間Tonを増減することによって、励磁コイル531に供給される電力量を調整する。
The
次に、誘導加熱装置40の共振動作について説明する。まず、制御部41は、タイミングt3において、ゲート信号G1をローレベル、ゲート信号G2をハイレベルにしてスイッチング素子Q1をオフ、スイッチング素子Q2をオンさせる。そうすると、図5において電流I1で示すように、電源部E1からスイッチング素子Q2、励磁コイル531、及びキャパシターC1へ電流が流れ、電流共振が開始される。
Next, the resonance operation of the
次に、タイミングt3からオン時間Tonが経過したタイミングt4において、制御部41は、スイッチング素子Q2をオフする。そうすると、図6において電流I2で示すように、励磁コイル531の逆起電力によって、ダイオードD1の順方向に電流I2が流れる。このとき、電圧Vsは、ダイオードD1の順方向電圧に等しいから、ほぼゼロに近い0.7V程度となっている。
Next, at timing t4 when the on-time Ton has elapsed from timing t3, the
次に、タイミングt4からデッドタイムTdが経過したタイミングt5において、制御部41は、ゲート信号G1をハイレベル、ゲート信号G2をローレベルにしてスイッチング素子Q2をオフにしたまま、スイッチング素子Q1をオンさせる。そうすると、スイッチング素子Q1は、電圧Vsがほぼゼロの状態でオンされるソフトスイッチングとなる結果、スイッチング素子Q1での電力損失が低減され、かつスイッチング素子Q1が劣化したり損傷したりするおそれが低減される。
Next, at the timing t5 when the dead time Td has elapsed from the timing t4, the
このように、ダイオードD1に順方向電流が流れて電圧Vsがほぼゼロになっているときに、スイッチング素子Q1をオンさせるように、スイッチング周期Tsw、オン時間Ton、及びデッドタイムTdが予め設定されている。オン時間Tonは、共振周期Tcycの1/2より短い時間となっている。 Thus, when the forward current flows through the diode D1 and the voltage Vs is almost zero, the switching cycle Tsw, the on time Ton, and the dead time Td are set in advance so that the switching element Q1 is turned on. ing. The on time Ton is shorter than 1/2 of the resonance period Tcyc.
また、タイミングt5においては、電圧Vsは設定電圧V1に満たないから、コンパレーター422は、ハイレベルの信号S3をアンドゲート421へ出力する。その結果、アンドゲート421からは制御信号S1と同じ信号が制御信号S1aとしてゲートドライバー412へ出力されるので、スイッチング素子Q1が強制オフ部42によって強制的にオフされることはない。
Further, at the timing t5, the voltage Vs does not reach the set voltage V1, so the
タイミングt5とタイミングt1とは同じ動作なので、以下、タイミングt5以降の動作はタイミングt1〜t3の信号波形を参照しつつ、説明する。タイミングt1(t5)以降、励磁コイル531とキャパシターC1との共振による電流I2が流れ、所定時間が経過すると、二次共振によって流れる電流の方向が反転する。このとき、既にスイッチング素子Q1がオンしているので、図7に示す電流I3が、スイッチング素子Q1を流れる。
Since the timing t5 and the timing t1 are the same operation, the operation after the timing t5 will be described below with reference to the signal waveforms at the timings t1 to t3. After timing t1 (t5), a current I2 due to resonance between the
そして、タイミングt1からオン時間Tonが経過したタイミングt2において、制御部41は、ゲート信号G1をローレベルにしてスイッチング素子Q1をオフさせる。そうすると、共振電流はスイッチング素子Q1を流れることができず、図8に電流I4として示すように、共振電流がダイオードD2を流れる。このとき、スイッチング素子Q2の両端子間の電圧は、ダイオードD2の順方向電圧に等しいから、ほぼゼロに近い0.7V程度となっている。
Then, at the timing t2 when the on-time Ton has elapsed from the timing t1, the
次に、タイミングt2からデッドタイムTdが経過したタイミングt3において、制御部41は、ゲート信号G2をハイレベルにしてスイッチング素子Q1をオフにしたまま、スイッチング素子Q2をオンさせる。そうすると、スイッチング素子Q2は、端子間電圧がほぼゼロの状態でオンされるソフトスイッチングとなる結果、スイッチング素子Q2での電力損失が低減され、かつスイッチング素子Q2が劣化したり損傷したりするおそれが低減される。
Next, at the timing t3 when the dead time Td has elapsed from the timing t2, the
このように、スイッチング素子Q2に対しても、ダイオードD2に順方向電流が流れてスイッチング素子Q2の両端子間の電圧がほぼゼロになっているときに、スイッチング素子Q2をオンさせるように、スイッチング周期Tsw、オン時間Ton、及びデッドタイムTdが予め設定されている。 As described above, the switching element Q2 is switched so that the switching element Q2 is turned on when a forward current flows through the diode D2 and the voltage between both terminals of the switching element Q2 is almost zero. A cycle Tsw, an on time Ton, and a dead time Td are set in advance.
以後、上述したタイミングt3以降の動作が繰り返される。図4において、タイミングt3〜t4の処理が、第1処理の一例に相当し、タイミングt1〜t2の処理が、第2処理の一例に相当している。 Thereafter, the operation after the timing t3 described above is repeated. In FIG. 4, processing at timings t3 to t4 corresponds to an example of the first processing, and processing at timings t1 to t2 corresponds to an example of the second processing.
図9は、共振周波数frの変動等のため、オン時間Tonが共振周期Tcycの1/2より長くなった場合の課題を説明するための説明図である。図9においては、誘導加熱装置40が強制オフ部42を備えていない場合についての動作を説明している。
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a problem when the on-time Ton is longer than ½ of the resonance period Tcyc due to fluctuations in the resonance frequency fr. In FIG. 9, the operation when the
まず、図4のタイミングt3と同様、図9のタイミングt13において、制御部41は、ゲート信号G1をローレベル、ゲート信号G2をハイレベルにしてスイッチング素子Q1をオフ、スイッチング素子Q2をオンさせる。そうすると、図5において電流I1で示すように、電源部E1からスイッチング素子Q2、励磁コイル531、及びキャパシターC1へ電流が流れ、電流共振が開始される。
First, similarly to the timing t3 in FIG. 4, at the timing t13 in FIG. 9, the
ここで、タイミングt13から共振周期Tcycの1/2が経過(タイミングt16)し、その後にタイミングt13からオン時間Tonが経過したタイミングt14において、制御部41は、スイッチング素子Q2をオフする。
Here, at time t14 when 1/2 of the resonance period Tcyc has elapsed from timing t13 (timing t16) and the on-time Ton has elapsed thereafter from timing t13, the
そうすると、図6において電流I2で示すように、励磁コイル531の逆起電力によって、ダイオードD1の順方向に電流I2が流れるのであるが、共振周期の開始に相当するタイミングt13から既に共振周期Tcycの1/2が経過しているため、デッドタイムTdが経過する前に、共振電流の向きが反転し、図8に示す電流I4がダイオードD2を流れ始める。そうすると、電圧Vsは、電源部E1の電源電圧Vin(=141V)に向かって上昇し、高電圧となる。
Then, as indicated by current I2 in FIG. 6, the current I2 flows in the forward direction of the diode D1 due to the back electromotive force of the
この状態でデッドタイムTdが経過し、タイミングt15になると、制御部41は、ゲート信号G1をハイレベルにしてスイッチング素子Q1をオンさせる。そうするとスイッチング素子Q1は、高電圧が両端子間に印加された状態でオンするいわゆるハードスイッチングとなる。そのため、スイッチング素子Q1が損傷するおそれがある。
In this state, when the dead time Td elapses and the timing t15 is reached, the
同様に、タイミングt11〜t12におけるオン時間Tonが共振周期Tcycの1/2より長くなると、タイミングt13において、スイッチング素子Q2がハードスイッチングされて、損傷するおそれがある。 Similarly, if the on-time Ton at the timings t11 to t12 is longer than ½ of the resonance period Tcyc, the switching element Q2 may be hard-switched and damaged at the timing t13.
図10は、スイッチング周期Tswの2倍の逆数であるスイッチング周波数fs(=1/(2×Tsw))と、励磁コイル531へ供給される電力すなわち定着装置28の発熱量との関係の一例を示すグラフである。
FIG. 10 shows an example of the relationship between the switching frequency fs (= 1 / (2 × Tsw)) that is the reciprocal of twice the switching period Tsw and the power supplied to the
図10の横軸はスイッチング周波数fsを示し、縦軸は励磁コイル531へ供給される電力を示している。また、励磁コイル531のインダクタンスを30μH、キャパシターC1の静電容量を0.68μFとしている。そうすると、共振周波数frは、約35kHzとなる。
The horizontal axis of FIG. 10 indicates the switching frequency fs, and the vertical axis indicates the power supplied to the
図10に示すように、スイッチング周波数fsと、励磁コイル531へ供給される電力との関係は、電源電圧Vinによって変化する他、ベルト263の温度によっても変化する。また、共振周波数frも、励磁コイル531及びキャパシターC1の部品特性のばらつき、組み立てばらつき、及びベルト263の温度の影響を受けて変化する。
As shown in FIG. 10, the relationship between the switching frequency fs and the power supplied to the
スイッチング周波数fsが共振周波数frよりも低くなると、オン時間Tonが共振周期Tcycの1/2より長くなって、ハードスイッチングを生じるおそれがある。従って、スイッチング周波数fsが、共振周波数frのばらつき範囲、例えば34kHz〜36kHzの範囲と重ならない範囲にスイッチング周波数fsを設定する必要がある。 If the switching frequency fs is lower than the resonance frequency fr, the on-time Ton becomes longer than ½ of the resonance period Tcyc, which may cause hard switching. Therefore, it is necessary to set the switching frequency fs so that the switching frequency fs does not overlap with the variation range of the resonance frequency fr, for example, the range of 34 kHz to 36 kHz.
上述のような特性ばらつき等を含めてスイッチング周波数fsが、共振周波数fr以下にならないようにするには、共振周波数frよりもスイッチング周波数fsが充分大きくなるように、充分大きなマージンをとればよい。 In order to prevent the switching frequency fs from being below the resonance frequency fr including the characteristic variation as described above, a sufficiently large margin may be provided so that the switching frequency fs is sufficiently larger than the resonance frequency fr.
しかしながら、図10に示すように、スイッチング周波数fsが小さく、共振周波数frに近い方が、励磁コイル531へ供給される電力が大きくなる。したがって、共振周波数frよりもスイッチング周波数fsが大きくなるように大きなマージンをとると、誘導加熱装置40が定着装置28を加熱する性能が低下することになる。
However, as shown in FIG. 10, the power supplied to the
そこで、誘導加熱装置40は、強制オフ部42を備えることで、スイッチング周波数fsを、共振周波数frに近いぎりぎりの周波数に設定することが容易にされている。これにより、定着装置28の発熱量を増大することが容易となる。
In view of this, the
図11は、図2に示す誘導加熱装置40の動作を説明するための信号波形図である。横軸は時間の経過を示している。タイミングt1〜t3の動作は、図4に示したタイミングt1〜t3と同様であるのでその説明を省略する。
FIG. 11 is a signal waveform diagram for explaining the operation of the
そして、部品の特性ばらつきや温度の影響などによって、共振周期Tcycの1/2がオン時間Tonより短くなると、タイミングt3から共振周期Tcycの1/2が経過し、その後にタイミングt3からオン時間Tonが経過したタイミングt4において、マイクロコントローラー411は、制御信号S2をローレベルにしてスイッチング素子Q2をオフする。
Then, when 1/2 of the resonance period Tcyc becomes shorter than the on-time Ton due to variations in the characteristics of parts, the influence of temperature, etc., 1/2 of the resonance period Tcyc elapses from the timing t3, and then the on-time Ton from the timing t3. At the timing t4 when elapses, the
そうすると、図6において電流I2で示すように、励磁コイル531の逆起電力によって、ダイオードD1の順方向に電流I2が流れるのであるが、共振周期の開始に相当するタイミングt3から既に共振周期Tcycの1/2が経過しているため、デッドタイムTdが経過する前に、共振電流の向きが反転し、図8に示す電流I4がダイオードD2を流れ始める。そうすると、電圧Vsは、電源部E1の電源電圧Vin(=141V)に向かって上昇し、高電圧となる。
Then, as indicated by current I2 in FIG. 6, the current I2 flows in the forward direction of the diode D1 due to the back electromotive force of the
この状態でデッドタイムTdが経過し、タイミングt5になると、マイクロコントローラー411は、制御信号S1をハイレベルにしてスイッチング素子Q1をオンしようとする。しかしながら、タイミングt5においては、電圧Vsは設定電圧V1(=50V)を超えているから、コンパレーター422は、ローレベルの信号S3をアンドゲート421へ出力する。その結果、アンドゲート421から出力される制御信号S1aはローレベルにされてゲートドライバー412へ出力される。
In this state, when the dead time Td elapses and the timing t5 is reached, the
その結果、マイクロコントローラー411の動作にかかわらず、スイッチング素子Q1は強制的にオフ状態に維持される。これにより、スイッチング素子Q1がハードスイッチングすることが防止されるので、スイッチング素子Q1が損傷するおそれが低減される。
As a result, regardless of the operation of the
さらに、上述したように、スイッチング素子Q1がオンしたときに、キャパシターCbが制御電圧15Vに充電される。そして、ゲートドライバー412は、ブートストラップ回路413の接続点P2の電圧をスイッチング素子Q2に印加することにより、制御電圧15Vをスイッチング素子Q2のエミッタ、ベース間に印加してスイッチング素子Q2をオンさせるようになっている。
Furthermore, as described above, when the switching element Q1 is turned on, the capacitor Cb is charged to the
そのため、強制オフ部42によってスイッチング素子Q1がオフ状態に維持されると、キャパシターCbが充電されないまま、キャパシターCbが例えば抵抗R1,R2等から放電することで、キャパシターCbの両端子間の電圧がスイッチング素子Q2をオンさせるために必要な電圧を下回る。その結果、ゲートドライバー412は、スイッチング素子Q2をオンさせることができなくなり、スイッチング素子Q2がオフする。
Therefore, when the switching element Q1 is maintained in the off state by the forced-off
このように、強制オフ部42がスイッチング素子Q1を強制的にオフさせることによって、スイッチング素子Q2もまたオフする結果、スイッチング素子Q1,Q2でハードスイッチングが生じるおそれを低減できる。
As described above, the forced-off
なお、強制オフ部42を低電圧側のスイッチング素子Q1に対してのみ設ける例を示したが、強制オフ部42を高電圧側のスイッチング素子Q2に対しても設けてもよい。そして、スイッチング素子Q2の両端子間電圧が設定電圧V1を超えたとき、強制的にスイッチング素子Q2をオフさせるようにしてもよい。
In addition, although the example which provides the forced OFF
なお、図12に示す誘導加熱装置40aのように、スイッチング素子Q2と励磁コイル531との直列回路と並列に、キャパシターC2を設けてもよい。キャパシターC2はキャパシターC1と略同一の静電容量にされている。これにより、電源電圧VinがキャパシターC1,C2で分圧されて、その分圧された電圧が励磁コイル531の一端に印加されることで、共振の安定性が向上する。
In addition, you may provide the capacitor C2 in parallel with the series circuit of the switching element Q2 and the
また、スイッチング素子Q1と並列に接続されたキャパシターC3と、スイッチング素子Q2と並列に接続されたキャパシターC4とをさらに備えてもよい。これにより、共振の安定性が向上する。 Further, a capacitor C3 connected in parallel with the switching element Q1 and a capacitor C4 connected in parallel with the switching element Q2 may be further provided. This improves the stability of resonance.
なお、図12に示す誘導加熱装置40aにおいて、キャパシターC2を備えない構成としてもよく、キャパシターC3,C4を備えない構成としてもよい。
In addition, in the
1 画像形成装置
2 本体部
3 スタックトレイ
18 原稿搬送機構
21 画像形成部
22 感光体ドラム
23 光学ユニット
24 現像部
25 転写部
26 ベルトユニット
27 加圧ローラ
28 定着装置
29 排出トレイ
30,31 搬送ローラ対
32 用紙搬送路
38 搬送ローラ対
40,40a 誘導加熱装置
41 制御部
42 強制オフ部
200 プラットフォーム
201 コイル支持部
261,262 ローラ
263 ベルト
411 マイクロコントローラー
412 ゲートドライバー
413 ブートストラップ回路
421 アンドゲート
422 コンパレーター
530 コイルユニット
531 励磁コイル
533 サイドコア
534 アーチコア
535 センタコア
538 導電性シャフト
539 磁性筒
B1,B2 バッファ
C1,C2,C3,C4,Cb キャパシター
D1,D2,D3 ダイオード
E1 電源部
E2 制御電源
E3 基準電圧源
fr 共振周波数
fs スイッチング周波数
G1,G2 ゲート信号
IL コイル電流
P 用紙
Q1,Q2 スイッチング素子
R1,R2,Rb 抵抗
S1,S1a,S2 制御信号
S3 信号
SW1,SW2 スイッチング素子
Tcyc 共振周期
Td デッドタイム
Ton オン時間
Tsw スイッチング周期
V1 設定電圧
Vin 電源電圧
Vs 電圧
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1直列回路の両端間に、予め設定された電源電圧を印加する電源部と、
被加熱体を電磁誘導により加熱する励磁コイルと第1キャパシターとの直列回路であって、かつ前記第1スイッチング素子と並列に接続された第2直列回路と、
前記第1スイッチング素子と並列に、前記電源電圧に対して逆方向となる向きに接続された第1ダイオードと、
前記第2スイッチング素子と並列に、前記電源電圧に対して逆方向となる向きに接続された第2ダイオードと、
前記第2直列回路によって生じる共振の共振周期の1/2より短いオン時間と前記第1及び第2スイッチング素子を共にオフさせるべき時間として予め設定されたデッドタイムとを加えた時間であるスイッチング周期毎に、前記オン時間の間前記第1スイッチング素子をオフさせ前記第2スイッチング素子をオンさせる第1処理と、前記オン時間の間前記第1スイッチング素子をオンさせ前記第2スイッチング素子をオフさせる第2処理とを交互に実行することによって、電流共振を生じさせる制御部と、
前記第1スイッチング素子の両端間の電圧が、予め設定された設定電圧を超えているとき、前記制御部の処理に関わらず強制的に前記第1スイッチング素子をオフさせる強制オフ部とを備える誘導加熱装置。 A first series circuit in which a first switching element and a second switching element are connected in series;
A power supply unit that applies a preset power supply voltage between both ends of the first series circuit;
A second circuit that is a series circuit of an exciting coil and a first capacitor that heats the object to be heated by electromagnetic induction, and is connected in parallel with the first switching element;
A first diode connected in parallel with the first switching element in a direction opposite to the power supply voltage;
A second diode connected in parallel with the second switching element in a direction opposite to the power supply voltage;
A switching cycle that is a time obtained by adding an ON time shorter than ½ of a resonance cycle of resonance generated by the second series circuit and a dead time set in advance as a time to turn off both the first and second switching elements. Every time, a first process of turning off the first switching element and turning on the second switching element during the on time, and turning on the first switching element and turning off the second switching element during the on time. A controller that causes current resonance by alternately executing the second process;
An induction including a forcible off unit that forcibly turns off the first switching element regardless of the processing of the control unit when the voltage across the first switching element exceeds a preset voltage. Heating device.
前記第1直列回路において、前記第1スイッチング素子よりも高電位側に配置されており、前記第2スイッチング素子のオン、オフを制御するための制御端子を備え、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との接続点と前記制御端子との間に、所定の制御電圧以上の電圧が印加されたときにオンするスイッチング素子であり、
前記制御部は、
起動用キャパシターと第3ダイオードと抵抗とが直列接続されたブートストラップ回路と、
前記制御電圧以上の出力電圧を出力端子から出力する制御電源とを備え、
前記起動用キャパシターの一端が前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との接続点に接続され、前記起動用キャパシターの他端が前記第3ダイオードのカソードに接続され、前記第3ダイオードのアノードが前記抵抗を介して前記出力端子に接続され、
前記制御部は、
前記起動用キャパシターに充電された充電電圧を前記制御端子に印加することによって、前記第2スイッチング素子をオンさせる請求項1記載の誘導加熱装置。 The second switching element is
The first series circuit includes a control terminal that is disposed on a higher potential side than the first switching element and controls on / off of the second switching element, and includes the first switching element and the first switching element. 2 is a switching element that is turned on when a voltage equal to or higher than a predetermined control voltage is applied between the connection point of the switching element and the control terminal,
The controller is
A bootstrap circuit in which a starting capacitor, a third diode, and a resistor are connected in series;
A control power supply that outputs an output voltage equal to or higher than the control voltage from an output terminal;
One end of the starting capacitor is connected to a connection point between the first switching element and the second switching element, the other end of the starting capacitor is connected to a cathode of the third diode, and an anode of the third diode Is connected to the output terminal via the resistor,
The controller is
The induction heating device according to claim 1, wherein the second switching element is turned on by applying a charging voltage charged in the starting capacitor to the control terminal.
前記第2スイッチング素子と並列に接続された第4キャパシターとをさらに備える請求項1〜3のいずれか1項に記載の誘導加熱装置。 A third capacitor connected in parallel with the first switching element;
The induction heating device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a fourth capacitor connected in parallel with the second switching element.
トナー像が形成された用紙を加熱することにより、前記トナー像を前記用紙に定着させる前記被加熱体としての加熱部材とを備える定着装置。 The induction heating device according to any one of claims 1 to 4,
A fixing device comprising: a heating member as the heated body that fixes the toner image on the paper by heating the paper on which the toner image is formed.
前記用紙にトナー像を形成する画像形成部とを備え、
前記加熱部材は、
前記画像形成部によって前記トナー像が形成された用紙を加熱することにより、前記トナー像を前記用紙に定着させる画像形成装置。 A fixing device according to claim 5;
An image forming unit that forms a toner image on the paper;
The heating member is
An image forming apparatus for fixing the toner image on the paper by heating the paper on which the toner image is formed by the image forming unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011072494A JP5624924B2 (en) | 2011-03-29 | 2011-03-29 | Induction heating apparatus, fixing apparatus, and image forming apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011072494A JP5624924B2 (en) | 2011-03-29 | 2011-03-29 | Induction heating apparatus, fixing apparatus, and image forming apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012209055A true JP2012209055A (en) | 2012-10-25 |
JP5624924B2 JP5624924B2 (en) | 2014-11-12 |
Family
ID=47188635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011072494A Active JP5624924B2 (en) | 2011-03-29 | 2011-03-29 | Induction heating apparatus, fixing apparatus, and image forming apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5624924B2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014124016A (en) * | 2012-12-20 | 2014-07-03 | Kyocera Document Solutions Inc | Resonance control circuit, fixing device, and image forming apparatus |
EP2830391A1 (en) * | 2013-07-26 | 2015-01-28 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Induction heating device |
JP2016024366A (en) * | 2014-07-22 | 2016-02-08 | キヤノン株式会社 | Fixation device |
JP2019124950A (en) * | 2019-03-01 | 2019-07-25 | キヤノン株式会社 | Fixation device |
JP7042396B2 (en) | 2018-09-28 | 2022-03-28 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Induction heating cooker |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07263134A (en) * | 1994-03-25 | 1995-10-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Induction heating cooker |
JP2004004205A (en) * | 2002-05-30 | 2004-01-08 | Canon Inc | Fixing device and image forming device |
JP2004048945A (en) * | 2002-07-15 | 2004-02-12 | Hitachi Ltd | Resonant circuit and power conversion system using the same |
JP2011058445A (en) * | 2009-09-11 | 2011-03-24 | Daikin Industries Ltd | Method for operating compressor and device for driving compressor |
-
2011
- 2011-03-29 JP JP2011072494A patent/JP5624924B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07263134A (en) * | 1994-03-25 | 1995-10-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Induction heating cooker |
JP2004004205A (en) * | 2002-05-30 | 2004-01-08 | Canon Inc | Fixing device and image forming device |
JP2004048945A (en) * | 2002-07-15 | 2004-02-12 | Hitachi Ltd | Resonant circuit and power conversion system using the same |
JP2011058445A (en) * | 2009-09-11 | 2011-03-24 | Daikin Industries Ltd | Method for operating compressor and device for driving compressor |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014124016A (en) * | 2012-12-20 | 2014-07-03 | Kyocera Document Solutions Inc | Resonance control circuit, fixing device, and image forming apparatus |
EP2830391A1 (en) * | 2013-07-26 | 2015-01-28 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Induction heating device |
JP2016024366A (en) * | 2014-07-22 | 2016-02-08 | キヤノン株式会社 | Fixation device |
JP7042396B2 (en) | 2018-09-28 | 2022-03-28 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Induction heating cooker |
JP2019124950A (en) * | 2019-03-01 | 2019-07-25 | キヤノン株式会社 | Fixation device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5624924B2 (en) | 2014-11-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5624924B2 (en) | Induction heating apparatus, fixing apparatus, and image forming apparatus | |
JP6671871B2 (en) | Fixing device | |
JP2008096912A (en) | Image forming apparatus | |
US10775732B2 (en) | Power supply circuit and image forming apparatus | |
JP2010277921A (en) | Induction heating device, fixing device, and image forming device | |
US7738804B2 (en) | Image forming apparatus | |
JP4828349B2 (en) | Image forming apparatus | |
JP6562599B2 (en) | Fixing device | |
US8644722B2 (en) | Fixing device and image forming apparatus with the same | |
JP5873792B2 (en) | Resonance control circuit, fixing device, and image forming apparatus | |
JP5323585B2 (en) | Induction heating apparatus, fixing apparatus, and image forming apparatus | |
JP6562618B2 (en) | Power supply device and image forming apparatus | |
JP2011096605A (en) | Heater drive device and image forming apparatus | |
JP5199158B2 (en) | Electromagnetic induction heating inverter device, fixing device including the same, and image forming apparatus | |
JP2012173365A (en) | Image forming apparatus | |
JP6667695B2 (en) | Fixing device | |
JP4949769B2 (en) | Image forming apparatus | |
JP2009278836A (en) | Switching power circuit and image forming apparatus | |
JP2008185859A (en) | Electromagnetic induction heating inverter apparatus, and fixing device and image forming apparatus equipped with the inverter apparatus | |
JP5530617B2 (en) | Power supply | |
JP6362491B2 (en) | Fixing device | |
JP2008039923A (en) | Image forming apparatus | |
JP4956082B2 (en) | Image forming apparatus | |
JP5242031B2 (en) | Fixing device, image forming apparatus | |
JP2022047905A (en) | Image forming apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130222 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140131 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140204 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140404 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140902 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140929 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5624924 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |