JP3001227B2 - 商用電源の周波数検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は商用電源の周波数検出装置に関し、例えば
複写機の露光ランプ電圧制御時、あるいは定着ヒータに
よる定着ローラ温度制御時などの制御係数決定のため
や、機器が規格外の商用電源に接続された場合の異常動
作を防止するため等に利用される。

〔従来の技術〕

従来、このような商用電源の周波数検出は、ある一定
期間に入力されるゼロクロス信号（AC信号がその平均DC
レベルをクロスするのを検出するゼロクロス検出回路に
よつてゼロクロス毎に出力されるパルス信号）をカウン
トして行ない、検出された周波数がある範囲以内であれ
ば正常電源周波数と判断し、それ以外であると電源周波
数異常と判断していた。

ところで、複写機の露光ランプ電圧制御や定着ローラ
温度制御等は、商用電源を位相制御しながら行つている
ものが多い。

例えば、後通電方式で位相制御を行つているランプ電
圧の実効値を求める場合は、マイクロコンピユータによ
り、商用電源の周波数の２分の１の半サイクル毎に、露
光ランプONからゼロクロスポイントでのOFFまで一定時
間間隔毎に露光ランプ電圧をサンプリングし、さらにサ
ンプリングされた個々のデータを二乗してその値をすべ
て加算し、この二乗積和された値を周波数によつて決ま
る定数で割り、平方根をとつて実効値電圧としている。

さらに、マイクロコンピユータはその検出された実効
値電圧と目標とする露光ランプ電圧を比べて通電角を制
御し、出力電圧の実効値が目標電圧と等しくなるように
制御を行つている。

ここで、周波数によつて決まる定数と記述したが、周
波数とは商用電源の周波数のことを云う。

商用電源の周波数は、東日本やローヨツパ等の50Hz
と、西日本やアメリカ等の60Hzに大別できる。

50/60Hzの切り替えは、スイツチなどにより製造時あ
るいは設置時に人為的に行われてきた。最近では、ある
一定時間に検出されるゼロクロス信号の発生回数をカウ
ントし、55Hz以下の信号発生状況であれば接続されてい
る商用電源は50Hzであると判断し、56Hz以上であれば60
Hzであると判断出来る。

また、例えば45Hz以下のゼロクロス信号の検出や66Hz
を超えるようなゼロクロス信号の検出状況では、検出異
常と判断して警告を発生するものもある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この様な場合は商用電源の周波数が異
常と言うよりも、商用電源にスパイク性のノイズが混入
したり、ゼロクロス検出回路にノイズが混入して異常と
みなされてしまう場合が殆どである。

ノイズが混入した場合はゼロクロス信号のカウント値
が増加する。60Hzの場合カウント値が増加しても、上記
検出異常の判断により65Hzを超えていれば異常とし、再
度計測し直すことが出来る。またノイズによつて3,4Hz
多くなつても60Hzと判断することが出来る。

ところが、50Hzの商用電源にスパイク性のノイズが混
入した場合には、カウント値が増加するため60Hzと誤判
断してしまう場合がある。

前述のように55Hz以下を50Hzと判断し,56Hz以上を60H
zと判断する場合には、真のゼロクロスに対して１割を
超えるノイズによるゼロクロスの誤検知があると、50Hz
の商用電源に接続されているにも関わらず60Hzと判断し
てしまうことになる。

この様に、50Hzの電源周波数をを60Hzとみなして露光
ランプ電圧制御を行つた場合、周波数によつて決まる定
数が実際の周波数に対してマツチングがとれなくなるた
めに、例えば、62Vrmsのランプ電圧を出力しているにも
関わらず、マイクロコンピユータでの計算結果は70Vrms
となつたりする。

そして、目標値と計算結果が一致するように制御する
ために、目標値が70Vrmsの場合は出力OKとみなし、実際
は62Vrmsしか出力されていないのに、現在の出力電圧を
維持しようとする。

このように、ランプ電圧が低く制御されると複写され
る画像は濃くなり、適正濃度の画像が得られなくなる。

また、現像器内のトナー濃度を作像したテストパツチ
の濃さでコントロールするものなどでは、テストパツチ
を作像したものが基準よりも濃くなるために、現像器内
のトナー濃度を低くしようとする。トナー濃度が低くな
ると、２成分現像のシステムでは現像剤が流出すると云
う不具合が起きてしまう。

さらに、周波数検出は常に行う必要はなく、通常電源
投入時に１回行なう。ところが、電源投入時は各種負荷
をイニシヤライズするために、例えば、レンズを等倍に
するためにステツピングモータを動作させたり、給紙ト
レイを上昇させるためにモータを回転させたりして、ノ
イズが発生し易い環境にある。

この発明は上記のような従来の問題点に鑑みてなされ
たものであり、上述のようにゼロクロス信号にノイズが
加わつていても、なるべくその影響を受けないように
し、且つゼロクロス信号のカウント値によつて検出され
る商用電源の周波数（50Hzあるいは60Hz）の検出結果が
有効か否かが精度良く判断できるようにして、露光ラン
プ制御等を接続された商用電源の周波数に合わせて正確
に行なえるようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明による商用電源の周波数検出装置は、上記の
目的を達成するため、商用電源のAC信号がその平均DCレ
ベルをクロスする毎にゼロクロス信号を発生するゼロク
ロス信号生成回路と、該ゼロクロス信号生成回路からゼ
ロクロス信号が発生する毎に、該ゼロクロス信号をカウ
ントする第１のカウンタと、この第１のカウンタがカウ
ントを開始した後、予め設定した上記ゼロクロス信号の
周期より短かい所定期間だけ該第１のカウンタのカウン
ト動作を停止させ、その間に発生する上記ゼロクロス信
号生成回路からのゼロクロス信号を第２のカウンタによ
つてカウントさせる手段と、上記第１のカウンタのカウ
ント値によつて商用電源の周波数を検出すると共に、上
記第２のカウンタのカウント値によつてその検出された
周波数が有効か否かを判断する手段とを備えたものであ
る。

〔作 用〕

第１のカウンタがカウントを開始した後、予め設定し
たゼロクロス信号の周期より短かい所定期間だけそのカ
ウント動作を停止させることによつて、ゼロクロス信号
に混入するチヤタリング等のノイズによるパルスをカウ
ントしてしまうことによる商用電源周波数の誤検知を防
止することができる。

さらに、第１のカウンタがカウント動作を停止してい
る間に入力されるゼロクロス信号（上記ノイズによつて
発生するゼロクロス信号も含む）を第２のカウンタによ
つてカウントすることにより、そのカウント値が設定値
以上であれば、周期的なノイズの混入あるいは電源周波
数が異常に高いことになるので、第１のカウンタのカウ
ント値による周波数の検出結果が有効でないと判断する
ことができる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて具体的に説
明する。

第１図は、この発明による商用電源の周波数検出装置
を設けた複写機の露光ランプ制御部のブロツク回路図で
ある。

この回路は、AC電源１を接続するACドライブ板２と、
これを制御する光学AC制御板３、及びリレー４とOR回路
５等によつて構成されている。

ACドライブ板２は、AC電源１に対してトライアツク６
と露光ランプ７とリレー接点4aを直列に接続しており、
一次側をAC電源１に並列に接続した降圧用トランスＴの
２次側出力をゼロクロス信号生成回路８に印加してい
る。

ゼロクロス信号生成回路８は、入力されるAC信号がそ
の平均DCレベルをクロスするのを検出して、その検出毎
にゼロクロス信号（パルス信号）を出力する 例えば、AC電源１として50Hzの商用電源に接続された
場合、ACの１サイクルに２回平均DCレベルをクロスする
ので、このゼロクロス信号生成回路８から10msecに１パ
ルスの割合でゼロクロス信号が出力され、ゼロクロス信
号の周期が10msecになる。また、AC電源１として60Hzの
商用電源に接続された場合は、8.33msecに１パルスの割
合でゼロクロス信号が出力され、ゼロクロス信号の周期
が8.33msecになる。

この、ゼロクロス信号は、光学AC制御板３に送られ、
インバータ12によつて反転されてマイクロコンピユータ
11の割り込み端子NMIに入力される。

マイクロコンピユータ11はこのゼロクロス信号の立ち
上りで割り込みがかかり、割り込み処理を行う。

また、出力端子P16から露光ランプON/OF信号を出力し
て、OR回路５を介してリレー４を制御し、露光ランプ７
の点灯／消灯の制御を行なう。

リレー４の接点4aをONにして、露光ランプ７を点灯状
態にしているとき、露光ランプトリガが同じマイクロコ
ンピユータ11の出力ポートP10から出力される。

その露光ランプトリガによつて、アンプ13及びドライ
ブ回路９を介してトライアツク６をトリガして導通さ
せ、露光ランプ７の両端に電圧を印加させる。

そして、露光ランプ７に印加された電圧を、降圧・整
流回路10にて全波整流した後マイクロコンピユータ11の
アナログデジタル（A/D）変換入力の許容入力電圧まで
電圧を降圧させ、マイクロコンピユータ11のA/D変換入
力端子AN0に入力させる。

この電圧は、マイクロコンピユータ11内でA/D変換さ
れ、露光ランプトリガをONにした時点からゼロクロス割
り込みがかかるまでの間、一定時間間隔でサンプリング
される。

このサンプリングの目的は、出力した露光ランプ電圧
の実効値電圧を計測するためである。

実効値の計算方法は、サンプリングされた電圧を二乗
し、それぞれを加算（二乗積和）し、50Hzと60Hzではサ
ンプリングの回数が異なつてくるのでそれを補正するた
め、50Hz,60Hzそれぞれ特有の定数で割り、平方根を取
ることによつてなされる。

50Hzと60Hzでサンプリング回数が異なつてくると述べ
たが、例えば100μsecインターバルでA/D変換が行われ
ていて、50Hzも60Hzも1/4サイクル分をサンプリングす
ると仮定すると、50Hzでは50回のサンプリングが可能で
あり、60Hzでは41回のサンプリングが可能となる。

マイクロコンピユータ11は、出力目標とするランプ実
効値電圧と前述したA/D入力のサンプリングによる実効
値電圧とを比較し、ゼロクロス割り込みからスタートす
る露光ランプトリガ出力タイミング計測用の位相角タイ
マのタイマ値を決定する。

このタイマがオーバーフローすることによつてタイマ
割り込みがかかり、割り込み内で露光ランプトリガをON
する。

以上のようなフイードバツク回路構成とソフトウエア
によつて露光ランプ７は制御されているが、制御方法は
最も簡単な比例制御（Ｐ制御）、この比例制御に積分項
を加えた比例積分制御（PI制御）、さらに微分項を加え
た比例微積分制御（PID制御）等が使用されることが多
い。

第２図は、第１図に示したブロツク回路図中の波形チ
エツクポイントa,b,d,eの信号波形と位相タイマの動作
との関係を示す。

さて、この実施例による周波数計測は、マイクロコン
ピユータ11の割り込み端子NMIに一定期間内に入力され
るゼロクロス信号をカウントし、接続されたAC電源の周
波数を判定するのである。ここでは説明し易いように、
上記一定期間を500msecとする。つまり、ACの１サイク
ルで２回ゼロクロスがあるので、50Hzの商用電源では、
通常500msec間に50回のゼロクロス信号の入力があり、6
0Hzの商用電源では60回のゼロクロス入力がある。

この周波数計測は、電源投入時に一度周波数を計測
し、その情報を基に制御を行うのが一般的である。とこ
ろが、電源投入時には複写機は各負荷をイニシアライズ
する。例えば、光学系レンズを等倍に設定するためにレ
ンズ駆動モータを回転させたり、給紙トレイの上昇を行
うためにモータを回転させる。

この時、種々の負荷が同時に動作するのでノイズを発
生しやすく、ゼロクロス信号にもノイズがのりやすくな
つてしまう。

前述のように55Hzを境に、検出されたゼロクロス割り
込み回数が55Hz以下であれば50Hzと判断し、これを超え
る値であれば60Hzと判断するだけでは、50Hzの電源に接
続されていても、500msec間の周波数計測期間に割り込
みがかかるレベルのノイズが６回以上ゼロクロス信号に
混入してしまうと、60Hzと誤判断してしまうことにな
る。

そこで、この実施例においては、周波性計測時にこの
ようなノイズによる誤検知を防止するために、以下に説
明するような方法をとつている。

周波数測定モードになつたら、ゼロクロス割り込みに
てチヤタリングタイマ（TIMZX）をスタートさせる。

このタイマは、7.5msec間はカウントするが7.5msecを
オーバするとリセツトされて「０」になる。このタイマ
はタイマ割り込みにてカウントされている。

次回からのゼロクロス割り込みでは、このチヤタリン
グタイマ（TIMZX）が「０」のとき、周波数を判定する
ための第１のカウンタである周波数カウンタ（CNTFRQ）
を＋１する。また、このチヤタリングタイマ（TIMZX）
が「０」でない、つまりタイマカウントアツプ中は、第
２のカウンタである周波数エラーカウンタ（CNTFER）を
＋１する。

したがつて、最小でも7.5msec毎にしか周波数カウン
タ（CNTFRQ）はカウントアツプされないため、500msec/
7.5msecの計算による値は最大でも66である。

すなわち、この実施例ではこの7.5msecが、予め設定
したゼロクロス信号の周期（前述した10msecあるいは8.
33msec）より短かい所定期間であり、第１のカウンタで
ある周波数カウンタ（CNTFRQ）がカウントを開始した
後、この所定期間だけそのカウント動作を停止させるこ
とになる。

ところで、周波数エラーカウンタ（CNTFER）を使用し
なくても、7.5msecのチヤタリングタイマがあるのであ
る程度の周期性のないノイズは除去できるが、商用周波
数以外の電源に接続されて、ゼロクロス信号が300Hzに
なつても400Hzになつても最大66回のゼロクロスカウン
トしか行わないため、60Hzと判断してしまうことにな
る。

また、50Hzの場合、最初の真のゼロクロス信号から、
約8.3msecピツチで周期的にノイズずが混入したときな
どには、真のゼロクロス信号を検知できなくなり、60Hz
と誤検知してしまう場合もあり得る。

この様な不具合を解消するために、周波数エラーカウ
ンタ（CNTFER）がある。

すなわち、チヤタリング防止期間内に入力された信号
をカウントし、このカウント値がある一定の値以上であ
れば誤計測と判断する。この実施例では４カウント以上
のカウントが確認されたときには誤計測と判断し、再度
の周波数計測を行うことにしている。

これにより、例えば前述のように300Hzの電源に接続
された場合には、周波数エラーカウンタ（CNTFER）が約
234カウントとなるので、誤検知と判断することが出来
る。

また、8.3msecの周期でノイズが混入したときなど
も、周波数エラーカウンタ（CNTFER）は50前後の値をカ
ウントすることになるので、誤検知と判断することがで
きる。

その他、ときどき混入するノイズに対しても、チヤタ
リング防止期間であればカウントすることができるの
で、周波数の誤検知判断に対して有効である。

なお、誤検知と判断した場合は、再度周波数計測を行
うが、何度再計測を行つても誤検知する場合は、周波数
異常として警告表示を行うようにしてもよい。

第３図は、電源波形とそのゼロクロス信号及びノイズ
（＊印を付して示す）、並びに周波数カウンタ（CNTFR
Q）と周波数エラーカウンタ（CNTFER）のカウントタイ
ミングを示すタイムチヤートである。

そして、この第３図に斜線で示す期間はチヤタリング
タイマによつて周波数カウントとして入力されない期間
であり、この間のゼロクロス端子割り込みは周波数カウ
ンタ（CNTFRQ）によつてカウントされず、すべて周波数
エラーカウンタ（CNTFER）によつてカウントされる。

第４図は、第１図のマイクロコンピユータ11によつて
実行されるゼロクロス信号端子割り込みの処理を示すフ
ローチヤートである。

周波数測定モードの時は、チヤタリングタイマの値に
よつて、周波数カウンタ（CNTFRQ）をカウントアツプす
るか、周波数エラーカウンタ（CNTFER）をカウントアツ
プするかに分岐する。

周波数測定モードが完了すると、通常の露光ランプ電
圧制御を実行する。

この実施例ではゼロクロスでOFFする後通電方式の位
相制御を行つているので、露光ランプをOFFするために
ランプトリガをOFFする。

次いで、実効値検出のためのA/Dサンプリングを停止
して、実効値電圧の計算を開始する。

そして、求められた実効値電圧と目標電圧とを比較し
て、新しい位相角タイマ値を決定し、位相角タイマをス
タートさせる。

なお、ここには記述されていないフローにて、先に決
定された位相角タイマ値に、スタートした位相角タイマ
の値が到達したら、露光ランプトリガをONして露光ラン
プを点灯させる。

第５図は、同じく第１図のマイクロコンピユータ11に
よつて実行されるタイマ割り込み処理のフローチヤート
である。

まず、周波数測定モードか否かをチエツクし、測定期
間すなわち500msec経過していない状態では、チヤタリ
ングタイマを7.5msecまでカウントし、7.5msecまでカウ
ントしたらリセツトする動作を繰り返す。

周波数測定期間の500msecが経過したら、ゼロクロス
信号割り込みでカウントアツプする周波数エラーカウン
タ（CNTFER）をチエツクする。

チヤタリング防止期間に４発以上のゼロクロス入力が
あれば周波数誤検知と判断して、再度周波数測定モード
をスタートさせる。

この再設定を５回行うと、すなわち５回測定しても周
波数誤検知と判断したならば、周波数異常と判断し警告
を発生する。

一方、周波数エラーカウンタ（CNTFER）のカウント値
が３以下の値であれば周波数カウンタ（CNTFRQ）のカウ
ント数をチエツクし、「45」以下であれば、やはり誤検
知と判断して周波数測定モードを再設定する。

周波数エラーカウンタ（CNTFER）のカウント値が「5
5」を超えた場合は、以後の制御を60Hzで行うために60H
z制御フラグをセツトする。55カウント以下であれば50H
z制御フラグをセツトする。

機器の接続されている商用周波数が50Hzか60Hzを判定
したところで、一連の周波数測定モードを終了する。

すなわち、この実施例では、周波数測定モードの時は
第１図のマイクロコンピユータ11が、この発明による周
波数検出装置におけるゼロクロス信号生成回路８からの
ゼロクロス信号をカウントする第１のカウンタ（周波数
カウンタ）と、その第１のカウンタがカウントを開始し
た後、予め設定したゼロクロス信号の周期より短かい所
定期間だけ第１のカウンタのカウント動作を停止させ、
その間に発生するゼロクロス信号を第２のカウンタ（周
波数エラーカウンタ）によつてカウントさせる手段と、
第１のカウンタのカウント値によつて商用電源の周波数
を検出すると共に、第２のカウンタのカウント値によつ
てその検出された周波数が有効か否かを判断する手段の
各機能を果たす。

このように、この実施例によれば、複写機に接続され
た商用電源の周波数を正確に検出することができるの
で、露光ランプ電圧の制御を接続された商用電源の周波
数に合わせて正しく切り換えることができでき、複写機
本来の性能を常に発揮させることができる。

なお、この発明は複写機の定着ヒータによる定着ロー
ラ温度制御時における制御係数決定のための商用電源の
周波数検出等にも同様に適用でき、さらに機器が規格外
の商用電源に接続された場合の異常動作を防止するため
等にも利用できる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明によれば、商用電
源の周波数計測時のゼロクロス信号にノイズが加わつて
いても、そのゼロクロス信号のカウント値によつて50Hz
又は60Hzと検出された周波数の検出結果が有効なものか
否かを精度良く判断し、露光ランプ制御等を接続された
商用電源の周波数に合わせて正確に実行することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である複写機の露光ランプ
制御部のブロツク回路図、 第２図及び第３図は同じくその作用を説明するための波
形等を示すタイミング図、 第４図及び第５図は第１図におけるマイクロコンピユー
タ11が実行するゼロクロス信号端子割り込み処理及びタ
イマ割り込み処理のフロー図である。 １……AC電源（商用電源）、２……ACドライブ板 ３……光学AC制御板、４……リレー ６……トライアツク、７……露光ランプ ８……ゼロクロス信号生成回路 10……降圧・整流回路、11……マイクロコンピユータ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】商用電源のAC信号がその平均DCレベルをク
   ロスする毎にゼロクロス信号を発生するゼロクロス信号
   生成回路と、該ゼロクロス信号生成回路からゼロクロス
   信号が発生する毎に、該ゼロクロス信号をカウントする
   第１のカウンタと、この第１のカウンタがカウントを開
   始した後、予め設定した前記ゼロクロス信号の周期より
   短かい所定期間だけ該第１のカウンタのカウント動作を
   停止させ、その間に発生する前記ゼロクロス信号生成回
   路からのゼロクロス信号を第２のカウンタによつてカウ
   ントさせる手段と、前記第１のカウンタのカウント値に
   よつて前記商用電源の周波数を検出すると共に、前記第
   ２のカウンタのカウント値によつて該検出された周波数
   が有効か否かを判断する手段とを備えたことを特徴とす
   る商用電源の周波数検出装置。