JP3576735B2 - 電力制御装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力制御装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機やレーザビームプリンタなど電子写真プロセスを利用した画像記録装置で熱定着を行う場合、複数のハロゲンランプ（ヒータ）に電力を供給する電力制御装置が知られている。
【０００３】
このような電力制御装置は交流電源の電圧変動にかかわらずヒータの消費電力を常に一定にする定電圧出力回路を有しており、ヒータ表面温度のオーバシュートやリップルを防止する。
【０００４】
また、画像記録装置と同一のコンセントから電力が供給される照明器具が存在する場合、電源インピーダンスによってはヒータのオンオフ時に電流の急激な増減により照明器具がちらつく等のフリッカ現象を生じるので、従来の電力制御装置では、所定の時定数でもって徐々に定電圧出力回路の出力電圧を上げたり下げたりすることによりヒータのオンオフ時に電流の急激な増減を無くしてフリッカ現象を防止していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電力制御装置では、１つの定電圧出力回路に複数のヒータが接続されるので、複数のヒータが全てオフ状態からその一部もしくは全てをオンにする時、あるいは一部もしくは全てのヒータがオン状態から全てをオフにする時、定電圧出力回路の出力電圧を所定の時定数でもって徐々に上げたり下げたりすることにより電流の急激な増減を無くすことができるが、一部のヒータがオン状態にある場合に別のヒータをオンにする時や、オン状態にある複数のヒータの一部をオフする時などでは定電圧出力回路が既に出力している状態で新たにヒータを定電圧出力回路に接続したり遮断することとなるので、この時には急激な電流の増減が発生してフリッカ現象を生じてしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は一部の通電対象がオン状態にありさらに別の通電対象をオンにする時や、オン状態にある複数の通電対象の一部をオフする時などでも電流の急激な増減を抑制できる電力制御装置および方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の電力制御装置は、複数の通電対象に電力を供給する電力供給手段と、該電力供給手段および前記各通電対象間にそれぞれ設けられ、該電力供給手段および前記通電対象間を接続あるいは遮断に切り替える複数のスイッチング手段とを備えた電力制御装置において、前記複数のスイッチング手段により前記電力供給手段および前記複数の通電対象間の少なくとも１つが接続あるいは遮断に切り替えられる前、該電力供給手段の出力電圧を所定の立ち下がり時定数で所定値以下に降下させる電圧降下手段と、前記複数のスイッチング手段により前記電力供給手段および前記複数の通電対象間の少なくとも１つが接続あるいは遮断に切り替えられた後、前記電力供給手段から電力供給すべき前記通電対象がある場合、該電力供給手段の出力電圧を所定の立ち上がり時定数で復帰させる電圧復帰手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の電力制御装置では、請求項１に係る電力制御装置において、前記電力供給手段は定電圧出力回路であり、一定電圧を前記通電対象に印加することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の電力制御装置は、請求項１に係る電力制御装置において、前記立ち下がり時定数および／または前記立ち上がり時定数を前記電力供給手段および前記複数の通電対象間の接続状態に応じて変更する時定数変更手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の電力制御装置は、請求項１に係る電力制御装置において、前記複数のスイッチング手段により前記電力供給手段および前記複数の通電対象間が全て遮断されている場合、前記電力供給手段の出力電圧を所定値以下に設定することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の電力制御装置では、請求項１に係る電力制御装置において、前記通電対象はヒータであることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の電力制御方法は、複数の通電対象に電力供給回路から電力を供給する際、電力供給回路および各通電対象間にそれぞれ設けられた複数のスイッチング回路により該電力供給回路および前記各通電対象間を接続あるいは遮断に切り替える電力制御方法において、前記複数のスイッチング回路により前記電力供給回路および前記複数の通電対象間の少なくとも１つが接続あるいは遮断に切り替えられる前、該電力供給回路の出力電圧を所定の立ち下がり時定数で所定値以下に降下させる工程と、前記複数のスイッチング回路により前記電力供給回路および前記複数の通電対象間の少なくともに１つが接続あるいは遮断に切り替えられた後、前記電力供給手段から電力供給すべき前記通電対象がある場合、該電力供給回路の出力電圧を所定の立ち上がり時定数で復帰させる工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の電力制御装置および方法の実施の形態について説明する。本実施の形態における電力制御装置は複写機やレーザビームプリンタなど電子写真プロセスを利用した画像記録装置内の熱定着部に適用されるヒータ制御装置である。
【００１６】
［第１の実施の形態］
図１は実施の形態におけるヒータ制御装置の構成を示す回路図である。図において、１および２は加熱用のハロゲンランプ（ヒータ）であり、定電圧出力回路３およびスイッチング素子（ＦＥＴ）４、５に接続されている。ＦＥＴ４、５が導通状態になり定電圧出力回路３からヒータ１、２に電力供給が行われると、各ハロゲンランプ１、２は発光する。
【００１７】
ＦＥＴ４、５のゲートにはそれぞれフォトカップラＰＣ２、ＰＣ３のフォトトランジスタ６ａ、７ａとプルアップ抵抗８、９が接続されている。フォトカップラＰＣ２、ＰＣ３のフォトダイオード６ｂ、７ｂのアノードは抵抗１０、１１を介して＋５Ｖ電源に接続され、カソードはトランジスタ１２、１３のコレクタに接続されている。
【００１８】
一方、トランジスタ１２、１３のベースは抵抗１５、１６を介してマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）１４のディジタル出力ポートＰ２、Ｐ３に接続されており、ＭＰＵ１４はタイマ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各入出力ポート（図示せず）などを有し、後述する処理手順にしたがってヒータ１、２の点灯制御を行う。つまり、ＭＰＵ１４の出力ポートをＬレベルにすることによってトランジスタ１２、１３をオフにし、フォトダイオード６ｂ、７ｂをオフにする。これにより、ＦＥＴ４、５のゲート電位が上がりＦＥＴ４、５が導通してヒータ１、２が定電圧出力回路３に接続されると、ハロゲンランプ１、２が発光する。
【００１９】
定電圧出力回路３はチョッピング用ＦＥＴ１７、インダクタ１８、スナバ用ダイオード１９を有し、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを形成する。２０はコントロールＩＣ（本実施形態ではＵＮＩＴＲＯＤＥ社のＵＣ３８５４を使用）であり、電圧検知回路２１で出力電圧を検出し、電流検出抵抗２２で出力電流を検出し、抵抗２３およびコンデンサ２４により入力実行値電圧を検出し、抵抗２５、２６により入力電圧波形をそれぞれ検出して出力電圧を一定にする。また、コントロールＩＣ２０は出力電流波形が入力電圧波形と相似波形になるように約１００ＫＨｚでオンオフしているチョッピングＦＥＴ１７のオンデューティを制御する。
【００２０】
ＭＰＵ１４はディジタル出力ポートＰ１をＨレベルにすることによって抵抗２７を介してトランジスタ２８をオンにし、プルアップ抵抗２９を介して＋５Ｖ電源に接続されたフォトカップラＰＣ１のフォトダイオード３０ｂをオンにする。これによりフォトトランジスタ３０ａがオンし、抵抗３１を介してトランジスタ３２がオフすると、電源電圧Ｖｃｃが抵抗３３を介してコントロールＩＣ２０のイネーブル端子ＥＮＡに入力されてコントロールＩＣ２０が作動し、定電圧出力制御を開始する。
【００２１】
コントロールＩＣ２０が作動すると同時に抵抗３４を介してトランジスタ３５がオフになると、コントロールＩＣ２０のソフトスタート端子ＳＳに接続されているコンデンサ３６がソフトスタート端子ＳＳからの供給電流により充電され、ソフトスタート端子ＳＳの電位が徐々に上昇し、定電圧出力回路３の出力電圧Ｖｏｕｔが時定数Ｔｒで上昇する。時定数Ｔｒはコンデンサ３６の容量値を変更することにより調節される。
【００２２】
一方、コントロールＩＣ２０が作動しない場合、トランジスタ３５がオンになるので、コンデンサ３６に充電されていた電荷が抵抗３７を介して放電されるとソフトスタート端子ＳＳの電位が徐々に下がり、定電圧出力回路３の出力電圧が時定数Ｔｆで下降する。本実施形態では時定数Ｔｆは時定数ｒと同一の値に設定されているが、別の値になるように設定してもよい。
【００２３】
ここで、トランジスタ３２のベースに接続されているコンデンサ３８はフォトカップラＰＣ１のフォトトランジスタ３０ａのオンオフ時、ソフトスタート制御用トランジスタ３５に対してイネーブル制御用トランジスタ３２が所定の遅延時間でオンオフされるようにするためのものである。抵抗３９はトランジスタ３２、３５をオンにするためのプルアップ抵抗である。
【００２４】
定電圧出力回路３はダイオードブリッジ４０およびノイズフィルタ（ＮＦ）４１を介して商用電源４２に接続されている。また、ＭＰＵ１４は温度検知素子であるサーミスタ４３および抵抗４４によって熱定着部の温度を検出し、検出された熱定着部の温度にしたがって定電圧出力回路３のオンオフおよび各ヒータ１、２を接続／遮断することにより熱定着部の温度が目標値となるように制御する。
【００２５】
図２はヒータのオンオフ時における各部の信号波形を示すタイミングチャートである。同図はヒータ１、２が共にオフ状態からヒータ１をオンにし、続いてヒータ２をオンにし、そして、ヒータ１だけをオフにし、続いてヒータ２をオフにする場合の定電圧出力回路３の出力電圧Ｖｏｕｔ、商用電源４２からの入力電流Ｉｉｎを示す。まず、ヒータ１、２が共にオフ状態からヒータ１をオンにする場合、定電圧出力制御を開始する前に（図２参照）もしくは定電圧出力制御を開始すると同時にヒータ１をオンに（接続）する。
【００２６】
定電圧出力回路３の出力電圧Ｖｏｕｔは定電圧出力制御が開始されてからスロースタート機能により時定数Ｔｒで立ち上がるので、入力電流Ｉｉｎが徐々に増加する。続いてヒータ２をオンにする場合、一旦、定電圧出力制御を停止し、定電圧出力回路３の出力電圧Ｖｏｕｔをスローダウン機能により時定数Ｔｆで立ち下げた後、ヒータ２をオンに（接続）する。ここで、ヒータ２を接続するタイミングは定電圧出力制御の信号がオフしてから出力電圧Ｖｏｕｔがオフするまでの時間Ｔｆが経過した時間Ｔｏｆｆ（Ｔｏｆｆ＞Ｔｆ）後に行う。そして、再び定電圧出力制御を開始する。
【００２７】
ヒータ１だけをオンにした場合と同様に定電圧出力回路３の出力電圧Ｖｏｕｔは定電圧出力制御を開始してからスロースタート機能により時定数Ｔｒで立ち上がるので、入力電流Ｉｉｎも徐々に増加する。また、ヒータ１だけをオフにする場合、一旦、定電圧出力制御を停止し、定電圧出力回路３の出力を時定数Ｔｆで立ち下げた後、ヒータ１を遮断し、再び定電圧出力制御を開始する。さらに、ヒータ２をオフにする場合、同様に定電圧出力制御を停止した後にヒータ２を遮断する。
【００２８】
図３はＭＰＵ１４によって実行されるヒータ制御処理手順を示すフローチャートである。まず、サーミスタ４３によって検出される熱定着部の温度などにより各ヒータ１、２の点灯状態を変化させるべきか否かを判別し（ステップＳ１０１）、変化させる場合、現在の定電圧出力回路３が一定電圧を出力中であるか否かを確認する（ステップＳ１０２）。一定電圧を出力して点灯中である場合、出力ポートＰ１をＬレベルに設定して定電圧出力回路３をオフにし（ステップＳ１０３）、定電圧出力回路３が完全にオフになるまでの時間Ｔｏｆｆ待機する（ステップＳ１０４）。
【００２９】
定電圧出力が完全にオフになると、各ヒータ１、２のオンオフ制御にしたがって出力ポートＰ２、Ｐ３をＬレベルあるいはＨレベルに設定してヒータ１、２と定電圧出力回路３との接続あるいは遮断を行う（ステップＳ１０５〜Ｓ１１０）。
【００３０】
ヒータ１、２が共に遮断されているか否かを判別し（ステップＳ１１１）、共に遮断されている場合終了し、一方でも接続されている場合、定電圧出力を開始する（ステップＳ１１２）。一方、ステップＳ１０２で一定電圧を出力していない場合、そのままステップＳ１０５の処理に移行する。また、ステップＳ１０１でヒータ点灯状態を変化させない場合、そのまま処理を終了する。
【００３１】
このように、ヒータ１、２と定電圧出力回路３との接続、遮断を切り替える際、定電圧出力回路３の出力電圧を常に一旦、所定値以下にしてから切り替えることにより、一部のヒータがオン状態にあってさらに別のヒータをオンする時や、オン状態にある複数のヒータの一部をオフする時などでも電流の急激な増減を無くすことができ、同一のコンセントに照明器具などが接続されている場合にそのフリッカ現象を防止できる。
【００３２】
尚、本実施の形態では、出力電圧Ｖｏｕｔが完全にオフになる時間Ｔｏｆｆが経過してからヒータ１、２をオンオフさせていたが、時間を計測する代わりに出力電圧Ｖｏｕｔを直接検出し、検出された電圧が所定電圧以下になった時点でヒータをオンオフさせてもよい。
【００３３】
［第２の実施の形態］
図４は第２の実施の形態におけるヒータ制御装置の構成を示す回路図である。前記第１の実施形態と同一の構成要素については同一の番号を付してその説明を省略する。本実施形態のヒータ制御装置は、前記第１の実施形態と異なり定電圧出力の立ち上がり立ち下がり時定数を可変にするためにコントロールＩＣ２０のソフトスタート端子ＳＳにコンデンサ５０およびフォトカップラＰＣ４を直列に設け、フォトカップラＰＣ４のフォトダイオード５１ｂを発光させてフォトトランジスタ５１ａをオンにすることによりコンデンサ３６およびコンデンサ５０をソフトスタート端子ＳＳに並列に接続する。この結果、ソフトスタート端子ＳＳに接続され、ソフトスタート端子ＳＳから電流供給されるコンデンサの合成容量が大きくなり、定電圧出力の立ち上がり立ち下がり時定数が大きくなる（Ｔｒ１＜Ｔｒ２、Ｔｆ１＜Ｔｆ２）。
【００３４】
図５は各ヒータのオンオフ時における各部の信号波形を示すタイミングチャートである。同図は前述の図２の場合と同様にヒータ１、２が共にオフ状態からヒータ１をオンにし、続いてヒータ２をオンにし、さらにヒータ１だけをオフにし、続いてヒータ２をオフにする場合の定電圧出力回路３の出力電圧Ｖｏｕｔ、商用電源４２からの入力電流Ｉｉｎを示す。
【００３５】
このヒータ制御装置は、ヒータ１、２のいずれか一方だけをオンオフする場合、立ち上がり立ち下がりの時定数をＳＨＯＲＴモードに設定して定電圧出力回路３のオンオフを迅速に行う。一方、ヒータ１、２を共にオンオフする場合、立ち上がり立ち下がり時定数をＬＯＮＧモードに設定し、入力電流Ｉｉｎの急激な変化を抑える。ここで、ヒータ１、２の接続、遮断を行うタイミングは立ち上がり立ち下がりの時定数に合わせて切り替えられ、ＳＨＯＲＴモード時にはＴｏｆｆ１（Ｔｏｆｆ１＞Ｔｆ１）、ＬＯＮＧモード時にはＴｏｆｆ２（Ｔｏｆｆ２＞Ｔｆ２）に設定されている。
【００３６】
図６はＭＰＵ１４によって実行されるヒータ制御処理手順を示すフローチャートである。前記第１の実施形態の図３と同一の処理については同一のステップ番号を付してその説明を省略する。
【００３７】
まず、サーミスタ４３によって検出される熱定着部の温度などによりヒータ点灯状態を変化させる場合、定電圧出力回路３が一定電圧を出力中であるか否かを判別し（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）、一定電圧を出力中である場合、ヒータの点灯状態を確認する（ステップＳ２０１）。
【００３８】
ヒータ１、２共に点灯中である場合、ＬＯＮＧモードの時定数Ｔｆ２に設定し（ステップＳ２０２）、ヒータ１、２のいずれか一方だけが点灯中である場合、ＳＨＯＲＴモードの時定数Ｔｆ１に設定した後（ステップＳ２０５）、定電圧出力回路３をオフにする（ステップＳ２０３、Ｓ２０６）。そして、各モードに合わせた時間（ＬＯＮＧモードでＴｏｆｆ２時間、ＳＨＯＲＴモードでＴｏｆｆ１時間）待機する。
【００３９】
そして、ヒータ１、２の接続あるいは遮断を切り替えた後、ヒータ１、２が共に遮断されているか否かを判別し（ステップＳ１１１）、ヒータ１、２の少なくとも一方が接続されている時、ヒータ１、２の点灯状態を確認し（ステップＳ２０８）、ヒータ１、２を共に点灯する場合、ＬＯＮＧモードの時定数Ｔｒ２に設定し（ステップＳ２０９）、ヒータ１、２のいずれか一方だけを点灯する場合、ＳＨＯＲＴモードの時定数Ｔｒ１に設定して（ステップＳ２１０）から定電圧出力を開始する（ステップＳ１１２）。
【００４０】
このように、スローアップ、スローダウンの時定数を可変にし、定電圧出力回路３に接続されているヒータの状態に応じてスローアップ、スローダウンの時定数を切り替えることにより、ヒータ１、２が共に接続されている場合に時定数を長くすることで急激な電流の増減をより効果的に防止し、１つのヒータだけが定電圧出力回路３に接続されている場合に時定数を短くすることでヒータ１、２の接続あるいは遮断を迅速に行うことができる。
【００４１】
尚、電流が流れやすいオン抵抗が小さいヒータの場合に時定数を長く設定し、電流がさほど流れないオン抵抗が大きいヒータの場合に時定数を短く設定しても同様の効果を挙げることができる。
【００４２】
また、上記実施の形態では、２つのヒータが定電圧出力回路に接続されている場合について示したが、３つ以上であっても同様に適用でき、この場合オンオフするヒータの数に応じてＬＯＮＧモード、ＳＨＯＲＴモードの２種類の時定数のに限らず３種類以上の時定数を設定してもよい。
【００４３】
さらに、通電対象としてのヒータにハロゲンランプに適用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、赤外線ヒータ、セラミックヒータなどに適用してもよい。また、ヒータ以外に表示器やモータなどの電子部品に適用してもよい。同様に、画像記録装置以外の電子機器に適用できることはいうまでもない。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の電力制御装置によれば、一部の通電対象がオン状態にありさらに別の通電対象をオンにする時や、オン状態にある複数の通電対象の一部をオフにする時などでも電流の急激な増減を抑制することができ、例えば電力制御装置が搭載された画像記録装置と同一のコンセントに照明器具などが接続されている場合にそのフリッカ現象を防止できる。また、複数の通電対象が接続あるいは遮断に切り替えられた後の電流の急激な増減を抑制できる。
【００４６】
請求項２記載の電力制御装置によれば、前記電力供給手段は定電圧出力回路であり、一定電圧を前記通電対象に印加するので、出力電圧を所定電圧に降下あるいは復帰させるまでの時間を容易に設定することができる。
【００４７】
請求項３に記載の電力制御装置によれば、前記立ち下がり時定数および／または前記立ち上がり時定数を前記電力供給手段および前記複数の通電対象間の接続状態に応じて変更するので、例えば、複数の通電対象が接続されている場合や電流が多く流れるオン抵抗の小さな通電対象が接続されている場合に時定数を長くすることで急激な電流の増減をより効果的に防止し、１つの通電対象だけが接続されている場合や電流がさほど流れないオン抵抗の大きな通電対象が接続されている場合に時定数を短くすることで通電対象の接続あるいは遮断を迅速に行うことができる。
【００４８】
請求項４に記載の電力制御装置によれば、前記スイッチング手段により前記電力供給手段および前記通電対象間が全て遮断されている場合、前記電力供給手段の出力電圧を所定値以下に設定するので、不要な電力消費を抑えることができる。
【００４９】
請求項５に記載の電力制御装置によれば、前記通電対象はヒータであるので、電力量の多いヒータを制御する場合でも他の照明器具などにフリッカ現象を生じさせない。
【００５０】
請求項６に記載の電力制御方法によれば、一部の通電対象がオン状態にありさらに別の通電対象をオンにする時や、オン状態にある複数の通電対象の一部をオフにする時などでも電流の急激な増減を抑制することができる。また、複数の通電対象が接続あるいは遮断に切り替えられた後の電流の急激な増減を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるヒータ制御装置の構成を示す回路図である。
【図２】ヒータのオンオフ時における各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【図３】ＭＰＵ１４によって実行されるヒータ制御処理手順を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施の形態におけるヒータ制御装置の構成を示す回路図である。
【図５】各ヒータのオンオフ時における各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【図６】ＭＰＵ１４によって実行されるヒータ制御処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１、２ ハロゲンランプ（ヒータ）
３ 定電圧出力回路
４、５ ＦＥＴ
１４ ＭＰＵ
２０ コントロールＩＣ
３６、５０ コンデンサ
ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３、ＰＣ４ フォトカップラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力制御装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機やレーザビームプリンタなど電子写真プロセスを利用した画像記録装置で熱定着を行う場合、複数のハロゲンランプ（ヒータ）に電力を供給する電力制御装置が知られている。
【０００３】
このような電力制御装置は交流電源の電圧変動にかかわらずヒータの消費電力を常に一定にする定電圧出力回路を有しており、ヒータ表面温度のオーバシュートやリップルを防止する。
【０００４】
また、画像記録装置と同一のコンセントから電力が供給される照明器具が存在する場合、電源インピーダンスによってはヒータのオンオフ時に電流の急激な増減により照明器具がちらつく等のフリッカ現象を生じるので、従来の電力制御装置では、所定の時定数でもって徐々に定電圧出力回路の出力電圧を上げたり下げたりすることによりヒータのオンオフ時に電流の急激な増減を無くしてフリッカ現象を防止していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電力制御装置では、１つの定電圧出力回路に複数のヒータが接続されるので、複数のヒータが全てオフ状態からその一部もしくは全てをオンにする時、あるいは一部もしくは全てのヒータがオン状態から全てをオフにする時、定電圧出力回路の出力電圧を所定の時定数でもって徐々に上げたり下げたりすることにより電流の急激な増減を無くすことができるが、一部のヒータがオン状態にある場合に別のヒータをオンにする時や、オン状態にある複数のヒータの一部をオフする時などでは定電圧出力回路が既に出力している状態で新たにヒータを定電圧出力回路に接続したり遮断することとなるので、この時には急激な電流の増減が発生してフリッカ現象を生じてしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は一部の通電対象がオン状態にありさらに別の通電対象をオンにする時や、オン状態にある複数の通電対象の一部をオフする時などでも電流の急激な増減を抑制できる電力制御装置および方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の電力制御装置は、複数の通電対象に電力を供給する電力供給手段と、該電力供給手段および前記各通電対象間にそれぞれ設けられ、該電力供給手段および前記通電対象間を接続あるいは遮断に切り替える複数のスイッチング手段とを備えた電力制御装置において、前記複数のスイッチング手段により前記電力供給手段および前記複数の通電対象間の少なくとも１つが接続あるいは遮断に切り替えられる前、該電力供給手段の出力電圧を所定の立ち下がり時定数で所定値以下に降下させる電圧降下手段と、前記複数のスイッチング手段により前記電力供給手段および前記複数の通電対象間の少なくとも１つが接続あるいは遮断に切り替えられた後、前記電力供給手段から電力供給すべき前記通電対象がある場合、該電力供給手段の出力電圧を所定の立ち上がり時定数で復帰させる電圧復帰手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の電力制御装置では、請求項１に係る電力制御装置において、前記電力供給手段は定電圧出力回路であり、一定電圧を前記通電対象に印加することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の電力制御装置は、請求項１に係る電力制御装置において、前記立ち下がり時定数および／または前記立ち上がり時定数を前記電力供給手段および前記複数の通電対象間の接続状態に応じて変更する時定数変更手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の電力制御装置は、請求項１に係る電力制御装置において、前記複数のスイッチング手段により前記電力供給手段および前記複数の通電対象間が全て遮断されている場合、前記電力供給手段の出力電圧を所定値以下に設定することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の電力制御装置では、請求項１に係る電力制御装置において、前記通電対象はヒータであることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の電力制御方法は、複数の通電対象に電力供給回路から電力を供給する際、電力供給回路および各通電対象間にそれぞれ設けられた複数のスイッチング回路により該電力供給回路および前記各通電対象間を接続あるいは遮断に切り替える電力制御方法において、前記複数のスイッチング回路により前記電力供給回路および前記複数の通電対象間の少なくとも１つが接続あるいは遮断に切り替えられる前、該電力供給回路の出力電圧を所定の立ち下がり時定数で所定値以下に降下させる工程と、前記複数のスイッチング回路により前記電力供給回路および前記複数の通電対象間の少なくともに１つが接続あるいは遮断に切り替えられた後、前記電力供給手段から電力供給すべき前記通電対象がある場合、該電力供給回路の出力電圧を所定の立ち上がり時定数で復帰させる工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の電力制御装置および方法の実施の形態について説明する。本実施の形態における電力制御装置は複写機やレーザビームプリンタなど電子写真プロセスを利用した画像記録装置内の熱定着部に適用されるヒータ制御装置である。
【００１６】
［第１の実施の形態］
図１は実施の形態におけるヒータ制御装置の構成を示す回路図である。図において、１および２は加熱用のハロゲンランプ（ヒータ）であり、定電圧出力回路３およびスイッチング素子（ＦＥＴ）４、５に接続されている。ＦＥＴ４、５が導通状態になり定電圧出力回路３からヒータ１、２に電力供給が行われると、各ハロゲンランプ１、２は発光する。
【００１７】
ＦＥＴ４、５のゲートにはそれぞれフォトカップラＰＣ２、ＰＣ３のフォトトランジスタ６ａ、７ａとプルアップ抵抗８、９が接続されている。フォトカップラＰＣ２、ＰＣ３のフォトダイオード６ｂ、７ｂのアノードは抵抗１０、１１を介して＋５Ｖ電源に接続され、カソードはトランジスタ１２、１３のコレクタに接続されている。
【００１８】
一方、トランジスタ１２、１３のベースは抵抗１５、１６を介してマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）１４のディジタル出力ポートＰ２、Ｐ３に接続されており、ＭＰＵ１４はタイマ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各入出力ポート（図示せず）などを有し、後述する処理手順にしたがってヒータ１、２の点灯制御を行う。つまり、ＭＰＵ１４の出力ポートをＬレベルにすることによってトランジスタ１２、１３をオフにし、フォトダイオード６ｂ、７ｂをオフにする。これにより、ＦＥＴ４、５のゲート電位が上がりＦＥＴ４、５が導通してヒータ１、２が定電圧出力回路３に接続されると、ハロゲンランプ１、２が発光する。
【００１９】
定電圧出力回路３はチョッピング用ＦＥＴ１７、インダクタ１８、スナバ用ダイオード１９を有し、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを形成する。２０はコントロールＩＣ（本実施形態ではＵＮＩＴＲＯＤＥ社のＵＣ３８５４を使用）であり、電圧検知回路２１で出力電圧を検出し、電流検出抵抗２２で出力電流を検出し、抵抗２３およびコンデンサ２４により入力実行値電圧を検出し、抵抗２５、２６により入力電圧波形をそれぞれ検出して出力電圧を一定にする。また、コントロールＩＣ２０は出力電流波形が入力電圧波形と相似波形になるように約１００ＫＨｚでオンオフしているチョッピングＦＥＴ１７のオンデューティを制御する。
【００２０】
ＭＰＵ１４はディジタル出力ポートＰ１をＨレベルにすることによって抵抗２７を介してトランジスタ２８をオンにし、プルアップ抵抗２９を介して＋５Ｖ電源に接続されたフォトカップラＰＣ１のフォトダイオード３０ｂをオンにする。これによりフォトトランジスタ３０ａがオンし、抵抗３１を介してトランジスタ３２がオフすると、電源電圧Ｖｃｃが抵抗３３を介してコントロールＩＣ２０のイネーブル端子ＥＮＡに入力されてコントロールＩＣ２０が作動し、定電圧出力制御を開始する。
【００２１】
コントロールＩＣ２０が作動すると同時に抵抗３４を介してトランジスタ３５がオフになると、コントロールＩＣ２０のソフトスタート端子ＳＳに接続されているコンデンサ３６がソフトスタート端子ＳＳからの供給電流により充電され、ソフトスタート端子ＳＳの電位が徐々に上昇し、定電圧出力回路３の出力電圧Ｖｏｕｔが時定数Ｔｒで上昇する。時定数Ｔｒはコンデンサ３６の容量値を変更することにより調節される。
【００２２】
一方、コントロールＩＣ２０が作動しない場合、トランジスタ３５がオンになるので、コンデンサ３６に充電されていた電荷が抵抗３７を介して放電されるとソフトスタート端子ＳＳの電位が徐々に下がり、定電圧出力回路３の出力電圧が時定数Ｔｆで下降する。本実施形態では時定数Ｔｆは時定数ｒと同一の値に設定されているが、別の値になるように設定してもよい。
【００２３】
ここで、トランジスタ３２のベースに接続されているコンデンサ３８はフォトカップラＰＣ１のフォトトランジスタ３０ａのオンオフ時、ソフトスタート制御用トランジスタ３５に対してイネーブル制御用トランジスタ３２が所定の遅延時間でオンオフされるようにするためのものである。抵抗３９はトランジスタ３２、３５をオンにするためのプルアップ抵抗である。
【００２４】
定電圧出力回路３はダイオードブリッジ４０およびノイズフィルタ（ＮＦ）４１を介して商用電源４２に接続されている。また、ＭＰＵ１４は温度検知素子であるサーミスタ４３および抵抗４４によって熱定着部の温度を検出し、検出された熱定着部の温度にしたがって定電圧出力回路３のオンオフおよび各ヒータ１、２を接続／遮断することにより熱定着部の温度が目標値となるように制御する。
【００２５】
図２はヒータのオンオフ時における各部の信号波形を示すタイミングチャートである。同図はヒータ１、２が共にオフ状態からヒータ１をオンにし、続いてヒータ２をオンにし、そして、ヒータ１だけをオフにし、続いてヒータ２をオフにする場合の定電圧出力回路３の出力電圧Ｖｏｕｔ、商用電源４２からの入力電流Ｉｉｎを示す。まず、ヒータ１、２が共にオフ状態からヒータ１をオンにする場合、定電圧出力制御を開始する前に（図２参照）もしくは定電圧出力制御を開始すると同時にヒータ１をオンに（接続）する。
【００２６】
定電圧出力回路３の出力電圧Ｖｏｕｔは定電圧出力制御が開始されてからスロースタート機能により時定数Ｔｒで立ち上がるので、入力電流Ｉｉｎが徐々に増加する。続いてヒータ２をオンにする場合、一旦、定電圧出力制御を停止し、定電圧出力回路３の出力電圧Ｖｏｕｔをスローダウン機能により時定数Ｔｆで立ち下げた後、ヒータ２をオンに（接続）する。ここで、ヒータ２を接続するタイミングは定電圧出力制御の信号がオフしてから出力電圧Ｖｏｕｔがオフするまでの時間Ｔｆが経過した時間Ｔｏｆｆ（Ｔｏｆｆ＞Ｔｆ）後に行う。そして、再び定電圧出力制御を開始する。
【００２７】
ヒータ１だけをオンにした場合と同様に定電圧出力回路３の出力電圧Ｖｏｕｔは定電圧出力制御を開始してからスロースタート機能により時定数Ｔｒで立ち上がるので、入力電流Ｉｉｎも徐々に増加する。また、ヒータ１だけをオフにする場合、一旦、定電圧出力制御を停止し、定電圧出力回路３の出力を時定数Ｔｆで立ち下げた後、ヒータ１を遮断し、再び定電圧出力制御を開始する。さらに、ヒータ２をオフにする場合、同様に定電圧出力制御を停止した後にヒータ２を遮断する。
【００２８】
図３はＭＰＵ１４によって実行されるヒータ制御処理手順を示すフローチャートである。まず、サーミスタ４３によって検出される熱定着部の温度などにより各ヒータ１、２の点灯状態を変化させるべきか否かを判別し（ステップＳ１０１）、変化させる場合、現在の定電圧出力回路３が一定電圧を出力中であるか否かを確認する（ステップＳ１０２）。一定電圧を出力して点灯中である場合、出力ポートＰ１をＬレベルに設定して定電圧出力回路３をオフにし（ステップＳ１０３）、定電圧出力回路３が完全にオフになるまでの時間Ｔｏｆｆ待機する（ステップＳ１０４）。
【００２９】
定電圧出力が完全にオフになると、各ヒータ１、２のオンオフ制御にしたがって出力ポートＰ２、Ｐ３をＬレベルあるいはＨレベルに設定してヒータ１、２と定電圧出力回路３との接続あるいは遮断を行う（ステップＳ１０５〜Ｓ１１０）。
【００３０】
ヒータ１、２が共に遮断されているか否かを判別し（ステップＳ１１１）、共に遮断されている場合終了し、一方でも接続されている場合、定電圧出力を開始する（ステップＳ１１２）。一方、ステップＳ１０２で一定電圧を出力していない場合、そのままステップＳ１０５の処理に移行する。また、ステップＳ１０１でヒータ点灯状態を変化させない場合、そのまま処理を終了する。
【００３１】
このように、ヒータ１、２と定電圧出力回路３との接続、遮断を切り替える際、定電圧出力回路３の出力電圧を常に一旦、所定値以下にしてから切り替えることにより、一部のヒータがオン状態にあってさらに別のヒータをオンする時や、オン状態にある複数のヒータの一部をオフする時などでも電流の急激な増減を無くすことができ、同一のコンセントに照明器具などが接続されている場合にそのフリッカ現象を防止できる。
【００３２】
尚、本実施の形態では、出力電圧Ｖｏｕｔが完全にオフになる時間Ｔｏｆｆが経過してからヒータ１、２をオンオフさせていたが、時間を計測する代わりに出力電圧Ｖｏｕｔを直接検出し、検出された電圧が所定電圧以下になった時点でヒータをオンオフさせてもよい。
【００３３】
［第２の実施の形態］
図４は第２の実施の形態におけるヒータ制御装置の構成を示す回路図である。前記第１の実施形態と同一の構成要素については同一の番号を付してその説明を省略する。本実施形態のヒータ制御装置は、前記第１の実施形態と異なり定電圧出力の立ち上がり立ち下がり時定数を可変にするためにコントロールＩＣ２０のソフトスタート端子ＳＳにコンデンサ５０およびフォトカップラＰＣ４を直列に設け、フォトカップラＰＣ４のフォトダイオード５１ｂを発光させてフォトトランジスタ５１ａをオンにすることによりコンデンサ３６およびコンデンサ５０をソフトスタート端子ＳＳに並列に接続する。この結果、ソフトスタート端子ＳＳに接続され、ソフトスタート端子ＳＳから電流供給されるコンデンサの合成容量が大きくなり、定電圧出力の立ち上がり立ち下がり時定数が大きくなる（Ｔｒ１＜Ｔｒ２、Ｔｆ１＜Ｔｆ２）。
【００３４】
図５は各ヒータのオンオフ時における各部の信号波形を示すタイミングチャートである。同図は前述の図２の場合と同様にヒータ１、２が共にオフ状態からヒータ１をオンにし、続いてヒータ２をオンにし、さらにヒータ１だけをオフにし、続いてヒータ２をオフにする場合の定電圧出力回路３の出力電圧Ｖｏｕｔ、商用電源４２からの入力電流Ｉｉｎを示す。
【００３５】
このヒータ制御装置は、ヒータ１、２のいずれか一方だけをオンオフする場合、立ち上がり立ち下がりの時定数をＳＨＯＲＴモードに設定して定電圧出力回路３のオンオフを迅速に行う。一方、ヒータ１、２を共にオンオフする場合、立ち上がり立ち下がり時定数をＬＯＮＧモードに設定し、入力電流Ｉｉｎの急激な変化を抑える。ここで、ヒータ１、２の接続、遮断を行うタイミングは立ち上がり立ち下がりの時定数に合わせて切り替えられ、ＳＨＯＲＴモード時にはＴｏｆｆ１（Ｔｏｆｆ１＞Ｔｆ１）、ＬＯＮＧモード時にはＴｏｆｆ２（Ｔｏｆｆ２＞Ｔｆ２）に設定されている。
【００３６】
図６はＭＰＵ１４によって実行されるヒータ制御処理手順を示すフローチャートである。前記第１の実施形態の図３と同一の処理については同一のステップ番号を付してその説明を省略する。
【００３７】
まず、サーミスタ４３によって検出される熱定着部の温度などによりヒータ点灯状態を変化させる場合、定電圧出力回路３が一定電圧を出力中であるか否かを判別し（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）、一定電圧を出力中である場合、ヒータの点灯状態を確認する（ステップＳ２０１）。
【００３８】
ヒータ１、２共に点灯中である場合、ＬＯＮＧモードの時定数Ｔｆ２に設定し（ステップＳ２０２）、ヒータ１、２のいずれか一方だけが点灯中である場合、ＳＨＯＲＴモードの時定数Ｔｆ１に設定した後（ステップＳ２０５）、定電圧出力回路３をオフにする（ステップＳ２０３、Ｓ２０６）。そして、各モードに合わせた時間（ＬＯＮＧモードでＴｏｆｆ２時間、ＳＨＯＲＴモードでＴｏｆｆ１時間）待機する。
【００３９】
そして、ヒータ１、２の接続あるいは遮断を切り替えた後、ヒータ１、２が共に遮断されているか否かを判別し（ステップＳ１１１）、ヒータ１、２の少なくとも一方が接続されている時、ヒータ１、２の点灯状態を確認し（ステップＳ２０８）、ヒータ１、２を共に点灯する場合、ＬＯＮＧモードの時定数Ｔｒ２に設定し（ステップＳ２０９）、ヒータ１、２のいずれか一方だけを点灯する場合、ＳＨＯＲＴモードの時定数Ｔｒ１に設定して（ステップＳ２１０）から定電圧出力を開始する（ステップＳ１１２）。
【００４０】
このように、スローアップ、スローダウンの時定数を可変にし、定電圧出力回路３に接続されているヒータの状態に応じてスローアップ、スローダウンの時定数を切り替えることにより、ヒータ１、２が共に接続されている場合に時定数を長くすることで急激な電流の増減をより効果的に防止し、１つのヒータだけが定電圧出力回路３に接続されている場合に時定数を短くすることでヒータ１、２の接続あるいは遮断を迅速に行うことができる。
【００４１】
尚、電流が流れやすいオン抵抗が小さいヒータの場合に時定数を長く設定し、電流がさほど流れないオン抵抗が大きいヒータの場合に時定数を短く設定しても同様の効果を挙げることができる。
【００４２】
また、上記実施の形態では、２つのヒータが定電圧出力回路に接続されている場合について示したが、３つ以上であっても同様に適用でき、この場合オンオフするヒータの数に応じてＬＯＮＧモード、ＳＨＯＲＴモードの２種類の時定数のに限らず３種類以上の時定数を設定してもよい。
【００４３】
さらに、通電対象としてのヒータにハロゲンランプに適用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、赤外線ヒータ、セラミックヒータなどに適用してもよい。また、ヒータ以外に表示器やモータなどの電子部品に適用してもよい。同様に、画像記録装置以外の電子機器に適用できることはいうまでもない。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の電力制御装置によれば、一部の通電対象がオン状態にありさらに別の通電対象をオンにする時や、オン状態にある複数の通電対象の一部をオフにする時などでも電流の急激な増減を抑制することができ、例えば電力制御装置が搭載された画像記録装置と同一のコンセントに照明器具などが接続されている場合にそのフリッカ現象を防止できる。また、複数の通電対象が接続あるいは遮断に切り替えられた後の電流の急激な増減を抑制できる。
【００４６】
請求項２記載の電力制御装置によれば、前記電力供給手段は定電圧出力回路であり、一定電圧を前記通電対象に印加するので、出力電圧を所定電圧に降下あるいは復帰させるまでの時間を容易に設定することができる。
【００４７】
請求項３に記載の電力制御装置によれば、前記立ち下がり時定数および／または前記立ち上がり時定数を前記電力供給手段および前記複数の通電対象間の接続状態に応じて変更するので、例えば、複数の通電対象が接続されている場合や電流が多く流れるオン抵抗の小さな通電対象が接続されている場合に時定数を長くすることで急激な電流の増減をより効果的に防止し、１つの通電対象だけが接続されている場合や電流がさほど流れないオン抵抗の大きな通電対象が接続されている場合に時定数を短くすることで通電対象の接続あるいは遮断を迅速に行うことができる。
【００４８】
請求項４に記載の電力制御装置によれば、前記スイッチング手段により前記電力供給手段および前記通電対象間が全て遮断されている場合、前記電力供給手段の出力電圧を所定値以下に設定するので、不要な電力消費を抑えることができる。
【００４９】
請求項５に記載の電力制御装置によれば、前記通電対象はヒータであるので、電力量の多いヒータを制御する場合でも他の照明器具などにフリッカ現象を生じさせない。
【００５０】
請求項６に記載の電力制御方法によれば、一部の通電対象がオン状態にありさらに別の通電対象をオンにする時や、オン状態にある複数の通電対象の一部をオフにする時などでも電流の急激な増減を抑制することができる。また、複数の通電対象が接続あるいは遮断に切り替えられた後の電流の急激な増減を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるヒータ制御装置の構成を示す回路図である。
【図２】ヒータのオンオフ時における各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【図３】ＭＰＵ１４によって実行されるヒータ制御処理手順を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施の形態におけるヒータ制御装置の構成を示す回路図である。
【図５】各ヒータのオンオフ時における各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【図６】ＭＰＵ１４によって実行されるヒータ制御処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１、２ ハロゲンランプ（ヒータ）
３ 定電圧出力回路
４、５ ＦＥＴ
１４ ＭＰＵ
２０ コントロールＩＣ
３６、５０ コンデンサ
ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３、ＰＣ４ フォトカップラ
Claims (6)
- 複数の通電対象に電力を供給する電力供給手段と、
該電力供給手段および前記各通電対象間にそれぞれ設けられ、該電力供給手段および前記通電対象間を接続あるいは遮断に切り替える複数のスイッチング手段とを備えた電力制御装置において、
前記複数のスイッチング手段により前記電力供給手段および前記複数の通電対象間の少なくとも１つが接続あるいは遮断に切り替えられる前、該電力供給手段の出力電圧を所定の立ち下がり時定数で所定値以下に降下させる電圧降下手段と、
前記複数のスイッチング手段により前記電力供給手段および前記複数の通電対象間の少なくとも１つが接続あるいは遮断に切り替えられた後、前記電力供給手段から電力供給すべき前記通電対象がある場合、該電力供給手段の出力電圧を所定の立ち上がり時定数で復帰させる電圧復帰手段とを備えたことを特徴とする電力制御装置。 - 前記電力供給手段は定電圧出力回路であり、一定電圧を前記通電対象に印加することを特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
- 前記立ち下がり時定数および／または前記立ち上がり時定数を前記電力供給手段および前記複数の通電対象間の接続状態に応じて変更する時定数変更手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
- 前記複数のスイッチング手段により前記電力供給手段および前記複数の通電対象間が全て遮断されている場合、前記電力供給手段の出力電圧を所定値以下に設定することを特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
- 前記通電対象はヒータであることを特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
- 複数の通電対象に電力供給回路から電力を供給する際、電力供給回路および各通電対象間にそれぞれ設けられた複数のスイッチング回路により該電力供給回路および前記各通電対象間を接続あるいは遮断に切り替える電力制御方法において、
前記複数のスイッチング回路により前記電力供給回路および前記複数の通電対象間の少なくとも１つが接続あるいは遮断に切り替えられる前、該電力供給回路の出力電圧を所定の立ち下がり時定数で所定値以下に降下させる工程と、
前記複数のスイッチング回路により前記電力供給回路および前記複数の通電対象間の少なくともに１つが接続あるいは遮断に切り替えられた後、前記電力供給手段から電力供給すべき前記通電対象がある場合、該電力供給回路の出力電圧を所定の立ち上がり時定数で復帰させる工程とを有することを特徴とする電力制御方法。
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