JP4717684B2

JP4717684B2 - コンデンサ充電装置

Info

Publication number: JP4717684B2
Application number: JP2006093693A
Authority: JP
Inventors: 徹大熊
Original assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Current assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP2007274750A

Description

本発明は、所定時間内に所定の電圧にコンデンサの充電を行うコンデンサ充電装置に関する。

コンデンサを所定の電圧に充電し、そのコンデンサの充電電圧を印加して、フラッシュランプの放電発光、スポット溶接、マグネトロンやクライストロン等による超高周波パルス発生に利用されている。その場合のコンデンサの充電電圧は、用途に応じて相違するが、５００Ｖ〜５０，０００Ｖ程度であり、充電電源として、インバータと昇圧用トランスと整流回路とを含み、定電流充電制御を行う構成が一般的である。

図５は、従来例の説明図であり、５１はコンデンサ、５２は整流平滑回路、５３は絶縁トランス、５４はインバータ、５５は駆動回路、５６はインバータ制御部、５７は誤差増幅器、５８は電圧検出部、５９は商用交流電源に対する整流平滑回路、６０はフラッシュランプを示す。このフラッシュランプ６０は、プリンタ装置に於けるトナーの定着用とすることができ、高速繰り返し放電発光により、高速定着処理を行うことができる。

整流平滑回路５９は、商用交流電源の１００Ｖ又は２００Ｖの交流電圧を整流して平滑化し、インバータ５４の入力電圧とする。このインバータ５４は、駆動回路５５によりスイッチング制御され、出力電圧を絶縁トランス５３により昇圧し、整流平滑回路５２により整流して平滑化し、コンデンサ５１を充電する。このコンデンサ５１の充電電圧を電圧検出部５８により検出し、コンデンサ５１の充電電圧が設定電圧となると、インバータ５４の動作を停止させるようにインバータ制御部５６を制御する。又コンデンサ５１を定電流充電とする為に、充電電流を検出して、誤差増幅器５７により電流設定値と比較し、誤差分が零となるように、インバータ制御部５６により、駆動回路５５を介してインバータ５４を制御する。コンデンサ５１の充電電圧がフラッシュランプ６０に印加されて、フラッシュランプ６０は放電発光する。

コンデンサ５１の放電により、再びインバータ５４を動作させて、コンデンサ５１の充電を開始する。このように、コンデンサ５１の充電と放電とを繰り返して、フラッシュランプ６０の放電発光により、複写したトナー像の定着を行わせるものである。又コンデンサ５１の定電流充電に於いて、所要電力が大きくならないように、充電過程に電流設定値を切替えるコンデンサ充電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１２９３４５号公報

前述のコンデンサ５１は、定格通りの静電容量値を有することが望ましいが、実際にはばらつきがある。この静電容量値のばらつきにより、定電流充電を行った時の充電電圧の上昇のばらつきが生じ、充電開始から所定時間経過時に於ける充電電圧が、定格値の静電容量のコンデンサを用いた場合に比較して相違することになる。例えば、図６は、コンデンサの定電流充電特性を示すもので、横軸を時間、縦軸を充電電圧とし、定格値の静電容量のコンデンサに対する充電開始から所定の時間経過による充電電圧の変化と、充電停止且つ放電を行った場合の電圧変化とを実線で示す。

又目標電圧に達して、充電停止、放電を行わせる場合に、静電容量値が大きいコンデンサをＣａ、小さいコンデンサをＣｂとすると、充電電圧の変化は、実線で示す定格値の静電容量のコンデンサの場合に比較して、点線で示すものとなる。即ち、充電開始から所定時間経過時に、静電容量値が大きいコンデンサＣａの充電電圧はＶａ、静電容量値が小さいコンデンサＣｂの充電電圧はＶｂとして示すように、Ｖｂ＞Ｖａとなる。従って、充電開始から充電停止までの時間を規定すると、静電容量値の大小により、充電電圧が目標電圧に対してばらつくことになり、又充電電圧を目標電圧とすると、充電終了の時間が異なることになり、所定の周期でフラッシュランプを放電発光させることができなくなる問題がある。又静電容量値のばらつきが小さいコンデンサを選択することが考えられるが、コンデンサが高価なものとなり、コストアップとなる問題がある。

本発明は、前述の問題点を解決するもので、コンデンサの静電容量値のばらつきを吸収できるように充電制御することを目的とする。

本発明のコンデンサ充電装置は、インバータを制御して目標電圧となるようにコンデンサを定電流充電するコンデンサ充電装置に於いて、前記コンデンサの充電開始から前記目標電圧となる充電完了までの所定の充電期間内に於ける予め設定した複数回のタイミング毎に、前記コンデンサの充電電圧を検出して前記目標電圧との差分を求め、該差分と前記充電期間内の残時間とを基に前記コンデンサの充電電流の補正値を求める電流補正演算部と、該電流補正演算部により求めた前記充電電流の補正値と前記コンデンサの充電電流検出値との差分が零となるように前記インバータを制御するインバータ制御部とを備えている。

又前記電流補正演算部は、前記コンデンサの充電開始によりスタートし、前記目標電圧までに充電する充電完了までの充電期間内に於ける複数回のタイミング信号を出力するタイマーと、前記コンデンサの充電電圧を検出して目標電圧との差分を求める減算回路と、前記タイマーからのタイミング信号毎に前記減算回路からの差分と前記充電期間内の残時間とを基に電流補正値を算出する算出部とを含む構成を有するものである。

充電期間内の複数回のタイミング毎に、コンデンサの静電容量値のばらつきを補正する為の電流補正値を求めて、コンデンサの充電電流を制御することにより、静電容量値のばらつきがあっても定格値のコンデンサを用いた場合と同様に、所定時間内に目標電圧に充電することができる。

本発明のコンデンサ充電装置は、図１を参照して説明すると、インバータ９を制御してコンデンサ１を定電流充電するコンデンサ充電装置に於いて、コンデンサ１の充電開始から充電完了までの充電期間内に於ける複数回のタイミングで、コンデンサ１の充電電圧を検出して目標電圧との差分を求め、この差分と充電期間内の残時間とを基に電流補正値を求める電流補正演算部８と、電流補正演算のタイミングを示すタイミング信号を出力するタイマー１０と、電流補正演算部８により求めた電流補正値とコンデンサ１の充電電流検出値との差分を求める誤差増幅器７と、この誤差増幅器７からの誤差分が零となるようにインバータ１を制御するインバータ制御部６とを備えている。

図１は、本発明の実施例１の要部説明図であり、１はコンデンサ、２は整流平滑回路、３は絶縁トランス、４はインバータ、５は駆動回路、６はインバータ制御部、７は誤差増幅器、８は電流補正演算部、９は整流平滑回路、１０はタイマーである。

この実施例１に於いては、図５に示す従来例に比較して、電流補正演算部８とタイマー１０とを付加した構成に相当する。又コンデンサ１の充電電圧を印加して例えば放電発光させるフラッシュランプは図示を省略している。又タイマー１０は、インバータ制御部６に入力する充電開始／停止信号を入力し、充電開始から停止までの時間内に、予め設定した時間間隔で複数回、電流補正演算部８に於ける補正演算を行わせる為のタイミング信号を出力する。電流補正演算部８は、タイマー１０からの充電期間内に於ける複数回のタイミング信号により、そのタイミングに於けるコンデンサ１の充電電圧と、目標の充電電圧と、目標の充電完了時間までの残時間とを基に、充電電流を補正する電流補正値を算出し、誤差増幅器７に入力する。なお、充電開始時は、初期値として定電流充電する為の電流設定値を誤差増幅器７に入力する。

電流補正演算部８に於ける補正演算は、コンデンサ１の静電容量をＣ、電流補正値をＩ、目標電圧までの残充電電圧をΔＶ、目標の充電完了時間までの充電残時間をΔＴとすると、電流補正値Ｉは、Ｉ＝Ｃ×ΔＶ／ΔＴで求めるものである。誤差増幅器７は、検出したコンデンサ１の充電電流と、電流補正値との差分を求めてインバータ制御部６に入力する。インバータ制御部６は、差分が零となる方向に、駆動回路５を介してインバータ４を制御する。コンデンサ１の充電過程に於いて、電流補正演算部８による補正演算により、コンデンサ１の静電容量値のばらつきを吸収することができる。

図２は、横軸を時間（ｍｓｅｃ）、縦軸を充電電圧（Ｖ）とし、定格値の静電容量を有するコンデンサの充電電圧特性曲線ｅと、定格値に対して−１０％の静電容量のコンデンサを用いて、電流補正演算を、５０回行った場合を曲線ｂ、１０回行った場合を曲線ｃ、４回行った場合を曲線ｄにより示すと共に、電流補正演算を行わなかった場合、即ち、無補償の場合を曲線ａで示す。

定格値の静電容量のコンデンサの充電開始から１００ｍｓｅｃ経過した時点に於ける充電電圧が、曲線ｅで示すように、１，０００Ｖとなるが、定格値より−１０％少ない静電容量のコンデンサを用いた場合、無補償とすると、充電開始から１００ｍｓｅｃ経過した時の充電電圧は、曲線ａで示すように、ほぼ１，１００Ｖとなり、＋１０％高い充電電圧となる。しかし、前述の本発明の実施例１に於ける補正演算を行うことにより、充電開始から１００ｍｓｅｃ経過時の充電電圧を、定格値の静電容量のコンデンサを用いた場合とほぼ同様な電圧とすることができた。特に、１００ｍｓｅｃの充電期間内に於ける補正演算を５０回程度実行した場合は、曲線ｂで示すように、誤差を無視できる程度の充電電圧とすることができた。

図３は、本発明の実施例１の説明図であり、図１と同一符号は同一部分を示し、１１は減算回路、１２は電流検出部、１３は充電開始停止制御部、Ｃは電圧保持用コンデンサ、Ｒ１〜Ｒ６は抵抗、ＳＷ１〜ＳＷ５はスイッチを示す。図１に於ける電流補正演算部８は、減算回路１１とスイッチＳＷ１〜ＳＷ５と抵抗Ｒ１〜Ｒ６とを含む構成により実現した場合を示す。

又タイマー１０は、充電開始停止制御部１３からの充電開始信号により図示を省略したクロック信号のカウント開始又はアナログ信号の積算開始等による構成によって、信号１〜信号５を出力する。例えば、クロック信号をカウントするカウンタ構成とすると、充電開始信号によりカウントを開始し、カウント値に対応して信号１〜信号５を出力し、充電停止信号によりカウント値をリセットする。又信号１〜信号５により、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５をオンとする。これらのスイッチＳＷ１〜ＳＷ５は、トランジスタ等の半導体素子により構成することができる。

又タイマー１０からの信号１〜信号５は、例えば、図４に示すタイミングｔ１〜ｔ４に出力される。又充電電圧は、充電開始からのコンデンサ１の充電電圧を示す。信号１は、充電開始停止制御部１３からの充電開始信号のタイミングｔ１で出力され、この信号１によりスイッチＳＷ１がオンとなり、電流初期値が電圧保持用コンデンサＣにより保持されて誤差増幅器７に入力される。又充電開始信号により、インバータ制御部６は駆動回路５を介してインバータ９を制御し、絶縁トランス４により昇圧し、整流平滑回路２により整流して平滑化した高圧直流電圧をコンデンサ１に印加して充電する。

コンデンサ１の充電電圧は、抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧し、減算回路１１により目標電圧との差分ΔＶを求める。又充電電流を電流検出部１２により検出して誤差増幅器７に入力する。誤差増幅器７は、電圧保持用コンデンサＣに保持された電流初期値と電流検出部１２により検出した充電電流値との差分をインバータ制御部６に入力し、インバータ制御部６は、誤差増幅器７による差分が零となる方向にインバータ９のスイッチング周期或いはスイッチングのオン期間の制御を行う。

次のタイミングｔ２には、信号２と信号３とが出力されて、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ３とがオンとなる。このタイミングｔ２に於ける減算回路１１からの目標電圧と充電電圧との差分ΔＶが、抵抗Ｒ６，Ｒ３により分圧されて、スイッチＳＷ２を介して電圧保持用コンデンサＣにより保持される。即ち、抵抗Ｒ６，Ｒ３の値は、電圧保持用コンデンサＣの静電容量を同一符号のＣ、充電残時間をΔＴ、充電残電圧をΔＶとすると、時刻ｔ２に於ける電流補正値Ｉは、図１について説明した電流補正値Ｉと同様に、Ｉ＝Ｃ×ΔＶ／ΔＴで表すことができるから、Ｃ／ΔＴの比に対応して選定する。なお、電圧保持用コンデンサＣの静電容量Ｃは、定格値と仮定して演算する。そして、時刻ｔ２以降は、電圧保持用コンデンサＣに保持された電流補正値と、電流検出部１２により検出されたコンデンサ１に対する充電電流との差分を零とするように、インバータ９が制御される。

次の時刻ｔ３に於いては、信号２と信号４とがタイマー１０から出力され、スイッチＳＷ２，ＳＷ４がオンとなり、抵抗Ｒ６，Ｒ４により減算回路１１からの差分ΔＶを基に電流補正値Ｉを求めて、電圧保持用コンデンサＣにより保持し、検出した充電電流値と電流補正値との差分を零とするように、インバータ９が制御される。次の時刻ｔ４に於いてもほぼ同様に、信号２と信号５とがタイマー１０から出力され、スイッチＳＷ２，ＳＷ５がオンとなり、抵抗Ｒ６，Ｒ５により減算回路１１からの差分ΔＶを基に電流補正値Ｉを求めて、電圧保持用コンデンサＣにより保持する。そして、時刻ｔ５に於いて、コンデンサ１の充電電圧が目標電圧となり、フラッシュランプの放電発光が行われる。

図４に於ける電流補正値の算出は、充電期間内に於いて３回行う場合であり、図２に示す充電特性のように、４回、１０回、５０回等とすることができるもので、回数を多くする程、コンデンサ１の静電容量のばらつきが大きい場合でも、所望の時間に目標電圧に充電することができる。なお、充電期間内の電流補正値算出回数を多くするに従って、タイマー１０から出力する信号数が多くなり、スイッチ及び抵抗の個数を多く必要とすることになるが、タイマー１０を含む電流補正演算部８（図１参照）をマイクロプロセッサの演算処理機能を用いて実現することが可能であるから、電流補正値の算出回数を５０回等の多数とする構成は容易に実現可能である。

本発明の実施例１の要部説明図である。本発明の実施例１の効果の説明図である。本発明の実施例１の説明図である。本発明の実施例１の電流補正タイミングの説明図である。従来例の説明図である。コンデンサの充電電圧の説明図である。

符号の説明

１コンデンサ
２整流平滑回路
３絶縁トランス
４インバータ
５駆動回路
６インバータ制御部
７誤差増幅器
８電流補正演算部
９整流平滑回路
１０タイマー

Claims

インバータを制御して目標電圧となるようにコンデンサを定電流充電するコンデンサ充電装置に於いて、
前記コンデンサの充電開始から前記目標電圧となる充電完了までの所定の充電期間内に於ける予め設定した複数回のタイミング毎に、前記コンデンサの充電電圧を検出して前記目標電圧との差分を求め、該差分と前記充電期間内の残時間とを基に前記コンデンサの充電電流の補正値を求める電流補正演算部と、
該電流補正演算部により求めた前記充電電流の補正値と前記コンデンサの充電電流検出値との差分が零となるように前記インバータを制御するインバータ制御部と
を備えたことを特徴とするコンデンサ充電装置。
前記電流補正演算部は、前記コンデンサの充電開始によりスタートし、前記目標電圧までに充電する充電完了までの所定の充電期間内に於いて予め設定した時間間隔で複数回のタイミング信号を出力するタイマーと、前記コンデンサの充電電圧を検出して前記目標電圧との差分を求める減算回路と、前記タイマーからのタイミング信号毎に前記減算回路からの差分と前記充電期間内の残時間とを基に電流補正値を算出する算出部とを含む構成を備えたことを特徴とする請求項１記載のコンデンサ充電装置。