JPH09128069A - 電力制御装置及び原稿照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波でのスイッチング動作を行うためスイ
ッチング時のノイズ発生量が多くなるという問題点があ
った。 【解決手段】整流器にて整流し、整流器から負荷に供給
する電力をスイッチング素子のオン／オフ動作により制
御する電力制御装置において、整流器２から負荷３に印
加される印加電圧を検出する印加電圧検出手段９を有
し、前記印加電圧が所定値以上の場合にのみ前記スイッ
チング素子のオンオフ動作を行うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、負荷に供給する電
力を制御するための電力制御装置に関するものであり、
特に、電子写真複写機、スキャナ装置等の原稿照射装置
の原稿照射用ランプへの電力供給に適した電力制御装置
及び原稿照明装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の電力制御装置としては、い
わゆる位相制御方式の装置が知られている。この方式
は、可変抵抗とコンデンサにより位相調整回路を構成
し、トライアックのゲートと位相制御回路間にトリガ素
子を設け、可変抵抗の抵抗値によってトリガ素子がブレ
ークオーバーする位相を調整することによりトライアッ
クの導通角を制御するものである。この方式によればト
ライアックの転流特性を利用して少ない部品で効率よく
負荷に供給される電力を制御することができる。

【０００３】しかしながら、上記位相制御方式の電力制
御装置にあっては、交流電源の半周期毎の位相調整であ
り、負荷電圧を低い値に設定した場合や交流電源からの
入力電圧が高い場合には交流電源の周期の一部分でのみ
負荷に電力が供給されることとなるため、電源の力率が
悪くなるという欠点があった。

【０００４】そこで、かかる欠点を解決すべく、交流電
源に整流器を介して直列に負荷とスイッチング素子を接
続し、このスイッチング素子を交流電源の周波数に比較
して高い周波数でスイッチング動作させることにより、
負荷に供給する電力を制御する電力制御装置が提案され
ている（特公平６ー８７４３２号）。この電力制御装置
によれば、高調波成分を減少し電源の力率を向上させる
ことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特公平
６ー８７４３２号に記載のごとき電力制御装置によれ
ば、交流電源周期の全領域にて均等に高周波数のスイッ
チング動作を行うため、スイッチング時のノイズ発生量
が多くなるという問題点があった。

【０００６】本発明は以上の問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的とするところは、電源の力率を維持し
つつ、スイッチング時のノイズの発生を低減する電力制
御装置を提供することにある。

【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、請求項１の発明は、整流器にて整流し、整流器から
負荷に供給する電力をスイッチング素子のオン／オフ動
作により制御する電力制御装置において整流器から負荷
に印加される印加電圧を検出する印加電圧検出手段を有
し、前記印加電圧が所定値以上の場合にのみ前記スイッ
チング素子のオンオフ動作を行うことを特徴とするもの
である。

【０００８】請求項２の発明は、交流電源からの電流を
整流器にて整流し、整流器から負荷に供給する電力をス
イッチング素子のオン／オフ動作により制御する電力制
御装置において、整流器から負荷に印加される印加電圧
を検出する印加電圧検出手段を有し、前記印加電圧が所
定値未満の場合には前記印加電圧を負荷へ連続して供給
し、前記印加電圧が所定値以上の場合には前記スイッチ
ング素子のオン／オフ動作により断続的に供給すること
ことを特徴とするものである。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
記載の電力制御装置を原稿を照明する原稿照射用ランプ
への電力制御装置として用いたことを特徴とするもので
ある。

【００１０】請求項１乃至請求項３記載の発明では、交
流電源の周期の比較的全域でオンオフ動作が行われると
ともに、印加電圧が所定値以上になった場合のみオンオ
フ動作を行うため、従来のオンオフ制御による電力制御
装置に比較しオンオフ動作の回数を少なくすることがで
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を電子写真複写機
（以下、複写機という）の原稿照射用ランプの電力制御
装置に適用した一実施形態について説明する。尚、複写
機は、スキャナ装置等とともに原稿照明装置の一つとし
て位置づけられる。一般に複写機は原稿台上に載置され
た原稿をハロゲンランプ等の原稿照射用ランプにて照射
し、その反射光により一様に帯電された感光体上を露光
することにより、又は前記反射光をＣＣＤ（チャージ・
カップルド・デバイス）で読み込みそのＣＣＤの出力に
基づいて光ビームを発生させ感光体上を走査することに
より、潜像を形成し、これを現像装置によりトナー像に
顕像化する。このトナー像は、転写装置によって、給紙
装置から給送された記録紙上に転写され、その後、定着
装置により前記記録紙上に定着される。

【００１２】図１は本実施形態に係る電力制御装置とそ
の周辺回路の概略図である。図１に示すように、商用電
源である交流電源１はコンデンサＣ４とコイルＬ２から
なるノイズフィルタを介し、ダイオードブリッジ回路に
より構成される全波整流器２に接続される。図示のよう
に、該ノイズフィルタと前記全波整流器２の間には、安
全リレーの接点Ｓ１,Ｓ２が設けられており、複写機に
異常が発生した場合には交流電源１側と全波整流器２側
を電気的に遮断する。全波整流器２の出力は、コンデン
サＣ２及びＣ３、コイルＬ１とにより構成されるノイズ
フィルタを介して原稿照明用ランプであるハロゲンラン
プ（以下単に「ランプ」という）３に入力する。ランプ
３には共振用コンデンサＣ１が並列に接続される。

【００１３】また、ランプ３に温度ヒューズＦＵを介し
てスイッチング素子Ｑ１を直列に接続し、スイッチング
素子Ｑ１がオンした状態でランプ３に負荷電流ＩＬＰを
流してランプを発光させる。スイッチング素子Ｑ１への
負荷電流ＩＬＰの逆流を防止するためダイオードＤ１を
設けている。ここで、本実施形態においては、スイッチ
ング素子Ｑ１として、絶縁ゲートバイポーラトランジス
タを使用している。尚、図１中、ランプ３の上方に記載
されているのは、原稿５及び原稿載置台としてのコンタ
クトガラスであり、この原稿載置台４に載置された原稿
をランプ３にて照射する。

【００１４】メイン制御回路は、複写機全体の制御を行
うものであり、このメイン制御回路からの信号を基礎と
して、ランプに供給される電力の制御が行われる。一連
の動作を順を追って説明する。複写機のスタートボタン
が押下られると、メイン制御回路は、安全リレーＲＡの
接点Ｓ１、Ｓ２を閉じるとともに、ランプ制御回路１２
に対しランプ電圧設定信号ＴａｇＬＰとランプトリガ信
号ＴｒｇＬＰを出力する。これにより、ランプ制御回路
１２が起動する。ランプ制御回路１２は、その出力をド
ライブ回路を介してスイッチング素子に入力し、所望の
オン／オフ動作（スイッチング動作）を行うようにスイ
ッチング素子を駆動する。

【００１５】前述のように、スイッチング素子Ｑ１がオ
ン状態であれば、ランプＬＰに負荷電流ＩＬＰが流れ、
オフ状態では流れない。従って、このスイッチング素子
のオン／オフ動作を制御することにより負荷であるラン
プに供給する電力を制御することができる。スイッチン
グ素子のオン／オフ動作における、オン時間及びオフ時
間は、ランプ制御回路１２にて決定される導通比率に依
存するものであり、この導通比率に基づきパルス幅変調
された矩形波がランプ駆動回路から出力されることによ
り、スイッチング素子のオン／オフ動作が実行される。

【００１６】図２はランプ制御回路１２の構成図であ
る。ランプ制御回路は、ランプ両端にかかる負荷電圧Ｖ
ＬＰがメイン制御回路からのランプ電圧設定信号Ｔａｇ
ＬＰによって与えらた一定電圧になるように、導通比率
を決定し、スイッチング素子のスイッチング動作を制御
するための回路である。ここで、図３及び図４に基づい
て導通比率について説明する。導通比率とは、図３及び
図４の記載から明らかなようにスイッチングの周期Ｔと
オン時間Ｔ２の比率、すなわちＴ２／Ｔ*１００（％）
である。導通比率が大きくなればなるほど負荷電圧ＶＬ
Ｐが上昇してランプに流れる負荷電流ＩＬＰが増加し、
ランプの発光光量が増す。

【００１７】本実施形態におけるスイッチング周波数
は、２０ＫＨｚ程度であり、商用交流電源の周波数５０
Ｈz（又は６０Ｈz）に比較しはるかに高い周波数となっ
ている。従って、交流電源１の一周期中の全域でオン／
オフ動作が可能である。一方、本実施形態においては、
スイッチング周期Ｔを発信器ＯＳＣが出力するクロック
信号の周期と等しくしており、導通比率は結果的にオン
時間であるＴ２により決定される。従って、導通比率を
変化させるためにはオン時間Ｔ２を変化させる必要があ
る。

【００１８】図２に戻り、オン時間Ｔ２の決定動作を説
明する。第１オペアンプ６の２つの入力端子は、それぞ
れ、ランプ両端に接続され、負荷電圧ＶＬＰを検出す
る。この第１オペアンプ６の出力は抵抗Ｒ５０とコンデ
ンサＣ４1で構成されるローパスフィルタを介して第２
オペアンプ７の非反転入力端子に入力する。

【００１９】抵抗Ｒ５０とコンデンサＣ４1の値により
決定される前記ローパスフィルタの時定数を交流電源１
の１周期よりも大きく設定し、第２オペアンプ７の非反
転入力端子に負荷電圧ＶＬＰの平均値を入力するように
している。第２オペアンプ７のもう一方の入力端子に
は、ランプ電圧設定信号ＴａｇＬＰが入力され、第２オ
ペアンプ７は、前記負荷電圧ＶＬＰの平均値とランプ電
圧設定信号ＴａｇＬＰの差分を所定のゲインにより増幅
し出力する。第２オペアンプ７の出力は、オペアンプに
て構成されるパルス幅変調コンパレータ１１の反転入力
端子に入力される。パルス幅変調コンパレータ１１のも
う一方の非反転入力端子には発信器１３で生成された周
期Ｔのクロック信号ＶＣＬＫが入力され、パルス幅変調
コンパレータ１１は、前記クロック信号ＶＣＬＫに同期
してパルス幅変調を行い、ランプ電圧設定信号ＴａｇＬ
Ｐを得るに必要とする仮のオン時間Ｔ２’を決定し、オ
フ時間Ｔ１とオン時間Ｔ２’とからなる矩形波信号を出
力する。

【００２０】一方、オペアンプにて構成されるデットタ
イムコンパレータ１０は、ランプ３の印加電圧Ｖｉｎに
応じて、スイッチング素子の導通比率の最大値、即ち、
オン時間Ｔ２の最大値Ｔ２maxを設定する。このＴ２max
の設定は、全波整流器２の出力電圧を分圧した信号とク
ロックＶＣＬＫを比較することにより行われる。このよ
うにして決定される導通比率の最大値と印加電圧Ｖｉｎ
との関係は図４のグラフに示す通りであり、印加電圧Ｖ
ｉｎが１４０(Ｖ)未満の場合には、導通比率の最大値を
１００％（Ｔ２＝Ｔ１）とし、印加電圧Ｖｉｎが１４０
(Ｖ)以上となった場合に導通比率の最大値、即ちＴ２の
最大値Ｔ２ｍａｘを制限している。かくして、デットタ
イムコンパレータ１０は、オフ時間Ｔ１、オン時間Ｔ２
ｍａｘからなる矩形波信号を出力する。

【００２１】この後、パルス幅変調コンパレータ１１の
出力信号とデットタイムコンパレータ１０の出力信号を
それぞれ第１ａｎｄ回路Ｌ１に入力し論理積を取る。オ
ン時間として一時的に決定されたＴ２ｍａｘ及びＴ２’
は、ともに発信器ＯＳＣに同期して定めらたものである
から、上記第１ａｎｄ回路Ｌ１の出力は、Ｔ２ｍａｘが
Ｔ２’よりも大きな場合には、Ｔ２'となり、逆に、Ｔ
２ｍａｘがＴ２’よりも小さな場合には、Ｔ２ｍａｘが
出力となる。このようにして、第１ａｎｄ回路Ｌ１から
オフ時間Ｔ１と最終的なオン時間Ｔ２からなる矩形波信
号が出力される。以上のように、Ｔ２ｍａｘとＴ２’の
論理積の結果を最終的なＴ２とすることにより、Ｔ２ｍ
ａｘを越えるオン時間Ｔ２を出力することを抑制するこ
とができ、負荷である原稿照射用ランプに過大な電流が
流れるのを防止することができる。

【００２２】一方、第３オペアンプ８は、ランプ印加電
圧Ｖｉｎを入力として、これを抵抗Ｒ５５と抵抗Ｒ５６
によって形成した基準電圧と比較することにより、ラン
プ印加電圧Ｖｉｎが基準電圧よりも低い場合には高レベ
ルの出力をし（オン状態）、ランプ印加電圧Ｖｉｎが基
準電圧よりも高い場合には低レベル（オフ状態）の出力
をする。第３オペアンプ８は、本発明における印加電圧
検出手段として機能する。

【００２３】第３オペアンプ８の出力は、第１ａｎｄ回
路Ｌ１の次段にあるｏｒ回路Ｌ２に入力され、第１ａｎ
ｄ回路Ｌ１の出力信号との間で論理和が取られる。これ
により、ｏｒ回路Ｌ２は、ランプ印加電圧が基準電圧よ
りも小さい場合には、連続して第３オペアンプ８からの
高レベル出力を出力し、ランプ印加電圧が基準電圧より
も大きくなって第３オペアンプ８の出力が低レベルとな
ると、第１ａｎｄ回路Ｌ１の出力信号をそのまま出力す
ることとなる。ｏｒ回路Ｌ２の出力信号がスイッチング
素子Ｑ１のオン／オフ動作のタイミングを定める駆動信
号Ｖｂとなる。

【００２４】本実施形態においては、更に、負荷異常時
の通電を防止すべく保護回路を設け、ランプを流れる負
荷電流ＩＬＰの値が所定値を越えたときにはランプへの
通電を停止している。即ち、電流検出器ＣＤで検出され
た負荷電流ＩＬＰと、抵抗５８及び抵抗５９で設定され
た基準値とを第４オペアンプ９にて比較し、負荷電流Ｉ
ＬＰが基準値よりも大きくなった場合にトランジスタＱ
２をオンし、ランプトリガ信号ＴｒｇＬＰをオフ（低レ
ベル）にしている。

【００２５】ランプトリガ信号ＴｒｇＬＰは、前述のｏ
ｒ回路Ｌ２の出力を１つの入力とする第２ａｎｄ回路Ｌ
３のもう一方の入力に接続されている。従って、ランプ
トリガ信号ＴｒｇＬＰがオン（高ハイレベル）である場
合には、第２ａｎｄ回路Ｌ３は、ｏｒ回路Ｌ２の出力を
そのまま出力するが、ランプトリガ信号ＴｒｇＬＰがオ
フ（ローレベル）となった場合には、第２ａｎｄ回路Ｌ
３の出力はオフ（ローレベル）となり、オン時間Ｔ２が
生じない。従って、ランプへの通電が停止する。

【００２６】このように、本実施形態においては、交流
電源の周波数よりも遥かに高い周波数によりスイッチン
グ素子をオン／オフ動作することにより、図６に示すよ
うに、負荷電流ＩＬＰの頂点を結ぶ線は電源電圧と近似
した波形となる。また、負荷であるランプに供給する電
力を変更、即ち、ランプ電圧設定信号ＴａｇＬＰの値を
変更した場合には、負荷に供給する電力に対応して導通
比率が交流電源の周期の全領域で変化するとともに、負
荷に供給する電力の大きさに追従して負荷電流のピーク
値も変化する。

【００２７】

【発明の効果】請求項１乃至３の発明によれば、従来の
オン／オフ制御による電力制御装置に比較し、スイッチ
ング素子のオン／オフ動作を少なくすることができ、オ
ン／オフ動作時に発生するノイズを低減することができ
るという優れた効果がある。特に、請求項２の発明によ
れば、ランプ印加電圧が所定値以下の期間にはランプに
連続して通電することとしたので、交流電源周期のほぼ
全域に渡り、スイッチング素子の非通電時間を短くする
ことができるという優れた効果がある。また、特に、請
求項３の発明によれば、請求項１又は２の電力制御装置
を原稿照明装置の原稿を照明するための原稿照射用ラン
プの電力制御装置に用いたから、原稿読み取り光を時間
的に均一に原稿に照射することができるという優れた効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る電力制御装置とその周辺回路の
概略図。

【図２】図１中のランプ制御回路の回路図。

【図３】発信器のクロック信号とオン／オフ時間の関係
図。

【図４】導通比率と印加電圧の関係図。

【図５】信号波形図。

【図６】交流電源波形と負荷電流波形の関係図。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 全波整流器 ３ 原稿照射用ランプ ４ 原稿載置台 ５ 原稿 ６ 第１オペアンプ ７ 第２オペアンプ ８ 第３オペアンプ ９ 第４オペアンプ １０ デットタイムコンパレータ １１ パルス幅変調コンパレータ １２ ランプ制御回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源からの電流を整流器にて整流
   し、整流器から負荷に供給する電力をスイッチング素子
   のオン／オフ動作により制御する電力制御装置におい
   て、整流器から負荷に印加される印加電圧を検出する印
   加電圧検出手段を有し、前記印加電圧が所定値以上の場
   合にのみ前記スイッチング素子のオン／オフ動作を行う
   ことを特徴とする電力制御装置。
2. 【請求項２】 前記印加電圧が所定値未満の場合には前
   記印加電圧を負荷へ連続して供給することを特徴とする
   請求項１の電力制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２の電力制御装置を原稿を
   照明するための原稿照射用ランプの電力制御装置として
   用いたことを特徴とする原稿照明装置。