KR101217629B1 - 위상 제어 회로 및 이를 이용한 히터램프 제어장치 및 방법 - Google Patents

위상 제어 회로 및 이를 이용한 히터램프 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

위상 제어 회로 및 이를 이용한 히터램프 제어장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 위상 제어 회로는 소정 주기를 갖는 정현파의 레벨과 소정 레벨까지 증가하는 비교 신호와의 레벨을 비교하여 상기 정현파의 레벨이 상기 비교 신호의 레벨 이상일 경우의 위상을 검출하여 펄스기준신호를 생성하는 위상검출부 및 상기 펄스기준신호에 기초하여 상기 비교 신호의 레벨과 레벨이 감소 중인 상기 정현파의 레벨이 일치하는 시점에 제어펄스신호를 생성하는 제어펄스신호 생성부를 포함함으로써, 히터램프 초기 구동시에 플리커의 발생을 최소화할 수 있다.

Description

위상 제어 회로 및 이를 이용한 히터램프 제어장치 및 방법{Phase control circuit, apparatus and method for controlling heater lamp using the same}
도 1은 히터램프의 구동특성을 도시한 그래프
도 2는 본 발명에 의한 위상 제어 회로의 블록도.
도 3은 도 2의 위상검출부 및 제어펄스신호 생성부의 일 실시예를 포함한 위상 제어 회로의 회로도.
도 4는 본 발명에 따른 각 신호들을 도시한 타이밍도.
도 5는 본 발명에 따른 히터램프 제어장치의 일 실시예를 나타낸 블록도.
도 6은 도 5의 위상검출부 및 제어펄스신호 생성부의 일 실시예를 포함한 히터램프 제어장치의 회로도.
도 7은 본 발명에 따른 히터램프 제어방법의 일 실시예에 따른 흐름도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명>
210: 위상검출부 220: 제어펄스신호 생성부
530: 제어부 540: 정착기 회로부
550: 히터램프
본 발명은 위상 제어 회로 및 이를 이용한 히터램프 제어장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 입력된 교류전압에서 소정 범위의 위상을 검출하여 그에 대응되는 제어펄스신호를 제공하는 위상 제어 회로 및 이를 이용한 히터램프 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적인 전자사진방식 프린터는 감광매체, 현상장치, 전사장치, 정착장치를 구비한다. 전사장치는 현상장치에 의해 현상제로 감광매체에 형성된 이미지를 기록용지로 전사시키는 장치이고, 정착장치는 기록용지에 전사된 이미지를 정착시키는 장치이다. 통상적인 정착장치는 전사롤러를 거쳐 진입되는 기록용지를 가압 및 전진시킬 수 있도록 전사롤러와 별도로 설치된 정착용 롤러의 표면을 소정 온도로 가열할 수 있도록 되어 있고, 소정 온도로 가열하기 위한 발열체로서는 교류전압 구동용 히터램프가 일반적으로 적용된다.
도 1는 히터램프의 구동특성을 나타낸다. 도시된 구동특성 그래프는 히터램프에 유입되는 전류(I)와 시간(t)축에 대해 도시한 것으로서, 도시된 바와 같이, 히터램프는 전원이 인가되는 시점, 즉 시동되는 시점에 가장 많은 전류를 소모하며, 일정 시간이 지나면 히터램프를 구동하는데 큰 전류를 필요로 하지 않는다. 이는 히터램프에 봉입되는 필라멘트가 저온일때, 예컨데 전원이 인가되지 않았을때 저항값이 작으므로 관통 전류가 크고, 전원이 인가되어 예열되었을 때는 저항값이 크기 때문에 관통전류가 작은데서 기인한다. 도면에 도시된 "A"지점은 히터램프가 저온일 때, 입력되는 교류전원이 히터램프를 관통하는 전류의 최대치를 나타낸다. 도시된 바와 같이 히터램프의 초기 구동시 발생하는 대량의 전류에 의해 히터램프의 주변에 위치하는 전자기기에 공급되는 전력이 감소하게 되어 전자기기가 오동작 하는 플리커(flicker) 현상이 발생한다.
종래에는 히터램프의 초기 구동시에도 단순히 제어부에서 출력하는 히터램프 제어신호에 의해 교류전원을 인가하므로, 주변회로에 공급되는 전력을 일시적으로 미약하게 만드는 플리커 현상이 발생할 수 있으며 그로 인해 주변회로의 동작 및 안정성에 악영향을 주는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 히터램프 초기 구동시에 소정 범위의 전압 위상을 검출하고, 그에 대응되는 제어펄스신호를 히터램프의 온/오프에 적용하여 플리커의 발생을 최소화할 수 있는 위상 제어 회로 및 이를 이용한 히터램프 제어장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 위상 제어 회로는 소정 주기를 갖는 정현파의 레벨과 소정 레벨까지 증가하는 비교 신호와의 레벨을 비교하여 상기 정현파의 레벨이 상기 비교 신호의 레벨 이상일 경우의 위상을 검출하여 펄스기준신호를 생성하는 위상검출부 및 상기 펄스기준신호에 기초하여 상기 비교 신호의 레벨과 레벨이 감소 중인 상기 정현파의 레벨이 일치하는 시점에 제어펄스신호를 생성하는 제어펄스신호 생성부를 포함한다.
상기의 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 히터램프 제어장치는 소정 주기 를 갖는 정현파의 레벨과 소정 레벨까지 증가하는 비교 신호와의 레벨을 비교하여 상기 정현파의 레벨이 상기 비교 신호의 레벨 이상일 경우의 위상을 검출하여 펄스기준신호를 생성하는 위상검출부, 상기 펄스기준신호에 기초하여 상기 비교 신호의 레벨과 레벨이 감소 중인 상기 정현파의 레벨이 일치하는 시점에 제어펄스신호를 생성하는 제어펄스신호 생성부 및 생성된 상기 제어펄스신호에 의해 히터램프의 구동시점을 제어하는 제어부를 포함한다.
이하, 본 발명에 의한 위상 제어 회로 및 이를 이용한 히터램프 제어장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 위상 제어 회로의 블록도이다.
본 발명에 의한 위상 제어 회로는 위상검출부(210), 제어펄스신호 생성부(220)를 포함한다.
위상검출부(210)에 정현파가 입력되면, 위상검출부(210)는 소정 레벨까지 증가하는 비교 신호를 생성하고, 입력된 상기 정현파의 레벨과 상기 비교 신호와의 레벨을 비교하여 상기 정현파의 레벨이 상기 비교 신호의 레벨 이상일 경우의 위상을 검출하여 펄스기준신호를 생성한다. 소정 레벨은 상기 정현파의 최대 레벨 이상인 것이 바람직하다.
제어펄스신호 생성부(220)는 상기 펄스기준신호에 기초하여 상기 비교 신호의 레벨과 레벨이 감소 중인 상기 정현파의 레벨이 일치하는 시점에 제어펄스신호를 생성한다.
도 3은 도 2의 위상검출부 및 제어펄스신호 생성부의 일 실시예를 포함한 위 상 제어 회로의 회로도이다.
위상검출부(210A)에서 비교부(D1)(211)의 양의 단에는 정현파가 입력되고. 음의 단에는 비교 신호가 입력된다. 비교부(D1)의 양의 단에 입력되는 정현파는 통상 110V/220V의 교류전원이 된다. 비교부(D1)의 입력 레벨에 한계가 있기 때문에 비교부(D1)의 양의 단에 저항을 이용한 전압 분배 회로(미도시) 또는 트랜스포머(미도시)를 구비하여 입력 전압을 감압하는 것이 바람직하다. 소정 레벨까지 증가하는 비교 신호를 생성하기 위해 직류 전원(212)은 서미스터(TH)(213)의 일단과 접속되고 서미스터(TH)(213)의 타단은 비교부(D1)(211)의 음의 단과 접속된다. 서미스터(TH)(213)와 음의 단 사이 노드에는 일단이 접지된 저항(R1)이 구비된다. 저항(R1)은 직류 전원(212)의 전압을 분배하기 위해 설치된 것이다.
비교 신호의 생성은 다음과 같다. 서미스터(TH)(213)는 온도가 높아지면 저항값이감소하는 부저항온도계수의 특성을 가지고 있다. 직류 전원이 인가되었을 때, 초기에는 서미스터의 온도가 낮아 서미스터(TH)(213)의 저항값이 커서 저항(R1)에 걸리는 전압이 낮게 나타나다가 서미스터의 온도가 올라갈수록 서미스터(TH)(213)의 저항값이 감소하여 저항(R1)에 걸리는 전압이 커지게 된다. 따라서 비교부(D1)(211)의 음의 단자에 입력되는 신호는 시간에 따라 점차 증가하는 신호가 된다. 비교 신호의 상기 소정 레벨 및 증가율은 서미스터(TH)(213)의 특성과 저항(R1)의 저항값에 의해 결정된다.
비교부(D1)(211)은 상기 정현파와 상기 비교 신호를 비교하여, 상기 정현파에서 상기 비교 신호 이상의 영역이 펄스기준신호의 하이(HIGH)가 되는 구형펄스신 호를 출력한다.
제어펄스신호 생성부(220A)의 일단은 위상검출부(210)의 출력과 연결되고, 타단은 제어펄스신호를 출력한다. 위상검출부(210A)와 연결된 일단에는 분기노드(221)이 있다. 분기노드(221)로부터 비교부(D2)(224)의 양의 단 및 음의 단으로 각각 브랜치(branch)가 형성된다. 양의 단과 접속된 브랜치인 제1브랜치(222)에는 제너다이오드(ZD)와 저항(R2)이 직렬로 접속되어 있고, 저항(R2)와 양의 단 사이 노드에는 일단이 접지된 커패시터(Cb)가 구비된다.
음의 단과 접속된 브랜치인 제2브랜치(223)에는 저항(R3)가 구비된다. 여기서 제너다이오드(ZD)는 입력되는 일정전압의 크기를 감압하기 위해 설치되고, 저항 R2,R3는 전압강하를 위해서 각각 설치된 것이다.
위상검출부(210A)에서 생성된 펄스기준신호는 분기노드(221)를 거쳐 제1브랜치(222) 및 제2브랜치(223)으로 각각 유입된다. 유입된 펄스기준신호는 제2브랜치(223)에서는 위상 지연없이 비교부(D2)(224)의 음의 단으로 입력된다. 반면에 제1브랜치(222)에서는 펄스기준신호가 커패시터(Cb)에서 충전되는 동안 일시 위상이 지연되고, 지연된 상태로 비교부(D2)(224)양의 단으로 입력된다. 본 명세서에서는 위상지연된 펄스기준신호를 펄스지연신호라고 칭한다. 커패시터(Cb)는 버퍼역할을 하며 제어펄스신호의 펄스폭을 고려하여 그 크기를 달리할 수 있다.
비교부(D2)(224)는 음의 단 및 양의 단으로 각각 입력된 펄스기준신호 및 펄스지연신호를 비교하여 소정의 제어펄스신호를 생성한다.
제어펄스신호의 생성은 다음과 같다. 음의 단에는 펄스기준신호가 입력된다. 양의 단에는 제너다이오드(ZD)에 의해 펄스기준신호가 소정 감압되고 커패시터(Cb)에 의해 지연된 펄스지연신호가 입력된다. 따라서 음의 단에 입력되는 펄스기준신호가 하이(HIGH)인 동안 비교부(D2)(224)의 양의 단에는 감압된 펄스지연신호가 입력되므로 비교부(D2)(224)의 출력단에는 로우(LOW)신호가 출력된다. 펄스기준신호가 로우(LOW)가 되는 시점에 비교부(D2)(224)의 양의 단의 펄스지연신호는 하이(HIGH)이므로 비교부(D2)(224)의 출력단에는 하이(HIGH)신호가 출력되고 펄스지연신호가 로우(LOW)가 되는 순간 비교부(D2)(224)의 출력단에는 로우(LOW)신호가 출력된다. 따라서 이를 통해 제어펄스신호가 생성된다.
도 4는 본 발명에 따른 각 신호들을 도시한 타이밍도이다.
도 4를 참조하면, 410은 비교부(D1)(211)의 양의 단에 입력되는 정현파를 나타내고, 420은 비교부(D1)(211)의 음의 단에 입력되는 비교 신호를 나타낸다. 430은 비교부(D1)(211)에서 출력하는 펄스기준신호를 나타낸다. 440은 비교부(D2)(224)의 양의 단에 입력되는 펄스지연신호를 나타낸다. 450은 비교부(D2)(224)에서 출력하는 제어펄스신호를 나타낸다. 450의 제어펄스신호를 살펴보면 비교 신호(420)의 레벨과 레벨이 감소 중인 상기 정현파(410)의 레벨이 일치하는 시점에 펄스신호를가 생성됨을 알 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 히터램프 제어장치의 일 실시예를 나타낸 블록도이다.
본 발명에 따른 히터램프 제어장치는 전원입력부(510), 전원공급부(520), 위상검출부(210B), 제어펄스신호 생성부(220B), 제어부(530), 정착기 회로부(540), 및 히터램프(550)를 포함한다.
전원입력부(510)는 통상적으로 전원코드를 의미하며, 전원입력부(510)를 통해 입력된 교류전압은 위상검출부(210B) 및 전원공급부(520)로 각각 출력된다. 전원공급부(520)는 프린터에 필요한 각종 전압을 생성하는 전원공급장치이며, 하기에서 설명될 정착기 회로부(540)로 전원을 공급한다.
위상검출부(210B)는 소정 레벨까지 증가하는 비교 신호를 생성하고, 입력된 교류전압의 레벨과 상기 비교 신호와의 레벨을 비교하여 상기 교류전압의 레벨이 상기 비교 신호의 레벨 이상일 경우의 위상을 검출하여 펄스기준신호를 생성한다.
제어펄스신호 생성부(220B)는 상기 펄스기준신호에 기초하여 상기 비교 신호의 레벨과 레벨이 감소 중인 상기 교류전압의 레벨이 일치하는 시점에 제어펄스신호를 생성한다. 생성된 제어펄스신호는 제어부(530)로 출력된다.
제어부(530)는 프린터 전체를 제어하는 장치이다. 본 발명에 따르면 제어펄스신호에 기초하여 정착기 회로부(540)를 제어한다. 즉, 제어펄스신호의 각각의 펄스에 따라 정착기 회로부(540)를 스위칭하여 전원공급부(520)로부터 공급되는 전원이 히터램프(550)에 공급되는 것을 제어한다.
히터램프(550)은 정착용 롤러(미도시)를 발열시킬 수 있도록 소정 위치, 예를 들면 정착용 롤러 내에 설치될 수 있다.
도 6은 도 5의 위상검출부 및 제어펄스신호 생성부의 일실시예를 포함한 히터램프 제어장치의 회로도이다.
전원입력부(510)를 통해 입력된 교류전압은 제1교류단자(511) 및 제2교류단 자(512)를 통해 입력된다. 저항(R4)와 저항(R5)는 교류전압을 소정 레벨로 감압하기 위한 저항이다. 그리고 위상검출부(210B)를 통하여 입력전압의 크기와 소정 레벨까지 증가하는 비교 신호의 크기에 따른 펄스기준신호가 생성된다. 펄스기준신호가 하이(HIGH)일 때 발광다이오드(PC-1)에서의 발광에 기초하여 제어펄스신호 생성부(220B)의 포토트랜지스터(PC-2)는 턴온된다. 반면에 펄스기준신호가 로우(LOW)일 때 포토트랜지스터(PC-2)는 턴오프된다.
제어펄스신호 생성부(220B)는 일단은 전원공급부(520)와 연결되고, 타단은 제어부(530)와 연결된다.
제어부는(530)는 히터램프(550)가 초기 구동일 경우 위상 제어 회로가 출력하는 소정의 제어펄스신호에 기초하여 정착기 회로부(540)의 온/오프를 제어하는 히터램프 제어신호를 출력하고 초기 구동이 아닌 경우 통상의 히터램프 제어신호를 출력한다. 제어부(530)는 히터램프의 초기 구동을 마쳤다고 판단하면 통상의 히터램프 제어신호를 출력하게 되는데, 이는 상기 비교 신호의 레벨을 감지하여 판단하거나, 상기 펄스기준신호의 폭을 감지하여 판단할 수 있다.
정착기 회로부(540)는 히터램프(550)의 타단(541)과 제1교류단자(511)와의 사이에 접속되어 커패시터(C1) 및 저항소자(R6)로 이어지는 제1루프와 병렬상으로 트라이액(Ta1)이 접속되어 있고, 트라이액(Ta1)의 게이트 단자를 트리거 할 수있도록 포토 트라이액(PTa1)이 설치되어 있다. 포토 트라이액(PTa1)과 쌍을 이루는 발광다이오드(PTa2)는 제어부(530)의 히터램프 제어신호에 의해 발광되도록 설치되어 있다.
따라서, 제어부(530)의 히터램프 제어신호에 따른 발광소자(PTa2)의 발광 유무에 따라 온/오프 되는 트라이액(Ta1)에 의해 제2교류단자(512)와 접속된 인턱터(L1)와 히터램프(550)의 타단(541)과의 전기적인 접속을 온/오프 시킨다. 참조부호 L1, C1 및 R6로 표기된 인덕터, 커패시터 및 저항소자는 잡음 제거 및 주파수 보상용이다. 이러한 히터램프 제어장치는 위상검출부(210B) 및 제어펄스신호 생성부(220B)의 각 출력신호에 따라 히터램프(550)에 대한 교류전압의 인가를 제어한다.
도 4에서 460은 상기 제어펄스신호에 기초하여 교류전원을 슬라이싱(slicing)한 것을 나타낸다. 도 4의 460에서 검은색을 띈 부분이 제어부(530)의 제어에 의해 트라이액(Ta1)을 관통하는 교류전원의 파형으로서, 점차 검은색을 띈 영역을 증가시킴으로써 히터램프(550)에 인가되는 전력을 점차 증가시킨다.
도 7은 본 발명에 따른 히터램프 제어방법의 일 실시예에 따른 흐름도를 나타낸다.
먼저 히터램프가 초기 구동인지 판단하여(710단계), 초기 구동이 아닌 경우 통상의 방법으로 히터램프를 제어한다(720단계). 히터램프가 초기구동인 경우, 소정 주기를 갖는 정현파의 레벨과 소정 레벨까지 증가하는 비교 신호의 레벨을 비교하여 상기 정현파의 레벨이 상기 비교 신호의 레벨 이상일 경우의 위상을 검출하여 펄스기준신호를 생성한다(730단계). 그리고 상기 펄스기준신호에 기초하여 상기 비교 신호의 레벨과 레벨이 감소 중인 상기 정현파의 레벨이 일치한다고 비교되는 시점에 제어펄스신호를 생성한다(740단계). 그리고 생성된 상기 제어펄스신호에 의해 히터램프의 구동시점을 제어한다(750단계).
이러한 본원 발명인 위상 제어 회로 및 이를 이용한 히터램프 제어장치 및 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의한 위상 제어 회로 및 이를 이용한 히터램프 제어장치 및 방법에 따르면, 히터램프 초기 구동시에 소정 범위의 전압 위상을 검출하고, 그에 대응되는 제어펄스신호를 히터램프의 온/오프에 적용하여 플리커의 발생을 최소화할 수 있으며, 또한 히터램프에서 소모되는 전력량도 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 소정 주기를 갖는 정현파의 레벨과 소정 레벨까지 증가하는 비교 신호와의 레벨을 비교하여, 상기 정현파의 레벨이 상기 비교 신호의 레벨 이상일 경우의 위상을 검출하여 펄스기준신호를 생성하는 위상검출부; 및
    상기 펄스기준신호에 기초하여, 상기 비교 신호의 레벨과 레벨이 감소 중인 상기 정현파의 레벨이 일치하는 시점에 제어펄스신호를 생성하는 제어펄스신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 제어 회로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 위상검출부는,
    양의 단 및 음의 단에 각각 입력된 신호의 크기차를 비교하는 비교부;
    상기 비교 신호를 발생시키기 위한 직류 전원;
    일단이 상기 직류 전원과 접속되고 타단이 상기 비교부 음의 단과 접속되는 서미스터; 및
    상기 비교부의 음의 단에 접속되어 전압을 분배하기 위한 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 제어 회로.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어펄스신호 생성부는,
    양의 단 및 음의 단에 각각 입력된 신호의 크기차를 비교하는 비교부;
    상기 비교부의 양의 단에 접속되어 상기 펄스기준신호의 크기를 감압하기 위한 제너다이오드; 및
    상기 비교부의 양의 단에 접속되어 상기 펄스기준신호의 위상을 지연시켜 위상지연된 펄스지연신호를 생성하는 커패시터를 포함하고,
    상기 펄스기준신호가 생성되어 양의 단 및 음의 단으로 각각 출력된 경우, 상기 비교부는, 상기 음의 단으로 입력된 상기 펄스기준신호 및 상기 양의 단으로 입력된 상기 펄스지연신호의 상호 크기비교결과에 기초한 제어펄스신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 위상 제어 회로.
  4. 소정 주기를 갖는 정현파의 레벨과 소정 레벨까지 증가하는 비교 신호와의 레벨을 비교하여, 상기 정현파의 레벨이 상기 비교 신호의 레벨 이상일 경우의 위상을 검출하여 펄스기준신호를 생성하는 위상검출부;
    상기 펄스기준신호에 기초하여, 상기 비교 신호의 레벨과 레벨이 감소 중인 상기 정현파의 레벨이 일치하는 시점에 제어펄스신호를 생성하는 제어펄스신호 생성부; 및
    생성된 상기 제어펄스신호에 의해 히터램프의 구동시점을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터램프 제어장치.
  5. 소정 주기를 갖는 정현파의 레벨과 소정 레벨까지 증가하는 비교 신호의 레벨을 비교하여, 상기 정현파의 레벨이 상기 비교 신호의 레벨 이상일 경우의 위상을 검출하여 펄스기준신호를 생성하는 단계;
    상기 펄스기준신호에 기초하여, 상기 비교 신호의 레벨과 레벨이 감소 중인 상기 정현파의 레벨이 일치한다고 비교되는 시점에 제어펄스신호를 생성하는 단계; 및
    생성된 상기 제어펄스신호에 의해 히터램프의 구동시점을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터램프 제어방법.
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