KR101915738B1

KR101915738B1 - Induction heating fuser unit and image forming apparatus

Info

Publication number: KR101915738B1
Application number: KR1020120141201A
Authority: KR
Inventors: 타카시 콘도
Original assignee: 에이치피프린팅코리아 유한회사
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2018-11-06
Also published as: AU2012353158A1; KR20130067224A; JP2013125066A

Abstract

본 발명에 의한 유도 가열 정착 장치는, 직렬 공진 회로, 위상 비교부, 위상 제어부, 공진 주파수 추종 발진부, PWM 신호 발생부를 구비한다. 위상 비교부는 PWM 신호 발생부가 출력하는 펄스의 위상과 유도 코일을 흐르는 전류의 위상을 비교하여, 비교한 결과를 위상 제어시는 위상 제어부에 출력하고, PWM 제어시는 공진 주파수 추종 발진부에 출력한다. 위상 제어부는, 위상 비교부의 출력 및 소정의 코일 전류 위상량에 기초하여 소정의 위상값에 대응되는 주파수 제어 신호를 공진 주파수 추종 발진부에 출력한다. 공진 주파수 추종 발진부는, 위상 제어부의 출력을 이용하여 직렬 공진 회로의 구동 주파수를 공진 주파수에 추종시키도록 발진 주파수를 변화시킨다. PWM 신호 발생부는, 공진 주파수 추종 발진부에 의해 변화된 발진 주파수에 기초하여 직렬 공진 회로를 구동시키는 펄스를 발생시킨다. 위상 비교부, 위상 제어부, 공진 주파수 추종 발진부 및 PWM 신호 발생부는 디지털 제어된다.The induction heating fixing apparatus according to the present invention includes a series resonance circuit, a phase comparison unit, a phase control unit, a resonance frequency follow-up oscillation unit, and a PWM signal generation unit. The phase comparison unit compares the phase of the pulse output from the PWM signal generation unit with the phase of the current flowing through the induction coil, outputs the comparison result to the phase control unit during phase control, and outputs to the resonance frequency follow-up oscillation unit during PWM control. The phase control section outputs a frequency control signal corresponding to a predetermined phase value to the resonance frequency follow-up oscillation section based on the output of the phase comparison section and the predetermined coil current phase amount. The resonance frequency follower / oscillator changes the oscillation frequency so as to follow the resonance frequency of the drive frequency of the series resonance circuit using the output of the phase controller. The PWM signal generating section generates a pulse for driving the series resonance circuit based on the oscillation frequency changed by the resonance frequency follow-up oscillating section. The phase comparison unit, the phase control unit, the resonance frequency follow-up oscillation unit, and the PWM signal generation unit are digitally controlled.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an induction heating fuser unit and an image forming apparatus,

본 발명은 유도 가열 정착 장치 및 화상 형성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an induction heating fixing apparatus and an image forming apparatus.

화상 형성 장치에서는, 기록 매체인 시트 위에 전사된 토너상을 시트에 정착시키기 위한 정착 장치가 구비되어 있다. 이 정착 장치는, 예를 들면 시트 상의 토너를 열 용해시키는 정착 롤러 또는 정착 벨트(가열 롤러)와, 그 정착 롤러 또는 정착 벨트에 압접하여 시트를 가압하는 가압 롤러를 가지고 있다.In an image forming apparatus, a fixing device for fixing a toner image transferred onto a sheet, which is a recording medium, to a sheet is provided. This fixing device has, for example, a fixing roller or a fixing belt (heating roller) for dissolving a toner on a sheet, and a pressure roller for pressing the sheet by pressing the fixing roller or the fixing belt.

상기 정착 롤러 또는 정착 벨트를 가열하기 위해, 그 정착 롤러 또는 정착 벨트의 내부 또는 외부에 유도 가열 코일을 배치하도록 한 유도 가열 방식에 의한 정착 장치가 널리 보급되어 있다. 유도 가열 방식은, 유도 가열 코일에서 발생한 자속을 정착 롤러 또는 정착 벨트의 도체부에 통과시킴으로써 정착 롤러 또는 정착 벨트의 내부에 와전류를 흘려 보내고, 이 와전류에 의한 줄 열로 정착 롤러 또는 정착 벨트를 가열한다는 것이다.A fixing device using an induction heating system in which an induction heating coil is disposed inside or outside of a fixing roller or a fixing belt for heating the fixing roller or the fixing belt is widely used. In the induction heating method, a magnetic flux generated in the induction heating coil is passed through a fixing roller or a conductor portion of a fixing belt to flow an eddy current into the fixing roller or the fixing belt, and the fixing roller or the fixing belt is heated by the string of the eddy current will be.

종래의 유도 가열 정착 장치에서의 전력 제어 방식으로서, LCR 공진 회로 구성으로 구동 주파수를 제어하는 방식과, 공진 주파수 f로 공진 회로가 공진하고 있는 상태로 PWM 제어를 실행함으로써 전류량을 제어하는 방식이 행해져 왔다. 종래의 구동 주파수를 제어하여 출력 전력을 변경하는 방식으로서는, 예를 들면 특허문헌 1, 2 등이 있다.As a power control method in a conventional induction heating fixing apparatus, there is a method of controlling the driving frequency by the LCR resonance circuit configuration and a method of controlling the amount of current by performing the PWM control with the resonance circuit resonating at the resonance frequency f come. Patent Literatures 1 and 2 disclose, for example, a conventional method of controlling the driving frequency to change the output power.

한편, 종래의 공진 주파수 f의 상태로 PWM 제어를 실행함으로써 전류량을 제어하여 전류량을 변경하는 방식의 유도 가열 정착 장치(900)의 인버터 전원의 구성을 도 1에 나타낸다. AC전원(901)으로부터의 출력을 다이오드 브리지(904)에서 전파(全波) 정류한 후, 노이즈 필터(905)를 통과한 것을 하프 브리지 출력 회로(906)에 공급하고 있다. 부호 902는 퓨즈, 부호 903은 서지 전압 보호용 배리스터를 나타내고 있다.On the other hand, Fig. 1 shows the configuration of the inverter power source of the induction heating fixing apparatus 900 in which the amount of current is controlled by controlling the amount of current by executing the PWM control in the state of the conventional resonance frequency f. The output from the AC power source 901 is rectified by the diode bridge 904 and then passed through the noise filter 905 to the half bridge output circuit 906. Reference numeral 902 denotes a fuse, and reference numeral 903 denotes a surge voltage protection varistor.

하프 브리지 출력 회로(906)는 스위칭 소자로서 IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터; Insulated Gate Bipolar Transistor), FET(전계 효과 트랜지스터; Field effect transistor) 등이 사용된다.The half bridge output circuit 906 uses an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a FET (Field Effect Transistor), or the like as a switching element.

도 1에 도시된 구성에서는, 하프 브리지 출력 회로(906)는 스위칭 소자로서 IGBT(907, 908)가 이용되고 있다. LC직렬 공진 회로는 저손실 유도 가열용 코일(912), 콘덴서(913, 914)로 이루어지고, LC직렬 공진 회로를 구성하는 리츠선(가는 구리선을 다수 꼰 전선)을 이용한 저손실 유도 가열용 코일(912)에 고주파 전류를 흘려 보냄으로써 자계를 발생시킨다. 저손실 유도 가열용 코일(912)이 발생시킨 자계는, 고투자율 재료로 구성된 정착 롤러 또는 정착 벨트(910) 등에 집중하여 저손실 유도 가열용 코일(912)이 발생시킨 자계에 의해 발열체 표면에 와전류가 흐르고, 정착 롤러 또는 정착 벨트(910)는 자기 발열한다.In the configuration shown in Fig. 1, the half bridge output circuit 906 uses IGBTs 907 and 908 as switching elements. The LC series resonant circuit includes a low loss induction heating coil 912 composed of a low loss induction heating coil 912 and capacitors 913 and 914 and a low loss induction heating coil 912 using a Litz wire (a plurality of fine copper wires) ) To generate a magnetic field. The magnetic field generated by the low-loss induction heating coil 912 concentrates on the fixing roller or the fixing belt 910 composed of a high permeability material and the eddy current flows on the surface of the heating element by the magnetic field generated by the low- , The fixing roller or the fixing belt 910 self-generates heat.

IGBT(907, 908)에 의해 하프 브리지 출력에 접속되어 있는, 저손실 유도 가열용 코일(912)의 전류 및 위상차를 검지하기 위한 전류 트랜스(909)의 출력과 IGBT(907, 908)에 의한 하프 브리지 출력의 구동 전압(한쪽)의 위상 비교를 위상 비교기(928)(예를 들면, 범용의 PLL IC(74HC4046 등)를 이용함)를 이용하여 행하고, 위상 비교기(928)의 위상 비교 결과를 RC톱니 발진형 전압 제어 발진기(VCO)(929)에 출력한다. 전류 트랜스(909)의 출력과 하프 브리지 출력의 구동 전압의 위상차가 없어지도록 VCO(929)의 발진 주파수를 피드백 제어한다.The output of the current transformer 909 for detecting the current and the phase difference of the low-loss induction heating coil 912 connected to the half bridge output by the IGBTs 907 and 908 and the output of the half bridge by the IGBTs 907 and 908 The phase comparison of the phase comparator 928 with the phase comparator 928 is performed using the phase comparator 928 (for example, a general-purpose PLL IC (using 74HC4046 or the like) Type voltage controlled oscillator (VCO) Feedback control of the oscillation frequency of the VCO 929 such that the phase difference between the output of the current transformer 909 and the drive voltage of the half bridge output is eliminated.

PWM 제어부(919)에서는, 발열부 온도 검지 센서(911)로부터의 정보로부터 CPU(915)에서의 PID제어부(917)에 의한 PID(Proportional, Integral, Differential) 연산으로 산출한 PWM On duty값과, 전류 트랜스(909)의 출력을 정류 회로(923)에서 정류한 것을 에러 앰프(920)에서 증폭하고, 증폭한 값과 VCO(929)로부터의 출력을 비교기(921)에서 비교하여 비교 결과를 PWM 드라이버(922)에 출력함으로써, PWM 드라이버(922)는 PWM 신호를 발광 다이오드 및 포토 트랜지스터(923, 924)에 출력할 수 있다.The PWM control unit 919 calculates the PWM On duty value calculated by the PID control unit 917 in the CPU 915 by the PID (Proportional, Integral, Differential) calculation from the information from the heat generation unit temperature detection sensor 911, The output of the current transformer 909 is rectified by the rectifying circuit 923 and amplified by the error amplifier 920. The amplified value is compared with the output from the VCO 929 by the comparator 921, The PWM driver 922 can output the PWM signal to the light emitting diode and the phototransistors 923 and 924. [

종래의 유도 가열 정착 장치에서의 전력 제어 방식으로서 LCR 공진 회로를 갖는 구성으로 구동 주파수를 제어하는 방식에서는, 공진 회로의 공진 주파수가 변동한 경우에 제어 불가능에 빠지는 문제가 있고, 그러한 문제에 대처하기 위해서는, 특허문헌 1에 기재된 발명과 같이 전력이 피크가 되는 주파수를 구하여 그 주파수를 하한 주파수로서 제어할 필요가 있다. 또한, 소전력 제어시에 주파수가 너무 높아져 하프 브리지 출력 소자의 스위칭 손실이 늘어나 효율이 저하되어 버리는 문제가 있고, 특허문헌 2에 기재된 발명과 같이 대전력과 중전력과 소전력으로 전력 제어 방식을 전환할 필요가 있다. 또한, 구동 주파수가 공진 주파수로부터 벗어난 상태에서 하프 브리지 소자를 스위칭하는 경우, 제로 전압 스위칭이 행해지지 않아 소자 손실이 증대하고 발열에 의한 열화나 열 파괴를 초래할 가능성이 있다.There is a problem that in the conventional method of controlling the driving frequency with the configuration having the LCR resonance circuit as the power control system in the induction heating fixing apparatus, the control frequency becomes inaccessible when the resonance frequency of the resonance circuit fluctuates. It is necessary to obtain a frequency at which the power becomes a peak as in the invention described in Patent Document 1 and to control the frequency as a lower limit frequency. In addition, there is a problem that the frequency becomes too high at the time of small power control and the switching loss of the half bridge output device is increased and the efficiency is lowered. As in the invention disclosed in Patent Document 2, the power control method with large power, medium power, You need to switch. Further, when the half-bridge device is switched in a state where the driving frequency deviates from the resonance frequency, zero voltage switching is not performed, so that the device loss is increased and there is a possibility that deterioration due to heat generation or thermal destruction is caused.

한편, 공진 주파수 f로 공진 회로가 공진하고 있는 상태로 PWM 제어를 실행함으로써 전류량을 제어하여 전류량을 변경하는 방식에서는, 상술한 회로에서의 위상 비교기나 전압 제어 발신기 및 PWM 제어부를 아날로그 회로로 구성하였기 때문에, 부품 상수의 편차나 온도 변동을 고려할 필요가 있거나 공진 주파수 추종(tracking) 범위의 설정 등 사양에 의해 부품 상수를 변경할 필요가 있다. 또한, 특정의 사용이 불가능한 주파수 영역(예를 들면, 특정 무선 주파수나 정착 벨트 등의 정착 장치 기구의 공진 주파수)이 있는 경우에는, 그 주파수 범위를 벗어나서 공진 주파수에 자동 추종하기는 어렵다.On the other hand, in a method of controlling the amount of current to change the amount of current by performing the PWM control with the resonance circuit resonating at the resonance frequency f, the phase comparator, the voltage control oscillator and the PWM control unit in the above- Therefore, it is necessary to consider the variation of the component constant and the temperature fluctuation, or the component constant needs to be changed according to specifications such as the setting of the resonance frequency tracking range. Further, when there is a frequency region in which a specific use is impossible (for example, a resonance frequency of a fixing device mechanism such as a specific radio frequency or a fixing belt), it is difficult to automatically follow the resonance frequency beyond the frequency range.

또, PWM 제어만을 이용해도 미소 전류 영역의 제어는 행할 수 없다. 이는 IGBT 등 스위칭 소자의 스위칭 속도가 PWM에 의한 미소 전류 제어가 가능할 정도로는 빠르지 않기 때문이다.In addition, control of the minute current region can not be performed even if only the PWM control is used. This is because the switching speed of switching elements such as IGBTs is not so fast as to enable microcurrent control by PWM.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 부품 상수의 편차나 온도 변동을 고려하지 않고 공진 주파수에 추종시켜 PWM 제어 및 위상 제어를 실행함으로써 미소 전류 영역까지 제어가 가능한 유도 가열 정착 장치 및 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an induction heating fixing device capable of controlling up to a minute current range by performing PWM control and phase control following a resonance frequency without considering variations in component constants and temperature fluctuations, And an image forming apparatus.

본 발명의 어떤 실시형태에 의하면, 유도 코일 및 콘덴서를 갖는 직렬 공진 회로, 위상 비교부, 위상 제어부, 공진 주파수 추종 발진부, PWM(펄스 폭 변조) 신호 발생부를 구비하고, 상기 위상 비교부는 상기 PWM 신호 발생부가 출력하는 펄스의 위상과 상기 유도 코일을 흐르는 전류의 위상을 비교하여, 비교한 결과를 위상 제어시는 상기 위상 제어부에 출력하고, PWM 제어시는 상기 공진 주파수 추종 발진부에 출력하며, 상기 위상 제어부는, 상기 위상 비교부의 출력 및 소정의 코일 전류 위상량에 기초하여 소정의 위상값이 되는 주파수 제어 신호를 상기 공진 주파수 추종 발진부에 출력하고, 상기 공진 주파수 추종 발진부는, 상기 위상 제어부의 출력을 이용하여 상기 직렬 공진 회로의 구동 주파수를 공진 주파수에 추종시키도록 발진 주파수를 변화시키며, 상기 PWM 신호 발생부는, 상기 공진 주파수 추종 발진부에 의한 상기 발진 주파수에 기초하여 상기 직렬 공진 회로를 구동시키는 펄스를 발생시키고, 상기 위상 비교부, 상기 위상 제어부, 상기 공진 주파수 추종 발진부 및 상기 PWM 신호 발생부는 디지털 제어된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a phase comparator including a series resonant circuit having an induction coil and a capacitor, a phase comparator, a phase controller, a resonant frequency follower oscillator, and a PWM (Pulse Width Modulation) signal generator, And outputs the comparison result to the phase control unit when the phase control is performed and to the resonance frequency follow-up oscillation unit when the PWM control is performed, and the phase The control unit outputs to the resonance frequency following oscillation unit a frequency control signal having a predetermined phase value based on the output of the phase comparison unit and the predetermined coil current phase quantity, and the resonance frequency follow- The oscillation frequency is changed so as to follow the resonance frequency of the driving frequency of the series resonance circuit The PWM signal generator generates a pulse for driving the series resonance circuit on the basis of the oscillation frequency by the resonance frequency follower oscillator and outputs the PWM signal to the phase comparator, the phase control unit, the resonance frequency follow- The generator is digitally controlled.

본 발명의 어떤 실시형태에 의하면, 상기 위상 제어부는, 상기 PWM 신호 발생부가 출력하는 펄스의 위상과 상기 유도 코일을 흐르는 전류의 위상을 비교함으로써, 위상차에 대응하는 신호를 출력하는 상기 위상 비교부의 출력을 카운터에서 계수하고, 코일 전류 위상량 설정값을 뺄셈기로 비교 연산하여, 그 결과에 기초하여 상기 공진 주파수 추종 발진부에 주파수 제어 신호를 출력하며, 상기 공진 주파수 추종 발진부는 상기 위상 제어부가 출력하는 신호에 기초하여 카운터를 업 또는 다운시킴으로써 발진 주파수를 변화시킨다.According to an embodiment of the present invention, the phase control unit compares the phase of the pulse output from the PWM signal generator with the phase of the current flowing through the induction coil, thereby outputting a signal corresponding to the phase difference, And outputs a frequency control signal to the resonance frequency follower / oscillator based on a result of the comparison, and the resonance frequency follower / oscillator outputs a frequency control signal based on a signal output from the phase controller The oscillation frequency is changed by raising or lowering the counter.

본 발명의 어떤 실시형태에 의하면, 상기 전류가 비교적 작은 제1 영역에서 상기 위상 제어가 행해지고, 상기 전류가 비교적 큰 제2 영역에서 상기 PWM 제어가 행해진다.According to an embodiment of the present invention, the phase control is performed in the first region in which the current is comparatively small, and the PWM control is performed in the second region in which the current is relatively large.

본 발명의 어떤 실시형태에 의하면, 화상 형성 장치는 유도 가열 정착 장치를 구비한다.According to an embodiment of the present invention, the image forming apparatus is provided with an induction heating fixing device.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 부품 상수의 편차나 온도 변동을 고려하지 않고 공진 주파수에 추종시켜 PWM 제어 및 위상 제어를 실행하는 것이 가능한 신규이면서 개량된 유도 가열 정착 장치 및 화상 형성 장치를 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, there is provided a novel and improved induction heating fixing device and an image forming apparatus capable of performing PWM control and phase control following a resonance frequency without considering variations in component constants and temperature fluctuations .

도 1은 종래의 유도 가열 정착 장치의 인버터 전원의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 특정 사용 불가능 주파수 영역 설정시의 업다운 카운터의 카운트 값과 출력 주파수의 관계를 그래프로 나타내는 도면이다.
도 4는 공진 주파수로 PWM의 ON time의 듀티를 변화시켰을 때의 출력 특성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 ASIC에서의 위상 비교부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 6은 ASIC에서의 공진 주파수 추종 발진부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 2에 도시된 ASIC에서의 PWM 신호 발생부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 8은 공진 주파수 추종 발진부의 동작 파형을 나타내는 도면이다.
도 9는 공진 주파수 추종 발진부의 동작 파형을 나타내는 도면이다.
도 10은 공진 주파수 추종 발진부의 동작 파형을 나타내는 도면이다.
도 11은 공진 주파수 추종 발진부 및 PWM 신호 발생부의 출력의 상세를 타이밍차트로 나타내는 도면이다.
도 12는 공진 주파수 추종 발진부 및 PWM 신호 발생부의 출력의 상세를 타이밍차트로 나타내는 도면이다.
도 13은 공진 주파수 추종 발진부 및 PWM 신호 발생부의 출력의 상세를 타이밍차트로 나타내는 도면이다.
도 14는 유도 가열 정착 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 15는 유도 가열 정착 장치의 동작을 나타내는 도면이다.
도 16은 위상 제어부의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 17은 도 16의 위상 제어부에서 코일 전류 위상 제어량 설정값을 0에서 X를 거쳐 Y로 바꾸었을 때의 드라이브 전압, 코일 전류 파형 및 주파수 제어 신호의 동작 파형을 나타내는 도면이다.
도 18은 도 16의 위상 제어부에서의 신호의 타이밍도이다.
도 19는 도 16의 위상 제어부에서의 신호의 타이밍도이다.1 is a view showing a configuration of an inverter power source of a conventional induction heating fixing apparatus.
2 is a view showing a configuration of an induction heating fixing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the relationship between the count value of the up-down counter and the output frequency at the time of setting a specific unusable frequency range.
4 is a diagram showing an example of the output characteristic when the duty of the PWM ON time is changed at the resonance frequency.
5 is a diagram showing a configuration example of a phase comparison unit in an ASIC.
6 is a diagram showing an example of the configuration of a resonance frequency follower / oscillator in an ASIC.
7 is a diagram showing a configuration example of a PWM signal generator in the ASIC shown in FIG.
8 is a diagram showing an operation waveform of the resonance frequency follower / oscillator.
9 is a diagram showing an operation waveform of the resonance frequency follower / oscillator.
10 is a diagram showing an operation waveform of the resonance frequency follower / oscillator.
11 is a timing chart showing details of the outputs of the resonance frequency follow-up oscillating unit and the PWM signal generating unit.
12 is a timing chart showing details of the outputs of the resonance frequency follow-up oscillating unit and the PWM signal generating unit.
13 is a timing chart showing details of the outputs of the resonance frequency follow-up oscillating unit and the PWM signal generating unit.
14 is a diagram showing a configuration of an induction heating fixing apparatus.
15 is a view showing the operation of the induction heating fixing apparatus.
16 is a diagram showing a specific configuration of the phase control section.
FIG. 17 is a diagram showing the operation waveforms of the drive voltage, the coil current waveform, and the frequency control signal when the coil current phase control amount set value is changed from 0 to X by Y in the phase control section of FIG. 16;
FIG. 18 is a timing chart of signals in the phase control section of FIG. 16; FIG.
FIG. 19 is a timing chart of signals in the phase control section of FIG. 16; FIG.

본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 도면에서 같거나 유사한 기능 또는 구성을 갖는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여된다. 참조 번호의 아래 두 자리가 같은 구성요소는 서로 대응한다.Best Modes for Carrying Out the Invention Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Components having the same or similar functions or constructions in the present specification and drawings are denoted by the same reference numerals. The lower two digits of the reference number correspond to each other.

<본 발명의 일 실시형태><One embodiment of the present invention>

우선, 본 발명의 일 실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치의 구성에 대해 설명한다. 도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)의 구성을 나타내는 도면이다. 이하, 도 2를 이용하여 본 발명의 일 실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)의 구성에 대해 설명한다.First, the configuration of an induction heating fixing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. 2 is a diagram showing a configuration of an induction heating fixing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the configuration of the induction heating fixing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to Fig.

도 2에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)는, 정착 롤러 또는 정착 벨트를 가열하기 위해, 그 정착 롤러 또는 정착 벨트의 내부 또는 외부에 유도 가열 코일을 배치하도록 한 유도 가열 방식에 의한 정착 장치이다.An induction heating fixing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention shown in Fig. 2 is provided with an induction heating coil disposed inside or outside a fixing roller or a fixing belt for heating a fixing roller or a fixing belt Which is an induction heating type fixing device.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)는 교류 전원(101), 퓨즈(102), 배리스터(103), 다이오드 브리지(104), 노이즈 필터(105), 하프 브리지 출력 회로(106), CPU(115), 정류 회로(120), 리미터 회로(121), ASIC(Application Specific Integrated Circuit)(124)를 포함하여 구성된다. 교류 전원(101)으로부터의 출력을 다이오드 브리지(104)에서 전파 정류한 후, 노이즈 필터(105)를 통과한 것을 하프 브리지 출력 회로(106)에 공급하고 있다.2, an induction heating fixing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes an AC power source 101, a fuse 102, a varistor 103, a diode bridge 104, a noise filter 105 A half bridge output circuit 106, a CPU 115, a rectifier circuit 120, a limiter circuit 121, and an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) 124. The output from the AC power source 101 is full-wave rectified by the diode bridge 104 and then passed through the noise filter 105 to the half bridge output circuit 106.

도 2의 유도 가열 정착 장치(100)는, 공진 주파수에 자동 추종한 공진 상태로 PWM 제어하여 출력 전력을 변경하는 방식이다. 즉, 공진 주파수(f₀)에 자동 추종한 공진 상태로 PWM 제어를 실행함으로써 전류량을 제어하여 전류량을 변경한다.The induction heating fixing apparatus 100 shown in Fig. 2 is a system in which the output power is changed by performing PWM control in a resonance state automatically following the resonance frequency. That is, the amount of current is changed by controlling the amount of current by performing PWM control in a resonance state automatically following the resonance frequency (f ₀ ).

하프 브리지 출력 회로(106)는 IBGT(107, 108), 전류 트랜스(109), 저손실 유도 가열용 코일(112), 콘덴서(113, 114)를 포함하여 구성된다. 저손실 유도 가열용 코일(112)과 콘덴서(113, 114)에 의해 LC공진 회로가 구성된다.The half bridge output circuit 106 includes IBGTs 107 and 108, a current transformer 109, a coil 112 for low loss induction heating, and capacitors 113 and 114. The LC resonant circuit is constituted by the low loss induction heating coil 112 and the condensers 113 and 114.

하프 브리지 출력 회로(106)에서 스위칭 소자로서 IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터; Insulated Gate Bipolar Transistor), FET(전계 효과 트랜지스터; Field effect transistor) 등이 사용된다.An IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), an FET (Field Effect Transistor), or the like is used as a switching element in the half bridge output circuit 106.

도 2에 도시된 구성에서는, 하프 브리지 출력 회로(106)에는 스위칭 소자로서 IGBT(107, 108)가 이용되고 있다. LC직렬 공진 회로는 저손실 유도 가열용 코일(112)과 콘덴서(113, 114)로 이루어지고, LC직렬 공진 회로를 구성하는 리츠선(가는 구리선을 다수 꼰 전선)을 이용한 저손실 유도 가열용 코일(112)에 고주파 전류를 흘려 보냄으로써 자계를 발생시킨다. 저손실 유도 가열용 코일(112)이 발생시킨 자계는, 고투자율 재료로 구성된 정착 롤러 또는 정착 벨트(110) 등에 집중되어 발열체 표면에 와전류가 흐르고, 정착 롤러 또는 정착 벨트(110)는 자기 발열한다.In the configuration shown in Fig. 2, IGBTs 107 and 108 are used as the switching elements in the half bridge output circuit 106. In Fig. The LC series resonant circuit includes a low-loss induction heating coil 112 (low-loss induction heating coil) composed of a low-loss induction heating coil 112 and capacitors 113 and 114 and a Litz wire (a plurality of fine copper wires) ) To generate a magnetic field. The magnetic field generated by the low-loss induction heating coil 112 is concentrated on the fixing roller or the fixing belt 110 composed of a high permeability material, and eddy current flows on the surface of the heating element, and the fixing roller or the fixing belt 110 self-generates heat.

CPU(115)는, 고투자율 재료로 구성된 정착 롤러 또는 정착 벨트(110)의 온도의 측정 및 측정한 온도에 기초하여 후술하는 PWM 신호 발생부(127)에서 발생시키는 PWM 신호의 듀티의 제어를 행하는 것으로, AD변환기(ADC)(116, 118)와 PID 제어부(117)와 PWM 듀티 제어부(119)를 포함하여 구성된다.The CPU 115 controls the duty of the PWM signal generated by the PWM signal generating unit 127, which will be described later, based on the measurement of the temperature of the fixing roller or the fixing belt 110 made of a high permeability material and the measured temperature And includes AD converters (ADCs) 116 and 118, a PID controller 117, and a PWM duty controller 119.

ASIC(124)는, 저손실 유도 가열용 코일(112)과 콘덴서(113, 114)로 구성되는 LC공진 회로의 공진 주파수에 추종하여 PWM 신호를 발생시키는 것으로, 위상 비교부(125)와 공진 주파수 추종 발진부(126)와 PWM 신호 발생부(127)를 포함하여 구성된다. 본 실시형태에서는, 상기 LC공진 회로의 공진 주파수에 추종하여 PWM 신호를 발생시키는 구성을 디지털 회로로 구성함으로써, CPU(115)를 포함하는 모든 구성을 ASIC(SOC) 내부에 넣는 것이 가능하게 된다.The ASIC 124 generates the PWM signal in accordance with the resonance frequency of the LC resonance circuit constituted by the coil 112 for low loss induction heating and the capacitors 113 and 114. The ASIC 124 generates the PWM signal based on the phase comparator 125, An oscillation unit 126 and a PWM signal generation unit 127. In the present embodiment, all the configurations including the CPU 115 can be put into the ASIC (SOC) by configuring the configuration for generating the PWM signal in accordance with the resonance frequency of the LC resonance circuit as a digital circuit.

위상 비교부(125)는, PWM 신호 발생부(127)가 발생시키는 2개의 PWM 신호 중 한쪽의 PWM 신호와, 리미터 회로(121)로부터 출력되는 전류, 즉 전류 트랜스(109)에서 검출한 저손실 유도 가열용 코일(112)을 흐르는 전류의 위상차를 검출하는 것이다. 즉, 위상 비교부(125)는, IGBT(107, 108)에 의해 하프 브리지 출력에 접속되어 있는 저손실 유도 가열용 코일(112)의 전류 및 위상차를 검지하기 위한 전류 트랜스(109)의 출력과, IGBT(107, 108)에 의한 하프 브리지 출력의 구동 전압(한쪽)의 위상 비교를 하고, 위상 비교 결과를 공진 주파수 추종 발진부(126)에 출력한다.The phase comparator 125 compares the PWM signal of one of the two PWM signals generated by the PWM signal generator 127 with the current output from the limiter circuit 121, The phase difference of the current flowing through the heating coil 112 is detected. That is, the phase comparator 125 compares the output of the current transformer 109 for detecting the current and phase difference of the low-loss induction heating coil 112 connected to the half bridge output by the IGBTs 107 and 108, (One side) of the half bridge output by the IGBTs 107 and 108, and outputs the result of the phase comparison to the resonance frequency follower / oscillator 126. [

공진 주파수 추종 발진부(126)는, 위상 비교부(125)에 의한 상기 위상차의 검출 결과를 이용하여 PWM 신호 발생부(127)가 발생시키는 PWM 신호의 발진 주파수를 상기 LC공진 회로의 공진 주파수에 추종시키는 처리를 실행하는 것이다. 구체적으로 공진 주파수 추종 발진부(126)는, 위상 비교부(125)의 출력에 따라 PWM 신호의 발진 주파수를 변화시킨다. 예를 들면, 공진 주파수 추종 발진부(126)는, 위상 비교 결과를 기초로 업다운 카운터 값을 상하시켜 위상차가 0(공진 주파수)이 되도록 구동 주파수 제어를 행한다.The resonance frequency follower / oscillator 126 uses the result of detection of the phase difference by the phase comparator 125 to follow the oscillation frequency of the PWM signal generated by the PWM signal generator 127 to the resonance frequency of the LC resonance circuit Quot ;. Specifically, the resonance frequency follower / oscillator 126 changes the oscillation frequency of the PWM signal in accordance with the output of the phase comparator 125. For example, the resonance frequency follower / oscillator 126 performs drive frequency control such that the up / down counter value is raised or lowered based on the phase comparison result so that the phase difference becomes 0 (resonance frequency).

PWM 신호 발생부(127)는, 공진 주파수 추종 발진부(126)에 의한, 상기 LC공진 회로의 공진 주파수에 추종시키는 처리에 기초하여 변화하는 발진 주파수로 PWM 신호를 발생시켜 발광 다이오드 및 포토 트랜지스터(128, 129)에 출력하는 것이다. 다시 말하면, PWM 신호 발생부(127)는, 발열부의 온도를 검지하는 온도 센서(111)로부터의 정보로부터 CPU(115) 내의 PID 제어부(117)에 의한 PID(Proportional, Integral, Differential) 연산으로 산출한 PWM On duty값의 PWM 신호를 발광 다이오드 및 포토 트랜지스터(128, 129)에 출력할 수 있다.The PWM signal generating section 127 generates a PWM signal at a varying oscillation frequency based on the process of following the resonance frequency of the LC resonance circuit by the resonance frequency follow-up oscillating section 126, , 129). In other words, the PWM signal generating section 127 calculates the PID (Proportional, Integral, Differential) calculation by the PID control section 117 in the CPU 115 from the information from the temperature sensor 111 that detects the temperature of the heat generating section A PWM signal having a PWM ON duty value can be output to the light emitting diode and the phototransistors 128 and 129. [

정류 회로(120)는, 전류 트랜스(109)의 출력을 정류하는 것이다. 정류 회로(120)는, 전류 트랜스(109)의 출력을 정류한 것을 CPU(115)의 AD변환기(118)에 출력한다. 리미터 회로(121)는, 전류 트랜스(109)의 출력 전압을 소정의 범위 내로 제한하여 출력하는 것이다. 리미터 회로(121)는, 전류 트랜스(109)의 출력 전압을 소정의 범위 내로 제한하여 ASIC(124)의 위상 비교부(125)에 출력한다. 또, 저항(122)은 전류 트랜스(109)로부터 전류를 흘려 보내기 위한 저항이다.The rectifying circuit 120 rectifies the output of the current transformer 109. [ The rectifying circuit 120 outputs the rectified output of the current transformer 109 to the AD converter 118 of the CPU 115. [ The limiter circuit 121 limits the output voltage of the current transformer 109 within a predetermined range and outputs it. The limiter circuit 121 limits the output voltage of the current transformer 109 within a predetermined range and outputs it to the phase comparator 125 of the ASIC 124. The resistor 122 is a resistor for passing a current from the current transformer 109.

도 2에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)는, 교류 전원(101)으로부터의 출력을 다이오드 브리지(104)에서 전파 정류한 후, 노이즈 필터(105)를 통과한 것을 하프 브리지 출력 회로(106)에 공급하고 있다.An induction heating fixing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2 is a system in which an output from an AC power source 101 is subjected to full-wave rectification in a diode bridge 104 and then passed through a noise filter 105 To the half bridge output circuit 106.

하프 브리지 출력 회로(106)에서는, IBGT(107, 108)가 교대로 온/오프를 반복하는 스위칭 동작에 의해 전류 트랜스(109)를 동작시켜 노이즈 필터(105)를 통과한 전류가 저손실 유도 가열용 코일(112)에 흐른다. 저손실 유도 가열용 코일(112)에 고주파 전류를 흘려 보냄으로써, 저손실 유도 가열용 코일(112)로부터 자계를 발생시킬 수 있다. 저손실 유도 가열용 코일(112)이 발생시킨 자계는, 고투자율 재료로 구성된 정착 롤러 또는 정착 벨트(110) 등에 집중된다. 저손실 유도 가열용 코일(112)이 발생시킨 자계에 의해 발열체 표면에 와전류가 흘러 자기 발열한다.In the half bridge output circuit 106, the current transformer 109 is operated by the switching operation in which the IBGTs 107 and 108 alternately repeatedly turn on and off so that the current passed through the noise filter 105 is applied to the low- And flows to the coil 112. A magnetic field can be generated from the low-loss induction heating coil 112 by flowing a high-frequency current through the low-loss induction heating coil 112. The magnetic field generated by the low-loss induction heating coil 112 is concentrated on a fixing roller or a fixing belt 110 composed of a high permeability material. The eddy current flows on the surface of the heating element by the magnetic field generated by the low-loss induction heating coil 112, and self-heating occurs.

여기서, 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)에서 이용되는 LC공진 원리에 대해 설명한다. LC의 저항성분을 포함한 LCR 직렬 공진 회로에 있어서, LCR 직렬 공진 회로의 임피던스 Z는 이하의 수학식 1로 구해진다.Here, the LC resonance principle used in the induction heating fixing apparatus 100 according to one embodiment of the present invention shown in Fig. 2 will be described. In the LCR series resonance circuit including the resistance component of the LC, the impedance Z of the LCR series resonance circuit is obtained by the following expression (1).

여기서, X=0이 되는 주파수를 ω₀으로 나타내면, 직렬 공진 주파수 f₀는 이하의 수학식 2로 구해진다.Here, X = 0 this indicates that the frequency ω _0, the series resonance frequency f ₀ is obtained by equation (2) below.

다음에, LCR 직렬 공진 회로의 임피던스 Z를 복소 벡터로 표시하면, 임피던스 Z, 크기 ｜Z｜, 위상 α는 이하의 수학식 3으로 구해진다.Next, when the impedance Z of the LCR series resonance circuit is represented by a complex vector, the impedance Z, the magnitude | Z |, and the phase? Are obtained by the following expression (3).

즉, 임피던스의 크기｜Z｜는, 공진 주파수 f₀에서 인덕턴스와 커패시턴스가 제거되어 저항 성분 R만을 취하므로 최소값이 된다.That is, the magnitude | Z | of the impedance becomes the minimum value because the inductance and the capacitance are removed at the resonance frequency f ₀ and only the resistance component R is taken.

그리고, 직렬 공진 회로에 전압원 V를 접속했을 때에 흐르는 전류 I, 크기｜I｜, 위상 φ는 이하의 수학식 4로 구해진다.The current I, the magnitude | I |, and the phase? Flowing when the voltage source V is connected to the series resonance circuit are obtained by the following expression (4).

따라서, 수학식 4로부터 알 수 있는 바와 같이, LCR 직렬 공진 회로를 전압 구동한 경우, 공진 주파수 f₀에서 전류 I는 최대값을 취하고, 전류 I와 전압 V는 같은 위상이 된다. 이상, 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)에서 이용되는 LC공진 원리에 대해 설명하였다.Therefore, as can be seen from the equation (4), when the LCR series resonance circuit is voltage-driven, the current I takes the maximum value at the resonance frequency f ₀ , and the current I and the voltage V become the same phase. The LC resonance principle used in the induction heating fixing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention shown in Fig. 2 has been described above.

도 4는, 공진 주파수로 PWM 신호의 ON time(High가 되어 있는 시간)의 듀티를 변화시켰을 때의 LCR 직렬 공진 회로의 전류 출력 특성의 일례를 나타내는 도면이다. 이와 같이, 공진 주파수를 경계로 하여 전류값(의 절대값)은 변화하는데, PWM 신호의 ON time의 듀티를 변화시킴으로써도 전류값(의 절대값)은 변화하게 된다. 즉, PWM 신호 발생부(127)가 발생시키는 PWM 신호의 ON time이 길어지면, 그만큼 IGBT(107, 108)가 온이 되는 시간도 길어지고 LCR 직렬 공진 회로의 전류값도 증가한다.4 is a diagram showing an example of the current output characteristic of the LCR series resonance circuit when the duty of the ON time (high time) of the PWM signal is changed at the resonance frequency. As described above, the current value (the absolute value of) changes with the resonance frequency as a boundary, but the current value (absolute value) changes by changing the duty of the ON time of the PWM signal. That is, when the ON time of the PWM signal generated by the PWM signal generating unit 127 becomes long, the time for turning on the IGBTs 107 and 108 becomes longer, and the current value of the LCR series resonance circuit also increases.

이상, 도 2를 이용하여 본 발명의 일 실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)의 구성에 대해 설명하였다. 이어서, 도 2에 도시된 ASIC(124)의 각 부의 상세한 구성예에 대해 설명한다. 우선, 위상 비교부(125)의 구성예에 대해 설명한다.The configuration of the induction heating fixing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention has been described above with reference to Fig. Next, a detailed configuration example of each part of the ASIC 124 shown in FIG. 2 will be described. First, a configuration example of the phase comparator 125 will be described.

도 5는, 도 2에 도시된 ASIC(124)에서의 위상 비교부(125)의 구성예를 나타내는 도면이다. 이하, 도 5를 이용하여 위상 비교부(125)의 구성예에 대해 설명한다.5 is a diagram showing a configuration example of the phase comparator 125 in the ASIC 124 shown in FIG. Hereinafter, a configuration example of the phase comparator 125 will be described with reference to FIG.

도 5에 도시된 바와 같이, 위상 비교부(125)는 지연 보정부(131)와 JKFF(JK플립플롭)(132, 133)과 NAND 게이트(134)를 포함하여 구성된다.5, the phase comparator 125 includes a delay corrector 131, JKFF (JK flip-flops) 132 and 133, and a NAND gate 134.

지연 보정부(131)는, PWM 신호 발생부(127)가 발생하는 드라이브 전압(Drive_V1)에 대해 지연을 일으키는 코일 전류 위상 비교 전압(Coil_ICV)의 지연 보정값을 설정하는 것이다. 지연 보정부(131)에는 드라이브 전압(Drive_V1), 시스템 클록(System_CL) 및 딜레이 클록(Delay_CL)이 입력되고, JKFF(132)에 클록을 출력한다. 또한, JKFF(133)에는, 리미터 회로(121)로부터 출력되는 코일 전류 위상 비교 전압(Coil_ICV)이 공급된다.The delay correction unit 131 sets the delay correction value of the coil current phase comparison voltage Coil_ICV causing a delay with respect to the drive voltage Drive_V1 generated by the PWM signal generation unit 127. [ A drive voltage (Drive_V1), a system clock (System_CL), and a delay clock (Delay_CL) are input to the delay correcting unit 131 and a clock is output to the JKFF 132. The coil current phase comparison voltage (Coil_ICV) output from the limiter circuit 121 is supplied to the JKFF 133.

JKFF(132, 133)는, 입력 단자 J와 K의 상태의 조합에 대응되는 상태를, 입력받은 클록에 동기화하여 출력 단자 Q 및 그 반전 출력에 출력하는 것이다. JKFF(132)는, PWM 신호 발생부(127)가 발생하는 드라이브 전압(Drive_V1)에 대해 저손실 유도 가열용 코일(112)을 흐르는 전류의 위상이 지연(lagging)되면 Q단자로부터 1(High)을 출력한다. 이에 의해, Count_Up이 High가 된다. 한편, JKFF(133)는, PWM 신호 발생부(127)가 발생하는 드라이브 전압(Drive_V1)에 대해 저손실 유도 가열용 코일(112)을 흐르는 전류의 위상이 선행(leading)되면 Q단자로부터 1(High)을 출력한다. 이에 의해, Count_Down이 High가 된다.The JKFFs 132 and 133 synchronize the state corresponding to the combination of the states of the input terminals J and K to the output terminal Q and the inverted output thereof in synchronization with the input clock. The JKFF 132 outputs 1 (High) from the Q terminal when the phase of the current flowing through the low-loss induction heating coil 112 is lagged with respect to the drive voltage (Drive_V1) generated by the PWM signal generating unit 127 Output. As a result, Count_Up becomes High. On the other hand, when the phase of the current flowing through the low-loss induction heating coil 112 leads the drive voltage (Drive_V1) generated by the PWM signal generating unit 127, the JKFF 133 outputs 1 (High ). As a result, Count_Down becomes High.

위상 비교부(125)를 도 5에 도시된 바와 같이 구성함으로써, 드라이브 전압(Drive_V1)에 대해 리미터 회로(121)로부터 출력되는 코일 전류 위상 비교 전압(Coil_ICV)이 지연된 경우는 Count_Up이 High가 되고, 드라이브 전압(Drive_V1)에 대해 코일 전류가 선행된 경우는 Count_Down이 High가 된다.5, when the coil current phase comparison voltage Coil_ICV output from the limiter circuit 121 with respect to the drive voltage Drive_V1 is delayed, Count_Up becomes High, When the coil current precedes the drive voltage (Drive_V1), Count_Down becomes High.

다음에, 공진 주파수 추종 발진부(126)의 구성예에 대해 설명한다. 도 6은, 도 2에 도시된 ASIC(124)에서의 공진 주파수 추종 발진부(126)의 구성예를 나타내는 도면이다. 이하, 도 6을 이용하여 공진 주파수 추종 발진부(126)의 구성예에 대해 설명한다.Next, a configuration example of the resonance frequency follow-up oscillator 126 will be described. 6 is a diagram showing a configuration example of the resonance frequency follower / oscillator 126 in the ASIC 124 shown in FIG. Hereinafter, a configuration example of the resonance frequency follower / oscillator 126 will be described with reference to FIG.

도 6에 도시된 바와 같이, 공진 주파수 추종 발진부(126)는 업다운 카운터(141), 주파수 비교부(142), 피드백 게인 보정부(143), PWM 카운터(144), OSC 컴퍼레이터(145), 1비트 카운터(146), NOT 게이트(147), AND 게이트(148)를 포함하여 구성된다.6, the resonance frequency follower / oscillator 126 includes an up-down counter 141, a frequency comparator 142, a feedback gain corrector 143, a PWM counter 144, an OSC comparator 145, A 1-bit counter 146, a NOT gate 147, and an AND gate 148.

업다운 카운터(141)는 위상 비교부(125)의 출력(Count_Up 또는 Count_Down) 및 그 밖의 파라미터가 입력되는 것으로, 위상 비교부(125)의 출력 중에서 Count_Up이 High가 되어 있는 동안은 카운트 업하여 발진 주파수를 낮게 하고, Count_Down이 High가 되어 있는 동안은 카운트 다운하여 발진 주파수를 낮게 하도록 설정되어 있다.The up / down counter 141 counts up while the Count_Up of the output of the phase comparator 125 is high, and outputs the count value of the oscillation frequency (Count_Up or Count_Down) And counts down while the Count_Down is High, thereby lowering the oscillation frequency.

업다운 카운터(141)에 입력되는 파라미터로서는, 그 밖에 주파수 비교부(142)가 출력하는 값(OSC_OUT［N. .1］)의 범위인 Count_Max~Count_Min의 값(도 3 참조), Count_Max에 대응하는 주파수인 f_Min, Count_Min에 대응하는 주파수인 f_Max 및 초기 설정 공진 주파수 f_initial가 있다.As the parameters input to the up-down counter 141, values other than the values of Count_Max to Count_Min (see FIG. 3) in the range of the value (OSC_OUT [N .1]) output by the frequency comparator 142, Frequency f_Max corresponding to frequency f_Min, Count_Min, and initial setting resonance frequency f_initial.

유도 가열 정착 장치에서는, 통신 장치와 같은 엄밀한 성능이 요구되는 것과 비교하여 공진 주파수 추종 특성의 지터 성능이 그만큼 요구되지 않기 때문에, 이와 같이 LCR 직렬 공진 회로의 공진 주파수에 추종시키기 위해 구성이 간단한 업다운 카운터(141)의 이용이 가능하게 된다.In the induction heating fixing apparatus, jitter performance of the resonance frequency following characteristic is not so much required compared with the case where the same performance as that of the communication device is required. Thus, in order to follow the resonance frequency of the LCR series resonance circuit, (141) can be used.

주파수 비교부(142)는, 발진 주파수와 특정의 사용 불가능 주파수 영역(예를 들면, 특정 무선 주파수나, 정착 롤러 또는 정착 벨트(110) 등의 정착 기구에서의 공진 주파수)의 비교를 행하는 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 주파수 비교부(142)는 윈도우 컴퍼레이터(161)와 비교 회로(162)와 래치 회로(163)를 포함하여 구성된다.The frequency comparison section 142 compares the oscillation frequency with a specific unusable frequency range (for example, a specific radio frequency, a fixing roller, or a resonance frequency in a fixing mechanism such as the fixing belt 110). 6, the frequency comparator 142 includes a window comparator 161, a comparison circuit 162, and a latch circuit 163.

윈도우 컴퍼레이터(161)는, 특정의 사용 불가능 주파수 영역(f1_Max~f1_Min, f2_Max~f2_Min, ..., fm_Max~fm_Min,)과 업다운 카운터(141)의 출력 카운터 값의 비교를 행하는 것이다. 윈도우 컴퍼레이터(161)는, 업다운 카운터(141)의 출력 카운터 값이 특정의 사용 불가능 주파수 영역에 대응되는 경우에는 High를 출력한다.The window comparator 161 compares the specific unusable frequency range (f1_Max to f1_Min, f2_Max to f2_Min, ..., fm_Max to fm_Min) with the output counter value of the up-down counter 141. The window comparator 161 outputs High when the output counter value of the up-down counter 141 corresponds to a specific unusable frequency range.

도 3은, 특정의 사용 불가능 주파수 영역이 설정되었을 때의 업다운 카운터(141)의 카운트 값과 출력 주파수의 관계를 그래프로 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 그래프는, 가로축이 주파수, 세로축이 업다운 카운터(141)의 출력(FOUT[N. .1])을 나타내고 있다. 초기 설정의 공진 주파수 f₀에 대응하는 것이 「f_Initial」이고, 하한 주파수 f_Min에 대응하는 것이 「Count_Max」이며, 상한 주파수 f_Max에 대응하는 것이 「Count_Min」이다. 이와 같이, 주파수와 업다운 카운터(141)의 카운트 값은 비례 관계에 있다.3 is a graph showing the relationship between the count value of the up-down counter 141 and the output frequency when a specific unusable frequency region is set. In the graph shown in FIG. 3, the abscissa indicates frequency and the ordinate indicates output (FOUT [N .1]) of up-down counter 141. That corresponds to the resonance frequency f ₀ of the initial setting is "f_Initial", and that corresponding to the lower limit frequency and f_Min "Count_Max" to "Count_Min" corresponding to the upper frequency f_Max. Thus, the frequency and the count value of the up-down counter 141 are in a proportional relationship.

사용 불가능 주파수 영역에 업다운 카운터(141)의 출력값(FOUT［N. .1］)이 들어가면, 래치 회로(163)에서 직전의 주파수 값을 래치함으로써 출력 주파수는 사용 불가능 주파수 영역에 들어가지 않으며, 업다운 카운터(141)의 출력값(FOUT[N. .1])이 변화한다. 그리고, 업다운 카운터(141)의 출력값(FOUT[N..1])이 사용 불가능 주파수 영역으로부터 벗어나면, 래치 회로(163)의 출력(OSC_OUT[N. .1])은 그 사용 불가능 주파수 영역으로부터 벗어난 시점에서의 출력 주파수가 된다.When the output value FOUT [N. 1] of the up-down counter 141 is input in the unusable frequency region, the output frequency is not in the unusable frequency range by latching the frequency value immediately before in the latch circuit 163, The output value FOUT [N. 1] of the counter 141 changes. When the output value FOUT [N..1] of the up / down counter 141 deviates from the unusable frequency region, the output (OSC_OUT [N. 1]) of the latch circuit 163 is shifted from the unusable frequency region The output frequency becomes the output frequency at the point of time when it is off.

PWM 카운터(144)는, 시스템 클록(System_CL)에 기초하여 카운터 값(PWM_OUT[N-1. .0])을 출력하는 것이다. OSC 컴퍼레이터(145)는, 주파수 비교부(142)의 출력(OSC_OUT[N. .1])과 PWM 카운터(144)의 출력(PWM_OUT[N-1. .0])을 비교하여 비교 결과(OSC_COMP_OUT)를 출력하는 것이다. 주파수 비교부(142)의 출력(OSC_OUT[N. .1])과 PWM 카운터(144)의 출력(PWM_OUT[N-1. .0])을 비교하여 양자의 값이 일치하면, OSC 컴퍼레이터(145)는 소정의 기간만큼 Low에서 High로 출력을 변화시키고, 공진 주파수의 1주기가 도달하였음을 PWM 신호 발생부(127)에 통지한다.The PWM counter 144 outputs the counter value PWM_OUT [N-1.0.0] based on the system clock (System_CL). The OSC comparator 145 compares the output OSC_OUT [N] of the frequency comparator 142 with the output PWM_OUT [N-1 .. 0] of the PWM counter 144 and outputs the comparison result OSC_COMP_OUT). The output OSC_OUT [N] of the frequency comparator 142 is compared with the output PWM_OUT [N-1 .. 0] of the PWM counter 144 and the output of the OSC comparator 145 changes the output from Low to High for a predetermined period and notifies the PWM signal generating unit 127 that one period of the resonance frequency has reached.

다음에, PWM 신호 발생부(127)의 구성예에 대해 설명한다. 도 7은, 도 2에 도시된 ASIC(124)에서의 PWM 신호 발생부(127)의 구성예를 나타내는 도면이다. 이하, 도 7을 이용하여 PWM 신호 발생부(127)의 구성예에 대해 설명한다.Next, a configuration example of the PWM signal generating unit 127 will be described. 7 is a diagram showing a configuration example of the PWM signal generation unit 127 in the ASIC 124 shown in FIG. Hereinafter, a configuration example of the PWM signal generating unit 127 will be described with reference to FIG.

도 7에 도시된 바와 같이, PWM 신호 발생부(127)는 곱셈기(151), PWM 컴퍼레이터(152), NOT 게이트(153, 154), AND 게이트(155, 157, 158), DFF(156)를 포함하여 구성된다.7, the PWM signal generating unit 127 includes a multiplier 151, a PWM comparator 152, NOT gates 153 and 154, AND gates 155, 157 and 158, a DFF 156, .

PWM 컴퍼레이터(152)는, PWM 듀티 제어부(119)로부터 보내지는 듀티에 관한 정보(PWM_Duty)와 주파수 비교부(142)의 출력(OSC_OUT[N. .1])을 곱셈기(151)에서 곱셈한 것과 PWM 카운터(144)의 출력(PWM_OUT[N-1. .0])을 비교하고, 비교 결과를 NOT 게이트(154)에 출력하는 것이다.The PWM comparator 152 multiplies the information (PWM_Duty) about the duty sent from the PWM duty controller 119 and the output (OSC_OUT [N .1]) of the frequency comparator 142 by the multiplier 151 And the output (PWM_OUT [N-1.0.0]) of the PWM counter 144, and outputs the comparison result to the NOT gate 154. [

DFF(156)는, OSC 컴퍼레이터(145)의 출력(OSC_COMP_OUT)의 공급을 받아 드라이브 전압(Drive_V1, Drive_V2)의 기초가 되는 전압(Drive_V)을 출력하는 것이다. DFF(156)는, Drive_V를 AND 게이트(157, 158)에 출력한다. AND 게이트(157, 158)는, 1비트 카운터(146)가 출력하는 신호(PWM_Select)를 이용하여 각각 드라이브 전압(Drive_V1 및 Drive_V2)을 출력한다.The DFF 156 is supplied with the output OSC_COMP_OUT of the OSC comparator 145 and outputs the voltage Drive_V as a basis of the drive voltages Drive_V1 and Drive_V2. The DFF 156 outputs Drive_V to the AND gates 157 and 158. The AND gates 157 and 158 output the drive voltages (Drive_V1 and Drive_V2) using the signal PWM_Select output from the 1-bit counter 146, respectively.

즉, PWM 신호 발생부(127)는, OSC_COMP_OUT가 High가 되는 타이밍에서 소정의 기간만큼 High가 되는 드라이브 전압(Drive_V1, Drive_V2)의 기초가 되는 전압(Drive_V)을 출력한다. 이 소정의 기간은 PWM 듀티 제어부(119)가 지시하고, 그 정보는 PWM 컴퍼레이터(152)에 공급되는 PWM_Duty에 해당한다.That is, the PWM signal generating unit 127 outputs the voltage (Drive_V) which is the basis of the drive voltages (Drive_V1, Drive_V2) which becomes High for a predetermined period at the timing when OSC_COMP_OUT becomes High. This predetermined period is instructed by the PWM duty controller 119, and the information corresponds to the PWM_Duty supplied to the PWM comparator 152.

도 7에 도시된 바와 같이 PWM 신호 발생부(127)를 구성함으로써, CPU(115)에서 연산된 ON Duty time과 업다운 카운터(141)의 출력 카운터 값으로부터 PWM 타이밍을 산출하고, 산출된 PWM 타이밍을 리셋 카운터를 사용한 PWM 카운터(144)의 출력값(PWM_OUT[N-1. .0])과 DFF(156)에서 비교하여 일치하면 드라이브 전압(Drive_V1, Drive_V2)의 기초가 되는 전압(Drive_V)을 Low로 한다. 이에 의해, ON Duty time의 기간만큼 High가 되는 드라이브 전압(Drive_V1, Drive_V2)이 생성되고, 그 High가 되는 기간만큼 발광 다이오드가 High가 되며, 포토 트랜지스터가 ON이 됨으로써 IGBT(107, 108)가 각각 온이 되어 LC직렬 공진 회로에 전류가 흐른다.7, the PWM signal generator 127 is configured to calculate the PWM timing from the ON Duty time calculated by the CPU 115 and the output counter value of the up-down counter 141, and outputs the calculated PWM timing as the (Drive_V), which is the basis of the drive voltages (Drive_V1 and Drive_V2), is compared with the output value PWM_OUT [N-1 .. 0] of the PWM counter 144 using the reset counter in the DFF 156 do. As a result, the drive voltage (Drive_V1, Drive_V2) which becomes High for the duration of the ON duty time is generated, the light emitting diode becomes High for a period in which it becomes High, and the phototransistor is turned ON so that the IGBTs 107 and 108 And an electric current flows in the LC series resonance circuit.

이상, 위상 비교부(125)와 공진 주파수 추종 발진부(126)와 PWM 신호 발생부(127)의 구성예에 대해 설명하였다. 다음에, 공진 주파수 추종 발진부(126)의 동작에 대해 설명한다. 도 8~10은 공진 주파수 추종 발진부(126)의 동작 파형을 나타내는 도면이다.The configuration examples of the phase comparator 125, the resonance frequency follower / oscillator 126, and the PWM signal generator 127 have been described above. Next, the operation of the resonance frequency follow-up oscillator 126 will be described. Figs. 8 to 10 are diagrams showing operation waveforms of the resonance frequency follow-up oscillator 126. Fig.

도 8은, 드라이브 전압(Drive_V1, Drive_V2)의 구동 주파수와 공진 주파수가 일치하여 동작하고 있을 때의 공진 주파수 추종 발진부(126)의 동작 파형을 나타내고 있다. 또한, 도 9는, 드라이브 전압의 구동 주파수가 공진 주파수를 초과할 때의 공진 주파수 추종 발진부(126)의 동작 파형을 나타내고 있다. 그리고, 도 10은, 드라이브 전압의 구동 주파수가 공진 주파수 미만일 때의 공진 주파수 추종 발진부(126)의 동작 파형을 나타내고 있다.8 shows an operation waveform of the resonance frequency follower / oscillator 126 when the drive frequency of the drive voltages (Drive_V1, Drive_V2) and the resonance frequency coincide with each other. 9 shows the operation waveform of the resonance frequency follower / oscillator 126 when the drive frequency of the drive voltage exceeds the resonance frequency. 10 shows the operation waveform of the resonance frequency follower / oscillator 126 when the drive frequency of the drive voltage is less than the resonance frequency.

도 8에서는, 드라이브 전압(Drive_V1, Drive_V2)의 On Duty의 길이에 따라 코일에 흐르는 전류의 피크 값이 변화하는 모양을 나타내고 있다. 드라이브 전압(Drive_V1, Drive_V2)의 On Duty의 길이는 PWM 듀티 제어부(119)의 제어에 따라 변화한다.8 shows a shape in which the peak value of the current flowing in the coil changes according to the length of On Duty of the drive voltages (Drive_V1, Drive_V2). The length of On Duty of the drive voltages (Drive_V1, Drive_V2) changes under the control of the PWM duty controller 119.

그리고, 도 8에서는, 드라이브 전압의 구동 주파수와 공진 주파수가 일치하여 동작하고 있으므로, 위상 비교부(125)의 출력(Count_Up 또는 Count_Down)은 항상 Low이고, 따라서 업다운 카운터(141)의 출력(UpDown_Count)은 발생되지 않는다.8, the output (Count_Up or Count_Down) of the phase comparator 125 is always Low, and therefore the output (UpDown_Count) of the up-down counter 141 is always low. Is not generated.

도 9 및 도 10은, 드라이브 전압 및 코일 전류의 동작 파형으로부터 그 위상차를 검지하고, 업다운 카운터(141)의 값을 증감시켜 구동 주파수가 공진 주파수가 되도록 피드백 제어를 행하고 있는 동작을 나타내고 있다.9 and 10 show an operation of detecting the phase difference from the operation waveform of the drive voltage and the coil current and performing the feedback control so that the drive frequency becomes the resonance frequency by increasing or decreasing the value of the up-down counter 141.

우선, 드라이브 전압의 구동 주파수가 공진 주파수를 초과할 때의 공진 주파수 추종 발진부(126)의 동작에 대해 도 9를 참조하면서 설명한다. 드라이브 전압의 구동 주파수가 공진 주파수를 초과할 때는, 코일에 흐르는 전류의 위상이 드라이브 전압에 대해 지연되므로, 위상 비교부(125)의 출력 중에서 Count_Up이 High가 된다. Count_Up이 High가 되는 기간은, 드라이브 전압(Drive_V1)이 Low에서 High로 전환되고 나서 코일 전류의 위상이 0이 될 때까지의 기간이다.First, the operation of the resonance frequency follow-up oscillator 126 when the drive frequency of the drive voltage exceeds the resonance frequency will be described with reference to Fig. When the driving frequency of the drive voltage exceeds the resonance frequency, since the phase of the current flowing through the coil is delayed with respect to the drive voltage, Count_Up becomes High in the output of the phase comparator 125. The period during which Count_Up becomes High is a period from when the drive voltage (Drive_V1) changes from Low to High until the phase of the coil current becomes zero.

위상 비교부(125)의 출력 중에서 Count_Up이 High가 되면, 그 High가 되는 기간만큼 업다운 카운터(141)는 카운터를 업시켜 출력한다. 이에 의해, 드라이브 전압의 구동 주파수를 공진 주파수에 추종시키는 것이 가능하게 된다.When Count_Up becomes High in the output of the phase comparator 125, the up-down counter 141 outputs the counter up by the period in which it becomes High. Thereby, it becomes possible to follow the drive frequency of the drive voltage to the resonance frequency.

한편, 드라이브 전압의 구동 주파수가 공진 주파수 미만일 때의 공진 주파수 추종 발진부(126)의 동작에 대해 도 10을 참조하면서 설명한다. 드라이브 전압의 구동 주파수가 공진 주파수 미만일 때는, 코일에 흐르는 전류의 위상이 드라이브 전압에 대해 선행되므로, 위상 비교부(125)의 출력 중에서 Count_Down이 High가 된다. Count_Down이 High가 되는 기간은, 코일 전류의 위상이 0이 되고 나서 드라이브 전압(Drive_V1)이 Low에서 High로 전환될 때까지의 기간이다.On the other hand, the operation of the resonance frequency follow-up oscillator 126 when the drive frequency of the drive voltage is less than the resonance frequency will be described with reference to Fig. When the drive frequency of the drive voltage is less than the resonance frequency, the phase of the current flowing through the coil precedes the drive voltage, so that Count_Down becomes High in the output of the phase comparator 125. The period during which Count_Down becomes High is a period from when the phase of the coil current becomes 0 to when the drive voltage (Drive_V1) is switched from Low to High.

위상 비교부(125)의 출력 중에서 Count_Down이 High가 되면, 그 High가 되는 기간만큼 업다운 카운터(141)는 카운터를 다운시켜 출력한다. 이에 의해, 드라이브 전압(Drive_V1, Drive_V2)의 구동 주파수를 공진 주파수에 추종시키는 것이 가능하게 된다.When the Count_Down becomes High in the output of the phase comparator 125, the up-down counter 141 outputs the count down by the period in which it becomes High. Thereby, it becomes possible to follow the drive frequency of the drive voltages (Drive_V1, Drive_V2) to the resonance frequency.

다음에, 공진 주파수 추종 발진부(126) 및 PWM 신호 발생부(127)의 동작에 대해 설명한다. 도 11~13은, 공진 주파수 추종 발진부(126) 및 PWM 신호 발생부(127)의 출력의 상세를 타이밍차트로 나타내는 도면이다.Next, the operation of the resonance frequency follow-up oscillating unit 126 and the PWM signal generating unit 127 will be described. Figs. 11 to 13 are timing charts showing the details of the outputs of the resonance frequency follow-up oscillator 126 and the PWM signal generator 127. Fig.

도 11은 유도 가열 정착 장치(100)의 전원이 온이 되고 나서 초기 설정 주파수(=공진 주파수)로 발진하고 있을 때의 타이밍차트이고, 도 12는 초기 설정 주파수보다 공진 주파수가 높아졌을 때의 타이밍차트이며, 도 13은 초기 설정 주파수보다 공진 주파수가 낮아졌을 때의 타이밍차트이다.Fig. 11 is a timing chart when the induction heating fixing apparatus 100 is oscillating at an initial set frequency (= resonant frequency) after the power is turned on, Fig. 12 is a timing chart when the resonance frequency is higher than the initial set frequency 13 is a timing chart when the resonance frequency is lower than the initial set frequency.

우선, 도 11을 참조하여, 유도 가열 정착 장치(100)의 전원이 온이 되고 나서 초기 설정 주파수(=공진 주파수)로 발진하고 있을 때의 공진 주파수 추종 발진부(126) 및 PWM 신호 발생부(127)의 동작에 대해 설명한다. PWM 카운터(144)의 출력(PWM_OUT[N-1. .0])의 값이 f_initial, 즉 초기 설정 주파수에 대응되는 값이 되면, PWM 카운터(144)의 출력은 리셋되고, OSC 컴퍼레이터(145)의 출력(OSC_COMP_OUT)이 Low에서 High로 변화하며, DFF(156)의 출력(Drive_V1)이 Low에서 High로 전환된다. 그리고, DFF(156)의 출력과 1비트 카운터(146)의 출력의 조합에 의해, 드라이브 전압(Drive_V1 및 Drive_V2)이 타이밍을 맞추어 AND 게이트(157, 158)로부터 각각 출력된다.11, the resonance frequency follow-up oscillating unit 126 and the PWM signal generating unit 127 (hereinafter, referred to as " resonance frequency follower ") when the power source of the induction heating fixing apparatus 100 is turned on, Will be described. When the value of the output PWM_OUT [N-1.0.0] of the PWM counter 144 becomes f_initial, that is, the value corresponding to the initial setting frequency, the output of the PWM counter 144 is reset and the OSC comparator 145 (OSC_COMP_OUT) changes from Low to High, and the output (Drive_V1) of the DFF 156 changes from Low to High. The drive voltages (Drive_V1 and Drive_V2) are output from the AND gates 157 and 158 at timings in accordance with the combination of the output of the DFF 156 and the output of the 1-bit counter 146.

다음에, 도 12를 참조하여, 초기 설정 주파수보다 공진 주파수가 높아졌을 때의 공진 주파수 추종 발진부(126) 및 PWM 신호 발생부(127)의 동작에 대해 설명한다. 초기 설정 주파수보다 공진 주파수가 높아지면, 위상 비교부(125)의 출력 중에서 Count_Down이 High가 된다. 이에 의해, OSC 컴퍼레이터(145)의 출력(OSC_COMP_OUT)이 Low에서 High로 변화하는 주기가 짧아지고(Initial -> Initial-x -> Initial-y -> Initial-z), DFF(156)의 출력(Drive_V)이 Low에서 High로 전환되는 주기가 변화한다. 이에 의해, 드라이브 전압의 구동 주파수를 공진 주파수에 일치시키는 제어가 행해진다.Next, the operation of the resonance frequency follow-up oscillating unit 126 and the PWM signal generating unit 127 when the resonance frequency becomes higher than the initial set frequency will be described with reference to Fig. When the resonance frequency becomes higher than the initial set frequency, Count_Down becomes High in the output of the phase comparator 125. Thus, the cycle in which the output (OSC_COMP_OUT) of the OSC comparator 145 changes from Low to High is shortened (Initial-> Initial-x-> Initial- y-> Initial- z) (Drive_V) changes from Low to High is changed. Thereby, the drive frequency of the drive voltage is made to coincide with the resonance frequency.

마지막으로, 도 13을 참조하여, 초기 설정 주파수보다 공진 주파수가 낮아졌을 때의 공진 주파수 추종 발진부(126) 및 PWM 신호 발생부(127)의 동작에 대해 설명한다. 초기 설정 주파수보다 공진 주파수가 낮아지면, 위상 비교부(125)의 출력 중에서 Count_Up이 High가 된다. 이에 의해, OSC 컴퍼레이터(145)의 출력(OSC_COMP_OUT)이 Low에서 High로 변화하는 주기가 길어지고(Initial -> Initial+x -> Initial+y -> Initial+z), DFF(156)의 출력(Drive_V)이 Low에서 High로 전환되는 주기가 변화한다. 이에 의해, 드라이브 전압의 구동 주파수를 공진 주파수에 일치시키는 제어가 행해진다.13, the operation of the resonance frequency follow-up oscillator 126 and the PWM signal generator 127 when the resonance frequency becomes lower than the initial set frequency will be described. When the resonance frequency becomes lower than the initial set frequency, Count_Up becomes High in the output of the phase comparator 125. [ As a result, the period in which the output OSC_COMP_OUT of the OSC comparator 145 changes from Low to High becomes longer (Initial-> Initial + x-> Initial + y-> Initial + z) (Drive_V) changes from Low to High is changed. Thereby, the drive frequency of the drive voltage is made to coincide with the resonance frequency.

이와 같이, 드라이브 전압 및 코일 전류의 위상차 검지 결과로부터, 업다운 카운터(141)의 값을 증감시켜 드라이브 전압 구동 주파수를 공진 주파수가 되도록 제어하고, 업다운 카운터(141)의 값과, 온도 센서(111)의 출력 데이터 값으로부터 PID 제어부(117)에서의 PID 연산에 의해 구한 PWM Duty 보정값으로 PWM 듀티 제어부(119)에서 PWM Duty값을 산출한다.Thus, the value of the up-down counter 141 is increased or decreased to control the drive voltage drive frequency to be the resonance frequency from the result of detection of the phase difference between the drive voltage and the coil current. The PWM duty value is calculated by the PWM duty controller 119 as the PWM duty correction value obtained by the PID calculation in the PID controller 117 from the output data value of the PWM duty value.

PWM 카운터(144)의 출력값이 PWM Duty값과 일치하면 구동 전압을 Low로 하고, 업다운 카운터(141)의 값과 일치하면 구동 전압을 High로 변화시킴으로써, 공진 주파수 PWM 신호(Drive_V)가 만들어진다. 하프 브리지 구동 신호는, 1비트 카운터(146)에서 생성된 반주기마다의 출력 허가 신호와 DFF(156)가 생성하는 공진 주파수 PWM 신호를 AND 게이트(157, 158)에 넣음으로써, Drive_V1와 Drive_V2가 교대로 출력된다.When the output value of the PWM counter 144 coincides with the PWM duty value, the driving voltage is set to Low. When the output value of the PWM counter 144 matches the value of the up-down counter 141, the driving voltage is changed to High, thereby generating the resonant frequency PWM signal Drive_V. The half bridge drive signal is generated by putting the output enable signal for every half period generated by the 1-bit counter 146 and the resonant frequency PWM signal generated by the DFF 156 into the AND gates 157 and 158, so that Drive_V1 and Drive_V2 alternate .

유도 가열 정착 장치(100)에 의하면, 공진 주파수 f₀에 자동 추종하여 공진 상태로 PWM 제어를 실행함으로써 전류량을 제어하여 전력량을 변경할 수 있다. 그 결과, 유도 가열 정착 장치(100)는 전력 효율이 개선된다는 효과를 가진다.According to the induction heating fixing apparatus 100, the amount of electric power can be changed by controlling the amount of electric current by automatically following the resonance frequency f ₀ and performing PWM control in a resonance state. As a result, the induction heating fixing apparatus 100 has an effect that the power efficiency is improved.

<변형예><Modifications>

도 14는, 유도 가열 정착 장치(1400)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 15는, 유도 가열 정착 장치(1400)의 동작을 나타내는 도면이다.Fig. 14 is a diagram showing the configuration of the induction heating fixing apparatus 1400. Fig. Fig. 15 is a diagram showing the operation of the induction heating fixing apparatus 1400. Fig.

유도 가열 정착 장치(1400)는 ASIC(1424)를 가진다. ASIC(1424)는 위상 비교부(1425), 위상 제어부(1425P), 공진 주파수 추종 발진부(1426), PWM 신호 발생부(1427)를 갖는 점에서 ASIC(124)와는 다르다. CPU(1415)는 ADC(1416), PID 제어부(1417), ADC(1418), PWM 듀티 제어부(1419), 위상 제어량 설정부(1419P)를 포함한다. 도 14의 ADC(1416), PID 제어부(1417), ADC(1418), PWM 듀티 제어부(1419)는 도 2의 ADC(116), PID 제어부(117), ADC(118), PWM 듀티 제어부(119)에 각각 대응한다.The induction heating fixing apparatus 1400 has an ASIC 1424. The ASIC 1424 is different from the ASIC 124 in that it has a phase comparator 1425, a phase controller 1425P, a resonance frequency follower oscillator 1426 and a PWM signal generator 1427. [ The CPU 1415 includes an ADC 1416, a PID control unit 1417, an ADC 1418, a PWM duty control unit 1419, and a phase control amount setting unit 1419P. The ADC 1416, the PID control unit 1417, the ADC 1418 and the PWM duty control unit 1419 of FIG. 14 correspond to the ADC 116, the PID control unit 117, the ADC 118, the PWM duty control unit 119 Respectively.

도 16은, 위상 제어부(1425P)의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다. 코일 전류 위상 제어량 설정값(Phase_Delay_Value)이 0일 때는, 도 2 등을 참조하여 전술한 것과 같은 공진 주파수 추종 제어를 행한다.16 is a diagram showing a specific configuration of the phase control section 1425P. When the coil current phase control amount set value (Phase_Delay_Value) is 0, the resonance frequency follow-up control as described above is performed with reference to Fig.

도 14의 위상 비교부(1425), 공진 주파수 추종 발진부(1426), PWM 신호 발생부(1427)는 도 2에 나타나는 위상 비교부(125), 공진 주파수 추종 발진부(126), PWM 신호 발생부(127)에 각각 대응한다. 위상 비교부(1425), 공진 주파수 추종 발진부(1426), PWM 신호 발생부(1427)는, 드라이브 전압 및 코일 전류의 위상차를 측정하고, 위상차가 0이 되는 공진 주파수에 자동적으로 추종하는 제어를 행하고 있다. 구체적으로 도 15에 도시된 바와 같이 공진 주파수 f₀는 가변이다.The phase comparator 1425, the resonance frequency follower / oscillator 1426 and the PWM signal generator 1427 shown in FIG. 14 correspond to the phase comparator 125, the resonance frequency follower / oscillator 126, the PWM signal generator 127, respectively. The phase comparator 1425, the resonance frequency follower / oscillator 1426 and the PWM signal generator 1427 measure the phase difference between the drive voltage and the coil current and perform control to automatically follow the resonance frequency with the phase difference of 0 have. Specifically, the resonance frequency f ₀ as shown in Fig. 15 is a variable.

도 17은, 도 16의 위상 제어부(1425P)에서 코일 전류 위상 제어량 설정값(Phase_Delay_Value)을 0에서 X를 거쳐 Y로 바꾸었을 때(단, X>Y)의 드라이브 전압, 코일 전류 파형 및 주파수 제어 신호(Count_up, Count_Up2, Count_Down, Count_Down2)의 동작 파형을 나타내는 도면이다.FIG. 17 is a graph showing the relationship between the drive voltage, the coil current waveform, and the frequency control when the coil current phase control amount set value (Phase_Delay_Value) in FIG. 16 is changed from 0 to Y through Y (X> Y) Signals (Count_up, Count_Up2, Count_Down, Count_Down2).

공진 주파수 제어를 행할 때는, 도 14의 CPU(1415)가 코일 전류 위상 제어량 설정값(Phase_Delay_Value)을 0으로 설정한다. 이 때, 도 16의 Comp1이 출력하는 Select 신호는 Low가 되어 Selector2 및 Selector3이 A입력을 선택한다. 그 결과, 위상 비교 출력 신호(Count_Up, Count_Down)는 위상 제어부(1425P)를 통과하지 않고 직접 공진 주파수 추종 발진부(1426)에 입력된다. 따라서, 공진 주파수 제어가 행해진다.When performing the resonance frequency control, the CPU 1415 of Fig. 14 sets the coil current phase control amount set value (Phase_Delay_Value) to zero. At this time, the Select signal outputted by Comp1 in Fig. 16 becomes Low and Selector2 and Selector3 select the A input. As a result, the phase comparison output signal (Count_Up, Count_Down) is directly input to the resonance frequency follow-up oscillation section 1426 without passing through the phase control section 1425P. Therefore, resonance frequency control is performed.

코일 전류 위상 제어량 설정값(Phase_Delay_Value)을 공진 상태 0에서 X로 바꾸면, 설정값 X에 대응한 주파수 제어 신호(Count_Down2)를 출력하고 주파수를 높게 하여 위상량 설정값 X에 가까워짐에 따라 펄스 폭을 작게 하고, 최종적으로 위상량이 설정값 X가 된 곳에서 주파수 제어 신호(Count_Down2)의 출력을 정지한다.When the coil current phase control amount set value (Phase_Delay_Value) is changed from the resonance state 0 to X, the frequency control signal (Count_Down2) corresponding to the set value X is outputted and the frequency is raised to decrease the pulse width , And stops outputting the frequency control signal (Count_Down2) when the phase amount reaches the set value X finally.

구체적으로 위상 제어를 행할 때는, 도 14의 CPU(1415)가 코일 전류 위상 제어량 설정값(Phase_Delay_Value)을 0보다 큰 값으로 설정한다. 코일 전류 위상 제어량 설정값(Phase_Delay_Value)이 0보다 큰 값으로 설정되면, 도 16의 Comp1의 출력 Select 신호가 High가 되어 Selector2 및 Selector3이 B입력을 선택한다. 그 결과, 위상 비교 출력 신호(Count_Up, Count_Down)는 위상 제어부(1425P)에 입력되어 위상 제어가 이루어지고, 신호(Count_Up2, Count_Down2)가 공진 주파수 추종 발진부(1426)에 입력된다. 따라서, 이 경우는 위상 제어가 행해진다.Specifically, when performing phase control, the CPU 1415 of FIG. 14 sets the coil current phase control amount set value (Phase_Delay_Value) to a value greater than zero. When the coil current phase control amount set value (Phase_Delay_Value) is set to a value larger than 0, the output Select signal of Comp1 in Fig. 16 becomes High and Selector2 and Selector3 select the B input. As a result, the phase comparison output signals (Count_Up, Count_Down) are input to the phase control unit 1425P to perform phase control, and the signals (Count_Up2, Count_Down2) are input to the resonance frequency follow- Therefore, in this case, phase control is performed.

코일 전류 위상 제어량 설정값(Phase_Delay_Value)을 X에서 Y로 바꾸면(단, X>Y), X와 Y의 차이에 비례한 주파수 제어 신호(Coun_Up2)를 출력하고 주파수를 높게 하여 위상량 설정값 Y에 가까워짐에 따라 펄스 폭을 작게 하고, 최종적으로 위상량이 설정값 Y가 된 곳에서 주파수 제어 신호(Coun_Up2)의 출력을 정지한다.When the coil current phase control amount setting value (Phase_Delay_Value) is changed from X to Y (where X> Y), a frequency control signal (Coun_Up2) proportional to the difference between X and Y is output, The pulse width is decreased and the output of the frequency control signal (Coun_Up2) is stopped when the phase amount reaches the set value Y finally.

도 18 및 도 19는, 도 16의 위상 제어부(1425P)에서의 신호의 타이밍도이다. 도 18은, 도 17에서 코일 전류 위상 제어량 설정값(Phase_Delay_Value)을 0에서 X로 바꾸었을 때의 동작 타이밍을 나타내고 있다. 도 19는, 도 17에서 코일 전류 위상 제어량 설정값(Phase_Delay_Value)을 X에서 Y로 바꾸었을 때(단, X>Y)의 동작 타이밍을 나타내고 있다.FIGS. 18 and 19 are timing charts of signals in the phase control section 1425P of FIG. Fig. 18 shows the operation timing when the coil current phase control amount set value (Phase_Delay_Value) is changed from 0 to X in Fig. FIG. 19 shows the operation timing when the coil current phase control amount set value (Phase_Delay_Value) is changed from X to Y (where X> Y) in FIG.

<작용·효과><Action / Effect>

도 2의 유도 가열 정착 장치(100)는 PWM 제어에 의해 온도를 제어한다. 즉, 유도 가열 정착 장치(100)는, 도 4에 나타나는 모든 전류값에 걸쳐 PWM 최적값을 산출함으로써 전력을 제어한다. 다시 말하면, 스위칭 소자는 공진 주파수에서 스위칭되고, 그 펄스 폭이 온도 센서로부터의 신호에 기초하여 바뀐다.The induction heating fixing apparatus 100 of Fig. 2 controls the temperature by PWM control. That is, the induction heating fixing apparatus 100 controls the power by calculating the PWM optimum value over all the current values shown in FIG. In other words, the switching element is switched at the resonant frequency, and its pulse width is changed based on the signal from the temperature sensor.

이에 대해 유도 가열 정착 장치(1400)에서는, 코일에 흐르는 전류가 클 때에는 PWM 제어를 행하고, 코일에 흐르는 전류가 작을 때에는 위상 제어를 행한다. 구체적으로 ASIC(1424)는 위상 제어부(1425)를 구비한다. 이 위상 제어부(1425)가 소전류 영역에서 코일 전류의 위상 제어를 실현한다.In contrast, in the induction heating fixing device 1400, PWM control is performed when the current flowing through the coil is large, and phase control is performed when the current flowing through the coil is small. Specifically, the ASIC 1424 includes a phase control unit 1425. This phase control section 1425 realizes the phase control of the coil current in the small current region.

온도 콘트롤러의 기능을 갖는 CPU(1415)는, 온도 센서(111)로부터의 신호에 기초하여 PWM 최적값과 코일 전류 위상 최적값을 산출함으로써 2개의 모드로 전력(즉, 온도)을 제어할 수 있다. 코일에 흐르는 전류가 작은 소전류 영역에서는, 위상 제어부(1425P)는 코일 전류 위상 제어량 설정값(Phase_Delay_Value)에 기초하여 위상 제어를 행하고, 이에 따라 코일 전류를 제어한다. 즉, 추종한 공진 주파수를 기준으로 하여 코일 전류 위상 제어량 설정값(Phase_Delay_Value)에 기초하여 전류의 크기를 제어하고, 이에 따라 온도 제어를 행한다. 그 결과, 미소 전력 영역에서의 온도 제어가 가능하게 된다.The CPU 1415 having the function of the temperature controller can control the power (i.e., temperature) in two modes by calculating the PWM optimum value and the coil current phase optimal value based on the signal from the temperature sensor 111 . In the small current region where the current flowing through the coil is small, the phase control section 1425P performs phase control based on the coil current phase control amount set value (Phase_Delay_Value), thereby controlling the coil current. That is, the magnitude of the current is controlled based on the coil current phase control amount set value (Phase_Delay_Value) based on the following resonance frequency, and temperature control is performed accordingly. As a result, temperature control in the minute power range becomes possible.

한편, 코일에 흐르는 전류가 큰 대전류 영역에서는, 도 2의 유도 가열 정착 장치(100)와 같이 PWM 제어를 행한다. 이러한 구성에 의해, 본 변형예는 도 15에 도시된 바와 같이 미소 전력 영역까지 코일 전류를 제어하는 것이 가능하고, 그 결과 보다 미세한 온도 제어를 실현할 수 있다.On the other hand, in the large current region where the current flowing through the coil is large, PWM control is performed like the induction heating fixing apparatus 100 of Fig. With this configuration, the present modification can control the coil current up to the minute power range as shown in Fig. 15, and as a result, finer temperature control can be realized.

특히 코일 전류 위상 지연 제어 회로는 간단한 논리 회로(디지털 회로)로 구성하였으므로, 온도 변동이나 상수의 편차 등에 영향을 받지 않고 안정된 온도 제어를 디지털적으로 행하는 것이 가능하다. 모든 제어 회로를 디지털 회로로 구성하였으므로, ASIC에 간단히 내장하는 것이 가능하게 되어 비용 삭감 및 소형화가 가능하다는 효과를 가진다.In particular, since the coil current phase delay control circuit is constituted by a simple logic circuit (digital circuit), it is possible to perform stable temperature control digitally without being influenced by temperature fluctuation or constant deviation. Since all the control circuits are constituted by digital circuits, it is possible to easily embed them in the ASIC, thereby reducing the cost and miniaturization.

또, 본 변형예에서는 소전력시에서의 미소 전류 제어를 위해서만 위상 제어를 행하고 있지만, 이에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 대전력 영역 및 중전력 영역에서도 위상 제어를 이용하여 전력 제어를 행하는 것이 가능하다.In this modification, the phase control is performed only for the minute current control in the case of small power, but the present invention is not limited to this. For example, it is possible to perform power control using the phase control in the large power region and the medium power region as well.

<결론><Conclusion>

본 발명의 다양한 실시형태에 의한 유도 가열 정착 장치는, 업다운 카운터와 PWM 카운터를 이용하여 공진 주파수 추종 발진부, PWM 신호 발생부의 디지털 회로화를 간단하게 할 수 있으므로, 공진 주파수 추종 발진부 및 PWM 신호 발생부를 ASIC(124)의 내부에 넣는 것이 가능하게 된다.The induction heating fixing apparatus according to various embodiments of the present invention can simplify digital circuits of the resonance frequency follower oscillation unit and the PWM signal generation unit by using the up-down counter and the PWM counter. Therefore, the resonance frequency follow- It becomes possible to insert it into the ASIC 124.

이에 의해, 본 발명의 실시형태에 의한 유도 가열 정착 장치는, 종래의 유도 가열 정착 장치와 비교하여 하드웨어 부품의 삭감이 가능하게 되어 비용 절감이나 조립성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 어떤 실시형태에 의한 유도 가열 정착 장치(1400)는, 디지털 회로로 구성함으로써 부품 상수의 편차나 온도 변동을 고려할 필요도 없고, 설정값을 소프트웨어로 변경함으로써 하드웨어를 변경하지 않고 모든 사양에 대응 가능하게 된다. 이는, 종래의 유도 가열 정착 장치가 아날로그 회로로 구성한 경우는 부품 상수의 편차나 온도 변동을 고려할 필요가 있거나, 공진 주파수 추종 범위의 설정 등 사양에 의해 부품 상수를 변경할 필요가 있는 것과 비교하여 큰 효과이다.As a result, the induction heating fixing apparatus according to the embodiment of the present invention can reduce the hardware components as compared with the conventional induction heating fixing apparatus, and it is possible to improve the cost reduction and the assembling performance. In addition, the induction heating fixing apparatus 1400 according to any embodiment of the present invention can be constituted by a digital circuit, so that it is not necessary to consider variation in component constant or temperature fluctuation, Specifications. This is because, when the conventional induction heating fixing apparatus is constituted by an analog circuit, it is necessary to consider the variation of the component constant and the temperature fluctuation, or it is necessary to change the component constant according to the specification such as the setting of the resonance frequency following range, to be.

또, 본 발명의 어떤 실시형태에 의한 유도 가열 정착 장치는, 디지털 회로로 제어하기 때문에, 특정 사용 불가능 주파수 영역(특정 무선 주파수나 정착 벨트 등의 정착 장치 기구의 공진 주파수)이 있는 경우에는 그 주파수 범위를 설정함으로써 간단하게 제어 가능하게 된다.Further, since the induction heating fixing device according to any embodiment of the present invention is controlled by a digital circuit, if there is a specific unusable frequency range (resonance frequency of a fixing device mechanism such as a specific radio frequency or fixing belt) By setting the range, it becomes possible to control easily.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시형태에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 상술한 구체적인 실시형태에는 한정되지 않는다. 본 발명이 속한 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자이면, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범위 내에서 각종 변경 또는 수정을 실현할 수 있고, 이들도 본 발명의 기술적 범위에 속한다.While the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the specific embodiments described above. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

1400 유도 가열 정착 장치
101 교류 전원
102 퓨즈
103 배리스터
104 다이오드 브리지
105 노이즈 필터
106 하프 브리지 출력 회로
107, 108 IBGT
109 전류 트랜스
110 정착 롤러 또는 정착 벨트
111 온도 센서
112 저손실 유도 가열용 코일
113, 114 콘덴서
1415 CPU
1416, 1418 AD변환기(ADC)
1417 PID 제어부
1419 PWM 듀티 제어부
1419P 위상 제어량 설정부
120 정류 회로
121 리미터 회로
1424 ASIC
1425 위상 비교부
1425P 위상 제어부
1426 공진 주파수 추종 발진부
1427 PWM 신호 발생부
128, 129 발광 다이오드 및 포토 트랜지스터1400 Induction Heating Fixing Device
101 AC power supply
102 fuse
103 varistors
104 diode bridge
105 Noise filter
106 half bridge output circuit
107, 108 IBGT
109 current transformer
110 Fixing roller or fixing belt
111 Temperature sensor
112 Low loss induction heating coils
113, 114 Capacitors
1415 CPU
1416, 1418 AD converter (ADC)
1417 PID controller
1419 PWM duty controller
1419P Phase control amount setting unit
120 rectifier circuit
121 Limiter circuit
1424 ASIC
1425 phase comparator
1425P phase controller
1426 Resonance frequency following oscillation
1427 PWM signal generator
128, 129 Light Emitting Diode and Phototransistor

Claims

A phase comparator, a phase control unit, a resonance frequency follow-up oscillation unit, and a PWM (pulse width modulation) signal generation unit having an inductive coil and a capacitor,
The phase comparator compares the phase of the pulse output from the PWM signal generator and the phase of the current flowing through the induction coil,
And outputs it to the phase control unit when the phase control is performed,
And outputs it to the resonance frequency follower / oscillator when PWM control is performed,
The phase control unit outputs a frequency control signal corresponding to a predetermined phase value to the resonance frequency follow-up oscillation unit based on the output of the phase comparison unit and the predetermined coil current phase amount,
Wherein the resonance frequency follower / oscillator changes the oscillation frequency so as to follow the resonance frequency of the drive frequency of the series resonance circuit using the output of the phase controller,
Wherein the PWM signal generating section generates a pulse for driving the series resonance circuit on the basis of the oscillation frequency changed by the resonance frequency follow-
Wherein the phase comparison unit, the phase control unit, the resonance frequency follow-up oscillation unit, and the PWM signal generation unit are digitally controlled.

The method according to claim 1,
Wherein the phase control unit calculates an output of the phase comparator for outputting a signal corresponding to the phase difference by comparing the phase of the pulse output from the PWM signal generator with the phase of the current flowing through the induction coil, And outputs a frequency control signal to the resonance frequency follower / oscillator based on the comparison result,
Wherein the resonance frequency follower / oscillator changes an oscillation frequency by up-counting or down-counting a counter based on a signal output from the phase controller.

The method according to claim 1,
Wherein the phase control is performed in a first region in which the current is comparatively small and the PWM control is performed in a second region in which the current is relatively large.

An image forming apparatus comprising the induction heating fixing device according to claim 1.