KR20120069513A

KR20120069513A - Induction heating fuser unit and image forming apparatus

Info

Publication number: KR20120069513A
Application number: KR1020110049800A
Authority: KR
Inventors: 타카시 콘도
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2012-06-28
Also published as: JP2012133028A

Abstract

PURPOSE: An induction heat fixing apparatus and an image forming apparatus are provided to execute PWM control by following a resonant frequency without considering variation of temperature. CONSTITUTION: A phase comparing unit(125) compares phase of current flowing an induction coil and a pulse. A resonant frequency following oscillating unit(126) changes a resonant frequency circuit through a detection result of phase difference of the phase comparing unit. A PWM(Pulse Width Modulation) signal generating unit(127) generates the pulse for driving the series resonant frequency.

Description

Induction heating fuser unit and 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 씨트 위에 전사된 토너상을 씨트에 정착시키기 위한 정착 장치가 구비되어 있다. 이 정착 장치는, 예를 들면 씨트상의 토너를 열용융시키는 정착 롤러 또는 정착 벨트(가열 롤러)와, 해당 정착 롤러 또는 정착 벨트에 압접하여 씨트를 압압하는 가압 롤러를 가지고 있다.The image forming apparatus is provided with a fixing apparatus for fixing the toner image transferred onto the sheet, which is a recording medium, to the sheet. This fixing apparatus has, for example, a fixing roller or a fixing belt (heating roller) for thermal melting the 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 해당 정착 롤러 또는 정착 벨트의 내부에 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 줄열로 정착 롤러 또는 정착 벨트를 가열한다는 것이다.In order to heat the fixing roller or the fixing belt, a fixing apparatus by an induction heating method in which an induction heating coil is arranged inside the fixing roller or the fixing belt is widely used. The induction heating method flows an eddy current inside the fixing roller or the fixing belt by passing the magnetic flux generated in the induction heating coil to the conductor portion of the fixing roller or the fixing belt, and heats the fixing roller or the fixing belt by Joule heat caused by the eddy current. .

부품 정수의 분산이나 온도 변동을 고려하지 않고 공진 주파수에 추종시켜 PWM제어를 실행할 수 있는 신규 및 개량된 유도 가열 정착 장치 및 화상 형성 장치를 제공하는 데 있다.A novel and improved induction heating fixing apparatus and an image forming apparatus capable of performing PWM control by following a resonance frequency without considering dispersion of component constants or temperature fluctuations.

본 발명의 일 측면에 따른 유도 코일 및 콘덴서를 가진 직렬 공진 회로를 구비한 유도 가열 정착 장치에 있어서, 상기 직렬 공진 회로를 구동시키는 펄스와 상기 유도 코일을 흐르는 전류의 위상을 비교하는 위상 비교부, 상기 위상 비교부의 비교 결과를 사용하여 상기 직렬 공진 회로의 구동 주파수가 상기 직렬 공진 회로의 공진 주파수를 추종하도록 발진 주파수를 변화시키는 공진 주파수 추종 발진부 및 상기 발진 주파수에 기초하여 상기 직렬 공진 회로를 구동시키는 펄스를 발생시키는 PWM 신호 발생부를 포함하고, 상기 상기 위상 비교부, 상기 공진 주파수 추종 발진부 및 PWM 신호 발생부는 디지털 제어되는 것을 특징으로 한다.An induction heating fixing device having a series resonant circuit having an induction coil and a capacitor according to an aspect of the present invention, comprising: a phase comparison unit comparing a phase of a pulse driving the series resonant circuit with a current flowing through the induction coil; Driving the series resonant circuit based on the resonant frequency following oscillator and the oscillation frequency using the comparison result of the phase comparator to change the oscillation frequency so that the drive frequency of the series resonant circuit follows the resonant frequency of the series resonant circuit. And a PWM signal generator for generating a pulse, wherein the phase comparator, the resonant frequency following oscillator, and the PWM signal generator are digitally controlled.

본 발명의 다른 측면에 따른 유도 코일 및 콘덴서를 가진 직렬 공진 회로를 구비한 유도 가열 정착 장치의 공진 주파수 추종 방법에 있어서, 상기 직렬 공진 회로를 구동시키는 펄스와 상기 유도 코일을 흐르는 전류의 위상을 비교하는 단계, 상기 위상 비교 결과를 사용하여 직렬 공진 회로의 구동 주파수를 공진 주파수에 추종하도록 발진 주파수를 변화시키는 단계, 및 상기 발진 주파수에 기초하여 상기 직렬 공진 회로를 구동시키는 펄스를 발생시키는 PWM 신호 발생 단계를 포함하고, 상기 위상 비교 단계, 상기 공진 주파수 추종 발진 단계 및 상기 PWM 신호 발생 단계는 디지털 제어되는 것을 특징으로 한다.In a resonant frequency tracking method of an induction heating fixing apparatus having a series resonant circuit having an induction coil and a capacitor according to another aspect of the present invention, a phase of a pulse driving the series resonant circuit and a current flowing through the induction coil are compared. Changing the oscillation frequency so as to follow the driving frequency of the series resonant circuit to the resonance frequency using the phase comparison result, and generating a PWM signal for generating a pulse for driving the series resonant circuit based on the oscillation frequency. And the phase comparison step, the resonance frequency following oscillation step and the PWM signal generation step are digitally controlled.

부품 정수의 분산이나 온도 변동을 고려하지 않고 공진 주파수에 추종시켜 PWM제어를 실행할 수 있고, 하드웨어 부품의 삭감이 가능해져 비용 절감이나 조립성을 향상시킬 수 있다.PWM control can be performed by following the resonant frequency without considering dispersion of component constants or temperature fluctuations, and hardware parts can be reduced, thereby reducing cost and improving assembly performance.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)의 구성을 도시한 구성도이다.
도 2는 특정 사용 불가능 주파수 영역 설정시의, 업다운 카운터(141)의 카운트치와 출력 주파수와의 관계를 그래프로 도시한 도면이다.
도 3은 공진 주파수에서 PWM의 ON time의 듀티를 변화시켰을 때의 출력 특성의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 ASIC(124)에서의 위상 비교부(125)의 구성예를 도시한 도면이다.
도 5는 ASIC(124)에서의 공진 주파수 추종 발진부(126)의 구성예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시한 ASIC(124)에서의 PWM신호 발생부(127)의 구성예를 도시한 도면이다.
도 7은 드라이브 전압의 구동 주파수와 공진 주파수가 일치하는 상태에서 PWM의 On time duty를 달리하였을 때, 공진 주파수 추종 발진부(126)의 동작 파형을 도시한 도면이다.
도 8은 드라이브 전압의 구동 주파수가 공진 주파수보다 웃돌아 동작할 때,공진 주파수 추종 발진부(126)의 동작 파형을 도시한 도면이다.
도 9는 드라이브 전압의 구동 주파수가 공진 주파수보다 밑돌아 동작할 때,공진 주파수 추종 발진부(126)의 동작 파형을 도시한 도면이다.
도 10은 초기 설정 주파수에서 발진할 때, 공진 주파수 추종 발진부(126) 및 PWM신호 발생부(127)의 출력 상세를 타이밍 차트로 도시한 도면이다.
도 11은 초기 설정 주파수보다 공진 주파수가 높아졌을 때, 공진 주파수 추종 발진부(126) 및 PWM신호 발생부(127)의 출력 상세를 타이밍 차트로 도시한 도면이다.
도 12는 초기 설정 주파수보다 공진 주파수가 낮아졌을 때, 공진 주파수 추종 발진부(126) 및 PWM신호 발생부(127)의 출력 상세를 타이밍 차트로 도시한 도면이다.1 is a configuration diagram showing the configuration of an induction heating fixing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the count value of the up-down counter 141 and the output frequency in setting a specific unusable frequency region.
3 is a diagram showing an example of output characteristics when the duty cycle of the ON time of the PWM is changed at the resonance frequency.
4 is a diagram illustrating a configuration example of the phase comparison unit 125 in the ASIC 124.
FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the resonant frequency tracking oscillator 126 in the ASIC 124.
FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of the PWM signal generator 127 in the ASIC 124 shown in FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating an operation waveform of the resonance frequency following oscillator 126 when the On time duty of the PWM is changed while the driving frequency and the resonance frequency of the drive voltage are the same.
FIG. 8 is a diagram illustrating an operation waveform of the resonant frequency following oscillator 126 when the drive frequency of the drive voltage operates above the resonance frequency.
FIG. 9 is a diagram illustrating an operation waveform of the resonance frequency following oscillator 126 when the driving frequency of the drive voltage is lower than the resonance frequency.
FIG. 10 is a timing chart illustrating output details of the resonance frequency following oscillator 126 and the PWM signal generator 127 when oscillating at an initial set frequency.
FIG. 11 is a timing chart illustrating output details of the resonance frequency following oscillator 126 and the PWM signal generator 127 when the resonance frequency is higher than the initial set frequency.
FIG. 12 is a timing chart illustrating output details of the resonance frequency following oscillator 126 and the PWM signal generator 127 when the resonance frequency is lower than the initial set frequency.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능 구성을 가진 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration will be omitted by repeating the same reference numerals.

유도 가열 정착 장치에서의 전력 제어 방식으로서, LCR공진 회로 구성으로 구동 주파수를 제어하는 방식과, 공진 주파수f로 공진 회로가 공진되는 상태에서 PWM제어를 실행함으로써 전류량을 제어하는 방식이 있다.As an electric power control method in the induction heating fixing apparatus, there are a method of controlling the driving frequency by the LCR resonance circuit configuration and a method of controlling the amount of current by performing PWM control in a state where the resonance circuit is resonated at the resonance frequency f.

LCR공진 회로를 가진 구성으로 구동 주파수를 제어하는 방식으로는 공진 회로의 공진 주파수가 변동된 경우에 제어 불가능하게 되는 문제가 있으며 그와 같은 문제에 대처하기 위해서는 전력이 피크가 되는 주파수를 구하고 그 주파수를 하한 주파수로서 제어할 필요가 있다. 또 소전력 제어시에 주파수가 지나치게 높아져 하프 브릿지 출력 소자의 스위칭 손실이 증가하여 효율이 저하된다는 문제가 있으며 대전력과 중전력과 소전력으로 전력 제어 방식을 바꿀 필요가 있다. 또 구동 주파수를 공진 주파수에서 벗어난 부분에서 하프 브릿지 소자를 스위칭할 경우 제로 전압 스위칭이 이루어지지 않고 소자 손실이 증대되어 발열에 의한 열화나 열파괴를 초래할 위험성이 있다.In the method of controlling the driving frequency with the LCR resonance circuit, there is a problem that it becomes impossible to control when the resonant frequency of the resonant circuit is changed. To cope with such a problem, the frequency at which the power peaks is obtained and the frequency is determined. Needs to be controlled as the lower limit frequency. In addition, there is a problem that the frequency is too high during the low power control, the switching loss of the half-bridge output device is increased, the efficiency is lowered, and the power control method needs to be changed to high power, medium power, and low power. In addition, when the half-bridge device is switched at a portion where the driving frequency deviates from the resonant frequency, zero voltage switching is not performed and the device loss is increased, which may cause deterioration or thermal destruction by heat generation.

반면 공진 주파수f에서 공진 회로가 공진되는 상태에서 PWM제어를 실행함으로써 전류량을 제어하여 전류량을 변경하는 방식의 경우 회로 내의 모듈을 아날로그 회로로 구성하면 부품 정수의 분산이나 온도 변동을 고려할 필요가 있거나 공진 주파수 추종 범위의 설정 등 사양에 의해 모든 부품 정수를 변경할 필요가 있다. 또 특정 사용이 불가능한 주파수 영역(예를 들면 특정 무선 주파수나 정착 벨트 등 정착 장치 기구의 공진 주파수)이 있는 경우에는 그 주파수 범위를 피하여 공진 주파수에 자동 추종하기는 어렵다.On the other hand, in the case of changing the amount of current by controlling the amount of current by performing PWM control in a state where the resonant circuit is resonated at the resonant frequency f, if the module in the circuit is composed of an analog circuit, it is necessary to consider the dispersion of components constants or the temperature variation. All parts constants need to be changed by specifications such as setting of frequency following range. In addition, when there is a frequency range in which specific use is impossible (for example, a resonant frequency of a fixing device mechanism such as a specific radio frequency or a fixing belt), it is difficult to automatically follow the resonant frequency by avoiding the frequency range.

본 발명에서는 이와 같은 문제를 감안하여 부품 정수의 분산이나 온도 변동을 고려하지 않고 공진 주파수에 추종시켜 PWM제어를 실행할 수 있는 신규 및 개량된 유도 가열 정착 장치 및 화상 형성 장치를 제공한다.In view of such a problem, the present invention provides a novel and improved induction heating fixing apparatus and an image forming apparatus which can perform PWM control by following the resonance frequency without considering dispersion of component constants or temperature fluctuations.

우선, 본 발명의 일실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치의 구성에 대해서 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)의 구성을 도시한 설명도이다. 이하, 도 1을 사용하여 본 발명의 일실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)의 구성에 대해서 설명한다.First, the structure of the induction heating fixing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1: is explanatory drawing which shows the structure of the induction heating fixing apparatus 100 which concerns on one Embodiment of this invention. Hereinafter, the structure of the induction heating fixing apparatus 100 which concerns on one Embodiment of this invention using FIG. 1 is demonstrated.

도 1에 도시한 본 발명의 일실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)는, 정착 롤러 또는 정착 벨트를 가열하기 위해 해당 정착 롤러 또는 정착 벨트의 내부 또는 외부에 유도 가열 코일을 배치하도록 한 유도 가열 방식에 의한 정착 장치이다.The induction heating fixing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is configured to arrange an induction heating coil inside or outside the fixing roller or the fixing belt in order to heat the fixing roller or the fixing belt. It is a fixing device by a heating method.

도 1에 도시한 것처럼 본 발명의 일실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)는 교류 전원(101)과, 퓨즈(102)와, 배리스터(103)와, 다이오드 브릿지(104)와, 노이즈 필터(105)와, 하프 브릿지 출력 회로(106)와, CPU(115)와, 정류 회로(120)와, 리미터 회로(121)와, ASIC(Application Specific Integrated Circuit)(124)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the induction heating fixing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention includes an AC power source 101, a fuse 102, a varistor 103, a diode bridge 104, and 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.

하프 브릿지 출력 회로(106)는 IGBT(107),(108)와, 전류 트랜스(109)와, 저손실 유도 가열용 코일(112)과, 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 an IGBT 107, 108, a current transformer 109, a low loss induction heating coil 112, and a capacitor 113, 114. The LC resonance circuit is formed by the low loss induction heating coil 112, the condensers 113, and 114.

하프 브릿지 출력 회로(106)는 스위칭 소자로서 IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터;Insulated Gate Bipolar Transistor), FET(전계 효과 트랜지스터;Field effect transistor)가 사용된다.The half bridge output circuit 106 uses an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a FET (Field effect transistor) as the switching elements.

도 1에 도시한 구성에서는 하프 브릿지 출력 회로(106)에는 스위칭 소자로서 IGBT(107),(108)가 사용된다. LC직렬 공진 회로는 저손실 유도 가열용 코일(112), 콘덴서(113),(114)로 이루어지고 LC직렬 공진 회로를 구성하는 리츠선(가는 구리선을 다수 꼬아 합친 전선)을 사용한 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 집중하여 발열체 표면에 와전류가 흐르고 정착 롤러 또는 정착 벨트(110)는 자기 발열한다.In the configuration shown in FIG. 1, the IGBTs 107 and 108 are used as the switching elements in the half bridge output circuit 106. LC series resonant circuit consists of low loss induction heating coils 112, condensers 113 and 114, and a low loss induction heating coil using litz wires (wires in which many thin copper wires are twisted together) constituting an LC series resonant circuit. A magnetic field is generated by flowing a high frequency current through 112. The magnetic field generated by the low loss induction heating coil 112 concentrates on a fixing roller or fixing belt 110 made of a high permeability material, etc., and an eddy current flows on the surface of the heating element, and the fixing roller or fixing belt 110 self-heats.

CPU(115)는 고투자율 재료로 구성된 정착 롤러 또는 정착 벨트(110)의 온도 측정 및 측정한 온도에 기초하여 후술하는 PWM신호 발생부(127)에서 발생시키는 PWM신호의 듀티를 제어하는 것으로서, AD변환기(ADC)(116),(118)와, PID제어부(117)와, PWM듀티 제어부(119)를 포함하여 구성된다.The CPU 115 controls the duty of the PWM signal generated by the PWM signal generator 127 described later based on the temperature measurement and the measured temperature of the fixing roller or the fixing belt 110 made of a high permeability material. The converter (ADC) 116, 118, the PID control part 117, and the PWM duty control part 119 are comprised.

ASIC(124)는 저손실 유도 가열용 코일(112)과 콘덴서(113),(114)로 구성되는 LC공진 회로의 공진 주파수에 추종하여 PWM신호를 발생시키는 것으로서, 위상 비교부(125)와, 공진 주파수 추종 발진부(126)와, PWM신호 발생부(127)를 포함하여 구성된다. 본 실시형태에서는 상기 LC공진 회로의 공진 주파수에 추종하여 PWM신호를 발생시키는 구성을 디지털 회로로 구성함으로써 CPU(115)를 포함한 모든 구성을 ASIC(SOC) 내부에 수용할 수 있게 된다.The ASIC 124 generates a PWM signal by following the resonant frequency of the LC resonant circuit composed of the low loss induction heating coil 112, the capacitors 113, and 114, and the phase comparator 125 and the resonance. The frequency tracking oscillator 126 and the PWM signal generator 127 are configured. In this embodiment, the digital circuit is configured to follow the resonance frequency of the LC resonant circuit to generate a PWM signal, so that all the components including the CPU 115 can be accommodated in the ASIC (SOC).

위상 비교부(125)는 PWM신호 발생부(127)가 발생시키는 2개의 PWM신호 중 한쪽의 PWM신호와, 리미터 회로(121)에서 출력되는 전류 트랜스(109)에서 검출한 저손실 유도 가열용 코일(112)을 흐르는 전류와의 위상차를 검출하는 것이다. 공진 주파수 추종 발진부(126)는 위상 비교부(125)에 의한 상기 위상차의 검출 결과를 사용하여 PWM신호 발생부(127)가 발생시키는 PWM신호의 발진 주파수를 상기 LC공진 회로의 공진 주파수에 추종시키는 처리를 실행하는 것이다. 구체적으로는 공진 주파수 추종 발진부(126)는 위상 비교부(125)의 출력에 따라 PWM신호의 발진 주파수를 변화시킨다. PWM신호 발생부(127)는 공진 주파수 추종 발진부(126)에 의한, 상기 LC공진 회로의 공진 주파수에 추종시키는 처리에 기초하여 변화하는 발진 주파수로 PWM신호를 발생시켜 발광 다이오드 및 포토 트랜지스터(128),(129)에 출력하는 것이다.The phase comparator 125 is one of two PWM signals generated by the PWM signal generator 127 and a low loss induction heating coil detected by the current transformer 109 output from the limiter circuit 121 ( The phase difference with the current flowing through 112 is detected. The resonance frequency following oscillator 126 tracks the oscillation frequency of the PWM signal generated by the PWM signal generator 127 to the resonance frequency of the LC resonant circuit using the detection result of the phase difference by the phase comparator 125. To execute the process. Specifically, the resonance frequency following oscillator 126 changes the oscillation frequency of the PWM signal according to the output of the phase comparator 125. The PWM signal generating unit 127 generates a PWM signal at an oscillating frequency that changes based on a process of following the resonant frequency of the LC resonance circuit by the resonance frequency following oscillating unit 126 to generate a light emitting diode and a photo transistor 128. To 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)로 출력한다. 리미터 회로(121)는 전류 트랜스(109)의 출력 전압을 소정의 범위내로 제한하여 출력하는 것이다. 리미터 회로(121)는 전류 트랜스(109)의 출력 전압을 소정의 범위내로 제한하여 ASIC(124)의 위상 비교부(125)에 출력한다. 아울러 저항(123)은 전류 트랜스(109)로부터 전류를 흘려 보내기 위한 저항이다.The rectifier circuit 120 rectifies the output of the current transformer 109. The rectifier circuit 120 outputs the rectified output of the current transformer 109 to the AD converter 118 of the CPU 115. The limiter circuit 121 outputs the output voltage of the current transformer 109 by limiting it within a predetermined range. 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. In addition, the resistor 123 is a resistor for flowing a current from the current transformer 109.

도 1에 도시한 본 발명의 일실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)는 교류 전원(101)으로부터의 출력을 다이오드 브릿지(104)로 전파 정류한 후 노이즈 필터(105)를 통과시킨 것을 하프 브릿지 출력 회로(106)에 공급한다.In the induction heating fixing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the electric wave rectified by the diode bridge 104 after the output from the AC power source 101 passes through the noise filter 105. The bridge output circuit 106 is supplied.

하프 브릿지 출력 회로(106)에서는 IGBT(107),(108)가 번갈아 온·오프를 반복하는 스위칭 동작에 의해 전류 트랜스(109)를 사이에 두고 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 집중한다. 저손실 유도 가열용 코일(112)이 발생시킨 자계에 의해 발열체 표면에 와전류가 흘러 자기 발열한다.In the half-bridge output circuit 106, the current passing through the noise filter 105 with the current transformer 109 interposed between the IGBTs 107 and 108 alternately turns on and off. It flows into the coil 112 for a dragon. A magnetic field can be generated from the low loss induction heating coil 112 by sending a high frequency current to the low loss induction heating coil 112. The magnetic field generated by the low loss induction heating coil 112 concentrates on a fixing roller or a fixing belt 110 made of a high permeability material. Due to the magnetic field generated by the low loss induction heating coil 112, an eddy current flows on the surface of the heating element to self-heat.

여기에서 도 1에 도시한 본 발명의 일실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)에 사용되는 LC공진 원리에 대해서 설명하기로 한다. LC저항분을 포함한 LCR직렬 공진 회로에서 LCR직렬 공진 회로의 임피던스Z는 이하의 식으로 구해진다.Here, the LC resonance principle used in the induction heating fixing device 100 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described. In the LCR series resonant circuit including the LC resistance, the impedance Z of the LCR series resonant circuit is obtained by the following equation.

여기에서 x=0이 되는 주파수를 ω₀로 표현하면 직렬 공진 주파수f₀는 이하의 식으로 구해진다.Here, when the frequency at which x = 0 is expressed by ω ₀ , the series resonance frequency f ₀ is obtained by the following equation.

다음으로 LCR직렬 공진 회로의 임피던스Z를 복소 벡터로 표시하면 임피던스Z, 크기|Z|, 위상α는 이하의 식으로 구해진다.Next, when the impedance Z of the LCR series resonant circuit is represented by a complex vector, the impedance Z, the magnitude | Z |, and the phase α are obtained by the following equation.

즉 임피던스의 크기|Z|는, 공진 주파수f₀에서 인덕턴스와 캐패시턴스가 상쇄되어 저항 성분R만을 취하기 때문에 최소의 값이 된다.That is, the magnitude | size of impedance | Z | becomes the minimum value because inductance and capacitance cancel at the resonance frequency f ₀ and take only the resistance component R.

그리고 직렬 공진 회로에 전압원V를 접속했을 때 흐르는 전류I, 크기|I|, 위상Φ는 이하의 식으로 구해진다.When the voltage source V is connected to the series resonant circuit, the current I, the magnitude | I |, and the phase? Are obtained by the following equation.

따라서 상기 수학식으로부터 알 수 있듯이 LCR직렬 공진 회로를 전압 구동한 경우 공진 주파수f₀에서 전류I는 최대치를 취하고 전류I와 전압V는 동위상이 된다. 이상 도 1에 도시한 본 발명의 일실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)에 사용되는 LC공진 원리에 대해서 설명하였다.Therefore, as can be seen from the above equation, when the LCR series resonant 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 in phase. The LC resonance principle used in the induction heating fixing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 has been described above.

도 3은 공진 주파수에서 PWM신호의 ON time(High가 되는 시간)의 듀티를 변화시켰을 때의, LCR직렬 공진 회로의 전류 출력 특성의 일례를 도시한 설명도이다. 이와 같이 공진 주파수를 경계로 전류치(의 절대값)는 변화되지만 PWM신호의 ON time의 듀티를 변화시킴으로써 전류치(의 절대값)도 가변이 된다. 즉 PWM신호 발생부(127)가 발생시키는 PWM신호의 ON time이 길어지면 그만큼 IGBT(107),(108)가 온이 되는 시간도 길어져 LCR직렬 공진 회로의 전류치도 많아진다.3 is an explanatory diagram showing an example of the current output characteristic of the LCR series resonant circuit when the duty of the ON time (time to become High) of the PWM signal is changed at the resonance frequency. As described above, the current value (absolute value) changes at the boundary of the resonance frequency, but the current value (absolute value) also varies 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 generator 127 becomes long, the time for turning on the IGBTs 107 and 108 becomes longer, and the current value of the LCR series resonant circuit increases.

이상 도 1을 사용하여 본 발명의 일실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)의 구성에 대해서 설명하였다. 계속해서 도 1에 도시한 ASIC(124)의 각부의 상세한 구성예에 대해서 설명하기로 한다. 우선 위상 비교부(125)의 구성예에 대해서 설명한다.As mentioned above, the structure of the induction heating fixing apparatus 100 which concerns on one Embodiment of this invention was demonstrated using FIG. Subsequently, a detailed configuration example of each part of the ASIC 124 shown in FIG. 1 will be described. First, a configuration example of the phase comparison unit 125 will be described.

도 4는, 도 1에 도시한 ASIC(124)에서의 위상 비교부(125)의 구성예를 도시한 설명도이다. 이하 도 4를 사용하여 위상 비교부(125)의 구성예에 대해서 설명하기로 한다.FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration example of the phase comparison unit 125 in the ASIC 124 shown in FIG. 1. Hereinafter, a configuration example of the phase comparison unit 125 will be described with reference to FIG. 4.

도 4에 도시한 것처럼 위상 비교부(125)는 지연 보정부(131)와, JKFF(플립플롭)(132),(133)와, NAND게이트(134)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 4, the phase comparison unit 125 includes a delay correction unit 131, a JKFF (flip-flop) 132, 133, and a NAND gate 134.

지연 보정부(131)는, PWM신호 발생부(127)가 발생하는 드라이브 전압(Drive_V1)에 대해 본래부터 지연을 일으키는 코일 전류 위상 비교 전압(Coil_ICV)의 지연 보정치를 설정하는 것이다. 지연 보정부(131)에는 드라이브 전압(Drive_V1), 시스템 클럭(System_CL) 및 딜레이 클럭(Delay_CL)이 입력되고 JKFF(132)에 클럭을 출력한다. 또 JKFF(133)에는 리미터 회로(121)에서 출력되는 코일 전류 위상 비교 전압(Coil_ICV)이 공급된다.The delay correction unit 131 sets a delay correction value of the coil current phase comparison voltage Coil_ICV that causes a delay inherently with respect to the drive voltage Drive_V1 generated by the PWM signal generator 127. The drive voltage Drive_V1, the system clock System_CL, and the delay clock Delay_CL are input to the delay correction unit 131 and output a clock to the JKFF 132. The JKFF 133 is supplied with a coil current phase comparison voltage Coil_ICV output from the limiter circuit 121.

JKFF(132),(133)는 입력단자J와 K의 상태의 조합에 의해 출력 단자Q 및 그 반전 출력에, 클럭에 동기되어 새로운 상태를 출력하는 것이다. JKFF(132)는 PWM신호 발생부(127)가 발생하는 드라이브 전압(Drive_V1)에 대해 저손실 유도 가열용 코일(112)을 흐르는 전류의 위상이 뒤처지면 Q단자로부터 1(High)을 출력한다. 이로써 Count_Up이 High가 된다. 반면 JKFF(133)는 PWM신호 발생부(127)가 발생하는 드라이브 전압(Drive_V1)에 대해 저손실 유도 가열용 코일(112)을 흐르는 전류의 위상이 앞서면 Q단자부터 1(High)를 출력한다. 이로써 Count_Down이 High가 된다.The JKFFs 132 and 133 output a new state in synchronization with a clock to the output terminal Q and its inverted output by a combination of the states of the input terminals J and K. 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 with respect to the drive voltage Drive_V1 generated by the PWM signal generator 127 falls behind. This makes Count_Up High. On the other hand, the JKFF 133 outputs 1 (High) from the Q terminal when the phase of the current flowing through the low loss induction heating coil 112 is advanced with respect to the drive voltage Drive_V1 generated by the PWM signal generator 127. This makes Count_Down high.

위상 비교부(125)를, 도 4에 도시한 것처럼 구성함으로써 드라이브 전압(Drive_V1)에 대해 리미터 회로(121)에서 출력되는 코일 전류 위상 비교 전압(Coil_ICV)이 뒤처진 경우에는 Count_Up이 High가 되고, 드라이브 전압(Drive_V1)에 대해 코일 전류 위상 비교 전압(Coil_ICV)이 앞선 경우는 Count_Down이 High가 된다.By configuring the phase comparator 125 as shown in FIG. 4, when the coil current phase comparison voltage Coil_ICV output from the limiter circuit 121 with respect to the drive voltage Drive_V1 lags behind, Count_Up becomes High, and the drive If the coil current phase comparison voltage Coil_ICV is earlier than the voltage Drive_V1, Count_Down becomes High.

다음으로, 공진 주파수 추종 발진부(126)의 구성예에 대해서 설명한다. 도 5는, 도 1에 도시한 ASIC(124)에서의 공진 주파수 추종 발진부(126)의 구성예를 도시한 설명도이다. 이하, 도 5를 사용하여 공진 주파수 추종 발진부(126)의 구성예에 대해서 설명한다.Next, an example of the configuration of the resonance frequency following oscillator 126 will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration example of the resonance frequency tracking oscillator 126 in the ASIC 124 shown in FIG. 1. Hereinafter, the structural example of the resonance frequency following oscillation part 126 is demonstrated using FIG.

도 5에 도시한 것처럼 공진 주파수 추종 발진부(126)는 업다운 카운터(141)와, 주파수 비교부(142)와, 피드백 게인 보정부(143)와, PWM카운터(144)와, OSC비교기(145)와, 1비트 카운터(146)와, NOT게이트(147)와, AND게이트(148)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 5, the resonant frequency following oscillator 126 includes an up-down counter 141, a frequency comparator 142, a feedback gain corrector 143, a PWM counter 144, and an OSC comparator 145. And 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 기타 파라미터가 입력되는 것으로서, 위상 비교부(125)의 출력 중 Count_Up이 High가 되는 동안에는 카운트업하여 발진 주파수를 낮게 하고 Count_Down이 High가 되는 동안에는 카운트다운하여 발진 주파수를 높게 설정하는 것이다.The up-down counter 141 inputs an output (Count_Up or Count_Down) and other parameters of the phase comparator 125 and counts up while Count_Up becomes High among the outputs of the phase comparator 125 to lower the oscillation frequency. While Count_Down is High, the oscillation frequency is set high by counting down.

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 2 참조), Count_Max에 대응하는 주파수인 f_Min, Count_Min에 대응하는 주파수인 f_Max, 및 초기 설정 공진 주파수f_initial이 있다.As a parameter input to the up-down counter 141, other values corresponding to Count_Max to Count_Min (see Fig. 2) and Count_Max, which are ranges of values (OSC_OUT [N..1]) output by the frequency comparator 142, are included. There are a frequency f_Min, a frequency f_Max corresponding to Count_Min, and an initial resonance frequency f_initial.

유도 가열 정착 장치에서는 통신 장치와 같은 엄밀한 성능이 요구되는 데 반해 공진 주파수 추종 특성의 지터 성능이 그다지 요구되지 않기 때문에 이와 같이 LCR직렬 공진 회로의 공진 주파수에 추종시키기 위해 구성이 간단한 업다운 카운터(141)의 이용이 가능하다.In the induction heating fixing device, since the exact performance such as the communication device is required, the jitter performance of the resonant frequency following characteristic is not so much required. Thus, the up-down counter 141 having a simple configuration to follow the resonant frequency of the LCR series resonant circuit is thus required. Is available.

주파수 비교부(142)는 발진 주파수와 특정 사용 불가능 주파수 영역(예를 들면, 특정 무선 주파수나 정착 롤러 또는 정착 벨트(110) 등 정착 기구에서의 공진 주파수)을 비교하는 것이다. 도 5에 도시한 것처럼 주파수 비교부(142)는 윈도우 비교기(161)와, 비교 회로(162)와, 래치 회로(163)를 포함하여 구성된다.The frequency comparison unit 142 compares the oscillation frequency with a specific unusable frequency range (for example, a specific radio frequency or a resonant frequency in a fixing mechanism such as the fixing roller or the fixing belt 110). As shown in FIG. 5, the frequency comparator 142 includes a window comparator 161, a comparison circuit 162, and a latch circuit 163.

윈도우 비교기(161)는 특정 사용 불가능 주파수 영역(f1_Max∼f1_Min, f2_Max∼f2_Min,…, fm_Max∼fm_Min,)과, 업다운 카운터(141)의 출력 카운터치를 비교하는 것이다. 윈도우 비교기(161)는 업다운 카운터(141)의 출력 카운터치가 특정 사용 불가능 주파수 영역에 상당하는 경우에는 High를 출력한다.The window comparator 161 compares the specific unusable frequency ranges f1_Max to f1_Min, f2_Max to f2_Min, ..., fm_Max to fm_Min, and 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 2는 특정 사용 불가능 주파수 영역이 설정되었을 때의, 주파수 비교부(142)를 거친 업다운 카운터(141)의 카운트치와 출력 주파수와의 관계를 그래프로 도시한 설명도이다. 도 2에 도시한 그래프는 횡축이 주파수, 종축이 주파수 비교기(142)를 거친 업다운 카운터(141)의 최종 출력(OSC_OUT[N..1])을 나타낸다. 초기 설정 공진 주파수f₀에 대응하는 것이 「f_Initial」이고, 하한 주파수f_Min에 대응하는 것이 「Count_Max」이고, 상한 주파수f_Max에 대응하는 것이 「Count_Min」이다. 이와 같이 주파수와 업다운 카운터(141)의 카운트치는 반비례 관계에 있다.FIG. 2 is an explanatory diagram graphically showing the relationship between the count value and the output frequency of the up-down counter 141 via the frequency comparison unit 142 when a specific unusable frequency range is set. The graph shown in FIG. 2 shows the final output OSC_OUT [N..1] of the up-down counter 141 whose horizontal axis is frequency and the vertical axis is the frequency comparator 142. The initial resonance frequency f ₀ corresponds to "f_Initial", the lower limit frequency f_Min corresponds to "Count_Max", and the upper limit frequency f_Max corresponds to "Count_Min". In this way, the frequency and the count value of the up-down counter 141 are inversely related.

사용 불가능 주파수 영역에 업다운 카운터(141)의 출력치(OUT[N..1])가 들어가면 래치 회로(163)에서 직전의 사용 가능한 주파수 영역의 출력된 주파수치를 사용하여 출력 주파수는 사용 불가능 주파수 영역에 해당되지 않고 또 업다운 카운터(141)의 출력치(OUT[N..1])가 변화된다. 그리고 사용 불가능 주파수 영역을 벗어나면 래치 회로(163)의 출력(OSC_OUT[N..1])은 그 사용 불가능 주파수 영역을 벗어난 시점에서의 출력 주파수가 된다.When the output value OUT [N..1] of the up-down counter 141 enters the unavailable frequency range, the output frequency is not available in the unavailable frequency range by using the output frequency value of the immediately available frequency range in the latch circuit 163. The output value OUT [N..1] of the up-down counter 141 is also changed. When the frequency band is out of the usable frequency range, the output OSC_OUT [N..1] of the latch circuit 163 becomes an output frequency at a time point outside the range of the unavailable frequency range.

PWM카운터(144)는 시스템 클럭(System_CL)에 기초하여 카운터치(PWM_OUT[N-1..0])를 출력하는 것이다. OSC비교기(145)는 주파수 비교부(142)의 출력(OSC_OUT[N..1])과 PWM카운터(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 PWM카운터(144)의 출력(PWM_OUT[N-1..0])을 비교하여 양자의 값이 일치하면 OSC비교기(145)는 소정 기간만큼 Low에서 High로 출력을 변화시키고 공진 주파수의 1주기가 도달한 것을 PWM신호 발생부(127)에 통지한다. The PWM counter 144 outputs the counter value PWM_OUT [N-1..0] based on the system clock System_CL. The OSC comparator 145 compares the output (OSC_OUT [N..1]) of the frequency comparator 142 with the output (PWM_OUT [N-1..0]) of the PWM counter 144 to compare the result (OSC_COMP_OUT). Will print Comparing the output of the frequency comparison unit 142 (OSC_OUT [N..1]) and the output of the PWM counter 144 (PWM_OUT [N-1..0]), if both values match, the OSC comparator 145 Changes the output from Low to High for a predetermined period and notifies the PWM signal generator 127 that one cycle of the resonance frequency has been reached.

다음으로 PWM신호 발생부(127)의 구성예에 대해서 설명한다. 도 6은, 도 1에 도시한 ASIC 124에서의 PWM신호 발생부(127)의 구성예를 도시한 설명도이다. 이하, 도 6을 사용하여 PWM신호 발생부(127)의 구성예에 대해서 설명한다.Next, a configuration example of the PWM signal generator 127 will be described. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration example of the PWM signal generator 127 in the ASIC 124 shown in FIG. 1. Hereinafter, a configuration example of the PWM signal generator 127 will be described with reference to FIG. 6.

도 6에 도시한 것처럼 PWM신호 발생부(127)는 승산기(151)와, PWM비교기(152)와, NOT게이트(153),(154)와, AND게이트(155),(157),(158)와, DFF(156)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 6, the PWM signal generator 127 includes a multiplier 151, a PWM comparator 152, NOT gates 153, 154, AND gates 155, 157, and 158. ), And a DFF (156).

PWM비교기(152)는 PWM듀티 제어부(119)에서 보내지는 듀티에 관한 정보(PWM_Duty)와 주파수 비교부(142)의 출력(OSC_OUT[N..1])을 승산기(151)에서 승산한 것과 PWM카운터(144)의 출력(PWM_OUT[N-1..0])을 비교하고 비교 결과를 NOT게이트(154)에 출력하는 것이다.The PWM comparator 152 multiplies the duty-related information (PWM_Duty) sent from the PWM duty controller 119 with the output OSC_OUT [N..1] of the frequency comparator 142 by the multiplier 151. The output of the counter 144 (PWM_OUT [N-1..0]) is compared and the result of the comparison is output to the NOT gate 154.

DFF(156)는 OSC비교기(145)의 출력(OSC_COMP_OUT)의 공급을 받아 드라이브 전압 Drive_V1 및 Drive_V2의 기초가 되는 전압(Drive_V)을 출력하는 것이다. DFF(156)는 Drive_V를 AND게이트(157),(158)에 출력한다. AND게이트(157),(158)는 1비트 카운터(146)가 출력하는 신호(PWM_Select)를 사용하여 각각 드라이브 전압Drive_V1 및 Drive_V2를 출력한다.The DFF 156 receives the output of the output OSC_COMP_OUT of the OSC comparator 145 and outputs the voltage Drive_V that is the 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 signals PWM_Select output from the 1-bit counter 146, respectively.

즉, PWM신호 발생부(127)는 OSC_COMP_OUT이 High가 되는 타이밍에서 소정 기간만큼 High가 되는 드라이브 전압 Drive_V1 및 Drive_V2의 기초가 되는 전압(Drive_V)을 출력한다. 이 소정 기간은 PWM듀티 제어부(119)가 지시하고, 그 정보는 PWM비교기(152)에 공급되는 PWM_duty에 해당한다.That is, the PWM signal generator 127 outputs the voltages Drive_V which are the bases of the drive voltages Drive_V1 and Drive_V2 that become high for a predetermined period at the timing when the OSC_COMP_OUT becomes high. This predetermined period is instructed by the PWM duty control unit 119, and the information corresponds to PWM_duty supplied to the PWM comparator 152.

도 6에 도시된 것처럼 PWM신호 발생부(127)를 구성함으로써 CPU(115)에서 연산된 ON Duty time과, 업다운 카운터(141)의 출력 카운터치로부터 PWM타이밍을 산출하고 리셋카운터를 사용한 PWM카운터(144)의 출력치(PWM_OUT[N-1..0])와 비교하여 일치하면 DFF(156)에서 드라이브 전압 Drive_V1 및 Drive_V2의 기초가 되는 전압(Drive_V)을 Low로 한다. 이로써 ON Duty time의 기간만큼 High가 되는 드라이브 전압 Drive_V1 및 Drive_V2가 생성되고 그 High가 되는 기간만큼 발광 다이오드가 High가 되고 포토 트랜지스터가 ON이 됨으로써 IGBT(107),(108)가 각각 온이 되어 LC직렬 공진 회로에 전류가 흐른다.By configuring the PWM signal generator 127 as shown in FIG. 6, the PWM timing is calculated from the ON duty time calculated by the CPU 115 and the output counter value of the up-down counter 141, and the PWM counter using a reset counter ( In comparison with the output value PWM_OUT [N-1..0] of 144, the voltages Drive_V which are the bases of the drive voltages Drive_V1 and Drive_V2 in the DFF 156 are set low. As a result, drive voltages Drive_V1 and Drive_V2 that are made high by the period of the ON Duty time are generated, and the light emitting diode is made high and the phototransistor is turned on by the period which becomes the high, so that the IGBTs 107 and 108 are turned on, respectively. Current flows through the series resonant circuit.

이상 위상 비교부(125)와, 공진 주파수 추종 발진부(126)와, PWM신호 발생부(127)의 구성예에 대해서 설명하였다. 다음으로 공진 주파수 추종 발진부(126)의 동작에 대해서 설명하기로 한다. 도 7 내지 도 9는 공진 주파수 추종 발진부(126)의 동작 파형을 도시한 설명도이다.The configuration examples of the phase comparison unit 125, the resonance frequency following oscillation unit 126, and the PWM signal generation unit 127 have been described. Next, the operation of the resonance frequency following oscillator 126 will be described. 7 to 9 are explanatory diagrams showing operational waveforms of the resonant frequency following oscillator 126.

도 7은 드라이브 전압(Drive_V1,Drive_V2)의 구동 주파수와 공진 주파수가 일치되어 동작할 때의 공진 주파수 추종 발진부(126)의 동작 파형을 도시한다. 또 도 8은 드라이브 전압의 구동 주파수가 공진 주파수를 웃돌아 동작할 때의 공진 주파수 추종 발진부(126)의 동작 파형을 도시한다. 그리고 도 9는 드라이브 전압의 구동 주파수가 공진 주파수를 밑돌아 동작할 때의 공진 주파수 추종 발진부(126)의 동작 파형을 도시한다.FIG. 7 illustrates operation waveforms of the resonance frequency following oscillator 126 when the driving frequencies of the drive voltages Drive_V1 and Drive_V2 coincide with each other. 8 shows an operation waveform of the resonance frequency following oscillation unit 126 when the drive frequency of the drive voltage operates beyond the resonance frequency. 9 shows an operation waveform of the resonance frequency following oscillator 126 when the drive frequency of the drive voltage operates below the resonance frequency.

도 7에서는 드라이브 전압(Drive_V1,Drive_V2)의 On time duty의 대소에 의해 코일에 흐르는 전류의 피크치의 대소가 변화되는 상태를 도시한다. 드라이브 전압(Drive_V1,Drive_V2)의 On time duty의 대소는 PWM듀티 제어부(119)의 제어에 의해 변화된다.FIG. 7 shows a state where the magnitude of the peak value of the current flowing through the coil is changed by the magnitude of the on time duty of the drive voltages Drive_V1 and Drive_V2. The magnitude of the on time duty of the drive voltages Drive_V1 and Drive_V2 is changed by the control of the PWM duty control unit 119.

그리고 도 7에서는 드라이브 전압의 구동 주파수와 공진 주파수가 일치하여 동작하기 때문에 위상 비교부(125)의 출력(Count_Up 또는 Count_Down)은 항상 Low이고, 따라서 업다운 카운터(141)의 출력(UpDown_Count)은 이루어지지 않는다.In FIG. 7, since the driving frequency and the resonant frequency of the drive voltage coincide with each other, the output (Count_Up or Count_Down) of the phase comparator 125 is always low, so the output (UpDown_Count) of the up-down counter 141 is not made. Do not.

도 8 및 도 9는, 드라이브 전압과 코일 전류의 동작 파형으로부터 그 위상차를 검지하고 업다운 카운터(141)의 값을 증감시켜 구동 주파수가 공진 주파수가 되도록 피드백 제어를 하는 동작을 도시한다.8 and 9 show an operation of detecting the phase difference from the operating waveforms of the drive voltage and the coil current and increasing and decreasing the value of the up-down counter 141 to perform the feedback control so that the driving frequency becomes the resonance frequency.

우선 드라이브 전압의 구동 주파수가 공진 주파수를 웃돌아 동작할 때의 공진 주파수 추종 발진부(126)의 동작에 대해서 도 8을 참조하여 설명한다. 드라이브 전압의 구동 주파수가 공진 주파수를 웃돌아 동작할 때에는 코일에 흐르는 전류의 위상이 뒤처지기 때문에 위상 비교부(125)의 출력 중 Count_Up이 High가 된다. Count_Up이 High가 되는 기간은 드라이브 전압(Drive_V1)이 Low에서 High로 완전히 전환된 후 코일 전류의 위상이 0이 될 때까지의 기간이다.First, the operation of the resonance frequency following oscillator 126 when the drive frequency of the drive voltage exceeds the resonance frequency will be described with reference to FIG. 8. When the drive frequency of the drive voltage exceeds the resonant frequency, the phase of the current flowing through the coil lags behind, so Count_Up becomes high during the output of the phase comparator 125. The period in which Count_Up becomes High is a period until the phase of the coil current becomes zero after the drive voltage Drive_V1 is completely changed from low to high.

위상 비교부(125)의 출력 중 Count_Up가 High가 되면 그 High가 되는 기간만큼 업다운 카운터(141)는 카운터를 업시켜 출력한다. 이로써 드라이브 전압의 구동 주파수를 공진 주파수에 추종시킬 수 있게 된다.When Count_Up becomes High among the outputs of the phase comparator 125, the up-down counter 141 ups the counter and outputs the counter for the period during which it becomes High. This makes it possible to follow the drive frequency of the drive voltage to the resonance frequency.

반면 드라이브 전압의 구동 주파수가 공진 주파수를 밑돌아 동작할 때의 공진 주파수 추종 발진부(126)의 동작에 대해서 도 9를 참조하여 설명한다. 드라이브 전압의 구동 주파수가 공진 주파수를 밑돌아 동작할 때에는 코일에 흐르는 전류의 위상이 앞서기 때문에 위상 비교부(125)의 출력 중 Count_Down이 High가 된다. Count_Down이 High가 되는 기간은, 코일 전류의 위상이 0이 된 후 드라이브 전압(Drive_V1)이 Low에서 High로 완전히 바뀔 때까지의 기간이다.On the contrary, the operation of the resonance frequency following oscillator 126 when the drive frequency of the drive voltage operates below the resonance frequency will be described with reference to FIG. 9. When the drive frequency of the drive voltage operates below the resonance frequency, the phase of the current flowing through the coil is advanced, so Count_Down of the output of the phase comparator 125 becomes High. The period during which Count_Down becomes High is a period from when the phase of the coil current becomes 0 until the drive voltage Drive_V1 completely changes from Low to High.

위상 비교부(125)의 출력 중 Count_Down이 High가 되면, 그 High가 되는 기간만큼 업다운 카운터(141)는 카운터를 다운시켜 출력한다. 이로써 드라이브 전압(Drive_V1,Drive_V2)의 구동 주파수를 공진 주파수에 추종시킬 수 있게 된다.When Count_Down becomes High among the outputs of the phase comparator 125, the up-down counter 141 downs the counter and outputs the counter for the period of the high. As a result, the driving frequencies of the drive voltages Drive_V1 and Drive_V2 can be tracked to the resonance frequency.

다음으로 공진 주파수 추종 발진부(126) 및 PWM신호 발생부(127)의 동작에 대해서 설명하기로 한다. 도 10 내지 도 12는 공진 주파수 추종 발진부(126) 및 PWM신호 발생부(127)의 출력의 상세를 타이밍 차트로 도시한 설명도이다.Next, operations of the resonant frequency following oscillator 126 and the PWM signal generator 127 will be described. 10 to 12 are explanatory views showing details of the outputs of the resonant frequency following oscillator 126 and the PWM signal generator 127 in timing charts.

도 10은 유도 가열 정착 장치(100)의 전원이 온이 된 후 초기 설정 주파수(=공진 주파수)에서 발진할 때의 타이밍 차트이고, 도 11은 초기 설정 주파수보다 공진 주파수가 높아졌을 때의 타이밍 차트이며, 도 12는 초기 설정 주파수보다 공진 주파수가 낮아졌을 때의 타이밍 차트이다.10 is a timing chart when oscillation is performed at an initial set frequency (= resonant frequency) after the power of the induction heating fixing apparatus 100 is turned on, and FIG. 11 is a timing chart when the resonance frequency is higher than the initial set frequency. 12 is a timing chart when the resonance frequency is lower than the initial set frequency.

우선 도 10을 참조하여 유도 가열 정착 장치(100)의 전원이 온이 된 후 초기 설정 주파수(=공진 주파수)에서 발진할 때의 공진 주파수 추종 발진부(126) 및 PWM신호 발생부(127)의 동작에 대해서 설명한다. PWM카운터(144)의 출력(PWM_OUT[N-1..0])의 값이 f_initial, 즉 초기 설정 주파수에 상당하는 값이 되면 PWM카운터(144)의 출력은 리셋되어 OSC비교기(145)의 출력(OSC_COMP_OUT)이 Low에서 High로 변화되고 DFF(156)의 출력(Drive_V)이 Low에서 High로 전환된다. 그리고 DFF(156)의 출력과 1비트 카운터(146)의 조합에 의해 드라이브 전압(Drive_V1 및 Drive_V2)이 타이밍을 맞춰 AND게이트(157),(158)로부터 각각 출력된다.First, referring to FIG. 10, the resonance frequency following oscillator 126 and the PWM signal generator 127 operate when the induction heating fixing device 100 is turned on and oscillates at an initial set frequency (= resonant frequency). It demonstrates. When the value of the output PWM_OUT [N-1..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 to output the output of the OSC comparator 145. (OSC_COMP_OUT) is changed from low to high and the output (Drive_V) of the DFF 156 is switched from low to high. By the combination of the output of the DFF 156 and the 1-bit counter 146, the drive voltages Drive_V1 and Drive_V2 are outputted from the AND gates 157 and 158 in timing.

다음으로 도 11을 참조하여 초기 설정 주파수보다 공진 주파수가 높아졌을 때의 공진 주파수 추종 발진부(126) 및 PWM신호 발생부(127)의 동작에 대해서 설명한다.초기 설정 주파수보다 공진 주파수가 높아지면 위상 비교부(125)의 출력 중 Count_Down이 High가 된다. 이로써 OSC비교기(145)의 출력(OSC_COMP_OUT)이 Low에서 High로 변화하는 주기가 짧아져(Initial→Initial-x→Initial-y→Initial-z), DFF(156)의 출력(Drive_V)이 Low에서 High로 전환되는 주기가 변화한다. 이로써 드라이브 전압의 구동 주파수를 공진 주파수에 일치시키는 제어가 행해진다.Next, an operation of the resonance frequency following oscillator 126 and the PWM signal generator 127 when the resonance frequency is higher than the initial set frequency will be described with reference to FIG. 11. Count_Down becomes High among the outputs of the comparator 125. As a result, the period 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), and the output (Drive_V) of the DFF 156 is low. The period of transition to High changes. In this way, control to match the drive frequency of the drive voltage to the resonance frequency is performed.

마지막으로 도 12를 참조하여 초기 설정 주파수보다 공진 주파수가 낮아졌을 때의 공진 주파수 추종 발진부(126) 및 PWM신호 발생부(127)의 동작에 대해서 설명하기로 한다. 초기 설정 주파수보다 공진 주파수가 낮아지면 위상 비교부(125)의 출력 중 Count_Up이 High가 된다. 이로써 OSC비교기(145)의 출력(OSC_COMP_OUT)이 Low에서 High로 변화되는 주기가 길어져(Initial→Initial+x→Initial+y→Initial+z), DFF(156)의 출력(Drive_V)이 Low에서 High로 전환되는 주기가 변화한다. 이로써 드라이브 전압의 구동 주파수를 공진 주파수에 일치시키는 제어가 행해진다.Finally, referring to FIG. 12, operations of the resonance frequency following oscillator 126 and the PWM signal generator 127 when the resonance frequency is lower than the initial set frequency will be described. When the resonant frequency is lower than the initial set frequency, Count_Up becomes high among the outputs 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 is long (Initial → Initial + x → Initial + y → Initial + z), and the output (Drive_V) of the DFF 156 is low to high. The cycle to switch to In this way, control to match the drive frequency of the drive voltage to the resonance frequency is performed.

이와 같이 드라이브 전압과 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 데이터치로부터 PID제어부(117)에서의 PID연산에 의해 구한 PWM Duty 보정치로, PWM듀티 제어부(119)에서 PWM Duty치를 산출한다.In this way, from the phase difference detection result between the drive voltage and the coil current, the value of the up-down counter 141 is increased or decreased to control the drive voltage driving frequency to be the resonance frequency, and the value of the up-down counter 141 and the output of the temperature sensor 111 are measured. The PWM duty control unit 119 calculates the PWM duty value using the PWM duty correction value obtained by PID operation in the PID control unit 117 from the data values.

PWM카운터(144)의 출력치가 PWM듀티치와 일치하면 구동 전압을 Low로 하고, 업다운 카운터(141)의 값과 일치하면 구동 전압을 High로 변화시킴으로써 공진 주파수PWM신호(Drive_V)가 만들어진다. 하프 브릿지 구동 신호는 1비트 카운터(146)에서 만든 반주기별 출력 허가 신호와 DFF(156)가 생성하는 공진 주파수PWM신호를 AND게이트(157),(158)에 넣음으로써 Drive_V1과 Drive_V2가 번갈아 출력된다.When the output value of the PWM counter 144 coincides with the PWM duty value, the driving voltage is set low, and when the output value of the PWM counter 144 coincides with the value of the up-down counter 141, the resonance voltage PWM signal Drive_V is generated. The half bridge drive signal is alternately outputted by inserting the output permission signal for each half period made by the 1-bit counter 146 and the resonance frequency PWM signal generated by the DFF 156 into the AND gates 157 and 158. .

이상 설명한 것처럼 본 발명의 일실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)는 업다운 카운터(141)와 PWM카운터(144)를 이용하여 공진 주파수 추종 발진부(126) 및 PWM신호 발생부(127)의 디지털 회로화가 간단히 가능하기 때문에 공진 주파수 추종 발진부(126) 및 PWM신호 발생부(127)를 ASIC(124)의 내부에 수용할 수 있게 된다.As described above, the induction heating fixing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention uses the up-down counter 141 and the PWM counter 144 to digitally operate the resonance frequency following oscillator 126 and the PWM signal generator 127. Since the circuit is simple, the resonance frequency following oscillator 126 and the PWM signal generator 127 can be accommodated inside the ASIC 124.

이로써 본 발명의 일실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)는 종래의 유도 가열 정착 장치에 비해 하드웨어 부품의 삭감이 가능해져 비용 절감이나 조립성을 향상시킬 수 있다. 또 본 발명의 일실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)는 아날로그 회로로 구성한 경우에는 부품 정수의 분산이나 온도 변동을 고려할 필요 또는 공진 주파수 추종 범위의 설정 등 사양에 의해 모든 부품 정수를 변경할 필요가 있었으나 디지털 회로로 구성함으로써 부품 정수의 분산이나 온도 변동을 고려할 필요 없이 설정치를 소프트웨어로 변경함으로써 하드웨어를 변경하지 않고 모든 사양에 대응할 수 있게 된다.Thereby, the induction heating fixing apparatus 100 which concerns on one Embodiment of this invention can reduce hardware components compared with the conventional induction heating fixing apparatus, and can reduce cost and improve assembly property. Moreover, when the induction heating fixing apparatus 100 which concerns on one Embodiment of this invention is comprised with an analog circuit, it is necessary to consider dispersion of a component constant and temperature fluctuation, or it is necessary to change all component constants by specification, such as setting of a resonance frequency following range. However, it is possible to cope with all the specifications without changing the hardware by changing the set value to software without having to consider the dispersion of components constant or temperature fluctuation by configuring with digital circuit.

또한 본 발명의 일실시형태에 관한 유도 가열 정착 장치(100)는 디지털 회로에서 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 간단히 제어할 수 있게 된다.In addition, since the induction heating fixing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention is controlled by a digital circuit, when there is a specific unusable frequency range (resonant frequency of a fixing apparatus mechanism such as a specific radio frequency or a fixing belt), the frequency thereof is used. By setting the range, it can be easily controlled.

이상 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 상세히 설명하였으나 본 발명은 상기 예로 한정되지 않는다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주내에서 각종 변경예 또는 수정예를 생각해낼 수 있다는 것은 명백하며 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail with reference to an accompanying drawing, this invention is not limited to the said example. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention can conceive various modifications or modifications within the scope of the technical idea described in the claims, and naturally belong to the technical scope of the present invention. It is understood that.

100 ... 유도 가열 정착 장치
101 ... 교류 전원
102 ... 퓨즈
103 ... 배리스터
104 ... 다이오드 브릿지
105 ... 노이즈 필터
106 ... 하프 브릿지 출력 회로
107 ... IGBT
108 ... IGBT
109 ... 전류 트랜스
110 ... 정착 롤러 또는 정착 벨트
111 ... 온도 센서
112 ... 저손실 유도 가열용 코일
113 ... 콘덴서
114 ... 콘덴서
115 ... CPU
116 ... AD변환기(ADC)
117 ... PID제어부
118 ... AD변환기(ADC)
119 ... PWM듀티 제어부
120 ... 정류 회로
121 ... 리미터 회로
124 ... ASIC
125 ... 위상 비교부
126 ... 공진 주파수 추종 발진부
127 ... PWM신호 발생부
128 ... 발광 다이오드 및 포토 트랜지스터
129 ... 발광 다이오드 및 포토 트랜지스터100 ... Induction Heating Fixture
101 ... AC power
102 ... fuses
103 ... Varistor
104 ... Diode Bridge
105 ... noise filter
106 ... half-bridge output circuit
107 ... IGBT
108 ... IGBT
109 ... current transformer
110 ... fusing roller or fusing belt
111 ... temperature sensor
112 ... low loss induction heating coil
113 ... capacitors
114 ... capacitors
115 ... CPU
116 ... AD Converter (ADC)
117 ... PID control unit
118 ... AD Converter (ADC)
119 ... PWM duty control unit
120 ... rectifier circuit
121 ... Limiter Circuit
124 ... ASIC
125 ... phase comparator
126 ... resonant frequency following oscillator
127 ... PWM signal generator
128 ... light emitting diodes and phototransistors
129 ... Light Emitting Diodes and Phototransistors

Claims

An induction heating fixing device having a series resonant circuit having an induction coil and a condenser,
A phase comparison unit comparing a phase of a pulse driving the series resonance circuit with a current flowing through the induction coil;
A resonance frequency tracking oscillator for changing an oscillation frequency such that a driving frequency of the series resonance circuit follows the resonance frequency of the series resonance circuit using the detection result of the phase difference by the phase comparison unit; And
A PWM signal generator for generating a pulse for driving the series resonant circuit based on the oscillation frequency,
The phase comparison unit, the resonant frequency tracking oscillator and the PWM signal generator are digitally controlled.

The method of claim 1,
The phase comparator compares a phase of a pulse generated by the PWM signal generator and a current flowing through the induction coil, and outputs a signal according to a phase shift to the resonance frequency following oscillator.
And the counter for changing the oscillation frequency based on the signal output from the phase comparator.

The method of claim 2,
The counter is an up-down counter,
And the phase of the current flowing through the induction coil falls behind the phase of the pulse generated by the PWM signal generator to reduce the oscillation frequency.

The method of claim 1,
And the resonant frequency following oscillator comprises a frequency comparator which allows the oscillation frequency to avoid a predetermined unusable frequency range.

The method of claim 4, wherein
The frequency comparison unit
A window comparator for checking whether the oscillation frequency corresponds to an unavailable frequency region based on the information on the predetermined unavailable frequency region; And
And a latch circuit for outputting the oscillation frequency according to the checked result.

The method of claim 5, wherein
The latch circuit
If the window comparator confirms that the oscillation frequency is available, outputs the identified oscillation frequency and retains the oscillation frequency output;
And if the oscillation frequency is found to be unavailable in the window comparator, re-output the previously output oscillation frequency held by the latch circuit.

The method of claim 1,
And a PWM duty controller for adjusting a duty ratio of pulses generated by the PWM signal generator.

The method of claim 7, wherein
And the PWM duty controller adjusts a duty ratio of pulses generated by the PWM signal generator in accordance with a temperature of a fixing roller or a fixing belt that generates heat by being supplied with a magnetic field generated by the induction coil.

An image forming apparatus comprising the induction heating fixing apparatus according to any one of claims 1 to 8.

In the resonant frequency tracking method of an induction heating fixing device having a series resonant circuit having an induction coil and a condenser,
Comparing a phase of a pulse driving the series resonant circuit with a current flowing through the induction coil;
Changing the oscillation frequency such that the driving frequency of the series resonant circuit follows the resonance frequency of the series resonant circuit using the detection result of the phase difference; And
A PWM signal generation step of generating a pulse for driving the series resonant circuit based on the oscillation frequency,
And the phase comparison step, the resonance frequency following oscillation step and the PWM signal generation step are digitally controlled.