(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力を供給する電力供給装置であって、
交流電源から交流電圧が入力される第一のラインと第二のラインと、
前記第一のラインと一端が接続され、前記第二のラインと他端が接続された一次巻線と前記一次巻線と絶縁された二次巻線を備えたトランスと、
前記第一のラインと前記一次巻線の前記一端との間に接続され、前記第二のラインに入力される前記交流電圧を前記交流電圧に比例する電流に変換する第一抵抗素子と、
前記二次巻線の一端と他端の間に接続された第二抵抗素子と、
前記第一抵抗素子によって変換された前記電流が前記一次巻線に供給されることにより、前記トランスの二次巻線に接続された前記第二抵抗素子に生成される出力電圧と基準電圧とが入力され、前記出力電圧と前記基準電圧を用いて前記交流電圧の電圧実効値に関する情報を演算する演算手段と、
前記第二抵抗素子に生成される前記出力電圧と前記基準電圧とを比較し、比較結果として前記交流電源から入力される前記交流電圧のゼロクロスタイミングを示す信号を出力するゼロクロス検知手段と、
を備えることを特徴とする電力供給装置。
【請求項２】
前記二次巻線と前記演算手段との間に、前記出力電圧の交流電圧波形の位相を調整する第一の位相調整手段を備え、
前記第一の位相調整手段は、前記交流電源の交流電圧波形との位相差が小さくなるように、前記出力電圧の前記交流電圧波形の位相を調整することを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項３】
前記ゼロクロス検知手段は、前記第一の位相調整手段によって位相を調整された前記出力電圧の前記交流電圧波形に基づき、前記交流電源のゼロクロスタイミングを示す信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の電力供給装置。
【請求項４】
前記第一のラインと一端が接続され、前記第二のラインと他端が接続された一次巻線と前記一次巻線と絶縁された二次巻線を有するカレントトランスを有し、
前記カレントトランスは、前記負荷に供給される前記電流が前記一次巻線に供給されることにより、前記電流に応じて前記カレントトランスの二次巻線から出力される交流電圧波形の電圧に基づき、前記電流の電流値を示す情報を出力することを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項５】
前記カレントトランスの前記二次巻線から出力される前記交流電圧波形の位相を調整する第二の位相調整手段を備え、
前記第二の位相調整手段は、前記交流電源の交流電圧波形との位相差が小さくなるように、前記カレントトランスの前記二次巻線から出力される前記交流電圧波形の位相を調整することを特徴とする請求項４に記載の電力供給装置。
【請求項６】
前記演算手段は、前記電流値を示す情報と前記出力電圧と前記基準電圧とを用いて前記交流電源から前記負荷に供給される電力量を演算することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の電力供給装置。
【請求項７】
前記負荷に供給される電力量は、前記演算手段により演算された電圧と、前記負荷の抵抗値と、前記負荷に供給される電力の電力デューティと、に基づいて算出されることを特徴とする請求項６に記載の電力供給装置。
【請求項８】
前記トランスの前記一次巻線を流れる電流の電流経路を接続及び遮断するスイッチ手段を備え、
前記スイッチ手段は、前記電力供給装置が省電力状態の場合には、前記電流経路を遮断することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力供給装置。
【請求項９】
記録材に画像形成する画像形成手段と、
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電力供給装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
前記交流電源より電力を供給される抵抗発熱体を有し、前記記録材上の未定着トナー像を定着させる定着装置を備え、
前記負荷は、前記抵抗発熱体であることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記演算手段によって演算された電圧実効値の二乗値と、前記抵抗発熱体の抵抗値と、前記定着装置に供給されている電力のデューティと、から前記抵抗発熱体に供給されている電力量を求める制御手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタなどの画像形成装置に搭載される加熱定着装置の制御に好適な電力供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機、プリンタなどの画像形成装置では、記録材上の未定着トナー像を加熱、加圧し、記録材に定着させる加熱定着装置を備えている。そして、加熱定着装置への電力供給を制御する電力供給装置では、交流電源から供給される交流電圧を、双方向サイリスタ（以下、トライアックという）等を用いて制御する方法が広く用いられている。上述した電力供給装置が有する主な機能について、以下のような提案がなされている。例えば特許文献１では、加熱定着装置に流れる電流実効値を検知することで、加熱定着装置に供給される電力を検知する技術が提案されている。また、例えば特許文献２では、交流電源から供給される電力の位相制御における基準タイミング（ゼロクロスタイミング）を検知する回路の消費電力を低減しつつ、交流電源の正確なゼロクロスタイミングを検知する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７―２１２５０３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２３３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電力供給装置においては、加熱定着装置に対する精度の高い電力供給制御が求められる。そのため、加熱定着装置に供給する電力を設定する際の高い演算精度や、精度の高い電力供給タイミングを低コストで実現させることが求められている。
【０００５】
本発明はこのような状況のもとでなされたもので、簡易な回路構成で、高精度の電力供給制御を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明では、以下の構成を備える。
【０００７】
（１）負荷に電力を供給する電力供給装置であって、交流電源から交流電圧が入力される第一のラインと第二のラインと、前記第一のラインと一端が接続され、前記第二のラインと他端が接続された一次巻線と前記一次巻線と絶縁された二次巻線を備えたトランスと、前記第一のラインと前記一次巻線の前記一端との間に接続され、前記第二のラインに入力される前記交流電圧を前記交流電圧に比例する電流に変換する第一抵抗素子と、前記二次巻線の一端と他端の間に接続された第二抵抗素子と、前記第一抵抗素子によって変換された前記電流が前記一次巻線に供給されることにより、前記トランスの二次巻線に接続された前記第二抵抗素子に生成される出力電圧と基準電圧とが入力され、前記出力電圧と前記基準電圧を用いて前記交流電圧の電圧実効値に関する情報を演算する演算手段と、前記第二抵抗素子に生成される前記出力電圧と前記基準電圧とを比較し、比較結果として前記交流電源から入力される前記交流電圧のゼロクロスタイミングを示す信号を出力するゼロクロス検知手段と、を備えることを特徴とする電力供給装置。
【０００８】
（２）記録材に画像形成する画像形成手段と、前記（１）に記載の電力供給装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡易な回路構成で、高精度の電力供給制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１〜５の画像形成装置の概略構成図
【図２】実施例１の電力供給装置の回路構成を示す図
【図３】実施例１のゼロクロス検知回路の入力、出力波形を示す図
【図４】実施例１の電力供給装置の制御シーケンスを示すフローチャート
【図５】実施例２の電力供給装置の回路構成を示す図
【図６】実施例２のゼロクロス検知回路の入力、出力波形を示す図
【図７】実施例２の電力供給装置の制御シーケンスを示すフローチャート
【図８】実施例３の電力供給装置の回路構成を示す図
【図９】実施例３のゼロクロス検知回路の入力、出力波形を示す図
【図１０】実施例４の電力供給装置の回路構成を示す図
【図１１】実施例４のゼロクロス検知回路の入力、出力波形を示す図
【図１２】実施例５の位相進みと交流電源の周波数の関係を示す図
【図１３】実施例５の制御部の機能ブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
［画像形成装置の構成］
図１は、電子写真方式の画像形成装置１０の一例である、ブラックのトナーを用いて画像形成が行われるモノクロプリンタの概略構成を示す断面図である。図１において、給紙カセット１１に積載された記録材である記録紙は、ピックアップローラ１２によって１枚だけ給紙カセット１１から給送され、給紙ローラ１３によってレジストレーションローラ１４へと搬送される。そして、レジストレーションローラ１４に搬送された記録紙は、所定のタイミングで、更にプロセスカートリッジ１５へと搬送される。画像形成部であるプロセスカートリッジ１５は、帯電装置１６、現像手段としての現像ローラ１７、クリーニング手段であるクリーナ１８、及び図中、矢印方向（反時計回り方向）に回転する感光体である感光ドラム１９により、一体的に構成されている。そして、以下に説明する公知の一連の電子写真プロセス処理によって、未定着トナー像が搬送された記録紙上に形成される。感光ドラム１９は、帯電装置１６によって、その表面を一様に帯電された後、露光手段であるスキャナユニット２１により画像信号に基づいた露光が行われる。スキャナユニット２１内のレーザダイオード２２から出射されるレーザ光は、回転多面鏡２３により偏向され、反射ミラー２４を経て、感光ドラム１９を走査することにより、感光ドラム１９上に潜像が形成される。感光ドラム１９上に形成された潜像は、現像ローラ１７によってトナーが付着され、トナー像として可視化される。そして、感光ドラム１９上のトナー像は、転写ローラ２０によって、レジストレーションローラ１４から搬送されてきた記録紙に転写される。トナー像が転写された記録紙は、加熱定着装置１００（以下、定着装置１００という）に搬送され、記録紙上（記録材上）の未定着トナー像は、定着装置１００により加熱、加圧処理が行われ、記録紙に定着される。そして、記録紙は、中間排紙ローラ２６、排紙ローラ２７によって、画像形成装置１０外に排出され、一連のプリント動作が終了する。
【００１３】
モータ３０は、定着装置１００等の各装置の駆動系に駆動力を付与している。電力供給装置２００は、画像形成装置１０で用いられる電力供給装置であり、不図示の電源ケーブルを介して商用電源等の交流電源２０１（図２参照）と接続されている。なお、電力供給装置２００が適用可能な画像形成装置は、図１に例示したものに限定されず、例えば複数の画像形成部を備えるカラープリンタのような画像形成装置であってもよい。更に、感光ドラム１９上のトナー像を中間転写ベルトに転写する一次転写部と、中間転写ベルト上のトナー像を記録紙に転写する二次転写部を備える画像形成装置であってもよい。また、電力供給装置２００は、位相制御や波数制御等の制御方法を用いて、トライアック等のスイッチ素子のデューティ制御を行い、定着装置１００へ供給する電力制御を行っている。本実施例では、スイッチ素子としてトライアックを使用しているが、例えばインバータ等のスイッチング回路を用いて、定着装置１００へ供給する電力の制御を行ってもよい。
【００１４】
［電力供給装置の構成］
図２は、実施例１の電力供給装置２００の回路構成を説明する図である。交流電源２０１（図中、ＡＣと表示）は、第一のライン又は第二のラインであるライブ側ライン（図中、ＬＩＶＥと表示）と、第二のライン又は第一のラインであるニュートラル側ライン（図中、ＮＥＵＴＲＡＬと表示）間に交流電圧を出力している。ライブ側ラインと後述するカレントトランスＣＴ１との電流経路には抵抗Ｒ１が配置されている。抵抗Ｒ１は、交流電源２０１の入力電圧を検知するために用いられる電圧検知抵抗であり、交流電源２０１の入力電圧を入力電圧に比例した電流に変換するための変換部材である。即ち、抵抗Ｒ１の抵抗値（所定の固定値）と交流電源２０１の電圧値に比例した電流がカレントトランスＣＴ１の一次側に流れる。上述した変換部材の抵抗として、複数の抵抗を直列接続して用いてもよい。例えば、カレントトランスＣＴ１の両側の端子と、第一のライン及び第二のラインの間にそれぞれ抵抗を設けてもよい。
【００１５】
交流電源２０１の交流電圧を検知する電圧検知手段である電圧検知部２４０は、第一のカレントトランスであるカレントトランスＣＴ１とダンピング抵抗Ｒ３により構成されている。抵抗Ｒ１は、一端をライブ側ラインに接続され、他端をカレントトランスＣＴ１の一次巻線の一端に接続されている。一次巻線の他端は、ニュートラル側ラインに接続されている。カレントトランスＣＴ１の一次巻線側には、所定の抵抗値を有する抵抗Ｒ１により、ライブ側ラインとニュートラル側ラインと間に印加される交流電源２０１の入力電圧（交流電圧）に比例した電流が流れる。そして、カレントトランスＣＴ１の二次巻線側には、一次側の電流に比例した電流が流れるため、ダンピング抵抗Ｒ３に生成される電圧Ｖｏｕｔ１は、交流電源２０１の入力電圧に比例した電圧となるので、交流電源２０１の入力電圧を検知することができる。
【００１６】
そして、電圧演算手段である電圧演算部ＩＣ１には、電圧Ｖｏｕｔ１と、所定の基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。電圧演算部ＩＣ１では、カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１と、基準電圧Ｖｒｅｆの差分値の二乗値の平均値を演算することで、交流電源２０１の入力電圧の電圧実効値の二乗値を算出する。また、電圧演算部ＩＣ１では、交流電源２０１の電圧実効値、又は電圧平均値等を演算してもよい。電圧演算部ＩＣ１は、後述するＺｅｒｏｘ信号に基づき、交流電源２０１の半周期及びその整数倍毎の期間で交流電源２０１の電圧実効値の二乗値を算出している。詳細については、図３で説明する。なお、電圧演算部ＩＣ１では、後述するＺｅｒｏｘ信号とは非同期の所定の期間（例えば１秒間の期間）で、交流電源２０１の電圧実効値の二乗値を算出してもよい。
【００１７】
電圧演算部ＩＣ１は、算出した電圧実効値の二乗値の情報をＶｒｍｓ信号として、制御手段である制御部ＣＰＵ１に出力する。制御部ＣＰＵ１（以下、ＣＰＵ１という）は電力供給装置２００の制御部として用いている演算制御手段であり、図１の画像形成装置１０の制御にも用いてもよい。なお、電力供給装置２００は、内部に、交流電源２０１から入力された交流電圧を整流・平滑して生成された直流電圧を入力電圧とする不図示のＤＣ／ＤＣコンバータを有している。そして、不図示のＤＣ／ＤＣコンバータは出力電圧として電圧Ｖｃを出力し、電圧Ｖｃは電力供給装置２００の各回路に供給される。なお、以下の実施例に示される電力供給装置においても、同様の不図示のＤＣ／ＤＣコンバータを有し、電力供給装置内に電圧Ｖｃを供給するものとする。
【００１８】
（定着装置への電力供給）
次に、図２の定着装置１００のヒータ部である抵抗発熱体ＲＨ１（以下、発熱体ＲＨ１という）への電力供給の方法について説明する。ＣＰＵ１は、Ｄｒｉｖｅ信号（ドライブ信号）により定着装置１００のヒータ部である発熱体ＲＨ１への電力供給を制御する。ＣＰＵ１は、負荷である発熱体ＲＨ１へ電力供給を行う場合にはＤｒｉｖｅ信号をハイレベルにし、発熱体ＲＨ１への電力供給を止める場合にはＤｒｉｖｅ信号をローレベルに設定する。トランジスタＱ４は、ＣＰＵ１からのＤｒｉｖｅ信号がハイレベルの場合にはオン状態となり、Ｄｒｉｖｅ信号がローレベルの場合にはオフ状態となる。なお、抵抗Ｒ１７、Ｒ１６は、トランジスタＱ４を駆動するための抵抗である。
【００１９】
一次・二次間の沿面距離を確保するためのデバイスであるフォトトライアックカプラＳＳＲ１（以下、トライアックカプラＳＳＲ１という）の二次側発光ダイオードは、トランジスタＱ４によりオン／オフされる。即ち、トランジスタＱ４がオン状態になると、トライアックカプラＳＳＲ１の二次側発光ダイオードが導通状態となって、プルアップ抵抗Ｒ８を介して電圧Ｖｃからの電流が流れ、発光する。これにより、トライアックカプラＳＳＲ１の一次側トライアックが導通状態になると、トライアックＱ５が導通状態となる。これにより、ライブ側ライン、発熱体ＲＨ１、トライアックＱ５、ニュートラル側ラインを結ぶ電流経路（電力供給路でもある）が形成される。トライアックＱ５は、交流電源２０１の入力電圧のゼロクロスタイミングまでオン状態を保持する。なお、トライアックＱ５とトライアックカプラＳＳＲ１の一次側トライアックとの間に配置された抵抗Ｒ９、Ｒ１０は、トライアックＱ５を駆動するための抵抗である。一方、トランジスタＱ４がオフ状態になると、トライアックカプラＳＳＲ１の二次側発光ダイオードは非導通状態となり、一次側トライアックも非導通状態になる。これにより、トライアックＱ５も非導通状態となり、発熱体ＲＨ１への交流電源２０１からの電力供給が遮断される。
【００２０】
定着装置１００の発熱体ＲＨ１の温度は、サーミスタＴＨ１によって検知される。そして、電圧Ｖｃを発熱体ＲＨ１の温度により変化するサーミスタＴＨ１の抵抗値と抵抗Ｒ１１の抵抗値で分圧した電圧が、ＴＨ信号としてＣＰＵ１に入力される。そして、ＣＰＵ１では、入力されたＴＨ信号に基づいてサーミスタＴＨ１により検知された発熱体ＲＨ１の温度と、発熱体ＲＨ１の設定目標温度に基づいて、例えばＰＩＤ制御により、発熱体ＲＨ１に供給すべき電力デューティ（Ｄｕｔｙ）を算出する。そして、ＣＰＵ１は、算出した電力デューティを、対応した位相角（位相制御の場合）、波数（波数制御の場合）等の制御レベルに換算し、換算された制御条件に基づいてＤｒｉｖｅ信号によりトランジスタＱ４のオン・オフ状態を制御する。これにより、トライアックＱ５の制御が行われ、発熱体ＲＨ１への電力供給が制御される。
【００２１】
（定着装置への電力供給量の演算）
次に、定着装置１００に供給されている電力量の演算方法について説明する。定着装置１００の発熱体ＲＨ１に供給されている電力量は、電圧演算部ＩＣ１により演算された電圧実効値の二乗値と、発熱体ＲＨ１の抵抗値、及び定着装置１００に現在供給されている電力の電力デューティから求めることができる。例えば、交流電源２０１の電圧実効値が１００Ｖｒｍｓ、発熱体ＲＨ１の抵抗値が１０Ω、定着装置１００に供給されている電力デューティが１００％とする。この場合、定着装置１００に供給されている電力は、電圧実効値（＝１００Ｖｒｍｓ）の二乗値を発熱体ＲＨ１の抵抗値（＝１０Ω）で除した値であり、１０００Ｗ（＝１００Ｖ×１００Ｖ×１（＝１００％）／１０Ω）になる。また、定着装置１００に現在供給されている電力の電力デューティが５０％の場合には、定着装置１００に供給されている電力は、半分の５００Ｗ（＝１００Ｖ×１００Ｖ×０．５（＝５０％）／１０Ω）となる。
【００２２】
［ゼロクロス検知］
次に、交流電源２０１のゼロクロス検知方法について説明する。本実施例では、図２において、ゼロクロス検知手段であるゼロクロス検知部２３０はコンパレータＩＣ２から構成されている。コンパレータＩＣ２の非反転端子（＋）にはカレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１を入力し、反転端子（−）にはカレントトランスＣＴ１の基準電圧Ｖｒｅｆを入力する。そして、コンパレータＩＣ２は、２つの端子の入力電圧を比較した比較結果であるＺｅｒｏｘ（ゼロクロス）信号を電圧演算部ＩＣ１とＣＰＵ１に出力する。これにより、ＣＰＵ１は交流電源２０１のゼロクロスタイミングを検知できる。なお、ゼロクロス検知は、カレントトランスＣＴ１の二次側の出力電圧Ｖｏｕｔ１の交流電圧波形を利用して行われる。
【００２３】
続いて、ゼロクロス波形について、図を参照して説明を行う。図３は、本実施例の交流電源２０１の交流電圧、カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１、及びコンパレータＩＣ２の出力であるＺｅｒｏｘ信号の電圧波形を示す図である。図３（ａ）は、交流電源２０１の入力電圧の波形３０１を示す波形図である。図３（ａ）において、横軸は時間（単位：ｍｓ（ミリ秒））を示し、縦軸は電圧（単位：Ｖ（ボルト））を示す。なお、図３（ｂ）、（ｃ）の縦軸、横軸も、図３（ａ）と同様であり、以下での説明を省略する。波形３０１は、交流電源２０１の入力電圧波形（１００Ｖｒｍｓ、５０Ｈｚ）を示しており、１周期は２０ｍｓｅｃであり、ピーク電圧は、約１４１Ｖと−約１４１Ｖである。また、図３（ａ）において、交流電源２０１の電圧が０ボルトとなるタイミング、即ち、１０ｍｓｅｃ、２０ｍｓｅｃ、３０ｍｓｅｃ、４０ｍｓｅｃがゼロクロスタイミングである。次に、図３（ｂ）は、カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１の電圧波形である波形３０３（実線）と、カレントトランスＣＴ１の基準電圧Ｖｒｅｆの電圧波形である波形３０２（二点鎖線）を示している。カレントトランスＣＴ１の二次側の出力電圧波形である波形３０３には、一次側に入力される交流電源２０１の入力電圧の波形３０１である交流電圧波形の交流電圧値に比例した電圧波形が出力される。また、波形３０２に示す基準電圧Ｖｒｅｆは、不図示のレギュレータより出力される所定の電圧（図３（ｂ）では１．５Ｖ）である。
【００２４】
図３（ｃ）は、コンパレータＩＣ２の出力であるＺｅｒｏｘ信号の電圧波形である波形３０５を示している。図２において、コンパレータＩＣ２の非反転端子（＋）にはカレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１が入力され、反転端子（−）にはカレントトランスＣＴ１の基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。そして、コンパレータＩＣ２は２つの入力端子の入力電圧を比較し、比較結果に基づいてＺｅｒｏｘ信号を出力する。そのため、図３（ｂ）において、出力電圧Ｖｏｕｔ１の方が基準電圧Ｖｒｅｆよりも電圧が高い期間では、図３（ｃ）に示すＺｅｒｏｘ信号はハイレベルとなる。一方、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆよりも電圧が低くなる期間では、図３（ｃ）に示すＺｅｒｏｘ信号はローレベルとなる。ＣＰＵ１は、Ｚｅｒｏｘ信号に基づいて、交流電源２０１のゼロクロスタイミングや、交流電源２０１の周波数を検知することができる。
【００２５】
波形３０３に示す出力電圧Ｖｏｕｔ１は、カレントトランスＣＴ１の二次側インダクタンスの影響により、交流電源の入力電圧波形である波形３０１に比べ、位相進み量ΔＴ１を生じてしまう。そして、波形３０３に示す出力電圧Ｖｏｕｔ１に基づいて生成された波形３０５に示すＺｅｒｏｘ信号の電圧波形にも位相進み量ΔＴ１が生じてしまい、交流電源２０１のゼロクロス検知精度が低下する。そのため、本実施例の電力供給装置２００では、トライアックＱ５を制御するスイッチ素子として、ゼロクロス同期機能を有した素子であるトライアックカプラＳＳＲ１を用いている。トライアックカプラＳＳＲ１は、交流電源２０１のゼロクロスのタイミングに同期して導通状態への切り替えが可能な素子である。トライアックカプラＳＳＲ１を用いることにより、ＣＰＵ１は、正確なゼロクロスタイミングの検知が不要な波数制御によって、定着装置１００に供給する電力制御を行っている。
【００２６】
ところで、出力電圧Ｖｏｕｔ１は交流電源２０１の電圧波形である波形３０１に対して位相進み量ΔＴ１が生じているため、電圧演算部ＩＣ１が出力電圧Ｖｏｕｔ１の電圧実効値の二乗値を演算すると、正しいタイミングに対してΔＴ１のズレが生じてしまう。そこで、同様の位相進み量ΔＴ１が生じるＺｅｒｏｘ信号である波形３０５を用いて、波形３０３の積分区間∫Ｔ１（この場合は、交流電源２０１の負の半周期を例として示している）を定める。これにより、位相進み量ΔＴ１に同期させた適切な期間で、電圧演算部ＩＣ１は波形３０３の演算を行うことができる。交流電源２０１の半周期（∫Ｔ１）以外にも、交流電源２０１の全周期など、交流電源２０１の半周期の整数倍毎の電圧実効値の二乗値を求める場合、Ｚｅｒｏｘ信号である波形３０５を用いて演算の積分区間を設定する方法が有効である。
【００２７】
［電力供給装置の制御シーケンス］
図４は、本実施例の電力供給装置２００の制御シーケンスを説明するフローチャートである。図４に示す制御シーケンスは、電力供給装置２００による定着装置１００の発熱体ＲＨ１に対する電力供給制御を開始する際に起動され、ＣＰＵ１により実行される。
【００２８】
ステップ（以下、Ｓという）４０１では、ＣＰＵ１は、電圧演算部ＩＣ１から出力されたＶｒｍｓ信号に基づき、交流電源２０１の電圧実効値（の二乗値）を検知する。Ｓ４０２では、ＣＰＵ１は、コンパレータＩＣ２から出力されたＺｅｒｏｘ信号に基づき、交流電源２０１のゼロクロスタイミング、及び交流電源２０１の交流周波数（以下、単に周波数ともいう）を検知する。Ｓ４０３では、ＣＰＵ１は、発熱体ＲＨ１の温度を示すＴＨ信号に基づいて、定着装置１００の発熱体ＲＨ１の温度を検知する。そして、ＣＰＵ１は、検知された発熱体ＲＨ１の温度に基づいて、ＰＩＤ制御等を用いて定着装置１００に供給すべき電力レベル（電力デューティ）を決定する。
【００２９】
Ｓ４０４では、ＣＰＵ１は、交流電源２０１の電圧実効値（の二乗値）、発熱体ＲＨ１の抵抗値に基づき、定着装置１００に供給する電力レベル（電力デューティ）が所定の制限値を超えないように、制限をかけている。Ｓ４０５では、ＣＰＵ１は、Ｓ４０３で決定した電力レベルに応じた波数制御の制御パターンに従って、Ｄｒｉｖｅ信号によりトライアックＱ５を制御し、定着装置１００に電力を供給する。Ｓ４０６では、ＣＰＵ１は、定着装置１００の発熱体ＲＨ１の温度制御を継続するかどうかを判断する。ＣＰＵ１は、温度制御を継続すると判断した場合には、制御をＳ４０１に戻し、温度制御を継続しないと判断した場合には、処理を終了する。
【００３０】
以上説明したように、本実施例の電力供給装置２００は、次のような特徴を有している。
１．カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１に基づいたＺｅｒｏｘ信号を用いることで、交流電源２０１の半周期及びその整数倍毎の、電圧実効値、電圧平均値、又は電圧実効値の二乗値等により演算を行う対象の積分区間を適切に設定できる。
２．従来、ゼロクロス回路は、カレントトランスの一次側で構成することが必要だったため、高耐圧の素子を使う必要があった。また、検知されたゼロクロスタイミングを二次側に通知するために、強化絶縁を可能にするフォトカプラ等の素子を用いる必要があり、常時、電力が消費されていた。本実施例では、ゼロクロス回路を、二次側で構成することが可能になるので、従来に比べて簡単な回路構成で実現することができる。
【００３１】
以上、本実施例によれば、簡易な回路構成で、高精度の電力供給制御を行うことができる。これにより、本実施例の回路構成を用いることで、低コストで電圧検知機能、ゼロクロス検知機能を有した電力供給装置、及び画像形成装置を提供することができる。
【実施例２】
【００３２】
［電力供給装置の構成］
図５は、実施例２の電力供給装置５００の回路構成を説明する図である。図５に示す回路構成は、実施例１の図２に示す回路構成に比べて、以下の回路が追加されている点が異なる。即ち、図５では、省電力モード用のスイッチＳＷ１、又はゼロクロスタイミングの検知精度を改善するために、電圧検知部２４０の後段に配置された位相調整部５１０の少なくともいずれか一つが追加されている点が異なる。なお、図５では、スイッチＳＷ１及び位相調整部５１０の両方が追加されている構成を示している。その他の回路構成については、実施例１の図２の回路構成と同様であり、以下では、同じ構成については同じ符号を使用することで、ここでの説明を省略する。
【００３３】
（スイッチＳＷ１）
まず、スイッチ手段であるスイッチＳＷ１による省電力モードの動作について説明する。電力供給装置５００が定着装置１００への電力供給が可能なスタンバイモード時や、画像形成装置１０のプリント時などの交流電源２０１の電圧検知及びゼロクロス検知が可能な状態では、スイッチＳＷ１はオン状態に設定され、導通状態となる。これにより、カレントトランスＣＴ１の一次側には、交流電源２０１の入力電圧値（交流電圧値）に比例した電流が流れるため、交流電源２０１の入力電圧の検知が可能な状態となる。なお、ＣＰＵ１は、不図示の制御回路により、電力供給装置５００がスタンバイモード時や画像形成装置１０がプリント時には、スイッチＳＷ１を導通状態（オン状態）に設定する。
【００３４】
一方、電力供給装置５００の電源オフ時や定着装置１００への電力供給を行わないスリープ時などの、消費電力を抑えた省電力状態では、スイッチＳＷ１はオフ状態に設定され、遮断状態となる。この状態では、カレントトランスＣＴ１の一次側には電流が流れないため、電圧検知抵抗Ｒ１の消費電力を低減できるので、電源オフ時やスリープ時の消費電力を低減することができる。
【００３５】
ところで、従来のゼロクロス検知回路では、省電力モード時にはゼロクロス検知回路の消費電力を削減するため、一次側に高耐圧のスイッチ素子を用いた回路が必要であった。一方、本実施例の構成では、スイッチＳＷ１により電圧検知部２４０の一次巻線を流れる電流経路を遮断することで、電圧検知部２４０、及びゼロクロス検知部２３０の両方の回路における待機電力を削減することができる。そのため、スイッチＳＷ１とカレントトランスＣＴ１の二次側の出力電圧Ｖｏｕｔ１を用いて、ゼロクロス検知を行う本実施例の構成は、回路のコスト低減や、部品数削減に有効である。
【００３６】
（位相調整部）
次に、第一の位相調整部である、カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１の位相調整部５１０について説明する。前述したように、電圧検知部２４０のカレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１の波形は、交流電源２０１の交流電圧の波形に対して位相進み量ΔＴ１を生じる。そこで、位相調整部５１０は、電圧検知部２４０の後段に配置され、交流電源２０１の電圧波形との位相ズレを縮小するように位相調整を行い、ゼロクロスタイミングの検知精度を改善する回路である。位相調整部５１０は、抵抗Ｒ５１２及びコンデンサＣ５１１により構成されている。位相調整部５１０は、電圧検知部２４０から入力された出力電圧Ｖｏｕｔ１を位相調整し、位相調整された出力電圧Ｖｏｕｔ２は、電圧演算部ＩＣ１やゼロクロス検知部２３０に出力される。
【００３７】
本実施例の位相調整部５１０は、交流電源２０１の周波数５０Ｈｚに対応するように調整した例を示しているが、交流電源２０１の周波数に応じて、例えば６０Ｈｚに対応するように調整してもよい。また、電力供給装置５００が複数の交流周波数、即ち５０Ｈｚ及び６０Ｈｚの両方に対応する場合には、５０〜６０Ｈｚの間の周波数（例えば５５Ｈｚ）で位相調整部５１０の位相調整量を設定する。これにより、位相進み量ΔＴ１によるゼロクロスの位相ズレを縮小することができる。
【００３８】
［ゼロクロス検知］
図６は、本実施例の交流電源２０１の交流電圧、カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１、位相調整部５１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２、及びコンパレータＩＣ２の出力であるＺｅｒｏｘ信号の電圧波形を示す図である。図６（ａ）は、交流電源２０１の入力電圧の波形３０１を示す波形図である。図６（ｂ）は、カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１の電圧波形である波形３０３（実線）、基準電圧Ｖｒｅｆの電圧波形である波形３０２（二点鎖線）、位相調整部５１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２の電圧波形である波形６０４（破線）を示している。図６（ｃ）は、コンパレータＩＣ２の出力であるＺｅｒｏｘ信号の電圧波形である波形６０５を示している。
【００３９】
出力電圧Ｖｏｕｔ２を示す波形６０４（破線）は、交流電源２０１の入力電圧波形の波形３０１に対して位相進み量ΔＴ１を生じている波形３０３（実線）と比べて、交流電源２０１の波形３０１との位相のズレが縮小（ほぼ解消）されていることがわかる。そのため、波形６０５に示すコンパレータＩＣ２の出力信号であるＺｅｒｏｘ信号では、ゼロクロスタイミングが、交流電源２０１のゼロクロスタイミングとおおよそ一致している。これにより、位相調整部５１０によって、ゼロクロスタイミングの検知精度を改善することができる。
【００４０】
定着装置１００への電力制御に位相制御を用いる場合には、交流電源２０１のゼロクロスタイミングを基準に、トライアックＱ５を導通状態にする位相角を制御する必要がある。そのため、位相制御を用いる場合では、正確なゼロクロスタイミングの検知が必要になる。本実施例の位相調整部５１０を用いる方法は、交流電源２０１の正確なゼロクロスタイミングの検知が必要になる位相制御などの制御方法を適用する場合に有効である。なお、本実施例の電力供給装置５００の構成では、トライアックＱ５の導通・非導通状態を制御する素子に、ゼロクロス非同期タイプのフォトトライアックカプラとして、トライアックカプラＳＳＲ２を使用している。トライアックカプラＳＳＲ２は、交流電源２０１のゼロクロスタイミング以外のタイミングでも、トライアックＱ５を導通状態に切り替え可能な素子であり、本実施例のように、位相制御によって定着装置１００に供給する電力の調整を行う場合に用いる。
【００４１】
ところで、位相調整部５１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２の波形６０４は、交流電源２０１の波形３０１に対して、回路のばらつき等によって、位相ズレを生じてしまう場合がある。そこで、波形６０４に同期して、同様の位相進みが生じるＺｅｒｏｘ信号である波形６０５を用いて、波形６０４の積分区間∫Ｔ１（この場合は、交流電源２０１の負の半周期を例として示している）を定める。これにより、適切な期間で電圧演算部ＩＣ１は波形６０４の演算を行うことができる。交流電源２０１の半周期（∫Ｔ１）以外にも、交流電源２０１の全周期など、交流電源２０１の半周期の整数倍毎の電圧実効値の二乗値を求める場合、Ｚｅｒｏｘ信号である波形６０５を用いて演算の積分区間を設定する方法が有効である。
【００４２】
［電力供給装置の制御シーケンス］
図７は、本実施例の電力供給装置５００の制御シーケンスを説明するフローチャートである。画像形成装置１０に設けられた不図示の電源スイッチや、不図示の電源ケーブルを介した交流電源２０１との接続などによって、電力供給装置２００が電源オン状態へ移行したときに図７に示す制御シーケンスが起動され、ＣＰＵ１により実行される。
【００４３】
Ｓ７０１では、ＣＰＵ１は、不図示の制御回路を介して、スイッチＳＷ１をオフ状態に設定して、カレントトランスＣＴ１の一次巻線への電流供給を遮断する。これにより、電力供給装置５００のカレントトランスＣＴ１は非導通状態となり、省電力状態となる。
【００４４】
Ｓ７０２では、ＣＰＵ１は、電力供給装置５００を電源オフ状態へ移行する要求があるかどうかを判断する。ＣＰＵ１は、電源オフ状態に移行する要求があると判断した場合には処理を終了させ、電源オフ状態に移行する要求がないと判断した場合には処理をＳ７０３に進める。Ｓ７０３では、ＣＰＵ１は、電力供給装置５００をスタンバイ状態へ移行する要求があるかどうかを判断する。ＣＰＵ１は、スタンバイ状態に移行する要求があると判断した場合には、処理をＳ７０４に進め、スタンバイ状態に移行する要求がないと判断した場合には処理をＳ７０２に戻す。
【００４５】
Ｓ７０４では、ＣＰＵ１は、不図示の制御回路を介してスイッチＳＷ１をオン状態に設定して、カレントトランスＣＴ１の一次巻線への電流供給を開始する。これにより、カレントトランスＣＴ１は導通状態となり、電圧検知部２４０による電圧検知、及びゼロクロス検知部２３０によるゼロクロスタイミングの検知が可能な状態となり、電力供給装置５００による電力供給制御が開始される。電力供給装置５００による電力供給制御シーケンスは、図４で説明した電力供給装置２００による電力供給制御シーケンスと同様であり、ここでの説明を省略する。
【００４６】
Ｓ７０５では、ＣＰＵ１は、電力供給装置５００をスリープ状態へ移行する要求があるかどうかを判断する。ＣＰＵ１は、スリープ状態に移行する要求があると判断した場合には、処理をＳ７０１に戻し、スリープ状態に移行する要求がないと判断した場合には処理をＳ７０５に戻す。
【００４７】
以上説明したように、本実施例の電力供給装置５００は、次のような特徴を有している。
１．位相調整部５１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２に基づいたＺｅｒｏｘ信号を用いることで、交流電源２０１の半周期及びその整数倍毎の、電圧実効値、電圧平均値、又は電圧実効値の二乗値等により演算を行う対象の積分区間を適切に設定できる。
２．従来、カレントトランスＣＴ１の一次側で構成することが必要だったゼロクロス回路を、二次側で構成することが可能になるので、簡単な回路構成で実現することができる。
３．スイッチＳＷ１により、カレントトランスＣＴ１の一次巻線への電流経路が遮断されることにより、電圧検知部２４０による電圧検知、及びゼロクロス検知部２３０によるゼロクロス検知が停止される。スイッチＳＷ１の制御により省電力状態に移行されることにより、電圧検知部２４０の一次側消費電力が削減される。
４．位相調整部５１０によって、交流電源２０１のゼロクロスタイミングの検知精度が改善できる。これにより、正確なゼロクロスタイミングの検知が必要な位相制御による電力供給制御が可能になる。
【００４８】
以上、本実施例によれば、簡易な回路構成で、高精度の電力供給制御を行うことができる。
【実施例３】
【００４９】
［電力供給装置の構成］
図８は、実施例３の電力供給装置８００の回路構成を説明する図である。図８に示す回路構成は、実施例１の図２に示す回路構成に比べて、以下の回路が追加されている点が異なる。即ち、図８では、定着装置１００に供給される電力を検知するために、定着装置１００に供給されている電流を検知する電流検知部８５０と、位相調整部５１０とは機能の異なる位相調整部８１０を有する点が異なる。また、本実施例では、実施例１、２の電圧演算部ＩＣ１を電力演算部ＩＣ３に置き換えている点も異なる。なお、図８では不図示であるが、実施例２と同様に省電力モード用にスイッチＳＷ１を設けた構成により、省電力機能も備えるようにしたものであってもよい。その他の回路構成については、実施例１の図２の回路構成と同様であり、以下では、同じ構成については同じ符号を使用することで、ここでの説明を省略する。
【００５０】
電流検知手段である電流検知部８５０は、定着装置１００に供給されている電流を検知するため、第二のカレントトランスであるカレントトランスＣＴ２とダンピング抵抗Ｒ１３により構成されている。カレントトランスＣＴ２の一次巻線の一端はトライアックＱ５に接続され、他端はニュートラル側ラインに接続されており、トライアックＱ５が導通状態の場合には、一次巻線には、定着装置１００の発熱体ＲＨ１に供給されている電流が流れる。そして、カレントトランスＣＴ２の二次側には、定着装置１００の発熱体ＲＨ１に流れる電流に比例した電流が生じる。この電流によりダンピング抵抗Ｒ１３に生成される電圧Ｖｏｕｔ３は、発熱体ＲＨ１に流れる電流に比例した電圧となるので、定着装置１００に供給される電流値を検知することができる。そして、出力電圧Ｖｏｕｔ３と、所定の基準電圧Ｖｒｅｆが電力演算部ＩＣ３に入力される。
【００５１】
位相調整部８１０は、抵抗Ｒ８１２、コンデンサＣ８１１により構成されている。電圧検知部２４０のカレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１の波形は、交流電源２０１の交流電圧の入力波形に対して、位相進み量ΔＴ１を生じる。そのため、位相調整部８１０は、電流検知部８５０のカレントトランスＣＴ２の出力電圧Ｖｏｕｔ３の波形との位相ズレを縮小するように、位相調整を行う。詳細については、後述する。
【００５２】
電力演算手段である電力演算部ＩＣ３では、電流検知部８５０の出力電圧Ｖｏｕｔ３と基準電圧Ｖｒｅｆの差分値と、位相調整部８１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２と基準電圧Ｖｒｅｆの差分値を乗算する。そして、電力演算部ＩＣ３は、その乗算値の平均値より定着装置１００に供給される平均電力値を算出する。電力演算部ＩＣ３は、算出した平均電力値を示すＰｏｗｅｒ信号を、制御部であるＣＰＵ１に出力する。電力演算部ＩＣ３は、後述するＺｅｒｏｘ信号に基づき、交流電源２０１の半周期及びその整数倍毎の期間で定着装置１００に供給されている平均電力値を算出する。同様に、電力演算部ＩＣ３では、後述するＺｅｒｏｘ信号とは非同期な、所定の期間（例えば１秒間の期間）で定着装置１００に供給している平均電力値を算出してもよい。
【００５３】
ここで、本実施例の電力供給装置８００の電力検知方法の特徴について説明する。前述した実施例１の電圧検知方法では、電圧検知部２４０にて検知した電圧実効値の二乗値と、発熱体ＲＨ１の抵抗値、定着装置１００に供給されている電力デューティから、定着装置１００に供給されている電力量が算出される。このとき電力量の算出に際しては、検知された電圧だけでなく、抵抗値、電力デューティも用いられるため、間接的に算出された電力量といえる。それに対して、本実施例の電力検知方法では、２つの検知された値、即ち、電流検知部８５０により検知された定着装置１００に供給される電流値、及び電圧検知部２４０にて検知された電圧値から、発熱体ＲＨ１の電力量を直接算出することができる。その結果、ＣＰＵ１の制御による電力デューティの誤差や、定着装置１００の発熱体ＲＨ１の抵抗値のばらつきの影響を受けずに、より高い精度で、定着装置１００に供給されている電力量を算出することができる。また、発熱体ＲＨ１の温度が上昇したときの抵抗値が変動する度合いを示す抵抗温度係数が高いと、発熱体ＲＨ１の抵抗値のばらつきが大きくなるが、本実施例の構成では、このような場合にも精度よく供給電力を算出することができる。更に、本実施例では、電力量を直接検知することができるため、抵抗以外の負荷、例えば容量負荷やインダクタ等に電力供給する場合（例えばインバータ等のスイッチング回路に電力供給する場合）にも、本実施例の構成を電力検知方法として用いることができる。
【００５４】
［ゼロクロス検知］
図９は、本実施例の交流電源２０１の交流電圧、カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１、位相調整部８１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２、カレントトランスＣＴ２の出力電圧Ｖｏｕｔ３の電圧波形を示す図である。更に、図９では、コンパレータＩＣ２の出力であるＺｅｒｏｘ信号、出力電圧Ｖｏｕｔ２、Ｖｏｕｔ３の波形を乗算した波形８０８の電圧波形を示している。本実施例では、波形８０８を発熱体ＲＨ１の電力波形（出力電圧Ｖｏｕｔ３と基準電圧Ｖｒｅｆの差分値と、出力電圧Ｖｏｕｔ２と基準電圧Ｖｒｅｆの差分値と、を乗算した値）として説明する。
【００５５】
図９（ａ）は、交流電源２０１の入力電圧の波形３０１を示す波形図である。図９（ｂ）は、カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１の電圧波形である波形３０３（実線）、カレントトランスＣＴ１の基準電圧Ｖｒｅｆの波形３０２（二点鎖線）、位相調整部８１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２の電圧波形８０４（破線）を示している。図９（ｃ）は、カレントトランスＣＴ２の出力電圧Ｖｏｕｔ３の電圧波形８０６（実線）、カレントトランスＣＴ２の基準電圧Ｖｒｅｆの波形３０２（二点鎖線）を示している。カレントトランスＣＴ２の二次側インダクタンスの影響によって、出力電圧Ｖｏｕｔ３の電圧波形８０６では、交流電源２０１の波形３０１に対して、位相進み量ΔＴ２が生じていることがわかる。
【００５６】
図９（ｅ）では、出力電圧Ｖｏｕｔ２と基準電圧Ｖｒｅｆの差分値と、電圧波形８０６で示される出力電圧Ｖｏｕｔ３と基準電圧Ｖｒｅｆの差分値を乗算することで得られた電力演算値を波形８０８として図示している。出力電圧Ｖｏｕｔ２と出力電圧Ｖｏｕｔ３の位相がズレている場合、電力演算部ＩＣ３の電力演算精度が低下してしまう。図９（ｂ）に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔ１の電圧波形３０３では、交流電源２０１の波形３０１に対して、位相進み量ΔＴ１が生じており、出力電圧Ｖｏｕｔ３の電圧波形８０６の位相進み量ΔＴ２とは異なる位相のズレ量である（ΔＴ１＞ΔＴ２）。そのため、電力演算部ＩＣ３の電力演算精度を向上するため、位相調整部８１０はカレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１と、カレントトランスＣＴ２の出力電圧Ｖｏｕｔ３との位相ズレ、即ち（ΔＴ１−ΔＴ２）を縮小するよう、位相調整を行っている。
【００５７】
図９（ｄ）は、コンパレータＩＣ２の出力であるＺｅｒｏｘ信号の電圧波形８０５を示している。Ｚｅｒｏｘ信号は、位相調整部８１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２に基づいて生成されている。その結果、交流電源２０１の交流電圧の波形３０１に対するＺｅｒｏｘ信号の位相進み量は、位相調整部８１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２の電圧波形８０４の位相進み量ΔＴ２と一致する。そのため、同様の位相進み量ΔＴ２が生じるＺｅｒｏｘ信号の電圧波形８０５を用いて、電力演算部ＩＣ３の電力演算を行う積分区間∫Ｔ１（この場合は、交流電源２０１の負の半周期を例として示している）を定める。これにより、位相進み量ΔＴ２に合わせた適切な期間で、電力演算部ＩＣ３は定着装置１００に供給される電力量の演算を行うことができる。交流電源２０１の半周期（∫Ｔ１）以外にも、交流電源２０１の全周期など、交流電源２０１の半周期の整数倍毎の定着装置１００に供給される平均電力を求める場合、Ｚｅｒｏｘ信号を示す電圧波形８０５を用いて演算の積分区間を設定する方法が有効である。
【００５８】
以上説明したように、本実施例の電力供給装置８００は、次のような特徴を有している。
１．位相調整部８１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２の電圧波形に基づいたＺｅｒｏｘ信号を用いることで、交流電源２０１の半周期及びその整数倍毎の、電力演算の積分区間を適切に設定できる。
２．従来、カレントトランスＣＴ１の一次側で構成することが必要だったゼロクロス回路を、二次側で構成することが可能になるので、簡単な回路構成で実現することができる。
３．位相調整部８１０によって、カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１と、カレントトランスＣＴ２の出力電圧Ｖｏｕｔ３の位相ズレが縮小し、電力量の演算精度が改善できる。
４．電流検知部８５０により交流電源２０１の電流値を検知できることにより、電力量を直接算出することが可能となり、電力量の演算精度が改善できる。
【００５９】
以上説明したように、本実施例によれば、簡易な回路構成で、高精度の電力供給制御を行うことができる。
【実施例４】
【００６０】
［電力供給装置の構成］
図１０は、実施例４の電力供給装置１０００の回路構成を説明する図である。図１０に示す回路構成は、実施例３の図８に示す回路構成に比べて、電力量の演算精度と、ゼロクロス検知精度を改善するために、図８の位相調整部８１０を、図１０では位相調整部５１０及び位相調整部１０１０に置き換えた点が異なる。なお、図１０では不図示であるが、実施例２と同様に省電力モード用にスイッチＳＷ１を設けた構成により、省電力機能も備えるようにしたものであってもよい。その他の回路構成については、実施例３の図８の回路構成と同様であり、以下では、同じ構成については同じ符号を使用することで、ここでの説明を省略する。
【００６１】
本実施例の電力供給装置１０００は、電流検知部８５０のカレントトランスＣＴ２の出力電圧Ｖｏｕｔ３の位相調整を行う第二の位相調整手段である位相調整部１０１０を有する。位相調整部１０１０は、抵抗Ｒ１０１２、コンデンサＣ１０１１から構成されている。前述したように、カレントトランスＣＴ２の出力電圧Ｖｏｕｔ３の電圧波形は、交流電源２０１の交流電圧の波形に対して、位相進み量ΔＴ２を生じる。そのため、位相調整部１０１０は、交流電源２０１の交流電圧波形との位相ズレ（ΔＴ２）を縮小するように、電流検知部８５０からの出力電圧Ｖｏｕｔ３を入力し、出力電圧Ｖｏｕｔ３の位相調整を行った出力電圧Ｖｏｕｔ４を出力する。一方、図６で説明したように、位相調整部５１０は、電圧検知部２４０のカレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１の電圧波形における、交流電源２０１との位相ズレ（ΔＴ１）を縮小するように位相調整を行う。即ち、位相調整部５１０は、電圧検知部２４０からの出力電圧Ｖｏｕｔ１を入力し、出力電圧Ｖｏｕｔ１の位相調整を行った出力電圧Ｖｏｕｔ２を出力する。このように、位相調整部１０１０及び位相調整部５１０は、交流電源２０１の入力交流電圧、位相調整部５１０が出力する出力電圧Ｖｏｕｔ２、位相調整部１０１０が出力する出力電圧Ｖｏｕｔ４の３つの交流電圧波形の位相ズレが縮小するように位相調整を行う。
【００６２】
電力演算部ＩＣ３は、位相調整部１０１０の出力電圧Ｖｏｕｔ４と基準電圧Ｖｒｅｆの差分値と、位相調整部５１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２と基準電圧Ｖｒｅｆの差分値を乗算する。そして、電力演算部ＩＣ３は、その乗算値の平均値を算出することで、定着装置１００に供給されている平均電力値（平均電力量）を算出している。
【００６３】
［ゼロクロス検知］
図１１は、本実施例の交流電源２０１の交流電圧、カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１、位相調整部５１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２、カレントトランスＣＴ２の出力電圧Ｖｏｕｔ３の電圧波形を示す図である。更に、図１１では、位相調整部１０１０の出力電圧Ｖｏｕｔ４、コンパレータＩＣ２の出力であるＺｅｒｏｘ信号、出力電圧Ｖｏｕｔ２、Ｖｏｕｔ４の波形を乗算した波形１１０８の電圧波形を示している。
【００６４】
図１１（ａ）は、交流電源２０１の入力電圧の波形３０１を示す波形図である。図１１（ｂ）は、カレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１の波形３０３（実線）、カレントトランスＣＴ１の基準電圧Ｖｒｅｆの波形３０２（二点鎖線）、位相調整部５１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２の電圧波形である波形６０４（破線）を示している。波形６０４により、位相調整部５１０がカレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１の位相進み量ΔＴ１を、交流電源２０１の電圧波形との位相ズレが縮小するように調整していることがわかる。図１１（ｃ）は、カレントトランスＣＴ２の出力電圧Ｖｏｕｔ３の電圧波形８０６（実線）、カレントトランスＣＴ２の基準電圧Ｖｒｅｆの波形３０２（二点鎖線）、位相調整部１０１０の出力電圧Ｖｏｕｔ４の電圧波形１１０７（破線）を示している。電圧波形１１０７により、位相調整部１０１０がカレントトランスＣＴ２の出力電圧Ｖｏｕｔ３の位相進み量ΔＴ２を、交流電源２０１の電圧波形との位相ズレが縮小するように調整していることがわかる。図１１（ｅ）では、出力電圧Ｖｏｕｔ２と基準電圧Ｖｒｅｆの差分値と、電圧波形１１０７で示される出力電圧Ｖｏｕｔ４と基準電圧Ｖｒｅｆの差分値を乗算することで得られた電力演算値を波形１１０８として図示している。
【００６５】
図１１（ｄ）は、コンパレータＩＣ２の出力であるＺｅｒｏｘ信号の電圧波形である波形１０５を示している。波形１１０５のＺｅｒｏｘ信号が示すように、２つの位相調整部５１０、１０１０を用いることで、出力電圧Ｖｏｕｔ２と出力電圧Ｖｏｕｔ４の位相ズレを縮小しつつ、交流電源２０１のゼロクロスタイミングの検知精度を改善することができる。そこで、波形６０４に同期して、同様の位相進みが生じるＺｅｒｏｘ信号の波形１１０５を用いて、電力演算部ＩＣ３の電力演算を行う積分区間∫Ｔ１（この場合は、交流電源２０１の負の半周期を例として示している）を定める。これにより、適切な期間で電力演算部ＩＣ３は定着装置１００に供給される電力量の演算を行うことができる。交流電源２０１の半周期（∫Ｔ１）以外にも、交流電源２０１の全周期など、交流電源２０１の半周期の整数倍毎の電圧実効値の二乗値を求める場合、Ｚｅｒｏｘ信号である波形１１０５を用いて演算の積分区間を設定する方法が有効である。
【００６６】
ところで、本実施例の構成では、位相調整部１０１０の影響でカレントトランスＣＴ２の出力電圧Ｖｏｕｔ３の波形に鈍り（ＣＲ遅延）が生じるため、発熱体ＲＨ１に供給される電流波形が急峻な波形（位相制御波形など）では、電力検知精度が低下してしまう。そのため、電力供給装置１０００を用いる場合には、インバータ等のスイッチング回路を用いて、定着装置１００へ供給する電流波形が正弦波になるように制御する方法が望ましい。
【００６７】
以上説明したように、本実施例の電力供給装置１０００は、次のような特徴を有している。
１．位相調整部５１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２に基づいたＺｅｒｏｘ信号を用いることで、交流電源２０１の半周期及びその整数倍毎の、電力演算の積分区間を適切に設定できる。
２．従来、カレントトランスＣＴ１の一次側で構成することが必要だったゼロクロス回路を、二次側で構成することが可能になるので、簡単な回路構成で実現することができる。
３．位相調整部５１０によって、実施例２と同様にゼロクロスタイミングの検知精度を改善できる。
４．位相調整部５１０、１０１０によって、電力量の演算精度を改善できる。
【００６８】
以上説明したように、本実施例によれば、簡易な回路構成で、高精度の電力供給制御を行うことができる。
【実施例５】
【００６９】
実施例５では、交流電源２０１の周波数範囲が広い場合においても正確にゼロクロスタイミングを検知可能にする例について説明する。なお、本実施例の電力供給装置の構成は、実施例１の図２と同様であり、ここでの説明は省略する。実施例１でも説明したように、図３（ｂ）の波形３０３に示す出力電圧Ｖｏｕｔ１の電圧波形は、カレントトランスＣＴ１の二次側インダクタンスの影響により、波形３０１に示す交流電源２０１の電圧波形に対し、位相進み量ΔＴ１を生じる。その結果、波形３０３に示す出力電圧Ｖｏｕｔ１に基づいて生成された、波形３０５に示すＺｅｒｏｘ信号の電圧波形も、位相進み量ΔＴ１を生じるため、交流電源２０１のゼロクロスタイミングの検知精度が低下する。
【００７０】
図１２は、電圧検知部２４０のカレントトランスＣＴ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１の電圧波形の、交流電源２０１の電圧波形に対する位相進み量ΔＴ１と、交流電源２０１の周波数との関係を表した図である。図１２の横軸は交流電源２０１の周波数（単位：Ｈｚ（ヘルツ））を示し、縦軸は位相進み時間（単位：ｍｓ（ミリ秒））を示す。図１２は、交流電源２０１の周波数が５０Ｈｚ〜６０Ｈｚのときの、１Ｈｚ毎の位相進み時間を示しており、交流電源２０１の周波数によって、位相進み量ΔＴ１が変化することがわかる。例えば実施例２のように所定の周波数（５０Ｈｚ）に合わせて位相調整部５１０で位相調整を行った場合でも、交流電源２０１の周波数が位相調整回路の所定の周波数と異なる場合には、交流電源２０１のゼロクロスタイミングの検知精度に影響を与える。
【００７１】
また、実施例１でも説明したように、位相進み量ΔＴ１は、カレントトランスＣＴ１のインダクタンス成分及び抵抗により変わり、更に位相調整部５１０を設けている場合には、位相調整部５１０の抵抗及びコンデンサ等によっても変わる。カレントトランスＣＴ１のインダクタンスや抵抗、位相調整部５１０による交流電源２０１の周波数毎の位相進み量ΔＴ１は、予め算出することができる。例えば、周波数毎の位相進み量ΔＴ１は、以下の式（１）により算出することができる。
ΔＴ１＝（１／（２×π×ｆ））×ｔａｎ−１（Ｒａ／（２×π×ｆ×Ｌａ））  （１）
ここで、ｆは交流電源の周波数、ＲａはカレントトランスＣＴ１の二次側抵抗値、ＬａはカレントトランスＣＴ１の二次側等価インダクタンス値である。
【００７２】
式（１）や、交流電源２０１の周波数情報と交流電源２０１の周波数に対応した位相進み量ΔＴ１の情報とを含むテーブルを予めＣＰＵ１の記憶手段である記憶部に格納しておく。ＣＰＵ１は、ＣＰＵ１に入力されたゼロクロス信号から検知した周波数に応じた位相進み量ΔＴ１分を、式（１）により算出する、又は記憶部に格納されたテーブルから取得する。そして、ＣＰＵ１は、位相進み量ΔＴ１分だけ遅延させたタイミングでＤｒｉｖｅ信号を出力し、定着装置１００の発熱体ＲＨ１への電力供給制御を行う。
【００７３】
図１３は、本実施例におけるＣＰＵ１のゼロクロス補正制御を行う機能ブロック図である。ＣＰＵ１は、エッジ検知部１３０１にて、コンパレータＩＣ２から出力されたＺｅｒｏｘ信号に基づいて、ゼロクロスエッジ（Ｚｅｒｏｘ信号の立ち下がり、立ち上がり）を検知する。ＣＰＵ１は、エッジ検知部１３０１にて検知されたゼロクロスエッジに基づいて、周波数算出部１３０４にて、検知したゼロクロスエッジから交流電源２０１の周波数を算出する。上述したように、ＣＰＵ１は、予め記憶部に位相進み量ΔＴ１を算出する式（１）、又は周波数毎の位相進みΔＴ１を有するテーブルを用いて、ΔＴ１算出部１３０５にて、周波数算出部１３０４にて算出した周波数に応じた位相進みΔＴ１を算出する。ＣＰＵ１は、位相調整部１３０２にて、エッジ検知部１３０１にて検知したゼロクロスエッジに対して、ΔＴ１算出部１３０５で算出した位相進み量ΔＴ１分を遅延させる。ＣＰＵ１は、補正Ｚｅｒｏｘ生成部１３０３では、位相調整部１３０２で位相進み量ΔＴ１分だけ遅延させたゼロクロスエッジに基づいて、補正Ｚｅｒｏｘ信号を生成する。ＣＰＵ１は、Ｄｒｉｖｅ信号制御部１３０６では、補正Ｚｅｒｏｘ信号に応じて、発熱体ＲＨ１への電力供給を制御するＤｒｉｖｅ信号を出力する。
【００７４】
本実施例では、ＣＰＵ１にてゼロクロス補正制御を行ったが、例えばゼロクロス補正制御専用の回路を設けてゼロクロス補正を行うようにしてもよい。また、本実施例では、周波数毎の位相進み情報を有するテーブルをＣＰＵ１の記憶部に保存するようにしたが、例えば、ＣＰＵ１の外部に配置された記憶装置（例えば不揮発メモリ等）に記憶するようにしてもよい。交流電源２０１の交流信号に対して、交流電源２０１からゼロクロス検知部２３０までの伝送経路を介して検知されるＺｅｒｏｘ信号との位相差を測定し、測定された位相進み量ΔＴを、電力供給装置毎に固有値として記憶させるようにしてもよい。
【００７５】
尚、実施例３の図８で説明した電力供給装置８００において、位相調整部８１０の出力電圧Ｖｏｕｔ２の電圧波形８０４に、本実施例で説明したＣＰＵ１によるゼロクロス補正制御を適用できる。電力供給装置８００に、ＣＰＵ１によるゼロクロス補正制御を行うことで、カレントトランスＣＴ２の出力電圧Ｖｏｕｔ３の位相ズレが縮小し、電力量の演算精度を改善と、交流電源２０１のゼロクロスタイミングの検知精度が改善を両立できる。そのため、電力供給装置８００において、ＣＰＵ１によるゼロクロス補正制御を行う。そして、トライアックカプラＳＳＲ１（ゼロクロス同期タイプのフォトトライアックカプラ）の代わりにトライアックカプラＳＳＲ２（ゼロクロス非同期タイプのフォトトライアックカプラ）を用いる。これにより、電力供給装置８００の構成においても、正確なゼロクロスタイミングの検知が必要な位相制御による電力供給制御が可能になる。
【００７６】
以上説明したように、本実施例の電力供給装置は、ＣＰＵ１によるゼロクロス補正制御により、交流電源２０１の周波数範囲が広い場合においても正確にゼロクロスタイミングを検知することができる。そのため、より正確にゼロクロス信号を検知できるようになることで、正確なタイミングでの電力投入が可能になり、定着装置１００の温度リップルなどを防ぐことが可能になる。
【００７７】
以上、本実施例によれば、簡易な回路構成で、高精度の電力供給制御を行うことができる。
【符号の説明】
【００７８】
２０１    交流電源
２３０    ゼロクロス検知部
２４０    電圧検知部
ＣＴ１    カレントトランス
Ｒ１      抵抗
【図１】
0006700704.tif 000002
【図２】
0006700704.tif 000003
【図３】
0006700704.tif 000004
【図４】
0006700704.tif 000005
【図５】
0006700704.tif 000006
【図６】
0006700704.tif 000007
【図７】
0006700704.tif 000008
【図８】
0006700704.tif 000009
【図９】
0006700704.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0006700704.tif 000013
【図１３】
0006700704.tif 000014