(57)【要約】【課題】定消費電力制御を行うと共に、回路の力率を向上させる。【解決手段】電圧検出回路２１は、負荷ランプ１６の印加電圧を検出し、電流検出回路２２は整流器１４に流れる電流を検出する。制御部３１は、ゼロクロス検出部１５の出力を用いて、交流電源の半周期における検出電圧及び検出電流から負荷ランプ１６の消費電力を算出する。制御部３１は、算出した消費電力に基づいてＰＷＭ制御の制御量を算出する。そして、制御部３１は、算出した制御量を交流電源の次の半周期において固定的にドライブ回路１７に与える。これにより、交流電源の半周期にはトランジスタＱ１のオンデューティは一定となり、整流器１４に流れる電流は正弦波形となる。こうして、回路の力率が改善され、効率のよいランプ駆動が可能である。【選択図】      図１
2007163603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を整流する整流手段と、
前記整流手段の出力を負荷ランプに供給する電力供給手段と、
前記負荷ランプの消費電力を検出する消費電力検出手段と、
前記負荷ランプに一定電力を供給させるために、前記消費電力検出手段の検出結果に基づいて前記電力供給手段に対する制御量を算出する制御量算出手段と、
前記制御量算出手段が算出した制御量を前記交流電源の半周期において固定的に前記電力供給手段に設定する制御手段と、
を具備したことを特徴とする定着器駆動装置。
【請求項２】
前記消費電力検出手段は、
前記負荷ランプの印加電圧を検出する電圧検出手段と、
前記整流器に流れる電流を前記整流器の入力側で検出する電流検出手段と、
を具備したことを特徴とする請求項１に記載の定着器駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機等に好適な定着器駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機等においては、定着器の加熱装置としてヒータランプが用いられている。このヒータランプへの給電方法として、商用交流電源からトライアック等のスイッチを用いて給電を行う方法がある。しかしこの方法では、ランプに印加する交流電源（ランプ電圧）の変動によって、ヒータ温度も変動してしまう。
【０００３】
そこで、特許文献１においては、ヒータランプの温度制御を高精度に行うために、ランプ電圧をＰＷＭ制御する技術が開示されている。この提案においては、ランプ電圧を平滑化して得た値に基づいて、ＰＷＭ制御のオンデューティを変化させている。これにより、交流電源の変動に拘わらず、安定した消費電力を得ることができ、ヒータ温度の安定化を図っている。
【特許文献１】特開平５−２１６３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複写機の定着器においては、待機状態における消費電力を低減させることが要求されている。そこで、待機時には定着器のヒータランプをオフにし、コピー開始時にヒータランプをオンにする。この場合には、ヒータランプをオンにした後の短時間にヒータ温度を所望の設定温度に到達させるために、大電力を投入する必要がある。しかし、一般の電源配線から機器が受電可能な最大電流には制限がある。このため、回路の力率及び効率を向上させて、ヒータ温度の立ち上がりを早くさせる必要がある。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の提案においては、商用交流電源を整流回路によって整流し、整流出力（脈流）をスイッチングトランジスタによってＰＷＭ制御して、ランプに印加している。即ち、ランプに印加される電圧はエンベロープが脈流の矩形波であり、商用交流電源の周期で振幅が変化したものとなる。これに対し、特許文献１においては、ランプ電圧を平滑化して得た値によってＰＷＭ制御しており、脈流状のランプ電圧の振幅変化に応じてオンデューティーが変化する。このため、特許文献１の提案では、整流回路に流れる電流が変化して、歪を有する波形となる。即ち、回路力率が低下してしまい、ヒータ温度が所望の設定温度に到達するまでに比較的長時間を要してしまう。
【０００６】
本発明は、高周波駆動によって交流電源の変動に拘わらず安定した電力供給を可能にすると共に、回路力率を向上させることができる定着器駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る定着器駆動装置は、交流電源を整流する整流手段と、前記整流手段の出力を負荷ランプに供給する電力供給手段と、前記負荷ランプの消費電力を検出する消費電力検出手段と、前記負荷ランプに一定電力を供給させるために、前記消費電力検出手段の検出結果に基づいて前記電力供給手段に対する制御量を算出する制御量算出手段と、前記制御量算出手段が算出した制御量を前記交流電源の半周期において固定的に前記電力供給手段に設定する制御手段と、を具備したことを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、整流手段の出力は電力供給手段によって負荷ランプに供給される。負荷ランプの消費電力は消費電力検出手段によって検出される。制御量演算手段は、消費電力検出手段の検出結果に基づいて負荷ランプに一定電力を供給させるための制御量を算出する。制御手段は、制御量算出手段が算出した制御量を交流電源の半周期において固定的に電力供給手段に設定する。これにより、電力供給手段は交流電源の半周期において一定した制御量に基づいて負荷ランプへの電力供給を行う。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高周波駆動によって交流電源の変動に拘わらず安定した電力供給を可能にすると共に、回路力率を向上させることができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、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。図１は本発明の第１の実施の形態に係る定着器駆動装置を示す回路図である。
【００１１】
本実施の形態においては、複写機の定着器のヒータを負荷ランプ１６によって構成した例について説明する。
【００１２】
図１において、電源端子１１，１２相互間には、例えば交流電源からの電源電圧が供給される。電源端子１１，１２を介して供給された電源電圧はノイズフィルタ１３に与えられる。ノイズフィルタ１３は供給された電源電圧のノイズ分を除去する。ノイズフィルタ１３の出力端相互間には整流器１４が接続される。整流器１４は例えばダイオードブリッジによって構成された全波整流器である。
【００１３】
整流器１４の出力端相互間には、フィルタチョークＬ１及びコンデンサＣ１によるノイズフィルタが設けられている。コンデンサＣ１の両端には、整流器１４からの全波整流出力からノイズが除去された脈流電圧が生じる。
【００１４】
コンデンサＣ１の両端は、ダイオードＤ１及びスイッチングトランジスタＱ１の直列回路が並列接続される。ダイオードＤ１の両端には負荷ランプ１６が並列接続されている。トランジスタＱ１はドライブ回路１７に制御されて、所定のデューティ比でオン，オフする。即ち、負荷ランプ１６に印加される電圧は、トランジスタＱ１のオン，オフに従って断続され、負荷ランプ１６にはトランジスタＱ１のオンデューティに応じた実効電圧が供給される。
【００１５】
本実施の形態においては、負荷ランプ１６を定電力制御するために、消費電力検出部２０及び制御部３０によるフィードバック制御を行っている。消費電力検出部２０は、電圧検出回路２１及び電流検出回路２２によって構成される。電圧検出回路２１は、コンデンサＣ１の両端電圧を平滑化して、検出電圧として制御部３０に出力するようになっている。
【００１６】
電流検出回路２２は、整流器１４の入力側に流れる電流を検出する。即ち、電流検出回路２２は、ノイズフィルタ１３と整流器１４との間の配線に設けられた変流器２３及び整流器２４を有している。変流器２３は整流器１４の入力側に流れる電流を検出し、整流器２４は変流器２３によって検出された交流電流を直流電流に変換する。電流検出回路２２からの検出電流は制御部３０に供給されるようになっている。
【００１７】
制御部３０の計測部３２は、消費電力検出部２０からの検出電圧及び検出電流を計測して、負荷ランプ１６の消費電力を求めるようになっている。なお、消費電力検出部２０の検出電圧及び検出電流は、負荷ランプ１６の消費電力と回路ロスとの和であるが、通常、回路ロスは既知であり、計測部３２は、消費電力検出部２０の出力と既知の回路ロスとから負荷ランプ１６の消費電力を求めることができる。
【００１８】
本実施の形態においては、制御部３０は、消費電力の計測タイミングを求めると共に、後述するように、トランジスタＱ１の制御タイミングを求めるために、ゼロクロス検出部１５の出力を利用している。ゼロクロス検出部１５は、整流器１４の出力端相互間に接続され、抵抗Ｒ１，Ｒ２、フォトカプラの発光部ＰＴ及び受光部ＰＲ並びにツェナーダイオードＤＺ１によって構成されている。フォトカプラの発光部ＰＴは、整流器１４の出力端の電圧が、ツェナーダイオードＤＺ１によって規定される所定のレベルの範囲内になることによって、発光する。フォトカプラの受光部ＰＲは、フォトカプラの発光部ＰＴが発光することによって導通し、検出信号を抵抗Ｒ２を介して制御部３０に供給するようになっている。
【００１９】
上述したように、整流器１４の出力は脈流である。ゼロクロス検出部１５は、整流器１４の出力がゼロクロス近傍の値となること、即ち、交流電源の半周期毎に、ゼロクロス検出信号を制御部３０に出力するようになっている。
【００２０】
制御部３０は、ＣＰＵ３１を有しており、ＣＰＵ３１は、制御部３０内の各部を制御する。ＣＰＵ３１は、計測部３２を制御して、ゼロクロスタイミングを基準として、交流電源の半周期内の複数のタイミングで、負荷ランプ１６の消費電力を計測させる。例えば、ＣＰＵ３１は、計測部３２を制御して、ゼロクロスタイミングから数ｍ秒毎のサンプリングタイミングにおける検出電圧及び検出電流から、各サンプリングタイミングにおける消費電力を計測させる。
【００２１】
本実施の形態においては、ＣＰＵ３１は、消費電力の計測結果を一旦計測値メモリ３３に与えて記憶させるようになっている。計測値メモリ３３は少なくとも交流電源の半周期のサンプリングタイミングにおける消費電力の値を記憶することができるようになっている。
【００２２】
ＣＰＵ３１は、交流電源の所定の半周期に求めた消費電力の値を計測値メモリ３３から読み出し、読み出した値を演算部３５に供給して、次の半周期におけるＰＷＭ制御の制御量を算出させるようになっている。演算部３５は、交流電源の所定の半周期に求めた消費電力の例えば平均値と、調光信号に応じた消費電力とに基づいて、トランジスタＱ１のオンデューティを設定する制御量（設定値）を求める。なお、調光信号としては、設定温度をデジタル的に示すものであってもよく、アナログ的に示すものであってもよい。
【００２３】
本実施の形態においては、演算部３５は、交流電源の所定の半周期の次の半周期において、固定的に設定値を算出する。ＣＰＵ３１は算出された制御量（設定値）を設定値メモリ３４に格納し、次の半周期においてドライブ回路１７にＰＷＭ制御信号として供給するようになっている。ドライブ回路１７は制御部３１によって与えられたＰＷＭ制御信号に基づいて、トランジスタＱ１のデューティを設定する。これにより、本実施の形態においては、交流電源の半周期の間、トランジスタＱ１のオンデューティは固定されるようになっている。
【００２４】
ＣＰＵ３１は、交流電源の各半周期において、消費電力の算出及びＰＷＭ制御の制御量の算出を行い、半周期毎に設定値の変更を行う。なお、制御部３０には、負荷ランプ１６のオン，オフを指示するためのオン，オフ信号も与えられる。
【００２５】
次に、このように構成された実施の形態の動作について図２及び図３を参照して説明する。図２は各部の信号波形を示す波形図である。図２（ａ），（ｂ），（ｄ）〜（ｇ）は、夫々図１の（ａ），（ｂ），（ｄ）〜（ｇ）における信号波形を示している。なお、図２（ｃ）は従来と同様に、平滑化したランプ電圧に応じて逐次ＰＷＭ制御を行うものとした場合における整流器１４の入力側の電流の変化を示している。また、図３は本実施の形態における定消費電力制御を説明するためのフローチャートである。
【００２６】
電源端子１１，１２から供給された交流電源電圧は、ノイズフィルタ１３によってノイズが除去された後、整流器１４に供給される。整流器１４は全波整流によって、交流電圧を脈流に変換する。フィルタチョークＬ１及びコンデンサＣ１によって、整流器１４の出力のノイズが除去される。こうして、コンデンサＣ１の両端には交流電源電圧の整流出力である脈流電圧が発生する。図２（ｂ）の包絡線は負荷ランプ１６に印加される脈流を示している。
【００２７】
ここで、オン，オフ信号によってオンが指示されるものとする。ＣＰＵ３１は、図３のステップＳ１において、ＰＷＭ制御のための初期値を設定し、ステップＳ２において、ドライブ回路１７に設定初期値をＰＷＭ制御信号として出力する。これにより、ドライブ回路１７は所定のオンデューティでトランジスタＱ１を駆動する。即ち、コンデンサＣ１の両端の脈流電圧が、トランジスタＱ１によって断続されて、負荷ランプ１６には、矩形波電圧が印加される。
【００２８】
なお、ＰＷＭ制御の制御量は、トランジスタＱ１のオンデューティに対応する。例えば、負荷ランプ１６のフル点灯で１ＫＷの電力を消費し、この場合のオンデューティの初期値が１００％であるものとする。また、待機状態においては、負荷ランプ１６の消費電力として例えば０〜１００Ｗを設定するためにオンデューティの初期値が０〜２０％であるものとする。調光量が待機状態とフル点灯との間の値である場合には、ＣＰＵ３１は、調光信号に応じた消費電力に従って、オンデューティをリニアに変化させる。
【００２９】
この場合において、図２（ａ）の前半の高温制御指示に示すように、負荷ランプ１６の発生温度を比較的高くする調光信号が与えられるものとする。この場合には、ドライブ回路１７は、トランジスタＱ１を比較的大きいオンデューティで駆動する。
【００３０】
図２（ｂ）の斜線領域は、トランジスタＱ１のオン期間を示しており、負荷ランプ１６に印加される電圧を示している。なお、トランジスタＱ１のオン，オフ周波数は、２０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ程度である。
【００３１】
電圧検出回路２１はこの斜線領域の電圧を平滑化し、図２（ｄ）に示す検出電圧を発生する。仮に、特許文献１のように、この検出電圧のみを用いてＰＷＭ制御を行って、トランジスタＱ１のオンデューティを逐次変化させると、電圧の高い期間においてはオンデューティが小さくなり、電圧の低い期間においてはオンデューティが大きくなって、図２（ｃ）に示すように、整流器１４に流れる電流は歪んでしまう。そうすると、回路の力率が低下し、負荷ランプ１６の発生温度が所定の設定温度に到達するのに長時間を要してしまう。
【００３２】
これに対し、本実施の形態においては、ＰＷＭ制御の制御量を交流電源の半周期の期間毎に変化させることで、回路の力率を向上させている。また、負荷ランプ１６に印加される電圧を検出するだけでなく、整流器１４に流れる電流を検出することで、負荷ランプ１６の消費電力に応じた制御を可能にして、ＰＷＭ制御の精度を向上させている。
【００３３】
即ち、ＣＰＵ３１は、ゼロクロス検出部１５からのゼロクロス検出信号を用いて、負荷ランプ１６に印加される電圧のゼロクロスタイミングを取得する。次に、ＣＰＵ３１は、ゼロクロスタイミングを基準として、整流器１４に入力される交流電圧の半周期内で複数のサンプリングタイミングを設定する。そして、ＣＰＵ３１は計測部３２を制御して、各サンプリングタイミングにおける電圧検出回路２１の検出電圧及び電流検出回路２２の検出電流から、負荷ランプ１６の消費電力を算出する。
【００３４】
ＣＰＵ３１は、ステップＳ３において、電圧検出回路２１からの検出電圧を取得し、ステップＳ４において、電流検出回路２２からの検出電流を取得する。そして、ステップＳ５において、検出電圧及び検出電流の積から消費電力を算出し、更に、既知の回路ロスを減算することで、負荷ランプ１６の消費電力を求める。
【００３５】
ＣＰＵ３１は算出された消費電力のデータを計測値メモリ３３に与えて記憶させる（ステップＳ６）。ＣＰＵ３１は全サンプルタイミングにおける消費電力を求めるまで、ステップＳ３〜Ｓ６の処理を繰り返す。全サンプル点の消費電力が求められると、処理をステップＳ８に移行する。
【００３６】
ＣＰＵ３１は、ステップＳ８において演算部３５を制御して、交流電源の半周期において設定するＰＷＭ制御の制御量を算出する。例えば、ＣＰＵ３１は、交流電圧の半周期分の消費電力の平均値と、調光信号に応じて規定されている消費電力との差分を求め、差分に応じた制御量を求める。この制御量（設定値）のデータはＰＷＭ制御値として設定値メモリ３４に格納される。
【００３７】
ＣＰＵ３１はステップＳ９においてゼロクロスを検出する。ゼロクロス検出部１５は、整流器１４の出力のゼロクロスタイミングでゼロクロス検出信号を出力しており、ＣＰＵ３１はゼロクロス検出信号によって交流電源の半周期の切換わりタイミングを検出する。ＣＰＵ３１はゼロクロスを検出すると、処理をステップＳ２に戻して、ステップＳ８において算出したＰＷＭ制御値を読み出してドライブ回路１７に与える。
【００３８】
例えば、図２のタイミングｔ２においてゼロクロスが検出されると、図２の期間Ｔ２において収集した検出電圧及び検出電流に基づいて算出したＰＷＭ制御値を、ドライブ回路１７に固定的に供給する。こうして、次の半周期である期間Ｔ３においては、ドライブ回路１７は、期間Ｔ２の消費電流を用いて計算されたＰＷＭ制御値に基づく固定のオンデューティで、トランジスタＱ１を駆動する。これにより、トランジスタＱ１は、交流電源の半周期期間は、オンデューティが変化することなく固定されたオンデューティで駆動される。なお、図２では、期間Ｔ２，Ｔ３におけるオンデューティは略同一の例を示してある。
【００３９】
また、図３の例では、制御部３１は、交流電源の半周期において、負荷ランプ１６の消費電力の算出とＰＷＭ制御の制御量の算出とを時分割に行う例を示しているが、これらの処理を並行して同時に実施するようにしてもよい。こうして、制御部３１は、交流電源の半周期毎に、ＰＷＭ制御の制御量を変更する。
【００４０】
負荷ランプ１６に設定する発生温度を変化させる場合、即ち、調光信号が変化する場合でも、ＰＷＭ制御の制御量の変更は、交流電源の半周期毎に行われる。例えば、図２（ａ）に示すように、交流電源の所定の半周期の途中のタイミングｔ１において、調光信号が変化する場合でも、この調光信号に応じたＰＷＭ制御は、図２（ｆ）に示すように、交流電源の次の半周期の開始タイミングｔ３において変更される。調光信号の低温制御指示に対して、実際の低温制御は、期間Ｔ４以降に行われる。
【００４１】
このように、本実施の形態においては、ＰＷＭ制御の制御量は交流電源の半周期毎に変化する。交流電源の半周期内では、ＰＷＭ制御の制御量は固定されており、整流器１４に流れる電流の変化は一定である。即ち、図２（ｇ）に示すように、整流器１４には正弦波形の電流が流れることになる。これにより、回路の力率を向上させることができ、高効率のランプ駆動回路を構成することができる。こうして、例えば、負荷ランプ１６がオフ点灯の待機状態から点灯状態に移行する場合でも、高出力の使用が可能となり、短時間に所望の設定温度に到達させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る定着器駆動装置を示す回路図。
【図２】各部の信号波形を示す波形図。
【図３】本実施の形態における定消費電力制御を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
【００４３】
１４…整流器、１５…ゼロクロス検出部、１６…負荷ランプ、１７…ドライブ回路、２０…消費電力検出部、２１…電圧検出回路、２２…電流検出回路、３０…制御部、３１…ＣＰＵ、３２…計測部、３３…計測値メモリ、３４…設定値メモリ、３５…演算部、Ｑ１…トランジスタ。
【図１】
2007163603.tif 000003
【図２】
2007163603.tif 000004
【図３】
2007163603.tif 000005