JPH07192843A - 広い電源電圧範囲にわたって機能する抵抗性加熱制御システムおよび方法 - Google Patents
広い電源電圧範囲にわたって機能する抵抗性加熱制御システムおよび方法Info
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- JPH07192843A JPH07192843A JP6263497A JP26349794A JPH07192843A JP H07192843 A JPH07192843 A JP H07192843A JP 6263497 A JP6263497 A JP 6263497A JP 26349794 A JP26349794 A JP 26349794A JP H07192843 A JPH07192843 A JP H07192843A
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/1906—Control of temperature characterised by the use of electric means using an analogue comparing device
- G05D23/1913—Control of temperature characterised by the use of electric means using an analogue comparing device delivering a series of pulses
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 融着システムが広範な交流電源電圧範囲にわたっ
て機能することを可能にする制御システムおよび融着システムを
提供すること 【構成】 本発明は、電力消費が制御される場合には抵
抗性加熱素子13に関する定格電圧を一般的なライン電圧範
囲にわたり無視することができる、という知識を利用し
ている。これは、電源から加熱素子13に断片的な量の電
力を加えることにより達成される。この方法は基本的に
は、印加すべき電力量と利用可能な電力量との比を決定
即ち概算する(ステッフ゜31,32)ことからなる。この比にほぼ
等しいテ゛ューティサイクルで制御信号が生成される(ステッフ゜33)。
その制御信号の制御下で零交差スイッチ12が加熱素子13に対
して1/2サイクルのスイッチンク゛を行う。従って、利用可能な1/2サ
イクル部分を加熱素子13に加えることにより、その加熱素
子13による平均電力消費を制御することができる。
て機能することを可能にする制御システムおよび融着システムを
提供すること 【構成】 本発明は、電力消費が制御される場合には抵
抗性加熱素子13に関する定格電圧を一般的なライン電圧範
囲にわたり無視することができる、という知識を利用し
ている。これは、電源から加熱素子13に断片的な量の電
力を加えることにより達成される。この方法は基本的に
は、印加すべき電力量と利用可能な電力量との比を決定
即ち概算する(ステッフ゜31,32)ことからなる。この比にほぼ
等しいテ゛ューティサイクルで制御信号が生成される(ステッフ゜33)。
その制御信号の制御下で零交差スイッチ12が加熱素子13に対
して1/2サイクルのスイッチンク゛を行う。従って、利用可能な1/2サ
イクル部分を加熱素子13に加えることにより、その加熱素
子13による平均電力消費を制御することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に、電力制御システ
ムに関し、特に、抵抗性加熱素子による電力消費量を制
御する方法および装置に関する。
ムに関し、特に、抵抗性加熱素子による電力消費量を制
御する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの用途では、広範囲の交流電圧にわ
たり装置が有効に作用することが必要とされている。米
国内では、一般的な電力線の電圧は、AC110〜240Vの範
囲におよび得るものである。特定の装置が米国およびそ
の他の市場で機能することになる場合には、その装置は
異なる動作電圧を考慮したものでなければならない。大
部分の装置では、ユーザ起動式スイッチを設けることに
よりこの問題を解決しており、そのスイッチにより、ユ
ーザが適切な入力電圧を選択することになる。間違った
設定を選択して装置に損傷を与える可能性があるといっ
た明らかな問題以外にも、このスイッチによる構成は別
の問題を呈するものである。一般に、スイッチによる構
成は、変圧器が用いられることを意味している。スイッ
チは、変圧器について適当な一次巻線を選択するもので
ある。変圧器を必要とすることにより、重さとかさが増
大し、効率の悪いものとなる。変圧器はまた、その複数
の巻線のためにコストを増大させるものとなる。
たり装置が有効に作用することが必要とされている。米
国内では、一般的な電力線の電圧は、AC110〜240Vの範
囲におよび得るものである。特定の装置が米国およびそ
の他の市場で機能することになる場合には、その装置は
異なる動作電圧を考慮したものでなければならない。大
部分の装置では、ユーザ起動式スイッチを設けることに
よりこの問題を解決しており、そのスイッチにより、ユ
ーザが適切な入力電圧を選択することになる。間違った
設定を選択して装置に損傷を与える可能性があるといっ
た明らかな問題以外にも、このスイッチによる構成は別
の問題を呈するものである。一般に、スイッチによる構
成は、変圧器が用いられることを意味している。スイッ
チは、変圧器について適当な一次巻線を選択するもので
ある。変圧器を必要とすることにより、重さとかさが増
大し、効率の悪いものとなる。変圧器はまた、その複数
の巻線のためにコストを増大させるものとなる。
【０００３】最近の装置には、汎用(universal)電源を
用いるものもある。これら汎用電源は、入力電圧とは関
係なく、装置により利用される適当な内部電圧を自動的
に出力するものである。勿論、汎用電源であっても、許
容可能な一定範囲の入力電圧を有している。この汎用電
源の主たる欠点は、そのコストと効率の悪さにある。効
率は、大量の電力を変換しようとする場合に問題にな
る。
用いるものもある。これら汎用電源は、入力電圧とは関
係なく、装置により利用される適当な内部電圧を自動的
に出力するものである。勿論、汎用電源であっても、許
容可能な一定範囲の入力電圧を有している。この汎用電
源の主たる欠点は、そのコストと効率の悪さにある。効
率は、大量の電力を変換しようとする場合に問題にな
る。
【０００４】電子写真印刷技術では、例えば、印刷媒体
は、融着システムを通過しなければならない。融着器(f
user)内では、印刷媒体が加圧ローラと加熱ローラとの
間で加圧される。熱および圧力を加えることにより、印
刷媒体上の画像が溶けて印刷媒体上に融着される。融着
ローラは、どのような方法でも加熱可能であるが、融着
ローラ内にランプを配設するのが最も一般的な方法であ
る。プリンタの電子装置および給排紙関連部品は汎用電
源により給電可能なものであるが、一般に電球は適当な
ライン電圧に合わせて選択される。従って、変圧器を用
いて電球に適した電圧の切り換え選択を行うか、また
は、比較的厳密な電圧範囲を各々が有する２つの別個の
融着システムを用いることになる。従って、電力要件に
関してプリンタを真に汎用化することは不可能である。
は、融着システムを通過しなければならない。融着器(f
user)内では、印刷媒体が加圧ローラと加熱ローラとの
間で加圧される。熱および圧力を加えることにより、印
刷媒体上の画像が溶けて印刷媒体上に融着される。融着
ローラは、どのような方法でも加熱可能であるが、融着
ローラ内にランプを配設するのが最も一般的な方法であ
る。プリンタの電子装置および給排紙関連部品は汎用電
源により給電可能なものであるが、一般に電球は適当な
ライン電圧に合わせて選択される。従って、変圧器を用
いて電球に適した電圧の切り換え選択を行うか、また
は、比較的厳密な電圧範囲を各々が有する２つの別個の
融着システムを用いることになる。従って、電力要件に
関してプリンタを真に汎用化することは不可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、融着システムが広範な交流電源電圧範囲にわたって
機能することを可能にする制御システムおよび融着シス
テムを提供することにある。
は、融着システムが広範な交流電源電圧範囲にわたって
機能することを可能にする制御システムおよび融着シス
テムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、電力消費が制
御される場合には、一般に利用可能な抵抗性加熱素子に
関する定格電圧を、一般的なライン電圧範囲にわたって
無視することができる、という知識を利用したものであ
る。本発明の目的を達成するために、ＡＣ電源から加熱
素子へと断片的な量の電力を加える方法が提供される。
この方法は、基本的には、印加されるべき電力量と利用
可能な電力量との比を決定することからなる。この比に
ほぼ等しいデューティサイクルで制御信号が生成され
る。その制御信号の制御下で、零交差スイッチが、加熱
素子に対して1/2サイクルのスイッチングを行う。従っ
て、利用可能な1/2サイクル部分を加熱素子に加えるこ
とにより、その加熱素子により消費される平均電力を制
御することができる。
御される場合には、一般に利用可能な抵抗性加熱素子に
関する定格電圧を、一般的なライン電圧範囲にわたって
無視することができる、という知識を利用したものであ
る。本発明の目的を達成するために、ＡＣ電源から加熱
素子へと断片的な量の電力を加える方法が提供される。
この方法は、基本的には、印加されるべき電力量と利用
可能な電力量との比を決定することからなる。この比に
ほぼ等しいデューティサイクルで制御信号が生成され
る。その制御信号の制御下で、零交差スイッチが、加熱
素子に対して1/2サイクルのスイッチングを行う。従っ
て、利用可能な1/2サイクル部分を加熱素子に加えるこ
とにより、その加熱素子により消費される平均電力を制
御することができる。
【０００７】
【実施例】本発明は、入力ＡＣ電力にパルス幅変調を施
して、加熱素子が消費する電力量を制御するものであ
る。この構成は、電力消費が制御される場合には、一般
に利用可能な抵抗性の加熱用白熱電球に関する定格電圧
を、一般的なライン電圧範囲にわたって無視することが
できる、という知識を利用したものである。従って、12
0V-750Wを定格とする電球を33％のデューティサイクル
で210Vで動作させると、やはり750Wを発生する。このよ
うな加熱装置を電力消費の制御を用いて一層高い電圧で
動作させるということは、その加熱装置に悪影響を与え
るものではないと思われるし、また電球にとって有益な
ものとさえなり得る。
して、加熱素子が消費する電力量を制御するものであ
る。この構成は、電力消費が制御される場合には、一般
に利用可能な抵抗性の加熱用白熱電球に関する定格電圧
を、一般的なライン電圧範囲にわたって無視することが
できる、という知識を利用したものである。従って、12
0V-750Wを定格とする電球を33％のデューティサイクル
で210Vで動作させると、やはり750Wを発生する。このよ
うな加熱装置を電力消費の制御を用いて一層高い電圧で
動作させるということは、その加熱装置に悪影響を与え
るものではないと思われるし、また電球にとって有益な
ものとさえなり得る。
【０００８】図１は本発明の第１実施例を示すものであ
る。同図において、マイクロプロセッサ10は制御システ
ム11にオン／オフ信号を供給する。次いで制御システム
11が零交差スイッチ（ＺＣＳ）12に適当な制御信号を供
給する。図示のように、制御システム11は概算ライン電
圧を知っていなければならない。制御システム11は、そ
の情報を用いてＺＣＳ12への制御信号を変調して加熱素
子13への電力量を制御することができる。零交差スイッ
チ12は、加熱素子13への電力が入力ＡＣ電圧の零交差時
にスイッチングされることを確実化する。当業者には明
らかなように、こうしたスイッチングにより、電気ノイ
ズの発生が低減される。制御システム11の機能の詳細に
ついては後述することとする。
る。同図において、マイクロプロセッサ10は制御システ
ム11にオン／オフ信号を供給する。次いで制御システム
11が零交差スイッチ（ＺＣＳ）12に適当な制御信号を供
給する。図示のように、制御システム11は概算ライン電
圧を知っていなければならない。制御システム11は、そ
の情報を用いてＺＣＳ12への制御信号を変調して加熱素
子13への電力量を制御することができる。零交差スイッ
チ12は、加熱素子13への電力が入力ＡＣ電圧の零交差時
にスイッチングされることを確実化する。当業者には明
らかなように、こうしたスイッチングにより、電気ノイ
ズの発生が低減される。制御システム11の機能の詳細に
ついては後述することとする。
【０００９】次に図２および図３を参照する。同図は、
本発明の機能を詳細に示したものである。図２は、一般
に正弦波である典型的な入力ＡＣ電力波形を示してい
る。加熱素子に完全な正弦波が加えられる場合には、電
力消費は、入力ＡＣ波形の電圧（Ｖ）と加熱素子の抵抗
（Ｒ）との関数になる。加熱素子の抵抗（Ｒ）は時間お
よび温度に関して変化するので、実際の抵抗は複雑な関
数となる。しかし、説明の簡略化のため、以下の論述で
は公称定常状態値Ｒを用いることとする。従って、所与
の加熱素子が入力電圧ＶについてＰWを定格とする場
合、その加熱素子は次に示す抵抗Ｒを有することにな
る。
本発明の機能を詳細に示したものである。図２は、一般
に正弦波である典型的な入力ＡＣ電力波形を示してい
る。加熱素子に完全な正弦波が加えられる場合には、電
力消費は、入力ＡＣ波形の電圧（Ｖ）と加熱素子の抵抗
（Ｒ）との関数になる。加熱素子の抵抗（Ｒ）は時間お
よび温度に関して変化するので、実際の抵抗は複雑な関
数となる。しかし、説明の簡略化のため、以下の論述で
は公称定常状態値Ｒを用いることとする。従って、所与
の加熱素子が入力電圧ＶについてＰWを定格とする場
合、その加熱素子は次に示す抵抗Ｒを有することにな
る。
【００１０】
【数１】
【００１１】例えば、AC120Vで750Wを定格とする加熱素
子を用いる場合には、その加熱素子の抵抗Ｒは以下の通
りとなる。
子を用いる場合には、その加熱素子の抵抗Ｒは以下の通
りとなる。
【００１２】
【数２】
【００１３】AC210Vの電圧で同一量の電力が所望される
場合には、抵抗Ｒは次のようになる。
場合には、抵抗Ｒは次のようになる。
【００１４】
【数３】
【００１５】一方、AC120Vの加熱素子をAC210Vの電源で
利用した場合には、消費される電力量は、次のようにな
る。
利用した場合には、消費される電力量は、次のようにな
る。
【００１６】
【数４】
【００１７】長時間にわたり間違った電圧が印加された
場合には、加熱素子はおそらく破壊されるか少なくとも
損傷を被ることになる、ということは明らかである。数
４から、AC120Vの加熱素子にAC210Vを印加した場合にお
ける所望の電力消費と実際の電力消費との比は、ほぼ次
のようになる。
場合には、加熱素子はおそらく破壊されるか少なくとも
損傷を被ることになる、ということは明らかである。数
４から、AC120Vの加熱素子にAC210Vを印加した場合にお
ける所望の電力消費と実際の電力消費との比は、ほぼ次
のようになる。
【００１８】
【数５】
【００１９】従って、AC210Vのデューティサイクルを33
％まで低下させれば、AC120Vの加熱素子は平均750Ｗを
消費することになる。
％まで低下させれば、AC120Vの加熱素子は平均750Ｗを
消費することになる。
【００２０】図３において、ライン20は、33％のデュー
ティサイクルを有する正弦波を示している。同グラフ中
の波線は、その正弦波のうち加熱素子に加えられない部
分を表すものである、という点に留意されたい。正弦波
の下側に示す波形は、その正弦波の変調に用いる制御信
号21である。上述のように、本発明は零交差スイッチを
利用して電気ノイズを低減させるものである。このよう
なスイッチの使用は、本発明の機能にとって必要なもの
ではないが、零交差スイッチを使用することにより、入
力正弦波がゼロ電圧と交差する毎に制御信号がサンプリ
ングされるようになる。その制御信号が高レベルである
場合、次の1/2サイクルに備えて零交差スイッチがオン
になり、一方、信号が低レベルである場合には、次の1/
2サイクルに備えて零交差スイッチがオフになる。従っ
て、制御信号が高レベルの場合には、正弦波が加熱素子
に加えられる。従って、制御信号のデューティサイクル
を制御することにより、印加電圧のデューティサイクル
もまた制御することができる。本実施例の場合、制御信
号のデューティサイクル（t1／t2）は約33％である。
ティサイクルを有する正弦波を示している。同グラフ中
の波線は、その正弦波のうち加熱素子に加えられない部
分を表すものである、という点に留意されたい。正弦波
の下側に示す波形は、その正弦波の変調に用いる制御信
号21である。上述のように、本発明は零交差スイッチを
利用して電気ノイズを低減させるものである。このよう
なスイッチの使用は、本発明の機能にとって必要なもの
ではないが、零交差スイッチを使用することにより、入
力正弦波がゼロ電圧と交差する毎に制御信号がサンプリ
ングされるようになる。その制御信号が高レベルである
場合、次の1/2サイクルに備えて零交差スイッチがオン
になり、一方、信号が低レベルである場合には、次の1/
2サイクルに備えて零交差スイッチがオフになる。従っ
て、制御信号が高レベルの場合には、正弦波が加熱素子
に加えられる。従って、制御信号のデューティサイクル
を制御することにより、印加電圧のデューティサイクル
もまた制御することができる。本実施例の場合、制御信
号のデューティサイクル（t1／t2）は約33％である。
【００２１】ＺＣＳを使用することの代替策として、制
御信号の変化が、入力電力の零交差と同期されている場
合には、ＺＣＳは不要となる。こうした同期処理は、零
交差検出器を用いてゲート制御信号を出力して制御信号
のゲート処理を行うことにより簡単に実施することが可
能である。この同期処理はまた、ＡＣ検知信号における
零交差をリアルタイムで検出し、その零交差時に制御信
号のトグルを行うことのみによっても実施可能である。
御信号の変化が、入力電力の零交差と同期されている場
合には、ＺＣＳは不要となる。こうした同期処理は、零
交差検出器を用いてゲート制御信号を出力して制御信号
のゲート処理を行うことにより簡単に実施することが可
能である。この同期処理はまた、ＡＣ検知信号における
零交差をリアルタイムで検出し、その零交差時に制御信
号のトグルを行うことのみによっても実施可能である。
【００２２】引き続き、この例に関し、図３の波形が加
熱素子に加えられるものと仮定した場合、加熱素子によ
る電力消費は、時間の33％について2290Ｗ、時間の66％
について0Ｗ、時間平均で750Ｗとなる。前述のように、
加熱素子の抵抗は複雑な関数となる。実際のテストの結
果、上記加熱素子の抵抗は公称値19.2Ωよりも僅かに増
大する、ということが分かった。従って、デューティサ
イクルを増大させて適当な量の電力を生成するようにす
る必要があると思われる。
熱素子に加えられるものと仮定した場合、加熱素子によ
る電力消費は、時間の33％について2290Ｗ、時間の66％
について0Ｗ、時間平均で750Ｗとなる。前述のように、
加熱素子の抵抗は複雑な関数となる。実際のテストの結
果、上記加熱素子の抵抗は公称値19.2Ωよりも僅かに増
大する、ということが分かった。従って、デューティサ
イクルを増大させて適当な量の電力を生成するようにす
る必要があると思われる。
【００２３】図１に示すように、ＡＣ検知装置14は、電
源信号を受信して、入力電力の電圧レベルを識別する信
号を生成する。その信号は、特定の実施例に依存して、
入力電圧に比例する場合もあれば、その代替例におい
て、入力電圧が所与の範囲内にあることを単に表す場合
もある。その情報より、制御システム11は、その電圧
や、所望の加熱電力を供給するのに必要なデューティサ
イクルを決定することができる。
源信号を受信して、入力電力の電圧レベルを識別する信
号を生成する。その信号は、特定の実施例に依存して、
入力電圧に比例する場合もあれば、その代替例におい
て、入力電圧が所与の範囲内にあることを単に表す場合
もある。その情報より、制御システム11は、その電圧
や、所望の加熱電力を供給するのに必要なデューティサ
イクルを決定することができる。
【００２４】制御システム11は、限られた数の選択肢の
中から適当なデューティサイクルをＡＣ検知信号が選択
するように構成可能なものである。代替実施例の場合に
は、ＡＣ検知信号により、考え得るデューティサイクル
数を無限にすることが可能となる。制御システム11の一
実施例は、マルチバイブレータを用いて実施可能であ
る。制御システム11の別の実施例は、カウンタ回路を用
いてマイクロプロセッサ10からのクロック信号を既知の
係数で除算して所望の制御信号を生成することを含むも
のである。当業者であれば、制御システム11の別様の詳
細な実施も可能である。制御システム11は所望の機能を
果たすものであれば良く、その特定実施例は本発明にと
って重要なものではない。
中から適当なデューティサイクルをＡＣ検知信号が選択
するように構成可能なものである。代替実施例の場合に
は、ＡＣ検知信号により、考え得るデューティサイクル
数を無限にすることが可能となる。制御システム11の一
実施例は、マルチバイブレータを用いて実施可能であ
る。制御システム11の別の実施例は、カウンタ回路を用
いてマイクロプロセッサ10からのクロック信号を既知の
係数で除算して所望の制御信号を生成することを含むも
のである。当業者であれば、制御システム11の別様の詳
細な実施も可能である。制御システム11は所望の機能を
果たすものであれば良く、その特定実施例は本発明にと
って重要なものではない。
【００２５】図４は、本発明の代替実施例を示すもので
ある。この場合、マイクロプロセッサ10はＺＣＳ12への
制御信号を直接変調する。この構成は幾つかの利点を有
するものである。第１に、部品数が削減されるため、効
率および信頼性が高くなり、コストが低くなる。第２
に、マイクロプロセッサ10中のファームウェアは、加熱
素子13の寿命を延ばす緩慢始動や、システムの温度を動
作温度まで急速に上昇させる急速始動といった機能を簡
単に備えることが可能なものである。この構成の場合、
マイクロプロセッサ10は、変調信号（図３の符号21）を
直接に生成可能なものである。更に、図１または図４の
構成の場合、マイクロプロセッサ10は加熱素子13を必要
に応じてオフ／オンさせることができる。上述のよう
に、これは、熱が不要である場合にシステムが電力を減
少させることを可能とする。
ある。この場合、マイクロプロセッサ10はＺＣＳ12への
制御信号を直接変調する。この構成は幾つかの利点を有
するものである。第１に、部品数が削減されるため、効
率および信頼性が高くなり、コストが低くなる。第２
に、マイクロプロセッサ10中のファームウェアは、加熱
素子13の寿命を延ばす緩慢始動や、システムの温度を動
作温度まで急速に上昇させる急速始動といった機能を簡
単に備えることが可能なものである。この構成の場合、
マイクロプロセッサ10は、変調信号（図３の符号21）を
直接に生成可能なものである。更に、図１または図４の
構成の場合、マイクロプロセッサ10は加熱素子13を必要
に応じてオフ／オンさせることができる。上述のよう
に、これは、熱が不要である場合にシステムが電力を減
少させることを可能とする。
【００２６】次に図５を参照する。同図は、マイクロプ
ロセッサ10の論理フローチャートを示すものである。ヒ
ータをオンにすべきであるとシステムのマスタプログラ
ムが判定した場合に図５のステップが実行される。ヒー
タをオンにする前に、マイクロプロセッサ10は、ステッ
プ31でＡＣライン電圧の値を最初に決定するか、あるい
は、第１の概算を行わなければならない。上述のよう
に、マイクロプロセッサ10は、入力電圧に比例した信号
を受信するか、または、電圧が所与の範囲内にあること
を示す有限数の離散信号を単に受信することができる。
検知方法にかかわらず、ステップ32で制御信号のデュー
ティサイクルが決定されなければならない。このステッ
プは、数５を利用してデューティサイクルをマイクロプ
ロセッサ10に実際に計算させることにより実施すること
もできるし、また代替的には、入力ＡＣ電圧に基づいて
予め計算されているデューティサイクルを有するルック
アップテーブルを利用することも可能である。当業者で
あれば、大して実験を重ねることなくデューティサイク
ルの他の決定方法を考案することが可能である。
ロセッサ10の論理フローチャートを示すものである。ヒ
ータをオンにすべきであるとシステムのマスタプログラ
ムが判定した場合に図５のステップが実行される。ヒー
タをオンにする前に、マイクロプロセッサ10は、ステッ
プ31でＡＣライン電圧の値を最初に決定するか、あるい
は、第１の概算を行わなければならない。上述のよう
に、マイクロプロセッサ10は、入力電圧に比例した信号
を受信するか、または、電圧が所与の範囲内にあること
を示す有限数の離散信号を単に受信することができる。
検知方法にかかわらず、ステップ32で制御信号のデュー
ティサイクルが決定されなければならない。このステッ
プは、数５を利用してデューティサイクルをマイクロプ
ロセッサ10に実際に計算させることにより実施すること
もできるし、また代替的には、入力ＡＣ電圧に基づいて
予め計算されているデューティサイクルを有するルック
アップテーブルを利用することも可能である。当業者で
あれば、大して実験を重ねることなくデューティサイク
ルの他の決定方法を考案することが可能である。
【００２７】マイクロプロセッサ10がデューティサイク
ルを決定した後、そのデューティサイクルを有する制御
信号をステップ33で生成しなければならない。ステップ
32と同様に、ステップ33も幾つかの方法で実施すること
ができる。例えば、一定間隔においてマイクロプロセッ
サ10に割り込むことが可能である。そのような間隔にお
いて、マイクロプロセッサ10は、制御信号のトグルを行
う必要があるか否かを判定し、必要とあらばその制御信
号のトグルを行う。もう１つの方法では、ハードウェア
カウンタで信号のカウントおよび生成を行う負担が生じ
る。上記説明の２つ以外の構成も可能である。これら２
つの構成に関する説明は、それら２実施例のみにステッ
プ33を制限することを意味するものではない。
ルを決定した後、そのデューティサイクルを有する制御
信号をステップ33で生成しなければならない。ステップ
32と同様に、ステップ33も幾つかの方法で実施すること
ができる。例えば、一定間隔においてマイクロプロセッ
サ10に割り込むことが可能である。そのような間隔にお
いて、マイクロプロセッサ10は、制御信号のトグルを行
う必要があるか否かを判定し、必要とあらばその制御信
号のトグルを行う。もう１つの方法では、ハードウェア
カウンタで信号のカウントおよび生成を行う負担が生じ
る。上記説明の２つ以外の構成も可能である。これら２
つの構成に関する説明は、それら２実施例のみにステッ
プ33を制限することを意味するものではない。
【００２８】制御信号は生成されるが、マイクロプロセ
ッサ10はステップ34で周期的にＡＣ電圧を再チェックす
べきである。電圧が大幅に変化した場合には、ステップ
32でデューティサイクルを再計算する必要がある可能性
がある。マイクロプロセッサ10はまた、ステップ35で、
主システムがヒータをオフにするように信号を送るとき
を検出してその信号の送信を行わなければならない。そ
の他の機能を図５に加えることも可能である。例えば、
温度モニタを利用して、ヒータの温度が許容範囲内にあ
るか否かをマイクロプロセッサ10に知らせることも可能
である。本発明の動作には不必要なものではあるが、そ
のような温度検知装置を加熱素子13の近くに配設するこ
とにより、適正動作温度になるようにマイクロプロセッ
サがデューティサイクルを調整するために利用可能なリ
アルタイム情報を提供することができる。温度検知装置
からの情報はまた、加熱素子が所定の安全な制約条件内
で動作していることを示すことも可能である。
ッサ10はステップ34で周期的にＡＣ電圧を再チェックす
べきである。電圧が大幅に変化した場合には、ステップ
32でデューティサイクルを再計算する必要がある可能性
がある。マイクロプロセッサ10はまた、ステップ35で、
主システムがヒータをオフにするように信号を送るとき
を検出してその信号の送信を行わなければならない。そ
の他の機能を図５に加えることも可能である。例えば、
温度モニタを利用して、ヒータの温度が許容範囲内にあ
るか否かをマイクロプロセッサ10に知らせることも可能
である。本発明の動作には不必要なものではあるが、そ
のような温度検知装置を加熱素子13の近くに配設するこ
とにより、適正動作温度になるようにマイクロプロセッ
サがデューティサイクルを調整するために利用可能なリ
アルタイム情報を提供することができる。温度検知装置
からの情報はまた、加熱素子が所定の安全な制約条件内
で動作していることを示すことも可能である。
【００２９】既存のマイクロプロセッサを利用すること
により、印加電圧のパルス幅、周波数、およびタイミン
グをリアルタイムで最適化することが可能である。こう
した構成によれば、緩慢始動、急速ウォームアップ、フ
リッカ低減、および一定出力といった更なる利点を実現
することも可能となる。
により、印加電圧のパルス幅、周波数、およびタイミン
グをリアルタイムで最適化することが可能である。こう
した構成によれば、緩慢始動、急速ウォームアップ、フ
リッカ低減、および一定出力といった更なる利点を実現
することも可能となる。
【００３０】当業界で周知のように、加熱素子は、冷え
た素子に最初に電力を供給する際に故障する可能性が最
も高いものである。加熱素子の常温抵抗が公称動作抵抗
よりもはるかに低いので、突入電流が極めて大きいもの
になる可能性がある。緩慢始動により、加熱素子がゆっ
くりとその動作温度および公称抵抗に達することが可能
になる。従って、制御信号のデューティサイクルを緩や
かに増大させることにより、初期電流の突入が制御さ
れ、これにより加熱素子が時期尚早に故障する可能性が
低下する。
た素子に最初に電力を供給する際に故障する可能性が最
も高いものである。加熱素子の常温抵抗が公称動作抵抗
よりもはるかに低いので、突入電流が極めて大きいもの
になる可能性がある。緩慢始動により、加熱素子がゆっ
くりとその動作温度および公称抵抗に達することが可能
になる。従って、制御信号のデューティサイクルを緩や
かに増大させることにより、初期電流の突入が制御さ
れ、これにより加熱素子が時期尚早に故障する可能性が
低下する。
【００３１】同様に、加熱素子が動作抵抗に達すると、
短時間でデューティサイクルが増大して公称動作デュー
ティサイクルを超える可能性がある。デューティサイク
ルが増大することにより、加熱素子が出力する熱量が増
大する。加熱素子の熱出力が増大することにより、動作
温度への到達を一層速くすることができる。システムが
熱力学的に、比較的短時間で動作温度に達することを可
能にするのに十分なものであると仮定すれば、その短時
間に加熱素子の電力消費を増大させても、その加熱素子
に悪影響を与えることはない。従って、制御信号のデュ
ーティサイクルを一時的に増大させることにより、加熱
システムがその動作温度に急速に達することができる。
短時間でデューティサイクルが増大して公称動作デュー
ティサイクルを超える可能性がある。デューティサイク
ルが増大することにより、加熱素子が出力する熱量が増
大する。加熱素子の熱出力が増大することにより、動作
温度への到達を一層速くすることができる。システムが
熱力学的に、比較的短時間で動作温度に達することを可
能にするのに十分なものであると仮定すれば、その短時
間に加熱素子の電力消費を増大させても、その加熱素子
に悪影響を与えることはない。従って、制御信号のデュ
ーティサイクルを一時的に増大させることにより、加熱
システムがその動作温度に急速に達することができる。
【００３２】同時係属出願「POWER LINE SYNCHRONIZED
ZERO-CROSSING SWITCHED CONTROL TECHNIQUE FOR REDUC
ING FLICKER WHILE CONTROLLING POWER IN AN APPARATU
S」（代理人事件No.1093370）に記載のように、比較的
低速で加熱素子のオン／オフを行うことにより、その回
路の光にフリッカが生じる。ほぼ30Hz以上のフリッカ速
度では、そのフリッカは一般には人間の目には感知され
ない。しかし、フリッカ速度が30Hz未満になると、人間
の目はそのフリッカに気づき始める。前記同時係属出願
の教示と本書に解説の教示とを組み合わせることによ
り、それら両発明の利点を単一回路で実現することが可
能になる。
ZERO-CROSSING SWITCHED CONTROL TECHNIQUE FOR REDUC
ING FLICKER WHILE CONTROLLING POWER IN AN APPARATU
S」（代理人事件No.1093370）に記載のように、比較的
低速で加熱素子のオン／オフを行うことにより、その回
路の光にフリッカが生じる。ほぼ30Hz以上のフリッカ速
度では、そのフリッカは一般には人間の目には感知され
ない。しかし、フリッカ速度が30Hz未満になると、人間
の目はそのフリッカに気づき始める。前記同時係属出願
の教示と本書に解説の教示とを組み合わせることによ
り、それら両発明の利点を単一回路で実現することが可
能になる。
【００３３】いかなるシステムであっても故障は生じ得
る。マイクロプロセッサ10が故障し、ＺＣＳ12への制御
信号が高レベル状態にある場合には、加熱素子13が過熱
して、これにより潜在的な安全上の問題が生じることに
なる。従って、何らかの安全措置を更に付加すべきであ
る。その安全措置には、信号が周期的にトグルされてい
ない場合にＺＣＳ12への信号が低レベルになり、これに
よりＺＣＳ12がオフになるようにするように、ＺＣＳ12
に制御信号をＡＣ結合することを含むものがある。別の
安全システムとしては、温度がプリセットレベルを超え
た場合に加熱素子への電力供給をディセーブルにする、
熱ヒューズまたは回路遮断機を含むものが可能である。
本発明は、それら一般的な安全システムの多くに適合す
るものである、ということが容易に理解されよう。他の
多くの安全回路も可能である。
る。マイクロプロセッサ10が故障し、ＺＣＳ12への制御
信号が高レベル状態にある場合には、加熱素子13が過熱
して、これにより潜在的な安全上の問題が生じることに
なる。従って、何らかの安全措置を更に付加すべきであ
る。その安全措置には、信号が周期的にトグルされてい
ない場合にＺＣＳ12への信号が低レベルになり、これに
よりＺＣＳ12がオフになるようにするように、ＺＣＳ12
に制御信号をＡＣ結合することを含むものがある。別の
安全システムとしては、温度がプリセットレベルを超え
た場合に加熱素子への電力供給をディセーブルにする、
熱ヒューズまたは回路遮断機を含むものが可能である。
本発明は、それら一般的な安全システムの多くに適合す
るものである、ということが容易に理解されよう。他の
多くの安全回路も可能である。
【００３４】要約すれば、本発明は、電力消費が制御さ
れる場合には、一般に利用可能な抵抗性加熱素子に関す
る定格電圧を一般的なＡＣライン電圧範囲にわたって無
視することができる、という知識を利用したものであ
る。本発明以前には、マイクロプロセッサ11は、入力Ａ
Ｃ電圧に関する知識なしに零交差スイッチ（ＺＣＳ）12
を直接制御していた。本発明の場合には、制御システム
11がマイクロプロセッサ10とＺＣＳ12との間に配置され
るか、またはマイクロプロセッサ10に入力ＡＣ電圧に関
する情報が提供される。検出されたＡＣ電圧に基づいて
ＺＣＳ12への制御信号が変調されて、加熱素子がＡＣラ
イン電圧にかかわらず同量の熱を消散するようになる。
これにより、特定のＡＣ電圧で動作するよう設計された
加熱素子をそれよりも高い電圧で動作させると共に依然
として適正量の電力が消費されるようにすることが可能
となる。
れる場合には、一般に利用可能な抵抗性加熱素子に関す
る定格電圧を一般的なＡＣライン電圧範囲にわたって無
視することができる、という知識を利用したものであ
る。本発明以前には、マイクロプロセッサ11は、入力Ａ
Ｃ電圧に関する知識なしに零交差スイッチ（ＺＣＳ）12
を直接制御していた。本発明の場合には、制御システム
11がマイクロプロセッサ10とＺＣＳ12との間に配置され
るか、またはマイクロプロセッサ10に入力ＡＣ電圧に関
する情報が提供される。検出されたＡＣ電圧に基づいて
ＺＣＳ12への制御信号が変調されて、加熱素子がＡＣラ
イン電圧にかかわらず同量の熱を消散するようになる。
これにより、特定のＡＣ電圧で動作するよう設計された
加熱素子をそれよりも高い電圧で動作させると共に依然
として適正量の電力が消費されるようにすることが可能
となる。
【００３５】上記説明では、本発明はＡＣ電源から電力
を受けるように記載されているが、本発明はそれに限定
されることを意図したものではない。従って、本発明は
ＤＣ電源を利用しても同様の機能を果たすことが可能で
ある。ＤＣ電源で適正な動作を行わせるためには僅かな
修正が必要となる可能性がある。例えば、ＤＣ電源を使
用する場合にはＺＣＳを用いることはできない。
を受けるように記載されているが、本発明はそれに限定
されることを意図したものではない。従って、本発明は
ＤＣ電源を利用しても同様の機能を果たすことが可能で
ある。ＤＣ電源で適正な動作を行わせるためには僅かな
修正が必要となる可能性がある。例えば、ＤＣ電源を使
用する場合にはＺＣＳを用いることはできない。
【００３６】本発明の好適実施例を例示し、その形態に
ついて解説してきたが、本発明の思想または特許請求の
範囲の欄に記載の本発明の範囲を逸脱することなく、そ
の好適実施例に対して様々な修正を加えることが可能で
ある、ということは当業者には自明であろう。
ついて解説してきたが、本発明の思想または特許請求の
範囲の欄に記載の本発明の範囲を逸脱することなく、そ
の好適実施例に対して様々な修正を加えることが可能で
ある、ということは当業者には自明であろう。
【００３７】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
【００３８】１．加熱素子が消費する主電源手段からの
電力量を制御する装置であって、前記加熱素子が第１の
電圧で動作するように設計されており、前記主電源手段
が第２の電圧を有しており、前記第１の電圧が前記第２
の電圧よりも低いものであり、この装置が、第１の状態
および第２の状態を有する制御信号を生成する信号生成
手段であって、前記第１の状態と前記第２の状態との比
が前記第１の電圧および前記第２の電圧の関数になって
いる、前記信号生成手段と、その信号生成手段からの前
記制御信号を受信するよう構成されたスイッチ手段であ
って、前記制御信号が前記第１の状態にある際に前記電
力が前記主電源手段から前記加熱素子へと流れることを
可能にする、前記スイッチ手段とを備えていることを特
徴とする、前記装置。
電力量を制御する装置であって、前記加熱素子が第１の
電圧で動作するように設計されており、前記主電源手段
が第２の電圧を有しており、前記第１の電圧が前記第２
の電圧よりも低いものであり、この装置が、第１の状態
および第２の状態を有する制御信号を生成する信号生成
手段であって、前記第１の状態と前記第２の状態との比
が前記第１の電圧および前記第２の電圧の関数になって
いる、前記信号生成手段と、その信号生成手段からの前
記制御信号を受信するよう構成されたスイッチ手段であ
って、前記制御信号が前記第１の状態にある際に前記電
力が前記主電源手段から前記加熱素子へと流れることを
可能にする、前記スイッチ手段とを備えていることを特
徴とする、前記装置。
【００３９】２．前記信号生成手段が、前記第２の電圧
を検知してその第２の電圧に比例する電圧レベル信号を
生成するための電圧検知手段を備え、および前記電圧レ
ベル信号を用いて前記比を決定する、前項１記載の装
置。
を検知してその第２の電圧に比例する電圧レベル信号を
生成するための電圧検知手段を備え、および前記電圧レ
ベル信号を用いて前記比を決定する、前項１記載の装
置。
【００４０】３．前記信号生成手段が、前記第２の電圧
を検知してその第２の電圧に比例する電圧レベル信号を
生成するための電圧検知手段を備え、および前記電圧レ
ベル信号を用いて前記比を決定する、前項１記載の装
置。
を検知してその第２の電圧に比例する電圧レベル信号を
生成するための電圧検知手段を備え、および前記電圧レ
ベル信号を用いて前記比を決定する、前項１記載の装
置。
【００４１】４．前記信号生成手段が、前記電圧レベル
信号を受信するよう構成されたマイクロコンピュータ手
段であり、そのマイクロコンピュータ手段が、前記電圧
レベル信号の関数として前記比を決定し、その比に基づ
いて前記制御信号を生成する、前項２記載の装置。
信号を受信するよう構成されたマイクロコンピュータ手
段であり、そのマイクロコンピュータ手段が、前記電圧
レベル信号の関数として前記比を決定し、その比に基づ
いて前記制御信号を生成する、前項２記載の装置。
【００４２】５．前記マイクロコンピュータ手段が、周
期的に変動する電流による前記主電源手段からの前記第
２の電圧と、前記周期的に変動する電流の正および負の
1/2サイクル間で生じる前記第２の電圧の零交差を検出
する零交差検出手段とを備え、および、その零交差検出
手段が前記零交差を検出した際にのみ前記第１の状態と
前記第２の状態との間で前記制御信号を変化させる、前
項４記載の装置。
期的に変動する電流による前記主電源手段からの前記第
２の電圧と、前記周期的に変動する電流の正および負の
1/2サイクル間で生じる前記第２の電圧の零交差を検出
する零交差検出手段とを備え、および、その零交差検出
手段が前記零交差を検出した際にのみ前記第１の状態と
前記第２の状態との間で前記制御信号を変化させる、前
項４記載の装置。
【００４３】６．１つの電圧を有する主電源手段から加
熱素子へと第１の量の電力を供給する方法であって、前
記主電源手段が前記第１の量の電力を超える第２の量の
電力を供給可能なものであり、この方法が、前記第１の
量と前記第２の量との第１の比を決定し、第１の状態と
第２の状態とを有する制御信号を生成し、前記第１の状
態と前記第２の状態との第２の比が前記第１の比の関数
となっており、前記制御信号が前記第１の状態にある際
にのみ前記電力が前記主電源手段から前記加熱素子へと
流れることを可能にする、という各ステップを含むこと
を特徴とする、前記電力供給方法。
熱素子へと第１の量の電力を供給する方法であって、前
記主電源手段が前記第１の量の電力を超える第２の量の
電力を供給可能なものであり、この方法が、前記第１の
量と前記第２の量との第１の比を決定し、第１の状態と
第２の状態とを有する制御信号を生成し、前記第１の状
態と前記第２の状態との第２の比が前記第１の比の関数
となっており、前記制御信号が前記第１の状態にある際
にのみ前記電力が前記主電源手段から前記加熱素子へと
流れることを可能にする、という各ステップを含むこと
を特徴とする、前記電力供給方法。
【００４４】７．前記主電源手段からの前記電圧が周期
的に変動する電流によるものであり、前記電力の流れを
可能にするステップが、前記周期的に変動する電流の正
および負の1/2サイクル間に生じる前記主電源手段の前
記電圧の零交差を検出するステップを含み、この電力の
流れを可能にするステップが、前記制御信号が前記第１
の状態にあって前記検出ステップが前記零交差を検出し
た際に前記主電源手段から前記加熱素子への電力の流れ
を可能にし、前記制御信号が前記第２の状態にあって前
記検出ステップが前記零交差を検出した際に前記主電源
手段から前記加熱素子への電力の流れを遮断することを
可能にする、前項６記載の電力供給方法。
的に変動する電流によるものであり、前記電力の流れを
可能にするステップが、前記周期的に変動する電流の正
および負の1/2サイクル間に生じる前記主電源手段の前
記電圧の零交差を検出するステップを含み、この電力の
流れを可能にするステップが、前記制御信号が前記第１
の状態にあって前記検出ステップが前記零交差を検出し
た際に前記主電源手段から前記加熱素子への電力の流れ
を可能にし、前記制御信号が前記第２の状態にあって前
記検出ステップが前記零交差を検出した際に前記主電源
手段から前記加熱素子への電力の流れを遮断することを
可能にする、前項６記載の電力供給方法。
【００４５】８．主電源手段からの周期的に変動する電
流により加熱素子に電力を供給する方法であって、前記
電力が第１の電圧の関数になっており、前記主電源手段
が前記第１の電圧を超える第２の電圧を供給可能なもの
であり、この方法が、前記第１の電圧と前記第２の電圧
との第１の比を決定し、第１の状態と第２の状態を有す
る制御信号を生成し、前記第１の状態と前記第２の状態
との第２の比が前記第１の比の関数となっており、前記
制御信号が前記第１の状態にある際に前記主電源手段を
前記加熱素子に接続する、という各ステップを含む、前
記電力供給方法。
流により加熱素子に電力を供給する方法であって、前記
電力が第１の電圧の関数になっており、前記主電源手段
が前記第１の電圧を超える第２の電圧を供給可能なもの
であり、この方法が、前記第１の電圧と前記第２の電圧
との第１の比を決定し、第１の状態と第２の状態を有す
る制御信号を生成し、前記第１の状態と前記第２の状態
との第２の比が前記第１の比の関数となっており、前記
制御信号が前記第１の状態にある際に前記主電源手段を
前記加熱素子に接続する、という各ステップを含む、前
記電力供給方法。
【００４６】９．前記第２の比が１以下である、前項６
または前項８記載の電力供給方法。
または前項８記載の電力供給方法。
【００４７】１０．前記接続ステップが、前記周期的に
変動する電流の正および負の1/2サイクル間に生じる前
記第２の電圧の零交差を検出するステップを含み、この
接続ステップが、前記制御信号が前記第１の状態にあっ
て前記検出ステップが前記零交差を検出した際に前記主
電源手段を前記加熱素子へ接続し、前記制御信号が前記
第２の状態にあって前記検出ステップが前記零交差を検
出した際に前記主電源手段を前記加熱素子から切断す
る、前項９記載の電力供給方法。
変動する電流の正および負の1/2サイクル間に生じる前
記第２の電圧の零交差を検出するステップを含み、この
接続ステップが、前記制御信号が前記第１の状態にあっ
て前記検出ステップが前記零交差を検出した際に前記主
電源手段を前記加熱素子へ接続し、前記制御信号が前記
第２の状態にあって前記検出ステップが前記零交差を検
出した際に前記主電源手段を前記加熱素子から切断す
る、前項９記載の電力供給方法。
【００４８】
【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、融
着システムが広範な交流電源電圧範囲にわたって機能す
ることを可能にする制御システムおよび融着システムを
提供することができる。
着システムが広範な交流電源電圧範囲にわたって機能す
ることを可能にする制御システムおよび融着システムを
提供することができる。
【図１】本発明による一実施例を示すブロック図であ
る。
る。
【図２】通常のＡＣ正弦電力信号を示すグラフである。
【図３】電力制御により電力を約2/3だけ減少させた後
の修正されたＡＣ電力信号を示すグラフである。
の修正されたＡＣ電力信号を示すグラフである。
【図４】本発明による代替実施例を示すブロック図であ
る。
る。
【図５】本発明に従って実施される論理ステップを示す
フローチャートである。
フローチャートである。
10 マイクロプロセッサ 11 制御システム 12 零交差スイッチ 13 加熱素子 14 ＡＣ検知装置
Claims (1)
- 【請求項１】加熱素子が消費する主電源手段からの電力
量を制御する装置であって、前記加熱素子が第１の電圧
で動作するように設計されており、前記主電源手段が第
２の電圧を有しており、前記第１の電圧が前記第２の電
圧よりも低いものであり、この装置が、 第１の状態および第２の状態を有する制御信号を生成す
る信号生成手段であって、前記第１の状態と前記第２の
状態との比が前記第１の電圧および前記第２の電圧の関
数になっている、前記信号生成手段と、 その信号生成手段からの前記制御信号を受信するよう構
成されたスイッチ手段であって、前記制御信号が前記第
１の状態にある際に前記電力が前記主電源手段から前記
加熱素子へと流れることを可能にする、前記スイッチ手
段とを備えていることを特徴とする、前記装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US144597 | 1993-10-28 | ||
| US08/144,597 US5483149A (en) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | Resistive heating control system and method that is functional over a wide supply voltage range |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07192843A true JPH07192843A (ja) | 1995-07-28 |
| JP3662611B2 JP3662611B2 (ja) | 2005-06-22 |
Family
ID=22509297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26349794A Expired - Fee Related JP3662611B2 (ja) | 1993-10-28 | 1994-10-27 | 広い電源電圧範囲にわたって機能する抵抗性加熱制御システムおよび方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5483149A (ja) |
| EP (1) | EP0651307B1 (ja) |
| JP (1) | JP3662611B2 (ja) |
| DE (1) | DE69412032T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7909792B2 (en) | 1998-03-10 | 2011-03-22 | Abbott Medical Optics Inc. | Phaco thermal control system |
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|---|---|---|---|---|
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| US5925278A (en) * | 1996-08-23 | 1999-07-20 | Hewlett-Packard Company | Universal power supply for multiple loads |
| US5789723A (en) * | 1996-08-23 | 1998-08-04 | Hewlett-Packard Company | Reduced flicker fusing system for use in electrophotographic printers and copiers |
| US6710309B1 (en) | 1996-08-23 | 2004-03-23 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Use of the temperature gradient to determine the source voltage |
| US5852357A (en) * | 1996-12-05 | 1998-12-22 | Microchip Technology Incorporated | System and method for controlling an alternating current (AC) signal |
| DE69727662T2 (de) * | 1997-07-04 | 2004-12-23 | Sharp K.K. | Leistungssteuereinheit |
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