JPH09319441A - 電力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズや突入電流を低減できる電力制御装置
を提供する。 【解決手段】 ＰＷＭ回路７１で生成した「ＰＷＭ」信
号と、位相制御回路８で生成した「位相制御」信号と
を、インバータ駆動回路７の論理和回路７３で合成し、
スイッチング素子４に供給する。「ＰＷＭ」信号による
ときには、交流電源よりも高い周波数でスイッチングす
るため、交流電源１の周期の全期間に渡って入力電流を
流すことが出来る。これより、力率が向上し、高周波電
流を低減できる。一方、「位相制御」信号によるときに
は、スイッチング回数が少ないのでノイズが少ない。こ
のように両利点を併用すると、高周波電流およびノイズ
を低減できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は，電力制御装置に
関し，更に詳しくは，複写機，プリンタ等の定着装置
や，電磁調理器などに使用する電力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在，複写機やプリンタでは，熱定着方
式が広く採用されている。これは，転写紙上に形成した
トナーによる複写像を固定するため，加熱したローラで
前記トナーを融着させるものである。このローラは，中
空ローラ部材に棒状のハロゲンヒータを内設した構造で
あり，その表面は，ハロゲンヒータの通電時間制御によ
り所定温度に保たれる。ハロゲンヒータは，タングステ
ンフィラメントを不活性ガスとともに棒状のガラス管に
封入した構造である。

【０００３】さて，前記ハロゲンヒータの通電時間制御
方法としては，トライアックを用いた位相制御方法が知
られている。これはトライアックをオンするトリガ点
（位相角）を交流電源のゼロクロスに同期して制御する
方式である。当該方式によれば，トライアックの転流特
性を利用して，少ない部品で効率良く負荷電力を制御で
きる。

【０００４】ところが，上記方式は交流電源の半周期毎
に通電比率を制御する必要があるため，電力の力率が低
くなる。また，大きな電流容量のスイッチング素子が必
要になる。

【０００５】このため，特開平５−２１６３５８号公報
に記載の定着ヒータ駆動装置が提案されている。この装
置は，交流電源を整流し，スイッチ手段を設け，定着器
ヒータへの通電の出力電圧を略一定に制御するものであ
る。この装置によれば，交流電源の変動によらずヒータ
に一定電力を供給できるので，安定した定着特性が得ら
れる。

【０００６】また，特公平６−８７４３２号公報におい
ては，交流電源に，負荷と整流器を介してスイッチング
素子とを接続し，高周波でスイッチングする技術が提案
されている。これによれば，電源の力率が向上し，高周
波が低減される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記特
開平５−２１６３５８号公報および特公平６−８７４３
２号公報に記載のものは，スイッチング回数が多くなる
のでノイズが増加する問題点がある。また，突入電流が
生じる問題点がある。

【０００８】そこで，この発明は，上記に鑑みてなされ
たものであって，ノイズや突入電流を低減できる電力制
御装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに，請求項１の電力制御装置では，負荷と，負荷に電
力を供給する交流電源と，負荷に直列に接続したスイッ
チング素子と，当該スイッチング素子を駆動する駆動信
号を出力する駆動信号出力手段と，を有する電力制御装
置において，前記駆動信号出力手段が，交流電源の周波
数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をスイッチ
ングさせる第１の信号と，前記スイッチング素子を連続
してオンさせる第２の信号とを出力し，前記交流電源の
半周期間を，スイッチングする期間と連続してオンする
期間とに区分けするようにした。

【００１０】すなわち，交流電源の半周期間を，スイッ
チングする期間と連続してオンする期間とに区分けし，
それぞれの利点を活用するようにした。スイッチング期
間では高周波電流を低減でき且つ力率を向上できるが，
ノイズが発生してしまう。そこで，一部期間をノイズの
少ない連続オン期間とした。このため，全体的に高周波
電流の低減，力率の向上およびノイズの減少を図ること
ができる。

【００１１】また，請求項２に電力制御装置では，上記
電力制御装置（請求項１）に，さらに，前記負荷の温度
を検出する負荷温度検出手段を設け，前記負荷の温度に
基づいて前記区分けを行うようにした。

【００１２】ハロゲンヒータやハロゲンランプなどの負
荷は，その負荷抵抗が温度に依存する。このため，上記
の如く，負荷の温度により前記区分けを行って力率など
をコントロールするようにすれば，負荷を安定に駆動で
きる。例えば，負荷抵抗の小さい低温時に，過電流や突
入電流が流れるのを防止できる。

【００１３】また，請求項３に電力制御装置では，上記
電力制御装置（請求項２）に，さらに，前記温度に応じ
て前記区分けを変更する区分け変更手段を設けた。

【００１４】このように，温度に応じて前記区分けを変
更するようにすれば，前記負荷を更に安定に駆動でき
る。すなわち，上記過電流や突入電流を防止しつつ，力
率などを効率よく向上できる。

【００１５】また，請求項４に電力制御装置では，上記
電力制御装置（請求項１）に，さらに，前記負荷への通
電経過時間に応じて前記区分けを変更する区分け変更手
段を設けた。

【００１６】負荷の温度は通電経過時間に概ね比例する
から，この通電経過時間により，前記区分けをしても上
記同様の効果がある。さらに，熱容量の大きな装置に負
荷を組み込んだ場合には，負荷の温度と上記負荷温度検
出手段との温度とに差違が生じることが多くなるが，通
電経過時間で区分けしておけばかかる温度の差違に影響
されないので，前記区分けが適切に行える。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下，この発明につき図面を参照
しつつ詳細に説明する。なお，この実施の形態によりこ
の発明が限定されるものではない。

【００１８】（実施の形態１）図１は，この発明の電力
制御装置を示す構成図である。この電力制御装置１００
において，交流電源１には，整流器２を介して負荷３と
スイッチング素子４とが接続されている。負荷３には，
温度検出部５が設けられている。さらに，温度検出部５
には，機械全体制御部６が接続されている。機械全体制
御部６は，電力制御装置１００が組み込まれている機械
（複写機など）全体を制御する。９はインバータであ
り，スイッチング素子４，インバータ駆動回路７および
位相制御回路８とにより構成される。

【００１９】前記インバータ駆動回路７は，機械全体制
御部６から入力する「温度制御」信号に応じてスイッチ
ング素子４の駆動信号を生成するＰＷＭ回路７１と，機
械全体制御部６から入力する「負荷オン・オフ」信号に
応じてスイッチング素子４に供給する駆動信号を断続さ
せ，負荷３のオン・オフを制御するオン・オフ回路７２
と，から構成されている。

【００２０】また，前記位相制御回路８は，機械全体制
御部６から入力する「基準値」信号に応じ，スイッチン
グ素子４を連続してオンする信号を生成する連続オン回
路８１と，スイッチング素子４をオンするタイミングを
電源電圧の瞬時値に対応して検出する電源電圧検出回路
８２と，から構成されている。

【００２１】さて，負荷３を動作するタイミングになる
と，機械全体制御部６からインバータ９に「負荷オン・
オフ」信号が入力され，スイッチング素子４を駆動する
信号がスイッチング素子４に供給される。

【００２２】前記スイッチング素子４を駆動する信号
は，２種類ある。一方は，交流電源１の周波数よりも遥
かに高い周波数（例えば２０ＫＨｚ）でスイッチング素
子４をスイッチングするための「ＰＷＭ」信号であり，
他方は，スイッチング素子４を連続してオンするための
「位相制御」信号である。

【００２３】「ＰＷＭ」信号はＰＷＭ回路７１で生成さ
れ，「温度制御」信号に応じたデューティーを出力す
る。この「温度制御」信号は，温度検出部５により検出
した温度と，設定した温度と，の差に応じた電圧であ
り，機械全体制御部６から出力される。

【００２４】例えば，図２に示すように，負荷３の温度
が設定値より低いときはデューティーを大きくし，温度
が高いときはデューティーを小さくする。さらに，図３
に示すように，負荷３の温度に応じてデューティーの上
限を設定している。

【００２５】図４に，「ＰＷＭ」信号による負荷電圧の
波形を示す。図５は，「ＰＷＭ」信号によるスイッチン
グの波形の時間軸を拡大したものである。スイッチング
素子４がオンしたときに交流電源１から負荷３までの配
線によるインダクタンスのため，負荷３に流れる電流
は，破線のような傾斜で増加する。このように，負荷３
の抵抗が低いときは「ＰＷＭ」信号のデューティーを小
さくすることで，負荷電流の異常な増加を抑制してい
る。

【００２６】図６に，「位相制御」信号による負荷電圧
の波形を示す。「位相制御」信号は，位相制御回路８で
生成される。この「位相制御」信号は，電源電圧検出回
路８２で検出した電源電圧と「基準値」信号とを連続オ
ン回路８１で比較し，電源電圧が「基準値」に応じた電
圧以下のときに出力される。従って，図６では，「基準
値」信号として設定される電圧Ｖｒよりも電源電圧が低
いときに，スイッチング素子４を連続してオンしてい
る。これにより，負荷３は半周期に２度通電されること
になる。

【００２７】「ＰＷＭ」信号および「位相制御」信号
は，インバータ駆動回路７の論理和回路７３で合成さ
れ，スイッチング素子４に供給される。ここでは，両信
号のうちスイッチング信号をオンする信号が優先的に出
力される。

【００２８】以上より負荷電圧は，図７に示すような波
形となる。すなわち，電源電圧が電圧Ｖｒよりも高いと
きにはスイッチングを行い，低いときには連続して電圧
を加える。

【００２９】以上説明したように，この電力制御装置１
００は，「ＰＷＭ」信号と「位相制御」信号との双方の
利点を組み合わせた点に特徴がある。

【００３０】すなわち，「ＰＷＭ」信号によるときに
は，交流電源よりも高い周波数でスイッチングするた
め，交流電源の周期の全期間に渡って入力電流を流すこ
とが出来る。これより，力率が向上し，高周波電流を低
減できる。特に出力（負荷電流）を可変したときは，従
来のサイリスタを使用する方式に比べ，大きな効果が得
られる（可変しても全期間で流れる）。

【００３１】一方，「位相制御」信号によるときには，
負荷電流の波形は，従来のサイリスタを使用する方式に
比べて，半周期に２度通電される。このため，従来と同
じ導通角で負荷３に通電しても，２倍の電流を流すこと
ができるから，負荷３の立ち上がりを速くすることが出
来る。また，スイッチング回数が少ないのでノイズが少
ない。

【００３２】以上のように，両者の利点を併用する結
果，高周波電流およびノイズを低減できる。

【００３３】（実施の形態２）また，上記スイッチング
素子４をスイッチングする領域（「ＰＷＭ」信号）と連
続オンする領域（「位相制御」信号）とを，負荷３の温
度に応じて切り換えるようにしてもよい。これは，負荷
抵抗が温度に依存するため，特に低温時の負荷抵抗が小
さくなるときに，過電流や突入電流が流れないようにす
るためである。

【００３４】図８に，負荷温度と電源電圧との関係を示
す。また，図９に負荷３の波形を示す。 上記実施の形
態１と同様に，負荷３に供給する電源電圧の瞬時値が
「基準値」以下のときは「位相制御」信号によりヒータ
を連続通電し，「基準値」以上の時は「ＰＷＭ」信号に
よりヒータの通電をスイッチングする。

【００３５】さらに，図９に示すように，負荷３の温度
に応じて機械全体制御部６により前記「基準値」を切り
換える。例えば，負荷３の温度が８０℃までは電源電圧
が約５Ｖになるまで「位相制御」信号がオフとなる。こ
のときは，交流電源１の一周期の大部分が「ＰＷＭ」信
号によるスイッチングとなる。

【００３６】一方，温度が１２０℃以上では，電源電圧
が約７０Ｖまではスイッチング素子４が連続してオンし
ており，負荷３の温度が８０℃から１２０℃までの間で
は，負荷３の温度に応じてリニアに切り換える。

【００３７】このように温度が高いときは連続してオン
する期間を長くし，逆に温度が高いときには短くしてい
る。

【００３８】以上の電力制御装置では，負荷３に供給す
る電源電圧（瞬時値）が「基準値」以上のときは負荷３
の通電をスイッチングするとともに，この「基準値」を
負荷３の温度に応じて切り換えるようにした。すなわ
ち，負荷３の温度に応じてスイッチング素子４を連続オ
ンする領域と，スイッチングする領域とを切り換えるの
で，ハロゲンヒータのように低温の起動時に負荷抵抗が
低い負荷への，過電流や突入電流を抑制することが出来
る。

【００３９】（実施の形態３）また，上記スイッチング
素子４をスイッチングする領域（「ＰＷＭ」信号）と連
続オンする領域（「位相制御」信号）とを，負荷３の通
電時間に応じて切り換えるようにしてもよい。これは，
負荷抵抗が温度に依存する負荷３を，安定に駆動するた
めである。特に，負荷３を熱容量の大きな装置に組み込
んで温度制御を行う場合，温度検出部５の温度と負荷３
の温度とに差違生じても，的確に領域を切り換えて，過
電流や突入電流が流れないようにするためである。

【００４０】図１０に，負荷温度と電源電圧との関係を
示す。このように，機械全体制御部６から出力する「基
準値」信号を負荷３の通電時間に応じて切り換える。例
えば，負荷３の通電時間が１秒までの間では電源電圧が
５Ｖとなるまでスイッチング素子４を連続オンし，それ
以上の電圧領域ではスイッチングを行う。以後，通電時
間に応じて３秒後の７０Ｖまで，１秒毎に切り換える
（この結果，図９と類似した波形となる）。

【００４１】以上の電力制御装置では，ヒータに供給す
る電源電圧（瞬時値）が「基準値」以上の時は，ヒータ
の通電をスイッチングするとともに，ヒータの通電時間
に応じて「基準値」を切り換えるようにした。すなわ
ち，負荷３の通電時間に応じてスイッチング素子４を連
続オンする領域と，スイッチングする領域とを切り換え
る。このようにすれば，ハロゲンヒータのように低温の
起動時に負荷抵抗が低い負荷への，過電流や突入電流を
抑制することが出来る。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように，この発明の電力制
御装置（請求項１）によれば，交流電源の半周期間を，
スイッチングする期間と連続してオンする期間とに区分
けし，それぞれの利点を活用するようにした。このた
め，全体的に高周波電流の低減，力率の向上およびノイ
ズの減少を図ることができる。

【００４３】また，この発明の電力制御装置（請求項
２）によれば，さらに，前記負荷の温度を検出する負荷
温度検出手段を設け，前記負荷の温度に基づいて前記区
分けを行うようにした。このため，負荷を安定に駆動で
きる。

【００４４】また，この発明の電力制御装置（請求項
３）によれば，さらに，前記温度に応じて前記区分けを
変更する区分け変更手段を設けた。このため，前記負荷
を更に安定に駆動できる。

【００４５】また，この発明の電力制御装置（請求項
４）によれば，さらに，前記負荷への通電経過時間に応
じて前記区分けを変更する区分け変更手段を設けた。こ
のため，熱容量の大きな装置に負荷を組み込んだ場合で
も，前記区分けが適切に行え，高周波電流の低減，力率
の向上およびノイズの減少を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１にかかる電力制御回路
を示す構成図である。

【図２】ＰＷＭデューティーと温度差との関係を示すグ
ラフ図である。

【図３】ＰＷＭデューティーと負荷温度との関係を示す
グラフ図である。

【図４】「ＰＷＭ」信号による負荷電圧の波形を示すグ
ラフ図である。

【図５】「ＰＷＭ」信号によるスイッチングの波形の時
間軸を拡大したグラフ図である。

【図６】「位相制御」信号による負荷電圧の波形を示す
グラフ図である。

【図７】「ＰＷＭ」信号および「位相制御」信号による
負荷電圧の波形を示すグラフ図である。

【図８】この発明の実施の形態２にかかる負荷温度と電
源電圧との関係を示すグラフ図である。

【図９】「ＰＷＭ」信号および「位相制御」信号による
負荷電圧の波形を示すグラフ図である。

【図１０】この発明の実施の形態３にかかる負荷温度と
電源電圧との関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】 １００ 電力制御装置 １ 交流電源 ２ 整流器 ３ 負荷 ４ スイッチング素子 ５ 温度検出部 ６ 機械全体制御部 ７ インバータ駆動回路 ７１ ＰＷＭ回路 ７２ オン・オフ回路 ８ 位相制御回路 ８１ 連続オン回路 ８２ 電源電圧検出回路 ９ インバータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷と，負荷に電力を供給する交流電源
   と，負荷に直列に接続したスイッチング素子と，当該ス
   イッチング素子を駆動する駆動信号を出力する駆動信号
   出力手段と，を有する電力制御装置において，前記駆動
   信号出力手段が，交流電源の周波数よりも高い周波数で
   前記スイッチング素子をスイッチングさせる第１の信号
   と，前記スイッチング素子を連続してオンさせる第２の
   信号とを出力し，前記交流電源の半周期間を，スイッチ
   ングする期間と連続してオンする期間とに区分けするこ
   とを特徴とする電力制御装置。
2. 【請求項２】 さらに，前記負荷の温度を検出する負荷
   温度検出手段を設け，前記負荷の温度に基づいて前記区
   分けを行うことを特徴とする請求項１に記載の電力制御
   装置。
3. 【請求項３】 さらに，前記温度に応じて前記区分けを
   変更する区分け変更手段を設けたことを特徴とする請求
   項２に記載の電力制御装置。
4. 【請求項４】 さらに，前記負荷への通電経過時間に応
   じて前記区分けを変更する区分け変更手段を設けたこと
   を特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。