JPH11231945A - ヒータ制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ヒータランプを点灯したときに発生する突入電
流と偶数次高調波電流およびフリッカによるヒータラン
プ、装置、電力設備、他の機器の劣化および誤動作を防
止することが可能なヒータ制御方法を提供する。 【解決手段】ヒータランプへの通電開始時に前記トライ
アックを位相制御し、交流半周期毎にトライアックの通
電位相を連続的に増加させ、前記ヒータランプの抵抗値
が大きくなった時に全相通電し、ヒータランプに印加さ
れた交流を停止する時にも前記トライアックを位相制御
し、半周期毎にトライアックの通電位相を連続的に減少
させてヒータランプに供給される交流電力を減少させて
消灯させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒータ制御方法に
関するものであり、プリンタや複写機等の定着装置に用
いられるヒータランプの制御に適用されるヒータ制御方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のヒータ制御方法は、交流
電源をトライアックを介してヒータランプに交流電力を
供給し、点灯開始時には位相制御を行いヒータランプの
フィラメントが発熱し、抵抗値がヒータランプやヒュー
ズや電源設備等の劣化や破壊を起こさない程度の抵抗値
になったときに全相通電させ、ヒータランプの点灯から
消灯する時には全相通電から通電停止していた。

【０００３】通常ヒータランプは被加熱対象物である定
着装置などを一定温度になるように制御するため、被加
熱対象物が設定温度以下になった時、ヒータランプ消灯
状態から位相制御を行った後全相通電し、被加熱対象物
が設定温度に達した時、全相通電から通電停止してい
た。

【０００４】位相制御は一定の通電位相で行う方法と、
通電位相を小さい通電位相から大きな通電位相まで数段
階に分けて増加させる方法と、通電位相を徐々に増加さ
せる方法とがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
ヒータ制御方法では、ヒータランプ通電開始時に位相制
御を行うことで突入電流を防止することは可能である
が、温度制御を行うためヒータランプの点灯、消灯を繰
り返し行う用途ではヒータランプヘの通電、通電停止で
の急激な電流変化によリ交流電源の電圧に影響を与え、
照明器具の明るさが変動し人間が不快に感じたり、他の
電子機器の誤動作の原因となる電圧変動やフリッカが発
生した。

【０００６】電圧変動やフリッカの発生は、電流の変化
により引き起こされるため、ヒータランプの点灯開始時
およびヒータランプ点灯から消灯した時の電流の急激な
変化が主な原因となる。

【０００７】従来方法による一定通電位相方法において
は位相制御開始時と全相通電時および通電から通電停止
時に電圧変動やフリッカが発生し、また、数段階に分け
る位相制御方法においては位相制御開始時、通電位相切
替時および通電から通電停止時に電圧変動やフリッカが
発生し、さらに徐々に位相を増加させる方法においては
通電から通電停止時に電圧変動やフリッカが発生してい
た。

【０００８】以上のようにいずれの従来方法でも、通電
から通電停止する場合は電圧変動やフリッカの発生は避
けられなかった。また、位相制御回路で使用するダイア
ックやＳＢＳ等のトリガ素子は内部はトライアック構造
になっており導通方向でオン電圧のばらつきがあり従来
の位相制御は交流電源の正の半周期と負の半周期でヒー
タランプに流れる電流が不平衡になり、電圧変動やヒー
タランプの効率の悪化や高調波電流の偶数次高調波電流
の発生の原因になっていた。また、正の半周期と負の半
周期の電流値がばらつくため位相制御が有効に働かず、
突入電流防止のために長時間の位相制御時間が必要であ
り、短時間の位相制御によりヒータランプを暖めてフィ
ラメントの巻線抵抗値を増加させることができなかっ
た。

【０００９】本発明の目的は、ヒータランプを点灯した
ときに発生する突入電流と偶数次高調波電流およびフリ
ッカによるヒータランプ、装置、電力設備、他の機器の
劣化および誤動作を防止することが可能なヒータ制御方
法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、交流電源を
入切するトライアックと、該トライアックの通電位相を
制御する制御手段と、前記交流電源およびトライアック
間に設けられたヒータランプとを有し、前記トライアッ
クが通電時に前記ヒータランプに交流電力が印加される
ヒータ制御回路のヒータ制御方法において、前記ヒータ
ランプへの通電開始時に前記トライアックを位相制御
し、交流半周期毎にトライアックの通電位相を連続的に
増加させ、前記ヒータランプの抵抗値が大きくなった時
に全相通電し、ヒータランプに印加された交流を停止す
る時にも前記トライアックを位相制御し、半周期毎にト
ライアックの通電位相を連続的に減少させてヒータラン
プに供給される交流電力を減少させて消灯させることに
より達成される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。図１は本発明の一実施例のブロック図で
ある。１は交流電源入力端子、２は電流検出回路、３は
トライアック、４,５,９,１２,１３,１９,２１,２２お
よび２３は抵抗、６はホトトライアック、７は制御回
路、８はホトカプラ、１０はコンデンサ、１１はトリガ
素子、１４はダイオードブリッジ、１５はホトカプラ８
およびホトトライアック６に給電するための電源入力端
子、１６は全相オン信号入力端子、１７はヒータオン信
号入力端子、１８はトランジスタ、２０はヒータランプ
である。

【００１２】図２は図１の実施例のヒータランプ通電ま
たはヒータランプ通電停止時に行う位相制御の動作を示
したタイミングチャートである。図２においてヒータラ
ンプ２０を点灯開始する場合は、ヒータオン信号入力端
子１７をLowにする。このとき電源入力端子１５から抵
抗２３を経由しホトカプラ８のＬＥＤに電流が流れ、ホ
トカプラ８のエミッタ−コレクタ間が導通し制御回路７
が動作開始する。制御回路７は動作開始すると交流電源
入力端子１の交流電圧に同期して抵抗９とコンデンサ１
０からなる積分器にステップ状の電圧を出力する。ステ
ップ状の電圧が抵抗９とコンデンサ１０からなる積分回
路に入力するとコンデンサ１０に電圧が発生する。

【００１３】コンデンサ１０に発生した電圧がトリガ素
子１１のトリガ電圧になるとトリガ素子１１は導通し抵
抗４を経由しトライアック３をトリガする。制御回路７
から出力するステップ状の電圧は徐々に増加し、交流電
源の半サイクル毎の通電位相も徐々に増加してゆく。こ
の時、ヒータランプ２０の抵抗値が小さいため過電流が
流れないように電流検出回路２で電流を検出し通電位相
が進み過ぎないよう通電時間の増加を制限する。電流検
出回路２は制御回路７の出力電圧を徐々に増加させた場
合は、ヒータランプ２０に過電流が流れない場合には省
略可能である。

【００１４】ヒータランプ２０のフイラメント抵抗値が
増加し全通電しても過電流が流れなくなるまで位相制御
をし、その後、全相オン信号入力端子１６をLowにする
とトランジスタ１８および抵抗１９を経由しホトトライ
アック６を導通させる。抵抗５およびホトトライアック
６および抵抗４の経路でトライアック３にトリガ電流が
流れトライアック３およびヒータランプ２０は全相通電
される。

【００１５】また、ヒータランプが点灯から消灯する場
合は、ヒータオン信号入力端子１７をHighにする。この
とき電源入力端子１５から抵抗２３を経由しホトカプラ
８のＬＥＤに流れていた電流とトランジスタのベースと
抵抗２２を流れていた電流が流れなくなり、ホトトライ
アック６が非導通になりトランジスタ１８のエミッタ−
コレクタ間はカットオフされ全相通電していたヒータラ
ンプは制御回路７により位相制御を開始する。ホトカプ
ラ８のエミッタ−コレクタ間が導通しなくなると制御回
路７が消灯動作を開始する。制御回路７は消灯動作を開
始すると交流電源入力端子１の交流電圧に同期して抵抗
９とコンデンサ１０からなる積分器にステップ状の電圧
を出力する。

【００１６】消灯動作開始時の制御回路７の出力するス
テップ状の出力電圧は点灯開始時に出力する制御回路７
の出力するステップ状の出力電圧の最大値と同じ程度の
電圧である。ステップ状の電圧が抵抗９とコンデンサ１
０からなる積分回路に入力するとコンデンサ１０に電圧
が発生する。コンデンサ１０の電圧がトリガ素子１１の
トリガ電圧になるとトリガ素子１１は導通し抵抗４を経
由しトライアック３をトリガする。トリガ素子１１が導
通した後にコンデンサ１０に残留電圧が残り次の交流半
周期に移行する零クロスポイントでダイオードブリッジ
１４と抵抗１２または抵抗１３を通して放電される。制
御回路７から出力するステップ状の電圧は徐々に減少
し、交流電源の半サイクル毎の通電位相も徐々に減少し
てゆき最終的にトライアック３の位相制御も停止しヒー
タランプ２０は消灯する。

【００１７】図３は本発明の一実施例の回路図である。
３１はヒータ制御回路に交流電力を供給する交流電源入
力端子、３２はヒータランプ、３３はヒータ制御回路か
ら発生するノイズ電圧と高調波電流が交流電源へ影響を
与えるのを防止するコンデンサであり３４のチョークコ
イルとともにフイルタを形成する。３５はヒータランプ
の電流を検出するためのカレントトランス、３６はカレ
ントトランスの出力を電圧に変換するための抵抗、３７
はカレントトランス３５と抵抗３６の出力を直流に変換
するためのダイオードブリッジ、３８はダイオードブリ
ッジの出力のピークをホールドするためのコンデンサ、
３９は電流値をフィードバックするための抵抗、４０は
アークサプレッサ、４１はトライアック、４２はホトト
ライアック、４３,４４および４５は抵抗、４６はトラ
イアックにトリガをかけるためのトリガ素子、４７はコ
ンデンサ、４８はダイオードブリッジ、４９は抵抗、５
０はホトカプラ、５１はツエナーダイオード、５２は抵
抗、５３はダイオード、５４および５５は抵抗、５６は
トランジスタ、５７は抵抗、５８はツエナーダイオー
ド、５９はダイオード、６１はツエナーダイオード、６
２および６３は抵抗、６４はダイオードブリッジ、６６
はホトカプラ５０およびホトトライアック４２に電圧を
供給するための電源入力端子、６７は全相オン信号入力
端子、６８はヒータオン信号入力端子、７０および７１
は抵抗、７２はトランジスタ、７３および７４は抵抗で
ある。

【００１８】図４は図３の回路のタイミングチャートで
ある。図４においてヒータランプ通電開始時にヒータオ
ン信号入力端子６８に信号を入力する。このときホトカ
プラ５０のエミッタ−コレクタ間は導通し抵抗５２とダ
イオード５３と抵抗５５を経由してトランジスタ５６の
ベースに供給されていた電流がカットされトランジスタ
５６はカットオフする。トランジスタ５６がカットオフ
すると抵抗４３と抵抗４４とダイオードブリッジ４８と
ツエナーダイオード５８とダイオード５９を経由してコ
ンデンサ６０に電流が流れる。このときダイオードブリ
ッジ４８は抵抗４５とコンデンサ４７で構成される積分
器にステップ状の電圧を出力する。

【００１９】ステップ状の電圧は交流電圧が０Ｖから正
または負方向に電圧が発生するとコンデンサ６０の電圧
とダイオード５９の順方向電圧降下電圧とツエナーダイ
オード５８のツエナー電圧とダイオードブリッジ４８の
順方向電圧降下によって決定される電圧が抵抗４５を通
しコンデンサ４７に供給され、コンデンサ４７に電圧が
発生する。トリガ素子４６はコンデンサ４７の電圧がト
リガ電圧に達した時に導通する素子であり、半周期内に
交流電圧の零クロスポイントからコンデンサ４７の電圧
がトリガ電圧に達する時間はコンデンサ６０の電圧が大
きい場合は早くなる。コンデンサ６０の電圧上昇に伴い
半周期中の通電位相は増加していく。

【００２０】コンデンサ４７に残った残留電圧は、次の
交流の半周期に移行する零クロスポイントでダイオード
６４と抵抗６２または抵抗６３を通してリセットされ
る。通常リセット端子付きのトリガ素子では一周期に一
度しかリセットがかからず、また、トリガ素子の特性に
より半周期毎のコンデンサ４７に残る残留電圧に差がで
き、通電位相が正方向、負方向の交流電源電圧に対し差
ができるが、本発明ではダイオードブリッジ６４と抵抗
６２と抵抗６３を使って正方向と負方向に対称にリセッ
トをかけるため正方向と負方向の通電位相および電流が
対称になる。

【００２１】上記動作を半周期毎に繰り返し、コンデン
サ６０の電圧が徐々に上昇していくため半周期毎に通電
位相を徐々に増加させ、ヒータランプ３２の通電電流を
増加させててゆく。ヒータランプ３２が暖まって抵抗値
が大きくなったとき全相オン信号入力端子６７にLowを
入力する。このときホトトライアック４２が導通するた
め抵抗４３とホトトライアック４２と抵抗７５を通して
トライアック４１にトリガがかかるためトライアック４
１は全相通となりヒータランプ３２も全相通電になる。

【００２２】また、ヒータランプ消灯時はヒータオン信
号入力端子６８をHighにすることによりトランジスタ７
２がカットオフされホトトライアック４２も非導通にな
り全相オン状態から位相制御状態になる。このときの通
電位相はコンデンサ６０にはヒータランプ点灯開始時に
行った位相制御制御時にチャージされた電荷がそのまま
残っているため点灯時に行った位相制御の最大通電位相
から開始される。抵抗４９と抵抗５２とダイオード５３
とダイオード５５を経由して電流がトランジスタ５６の
ベースに給電されるためトランジスタ５６が導通し、コ
ンデンサ６０の電荷はトランジスタ５６および抵抗５７
を通して徐々に放電され、コンデンサ６０の電圧は徐々
に減少する。

【００２３】コンデンサ６０の電圧が減少するに従いト
ライアック４１の半周期の通電位相も徐々に減少し最終
的に通電しなくなり消灯動作を完了する。また、点灯開
始時の位相制御時に規定温度に達しヒータランプ３４を
全相通電する必要がない場合にはそのまま消灯動作を行
うことができ、位相制御による点灯開始から位相制御に
よる消灯動作を行うことも可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ヒ
ータランプを点灯したときに発生する突入電流と偶数次
高調波電流およびフリッカによるヒータランプ、装置、
電力設備、他の機器の劣化および誤動作を防止すること
が可能なヒータ制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図。

【図２】図１に示す実施例のタイミングチャート。

【図３】本発明の実施例の回路図。

【図４】図３に示す実施例のタイミングチャート。

【符号の説明】

１…交流電源入力端子、２０…ヒータランプ、２…電流
検出回路、３…トライアック、４,５,９,１２,１３,１
９,２１,２２,２３…抵抗、６…ホトトライアック、７
…制御回路、８…ホトカプラ、１０…コンデンサ、１１
…トリガ素子、１４…ダイオードブリッジ、１５…電源
入力端子、１６…全相オン信号入力端子、１７…ヒータ
オン信号入力端子、１８…トランジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源を入切するトライアックと、該ト
   ライアックの通電位相を制御する制御手段と、前記交流
   電源およびトライアック間に設けられたヒータランプと
   を有し、前記トライアックが通電時に前記ヒータランプ
   に交流電力が印加されるヒータ制御回路のヒータ制御方
   法において、 前記ヒータランプへの通電開始時に前記トライアックを
   位相制御し、交流半周期毎にトライアックの通電位相を
   連続的に増加させ、前記ヒータランプの抵抗値が大きく
   なった時に全相通電し、ヒータランプに印加された交流
   を停止する時にも前記トライアックを位相制御し、半周
   期毎にトライアックの通電位相を連続的に減少させてヒ
   ータランプに供給される交流電力を減少させて消灯させ
   ることを特徴とするヒータ制御方法。