JP2001338745A - ヒータ制御装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位相制御とＰＷＭ制御を組み合わせる事によ
りハロゲンランプ制御回路の高調波電流と高調波電圧と
電圧変動フリッカの発生を抑え、装置の劣化や誤動作を
防止する。 【解決手段】 交流電源を整流する整流器と、前記整流
器からの出力により点灯するランプと、前記整流器から
の出力電圧をスイッチングするスイッチング手段と、ス
イッチング手段でスイッチングされた電流の急激な電流
の変動を抑えるためのチョークコイルと、チョークコイ
ルによる起電流を回生させる回生手段と、スイッチング
手段を位相制御とＰＷＭ制御を併用してハロゲンランプ
に供給する制御回路を有し、ランプ点灯時は連続的また
は段階的に電流を増加させ、定常状態に至り、消灯時は
連続的または段階的に電流を減少させ、消灯状態に至る
ヒータ制御回路。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複写機及びプリンタ
等の電子写真装置におけるヒータ制御装置、特にハロゲ
ンランプを定着用熱源として使用するヒータ制御装置と
制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子写真装置はトナーを定着させ
るための定着器の熱源としてハロゲンランプを使用し、
トライアックやソリッドステートリレーを使った交流点
灯もしくは交流電源を整流しＦＥＴやＩＧＢＴを使った
直流点灯を行いハロゲンランプの電力を制御してきた。
図４は従来のトライアックを使ったランプ制御回路の
一実施例の回路図である。 ２９は交流電源入力端子、
３０はハロゲンランプ、３１はトライアック、３８は位
相制御回路、３４，３５ は抵抗、３６，３７はホトカ
プラ、 ３２はヒータオン信号入力端子、３３はソフト
スタート制御信号入力端子である。 ハロゲンランプ３
０はフイラメントが低温の場合、ハロゲンランプのフィ
ラメントの抵抗値は１５００Ｗクラスのもので２Ω程度
であり交流入力端子に２００Ｖの交流電圧が印可されて
いる場合、ランプの点灯開始時には尖塔電圧で約１４０
Aの突入電流が流れることになりハロゲンランプ３０や
トライアック３１及び２００Ｖの電力設備の故障や劣化
の原因となる。そのためハロゲンランプ３０の点灯開始
時にソフトスタートを行い過大な電流が流れない様にす
る必要がある。ソフトスタート制御信号入力端子３３に
信号が入力すると抵抗３５とホトカプラ３７に電流が流
れ位相制御回路３８に信号が伝わり、位相制御回路３８
はトライアック３１を位相制御する。位相制御はトライ
アック３１をある一定の導通位相角で導通させる方法と
トライアック３１の導通位相角を小さい導通位相角から
連続的に増加させる方法とトライアックの導通位相角を
小さい導通位相角から段階的に増加させる方法がある。
位相制御によりハロゲンランプ３０のフイラメントが
発熱し抵抗値が大きくなり突入電流が流れなくなったタ
イミングでヒータオン信号入力端子３２に信号が入力す
ると抵抗３４とホトカプラ３６に電流が流れ位相制御回
路３８に信号が伝わり、位相制御回路３８はトライアッ
ク３１の導通位相角を全相導通にし、ハロゲンランプ３
０に交流の全相電流を供給する。この時の交流電圧とハ
ロゲンランプ３０に流れる電流の関係は図５になる。

【０００３】消灯時には前記ソフトスタート制御信号端
子３３とヒータオン制御信号端子３２をオフすると抵抗
３４、ホトカプラ３６、抵抗３５、ホトカプラ３７に電
流が流れなくなり位相制御回路３８はトライアック３１
をオフし、ハロゲンランプ３０を消灯する。

【０００４】図６は従来の直流点灯方式のランプドライ
バの回路図である。４０は交流電源入力端子、４１は電
流検出部、４２はダイオードブリッジ、４３は電解コン
デンサ、４４ はハロゲンランプ、４５はスイッチング
手段であるＩＧＢＴ、 ４６は制御回路、 ４７はヒータ
オン信号入力端子である。図７は図６に示す回路の動作
開始時の各部電圧と各部電流波形を表す。ヒータオン信
号入力端子４７に信号が入力すると制御回路４６はＰＷ
Ｍ制御を開始しＩＧＢＴ４５を駆動する。 ＩＧＢＴ４
５がオンするとハロゲンランプ４４に電流が流れ、 Ｉ
ＧＢＴ４５がオフするとハロゲンランプ４４の電流は流
れなくなる。 制御回路４６は徐々にあるいは数段階に分
けてハロゲンランプ４４のオンデユーテイを大きくして
行き、最終的にＩＧＢＴ４５を全導通させる。この方法
では図７のヒータ電流のとうり、点灯開始時のスイッチ
ング手段４５のオン期間にハロゲンランプ４４やスイッ
チング手段４５に交流電源入力端子４０の電圧とハロゲ
ンランプ４４のフィラメント抵抗値で決まる突入電流が
流れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図４のヒータ制御回路
ではハロゲンランプ３０の点灯開始時のソフトスタート
は位相制御であり交流電力の一部の位相の電力しか利用
できず、導通角度を小さくするとハロゲンランプ３０に
供給する電流の尖塔値のみならずオン時間も小さくなり
ハロゲンランプ３０は発熱せずハロゲンランプ３０のフ
イラメント抵抗値が小さいままになってしまうため導通
角度はある程度大きくする必要がある。導通角度を広く
すると交流電源入力端子２９の電圧が高い位相でトライ
アック３１がオンすることになりハロゲンランプ３０に
流れる電流の尖塔値が大きくなってしまう。そのため位
相制御は実効電流の制御は行えるが尖塔電流の抑制には
あまり効果がなくトライアック３１オン時の急峻な電流
の立ち上がりで高調波電流を発生し、ヒータ制御回路の
接続されている交流電源を使用している他の回路や電気
機器の誤動作の原因になる。またハロゲンランプ３０の
消灯時はハロゲンランプ３０の定格電流から電流が流れ
なくなる急激な電流変化を起こすため制御回路の接続さ
れている交流電源を使用している他の回路や他の電気機
器に電圧変動フリッカを与え、他の回路や他の電気機器
の誤動作や照明機器のちらつきが発生する問題がある。

【０００６】図６の回路ではハロゲンランプ４４の点灯
開始時のソフトスタートはPWM制御であるためヒータに
流れる電流は電解コンデンサ４３によりある程度高調波
成分が除去される。但し、交流電源入力端子４０の電圧
が電解コンデンサ４３の電圧以上になる位相で比較的大
きなチャージ電流が流れるため、ＰＷＭされた電流の高
調波は小さくても高調波電流が発生する。この場合、電
解コンデンサ４３の容量が大きいほどＰＷＭされた電流
の高調波は小さくなる反面、電解コンデンサ４３のチャ
ージ電流による高調波は増えるため電解コンデンサ４３
の容量はＰＷＭされた電流の高調波を抑え、かつ電解コ
ンデンサ４３のチャージ電流による高調波の発生が低い
値になるような値を選定しなければならずＰＷＭによる
高調波と電解コンデンサ４３のチャージ電流による高調
波のバランスで電解コンデンサ４３の容量を決定する。
また、ソフトスタート開始時にはハロゲンランプ４４の
フイラメントの抵抗値は１５００Ｗクラスのハロゲンラ
ンプで２Ω程度であるため交流２００Ｖの電源を使用し
た場合ハロゲンランプ４４及びスイッチング手段４５に
は約１４０Aの尖塔値を持ったＰＷＭ電流が流れ、ハロ
ゲンランプ４４やスイッチング手段４５の劣化及び破壊
の原因となり、また、１４０Aに耐えられるスイッチン
グ手段やケーブルの選択が必要となりヒータ制御回路の
小型化が困難であった。またハロゲンランプ４４の消灯
時はハロゲンランプ４４の定格電流から電流が流れなく
なる電流変化を起こすため制御回路４６の接続されてい
る交流電源を使用している他の回路や他の電気機器に電
圧変動フリッカを与え、他の回路や他の電気機器の誤動
作や照明機器のちらつきが発生するという課題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】従来の回路の課題を解決
するために、ハロゲンランプの制御回路において、交流
電力を整流するための整流手段と、この整流手段によっ
て整流された電力をスイッチングするためのスイッチン
グ手段と、スイッチング手段から電力を供給されるハロ
ゲンランプと、スイッチング手段によりハロゲンランプ
に供給される電流の変化率を抑制するためのチョークコ
イルと、スイッチング手段により電流がオン／オフされ
たときに発生するチョークコイルの起電圧による電流を
回生させるための回生手段と、スイッチング手段を制御
するための制御回路を有し、位相制御とＰＷＭ制御を組
み合わせてハロゲンランプ点灯直後はヒータ電流を小さ
く、その後ヒータ電流が大きくなるように制御し、ハロ
ゲンランプ消灯時には消灯開始時にはヒータ電流を大き
く、その後ヒータ電流が小さくなるように制御する。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施例を示す。

【０００９】１は交流電力をヒータ制御回路に供給する
ための交流電源入力端子、２はヒータ制御回路に入力す
る電流を検出するための電流検出部、３は交流電力を整
流するためのダイオードブリッジ、４はチョークコイ
ル、５はヒータとなるハロゲンランプ、６はダイオー
ド、７はコンデンサ、８はスイチング手段であるIGBT、
９は制御回路であり、基準電圧発生回路１０、三角波発
振回路１１、電圧比較器１２、IGBTをドライブするため
のドライバ１３で構成される。１４はヒータのON/OFFを
制御するためのヒータオン信号入力端子、１５はスイッ
チングノイズ除去用コンデンサ、１６は位相制御回路で
ある。

【００１０】本発明のハロゲンランプ点灯開始時の電圧
/電流波形を図2を使って説明する。

【００１１】ヒータオン信号入力端子１４にオン信号を
入力すると基準電圧発生回路１０の出力電圧は徐々に上
がりはじめ、電圧比較器１２は三角波発振回路１１の電
圧と比較し、基準電圧発生回路１０の出力電圧＞三角波
発振回路１１の出力電圧の期間にＩＧＢＴ８をオン、基
準電圧発生回路１０の出力電圧＜三角波発振回路１１の
出力電圧の期間にＩＧＢＴ８をオフ するための信号を
ドライバ１３に出力しＩＧＢＴ８のオンデューテイは基
準電圧発生回路１０の出力電圧に比例する。位相制御回
路１６は基準電圧発生回路１０とダイオードブリッジ３
の出力電圧を比較し、位相制御信号を作成する。位相制
御信号は基準電圧発生回路１０の出力電圧が上がれば導
通位相を増加させ、基準電圧発生回路１０の出力電圧が
下がれば導通位相を減少させる。ドライバ１３は電圧比
較器１２の信号および位相制御回路１６の信号のどちら
かがオンの場合、ＩＧＢＴ８をオンし、電圧比較器１２
の信号および位相制御回路１６の信号の両方がオフの場
合、ＩＧＢＴ８をオフする。 ＩＧＢＴ８がオンすると
交流電源入力端子１から電流検出器２とダイオードブリ
ッジ３とチョークコイル４を経由しハロゲンランプ５に
電流が流れる。 交流電源入力端子１の交流電圧の半周
期での動作は、半周期の交流電圧の小さい領域では位相
制御を行い、位相制御期間は交流電源入力端子１の電圧
とハロゲンランプ５の抵抗によって決まる電流値がヒー
タに流れる。位相制御は交流電圧の小さい期間に行われ
ているため、電流のピーク値は小さいが、半周期に２回
位相制御を行うため、効率よくハロゲンランプ５で熱に
変わる。 位相制御はヒータオン時は導通位相角は小さ
くハロゲンランプ５のフイラメント抵抗が上がるに従い
徐々に導通位相角を広げて行く。

【００１２】半周期の交流電圧の大きい領域ではＰＷＭ
動作を行い、電流のピークを抑制する。ＰＷＭ動作時
は、ＩＧＢＴ８がオンしたときに流れる電流はチョーク
コイル４によって過渡現象を起こすため電流の立ち上が
りが押さえられ交流電源入力端子１の電圧とハロゲンラ
ンプ５の抵抗によって決まる電流値まで立ちあがる前に
三角波発振回路１１の電圧が立ち下がり基準電圧発生回
路出力１０の出力電圧以下になり電圧比較器１２はドラ
イバ１３にＩＧＢＴ８のオフ信号を出力しドライバ１３
はＩＧＢＴ８をオフする。 ＩＧＢＴ８がオフするとチ
ョークコイル４はＩＧＢＴ８がオンしていた時に流れて
いた電流をエネルギーとして蓄積しているため、チョー
クコイル４→ハロゲンランプ５及びコンデンサ７→ダイ
オード６→チョークコイル４の経路で電流が流れる。こ
の時、チョークコイル４のエネルギーはコンデンサ７に
電圧の形に変換され、変換された電圧はハロゲンランプ
５に電流を流しながら過渡的に電圧を下げてゆく。以降
前記ＩＧＢＴ８のオン／オフを繰り返すＰＷＭ制御を行
い徐々にＩＧＢＴ８のオン期間を増加させてゆく。最終
的にはＩＧＢＴ８は位相制御の導通位相角とＰＷＭのデ
ユーテイを増加させながらヒータランプを全導通状態す
る。

【００１３】本発明のハロゲンランプ消灯時の動作を図
３を使って説明する。

【００１４】ヒータオン信号入力端子１４のオン信号入
力を停止すると基準電圧発生回路１０の出力電圧は徐々
に下がりはじめ、位相制御回路１６は導通位相を徐々に
減らし、最終的に導通位相角を０度にする。また電圧比
較器１２は三角波発振回路１１の電圧と比較し、基準電
圧発生回路１０の出力電圧＞三角波発振回路１１の出力
電圧の期間はＩＧＢＴ８をオン、基準電圧発生回路１０
の出力電圧＜三角波発振回路１１の出力電圧の期間はＩ
ＧＢＴ８をオフし、オン／オフを繰り返す。基準電圧発
生回路１０の出力は最終的に三角波発振回路１１の出力
電圧以下になるため、ＩＧＢＴ８は位相制御およびＰＷ
Ｍ制御により電流を減少させ最終的にハロゲンランプ５
は消灯する。

【００１５】この回路では前記説明のとうり交流電源入
力端子１の電圧が小さい期間は位相制御を行い、位相制
御期間は電圧が低いため、尖塔電流値は小さいが半周期
に２回位相制御を行うため効率よくハロゲンランプ５を
暖めることができ、電圧が高い期間はＰＷＭ制御を行
い、ＰＷＭ制御によるＩＧＢＴ８がオン／オフする場合
の電流及び電圧の変化はチョークコイル４で抑制されピ
ークが小さく変化が緩やかであり、かつ、ハロゲンラン
プ５に流れる電流及び電圧はチョークコイルとコンデン
サの過渡現象を利用している事からＰＷＭ制御の基本周
波数の正弦波に近い電流及び電圧であり高調波成分は小
さい。本発明のヒータ制御回路では位相制御とＰＷＭ制
御を組み合わせて使用することによりヒータランプ５の
点灯開始時の突入電流と高調波と電圧変動フリッカは発
生し難い。さらに比較的小さな容量のコンデンサ１５で
高調波成分を減衰させるため電源入力端子１に流れる電
流の高調波電流／高調波電圧は微小である。また、点灯
開始及び消灯時の電流の急激な変化が無く、ヒータ制御
回路に接続される交流電源の電圧変動フリッカの影響を
小さくできる。

【００１６】ハロゲンランプ５の電流の増加の過程で設
定電流以上の電流が流れそうになった場合は電流検出回
路２で検出し、基準電圧発生回路１０の出力上昇を押さ
え、ハロゲンランプ５のフイラメントが発熱し、設定値
以下の電流しか流れない状態になった場合に基準電圧発
生回路１０の出力電圧が上昇するように働く。ソフトス
タート時間が長く取れる場合は基準電圧発生回路１０の
電圧の上昇と下降のスピードを長くすれば電流検出回路
２を付けなくても本発明のヒータ制御回路は安定に動作
可能である。また、ハロゲンランプの定常状態の電流が
小さい場合で消灯時の電圧変動フリッカの発生が小さい
場合には、ヒータオフ時の位相制御とＰＷＭ制御による
電流制御は省略しても良い。

【００１７】

【発明の効果】従来のトライアック方式ではハロゲンラ
ンプの突入電流防止のため位相制御を行うため交流電力
の一部しか利用できず、ハロゲンランプのソフトスター
ト時間が長時間必要だった問題と位相制御時に発生する
高調波電流及び高調波電圧の問題と全相オンからハロゲ
ンランプの給電停止によって発生する電圧変動フリッカ
の問題があった。 また従来の直流点灯方式ではＰＷＭ
制御時のスイッチング電流の尖塔電流が大きく、ハロゲ
ンランプ及びスイッチング手段の劣化及び信頼性を確保
するために大形のスイッチング素子や整流手段が必要だ
った問題、及び従来の直流点灯方式ではスイッチング電
流のピーク時の電流が大きいために容量の大きな電解コ
ンデンサを必要とし高調波電流や高調波電圧を発生する
問題及びハロゲンランプの給電停止時に発生する急激な
電流変化によって発生する電圧変動フリッカの問題があ
った。本発明では交流電源を整流手段で整流した電圧を
ハロゲンランプ及びスイッチング手段に供給し、ハロゲ
ンランプの点灯開始時及び消灯時にハロゲンランプに流
れる電流を位相制御とＰＷＭ制御を併用し、交流電源の
低い電圧の位相では位相制御し、電圧が高い位相ではＰ
ＷＭする事により従来の位相制御やＰＷＭ方式よりも効
率よくハロゲンランプを暖める事ができ、またハロゲン
ランプに流れる電流の尖塔値も低く抑えられ、交流電源
の交流半サイクルごとの電流の変化も連続的あるいは段
階的に変化することにより、冷間時のフイラメントの抵
抗値が小さいハロゲンランプのオン／オフ制御で、従来
の方法では困難であった電圧変動フリッカと高調波電流
と高調波電圧の発生を防止し、さらに従来の方法よりも
尖塔値が小さい事からハロゲンランプやスイッチング手
段の劣化を起こしにくい効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒータ制御回路のブロック図である。

【図２】ヒータ制御回路のハロゲンランプ点灯開始時の
各部電流と電圧波形である。

【図３】ヒータ制御回路のハロゲンランプ消灯時の各部
電流と電圧波形である。

【図４】従来のトライアックを用いたヒータ制御回路の
ブロック図である。

【図５】従来のトライアックを用いたヒータ制御回路の
ハロゲンランプ点灯開始時の各部電流と電圧波形であ
る。

【図６】従来の直流点灯方式のヒータ制御回路のブロッ
ク図である。

【図７】従来の直流点灯方式のヒータ制御回路のハロゲ
ンランプ点灯開始時の各部電流と電圧波形である。

【符号の説明】

１，２９，４０…交流電源入力端子、２，４１…電流検
出回路、３，４２…ダイオードブリッジ、４…チョーク
コイル、５，３０，４４…ハロゲンランプ、６…ダイオ
ード、７，１５…コンデンサ、８，４５…ＩＧＢＴ、
９，４６…制御回路、１０…基準電圧発生回路、１１…
三角波発生回路、１２…電圧比較器、１３…ドライバ、
１４，３２，４７…ヒータオン信号入力端子、１６，３
８…位相制御回路、３１…トライアック、３４，３５…
抵抗、３６，３７…ホトカプラ、３３…ソフトスタート
制御信号入力端子、４３…電解コンデンサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源を整流する整流器と、整流器か
   らの出力により点灯するヒータランプと、整流器からの
   出力電圧をスイッチングしヒータランプに電流を供給す
   るスイッチング手段と、スイチング手段でスイッチング
   された電流の急激な変化を抑えるためのチョークコイル
   と、チョークコイルで発生する起電流を回生させるため
   の回生手段と、スイッチング手段をパルス幅制御と位相
   制御して電球に供給する制御回路を有し、 ヒータランプ点灯開始時は連続的または段階的に電流を
   増加させて定常状態に至り、ヒータランプ消灯時には連
   続的または段階的に電流を減少させて消灯状態に至るこ
   とを特徴とするヒータ制御装置の制御方法。
2. 【請求項２】 ヒータ制御回路はヒータランプ点灯時に
   は位相制御とパルス幅制御を組み合わせ、交流の半周期
   の位相制御での点灯期間を連続的あるいは段階的に増加
   させ、半周期中の位相制御がかからない期間はパルス幅
   制御をかけ、パルス幅制御も位相制御と同様に連続的あ
   るいは段階的にオンデューテイを増加させ最終的に交流
   半周期中を全導通にしてヒータランプに交流電源の全電
   力を供給し、ヒータランプ消灯時には全導通から位相制
   御とパルス幅制御を組み合わせ、交流の半周期の位相制
   御での点灯期間を連続的あるいは段階的に減少させ、半
   周期中の位相制御がかからない期間はパルス幅制御をか
   け、パルス幅制御も位相制御と同様に連続的あるいは段
   階的にオンデューテイを減少させ最終的に交流半周期中
   を非導通にしてヒータランプに交流電源の電力を供給停
   止することを特徴とするヒータ制御装置の制御方法。