Схема элетропитания для индукционного нагревательного элемента
Устройство фиксации включает в себя индукционную нагревательную катушку, сконфигурированную для нагревания тепловыделяющего элемента, включающего в себя токопроводящий нагревательный элемент, повышающую схему, сконфигурированную для повышения напряжения постоянного тока, полученного выпрямлением энергии переменного тока, переключающий элемент, сконфигурированный для подведения напряжения постоянного тока, повышенного повышающей схемой, и подачи тока высокой частоты на индукционную нагревательную катушку, схему возбуждения, сконфигурированную для приведения в действие переключающего элемента, блок определения температуры, выполненный с возможностью определения температуры тепловыделяющего элемента, и блок управления, сконфигурированный для управления мощностью, подаваемой на индукционную нагревательную катушку, посредством управления коэффициентом повышения повышающей схемы и частотой возбуждения переключающего элемента посредством схемы приведения в действие так, что температура, детектированная блоком детектирования температуры, достигает целевой температуры. Технический результат - уменьшение потерь переключающего элемента. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 14 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к схеме электропитания для индукционного нагревательного элемента. Устройство фиксации индукционного нагревательного типа может быть объединено в устройство формирования изображения, и схема электропитания может использоваться, чтобы подавать энергию к индукционному нагревательному элементу в таком устройстве фиксации.
Предшествующий уровень техники
Устройство формирования изображения, как правило, состоит из устройства фиксации для фиксации тонерного изображения, перенесенного на регистрирующий материал. В качестве устройства фиксации во многих случаях традиционно использовалось устройство нагревательного типа, использующее керамический нагреватель или галогенный нагреватель. С недавнего времени используется устройство электромагнитного индукционного нагревательного типа (см. выложенную японскую патентную заявку № 2000-223253).
На фиг.12 показан простой способ управления частотой, применяемый для управления мощностью блока электропитания, который подает энергию устройству фиксации индукционного нагревательного типа. На этапах 4001 и 4002 детектированная мощность P сравнивается с целевой мощностью Po. В случае, когда P>Po, на этапе 4005 частота увеличивается на предварительно определенное значение fa. В случае, когда P<Po, на этапе 4004 частота уменьшается на предварительно определенное значение fb. В случае, когда P=Po, на этапе 4003 частота сохраняется.
На фиг.13 показан простой способ управления частотой, применяемый для управления температурой устройства фиксации. На этапах 5001 и 5002 детектированная температура T сравнивается с целевой температурой To. В случае, когда T>To, на этапе 5005 частота увеличивается на предварительно определенное значение fa. В случае, когда T<To, на этапе 5004 частота уменьшается на предварительно определенное значение fb. В случае, когда T=To, на этапе 5003 частота сохраняется.
На фиг.14 показана взаимосвязь между частотой f возбуждения и мощностью P. Максимальная мощность Pmax подается к катушке с резонансной частотой f1. Характерно, что подаваемая мощность уменьшается, когда частота изменяется в сторону высокой частоты или в сторону низкой частоты относительно резонансной частоты f1. Таким образом, возможно выполнять управление мощностью, управляя частотой f возбуждения в частотном диапазоне fh выше резонансной частоты f1, в котором диапазон характеристики мощность-частота имеет наклон. Также возможно управлять мощностью посредством управления частотой возбуждения в частотном диапазоне fl ниже резонансной частоты f1.
Более конкретно, в системе управления частотой, чтобы уменьшать мощность, частота возбуждения для переключающего элемента, который используется, чтобы подавать мощность на катушку, устанавливается выше, чем резонансная частота. Однако когда частота возбуждения становится выше, чем резонансная частота, потери на переключение переключающего элемента могут возрасти. Потери особенно заметны, когда выполняется операция с большой мощностью в состоянии, в котором частота возбуждения отклоняется от резонансной частоты.
Более того, в системе управления напряжением постоянного тока для управления мощностью только на основе изменения в напряжении постоянного тока, подаваемого на переключающий элемент, требуются повышающая схема и понижающая схема, таким образом, приводя к большому росту производственных затрат и размеру схемы.
Краткое изложение существа изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание схемы электропитания, способной уменьшать потери переключающего элемента во время работы с высокой мощностью, при этом имеющей невысокую стоимость и размер схемы.
Согласно аспекту настоящего изобретения, устройство фиксации включает в себя индукционную нагревательную катушку, сконфигурированную для нагревания тепловыделяющего элемента, включающего в себя токопроводящий нагревательный элемент, повышающую схему, сконфигурированную для повышения напряжения постоянного тока, полученного выпрямлением энергии переменного тока, переключающий элемент, сконфигурированный для подведения напряжения постоянного тока, повышенного повышающей схемой, и подачи тока высокой частоты на индукционную нагревательную катушку, схему возбуждения, сконфигурированную для приведения в действие переключающего элемента, блок определения температуры, сконфигурированный для определения температуры тепловыделяющего элемента, и блок управления, сконфигурированный для управления мощностью, подаваемой на индукционную нагревательную катушку, посредством управления коэффициентом повышения повышающей схемы и частотой возбуждения переключающего элемента посредством схемы возбуждения так, что температура, определенная блоком определения температуры, достигает целевой температуры. Блок управления сконфигурирован для выборочного выполнения первого режима управления для управления мощностью, подаваемой на индукционную нагревательную катушку, посредством изменения частоты возбуждения переключающего элемента в диапазоне частот, равных или выше, чем предварительно определенная частота, и второго режима управления для управления мощностью, подаваемой на индукционную нагревательную катушку, посредством изменения коэффициента повышения повышающей схемы в диапазоне коэффициентов, равных или выше, чем предварительно определенный коэффициент повышения.
Краткое описание чертежей
Дополнительные признаки и аспекты настоящего изобретения станут очевидны из последующего подробного описания вариантов осуществления со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
фиг.1 изображает схематично в разрезе конфигурацию устройства формирования изображения, согласно изобретению;
фиг.2 - схему устройства фиксации, согласно изобретению;
фиг.3 - принципиальную схему блока электропитания устройства фиксации, согласно изобретению;
фиг.4 - диаграмму взаимосвязи между частотой возбуждения катушки и мощностью, согласно изобретению;
фиг.5 - диаграмму взаимосвязи между выходным напряжением повышающей схемы и мощностью, согласно изобретению;
фиг.6 - блок-схему последовательности операций управления для устройства фиксации согласно первому варианту осуществления изобретения;
фиг.7 - блок-схему последовательности операций управления для устройства фиксации, согласно второму варианту осуществления изобретения;
фиг.8 - диаграмму взаимосвязи между частотой возбуждения, выходным напряжением повышающей схемы и мощностью, согласно второму варианту осуществления;
фиг.9 - таблицу, иллюстрирующую взаимосвязь между мощностью, выходным напряжением повышающей схемы и частотой возбуждения, согласно третьему варианту осуществления изобретения;
фиг.10 - диаграмму взаимосвязи в изменениях между выходным напряжением повышающей схемы и частотой возбуждения, согласно третьему варианту осуществления;
фиг.11 - блок-схему последовательности операций управления для устройства фиксации, согласно третьему варианту осуществления;
фиг.12 - блок-схему последовательности операций управления мощностью на основе управления частотой известного устройства фиксации;
фиг.13 - блок-схему последовательности операций управления температурой на основе управления частотой известного устройства фиксации;
фиг.14 - диаграмму взаимосвязи между частотой возбуждения катушки и мощностью.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Различные примерные варианты осуществления, признаки и аспекты изобретения будут описаны в деталях ниже со ссылками на чертежи.
На фиг.1 показана схема устройства формирования цветного изображения, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство является устройством формирования изображения, которое использует процесс электрофотографии.
После равномерного заряда фоточувствительных элементов 1a-1d первичными заряжающими блоками 2a-2d блоки 3a-3d экспозиции освещают фоточувствительные элементы 1a-1d лазерными лучами, модулированными согласно сигналу изображения, чтобы сформировать электростатические скрытые изображения на фоточувствительных элементах 1a-1d. Затем проявочные блоки 4a-4d проявляют тонерные изображения. Первичные блоки 53a-53d передачи передают тонерные изображения на четырех фоточувствительных элементах 1a-1d промежуточной передающей ленте 51 накладывающимся образом. Дополнительно, вторичные блоки 56 и 57 передачи передают тонерные изображения на регистрирующую бумагу P. Очистители 6a-6d собирают оставшийся непереданный тонер на фоточувствительных элементах 1a-1d. Очиститель 55 промежуточной передающей ленты собирает оставшийся непереданный тонер на промежуточной передающей ленте 51. Устройство фиксации 7 фиксирует тонерное изображение, переданное на регистрирующую бумагу P, так, что получается цветное изображение. Устройство 7 фиксации имеет конфигурацию электромагнитного индукционного нагревательного типа.
На фиг.2 показано в разрезе устройство фиксации электромагнитного индукционного нагревательного типа. Лента 72 фиксации является металлической лентой, служащей в качестве нагревательного элемента, который включает в себя токопроводящий нагревательный элемент, и его поверхность покрыта резиновым слоем в 300 мкм. Лента 72 фиксации вращается вокруг роликов 73 и 74 в показанном стрелкой направлении. Лента 75 вращается вокруг роликов 76 и 77 в показанном стрелкой направлении. Индукционная нагревательная катушка 71 расположена в держателе 70 катушки напротив ленты 72 фиксации, которая включает в себя проводящий нагревательный элемент. Переменный ток течет через катушку 71 для генерирования магнитного поля, так что проводящий нагревательный элемент ленты 72 генерирует тепло. Термисторы 78a, 78b и 78c расположены в контакте с центральной, задней и передней сторонами ленты 72 в направлении глубины для определения температуры ленты 72. Термисторы 78a, 78b и 78c являются резисторами, которые показывают тем большие значения сопротивления, чем ниже температура. В устройстве фиксации 7 переменный ток, протекающий через катушку 71, увеличивается или уменьшается так, что температура, определенная центральным термистором 78a, достигает 190°C, что является целевой температурой. Верхняя и нижняя накладки 90 и 91 прикладывают давление, равное приблизительно 40 кг веса, к лентам 72 и 75.
На фиг.3 показана блок-схема блока 100 питания, который подает энергию устройству фиксации 7 индукционного нагревательного типа. Источник 500 питания переменного тока подает энергию блоку 100 электропитания. Напряжение переменного тока от источника 500 питания переменного тока выпрямляется диодным мостом 101, и выпрямленное напряжение сглаживается конденсатором 102 фильтра. Резонансный конденсатор 105 составляет резонансную схему с катушкой 71. Повышающая схема 108 повышает напряжение постоянного тока, выпрямленное диодным мостом 101, и ее коэффициент повышения является переменным. Например, коэффициент повышения изменяется в диапазоне от 1 до 3. Первый и второй переключающие элементы 103 и 104 управляют мощностью, подаваемой к катушке 71. Схема 112 возбуждения переключения возбуждает переключающие элементы 103 и 104 с помощью сигналов 121 и 122 возбуждения переключения. Повышающая схема 108, переключающие элементы 103, 104, схема 112 возбуждения переключения и конденсатор 105 формируют часть генератора сигнала возбуждения, который подает сигналы возбуждения катушки к катушке 71. Блок 113 управления управляет повышающей схемой 108 и схемой 112 возбуждения переключения. Схема 111 определения мощности определяет входную мощность от источника 500 питания переменного тока. Схема 114 определения температуры определяет температуру ленты 72 на основе сигналов от термисторов 78a-78c. Блок 113 управления определяет мощность, которая должна быть подана на катушку 71, на основе результата определения от схемы 111 определения мощности и результата определения от схемы 114 определения температуры и определяет частоты возбуждения сигналов 121 и 122 возбуждения переключения, выведенных из схемы 112 возбуждения переключения, и коэффициент повышения повышающей схемы 108 так, что мощность, подаваемая на катушку 71, достигает определенной мощности. Переключающие элементы 103 и 104 поочередно включаются/выключаются согласно сигналам 121 и 122 возбуждения переключения так, чтобы подавать сигналы возбуждения катушки (ток высокой частоты) на катушку 71.
Блок 100 электропитания вышеописанной конфигурации работает в режиме управления частотой при использовании первого диапазона мощности, в котором повышающая схема 108 работает с коэффициентом повышения, равным 1, т.е. Vo=Vi, и работает в режиме управления напряжением при использовании второго диапазона мощности более высокого, чем первый диапазон мощности.
На фиг.4 показана диаграмма взаимосвязи между частотами сигналов 121 и 122 возбуждения переключения переключающих элементов 103 и 104, выведенных из схемы 112 возбуждения переключения, и мощностью, подаваемой на катушку 71.
В характеристической кривой, когда коэффициент повышения повышающей схемы 108 сохраняется в 1, т.е. Vo=Vi, мощность P, подаваемая на катушку 71, устанавливается равной опорной мощности Pr (P=Pr), когда частота f возбуждающего сигнала является резонансной частотой f1. Когда частота f возбуждающего сигнала увеличивается с f1 до f2, мощность P устанавливается в мощность P4, меньшую, чем опорная мощность Pr. Когда частота возбуждающего сигнала увеличивается больше и больше, мощность P может уменьшаться еще больше. Чтобы увеличить мощность P до значения большего, чем опорная мощность Pr, коэффициент повышения повышающей схемы 108 увеличивается, пока частота f возбуждающего сигнала сохраняется в f1. Другими словами, увеличение коэффициента повышения как Vo=V3, V2 и V1 (V3<V2<V1) по порядку приводит к увеличению мощности, подаваемой на катушку 71 как P3, P2 и P1. Таким образом, мощность P может быть увеличена без увеличения потерь на переключение.
На фиг.5 показана взаимосвязь между выходным напряжением Vo повышающей схемы 108 и мощностью P, когда частоты f возбуждающих сигналов 121 и 122 равны резонансной частоте f1.
Таким образом, в настоящем примерном варианте осуществления устанавливается два режима управления мощностью, режим управления частотой и режим управления напряжением, и каждый режим управления выполняется выборочно. Конкретно, режим управления частотой является режимом (первым режимом управления) для управления мощностью, которая должна быть подана, посредством изменения частоты возбуждения переключающего элемента в диапазоне частот, равных или выше, чем предварительно определенная частота в состоянии, когда коэффициент повышения повышающей схемы 108 сохраняется в предварительно определенном коэффициенте повышения. Режим управления напряжением является режимом (вторым режимом управления) для управления мощностью, которая должна быть подана, посредством изменения коэффициента повышения повышающей схемы 108 в диапазоне коэффициентов, равных или выше, чем предварительно определенный коэффициент повышения в состоянии, когда частота возбуждения переключающего элемента сохраняется в предварительно определенной частоте.
На фиг.6 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующей управление мощностью для устройства фиксации 7, выполняемое блоком 113 управления. В настоящем примерном варианте осуществления предполагается, что температура T центра ленты 72, в котором расположен термистор 78a, управляется к целевой температуре To.
Сначала, на этапе 999, блок 113 управления первоначально устанавливает режим управления мощностью в режим управления частотой в момент начала работы. Первоначальная установка режима в режим управления частотой выполняется с целью постепенно увеличить мощность с состояния низкой мощности, чтобы повышать температуру ленты 72 в момент начала управления. На этапе 1000 блок 113 управления определяет, является ли в этот момент времени режим управления режимом управления напряжением. При определении того, что режим является режимом управления частотой, на этапах 1001 и 1002 блок 113 управления сравнивает детектированную температуру T на основе выходного сигнала термистора 78a с целевой температурой To. В случае, когда T>To, тогда на этапе 1007, чтобы уменьшать температуру ленты 72, блок 113 управления повышает частоту на предварительно определенное значение fb. Процесс затем возвращается к этапу 1000. В случае, когда T<To, блоку 113 управления требуется увеличить температуру ленты 72. Затем на этапе 1003 блок 113 управления определяет, выше ли значение, полученное путем снижения частоты на предварительно определенное значение fa, чем резонансная частота f1, другими словами, удовлетворяет ли значение выражению "f-fa ≥f1". В случае, когда f-fa≥f1, тогда на этапе 1006, чтобы увеличивать температуру ленты 72, блок 113 управления понижает частоту на предварительно определенное значение fa. Процесс затем возвращается к этапу 1000. Если f-fa≥f1 не удовлетворяется, тогда на этапе 1005 блок 113 управления устанавливает частоту равной f1. На этапе 1008 блок 113 управления переключает режим управления мощностью с режима управления частотой на режим управления напряжением. Процесс затем возвращается к этапу 1000. На этапах 1001 и 1002, в случае когда T=To, блок 113 управления сохраняет установленную частоту f.
При определении на этапе 1000 того, что в этот момент времени режимом управления мощностью является режим управления напряжением, на этапах 1011 и 1012 блок 113 управления сравнивает детектированную температуру T на основе выходного сигнала термистора 78a с целевой температурой To. В случае, когда T<To, блоку 113 управления требуется увеличивать температуру ленты 72. Затем на этапе 1017 блок 113 управления определяет, меньше ли мощность P, подаваемая на катушку 71, чем верхняя предельная мощность Pmax. Если это не тот случай, когда P<Pmax, блок 113 управления сохраняет выходное напряжение Vo повышающей схемы 108 таким, как оно есть. Процесс затем возвращается к этапу 1000. В случае, когда P<Pmax, тогда на этапе 1019 блок 113 управления устанавливает коэффициент повышения, чтобы увеличить выходное напряжение Vo повышающей схемы 108 на предварительно определенное значение Vb. Процесс затем возвращается к этапу 1000. В случае, когда T>To, тогда на этапе 1013 блок 113 управления определяет, ниже ли значение, полученное уменьшением выходного напряжения Vo повышающей схемы 108 на предварительно определенное значение Va, чем входное напряжение Vi повышающей схемы 108, другими словами, удовлетворяет ли значение выражению "Vo-Va<Vi". В случае, когда Vo-Va<Vi, тогда на этапе 1016 блок 113 управления устанавливает коэффициент повышения, чтобы уменьшать выходное напряжение Vo повышающей схемы 108 на предварительно определенное значение Va. Процесс затем возвращается к этапу 1000. Если это не тот случай, когда Vo-Va<Vi, тогда на этапе 1015 блок 113 управления устанавливает Vo=Vi (коэффициент повышения равен 1). Затем, на этапе 1018, блок 113 управления переключает режим управления мощностью с режима управления напряжением на режим управления частотой. Процесс затем возвращается к этапу 1000. В случае, когда T=To, блок 113 управления сохраняет выходное напряжение Vo повышающей схемы 108 таким, какое оно есть. Процесс затем возвращается к этапу 1000.
Например, индуктивность устройства фиксации 7 равна 40 мкГн, а емкость резонансного конденсатора 105 равна 1 мкФ, резонансная частота равна приблизительно 25 кГц. Когда напряжение промышленного источника 500 питания равно 100 В, в конфигурации настоящего примерного варианта осуществления, напряжение Vi равно приблизительно 140 В, а опорная мощность Pr в это время равна 500 Вт. Таким образом, блок 100 питания работает в режиме управления напряжением, где частота возбуждения сохраняется в 25 кГц, когда подается мощность, большая чем 500 Вт, и работает в режиме управления частотой (частота возбуждения 25 кГц или выше), где выходное напряжение повышающей схемы 108 сохраняется величиной 140 В, когда подается мощность, меньшая чем 500 Вт.
Как описано выше, когда подается относительно большая мощность (>500 Вт), которая требует высокой эффективности, изменение коэффициента повышения при возбуждении переключающего элемента с резонансной частотой позволяет уменьшить потери переключающего элемента. Когда подается относительно небольшая мощность (<500 Вт), изменение частоты возбуждения переключающего элемента позволяет управлять мощностью без необходимости использования какой-либо понижающей схемы.
Конфигурации устройства формирования изображения и блока электропитания согласно второму примерному варианту осуществления настоящего изобретения похожи на конфигурации первого примерного варианта осуществления. На фиг.7 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая управление мощностью, выполняемое блоком 113 управления во втором примерном варианте осуществления. Во втором примерном варианте осуществления, как и в случае первого примерного варианта осуществления, предполагается, что температура T центра ленты 72, в котором расположен термистор 78a, управляется к целевой температуре To. Также мощность, подаваемая, когда коэффициент повышения повышающей схемы 108 установлен в значение предварительно определенного коэффициента повышения (коэффициента повышения 1) и частота возбуждения переключающего элемента установлена в значение предварительно определенной частоты (резонансной частоты f1), используется как опорная мощность Pr.
Сначала, на этапе 1997, блок 113 управления определяет напряжение промышленного источника 500 питания. На этапе 1998 блок 113 управления устанавливает мощность Pa и мощность Pb, которые используются в качестве опорных значений для переключения между режимом управления напряжением и режимом управления частотой согласно значению детектирования напряжения. Другими словами, мощность Pa устанавливается в значение первой предварительно определенной мощности, меньшей, чем опорная мощность Pr. Мощность Pb устанавливается в значение второй предварительно определенной мощности, большей, чем опорная мощность Pr. Взаимосвязью между Pa, Pb и Pr является выражение Pa<Pr<Pb, как показано на фиг.8. Далее, на этапе 1999, блок 113 управления изначально устанавливает режим управления мощностью в режим управления частотой. Первоначальная установка режима в режим управления частотой выполнена в целях постепенного увеличения мощности от низкой мощности в момент начала управления. На этапе 2000 блок 113 управления определяет, является ли режим управления мощностью режимом управления напряжением в этот момент времени. Когда определяется, что режим является не режимом управления напряжением, а режимом управления частотой, тогда на этапах 2001 и 2002 блок 113 управления сравнивает детектированную температуру T с целевой температурой To. В случае, когда T>To, тогда на этапе 2007 блок 113 управления повышает частоту на предварительно определенное значение fb. Процесс затем возвращается к этапу 2000. В случае, когда T<To, тогда на этапе 2003 блок 113 управления сравнивает мощность P, подаваемую на катушку 71, с установленным значением Pa. В случае, когда P<Pa, тогда на этапе 2006 блок 113 управления понижает частоту на предварительно определенное значение fa. Процесс затем возвращается к этапу 2000. В случае, когда P>Pa, тогда на этапе 2005 блок 113 управления устанавливает частоту в f=f1. На этапе 2008 блок 113 управления переключает режим управления мощностью в режим управления напряжением. На этапе 2002, если не T<To, другими словами, в случае, когда T=To, блок 113 управления сохраняет установленную частоту f такой, какая она есть. Процесс затем возвращается к этапу 2000.
С другой стороны, при определении на этапе 2000 того, что режимом управления мощностью в этот момент времени является режим управления напряжением, на этапах 2011 и 2012 блок 113 управления сравнивает детектированную температуру T с целевой температурой To. В случае, когда T<To, тогда на этапе 2017 блок 113 управления определяет, меньше ли мощность P, чем верхняя предельная мощность Pmax. Если это не тот случай, когда P<Pmax, блок 113 управления сохраняет выходное напряжение Vo повышающей схемы 108. Процесс затем возвращается к этапу 2000. В случае, когда P<Pmax, тогда на этапе 2019 блок 113 управления увеличивает выходное напряжение Vo повышающей схемы 108 на предварительно определенное значение Vb. Процесс затем возвращается к этапу 2000. В случае, когда T>To, тогда на этапе 2013 блок 113 управления сравнивает мощность P с установленным значением Pb. В случае, когда P>Pb, тогда на этапе 2016 блок 113 управления уменьшает выходное напряжение Vo повышающей схемы 108 на предварительно определенное значение Va. Процесс затем возвращается к этапу 2000. В случае, когда P<Pb, тогда на этапе 2015 блок 113 управления устанавливает Vo=Vi. На этапе 2018 блок 113 управления переключает режим управления мощностью в режим управления частотой. Если это не тот случай, когда на этапе 2012 T>To, другими словами, когда T=To, блок 113 управления сохраняет выходное напряжение Vo повышающей схемы 108. Процесс затем возвращается к этапу 2000.
Например, индуктивность устройства фиксации 7 равна 40 мкГн, а емкость резонансного конденсатора 105 равна 1 мкФ, резонансная частота f1 равна приблизительно 25 кГц. Когда напряжение промышленного источника 500 питания равно 100 В, напряжение Vi равно приблизительно 140 В и мощность Pr в этот момент времени равна 500 Вт в конфигурации устройства фиксации 7 согласно настоящему примерному варианту осуществления. В этом случае мощность Pa устанавливается в 470 Вт, а мощность Pb устанавливается в 530 Вт.
Когда напряжение промышленного источника 500 питания равно 120 В, мощность Pr равна 720 Вт. В этом случае мощность Pa устанавливается в 690 Вт, а мощность Pb устанавливается в 750 Вт.
Конфигурации устройства формирования изображения и блока электропитания согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения похожи на конфигурации первого и второго примерных вариантов осуществления.
В третьем варианте осуществления блок 113 управления имеет таблицу, хранящую данные, как показано на фиг.9. Сохраненные данные разделены на множество наборов данных, пронумерованных от 1 до 8. Каждый набор данных соответствует различной мощности P (P1 по P7 или 0) и указывает взаимосвязь между выходным напряжением Vo повышающей схемы 108 и частотой f возбуждения, прикладываемой при рассматриваемой мощности. Блок 113 управления выбирает один из наборов данных (комбинацию выходного напряжения Vo (коэффициента повышения) и частоты f возбуждения) в таблице согласно разности между целевой температурой и детектированной температурой устройства фиксации 7. На фиг.10 показана диаграмма взаимосвязи, указанной в таблице и показанной на фиг.9.
Пошагово проходя по наборам данных, пронумерованным от 1 до 3 в таблице, т.е. мощностям P1 по P3, блок 113 управления выполняет управление в режиме управления напряжением, которое сохраняет частоту в f=f1 и изменяет напряжение Vo. В наборе данных номер 4, т.е. мощность Pr, блок 113 управления сохраняет частоту возбуждения в f=f1 и напряжение Vo=Vi. Пошагово проходя по наборам данных, пронумерованным от 5 до 7, т.е. мощностям P5 по P7, блок 113 управления выполняет управление в режиме управления частотой, которое сохраняет напряжение Vo=Vi и изменяет частоту f возбуждения. Другими словами, с помощью мощности Pr, установленной в качестве граничной, блок 113 управления выбирает режим управления напряжением, когда необходима мощность, большая, чем Pr, и режим управления частотой, когда необходима мощность, меньшая, чем Pr. В настоящем примерном варианте осуществления существуют восемь комбинаций Vo и f. Однако между номерами 1 и 8 данных доступно большее сегментирование.
На фиг.11 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая управление мощностью, выполняемое блоком 113 управления в третьем варианте осуществления. В третьем варианте осуществления, как и в случае первого и второго вариантов осуществления, предполагается, что температура T центра токопроводящего нагревательного элемента 72, в котором расположен термистор 78a, управляется к целевой температуре To.
Когда управление начинается, на этапе 2997 блок 113 управления детектирует напряжение промышленного источника 500 питания. На этапе 2998 блок 113 управления устанавливает таблицу комбинаций выходных напряжений Vo и частот f возбуждения повышающей схемы, как проиллюстрировано на фиг.9. Более конкретно, блок 113 управления определяет, является ли промышленный источник питания переменного тока системой 100 В или 200 В. Блок 113 управления устанавливает таблицу для 100 В в случае системы 100 В и таблицу для 200 В в случае системы 200 В. Блок 113 управления может устанавливать различные таблицы в зависимости от стран или регионов, где установлено устройство формирования изображения. Далее, на этапе 2999, блок 113 управления устанавливает номер набора данных, указывающий комбинацию выходного напряжения Vo повышающей схемы и частоты f возбуждения, в 8. Набор данных номер 8 указывает состояние прекращения подачи мощности. На этапе 3000 блок 113 управления сравнивает детектированную температуру T с целевой температурой To. В случае, когда T>To, тогда на этапе 3006 блок 113 управления определяет, равен ли номер X данных, установленный в этот момент времени (далее в данном документе называемый текущим номером набора данных), 8, другими словами, состоянию остановки. Если номер набора данных равен 8, блок 113 управления сохраняет номер X набора данных таким, какой он есть. Процесс затем возвращается к этапу 3000. Если номер набора данных не равен 8, процесс переходит к этапу 3007. Чтобы уменьшать мощность, которая должна быть подана к индукционной нагревательной катушке 71, блок 113 управления изменяет комбинацию на комбинацию Vo и f, установленную с номером, большим на единицу, чем текущий номер X набора данных. Таким образом, когда устройство фиксации 7 превышает целевую температуру, блок 113 управления может последовательно увеличивать номер X данных, повторяя этапы 3000, 3006, 3007, 3000, …, и даже может быть установлен X=8 (состояние прекращения подачи мощности).
Если это не тот случай, когда T>To на этапе 3000, процесс переходит к этапу 3001. Если T<To на этапе 3001, тогда на этапе 3002 блок 113 управления определяет, равен ли текущий номер X набора данных 1, другими словами, установке максимальной мощности. Если номер X набора данных равен 1, блок 113 управления сохраняет номер набора данных таким, какой он есть. Процесс затем возвращается к этапу 3000. Если на этапе 3002 номер X набора данных не равен 1, процесс переходит к этапу 3004. На этапе 3004, чтобы увеличивать мощность, которая должна быть подана к индукционной нагревательной катушке 71, блок 113 управления изменяет комбинацию на комбинацию Vo и f, установленную номером, меньшим на единицу, чем текущий номер X набора данных. Таким образом, когда устройство фиксации 7 является холодным в момент включения питания или т.п., блок 113 управления может последовательно уменьшать номер X набора данных, повторяя этапы 3000, 3001, 3002, 3004, 3000, …, до тех пор, пока не будет достигнут X=1. Если это не тот случай, когда T<To на этапе 3001, блок 113 управления сохраняет номер X данных как есть. Процесс затем возвращается к этапу 3000.
Как описано выше, когда подается относительно большая мощность, которая требует высокой эффективности, изменение коэффициента повышения при возбуждении переключающего элемента с резонансной частотой позволяет изменять мощность, в то же время уменьшая потери переключающих элементов. Когда подается относительно небольшая мощность, изменение частоты возбуждения переключающего элемента позволяет управлять мощностью без необходимости использования какой-либо понижающей схемы.
Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми примерными вариантами осуществления. Объем нижеприведенной формулы изобретения должен считаться в самой широкой интерпретации, с тем чтобы заключать в себе все модификации, равноценные структуры и функции.
1. Устройство фиксации, содержащее индукционную нагревательную катушку, сконфигурированную для нагрева тепловыделяющего элемента, включающего в себя токопроводящий нагревательный элемент;
повышающую схему, сконфигурированную для повышения напряжения постоянного тока, полученного посредством выпрямления энергии переменного тока; переключающий элемент, сконфигурированный для подведения напряжения постоянного тока, повышенного повышающей схемой, и подачи тока высокой частоты на индукционную нагревательную катушку; схему возбуждения, сконфигурированную для возбуждения переключающего элемента; блок определения температуры, сконфигурированный для определения температуры тепловыделяющего элемента; и блок управления, сконфигурированный для управления мощностью, подаваемой на индукционную нагревательную катушку, посредством управления коэффициентом повышения повышающей схемы и возбуждения переключающего элемента посредством схемы возбуждения, так что температура, детектируемая блоком определения температуры, достигает целевой температуры, при этом блок управления сконфигурирован для выборочного выполнения первого режима управления для управления мощностью, подаваемой на индукционную нагревательную катушку, посредством изменения частоты возбуждения переключающего элемента в диапазоне частот, равных или выше, чем предварительно заданная частота, и второго режима управления для управления мощностью, подаваемой на индукционную нагревательную катушку, посредством изменения коэффициента повышения повышающей схемы в диапазоне коэффициентов, равных или выше, чем предварительно заданный коэффициент повышения.
2. Устройство фиксации по п.1, в котором блок управления сконфигурирован для сохранения коэффициента повышения повышающей схемы на предварительно определенном уровне коэффициента повышения в первом режиме управления и сохранения частоты возбуждения переключающего элемента на предварительно определенном уровне частоты во втором режиме управления.
3. Устройство фиксации по п.1, в котором блок управления сконфигурирован для выбора одного из первого режима управления и второго режима управления на основе температуры, определенной блоком определения температуры, коэффициента повышения и частоты возбуждения.
4. Устройство фиксации по п.1, в котором блок управления сконфигурирован для выполнения первого режима управления в момент начала работы устройства фиксации.
5. Устройство фиксации по п.1, в котором в состоянии, когда выбран первый режим управления, когда температура, детектированная блоком определения температуры, ниже, чем целевая температура, если значение, полученное уменьшением частоты возбуждения, которая установлена, когда температура детектируется блоком определения температуры, на предварительно определенное значение, ниже, чем предварительно определенная частота, блок управления сконфигурирован для переключения из первого режима управления во второй режим управления.
6. Устройство фиксации по п.1, в котором в состоянии, когда выбран второй режим управления, когда температура, детектированная блоком определения температуры, выше, чем целевая температура, если значение, полученное уменьшением коэффициента повышения, который установлен, когда температура детектируется блоком определения температуры, на предварительно определенное значение, ниже, чем предварительно определенный коэффициент повышения, блок управления сконфигурирован для переключения из второго режима управления в первый режим управления.
7. Устройство фиксации по п.1, в котором в состоянии, когда выбран первый режим управления, когда температура, детектированная блоком определения температуры, ниже, чем целевая температура, и мощность, которая должна быть подана на индукционную нагревательную катушку, установлена более высокой, чем первая предварительно определенная мощность, блок управления сконфигурирован для переключения из первого режима управления во второй режим управления,
при этом первая предварительно определенная мощность является мощностью меньшей, чем мощность, подаваемая на индукционную нагревательную катушку, когда коэффициент повышения повышающей схемы равен предварительно определенному коэффициенту повышения и частота возбуждения равна предварительно определенной частоте.
8. Устройство фиксации по п.1, в котором в состоянии, когда выбран второй режим управления, когда температура, детектированная блоком определения температуры выше, чем целевая температура, и мощность, которая должна быть подана на индукционную нагревательную катушку, установлена более низкой, чем вторая предварительно определенная мощность, блок управления сконфигурирован для переключения из второго режима управления в первый режим управления, и при этом вторая предварительно определенная мощность является мощностью большей, чем мощность, подаваемая на индукционную нагревательную катушку, когда коэффициент повышения повышающей схемы равен предварительно определенному коэффициенту повышения и частота возбуждения равна предварительно определенной частоте.
9. Устройство фиксации по п.1, в котором блок управления сконфигурирован для повышения мощности, которая должна быть подана на индукционную нагревательную катушку, когда температура, детектированная блоком определения температуры, ниже, чем целевая температура, для уменьшения мощности, которая должна быть подана на индукционную нагревательную катушку, когда температура, детектированная блоком определения температуры, выше, чем целевая температура, для выбора первого режима управления, когда мощность, которая должна быть подана, меньше, чем предварительно определенная мощность, и для выбора второго режима управления, когда мощность, которая должна быть подана, больше, чем предварительно определенная мощность.
10. Устройство фиксации по п.9, в котором предварительно определенная мощность является мощностью, подаваемой на индукционную нагревательную катушку, когда коэффициент повышения повышающей схемы равен предварительно определенному коэффициенту повышения, а частота возбуждения равна предварительно определенной частоте.
11. Устройство фиксации по п.9, дополнительно содержащее таблицу, сконфигурированную для хранения данных, указывающих взаимосвязь между коэффициентом повышения и частотой возбуждения, соответствующими мощности, которая должна быть подана,
при этом в данных таблицы коэффициент повышения и частота возбуждения определяются согласно первому режиму управления в диапазоне, в котором мощность, которая должна быть подана, меньше, чем предварительно определенная мощность, и определяются согласно второму режиму управления в диапазоне, в котором мощность, которая должна быть подана, больше, чем предварительно определенная мощность.
12. Схема электропитания для подачи энергии на индукционный нагревательный элемент, содержащая блок генерирования сигнала возбуждения, сконфигурированный для генерирования сигналов возбуждения, которые должны быть поданы на индукционный нагревательный элемент; блок определения температуры, сконфигурированный для детектирования температуры объекта, нагреваемого индукционным нагревательным элементом; блок управления, сконфигурированный для управления напряжением (Vo) и частотой сигналов возбуждения в зависимости от детектированной температуры так, чтобы предпочтительно поддерживать объект при целевой температуре, при этом блок управления переключается между первым режимом управления, в котором напряжение возбуждающих сигналов сохраняется, по существу, неизменным, а частота возбуждающих сигналов изменяется, и вторым режимом управления, в котором частота возбуждающих сигналов сохраняется, по существу, неизменной, а напряжение возбуждающих сигналов изменяется.
13. Схема электропитания по п.12, в которой в первом режиме управления возбуждающие сигналы имеют предварительно определенное напряжение; и во втором режиме управления возбуждающие сигналы имеют переменное напряжение, большее или равное предварительно определенному напряжению.
14. Схема электропитания по п.12, в которой
во втором режиме управления возбуждающие сигналы имеют предварительно определенную частоту; и
в первом режиме управления возбуждающие сигналы имеют переменную частоту, большую или равную предварительно определенной частоте.
15. Схема электропитания по п.13, в которой во втором режиме управления блок генерирования возбуждающего сигнала предназначен для генерирования возбуждающих сигналов, повышая входное напряжение, а в первом режиме управления блок генерирования возбуждающего сигнала предназначен для генерирования сигналов без повышения входного напряжения.
16. Схема электропитания по п.12, в которой блок генерирования возбуждающего сигнала сконфигурирован для формирования резонансной схемы с индукционным нагревательным элементом, и во втором режиме управления частота сигналов возбуждения сохраняется на или близкой к резонансной частоте резонансной схемы.
17. Схема электропитания по п.12, в которой блок управления выполнен с возможностью переключения из первого режима управления во второй режим управления, когда детектированная температура меньше, чем целевая температура, и подаваемая мощность меньше, чем первая опорная мощность, и дополнительно выполнен с возможностью переключения из второго режима управления в первый режим управления, когда детектированная температура больше, чем целевая температура, и подаваемая мощность больше, чем вторая опорная мощность, большая, чем первая опорная мощность.
18. Схема электропитания по п.17, в которой первая опорная мощность меньше, чем мощность, подаваемая, когда возбуждающие сигналы имеют предварительно определенное напряжение и предварительно определенную частоту, а вторая опорная мощность больше, чем мощность, подаваемая, когда возбуждающие сигналы имеют предварительно определенное напряжение и предварительно определенную частоту.
