专利名称：电源控制单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源控制单元，用于控制负载的电源，该负载可以是静电复印机、打印机和传真机的成像装置中的热定影器的加热器。本发明尤其涉及一种电源控制单元，其布置考虑了由于流进负载的浪涌电流而引起的电源电压的瞬时下降、当实现相位控制时由供电电源引起的电流波形的谐波失真的出现和传导噪声的产生。
例如，在静电复印机、打印机和传真机等成像装置中，按照原始文稿的图像信息密度将图像信号转化成电信号，基于它，用激光束等在感光体上形成的静电潜像。然后，将该静电潜像显影成显影图像并且传送到纸上，随后，由固定于其上的热定影器的加热器产生的热量将该显影图像定影。在这种类型的利用加热将图像定影到纸上的热定影器中，热定影器的加热器(以下称为定影加热器)是作为一个负载。在定影加热器中，加热灯，例如卤素灯，和热阻等用作热源。定影加热器被包在一对定影热辊中，该定影热辊用于挟住并且传送将显影图像定影于其上的纸张。更特别地是，在一对定影热辊的两个或一个中的一个或多于一个定影加热器，每个具有从几百瓦到约两千瓦的功率。若是高速成像装置，采用具有较大容量的定影加热器。另外，根据在接触该对定影热辊的表面提供的温度传感器的检测结果，产生定影加热器的开/关信号，用该信号控制供给定影加热器的电源，该对定影热辊保持在预定温度。
若成像装置具有相对于温度有正特性的一个大负载做为主要部件，在控制下给其提供电源，在供电开始后，一大电流(以下称为浪涌电流)立即流过负载。下面，参考图7，用热定影器的卤素加热器作为例子来解释浪涌电流如何流进负载和浪涌电流流过负载时电源电压如何下降。
如曲线(a)所示，当加热器信号是开状态时，从商用供电电源给卤素加热器供电。因为卤素加热器的电阻值相对于温度具有正特性，换言之，随卤素加热器温度的升高其阻值变大，如果电流没有加到卤素加热器，该卤素加热器有很小的电阻值。一般地，在这样低温下的电阻值是当被加热时电阻值的1/10。由于电源供给具有这样小阻值的卤素加热器，在电源启动之后，浪涌电流I1(在初始阶段电流的半个周期的峰值)立即流进卤素加热器，如曲线(c)所示。
随着电流的流入，卤素加热器被加热并且相应的温度和电阻值上升。随着电阻值的上升，流进卤素加热器的电流下降并且收敛至正常电流I0，卤素加热器恢复到正常状态。浪涌电流I1与正常电流I0的比I1/I0，其范围从几到十倍。在图7的情况下，由于控制卤素加热器实际上是在电源电压波形的过零点处开始点亮，浪涌电流能够被抑制到相对较小的值。
另一方面，如图中曲线(b)所示，以上述方式流进卤素加热器的浪涌电流在给成像装置供电的商用供电电源的出口附近或由于其它内部线路的阻抗在这些内部线路上引起电压下降ΔV1。附图中的曲线(b)表示当电压下降时电压波形的包络线。当流经卤素加热器的电流已经收敛至正常电流时，电压下降也收敛至一个小数值ΔV2。当切断供给卤素加热器的电源时，电压恢复到初始电平V0。
特别地，由于上述浪涌电流引起瞬间较大的电压下降，对外围设备或照明设备会有不利影响。例如，当提供给照明设备的电压下降时，可能会发生照明闪烁现象(闪烁)。近来，为抑制这种现象的发生，相对电源而言消耗功率大的设备通过闪烁测试进行调整。闪烁测试校验在电源末端的电压没有由于装置里的负载而下降至预定水平之下。在成像装置中，用两种方式执行闪烁测试复印方式(这种方式的闪烁测试称为短闪烁测试)和备用方式(这种方式的闪烁测试称为长闪烁测试)。这样，根据为每种方式分别设置的调整值执行闪烁测试。
为了抑制有问题的电压下降，如在日本公开专利申请No.242644/1994(特开平No.6-242644)所公开的，已知一种称为相位控制的控制方法，通过逐步地增加电流通过负载的导通角来供电。然而，当通过相位控制，给比如上述的卤素加热器负载供电时，供电不是在电压波形的过零点开始，给负载突然施加了一个大电压。相应地，不仅电流波形失真，而且在一个宽的频带上发射传导噪声。电流波形的失真对商用供电电源出口的周围产生不利影响，该商用供电电源被连接到一个装置，通过相位控制给内部负载供电，该商用供电电源或者被连接到连接其它内部线路的装置。并且，所发射的传导噪声引起触发外围电子设备不正常工作的问题。
为了消除上述问题，通过称为谐波测试的测试施加调整。谐波测试检查相应于原始波形图8的电流波形如何严重失真。实际上，对通过将电流波形进行傅立叶分析获得的谐波的每阶系数是否是在预定调整值之内进行测试，检查第二至第四十次谐波。在复印方式下形成正常的图像，安全调整需要成像装置将谐波噪声保持在预定调整值之内。
为实现这些调整提出了各种对抗设备。例如，前述日本公开专利申请No.242644/1994(特开平No.6-242644)也公开了用于抑制浪涌电流产生的技术，它利用了含有双向可控硅(也叫TRIAC)的软开关电路逐步地增加导通角。当采用这个技术后，有效地抑制了电压下降，但是由于传统的相位控制的影响，电流波形大大地失真，因此引起大量的传导噪声。为了消除传导噪声对其它装置的不利影响，必须给供电电源线路提供昂贵的噪声滤波器。这样，产生成本增加的问题。除此之外，电流波形失真的问题仍没解决。
下面，参照表1和表9解释相位控制周期的时间长度如何综合性地影响前述电压下降，电流波形的失真和传导噪声。
表1
在此，以这种方式实施相位控制，即在允许电流流通之后的预定时间Tph期间(图9)内，从电压波形的过零点一个预定时间段(延时时间)之后加给负载电源，并且在过零点停止。因此，相位控制被切换成过零控制，以连续地全通过电流。
在这种情况下，如从表1所理解的，相位控制时间越长，电压下降越小，相位控制时间越短，电压下降越大。相反，相位控制时间越长，电压波形的失真度及传导噪声越高，相位控制时间越短，电流波形的失真度和传导噪声越低。
因此，本发明的一个目的是提供电源控制单元，当电源供电给大容量的负载，例如用在成像装置等上的加热器等时，它能有效地减少电压下降而不会引起电流波形大的失真或大的传导噪声，。
为了实现上述和其它目标，本发明的第一电源控制单元具有这种特征，包括切换部分，通过控制具有至少一个极性和从A/C电源通过相位控制到负载的供电电压，来调整流过相对于温度具有正电阻特性的负载的负载电流，其中，在供电电压波形的半个周期内的电流流通时间在电流开始流通之前设定，并且该切换部分在供电电压波形上实施相位控制以形成第一控制模式，其中切换部分提供电流流通时间为T1的电压；切换部分然后提供电流流通时间为T2的电压，电流流通时间T2比电流流通时间T1长；和切换部分接着提供电流流通时间为T3的电压，电流流通时间T3比电流流通时间T2短。
另外，本发明的第二电源控制单元具有这种特征，包括切换部分，通过控制具有至少一个极性和从A/C电源通过相位控制到负载的供电电压，来调整流过相对于温度具有正电阻特性的负载的负载电流，其中，在供电电压波形的半个周期内的电流流通时间在电流开始流通之前设定，其中该切换部分在电源电压波形上实施相位控制执行至少一次第二控制模式，其中该切换部分通过电流而保持电流流通时间基本不变；在产生的负载电流的峰值衰减速率饱和之前，切换部分延长电流流通时间；和然后切换部分通过电流而同时保持延长的电流流通时间基本不变。
按照以上安排，能有效地减少电压下降，而不会引起电流波形的大的失真或大的传导噪声，省去昂贵的噪声滤波器或特殊硬件。并且，利用用于测试电压下降的两种闪烁测试(短闪烁测试和长闪烁测试)的相同的控制方法，控制也可实施。
参照附图详细进行描述，会对本发明的实质和优点有更全面的了解。
图1是简要示出按照本发明的实施例的定影加热器控制电路安排的方框图；图2是解释成像装置每部分的视图；图3是用于解释热定影器每部分的视图；图4是示出如何实施相位控制的时间流程图；图5是基于图1的ROM中存储的相位控制波形数的值而设定相位控制周期的详细过程的流程图；图6是示出实施相位控制时电流波形的图；图7是解释电压下降和电流波形的视图8是解释电流波形失真的视图；图9是解释当实施相位控制时电压下降和电流波形的视图；图10是解释当实施相位控制时电流波形的视图；图11是解释当实施相位控制时电流波形的另一个视图；和图12是解释当实施相位控制时间电流波形的又一个视图。
下面，参照图1至6和10至12，用数字复印机做为本发明成像装置的例子，解释本发明的一个实施例。
首先，将简要描述成像装置的每个部件。在此，该成像装置是数字复印机。如图2所示，数字复印机30大体上包括扫描器部分31，图像处理部分(未示出)，记录部分32。扫描器部分31读取原始文件上的图像并且将其转化为相应的电信号，将电信号发送到图像处理部分作为图像信号。图像处理部分处理按预定方式接收的图像数据。通过包含在记录部分32中的激光书写器件将所处理的图像数据照射到也包含于记录部分32中的静电复印成像器件中感光体上，这样形成对应于原始文件上的图像的静电潜像。该静电潜像首先通过显影器件显影成显影图像，并且然后被传送到一张纸上。将在其上具有显影图像的纸传送到热定影器，该热定影器在成像部分的内部沿着纸传送的方向的末端，该显影图像被定影到该纸上。
下面，将参照图3详细解释该热定影器。如图所示，热定影器40有上部定影热辊41和下部定影热辊42，通过压力施加装置43二者互相施加压力。通过驱动装置(未示出)能够转动上部和下部定影热辊41和42，这样，他们能够夹住和传送纸。在上部定影热辊41的内部有定影加热器44。并且，定影热敏电阻45和定影分离钳46接触上部定影热辊41的外表面。另外，温度熔丝47与上部定影热辊41分开。
下面将参照图1解释本发明的电源控制单元的布置。图1描述了在数字复印机30中用作电源控制单元的定影加热器控制电路的主要部分的布置。图1的定影加热器控制电路大体上包括A/C电源的连接插头101，电源供电单元102，控制面板103和定影单元104。电源单元102包含电源变压器105，过零检测电路106，双向可控硅(也指TRIAC)107。控制面板103包含输入/输出器件(I/O)108，另一个输入/输出器件(I/O)109，CPU(中央处理单元)110，ROM(只读存储器)111，RAM(随机存取存储器)112，A/D转换器113和放大器114。当A/C电源连接插头101被连到电源，通过电源变压器105，原边电源被转化成副边电源，这样给电子部件提供预定电源。并且，定影单元104包含温度熔丝117，定影加热器118和定影热敏电阻119。
如同已经解释的，在上部定影热辊41内部有定影加热器118，将热量给予上部定影热辊41和下部定影热辊42。定影热敏电阻119检测定影热辊118的表面温度，将相应于所检测温度的信号经A/D转换器113传送给CPU110。定影加热器118和双向可控硅107相应于A/C供电电源串联连接。双面可控硅107根据从CPU110所接收的信号经过输入/输出器件108允许或中断提供给定影加热器118的电源。过零检测电路106检测从A/C供电电源提供的电压的过零点，并且通过输入/输出器件108给CPU发送一个信号。温度保险丝117与定影加热器118串联连接以防止在定影热敏电阻119或双向可控硅107失效并且电源继续给定影加热器118供电的情况下的起火等。
在此，电源供电单元102和控制面板103形成切换装置。
接着，下面将利用一个例子解释通过控制前面提到的硬件给定影加热器118提供电源的方法，其中当供电电源处在关状态时(主开关关断)随着其主开关转到开状态激活数字复印机30。在此，数字复印机30设计工作在230V和50Hz。
CPU 110根据预先存在ROM 111中的控制程序控制数字复印机30的整个操作，并且切换装置由来自CPU 110的命令操作。下面，将解释CPU 110如何控制切换装置。
控制切换装置的控制程序存在ROM 111中，当必要时CPU提取ROM111中的内容控制切换装置。并且，控制切换装置操作的控制数据也存在ROM 111中。当必要时CPU也提取控制数据，并且用其控制开关装置。
下面，将要解释当数字复印机30的供电电源处在关时，其主开关转到开，数字复印机30的操作。在此，定义相位控制为设定在电压波形的每半个周期中电流流通时间的控制。并且，定义全电流流通为设定供电电压到0(零)的延时时间的控制，这样，整个半周期将是电流流通时间。另外，定义过零控制为保持实施全电流流通的控制。
开始，当数字复印机30的主开关转到开，给数字复印机30的控制电路提供电源，其中控制电路准备控制数字复印机30。为使数字复印机30准备好，CPU 110激活机械驱动装置，这样，成像部分执行预处理过程。同时，CPU 110给定影加热器118提供电源将其温度升高到预定值。如同已经解释的，若是电流流通控制，例如在日本公开专利申请No.242644/1994(特开平No.6-242644)，对定影热辊118起作用，产生的问题诸如电压下降，电流波形失真和传导噪声。因而，CPU实施不同于上述传统相位控制的相位控制。CPU 110重复施行这个相位控制直至电压的下降的危险不再重要。之后，相位控制被切换到过零控制。这样，保持定影热辊118加热直至温度升到预定值。
下面，参照以下的表2和表3及图4和图5解释CPU 110如何对定影热辊118施行电流流通控制。图4示出了CPU 110通过软件程序的运行如何控制定影加热器电流的时间流程图。表2和接续表2的表3示出了存在ROM111中的控制数据，用于通过控制双向可控硅107的开/关动作对定影加热器118的电流流通时间的进行控制。图5是在相位控制期间CPU 110的操作的详细流程图。下面，为便于解释，如图4和图5及表2和表3表示的，将半周期分成一些段。
表2
表3
如图4和5显示的当加热器激活信号切换至开，CPU 110输出供给定影加热器118电源的信号，该信号与由指示过零点的过零检测电路106输出的过零信号有一个延迟时间，这样定影加热器118开始流过电流。基于被检测的过零信号和ROM数据，CPU 110控制延时时间直至在电压波形的每半个周期中电流流通开始。因此，在电压波形的每半个周期的电流流通时间按下列方式被控制。
即，如图5详细所示，在供电电源转到开之后，当相应于A/C供电电源电压波形的过零信号中断，CPU 110开始数字复印机30的程序控制时，相应于控制方式的控制程序开始运行。对于每种控制方式的控制程序存储在ROM 111中。当过零信号中断程序，CPU 110初始化波形数计数器值C(S11)，其中计数器在供电电源电压的每个过零时间点开始计数过零脉冲(S12)。然后，CPU 110将波形数计数器值C与预存在ROM 111中的相位控制波形数值M进行比较(S13和S14)。CPU 110提取作为A/C供电电源的每半个周期的ROM数据的相应于波形数计数器值C的延时时间Td(S15)，并且输出相应于做为ROM数据的延时时间Td的控制信号S1(S16)。在本例中，M＝29。在这种方式下，按照存在ROM 111中的程序任意确定延时时间Td，并且施行相位控制。对于每半个周期重复实施相位控制直到电压的下降的危险不再严重。当延时控制模式结束后，定影加热器118的A/C电压被切换至连续开状态。
偶然地，为便于解释，在定影加热器118开始导通电流点之后，电压波形的半周期连续是第一半周期，第二半周期，…第二十九半周期，…。然后，假定供电电源电压的频率为50Hz，电压波形的每个半周期是10ms，直至电流流通开始的延时时间控制在范围0ms(允许电流在整个半周期内导通)和10ms(没有电流被允许在整个半周期内导通)之间。在本例中，从第一至第二十九半周期实施相位控制。换句话说，相位控制时间是290ms，之后相位控制切换到过零控制。
下面，参照图4电流流通时间图和图6的电流波形，利用实际采用本发明的电源控制方法的例子详细解释相位控制时间。
从第一至第三半周期(A段)，电流流通时间从一个小值逐渐扩大。在第四和第五半周期间(B段)，没有电流流通时间。这是因为在第一至第五半周期期间，定影电热器的电阻值很小，如果将每个半周期的电流流通时间设定太长，将有大的浪涌电流流进。为防止这个不利因素，选择与第五半周期之后的电流流通时间相比相对短的电流流通时间，这样定影加热器逐渐加热。然而，如果在初始阶段用太短电流流通时间加热定膜加热器，例如，本例中1ms，必须更频繁地施行相位控制。换言之，延长相位控制持续时间，并且这个将不利于谐波测试和传导噪声测试。这样，按照关于电流波形失真和传导噪声的限度可以调整电流流通时间。并且，在第四和第五半周期期间，不允许电流流通。原因如下由于直至第三个半周期流通的电流，电流的峰值是相当大的，如果在第四和第五半周期允许在这些条件下电流流通，电流波形的峰值进一步增加，会有引起大的电压下降的大的危险。这样，为防止这样大的电压下降，在第四和第五半周期期间没有电流允许通过。在电流流通开始的初始阶段，获得不引起大的电压下降的电流峰值的电流流通时间取决于作为负载的定影加热器的瓦特数，电流流通的温度，供电电源电压，供电电源频率等。相反，按照前面提到的因素可以调整最优电流流通时间。
在本例中，由于在第三半周期电流流通时间设定到3ms，在第四和第五半周期电流流通时间设定为0(零)。然而，如果没有引起大的电压下降的危险，没有电流允许流过的半周期(第四和第五半周期的B段)可以省略，这样控制被切换到如下所述的在基本恒定的电流流通时间(在此3ms)衰减电流波形的峰值。当略去没有电流允许流通的段，(1)在第三半周期电流流通时间，和(2)在衰减电流波形的峰值控制中，基本恒定的电流流通时间，与本例情况的条件相比必须更短(例如到2.7ms)。
下面，从第六至第十半周期(C段)，定影加热器的电阻值与初始值相比增加了，但仍然相对较小。这样，如果电流流通时间太长，电流波形峰值增加同时电压下降增大。为了消除这个问题，与第十一个半周期以后的电流流通时间相比设定相对短的电流流通时间。例如，如图6中上述段的电流波形，在下部极性的半周期中电流流通时间设为2ms，而上部极性的半周期中电流流通时间设为3ms。为何在下部极性半周期内电流流通时间比上部极性的半周期内电流流通时间短(短1ms)有两个原因。第一个原因是在第六半周期用尽可能长的电流流通时间(3ms)加热定影加热器来提高该定影加热器的电阻值，这样能够恢复在第四和第五半周期通过设定电流流通时间到0(零)引起的加热中的延时。第二个原因不会引起大的电压下降。更特别地，如果在具有下部极性的半周期中电流流通时间被设定为与上部极性半周期中所设定的长的电流流通时间相等或更长，由于定影加热器的电阻值不是很大，在这样条件下，电流波形的峰值变成一个大的值致使引起大的电压下降。
在第六至第十半周期的段中，对具有相同极性的半周期设定相等的电流流通时间。这样做等待电流波形的峰值衰减。(见电流波形峰值的衰减曲线(a)和(b))。在这些段中如果不是设定实际上恒定的电流流通时间，而在后面的半周期中缩短电流流通时间，则必须施行更多的相位控制。这对防止电流波形的失真和传导噪声不利。另一方面，如果在后面的半周期中延长电流流通时间，而将电流流通时间延长地太长，则电流波形的峰值变得太大引起大的电压下降。
在从第六至第十半周期的段中，在第六半周期电流流通时间设定到3ms，作为初始阶段的电流流通时间这是相当长的。因此，在第六半周期电流波形的峰值变的很大。因此，为了降低在第七半周期电流波形的峰值，设定在下部极性半周期的电流流通时间比其短1ms。然而，在第六和第七半周期中电流流通时间必须设定为接近的值或相等值，这样峰值既不会在第六半周期也不会在第七半周期变的太大。更特别的，第六和第七半周期电流流通时间分别设定为3ms和2ms，但也可以分别设定为2.5ms和2.4ms(或2.5ms)。
下面，在从第十一至二十四半周期的段中(D和E段)，与直至第十半周期设定的电流流通时间相比设定相对长的电流流通时间。所有这些段，电流流通时间逐步延长，这样在第二十四半周期中电流流通时间差不多是半周期的1/2那么长(在此例中为5ms)。下面，将详细解释这两个段。
在从第十一至第十五半周期中的段中(D段)，由于在上一段(从第六至第十半周期的段)的具有下部极性的最后一个半周期(第九半周期)中的电流波形峰值是较小的，在第十一至第十五半周期中具有下部极性的三个半周期(第十一，第十三，第十五半周期)中电流流通时间设定为4ms，它比上一段中具有相同极性的半周期中电流流通时间长2ms。另一方面，在第十一至第十五半周期中具有上部极性的两个半周期(第十二和第十四半周期)电流流通时间与上一段中具有上部极性的半周期电流流通时间(3ms)设定为相同。由于在第十一半周期中电流波形的峰值是相当大，如果在第十二半周期电流流通时间设定为4ms，在第十二半周期中电流的峰值变的很大致使引起大的电压下降。为消除这种不利，在具有上部极性的半周期中电流流通时间设定为3ms，它与从第六至第十半周期的段中电流流通时间相同。因此，加热定影加热器时，具有下部极性的半周期中(第十一，第十三，和第十五半周期)且电流流通时间为4ms的电流波形峰值得到控制不会变的太大。
下面，从第十六至第二十四半周期的段中(E段)，具有上部极性的半周期中(第六，第八，第十，第十二，和第十四半周期)且电流流通时间为3ms的电流波形的峰值非常大地衰减(见衰减曲线(a))。在第十四半周期中，电流波形的峰值减小到这样一个小值使得下面的具有上部极性的半周期(第十六半周期)的电流流通时间能够被修改。这样，如同在第十一半周期，在第十六半周期中的电流流通时间设定为4ms，它比在第十四半周期设定的长1ms。
在第十六半周期中电流波形的峰值是差不多与第十五半周期中电流波形的峰值一样大，并且在这些半周期中电流波形的峰值不是很大。这样，在第十七至第二十二半周期电流流通时间设定为长出0.3ms即4.3ms。如果将电流流通时间延长的太长，电流流通在接近半周期的中心区域开始，它会引起每单位时间电压波形的一个大的时间积分值。因此，象在第十六半周期，如果电流流通时间延长多出1ms，电流波形的峰值也增加。这就是为什么电流流通时间仅延长了0.3ms。
在第二十三和第二十四半周期中，电流流通时间延长了0.1ms达到4.4ms。
在这种方式下，在第六至第二十四半周期期间，作为缩短相位控制实施时间(Tph)的方法，在具有相同极性的半周期中电流流通时间设定成基本恒定的，以等待在这些半周期中电流波形的峰值衰减。然后，延长具有相同极性的后面半周期的电流流通时间。在图6情况中，如在第六，第八，第十，第十二，第十四半周期的每个电流波形的峰值的衰减曲线(a)所示，在具有上部极性的半周期中电流波形的峰值已经衰减之后，在具有相同极性的第十六半周期中电流流通时间延长到长于在第十四半周期中电流流通时间，这样，在第十六半周期电流波形的峰值变得大于在第十四半周期中电流波形的峰值。同样，如图6中具有下部极性的第七和第九半周期的电流波形峰值的衰减曲线(b)所示，在具有下部极性的半周期中的电流波形峰值已经衰减之后，在具有相同极性的第十一半周期中电流流通时间延长到长于第九半周期中的电流流通时间，这样，在第十一半周期中电流波形的峰值变的大于在第九半周期中电流波形的峰值。
在本例中，在从第六至第九半周期的段中，具有一个极性的半周期电流波形峰值的衰减曲线(衰减曲线(b))相对于时间轴的位置，换言之，曲线和水平轴之间的距离，与具有另一个极性的半周期电流波形峰值的衰减曲线相对于时间轴的位置，即曲线和水平轴之间的距离相比更近(短)。这个布置是较好的，因为它能防止电流波形的峰值太大。然而，曲线相对于时间轴的位置不必一定按上述方面布置，从一种类型的装置变到另一种的情况下可以任意选择。
在本例中，实际上选择了恒定的电流流通时间，这样，在具有相同极性的半周期电流波形的峰值不会产生目标电压下降量(电压下降的最大允许量)，在实际上相同的电流流通时间实施相位控制，直至具有相同极性的半周期中电流波形的峰值衰减到允许延长电流流通时间的程度。这样，电压下降能够比目标量小。并且，在本例中，如同上面提及的，实际上选择了恒定的电流流通时间，这样当仅利用具有相应于时间上电流波形峰值大的衰减速率的半周期，不用具有小衰减速率的半周期，具有相同极性的半周期中电流波形的峰值不产生目标电压下降量。“衰减率是大的”指每单位时间电流波形的峰值衰减相当大。更特别地，当衰减率减到一定程度，延长电流流通时间，画出新的衰减曲线，这样，衰减率又增加了。因此，用做负载的定影加热器的电阻值较快地升到预定值之上，因此能够将相位控制时间缩短。这样，能够有效减小电流波形失真和传导噪声。因此，能够概括为不仅使得电压下降比目标量小，而且能有效减少电流波形的失真和传导噪声。
如同已经解释的，在直至第二十四半周期的段时间内，电流流通时间大约是供电电源电压的1/4周期，“供电电源电压的1/4周期”相应于半个周期的1/2长时间段，即本例中为5ms。另外，利用了在电流波形的峰值衰减曲线中具有大的衰减率的并且有相同极性及基本恒定的电流流通时间的半周期。
下面，将解释从第二十五至第二十九半周期的段(F段)。从第一至第二十四半周期的相位控制时间较短为240ms。这样，在这点上，定影加热器的电阻值没有升到对切换至过零控制而言满意的程度，即在连续的半个周期内实施全电流流通。这样，从上一个半周期(第二十四半周期)的电流流通时间延长电流流通时间。这里，在第二十五半周期电流流通时间延长至10ms，意味着允许电流在整个半周期内流通。在第二十六和第二十七半周期，与在二十五半周期的电流流通时间相比缩短了电流流通时间(至4.4ms)。进一步，在第二十八半周期中设定与第二十五半周期一样长的电流流通时间(10ms)。在第二十九半周期，从在上一个即第二十八半周期设定的电流流通时间缩短到4.4ms。因此，在第三十周期，将相位控制切换至过零控制。
电流流通时间以上述方式布置，是因为如先前提到的，在第二十五半周期定影加热器的电阻值没有升到对切换至过零控制的满意的程度。为解决这个问题，在第二十五半周期，增加加热定影加热器的热量使定影加热器的电阻值较快上升。
并且，如同已经解释的，在第二十六和第二十七半周期中，设定其电流流通时间短于在第二十五半周期所设定的。这样，没有连续布置设定与第二十五半周期的相等或接近的电流流通时间的半周期。通过这种布置，抑制了电压下降量的增加。换言之，由于电压下降取决于每单位时间电流流过的幅值，如果具有长电流流通时间的半周期是连续的，将引起相当大的电压下降。为解决这个问题，如同已解释的，具有长的电流流通时间的半周期不被布置为连续的。
如同已解释的，在第二十八和第二十九半周期，以与第二十五至第二十七半周期相同的方式的控制之下，加热定影加热器。在定影加热器的电阻值相当满意地增大之后，在第三十半周期，相位控制切换至过零控制。这是因为当在第二十七半周期电流流通结束时，定影加热器的电阻值还没升到令人满意的程度，在第二十五至第二十七半周期期间及第二十八半周期之后重复实施相位控制。
在从第二十五至第二十九半周期的五个半周期的段中，通过混合具有较长电流流通时间(每个半周期的功率是大的)和具有较短的电流流通时间(每半周期的功率是小的)进一步加热定影加热器，这样，相位控制能较早地切换至过零控制。而如果实施相位控制至第二十四半周期，即，以通过仅利用在用基本恒定的电流流通时间进行相位控制获得的电流波形峰值衰减曲线中具有大的衰减速率的半周期的相同的方式，由于定影加热器的电阻值没有升到满意的程度，在第二十四半周期和过零控制的切换点之间需有多出五个半周期。因此，在这种情况下，相位控制的重复数增加了，对防止电流波形的失真和传导噪声是不利的。
如同已经解释的，在从第二十五至第二十九半周期的这五个半周期里，在连续的半周期中电流波形峰值的大小影响电压下降的大小，整个段中都是如此。然而，在其它段中情况不同。即，(1)由于电流流通时间变化，由对在时间轴方向上电流波形的积分获得的值也变化，和(2)定影加热器的电阻值随定影加热器的温度而变化。因此，必须按上面解释的控制模式进行选择电流流通时间是至关重要的。换言之，实现前述控制模式的电流流通时间应该按照相应于温度有正特性的负载的大小进行选择，这样，不会发生大的电压下降。
在图6中从第六至第二十六半周期的段中，通过不止一次地利用在电流波形峰值衰减曲线中在一定时间上有较大的衰减速率的部分(衰减曲线a0，b0，c0和d0)，加热负载不会引起太多的电压下降。下面，参照图10至图12将详细解释怎样选择这些衰减曲线。
图10示出了当电流流通开始之后，采用较恒定的电流流通时间实施相位控制时，电流波形峰值的衰减曲线。衰减曲线a0，b0，c0，d0分别表示在半周期中对于电流流通时间t1，t2，t3和t4(t1＜t2＜t3＜t4)流过电流的情况。这里，t4代表电流流通时间为全部电流流通。如图10所示，对于有较短电流流通时间的衰减曲线，在电流流通的开始电流值是较小的，同样一定时间的电流值衰减量也是较小的。另一方面，对于有较长电流流通时间的衰减曲线，在电流流通的开始电流值是较大的，同样一定时间的电流值的衰减量也是较大的。当以上述方式从电流流通开始实施相位控制，在恒定的电流流通时间内流过电流时，衰减率饱和并且当在负载上产生的热量和释放到外部的热量之间的热平衡达到平衡时电流值保持一个基本恒定的值。在图10的情况下，电流流通时间越短，电流的饱和值越小。然而，对于不同的电流流通时间饱和的电流值大小随负载的种类、供电电源电压等而变化。
如果在电流流通开始时，电流流通时间长，由于低电阻值就会有一个大电流流入。这样，初始电流流通时间必须短。然而，如果电流以恒定的电流流通时间流过太长时间，利用在衰减曲线中具有小衰减速率的部分实施相位控制，这样就延长了相位控制时间。因此，必须控制电流流通不引起大的电压下降而同时保持相位控制时间较短。
图11示出了控制电流流通的情况，它是利用了以上述方式以恒定的电流流通时间实施相位控制获得的电流波形峰值的衰减曲线，增加电流流通时间的等级。图12是上述情况进一步详细视图。
在电流流通的开始，以短的电流流通时间t1实施相位控制(衰减曲线a0和a1′)。
然后，在电流流通时间t1受到相位控制的电流波形峰值相对于时间的衰减速率变的很小之前，电流流通时间延长至t2(衰减曲线b1和b1′)。这里，必须小心选择切换时间，这样即使当电流流通时间由t1切换到t2，以电流流通时间t1加热到预定温度的负载不会产生大的电压下降。更特别地，当电流流通时间t1切换至t2时，若电压下降量超过调整值，必须延时切换时刻。另一方面，当电流流通时间t1被切换至t2时，若电压下降量离调整值有很大余量，必须提前切换时刻。
衰减曲线b1是相应于图10的衰减曲线b0在时间轴正方向上移动一定量，图10的衰减曲线b0的电流流通时间从开始起设定为t2。这是因为，在图11的情况下，由于以电流流通时间t1加热负载直至将电流流通时间t1切换至t2，与图10的情况相比负载的温度没有升高太多，图10中从开始起以电流流通时间t2加热负载。
保持以电流流通时间t2实施相位控制，随后以电流流通时间t3实施相位控制(衰减曲线c1和c1′)。电流流通时间t2至t3的切换时刻与电流流通时间t1至t2的切换时刻以相同方式设定。对于电流流通时间t3的衰减曲线c1也以时间轴的正方向上移动一定量。这是因为，以电流流通时间t1和t2加热负载直至电流流通时间切换至t3，与从起点以电流流通时间为t3对负载加热的情况相比负载的温度没有上升太大。
然后，插入用衰减电线d1表示的全部电流流通的半周期(电流流通时间t4)，其后以电流流通时间t3流通电流。在此，电流波形的峰值是在衰减曲线c2′上，衰减曲线c2′相对于衰减曲线c1′在时间轴的负方向上稍微移动。这是因为，由于插入了全电流流通的半周期，负载的温度已经上升到高于以电流流通时间t3加热负载的情况。
然后，相位控制切换到过零控制(电流流通时间t4)，由衰减曲线d2和d2′表示。当负载被加热到一定温度，即使实施全电流流通，电压下降也不超过调整值时，控制被切换。d2和d2′相对于d1和d1′在时间轴的正方向上稍微移动。这是因为，由于以比全电流流通的电流流通时间t4短的电流流通时间t3加热负载，插入一个全电流流通的半周期之后，与通过全电流流通加热负载的情况相比负载的温度没升高太多。
利用电流流通时间t3(衰减曲线c1和c1′，和c2和c2′)的控制被切换至过零控制(电流流通时间t4)，在过零控制中(电流流通时间为t4)衰减曲线的衰减率是小的。在此，“在过零控制中衰减曲线的衰减速率率是小的”定义为即使实施过零控制，换言之，即使连续实施全电流流通，电压下降量不超过调整值的部分。在这部分中电流流通时间可以改变。
如同已经解释的，通过利用以较恒定的电流流通时间实施相位控制获得的电流波形峰值的衰减曲线，增加电流流通时间的等级，并且利用对于时间具有较大的衰减率的部分，加热负载而保持相位控制时间较短，可以使得电压下降量小于预定值。
如同上面已经解释的，本发明通过缩短相位控制时间，减少电压下降、电流波形的失真和传导噪声。本发明很重要的特征如下第一特征选择电流流通时间，致使不引起大的电压下降，该电压下降依负载和当时的温度变化，以如上所选择的电流流通时间长度的电流流通时间的几个时间段实施相位控制。在此，仅利用具有大的电流波形峰值衰减率的半周期。当在这些半周期中电流波形的峰值与电流流通之前峰值相比令人满意地变小，则进一步延长电流流通时间，仅利用具有大的电流波形峰值衰减率的半周期以相同方式重复实施相位控制，直至这些半周期的电流波形的峰值与电流流通之前峰值相比令人满意地变小。按照这个布置，没有利用具有小的电流波形峰值衰减率的半周期加热负载，这样能够缩短相位控制时间。因此，不仅仅能有效减少电压下降，也能有效减少电流波形的失真和传导噪声。
第二特征以如下方式加热负载，单位时间的电流值不会变得太大，并且具有大电流值的电流波形的半周期将不连续。通过在具有小电流值电流波形的半周期之间放置具有大电流值电流波形的半周期能够实现这些。因此，不仅电压下降，而且电流波形的失真和传导噪声也能有效减少。实际上，在具有一个短电流流通时间T1的半周期之后放置具有长电流流通时间T2的半周期，在具有电流流通时间T2的上述半周期之后放置具有短电流流通时间T3的半周期。按上述方式放置这些半周期在与改变电流流通时间的相同的时刻是更有效的。例如，图6中相应的布置是在第二至第四半周期之中的关系；在第五至第七半周期之中的关系；在第十至第十二半周期之间的关系；在第二十四至第二十七半周期之中的关系；在第二十七至第二十九半周期之中的关系。当连续放置短电流流通时间T1、长电流流通时间T2、短电流流通时间T3时，在以上述排列的电流流通时间通过电流之后，以基本恒定的电流流通时间流通电流。然而，必须仔细选择基本恒定的电流流通时间，这样不使得电压下降量超过调整值。
更特别地，当实施具有第二特征的控制时，当电流通过相位控制R1流通时，该相位控制R1用于以从电流流通开始对于每个极性的恒定的电流流通时间对负载实施相位控制，使波形模式P1作为负载电流波形的一部分，其中电压下降量等于或低于预定量，然后利用具有第二特征的控制使电流流过负载，然后利用第三控制模式使电流流过负载，其中对每个极性的电流流通时间与在相位控制R1中相同极性电流流通时间相同，产生的负载电流的波形包括在波形模式P1。在此，预定值实际上指电压下降的调整值。
在上述例中，实施了具有第一特征，用于提高负载电流的峰值的衰减率的控制，也实施了具有第二特征，用于延长或缩短电流流通时间的控制。然而，两种控制不必一起实施，或者实施具有第一特征的控制，或者实施具有第二特征的控制，可以获得抑制供电电压下降，防止供电电流波形失真，减少传导噪声的效果。
同样在上述例中，具有第二特征的控制之后跟着过零控制。因此，能够抑制电源电压下降，防止电源电流波形的失真，更有效地减少传导噪声。然而，不限于上面公开的布置，具有第二特征的控制也不必正好在过零控制之前实施。
除此之外，在上述例子中，当实施具有第二特征的控制时，电流流通时间T2的电压基本上是整个半周期的全电流流通，电流流通时间T1和T3是相同的。按照这种布置，能够抑制供电电压下降和防止供电电流波形的失真及更有效地减少传导噪声。然而，不限于上述公开的布置，电流流通时间T1和T3不一定相同，电流流通时间T2的电压基本上也不一定是整个半周期的全电流流通。
另外，在上述例中，在切换到过零控制前，重复实施具有第二特征的控制。从而，相位控制切换到过零控制。同样，可以抑制供电电压的下降，防止供电电流波形的失真及更有效地减少传导噪声。然而，不限于上述公开的布置，具有第二特征的控制可以仅实施一次。
进一步来说，在上述例中，当通过相位控制将电流流通时间延长到大约供电电压波形的1/4周期时，实施具有第二特征的控制。因此，能抑制电源电压下降，防止电源电流波形的失真及更有效减少传导噪声。然而，不限于上述公开的布置，具有第二特征的控制在其它情况下也能实施。
在上述例中，当实施具有第一特征的控制时，当负载电流的衰减率下降至或低于预定阈值时延长电流流通时间。并且，以如下方式设定负载电流衰减率的阈值，即，相位控制的总重复数至少是使得供电电压下降在目标值之内的最少必需数，并且相位控制的总重复数达到使得供电电流波形的失真和传导噪声在它们各自的目标值之内的最大值。因此，能抑制供电电压下降，防止供电电流波形的失真和更有效减少传导噪声。然而，不限于上述公开的布置。
在上述例中，当实施具有第一特征的控制时，正好在负载电流的峰值衰减率饱和之前延长电流流通时间。因此，能够抑制电源电压下降，防止电源电流波形的失真和更有效地减少传导噪声。然而，不限于上述公开的布置。
在上述例中，当实施具有第一特征的控制时，布置对于延长某一极性半周期电流流通时间之后的第一半周期的负载电流峰值的衰减率大于在延长该极性的电流流通时间之前的最后半周期负载电流的峰值衰减速率。因此，能够抑制供电电压下降，防止供电电流波形的失真，并且更有效地减少传导噪声。然而，不限于上述公开的布置。
另外，在上述例中，当实施具有第一特征的控制时，形成一个段，其中对于相同极性的电压电流流通时间不变。进一步，在这样一个段中，具有一个极性的电压电流流通时间短于具有另一个极性的电压电流流通时间。因此，能够抑制供电电压下降，防止供电电流波形的失真，更有效地减少传导噪声。然而，不限于上述公开的布置。
在上述例中，电源电压波形有两个不同极性第一极性和第二极性。然而，不限于上述公开的安排，供电电压波形可以是一个三相A/C，或可以仅有一个极性。
另外，如同在上例中可以通过控制从过零点的延时时间设定电流流通时间，或者通过控制相对于过零点的相位滞后角。
在上例中，在电流流通的初始阶段，实施相位控制时，电流流通时间延长直到半周期的一半；并且然后利用具有第一特征的控制，以基本恒定的电流流通时间使电流流通，直至负载电流的峰值衰减到或低于预定值。在此，预定值实际上指这样一个值，它不使电压下降量超过调整值，即使当采用具有延长的电流流通时间的电流波形的峰值的衰减曲线。
利用实施采用本发明的具有改进模式的相位控制的装置，和实施传统的总是流通恒定时间的电流的单相控制的装置，进行闪烁测试，谐波测谐和传导噪声测试，下面的表4中示出了结果。在表4中，标志“△”表示结果几乎不是在限定之内，标志“◎”指结果在限定之内有足够的余量。
表4
如同从上述表4所理解的，关于闪烁测试，改进模式能够达到与通常单相控制达到的实际相同的水平，并且通过测试。至于谐波测试，单相控制示出了相应于谐波的限定没有安全余量的结果，并且某些设备测试失败。相反，改进模式的结果表示保证有足够余量，因此，结果是令人满意的。另外，改进模式有效地减少传导噪声。
这样描述本发明，很明显用很多种方式可以进行改变。不认为这种改变脱离本发明的实质和范围，对技术人员明显的所有修改将要包括在下面的权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种电源控制单元，包括切换装置，用于通过相位控制来控制至少具有一个极性和从A/C供电电源提供到所述负载的供电电压，以调节流过相对于温度具有正电阻特性的负载的电流，在该相位控制中，在供电电压波形的半周期中的电流流通时间，在电流开始流通之前设定，其中所述切换装置在所述供电电压波形上实施相位控制以形成第一控制模式，其中所述切换装置提供电流流通时间为T1的电压；所述切换装置然后提供电流流通时间为T2的电压，所述电流流通时间T2比所述电流流通时间T1长；和所述切换装置然后提供电流流通时间为T3的电压，所述电流流通时间T3比所述电流流通时间T2短。
2.根据权利要求1所述的电源控制单元，其中所述切换装置利用所述第一控制模式实施相位控制并且接着实施过零控制。
3.根据权利要求1所述的电源控制单元，其中所述电流流通时间T1和T3相等。
4.根据权利要求3所述的电源控制单元，其中提供给所述电流流通时间T2的电压对于全部半周期实际上是一全电流流通。
5.根据权利要求1所述的电源控制单元，其中所述第一控制模式被不止一次地重复。
6.根据权利要求1所述的电源控制单元，其中提供给所述电流流通时间T2的电压对整个半周期是一全电流流通。
7.根据权利要求1所述的电源控制单元，其中所述切换装置当电流流通时间由相位控制延长至所述供电电压波形的约1/4周期时，利用所述第一控制模式实施相位控制。
8.根据权利要求1所述的电源控制单元，其中所述供电电压波形有一个极性。
9.根据权利要求8所述的电源控制单元，其中所述供电电压波形是三相A/C。
10.根据权利要求1所述的电源控制单元，其中所述供电电压波形有第一极性和第二极性，所述第二极性不同于所述第一极性。
11.根据权利要求10所述的电源控制单元，其中所述切换装置在所述供电电压波形上实施相位控制以形成第一控制模式，其中所述切换装置以电流流通时间T1提供具有所述第一极性的电压；所述切换装置以电流流通时间T2提供具有所述第二极性的电压；和所述切换装置以电流流通时间T3提供具有所述第一极性的电压。
12.根据权利要求1所述的电源控制单元，其中当电流通过相位控制R1流通时，该相位控制R1用于对于每个极性从电流流通开始以恒定的电流流通时间对所述负载实施相位控制，使波形模式P1成为所述负载电流波形的一部分，其中电压下降量等于或低于预定量，然后，所述切换装置利用所述第一控制模式经过所述负载流通电流，和所述切换装置利用第三控制模式经过所述负载流通电流，其中对于每个极性的电流流通时间与在所述相位控制R1中对于相同极性的电流流通时间相同，产生的所述负载电流波形包括在所述波形模式P1中。
13.一种电源控制单元，包括切换装置，用于通过相位控制来控制至少具有一个极性和从A/C供电电源提供到所述负载的供电电压，以调节流过相对于温度具有正电阻特性的负载的电流，在该相位控制中，在供电电压波形的半周期中的电流流通时间，在电流开始流通之前设定，其中所述切换装置在所述电源电压波形实施相位控制，执行第二控制模式至少一次，其中所述切换装置流过电流时保持电流流通时间基本恒定；所述切换装置在产生的负载电流的峰值衰减率饱和之前延长电流流通时间；和所述切换装置然后流过电流而保持被延长的电流流通时间基本恒定。
14.根据权利要求13所述的电源控制单元，其中所述切换装置当所述电流负载的衰减率下降至或低于一个阈值时延长电流流通时间。
15.根据权利要求14所述的电源控制单元，其中所述切换装置通过以如下方式设定所述负载电流的衰减率的所述阈值来实施相位控制相位控制总重复数至少是使得所述供电电压的电压下降在目标值之内的最少必需数；和相位控制总重复数是用于使得供电电流波形的失真和传导噪声在它们各自目标值之内达到的最大值数。
16.根据权利要求13所述的电源控制单元，其中所述切换装置正好在所述负载电流的峰值的衰减率饱和之前延长电流流通时间。
17.根据权利要求13所述的电源控制单元，其中所述切换装置利用所述第二控制模式实施相位控制，这样，对于一个极性延长电流流通时间之后的第一半周期的所述负载电流的峰值衰减率大于对于所述一个极性延长电流流通时间之前的最后半周期的所述负载电流的峰值衰减率。
18.根据权利要求13所述的电源控制单元，其中所述切换装置利用所述第二控制模式实施相位控制；和所述切换装置然后在所述供电电压波形上实施相位控制，以形成第一控制模式，其中所述切换装置为电流流通时间T2提供电压，所述电流流通时间T2比在所述第二控制模式最后半周期的电流流通时间T1长，和所述切换装置然后为电流流通时间T3提供电压，所述电流流通时间T3比所述电流流通时间T2短。
19.根据权利要求18所述的电源控制单元，其中当通过相位控制利用所述第二控制模式将电流流通时间延长至所述供电电压波形的约1/4周期时，所述切换装置利用所述第一控制模式实施相位控制。
20.根据权利要求13所述的电源控制单元，其中所述供电电压波形有一个极性。
21.根据权利要求20所述的电源控制单元，其中所述电源电压波形是三相A/C。
22.根据权利要求13所述的电源控制单元，其中所述电源电压波形有第一极性和第二极性，所述第二极性不同于所述第一极性。
23.根据权利要求22所述的电源控制单元，其中形成一个段，其中对于具有同一极性的电压其电流流通时间是不变的。
24.根据权利要求23所述的电源控制单元，其中，在所述段内，对于具有一个极性的电压其电流流通时间比具有另一个极性的电压的电流流通时间短。
25.根据权利要求22所述的电源控制单元，其中所述切换装置利用所述第二控制模式实施相位控制；所述切换装置然后为电流流通时间T2提供具有第二极性的电压，所述电流流通时间T2比电流流通时间T1长，该电流流通时间T1是对应于具有所述第一极性的电压在所述第二控制模式的最后半周期；所述切换装置然后为电流流通时间T3提供具有所述第一极性的电压，所述电流流通时间T3比所述电流流通时间T2短。
26.根据权利要求13所述的电源控制单元，其中所述切换装置，如同所述第二控制模式，对于所述电源电压的至少一个极性有基本恒定的电流流通时间流通电流；所述切换装置在产生的负载电流峰值衰减率饱和之前对于所述极性延长电流流通时间；和所述切换装置然后对所述极性以一个被延长的电流流通时间流通电流而保持所述延长的电流流通时间基本恒定。
27.根据权利要求13所述的电源控制单元，其中所述切换装置在电流流通的初始阶段实施相位控制，延长电流流通时间达到半周期的一半；和所述切换装置然后以所述第二控制模式以基本恒定的电流流通时间流通电流直至所述负载电流的峰值衰减到或低于预定值。
全文摘要
一种电压控制单元,在允许电流流通之前,对提供给对于温度具有正电阻特性负载的供电电压实施相位控制,先以电流流通时间T
文档编号H02M5/257GK1240310SQ9811882
公开日2000年1月5日 申请日期1998年8月28日 优先权日1998年6月24日
发明者丹尼尔·奥利维拉, 西山晴雄, 米谷善文 申请人:夏普公司