专利名称：感应加热定影装置和成像设备的制作方法
技术领域：
本发明总体构思涉及一种感应加热定影装置和成像设备。
背景技术：
成像设备设置有用于将传送的调色剂图像定影到记录介质(诸如纸张)的定影装置。定影装置包括定影辊或定影带(加热辊)以及加压辊，定影辊或定影带(加热辊)用于将传送的调色剂热定影到纸张，加压辊压焊到定影辊或定影带以对纸张加压。设置在定影辊或定影带内部或外部的具有用于对定影辊或定影带加热的感应加热线圈的感应加热定影装置被广泛使用。感应加热方法通过使感应加热线圈产生的磁通量流过定影辊或定影带的导体部分，以使涡电流流过定影辊或定影带的内部并利用所述涡电流产生的焦耳热对定影辊或定影带加热，来对定影辊或定影带加热。现有技术的感应加热定影装置中的功率控制方法分为以下方法:利用LCR谐振电路控制驱动频率的方法；通过在谐振电路以谐振频率f谐振时执行PWM控制来控制电流量的方法。在专利文档I和2(专利文档I JP2008-51951 ;专利文档2 JP 2008-145990)中公开了现有技术的通过控制驱动频率改变输出功率的方法。在被设计为转换电流量的现有技术的感应加热定影装置900中，逆变电源的构造在图1中被示出，其中，感应加热定影装置900通过在谐振频率f的状态下执行PWM控制以控制电流量。来自AC电源901的电流被全波整流，通过噪声滤波器905，并被提供给半桥输出电路906。在图1中，标号902和903分别指示熔断器和浪涌电压保护压敏电阻。半桥输出电路906是开关元件并且包括例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、场效应晶体管(FET)等。在图1的构造中，半桥输出电路906采用IGBT 907和908作为开关元件。LC串联谐振电路包括感应加热低耗线圈912和电容器913、914，并且LC串联谐振电路在高频电流流过由Ritz导线(包括细铜绞线的电线)组成的感应加热低耗线圈912时产生磁场。感应加热低耗线圈912产生的磁场集中到由高介电常数介质制成的定影辊或定影带，以使涡电流流过散热器的表面，从而定影棍或定影带自身产生热。用于检测感应加热低耗线圈912的电流和相位差的电流互感器909的输出的驱动电压与IGBT 907和908输出的半桥的驱动电压(一侧)之间的相位比较由相位比较器928(例如，常用的PLL IC(74H4046等))来执行，并且相位比较器928的相位比较结果被输出到RC锯齿振荡型压控振荡器(VCO) 929。VCO 929的振荡频率被反馈控制，以使电流互感器909的输出的驱动电压与半桥的输出的驱动电压之间的相位差消失。在PWM控制器919中，通过CPU 915的比例积分微分(PID)控制器917的PID运算从散热器温度传感器911的信息计算的PWM占空值以及已经通过整流电路923整流的电流互感器909的输出被误差放大器920放大，放大的值和VCO 929的输出由比较器921比较，比较结果被输出到PWM驱动器922，PWM驱动器922可将PWM信号输出到光电二极管和光电晶体管923和924。现有技术文档专利文档1:公开号为2008-51951的日本专利申请；专利文档2:公开号为2008-145990的日本专利申请。在通过使用LCR谐振电路控制驱动频率的现有技术的感应加热定影装置的功率控制方法中，在谐振电路的谐振频率改变的情况下，无法像专利文档I中公开的发明那样，控制感应加热定影装置，并且为了应对这种情况，需要获得允许功率达到峰值的频率，并将获得的频率作为下限频率来控制。此外，在控制小功率时，频率过高，从而半桥输出元件的开关损耗可能增大，从而效率可能降低。作为一种解决方案，需要将功率控制方法划分为大功率控制方法、中功率控制方法和小功率控制方法。此外，当半桥元件在驱动频率偏离谐振频率的状态下开关时，不执行零电压开关，从而可能产生装置损耗，并且可能引起由于热产生导致的退化和热压裂。同时，通过在谐振电路以频率f谐振的状态下执行PWM控制来改变电流量以控制电流量的方法中， 因为相位比较器、电压控制产生器和PWM控制器通过模拟电路来构造，所以需要考虑组件常数的偏差或温度的变化，或者需要根据规格改变组件常数，例如设置谐振频率跟随范围。此外，在存在不可用于特定目的的频率区域(例如，特定RF或诸如定影带的定影装置的谐振频率)的情况下，难以脱离这样的频率范围并自动跟随谐振频率。此外，通过仅执行PWM控制，可能无法控制非常小的电流区域。这是因为:开关元件(例如IGBT)的开关速度没有快到可以通过使用PWM来控制非常小的电流的程度。
发明内容
本发明总体构思提供了一种感应加热定影装置和成像设备，所述感应加热定影装置和成像设备可通过跟随谐振频率以执行PWM控制和相位控制，来控制甚至非常小的电流区域，而不需考虑部件常数的偏差或温度变化。根据本发明总体构思的一方面，提供了一种感应加热定影装置，包括:具有感应线圈和电容器的串联谐振电路、相位比较器、相位控制器、谐振频率跟随振荡器以及PWM(脉宽调制)信号产生器，其中，相位比较器比较PWM信号产生器输出的脉冲的相位与流过感应线圈的电流的相位，当控制相位时将通过比较获得的比较结果输出到相位控制器，当执行PWM控制时将比较结果输出到谐振频率跟随振荡器，相位控制器基于相位比较器的输出和预定的线圈电流相位量输出具有预定相位值的频率控制信号，谐振频率跟随振荡器通过使用相位控制器的输出改变振荡频率，以使串联谐振电路的驱动频率跟随谐振频率，PWM信号产生器基于通过谐振频率跟随振荡器的谐振频率产生用于驱动串联谐振电路的脉冲，相位比较器、相位控制器、谐振频率跟随振荡器和PWM信号产生器被数字化地控制。相位控制器在它的计数器中对相位比较器的输出进行计数，通过使用减法器比较并运算线圈电流的相位量的设置值，并将频率控制信号输出到谐振频率跟随振荡器，谐振频率跟随振荡器基于相位控制器输出的信号使计数器升值或降值，以改变谐振频率，其中，相位比较器比较PWM信号产生器输出的脉冲的相位与流过感应线圈的电流的相位以输出与相位差相应的信号。
可在相对小的电流流过的第一区域中执行相位控制，并且可在相对大的电流流过的第二区域中执行PWM控制。
根据本发明总体构思的另一方面，提供了一种包括上述感应加热定影装置的成像设备。
通过参照附图详细描述本发明总体构思的示例性实施例，本发明总体构思的以上和其他特点和优点将变得更加清楚，在附图中:
图1是示出现有技术的感应加热定影装置的逆变电源的构造的电路图2是示出根据本发明总体构思的示例性实施例的感应加热定影装置的构造的电路图3是示出在设置了不可用于特定目的的频率区域时的向上/向下计数器的计数值与输出频率之间的关系的曲线图4是示出当PWM的导通占空时间改变时的输出特性的曲线图5是示出ASIC中的相位比较器的构造的电路图6是示出ASIC中的跟随振荡器的构造的电路图7是示出图2中所示的ASIC中的P丽信号产生器的构造的电路图8是示出谐振频率跟随振荡器的操作波形的示图9是示出谐振频率跟随振荡器的操作波形的示图10是示出谐振频率跟随振荡器的操作波形的示图11是示出谐振频率跟随振荡器和P丽信号产生器的输出细节的时序图12是示出谐振频率跟随振荡器和P丽信号产生器的输出细节的时序图13是示出谐振频率跟随振荡器和P丽信号产生器的输出细节的时序图14是示出根据本发明总体构思的示例性实施例的感应加热定影装置的构造的电路图15是示出当PWM的导通占空时间改变时的输出特性的曲线图16是示出相位控制器的具体构造的电路图17是示出当图16的相位控制器从O经由X到Y改变线圈电流的相位控制量的设置值时的驱动电压、线圈电流和频率控制信号的操作波形的示图18是图16的相位控制器中的信号的时序图19是图16的相位控制器中的信号的时序图。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述本发明总体构思，附图中示出本发明总体构思的示例性实施例。描述和附图中的相同标号表示相同元件。具有标号中的共同的下属两位数字的元件彼此对应。
<示例性实施例>
首先，将描述根据本发明总体构思的示例性实施例的感应加热定影装置的构造。图2是示出根据本发明总体构思的示例性实施例的感应加热定影装置100的构造的电路图。在下文中，将参照图2描述根据本发明总体构思的示例性实施例的感应加热定影装置100。
图2中示出的感应加热定影装置是在定影辊或定影带的内部或外部设置有感应加热线圈以加热定影棍或定影带的感应加热型定影装置。
如图2所示，感应加热定影装置100包括交流(AC)电源101、熔断器102、压敏电阻103、二极管桥104、噪声滤波器105、半桥输出电路106、中央处理单元(CPU) 115、整流电路120、限流器电路121和专用集成电路(ASIC) 124。来自AC电源101的AC电流被全波整流，通过噪声滤波器105,并被提供给半桥输出电路106。
图2的感应加热定影装置100在自动跟随谐振频率的谐振状态下执行PWM控制以改变输出功率。也就是说，通过在自动跟随谐振频率的谐振状态下执行PWM控制，电流量被控制，从而改变电流量。
半桥输出电路106包括IGBT 107和108、电流互感器109、感应加热低耗线圈112、电容器113和114。感应加热低耗线圈112、电容器113和114构成LC谐振电路。
半桥输出电路106使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)、场效应晶体管(FET)等作为开关元件。
在图2的构造中，半桥输出电路106使用IGBT 107和108作为开关元件。LC串联谐振电路包括感应加热低耗线圈112、电容器113和114，并且在高频电流流过由Ritz线(包括细铜绞线的电线)构成的感应加热低耗线圈112时产生磁场。感应加热低耗线圈112产生的磁场集中到由高介电常数介质制成的定影棍或定影带110,以使润电流流过散热器的表面，从而定影棍或定影带110自身产生热。
CPU 115测量定影辊或定影带110的温度，并基于由高介电常数介质制成的定影辊或定影带110的温度来控制稍后将描述的PWM信号产生器127产生的PWM信号的占空比，CPU 115包括AD转换器(ADC) 116和118、PID控制器117以及PWM占空比控制器119。
ASIC 124用于产生跟随包括感应加热低耗线圈112、电容器113和114的LC谐振电路的谐振频率的PWM信号，并且包括相位比较器125、谐振频率跟随振荡器126和PWM信号产生器127。在该实施例中，以数字电路的形式设计用于产生跟随LC谐振电路的谐振频率的PWM信号的构造，从而包括CPUl 15的所有元件可以安装在ASIC的内部(SOC)。
相位比较器125检测PWM信号产生器127产生的两个PWM信号之一与从限流器电路121输出的电流(即，由电流互感器109检测并流过感应加热低耗线圈112的电流)之间的相位差。也就是说，相位比较器125比较电流互感器109的输出和由IGBT 107和108输出的半桥的驱动电压(一侧)之间的相位，并将相位比较结果输出到谐振频率跟随振荡器126，其中，电流互感器109用于检测连接到由IGBT 107和108输出的半桥的感应加热低耗线圈112的电流和相位差。
谐振频率跟随振荡器126通过使用相位差检测结果执行使PWM信号产生器127产生的PWM信号的振荡频率跟随LC谐振电路的谐振频率的处理。具体地讲，谐振频率跟随振荡器126根据相位比较器125的输出改变PWM信号的振荡频率。例如，谐振频率跟随振荡器126基于相位比较结果增大或减小计数值，以控制驱动频率使得相位差为零(谐振频率)。
PWM信号产生器127通过使用基于使振荡频率跟随LC谐振电路的谐振频率的处理而变化的振荡频率产生PWM信号，并将PWM信号输出到光电二极管和光电晶体管128和129。换句话说，PWM信号产生器127可将PWM信号输出到光电二极管和光电晶体管128和129，其中，所述PWM信号具有通过CPU 115中的比例积分微分(PID)控制器117的PID运算从感测散热器的温度的温度传感器111获得信息计算的PWM占空值。
整流电路120对电流互感器109的输出进行整流。整流电路120对电流互感器109的输出进行整流并将整流后的输出输出到CPU 115的AD转换器118。限流器电路121将电流互感器109的输出电压限制在预定范围内。限流器电路121将电流互感器109的输出电压限制在预定范围内，并将经过限制的输出电压输出到ASIC 124的相位比较器125。电阻122用于允许电流从电流互感器109流过电阻122。
如图2所示的感应加热定影装置100在二极管桥104中对来自AC电源101的AC电流进行全波整流，并使全波整流后的电流流过噪声滤波器105，然后将其提供给半桥输出电路106。
在半桥输出电路106中，随着IGBT 107和108交替导通和截止以操作电流互感器109，使得通过噪声滤波器10 5的电流流过感应加热低耗线圈112。通过使高频电流流过感应加热低耗线圈112，可从感应加热低耗线圈112产生磁场。感应加热低耗线圈112产生的磁场集中到由高介电常数介质制成的定影棍或定影带110。感应加热低耗线圈112产生的磁场使涡电流流过散热器的表面，从而从散热器产生热。
接下来，将描述根据本发明总体构思的示例性实施例的图2中示出的感应加热定影装置100的LC谐振原理。在包括LC的电阻元件的LCR串联谐振电路中，LCR串联谐振电路的阻抗Z通过以下的等式I来获得。
等式I
权利要求
1.一种感应加热定影装置，包括:具有感应线圈和电容器的串联谐振电路、相位比较器、相位控制器、谐振频率跟随振荡器以及PWM(脉宽调制)信号产生器， 其中，相位比较器比较PWM信号产生器输出的脉冲的相位与流过感应线圈的电流的相位， 当控制相位时相位比较器将通过所述比较获得的比较结果输出到相位控制器，当执行PWM控制时相位比较器将所述比较结果输出到谐振频率跟随振荡器， 相位控制器基于相位比较器的输出和预定的线圈电流相位量输出具有预定相位值的频率控制信号， 谐振频率跟随振荡器通过使用相位控制器的输出改变振荡频率，以使串联谐振电路的驱动频率跟随谐振频率， PWM信号产生器基于通过谐振频率跟随振荡器的谐振频率产生用于驱动串联谐振电路的脉冲， 相位比较器、相位控制器、谐振频率跟随振荡器和PWM信号产生器被数字化地控制。
2.根据权利要求1所述的感应加热定影装置，其中，相位控制器在它的计数器中对相位比较器的输出进行计数，通过使用减法器比较并运算线圈电流的相位量的设置值，并将频率控制信号输出到谐振频率跟随振荡器，其中，相位比较器比较PWM信号产生器输出的脉冲的相位与流过感应线圈的电流的相位以输出与相位差相应的信号， 谐振频率跟随振荡器基于相位控制器输出的信号使计数器升值或降值，以改变谐振频率。
3.根据权利要求1所述的感应加热定影装置，其中，在相对小的电流流过的第一区域中执行相位控制，并且在相对大的电流流过的第二区域中执行PWM控制。
4.一种包括如权利要求1所述的感应加热定影装置的成像设备。
全文摘要
一种感应加热定影装置和成像设备。所述感应加热定影装置包括具有感应线圈和电容器的串联谐振电路、相位比较器、相位控制器、谐振频率跟随振荡器和PWM信号产生器。相位比较器比较PWM信号产生器输出的脉冲的相位与流过感应线圈的电流的相位，当控制相位时将比较结果输出到相位控制器，当执行PWM控制时将比较结果输出到谐振频率跟随振荡器。相位控制器基于相位比较器的输出和预定的线圈电流相位量输出频率控制信号。谐振频率跟随振荡器通过使用频率控制信号改变振荡频率，以使串联谐振电路的驱动频率跟随谐振频率。PWM信号产生器基于谐振频率产生驱动串联谐振电路的脉冲。相位比较器、相位控制器、谐振频率跟随振荡器和PWM信号产生器被数字化地控制。
文档编号G03G15/00GK103163764SQ20121053939
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者近藤孝志 申请人:三星电子株式会社