电力检测装置、图像形成设备以及电力检测方法与流程

本发明涉及电力检测装置、图像形成设备以及电力检测方法。

背景技术：

已知一种包括电磁感应加热电源、温度检测器以及输出电力确定单元的定影装置。电磁感应加热电源通过对来自商用电源的交流电力进行整流，并且其后通过使用切换单元对整流后的电力执行高速切换来生成高频电力，并且向电磁感应线圈输出高频电力。温度检测器检测包括电磁加热层的辊的表面温度。输出电力确定单元基于由温度检测器检测到的表面温度来确定高频电力的期望值，该高频电力从电磁感应加热电源向电磁感应线圈输出。电磁感应加热电源包括：电力检测器和感应加热电源控制器。电力检测器基于在从商用电源供给的交流电力的过零(zero crossing)时刻之后的预定时间测量得的交流电力的瞬时值来检测关于交流电力的信息。感应加热电源控制器基于信息控制切换单元，使得由切换单元生成的高频电力具有由输出电力确定单元确定的期望值。(参见日本未审查专利申请第2010-181633号公报)

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供使得能够检测高瞬时有效电力的电力检测装置、图像形成设备以及电力检测方法。

根据发明的第一方面，提供了一种包括第一过零检测器、电流检测器以及第二过零检测器的电力检测装置。第一过零检测器检测从商用电源供给的电力的交流电压的过零时刻，并输出电压过零信号。电流检测器检测所述电力的电流。第二过零检测器检测由所述电流检测器检测到的所述电流的过零时刻并输出电流过零信号。基于所述电压过零信号与所述电流过零信号之间的相位差获得功率因数，并且基于所述交流电压的均方根值、所述电流的均方根值以及所述所获得的功率因数计算有效电力。

根据发明的第二方面，在根据第一方面的电力检测装置中，通过参照使用所述电 压过零信号与所述电流过零信号之间的所述相位差而预定的参照表来获得所述功率因数。

根据发明的第三方面，提供了一种包括电源单元和根据第一方面的电力检测装置的图像形成设备。电源单元将从商用电源供给的电力的交流电压切换成直流电压，并输出预定直流电压。所述图像形成设备根据电压过零信号或所述预定直流电压而受控，并形成图像。

根据发明的第四方面，提供了一种电力检测方法，该电力检测方法包括以下步骤：检测从商用电源供给的电力的交流电压的过零时刻，并输出电压过零信号；检测所述电力的电流；以及检测所述检测到的电流的过零时刻，并输出电流过零信号。基于所述电压过零信号与所述电流过零信号之间的相位差获得功率因数，并且基于所述交流电压的均方根值、所述电流的均方根值以及所述所获得的功率因数来计算有效电力。

根据发明的第一至第四方面，使得根据本发明的第一至第四方面的电力检测装置、图像形成设备以及电力检测方法能够检测比凭借不包括检测电流过零时刻的检测器的电力检测装置和图像形成设备以及不检测电流过零时刻的电力检测方法更高的瞬时有效电力。

附图说明

将基于以下附图详细描述本发明的示例性实施方式，附图中：

图1是例示了图像形成设备的功能构造的示例的框图；

图2是例示了低压电源单元的示例的电路构造图；

图3是例示了电压过零信号检测电路的示例的电路构造图；

图4是例示了基于由电力检测装置执行的过零信号检测的有效电力计算的功能框图；

图5A、5B、5C、5D以及5E各是例示了在过零信号检测电路的一个对应部件处检测到的过零信号的波形的图；

图6A、6B以及6C是用于说明基于过零信号检测执行的功率因数获得的图；以及

图7是在获得功率因数时所参照的功率因数表的示例。

具体实施方式

下文中将通过描述示例性实施方式并列举具体示例参照附图来进一步详细描述本发明。然而，本发明不限于示例性实施方式和具体示例。

要注意的是，附图在参照附图给出的以下描述中仅是示意性的，并且尺寸的比例等不同于实际值。适当不例示除了为了易于理解而需要说明的构件之外的构件。

(1)图像形成设备的整体构造和操作

图1是例示了包括根据本示例性实施方式的电力检测装置100的图像形成设备1的功能构造的框图。图2是例示了低压电源单元30的示例的电路构造图。图3是例示了电压过零信号检测电路110的示例的电路构造图。

将参照附图来描述图像形成设备1的整体构造和操作。

图像形成设备1包括：控制器10、图像形成单元20、低压电源单元30、加热器驱动电路40、马达驱动电路50以及电力检测装置100。

控制器10包括图像形成控制器11，该图像形成控制器11控制图像形成设备1的图像形成单元20的操作；加热器控制器12，该加热器控制器12控制加热器驱动电路40；驱动控制器13，该驱动控制器13控制马达驱动电路50；以及有效电力计算单元130，该有效电力计算单元130包括在电力检测装置100中。

图像形成单元20包括送纸装置21、感光体单元22、显影装置23以及转印装置24。转印装置24将彩色色调剂图像同时转印到从送纸装置21馈送的纸张上，该彩色色调剂图像各由对应的感光体单元22和对应的显影装置23来形成。

上面已经由转印装置24转印了色调剂图像但色调剂图像尚未被定影的纸张传送到定影装置25。色调剂图像通过使用压接触和加热的作用来定影在纸张上。

低压电源单元30包括：桥式整流二极管31，该桥式整流二极管31对从商用电源供给的交流电压执行全波整流；平滑电容器32，该平滑电容器32使全波整流后的电压平滑化；以及切换控制器33。用于直流/交流(DC/AC)转换的切换元件34(场效应晶体管(FET))和变压器35串联连接在平滑电容器32的输出侧上，切换元件34经由切换控制器33来开/闭。

整流二极管36和平滑电容器37连接在变压器35的输出侧上。整流二极管36对AC输出电压进行整流，并且平滑电容器37使整流后的电压平滑化，并输出低DC 电压。低DC电压被输出为电压V1和电压V2。电压V1输入到控制器10、电压过零信号检测电路110、电流过零信号检测电路120、加热器驱动电路40、马达驱动电路50以及其他部件。电压V2输入到各个部件和其它部件的致动器(未例示)。

电源检测装置100包括：充当第一过零检测器的电压过零信号检测电路110、充当第二过零检测器的电流过零信号检测电路120、以及控制器10中所包括的有效电力计算单元130。电压过零信号检测电路110检测从商用电源供给的交流电压的过零信号。电流过零信号检测电路120通过检测电力的电流来检测过零信号。

电压过零信号检测电路110具有执行将交流电压转换成直流电压的全波整流的四个二极管CR1、CR2、CR3以及CR4。限流电阻器R1的一端连接到二极管CR1至CR4的阴极侧。光电耦合器PC连接到限流电阻器R1的另一端，并连接到二极管CR3和CR4的阳极侧。

光电耦合器PC包括：用于发光的光电二极管PCa；和用于接收光的光电晶体管PCb。光电二极管PCa连接到限流电阻器R1的另一端，并连接到各个二极管CR3和CR4的阳极。光电晶体管PCb具有：DC电压(未例示)经由上拉电阻器R3施加到的集电极；和连接到晶体管G1的基极的发射极。

当电流Ipc从光电二极管PCa的阳极向光电二极管PCa的阴极流动时，光电二极管PCa发光。在光电晶体管PCb的栅极处接收光，并且从光电晶体管PCb的发射极输出过零信号P。

在晶体管G1中放大过零信号P，并向控制器10输入过零信号P。

(2)电力检测装置

图4是例示了基于由电力检测装置100执行的过零信号检测的有效电力计算的功能框图。图5A、5B、5C、5D以及5E各是例示了在过零信号检测电路的一个对应部件处检测到的过零信号的波形的图。图6A、6B以及6C是用于说明基于过零信号检测执行的功率因数获得的图。图7是在获得功率因数时所参照的功率因数表的示例。

下文中，将参照附图来描述电力检测装置100的构造和操作。

低压电源单元30将从商用电源输入的AC电力切换成低压电力(诸如24V或5V等)，并且向图像形成设备1的控制器10、加热器控制电路40、马达驱动电路50以及其他部件供给该低压电力。低压电源单元30包括具有电容器部件、线圈部件以及 其他部件的电路，并且通常已知电流与电压之间的相位差根据与电阻器的平衡而发生。

这即使在施加电压的瞬间，也防止电流流动，由此有效地防止电力被消耗。

根据本示例性实施方式的电力检测装置100基于电压过零信号P1与电流过零信号P2之间的相位差来获得功率因数，并且通过将电压均方根值、电流均方根值以及功率因数相乘在一起来计算有效电力。

(2.1)有效电力

如图4例示，电力检测装置100连接到商用电源输入侧，并且电压过零信号检测电路110根据交流电压的正弦瞬时波形检测电压过零信号P1。交流电压经受全波整流、由平滑电容器进行的平滑化、以及由A/D转换器进行的A/D转换，由此具有电压均方根值Vrms。

电流过零信号检测电路120凭借电流过零信号检测电路120与电力检测装置100之间所放置的电阻器，来连接到电力检测装置100的商用电源输入侧，并且根据电流瞬时波形检测电流过流信号P2。交流电流经由A/D转换器进行的A/D转换，由此具有电流均方根值Irms。

通过参照预先设置的表基于电压过零信号P1与电流过零信号P2之间的相位差，来获得功率因数PF。通过将根据电压均方根值Vrms和电流均方根值Irms计算得的视在功率值Pva(＝Vrms×Irms)乘以功率因数PF来计算有效电力Pw(＝Vrms×Irms×PF)。

(2.2)过零信号检测时的波形

如图5A例示，从商用电源输入的交流电压的瞬时波形具有正弦图案。正弦交流电压在电压过零信号检测电路110的一组二极管CR1和CR3以及一组二极管CR2和CR4中分别经受半波整流(参见图5B和图5C)，并且全波整流后的电流Ipc流过光电二极管PCa(参见图5D)。

随后，从光电晶体管PCb的发射极输出过零信号P(参见图5E)。

同时，从商用电源提供的50Hz AC电力的正弦波具有20ms的周期，并且每隔10ms输出过零信号P。

(2.3)功率因数获得

图6A例示了交流电压的瞬时波形、有效波形以及过零信号之间的关系。横轴表示时间，而纵轴表示电压。如图6A例示，电压过零信号检测电路110基于接收到的交流电压的瞬时波形来输出电压过零信号P1。

图6B例示了交流电流的瞬时波形、有效波形以及过零信号之间的关系。横轴表示时间，而纵轴表示电压。如图6B例示，电流过零信号检测电路120基于借助电阻器输入的交流电流的瞬时波形来输出电流过零信号P2。

图6C例示了经由电压过零信号检测电路110检测并输出的电压过零信号P1与经由电流过零信号检测电路120检测并输出的电流过零信号P2之间的关系。如图6C例示，经由电压过零信号检测电路110和电流过零信号检测电路120分别检测的电压过零信号P1和电流过零信号P2具有基于相位差的时间差t。

向控制器10输出电压过零信号P1和电流过零信号P2，并且计算时间差t。

通过参照被预定为基于时间差分别估计的功率因数PF的、表中的值来将计算得的时间差t被转换成为功率因数PF。

具体地，如图7例示，控制器10接收电压过零信号P1和电流过零信号P2。通过使用中央处理单元(CPU)的计时器功能来开始计时，计时由电压过零信号P1来触发。执行相位差Tzc的检测，该检测由电流过零信号P2的检测来触发。

随后，执行电压过零信号P1的周期Tf的检测，该检测由下一个电压过零信号P1来触发。

控制器10的非易失存储器(NVM)用于保持这样的功率因数表，其具有各对于电压过零信号P1与电流过零信号P2之间的相位差Tzc的范围(从t1至t2、从t3至t4……)而估计的功率因数PF、对于电压过零信号P1的各个周期Tf而估计的功率因数PF。

控制器10通过基于检测到的电压过零信号P1的周期Tf和与电流过零信号P2的相位差Tzc参照功率因数表获得一个功率因数PF。

(2.4)有效电力计算

控制器10的有效电力计算单元130通过将视在功率值Pva(＝Vrms×Irms)乘以 功率因数PF来计算有效电力Pw(＝Vrms×Irms×PF)，根据电压均方根值Vrms和电流均方根值Irms而计算视在功率值Pva，通过基于电压过零信号P1的周期Tf和与电流过零信号P2的相位差Tzc参照功率因数表而获得功率因数PF。

为了计算功耗，根据本示例性实施方式的电力检测装置100不对瞬时交流电压和电流值执行高频取样。反而，电力检测装置100基于电压过零信号P1与电流过零信号P2之间的相位差来获得功率因数，并且通过将电压均方根值、电流均方根值以及功率因数相乘在一起来计算有效电力。

这可以消除设置充当计算装置的高速CPU和存储经由取样而获得的大量瞬时值的存储器的需要，并且可以使设备操作期间的功耗能够被实时检测为有效电力。

对本发明的示例性实施方式的上述说明是为了例示和说明的目的而提供的。并非旨在对本发明进行穷尽，或者将本发明限于所公开的精确形式。显而易见的是，很多修改例和变型例对于本领域技术人员是明显的。选择了实施方式进行说明，以最好地解释本发明的原理及其实际应用，以使本领域其他技术人员能够理解本发明的各种实施方式，以及适合于所设想的具体用途的各种变型。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物来限定。