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JP2013125066A - Induction heating fixing device and image forming device - Google Patents

Induction heating fixing device and image forming device Download PDF

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JP2013125066A
JP2013125066A JP2011272302A JP2011272302A JP2013125066A JP 2013125066 A JP2013125066 A JP 2013125066A JP 2011272302 A JP2011272302 A JP 2011272302A JP 2011272302 A JP2011272302 A JP 2011272302A JP 2013125066 A JP2013125066 A JP 2013125066A
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JP
Japan
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phase
resonance frequency
output
unit
frequency
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Pending
Application number
JP2011272302A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Kondo
孝志 近藤
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Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
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Publication date
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Priority to US13/713,532 priority patent/US9008528B2/en
Priority to AU2012353158A priority patent/AU2012353158A1/en
Priority to PCT/KR2012/010843 priority patent/WO2013089454A1/en
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    • G03G15/00Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/20Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat
    • G03G15/2003Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat
    • G03G15/2014Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat using contact heat
    • G03G15/2053Structural details of heat elements, e.g. structure of roller or belt, eddy current, induction heating

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an induction heating fixing device that controls a minute current region, and to provide an image forming device.SOLUTION: The induction heating fixing device includes a series resonance circuit, a phase comparison section, a phase control part, a resonance frequency tracking oscillation part, and a PWM signal generation part. The phase comparison section compares a phase of a pulse output from the PWM signal generation part with a phase of a current of the induction coil, outputs a result to the phase control part during phase control, and outputs the result to the resonance frequency tracking oscillation part during PWM control. The phase control part outputs a frequency control signal with a predetermined phase value to the resonance frequency tracking oscillation part on the basis of the output of the phase comparison section and a predetermined coil current phase amount. The resonance frequency tracking oscillation part uses an output of the phase control part to change oscillation frequency so as to cause the resonance frequency to track drive frequency of the series resonance circuit. The PWM signal generation part generates a pulse to drive the series resonance circuit on the basis of the oscillation frequency by the resonance frequency tracking oscillation part. The phase comparison section, the phase control part, the resonance frequency tracking oscillation part, and the PWM signal generation part are digital-controlled.

Description

本発明は、誘導加熱定着装置および画像形成装置に関する。   The present invention relates to an induction heating fixing device and an image forming apparatus.

画像形成装置においては、記録媒体であるシートの上に転写されたトナー像をシートに定着させるための定着装置が備えられている。この定着装置は、例えば、シート上のトナーを熱溶融させる定着ローラ又は定着ベルト(加熱ローラ)と、当該定着ローラ又は定着ベルトに圧接してシートを押圧する加圧ローラとを有している。   The image forming apparatus includes a fixing device for fixing a toner image transferred onto a sheet as a recording medium to the sheet. The fixing device includes, for example, a fixing roller or a fixing belt (heating roller) that heat-melts toner on the sheet, and a pressure roller that presses the sheet in pressure contact with the fixing roller or the fixing belt.

上記定着ローラ又は定着ベルトを加熱するために、当該定着ローラ又は定着ベルトの内部または外部に誘導加熱コイルを配置するようにした誘導加熱方式による定着装置が広く普及している。誘導加熱方式は、誘導加熱コイルで発生した磁束を定着ローラ又は定着ベルトの導体部に通過させることによって、定着ローラ又は定着ベルトの内部に渦電流を流し、この渦電流によるジュール熱で定着ローラ又は定着ベルトを加熱するというものである。   In order to heat the fixing roller or the fixing belt, an induction heating type fixing device in which an induction heating coil is arranged inside or outside the fixing roller or the fixing belt is widely used. In the induction heating system, an eddy current is caused to flow inside the fixing roller or the fixing belt by passing the magnetic flux generated by the induction heating coil through the conductor portion of the fixing roller or the fixing belt. The fixing belt is heated.

従来の誘導加熱定着装置における電力制御方式として、LCR共振回路構成で駆動周波数を制御する方式と、共振周波数fで共振回路が共振している状態でPWM制御を実行することにより電流量を制御する方式とが行われて来た。従来の駆動周波数を制御して出力電力を変更する方式としては、例えば特許文献1、2などがある。   As a power control method in the conventional induction heating fixing device, a method of controlling the drive frequency with the LCR resonance circuit configuration and a current amount are controlled by executing PWM control in a state where the resonance circuit is resonating at the resonance frequency f. The method has been carried out. As a conventional method of changing the output power by controlling the driving frequency, there are, for example, Patent Documents 1 and 2.

一方、従来の共振周波数fの状態でPWM制御を実行することにより電流量を制御して電流量を変更する方式の誘導加熱定着装置900のインバータ電源の構成を、図1に示す。AC電源901からの出力をダイオードブリッジ904で全波整流した後、ノイズフィルタ905を通したものをハーフブリッジ出力回路906に供給している。符号902はヒューズ、符号903はサージ電圧保護用バリスタを示している。   On the other hand, FIG. 1 shows a configuration of an inverter power source of an induction heating fixing apparatus 900 of a method of changing a current amount by controlling a current amount by executing PWM control in a state of a conventional resonance frequency f. The output from the AC power source 901 is full-wave rectified by the diode bridge 904 and then passed through the noise filter 905 and supplied to the half-bridge output circuit 906. Reference numeral 902 denotes a fuse, and reference numeral 903 denotes a surge voltage protection varistor.

ハーフブリッジ出力回路906はスイッチング素子としてIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ;Insulated Gate Bipolar Transistor)、FET(電界効果トランジスタ;Field effect transistor)などが使用される。   The half-bridge output circuit 906 uses an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a FET (Field Effect Transistor), or the like as a switching element.

図1に示した構成では、ハーフブリッジ出力回路906はスイッチング素子としてIGBT907、908が用いられている。LC直列共振回路は、低損失誘導加熱用コイル912、コンデンサ913,914からなり、LC直列共振回路を構成するリッツ線(細い銅線を多数撚り合わせた電線)を用いた低損失誘導加熱用コイル912に高周波電流を流すことで、磁界を発生させる。低損失誘導加熱用コイル912が発生させた磁界は、高透磁率材料で構成された定着ローラ又は定着ベルト910などに集中して、低損失誘導加熱用コイル912が発生させた磁界によって発熱体表面に渦電流が流れ、定着ローラ又は定着ベルト910は自己発熱する。   In the configuration shown in FIG. 1, the half-bridge output circuit 906 uses IGBTs 907 and 908 as switching elements. The LC series resonance circuit is composed of a low-loss induction heating coil 912 and capacitors 913 and 914, and uses a Litz wire (an electric wire formed by twisting a large number of thin copper wires) constituting the LC series resonance circuit. By applying a high-frequency current to 912, a magnetic field is generated. The magnetic field generated by the low-loss induction heating coil 912 is concentrated on a fixing roller or a fixing belt 910 made of a high magnetic permeability material, and the surface of the heating element is generated by the magnetic field generated by the low-loss induction heating coil 912. An eddy current flows through the fixing roller or the fixing belt 910 and self-heats.

IGBT907、908によるハーフブリッジ出力に接続されている低損失誘導加熱用コイル912の電流および位相差を検知するためのカレント・トランス909の出力と、IGBT907、908によるハーフブリッジ出力の駆動電圧(片側)の位相比較を位相比較器928(例えば汎用のPLL IC(74HC4046等)を利用する)を用いて行い、位相比較器928の位相比較結果をRC鋸歯発振型電圧制御発振器(VCO)929に出力する。カレント・トランス909の出力とハーフブリッジ出力の駆動電圧との位相差が無くなる様に、VCO929の発振周波数をフィードバック制御する。   The output of the current transformer 909 for detecting the current and phase difference of the low-loss induction heating coil 912 connected to the half-bridge output by the IGBTs 907 and 908, and the driving voltage of the half-bridge output by the IGBTs 907 and 908 (one side) Are compared using a phase comparator 928 (for example, using a general-purpose PLL IC (74HC4046, etc.)), and the phase comparison result of the phase comparator 928 is output to an RC sawtooth oscillation type voltage controlled oscillator (VCO) 929. . The oscillation frequency of the VCO 929 is feedback controlled so that the phase difference between the output of the current transformer 909 and the driving voltage of the half bridge output is eliminated.

PWM制御部919では、発熱部温度検知センサ911からの情報から、CPU915におけるPID制御部917によるPID(Proportional,Integral,Differential)演算で算出したPWM On duty値と、カレント・トランス909の出力を整流回路923で整流したものとをエラーアンプ920で増幅し、増幅した値とVCO929からの出力を、比較器921で比較し、比較結果をPWMドライバ922に出力することで、PWMドライバ922はPWM信号を発光ダイオードおよびフォトトランジスタ923,924に出力することができる。   The PWM control unit 919 rectifies the PWM On duty value calculated by the PID (Proportional, Integral, Differential) calculation by the PID control unit 917 in the CPU 915 and the output of the current transformer 909 from the information from the heat generating unit temperature detection sensor 911. The signal rectified by the circuit 923 is amplified by the error amplifier 920, the amplified value and the output from the VCO 929 are compared by the comparator 921, and the comparison result is output to the PWM driver 922, so that the PWM driver 922 outputs the PWM signal. Can be output to the light emitting diode and the phototransistors 923 and 924.

特開2008−51951号公報JP 2008-51951 A 特開2008−145990号公報JP 2008-145990 A

従来の誘導加熱定着装置における電力制御方式として、LCR共振回路を有する構成で駆動周波数を制御する方式では、共振回路の共振周波数が変動した場合に制御不能に陥る問題があり、そのような問題に対処するためには、特許文献1に記載された発明のように、電力がピークになる周波数を求めて、その周波数を下限周波数として制御する必要がある。また、小電力制御時に周波数が高くなり過ぎて、ハーフブリッジ出力素子のスイッチング損失が増えて効率低下してしまうという問題があり、特許文献2に記載された発明のように、大電力と中電力と小電力とで電力制御方式を切替える必要がある。また、駆動周波数を共振周波数から外れたところでハーフブリッジ素子をスイッチングする場合、ゼロ電圧スイッチングが行われず素子損失が増大し、発熱による劣化や熱破壊を招く可能性がある。   As a power control method in a conventional induction heating fixing device, a method of controlling the drive frequency with a configuration having an LCR resonance circuit has a problem that it becomes uncontrollable when the resonance frequency of the resonance circuit fluctuates. In order to cope with this, as in the invention described in Patent Document 1, it is necessary to obtain a frequency at which the power reaches a peak and control the frequency as a lower limit frequency. In addition, there is a problem that the frequency becomes too high during the low power control and the switching loss of the half-bridge output element is increased, resulting in a reduction in efficiency. As in the invention described in Patent Document 2, large power and medium power It is necessary to switch the power control method between low power and small power. In addition, when the half-bridge element is switched when the drive frequency deviates from the resonance frequency, zero voltage switching is not performed and the element loss increases, which may cause deterioration due to heat generation or thermal destruction.

一方、共振周波数fで共振回路が共振している状態でPWM制御を実行することにより電流量を制御して電流量を変更する方式では、上述の回路における位相比較器や電圧制御発信器およびPWM制御部をアナログ回路で構成していた為、部品定数のばらつきや温度変動を考慮する必要があったり、共振周波数追従範囲の設定など仕様により全て部品定数を変更したりする必要がある。また、特定の使用が不可能な周波数領域(例えば、特定無線周波数や定着ベルト等の定着装置機構の共振周波数)が有る場合には、その周波数範囲を外して共振周波数に自動追従することは困難である。   On the other hand, in the method of changing the amount of current by controlling the amount of current by executing PWM control in a state where the resonant circuit is resonating at the resonance frequency f, the phase comparator, voltage control oscillator, and PWM in the above-described circuit Since the control unit is configured with an analog circuit, it is necessary to consider variations in component constants and temperature fluctuations, and it is necessary to change all the component constants according to specifications such as setting the resonance frequency tracking range. Also, when there is a frequency range that cannot be used in particular (for example, a specific radio frequency or a resonance frequency of a fixing device mechanism such as a fixing belt), it is difficult to automatically follow the resonance frequency outside the frequency range. It is.

さらにPWM制御だけを用いても微少電流領域の制御は行うことができない。これはIGBTなどスイッチング素子のスイッチング速度が、PWMによる微少電流制御が可能な程度には速くないためである。   Furthermore, even if only PWM control is used, control of a minute current region cannot be performed. This is because the switching speed of a switching element such as an IGBT is not fast enough to enable a minute current control by PWM.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品定数のばらつきや温度変動を考慮すること無く、共振周波数に追従させてPWM制御および位相制御を実行することによって微少電流領域まで制御が可能な誘導加熱定着装置および画像形成装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to perform a minute current region by executing PWM control and phase control by following the resonance frequency without considering variations in component constants and temperature fluctuations. It is an object of the present invention to provide an induction heating fixing device and an image forming apparatus that can be controlled to a minimum.

本発明のある実施形態によれば、誘導コイルおよびコンデンサを有する直列共振回路と、位相比較部と、位相制御部と、共振周波数追従発振部と、PWM(パルス幅変調)信号発生部と、を備え、前記位相比較部は、前記PWM信号発生部が出力するパルスの位相と、前記誘導コイルを流れる電流の位相とを比較し、比較した結果を位相制御時は、前記位相制御部に出力し、PWM制御時は、前記共振周波数追従発振部に出力し、前記位相制御部は、前記位相比較部の出力および所定のコイル電流位相量に基づいて、所定の位相値になる周波数制御信号を前記共振周波数追従発振部へ出力し、前記共振周波数追従発振部は、前記位相制御部の出力を用いて前記直列共振回路の駆動周波数を共振周波数に追従させるよう発振周波数を変化させて、前記PWM信号発生部は、前記共振周波数追従発振部による前記発振周波数に基づいて前記直列共振回路を駆動させるパルスを発生させ、前記位相比較部、前記位相制御部、前記共振周波数追従発振部および前記PWM信号発生部はデジタル制御される。   According to an embodiment of the present invention, a series resonance circuit having an induction coil and a capacitor, a phase comparison unit, a phase control unit, a resonance frequency tracking oscillation unit, and a PWM (pulse width modulation) signal generation unit are provided. The phase comparison unit compares the phase of the pulse output from the PWM signal generation unit with the phase of the current flowing through the induction coil, and outputs the comparison result to the phase control unit during phase control. , During PWM control, output to the resonance frequency follow-up oscillation unit, the phase control unit outputs a frequency control signal having a predetermined phase value based on the output of the phase comparison unit and a predetermined coil current phase amount The resonance frequency follow-up oscillation unit outputs an output to the resonance frequency follow-up oscillation unit, and the resonance frequency follow-up oscillation unit changes the oscillation frequency so that the drive frequency of the series resonance circuit follows the resonance frequency using the output of the phase control unit. The PWM signal generation unit generates a pulse for driving the series resonance circuit based on the oscillation frequency by the resonance frequency tracking oscillation unit, the phase comparison unit, the phase control unit, the resonance frequency tracking oscillation unit, and the The PWM signal generator is digitally controlled.

本発明のある実施形態によれば、前記位相制御部は、前記PWM信号発生部が出力するパルスの位相と、前記誘導コイルを流れる電流の位相とを比較することによって、位相差に対応する信号を出力する前記位相比較部の出力をカウンタで計数し、コイル電流位相量設定値を引き算器で比較演算し、その結果に基づいて前記共振周波数追従発振部へ周波数制御信号を出力し、前記共振周波数追従発振部は、前記位相制御部が出力する信号に基づいてカウンタをアップまたはダウンさせることで発振周波数を変化させる。   According to an embodiment of the present invention, the phase control unit compares the phase of the pulse output from the PWM signal generation unit with the phase of the current flowing through the induction coil, thereby obtaining a signal corresponding to the phase difference. The counter of the output of the phase comparison unit that outputs the value is compared with a subtractor by the coil current phase amount set value, and based on the result, a frequency control signal is output to the resonance frequency tracking oscillation unit, and the resonance The frequency tracking oscillating unit changes the oscillation frequency by increasing or decreasing the counter based on the signal output from the phase control unit.

本発明のある実施形態によれば、前記電流が比較的小さい第1領域において前記位相制御が行われ、前記電流が比較的大きい第2領域において前記PWM制御が行われる。   According to an embodiment of the present invention, the phase control is performed in a first region where the current is relatively small, and the PWM control is performed in a second region where the current is relatively large.

本発明のある実施形態によれば、画像形成装置は誘導加熱定着装置を備える。   According to an embodiment of the present invention, the image forming apparatus includes an induction heating fixing device.

以上説明したように本発明によれば、部品定数のばらつきや温度変動を考慮すること無く、共振周波数に追従させてPWM制御および位相制御を実行することが可能な、新規かつ改良された誘導加熱定着装置および画像形成装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, a new and improved induction heating capable of executing PWM control and phase control by following the resonance frequency without considering variation of component constants and temperature fluctuation. A fixing device and an image forming apparatus can be provided.

従来の誘導加熱定着装置のインバータ電源の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the inverter power supply of the conventional induction heating fixing apparatus. 本発明の一実施形態にかかる誘導加熱定着装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the induction heating fixing apparatus concerning one Embodiment of this invention. 特定使用不可能周波数領域設定時の、アップダウンカウンタのカウント値と出力周波数との関係をグラフで示す図である。It is a figure which shows the relationship between the count value of an up / down counter, and an output frequency at the time of specific unusable frequency area | region setting. 共振周波数でPWMのON timeのデューティを変化させた時の出力特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an output characteristic when changing the duty of PWM ON time with a resonant frequency. ASICにおける位相比較部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the phase comparison part in ASIC. ASICにおける共振周波数追従発振部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the resonant frequency tracking oscillation part in ASIC. 図2に示したASICにおけるPWM信号発生部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the PWM signal generation part in ASIC shown in FIG. 共振周波数追従発振部の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform of a resonance frequency tracking oscillation part. 共振周波数追従発振部の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform of a resonance frequency tracking oscillation part. 共振周波数追従発振部の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform of a resonance frequency tracking oscillation part. 共振周波数追従発振部およびPWM信号発生部の出力の詳細をタイミングチャートで示す図である。It is a figure which shows the detail of the output of a resonant frequency tracking oscillation part and a PWM signal generation part with a timing chart. 共振周波数追従発振部およびPWM信号発生部の出力の詳細をタイミングチャートで示す図である。It is a figure which shows the detail of the output of a resonant frequency tracking oscillation part and a PWM signal generation part with a timing chart. 共振周波数追従発振部およびPWM信号発生部の出力の詳細をタイミングチャートで示す図である。It is a figure which shows the detail of the output of a resonant frequency tracking oscillation part and a PWM signal generation part with a timing chart. 誘導加熱定着装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an induction heating fixing device. 誘導加熱定着装置の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of an induction heating fixing apparatus. 位相制御部の具体的な構成を示す図である。It is a figure which shows the specific structure of a phase control part. 図16の位相制御部でコイル電流位相制御量設定値を0からXを経てYに変えた時のドライブ電圧、コイル電流波形および周波数制御信号の動作波形を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating operation waveforms of a drive voltage, a coil current waveform, and a frequency control signal when the coil current phase control amount setting value is changed from 0 through X to Y in the phase control unit of FIG. 16. 図16の位相制御部における信号のタイミング図である。FIG. 17 is a signal timing diagram in the phase control unit of FIG. 16. 図16の位相制御部における信号のタイミング図である。FIG. 17 is a signal timing diagram in the phase control unit of FIG. 16.

本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。本明細書および図面で、同じまたは類似の機能または構成を有する構成要素には、同一の参照符号が付される。参照番号の下二桁が同じ構成要素は互いに対応する。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present specification and drawings, components having the same or similar functions or configurations are denoted by the same reference numerals. Components with the same last two digits of the reference number correspond to each other.

<本発明の一実施形態>
まず、本発明の一実施形態にかかる誘導加熱定着装置の構成について説明する。図2は、本発明の一実施形態にかかる誘導加熱定着装置100の構成を示す図である。以下、図2を用いて本発明の一実施形態にかかる誘導加熱定着装置100の構成について説明する。
<One Embodiment of the Present Invention>
First, the configuration of an induction heating fixing device according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the induction heating fixing device 100 according to the embodiment of the present invention. Hereinafter, the configuration of the induction heating fixing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図2に示した本発明の一実施形態にかかる誘導加熱定着装置100は、定着ローラ又は定着ベルトを加熱するために、当該定着ローラ又は定着ベルトの内部又は外部に誘導加熱コイルを配置するようにした誘導加熱方式による定着装置である。   In the induction heating fixing device 100 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2, in order to heat the fixing roller or the fixing belt, an induction heating coil is arranged inside or outside the fixing roller or the fixing belt. This is a fixing device using the induction heating method.

図2に示したように、本発明の一実施形態にかかる誘導加熱定着装置100は、交流電源101と、ヒューズ102と、バリスタ103と、ダイオードブリッジ104と、ノイズフィルタ105と、ハーフブリッジ出力回路106と、CPU115と、整流回路120と、リミッタ回路121と、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)124と、を含んで構成される。交流電源101からの出力をダイオードブリッジ104で全波整流した後、ノイズフィルタ105を通したものをハーフブリッジ出力回路106に供給している。   As shown in FIG. 2, the induction heating and fixing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention includes an AC power supply 101, a fuse 102, a varistor 103, a diode bridge 104, a noise filter 105, and a half bridge output circuit. 106, a CPU 115, a rectifier circuit 120, a limiter circuit 121, and an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) 124. The output from the AC power supply 101 is full-wave rectified by the diode bridge 104 and then passed through the noise filter 105 and supplied to the half-bridge output circuit 106.

図2の誘導加熱定着装置100は、共振周波数に自動追従した共振状態でPWM制御して出力電力を変更する方式である。すなわち、共振周波数f0に自動追従した共振状態でPWM制御を実行することにより電流量を制御して電流量を変更する。 The induction heating fixing device 100 of FIG. 2 is a method of changing the output power by PWM control in a resonance state that automatically follows the resonance frequency. That is, the amount of current is changed by controlling the amount of current by executing PWM control in a resonance state that automatically follows the resonance frequency f 0 .

ハーフブリッジ出力回路106は、IBGT107、108と、電流トランス109と、低損失誘導加熱用コイル112と、コンデンサ113,114と、を含んで構成される。低損失誘導加熱用コイル112と、コンデンサ113,114とによって、LC共振回路が構成される。   The half-bridge output circuit 106 includes IBGTs 107 and 108, a current transformer 109, a low-loss induction heating coil 112, and capacitors 113 and 114. An LC resonance circuit is configured by the low-loss induction heating coil 112 and the capacitors 113 and 114.

ハーフブリッジ出力回路106はスイッチング素子としてIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ;Insulated Gate Bipolar Transistor)、FET(電界効果トランジスタ;Field effect transistor)などが使用される。   The half-bridge output circuit 106 uses an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), an FET (Field Effect Transistor), or the like as a switching element.

図2に示した構成では、ハーフブリッジ出力回路106にはスイッチング素子としてIGBT107、108が用いられている。LC直列共振回路は、低損失誘導加熱用コイル112、コンデンサ113,114からなり、LC直列共振回路を構成するリッツ線(細い銅線を多数撚り合わせた電線)を用いた低損失誘導加熱用コイル112に高周波電流を流すことで、磁界を発生させる。低損失誘導加熱用コイル112が発生させた磁界は、高透磁率材料で構成された定着ローラ又は定着ベルト110などに集中して発熱体表面に渦電流が流れ、定着ローラ又は定着ベルト110は自己発熱する。   In the configuration shown in FIG. 2, IGBTs 107 and 108 are used as switching elements in the half-bridge output circuit 106. The LC series resonance circuit includes a low-loss induction heating coil 112 and capacitors 113 and 114, and uses a Litz wire (an electric wire in which a large number of thin copper wires are twisted) constituting the LC series resonance circuit. By applying a high-frequency current to 112, a magnetic field is generated. The magnetic field generated by the low-loss induction heating coil 112 is concentrated on the fixing roller or fixing belt 110 made of a high magnetic permeability material, and an eddy current flows on the surface of the heating element. Fever.

CPU115は、高透磁率材料で構成された定着ローラ又は定着ベルト110の温度の測定および測定した温度に基づいて後述のPWM信号発生部127で発生させるPWM信号のデューティの制御を行うものであり、AD変換器(ADC)116、118と、PID制御部117と、PWMデューティ制御部119と、を含んで構成される。   The CPU 115 measures the temperature of the fixing roller or fixing belt 110 made of a high magnetic permeability material, and controls the duty of the PWM signal generated by the PWM signal generator 127 described later based on the measured temperature. AD converters (ADC) 116 and 118, a PID control unit 117, and a PWM duty control unit 119 are configured.

ASIC124は、低損失誘導加熱用コイル112と、コンデンサ113,114とで構成されるLC共振回路の共振周波数に追従してPWM信号を発生させるものであり、位相比較部125と、共振周波数追従発振部126と、PWM信号発生部127と、を含んで構成される。本実施形態では、上記LC共振回路の共振周波数に追従してPWM信号を発生させる構成をデジタル回路で構成することで、CPU115を含む全ての構成をASIC(SOC)内部に収めることが可能となる。   The ASIC 124 generates a PWM signal by following the resonance frequency of the LC resonance circuit composed of the low-loss induction heating coil 112 and the capacitors 113 and 114. The ASIC 124 generates the phase comparison unit 125 and the resonance frequency tracking oscillation. Part 126 and a PWM signal generator 127. In the present embodiment, by configuring the configuration that generates the PWM signal following the resonance frequency of the LC resonance circuit as a digital circuit, it is possible to fit all the configurations including the CPU 115 inside the ASIC (SOC). .

位相比較部125は、PWM信号発生部127が発生させる2つのPWM信号の内の一方のPWM信号と、リミッタ回路121から出力される電流トランス109で検出した低損失誘導加熱用コイル112を流れる電流との位相差を検出するものである。すなわち位相比較部125は、IGBT107,108によるハーフブリッジ出力に接続されている低損失誘導加熱用コイル112の電流および位相差を検知するための電流トランス109の出力と、IGBT107,108によるハーフブリッジ出力の駆動電圧(片側)との位相比較を行い、位相比較結果を共振周波数追従発振部126に出力する。   The phase comparator 125 is one of the two PWM signals generated by the PWM signal generator 127 and the current flowing through the low-loss induction heating coil 112 detected by the current transformer 109 output from the limiter circuit 121. Is detected. That is, the phase comparison unit 125 outputs the current of the low-loss induction heating coil 112 connected to the half bridge output by the IGBTs 107 and 108 and the current transformer 109 for detecting the phase difference, and the half bridge output by the IGBTs 107 and 108. And the phase comparison result is output to the resonance frequency tracking oscillation unit 126.

共振周波数追従発振部126は、位相比較部125による上記位相差の検出結果を用いて、PWM信号発生部127が発生させるPWM信号の発振周波数を、上記LC共振回路の共振周波数に追従させる処理を実行するものである。具体的には、共振周波数追従発振部126は、位相比較部125の出力に応じてPWM信号の発振周波数を変化させる。例えば共振周波数追従発振部126は、位相比較結果を基にアップダウンカウンタ値を上下させて位相差が0(共振周波数)になるように駆動周波数制御を行う。   The resonance frequency follow-up oscillation unit 126 uses the detection result of the phase difference by the phase comparison unit 125 to perform processing for causing the oscillation frequency of the PWM signal generated by the PWM signal generation unit 127 to follow the resonance frequency of the LC resonance circuit. It is something to execute. Specifically, the resonance frequency tracking oscillating unit 126 changes the oscillation frequency of the PWM signal according to the output of the phase comparison unit 125. For example, the resonance frequency tracking oscillation unit 126 performs drive frequency control so that the phase difference becomes 0 (resonance frequency) by raising and lowering the up / down counter value based on the phase comparison result.

PWM信号発生部127は、共振周波数追従発振部126による、上記LC共振回路の共振周波数に追従させる処理に基づいて変化する発振周波数でPWM信号を発生させて、発光ダイオードおよびフォトトランジスタ128,129に出力するものである。換言すれば、PWM信号発生部127は、発熱部の温度を検知する温度センサ111からの情報から、CPU115内のPID制御部117によるPID(Proportional,Integral,Differential)演算で算出したPWM On duty値のPWM信号を発光ダイオードおよびフォトトランジスタ128,129に出力することができる。   The PWM signal generation unit 127 generates a PWM signal at an oscillation frequency that changes based on the process of causing the resonance frequency tracking oscillation unit 126 to track the resonance frequency of the LC resonance circuit, and causes the light emitting diode and the phototransistors 128 and 129 to generate the PWM signal. Output. In other words, the PWM signal generation unit 127 calculates the PWM On duty value calculated by the PID (Proportional, Integral, Differential) calculation by the PID control unit 117 in the CPU 115 from the information from the temperature sensor 111 that detects the temperature of the heat generation unit. Can be output to the light emitting diode and the phototransistors 128 and 129.

整流回路120は、電流トランス109の出力を整流するものである。整流回路120は、電流トランス109の出力を整流したものを、CPU115のAD変換器118へ出力する。リミッタ回路121は、電流トランス109の出力電圧を所定の範囲内に制限して出力するものである。リミッタ回路121は、電流トランス109の出力電圧を所定の範囲内に制限して、ASIC124の位相比較部125に出力する。なお、抵抗122は、電流トランス109から電流を流すための抵抗である。   The rectifier circuit 120 rectifies the output of the current transformer 109. The rectifier circuit 120 outputs the rectified output of the current transformer 109 to the AD converter 118 of the CPU 115. The limiter circuit 121 outputs the current transformer 109 by limiting the output voltage within a predetermined range. The limiter circuit 121 limits the output voltage of the current transformer 109 within a predetermined range and outputs it to the phase comparison unit 125 of the ASIC 124. The resistor 122 is a resistor for allowing a current to flow from the current transformer 109.

図2に示した本発明の一実施形態にかかる誘導加熱定着装置100は、交流電源101からの出力をダイオードブリッジ104で全波整流した後、ノイズフィルタ105を通したものをハーフブリッジ出力回路106に供給している。   The induction heating and fixing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2 performs full-wave rectification on the output from the AC power supply 101 by the diode bridge 104 and then passes the noise filter 105 to the half-bridge output circuit 106. To supply.

ハーフブリッジ出力回路106においては、IBGT107、108が交互にオン・オフを繰り返すスイッチング動作によって、電流トランス109を介して、ノイズフィルタ105を通過した電流が低損失誘導加熱用コイル112に流れる。低損失誘導加熱用コイル112に高周波電流を流すことで、低損失誘導加熱用コイル112から磁界を発生させることができる。低損失誘導加熱用コイル112が発生させた磁界は、高透磁率材料で構成された定着ローラ又は定着ベルト110などに集中する。低損失誘導加熱用コイル112が発生させた磁界によって発熱体表面に渦電流が流れ、自己発熱する。   In the half-bridge output circuit 106, the current that has passed through the noise filter 105 flows to the low-loss induction heating coil 112 via the current transformer 109 by the switching operation in which the IBGTs 107 and 108 are alternately turned on and off. A magnetic field can be generated from the low-loss induction heating coil 112 by flowing a high-frequency current through the low-loss induction heating coil 112. The magnetic field generated by the low-loss induction heating coil 112 is concentrated on the fixing roller or the fixing belt 110 made of a high magnetic permeability material. Due to the magnetic field generated by the low-loss induction heating coil 112, an eddy current flows on the surface of the heating element and self-heats.

ここで、図2に示した本発明の一実施形態にかかる誘導加熱定着装置100で用いられるLC共振原理について説明する。LC抵抗分を含んだLCR直列共振回路において、LCR直列共振回路のインピーダンスZは以下の数式1で求まる。   Here, the LC resonance principle used in the induction heating fixing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2 will be described. In the LCR series resonance circuit including the LC resistance, the impedance Z of the LCR series resonance circuit is obtained by the following Equation 1.

Figure 2013125066
Figure 2013125066

ここで、X=0となる周波数をωで表すと、直列共振周波数fは以下の数式2で求まる。 Here, when the frequency at which X = 0 is expressed by ω 0 , the series resonance frequency f 0 is obtained by the following Equation 2.

Figure 2013125066
Figure 2013125066

次に、LCR直列共振回路のインピーダンスZを複素ベクトルで表示すると、インピーダンスZ、大きさ|Z|、位相αは以下の数式3で求まる。   Next, when the impedance Z of the LCR series resonance circuit is represented by a complex vector, the impedance Z, the magnitude | Z |, and the phase α are obtained by the following Equation 3.

Figure 2013125066
Figure 2013125066

すなわち、インピーダンスの大きさ|Z|は、共振周波数fにおいて、インダクタンスとキャパシタンスとが打ち消しあって抵抗成分Rのみを取るので、最小の値となる。 That is, the magnitude | Z | of the impedance is a minimum value because the inductance and the capacitance cancel each other and only the resistance component R is taken at the resonance frequency f 0 .

そして、直列共振回路に電圧源Vを接続したときに流れる電流I、大きさ|I|、位相Φは以下の数式4で求まる。   Then, the current I flowing when the voltage source V is connected to the series resonant circuit, the magnitude | I |, and the phase Φ are obtained by the following Equation 4.

Figure 2013125066
Figure 2013125066

従って、数式4から分かるように、LCR直列共振回路を電圧駆動した場合、共振周波数fで、電流Iは最大値を取り、電流Iと電圧Vは同位相となる。以上、図2に示した本発明の一実施形態にかかる誘導加熱定着装置100で用いられるLC共振原理について説明した。 Therefore, as can be seen from Equation 4, when the LCR series resonance circuit is voltage-driven, the current I takes the maximum value at the resonance frequency f 0 , and the current I and the voltage V have the same phase. The LC resonance principle used in the induction heating fixing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2 has been described above.

図4は、共振周波数でPWM信号のON time(Highとなっている時間)のデューティを変化させた時の、LCR直列共振回路の電流出力特性の一例を示す図である。このように、共振周波数を境にして電流値(の絶対値)は変化するが、PWM信号のON timeのデューティを変化させることで電流値(の絶対値)も可変となっている。すなわち、PWM信号発生部127が発生させるPWM信号のON timeが長くなると、その分IGBT107、108がオンとなる時間も長くなり、LCR直列共振回路の電流値も多くなる。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a current output characteristic of the LCR series resonance circuit when the duty of the PWM signal ON time (high time) is changed at the resonance frequency. As described above, the current value (absolute value thereof) changes with the resonance frequency as a boundary, but the current value (absolute value thereof) is also variable by changing the duty of the ON time of the PWM signal. That is, when the ON time of the PWM signal generated by the PWM signal generation unit 127 becomes longer, the time during which the IGBTs 107 and 108 are turned on becomes longer, and the current value of the LCR series resonance circuit also increases.

以上、図2を用いて本発明の一実施形態にかかる誘導加熱定着装置100の構成について説明した。続いて、図2に示したASIC124の各部の詳細な構成例について説明する。まずは、位相比較部125の構成例について説明する。   The configuration of the induction heating fixing device 100 according to the embodiment of the present invention has been described above with reference to FIG. Next, a detailed configuration example of each unit of the ASIC 124 illustrated in FIG. 2 will be described. First, a configuration example of the phase comparison unit 125 will be described.

図5は、図2に示したASIC124における位相比較部125の構成例を示す図である。以下、図5を用いて位相比較部125の構成例について説明する。   FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the phase comparison unit 125 in the ASIC 124 illustrated in FIG. 2. Hereinafter, a configuration example of the phase comparison unit 125 will be described with reference to FIG.

図5に示したように、位相比較部125は、遅れ補正部131と、JKFF(フリップフロップ)132、133と、NANDゲート134と、を含んで構成される。   As shown in FIG. 5, the phase comparison unit 125 includes a delay correction unit 131, JKFFs (flip-flops) 132 and 133, and a NAND gate 134.

遅れ補正部131は、PWM信号発生部127が発生するドライブ電圧(Drive_V1)に対し元々遅れを生じるコイル電流位相比較電圧(Coil_ICV)の遅れ補正値を設定するものである。遅れ補正部131には、ドライブ電圧(Drive_V1)、システムクロック(System_CL)およびディレイクロック(Delay_CL)が入力され、JKFF132にクロックを出力する。また、JKFF133には、リミッタ回路121から出力されるコイル電流位相比較電圧(Coil_ICV)が供給される。   The delay correction unit 131 sets a delay correction value of the coil current phase comparison voltage (Coil_ICV) that originally causes a delay with respect to the drive voltage (Drive_V1) generated by the PWM signal generation unit 127. The delay correction unit 131 receives the drive voltage (Drive_V1), the system clock (System_CL), and the delay clock (Delay_CL), and outputs a clock to the JKFF 132. Further, the coil current phase comparison voltage (Coil_ICV) output from the limiter circuit 121 is supplied to the JKFF 133.

JKFF132,133は、入力端子JとKの状態の組み合わせにより、出力端子Qおよびその反転出力に、クロックに同期して新しい状態を出力するものである。JKFF132は、PWM信号発生部127が発生するドライブ電圧(Drive_V1)に対して低損失誘導加熱用コイル112を流れる電流の位相が遅れるとQ端子から1(High)を出力する。これにより、Count_UpがHighになる。一方、JKFF133は、PWM信号発生部127が発生するドライブ電圧(Drive_V1)に対して低損失誘導加熱用コイル112を流れる電流の位相が進んでいるとQ端子から1(High)を出力する。これにより、Count_DownがHighになる。   JKFFs 132 and 133 output a new state to the output terminal Q and its inverted output in synchronism with the clock according to the combination of the states of the input terminals J and K. The JKFF 132 outputs 1 (High) from the Q terminal when the phase of the current flowing through the low-loss induction heating coil 112 is delayed with respect to the drive voltage (Drive_V1) generated by the PWM signal generator 127. As a result, Count_Up becomes High. On the other hand, the JKFF 133 outputs 1 (High) from the Q terminal when the phase of the current flowing through the low-loss induction heating coil 112 is advanced with respect to the drive voltage (Drive_V1) generated by the PWM signal generator 127. As a result, Count_Down becomes High.

位相比較部125を、図5に示したように構成することで、ドライブ電圧(Drive_V1)に対し、リミッタ回路121から出力されるコイル電流位相比較電圧(Coil_ICV)が遅れた場合はCount_UpがHighになり、ドライブ電圧(Drive_V1)に対しコイル電流が進んだ場合はCount_DownがHighになる。   By configuring the phase comparison unit 125 as shown in FIG. 5, when the coil current phase comparison voltage (Coil_ICV) output from the limiter circuit 121 is delayed with respect to the drive voltage (Drive_V1), Count_Up becomes High. Thus, when the coil current advances with respect to the drive voltage (Drive_V1), Count_Down becomes High.

次に、共振周波数追従発振部126の構成例について説明する。図6は、図2に示したASIC124における共振周波数追従発振部126の構成例を示す図である。以下、図6を用いて共振周波数追従発振部126の構成例について説明する。   Next, a configuration example of the resonance frequency tracking oscillation unit 126 will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the resonance frequency tracking oscillation unit 126 in the ASIC 124 illustrated in FIG. Hereinafter, a configuration example of the resonance frequency tracking oscillation unit 126 will be described with reference to FIG.

図6に示したように、共振周波数追従発振部126は、アップダウンカウンタ141と、周波数比較部142と、フィードバックゲイン補正部143と、PWMカウンタ144と、OSCコンパレータ145と、1ビットカウンタ146と、NOTゲート147と、ANDゲート148と、を含んで構成される。   As shown in FIG. 6, the resonance frequency follow-up oscillation unit 126 includes an up / down counter 141, a frequency comparison unit 142, a feedback gain correction unit 143, a PWM counter 144, an OSC comparator 145, and a 1-bit counter 146. , NOT gate 147, and AND gate 148.

アップダウンカウンタ141は、位相比較部125の出力(Count_UpまたはCount_Down)およびその他のパラメータが入力されるものであり、位相比較部125の出力のうち、Count_UpがHighになっている間はカウントアップして発振周波数を低くし、Count_DownがHighになっている間はカウントダウンして発振周波数を低くするよう設定するものである。   The up / down counter 141 receives the output (Count_Up or Count_Down) of the phase comparison unit 125 and other parameters, and counts up while the Count_Up of the outputs of the phase comparison unit 125 is High. Thus, the oscillation frequency is lowered, and while Count_Down is High, the oscillation frequency is set to be counted down to lower the oscillation frequency.

アップダウンカウンタ141に入力されるパラメータとしては、他に、周波数比較部142が出力する値(OSC_OUT[N..1])の範囲であるCount_Max〜Count_Minの値(図3参照)、Count_Maxに対応する周波数であるf_Min、Count_Minに対応する周波数であるf_Max、および初期設定共振周波数f_initialがある。   Other parameters input to the up / down counter 141 correspond to the value of Count_Max to Count_Min (see FIG. 3), which is the range of the value (OSC_OUT [N..1]) output by the frequency comparison unit 142, and Count_Max. F_Min which is a frequency to be operated, f_Max which is a frequency corresponding to Count_Min, and an initial set resonance frequency f_initial.

誘導加熱定着装置においては、通信装置のような厳密な性能が求められるものと比較して、共振周波数追従特性のジッタ性能がそれほど要求されないため、このように、LCR直列共振回路の共振周波数に追従させるために、構成が簡単なアップダウンカウンタ141の利用が可能となる。   Inductive heating and fixing devices do not require as much jitter performance of resonance frequency tracking characteristics as those required for strict performance as in communication devices, and thus follow the resonance frequency of the LCR series resonance circuit. Therefore, the up / down counter 141 having a simple configuration can be used.

周波数比較部142は、発振周波数と、特定の使用不可能周波数領域(例えば、特定無線周波数や、定着ローラ又は定着ベルト110等の定着機構における共振周波数)との比較を行うものである。図6に示したように、周波数比較部142は、ウインドウコンパレータ161と、比較回路162と、ラッチ回路163と、を含んで構成される。   The frequency comparison unit 142 compares the oscillation frequency with a specific unusable frequency region (for example, a specific radio frequency or a resonance frequency in a fixing mechanism such as the fixing roller or the fixing belt 110). As shown in FIG. 6, the frequency comparison unit 142 includes a window comparator 161, a comparison circuit 162, and a latch circuit 163.

ウインドウコンパレータ161は、特定の使用不可能周波数領域(f1_Max〜f1_Min、f2_Max〜f2_Min、・・・、fm_Max〜fm_Min、)と、アップダウンカウンタ141の出力カウンタ値との比較を行うものである。ウインドウコンパレータ161は、アップダウンカウンタ141の出力カウンタ値が特定の使用不可能周波数領域に相当する場合にはHighを出力する。   The window comparator 161 compares a specific unusable frequency range (f1_Max to f1_Min, f2_Max to f2_Min,..., Fm_Max to fm_Min) with the output counter value of the up / down counter 141. The window comparator 161 outputs High when the output counter value of the up / down counter 141 corresponds to a specific unusable frequency region.

図3は、特定の使用不可能周波数領域が設定された時の、アップダウンカウンタ141のカウント値と出力周波数との関係をグラフで示す図である。図3に示したグラフは、横軸が周波数、縦軸がアップダウンカウンタ141の出力(FOUT[N..1])を示している。初期設定の共振周波数fに対応するのが「f_Initial」であり、下限周波数f_Minに対応するのが「Count_Max」であり、上限周波数f_Maxに対応するのが「Count_Min」である。このように、周波数とアップダウンカウンタ141のカウント値とは比例関係にある。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the count value of the up / down counter 141 and the output frequency when a specific unusable frequency region is set. In the graph shown in FIG. 3, the horizontal axis indicates the frequency, and the vertical axis indicates the output of the up / down counter 141 (FOUT [N... 1]). “F_Initial” corresponds to the initial resonance frequency f 0 , “Count_Max” corresponds to the lower limit frequency f_Min, and “Count_Min” corresponds to the upper limit frequency f_Max. Thus, the frequency and the count value of the up / down counter 141 are in a proportional relationship.

使用不可能周波数領域にアップダウンカウンタ141の出力値(FOUT[N..1])が入ると、ラッチ回路163で直前の周波数値をラッチし、出力周波数は使用不可能周波数領域に入らず、さらにアップダウンカウンタ141の出力値(FOUT[N..1])が変化する。そして、使用不可能周波数領域を抜けると、ラッチ回路163の出力(OSC_OUT[N..1])は、その使用不可能周波数領域を抜けた時点での出力周波数となる。   When the output value (FOUT [N..1]) of the up / down counter 141 enters the unusable frequency region, the previous frequency value is latched by the latch circuit 163, and the output frequency does not enter the unusable frequency region. Further, the output value (FOUT [N... 1]) of the up / down counter 141 changes. Then, after exiting the unusable frequency region, the output of the latch circuit 163 (OSC_OUT [N..1]) becomes the output frequency at the time of exiting the unusable frequency region.

PWMカウンタ144は、システムクロック(System_CL)に基づいてカウンタ値(PWM_OUT[N−1..0])を出力するものである。OSCコンパレータ145は、周波数比較部142の出力(OSC_OUT[N..1])と、PWMカウンタ144の出力(PWM_OUT[N−1..0])とを比較して比較結果(OSC_COMP_OUT)を出力するものである。周波数比較部142の出力(OSC_OUT[N..1])と、PWMカウンタ144の出力(PWM_OUT[N−1..0])とを比較し、両者の値が一致すると、OSCコンパレータ145は所定の期間だけLowからHighに出力を変化させ、共振周波数の1周期が到達したことをPWM信号発生部127に通知する。   The PWM counter 144 outputs a counter value (PWM_OUT [N−1..0]) based on the system clock (System_CL). The OSC comparator 145 compares the output of the frequency comparison unit 142 (OSC_OUT [N..1]) with the output of the PWM counter 144 (PWM_OUT [N-1..0]) and outputs a comparison result (OSC_COMP_OUT). To do. The output of the frequency comparison unit 142 (OSC_OUT [N..1]) is compared with the output of the PWM counter 144 (PWM_OUT [N−1..0]), and when both values match, the OSC comparator 145 determines a predetermined value. During this period, the output is changed from Low to High, and the PWM signal generator 127 is notified that one period of the resonance frequency has been reached.

次に、PWM信号発生部127の構成例について説明する。図7は、図2に示したASIC124におけるPWM信号発生部127の構成例を示す図である。以下、図7を用いてPWM信号発生部127の構成例について説明する。   Next, a configuration example of the PWM signal generator 127 will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the PWM signal generation unit 127 in the ASIC 124 illustrated in FIG. Hereinafter, a configuration example of the PWM signal generation unit 127 will be described with reference to FIG.

図7に示したように、PWM信号発生部127は、乗算器151と、PWMコンパレータ152と、NOTゲート153、154と、ANDゲート155、157、158と、DFF156と、を含んで構成される。   As shown in FIG. 7, the PWM signal generator 127 includes a multiplier 151, a PWM comparator 152, NOT gates 153 and 154, AND gates 155, 157 and 158, and a DFF 156. .

PWMコンパレータ152は、PWMデューティ制御部119から送られるデューティに関する情報(PWM_Duty)と周波数比較部142の出力(OSC_OUT[N..1])とを乗算器151で乗算したものと、PWMカウンタ144の出力(PWM_OUT[N−1..0])とを比較し、比較結果をNOTゲート154へ出力するものである。   The PWM comparator 152 multiplies the information (PWM_Duty) about the duty sent from the PWM duty control unit 119 and the output (OSC_OUT [N... 1]) of the frequency comparison unit 142 by the multiplier 151, and the PWM counter 144 The output (PWM_OUT [N−1..0]) is compared, and the comparison result is output to the NOT gate 154.

DFF156は、OSCコンパレータ145の出力(OSC_COMP_OUT)の供給を受けて、ドライブ電圧Drive_V1、Drive_V2の基となる電圧(Drive_V)を出力するものである。DFF156は、Drive_VをANDゲート157、158に出力する。ANDゲート157、158は、1ビットカウンタ146が出力する信号(PWM_Select)を用いて、それぞれドライブ電圧Drive_V1およびDrive_V2を出力する。   The DFF 156 receives the output (OSC_COMP_OUT) of the OSC comparator 145 and outputs a voltage (Drive_V) that is a basis of the drive voltages Drive_V1 and Drive_V2. The DFF 156 outputs Drive_V to the AND gates 157 and 158. AND gates 157 and 158 output drive voltages Drive_V1 and Drive_V2, respectively, using a signal (PWM_Select) output from 1-bit counter 146.

すなわち、PWM信号発生部127は、OSC_COMP_OUTがHighになるタイミングで、所定の期間だけHighになるドライブ電圧Drive_V1、Drive_V2の基となる電圧(Drive_V)を出力する。この所定の期間は、PWMデューティ制御部119が指示し、その情報はPWMコンパレータ152に供給されるPWM_Dutyに該当する。   That is, the PWM signal generator 127 outputs a voltage (Drive_V) that is a base of the drive voltages Drive_V1 and Drive_V2 that are High only for a predetermined period at a timing when OSC_COMP_OUT becomes High. This predetermined period is instructed by the PWM duty control unit 119, and the information corresponds to PWM_Duty supplied to the PWM comparator 152.

図7に示したようにPWM信号発生部127を構成することで、CPU115で演算されたON Duty timeと、アップダウンカウンタ141の出力カウンタ値からPWMタイミングを算出し、リセットカウンタを使ったPWMカウンタ144の出力値(PWM_OUT[N−1..0])とDFF156で比較して、一致したらドライブ電圧Drive_V1、Drive_V2の基となる電圧(Drive_V)をLowにする。これにより、ON Duty timeの期間だけHighとなるドライブ電圧Drive_V1、Drive_V2が生成され、そのHighとなる期間だけ発光ダイオードがHighとなり、フォトトランジスタがONとなることでIGBT107、108がそれぞれオンとなって、LC直列共振回路に電流が流れる。   By configuring the PWM signal generator 127 as shown in FIG. 7, the PWM timing is calculated from the ON duty time calculated by the CPU 115 and the output counter value of the up / down counter 141, and the PWM counter using the reset counter is used. The output value 144 (PWM_OUT [N−1..0]) is compared with the DFF 156, and if they match, the voltage (Drive_V) that is the basis of the drive voltages Drive_V1 and Drive_V2 is set to Low. As a result, drive voltages Drive_V1 and Drive_V2 that are High only during the ON Duty time period are generated, and the light emitting diodes are High only during the High duty period, and the IGBTs 107 and 108 are turned on when the phototransistor is turned on. A current flows through the LC series resonance circuit.

以上、位相比較部125と、共振周波数追従発振部126と、PWM信号発生部127の構成例について説明した。次に、共振周波数追従発振部126の動作について説明する。図8〜10は、共振周波数追従発振部126の動作波形を示す図である。   The configuration examples of the phase comparison unit 125, the resonance frequency tracking oscillation unit 126, and the PWM signal generation unit 127 have been described above. Next, the operation of the resonance frequency tracking oscillation unit 126 will be described. 8 to 10 are diagrams illustrating operation waveforms of the resonance frequency tracking oscillation unit 126. FIG.

図8は、ドライブ電圧(Drive_V1、Drive_V2)の駆動周波数と共振周波数が一致して動作している時の、共振周波数追従発振部126の動作波形を示している。また、図9は、ドライブ電圧の駆動周波数が共振周波数を上回って動作している時の共振周波数追従発振部126の動作波形を示している。そして、図10は、ドライブ電圧の共振周波数が駆動周波数を下回って動作している時の共振周波数追従発振部126の動作波形を示している。   FIG. 8 shows an operation waveform of the resonance frequency follow-up oscillation unit 126 when the drive frequency of the drive voltages (Drive_V1, Drive_V2) and the resonance frequency are operating. FIG. 9 shows an operation waveform of the resonance frequency follow-up oscillation unit 126 when the drive frequency of the drive voltage is higher than the resonance frequency. FIG. 10 shows an operation waveform of the resonance frequency tracking oscillation unit 126 when the resonance frequency of the drive voltage is operating below the drive frequency.

図8では、ドライブ電圧(Drive_V1、Drive_V2)のOn Dutyの大小によって、コイルに流れる電流のピーク値の大小が変化している様子を示している。ドライブ電圧(Drive_V1、Drive_V2)のOn Dutyの大小はPWMデューティ制御部119の制御によって変化する。   FIG. 8 shows how the peak value of the current flowing through the coil changes depending on the On Duty of the drive voltages (Drive_V1, Drive_V2). The on duty of the drive voltages (Drive_V 1, Drive_V 2) varies under the control of the PWM duty control unit 119.

そして、図8では、ドライブ電圧の駆動周波数と共振周波数が一致して動作しているので、位相比較部125の出力(Count_UpまたはCount_Down)は常にLowであり、従って、アップダウンカウンタ141の出力(UpDown_Count)はなされない。   In FIG. 8, since the drive frequency of the drive voltage and the resonance frequency coincide with each other, the output of the phase comparator 125 (Count_Up or Count_Down) is always Low, and therefore the output of the up / down counter 141 ( (UpDown_Count) is not performed.

図9および図10は、ドライブ電圧およびコイル電流の動作波形からその位相差を検知し、アップダウンカウンタ141の値を増減させて、駆動周波数が共振周波数になるように、フィードバック制御を行っている動作を示している。   9 and 10 detect the phase difference from the operation waveforms of the drive voltage and the coil current, increase / decrease the value of the up / down counter 141, and perform feedback control so that the drive frequency becomes the resonance frequency. The operation is shown.

まず、ドライブ電圧の駆動周波数が共振周波数を上回って動作している時の共振周波数追従発振部126の動作について図9を参照しながら説明する。ドライブ電圧の駆動周波数が共振周波数を上回って動作している時は、コイルに流れる電流の位相が遅れるので、位相比較部125の出力の内、Count_UpがHighとなる。Count_UpがHighとなる期間は、ドライブ電圧(Drive_V1)がLowからHighに切り替わってから、コイル電流の位相が0となるまでの期間である。   First, the operation of the resonance frequency tracking oscillation unit 126 when the drive frequency of the drive voltage is operating above the resonance frequency will be described with reference to FIG. When the drive frequency of the drive voltage is higher than the resonance frequency, the phase of the current flowing through the coil is delayed, and therefore, Count_Up among the outputs of the phase comparison unit 125 becomes High. The period during which Count_Up is High is a period from when the drive voltage (Drive_V1) switches from Low to High until the phase of the coil current becomes zero.

位相比較部125の出力の内、Count_UpがHighとなると、そのHighとなる期間だけ、アップダウンカウンタ141は、カウンタをアップさせて出力する。これにより、ドライブ電圧の駆動周波数を共振周波数に追従させることが可能になる。   When Count_Up becomes High among the outputs of the phase comparison unit 125, the up / down counter 141 increases the counter and outputs only during the High period. As a result, the drive frequency of the drive voltage can be made to follow the resonance frequency.

一方、ドライブ電圧の駆動周波数が共振周波数を下回って動作している時の共振周波数追従発振部126の動作について図10を参照しながら説明する。ドライブ電圧の駆動周波数が共振周波数を下回って動作している時は、コイルに流れる電流の位相が進むので、位相比較部125の出力の内、Count_DownがHighとなる。Count_DownがHighとなる期間は、コイル電流の位相が0となってから、ドライブ電圧(Drive_V1)がLowからHighに切り替わるまでの期間である。   On the other hand, the operation of the resonance frequency follow-up oscillating unit 126 when the drive frequency of the drive voltage is operating below the resonance frequency will be described with reference to FIG. When the drive frequency of the drive voltage is lower than the resonance frequency, the phase of the current flowing through the coil advances, and therefore, Count_Down among the outputs of the phase comparison unit 125 becomes High. The period in which Count_Down becomes High is a period from when the phase of the coil current becomes 0 to when the drive voltage (Drive_V1) switches from Low to High.

位相比較部125の出力の内、Count_DownがHighとなると、そのHighとなる期間だけ、アップダウンカウンタ141は、カウンタをダウンさせて出力する。これにより、ドライブ電圧(Drive_V1、Drive_V2)の駆動周波数を共振周波数に追従させることが可能になる。   When Count_Down becomes High among the outputs of the phase comparison unit 125, the up / down counter 141 outputs the output by lowering the counter only during the High period. As a result, the drive frequency of the drive voltages (Drive_V1, Drive_V2) can be made to follow the resonance frequency.

次に、共振周波数追従発振部126およびPWM信号発生部127の動作について説明する。図11〜13は、共振周波数追従発振部126およびPWM信号発生部127の出力の詳細をタイミングチャートで示す図である。   Next, operations of the resonance frequency tracking oscillation unit 126 and the PWM signal generation unit 127 will be described. FIGS. 11 to 13 are timing charts showing details of outputs of the resonance frequency tracking oscillation unit 126 and the PWM signal generation unit 127.

図11は、誘導加熱定着装置100の電源がオンになってから、初期設定周波数(=共振周波数)で発振している時のタイミングチャートであり、図12は、初期設定周波数より共振周波数が高くなった時のタイミングチャートであり、図13は、初期設定周波数より共振周波数が低くなった時のタイミングチャートである。   FIG. 11 is a timing chart when the induction heating fixing apparatus 100 oscillates at an initial set frequency (= resonance frequency) after the power is turned on. FIG. 12 shows a resonance frequency higher than the initial set frequency. FIG. 13 is a timing chart when the resonance frequency is lower than the initial set frequency.

まず、図11を参照して、誘導加熱定着装置100の電源がオンになってから、初期設定周波数(=共振周波数)で発振している時の共振周波数追従発振部126およびPWM信号発生部127の動作について説明する。PWMカウンタ144の出力(PWM_OUT[N−1..0])の値がf_initial、すなわち初期設定周波数に相当する値になると、PWMカウンタ144の出力はリセットされ、OSCコンパレータ145の出力(OSC_COMP_OUT)がLowからHighに変化し、DFF156の出力(Drive_V1)がLowからHighに切り替わる。そして、DFF156の出力と、1ビットカウンタ146との組み合わせにより、ドライブ電圧(Drive_V1およびDrive_V2)が、タイミングを合わせてANDゲート157、158からそれぞれ出力される。   First, referring to FIG. 11, the resonance frequency follow-up oscillation unit 126 and the PWM signal generation unit 127 when oscillating at the initial set frequency (= resonance frequency) after the induction heating fixing device 100 is turned on are turned on. Will be described. When the value of the PWM counter 144 (PWM_OUT [N−1..0]) is f_initial, that is, a value corresponding to the initial set frequency, the output of the PWM counter 144 is reset and the output of the OSC comparator 145 (OSC_COMP_OUT) is It changes from Low to High, and the output (Drive_V1) of the DFF 156 switches from Low to High. The drive voltages (Drive_V1 and Drive_V2) are output from the AND gates 157 and 158 in synchronization with the combination of the output of the DFF 156 and the 1-bit counter 146, respectively.

次に、図12を参照して、初期設定周波数より共振周波数が高くなった時の共振周波数追従発振部126およびPWM信号発生部127の動作について説明する。初期設定周波数より共振周波数が高くなると、位相比較部125の出力の内、Count_DownがHighとなる。これにより、OSCコンパレータ145の出力(OSC_COMP_OUT)がLowからHighに変化する周期が短くなり(Initial→Initial−x→Initial−y→Initial−z)、DFF156の出力(Drive_V)がLowからHighに切り替わる周期が変化する。これにより、ドライブ電圧の駆動周波数を共振周波数に一致させるような制御が行われる。   Next, operations of the resonance frequency follow-up oscillation unit 126 and the PWM signal generation unit 127 when the resonance frequency becomes higher than the initial set frequency will be described with reference to FIG. When the resonance frequency becomes higher than the initial set frequency, Count_Down among the outputs of the phase comparison unit 125 becomes High. This shortens the period in which the output (OSC_COMP_OUT) of the OSC comparator 145 changes from Low to High (Initial → Initial-x → Initial-y → Initial-z), and the output (Driv_V) of the DFF 156 switches from Low to High. The period changes. As a result, control is performed so that the drive frequency of the drive voltage matches the resonance frequency.

最後に、図13を参照して、初期設定周波数より共振周波数が低くなった時の共振周波数追従発振部126およびPWM信号発生部127の動作について説明する。初期設定周波数より共振周波数が低くなると、位相比較部125の出力の内、Count_UpがHighとなる。これにより、OSCコンパレータ145の出力(OSC_COMP_OUT)がLowからHighに変化する周期が長くなり(Initial→Initial+x→Initial+y→Initial+z)、DFF156の出力(Drive_V)がLowからHighに切り替わる周期が変化する。これにより、ドライブ電圧の駆動周波数を共振周波数に一致させるような制御が行われる。   Finally, with reference to FIG. 13, the operation of the resonance frequency follow-up oscillation unit 126 and the PWM signal generation unit 127 when the resonance frequency becomes lower than the initial set frequency will be described. When the resonance frequency becomes lower than the initial set frequency, Count_Up becomes High among the outputs of the phase comparison unit 125. As a result, the cycle in which the output (OSC_COMP_OUT) of the OSC comparator 145 changes from Low to High becomes longer (Initial → Initial + x → Initial + y → Initial + z), and the cycle in which the output (Drive_V) of the DFF 156 switches from Low to High changes. As a result, control is performed so that the drive frequency of the drive voltage matches the resonance frequency.

このように、ドライブ電圧およびコイル電流の位相差検知結果から、アップダウンカウンタ141の値を増減させて、ドライブ電圧駆動周波数を共振周波数になるように制御し、アップダウンカウンタ141の値と、温度センサ111の出力データ値からPID制御部117におけるPID演算により求めたPWM Duty補正値とで、PWMデューティ制御部119において、PWM Duty値を算出する。   As described above, from the detection result of the phase difference between the drive voltage and the coil current, the value of the up / down counter 141 is increased / decreased to control the drive voltage drive frequency to the resonance frequency, and the value of the up / down counter 141 and the temperature The PWM duty control unit 119 calculates a PWM duty value based on the PWM duty correction value obtained by the PID calculation in the PID control unit 117 from the output data value of the sensor 111.

PWMカウンタ144の出力値がPWM Duty値と一致したら、駆動電圧をLowにし、アップダウンカウンタ141の値と一致したら駆動電圧をHighに変化させることで、共振周波数PWM信号(Drive_V)が作られる。ハーフブリッジ駆動信号は、1ビットカウンタ146で作った半周期ごとの出力許可信号と、DFF156が生成する共振周波数PWM信号とをANDゲート157、158に入れることで、Drive_V1とDrive_V2とが交互に出力される。   When the output value of the PWM counter 144 matches the PWM Duty value, the drive voltage is set to Low, and when the output value matches the value of the up / down counter 141, the drive voltage is changed to High to generate the resonance frequency PWM signal (Drive_V). The half-bridge drive signal is output alternately between Drive_V1 and Drive_V2 by putting the output permission signal for each half cycle created by the 1-bit counter 146 and the resonance frequency PWM signal generated by the DFF 156 into the AND gates 157 and 158. Is done.

誘導加熱定着装置100によれば、共振周波数f0に自動追従して共振状態でPWM制御を実行することにより電流量を制御して電力量を変更できる。その結果、誘導加熱定着装置100は、電力効率が改善されるという効果を有する。 According to the induction heating fixing device 100, can change the amount of power by controlling the current amount by executing the PWM control with automatic follow-up to the resonant state to the resonant frequency f 0. As a result, the induction heating fixing device 100 has an effect that power efficiency is improved.

<変形例>
図14は、誘導加熱定着装置1400の構成を示す図である。図15は、誘導加熱定着装置1400の動作を示す図である。
<Modification>
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of the induction heating fixing device 1400. FIG. 15 is a diagram illustrating the operation of the induction heating fixing device 1400.

誘導加熱定着装置1400は、ASIC1424を有する。ASIC1424は、位相比較部1425,位相制御部1425P,共振周波数追従発振部1426,PWM信号発生部1427を有する点で、ASIC124とは異なる。CPU1415は、ADC1416,PID制御部1417,ADC1418,PWMデューティ制御部1419,位相制御量設定部1419Pを含む。ADC1416,PID制御部1417,ADC1418,PWMデューティ制御部1419は、ADC116,PID制御部117,ADC118,PWMデューティ制御部119にそれぞれ対応する。   The induction heating fixing device 1400 has an ASIC 1424. The ASIC 1424 is different from the ASIC 124 in that it includes a phase comparison unit 1425, a phase control unit 1425P, a resonance frequency tracking oscillation unit 1426, and a PWM signal generation unit 1427. The CPU 1415 includes an ADC 1416, a PID control unit 1417, an ADC 1418, a PWM duty control unit 1419, and a phase control amount setting unit 1419P. The ADC 1416, the PID control unit 1417, the ADC 1418, and the PWM duty control unit 1419 correspond to the ADC 116, the PID control unit 117, the ADC 118, and the PWM duty control unit 119, respectively.

図16は、位相制御部1425Pの具体的な構成を示す図である。コイル電流位相制御量設定値Phase_Delay_Valueが0の時は、図2などを参照して前述したのと同じ共振周波数追従制御を行う。   FIG. 16 is a diagram illustrating a specific configuration of the phase control unit 1425P. When the coil current phase control amount set value Phase_Delay_Value is 0, the same resonance frequency follow-up control as described above with reference to FIG.

位相比較部1425,共振周波数追従発振部1426,PWM信号発生部1427は、図2に示される位相比較部125,共振周波数追従発振部126,PWM信号発生部127にそれぞれ対応する。位相比較部1425,共振周波数追従発振部1426,PWM信号発生部1427は、ドライブ電圧およびコイル電流の位相ずれ時間を測定し、ずれ量が0となる共振周波数に自動的に追従する制御を行っている。具体的には図15に示されるように共振周波数fは可変である。 The phase comparison unit 1425, the resonance frequency tracking oscillation unit 1426, and the PWM signal generation unit 1427 correspond to the phase comparison unit 125, the resonance frequency tracking oscillation unit 126, and the PWM signal generation unit 127 shown in FIG. The phase comparison unit 1425, the resonance frequency tracking oscillation unit 1426, and the PWM signal generation unit 1427 measure the phase shift time of the drive voltage and the coil current, and perform control to automatically track the resonance frequency where the shift amount is zero. Yes. Specifically resonance frequency f 0 as shown in FIG. 15 is variable.

図17は、図16の位相制御部1425Pでコイル電流位相制御量設定値Phase_Delay_Valueを0からXを経てYに変えた時(ただしX>Y)のドライブ電圧、コイル電流波形および周波数制御信号Count_up,Count_Up2,Count_Down,Count_Down2の動作波形を示す図である。   17 shows the drive voltage, coil current waveform, and frequency control signal Count_up, when the coil current phase control amount set value Phase_Delay_Value is changed from 0 through X to Y (where X> Y) by the phase control unit 1425P in FIG. It is a figure which shows the operation | movement waveform of Count_Up2, Count_Down, and Count_Down2.

共振周波数制御を行うときは、図16においてCPU1415がコイル電流位相制御量設定値Phase_Delay_Valueを0に設定する。このとき、Comp1が出力するSelect信号はLowになって、Selector2およびSelector3がA入力を選択する。その結果、位相比較出力信号Count_Up,Count_Downは位相制御部1425Pを通らずに直接、共振周波数追従発振部1426に入力される。したがって共振周波数制御が行われる。   When performing the resonance frequency control, the CPU 1415 in FIG. 16 sets the coil current phase control amount set value Phase_Delay_Value to 0. At this time, the Select signal output from Comp1 becomes Low, and Selector 2 and Selector 3 select the A input. As a result, the phase comparison output signals Count_Up and Count_Down are directly input to the resonance frequency tracking oscillation unit 1426 without passing through the phase control unit 1425P. Therefore, resonance frequency control is performed.

コイル電流位相制御量設定値Phase_Delay_Valueを共振状態0からXへ変えると、設定値Xに対応した周波数制御信号Count_Down2を出力し周波数を高くして位相量設定値Xに近付くにつれてパルス幅を小さくし、最終的に位相量が設定Xとなったところで周波数制御信号Count_Down2の出力を停止する。   When the coil current phase control amount setting value Phase_Delay_Value is changed from the resonance state 0 to X, the frequency control signal Count_Down2 corresponding to the setting value X is output, the frequency is increased, and the pulse width is reduced as the phase amount setting value X is approached. When the phase amount finally reaches the setting X, the output of the frequency control signal Count_Down2 is stopped.

具体的には、位相制御を行うときは、図16においてCPU1415がコイル電流位相制御量設定値Phase_Delay_Valueをゼロより大きい値に設定する。コイル電流位相制御量設定値Phase_Delay_Valueがゼロより大きい値に設定されると、Comp1の出力Select信号がHiになって、Selector2およびSelector3がB入力を選択する。その結果、位相比較出力信号Count_Up,Count_Downは位相制御部1425Pに入力され、位相制御がなされ、信号Count_Up2,Count_Down2が共振周波数追従発振部1426に入力される。したがってこの場合は位相制御が行われる。   Specifically, when performing phase control, the CPU 1415 in FIG. 16 sets the coil current phase control amount setting value Phase_Delay_Value to a value greater than zero. When the coil current phase control amount setting value Phase_Delay_Value is set to a value greater than zero, the output Select signal of Comp1 becomes Hi, and the Selector 2 and the Selector 3 select the B input. As a result, the phase comparison output signals Count_Up and Count_Down are input to the phase control unit 1425P, phase control is performed, and the signals Count_Up2 and Count_Down2 are input to the resonance frequency tracking oscillation unit 1426. Therefore, in this case, phase control is performed.

コイル電流位相制御量設定値Phase_Delay_ValueをXからYへ変えると(ただしX>Y)、XとYとの差分に比例した周波数制御信号Coun_Up2を出力し周波数を高くして位相量設定値Yに近付くにつれてパルス幅を小さくし、最終的に位相量が設定Yとなったところで周波数制御信号Coun_Up2の出力を停止する。   When the coil current phase control amount set value Phase_Delay_Value is changed from X to Y (where X> Y), the frequency control signal Count_Up2 proportional to the difference between X and Y is output to increase the frequency and approach the phase amount set value Y. Accordingly, the pulse width is reduced, and when the phase amount finally reaches the setting Y, the output of the frequency control signal Count_Up2 is stopped.

図18および図19は、図16の位相制御部1425Pにおける信号のタイミング図である。図18は、図17においてコイル電流位相制御量設定値Phase_Delay_Valueを0からXへ変えたときの動作タイミングを示している。図19は、図17においてコイル電流位相制御量設定値Phase_Delay_ValueをXからYへ変えた時(ただしX>Y)の動作タイミングを示している。   18 and 19 are timing charts of signals in the phase controller 1425P of FIG. FIG. 18 shows the operation timing when the coil current phase control amount set value Phase_Delay_Value is changed from 0 to X in FIG. FIG. 19 shows the operation timing when the coil current phase control amount set value Phase_Delay_Value in FIG. 17 is changed from X to Y (where X> Y).

<作用・効果>
図2の誘導加熱定着装置100はPWM制御によって温度を制御する。すなわち誘導加熱定着装置100は、図4に示される全電流値にわたって、PWM最適値を算出することによって電力を制御する。換言すれば、スイッチング素子は共振周波数においてスイッチングされ、そのパルス幅が温度センサからの信号に基づいて変えられる。
<Action and effect>
The induction heating fixing device 100 in FIG. 2 controls the temperature by PWM control. That is, the induction heating fixing device 100 controls the power by calculating the PWM optimum value over the entire current value shown in FIG. In other words, the switching element is switched at the resonance frequency, and its pulse width is changed based on the signal from the temperature sensor.

これに対して誘導加熱定着装置1400では、コイルに流れる電流が大きいときにはPWM制御を行い、コイルに流れる電流が小さいときには位相制御を行う。具体的には、ASIC1424は、位相制御部1425を備える。この位相制御部1425が小電流領域において、コイル電流の位相制御を実現する。   On the other hand, the induction heating fixing device 1400 performs PWM control when the current flowing through the coil is large, and performs phase control when the current flowing through the coil is small. Specifically, the ASIC 1424 includes a phase control unit 1425. This phase control unit 1425 realizes phase control of the coil current in the small current region.

温度コントローラの機能を有するCPU1415は、温度センサ111からの信号に基づいて、PWM最適値とコイル電流位相最適値とを算出することによって、2つのモードで電力(すなわち温度)を制御できる。コイルに流れる電流が小さい小電流領域においては、位相制御部1425Pは、コイル電流位相制御量設定値Phase_Delay_Valueに基づいて位相制御を行い、それによりコイル電流を制御する。すなわち追従した共振周波数を基準にして、コイル電流位相制御量設定値Phase_Delay_Valueに基づいて電流の大きさを制御し、これによって温度制御を行う。その結果、微小電力領域での温度制御が可能になる。   The CPU 1415 having the function of the temperature controller can control the power (that is, temperature) in two modes by calculating the PWM optimum value and the coil current phase optimum value based on the signal from the temperature sensor 111. In the small current region where the current flowing through the coil is small, the phase control unit 1425P performs phase control based on the coil current phase control amount setting value Phase_Delay_Value, thereby controlling the coil current. That is, the magnitude of the current is controlled based on the coil current phase control amount set value Phase_Delay_Value with reference to the followed resonance frequency, and temperature control is thereby performed. As a result, temperature control in the minute power region becomes possible.

一方、コイルに流れる電流が大きい大電流領域においては、図2の誘導加熱定着装置100のようにPWM制御を行う。このような構成により本変形例は、図15に示すように、微小電力領域までコイル電流を制御することが可能であり、その結果、より細かい温度制御が実現できる。   On the other hand, in a large current region where the current flowing through the coil is large, PWM control is performed as in the induction heating fixing device 100 of FIG. With this configuration, as shown in FIG. 15, this modification can control the coil current up to a minute power region, and as a result, finer temperature control can be realized.

特にコイル電流位相遅れ制御回路は簡単な論理回路(デジタル回路)で構成したので温度変動や定数のばらつきなどに影響されず、安定した温度制御をデジタル的に行うことが可能である。すべての制御回路をデジタル回路で構成したのでASICに簡単に組み込むことが可能になり、コスト削減および小型化が可能であるという効果を有する。   In particular, since the coil current phase delay control circuit is configured by a simple logic circuit (digital circuit), it is possible to digitally perform stable temperature control without being affected by temperature fluctuations and constant fluctuations. Since all the control circuits are composed of digital circuits, they can be easily incorporated into the ASIC, and the cost can be reduced and the size can be reduced.

なお、本変形例においては小電力時における微小電流制御のためだけに位相制御を行っているがこれには限定されない。例えば、大電力領域および中電力領域においても位相制御を利用して電力制御を行うことが可能である。   In this modification, the phase control is performed only for the minute current control at the time of low power, but the present invention is not limited to this. For example, it is possible to perform power control using phase control also in a large power region and a medium power region.

<まとめ>
本発明のさまざまな実施形態による誘導加熱定着装置は、アップダウンカウンタとPWMカウンタとを利用して、共振周波数追従発振部,PWM信号発生部のデジタル回路化が簡単に出来るので、共振周波数追従発振部およびPWM信号発生部を、ASIC124の内部に収めることが可能になる。
<Summary>
Induction heating fixing devices according to various embodiments of the present invention can easily make a digital circuit of a resonance frequency tracking oscillation unit and a PWM signal generation unit using an up / down counter and a PWM counter. And the PWM signal generator can be housed inside the ASIC 124.

これにより本発明の実施形態による誘導加熱定着装置は、従来の誘導加熱定着装置と比較して、ハードウエア部品の削減が可能となり、コストダウンや組立性を向上させることができる。また本発明のある実施形態による誘導加熱定着装置1400は、デジタル回路で構成することで部品定数のばらつきや温度変動を考慮する必要も無く、設定値をソフトウエアで変更することで、ハードウエアを変更すること無く、全ての仕様に対応可能となる。これは、従来の誘導加熱定着装置が、アナログ回路で構成した場合は部品定数のばらつきや温度変動を考慮する必要があったり、共振周波数追従範囲の設定など仕様により全て部品定数を変更する必要があったりしたことと比較して大きな効果である。   Thereby, the induction heating fixing device according to the embodiment of the present invention can reduce the number of hardware parts and improve the cost and assembly as compared with the conventional induction heating fixing device. In addition, the induction heating and fixing apparatus 1400 according to an embodiment of the present invention is configured by a digital circuit, so that it is not necessary to consider variations in component constants and temperature fluctuations. All specifications can be handled without change. This is because when a conventional induction heating fixing device is configured with an analog circuit, it is necessary to consider variations in component constants and temperature fluctuations, and it is necessary to change all component constants according to specifications such as setting the resonance frequency tracking range. It is a big effect compared with what happened.

さらに、本発明のある実施形態による誘導加熱定着装置は、デジタル回路で制御するため、特定使用不可能周波数領域(特定無線周波数や定着ベルト等の定着装置機構の共振周波数)が有る場合には、その周波数範囲を設定することで簡単に制御可能となる。   Further, since the induction heating fixing device according to an embodiment of the present invention is controlled by a digital circuit, when there is a specific unusable frequency region (a specific radio frequency or a resonance frequency of a fixing device mechanism such as a fixing belt), Control can be easily performed by setting the frequency range.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の具体的な実施形態には限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変更または修正を実現でき、これらも本発明の技術的範囲に属する。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above. A person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can implement various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Belongs to a range.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品定数のばらつきや温度変動を考慮すること無く、共振周波数に追従させてPWM制御および位相制御を実行することによって微少電流領域まで制御が可能な誘導加熱定着装置および画像形成装置を提供できる点で有用である。   The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to perform a minute current region by executing PWM control and phase control by following the resonance frequency without considering variations in component constants and temperature fluctuations. This is useful in that it can provide an induction heating fixing device and an image forming apparatus that can be controlled to a minimum.

1400 誘導加熱定着装置
101 交流電源
102 ヒューズ
103 バリスタ
104 ダイオードブリッジ
105 ノイズフィルタ
106 ハーフブリッジ出力回路
107、108 IBGT
109 電流トランス
110 定着ローラ又は定着ベルト
111 温度センサ
112 低損失誘導加熱用コイル
113、114 コンデンサ
1415 CPU
1416、1418 AD変換器(ADC)
1417 PID制御部
1419 PWMデューティ制御部
1419P 位相制御量設定部
120 整流回路
121 リミッタ回路
1424 ASIC
1425 位相比較部
1425P 位相制御部
1426 共振周波数追従発振部
1427 PWM信号発生部
128、129 発光ダイオードおよびフォトトランジスタ
1400 Induction Heating Fixing Device 101 AC Power Supply 102 Fuse 103 Varistor 104 Diode Bridge 105 Noise Filter 106 Half Bridge Output Circuit 107, 108 IBGT
109 Current transformer 110 Fixing roller or fixing belt 111 Temperature sensor 112 Low-loss induction heating coil 113, 114 Capacitor 1415 CPU
1416, 1418 AD converter (ADC)
1417 PID Control Unit 1419 PWM Duty Control Unit 1419P Phase Control Amount Setting Unit 120 Rectifier Circuit 121 Limiter Circuit 1424 ASIC
1425 Phase comparison unit 1425P Phase control unit 1426 Resonance frequency tracking oscillation unit 1427 PWM signal generation unit 128, 129 Light emitting diode and phototransistor

Claims (4)

誘導コイルおよびコンデンサを有する直列共振回路と、位相比較部と、位相制御部と、共振周波数追従発振部と、PWM(パルス幅変調)信号発生部と、を備え、
前記位相比較部は、前記PWM信号発生部が出力するパルスの位相と、前記誘導コイルを流れる電流の位相とを比較し、比較した結果を
位相制御時は、前記位相制御部に出力し、
PWM制御時は、前記共振周波数追従発振部に出力し、
前記位相制御部は、前記位相比較部の出力および所定のコイル電流位相量に基づいて、所定の位相値になる周波数制御信号を前記共振周波数追従発振部へ出力し、
前記共振周波数追従発振部は、前記位相制御部の出力を用いて前記直列共振回路の駆動周波数を共振周波数に追従させるよう発振周波数を変化させて、
前記PWM信号発生部は、前記共振周波数追従発振部による前記発振周波数に基づいて前記直列共振回路を駆動させるパルスを発生させ、
前記位相比較部、前記位相制御部、前記共振周波数追従発振部および前記PWM信号発生部はデジタル制御される
誘導加熱定着装置。
A series resonance circuit having an induction coil and a capacitor, a phase comparison unit, a phase control unit, a resonance frequency tracking oscillation unit, and a PWM (pulse width modulation) signal generation unit;
The phase comparison unit compares the phase of the pulse output from the PWM signal generation unit with the phase of the current flowing through the induction coil, and outputs the comparison result to the phase control unit during phase control,
During PWM control, output to the resonance frequency follow-up oscillation unit,
The phase control unit outputs a frequency control signal having a predetermined phase value to the resonance frequency tracking oscillation unit based on the output of the phase comparison unit and a predetermined coil current phase amount,
The resonance frequency follow-up oscillation unit changes the oscillation frequency so that the drive frequency of the series resonance circuit follows the resonance frequency using the output of the phase control unit,
The PWM signal generation unit generates a pulse for driving the series resonance circuit based on the oscillation frequency by the resonance frequency tracking oscillation unit,
The phase comparison unit, the phase control unit, the resonance frequency follow-up oscillation unit, and the PWM signal generation unit are digitally controlled induction heating fixing devices.
前記位相制御部は、前記PWM信号発生部が出力するパルスの位相と、前記誘導コイルを流れる電流の位相とを比較することによって、位相差に対応する信号を出力する前記位相比較部の出力をカウンタで計数し、コイル電流位相量設定値を引き算器で比較演算し、その結果に基づいて前記共振周波数追従発振部へ周波数制御信号を出力し、
前記共振周波数追従発振部は、前記位相制御部が出力する信号に基づいてカウンタをアップまたはダウンさせることで発振周波数を変化させる
請求項1に記載の誘導加熱定着装置。
The phase control unit compares the phase of the pulse output from the PWM signal generation unit with the phase of the current flowing through the induction coil, thereby outputting the output of the phase comparison unit that outputs a signal corresponding to the phase difference. Count with the counter, compare and calculate the coil current phase amount setting value with the subtractor, and output a frequency control signal to the resonance frequency tracking oscillator based on the result,
The induction heating fixing device according to claim 1, wherein the resonance frequency follow-up oscillation unit changes an oscillation frequency by increasing or decreasing a counter based on a signal output from the phase control unit.
前記電流が比較的小さい第1領域において前記位相制御が行われ、前記電流が比較的大きい第2領域において前記PWM制御が行われる
請求項1に記載の誘導加熱定着装置。
The induction heating fixing device according to claim 1, wherein the phase control is performed in a first region where the current is relatively small, and the PWM control is performed in a second region where the current is relatively large.
請求項1に記載の誘導加熱定着装置を備える画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the induction heating fixing device according to claim 1.
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