本發(fā)明涉及電力檢測(cè)裝置、圖像形成設(shè)備以及電力檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

已知一種包括電磁感應(yīng)加熱電源、溫度檢測(cè)器以及輸出電力確定單元的定影裝置。電磁感應(yīng)加熱電源通過(guò)對(duì)來(lái)自商用電源的交流電力進(jìn)行整流，并且其后通過(guò)使用切換單元對(duì)整流后的電力執(zhí)行高速切換來(lái)生成高頻電力，并且向電磁感應(yīng)線圈輸出高頻電力。溫度檢測(cè)器檢測(cè)包括電磁加熱層的輥的表面溫度。輸出電力確定單元基于由溫度檢測(cè)器檢測(cè)到的表面溫度來(lái)確定高頻電力的期望值，該高頻電力從電磁感應(yīng)加熱電源向電磁感應(yīng)線圈輸出。電磁感應(yīng)加熱電源包括：電力檢測(cè)器和感應(yīng)加熱電源控制器。電力檢測(cè)器基于在從商用電源供給的交流電力的過(guò)零(zero crossing)時(shí)刻之后的預(yù)定時(shí)間測(cè)量得的交流電力的瞬時(shí)值來(lái)檢測(cè)關(guān)于交流電力的信息。感應(yīng)加熱電源控制器基于信息控制切換單元，使得由切換單元生成的高頻電力具有由輸出電力確定單元確定的期望值。(參見日本未審查專利申請(qǐng)第2010-181633號(hào)公報(bào))

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供使得能夠檢測(cè)高瞬時(shí)有效電力的電力檢測(cè)裝置、圖像形成設(shè)備以及電力檢測(cè)方法。

根據(jù)發(fā)明的第一方面，提供了一種包括第一過(guò)零檢測(cè)器、電流檢測(cè)器以及第二過(guò)零檢測(cè)器的電力檢測(cè)裝置。第一過(guò)零檢測(cè)器檢測(cè)從商用電源供給的電力的交流電壓的過(guò)零時(shí)刻，并輸出電壓過(guò)零信號(hào)。電流檢測(cè)器檢測(cè)所述電力的電流。第二過(guò)零檢測(cè)器檢測(cè)由所述電流檢測(cè)器檢測(cè)到的所述電流的過(guò)零時(shí)刻并輸出電流過(guò)零信號(hào)?；谒鲭妷哼^(guò)零信號(hào)與所述電流過(guò)零信號(hào)之間的相位差獲得功率因數(shù)，并且基于所述交流電壓的均方根值、所述電流的均方根值以及所述所獲得的功率因數(shù)計(jì)算有效電力。

根據(jù)發(fā)明的第二方面，在根據(jù)第一方面的電力檢測(cè)裝置中，通過(guò)參照使用所述電 壓過(guò)零信號(hào)與所述電流過(guò)零信號(hào)之間的所述相位差而預(yù)定的參照表來(lái)獲得所述功率因數(shù)。

根據(jù)發(fā)明的第三方面，提供了一種包括電源單元和根據(jù)第一方面的電力檢測(cè)裝置的圖像形成設(shè)備。電源單元將從商用電源供給的電力的交流電壓切換成直流電壓，并輸出預(yù)定直流電壓。所述圖像形成設(shè)備根據(jù)電壓過(guò)零信號(hào)或所述預(yù)定直流電壓而受控，并形成圖像。

根據(jù)發(fā)明的第四方面，提供了一種電力檢測(cè)方法，該電力檢測(cè)方法包括以下步驟：檢測(cè)從商用電源供給的電力的交流電壓的過(guò)零時(shí)刻，并輸出電壓過(guò)零信號(hào)；檢測(cè)所述電力的電流；以及檢測(cè)所述檢測(cè)到的電流的過(guò)零時(shí)刻，并輸出電流過(guò)零信號(hào)?；谒鲭妷哼^(guò)零信號(hào)與所述電流過(guò)零信號(hào)之間的相位差獲得功率因數(shù)，并且基于所述交流電壓的均方根值、所述電流的均方根值以及所述所獲得的功率因數(shù)來(lái)計(jì)算有效電力。

根據(jù)發(fā)明的第一至第四方面，使得根據(jù)本發(fā)明的第一至第四方面的電力檢測(cè)裝置、圖像形成設(shè)備以及電力檢測(cè)方法能夠檢測(cè)比憑借不包括檢測(cè)電流過(guò)零時(shí)刻的檢測(cè)器的電力檢測(cè)裝置和圖像形成設(shè)備以及不檢測(cè)電流過(guò)零時(shí)刻的電力檢測(cè)方法更高的瞬時(shí)有效電力。

附圖說(shuō)明

將基于以下附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，附圖中：

圖1是例示了圖像形成設(shè)備的功能構(gòu)造的示例的框圖；

圖2是例示了低壓電源單元的示例的電路構(gòu)造圖；

圖3是例示了電壓過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路的示例的電路構(gòu)造圖；

圖4是例示了基于由電力檢測(cè)裝置執(zhí)行的過(guò)零信號(hào)檢測(cè)的有效電力計(jì)算的功能框圖；

圖5A、5B、5C、5D以及5E各是例示了在過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路的一個(gè)對(duì)應(yīng)部件處檢測(cè)到的過(guò)零信號(hào)的波形的圖；

圖6A、6B以及6C是用于說(shuō)明基于過(guò)零信號(hào)檢測(cè)執(zhí)行的功率因數(shù)獲得的圖；以及

圖7是在獲得功率因數(shù)時(shí)所參照的功率因數(shù)表的示例。

具體實(shí)施方式

下文中將通過(guò)描述示例性實(shí)施方式并列舉具體示例參照附圖來(lái)進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于示例性實(shí)施方式和具體示例。

要注意的是，附圖在參照附圖給出的以下描述中僅是示意性的，并且尺寸的比例等不同于實(shí)際值。適當(dāng)不例示除了為了易于理解而需要說(shuō)明的構(gòu)件之外的構(gòu)件。

(1)圖像形成設(shè)備的整體構(gòu)造和操作

圖1是例示了包括根據(jù)本示例性實(shí)施方式的電力檢測(cè)裝置100的圖像形成設(shè)備1的功能構(gòu)造的框圖。圖2是例示了低壓電源單元30的示例的電路構(gòu)造圖。圖3是例示了電壓過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路110的示例的電路構(gòu)造圖。

將參照附圖來(lái)描述圖像形成設(shè)備1的整體構(gòu)造和操作。

圖像形成設(shè)備1包括：控制器10、圖像形成單元20、低壓電源單元30、加熱器驅(qū)動(dòng)電路40、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路50以及電力檢測(cè)裝置100。

控制器10包括圖像形成控制器11，該圖像形成控制器11控制圖像形成設(shè)備1的圖像形成單元20的操作；加熱器控制器12，該加熱器控制器12控制加熱器驅(qū)動(dòng)電路40；驅(qū)動(dòng)控制器13，該驅(qū)動(dòng)控制器13控制馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路50；以及有效電力計(jì)算單元130，該有效電力計(jì)算單元130包括在電力檢測(cè)裝置100中。

圖像形成單元20包括送紙裝置21、感光體單元22、顯影裝置23以及轉(zhuǎn)印裝置24。轉(zhuǎn)印裝置24將彩色色調(diào)劑圖像同時(shí)轉(zhuǎn)印到從送紙裝置21饋送的紙張上，該彩色色調(diào)劑圖像各由對(duì)應(yīng)的感光體單元22和對(duì)應(yīng)的顯影裝置23來(lái)形成。

上面已經(jīng)由轉(zhuǎn)印裝置24轉(zhuǎn)印了色調(diào)劑圖像但色調(diào)劑圖像尚未被定影的紙張傳送到定影裝置25。色調(diào)劑圖像通過(guò)使用壓接觸和加熱的作用來(lái)定影在紙張上。

低壓電源單元30包括：橋式整流二極管31，該橋式整流二極管31對(duì)從商用電源供給的交流電壓執(zhí)行全波整流；平滑電容器32，該平滑電容器32使全波整流后的電壓平滑化；以及切換控制器33。用于直流/交流(DC/AC)轉(zhuǎn)換的切換元件34(場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET))和變壓器35串聯(lián)連接在平滑電容器32的輸出側(cè)上，切換元件34經(jīng)由切換控制器33來(lái)開/閉。

整流二極管36和平滑電容器37連接在變壓器35的輸出側(cè)上。整流二極管36對(duì)AC輸出電壓進(jìn)行整流，并且平滑電容器37使整流后的電壓平滑化，并輸出低DC 電壓。低DC電壓被輸出為電壓V1和電壓V2。電壓V1輸入到控制器10、電壓過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路110、電流過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路120、加熱器驅(qū)動(dòng)電路40、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路50以及其他部件。電壓V2輸入到各個(gè)部件和其它部件的致動(dòng)器(未例示)。

電源檢測(cè)裝置100包括：充當(dāng)?shù)谝贿^(guò)零檢測(cè)器的電壓過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路110、充當(dāng)?shù)诙^(guò)零檢測(cè)器的電流過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路120、以及控制器10中所包括的有效電力計(jì)算單元130。電壓過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路110檢測(cè)從商用電源供給的交流電壓的過(guò)零信號(hào)。電流過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路120通過(guò)檢測(cè)電力的電流來(lái)檢測(cè)過(guò)零信號(hào)。

電壓過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路110具有執(zhí)行將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓的全波整流的四個(gè)二極管CR1、CR2、CR3以及CR4。限流電阻器R1的一端連接到二極管CR1至CR4的陰極側(cè)。光電耦合器PC連接到限流電阻器R1的另一端，并連接到二極管CR3和CR4的陽(yáng)極側(cè)。

光電耦合器PC包括：用于發(fā)光的光電二極管PCa；和用于接收光的光電晶體管PCb。光電二極管PCa連接到限流電阻器R1的另一端，并連接到各個(gè)二極管CR3和CR4的陽(yáng)極。光電晶體管PCb具有：DC電壓(未例示)經(jīng)由上拉電阻器R3施加到的集電極；和連接到晶體管G1的基極的發(fā)射極。

當(dāng)電流Ipc從光電二極管PCa的陽(yáng)極向光電二極管PCa的陰極流動(dòng)時(shí)，光電二極管PCa發(fā)光。在光電晶體管PCb的柵極處接收光，并且從光電晶體管PCb的發(fā)射極輸出過(guò)零信號(hào)P。

在晶體管G1中放大過(guò)零信號(hào)P，并向控制器10輸入過(guò)零信號(hào)P。

(2)電力檢測(cè)裝置

圖4是例示了基于由電力檢測(cè)裝置100執(zhí)行的過(guò)零信號(hào)檢測(cè)的有效電力計(jì)算的功能框圖。圖5A、5B、5C、5D以及5E各是例示了在過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路的一個(gè)對(duì)應(yīng)部件處檢測(cè)到的過(guò)零信號(hào)的波形的圖。圖6A、6B以及6C是用于說(shuō)明基于過(guò)零信號(hào)檢測(cè)執(zhí)行的功率因數(shù)獲得的圖。圖7是在獲得功率因數(shù)時(shí)所參照的功率因數(shù)表的示例。

下文中，將參照附圖來(lái)描述電力檢測(cè)裝置100的構(gòu)造和操作。

低壓電源單元30將從商用電源輸入的AC電力切換成低壓電力(諸如24V或5V等)，并且向圖像形成設(shè)備1的控制器10、加熱器控制電路40、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路50以及其他部件供給該低壓電力。低壓電源單元30包括具有電容器部件、線圈部件以及 其他部件的電路，并且通常已知電流與電壓之間的相位差根據(jù)與電阻器的平衡而發(fā)生。

這即使在施加電壓的瞬間，也防止電流流動(dòng)，由此有效地防止電力被消耗。

根據(jù)本示例性實(shí)施方式的電力檢測(cè)裝置100基于電壓過(guò)零信號(hào)P1與電流過(guò)零信號(hào)P2之間的相位差來(lái)獲得功率因數(shù)，并且通過(guò)將電壓均方根值、電流均方根值以及功率因數(shù)相乘在一起來(lái)計(jì)算有效電力。

(2.1)有效電力

如圖4例示，電力檢測(cè)裝置100連接到商用電源輸入側(cè)，并且電壓過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路110根據(jù)交流電壓的正弦瞬時(shí)波形檢測(cè)電壓過(guò)零信號(hào)P1。交流電壓經(jīng)受全波整流、由平滑電容器進(jìn)行的平滑化、以及由A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行的A/D轉(zhuǎn)換，由此具有電壓均方根值Vrms。

電流過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路120憑借電流過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路120與電力檢測(cè)裝置100之間所放置的電阻器，來(lái)連接到電力檢測(cè)裝置100的商用電源輸入側(cè)，并且根據(jù)電流瞬時(shí)波形檢測(cè)電流過(guò)流信號(hào)P2。交流電流經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行的A/D轉(zhuǎn)換，由此具有電流均方根值Irms。

通過(guò)參照預(yù)先設(shè)置的表基于電壓過(guò)零信號(hào)P1與電流過(guò)零信號(hào)P2之間的相位差，來(lái)獲得功率因數(shù)PF。通過(guò)將根據(jù)電壓均方根值Vrms和電流均方根值Irms計(jì)算得的視在功率值Pva(＝Vrms×Irms)乘以功率因數(shù)PF來(lái)計(jì)算有效電力Pw(＝Vrms×Irms×PF)。

(2.2)過(guò)零信號(hào)檢測(cè)時(shí)的波形

如圖5A例示，從商用電源輸入的交流電壓的瞬時(shí)波形具有正弦圖案。正弦交流電壓在電壓過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路110的一組二極管CR1和CR3以及一組二極管CR2和CR4中分別經(jīng)受半波整流(參見圖5B和圖5C)，并且全波整流后的電流Ipc流過(guò)光電二極管PCa(參見圖5D)。

隨后，從光電晶體管PCb的發(fā)射極輸出過(guò)零信號(hào)P(參見圖5E)。

同時(shí)，從商用電源提供的50Hz AC電力的正弦波具有20ms的周期，并且每隔10ms輸出過(guò)零信號(hào)P。

(2.3)功率因數(shù)獲得

圖6A例示了交流電壓的瞬時(shí)波形、有效波形以及過(guò)零信號(hào)之間的關(guān)系。橫軸表示時(shí)間，而縱軸表示電壓。如圖6A例示，電壓過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路110基于接收到的交流電壓的瞬時(shí)波形來(lái)輸出電壓過(guò)零信號(hào)P1。

圖6B例示了交流電流的瞬時(shí)波形、有效波形以及過(guò)零信號(hào)之間的關(guān)系。橫軸表示時(shí)間，而縱軸表示電壓。如圖6B例示，電流過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路120基于借助電阻器輸入的交流電流的瞬時(shí)波形來(lái)輸出電流過(guò)零信號(hào)P2。

圖6C例示了經(jīng)由電壓過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路110檢測(cè)并輸出的電壓過(guò)零信號(hào)P1與經(jīng)由電流過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路120檢測(cè)并輸出的電流過(guò)零信號(hào)P2之間的關(guān)系。如圖6C例示，經(jīng)由電壓過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路110和電流過(guò)零信號(hào)檢測(cè)電路120分別檢測(cè)的電壓過(guò)零信號(hào)P1和電流過(guò)零信號(hào)P2具有基于相位差的時(shí)間差t。

向控制器10輸出電壓過(guò)零信號(hào)P1和電流過(guò)零信號(hào)P2，并且計(jì)算時(shí)間差t。

通過(guò)參照被預(yù)定為基于時(shí)間差分別估計(jì)的功率因數(shù)PF的、表中的值來(lái)將計(jì)算得的時(shí)間差t被轉(zhuǎn)換成為功率因數(shù)PF。

具體地，如圖7例示，控制器10接收電壓過(guò)零信號(hào)P1和電流過(guò)零信號(hào)P2。通過(guò)使用中央處理單元(CPU)的計(jì)時(shí)器功能來(lái)開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)由電壓過(guò)零信號(hào)P1來(lái)觸發(fā)。執(zhí)行相位差Tzc的檢測(cè)，該檢測(cè)由電流過(guò)零信號(hào)P2的檢測(cè)來(lái)觸發(fā)。

隨后，執(zhí)行電壓過(guò)零信號(hào)P1的周期Tf的檢測(cè)，該檢測(cè)由下一個(gè)電壓過(guò)零信號(hào)P1來(lái)觸發(fā)。

控制器10的非易失存儲(chǔ)器(NVM)用于保持這樣的功率因數(shù)表，其具有各對(duì)于電壓過(guò)零信號(hào)P1與電流過(guò)零信號(hào)P2之間的相位差Tzc的范圍(從t1至t2、從t3至t4……)而估計(jì)的功率因數(shù)PF、對(duì)于電壓過(guò)零信號(hào)P1的各個(gè)周期Tf而估計(jì)的功率因數(shù)PF。

控制器10通過(guò)基于檢測(cè)到的電壓過(guò)零信號(hào)P1的周期Tf和與電流過(guò)零信號(hào)P2的相位差Tzc參照功率因數(shù)表獲得一個(gè)功率因數(shù)PF。

(2.4)有效電力計(jì)算

控制器10的有效電力計(jì)算單元130通過(guò)將視在功率值Pva(＝Vrms×Irms)乘以 功率因數(shù)PF來(lái)計(jì)算有效電力Pw(＝Vrms×Irms×PF)，根據(jù)電壓均方根值Vrms和電流均方根值Irms而計(jì)算視在功率值Pva，通過(guò)基于電壓過(guò)零信號(hào)P1的周期Tf和與電流過(guò)零信號(hào)P2的相位差Tzc參照功率因數(shù)表而獲得功率因數(shù)PF。

為了計(jì)算功耗，根據(jù)本示例性實(shí)施方式的電力檢測(cè)裝置100不對(duì)瞬時(shí)交流電壓和電流值執(zhí)行高頻取樣。反而，電力檢測(cè)裝置100基于電壓過(guò)零信號(hào)P1與電流過(guò)零信號(hào)P2之間的相位差來(lái)獲得功率因數(shù)，并且通過(guò)將電壓均方根值、電流均方根值以及功率因數(shù)相乘在一起來(lái)計(jì)算有效電力。

這可以消除設(shè)置充當(dāng)計(jì)算裝置的高速CPU和存儲(chǔ)經(jīng)由取樣而獲得的大量瞬時(shí)值的存儲(chǔ)器的需要，并且可以使設(shè)備操作期間的功耗能夠被實(shí)時(shí)檢測(cè)為有效電力。

對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的上述說(shuō)明是為了例示和說(shuō)明的目的而提供的。并非旨在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行窮盡，或者將本發(fā)明限于所公開的精確形式。顯而易見的是，很多修改例和變型例對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的。選擇了實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，以最好地解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，以使本領(lǐng)域其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實(shí)施方式，以及適合于所設(shè)想的具體用途的各種變型。本發(fā)明的范圍旨在由所附權(quán)利要求及其等同物來(lái)限定。