DE3220267C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Ausgangsspannung eines einen steuerbaren Schalter auf­ weisenden Gleichspannungswandlers in einem Kopiergerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches. In ein Ko­ piergerät sind bekanntlich Lasten, wie eine Kupplung, Solenoide, eine Hochspannungseinheit, ein Gleichstrom­ motor und ein Mikrorechner eingebaut.

Bei einem elektrophotographischen Kopiergerät sind ver­ schiedene Vorrichtungen zur Durchführung einer Reihe von Kopiervorgängen vorgesehen, beispielsweise eine Ko­ pierpapier-Zufuhr- oder -Transportvorrichtung, eine An­ triebsvorrichtung für den synchronen Antrieb eines Lam­ penspiegels einer optischen Abtasteinheit und einer lichtempfindlichen Trommel, eine Hochspannungseinheit zur Lieferung einer Hochspannung zu den jeweiligen Elek­ troden für Aufladungs-, Übertragungs- und elektrostati­ sche Trennvorgänge, und dergleichen. In diesen Vorrich­ tungen befinden sich mechanische Teile, z. B. eine Kupp­ lung, Solenoide, ein Gleichstrommotor sowie ein Strom­ versorgungs-Eingangsabschnitt. Für den Betrieb der ein­ zelnen Vorrichtungen muß dabei im allgemeinen eine Ein­ gangsspannung in der Größenordnung von einem Mehrfachen von 10 V angelegt werden.

Als Speisespannung für die mechanischen Teile kann bis­ her eine stabile Spannung (z. B. eine Dreipol-Regler oder eine Sperrwandlungsausgangsspannung) etwa von der Stromversorgung des Kopiergeräts verwendet werden, die beispielsweise lediglich durch eine Brückenschaltung gleichgerichtet wird, nachdem eine Wechselspannung von 100 V durch einen Transformator abwärts transformiert wurde. Eine solche Stromversorgung ist mit hohen Kosten und Spannungsinstabilitäten verbunden.

Bei Verwendung einer stabilisierten Stromversorgung, z. B. eines Dreipol-Reglers oder dergleichen, wird eine Spannung nicht unter einer bestimmten Größe in zu ver­ brauchende Wärme zur Stabilisierung der Stromversorgung umgewandelt, so daß ihr Wirkungsgrad niedrig und ein Kondensator großer Kapazität für Glättungszwecke erfor­ derlich ist; eine solche Stromversorung ist also ver­ gleichsweise aufwendig. Bei einem Sperrwandler kann der Schaltungsaufbau so kompliziert werden, daß sich die Kosten außerordentlich erhöhen.

Bei Verwendung einer instabilisierten Vollweg-Gleich­ richtung ergeben sich folgende Probleme:

• 1. Die Zeitspannen für die Erzielung eines erforderli­ chen Drehmoments sind im Fall des Einsetzens des An­ triebs dieser mechanischen Teile im Bereich der Wel­ lenform von 0 V und im Bereich des Scheitels der Wellenform verschieden, so daß eine genaue Stellung nicht möglich ist.
• 2. Auch wenn der Wellenform-Effektivwert z. B. 24 V be­ trägt, erreicht der Spitzenwert eine Größe von 34 V, so daß ein Steuerelement, z. B. ein Transistor oder Thyristor, mit einer absoluten Höchstnennleistung mit ausreichend großen Toleranzen gewählt werden muß, die Kosten für ein solches Steuerelement sind ersichtlicherweise hoch.
• 3. Die Spannungsschwankungen der Stromversorgung für ein Kopiergerät beeinflussen unmittelbar dieses Gerät, so daß insbesondere die Drehzahl eines Gleich­ strommotors schwankt. Zum Ausgleich dafür müssen bei­ spielsweise bei einer Kupplung oder dergleichen die Teile so gewählt werden, so daß sie unter Berücksich­ tigung solcher Schwankungen ein ausreichend großes Drehmoment übertragen.

Aus der DE-OS 28 43 988 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Regeln der Ausgangsspannung einer Spannungsquelle bekannt, bei dem mittels einer Steuer­ einheit Abweichungen der Ausgangsspannung einer Span­ nungsquelle von einem Bezugswert ermittelt werden. Die­ se Steuereinheit liefert ein entsprechendes Zählersi­ gnal an einen digitalen Regelprozessor, der seinerseits die Spannungsquelle in einer durch einen Regelspeicher vorgegebenen Weise ansteuert. Bei diesem bekannten Ver­ fahren wird also die Ausgangsspannung einer Spannungs­ quelle erfaßt und mit einer Bezugsspannung verglichen. Abhängig von dem so gewonnenen Fehlersignal wird dann ein Stellsignal für die Spannungsquelle geliefert.

Weiterhin ist es aus "Siemens Schaltbeispiele", 1975/76, Seiten 166, 167, bekannt, einen parallel zu einer Last liegenden Kondensator mit kurzen, dreieckförmigen Stromimpulsen über einen Schalttran­ sitor und eine Induktivität zu laden. Die Impulszeit, die im wesentlichen durch den Kondensator und die Induktivität bestimmt wird, ist beendet, wenn ein oberer Spannungsschwellwert erreicht ist und der Schalttransistor über einen zum Spannungsvergleich dienenden Operationsverstärker abgeschaltet wird. Wäh­ rend der Impulszeit wird der größere Teil der vom Netz entnommenen Energie in der Induktivität gespeichert. Die gespeicherte Energie wird unmittelbar nach der Impulszeit über eine Diode ebenfalls in den Konden­ sator gepumpt. Die Ausgangsspannung, die mit einem Potentiometer einstellbar ist, ist aber von einer Brummspannung überlagert, denn die neue Impulszeit wird erst eingeleitet, wenn die Last den Kondensator bis zum unteren Schwellwert entladen hat. Da der Kondensator Bestandteil der Schwingschaltung ist, kann er nicht beliebig vergrößert werden, um etwa die Brummspannung zu verkleinern. Der Verminderung der Brummspannung kann aber ein Siebglied nachgeschaltet werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Verfahren so zu verbessern, daß mit möglichst geringem Aufwand besonders stabile Ausgangsspannungen geliefert werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Ober­ begriff des Patentanspruches erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, mittels eines kostengünstigen Gleichspannungswandlers eine vorteilhafte Stromversorgung für z. B. Kupplung, Solenoide, Gleichstrommotor und Hochspannungseinheit eines Kopiergerätes zu schaffen.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Figur näher erläutert, die ein Schaltbild eines Gleichspannungswandlers für ein Kopiergerät zeigt.

Die Figur zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Gleichspannungswandler 50, einem Mikrorechner bzw. einer Zentraleinheit (CPU) 51 (z. B. Inten 8085), einer Eingabe/Ausgabestelle (I/O) 52 (z. B. Inten 8155), einem programmierbaren Festwertspeicher (PROM) 53 (z. B. Intel 2716) sowie einer Treiberschaltung 57 zur An­ steuerung von Solenoiden (SOL 1, SOL 2, SOL 3) 54, 55 und 56 als Lasten.

Nach der Abwärtstransformierung einer Eingangswechsel­ spannung von 100 V auf eine Wechselspannung von 30 V durch einen Spannungsübertrager 201 wird durch eine Diodenbrücke 202 eine Vollweg-Wellenform erzeugt, die an die beiden Klemmen eines Kondensators 203 angelegt und dadurch geglättet wird. Ein Transistor 504 ist durch Steuerung des Ausgangssignals vom Ausgangsan­ schluß PC2 der Eingabe/Ausgabestelle 52 zum Durch­ schalten und Sperren angesteuert,weil die Basis des Transistors 504 über einen Widerstand mit dem Kollek­ tor eines Transistors 521 verbunden ist, der ebenfalls an den Ausgangsanschluß PC2 der Eingabe/Ausgabestelle 52 angeschlossen ist.

Der Transistor 504 bildet mit einer nachgeschalteten Induktivität, einem Kondensator und einer Freilaufdiode einen Tiefsetzsteller. Am Kondensator liegt eine stabilisierte Gleichspannung V₁ als Speisespannung für die Solenoide 54, 55 und 56.

Eine Spannung V2, die durch Teilung der stabili­ sierten Ausgangsgleichspannung V1 (24 V) durch Widerstände (R1) 508 und (R2) 509 erhalten wird, wird an den nicht­ invertierenden Eingang eines Komparators (COMP 1) 514 und außerdem an den invertierenden Eingang eines Kom­ parators (COMP 2) 515 angelegt. Die Bezugs-, d. h. Steuerspannung V3 und V4 dieser Komparatoren 514 und 515 sind von der stabilisierten Ausgangsspannung V1 verschieden. Bei Verwendung beispielsweise der als Stromversorgung für den Mikrorechner verwendeten Gleichspannung von 5 V werden diese 5 V durch Widerstände (R3) 510 und (R4) 511 zur Lieferung einer Spannung V3 und zudem durch Widerstände (R5) 512 und (R6) 513 zur Lieferung einer anderen Spannung V4 geteilt.

Die Festlegung der Bezugsspannungen V3 und V4 der Komparatoren geschieht beispielsweise wie folgt: Wenn V1 auf 24 V Gleichspannung gesetzt ist, wird das Widerstandsverhältnis zwischen den Widerständen R1 und R2 mit 5 : 1 festgelegt, wobei V2 auf 4 V einge­ stellt wird; die Bestimmungen erfolgen z. B. zu V3 = 4,01 V, V4 = 3,99 V in Anpassung an die Schwankungs­ begrenzung der stabilisierten Ausgangsspannung. Die Widerstandswerte der Widerstände R3 - R6 werden so gewählt, daß V3 und V4 von 5 V Gleichspannung abge­ leitet werden.

Wenn die Spannungen V2, V3 und V4 auf beschriebene Weise eingestellt sind und V1 im Sinne eines Anstiegs schwankt, während V2 ebenfalls relativ entsprechend der Bedingung V2 < V3 (4,01 V) schwankt, erscheint am Ausgang des Komparators 514 (COMP 1) ein an die Klemme RST 7.5 des Mikrorechners 51 anzulegendes Signal hohen Pegels, so daß der Mikrorechner den Betrieb eines Programmzählers beendet, um das Programm auf einen speziellen Operanden zu verzweigen. Im Operanden ist ein Unterbrechungs­ prozeß-Routineprogramm gespeichert, das ein Signal niedrigen Pegels an den Ausgabeanschluß PC2 der Ein­ gabe/Ausgabestelle 52 ausgelegt, so daß demzufolge der an den Anschluß PC2 angeschlossene Transistor 521 sperrt und der Transistor 504 des Gleichspannungswandlers 50 im Sinne eines Sperrens betätigt wird und damit die Kollektorspannung des Transistors 504 und infolgedessen die stabilisierte Ausgangsspannung V1 abwärts transformiert bzw. verrin­ gert wird. Bei Verringerung der Spannung V1 wird auch die Spannung V2 verringert. Bei Ver­ ringerung der Spannung V2 zur Erfüllung der Bedingungen V2 < V4 (3,99 V) liegert der Ausgang des Komparators (COMP 2) 515 ein Signal hohen Pegels. Letzteres wird durch eine Differenzierschaltung aus einem Widerstand 516 und einem Kondensator 517 in eine positive Impulswelle umgesetzt und dann an der Klemme RST 6.5 in den Mikrorechner 51 eingespeist. Demzufolge führt der Mikrorechner 51 den Unterbrechungsprozeß von RST 6.5 aus, und das Programm springt auf einen anderen Operanden über, um das darin ent­ haltene Unterbrechungsprozeß-Routineprogramm auszuführen und damit ein Signal hohen Pegels an den Anschluß PC2 anzulegen. Daraufhin schaltet der Transistor 521 durch, und die Spannung V1 erhöht sich.

Auf die beschriebene Weise wird die Spannung V1 wieder­ holt erhöht und erniedrigt. Genauer gesagt: bei dem Beispiel, bei dem V3 und V4 auf 4,01 V bzw. 3,99 V gesetzt sind, schwankt V2 zwischen 3,99 V und 4,01 V, während V1 entsprechend der Schwankung von V2 zwischen 23,94 V und 24,06 V geregelt wird.

Die beschriebene Ausführungsform der Erfindung kann ersichtlicherweise so abgewandelt werden, daß ein Photothyristor durch das Ausgangssignal des Anschlusses PC2 angesteuert wird und das Ausgangs­ signal des Photothyristors weiterhin an die Gate- Elektrode eines für die Eingangseinrichtung von z. B. 100 V Wechselspannung vorgesehenen Triacs angelegt und sodann die primäre Eingangsspannung intermittie­ rend geregelt wird, so daß als Ergebnis eine stabili­ sierte Ausgangsspannung geregelt wird.

Es wird also ein Mikrorechner hauptsächlich zur Steuerung einer Betriebsfolge verwendet, wobei gleichzeitig ein Unterbrechungsprozeß effektiv angewandt wird. Auf diese Weise kann eine stabile Stromversorgungsspannung auf eine einfache Weise erreicht werden.

Claims (1)

1. Verfahren zum Regeln der Ausgangsspannung eines einen steuerbaren Schalter (504) aufweisenden Gleichspan­ nungswandlers (50) in einem Kopiergerät mit Hilfe eines den gesamten Betriebsablauf des Kopiergerätes steuern­ den Mikrorechners (51), bei dem der Gleichspannungs­ wandler (50) abhängig von einem von dem Mikrorechner (51) zum steuerbaren Schalter (504) gelieferten Steuer­ signal eine Ausgangsspannung abgibt, die abgegriffen und dem Mikrorechner (51) zur Gewinnung des Steuersi­ gnals zugeführt wird, gekennzeichnet durch

   • - Vergleichen der abgegriffenen Ausgangsspannung mit einer ersten Schwellenwertspannung, die einen unteren Grenzwert für die zu regelnde Ausgangsspannung bil­ det, und mit einer zweiten Schwellenwertspannung, die einen oberen Grenzwert für die zu regelnde Ausgangs­ spannung bildet, und
   • - Abschalten des Mikrorechners (51) von der Steuerung des Betriebsablaufs des Kopiergeräts und Freigeben des Mikrorechners (61) für die Steuerung des Gleich­ spannungswandlers, wenn die überwachte Ausgangsspan­ nung den ersten oder den zweiten Schwellenwert er­ reicht, derart, daß der Schalter (504) zur Erhöhung der Ausgangsspannung geschlossen wird, wenn diese un­ ter den ersten Schwellenwert absinkt, und daß der Schalter (504) zur Verringerung der Ausgangsspannung geöffnet wird, wenn diese über den zweiten Schwel­ lenwert ansteigt.