Варианты реализации схем управления печкой.

Варианты реализации схем управления печкой.

                Для изменения мощности, подведенной к нагрузке (нагревательный элемент печки) через симистор, может использоваться либо импульсно-фазовый метод управления, либо метод пропуска периодов (on/off).
Рассмотрим, например, типичную схему  управления печкой принтера. Блок фиксации (печка) подключается (см. рис. 1) к разъему J102 (1-2 конт.). На нагревательный элемент печки подается переменное напряжение сети. Подача или отключение этого напряжения осуществляется с помощью симистора, выполняющего функцию мощного ключа в цепи переменного тока. Для обеспечения гальванической развязки первичной и вторичной цепей управление симистором осуществляется через оптопару SSR101, представляющую собой светодиод и фотосимистор. Сигнал для переключения симистора формируется микроконтроллером и носит название FSRD. В этой модели принтера симистор работает в режиме ON/OFF (пропуск периодов). Защита симистора от высокого падения напряжения на нем обеспечивается еще одним прибором - варистором. Схема защиты (FU701) от перегрева печки обеспечивает безусловное отключение нагревательного элемента печки от питающей сети в случае возникновения аварийного режима работы - чрезмерного перегрева, например, при "пробое" симистора (т.е. при его "коротком" замыкании). Размыкание цепи переменного тока осуществляется за счет отключения реле RL101. Реле управляется схемой на составном транзисторе. Перегрев определяется методом сравнения сигнала от датчика температуры печки с фиксированным опорным напряжением. Сравнение этих сигналов осуществляет компаратор на микросхеме IC302 (типа HA17324). На "прямой" вход этого компаратора подается опорное напряжение, а на "инверсный" вход подается сигнал FSRTH от датчика температуры TH701. Напряжение сигнала датчика температуры уменьшается при нагреве печки. Кроме сигнала от датчика температуры реле может управляться еще и микроконтроллером с помощью сигнала /RLYD. Этим сигналом микроконтроллер включает реле, что позволит обеспечить нагрев печки. И этим же сигналом микроконтроллер размыкает реле в периоды ожидания (когда принтер находится в состоянии "Готов"), а также при возникновении фатальных ошибок принтера.

Рис. 1. Пример схемы  управления печкой принтера.

Метод «Пропуск периодов (on/off)». Одним из альтернативных методов управления мощностью является метод пропуска периодов (on/off). Для регулирования тока через нагрузку, симистор пропускает только часть периодов сетевого напряжения (рис. 2). Пропуск периодов позволяет решить проблему электромагнитной совместимости, так как включение симистора происходит в момент перехода сетевого напряжения через нуль.
                Режим пропуска периодов применим для управления резистивными нагрузками, но не применим для осветительных приборов, так как вызывает мигание ламп накаливания в моменты регулировки температуры, т.е. поддержание ее в пределах 1800С. В принтерах такой метод применяется для мгновенного разогрева ТЭНа и последующего управления. В основном он применяется для печатающих устройств малой и средней производительности со скоростью печати до 30 страниц в минуту.

Рис. 2. Режим управления блоком фиксации тонера ON/OFF.

Схема формирования сигнала "Zero". Для обоих возможных методов управления мощностью необходимо знать, когда сетевое напряжение переходит через нуль. Одним из способов является подача импульсного напряжения непосредственно на вход микроконтроллера обычно через цепи гальванической развязки - оптрон. Сигнал формируется специальной схемой, обычно она обозначается "zero cross detection circuit" результатом работы донной схемы является формирование импульсного сигнала, частота которого совпадает с входным напряжением или кратная ему. На рис. 3 представлена типичная схема формирования сигнала "Zero" с гальванической развязкой цветного лазерного принтера.

Рис. 3. Пример схемы формирования сигнала "ZEROX".

                Сигнал формируется на выходе оптрона, и поступает на микропроцессор принтера, который в свою очередь формирует сигналы управления блоком фиксации тонера, частота и фаза которых совпадает с сигналами "ZEROX". Импульсный сигнал поступает на микропроцессор принтера и анализируется, в случае если сигнал формируется не правильно, то выполняется обычно блокировка принтера и выставляется соответствующий код ошибки, если же сигнал сформирован правильно, микропроцессор формирует далее сигналы управления для блока фиксации тонера (FSRD).

                В принтерах могут применяться и специализированные микросхемы для управления симисторами, они могут быть двух типов:
- со случайным моментом включения и с фазо-привязанным моментом включения, эти микросхемы драйверов со случайным доступом содержат светодиод и оптосимистор; 
- второй тип микросхем драйверов с фазо-привязанным моментом включения содержат светодиод и симистор, а также специальную светочувствительную схему определения перехода переменного напряжения через ноль (ZCC - Zero-Cross Circuit) - именно эта схема и включает симистор в момент перехода переменного напряжения через ноль. 
                Первый тип микросхемы предназначен для высокоскоростного управления нагрузкой в схемах с широтно-импульсной модуляцией. Такие схемы в момент включения мощных симисторов (тиристоров) создают большие импульсные помехи и требуют применения эффективных сетевых фильтров. Второй тип микросхем предназначен для использования в медленнодействующих малошумящих коммутаторах, в которых мощные симисторы (тиристоры) включаются при малых напряжениях (близких к нулю) и не создают больших помех. 
«Импульсно – фазовый» метод управления симистором. Для изменения мощности, подведенной к нагрузке через симистор, может использоваться импульсно-фазовый метод управления. Сущность метода заключается в пропуске части полупериода сетевого напряжения - аналогично широтно-импульсной модуляции. Ток в нагрузке пропорционален интегралу от полученного сигнала. Открывая симистор с большей или меньшей задержкой по времени, возможно "вырезать" соответствующую часть синусоиды питающего напряжения (рис. 4). Таким образом, среднее напряжение на выходе устройства изменяется пропорционально изменению времени задержки открытия симистора. 
                Такой режим используется в регуляторах освещенности - диммерах, которые и используются для управления температурой в блоке фиксации тонера принтеров. В таком режиме управления не уменьшают амплитуду напряжения, а только изменяют форму синусоиды. Яркость свечения лампы накаливания, а, следовательно, и нагрев, пропорциональны площади под обрезанной синусоидой.
                Преимуществом этого метода является то, что частота пульсаций на нагрузке остается равной сетевой, включение ламп и последующий нагрев осуществляется плавно, это способствует уменьшению вероятности перегорания лампы при включении и более равномерному "запеканию" тонера на бумаге. Обратной стороной являются наводки, которые могут появиться в связи с резким переключением симистора. Эти наводки плохо сказываются на электромагнитной совместимости (EMI) полученного устройства и могут вызвать ненужные переключения симистора.

Рис. 4. Фазовый метод управления. Пример схемы управления лампой нагрева запекающего вала блока закрепления изображения (показан момент уменьшения тока через лампу).