CN101359871B - 压电变换器型高压电源装置和图像形成装置 - Google Patents

压电变换器型高压电源装置和图像形成装置 Download PDF

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Abstract

一种压电变换器型高压电源装置，用于控制从压电变换器到负载的输出电压，以及包括该装置的图像形成装置，所述压电变换器型高压电源装置包括：输出电压检测单元，用于将输出电压与输出控制电压相比较，并且根据比较结果输出数字值；和驱动控制单元，用于根据该数字值控制所述压电变换器的频率和占空比。因此，该压电变换器型高压电源装置能够稳定地执行频率和占空比控制而不经历由于特定元件的制造不规则性和/或温度的变化而造成的异常振荡或不可控状态，并且能够在较短上升时间内输出高电压。

Description

压电变换器型高压电源装置和图像形成装置
相关申请的交叉引用 
本申请要求于2007年8月1日向日本专利局提交的日本专利申请No.2007-200799以及于2007年11月23日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.2007-12340的权益，特此通过引用的方式将其公开内容并入。 
技术领域
本发明的各方面涉及一种压电变换器(piezoelectric transformer)型高压电源装置以及包含该装置的图像形成装置。 
背景技术
在电子照相过程中形成图像的图像形成装置中，转印单元接触感光器，以便根据直接转印方法将图像从感光器转印到例如打印介质。具体来说，转印单元是辊(roller)形式的导电橡胶，其具有导电体作为旋转轴。根据感光器的处理速度来控制转印单元的驱动。而且，施加到转印单元上的DC偏压的极性与电晕放电方法的转印电压的极性相同。 
因此，为了使用转印辊(roller)执行可靠的转印，一般施加大约3kV(所需电流为微安级)的电压。根据传统技术，为了生成处理图像信息所需的高压，已经使用了线圈型(coil-type)电子变换器。但是，电子变换器由铜线、绕线架和磁芯组成，并且当将电子变换器用于施加大约3kV的电压时，输出电流值非常低。因此，应该最小化电子变换器的每一部分中的漏电流。为了最小化漏电流，已经使用了利用由有机绝缘材料制成的模具来制作电子变换器的线圈的方法。但是，在使用该方法时，存在产生烟和火的风险，并且需要相对于所提供的电源来说较大的电子变换器。因此，难以降低电子变换器的大小和重量。 
为了解决该问题，已经考虑了通过使用薄型(slim-type)轻量级高输出压电变换器来生成高电压的方法。也就是说，如果采用了使用陶瓷材料的压电变换器，可能生成具有大于或等于电子变换器的效率的高压。而且，不论 是否组合了初级侧和次级侧，都可能将初级侧电极与次级侧电极间隔开。因此，模具处理对于绝缘并非是必要的，并且不再有产生烟和火的风险。结果，可以获得保证小尺寸和轻量级高压电源装置的最佳性能。 
为此，在使用压电变换器的高压电源装置中，压电变换器通过使用通用频率来控制输出。但是，在由高压电源控制电路执行的频率控制中，存在问题(诸如输出电压的可变宽度和效率低下)。也就是说，为了通过提高频率来降低输出电压，如果频率变化太多的话，那么由于在压电变换器中存在多个谐振点，所以输出电压在下一个谐振点升高。因此，无法增加输出电压的可变宽度。另外，造成生成驱动电压的高效率和低效率的频率范围存在于驱动电压的频率中。如果输出电压的可变宽度增加的话，那么应使用造成低效率的频率范围内的频率。从而，高压电源装置的整体效率低下。 
为了解决该问题，已经提出了针对同时控制驱动电压的频率和占空比的技术的建议。当通过使用上述技术同时控制驱动电压的频率和占空比以便统一输出电压时，可以获得低输出电压和增加的可变宽度。因此，能够获得具有极佳稳定性的恒压电源。而且，当造成频率和占空比的高效率的范围被组合时，能够提高高压电源装置的效率。 
但是，在上述技术中，包含在驱动电压控制单元中的、用于同时控制频率和占空比的控制电路，通过由于电阻和电容造成的充电/放电电路而生成一个锥形波(pyramidal wave)。基于该锥形波，同时控制频率和占空比。因此，当负载电流由于特定元件的制造不规则和/或温度的变化而显著升高时，控制电路会超过谐振频率，从而无法控制。此外，无法在谐振频率附近使用驱动频率，从而无法提高效率。 
现在将参照图1至图3来说明传统压电变换器型高压电源装置。图1是说明传统压电型变换器高压电源装置的框图。 
参照图1，在传统压电变压型高压电源装置中，压电变换器T901是陶瓷的。二极管D902和D903以及高压电容器C904将压电变换器T901的交流(AC)输出进行整流和平滑，以形成恒定电压。整流和平滑后的输出电压被提供给转印辊(transfer roller)(未示出)。而且，在通过保护电阻器R908将整流和平滑后的输出电压输入到运算放大器Q909的同相输入端(+端)之前，电阻器R905、R906和R907将整流和平滑后的输出电压进行分压(divide)。 
与此同时，通过电阻器R914将高压电源的模拟控制信号Vcont从DC控制器输入到运算放大器Q909的反相输入端(-端)。运算放大器Q909、电阻器R914和电容器C913形成了一个积分电路(integrator circuit)。运算放大器Q909输出按照积分常数进行了积分处理的控制信号(Vcont)，该积分常数是由电阻器R914和电容器C913的值确定的。 
运算放大器Q909的输出端连接到压控振荡器(Voltage-Controlled Oscillator，VCO)910。并且，VCO910的输出端驱动连接到电感器L912的晶体管Q911，由此提供特定驱动频率的电源到压电变换器T901的初级端。电子照相型图像形成装置的高压电源单元以此方式使用压电变换器T901。 
图2和图3是说明根据传统技术的压电变换器型高压电源装置中压电变换器的驱动频率的波形图。参照图2，压电变换器T901的最大输出电压发生在谐振频率f0处，并且输出电压在谐振频率f0的任一侧降低。从而，通过控制驱动频率，可以控制输出电压。当压电变换器T901的输出电压将被升高时，高于谐振频率f0的驱动频率fx将被用作新的谐振频率f0。 
电子照相型图像形成装置的高压电源单元具有多个高压电源电路，并且利用用于充电、显影和转印的偏置输出来形成图像。但是，由于传统压电变换器型高压电源装置通过处理模拟信号Vcont来控制压电变换器T901的驱动频率fx，如图1所示，因此在达到期望的输出控制电压值之前发生时间延迟。 
而且，压电变换器T901中可以存在多个谐振点。例如，如图3所示，4个谐振点可存在于压电变换器T901中。如图3所示，如果施加了具有第一谐振频率f1的驱动电压，那么第一谐振点存在于能够得到大约3.5kV的输出电压的位置。而且，在第一谐振频率f1的高频侧是将输出电压最大化的第二谐振点(谐振频率：f2)和第三谐振点(谐振频率：f3)。由于每一个谐振点均是输出电压在此处变为最大值的点(如图3所示)，因此如果驱动电压的频率变为高于谐振频率的频率或者变为低于谐振频率的频率，那么输出电压降低。 
但是，如果输出电压的最大值被设置为几千伏时，那么即使在频率从谐振频率改变时，输出电压的频率也不会降低至几百伏或更低。这是因为，如果频率变化极大的话，那么当频率接近下一个谐振频率时，所以频率不会收敛到0。因此，在到达某一的最小频率之后，输出电压升高直到到达下一个 谐振频率为止。 
在驱动电压的频率范围中，范围存在于可以最有效获得压电变换器T901的输出电压中(诸如在谐振频率的附近的范围)。但是，为了增加输出电压范围的可变宽度，还必须使用会造成低效率的范围内的频率。因此，总体上会降低效率。 
发明内容
本发明的各方面提供了一种压电变换器型高压电源装置以及包括该装置的图像形成装置，该压电变换器型高压电源装置能够在较宽的输出电压值范围中稳定地执行频率控制和占空比控制而不经历由于特定元件的制造不规则性和/或温度的变化而造成的异常振荡或不可控状态。 
本发明的各方面还提供一种能够实现在较短的上升时间内输出高电压的压电变换器型高压电源装置以及图像形成装置。 
根据本发明的一个方面，提供了一种用于控制从压电变换器到负载的输出电压的压电变换器型高压电源装置，该装置包括：输出电压检测单元，用于将该压电变换器的输出电压与输出控制电压相比较，并且根据比较结果输出数字值；和驱动控制单元，用于根据该数字值控制所述压电变换器的驱动频率和占空比。其中，所述驱动控制单元包括：驱动频率控制单元，用于根据所述数字值控制驱动频率；断开时间设置单元，用于设置停止驱动电压施加到所述压电变换器的断开时间；驱动电压发生单元，用于生成所述驱动电压；和选择单元，用于根据所述驱动电压发生单元的输出值，选择来自所述驱动频率控制单元的输出值或来自断开时间设置单元的输出值，并且将所选择的输出值输出到所述驱动电压发生单元。其中，所述驱动电压发生单元基于所述驱动频率控制单元所控制的驱动频率、所述断开时间设置单元所设置的断开时间、和来自所述选择单元的输出值来生成驱动电压。 
根据本发明的另一个方面，提供一种图像形成装置，包括：充电单元，用于对潜像载体的表面均匀充电；曝光单元，用于在充电之后在所述潜像载体的表面上形成潜像；显影单元，用于将该潜像显影；转印单元，用于将所述潜像载体上形成的色粉图像转印到转印材料上；和电源装置，用于将电压提供给所述充电单元、所述曝光单元、所述显影单元和所述转印单元中的至少一个，所述电源装置包括：输出电压检测单元，用于将所述压电变换器的 输出电压与输出控制电压相比较，并且根据比较结果输出数字值；和驱动控制单元，用于根据该数字值控制所述压电变换器的驱动频率和占空比。其中，所述驱动控制单元包括：驱动频率控制单元，用于根据所述数字值控制驱动频率；断开时间设置单元，用于设置停止驱动电压施加到所述压电变换器的断开时间；驱动电压发生单元，用于生成驱动电压；和选择单元，用于根据所述驱动电压发生单元的输出值，选择来自所述驱动频率控制单元的输出值或来自断开时间设置单元的输出值，并且将所选择的输出值输出到所述驱动电压发生单元。其中，所述驱动电压发生单元基于所述驱动频率控制单元所控制的驱动频率、所述断开时间设置单元所设置的断开时间、和来自所述选择单元的输出值来生成驱动电压。 
根据本发明的又一个方面，提供了一种压电变换器型高压电源装置，包括：压电变换器，用于根据驱动频率和占空比将输出电压输出到负载；输出电压检测单元，用于将所述压电变换器的输出电压与输出控制电压相比较，并且根据比较结果输出数字值；和驱动控制单元，用于根据该数字值控制所述压电变换器的频率和占空比。其中，所述驱动控制单元包括：驱动频率控制单元，用于根据所述数字值控制驱动频率；断开时间设置单元，用于设置停止驱动电压施加到所述压电变换器的断开时间；驱动电压发生单元，用于生成所述驱动电压；和选择单元，用于根据所述驱动电压发生单元的输出值，选择来自所述驱动频率控制单元的输出值或来自断开时间设置单元的输出值，并且将所选择的输出值输出到所述驱动电压发生单元。其中，所述驱动电压发生单元基于由所述驱动频率控制单元所控制的驱动频率、所述断开时间设置单元所设置的断开时间、和来自所述选择单元的输出值来生成驱动电压。 
根据本发明的又一个方面，提供一种控制从压电变换器到负载的输出电压的方法，该方法包括：将所述压电变换器的输出电压与输出控制电压相比较；根据该比较结果输出数字值；以及由驱动控制单元根据该数字值控制所述压电变换器的驱动频率和占空比。其中，该驱动控制单元包括驱动频率控制单元、断开时间设置单元、驱动电压发生单元和选择单元，并且其中，由驱动控制单元根据该数字值控制所述压电变换器的驱动频率和占空比包括：由驱动频率控制单元根据所述数字值控制驱动频率；由断开时间设置单元设置停止驱动电压施加到所述压电变换器的断开时间；由驱动电压发生单元生 成所述驱动电压；和由选择单元根据所述驱动电压发生单元的输出值，选择来自所述驱动频率控制单元的输出值或来自断开时间设置单元的输出值，并且将所选择的输出值输出到所述驱动电压发生单元，其中，由驱动电压发生单元基于由所述驱动频率控制单元所控制的驱动频率、所述断开时间设置单元所设置的断开时间、和来自所述选择单元的输出值来生成驱动电压 
将在下面的描述中部分地阐明本发明的其它方面和/或优点，并且部分地将从描述中变得清楚，或者可以从本发明的实践中习得。 
附图说明
从以下结合附图对实施例的描述中，本发明的这些和/或其它方面及优点将会变得明显并且更加易于理解，附图中： 
图1是说明传统压电变换器型高压电源装置的框图； 
图2是用于说明根据传统技术的压电变换器型高压电源装置中压电变换器的驱动频率的第一波形图； 
图3是用于说明根据传统技术的压电变换器型高压电源装置中压电变换器的驱动频率的第二波形图； 
图4是用于说明根据本发明的实施例的压电变换器型高压电源装置的方框图； 
图5是用于说明根据本发明的实施例的压电变换器型高压电源装置的压电变换器驱动控制单元的方框图； 
图6A至图6C是示出在根据本发明的实施例的压电变换器型高压电源装置中升高电压时出现的电感器电源电压和工作波形之间的关系的图； 
图7是用于说明在根据本发明的实施例的压电变换器型高压电源装置中压电变换器的驱动频率的波形图； 
图8是示出根据本发明的实施例的压电变换器型高压电源装置的操作的时序图；以及 
图9是根据本发明的实施例的压电变换器型高压电源装置当停止操作时的时序图。 
具体实施方式
现在将详细参照所提出的本发明的实施例，实施例的示例在附图中示 出，其中贯穿附图，相似的参考标号指代相似的元件。为了参照附图来说明本发明，下面对实施例进行描述。 
根据本发明的各方面的压电变换器型高压电源装置通过利用数字信号处理来同时控制驱动频率和占空比。因此，在输出电压值的宽范围内同时稳定和高效地控制驱动频率和占空比，而不经历不可控制的状态或者由于不规则的特定元件和温度变化而造成异常振荡发生。结果是，能够在短的升高时间内输出高电压。 
现在将参照图4至图9来说明根据本发明的各方面的压电变换器型高压电源装置。具体来说，压电变换器型高压电源装置10施加由预定驱动频率和占空比控制的驱动电压到压电变换器T201，以使得来自压电变换器T201的输出电压能够被提供给负载。图4是用于说明根据本发明的实施例的压电变换器型高压电源装置10的框图。 
参照图4，压电变换器型高压电源装置10包括驱动单元20、压电变换器驱动控制单元30、整流平滑单元40和输出电压检测单元50。 
驱动单元20包括压电变换器T201、电感器L201、电阻器R201、和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或晶体管形成的开关器件S201。 
如果电源VDD连接到电感器L201，那么由压电变换器驱动控制单元30进行频率控制的驱动电压就被输入到开关器件S201。所输入的驱动电压控制开关器件S201的接通/断开状态，由此升高所施加的电源电压或转换为准正弦波。然后，经转换的电源电压施加到压电变换器T201。 
压电变换器T201具有压电振动体，其包含初级电极(primary electrode)和次级电极(secondary electrode)。初级侧沿宽度方向极化，并且极化端互相面对，其间配置有压电振动体。次级侧沿长度(lengthwise)方向极化。初级电极和次级电极可以提供在树脂盒(resin case)中(未示出)。而且，压电振动体可以由压电陶瓷(诸如锆钛酸铅(plumbum-zirconate-titanate，PZT))构成，并且可以是平板形状。在压电振动体的长度方向中，第一电极配置例如从一侧到压电振动体的中间。次级电极配置在另一侧。如果具有合适的谐振频率的驱动电压施加到初级侧，该谐振频率按照长度计量确定，那么由于反压电效应会引起强机械谐振，并且由于压电效应会输出对应于该振动的高输出电压。 
图6A至图6C是示出当在根据本发明的实施例的压电变换器型高压电 源装置中升高电压时出现的电感器电源电压与工作波形之间的关系的图。 
现在将参照图4和图6A至6C详细说明当升高电源电压时的操作。参照图6B，如果驱动电压施加到开关器件S201，那么开关器件S201切换到ON(接通)状态，并且电流流过电感器L201。在这种情况下，如果假定在图6B中，施加驱动电压的时间是ON(接通)时间并且没有施加驱动电压的时间是OFF(断开)时间，那么电流对应于ON(接通)时间的驱动电压。而且，根据ON(接通)时间来确定流经开关器件S201的电流，并且当电流流过时，在电感器L201中积聚能量。 
如果开关器件S201切换到OFF(断开)状态，那么在连接到压电变换器T201的初级侧的电容器C201与电感器L201之间引起谐振。当引起这样的谐振时，施加到压电变换器T201的电压是压电变换器T201的驱动电压(如图6A所示)，并且电压的大小根据电感器L201所积聚的能量的数量而增加。因此，当ON(接通)时间增加时，在增加施加到压电变换器T201的驱动电压之后输出的输出电压增加。 
通常，如果占空比增加，那么压电变换器T201的输出效率也增加。因此，由于驱动频率和占空比被同时控制，因此输出电压的控制变得较为容易，这是由压电变换器T201的增加的输出电压的较高效率所造成的。此外，尽管图6A至图6C中OFF(断开)时间固定，应当理解本发明的各方面不局限于此，并且OFF(断开)时间也可以变化。 
返回参照图4，压电变换器驱动控制单元30控制驱动电压的频率，该驱动电压根据从输出电压检测单元50输入的数字变化值来控制压电变换器T201和占空比。压电变换器型高压电源装置10其特征在于这样的事实：通过压电变换器驱动控制单元30执行的数字信号处理来控制压电变换器T201的驱动频率。稍后将更加详细地说明这样的压电变换器驱动控制单元30。 
整流平滑单元40包括电容器C401以及二极管D401和D403。压电变换器T201的交流(AC)输出被二极管D401和D403以及电容器C401整流并平滑为恒定电压(DC电压)，并且被提供给负载(例如，转印辊)。 
输出电压检测单元50检测作为数字变化值的输出电压的变化。具体来说，输出电压检测单元50将压电变换器T201的输出电压与用于保持恒定输出电压的输出控制电压进行比较。为了这样做，输出电压检测单元50包括电容器C501和C503、电阻器R501和R503、以及比较器(COMP)501。 被整流平滑单元40整流和平滑为DC电压的输出电压被输出电压检测单元50中的分压电阻器R501和R503分压。然后，输出电压被输入到比较器501的反相输入端(-端)，作为误差检测电压(Feedback)。在这种情况下，分别并联到分压电阻器R501和R503的电容器C501和C503对输出电压的AC分量和DC分量进行调整。而且，作为DC电压的用于控制输出电压的输出控制电压被作为参考电压Reference_Volt输入到比较器501的同相输入端(+端)。 
比较器501将分别输入到同相输入端(+端)和反相输入端(-端)的输出电压Reference_Volt与误差检测电压Feedback的大小进行比较，并且输出作为数字变化值的比较结果。如果输出电压Feedback大于参考输出电压Reference_Volt，那么比较器501的输出就处于“低”逻辑电平，而如果输出电压Feedback小于参考输出电压Reference_Volt，那么比较器501的输出就处于“高”逻辑电平。根据本发明的各方面，来自输出端的输出电压中的模拟变化可以用从比较器501输出的数字变化值来代表。数字变化值是输入到压电变换器驱动控制单元30的控制信号UP/DOWN，用于控制其频率控制单元。 
而且，压电变换器型高压电源装置10还包括提供重置信号的重置单元101、提供时钟信号的时钟单元103、以及为压电变换器T201提供驱动控制信号0N/OFF的控制器105。 
从控制器105提供的驱动控制信号(ON/OFF信号)被电阻器R103和R105以及开关器件S101反相，并且被转换为开路集电极(open collector)输出，以使得被输入到压电变换器驱动控制单元30。 
图5是用于说明根据本发明的实施例的压电变换器型高压电源装置10的压电变换器驱动控制单元30的框图。参照图5，压电变换器驱动控制单元30包括驱动频率控制单元、断开时间(off time)设置单元307、选择单元309和驱动电压发生单元。 
驱动频率控制单元根据从输出电压检测单元50输出的数字变化值(UP/DOWN信号)以可变方式控制压电变换器T201的驱动频率。驱动频率控制单元包括递增/递减计数器301、寄存器303和第一比较器305。 
时钟单元103将根据所需频率控制精确度生成的高速时钟信号提供给递增/递减计数器301。当时钟信号处于“高”逻辑电平并且来自输出电压检测 单元50的控制信号UP/DOWN处于“高”逻辑电平时，计数器值按X递增。当时钟信号处于“高”逻辑电平时并且如果控制信号UP/DOWN处于“低”逻辑电平时，计数器值按X递减。而且，可以通过设置低阶M比特值，根据驱动电压生成计数器的比特数(N)与低阶M比特之和(即，N+M)来设置频率控制计数器的比特数。因而，误差反馈电压Feedback的增益可以被校正并且可以使稳定控制得以实现。如果频率控制计数器的比特数被设置为(N+M)，那么即使在输出电压Feedback和输出控制电压Reference_Volt的大小彼此相似并且递增/递减计数器301的计数器值中的变化变得非常小时，高阶N比特也不改变，即使是低阶M比特发生变化也是如此。因此，能够稳定执行计数。 
这里，计数器递增/递减值X是一个寄存器值，其可以是固定值，或者也可以被自由设置(例如，由外部控制器设置)，以便校正误差反馈电压Feedback的增益。计数器递增/递减值X的设置值被存储在寄存器303中并且每当需要时便由递增/递减计数器301参考。 
图7是用于说明在根据本发明的实施例的压电变换器型高压电源装置10中压电变换器T201的驱动频率的波形图。参照图7，输出电压相对于施加到压电变换器T201的驱动电压的频率而变化。压电变换器T201的输出电压具有三个极值(谐振点)，如图7所示。在低频侧第一谐振频率f1的附近，给出最高输出电压。当频率向高频侧第二谐振频率f2和第三谐振频率f3移动时，输出电压的值减小。因此，为了更有效地获得压电变换器T201的输出电压，可以使用第一谐振频率f1附近的驱动频率。 
因此，被用于控制频率的递增/递减计数器301的计数器值在如图7所示的频率范围上收敛。可以通过取在其中反映第一谐振频率f1的制造不规则性的频率值(f_min)的频率值作为最小频率、在输出电压曲线在第一谐振频率f1与第二谐振频率f2之间紧接升高之前的频率值(f_max)作为最大频率来得到频率范围。在这种情况下，f_min和f_max是存储在寄存器303中的寄存器值，并且可以是固定的或者由外部控制器设置。 
计数器值的高阶N比特被输出到第一比较器305、断开时间设置单元307、和选择单元309。每当输入来自时钟单元103的时钟信号时，通过第一比较器305将递增/递减计数器301的计数器值与f_min寄存器值与f_max寄存器值相比较。如果比较结果指示递增/递减计数器301的计数器值是频率 范围的边界值，那么来自第一比较器305的控制信号被输出到递增/递减计数器301，以停止递增/递减计数器301的递增/递减计数操作。 
而且，当从递增/递减计数器301输入计数器值并且从断开时间设置单元307输入用于设置断开时间的寄存器值时，选择单元309选择输入值中的任意一个以便控制占空比。而且，如果重置信号被从重置单元101提供给递增/递减计数器301，那么递增/递减计数器301将计数器值设置为f_min。 
因此，如果输出控制电压Reference_Volt(其为DC电压)与输出电压Feedback的比较结果指示输出电压Feedback较高，那么递增/递减计数器301的计数器值减小，驱动电压频率升高，占空比降低，从压电变换器T201输出的输出电压Feedback减小。与此同时，如果输出电压Feedback低于输出控制电压Reference_Volt，那么频率控制递增/递减计数器301的计数器值增加，驱动电压频率降低，占空比减小，来自压电变换器T201的输出电压减小。结果，输出电压值保持在期望驱动电压频率处(图7中的f_target)。也就是说，通过同时控制驱动频率和占空比，将输出电压值相对于输出控制电压Reference_Volt保持恒定。 
而且，当输出是OFF(断开)状态时，输出控制电压Reference_Volt变得大于输出电压Feedback。因此，驱动频率逐渐降低到f_min，然后停止。这里，占空比处于最大值。与此同时，当输出是在ON(接通)状态时，输出控制电压Reference_Volt变得小于输出电压Feedback。在这种情况下，驱动频率逐渐增加到目标频率(图7中的f_target)。这里，占空比处于最小值。 
寄存器303是一个变化范围存储单元，其存储压电变换器T201的驱动频率的最大值(f_max)和最小值(f_min)。而且，寄存器303存储递增/递减计数器301的计数器递增/递减值X。寄存器303输出计数器递增/递减值X到递增/递减计数器301和/或输出f_max或f_min到第一比较器305。 
第一比较器305是频率范围控制单元，其基于存储在寄存器303中的频率变化范围和来自递增/递减计数器301的输出值，将驱动频率的变化控制在频率变化范围内。更加具体来说，递增/递减计数器301的高阶N比特的计数器值，f_max和f_min被输入到第一比较器305。第一比较器305将具有f_max和f_min的计数器值大小进行比较，由此确定输入计数器值是否与压电变换器T201的频率范围的边界上的值相同。如果高阶N比特的计数器值大于频率范围的最小值(f_min)、或者小于最大值(f_max)，那么第一比较 器305输出“高”逻辑电平，并且发送一个递增/递减停止信号。递增/递减停止信号是一个用于停止递增/递减计数器301的递增/递减计数运算的控制信号。 
断开时间设置单元307设置停止驱动电压施加到压电变换器T201的断开时间。更加具体来说，断开时间设置单元307存储用于设置标准断开时间的寄存器值。标准断开时间是用于设置断开时间的标准值，其中驱动电压作为低输出电压被输出。断开时间设置单元307包括断开时间处理单元(未示出)，其基于递增/递减计数器301的输出值来设置用于设置标准断开时间的寄存器值。这里，可以由外部控制器来设置用于设置标准断开时间的寄存器值。 
而且，断开时间设置单元307还将断开时间设置为可变值或者固定值。可以根据方程式1来输出用于设置断开时间的寄存器值： 
[方程式1] 
设置断开时间的寄存器值＝设置标准断开时间的寄存器值+(f_min-A)×α， 
其中0≤α＜1，A是N比特递增/递减计数器301的输出值，f_min是来自寄存器303的输入。 
在方程式1中，当α＝0时，用于设置断开时间的寄存器值等于用于设置标准断开时间的寄存器值。因此，断开时间设置单元307能够固定断开时间。当0＜α＜1时，可以将用于设置标准断开时间的寄存器值设置为具有可变宽度(f_min-A)×α的可变值。 
选择单元309根据来自驱动电压发生单元的输出值，选择来自驱动频率控制单元的输出值以及来自断开时间设置单元307的输出值，并且输出所选择的输出值到驱动电压发生单元。 
来自递增/递减计数器301的计数器值(高阶N比特)被输入到选择单元309，并且从断开时间设置单元307输入用于设置断开时间的寄存器值。此外，当1比特计数器315的输出是高输出时(即，当驱动电压为高时)，选择单元309选择递增/递减计数器301的计数器值(高阶N比特)。当1比特计数器315的输出是低输出时(即，当驱动电压为低时)，选择单元309选择用于设置断开时间的寄存器值。而且，选择单元309将所选择的输出值输出到第二比较器313。 
驱动电压发生单元基于由驱动频率控制单元控制的驱动频率、由断开时间设置单元307设置的断开时间、以及选择单元309的输出值来生成压电变换器T201的驱动电压。如图5所示，驱动电压发生单元包括N比特数字重置计数器311、第二比较器313、1比特计数器315和AND(与)门317和319。 
为了与递增/递减计数器301同步，N比特数字重置计数器311(以下文中称为N比特计数器311)具有与递增/递减计数器301相同的、从时钟单元103输入的高速时钟。每当时钟信号处于“高”逻辑电平时，计数器值就增加1。N比特计数器311的计数器值被输出到第二比较器313。 
而且，如果“低”逻辑电平被输入到N比特计数器311的重置输入端，那么就重置N比特计数器311并且计数器值变为0。通过对重置单元101提供的系统重置信号与第二比较器313的输出信号(COMPAPE_OUT)的反相形式(inverted version)在AND门319中执行AND运算来生成输入到N比特计数器311的重置信号。当电源接通时系统重置信号将所有逻辑电路初始化。 
选择单元309的输出值和N比特计数器311的计数器值被输入到第二比较器313。选择单元309的输出值是递增/递减计数器301的计数器值，其控制频率或任意一个寄存器值，用以由断开时间设置单元307设置断开时间。N比特计数器311的计数器值是用于生成驱动电压的计数器值。 
在这些值被输入第二比较器313中之后，当1比特计数器315的输出为高时(也即，当驱动电压输出为高时)，第二比较器313将选择单元309所选择的递增/递减计数器301的计数器值与N比特计数器311的计数器值相比较。从而，如果两个计数器值相同，则输出“高”逻辑电平。反之，当1比特计数器315的输出为低时(也即，当驱动电压输出为低时)，第二比较器313将选择单元309所选择的设置断开时间的寄存器值与N比特计数器值相比较。从而，如果两个计数器值相同，则输出“高”逻辑电平。 
因此，可以通过递增/递减计数器301的计数器值来控制驱动频率。而且，可以通过递增/递减计数器301的计数器值来控制接通时间(0n time)，在该接通时间中驱动电压输出为高，可以通过设置断开时间的寄存器值来控制断开时间，通过改变选择单元309选择该值的定时来控制占空比，其中转换定时对应于N比特计数器311的重置定时。 
此外，当N比特计数器311的计数器值高于选择单元309的输出值时，第二比较器313处于“高”逻辑电平。如果来自重置单元101的重置信号被提供给第二比较器313，则重置第二比较器313。 
1比特计数器315被第二比较器313的输出信号触发。每当第二比较器313的输出处于“高”逻辑电平时，来自输出端的输出电压就被反相。1比特计数器315的输出信号被输入到AND门317。而且，如果来自重置单元101的重置信号被输入，则重置1比特计数器315。 
此外，1比特计数器315的输出信号还被输入到选择单元309。如上所述，如果1比特计数器315的输出处于“高”逻辑电平，那么选择单元309选择递增/递减计数器301的计数器值。如果1比特计数器315的输出值处于“低”逻辑电平，那么选择单元309选择用于设置断开时间的寄存器值。也就是说，在驱动电压的“高”逻辑电平和“低”逻辑电平被反相的时刻，选择单元309从控制接通时间的递增/递减计数器301的计数器值和用于设置断开时间的寄存器值中选择的该值被反相。从而，由于1比特计数器315和选择单元309的操作，能够将驱动电压施加到压电变换器T201，或者能够来控制停止该驱动电压施加到压电变换器T201的定时，由此控制驱动电压的占空比。 
ENABLE(使能)信号的反相形式(即，从控制器105输出的开/关控制信号)和来自1比特计数器315的输出信号被输入到AND门317。根据AND门317的运算结果，执行高压电源输出的开/关控制。也就是说，如果ENABLE信号被设置为处于“低”逻辑电平，则从AND门317输出驱动电压而未被反相，并且输出高压电源输出。反之，如果ENABLE信号被设置为处于“高”逻辑电平，则AND门317的输出被强制为处于“低”逻辑电平，并且停止高压的输出。当停止高压输出时，驱动频率控制单元控制驱动频率f_min和将为最大值的占空比，以最大化输出电压。 
来自重置单元101的重置信号和第二比较器313的输出信号(COMPAPE_OUT)的反相被输入到AND门319，并且生成N比特计数器311的重置信号。AND门319的输出被输入到N比特计数器311的重置端。 
而且，压电变换器驱动控制单元30包括D/A转换器321，其将控制器105的输出信号转换为模拟信号，以生成输出控制电压Reference_Volt。应当理解，D/A转换器321不局限于特定类型。例如，可以采用常规使用的D/A 转换器作为D/A转换器321。而且，可以使用脉冲宽度调制(PWM)信号发生器来取代D/A转换器321。由D/A转换器321的转换处理生成的输出控制电压Reference_Volt被输入到输出电压检测单元50的比较器501。 
可以通过使用通用模块或电路来形成上述的高压电源装置10的每一个元件，或者也可以通过使用根据每一个元件的功能定制的硬件来形成上述的高压电源装置10的每一个元件。因而，能够根据所需的技术水平来适当地修改高压电源装置10的结构。 
图8是示出根据本发明的实施例的压电变换器型高压电源装置10的操作的时序图。图9是根据本发明的实施例的压电变换器型高压电源装置10当停止操作时的时序图。假定在图8和图9中固定用于设置断开时间的寄存器值(a＝0)，虽然本发明的各方面并不局限于此。 
现在将参照图8和图9来详细说明根据本发明的各方面的压电变换器型高压电源装置10的操作。图8示出了在从高压输出准备阶段到目标高压输出的时间段(也即，从断开状态到接通状态，然后到目标高压输出)中的控制操作时序图。在准备状态，如图8中所示，由于输出控制电压Reference_Volt大于输出电压Feedback，所以驱动频率(FREQ_OUT)为f_min。此外，每当输出信号COMPARE_OUT处于“高”逻辑电平时，选择单元309的输出值Y就将从递增/递减计数器301的计数器值和用于设置断开时间(Off Time)的寄存器值中选择的输出值进行转换。如果ENABLE处于“低”逻辑电平并且装置10处于ON(接通)状态，那么输出电压Feed_Back_Volt就逐渐增加，并且UP被作为递增/递减信号输入到递增/递减计数器301中。而且，如果输出电压Feed_Back_Volt大于输出控制电压Reference_Volt，则DOWN(递减)被作为递增/递减信号输出，并且递增/递减计数器301减小计数器值。在图8中，Cnt Down表示减小计数器值的向下计数。而且，N比特计数器311中的CD1表示Cnt Down1并且计数器值为Cnt Down1＞Cnt Down2。 
由于假设在图8中固定用于设置断开时间的寄存器值，因此当递增/递减计数器301的计数器值减小时，驱动频率FREQ_OUT处于“高”逻辑电平的时间长度被缩短。因此，占空比降低。从而，驱动频率移向高频侧。 
在图8中，Hi f表示驱动频率移向高频侧。为此，当接通时间缩短时，因此占空比降低。而且，当驱动频率增加时，输出功率FREQ_DRIVE_OUT降低。 
如上所述，驱动频率FREQ_OUT移向高频侧，并且被控制为目标驱动频率f_target。在图8中，递增/递减计数器301中的Cnt target1表示对驱动频率计数直到f_target为止，N比特计数器311中的CT1表示Cnt target 1。图9示出了在从目标高压输出到高压输出准备状态的时间段(也即，从目标高压输出到断开状态，然后再到高压输出准备状态)中的控制操作时序图。如图9中所示，在输出目标高压的状态中，N比特计数器311和递增/递减计数器301继续计数，直到计数器值变为f_target(ft)为止，并且输出电压Feed_Back_Volt值变为类似于输出控制电压Reference_Volt。这里，如果ENABLE处于“高”逻辑电平并且装置10在OFF状态，那么输出电压Feed_Back_Volt逐渐降低并且输出控制电压Reference_Volt的值升高。结果，UP被作为递增/递减信号输出，并且因此递增/递减计数器301增加计数器值。在图9中，CntUp表示增加计数器值的递增计数。 
由于假设在图9中固定用于设置断开时间的寄存器值，因此当递增/递减计数器值增加时，驱动频率FREQ_OUT处于“高”逻辑电平的时间加长。因此，占空比升高。从而，驱动频率移向低频侧。在图9中，Low f表示驱动频率移向低频侧。 
如图9中所示，如果递增/递减计数器301的计数器值增加，那么N比特计数器311的计数器值的上限值也随之增加。结果，驱动频率FREQ_OUT从f_target向低频侧移动，直到到达f_min为止，在该频率处发生最大输出电压。 
现在将说明使用根据本发明的各方面的压电变换器型高压电源装置10的图像形成装置。 
图像形成装置包括用于对潜像载体(latent image supporter)的表面进行充电的充电单元、用于在充电之后在潜像载体的表面上形成潜像的曝光单元、用于将该潜像显影的显影单元、和用于将潜像载体上所形成的色粉图像(toner image)转印到转印材料上的转印单元。 
在这种情况下，向充电单元、显影单元和转印单元提供具有来自设置在图像形成装置中的电源装置的预定偏置(电压)。因而，图像形成装置采用根据本发明的各方面的压电变换器型高压电源装置10作为用于提供电压给充电单元、显影单元和转印单元中的至少一个(例如，只提供给充电单元、或者充电单元和显影单元)的电源装置。 
由于压电变换器型高压电源装置10能够稳定地执行频率控制而不经历异常振荡或不可控状态，所以使用压电变换器型高压电源装置10的图像形成装置的充电单元、显影单元和转印单元能够稳定工作。而且，由于能够在较短的上升时间内输出高压，所以能够缩短每次处理过程所需的时间。 
如上所述，在根据本发明的各方面的压电变换器型高压电源装置10中，压电变换器T201的驱动电压发生单元包括作为重置计数器的N比特计数器311，频率控制单元包括由递增/递减计数器301控制的数字处理电路。而且，可以用最小频率范围设置寄存器(f_min)和最大频率范围设置寄存器(f_max)来设置频率变化控制递增/递减计数器301的变化控制范围。因此，在输出电压的宽频范围中，可以在驱动电压不经历由于特定元件的制造不规则性和/或温度的变化而造成的异常振荡或不可控状态的状态下，稳定地控制频率和占空比。 
而且，在根据本发明的各方面的压电变换器型高压电源装置10中，当由外部ON/OFF控制信号将输出设置在OFF状态时，压电变换器驱动控制单元30控制频率变为最小频率，该最小频率可以变化(f_min)并且在该频率上高压输出值变为最大值。因而，当输出在ON状态时，能够实现在较短上升时间内的高压输出。 
而且，通过形成具有逻辑电路的压电变换器驱动控制单元30，可以将其安装在传统专用集成电路(ASIC)上，并且能够降低频率控制单元的成本。 
应当理解，本发明的各方面不局限于上面所描述的实施例。例如，虽然上面通过检测输出电压中的变化并且使电压值恒定说明了恒定电压的控制，但是可以执行恒定电流的控制来取代恒定电压控制。在这种情况下，检测输出电流中的变化并且将电流值设置为恒定。即使在执行该恒定电流控制时，操作也将与恒定电压控制的操作相同。 
虽然已经示出并且描述了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员会理解，在不脱离本发明的原则和精神的条件下可以在实施例中进行各种变化，本发明的范围由权利要求及其等效物限定。 

Claims (22)

1.一种压电变换器型高压电源装置，用于控制从压电变换器到负载的输出电压，该装置包括：
输出电压检测单元，用于将该压电变换器的输出电压与输出控制电压相比较，并且根据比较结果输出数字值；和
驱动控制单元，用于根据该数字值控制所述压电变换器的驱动频率和占空比，
其中，所述驱动控制单元包括：
驱动频率控制单元，用于根据所述数字值控制驱动频率；
断开时间设置单元，用于设置停止驱动电压施加到所述压电变换器的断开时间；
驱动电压发生单元，用于生成所述驱动电压；和
选择单元，用于根据所述驱动电压发生单元的输出值，选择来自所述驱动频率控制单元的输出值或来自断开时间设置单元的输出值，并且将所选择的输出值输出到所述驱动电压发生单元，
其中，所述驱动电压发生单元基于所述驱动频率控制单元所控制的驱动频率、所述断开时间设置单元所设置的断开时间、和来自所述选择单元的输出值来生成驱动电压。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述输出电压检测单元：
如果所述输出电压大于所述输出控制电压，输出第一数字值；以及
如果所述输出电压小于所述输出控制电压，输出第二数字值。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述驱动频率控制单元：
如果所述数字值是第一数字值，提高所述驱动频率；以及
如果所述数字值是第二数字值，降低所述驱动频率。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述驱动控制单元还包括：
存储单元，用于存储所述驱动频率的频率范围；和
频率范围控制单元，用于将需改变的驱动频率控制在所存储的频率范围内的值。
5.如权利要求4所述的装置，其中：
如果由所述驱动频率控制单元控制的驱动频率超出所述频率范围，则所述频率范围控制单元输出控制信号；以及
所述驱动频率控制单元根据从所述频率范围控制单元输出的控制信号停止所述驱动频率的变化。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述驱动控制单元控制用于由所述驱动频率控制单元施加所述驱动电压到所述压电变换器的接通时间，控制由所述断开时间设置单元设置的断开时间，并且控制在所述选择单元中改变接通时间和断开时间的定时以便控制所述占空比。
7.如权利要求1所述的装置，其中，所述驱动控制单元同时控制所述驱动频率和所述占空比。
8.如权利要求1所述的装置，还包括：
整流平滑单元，用于在输出所述输出电压到所述负载之前，整流和平滑所述压电变换器的输出电压。
9.一种图像形成装置，包括：
充电单元，用于对潜像载体的表面均匀充电；
曝光单元，用于在充电之后在所述潜像载体的表面上形成潜像；
显影单元，用于将该潜像显影；
转印单元，用于将所述潜像载体上形成的色粉图像转印到转印材料上；和
电源装置，用于将压电变换器的输出电压提供给所述充电单元、所述曝光单元、所述显影单元和所述转印单元中的至少一个，该电源装置包括：
输出电压检测单元，用于将所述压电变换器的输出电压与输出控制电压相比较，并且根据比较结果输出数字值；和
驱动控制单元，用于根据该数字值控制所述压电变换器的驱动频率和占空比，
其中，所述驱动控制单元包括：
驱动频率控制单元，用于根据所述数字值控制驱动频率；
断开时间设置单元，用于设置停止驱动电压施加到所述压电变换器的断开时间；
驱动电压发生单元，用于生成驱动电压；和
选择单元，用于根据所述驱动电压发生单元的输出值，选择来自所述驱动频率控制单元的输出值或来自断开时间设置单元的输出值，并且将所选择的输出值输出到所述驱动电压发生单元，
其中，所述驱动电压发生单元基于所述驱动频率控制单元所控制的驱动频率、所述断开时间设置单元所设置的断开时间、和来自所述选择单元的输出值来生成驱动电压。
10.如权利要求9所述的图像形成装置，其中：
如果所述输出电压大于所述输出控制电压，则所述输出电压检测单元输出第一数字值；
如果所述输出电压小于所述输出控制电压，则所述输出电压检测单元输出第二数字值；
如果所述数字值是第一数字值，则所述驱动频率控制单元提高所述驱动频率；以及
如果所述数字值是第二数字值，则所述驱动频率控制单元降低所述驱动频率。
11.如权利要求9所述的图像形成装置，其中，所述驱动控制单元还包括：
频率范围控制单元，用于将需改变的驱动频率控制在预定的频率范围内的值。
12.如权利要求9所述的图像形成装置，其中，所述驱动控制单元控制用于由所述驱动频率控制单元施加所述驱动电压到所述压电变换器的接通时间，控制由所述断开时间设置单元设置的断开时间，并且控制在所述选择单元中改变接通时间和断开时间的定时以便控制所述占空比。
13.如权利要求9所述的图像形成装置，其中，所述驱动控制单元同时控制所述驱动频率和所述占空比。
14.一种压电变换器型高压电源装置，包括：
压电变换器，用于根据驱动频率和占空比将输出电压输出到负载；
输出电压检测单元，用于将所述压电变换器的输出电压与输出控制电压相比较，并且根据比较结果输出数字值；和
驱动控制单元，用于根据该数字值控制所述压电变换器的驱动频率和占空比，
其中，所述驱动控制单元包括：
驱动频率控制单元，用于根据所述数字值控制驱动频率；
断开时间设置单元，用于设置停止驱动电压施加到所述压电变换器的断开时间；
驱动电压发生单元，用于生成所述驱动电压；和
选择单元，用于根据所述驱动电压发生单元的输出值，选择来自所述驱动频率控制单元的输出值或来自断开时间设置单元的输出值，并且将所选择的输出值输出到所述驱动电压发生单元，
其中，所述驱动电压发生单元基于由所述驱动频率控制单元所控制的驱动频率、所述断开时间设置单元所设置的断开时间、和来自所述选择单元的输出值来生成驱动电压。
15.如权利要求14所述的装置，其中，所述驱动控制单元控制用于由所述驱动频率控制单元施加所述驱动电压到所述压电变换器的接通时间，控制由所述断开时间设置单元设置的断开时间，并且控制在所述选择单元中改变接通时间和断开时间的定时以便控制所述占空比。
16.如权利要求14所述的装置，其中，所述驱动控制单元同时控制所述驱动频率和所述占空比。
17.一种控制从压电变换器到负载的输出电压的方法，该方法包括：
将所述压电变换器的输出电压与输出控制电压相比较；
根据比较结果输出数字值；以及
由驱动控制单元根据该数字值控制所述压电变换器的驱动频率和占空比，
其中，该驱动控制单元包括驱动频率控制单元、断开时间设置单元、驱动电压发生单元和选择单元，并且其中，由驱动控制单元根据该数字值控制所述压电变换器的驱动频率和占空比包括：
由驱动频率控制单元根据所述数字值控制驱动频率；
由断开时间设置单元设置停止驱动电压施加到所述压电变换器的断开时间；
由驱动电压发生单元生成所述驱动电压；
由选择单元根据所述驱动电压发生单元的输出值，选择来自所述驱动频率控制单元的输出值或来自断开时间设置单元的输出值；和
由选择单元将所选择的输出值输出到所述驱动电压发生单元，
其中，由驱动电压发生单元基于由所述驱动频率控制单元所控制的驱动频率、所述断开时间设置单元所设置的断开时间、和来自所述选择单元的输出值来生成驱动电压。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述数字值的输出包括：
如果所述输出电压大于所述输出控制电压，则输出第一数字值；以及
如果所述输出电压小于所述输出控制电压，则输出第二数字值。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述驱动频率的控制包括：
如果所述输出数字值是第一数字值，则提高所述驱动频率；以及
如果所述输出数字值是第二数字值，则降低所述驱动频率。
20.如权利要求17所述的方法，还包括：
存储所述驱动频率的频率范围；以及
控制所述驱动频率在所述频率范围内。
21.如权利要求20所述的方法，其中，控制所述驱动频率在所述频率范围内包括：
如果所述驱动频率超出所述频率范围，则输出控制信号；以及
根据该控制信号来停止所述驱动频率的变化。
22.如权利要求17所述的方法，其中，所述驱动频率和所述占空比的控制包括：同时控制所述驱动频率和所述占空比。
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