CN109586550B

CN109586550B - 电源装置和图像形成装置

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Publication number: CN109586550B
Application number: CN201810430656.5A
Authority: CN
Inventors: 太田大介
Original assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2023-07-14
Anticipated expiration: 2038-05-08
Also published as: CN109586550A; JP2019062700A; US10359725B2; US20190094779A1

Abstract

电源装置和图像形成装置。一种电源装置包括控制基板和电源基板。该控制基板具有输出调制信号的调制信号生成集成电路，该调制信号被调制以生成AC电压。电源基板通过将从控制基板的调制信号生成集成电路输出的调制信号解调制来生成AC高电压。

Description

电源装置和图像形成装置

技术领域

本发明涉及一种电源装置和图像形成装置。

背景技术

在日本未审查专利申请公布No.2010-124677、日本未审查专利申请公布No.2013-065932、日本专利No.5282580等中提出了根据现有技术的图像形成装置中使用的电源装置的示例。

日本未审查专利申请公布No.2010-124677描述了一种用于图像形成装置的高压AC(交流)电源装置，该高压AC电源装置包括：AC电压生成单元和DC(直流)电压生成单元。AC电压生成单元包括正弦波生成电路、比较电路、开关/放大电路、滤波器电路、变压器和控制电路。正弦波生成电路从具有根据频率设定信号设定的输出频率并具有根据输出电压设定信号设定的输出电压振幅的矩形波生成正弦波形信号。比较电路对由正弦波生成电路生成的第一正弦波形信号与三角波形信号进行比较，并输出比较的结果。开关/放大电路基于来自比较电路的输出信号执行开关操作和信号放大。滤波器电路将来自开关/放大电路的输出信号的波形转换为第二正弦波形信号。变压器对来自滤波器电路的输出信号的电压进行升压。控制电路使用变压器的输入信号或输出信号作为监视信号，并且基于监视信号对输入到比较电路的正弦波形信号执行反馈控制，使得来自变压器的输出信号的振幅级是期望的振幅级。DC电压生成单元生成用作充电装置的充电电位的DC电压。高压AC电源装置将由AC电压生成单元生成的AC电压和由DC电压生成单元生成的DC电压输出为彼此叠加。正弦波生成电路包括使用开关电容器的滤波器电路以及锁相环(PLL)电路，该PLL电路被输入频率设定信号作为基准信号，并且生成用于开关电容器的采样时钟。滤波器的截止频率变化以跟随高压AC电源装置的输出频率设定，从而抑制充电装置的充电电位中的波动。

日本未审查专利申请公布No.2013-065932描述了一种包括信号切换单元和多个D类放大器的装置。信号切换单元根据切换选择信号来切换输入信号，并且输出多个输出信号。多个D类放大器将从信号切换单元输出的多个输出信号输入到具有不同通道的各个开关元件。信号切换单元根据切换选择信号来确定是否将多个D类放大器切换为用于驱动负载的驱动器或者用于外部驱动器电路的预驱动器(pre-driver)。

日本专利No.5282580描述了一种包括脉宽调制(PWM)转换电路、控制电路、AC信号生成单元、放大单元、转换电路和变压器的装置。用于设定来自高压AC电源装置的输出电压的PWM输入信号被输入到PWM转换电路。PWM转换电路基于PWM输入信号生成模拟设定电压。模拟设定电压和监视信号被输入到控制电路。控制电路对模拟设定电压与监视信号之差进行积分，并输出所得积分作为控制电压。用于设定高压AC电源装置的输出频率的频率设定信号和控制电压被输入到AC信号生成单元。AC信号生成单元生成具有与控制电压匹配的振幅并具有与频率设定信号匹配的频率的AC信号。放大单元放大AC信号，并生成放大单元输出信号。转换电路对放大单元输出信号的波形进行整形，并将其波形转换为正弦波输出。变压器对正弦波输出的电压进行升压。PWM转换电路、控制电路、AC信号生成单元和放大单元由一个集成电路构成。输入到控制电路的监视信号是变压器的输入信号或输出信号。基于监视信号执行对AC信号的振幅的反馈控制，使得来自变压器的输出信号的振幅级是期望的振幅级。PWM转换电路包括：第一电压控制电流源，其输出与模拟设定电压成比例的电流；第二电压控制电流源，其输出以负斜率与模拟设定电压成比例的电流；开关单元，其被输入PWM输入信号并输出模拟设定电压；以及用于模拟设定电压的电容器。从第一电压控制电流源输出的电流与从第二电压控制电流源输出的电流之和是恒定的。

发明内容

本发明的目的在于减少现有技术中的两个集成电路(包括用于控制的一个集成电路和用于调制信号生成的一个集成电路)的数量。

根据本发明的第一方面，提供了一种电源装置，该电源装置包括：控制基板，其具有输出调制信号的调制信号生成集成电路，该调制信号被调制以生成AC电压；以及电源基板，其通过将从控制基板的调制信号生成集成电路输出的调制信号解调制来生成AC高电压。

根据本发明的第二方面，提供了根据第一方面的电源装置，该电源装置还包括：开关电路，其基于从控制基板的调制信号生成集成电路输出的调制信号来执行开关操作。

根据本发明的第三方面，提供了根据第二方面的电源装置，其中，开关电路被设置在电源基板上。

根据本发明的第四方面，提供了根据第二方面的电源装置，其中，开关电路被设置在控制基板上。

根据本发明的第五方面，提供了根据第一方面的电源装置，其中，电源基板包括检测所生成的AC高电压的检测单元。

根据本发明的第六方面，提供了根据第五方面的电源装置，其中，来自检测单元的检测信号被输入到控制基板。

根据本发明的第七方面，提供了根据第五方面的电源装置，其中，控制基板基于来自检测单元的检测信号来控制由调制信号生成集成电路生成的调制信号。

根据本发明的第八方面，提供了一种图像形成装置，该图像形成装置包括：图像形成构件，AC高电压被提供给该图像形成构件；以及电源装置，其输出要提供给图像形成构件的AC高电压，其中，电源装置是根据第一至第七方面中任一方面的电源装置。

通过根据第一方面的本发明，可减少现有技术中的两个集成电路(包括用于控制的一个集成电路和用于调制信号生成的一个集成电路)的数量。

通过根据第一方面的本发明，另外，与集成电路被安装在电源基板上的情况相比，可使电源基板小型化。

通过根据第一方面的本发明，此外，与集成电路被安装在电源基板上的情况相比，可避免集成电路受电源基板所产生的热的影响。

通过根据第二方面的本发明，与电源装置不包括基于从控制基板的调制信号生成集成电路输出的调制信号执行开关操作的开关电路的情况相比，可放大调制信号。

通过根据第三方面的本发明，与开关电路未被设置在电源基板上的情况相比，可简化控制基板的配置。

通过根据第四方面的本发明，与开关电路未被设置在控制基板上的情况相比，可简化电源基板的配置。

通过根据第五方面的本发明，与电源基板不包括检测所生成的AC高电压的检测单元的情况相比，可精确地控制AC高电压。

通过根据第六方面的本发明，与来自检测单元的检测信号未被输入到控制基板的情况相比，可精确地控制AC高电压。

通过根据第七方面的本发明，与控制基板没有基于来自检测单元的检测信号控制由调制信号生成集成电路生成的调制信号的情况相比，可精确地控制AC高电压。

通过根据第八方面的本发明，与电源装置不是根据第一至第七方面中任一方面的电源装置的情况相比，可减少电源装置中的集成电路的数量。

附图说明

将基于以下附图详细描述本发明的示例性实施方式，附图中：

图1示出包括根据本发明的第一示例性实施方式的电源装置的图像形成装置的示意性配置；

图2是示出根据本发明的第一示例性实施方式的图像形成装置的控制装置的框图；

图3是示出根据本发明的第一示例性实施方式的电源装置的框图；

图4A、图4B、图4C和图4D各自是示出PWM信号的波形图；

图5A和图5B分别是示出PWM信号和解调制信号的波形图；

图6是示出根据比较例的电源装置的框图；

图7是示出根据本发明的第二示例性实施方式的电源装置的框图；

图8是示出根据本发明的第三示例性实施方式的电源装置的框图；以及

图9是示出根据本发明的第四示例性实施方式的电源装置的框图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的示例性实施方式。

[第一示例性实施方式]

图1示出包括根据第一示例性实施方式的电源装置的整个图像形成装置的概览。

<图像形成装置的总体配置>

例如，根据第一示例性实施方式的图像形成装置1被构造为单色打印机。图像形成装置1包括图像形成部2、供纸部4、传送部5、定影部6等。图像形成部2使用构成显影剂的色调剂形成要显影的色调剂图像(图像)。供纸部4向图像形成部2供应记录纸张3(用作记录介质的示例)。传送部5将从供纸部4一次一张地供应的记录纸张3传送到图像形成部2等。定影部6对已由图像形成部2形成色调剂图像的记录纸张3执行定影处理。

图像形成部2通过使用显影剂的电子照相处理在记录纸张3的表面上形成图像。图像形成部2包括感光鼓21、充电装置22、曝光装置23、显影装置24、转印装置25、清洁装置26等。感光鼓21用作图像保持构件的示例。充电装置22对感光鼓21的外周表面进行充电。曝光装置23将感光鼓21曝露于光以形成静电潜像。显影装置24使用显影辊241将显影剂供应给感光鼓21的静电潜像以将静电潜像显影。转印装置25将形成在感光鼓21上的色调剂图像转印到记录纸张3。清洁装置26清洁感光鼓21的外周表面。充电电压被供应给充电装置22。在显影装置24执行反转显影的情况下，由电源装置(未示出)供应极性与用于对从显影装置24供应的色调剂进行充电的极性相同的DC电压或者通过根据需要在电流上叠加AC电压而获得的充电偏压(charging bias voltage)作为充电电压。另外，由电源装置(未示出)将通过在DC电压上叠加AC电压而获得的显影偏压供应给在显影辊241与感光鼓21之间的显影装置24。转印装置25可经由中间转印体(例如，中间转印带)将色调剂图像转印到记录纸张3，而非直接将色调剂图像从感光鼓21转印到记录纸张3。例如，显影剂包含黑色色调剂。除了黑色之外，显影剂还可包含诸如黄色、品红色和青色的彩色色调剂。

供纸部4包括容器41、供纸辊42等。容器41储存记录纸张3。供纸辊42从容器41一次一张地供应记录纸张3。供纸部4能够在容器41被安装在图像形成装置1的设备主体1a中的情况下供应储存在容器41中的记录纸张3。例如，容器41被附接以朝着设备主体1a的前表面(在操作期间用户所面向的侧表面)抽出，即，在所示的示例中朝着左侧表面抽出。

传送部5将从供纸部4供应的记录纸张3传送到图像形成部2和定影部6，并且传送已形成图像的记录纸张3以使其被排出到安装在设备主体1a的上部的排出部7。在形成双面图像时，传送部5不将一个表面上已形成图像的记录纸张3排出到排出部7，而是在记录纸张3的正面和背面反转的情况下将这种记录纸张3再次传送到图像形成部2。

定影部6通过使用热和压力使由图像形成部2形成在记录纸张3的表面上的色调剂图像熔融来将色调剂图像定影到记录纸张3。排出部7排出已由定影部6将图像定影的记录纸张3，以储存一叠记录纸张3。

在图1中，标号100表示全面地控制图像形成装置1的操作的的控制装置。

图2是根据示例性实施方式的图像形成装置的控制装置100的框图。

在图2中，标号101表示用作全面地控制整个图像形成装置1的操作的控制单元的控制部。控制部101包括图像形成功能控制基板(微控制器单元(MCU))。控制部101是通过将计算机系统集成在单个集成电路中而形成的微处理器。控制部101包括控制集成电路(IC)、诸如只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)的存储单元、连接CPU、ROM等的总线、通信接口等。

标号103表示由用户接口等组成的操作/显示部，其包括由液晶显示面板等组成并由用户操作以向图像形成装置1输入图像形成条件(例如，记录纸张3的尺寸和要打印的张数)的显示部。

标号104表示图像读取部，其在图像形成装置1用作复印机的情况下读取文档的图像。标号105表示图像存储部，其暂时地存储由图像读取部104读取或者从外部发送来的图像信息(数据)。标号106表示图像处理部，其对存储在图像存储部105中的图像数据执行预定图像处理。标号107表示图像形成部(打印部)，其用作基于已由图像处理部106执行预定图像处理的图像数据来执行图像形成(打印)操作的图像形成单元。

<图像形成装置的电源装置的配置>

如图3所示，电源装置200包括图像形成功能控制基板(MCU)201和高压电源基板202。图像形成功能控制基板201用作控制部101的控制基板的示例。高压电源基板202用作电源基板的示例。图像形成功能控制基板(MCU)201包括按照与驱动信号对应的频率生成信号的振荡器211。从振荡器211输出的基准时钟信号可以是50MHz、100MHz等的信号。从振荡器211输出的基准信号被输入到用作单个集成电路的示例的控制集成电路(IC)212。控制IC212包括驱动信号生成电路213，其被内置于控制IC 212中并用作由控制IC 212实现的功能电路。驱动信号生成电路213将作为脉宽调制(PWM)信号的驱动信号输出到高压电源基板202。例如，高压电源基板202被设置在图像形成部107中。然而，高压电源基板202可被设置在另一图像形成装置1的设备主体1a中。

如图4A所示，驱动信号是具有恒定振幅并被调制为使得脉宽根据输出电压值和频率而不同的信号。对于相对低的电压，如图4B所示，正极性与负极性之间的驱动信号的脉宽的差异较小。此外，对于相对高的电压，如图4C所示，正极性与负极性之间的驱动信号的脉宽的差异较大。此外，对于相对高的频率，如图4D所示，驱动信号的脉宽在正极性与负极性之间变化的周期较短。

例如，这种驱动信号被生成为与正弦波、三角波或矩形波对应。驱动信号的频率基于从振荡器211输出的基准频率的信号来决定。然而，应该注意的是，驱动信号的频率未必等于从振荡器211输出的信号的基准频率。

图像形成部107的高压电源基板202大致包括开关(SW)电路221、解调制滤波器电路222、用于升压的变压器223以及检测输出电压的检测电路224。开关电路221将从图像形成功能控制基板(MCU)201输入的驱动信号(PWM信号)放大。作为由开关电路221放大的PWM信号的驱动信号被输入到解调制滤波器电路222。

解调制滤波器电路222是将已由开关电路221进行PWM调制和放大的驱动信号解调制以生成由最初正弦波、三角波等组成的信号的电路。例如，解调制滤波器电路222由低通滤波器(LPF)等构成。低通滤波器是很难使频率低于截止频率的分量衰减，但是使频率高于截止频率的分量减小的滤波器。解调制滤波器电路222基于驱动信号生成诸如正弦波、矩形波或三角波的AC波形。由解调制滤波器电路222生成的AC波形被输入到变压器223。

变压器223将由解调制滤波器电路222解调制的AC波形信号升压至预定电压值。由变压器223升压的AC高电压被供应给负载300。负载300的示例包括图像形成装置1的充电装置和显影装置。然而，当然，负载300不限于图像形成装置1的充电装置和显影装置。在示例性实施方式中，变压器223的输出电压被原样供应给负载300。然而，变压器223的输出电压可在经由整流电路(未示出)被整流为DC电压之后供应给负载300。此外，经由整流电路(未示出)整流的DC电压可被叠加在变压器223的输出电压上以供应给负载300。

由变压器223升压的AC高电压也被输入到检测电路224。检测电路224由检测要输出到负载300的AC高电压的电压值的电压检测电路构成。来自检测电路224的检测信号作为输出监视信号232被输入到图像形成功能控制基板(MCU)201。

图像形成功能控制基板(MCU)201具有感测电路214，感测电路214由将作为模拟信号的输出监视信号转换为数字信号的模拟/数字(A/D)转换器等组成。由感测电路214转换为数字信号的输出监视信号被输入到控制IC 212的驱动信号生成电路213。驱动信号生成电路213控制要生成的驱动信号，使得输出监视信号的输出电压等于目标值。

<图像形成装置的电源装置的操作>

在第一示例性实施方式中，如图3所示，在图像形成操作期间，从电源装置200将AC高电压供应给图像形成装置1的充电装置22、显影装置24等。

在电源装置200中，如图3所示，伴随着图像形成操作的开始，控制IC 212的驱动信号生成电路213生成作为PWM信号的驱动信号。从设置在图像形成功能控制基板(MCU)201中的控制IC 212的驱动信号生成电路213输出的驱动信号经由信号线231被输入到高压电源基板202的开关电路221。驱动信号被开关电路221放大，此后被输入到解调制滤波器电路222以被解调制为正弦波信号等，如图5B所示。

由解调制滤波器电路222解调制的正弦波信号被变压器223升压至预定高电压，并作为AC高电压被输出到负载300。

这样，仅为必要的是根据上述第一示例性实施方式的电源装置200应该仅包括一个控制IC 212作为构成电源装置200的集成电路。可减少现有技术中的两个集成电路(包括用于控制的一个集成电路和用于调制信号生成的一个集成电路)的数量。

比较例

图6是示出根据现有技术的电源装置的图。

在根据现有技术的电源装置400中，如图6所示，图像形成功能控制基板(MCU)401设置有控制IC 413，控制IC 413具有时钟(CLK)信号生成电路411和PWM信号生成电路412。另外，电源基板402设置有控制IC 424，控制IC 424具有驱动信号生成电路421、开关电路422和感测电路423。

因此，如图6所示，根据现有技术的电源装置400需要用于控制和调制信号生成的两个集成电路，这导致成本增加。另外，在图像形成功能控制基板(MCU)401和电源基板402各自设置有集成电路的情况下，出现这样的技术问题：由于集成电路本身的尺寸以及基板上围绕集成电路布线的图案的存在，电源基板402的尺寸增加。

[第二示例性实施方式]

图7是示出根据第二示例性实施方式的电源装置的框图。

在根据第二示例性实施方式的电源装置200中，如图7所示，图像形成功能控制基板(MCU)201的感测电路214被内置于控制IC 212中，而非与控制IC 212分开构成。

因此，在第二示例性实施方式中，可进一步简化图像形成功能控制基板(MCU)201的控制IC 212的配置。

[第三示例性实施方式]

图8是示出根据第三示例性实施方式的电源装置的框图。

在根据第三示例性实施方式的电源装置200中，如图8所示，开关电路221被内置于图像形成功能控制基板(MCU)201的控制IC 212中，而非设置在高压电源基板202中。

因此，在第三示例性实施方式中，可进一步简化高压电源基板202的配置。

[第四示例性实施方式]

图9是示出根据第四示例性实施方式的电源装置的框图。

在根据第四示例性实施方式的电源装置200中，如图9所示，与图8所示的根据第三示例性实施方式的电源装置200相比，图像形成功能控制基板(MCU)201的感测电路214被内置于控制IC 212中，而非与控制IC 212分开构成。

在上述示例性实施方式中，本发明被应用于形成单色图像的图像形成装置。然而，当然，本发明同样适用于形成四种颜色(即，黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)和黑色(K)的色调剂图像的全彩色图像形成装置。

为了例示和描述的目的提供了本发明的示例性实施方式的以上描述。其并不旨在为穷尽性的或者将本发明限于所公开的精确形式。显然，对于本领域技术人员而言许多修改和变化将是显而易见的。选择并描述实施方式以最佳地说明本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域技术人员能够理解本发明的各种实施方式以及适合于可以想到的具体用途的各种变型。本发明的范围旨在由以下权利要求书及其等同物限定。

Claims

1.一种电源装置，该电源装置包括：

控制基板，该控制基板包括输出基准时钟信号的振荡器、控制IC以及感测电路，所述控制IC上集成有输出调制信号的调制信号生成集成电路和基于从所述调制信号生成集成电路输出的所述调制信号来执行开关操作的开关电路，所述调制信号被调制以生成交流电压；以及

电源基板，该电源基板通过将从所述控制基板的所述调制信号生成集成电路输出的所述调制信号解调制以生成交流高电压，

其中，所述电源基板包括检测生成的交流高电压的检测单元，并且

其中，所述感测电路包括将来自所述检测单元的作为模拟信号的输出监视信号转换为数字信号的模拟/数字转换器。

2.根据权利要求1所述的电源装置，其中，来自所述检测单元的检测信号被输入到所述控制基板。

3.根据权利要求1所述的电源装置，其中，所述控制基板基于来自所述检测单元的检测信号来控制由所述调制信号生成集成电路生成的所述调制信号。

4.一种图像形成装置，该图像形成装置包括：

图像形成构件，交流高电压被供应给该图像形成构件；以及

电源装置，该电源装置输出要供应给所述图像形成构件的所述交流高电压，

其中，所述电源装置是根据权利要求1至3中任一项所述的电源装置。