DE3415777A1

DE3415777A1 - Stromversorgungseinrichtung

Info

Publication number: DE3415777A1
Application number: DE19843415777
Authority: DE
Inventors: Tadashi Tokio/Tokyo Ishikawa; Toshiro Kawasaki Kanagawa Matsui; Joji Yokohama Kanagawa Nagahira; Koji Suzuki; Kazuyoshi Kawasaki Kanagawa Takahashi; Kunio Tokio/Tokyo Yoshihara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-04-28
Filing date: 1984-04-27
Publication date: 1984-10-31
Also published as: JPS59201676A; US4709319A; JPH0527342B2

Description

Stromversorgungseinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungseinrichtung zum Erzeugen einer Hochspannung und insbesondere

auf eine Stromversorgungseinrichtung, bei der ein Rücklauf-Transformator verwendet wird.

Es sind Stromversorgungseinrichtungen bekannt, bei denen ein Rücklauf-Transformator verwendet wird. Bei diesen bekannten Stromversorgungseinrichtungen wird gemäß der Darstellung in Fig. 1 der Rücklauf-Transformator mittels eines an einen Oszillator 1 angeschlossenen Transformators zur Ansteuerung eines Leistungstransistors und des Leistungstransistors 3 betrieben, der einen Rücklauf-Transformator 4 schaltet, um einer Hochspannungsschaltung 5 eine hohe Spannung zuzuführen. Damit ist bei dem Stand der Technik ein gesonderter Transformator 2 zur Ansteuerung des Leistungstransistors 3 erforderlich.

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Aus diesem Grund haben diese bekannten Einrichtungen die Mangel, daß wegen der Verwendung des Transformators verhältnismäßig hohe Herstellungskosten entstehen und daß eine hochgenaue Steuerung schwierig ist, weil ein Transformator verwendet wird, dessen Eingangs/Ausgangs-Linearität im Vergleich zu derjenigen von Halbleiterelementen schlecht ist.

In Anbetracht dessen liegt der Erfindung die Aufgabe zugründe, eine Stromversorgungseinrichtung mit einfachem Aufbau zu schaffen.

Ferner soll die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung eine hochgenaue Steuerung ermöglichen. Weiterhin soll mit der Erfindung eine Stromversorgungseinrichtung geschaffen werden, bei der Energieverluste verringert sind. ' ; " ''.Sc

Ferner soll die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung einen Zusammenbau in hoher Dichte erlauben.

Weiterhin soll die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung verringerte Herstellungskosten ergeben.

Mit der Erfindung soll eine Stromversorgungseinrichtung geschaffen werden, bei der ein Rücklauf-Transformator mittels einer Negativ-Spannungsquelle angesteuert wird.

Weiterhin soll mit der Erfindung eine Stromversorgungseinrichtung geschaffen werden, bei der die Leistung zur Ansteuerung eines Rücklauf-Transformators von dessen Ausgangsseite her erhalten wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert .

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Fig. 1 ist ein Schaltbild einer herkömmlichen Stromversorgungseinrichtung .

Fig. 2 ist ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung gemäß einem Ausführungs

beispiel .

Fig. 3A bis 3C sind Kurvenformdiagramme, die Ausgangssignale von verschiedenen Teilen der in Fig. 2 gezeigten Schaltung zeigen.

Fig. 4 ist ein Kurvenformdiagramm, das die Funktion der in Fig. 2 gezeigten Schaltung veranschaulicht.

Die Fig. 2 zeigt den Schaltungsaufbau eines Ausführungsbeispiels der :. ef'fin'diingsgemäßen Stromversorgungseinrichtung mit einer Oszillatorschaltung 11, einer mit dem Ausgang der Oszillatorschaltung 11 verbundenen Pegelverschie-"bungs-Zenerdiode ZDl zum Verschieben einer Bezugsspannung von OV auf -5V, einer mit der Anode der Zenerdiode ZDl verbundenen Treiberschaltung 12, die mit der Primärwicklung eines Rücklauf-Transformators Tl zur Ansteuerung desselben verbunden ist, einer mit einer (nachstehend als zweite Wicklung bezeichneten) ersten Sekundärwicklung des Rücklauf-Transformators Tl verbundenen Hochspannungs-Ausgangsschaltung 13 zum Speisen eines nicht gezeigten Verbrauchers mit einer Ausgangshochspannung, einer an eine (nachstehend als dritte Wicklung bezeichnete) zweite Sekundärwicklung des Rücklauf-Transformators Tl angeschlossene Positivspannungs-Speiseschaltung 14 zum Erzeugen einer-·' positiv gleichgerichteten Spannung von +5V zur Speisung der Treiberschaltung 12, und einer an eine (nachstehend als vierte Wicklung bezeichnete) dritte Sekundärwicklung des Rücklauf-Transformators Tl angeschlossene Nega-

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tivspannungs-Speiseschaltung 15 zum Erzeugen einer negativ gleichgerichteten Spannung von -5V zur Speisung der Treiberschaltung 12.

Die Treiberschaltung 12 enthält vier Transistoren TrI bis Tr4, Dioden Dl und D2, einen Kondensator Cl und Widerstände Rl bis R8. Der NPN-Transistor TrI ist mit seiner Basis über den Widerstand Rl an die Anode der Zenerdiode ZDl angeschlossen und erhält an dem Emitter die vorstehend genannte negativ gleichgerichtete Spannung von -5V. Zwischen die Basis und den Emitter ist der Widerstand R2 geschaltet, während dem Kollektor dieses Transistors über einen Widerstand R3 eine Speisespannung von +24V der Primärwicklung des Rücklauf-Transformators Tl zugeführt wird. Der PNP-Transistor Tr2 ist mit seiner Basis über den Widerstand R4 an den Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors 'TrI-"'- und dem Widerstand R3 angeschlossen und erhält an dem Emitter die vorangehend genannte positiv gleichgerichtete Spannung von +5V. Zwischen diese Basis und diesen Emitter ist die Diode Dl geschaltet. Der NPN-Transistor Tr3' ist mit seiner Basis über den Widerstand R5 an den Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors TrI und dem Widerstand R3 angeschlossen und ferner mit dem Kollektor an den Kollektor des Transistors Tr2 angeschlossen, während er an dem Emitter die negativ gleichgerichtete Spannung von -5V erhält. Zwischen die Basis und den Emitter dieses Transistors ist der Widerstand R6 geschaltet.

Der als Schalttransistor bezeichnete NPN-Transistor Tr4 für die Ansteuerung des Rücklauf-Transformators ist mit seiner Basis über den Widerstand R7 an den Verbindungspunkt zwischen" den Kollektoren der Transistoren Tr2 und Tr4 angeschlossen, mit dem Kollektor an ein Ende der (nachstehend als erste Wicklung bezeichneten) Primärwick-

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lung des Rücklauf-Transformators Tl angeschlossen und an dem Emitter mit Masse verbunden. Zwischen den Kollektor und den Emitter dieses Transistors sind parallel der Kondensator Cl und die Diode D2 geschaltet. Die Primärwicklung des Rücklauf-Transformators Tl erhält an dem anderen Ende die Primär-Speisespannung von +24V.

In der Hochspannungs-Ausgangsschaltung 13 ist an ein Ende der zweiten Wicklung des Rücklauf-Transformators Tl für die Hochspannung in Durchlaßrichtung eine Diode D3 geschaltet, während zwischen die Kathode dieser Diode D3 und das andere, mit Masse verbundene Ende der zweiten Wicklung parallel ein Kondensator C2 und ein Widerstand R9 geschaltet sind, um aus der Kathode der Diode D3 eine Ausgangshochspannung zu erhalten. In der Positivspannungs-Speiseschaltung 14 sind an ein Ende der dritten Wicklung des Rücklauf-Transformators TrI in Durchlaßrichtung in Reihe Dioden D4 und D5 angeschlossen, während zwischen den Verbindungspunkt zwischen diesen Dioden D4 und D5 und das andere, mit Masse verbundene Ende der dritten Wicklung ein K'ondensator C3 geschaltet ist, um aus der Kathode der Diode D5 die positiv gleichgerichtete Spannung von +5V zu erhalten. In der Negativspannungs-Speiseschaltung 15 ist an ein Ende der vierten Wicklung des Rücklauf-Transformators Tl in Sperrichtung eine Diode D6 angeschlossen, während zwischen die Anode dieser Diode D6 und das andere, mit Masse verbundene Ende der vierten Wicklung ein Kondensator C4 geschaltet ist, um aus der Anode der Diode D6 die negativ gleichgerichtete Spannung von -5V zu erhalten.

Bei 'dem vorstehend beschriebenen Schaltungsaufbau wird der Transistor' TrI der Treiberschaltung 12 durch die Oszillatorschaltung 11 wiederholt ein- und ausgeschaltet (siehe Fig. 3A).

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Zu Beginn der Stromversorgung liegen die Spannungen +5V und -5V nicht vor, da die dritte und die vierte Wicklung keinerlei Spannungen erzeugen. Daher wird auf die Eingabe eines Impulssignals aus der Oszillatorschaltung 11 gemäß der Darstellung in Fig. 3A hin der Basis des Transistors Tr4 über den Widerstand R8, den Transistor Tr2 und den Widerstand R7 ein Strom durch die Speisespannung von +24V zugeführt, so daß der Transformator Tl eingeschaltet wird. Durch dieses Einschalten erzeugen die dritte und die vierte Wicklung jeweils Spannungen für die Spannungen +5V und -5V, welche danach hauptsächlich die Basisansteuerung des Transistors Tr4 regeln. Im einzelnen wird der Leitzustand des Transistors Tr4 dadurch erzielt, daß der Basis desselben über den Transistor Tr2 und den Widerstand R7 Strom durch die Spannung +5V zugeführt wird, während der nicht leitende bzw. Sperrzustand des Transistors Tr4 schnell dadurch "erreicht wird, daß der Basis desselben über den Transistor Tr3 und den Widerstand R7 ein Gegenstrom zugeführt wird.

Damit werden t>eim Einschalten des Transistors TrI die Transistoren Tr2 und Tr3 jeweils ein- bzw. ausgeschaltet, um der Basis des Transistors Tr4 einen Strom aus der Positiv-Spannungsquelle für +5V über den Transistor Tr2 und den Widerstand R7 zuzuführen, wodurch der Transistor Tr4 durchgeschaltet wird (siehe Fig. 3B und 3C). Wenn andererseits der Transistor TrI gesperrt wird, werden die Transistoren Tr2 und Tr3 jeweils aus- bzw. eingeschaltet, so daß der Transistor Tr4 dadurch schnell gesperrt wird, daß der Basis desselben der Strom aus der Negativ-Spannungsquelle für -5V zugeführt wird (siehe Fig. 3B und 3C) .'

Falls gemäß der Darstellung in Fig. 4 ein Überlappungsbereich (c) zwischen einer Spannungskurvenform (a) und einer

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Stromkurvenform (b) für den Kollektor des Trans it.; tort; Tr4 groß ist, wird aufgrund der großen Wärmeerzeugung und des verschlechterten Energiewirkungsgrads des Transistors Tr4 ein großer Kühlkörper für den Transistor Tr4 erforderlich. Eine derartige Kurvenformüberlappung wird jedoch nur unmittelbar nach dem Abschalten des Transistors Tr4 zu einem Problem, während sie bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht schwerwiegend ist, da gemäß der Darstellung in den Fig. 3B und 3C die Abschaltkennlinie des Transistors Tr4 durch das negative Basispotential des Transistors Tr4 verbessert ist.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Spannungen +5V und -5V an der Sekundärseite des Rücklauf-Transformators erzeugt, jedoch können statt dessen natürlich auch irgendwelche anderen verfügbaren Spannungsquellen herangezogen werden.

Die vorstehend beschriebene Stromversorgiangseinrichtung ist insbesondere zur Stromversorgung von Gleichstrom- und Wechselstrom-Ladern für die Verwendung in einem Bilderzeugungsgerät wie einem Kopiergerät nutzvoll.

Gemäß der vorstehenden Erläuterung wird der Schalttransistör für die Ansteuerung des Rücklauf-Transformators mittels einer Negativ-Spannungsquelle angesteuert, um folgende Vorteile zu erzielen: Die Abschalt-Kennlinie des
Schalttransistors wird verbessert, wodurch der Energieverlust verringert wird und eine unnötige Wärmeerzeugung verhindert wird, und es wird ein Transformator zur Ansteuerung des Schalttransistors durch eine Transistorschal tung ersetzt, wodurch die Herstellungskosten verringert werden können, die Genauigkeit der Steuerung verbessert wird und mit einem hybriden Halbleiteraufbau ein Aufbau in hoher Dichte erzielt wird.

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Es wird eine Hochspannungs-Stromversorgungseinrichtung angegeben, die eine hochgenaue Steuerung bei vereinfachtem Schaltungsaufbau und verringerten Energieverlusten ermöglicht, wobei ein Hochspannungstransformator mittels einer Schalteinrichtung gesteuert wird, die mit einer Stromversorgung einschließlich einer Negativ-Stromversorgung betrieben und durch Impulssignale geschaltet wird.

Claims

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Pellmann - Grams - Stru.f ^Dipl1"^{9 HTIedtke}

Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-lng. R. Kinne Dipl.-lng. R Grupe Dipl.-lng. B. Pellmann Dipl.-lng. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 20 8000 München 2

Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Münch

27. April 1984 DE 3899

Patentansprüche

Γ1. !stromversorgungseinrichtung, gekennzeichnet durch eine Signalgebere.inrichtung (11) zum Erzeugen eines Impulssignals, eine Schalteinrichtung (12) zum Ausführen von Schaltvorgängen entsprechend dem aus der Signalgebereinrichtung zugeführten Impulssignal, einen mittels der Schalteinrichtung angesteuerten Transformator (Tl), der zum Erzeugen einer hohen Ausgangsspannung bei dem nichtleitenden Zustand der Schalteinrichtung ausgebildet ist, und eine Spannungsquelleneinrichtung (14, 15), die zum Ansteuern der Schalteinrichtung dient und eine Negativspannungsquelle (15) aufweist.

2. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelleneinrichtung (14, 15) eine Positivspannungsquelle (14) aufweist.

,3. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Negativspannungsquelle (Ib) und die Positivspannungsquelle (14) von der Sekundärseite des Transformators (Tl) her gespeist sind.

Λ / T-I

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4. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (12) einen Schalttransistor (Tr4) aufweist, dessen Basis mittels einer Primär-Stromversorgung des Transformators (Tl), eines positiv gleichgerichteten Ausgangssignals von der Sekundärseite des Transformators und eines negativ gleichgerichteten Ausgangssignals von der Sekundärseite des Transformators angesteuert ist.