JP2002218751A - 高電圧発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コストを抑制し、簡易な構成で高精度の負荷
電圧を得る。 【解決手段】 電圧検出回路４は、電流検出回路５に接
続され、直接接地電位の部位に接続されていない。ま
た、電圧検出回路４と電流検出回路５の接続箇所である
位置Ｐ１における電圧は、オペアンプＯＰ１によって、
常にＶｒｅｆ１に固定されている。したがって、負荷電
流が変化しても位置Ｐ１の電位は変化せず、電圧検出回
路４は正確に電圧を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高電圧発生装置に
係り、例えば、電子写真プロセスを利用する画像形成装
置に用いて好適な高電圧発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電子写
真方式を採用する画像形成装置には高電圧電源回路が備
えられており、紙などに対する画像形成プロセスには欠
かせない存在となっている。この高電圧電源回路として
は、例えば、帯電高圧電源、現像高圧電源、転写高圧電
源、定着高圧電源等、各種モジュール化された電源が存
在する。これらの各高圧モジュールは、画像形成装置の
構成に応じて異なった仕様を有しており、例えば直流電
源に交流電源を重畳したものや、直流マイナス電源に直
流プラス電源を重畳したもの等様々に構成され、規定電
圧や規定電流、定電流制御方式や定電圧制御方式、単一
値出力や多段階値制御出力、負荷条件等についても様々
な仕様がある。この中でも、様々な条件下において一定
の電圧や電流を出力できるように定電圧制御回路や定電
流制御回路を用いることは必要不可欠となっている。

【０００３】例えば、特開平１１−１８２９４号公報で
は、同一の巻線から出力される電圧に対して２つの整流
回路を構成し、電流検出手段と電圧検出手段とを別々の
経路に設けることにより、電流検出手段により高精度に
負荷電流のみを検出すると共に、電圧検出手段により高
精度に出力電圧を検出する高電圧発生回路を提案してい
る。

【０００４】具体的には、特開平１１−１８２９４号公
報の図１に示すように、定電圧制御部５は、電圧検出部
６による検出信号を絶えずモニタしており、昇圧トラン
ス１が発生する高電圧の出力電圧がコントローラ２０に
より制御される所定の値（定電圧設定値）になるように
スイッチング部２を制御する。また、この時、出力部に
形成される負荷１０を流れる直流電流（負荷電流）は、
図示の経路Ｅにおいて電流ループを構成している。この
負荷電流の検出は、整流器２２に接続されることにより
経路Ｅの一部を構成する電流検出部９により行われる。
電流検出部９はコントローラ２０に接続されている。電
流検出部９により検出された負荷電流値は、コントロー
ラ２０によって絶えずモニタされており、所望の直流電
流が負荷１０に流れるように、コントローラ２０は定電
圧制御部５の定電圧設定値を順次変化させる。これによ
り、様々に変動する負荷１０に対し、所望の電流値で電
流を流すことのできる定電圧制御方式の高電圧電源を提
供することが可能となる。

【０００５】しかし、特開平１１−１８２９４号公報に
記載された高電圧発生回路では、負荷１０の定電圧は数
ｋＶに達し、比較的高価な高圧用の整流器２１，２２を
２つ用いているため、コストが高くなってしまう問題が
ある。

【０００６】また、特開２０００−３１０３号公報で
は、電圧検出回路を直接対接地電位に接続しないで電流
検出回路に接続することにより、電流検出回路を流れる
電流ループと電流検出回路を流れる負荷電流ループとを
別々にして、負荷電流及び負荷電圧を検出する高電圧発
生装置が提案されている。

【０００７】具体的には、特開２０００−３１０３号公
報の図１に示すように、整流器３０内の抵抗器Ｒ１及び
Ｒ２を対接地ではなく、電流検出部９上にフローティン
グした形で構成することで、電流検出部９は負荷電流の
みを高精度に検出することが可能となる。また、負荷出
力部と電圧検出部とは昇圧トランスの同一巻線より発生
した電圧に従属して構成しているので、抵抗器Ｒ１及び
Ｒ２は高精度に負荷の出力電圧を算出する要素となる電
圧信号を検出することができる。さらに、電流検出部９
の検出信号と演算処理することによって、負荷出力部の
電位を高精度に検出することも可能となる。

【０００８】整流回路３０と電流検出回路９とを接続し
ている部位の電位は、電流検出回路９を流れる負荷電流
の大きさによって変動する。しかし、上記部位の電圧が
変動すると検出電圧も変動してしまうため、検出電圧を
補正するためにコントローラ２０及び定電圧制御回路３
１が設けられている。

【０００９】コントローラ２０は、所望の直流電流が負
荷１０に流れるように定電圧制御部３１内の閾値設定部
１２に送信するデータを順次可変させることにより、負
荷出力部の定電圧値をシフトさせていき、そのときの負
荷電流値を電流検出部９によりモニタする。所望の負荷
電流値に一致するまでこの処理を繰り返す。

【００１０】このように、特開２０００−３１０３号公
報に記載された高電圧発生装置は、負荷電流に基づいて
検出電圧を補正するという複雑な制御を行っており、こ
れによってコストが高くなってしまうという問題があっ
た。

【００１１】本発明は、上述した課題を解決するために
提案されたものであり、コストを抑制し、簡易な構成で
高精度の負荷電圧を得ることができる高電圧発生装置を
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
スイッチング動作を行うスイッチング手段と、前記スイ
ッチング手段のスイッチング動作により駆動されて電圧
を出力するトランスと、前記トランスから出力された電
圧を整流して、負荷に直流電圧を供給する整流手段と、
前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、接地
電位の部位に接続することなく前記電流検出手段に接続
され、前記整流手段から出力された直流電圧を検出する
電圧検出手段と、前記電流検出手段と電圧検出手段の接
続箇所の電圧を一定に制御する電圧制御手段と、前記電
圧検出手段により検出された電圧と、前記電流検出手段
により検出された電流とに基づいて、前記スイッチング
手段のスイッチング動作を制御するスイッチング制御手
段と、により構成されている。

【００１３】電圧検出手段は、接地電位の部位に接続す
ることなく前記電流検出手段に接続されている。したが
って、電流検出手段を流れる負荷電流に変動が生じる
と、電流検出手段に印加されている電圧に変動が生じ、
これによって電圧検出手段で検出される電圧に変動が生
じる。そこで、電圧制御手段は、電流検出手段を流れる
負荷電流の大きさによらず、電流検出手段と電圧検出手
段の接続箇所の電圧を一定に制御することで、電圧検出
手段で検出される電圧の精度を高めている。この結果、
電圧の検出精度を高めて、負荷に所定の電圧を供給する
ことができる。

【００１４】ここで、前記電圧検出手段は、請求項２記
載の発明のように、前記整流手段から出力された直流電
圧を抵抗で分圧し、分圧した直流電圧を検出することが
好ましい。これにより、高電圧を発生する場合であって
も、精度よく電圧を制御することができる。

【００１５】請求項３記載の発明は、スイッチング動作
を行う第１のスイッチング手段と、前記第１のスイッチ
ング手段のスイッチング動作により駆動されて電圧を出
力する第１のトランスと、前記第１のトランスから出力
された電圧を整流して、負荷に正バイアスの直流電圧を
供給する第１の整流手段と、前記負荷に流れる電流を検
出する電流検出手段と、接地電位の部位に接続すること
なく前記電流検出手段に接続され、前記第１の整流手段
から出力された直流電圧を検出する第１の電圧検出手段
と、前記電流検出手段と第１の電圧検出手段の接続箇所
の電圧を一定に制御する第１の電圧制御手段と、前記第
１の電圧検出手段により検出された電圧と、前記電流検
出手段により検出された電流とに基づいて、前記第１の
スイッチング手段のスイッチング動作を制御する第１の
スイッチング制御手段と、スイッチング動作を行う第２
のスイッチング手段と、前記第２のスイッチング手段の
スイッチング動作により駆動されて電圧を出力する第２
のトランスと、前記第２のトランスから出力された電圧
を整流して、負荷に負バイアスの直流電圧を供給する第
２の整流手段と、接地電位の部位に接続することなく前
記電流検出手段に接続され、前記第２の整流手段から出
力された直流電圧を検出する第２の電圧検出手段と、前
記電流検出手段と第２の電圧検出手段の接続箇所の電圧
を一定に制御する第２の電圧制御手段と、前記第２の電
圧検出手段により検出された電圧と、前記電流検出手段
により検出された電流とに基づいて、前記第２のスイッ
チング手段のスイッチング動作を制御する第２のスイッ
チング制御手段と、を備え、前記第１及び第２のスイッ
チング手段のいずれか一方がスイッチング動作を行って
いるときは、他方はスイッチング動作を停止することを
特徴としている。

【００１６】ここでは、請求項１に記載された発明を２
つ用い、一方を用いて負荷に正バイアスの電圧を供給
し、他方を用いて負荷に負バイアスの電圧を供給する。
このとき、正バイアス及び負バイアスの両方が同時に動
作しないように、一方がスイッチング動作を行っている
ときは、他方はスイッチング動作を停止する。また、両
方同時に動作しないので、負荷電流を検出する電流検出
手段を共通することができる。そして、第１及び第２の
電圧制御手段は、電流検出手段を流れる負荷電流の大き
さによらず、電流検出手段と第１及び第２の電圧検出手
段との接続箇所の電圧を一定に制御する。これにより、
電圧検出手段で検出される電圧の精度を高め、その結
果、負荷に所定の電圧を供給することができる。

【００１７】ここで、請求項４記載の発明のように、前
記第１の電圧検出手段は、前記第１の整流手段から出力
された直流電圧を抵抗で分圧し、分圧した直流電圧を検
出し、前記第２の電圧検出手段は、前記第２の整流手段
から出力された直流電圧を抵抗で分圧し、分圧した直流
電圧を検出することが好ましい。これにより、正バイア
ス又は負バイアスの高電圧を発生する場合であっても、
精度よく電圧を制御することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１から第５の実
施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、第２の実施の形態以降では、既に説明した部位と
同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略
する。

【００１９】［第１の実施の形態］図１に示すように、
第１の実施の形態に係る高電圧発生装置は、スイッチン
グ動作を行うスイッチング回路１と、入力電圧を昇圧し
て脈動電圧を発生する昇圧トランス２と、脈動電圧を整
流したり平滑する整流回路３と、負荷電圧を分圧して検
出する電圧検出回路４と、負荷電流を検出する電流検出
回路５と、負荷電流を所定値に制御するコントローラ６
と、電流検出回路５で検出された電圧及びコントローラ
６の制御電圧に基づいて所定の電圧になるようにスイッ
チング回路１を制御する定電圧制御回路７とを備えてい
る。

【００２０】スイッチング回路１を構成するトランジス
タＴｒ１のコレクタは、昇圧トランス２の一次巻線Ｎ１
の一端に接続されている。一次巻線Ｎ１の他端には、電
圧Ｖｃｃが印加されている。トランジスタＴｒ１のベー
スは、昇圧トランス２の一次巻線Ｎ２の一端に接続され
ている。一次巻線Ｎ２の他端は、定電圧制御回路７のオ
ペアンプＯＰ４の出力端子に接続されている。また、ト
ランジスタＴｒ１のエミッタは接地されている。

【００２１】整流回路３は、コンデンサＣ１，Ｃ２と、
ダイオードＤ１とを備えている。コンデンサＣ１は、昇
圧トランス２の二次巻線Ｎ３に対して並列に接続されて
いる。ダイオードＤ１のカソードは二次巻線Ｎ３の一端
に接続され、ダイオードＤ１のアノードはコンデンサＣ
２の一端に接続されている。なお、コンデンサＣ２の他
端は、二次巻線Ｎ３の他端及びコンデンサＣ１に接続さ
れている。これにより、整流回路３は、昇圧トランス２
から供給される脈動電圧を整流／平滑して、矢印の向き
に印加された負バイアスの直流電圧を出力して、負荷８
に供給する。

【００２２】電圧検出回路４は、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２
を備え、整流回路３のコンデンサＣ２に印加している電
圧を分圧して、定電圧制御回路７に供給する。ここで、
抵抗Ｒ１の一端はダイオードＤ１のアノードに接続さ
れ、抵抗Ｒ１の他端は抵抗Ｒ２に接続されている。抵抗
Ｒ２の他端は、コンデンサＣ２及び電流検出回路５に接
続されている。したがって、電圧検出回路４は、直接接
地電位の部位に接続されないように構成されている。

【００２３】電流検出回路５は、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５
と、オペアンプＯＰ１とを備えている。抵抗Ｒ３の一端
には電源電圧Ｖｃｃが印加され、抵抗Ｒ３の他端は抵抗
Ｒ４を介して接地されている。オペアンプＯＰ１の非反
転入力端子は、抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４の接続点に接続さ
れている。よって、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子
には、電圧Ｖｒｅｆ１（＝Ｖｃｃ・Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ
４））が入力される。また、オペアンプＯＰ１の反転入
力端子は、電圧検出回路４（抵抗Ｒ２）に接続されてい
る。

【００２４】また、オペアンプＯＰ１の反転入力端子は
抵抗Ｒ５の一端に接続され、オペアンプＯＰ１の出力端
子は抵抗Ｒ５の他端に接続されている。さらに、オペア
ンプＯＰ１の出力端子は、コントローラ６に接続されて
いる。

【００２５】コントローラ６は、オペアンプＯＰ１の出
力電圧に基づいて負荷電流の大きさを検出し、この検出
結果に基づいて制御電圧をオペアンプＯＰ４の非反転入
力端子に供給する。

【００２６】定電圧制御回路７は、オペアンプＯＰ２，
ＯＰ３，ＯＰ４と、抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９とを備
えている。オペアンプＯＰ２の非反転入力端子には、電
圧検出回路４によって分圧された電圧が供給される。ま
た、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子と出力端子とは
接続されている。このため、オペアンプＯＰ２は、イン
ピーダンス変換回路として働く。さらに、オペアンプＯ
Ｐ２の出力端子は、抵抗Ｒ６を介して、オペアンプＯＰ
３の反転入力端子に接続されている。

【００２７】抵抗Ｒ７の一端には直流電圧Ｖｃｃが印加
され、抵抗Ｒ７の他端は抵抗Ｒ８を介して接地されてい
る。オペアンプＯＰ３の非反転入力端子は、抵抗Ｒ７及
び抵抗Ｒ８の接続点に接続されている。よって、オペア
ンプＯＰ３の非反転入力端子には、電圧Ｖｒｅｆ２（＝
Ｖｃｃ・Ｒ８／（Ｒ７＋Ｒ８））が入力される。さら
に、オペアンプＯＰ３の反転入力端子は抵抗Ｒ９の一端
に接続され、オペアンプＯＰ３の出力端子は抵抗Ｒ９の
他端に接続されている。

【００２８】オペアンプＯＰ４の非反転入力端子はオペ
アンプＯＰ３の出力端子に接続され、オペアンプＯＰ４
の反転入力端子はコントローラ６の出力側に接続されて
いる。そして、オペアンプＯＰ４は、各入力端子に供給
された電圧に基づいて、スイッチング回路１のトランジ
スタＴｒ１をスイッチング動作させる。

【００２９】以上のように構成された高電圧発生装置に
おいて、スイッチング回路１がスイッチング動作をして
いないときは、昇圧トランス２は電圧を発生しないの
で、負荷電流は流れない。

【００３０】一方、オペアンプＯＰ１は、非反転入力端
子及び反転入力端子間の電圧が等しくなるように、出力
端子を介して所定の電圧を出力する。この結果、オペア
ンプＯＰ１は、負荷電流の有無を問わず、位置Ｐ１にお
ける電圧を常にＶｒｅｆ１に制御することができる。な
お、抵抗Ｒ５による電圧降下は生じていないので、オペ
アンプＯＰ１の出力電圧もＶｒｅｆ１である。

【００３１】つぎに、スイッチング回路１がスイッチン
グを行うと、昇圧トランス２は入力電圧を昇圧して所定
の脈動波形の高電圧を発生する。整流回路３は、昇圧ト
ランス２で発生された電圧を整流したり平滑して、高電
圧の直流電圧を負荷８に供給する。これにより、負荷電
流は、電流検出回路５、負荷８、電圧検出回路４の向き
に流れる。つまり、負バイアス時の負荷電流ループの向
きは、反時計回り方向になる。

【００３２】ここで、電圧検出回路４及び電流検出回路
５の間（例えば位置Ｐ１）の電圧は、オペアンプＯＰ１
によってＶｒｅｆ１に固定されている。そして、負荷電
流が大きくなるに従って、抵抗Ｒ５の電圧降下の分だけ
オペアンプＯＰ１の出力電圧が低くなる。

【００３３】コントローラ６は、電圧Ｖｒｅｆ１に対し
てオペアンプＯＰ１の出力電圧がどの程度低下したかを
検出することで負荷電流を検出し、負荷電流が所定値に
なるようにオペアンプＯＰ４に制御電圧を供給する。

【００３４】一方、定電圧制御回路７において、オペア
ンプＯＰ２は、電圧検出回路４において分圧された電圧
についてインピーダンス変換を行い、抵抗Ｒ６を介し
て、オペアンプＯＰ３の反転入力端子に供給する。オペ
アンプＯＰ３の反転入力端子には、電圧Ｖｒｅｆ２が入
力されている。したがって、オペアンプＯＰ３は、反転
入力端子の電圧が電圧Ｖｒｅｆ２になるように、出力端
子を介して所定の電圧を出力する。これにより、負荷電
圧が所定値になるように制御することができる。

【００３５】オペアンプＯＰ４は、反転入力端子及び非
反転入力端子に供給される電圧に基づいて、負荷電流及
び負荷電圧がそれぞれ所定値になるように、スイッチン
グ回路１をスイッチング駆動させる。この結果、高電圧
発生装置は、負荷８に対して、定電圧を供給することが
できる。

【００３６】以上のように、高電圧発生装置は、電圧検
出回路４を直接接地電位の部位に接続することなく電流
検出回路５に接続し、定電圧制御ループと負荷電流ルー
プとを別々にすることで、高精度に負荷電流を検出する
ことができる。

【００３７】また、高電圧発生装置は、電圧検出回路４
及び電流検出回路５が接続している位置Ｐ１における電
位をオペアンプＯＰ１により常に一定にすることによ
り、負荷電流を用いて検出電圧を補正する必要がなく、
負荷電圧を高精度に検出して、常に一定の高電圧を発生
することができる。

【００３８】なお、上述した高電圧発生装置は、負バイ
アスの直流電圧を出力する場合について説明したが、図
２に示すように、ダイオードＤ１のアノードとカソード
の向きを逆にすることで、正バイアスの直流電圧を出力
することができる。このとき、コントローラ６は、電圧
Ｖｒｅｆ１に対するオペアンプＯＰ１の出力電圧の上昇
分を検出することで正バイアスの負荷電流を検出し、こ
の負荷電流が所定値になるようにオペアンプＯＰ４に制
御電圧を供給すればよい。

【００３９】［第２の実施の形態］図３に示すように、
第２の実施の形態に係る高電圧発生装置は、図１に示す
電流検出回路５の代わりに、電流検出回路９を備えてい
る。

【００４０】電流検出回路９は、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５
と、オペアンプＯＰ１と、ｎｐｎ型のトランジスタＴｒ
２とを備えている。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子
には、電圧Ｖｒｅｆ１が入力される。オペアンプＯＰ１
の反転入力端子は、電圧検出回路４（抵抗Ｒ２）に接続
されている。トランジスタＴｒ２のコレクタは抵抗Ｒ５
を介してオペアンプＯＰ１の反転入力端子に接続され、
ベースはオペアンプＯＰ１の出力端子に接続され、エミ
ッタは接地されている。コントローラ６は、トランジス
タＴｒ２のコレクタ電圧に基づいて、負荷電流を検出す
る。

【００４１】以上のように構成された高電圧発生装置に
おいて、スイッチング回路１がスイッチング動作をして
いないときは、昇圧トランス２は電圧を発生しないの
で、負荷電流は流れない。

【００４２】一方、オペアンプＯＰ１は、非反転入力端
子及び反転入力端子間の電圧が等しくなるように、出力
端子を介して所定の電圧を出力する。この結果、オペア
ンプＯＰ１は、負荷電流の有無を問わず、位置Ｐ１にお
ける電圧を常にＶｒｅｆ１に制御することができる。な
お、抵抗Ｒ５による電圧降下は生じていないので、トラ
ンジスタＴｒ２のコレクタ電圧もＶｒｅｆ１である。

【００４３】つぎに、スイッチング回路１がスイッチン
グを行うと、負バイアスの負荷電流が、図３の矢印に示
す経路に沿って流れる。

【００４４】ここで、電圧検出回路４及び電流検出回路
９の間（例えば位置Ｐ１）の電圧は、オペアンプＯＰ１
によってＶｒｅｆ１に固定されている。そして、負荷電
流が大きくなるに従って、抵抗Ｒ５の電圧降下の分だけ
トランジスタＴｒ２のコレクタ電圧が低くなる。

【００４５】コントローラ６は、電圧Ｖｒｅｆ１に対す
るコレクタ電圧の低下分を検出することで負荷電流を検
出し、負荷電流が所定値になるようにオペアンプＯＰ４
に制御電圧を供給する。

【００４６】以上のように、第２の実施の形態に係る高
電圧発生装置は、電圧検出回路４を直接接地電位の部位
に接続することなく電流検出回路９に接続し、定電圧制
御ループと負荷電流ループとを別々にすることで、高精
度に負荷電流を検出することができる。

【００４７】また、高電圧発生装置は、電圧検出回路４
及び電流検出回路９が接続している位置Ｐ１における電
位をオペアンプＯＰ１により常に一定にすることによ
り、出した負荷電流を用いて検出電圧を補正する必要が
なく、負荷電圧を高精度に検出して、常に一定の高電圧
を発生することができる。

【００４８】さらに、高電圧発生装置は、負荷電流のル
ープ内にオペアンプＯＰ１でなくトランジスタＴｒ２を
設けることによって、より大きな負荷電流の変動を正確
に検出することができる。

【００４９】ここで、電流検出回路９の代わりに、図４
に示すように、電流検出回路９ａを設けてもよい。電流
検出回路９ａは、電流検出回路９のトランジスタＴｒ２
に代えてツェナーダイオードＺＤを備えている。ツェナ
ーダイオードＺＤのカソードは、抵抗Ｒ５及びコントロ
ーラ６に接続され、さらにＲ１２を介して電圧Ｖｃｃが
印加されている。なお、ツェナーダイオードＺＤのアノ
ードは接地されている。

【００５０】コントローラ６は、電圧Ｖｒｅｆ１からツ
ェナー電圧がどの程度低下したかを検出することで負荷
電流を検出し、負荷電流が所定値になるようにオペアン
プＯＰ４に制御電圧を供給する。

【００５１】オペアンプＯＰ４は、オペアンプＯＰ３の
出力電圧及びコントローラ６からの制御電圧に基づい
て、スイッチング回路１をスイッチング動作させる。こ
の結果、高電圧発生装置は、負荷電圧及び負荷電流をそ
れぞれ所定値に制御することができる。

【００５２】なお、図３に示した高電圧発生装置は、負
バイアスの直流電圧を出力する場合について説明した
が、図５に示すように、ダイオードＤ１のアノードとカ
ソードの向きを逆にすることで、正バイアスの直流電圧
を出力することができる。このとき、高電圧発生装置
は、電流検出回路９の代わりに電流検出回路１０を設け
ている。

【００５３】電流検出回路１０は、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ
５，Ｒ１０，Ｒ１１と、オペアンプＯＰ１と、ｐｎｐ型
のトランジスタＴｒ３とを備えている。具体的には、電
流検出回路１０は、電流検出回路９のトランジスタＴｒ
２の代わりにｐｎｐ型のトランジスタＴｒ３を設け、ト
ランジスタＴｒ３のエミッタに電圧Ｖｒｅｆ３（＝Ｖｃ
ｃ・Ｒ１１／（Ｒ１０＋Ｒ１１））を印加して構成され
ている。なお、トランジスタＴｒ３のコレクタは抵抗Ｒ
５及びコントローラ６に接続され、ベースはオペアンプ
ＯＰ１の出力端子に接続されている。

【００５４】コントローラ６は、電圧Ｖｒｅｆ１に対す
るトランジスタＴｒ２のコレクタ電圧の上昇分を検出す
ることで正バイアスの負荷電流を検出し、この負荷電流
が所定値になるようにオペアンプＯＰ４に制御電圧を供
給すればよい。

【００５５】［第３の実施の形態］図６に示すように、
第３の実施の形態に係る高電圧発生装置は、スイッチン
グ動作を行うスイッチング回路２１，３１と、脈動電圧
を出力する昇圧トランス２２，３２と、脈動電圧を整流
し平滑する整流回路２３，３３と、分圧された電圧を検
出する電圧検出回路２４，３４と、負荷電流を検出する
電流検出回路５と、負荷電流が所定値になるように制御
するコントローラ６と、検出された電圧及びコントロー
ラ６の制御電圧に基づいて電圧を制御する定電圧制御回
路２７，３７とを備えている。なお、２０番台の符号が
付された部位は主に正バイアス時に用いられ、３０番台
の符号が付された部位は主に負バイアス時に用いられる
ものである。

【００５６】スイッチング回路２１及び昇圧トランス２
２は、図１に示すスイッチング回路１及び昇圧トランス
２と同様に構成され、互いに接続されている。スイッチ
ング回路３１及び昇圧トランス３２も同様である。

【００５７】整流回路２３は、コンデンサＣ２１，Ｃ２
２と、ダイオードＤ２１と、抵抗Ｒａとを備えている。
コンデンサＣ２１，Ｃ２２と、ダイオードＤ２１は、図
１に示すコンデンサＣ１，Ｃ２と、ダイオードＤ１にそ
れぞれ対応し、これらと同様に接続されている。抵抗Ｒ
ａは、コンデンサＣ２２に対して並列になるように接続
されている。

【００５８】整流回路３３は、コンデンサＣ３１，Ｃ３
２と、ダイオードＤ３１とを備えている。コンデンサＣ
３１，Ｃ３２及びダイオードＤ３１は、図２に示すコン
デンサＣ１，Ｃ２及びダイオードＤ１と同様に接続され
ている。

【００５９】電圧検出回路２４は、直列に接続された抵
抗Ｒ２１及び抵抗Ｒ２２により構成されている。抵抗Ｒ
２１の一端はダイオードＤ２１のカソードに接続され、
抵抗Ｒ２１の他端は抵抗Ｒ２２に接続されている。抵抗
Ｒ２２の他端は電流検出回路５に設けられたオペアンプ
ＯＰ１の反転入力端子に接続されている。

【００６０】電圧検出回路３４は、直列に接続された抵
抗Ｒ３１及び抵抗Ｒ３２により構成されている。抵抗Ｒ
３１の一端はダイオードＤ３１のアノードに接続され、
抵抗Ｒ３１の他端は抵抗Ｒ３２に接続されている。抵抗
Ｒ３２の他端はコンデンサＣ３１，Ｃ３２に接続されて
いる。

【００６１】電流検出回路５は、図１に示す電流検出回
路５と同様に構成されている。ここで、オペアンプＯＰ
１の反転入力端子は、電圧検出回路２４（抵抗Ｒ２２）
と、コンデンサＣ３２を介して電圧検出回路３４（抵抗
Ｒ３２）に接続されている。オペアンプＯＰ１の出力端
子は、コントローラ６に接続されている。

【００６２】コントローラ６は、オペアンプＯＰ１の出
力電圧から負荷電流を検出し、負荷電流に基づいてオペ
アンプＯＰ２４及びオペアンプＯＰ３４の非反転入力端
子に入力する電圧を制御する。

【００６３】定電圧制御回路２７は、図１に示すＰ２，
ＯＰ３，ＯＰ４、抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９にそれぞ
れ対応したオペアンプＯＰ２２，ＯＰ２３，ＯＰ２４、
抵抗Ｒ２６，Ｒ２７，Ｒ２８，Ｒ２９を備えている。な
お、オペアンプＯＰ２２の非反転入力端子は、抵抗Ｒ２
１及び抵抗Ｒ２２の接続点に接続されている。また、オ
ペアンプＯＰ２４は、昇圧トランス２２の一次巻線Ｎ２
の一端に接続されている。

【００６４】定電圧制御回路３７は、図１に示すＰ２，
ＯＰ３，ＯＰ４、抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９にそれぞ
れ対応したオペアンプＯＰ３２，ＯＰ３３，ＯＰ３４、
抵抗Ｒ３６，Ｒ３７，Ｒ３８，Ｒ３９を備えている。な
お、オペアンプＯＰ３２の非反転入力端子は、抵抗Ｒ３
１及び抵抗Ｒ３２の接続点に接続されている。また、オ
ペアンプＯＰ３４は、昇圧トランス３２の一次巻線Ｎ２
の一端に接続されている。

【００６５】以上のように構成された高電圧発生装置に
おいて、スイッチング回路２１及びスイッチング回路３
１のいずれもスイッチング動作をしていないときは、負
荷電流は流れない。このとき、電流検出回路５のオペア
ンプＯＰ１の出力電圧（Ｖｉ−ｍｏｎ）は、図７に示す
ように、Ｖｒｅｆ１になる。

【００６６】正バイアス時には、スイッチング回路２１
がスイッチング動作を行う。そして、昇圧トランス２２
が脈動電圧を発生し、整流回路２３が脈動電圧を整流／
平滑することで、負荷８に正バイアスが印加される。一
方、スイッチング回路３１はスイッチング動作せず、コ
ンデンサＣ３２は短絡される。これにより、整流回路２
３から出力された負荷電流は、電圧検出回路２４、負荷
８、電流検出回路５、コンデンサＣ３２を経由して、再
び整流回路２３に戻る。つまり、正バイアス時の負荷電
流ループの向きは、時計回り方向になる。

【００６７】ここで、電圧検出回路２４及び電流検出回
路５の間（例えば位置Ｐ５）の電圧は、オペアンプＯＰ
１によってＶｒｅｆ１に固定されている。そして、正バ
イアス時の負荷電流が大きくなるに従って、抵抗Ｒ５の
両端に生じる電位差の分だけオペアンプＯＰ１の出力電
圧が高くなる。したがって、図７に示すように、正バイ
アス時の負荷電流が大きくなるに従って、オペアンプＯ
Ｐ１の出力電圧Ｖｉ−ｍｏｎは高くなる。

【００６８】コントローラ６は、Ｖｒｅｆ１からオペア
ンプＯＰ１の出力電圧がどの程度上昇したかを検出する
ことで正バイアスの負荷電流を検出し、負荷電流が所定
値になるようにオペアンプＯＰ２４に制御電圧を供給す
る。

【００６９】また、定電圧制御回路２７において、オペ
アンプＯＰ２２は、電圧検出回路２４で分圧された電圧
のインピーダンス変換を行う。オペアンプＯＰ２３は、
オペアンプＯＰ２２から抵抗Ｒ２６を介して供給された
電圧がＶｒｅｆ２になるように、所定電圧をオペアンプ
ＯＰ２４に供給する。オペアンプＯＰ２４は、オペアン
プＯＰ２３の出力電圧及びコントローラ６からの制御電
圧に基づいて、スイッチング回路２１をスイッチング動
作させる。この結果、高電圧発生装置は、正バイアス時
において、負荷電圧及び負荷電流をそれぞれ所定値に制
御することができる。

【００７０】一方、負バイアス時には、スイッチング回
路３１がスイッチング動作を行う。そして、昇圧トラン
ス３２が脈動電圧を発生し、整流回路３３が脈動電圧を
整流／平滑することで、負荷８に負バイアスが印加され
る。一方、スイッチング回路２１はスイッチング動作せ
ず、コンデンサＣ２２は短絡される。これにより、整流
回路３３から出力された電流は、コンデンサＣ２２、負
荷８、電流検出回路５を経由して、再び整流回路３３に
戻る。つまり、負バイアス時の負荷電流ループの向き
は、反時計回り方向になる。

【００７１】ここで、電圧検出回路３４及び電流検出回
路５の間（例えば位置Ｐ５）の電圧は、オペアンプＯＰ
１によってＶｒｅｆ１に固定されている。そして、負バ
イアス時の負荷電流が大きくなるに従って、抵抗Ｒ５の
両端に生じる電位差の分だけオペアンプＯＰ１の出力電
圧が低くなる。したがって、図７に示すように、負バイ
アス時の負荷電流が大きくなるに従って、オペアンプＯ
Ｐ１の出力電圧Ｖｉ−ｍｏｎは低くなる。

【００７２】コントローラ６は、Ｖｒｅｆ１からオペア
ンプＯＰ１の出力電圧がどの程度低下したかを検出する
ことで負バイアスの負荷電流を検出し、負荷電流が所定
値になるようにオペアンプＯＰ３４に制御電圧を供給す
る。

【００７３】また、定電圧制御回路３７において、オペ
アンプＯＰ３２は、電圧検出回路３４で分圧された電圧
のインピーダンス変換を行う。オペアンプＯＰ３３は、
オペアンプＯＰ３２から抵抗Ｒ３６を介して供給された
電圧がＶｒｅｆ２になるように、所定の電圧をオペアン
プＯＰ３４に供給する。オペアンプＯＰ３４は、オペア
ンプＯＰ３３の出力電圧及びコントローラ６からの制御
電圧に基づいて、スイッチング回路３１をスイッチング
動作させる。この結果、高電圧発生装置は、負バイアス
時においても、負荷電圧及び負荷電流をそれぞれ所定値
に制御することができる。

【００７４】以上のように、第３の実施の形態に係る高
電圧発生装置は、電圧検出回路２４，３４を直接接地電
位の部位に接続することなく電流検出回路５に接続し、
定電圧制御ループと負荷電流ループとを別々にすること
で、高精度に正バイアス時又は負バイアス時の負荷電流
を検出することができる。

【００７５】さらに、高電圧発生装置は、電圧検出回路
２４，３４及び電流検出回路５が接続している位置Ｐ５
における電位をオペアンプＯＰ１により常に一定にする
ことにより、負荷電流を用いて検出電圧を補正する必要
がなく、負荷電圧を高精度に検出して、常に一定の高電
圧を発生することができる。

【００７６】［第４の実施の形態］図８に示すように、
第４の実施の形態に係る高電圧発生装置は、図１に示す
高電圧発生装置の電流検出回路５の代わりに電流検出回
路５０を備えている。

【００７７】電流検出回路５０は、抵抗Ｒ５０の電圧を
ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５１と、位置Ｐ
８の電圧値を設定するＣＰＵ５２と、設定された電圧値
をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器５３と、Ｄ／Ａ
変換器５３の出力電圧をディジタル信号に変換するＡ／
Ｄ変換器５４とを備えている。

【００７８】抵抗Ｒ５０の一端は、整流回路３（コンデ
ンサＣ１及びコンデンサＣ２の接続点）、電圧検出回路
４（抵抗Ｒ２）、Ａ／Ｄ変換器５１に接続されている。
抵抗Ｒ５０の他端は、Ｄ／Ａ変換器５３及びＡ／Ｄ変換
器５４に接続されている。Ａ／Ｄ変換器５１は、位置Ｐ
８における電圧をディジタル信号に変換して、ＣＰＵ５
２に供給する。

【００７９】ＣＰＵ５２は、電圧検出回路４と電流検出
回路５０との間（例えば位置Ｐ８）の電圧を所定値（例
えばＶａ）に設定するための複数の閾値を記憶するレジ
スタ６１と、レジスタ６１から出力された閾値とＡ／Ｄ
変換器５１からの値を比較する比較部６２と、比較部６
２の比較結果に基づいてＤ／Ａ変換器５３に設定値を供
給するＤ／Ａ出力設定部６３とを備えている。ここで、
Ｄ／Ａ出力設定部６３は、位置Ｐ８における電圧が常に
Ｖａになるように、設定値を出力する。

【００８０】Ａ／Ｄ変換器５４は、Ｄ／Ａ変換器５３の
出力電圧をディジタル信号に変換して、このデータをコ
ントローラ６に供給する。コントローラ６は、Ｄ／Ａ変
換器５３が出力した電圧に基づいて、負荷電流を検出す
る。

【００８１】以上のように構成された高電圧発生装置に
おいて、スイッチング回路１がスイッチング動作をせ
ず、負荷電流が流れていないときは、抵抗Ｒ５０の電圧
降下はゼロである。したがって、Ｄ／Ａ変換器５３は電
圧Ｖａを出力する。Ａ／Ｄ変換器５４は、電圧Ｖａをデ
ィジタル信号に変換して、コントローラ６に供給する。

【００８２】スイッチング回路１がスイッチング動作を
行うと、矢印に示す経路に従って負荷電流が流れる。

【００８３】ここで、位置Ｐ８の電圧は、ＣＰＵ５２に
よってＶａに固定されている。したがって、負バイアス
の負荷電流が大きくなるに従って、抵抗Ｒ５０の両端に
生じる電位差の分だけＤ／Ａ変換器５３の出力電圧が低
くなる。

【００８４】コントローラ６は、電圧ＶａからＤ／Ａ変
換器５３の出力電圧がどの程度低下したかを検出するこ
とで負荷電流の大きさを検出し、負荷電流が所定値にな
るようにオペアンプＯＰ４に制御電圧を供給する。

【００８５】オペアンプＯＰ４は、オペアンプＯＰ３の
出力電圧及びコントローラ６からの制御電圧に基づい
て、スイッチング回路２１をスイッチング動作させる。
この結果、高電圧発生装置は、負荷電圧及び負荷電流を
それぞれ所定値に制御することができる。

【００８６】なお、本実施の形態では、ＣＰＵ５２は、
レジスタ６１、比較部６２、Ｄ／Ａ出力設定部６３によ
って構成されていたが、さらにＡ／Ｄ変換器５１，５４
及びＤ／Ａ変換器５３を備えて構成してもよい。さら
に、図２と同様に、ダイオードＤ１のアノードとカソー
ドの向きを逆にすることで、正バイアスの負荷電流を出
力するようにしてもよい。

【００８７】［第５の実施の形態］図９に示すように、
第５の実施の形態に係る高電圧発生装置は、図８に示す
電流検出回路５０の代わりに電流検出回路５０ａを設け
ている。

【００８８】電流検出回路５０ａは、電流検出回路５０
からＡ／Ｄ変換器５４を除去して構成されている。ここ
で、Ｄ／Ａ出力設定部６３は、位置Ｐ８における電圧が
常にＶａになるように、Ｄ／Ａ変換器５３に設定値を供
給すると共に、この設定値をコントローラ６に供給す
る。

【００８９】コントローラ６は、Ｄ／Ａ出力設定部６３
からの設定値に基づいて、電圧Ｖａに対してＤ／Ａ変換
器５３の出力電圧がどの程度低下したかを検出すること
ができる。このため、コントローラ６は、負荷電流の大
きさを検出することができ、負荷電流が所定値になるよ
うにオペアンプＯＰ４に制御電圧を供給する。

【００９０】そして、オペアンプＯＰ４は、オペアンプ
ＯＰ３の出力電圧及びコントローラ６からの制御電圧に
基づいて、スイッチング回路２１をスイッチング動作さ
せる。

【００９１】この結果、本実施の形態に係る高電圧発生
装置は、負荷電圧及び負荷電流をそれぞれ所定値に制御
することができるだけでなく、第４の実施の形態に比べ
てＡ／Ｄ変換器５４の分だけコストを抑制することがで
きる。

【００９２】なお、本実施の形態では、ＣＰＵ５２は、
レジスタ６１、比較部６２、Ｄ／Ａ出力設定部６３によ
って構成されていたが、さらにＡ／Ｄ変換器５１及びＤ
／Ａ変換器５３を備えて構成してもよい。さらに、図２
と同様に、ダイオードＤ１のアノードとカソードの向き
を逆にすることで、正バイアスの負荷電流を出力するよ
うにしてもよい。

【００９３】［その他の実施の形態］なお、本発明は、
上述した実施の形態に限定されるものではなく、任意の
実施の形態を組み合わせて構成してもよい。例えば図１
０に示すように、図６に示す高電圧発生装置の電流検出
回路５の代わりに、図８に示す電流検出回路５０を設け
てもよい。このとき、ＣＰＵ５２は、レジスタ６１、比
較部６２、Ｄ／Ａ出力設定部６３によって構成されてい
るが、さらにＡ／Ｄ変換器５１，５４及びＤ／Ａ変換器
５３を備えて構成してもよい。

【００９４】また、図１１に示すように、図６に示す高
電圧発生装置の電流検出回路５の代わりに、図９に示す
電流検出回路５０ａを設けてもよい。このとき、ＣＰＵ
５２は、レジスタ６１、比較部６２、Ｄ／Ａ出力設定部
６３によって構成されているが、さらにＡ／Ｄ変換器５
１及びＤ／Ａ変換器５３を備えて構成してもよい。

【００９５】上述した実施の形態では、レジスタ６１、
比較部６２、Ｄ／Ａ出力設定部６３を備えたＣＰＵを例
に挙げて説明したが、これらを備えたＡＳＩＣで実現す
ることもできる。また、オペアンプやトランジスタ等を
集積化した専用ハイブリッドＩＣを用いてもよい。これ
により、省スペースで実装することが可能になる。

【００９６】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、電圧検出手段を
接地電位の部位に接続することなく電流検出手段に接続
し、電流検出手段と電圧検出手段の接続箇所の電圧を一
定に制御することによって、負荷電流の変化の影響を受
けることなく、高精度の電圧を発生することができる。

【００９７】請求項２記載の発明は、整流手段から出力
された直流電圧を抵抗で分圧して検出することによっ
て、高電圧を発生する場合であっても、精度よく電圧を
制御することができる。

【００９８】請求項３記載の発明は、第１及び第２の電
圧検出手段を接地電位の部位に接続することなく電流検
出手段に接続し、電流検出手段と第１及び第２の電圧検
出手段との接続箇所の電圧を一定に制御することによっ
て、正バイアス時又は負バイアス時の負荷電流の変化の
影響を受けることなく、高精度の電圧を発生することが
できる。

【００９９】請求項４記載の発明は、第１及び第２の整
流手段から出力された直流電圧を抵抗で分圧して検出す
ることによって、正バイアス又は負バイアスの高電圧を
発生する場合であっても、精度よく電圧を制御すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る高電圧発生
装置の構成を示す回路図である。

【図２】 第１の実施の形態に係る高電圧発生装置の他
の構成を示す回路図である。

【図３】 本発明の第２の実施の形態に係る高電圧発生
装置の構成を示す回路図である。

【図４】 第２の実施の形態に係る高電圧発生装置の他
の構成を示す回路図である。

【図５】 第２の実施の形態に係る高電圧発生装置の他
の構成を示す回路図である。

【図６】 本発明の第３の実施の形態に係る高電圧発生
装置の構成を示す回路図である。

【図７】 正バイアス時又は負バイアス時の負荷電流に
対するオペアンプＯＰ１の出力電圧を示す図である。

【図８】 本発明の第４の実施の形態に係る高電圧発生
装置の構成を示す回路図である。

【図９】 本発明の第５の実施の形態に係る高電圧発生
装置の構成を示す回路図である。

【図１０】 本発明の第３及び第４の実施の形態を組み
合わせたときの高電圧発生装置の構成を示す回路図であ
る。

【図１１】 本発明の第３及び第５の実施の形態を組み
合わせたときの高電圧発生装置の構成を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１，２１，３１ スイッチング回路 ２，２２，３２ 昇圧トランス ３，２３，３３ 整流回路 ４，２４，３４ 電圧検出回路 ５，９，１０，５０，５０ａ 電流検出回路 ６ コントローラ ７ 定電圧制御回路 ８ 負荷

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチング動作を行うスイッチング手
   段と、 前記スイッチング手段のスイッチング動作により駆動さ
   れて電圧を出力するトランスと、 前記トランスから出力された電圧を整流して、負荷に直
   流電圧を供給する整流手段と、 前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、 接地電位の部位に接続することなく前記電流検出手段に
   接続され、前記整流手段から出力された直流電圧を検出
   する電圧検出手段と、 前記電流検出手段と電圧検出手段の接続箇所の電圧を一
   定に制御する電圧制御手段と、 前記電圧検出手段により検出された電圧と、前記電流検
   出手段により検出された電流とに基づいて、前記スイッ
   チング手段のスイッチング動作を制御するスイッチング
   制御手段と、 を備えた高電圧発生装置。
2. 【請求項２】 前記電圧検出手段は、前記整流手段から
   出力された直流電圧を抵抗で分圧し、分圧した直流電圧
   を検出する請求項１記載の高電圧発生装置。
3. 【請求項３】 スイッチング動作を行う第１のスイッチ
   ング手段と、 前記第１のスイッチング手段のスイッチング動作により
   駆動されて電圧を出力する第１のトランスと、 前記第１のトランスから出力された電圧を整流して、負
   荷に正バイアスの直流電圧を供給する第１の整流手段
   と、 前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、 接地電位の部位に接続することなく前記電流検出手段に
   接続され、前記第１の整流手段から出力された直流電圧
   を検出する第１の電圧検出手段と、 前記電流検出手段と第１の電圧検出手段の接続箇所の電
   圧を一定に制御する第１の電圧制御手段と、 前記第１の電圧検出手段により検出された電圧と、前記
   電流検出手段により検出された電流とに基づいて、前記
   第１のスイッチング手段のスイッチング動作を制御する
   第１のスイッチング制御手段と、 スイッチング動作を行う第２のスイッチング手段と、 前記第２のスイッチング手段のスイッチング動作により
   駆動されて電圧を出力する第２のトランスと、 前記第２のトランスから出力された電圧を整流して、負
   荷に負バイアスの直流電圧を供給する第２の整流手段
   と、 接地電位の部位に接続することなく前記電流検出手段に
   接続され、前記第２の整流手段から出力された直流電圧
   を検出する第２の電圧検出手段と、 前記電流検出手段と第２の電圧検出手段の接続箇所の電
   圧を一定に制御する第２の電圧制御手段と、 前記第２の電圧検出手段により検出された電圧と、前記
   電流検出手段により検出された電流とに基づいて、前記
   第２のスイッチング手段のスイッチング動作を制御する
   第２のスイッチング制御手段と、 を備え、 前記第１及び第２のスイッチング手段のいずれか一方が
   スイッチング動作を行っているときは、他方はスイッチ
   ング動作を停止することを特徴とする高電圧発生装置。
4. 【請求項４】 前記第１の電圧検出手段は、前記第１の
   整流手段から出力された直流電圧を抵抗で分圧し、分圧
   した直流電圧を検出し、 前記第２の電圧検出手段は、前記第２の整流手段から出
   力された直流電圧を抵抗で分圧し、分圧した直流電圧を
   検出する請求項３記載の高電圧発生装置。