JP2004129345A - コンデンサ充電回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、放電用のコンデンサを充電するコンデンサ充電回路に関し、放電用のコンデンサを充電する際に、定電流充電の値を時間の経過に従い小さくしたり、定電流充電開始してその電力を一定値に制限したりし、最大充電電力を平均化して最大入力電力を小さくして電力変換効率を向上かつ小型化し安価にすることを目的とする。
【解決手段】放電用のコンデンサに定電流で充電制御する定電流制御回路と、定電流制御回路が放電用のコンデンサを充電時に、時間の経過に従い放電用のコンデンサに充電する定電流と電圧の積である電力がほぼ一定となるように定電流回路が放電用のコンデンサに充電する電流の値を減らさせる電力平均化回路とを備える。
【選択図】 図１
【解決手段】放電用のコンデンサに定電流で充電制御する定電流制御回路と、定電流制御回路が放電用のコンデンサを充電時に、時間の経過に従い放電用のコンデンサに充電する定電流と電圧の積である電力がほぼ一定となるように定電流回路が放電用のコンデンサに充電する電流の値を減らさせる電力平均化回路とを備える。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電用のコンデンサを充電するコンデンサ充電回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリンタ装置などのフラッシュ制御回路は、コンデンサに充電して当該コンデンサに充電した電力をランプに供給してトナー像を用紙に定着している。この際、フラッシュ制御回路は、図７の（ａ）に示す回路で、充電電流が大きくなり過ぎないように、定電流回路２３によってコンデンサＣ０に定電流充電していた。以下図７の（ａ）の回路の動作を、図７の（ｂ）の波形図に従い簡単に説明する。
【０００３】
図７の（ｂ）において、ＣＨＧ ＯＮ信号をＯＮにすると、定電流制御回路１２が一定電流を放電用のコンデンサＣ０に供給するように、駆動回路１１を制御してコンデンサＣ０を定電流で充電する。この際、コンデンサＣ０の両端の電圧Ｖ０はほぼ直線状に上昇し、Ｖ０ｍａｘで飽和する。そして、ＴＧ ＯＮ信号に対応してパルス電圧を放電ランプＬＰに印加してコンデンサＣ０に蓄積した電荷を放電ランプＬＰに供給して放電（図７の（ｂ）のＶｔｇｍａｘ）させて光を放射し、ここでは、トナー像を用紙に定着する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、コンデンサＣ０に充電する電流が大きくなり過ぎないように図７の（ａ）の回路で定電流充電していたため、図７の（ｃ）に示すように、コンデンサＣ０に供給する電力（定電流×電圧）Ｐ＝Ｖ０Ｃ０・Ｉ０が大きくなりすぎてしまい、電力の最大に見合った容量の大きな回路素子、更に、電力供給設備、配電設備が必要となってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、これらの問題を解決するため、放電用のコンデンサを充電する際に、定電流充電の値を時間の経過に従い小さくしたり、定電流充電開始してその電力を一定値に制限したりし、最大充電電力を平均化して最大入力電力を小さくして電力変換効率を向上かつ小型化し安価にすることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
図１および図２を参照して課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
図１および図２において、定電流制御回路２は、放電用のコンデンサＣ０に定電流で充電制御するものである。
【０００８】
電力平均化回路３は、定電流制御回路２が放電用のコンデンサＣ０を定電流で充電する際に、時間の経過に伴い充電電流の値を小さくするものである。
【０００９】
電力平均化回路４は、定電流制御回路２が放電用のコンデンサＣ０を定電流で充電開始したときに、電流と電圧の積である電力を一定になるように放電用のコンデンサＣ０に供給する電流を制御するものである。
【００１０】
コンデンサＣ０は、放電用のコンデンサであって、ここでは、充電対象のコンデンサである。
【００１１】
次に、動作を説明する。
定電流制御回路２が放電用のコンデンサＣ０に定電流で充電開始し、電力平均化制御回路３が時間の経過に従い放電用のコンデンサＣ０に充電する定電流と電圧の積である電力がほぼ一定となるように定電流回路２が放電用のコンデンサＣ０に充電する電流の値を減らすようにしている。
【００１２】
この際、電力平均化回路３が、コンデンサＣ０に充電する定電流の値を時間の経過に従い順次切り替えて電力をほぼ一定に制御するようにしている。
【００１３】
また、放電用のコンデンサＣ０に供給する最大電力と出力最大電流との両者が最適な切り換え段数とするようにしている。
【００１４】
また、定電流制御回路２が放電用のコンデンサＣ０に定電流で充電開始し、電力平均化回路４が放電用のコンデンサＣ０に供給する電流および印加する電圧を検出して電流と電圧の積である電力を一定になるように、放電用のコンデンサＣ０に供給する電流を制御するようにしている。
【００１５】
また、放電用のコンデンサに流れる電流あるいは電源供給側の電流を検出して制御するようにしている。
【００１６】
従って、放電用のコンデンサＣ０を充電する際に、定電流充電の値を時間の経過に従い小さくしたり、定電流充電開始してその電力を一定値に制限したりすることにより、最大充電電力を平均化して最大入力電力を小さくして電力変換効率を向上かつ小型化し安価にすることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、図１から図６を用いて本発明の実施の形態および動作を順次詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の説明図（その１）を示す。
図１の（ａ）は、回路例を示す。
【００１９】
図１の（ａ）において、駆動回路１は、商用電源（ここでは、３相２００Ｖ）を両者整流して生成した直流をスイッチングし、トランスＴ１の１次コイルに電流を供給し、２次コイル側から所定のＡＣ電圧を発生させるものである。この際、スイッチングの例えばデューティを制御し、トランスＴ１の２次コイルに発生するＡＣ電圧を制御し、結果として放電用のコンデンサＣ０への充電電流を制御（例えば定電流制御、定電力制御）するものである。
【００２０】
定電流制御回路２は、放電用のコンデンサＣ０に流れる電流を抵抗Ｒ１に流して発生した電圧、あるいはトランスＴ１の１次側に挿入した電流検出用トランスＣＴ１の２次コイルから出力された電流に対応する電圧が一定となるような信号を、駆動回路１に出力し結果として放電用のコンデンサＣ０に流れる電流（後者は正確にはトランスＴ１の１次側コイルに供給される電流）を一定に電流制御するものである。
【００２１】
電力平均化回路３は、定電流制御回路２で放電用のコンデンサＣ０に充電する電流と、当該コンデンサＣ０の電圧との積である電力を平均化するものであって、ここでは、図３から図５で後述するように、所定時間毎に定電流制御回路２が定電流制御する電流値を順次小さくなるように切り替える（具体的には定電流回路２の基準電圧をタイマからの通知に従いステップ状に順次小さくして定電流値を順次小さくし、電力をほぼ一定に制御するように切り替える）。電力平均化回路３は、基準値Ｖｒｅｆに抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒｎを直列に接続して分割した電圧のうち、高い電圧から所定時間経過すると次の高い電圧に切り替えることを繰り返し、定電流制御回路２の基準電圧として供給し、結果として、放電用のコンデンサＣ０に供給する電流Ｉ０を徐々に小さくし、充電に従い電流Ｉ０を小さくして電圧Ｖ０が大きくなるのをキャンセルする形とし、その積である電力Ｐ＝Ｃ０＊Ｉ０がほぼ一定となるように切り替える（図１の（ｂ）参照）。
【００２２】
ランプＬｐは、放電用のコンデンサＣ０に蓄積した電力（電荷）を、図示外のトリガ電極に印加されたトリガ電圧で発生した小さな放電に同期して大電流放電し、後述する図６のプリンタ装置でトナー像を用紙に転写するものである。
【００２３】
図１の（ｂ）は、波形図を示す。横軸は、時間を表し、１回の充電時の波形を示す。
【００２４】
図１の（ｂ）において、点線の波形は、放電用のコンデンサＣ０に充電する充電電流の波形を示す。ここでは、充電開始してから
・ｔ１時に定電流Ｉ０１
・ｔ２時に定電流Ｉ０２
・ｔ３時に定電流Ｉ０３
・ｔ４時に定電流Ｉ０４
の定電流となるように、図１の（ａ）の電力平均化回路３が定電流制御回路２に供給する基準電圧を図１の（ａ）のＶＲ１，ＶＲ２，ＶＲ３，ＶＲ４に順次切り換えている。
【００２５】
以上の図１の（ａ）の回路で、図１の（ｂ）に示すように、電力平均化回路３が定電流制御回路２の基準電圧を時間の経過に従い、放電用のコンデンサＣ０に供給する電力Ｐ＝ＶＣ０＊Ｉ０がほぼ一定となるように当該基準電圧を切り換えて小さくすることにより、放電用のコンデンサＣ０を充電する回路の素子、配電設備などの最大電力容量、最大電流などを小さくして小型化かつ安価に製造することが可能となる。
【００２６】
図２は、本発明の説明図（その２）を示す。
図２の（ａ）は、回路例を示す。
【００２７】
図２の（ａ）において、駆動回路１は、商用電源（ここでは、３相２００Ｖ）を両波整流して生成した直流をスイッチングし、トランスＴ１の１次コイルに電流を供給し、２次コイル側から所定のＡＣ電圧を発生させるものである。この際、スイッチングの例えばデューティを制御し、トランスＴ１の２次コイルに発生するＡＣ電圧を制御し、結果として放電用のコンデンサＣ０への充電電流を制御（例えば定電力制御）するものである。
【００２８】
定電流制御回路２は、放電用のコンデンサＣ０に流れる電流を抵抗Ｒ１に流して発生した電圧、あるいはトランスＴ１の１次側に挿入した電流検出用トランスＣＴ１の２次コイルから出力された電流に対応する電圧が一定となるような信号を、ここでは、電力平均化回路４に供給して放電用のコンデンサＣ０の充電開始時に定電流で充電するものである。そして、放電用のコンデンサＣ０に供給する電力が一定値になったときに、定電流制御を抑止し、定電力制御に切り替えるようにしている。
【００２９】
電力平均化回路４は、放電用のコンデンサＣ０の充電開始時に、定電流制御回路２からの定電流制御信号を駆動回路１に出力してコンデンサＣ０に定電流充電を開始し、コンデンサＣ０に供給する電流と電圧の積である電力が一定値になったときに定電流制御信号を抑止し、定電力となるような信号を駆動回路１に供給してコンデンサＣ０に定電力で充電するものであって、ここでは、電流検出回路４１、電圧検出回路４２、およびＩ×Ｖ乗算回路４３、定電流／定電力切替回路４４などから構成されるものである。
【００３０】
電流検出回路４１は、放電用のコンデンサＣ０に流れる電流を抵抗Ｒ１によって検出して増幅したり、あるいは図示外の電流検出トランスＣＴ１の２次コイルに発生した電圧をもとに当該放電用のコンデンサＣ０に充電する回路へ供給される電流を検出するものである。
【００３１】
電圧検出回路４２は、放電用のコンデンサＣ０に印加された電圧を検出するものである。
【００３２】
Ｉ×Ｖ乗算回路４３は、電流検出回路４１で検出された放電用のコンデンサＣ０に流れる電流と、電圧検出回路４２で検出された放電用のコンデンサＣ０に印加された電圧の積である電力を算出するものである。
【００３３】
定電流／定電力切替回路４４は、放電用のコンデンサＣ０に充電開始時は定電流制御回路２からの定電流制御信号を駆動回路１に出力し定電流で充電開始し、充電電流と放電用のコンデンサＣ０に供給された電圧との積が一定値に到達したときに、定電流制御回路２からの定電流制御信号を抑止し、Ｉ×Ｖ乗算回路４３からの定電力制御信号を駆動回路１に出力し定電力で充電継続するものである（図２の（ｂ）参照）。
【００３４】
図２の（ｂ）は、波形図を示す。横軸は、時間を表し、１回の充電時の波形を示す。
【００３５】
図２の（ｂ）において、点線の波形は、放電用のコンデンサＣ０に充電する充電電流Ｉ０の波形を示す。ここでは、充電開始時してから一定の電力（平均の電力）に到達するまで一定電流（図中の点線の平行部分）で充電し、一定電力に到達した後は定電力制御されるので、電流Ｉ０は徐々に減少している。
【００３６】
太線の波形は、電力Ｐ０＝ＶＣ０＊Ｉ０の変化を示す。ここでは、充電開始時は定電流制御されるために電力Ｐ０は徐々に増大し一定の電力（平均電力）に到達すると、定電力制御に切り替わるので以降は一定の電力で放電用のコンデンサＣ０を充電する。
【００３７】
実線の細線のＶＣ０は、放電用のコンデンサＣ０に供給される電圧の変化を示す。
【００３８】
以上の図２の（ａ）の回路で、図２の（ｂ）に示すように、充電開始時は定電流制御回路２により放電用のコンデンサＣ０の充電を開始し、一定電力（平均電力）に到達した後は定電力制御に切り換えて充電することにより、放電用のコンデンサＣ０を充電する回路の素子、配電設備などの最大電力容量、最大電流などを小さくして小型化かつ安価に製造することが可能となる。
【００３９】
次に、図３から図５を用いて、既述した図１の回路の動作の詳細を具体的に説明する。
【００４０】
図３の（ａ）は、回路ブロック図を示す。ここでは、３相２００Ｖを入力とし、２つの放電用のコンデンサＣ０を充電する場合のうち、１組を取り出して以下説明する。
【００４１】
図３の（ａ）において、整流ブリッジダイオード３１は、３相２００ＶＡＣを両波整流して直流を生成するものである。
【００４２】
ＤＣ／ＤＣ ＣＯＮＶ３２は、整流ブリッジダイオード３１によって整流された直流から交流を発生させてそれを変圧器で電圧を変圧して整流し放電用のコンデンサＣ０（２２１μＦｍａｘ）を充電するものである。
【００４３】
ここでは、
入力２２０〜２４０Ｖ３相 Ｐｅａｋ電流６３Ａｍａｘ
出力ＦＶ１，ＦＶ２ １８５０Ｖｍａｘ 平均電流３．７ＫＷ
であるから、１回路分は、
・Ｐｅａｋ電流３１．５Ａｍａｘ
・力率 ｃｏｓφ＝０．９５
・ＤＣ／ＤＣ ＣＯＮＶ 効率μ＝０．８５
とすると、 Ｐｅａｋ電流３１．５Ａを満足するＰｅａｋ電力は
・Ｐｉｎ＝√３×２００×（３１．５×０．８１）×０．９５＝８．３９６ＫＷ
となる。これを出力電力に変換した電力Ｐ０ｐｅａｋは、
・Ｐ０ｐｅａｋ＝Ｐｍ・μ＝８．３９６×０．８５＝７．１３６ＫＷ
が出力可能電力となる。
【００４４】
（１）条件▲１▼：充電電流１段方式（切換なし）の場合：図３の（ｂ）に示すように、充電電流Ｉｃは、
Ｉｃ＝Ｖ・Ｃ／ｔ＝１８５０×２２１×１０６／（７１×１０３）＝５．７６Ａ
となる。ｐｅａｋ出力電力Ｐｏｕｔは、
Ｐｏｕｔ＝Ｖ・Ｉｃ＝１８５０×５．７６＝１０．６５６ＫＷ
となり、Ｐ０ｐｅａｋ＝７．１３６ＫＷを超えてしまい、電力供給は困難である。
【００４５】
（２） 同様にして計算すると下記のようになる。
・条件▲２▼の充電電流２段方式の場合（図３の（ｃ））：
Ｐｏｕｔ１＝Ｖ１・Ｉｃ１＝７．７８５ＫＷ
Ｐｏｕｔ２＝Ｖ２・Ｉｃ２＝８．０８５ＫＷ
となり、Ｐｏｕｔ１とＰｏｕｔ３がＰ０ｐｅａｋ＝７．１３６ＫＷを超えてしまい、電力供給は困難である。
【００４６】
・条件▲３▼の充電電流３段方式の場合（図４の（ｄ））：
Ｐｏｕｔ１＝Ｖ１・Ｉｃ１＝７．２３９ＫＷ
Ｐｏｕｔ２＝Ｖ２・Ｉｃ２＝６．９２４ＫＷ
Ｐｏｕｔ３＝Ｖ３・Ｉｃ３＝７．１７８ＫＷ
となり、Ｐｏｕｔ１とＰｏｕｔ３がＰ０ｐｅａｋ＝７．１３６ＫＷを超えてしまい、電力供給は困難である。
【００４７】
・条件▲４▼の充電電流４段方式の場合（図４の（ｅ））：
Ｐｏｕｔ１＝Ｖ１・Ｉｃ１＝６．３６９ＫＷ
Ｐｏｕｔ２＝Ｖ２・Ｉｃ２＝６．８６０ＫＷ
Ｐｏｕｔ３＝Ｖ３・Ｉｃ３＝６．５５０ＫＷ
Ｐｏｕｔ４＝Ｖ４・Ｉｃ４＝６．８０８ＫＷ
となり、Ｐ０ｐｅａｋ＝７．１３６ＫＷよりも全て小さく、電力供給は可能である。
【００４８】
以上によって、ここでは、図４の（ｅ）の条件▲４▼の充電電流４段方式が条件を満たすこととなるる。
【００４９】
図５は、本発明の詳細説明図（その３）を示す。これは、既述した図１の回路について説明した図３、図４の計算結果をもとに作成したものであって、横軸は切換段数であり、左側の縦軸は最大電力を表し、右側の縦軸は出力最大電流を表す。
【００５０】
▲１▼Ｐ０ｐｅａｋは、最大電力Ｐ０ｐｅａｋ ＫＷを表し、電流切換段数が多くなるに従い小さくなっていく飽和曲線の特性をもっている。ここで、飽和する直前のポイントを選択することで最大電力と回路構成数の最適化を図ることができる。
【００５１】
▲２▼Ｉ０ｐｅａｋは、出力最大電流Ｉ０ｐｅａｋ Ａを表し、段数が少なくなるに従い小さくなっていく飽和曲線の特性をもっている。この電流が大きいと電力ロスが増大し、また、部品定格を満足できなくなる。
【００５２】
従って、最大電力特性と出力最大電流特性との兼ね合いで最適なポイントを選択することで電力の高効率化を図ることが可能となる。
【００５３】
図６は、本発明の使用例を示す。これは、本発明を使用したプリンタ装置として、連続帳票を扱う電子写真プリンタの構成を示す。
【００５４】
図６において、用紙ホッパ１１に積載された連続用紙２は、搬送系により連続送りされて、転写器７および定着ユニット１３を経てスタッカ１２に収納される。
【００５５】
時計方向に回転する感光体ドラム４は、帯電器３により一様に帯電した後、光学系５により画像を露光する。これにより、感光ドラム４に画像に応じた静電潜像が形成される。感光ドラム４の静電潜像は、現像器６により現像した後、感光体ドラム４のトナー像が、転写器７により連続用紙２に転写する。
【００５６】
転写後、感光体ドラム４は、除電気９により除電し、残留トナーはクリーナブレード８、クリーナブラシ１０によりクリーニングする。トナー像を転写した連続用紙２は、フラッシュ定着ユニット１３により、フラッシュ定着した後、スタッカ１２に収納する。フラッシュ制御ユニット１４は、フラッシュ定着ユニット１３のフラッシュランプ１の発光（発光周波数）を制御する。
【００５７】
以上の構成で、本願発明は、フラッシュランプ１を発光させる図示外の放電用のコンデンサＣ０を充電するのに使用する。
【００５８】
（付記１）
放電用のコンデンサを充電するコンデンサ充電回路において、
前記放電用のコンデンサに定電流で充電制御する定電流制御回路と、
前記定電流制御回路が前記放電用のコンデンサを充電時に、時間の経過に従い放電用のコンデンサに充電する定電流と電圧の積である電力がほぼ一定となるように前記定電流回路が放電用のコンデンサに充電する電流の値を減らさせる電力平均化回路と
を備えたことを特徴とするコンデンサ充電回路。
【００５９】
（付記２）
前記電力平均化回路が、コンデンサに充電する定電流の値を時間の経過に従い順次切り替えて前記電力をほぼ一定に制御させることを特徴とする付記１記載のコンデンサ充電回路。
【００６０】
（付記３）
前記放電用のコンデンサに供給する最大電力と出力最大電流との両者が最適な前記切り換え段数としたことを特徴とする付記２記載のコンデンサ充電回路。
【００６１】
（付記４）
放電用のコンデンサを充電するコンデンサ充電回路において、
前記放電用のコンデンサに定電流で充電制御する定電流制御回路と、
前記放電用のコンデンサに供給する電流および印加する電圧を検出して当該電流と電圧の積である電力を一定になるように、前記放電用のコンデンサに供給する電流を制御する定電力制御回路と
を備え、
前記定電流制御回路により定電流で前記放電用のコンデンサを充電開始し、所定電力となったときに前記定電力制御回路が定電力で前記放電用のコンデンサを充電することを特徴とするコンデンサ充電回路。
【００６２】
（付記５）
前記定電流として、前記放電用のコンデンサに流れる電流あるいは電源供給側の電流を一定にすることを特徴とする付記１から付記４のいずれかに記載のコンデンサ充電回路。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、放電用のコンデンサＣ０を充電する際に、定電流充電の値を時間の経過に従い小さくしたり、定電流充電開始してその電力を一定値に制限したりする構成を採用しているため、最大充電電力を平均化して最大入力電力を小さくして電力変換効率を向上かつ小型化し安価にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の説明図（その１）である。
【図２】本発明の説明図（その２）である。
【図３】本発明の詳細説明図（その１）である。
【図４】本発明の詳細説明図（その２）である。
【図５】本発明の詳細説明図（その３）である。
【図６】本発明の使用例である。
【図７】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１：駆動回路
２：定電流制御回路
３，４：電力平均化回路
Ｃ０：放電用のコンデンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電用のコンデンサを充電するコンデンサ充電回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリンタ装置などのフラッシュ制御回路は、コンデンサに充電して当該コンデンサに充電した電力をランプに供給してトナー像を用紙に定着している。この際、フラッシュ制御回路は、図７の（ａ）に示す回路で、充電電流が大きくなり過ぎないように、定電流回路２３によってコンデンサＣ０に定電流充電していた。以下図７の（ａ）の回路の動作を、図７の（ｂ）の波形図に従い簡単に説明する。
【０００３】
図７の（ｂ）において、ＣＨＧ ＯＮ信号をＯＮにすると、定電流制御回路１２が一定電流を放電用のコンデンサＣ０に供給するように、駆動回路１１を制御してコンデンサＣ０を定電流で充電する。この際、コンデンサＣ０の両端の電圧Ｖ０はほぼ直線状に上昇し、Ｖ０ｍａｘで飽和する。そして、ＴＧ ＯＮ信号に対応してパルス電圧を放電ランプＬＰに印加してコンデンサＣ０に蓄積した電荷を放電ランプＬＰに供給して放電（図７の（ｂ）のＶｔｇｍａｘ）させて光を放射し、ここでは、トナー像を用紙に定着する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、コンデンサＣ０に充電する電流が大きくなり過ぎないように図７の（ａ）の回路で定電流充電していたため、図７の（ｃ）に示すように、コンデンサＣ０に供給する電力（定電流×電圧）Ｐ＝Ｖ０Ｃ０・Ｉ０が大きくなりすぎてしまい、電力の最大に見合った容量の大きな回路素子、更に、電力供給設備、配電設備が必要となってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、これらの問題を解決するため、放電用のコンデンサを充電する際に、定電流充電の値を時間の経過に従い小さくしたり、定電流充電開始してその電力を一定値に制限したりし、最大充電電力を平均化して最大入力電力を小さくして電力変換効率を向上かつ小型化し安価にすることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
図１および図２を参照して課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
図１および図２において、定電流制御回路２は、放電用のコンデンサＣ０に定電流で充電制御するものである。
【０００８】
電力平均化回路３は、定電流制御回路２が放電用のコンデンサＣ０を定電流で充電する際に、時間の経過に伴い充電電流の値を小さくするものである。
【０００９】
電力平均化回路４は、定電流制御回路２が放電用のコンデンサＣ０を定電流で充電開始したときに、電流と電圧の積である電力を一定になるように放電用のコンデンサＣ０に供給する電流を制御するものである。
【００１０】
コンデンサＣ０は、放電用のコンデンサであって、ここでは、充電対象のコンデンサである。
【００１１】
次に、動作を説明する。
定電流制御回路２が放電用のコンデンサＣ０に定電流で充電開始し、電力平均化制御回路３が時間の経過に従い放電用のコンデンサＣ０に充電する定電流と電圧の積である電力がほぼ一定となるように定電流回路２が放電用のコンデンサＣ０に充電する電流の値を減らすようにしている。
【００１２】
この際、電力平均化回路３が、コンデンサＣ０に充電する定電流の値を時間の経過に従い順次切り替えて電力をほぼ一定に制御するようにしている。
【００１３】
また、放電用のコンデンサＣ０に供給する最大電力と出力最大電流との両者が最適な切り換え段数とするようにしている。
【００１４】
また、定電流制御回路２が放電用のコンデンサＣ０に定電流で充電開始し、電力平均化回路４が放電用のコンデンサＣ０に供給する電流および印加する電圧を検出して電流と電圧の積である電力を一定になるように、放電用のコンデンサＣ０に供給する電流を制御するようにしている。
【００１５】
また、放電用のコンデンサに流れる電流あるいは電源供給側の電流を検出して制御するようにしている。
【００１６】
従って、放電用のコンデンサＣ０を充電する際に、定電流充電の値を時間の経過に従い小さくしたり、定電流充電開始してその電力を一定値に制限したりすることにより、最大充電電力を平均化して最大入力電力を小さくして電力変換効率を向上かつ小型化し安価にすることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、図１から図６を用いて本発明の実施の形態および動作を順次詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の説明図（その１）を示す。
図１の（ａ）は、回路例を示す。
【００１９】
図１の（ａ）において、駆動回路１は、商用電源（ここでは、３相２００Ｖ）を両者整流して生成した直流をスイッチングし、トランスＴ１の１次コイルに電流を供給し、２次コイル側から所定のＡＣ電圧を発生させるものである。この際、スイッチングの例えばデューティを制御し、トランスＴ１の２次コイルに発生するＡＣ電圧を制御し、結果として放電用のコンデンサＣ０への充電電流を制御（例えば定電流制御、定電力制御）するものである。
【００２０】
定電流制御回路２は、放電用のコンデンサＣ０に流れる電流を抵抗Ｒ１に流して発生した電圧、あるいはトランスＴ１の１次側に挿入した電流検出用トランスＣＴ１の２次コイルから出力された電流に対応する電圧が一定となるような信号を、駆動回路１に出力し結果として放電用のコンデンサＣ０に流れる電流（後者は正確にはトランスＴ１の１次側コイルに供給される電流）を一定に電流制御するものである。
【００２１】
電力平均化回路３は、定電流制御回路２で放電用のコンデンサＣ０に充電する電流と、当該コンデンサＣ０の電圧との積である電力を平均化するものであって、ここでは、図３から図５で後述するように、所定時間毎に定電流制御回路２が定電流制御する電流値を順次小さくなるように切り替える（具体的には定電流回路２の基準電圧をタイマからの通知に従いステップ状に順次小さくして定電流値を順次小さくし、電力をほぼ一定に制御するように切り替える）。電力平均化回路３は、基準値Ｖｒｅｆに抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒｎを直列に接続して分割した電圧のうち、高い電圧から所定時間経過すると次の高い電圧に切り替えることを繰り返し、定電流制御回路２の基準電圧として供給し、結果として、放電用のコンデンサＣ０に供給する電流Ｉ０を徐々に小さくし、充電に従い電流Ｉ０を小さくして電圧Ｖ０が大きくなるのをキャンセルする形とし、その積である電力Ｐ＝Ｃ０＊Ｉ０がほぼ一定となるように切り替える（図１の（ｂ）参照）。
【００２２】
ランプＬｐは、放電用のコンデンサＣ０に蓄積した電力（電荷）を、図示外のトリガ電極に印加されたトリガ電圧で発生した小さな放電に同期して大電流放電し、後述する図６のプリンタ装置でトナー像を用紙に転写するものである。
【００２３】
図１の（ｂ）は、波形図を示す。横軸は、時間を表し、１回の充電時の波形を示す。
【００２４】
図１の（ｂ）において、点線の波形は、放電用のコンデンサＣ０に充電する充電電流の波形を示す。ここでは、充電開始してから
・ｔ１時に定電流Ｉ０１
・ｔ２時に定電流Ｉ０２
・ｔ３時に定電流Ｉ０３
・ｔ４時に定電流Ｉ０４
の定電流となるように、図１の（ａ）の電力平均化回路３が定電流制御回路２に供給する基準電圧を図１の（ａ）のＶＲ１，ＶＲ２，ＶＲ３，ＶＲ４に順次切り換えている。
【００２５】
以上の図１の（ａ）の回路で、図１の（ｂ）に示すように、電力平均化回路３が定電流制御回路２の基準電圧を時間の経過に従い、放電用のコンデンサＣ０に供給する電力Ｐ＝ＶＣ０＊Ｉ０がほぼ一定となるように当該基準電圧を切り換えて小さくすることにより、放電用のコンデンサＣ０を充電する回路の素子、配電設備などの最大電力容量、最大電流などを小さくして小型化かつ安価に製造することが可能となる。
【００２６】
図２は、本発明の説明図（その２）を示す。
図２の（ａ）は、回路例を示す。
【００２７】
図２の（ａ）において、駆動回路１は、商用電源（ここでは、３相２００Ｖ）を両波整流して生成した直流をスイッチングし、トランスＴ１の１次コイルに電流を供給し、２次コイル側から所定のＡＣ電圧を発生させるものである。この際、スイッチングの例えばデューティを制御し、トランスＴ１の２次コイルに発生するＡＣ電圧を制御し、結果として放電用のコンデンサＣ０への充電電流を制御（例えば定電力制御）するものである。
【００２８】
定電流制御回路２は、放電用のコンデンサＣ０に流れる電流を抵抗Ｒ１に流して発生した電圧、あるいはトランスＴ１の１次側に挿入した電流検出用トランスＣＴ１の２次コイルから出力された電流に対応する電圧が一定となるような信号を、ここでは、電力平均化回路４に供給して放電用のコンデンサＣ０の充電開始時に定電流で充電するものである。そして、放電用のコンデンサＣ０に供給する電力が一定値になったときに、定電流制御を抑止し、定電力制御に切り替えるようにしている。
【００２９】
電力平均化回路４は、放電用のコンデンサＣ０の充電開始時に、定電流制御回路２からの定電流制御信号を駆動回路１に出力してコンデンサＣ０に定電流充電を開始し、コンデンサＣ０に供給する電流と電圧の積である電力が一定値になったときに定電流制御信号を抑止し、定電力となるような信号を駆動回路１に供給してコンデンサＣ０に定電力で充電するものであって、ここでは、電流検出回路４１、電圧検出回路４２、およびＩ×Ｖ乗算回路４３、定電流／定電力切替回路４４などから構成されるものである。
【００３０】
電流検出回路４１は、放電用のコンデンサＣ０に流れる電流を抵抗Ｒ１によって検出して増幅したり、あるいは図示外の電流検出トランスＣＴ１の２次コイルに発生した電圧をもとに当該放電用のコンデンサＣ０に充電する回路へ供給される電流を検出するものである。
【００３１】
電圧検出回路４２は、放電用のコンデンサＣ０に印加された電圧を検出するものである。
【００３２】
Ｉ×Ｖ乗算回路４３は、電流検出回路４１で検出された放電用のコンデンサＣ０に流れる電流と、電圧検出回路４２で検出された放電用のコンデンサＣ０に印加された電圧の積である電力を算出するものである。
【００３３】
定電流／定電力切替回路４４は、放電用のコンデンサＣ０に充電開始時は定電流制御回路２からの定電流制御信号を駆動回路１に出力し定電流で充電開始し、充電電流と放電用のコンデンサＣ０に供給された電圧との積が一定値に到達したときに、定電流制御回路２からの定電流制御信号を抑止し、Ｉ×Ｖ乗算回路４３からの定電力制御信号を駆動回路１に出力し定電力で充電継続するものである（図２の（ｂ）参照）。
【００３４】
図２の（ｂ）は、波形図を示す。横軸は、時間を表し、１回の充電時の波形を示す。
【００３５】
図２の（ｂ）において、点線の波形は、放電用のコンデンサＣ０に充電する充電電流Ｉ０の波形を示す。ここでは、充電開始時してから一定の電力（平均の電力）に到達するまで一定電流（図中の点線の平行部分）で充電し、一定電力に到達した後は定電力制御されるので、電流Ｉ０は徐々に減少している。
【００３６】
太線の波形は、電力Ｐ０＝ＶＣ０＊Ｉ０の変化を示す。ここでは、充電開始時は定電流制御されるために電力Ｐ０は徐々に増大し一定の電力（平均電力）に到達すると、定電力制御に切り替わるので以降は一定の電力で放電用のコンデンサＣ０を充電する。
【００３７】
実線の細線のＶＣ０は、放電用のコンデンサＣ０に供給される電圧の変化を示す。
【００３８】
以上の図２の（ａ）の回路で、図２の（ｂ）に示すように、充電開始時は定電流制御回路２により放電用のコンデンサＣ０の充電を開始し、一定電力（平均電力）に到達した後は定電力制御に切り換えて充電することにより、放電用のコンデンサＣ０を充電する回路の素子、配電設備などの最大電力容量、最大電流などを小さくして小型化かつ安価に製造することが可能となる。
【００３９】
次に、図３から図５を用いて、既述した図１の回路の動作の詳細を具体的に説明する。
【００４０】
図３の（ａ）は、回路ブロック図を示す。ここでは、３相２００Ｖを入力とし、２つの放電用のコンデンサＣ０を充電する場合のうち、１組を取り出して以下説明する。
【００４１】
図３の（ａ）において、整流ブリッジダイオード３１は、３相２００ＶＡＣを両波整流して直流を生成するものである。
【００４２】
ＤＣ／ＤＣ ＣＯＮＶ３２は、整流ブリッジダイオード３１によって整流された直流から交流を発生させてそれを変圧器で電圧を変圧して整流し放電用のコンデンサＣ０（２２１μＦｍａｘ）を充電するものである。
【００４３】
ここでは、
入力２２０〜２４０Ｖ３相 Ｐｅａｋ電流６３Ａｍａｘ
出力ＦＶ１，ＦＶ２ １８５０Ｖｍａｘ 平均電流３．７ＫＷ
であるから、１回路分は、
・Ｐｅａｋ電流３１．５Ａｍａｘ
・力率 ｃｏｓφ＝０．９５
・ＤＣ／ＤＣ ＣＯＮＶ 効率μ＝０．８５
とすると、 Ｐｅａｋ電流３１．５Ａを満足するＰｅａｋ電力は
・Ｐｉｎ＝√３×２００×（３１．５×０．８１）×０．９５＝８．３９６ＫＷ
となる。これを出力電力に変換した電力Ｐ０ｐｅａｋは、
・Ｐ０ｐｅａｋ＝Ｐｍ・μ＝８．３９６×０．８５＝７．１３６ＫＷ
が出力可能電力となる。
【００４４】
（１）条件▲１▼：充電電流１段方式（切換なし）の場合：図３の（ｂ）に示すように、充電電流Ｉｃは、
Ｉｃ＝Ｖ・Ｃ／ｔ＝１８５０×２２１×１０６／（７１×１０３）＝５．７６Ａ
となる。ｐｅａｋ出力電力Ｐｏｕｔは、
Ｐｏｕｔ＝Ｖ・Ｉｃ＝１８５０×５．７６＝１０．６５６ＫＷ
となり、Ｐ０ｐｅａｋ＝７．１３６ＫＷを超えてしまい、電力供給は困難である。
【００４５】
（２） 同様にして計算すると下記のようになる。
・条件▲２▼の充電電流２段方式の場合（図３の（ｃ））：
Ｐｏｕｔ１＝Ｖ１・Ｉｃ１＝７．７８５ＫＷ
Ｐｏｕｔ２＝Ｖ２・Ｉｃ２＝８．０８５ＫＷ
となり、Ｐｏｕｔ１とＰｏｕｔ３がＰ０ｐｅａｋ＝７．１３６ＫＷを超えてしまい、電力供給は困難である。
【００４６】
・条件▲３▼の充電電流３段方式の場合（図４の（ｄ））：
Ｐｏｕｔ１＝Ｖ１・Ｉｃ１＝７．２３９ＫＷ
Ｐｏｕｔ２＝Ｖ２・Ｉｃ２＝６．９２４ＫＷ
Ｐｏｕｔ３＝Ｖ３・Ｉｃ３＝７．１７８ＫＷ
となり、Ｐｏｕｔ１とＰｏｕｔ３がＰ０ｐｅａｋ＝７．１３６ＫＷを超えてしまい、電力供給は困難である。
【００４７】
・条件▲４▼の充電電流４段方式の場合（図４の（ｅ））：
Ｐｏｕｔ１＝Ｖ１・Ｉｃ１＝６．３６９ＫＷ
Ｐｏｕｔ２＝Ｖ２・Ｉｃ２＝６．８６０ＫＷ
Ｐｏｕｔ３＝Ｖ３・Ｉｃ３＝６．５５０ＫＷ
Ｐｏｕｔ４＝Ｖ４・Ｉｃ４＝６．８０８ＫＷ
となり、Ｐ０ｐｅａｋ＝７．１３６ＫＷよりも全て小さく、電力供給は可能である。
【００４８】
以上によって、ここでは、図４の（ｅ）の条件▲４▼の充電電流４段方式が条件を満たすこととなるる。
【００４９】
図５は、本発明の詳細説明図（その３）を示す。これは、既述した図１の回路について説明した図３、図４の計算結果をもとに作成したものであって、横軸は切換段数であり、左側の縦軸は最大電力を表し、右側の縦軸は出力最大電流を表す。
【００５０】
▲１▼Ｐ０ｐｅａｋは、最大電力Ｐ０ｐｅａｋ ＫＷを表し、電流切換段数が多くなるに従い小さくなっていく飽和曲線の特性をもっている。ここで、飽和する直前のポイントを選択することで最大電力と回路構成数の最適化を図ることができる。
【００５１】
▲２▼Ｉ０ｐｅａｋは、出力最大電流Ｉ０ｐｅａｋ Ａを表し、段数が少なくなるに従い小さくなっていく飽和曲線の特性をもっている。この電流が大きいと電力ロスが増大し、また、部品定格を満足できなくなる。
【００５２】
従って、最大電力特性と出力最大電流特性との兼ね合いで最適なポイントを選択することで電力の高効率化を図ることが可能となる。
【００５３】
図６は、本発明の使用例を示す。これは、本発明を使用したプリンタ装置として、連続帳票を扱う電子写真プリンタの構成を示す。
【００５４】
図６において、用紙ホッパ１１に積載された連続用紙２は、搬送系により連続送りされて、転写器７および定着ユニット１３を経てスタッカ１２に収納される。
【００５５】
時計方向に回転する感光体ドラム４は、帯電器３により一様に帯電した後、光学系５により画像を露光する。これにより、感光ドラム４に画像に応じた静電潜像が形成される。感光ドラム４の静電潜像は、現像器６により現像した後、感光体ドラム４のトナー像が、転写器７により連続用紙２に転写する。
【００５６】
転写後、感光体ドラム４は、除電気９により除電し、残留トナーはクリーナブレード８、クリーナブラシ１０によりクリーニングする。トナー像を転写した連続用紙２は、フラッシュ定着ユニット１３により、フラッシュ定着した後、スタッカ１２に収納する。フラッシュ制御ユニット１４は、フラッシュ定着ユニット１３のフラッシュランプ１の発光（発光周波数）を制御する。
【００５７】
以上の構成で、本願発明は、フラッシュランプ１を発光させる図示外の放電用のコンデンサＣ０を充電するのに使用する。
【００５８】
（付記１）
放電用のコンデンサを充電するコンデンサ充電回路において、
前記放電用のコンデンサに定電流で充電制御する定電流制御回路と、
前記定電流制御回路が前記放電用のコンデンサを充電時に、時間の経過に従い放電用のコンデンサに充電する定電流と電圧の積である電力がほぼ一定となるように前記定電流回路が放電用のコンデンサに充電する電流の値を減らさせる電力平均化回路と
を備えたことを特徴とするコンデンサ充電回路。
【００５９】
（付記２）
前記電力平均化回路が、コンデンサに充電する定電流の値を時間の経過に従い順次切り替えて前記電力をほぼ一定に制御させることを特徴とする付記１記載のコンデンサ充電回路。
【００６０】
（付記３）
前記放電用のコンデンサに供給する最大電力と出力最大電流との両者が最適な前記切り換え段数としたことを特徴とする付記２記載のコンデンサ充電回路。
【００６１】
（付記４）
放電用のコンデンサを充電するコンデンサ充電回路において、
前記放電用のコンデンサに定電流で充電制御する定電流制御回路と、
前記放電用のコンデンサに供給する電流および印加する電圧を検出して当該電流と電圧の積である電力を一定になるように、前記放電用のコンデンサに供給する電流を制御する定電力制御回路と
を備え、
前記定電流制御回路により定電流で前記放電用のコンデンサを充電開始し、所定電力となったときに前記定電力制御回路が定電力で前記放電用のコンデンサを充電することを特徴とするコンデンサ充電回路。
【００６２】
（付記５）
前記定電流として、前記放電用のコンデンサに流れる電流あるいは電源供給側の電流を一定にすることを特徴とする付記１から付記４のいずれかに記載のコンデンサ充電回路。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、放電用のコンデンサＣ０を充電する際に、定電流充電の値を時間の経過に従い小さくしたり、定電流充電開始してその電力を一定値に制限したりする構成を採用しているため、最大充電電力を平均化して最大入力電力を小さくして電力変換効率を向上かつ小型化し安価にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の説明図（その１）である。
【図２】本発明の説明図（その２）である。
【図３】本発明の詳細説明図（その１）である。
【図４】本発明の詳細説明図（その２）である。
【図５】本発明の詳細説明図（その３）である。
【図６】本発明の使用例である。
【図７】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１：駆動回路
２：定電流制御回路
３，４：電力平均化回路
Ｃ０：放電用のコンデンサ
Claims (3)
- 放電用のコンデンサを充電するコンデンサ充電回路において、
前記放電用のコンデンサに定電流で充電制御する定電流制御回路と、
前記定電流制御回路が前記放電用のコンデンサを充電時に、時間の経過に従い放電用のコンデンサに充電する定電流と電圧の積である電力がほぼ一定となるように前記定電流回路が放電用のコンデンサに充電する電流の値を減らさせる電力平均化回路と
を備えたことを特徴とするコンデンサ充電回路。 - 前記電力平均化回路が、コンデンサに充電する定電流の値を時間の経過に従い順次切り替えて前記電力をほぼ一定に制御させることを特徴とする請求項１記載のコンデンサ充電回路。
- 放電用のコンデンサを充電するコンデンサ充電回路において、
前記放電用のコンデンサに定電流で充電制御する定電流制御回路と、
前記放電用のコンデンサに供給する電流および印加する電圧を検出して当該電流と電圧の積である電力を一定になるように、前記放電用のコンデンサに供給する電流を制御する定電力制御回路と
を備え、
前記定電流制御回路により定電流で前記放電用のコンデンサを充電開始し、所定電力となったときに前記定電力制御回路が定電力で前記放電用のコンデンサを充電することを特徴とするコンデンサ充電回路。
Priority Applications (1)
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| JP2002287459A JP2004129345A (ja) | 2002-09-30 | 2002-09-30 | コンデンサ充電回路 |
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| JP2004129345A true JP2004129345A (ja) | 2004-04-22 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2011229279A (ja) * | 2010-04-20 | 2011-11-10 | Rohm Co Ltd | 充電制御装置 |
-
2002
- 2002-09-30 JP JP2002287459A patent/JP2004129345A/ja active Pending
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| JP2011229279A (ja) * | 2010-04-20 | 2011-11-10 | Rohm Co Ltd | 充電制御装置 |
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