JP2005160239A

JP2005160239A - 高圧電源装置

Info

Publication number: JP2005160239A
Application number: JP2003396723A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ogawara; 敏小河原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】高圧出力数が更に多い場合には、高圧出力数と同じ数の束線が必要となり、コストＵＰの要因となっていた。
【解決手段】デジタルＰＷＭ手段より発生したＰＷＭパルス信号を選択的に出力する選択手段を備え、選択手段より、ＰＷＭパルスを複数の高圧電源に時分割で供給し、複数の電源の出力を制御手段からの設定値に制御する。また、出力検出信号をデジタルデータに変換する手段、デジタルデータ、及び一連の制御を行う制御手段、デジタルＰＷＭ手段をワンチップにＩＣ化する。
【選択図】図１

Description

本発明は電源装置に関わるもので、特に電子写真方式を用いた複写機、プリンタに備わる高圧電源装置に関するものである。

従来例の複写機、プリンタに備わる高圧電源の概略のブロック図を図４に示す。ここでは高圧Ａ、高圧Ｂ、高圧Ｃという３つの高圧出力を持つ電源装置について説明する。まず各部品について説明する。１、２、３は１次側に入力された電圧を１次−２次間の巻き数比に応じて変換して２次側に所定の電圧を出力するインバータトランス、４、５、６は１、２、３のインバータトランスをそれぞれ駆動するスイッチング素子のトランジスタ、７はセレクト信号によって多入力の内の一つの信号を選択して出力するアナログマルチプレクサである。８は入力信号を所定期間ラッチしておくサンプルホールド回路、９は一定電流を流す定電流源、１０はトランジスタ、１１は２入力の大小比較結果を出力する比較器、１２はカウンタ、１３は各要素の制御を司るコントローラ、１４はセレクト信号によって入力信号を多出力に振り分けるデコーダ、１５、１６、１７は入力信号に応じて、そのＤｕｔｙを制御するデジタルＰＷＭ回路である。

次に、各部品要素の接続、及び一連の動作について説明する。まず、トランス１、２、３の１次側入力にはＢ電圧として所定の電圧が入力されており、トランジスタ４、５、６のベースに１５、１６、１７のＰＷＭ回路から信号線４１５、４１６、４１７を介して、それぞれパルス信号を供給することによって、各トランスの２次側に巻き数比に応じた振幅を持つパルス出力を得る。そのパルス出力をダイオード３０１とコンデンサ２０１、ダイオード３０２とコンデンサ２０２、ダイオード３０３とコンデンサ２０３、それぞれで整流しダイオード３０１、３０２、３０３のカソード側に直流高圧出力を発生させる。そして、各高圧出力は図示しない各高圧負荷（例えば帯電器等）に供給され電子写真画像形成プロセスに寄与することとなる。（高圧Ａ，Ｂ，Ｃ）
各高圧出力に抵抗１０１と抵抗１０２、抵抗１０３と抵抗１０４、抵抗１０５と抵抗１０６が接続されるとともに、上記各抵抗の抵抗分割により降圧された電圧、すなわち各高圧出力の検出信号が信号線４０１、４０２、４０３を介して７のアナログマルチプレクサに入力される。７のアナログマルチプレクサでは１３のコントローラーからのセレクト信号である信号線４０４も入力され、このセレクト信号に応じて信号線４０１、４０２、４０３の信号線を選択してその信号を信号線４０５に出力する。８のサンプルホールド回路では所定期間、４０５の信号線からの信号をホールドして信号線４０６に出力する。信号線４０６は１１の比較器の反転入力に接続される。また、９の定電流源の出力はコンデンサ１０７、及び１１の比較器の非反転入力に接続されており、９の定電流源によってコンデンサ１０７が充電され、信号線４０７の電圧は９の定電流源の電流値、及びコンデンサ１０７の容量値によって定められる傾きをもって上昇していく。（コンデンサ１０７の充電開始の前には必ず、１３のコントローラから信号線４１０を介してトランジスタ１０をＯＮさせ、コンデンサ１０７を放電させておく）
１１の比較器では信号線４０６の電位に対して信号線４０７の電位が上回ったときにその出力である信号線４０８を“Ｌ”から“Ｈ”に変化させる。これからもわかるように、信号線４０６の電圧値が高いほど、すなわちその前段の高圧出力値が高いほど、信号線４０８の“Ｌ”から“Ｈ”に変化するまでの時間が長く、逆に信号線４０６の電圧値が低いほど、すなわちその前段の高圧出力値が低いほど、信号線４０８の“Ｌ”から“Ｈ”に変化するまでの時間が短くなる。この信号線４０８は１２のカウンタのイネーブル端子に接続されており、このイネーブル端子が“Ｌ”の期間だけカウントアップ動作を行い、そのカウント値は信号線４０９に出力され、ここでデジタルデータに変換される。（１３のコントローラから信号線４１１を介してカウントアップ動作前にカウント値をリセットしている）
当然のごとく、前段の高圧出力値に応じて１２のカウンタ値が増減することとなり、８のサンプルホールド回路から１２のカウンタまでの構成でいわゆるＡ／Ｄ変換器を構成している。信号線４０９は１４のデコーダーの入力に接続されており、さらに１３のコントローラーから信号線４０４を介してセレクト信号も入力され、このセレクト信号に応じて信号線４０９の信号を信号線４１２を介して１５のＰＷＭ回路へ、信号線４１３を介して１６のＰＷＭ回路へ、信号線４１４を介して１７のＰＷＭ回路へそれぞれ出力する。

１５、１６、１７のＰＷＭ回路はさらに１３のコントローラから信号線４１８、４１９、４２０がそれぞれ接続されている。この信号線４１８、４１９、４２０には高圧出力Ａ，Ｂ，Ｃの出力設定値（目標値）に対応したデジタルデータが設定され、１５、１６、１７のＰＷＭ回路では信号線４１８、４１９、４２０のデータと信号線４１２、４１３、４１４との大小関係を比較し、信号線４１２、４１３、４１４の値が大きければ信号線４１５、４１６、４１７のパルス出力のＤｕｔｙを最小分解能分狭く、逆に信号線４１２、４１３、４１４の値が小さければ信号線４１５、４１６、４１７のパルス出力のＤｕｔｙを最小分解能分広くするように動作する。

こうして、１３のコントローラから出力される信号線４０４のセレクト信号を順次、所定のタイミングで切り替え、高圧Ａ，Ｂ，Ｃ−Ａ，Ｂ，Ｃ−というようにＰＷＭ制御対象を切り替えながら時分割で高圧Ａ，Ｂ，Ｃの複数電源出力を所定値に制御していく。（例えば、特許文献１参照。）
特開２００３―１４３８４９公報

しかしながら、高圧電源の構成として、図４のように高圧インバータトランス、高圧インバータトランスを駆動させるトランジスタ、高圧整流素子及びマルチプレクサ等で構成された高圧ユニット部と高圧出力値を所望の値に制御するため、各高圧インバータトランスの駆動素子に制御パルスを供給するための高圧制御手段部を別のユニットとするものがあるが、この場合、高圧ユニット部と高圧制御手段部の信号インターフェイスとして束線が用いられる。高圧制御手段部のＰＷＭ回路より出力されるＰＷＭ信号も束線によって高圧ユニットに伝送され、従来例の場合高圧出力数が３つのためＰＷＭ回路の出力束線として３本必要であるが、高圧出力数が更に多い場合には、高圧出力数と同じ数の束線が必要となり、コストＵＰの要因となっていた。

本発明においては、複数の高圧電源を有し、該複数の高圧電源の各出力検出信号を時分割で切り替える手段と、時分割で切り替えられた該出力検出信号をデジタルデータに変換する手段と、該デジタルデータ、及び一連の制御を行う制御手段からの前記複数の高圧電源の出力電圧に対応した設定デジタルデータを基にデジタル的にＰＷＭ信号を時分割で発生させるデジタルＰＷＭ手段、を備えた高圧電源装置において、前記デジタルＰＷＭ手段より発生したＰＷＭパルス信号を選択的に出力する選択手段を備え、該選択手段より、前記ＰＷＭパルスを前記複数の高圧電源に時分割で供給し、前記複数の電源の出力を前記制御手段からの設定値に制御することを特徴とする高圧電源装置。及び複数の高圧電源を有し、該複数の高圧電源の各出力検出信号を時分割で切り替える手段と、時分割で切り替えられた該出力検出信号をデジタルデータに変換する手段と、該デジタルデータ、及び一連の制御を行う制御手段からの前記複数の高圧電源の出力電流に対応した設定デジタルデータを基にデジタル的にＰＷＭ信号を時分割で発生させるデジタルＰＷＭ手段、を備えた高圧電源装置において、前記デジタルＰＷＭ手段より発生したＰＷＭパルス信号を選択的に出力する選択手段を備え、該選択手段より、前記ＰＷＭパルスを前記複数の高圧電源に時分割で供給し、前記複数の電源の出力を前記制御手段からの設定値に制御することを特徴とする高圧電源装置。を実現することによって、課題を解決できる。

また、・出力検出信号をデジタルデータに変換する手段・デジタルデータ、及び一連の制御を行う制御手段・デジタルＰＷＭ手段をワンチップにＩＣ化することにより、装置の信頼性向上、小型化も実現できる。

本発明により、前記デジタルＰＷＭ手段より発生したＰＷＭパルス信号を選択的に出力する選択手段を備え、該選択手段より、前記ＰＷＭパルスを前記複数の高圧電源に時分割で供給し、前記複数の電源の出力を前記制御手段からの設定値に制御することを特徴とする高圧電源装置。によって、ＰＷＭ出力束線数を１つにできる為、コストダウンを実現できる。また、・出力検出信号をデジタルデータに変換する手段・デジタルデータ、及び一連の制御を行う制御手段・デジタルＰＷＭ手段をワンチップにＩＣ化することにより、装置の信頼性向上、小型化も実現できる。

本発明第１の実施形態の概略ブロック図を図1に示す。

図１において、従来例の機略ブロック図と異なる点は、高圧制御手段部にＰＷＭ時分割回路１８を設けることにより、ＰＷＭ出力束線を１本でＰＷＭ信号を高圧ユニット部へ伝送し、高圧ユニット部に設けられたＰＷＭパルス出力回路１９によって、各高圧へのＰＷＭパルスを供給するようにしたことである。

第１の実施形態においても、従来例同様、高圧Ａ、高圧Ｂ、高圧Ｃという３つの高圧出力を持つ電源装置について説明する。まず各部品について説明する。１、２、３は１次側に入力された電圧を１次−２次間の巻き数比に応じて変換して２次側に所定の電圧を出力するインバータトランス、４、５、６は１、２、３のインバータトランスをそれぞれ駆動するスイッチング素子のトランジスタ、７はセレクト信号によって多入力の内の一つの信号を選択して出力するアナログマルチプレクサである。８は入力信号を所定期間ラッチしておくサンプルホールド回路、９は一定電流を流す定電流源、１０はトランジスタ、１１は２入力の大小比較結果を出力する比較器、１２はカウンタ、１３は各要素の制御を司るコントローラ、１４はセレクト信号によって入力信号を多出力に振り分けるデコーダ、１８は入力信号に応じて、そのＤｕｔｙを制御し、時分割でＰＷＭ出力を行うＰＷＭ時分割回路、１９はＰＷＭ時分割回路の出力を元に各高圧電源にＰＷＭパルスを供給するＰＷＭパルス出力回路である。

次に、各部品要素の接続、及び一連の動作について説明する。まず、トランス１、２、３の１次側入力にはＢ電圧として所定の電圧が入力されており、トランジスタ４、５、６のベースに１９のＰＷＭパルス出力回路から信号線４１５、４１６、４１７を介して、それぞれパルス信号を供給することによって、各トランスの２次側に巻き数比に応じた振幅を持つパルス出力を得る。そのパルス出力をダイオード３０１とコンデンサ２０１、ダイオード３０２とコンデンサ２０２、ダイオード３０３とコンデンサ２０３、それぞれで整流しダイオード３０１、３０２、３０３のカソード側に直流高圧出力を発生させる。そして、各高圧出力は図示しない各高圧負荷（例えば帯電器等）に供給され電子写真画像形成プロセスに寄与することとなる。（高圧Ａ，Ｂ，Ｃ）
各高圧出力に抵抗１０１と抵抗１０２、抵抗１０３と抵抗１０４、抵抗１０５と抵抗１０６が接続されるとともに、上記各抵抗の抵抗分割により降圧された電圧、すなわち各高圧出力の検出信号が信号線４０１、４０２、４０３を介して７のアナログマルチプレクサに入力される。７のアナログマルチプレクサでは１３のコントローラからのセレクト信号である信号線４０４も入力され、このセレクト信号に応じて信号線４０１、４０２、４０３の信号線を選択してその信号を信号線４０５に出力する。８のサンプルホールド回路では所定期間、４０５の信号線からの信号をホールドして信号線４０６に出力する。信号線４０６は１１の比較器の反転入力に接続される。また、９の定電流源の出力はコンデンサ１０７、及び１１の比較器の非反転入力に接続されており、９の定電流源によってコンデンサ１０７が充電され、信号線４０７の電圧は９の定電流源の電流値、及びコンデンサ１０７の容量値によって定められる傾きをもって上昇していく。（コンデンサ１０７の充電開始の前には必ず、１３のコントローラから信号線４１０を介してトランジスタ１０をＯＮさせ、コンデンサ１０７を放電させておく）
１１の比較器では信号線４０６の電位に対して信号線４０７の電位が上回ったときにその出力である信号線４０８を“Ｌ”から“Ｈ”に変化させる。これからもわかるように、信号線４０６の電圧値が高いほど、すなわちその前段の高圧出力値が高いほど、信号線４０８の“Ｌ”から“Ｈ”に変化するまでの時間が長く、逆に信号線４０６の電圧値が低いほど、すなわちその前段の高圧出力値が低いほど、信号線４０８の“Ｌ”から“Ｈ”に変化するまでの時間が短くなる。この信号線４０８は１２のカウンタのイネーブル端子に接続されており、このイネーブル端子が“Ｌ”の期間だけカウントアップ動作を行い、そのカウント値は信号線４０９に出力され、ここでデジタルデータに変換される。（１３のコントローラから信号線４１１を介してカウントアップ動作前にカウント値をリセットしている）
当然のごとく、前段の高圧出力値に応じて１２のカウンタ値が増減することとなり、８のサンプルホールド回路から１２のカウンタまでの構成でいわゆるＡ／Ｄ変換器を構成している。信号線４０９は１４のデコーダの入力に接続されており、さらに１３のコントローラから信号線４０４を介してセレクト信号も入力され、このセレクト信号に応じて信号線４０９の信号を、信号線４２５を介して１８のＰＷＭ時分割回路へ出力する。

１８のＰＷＭ時分割回路はさらに１３のコントローラから信号線４２４が接続されている。この信号線４２４には高圧出力Ａ，Ｂ，Ｃの出力設定値（目標値）に対応したデジタルデータが時分割で設定され、１８のＰＷＭ時分割回路では信号線４２４のデータと信号線４２５との大小関係を比較し、信号線４２５の値が大きければ信号線４２４のパルス出力のＤｕｔｙを最小分解能分狭く、逆に信号線４２５の値が小さければ信号線４２４のパルス出力のＤｕｔｙを最小分解能分広くするように動作する。

次に、ＰＷＭ時分割回路１８及びＰＷＭパルス出力回路１９の動作タイミングについて説明する。図３はＰＷＭ時分割回路１８及びＰＷＭパルス出力回路１９の動作に関連する信号の高圧制御タイミングチャートを示す。

ＳＥＬ信号（セレクト信号）４０４はコントローラ１３より出力され、アナログマルチプレクサ７に入力される高圧Ａ〜Ｃの出力検出信号４０１〜４０３を選択する信号であり、図３に示す番号が１の時には高圧出力Ａの出力検出信号４０１が、２の時には高圧出力Ｂの出力検出信号４０２が、３の時には高圧出力Ｃの出力検出信号４０３が各々選択される。セレクト信号の選択チャンネルが１の時、４２５からは高圧Ａの出力検知信号を８のサンプルホールド回路からデコーダ１４までの構成でデジタル変換した検知側デジタルデータがＡ＿ＳＥＮ１が出力され、これと同じタイミングで４２４から高圧Ａの所望出力を得るための設定側デジタルデータが出力される。ＰＷＭ時分割回路１８は、検知側デジタルデータ値と設定側出力データ値の比較を行い、適切なＰＷＭパルス設定のデータＰＷＭ＿Ａ１を算出して、図３のタイミングで４２６へ出力する。ＰＷＭパルス出力回路は、データＰＷＭ＿Ａ１に基づいてＰＷＭパルスを図３のタイミングで４１７を介して高圧Ａのインバータトランスを駆動させるトランジスタ４に供給する。このようにして出力されたＰＷＭパルスは、再度セレクト信号のチャンネルが選択され、ＰＷＭパルス設定データＰＷＭ＿Ａ２がＰＷＭ時分割回路１８よＰＷＭパルス出力回路１９の入力され、該データＰＷＭ＿Ａ２のパルスが出力されるまでラッチされる。セレクト信号４０４の選択チャンネルとして２、３が選択された場合も１が選択された場合と同様、図３に示すような動作をおこなうので、説明は省略する。こうして、１３のコントローラから出力される信号線４０４のセレクト信号を順次、所定のタイミングで切り替え、高圧Ａ，Ｂ，Ｃ−Ａ，Ｂ，Ｃ−というようにＰＷＭ制御対象を切り替えながら時分割で高圧Ａ，Ｂ，Ｃの複数電源出力を所定値に制御していく。

（第２の実施形態）
本発明第２の実施例の概略ブロック図を図２に示す。図２において、本発明第１の機略ブロック図と異なる点は、第１の実施形態が高圧出力Ａ〜Ｃにおいて高圧出力電圧を検知しているのに対し、第２の実施形態では高圧出力Ａ〜Ｃの高圧出力電流を検知していることである。

トランス１、２、３の１次側入力にはＢ電圧として所定の電圧が入力されており、トランジスタ４、５、６のベースに１９のＰＷＭパルス出力回路から信号線４１５、４１６、４１７を介して、それぞれパルス信号を供給することによって、各トランスの２次側に巻き数比に応じた振幅を持つパルス出力を得る。そのパルス出力をダイオード３０１とコンデンサ２０１、ダイオード３０２とコンデンサ２０２、ダイオード３０３とコンデンサ２０３、それぞれで整流しダイオード３０１、３０２、３０３のカソード側に直流高圧出力を発生させる。そして、各高圧出力は図示しない各高圧負荷（例えば帯電器等）に供給され電子写真画像形成プロセスに寄与することとなる。（高圧Ａ，Ｂ，Ｃ）
各高圧出力に抵抗１０７と抵抗１０８、抵抗１０９と抵抗１１０、抵抗１１１と抵抗１１２が接続されるとともに、抵抗１０８、１１０、１１２の両端電圧の差分、すなわち各高圧電流出力の検出信号が信号線４０１、４０２、４０３を介して７のアナログマルチプレクサに入力される。それ以外の構成に関しては第１の実施形態と同じなので、説明を省略する。

本発明第１の実施形態の機略ブロック図。本発明第２の実施形態の概略ブロック図。本実施例の高圧制御信号のタイミングチャート。従来例の概略ブロック図。

Claims

複数の高圧電源を有し、
該複数の高圧電源の各出力検出信号を時分割で切り替える手段と、
時分割で切り替えられた該出力検出信号をデジタルデータに変換する手段と、
該デジタルデータ、及び一連の制御を行う制御手段からの前記複数の高圧電源の出力電圧に対応した設定デジタルデータを基にデジタル的にＰＷＭ信号を時分割で発生させるデジタルＰＷＭ手段、
を備えた高圧電源装置において、
前記デジタルＰＷＭ手段より発生したＰＷＭパルス信号を選択的に出力する選択手段を備え、該選択手段より、前記ＰＷＭパルスを前記複数の高圧電源に時分割で供給し、前記複数の電源の出力を前記制御手段からの設定値に制御することを特徴とする高圧電源装置。
複数の高圧電源を有し、
該複数の高圧電源の各出力検出信号を時分割で切り替える手段と、
時分割で切り替えられた該出力検出信号をデジタルデータに変換する手段と、
該デジタルデータ、及び一連の制御を行う制御手段からの前記複数の高圧電源の出力電流に対応した設定デジタルデータを基にデジタル的にＰＷＭ信号を時分割で発生させるデジタルＰＷＭ手段、
を備えた高圧電源装置において、
前記デジタルＰＷＭ手段より発生したＰＷＭパルス信号を選択的に出力する選択手段を備え、該選択手段より、前記ＰＷＭパルスを前記複数の高圧電源に時分割で供給し、前記複数の電源の出力を前記制御手段からの設定値に制御することを特徴とする高圧電源装置。
請求項１及び請求項２の高圧電源装置において、
・出力検出信号をデジタルデータに変換する手段
・デジタルデータ、及び一連の制御を行う制御手段
・デジタルＰＷＭ手段
はワンチップにＩＣ化されていることを特徴とする。