JP2005245177A - High-voltage power unit - Google Patents

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JP2005245177A JP2004054735A JP2004054735A JP2005245177A JP 2005245177 A JP2005245177 A JP 2005245177A JP 2004054735 A JP2004054735 A JP 2004054735A JP 2004054735 A JP2004054735 A JP 2004054735A JP 2005245177 A JP2005245177 A JP 2005245177A
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Kunihiro Takahashi
邦廣 高橋
Masashi Hiratsuka
昌史 平塚
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Fujifilm Business Innovation Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize the compensation of breakdown strength under high voltage by arranging the constitution such that high-voltage generating circuits corresponding to each of positive polarity and negative polarity do not affect the circuits of mutually opposite polarity and that it gets off with the design of breakdown strength for the amount of boosting with each polarity. <P>SOLUTION: In the case of generating AC high voltage, using a Cockcroft-Walton circuit, usually input voltage is applied from one end of the Cockcroft-Walton circuit and boosted AC high voltage is output from the side of the other end, however, in this case the breakdown strength of voltage double the amplitude voltage to the positive electrode side and the negative electrode side becomes necessary in the case of generating AC high voltage oscillating to both sides of positive polarity and negative polarity, on the basis of reference voltage ( for example, 0V). So, the midpoint of the Cockcroft-Walton circuit is cut, and two pieces of capacitors 118 and 120 are connected in series between cut both ends, and a capacitive output end is taken out of the middle between these two pieces of capacitors 118 and 120. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、コッククロフトウォルトン回路により交流高電圧を発生させ、この交流高電圧を容量性の負荷に印加することで、当該負荷を駆動する高電圧電源装置に関するものである。   The present invention relates to a high voltage power supply device that drives an alternating high voltage by a Cockcroft-Walton circuit and applies the alternating high voltage to a capacitive load.

従来、この種の電源装置を適用した電子写真方式の画像形成装置として、感光体ドラムの表面を一次帯電器によって所定の電圧に一様に帯電し、その後、感光体ドラムの表面に光ビーム等により露光して静電潜像を形成すると共に、この静電潜像をトナー現像器により現像して、トナー像を得るようになっている。   Conventionally, as an electrophotographic image forming apparatus to which this type of power supply device is applied, the surface of the photosensitive drum is uniformly charged to a predetermined voltage by a primary charger, and then a light beam or the like is applied to the surface of the photosensitive drum. To form an electrostatic latent image, and the electrostatic latent image is developed by a toner developing device to obtain a toner image.

トナー像は、転写部により記録用紙に転写され、定着処理が施されることで、当該記録用紙への画像形成が完了する。   The toner image is transferred to a recording sheet by a transfer unit and subjected to a fixing process, whereby image formation on the recording sheet is completed.

フルカラー画像を形成する場合は、感光体ドラムが4回転する間にフルカラー画像用のCMYKの各色の露光・現像を行う必要があり、そのため、フルカラー画像形成装置の各現像器には、現像中の1つの現像器に対して、良好な現像を行うための交流電圧(AC)を重畳した直流電圧(DC)からなる現像バイアス電圧を印加し、一方、現像を行っていない他の現像器に対しては、感光体ドラム上に不要なトナーが付着するのを防止する所定の直流電圧を印加するための高電圧電源装置が必要となる。   When forming a full-color image, it is necessary to perform exposure and development of each color of CMYK for full-color images while the photosensitive drum rotates four times. For this reason, each developing device of the full-color image forming apparatus has A developing bias voltage composed of a DC voltage (DC) superimposed with an AC voltage (AC) for good development is applied to one developing device, while other developing devices that are not developing are applied. Therefore, a high voltage power supply device for applying a predetermined DC voltage that prevents unnecessary toner from adhering to the photosensitive drum is required.

ここで、画像形成装置において、通常の駆動電源として生成される入力電圧(DC24V)を昇圧して高電圧を得る場合、トランス回路が一般的であるが、昇圧のレベル(一次側と二次側との電圧比)が大きいと、トランス回路の補償が重要な課題となり、廉価なトランス回路が使用できない場合が生じる。例えば、一次側電圧が24Vで二次側に1.0KVが要求される場合、単純計算で50倍も昇圧しなければならない。   Here, in an image forming apparatus, when a high voltage is obtained by boosting an input voltage (DC 24 V) generated as a normal drive power supply, a transformer circuit is generally used, but the boost level (primary side and secondary side) If the voltage ratio is large, compensation of the transformer circuit becomes an important issue, and an inexpensive transformer circuit may not be used. For example, when the primary side voltage is 24V and the secondary side is required to be 1.0 KV, the voltage must be boosted 50 times by simple calculation.

また、トランス回路では、現像器等のバイアス電圧に適用するための高周波に制限があり、対応させるのは困難である。   Further, in the transformer circuit, there is a limitation on the high frequency applied to the bias voltage of the developing device or the like, and it is difficult to cope with it.

このため、共振を利用したスイッチングによって、高電圧信号を得る交流バイアス電源装置が提案されている(特許文献1参照)。   For this reason, an AC bias power supply device that obtains a high voltage signal by switching using resonance has been proposed (see Patent Document 1).

この特許文献1では、容量性負荷(現像器等)に直列に接続され、当該容量性の負荷と共にLC直接共振回路を構成するインダクタンスと、LC直列共振回路を正方向及び負方向にそれぞれ付勢する付勢時間制御可能なスイッチング回路及び該スイッチング回路による付勢終了後の直列共振エネルギを回生するダイオードを備えた一対の付勢回路と、で構成され、付勢回路の付勢時間を制御することにより、出力電圧を制御するようになっている。   In this Patent Document 1, an inductance that is connected in series to a capacitive load (developer, etc.) and forms an LC direct resonance circuit together with the capacitive load, and the LC series resonance circuit is energized in the positive and negative directions, respectively. And a pair of energizing circuits including a diode that regenerates series resonance energy after the energization by the switching circuit is completed, and controls the energizing time of the energizing circuit. Thus, the output voltage is controlled.

ところが、この特許文献1では、高周波を得ることができるものの、要求される高電圧に対して最終段でトランスを用いることになり、前述したトランス回路自体の問題点は依然として解消することができない。   However, in Patent Document 1, although a high frequency can be obtained, a transformer is used at the final stage for a required high voltage, and the above-described problems of the transformer circuit itself cannot be solved.

共振を利用した高電圧電源回路としては、特許文献2に、インダクタンスとコンデンサとからなる共振回路を備え、この共振回路に発振用のトランジスタが接続されると共に、複数のコンデンサ及びダイオードからなる倍電圧整流回路(コッククロフトウォルトン回路(Cockcroft-Walton circuit))によって倍電圧整流されるものが提案されている。   As a high-voltage power supply circuit using resonance, Patent Document 2 includes a resonance circuit composed of an inductance and a capacitor, an oscillation transistor is connected to the resonance circuit, and a voltage doubler composed of a plurality of capacitors and diodes. A rectifier circuit (Cockcroft-Walton circuit) has been proposed for voltage doubler rectification.

この高電圧電源回路は、トランスを用いない構成であり、電源とスイッチング素子であるトランジスタ間に並列狂信回路を持ち、共振によって正・負に触れた波形を、整流倍電圧回路を介して出力することで、正・負両極性の直流電圧を得ることができるものである。   This high-voltage power supply circuit does not use a transformer, has a parallel fanatic circuit between the power supply and the transistor that is the switching element, and outputs a waveform touching positive and negative by resonance via the rectifier voltage doubler circuit. Thus, positive and negative DC voltages can be obtained.

なお、コッククロフトン回路は、高圧電源を製作するときに整流回路方式、或いは多段型整流方式の回路であり、2本の基線に、千鳥状に設けたコンデンサを境界として、ダイオードのアノードとカソードとが互い違いになるように並列に配線することで、複数段の整流回路を構成した所謂ラダー構造となっている。入力電圧に対して要求される電圧に必要な段数とすることで、容易に高圧電源装置を得ることができる。   The Cockcrofton circuit is a circuit of a rectifier circuit system or a multi-stage rectifier system when manufacturing a high-voltage power supply, and the anode and cathode of the diode are connected to two base lines by using a staggered capacitor as a boundary. Are arranged in parallel so as to be staggered, thereby forming a so-called ladder structure in which a plurality of stages of rectifier circuits are configured. By setting the number of stages required for the voltage required for the input voltage, a high-voltage power supply device can be easily obtained.

なお、本出願人は、上記構成の電源回路を応用し、高周波数の交流波形を出力でき、かつ入力電圧と出力電圧との比が大きく(上記では、24V→1.0KV)することが可能な電源回路を提案している(平成14年12月9日出願)。   The applicant can apply the power supply circuit configured as described above to output a high-frequency AC waveform and increase the ratio between the input voltage and the output voltage (24V → 1.0KV in the above). Has proposed a new power supply circuit (filed December 9, 2002).

ところで、出力側の電圧は、正極性及び負極性の両方を利用する場合がある。すなわち、上記1.0KVに昇圧した場合、その中間を基準とすると、±500Vとして適用されることになる。
特開平6−197542号公報 特開平7−107737号公報
By the way, the output side voltage may use both positive polarity and negative polarity. That is, when the voltage is boosted to 1.0 KV, the voltage is applied as ± 500 V with the middle as the reference.
Japanese Patent Laid-Open No. 6-197542 JP-A-7-107737

しかしながら、基準電圧に対して正極性及び負極性にそれぞれ1.0KVの電圧が要求される場合には、昇圧する電圧をさらに2倍、すなわち2.0KVとしなければならない。すなわち、瞬間的な電圧(一方の極性の電圧)は1.0KVであっても、これが基準電圧に対して正極性及び負極性に振動する場合には、2倍の耐圧が必要となる。   However, when a voltage of 1.0 KV is required for each of positive polarity and negative polarity with respect to the reference voltage, the voltage to be boosted must be doubled, that is, 2.0 KV. That is, even if the instantaneous voltage (voltage of one polarity) is 1.0 KV, if it vibrates positively and negatively with respect to the reference voltage, twice the breakdown voltage is required.

このため、コッククロフトウォルトン回路を構成するダイオードやコンデンサや、その周辺の素子(スイッチング素子等)の耐圧をさらに向上させなければならず、高電圧の下での耐圧補償が不安定となる。   For this reason, it is necessary to further improve the breakdown voltage of the diodes and capacitors constituting the Cockcroft-Walton circuit and the peripheral elements (switching elements and the like), and the breakdown voltage compensation under high voltage becomes unstable.

本発明は上記事実を考慮し、正極性及び負極性のそれぞれに対応する高電圧発生回路が、互いに相反する極性の回路に影響を与えることがなく、それぞれの極性での昇圧分の耐圧設計で済み、高電圧の下での耐圧補償を安定させることができる高電圧電源回路を得ることが目的である。   In consideration of the above facts, the present invention allows the high voltage generation circuit corresponding to each of the positive polarity and the negative polarity not to affect the circuits having opposite polarities, and is designed to withstand the boost voltage for each polarity. The object is to obtain a high-voltage power supply circuit capable of stabilizing withstand voltage compensation under a high voltage.

第1の発明は、コッククロフトウォルトン回路により交流高電圧を発生させ、この交流高電圧を容量性の負荷に印加することで、当該負荷を駆動する高電圧電源装置であって、正極性の直流電源から入力される直流低電圧から所定の周波数のクロック信号を用いて基準電圧に対して正極側に振動する交流電圧を発生させる正極性交流電圧発生手段と、前記正極性交流電圧発生手段で発生した交流電圧を入力として昇圧し、前記容量性の負荷へ印加する正極性の交流高電圧を発生させる第1のコッククロフトウォルトン回路と、負極性の直流電源から入力される直流低電圧から前記クロック信号とは逆位相のクロック信号を用いて基準電圧に対して負極側に振動する交流電圧を発生させる負極性交流電圧発生手段と、前記負極性交流電圧発生手段で発生した交流電圧を入力として昇圧し、前記容量性の負荷へ印加する負極性の交流高電圧を発生させる第2のコッククロフトウォルトン回路と、前記第1のコッククロフトウォルトン回路の出力端に直列接続され、当該出力端にかかる正極性の高電圧を充放電する第1のコンデンサと、前記第2のコッククロフトウォルトン回路の出力端に直列接続され、当該出力端にかかる負極性の高電圧を充放電する第2のコンデンサとを有し、
前記第1のコンデンサと第2のコンデンサとの間が、前記容量性の負荷と接続される出力端とされていることを特徴としている。
A first aspect of the present invention is a high voltage power supply device for driving a load by generating an alternating high voltage by a Cockcroft-Walton circuit and applying the alternating high voltage to a capacitive load. A positive AC voltage generating means for generating an AC voltage that vibrates on the positive electrode side with respect to a reference voltage using a clock signal having a predetermined frequency from a DC low voltage input from a positive AC voltage generating means; A first Cockcroft-Walton circuit that boosts an AC voltage as an input and generates a positive AC high voltage to be applied to the capacitive load; a DC low voltage input from a negative DC power supply; and the clock signal Is a negative AC voltage generating means for generating an AC voltage that vibrates on the negative electrode side with respect to a reference voltage using a clock signal having an opposite phase, and the negative AC voltage generator The second cockcroft Walton circuit that boosts the AC voltage generated in step 1 as an input and generates a negative AC high voltage to be applied to the capacitive load is connected in series with the output terminal of the first cockcroft Walton circuit. The first capacitor for charging / discharging the positive high voltage applied to the output terminal and the output terminal of the second cockcroft Walton circuit are connected in series to charge / discharge the negative high voltage applied to the output terminal. A second capacitor,
An output terminal connected to the capacitive load is provided between the first capacitor and the second capacitor.

第1の発明によれば、正極性交流電圧発生手段では、正極性の直流電源から入力される直流低電圧から所定の周波数のクロック信号を用いて基準電圧に対して正極側に振動する交流電圧を発生させる。第1のコッククロフトウォルトン回路では、この交流電圧を入力として昇圧し、前記容量性の負荷へ印加する正極性の交流高電圧を発生させる。   According to the first invention, in the positive AC voltage generating means, the AC voltage that vibrates to the positive side with respect to the reference voltage using a clock signal having a predetermined frequency from a DC low voltage input from a positive DC power supply. Is generated. In the first Cockcroft-Walton circuit, the AC voltage is boosted as an input, and a positive AC high voltage applied to the capacitive load is generated.

一方、負極性交流電圧発生手段では、負極性の直流電源から入力される直流低電圧から前記クロック信号とは逆位相のクロック信号を用いて基準電圧に対して負極側に振動する交流電圧を発生させる。第2のコッククロフトウォルトン回路では、この交流電圧を入力として昇圧し、前記容量性の負荷へ印加する負極性の交流高電圧を発生させる。   On the other hand, the negative polarity AC voltage generating means generates an AC voltage that vibrates on the negative side with respect to the reference voltage using a clock signal having a phase opposite to that of the clock signal from a DC low voltage input from a negative polarity DC power source. Let In the second Cockcroft-Walton circuit, the AC voltage is boosted as an input, and a negative AC high voltage applied to the capacitive load is generated.

上記第1及び第2のコッククロフトウォントン回路は、その出力端に第1及び第2のコンデンサを介して接続され、当該第1及び第2のコンデンサの間を容量性の負荷と接続される出力端とする。   The first and second cockcroft wonton circuits are connected to output terminals of the first and second capacitors via a first and second capacitor, and are connected to a capacitive load between the first and second capacitors. The end.

これにより、正極性側に昇圧された電圧は負極性側に影響がなく、逆に、負極性側に昇圧された電圧は負極性側に影響がないため、それぞれの極性の耐圧のみを考慮すればよい。   As a result, the voltage boosted to the positive polarity side does not affect the negative polarity side, and conversely, the voltage boosted to the negative polarity side does not affect the negative polarity side. That's fine.

すなわち、この第1の発明は、正極性側の第1のコッククロフトウォルトン回路を持つ1つのユニットと、負極性側の第2のコッククロフトウォルトン回路を持つ他の1つのユニットとを第1及び第2のコンデンサによって直列接続し、第1及び第2のコンデンサの中間を出力端とした構成が特徴である。   That is, according to the first aspect of the invention, one unit having the first cockcroft Walton circuit on the positive polarity side and the other unit having the second cockcroft Walton circuit on the negative polarity side are connected to the first and second units. This is characterized in that the capacitor is connected in series with the capacitor and the output terminal is in the middle of the first and second capacitors.

第2の発明は、コッククロフトウォルトン回路により交流高電圧を発生させ、この交流高電圧を容量性の負荷に印加することで、当該負荷を駆動する高電圧電源装置であって、前記コッククロフトウォルトン回路の一端側に接続され、正極性の直流電源から入力される直流低電圧から所定の周波数のクロック信号を用いて基準電圧に対して正極側に振動する交流電圧を発生させる正極性交流電圧発生手段と、前記コッククロフトウォルトン回路の他端側に接続され、負極性の直流電源から入力される直流低電圧から前記クロック信号とは逆位相となるクロック信号を用いて基準電圧に対して負極側に振動する交流電圧を発生させる負極性交流電圧発生手段とを有し、前記コッククロフトウォルトン回路における、前記一端から他端まで配線された一対の基線に対して、アノード側とカソード側とが互い違いとなるように並列接続されたダイオードの中間位置で、前記一対の基線の一方を切断し、他方の基線に前記正極性の高電圧を充放電する第1のコンデンサと、前記負極性の高電圧を充放電する第2のコンデンサとを直列接続し、前記第1のコンデンサと第2のコンデンサとの間を、前記容量性の負荷と接続される出力端としたことを特徴としている。   A second aspect of the present invention is a high-voltage power supply device that drives an AC high voltage generated by a Cockcroft Walton circuit and applies the AC high voltage to a capacitive load. A positive AC voltage generating means connected to one end side and generating an AC voltage oscillating to the positive side with respect to a reference voltage from a DC low voltage inputted from a positive DC power supply using a clock signal of a predetermined frequency; , Which is connected to the other end of the Cockcroft Walton circuit and vibrates to the negative side with respect to a reference voltage using a clock signal having a phase opposite to that of the clock signal from a DC low voltage input from a negative DC power source Negative voltage AC voltage generating means for generating an AC voltage, and is wired from the one end to the other end in the Cockcroft-Walton circuit. One of the pair of base lines is cut at an intermediate position of a diode connected in parallel so that the anode side and the cathode side are staggered with respect to the pair of base lines, and the positive high voltage is applied to the other base line A first capacitor for charging / discharging the capacitor and a second capacitor for charging / discharging the negative high voltage are connected in series, and the capacitive load is connected between the first capacitor and the second capacitor. The output terminal is connected to.

第2の発明によれば、コッククロフトウォルトン回路は、一対の基線に対して、アノード側とカソード側とが互い違いとなるようにダイオードが並列接続されている。   According to the second invention, in the Cockcroft-Walton circuit, the diodes are connected in parallel so that the anode side and the cathode side are staggered with respect to the pair of base lines.

このダイオードの中間位置で、前記一対の基線の一方を切断し、他方の基線に前記正極性の高電圧を充放電する第1のコンデンサと、前記負極性の高電圧を充放電する第2のコンデンサとを直列接続し、前記第1のコンデンサと第2のコンデンサとの間を、前記容量性の負荷と接続される出力端とした。   A first capacitor that cuts one of the pair of base lines and charges and discharges the positive high voltage to the other base line and a second capacitor that charges and discharges the negative high voltage at the middle position of the diode. A capacitor was connected in series, and an output terminal connected to the capacitive load was provided between the first capacitor and the second capacitor.

これにより、切断した両側での昇圧分が互いに影響されることがない。すなわち、正極性側に昇圧された電圧は負極性側に影響がなく、逆に、負極性側に昇圧された電圧は負極性側に影響がないため、それぞれの極性の耐圧のみを考慮すればよい。   As a result, the boosted parts on both sides of the cut are not affected by each other. That is, the voltage boosted to the positive polarity side does not affect the negative polarity side, and conversely, the voltage boosted to the negative polarity side does not affect the negative polarity side. Good.

すなわち、この第2の発明は、単一のコッククロフトウォルトン回路を中間で分離し、かつ、第1及び第2のコンデンサによって直列接続し、第1及び第2のコンデンサの中間を出力端とした構成が特徴である。   That is, the second invention is a configuration in which a single Cockcroft-Walton circuit is separated in the middle, connected in series by the first and second capacitors, and the middle of the first and second capacitors is the output end. Is a feature.

上記第1の発明又は第2の発明おいて、前記第1のコンデンサ及び第2のコンデンサのそれぞれに並列接続され、当該第1のコンデンサ及び第2のコンデンサに蓄えられた電荷の放電を促進するための抵抗をさらに有することを特徴としている。   In the first invention or the second invention, the first capacitor and the second capacitor are connected in parallel to each other, and the discharge of the charges stored in the first capacitor and the second capacitor is promoted. It is characterized by further having resistance for.

すなわち、第1及び第2のコンデンサの放電を促進することで、充放電が迅速に行われ、高周波に対応可能となる。   That is, by facilitating the discharge of the first and second capacitors, charging / discharging can be performed quickly and high frequency can be handled.

以上説明した如く本発明では、正極性及び負極性のそれぞれに対応する高電圧発生回路が、互いに相反する極性の回路に影響を与えることがなく、それぞれの極性での昇圧分の耐圧設計で済み、高電圧の下での耐圧補償を安定させることができるという優れた効果を有する。   As described above, in the present invention, the high voltage generation circuit corresponding to each of the positive polarity and the negative polarity does not affect the circuits having the opposite polarities, and the withstand voltage design for the boost in each polarity is sufficient. And, it has an excellent effect that the withstand voltage compensation under a high voltage can be stabilized.

図1には、本実施の形態に係る高圧電源装置100が示されている。   FIG. 1 shows a high-voltage power supply device 100 according to the present embodiment.

この高圧電源装置100は、直流電源102(24V)に対して、2段階で交流高電圧(1.0KV)を発生させる構成となっており、直流電源102は、正極側に振幅する第1の交流電圧発生部104Aと、負極側に振幅する第2の交流電圧発生部104Bと、のそれぞれに入力されている。   The high-voltage power supply device 100 is configured to generate an AC high voltage (1.0 KV) in two stages with respect to the DC power supply 102 (24 V). The AC voltage generator 104 </ b> A and the second AC voltage generator 104 </ b> B that swings to the negative electrode side are input.

上記第1の交流電圧発生部104A及び第2の交流電圧発生部104Bには、交流発生信号出力部106から所定の周波数のクロック信号が入力されている。交流発生信号出力部106には、クロック発生部108から所定の周波数のクロック信号が入力されており、交流発生信号出力部106では、このクロック信号に基づいて、位相の異なる(互いに逆位相)2種類の信号(以下、一方を「クロック信号」他方を「インバータクロック信号」という)が生成され、クロック信号が第1の交流電圧発生部104Aへ出力され、インバータクロック信号が第2の交流電圧発生部104Bへ出力されるようになっている。   A clock signal having a predetermined frequency is input from the AC generation signal output unit 106 to the first AC voltage generation unit 104A and the second AC voltage generation unit 104B. The AC generation signal output unit 106 receives a clock signal having a predetermined frequency from the clock generation unit 108. The AC generation signal output unit 106 has different phases (opposite phases from each other) 2 based on this clock signal. Different types of signals (hereinafter, one is called “clock signal” and the other is called “inverter clock signal”), the clock signal is output to the first AC voltage generator 104A, and the inverter clock signal is generated as the second AC voltage. The data is output to the unit 104B.

第1及び第2の交流電圧発生部104A、104Bは、例えば図2に示すような回路が適用可能であり、並列共振回路によって、電圧を増幅する機能を有している。   The first and second AC voltage generators 104A and 104B can be applied with a circuit as shown in FIG. 2, for example, and has a function of amplifying the voltage by a parallel resonance circuit.

すなわち、並列共振回路の効果によって直流電源102から出力される直流電源電圧VDD(24V)の約2倍程度(±VDD’)となる(なお、この昇圧率は先鋭度Qに依存する。)。   In other words, due to the effect of the parallel resonance circuit, it becomes about twice (± VDD ′) of the DC power supply voltage VDD (24V) output from the DC power supply 102 (note that this step-up rate depends on the sharpness Q).

図1に示される如く、第1の交流電圧発生部104Aは、高電圧変換部110の一端に接続されている。また、第2の交流電圧発生部104Bは、高電圧変換部110の他端に接続されている。   As shown in FIG. 1, the first AC voltage generation unit 104 </ b> A is connected to one end of the high voltage conversion unit 110. The second AC voltage generation unit 104B is connected to the other end of the high voltage conversion unit 110.

すなわち、第1及び第2の交流電圧発生部104A、104Bで発生した電圧(約±50V)が入力電圧として、高電圧変換部108の両端に入力されるようになっている。   That is, the voltage (approximately ± 50 V) generated in the first and second AC voltage generation units 104A and 104B is input to both ends of the high voltage conversion unit 108 as an input voltage.

ここで、高電圧変換部110は、正極性昇圧部112と負極性昇圧部114とで構成されており、その間を接続する信号線116には、2個のコンデンサ118、120が直列接続されている。この2個のコンデンサ118、120との間には、分岐線122が接続され、コンデンサ124を介して、容量性の負荷と接続されるようになっている。すなわち、正極性昇圧部112と負極性昇圧部114とは、T型に接続されたコンデンサ群によって接続され、前記分岐線122が容量性の負荷への出力端126となる。   Here, the high voltage converter 110 includes a positive booster 112 and a negative booster 114, and two capacitors 118 and 120 are connected in series to a signal line 116 connecting between them. Yes. A branch line 122 is connected between the two capacitors 118 and 120, and is connected to a capacitive load via the capacitor 124. That is, the positive booster 112 and the negative booster 114 are connected by a capacitor group connected in a T-type, and the branch line 122 serves as an output terminal 126 to the capacitive load.

(高電圧変換部110)
高電圧変換部110を構成する正極性昇圧部112及び負極性昇圧部114として、周知のコッククロフトウォルトン回路を適用することができる(図3参照)。
(High voltage converter 110)
A well-known Cockcroft-Walton circuit can be applied as the positive booster 112 and the negative booster 114 constituting the high voltage converter 110 (see FIG. 3).

簡単に回路構成を説明すると、正極性昇圧部112は、図2に示される如く、平行線となっている2本の基線130、132に対して、掛け渡されるようにダイオード128の両端が接続されている。このとき、ダイオード128は、隣接するダイオード128に対して、アノードとカソードとが互い違いに接続されている。また、それぞれのダイオード128の基線130、132への接続端の間は、千鳥状にコンデンサ134が介在されている。   The circuit configuration will be briefly described. As shown in FIG. 2, the positive voltage boosting unit 112 is connected at both ends of the diode 128 so as to be stretched over the two base lines 130 and 132 which are parallel lines. Has been. At this time, the anodes and cathodes of the diodes 128 are alternately connected to the adjacent diodes 128. Further, capacitors 134 are interposed in a staggered manner between the connection ends of the respective diodes 128 to the base lines 130 and 132.

一方、負極性昇圧部114は、図2に示される如く、平行線となっている2本の基線136、138に対して、掛け渡されるようにダイオード140の両端が接続されている。このとき、ダイオード140は、隣接するダイオード140に対して、アノードとカソードとが互い違いに接続されている。また、それぞれのダイオード140の基線136、138への接続端の間は、千鳥状にコンデンサ142が介在されている。   On the other hand, as shown in FIG. 2, both ends of the diode 140 are connected to the negative booster unit 114 so as to span between two base lines 136 and 138 that are parallel lines. At this time, the anodes and cathodes of the diodes 140 are alternately connected to the adjacent diodes 140. Capacitors 142 are interposed in a staggered manner between the connection ends of the respective diodes 140 to the base lines 136 and 138.

以上が簡単な回路構成であるが、コッククロフトウォルトン回路は、要求される昇圧率や電流によってダイオード114の段数はまちまちであるため、図2に示す回路に限定されるものではない。   The above is a simple circuit configuration, but the Cockcroft-Walton circuit is not limited to the circuit shown in FIG. 2 because the number of stages of the diode 114 varies depending on the required step-up rate and current.

図1に示される如く、高電圧変換部108の正極性昇圧部112及び負極性昇圧部114によって昇圧された交流電圧(±1.0KV)は、容量性の負荷へ印加され、負荷は動作する。   As shown in FIG. 1, the alternating voltage (± 1.0 KV) boosted by the positive booster 112 and the negative booster 114 of the high voltage converter 108 is applied to the capacitive load, and the load operates. .

ここで、本実施の形態の高電圧変換部108は、一対のコッククロフトウォルトン回路がコンデンサ118、120を介して接続された構成となっているが、言い換えれば、1ユニットのコッククロフトウォルトン回路の中間を分離して、正極性昇圧部112及び負極性昇圧部114を構成したということもできる。   Here, the high voltage conversion unit 108 of the present embodiment has a configuration in which a pair of cockcroft Walton circuits are connected via capacitors 118 and 120. It can also be said that the positive booster 112 and the negative booster 114 are configured separately.

ここで、例えば、一端に第1の交流電圧発生部104Aで発生した交流電圧を印加すると、他端に+2.0KVの電圧がかかることになる。また、逆に、他端に第2の交流電圧発生部104Bで発生した交流電圧を印加すると、一端に−2.0KVの電圧がかかることになる。すなわち、単純にコッククロフトウォルトン回路の中間点から分岐して、容量性の負荷への出力端としたのでは、要求される電圧の2倍の耐圧が必要となる。   Here, for example, when an AC voltage generated by the first AC voltage generator 104A is applied to one end, a voltage of +2.0 KV is applied to the other end. Conversely, when an AC voltage generated by the second AC voltage generator 104B is applied to the other end, a voltage of -2.0 KV is applied to one end. That is, when the output terminal to the capacitive load is simply branched from the midpoint of the Cockcroft-Walton circuit, a withstand voltage twice as high as the required voltage is required.

そこで、本実施の形態では、前記1ユニットのコッククロフトウォルトン回路の中間を分離し、かつ2個のコンデンサ118、120を直列接続する構成とした。   Therefore, in the present embodiment, the middle of the one-unit Cockcroft Walton circuit is separated and two capacitors 118 and 120 are connected in series.

これにより、所定の電圧(±1.0KV)で充放電を繰り返すことになり、互いに影響を与えることなく、この一対のコンデンサ118、120間(すなわち、出力端)に所望の電圧(±1.0KVに振幅する交流高電圧)を発生させることが可能となる。   As a result, charging / discharging is repeated at a predetermined voltage (± 1.0 KV), and a desired voltage (± 1...) Is applied between the pair of capacitors 118 and 120 (that is, the output terminal) without affecting each other. AC high voltage with an amplitude of 0 KV) can be generated.

ここで、コンデンサ118、120では、周波数によもよるが、充電された電荷の放電が完了する前に、次の充電がなされ、安定した交流波形が得られず、飽和状態となる可能性がある。   Here, in the capacitors 118 and 120, depending on the frequency, before the discharge of the charged electric charge is completed, the next charging is performed, and a stable AC waveform may not be obtained, which may be saturated. is there.

このため、2個のコンデンサ118、120には、それぞれ放電促進用の抵抗144、146が並列接続されている。この抵抗144、146は、コンデンサ118、120の電荷の放電を促進する役目を有しており、安定した交流波形を得ることが可能となる。   Therefore, resistances 144 and 146 for promoting discharge are connected in parallel to the two capacitors 118 and 120, respectively. The resistors 144 and 146 have a role of promoting discharge of electric charges of the capacitors 118 and 120, and a stable AC waveform can be obtained.

以下に本実施の形態の作用を説明する。   The operation of this embodiment will be described below.

クロック発生部108からは所定の周波数(本実施の形態では、2MHz)のクロック信号(5V)が交流発生信号出力部106へ送出される。   A clock signal (5 V) having a predetermined frequency (2 MHz in this embodiment) is sent from the clock generation unit 108 to the AC generation signal output unit 106.

交流発生信号出力部106では、入力されたクロック信号から、逆位相となるインバタークロック信号を生成する。   The AC generation signal output unit 106 generates an inverter clock signal having an opposite phase from the input clock signal.

交流発生信号出力部106は、クロック信号を第1の交流電圧発生部104Aへ送出し、インバータクロック信号を第2の交流電圧発生部104Bへ送出する。   The AC generation signal output unit 106 transmits the clock signal to the first AC voltage generation unit 104A, and transmits the inverter clock signal to the second AC voltage generation unit 104B.

第1の交流電圧発生部104Aでは、入力されるクロック信号に基づいて、直流電源102から受けた直流電圧24Vを断続し、断続して生成されたパルス波形を並列共振回路によって増幅し、0V〜+50Vで振幅する正極性交流電圧を発生させる。   In the first AC voltage generation unit 104A, based on the input clock signal, the DC voltage 24V received from the DC power source 102 is intermittently amplified, and the pulse waveform generated by the intermittent operation is amplified by a parallel resonance circuit. A positive AC voltage with an amplitude of +50 V is generated.

一方、第2の交流電圧発生部104Bでは、入力されるインバータクロック信号に基づいて、直流電源102から受けた直流電圧24Vを断続し、断続して生成されたパルス波形を並列共振回路によって増幅し、0V〜−50Vで振幅する負極性交流電圧を発生させる。   On the other hand, in the second AC voltage generator 104B, the DC voltage 24V received from the DC power supply 102 is intermittently based on the input inverter clock signal, and the pulse waveform generated by the intermittent is amplified by the parallel resonance circuit. , A negative AC voltage having an amplitude of 0V to −50V is generated.

第1の交流電圧発生部104Aで発生した正極性交流電圧は、高電圧変換部110の正極性昇圧部112(第1のコッククロフトウォルトン回路)の一端に入力される。この正極性昇圧部112により、入力電圧(0V〜+50V)は、昇圧(0V〜+1.0KV)され、コンデンサ118の充放電によって、容量性の負荷へ印加される。   The positive AC voltage generated by the first AC voltage generator 104A is input to one end of the positive booster 112 (first Cockcroft Walton circuit) of the high voltage converter 110. The positive voltage booster 112 boosts the input voltage (0 V to +50 V) (0 V to +1.0 KV) and applies it to the capacitive load by charging and discharging the capacitor 118.

一方、第2の交流電圧発生部104Bで発生した負極性交流電圧は、高電圧変換部110の負極性昇圧部114(第2のコッククロフトウォルトン回路)の一端に入力される。この負極性昇圧部114により、入力電圧(0V〜−50V)は、昇圧(0V〜−1.0KV)され、コンデンサ120の充放電によって、容量性の負荷へ印加される。   On the other hand, the negative AC voltage generated by the second AC voltage generator 104B is input to one end of the negative booster 114 (second Cockcroft Walton circuit) of the high voltage converter 110. The negative voltage booster 114 boosts the input voltage (0 V to −50 V) (0 V to −1.0 KV) and applies it to the capacitive load by charging and discharging the capacitor 120.

なお、正極性昇圧部112と負極性昇圧部114とによる昇圧は、基となるクロック信号とインバータクロック信号とが逆位相となっているため、容量性の負荷に印加される電圧は、図3に示される如く、正及び負に交互に振幅する波形となり、例えば、画像形成装置において、直流電圧に重畳する交流電圧として適用可能である。   Note that the voltage boosted by the positive voltage booster 112 and the negative voltage booster 114 is such that the base clock signal and the inverter clock signal are in opposite phases, so the voltage applied to the capacitive load is as shown in FIG. As shown in FIG. 4, the waveform alternately alternates between positive and negative, and can be applied as an AC voltage superimposed on a DC voltage, for example, in an image forming apparatus.

また、このとき、コンデンサ118、120には、それぞれ並列に抵抗144、146が接続されているため、放電が促進され、安定した交流波形を得ることができる。   At this time, since the resistors 144 and 146 are connected in parallel to the capacitors 118 and 120, discharge is promoted and a stable AC waveform can be obtained.

以上説明した如く本実施の形態では、コッククロフトウォルトン回路を用いて交流高電圧を発生させる場合、通常は、コッククロフトウォルトン回路の一端から入力電圧を印加し、他端側から昇圧された交流高電圧を出力する構成とするが、この場合、基準電圧(例えば、0V)を基準として正極性及び負極性の双方に振幅する交流高電圧を発生させる場合、正極側及び負極側への振幅電圧の2倍の電圧の耐圧が必要となる。   As described above, in the present embodiment, when an AC high voltage is generated using a Cockcroft-Walton circuit, normally, an input voltage is applied from one end of the Cockcroft-Walton circuit, and an AC high voltage boosted from the other end is applied. In this case, in the case of generating an AC high voltage that has both a positive polarity and a negative polarity with reference to a reference voltage (for example, 0 V), it is twice the amplitude voltage to the positive side and the negative side. The withstand voltage of the voltage of is required.

そこで、コッククロフトウォルトン回路の中間点を切断し、切断した両端を2個のコンデンサ118、120を直列に接続すると共に、この2個のコンデンサ118、120の中間から、容量性の負荷への出力端を取り出すようにした。   Therefore, the intermediate point of the Cockcroft-Walton circuit is disconnected, and two capacitors 118 and 120 are connected in series at both ends, and the output terminal from the middle of the two capacitors 118 and 120 to the capacitive load. I took out.

これにより、コッククロフトウォルトン回路には、片極性(正極性及び負極性)の電圧しかかからないため、耐圧補償を緩和することができる。   As a result, the Cockcroft-Walton circuit is only applied with a unipolar voltage (positive polarity and negative polarity), so that the withstand voltage compensation can be relaxed.

また、2個のコンデンサ118、120による充放電の応答性を向上するべく、それぞれに抵抗144、146を並列接続した。これにより、安定した交流波形を得ることができる。   In addition, resistors 144 and 146 are connected in parallel to improve the charge / discharge response by the two capacitors 118 and 120, respectively. Thereby, a stable alternating current waveform can be obtained.

本実施の形態に係る高電圧電源装置の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of the high voltage power supply device which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る高電圧電源装置の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the high voltage power supply device which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る高電圧電源装置の出力特性図である。It is an output characteristic figure of the high voltage power supply device concerning this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

100 高圧電源装置
102 直流電源
104A 第1の交流電圧発生部
104B 第2の交流電圧発生部
106 交流発生信号出力部
108 クロック発生部
110 高電圧変換部
112 正極性昇圧部
114 負極性昇圧部
116 信号線
118、120 コンデンサ
122 分岐線
124 コンデンサ
126 出力端
130、132 基線
128 ダイオード
134 コンデンサ
136、138 基線
140 ダイオード
142 コンデンサ
144、146 抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 High voltage power supply device 102 DC power supply 104A 1st alternating current voltage generation part 104B 2nd alternating current voltage generation part 106 AC generation signal output part 108 Clock generation part 110 High voltage conversion part 112 Positive voltage | pressure boost part 114 Negative voltage | pressure boost part 116 Signal Line 118, 120 Capacitor 122 Branch line 124 Capacitor 126 Output 130, 132 Base line 128 Diode 134 Capacitor 136, 138 Base line 140 Diode 142 Capacitor 144, 146 Resistance

Claims (3)

コッククロフトウォルトン回路により高電圧を発生させ、この高電圧を容量性の負荷に印加することで、当該負荷を駆動する高電圧電源装置であって、
正極性の直流電源から入力される直流低電圧から所定の周波数のクロック信号を用いて基準電圧に対して正極側に振動する交流電圧を発生させる正極性交流電圧発生手段と、
前記正極性交流電圧発生手段で発生した交流電圧を入力として昇圧し、前記容量性の負荷へ印加する正極性の交流高電圧を発生させる第1のコッククロフトウォルトン回路と、
負極性の直流電源から入力される直流低電圧から前記クロック信号とは逆位相のクロック信号を用いて基準電圧に対して負極側に振動する交流電圧を発生させる負極性交流電圧発生手段と、
前記負極性交流電圧発生手段で発生した交流電圧を入力として昇圧し、前記容量性の負荷へ印加する負極性の交流高電圧を発生させる第2のコッククロフトウォルトン回路と、
前記第1のコッククロフトウォルトン回路の出力端に直列接続され、当該出力端にかかる正極性の高電圧を充放電する第1のコンデンサと、
前記第2のコッククロフトウォルトン回路の出力端に直列接続され、当該出力端にかかる負極性の高電圧を充放電する第2のコンデンサとを有し、
前記第1のコンデンサと第2のコンデンサとの間が、前記容量性の負荷と接続される出力端とされていることを特徴とする高電圧電源装置。
A high voltage power supply device that generates a high voltage by the Cockcroft Walton circuit and drives the load by applying the high voltage to a capacitive load,
A positive AC voltage generating means for generating an AC voltage that vibrates to the positive side with respect to a reference voltage using a clock signal of a predetermined frequency from a DC low voltage input from a positive DC power supply;
A first Cockcroft Walton circuit that boosts an AC voltage generated by the positive AC voltage generating means as an input and generates a positive AC high voltage to be applied to the capacitive load;
A negative AC voltage generating means for generating an AC voltage that vibrates on the negative electrode side with respect to a reference voltage using a clock signal having a phase opposite to that of the clock signal from a DC low voltage input from a negative DC power supply;
A second Cockcroft-Walton circuit for boosting an AC voltage generated by the negative AC voltage generating means as an input and generating a negative AC high voltage applied to the capacitive load;
A first capacitor connected in series to the output terminal of the first cockcroft Walton circuit and charging / discharging a positive high voltage applied to the output terminal;
A second capacitor connected in series to the output terminal of the second cockcroft Walton circuit and charging and discharging a negative high voltage applied to the output terminal;
A high-voltage power supply apparatus characterized in that an output terminal connected to the capacitive load is provided between the first capacitor and the second capacitor.
コッククロフトウォルトン回路により交流高電圧を発生させ、この交流高電圧を容量性の負荷に印加することで、当該負荷を駆動する高電圧電源装置であって、
前記コッククロフトウォルトン回路の一端側に接続され、正極性の直流電源から入力される直流低電圧から所定の周波数のクロック信号を用いて基準電圧に対して正極側に振動する交流電圧を発生させる正極性交流電圧発生手段と、
前記コッククロフトウォルトン回路の他端側に接続され、負極性の直流電源から入力される直流低電圧から前記クロック信号とは逆位相となるクロック信号を用いて基準電圧に対して負極側に振動する交流電圧を発生させる負極性交流電圧発生手段とを有し、
前記コッククロフトウォルトン回路における、前記一端から他端まで配線された一対の基線に対して、アノード側とカソード側とが互い違いとなるように並列接続されたダイオードの中間位置で、前記一対の基線の一方を切断し、他方の基線に前記正極性の高電圧を充放電する第1のコンデンサと、前記負極性の高電圧を充放電する第2のコンデンサとを直列接続し、
前記第1のコンデンサと第2のコンデンサとの間を、前記容量性の負荷と接続される出力端としたことを特徴とする高電圧電源装置。
An AC high voltage is generated by a Cockcroft-Walton circuit, and the AC high voltage is applied to a capacitive load to drive the load.
Positive polarity connected to one end of the Cockcroft Walton circuit and generating an alternating voltage that vibrates to the positive side with respect to a reference voltage using a clock signal of a predetermined frequency from a direct current low voltage input from a positive polarity direct current power supply AC voltage generating means,
AC connected to the other end of the Cockcroft-Walton circuit and oscillating to the negative side with respect to a reference voltage using a clock signal having a phase opposite to that of the clock signal from a DC low voltage input from a negative DC power supply A negative AC voltage generating means for generating a voltage,
One of the pair of base lines at an intermediate position of a diode connected in parallel so that the anode side and the cathode side are staggered with respect to the pair of base lines wired from the one end to the other end in the Cockcroft Walton circuit. A first capacitor that charges and discharges the positive high voltage to the other base line, and a second capacitor that charges and discharges the negative high voltage in series,
A high-voltage power supply apparatus characterized in that an output terminal connected to the capacitive load is provided between the first capacitor and the second capacitor.
前記第1のコンデンサ及び第2のコンデンサのそれぞれに並列接続され、当該第1のコンデンサ及び第2のコンデンサに蓄えられた電荷の放電を促進するための抵抗をさらに有することを特徴とする請求項1又は請求項2の何れか1項記載の高電圧電源装置。   2. The apparatus according to claim 1, further comprising a resistor connected in parallel to each of the first capacitor and the second capacitor, and for promoting discharge of charges stored in the first capacitor and the second capacitor. The high voltage power supply device according to any one of claims 1 and 2.
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