JP2006087159A - 電源装置とそれを利用した電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】制御電圧をスイッチング素子のドライブ電流に変換する電圧電流変換手段の変換率が固定の変換率である電源装置では、低出力時に制御電圧の変動に対する出力の変動比が高くなり、安定度が低くなる。このことは、低出力時のオーバーシュートや間欠発振の要因となる。
【解決手段】電圧電流変換手段を非線形の電圧降下手段で構成することで、変換率が出力値に応じて変化し、制御電圧の変化に対する出力の変化率を出力値に関係なく均一にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、特にＬＢＰなどの電子写真装置などに使用する電源装置に関するものである。

従来、この種の電源装置の回路構成は、図５のような回路構成になっていた。

図５において、１は一次巻き線１ａと他の一次巻き線１ｂの２つの一次巻き線と、１つの二次巻き線１ｃを有する昇圧トランスであり、二次巻き線１ｃには、ダイオード２ａとコンデンサ２ｂで構成された整流回路２が接続されている。また、整流回路の出力の一端はアースされ、別の端には出力端子３が接続されている。

一次巻き線１ａの一端には、直流電源４が接続され、一次巻き線１ａの別の端には、ＮＰＮトランジスタ５のコレクタが接続されている。また、もう一つの一次巻き線１ｂの一端はアースされ、一次巻き線１ｂの別の端には、抵抗６とコンデンサ７を介して、ＮＰＮトランジスタ５のベースに接続されている。ＰＮＰトランジスタ５のエミッタは、アースされている。ＮＰＮトランジスタ５のベースには、ＰＮＰトランジスタ８のコレクタが接続され、ＰＮＰトランジスタ８のエミッタは、抵抗９を介して直流電源４に接続されている。

１０は電圧検出回路であり、出力端子３に接続されている。１２は演算器であり、演算器１２の入力には電圧検出回路１０の出力が接続されている。また、演算器１２の出力は、Ｄ／Ａコンバータ１１に接続され、Ｄ／Ａコンバータ１１のアナログ出力は、ＰＮＰトランジスタ８のベースに接続されている。

上記構成において、動作説明する。

ＮＰＮトランジスタ５のコレクタが接続される一次巻き線１ａの端とＮＰＮトランジスタ５のベースが接続される一次巻き線１ｂの端の電圧位相は逆になるように接続されており、ＰＮＰトランジスタ８からＮＰＮトランジスタ５のベースに電流が供給されると、ＮＰＮトランジスタ５のコレクタに電流が流れ、一次巻き線１ａに電流が流れる。

一次巻き線１ａに電流が流れると電流の増加に伴い、一次巻き線１ｂに電圧が誘起し、コンデンサ７を介して、ＮＰＮトランジスタ５へのベース電流を増加させる。ＮＰＮトランジスタ５のベース電流の増加限界は、ＰＮＰトランジスタ８からの供給電流量で決まり、その後は、ＮＰＮトランジスタ５のベース電流の減少に転じる。この現象が繰り返され発振現象となる。

この場合の一次巻き線１ａの振幅電圧は、ＰＮＰトランジスタ８のコレクタ電流で決まり、出力端子３の電圧を決定させる。

電源外部に設けられた演算器１２では、電圧検出回路１０の出力に対して演算が行われ、結果をＤ／Ａコンバータ１１に送り、変換されたアナログ出力を電源装置内のＰＮＰトランジスタ８のベースに供給する。ＰＮＰトランジスタ８は、ベース電圧に応じてコレクタ電流を制御し、出力を決める。

Ｄ／Ａコンバータ１１の出力とＰＮＰトランジスタ８のコレクタ電流Ｉｃの関係は、
ＰＮＰトランジスタ８のコレクタ電流≒（直流電源４の電圧−ＰＮＰトランジスタ８のベース電圧）÷抵抗９
となり、電圧電流変換率は、抵抗９で決まる固定比率となる。関係を図６に示す。

尚、この特許の出願に関する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
特開２００４−９６８９１号公報

しかしながら、図５に示すような従来の構成では、ＰＮＰトランジスタ８のコレクタ電流と出力端子３の電圧の関係は、図７のように非直線になっており、Ｄ／Ａコンバータ１１からのアナログ電圧出力と出力端子３の電圧の関係も非直線になる。

よって、出力端子３の電圧が高い時に比べ出力端子３の電圧が低い時は、Ｄ／Ａコンバータ１１からのアナログ出力の１単位当りの変化に対する出力端子３の電圧が変化する割合は大きくなり、出力端子３の電圧が低い時の立ち上がり時のオーバーシュートや間欠発振の要因となっていた。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を有する。

本発明の請求項１に記載の発明は、トランスの一次巻き線に接続された第一のトランジスタのベースへの電流供給量によりトランスの発振振幅電圧を可変して出力電圧を制御する機能を有する電源装置において、制御するための直流電源の電圧を第一のトランジスタのベースへの供給電流に変換する変換手段を非線形特性とすることで、制御するための直流電源の電圧に応じて電圧電流変換手段の変換率を適切な値に変えることができるようになり、広域の制御範囲を確保しつつ、オーバーシュートや間欠発振を抑制し、安定した出力を発生できる。

本発明の請求項２に記載の発明は、電圧電流変換手段を第二のトランジスタと第二のトランジスタのエミッタに接続された非線形の電圧降下手段で構成することで、制御するための直流電源の電圧に応じて電圧電流変換手段の変換率を適切な値に変えることができるようになり、広域の制御範囲を確保しつつ、オーバーシュートや間欠発振を抑制し、安定した出力を発生できる。

本発明の請求項３に記載の発明は、電圧電流変換手段を第二のトランジスタと、直列或いは並列接続された複数の非線形の電圧降下手段を第二のトランジスタのエミッタに接続して構成することで、電圧電流変換手段に複数の変換率を設けることができるようになり、広域の制御範囲を確保しつつ、オーバーシュートや間欠発振を抑制し、安定した出力を発生できる。

本発明の請求項４に記載の発明は、非線形の電圧降下手段を少なくとも１つのダイオードを含む構成とすることで、ダイオードの順方向電圧をしきい値にして、電圧電流変換手段の変換率を変更することができ、広域の制御範囲を確保しつつ、オーバーシュートや間欠発振を抑制し、安定した出力を発生できる。

本発明の請求項５に記載の発明は、非線形の電圧降下手段を少なくとも１つのツェナーダイオードを含む構成とすることで、ツェナーダイオードのツェナー電圧をしきい値として電圧電流変換手段の変換率を変更することができ、広域の制御範囲を確保しつつ、オーバーシュートや間欠発振を抑制し、安定した出力を発生できる。

本発明の請求項６に記載の発明は、非線形の電圧降下手段を少なくとも１つの第三のトランジスタと前記第三のトランジスタのコレクタとベース間及びエミッタとベース間に抵抗を接続した構成を含む構成とすることで、抵抗値により細かなしきい値の設定ができ、任意のしきい値での電圧電流変換手段の変換率の変更が可能となり、広域の制御範囲を確保しつつ、オーバーシュートや間欠発振を抑制し、安定した出力を発生できる。

本発明の請求項７に記載の発明は、電源装置の出力値を電源装置外部に抽出し、その抽出した値によって決まる制御電圧を請求項１〜６の電源装置に供給することで、電源外部からの汎用的な信号でも、電源電圧の広域の可変を可能にし、かつオーバーシュートや間欠発振を抑制し、安定した出力を発生できる。

出力値に応じた電圧電流変換手段の変換率を設定でき、電圧を広域に可変する際の出力の安定度を高め、オーバーシュート、間欠発振などを抑制するとともに、電源出力の立ち上がり時間の短縮を容易にするものである。

又、Ｄ／Ａコンバータなどで一定の電圧幅を単位として可変する場合においても、均一に出力電圧の解像度を得ることができる。

さらに、本発明の電圧電流変換手段は、図２のように複数の変換率を持ち、複数の屈曲カーブを有するので、出力電圧や特性の異なる多種の電源装置に対し、同一回路及び同一定数での構成が可能になり、標準化による電源開発時間の短縮や、ＩＣ化が容易になる。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の請求項１，２，３，４，６，７について説明する。図１は本発明の実施の形態１における電源装置の構成図である。なお、背景技術の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略する。

背景技術との相違点は、電圧電流変換手段の変換率を決める抵抗９に直列接続されたトランジスタ２１とトランジスタ２１のコレクタとベース間に抵抗２２と、ベースとエミッタ間に抵抗２３を接続された回路を設けたことと、上記回路に並列接続されたダイオード１３と抵抗１４の直列回路を設けている点である。下記に動作を説明する。

電圧検出回路１０からの信号を受けて、演算器１２で演算された信号は、Ｄ／Ａコンバータ１１に送られアナログ電圧に変換されＰＮＰトランジスタ８のベースに供給される。

ＰＮＰトランジスタ８は、ベースに与えられたアナログ電圧をコレクタ電流に変換することになるが、直流電源４の電圧とアナログ電圧の差がＰＮＰトランジスタ８のベース・エミッタの順方向電圧を超えるまでは、エミッタ電流は流れず、直流電源４の電圧とアナログ電圧の差がＰＮＰトランジスタ８のベース・エミッタの順方向電圧を超えると、抵抗９、抵抗２２、抵抗２３を介してエミッタ電流が流れ、変換率は抵抗９、抵抗２２、抵抗２３の直列抵抗の定数で決まる変換率となる。

さらに直流電源４の電圧とアナログ電圧の差が大きくなり、ダイオード１３に順方向電圧以上の電圧が加わると抵抗１４にも電流が流れ、抵抗９、抵抗１４、抵抗２２、抵抗２３で決まる変換率となる。

直流電源４の電圧とアナログ電圧の差がさらに増加し、抵抗２３の電圧降下がトランジスタ２１のベース、エミッタ間の順方向電圧を超えると、トランジスタ２１のコレクタ・エミッタ電圧は、抵抗２２と抵抗２３の抵抗値比で決まる電圧に固定され、抵抗９のみで決まる変換率となる。この時のＤ／Ａコンバータ１１からのアナログ電圧とＰＮＰトランジスタ８のコレクタ電流の関係を図２に示す。

よって、ＰＮＰトランジスタ８のコレクタ電流と出力端子３の電圧との関係が図７のように、非線形特性であっても、Ｄ／Ａコンバータ１１のアナログ出力と出力の関係は、図３のように直線に近似する。このことは、出力端子３の電圧が低い場合であっても、電圧電流変換率に変化が少なく、安定した出力が得られることになる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の請求項５について説明する。図４は本発明の実施の形態２における電源装置の構成図である。なお、実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略する。

実施の形態１との相違点は、電流−電圧変換率を決める回路として、抵抗９と、ダイオード１９と抵抗１８が並列接続された回路及び、ツェナーダイオード１６と抵抗１７が並列接続された回路を直列に接続して構成している点である。下記に動作を説明する。

電圧検出回路１０からの信号を受けて、演算器１２で演算された信号は、Ｄ／Ａコンバータ１１に送られアナログ電圧に変換されＰＮＰトランジスタ８のベースに供給される。

ＰＮＰトランジスタ８は、ベースに与えられたアナログ電圧に応じたコレクタ電流に変換することになるが、抵抗１８の電圧降下がダイオード１９の順方向電圧を、また、抵抗１７の電圧降下がツェナーダイオード１６のツェナー電圧を超えるまでは、抵抗９、抵抗１７、抵抗１８を介しての電流がエミッタに流れることになり、抵抗９、抵抗１７、抵抗１８の直列定数で決まる変換率となる。

抵抗１８の電圧降下がダイオード１９の順方向電圧以上の電圧となると、抵抗１８の両端電圧がダイオード１９の順方向電圧で固定され、抵抗１８は、変換率に影響を与えなくなり、抵抗９、抵抗１７の直列接続定数で決まる変換率となる。さらに、直流電源４の電圧とアナログ電圧の差が大きくなり、抵抗１７の電圧降下がツェナーダイオード１６のツェナー電圧を超えると抵抗１７の両端電圧は、ツェナー電圧に固定され、抵抗９のみで決まる変換率となる。

Ｄ／Ａコンバータ１１からのアナログ電圧とＰＮＰトランジスタ８のコレクタ電流の関係は、図２と同じになり、実施の形態１と同様に出力端子３の電圧が低い場合であっても、電圧電流変換率に変化が少なく、安定した出力が得られる特性となる。

以上のように、本発明にかかる電源装置は、電圧の広域可変を可能にするとともに、オーバーシュートや間欠発振を抑制したい電子機器に好適であり、特にＬＢＰ等の電子写真装置などに最適である。

本発明の実施の形態１における電源装置の構成を示す回路図 本発明の実施の形態１における、Ｄ／Ａコンバータ１１からのアナログ電圧出力とＰＮＰトランジスタ８のコレクタ電流の関係を示す特性図 本発明の実施の形態１における、Ｄ／Ａコンバータ１１からのアナログ電圧出力と電源装置の出力の関係を示す特性図 本発明の実施の形態２における電源装置の構成を示す回路図 従来の電源装置の構成を示す回路図 従来の実施例における、Ｄ／Ａコンバータ１１からのアナログ電圧出力とＰＮＰトランジスタ８のコレクタ電流の関係を示す特性図 従来の実施例における、ＰＮＰトランジスタ８のコレクタ電流と電源装置の出力の関係を示す特性図

符号の説明

１ トランス
１ａ トランス１の一次巻き線
１ｂ トランス１の一次巻き線
２ 整流回路
２ａ ダイオード
２ｂ コンデンサ
３ 出力端子
４ 直流電源
５ トランジスタ
６ 抵抗
７ コンデンサ
８ ＰＮＰトランジスタ
９ 抵抗
１０ 電圧検出回路
１１ Ｄ／Ａコンバータ
１２ 演算器
１３ ダイオード
１４ 抵抗
１６ ツェナーダイオード
１７ 抵抗
１８ 抵抗
１９ ダイオード
２１ トランジスタ

Claims (7)

1. 複数の一次巻き線を有するトランスと、トランスの二次側巻き線に接続された整流回路と、トランスの第一の一次側巻き線にコレクタが接続され、第二の一次巻き線にベースが接続された第一のトランジスタと、直流電源と、前記直流電源の電圧を前記第一のトランジスタのベースへの供給電流に変換する電圧電流変換手段とを有し、第一のトランジスタのベースへの電流供給量により、トランスの発振振幅電圧を可変して出力を可変するとともに、上記電圧電流変換手段が非線形特性を有することを特徴とする電源装置。
2. 電圧電流変換手段は、第二のトランジスタと第二のトランジスタのエミッタに接続された非線形の電圧降下手段で構成することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 電圧電流変換手段は、第二のトランジスタと、直列或いは並列接続された複数の非線形の電圧降下手段を第二のトランジスタのエミッタに接続して構成することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
4. 非線形の電圧降下手段は、少なくとも１つのダイオードを含む構成であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電源装置。
5. 非線形の電圧降下手段は、少なくとも１つのツェナーダイオードを含む構成であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電源装置。
6. 非線形の電圧降下手段は、少なくとも１つの第三のトランジスタと前記第三のトランジスタのコレクタとベース間及びエミッタとベース間に抵抗を接続した構成を含む構成であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電源装置。
7. 電源として請求項１〜６のいずれかに記載の電源装置を使用することを特徴とする電子機器。

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