JP2012157229A

JP2012157229A - 電源供給回路及び電源供給回路を備えた機器

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Inventors: Takashi Sato; 隆佐藤
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Abstract

【課題】ノイズの放射を抑制しつつ、安定した電圧を供給する電力供給装置、及び電力供給方法を提供する。
【解決手段】入力電圧を変換する電圧変換手段と、コイルとコンデンサによって、前記電圧変換手段が出力する電圧を平滑化する平滑手段とを備え、前記平滑手段は、複数の給電線と複数の給電線グランドを含み、かつ給電線の隣に給電線グランドが配置されたケーブルを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力負荷に電力を供給するための電源供給回路に関するものである。

特許文献１には、プリンタの本体１９０に配置された電源ユニット３３で生成した電圧が配線導体１‘を介して、記録ヘッド２０１を搭載するキャリッジ２００に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータへ供給する構成が開示されている。特許文献１において、更に、キャリッジに配置する回路基板を２つに分割して、キャリッジの小型化を実現している。このような電源供給回路は、不要なノイズの放射を抑制し、電圧を安定的に供給するように構成されている。

特開２００３−２２５９９３号公報

特許文献１には、ＤＣ／ＤＣコンバータは電力負荷である記録ヘッド２０１へ電圧変動が抑制された電圧を供給するために、図３に示すようなスイッチングデバイス９、ダイオード１３、定電圧制御ＩＣ、インダクタ１２、抵抗１４，１５等様々な電気部品を備えている。即ち、特許文献１のキャリッジには、電力変換部（コンバータ部）、定電圧制御部、平滑回路部が搭載されている。このために、キャリッジの軽量化や小型化には限界がある。

本発明では、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、キャリッジの小型、軽量化を実現するための電力供給装置、電力供給装置を備えた機器を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明の電力供給装置は、電力供給装置であって、入力電圧を変換する電圧変換手段と、コイルとコンデンサによって、前記電圧変換手段が出力する電圧を平滑する平滑手段とを備え、前記平滑手段は、複数の給電線と複数の給電線グランドを含んで構成され、かつ給電線の隣に給電線グランドが配置されたケーブルを備え、
前記複数の給電線は、前記コイルと前記コンデンサの一端と接続され、前記複数の給電線グランドは前記電圧変換手段のグランドと前記コンデンサの他端と接続されている。

以上のように、本発明によれば、単純な回路構成において、不要なノイズの放射を抑制し、電力負荷の変動に対応して安定した電圧を供給することができる。

本発明の第１の実施形態における電力供給装置の説明図である。ＦＦＣ配線構成を説明する断面図である。ＦＦＣ配線の配線インピーダンスを説明する図である。本発明の実施形態におけるＦＦＣ配線で給電した場合の電圧変動を説明する図である。本発明の実施しない形態のＦＦＣ配線で給電した場合の電圧変動を説明する図である。本発明の実施形態におけるメイン基板とキャリッジ基板を接続するＦＦＣの配置を説明する図である。本発明の第２の実施形態における電力供給装置の説明図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態における電力供給装置の説明図である。この実施形態では、機器として記録装置、電力負荷として記録ヘッド２を例にして説明する。Ａ、Ｂは回路基板（プリント基板）である。第１の回路基板は記録装置本体に搭載されたメイン基板Ａで，第２の回路基板はキャリッジに搭載されたキャリッジ基板Ｂである。メイン基板Ａとキャリッジ基板Ｂは可撓性のある複数の導体パターンが一定間隔で配列されたフレキシブルフラットケーブル（以降ＦＦＣ）で接続されている。

メイン基板Ａに配置された部品とキャリッジ基板Ｂに配置された部品によって、記録ヘッド２を駆動するための駆動電圧ＶＨを生成するＤＣ／ＤＣコンバータ９が構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ９は、電力変換を行うコンバータ部と定電圧制御部７、平滑回路部を備える。平滑回路部は、コイルＬ１とコンデンサＣ２を備えており、コイルＬ１はメイン基板Ａ、コンデンサＣ２はキャリッジ基板Ｂに配置されている。

メイン基板Ａには、電力変換部、定電圧制御部７、平滑回路部のコイルＬ１が実装されている。このメイン基板Ａには、記録ヘッド２の制御や、記録装置のモータの制御など、記録装置の制御を行うための制御部２２が実装されている。

コンデンサＣ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を平滑するコンデンサであると共に記録ヘッドのインク吐出状況によって変化する急峻な負荷電流変動を吸収するコンデンサの役割も兼ねている。コンデンサＣ２は、低インピーダンス特性のコンデンサでああり、記録ヘッド２の近傍に配置される。

コイルＬ１の一方は、入力電圧ＶＨｉｎをチョッピングするスイッチ素子（ＦＥＴ）Ｑ１のドレインに接続され、コイルＬ１のもう一方をコネクタ１０と接続されている。メイン基板Ａにはコネクタ１０が設けられ、キャリッジ基板Ｂにはコネクタ１１が設けられている。コネクタ１０とコネクタ１１は複数の給電線１３、複数の給電線グランド１４を介して接続されている。

図２（ａ）は、実施形態におけるフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）の断面を説明する図である。メイン基板Ａとキャリッジ基板Ｂは、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）により接続されている。メイン基板Ａとキャリッジ基板Ｂは、記録ヘッドを駆動するための電圧ＶＨを供給する複数の給電線１３と、電圧ＶＨのリターン（グランド）電流経路である複数の給電線グランド１４で接続されている。フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）を介した電力はコンデンサＣ２、記録ヘッド２へ供給される。

給電線１３において、メイン基板Ａからキャリッジ基板Ｂへ電流が流れる。一方、給電線グランド１４において、キャリッジ基板Ｂからメイン基板Ａへ電流が流れる。

ＦＦＣの給電線１３に流れる電流を往路方向とすると、給電線グランド１４に流れる電流は復路方向となり、給電線１３と給電線グランド１４に流れる電流は、ＦＦＣ内で逆向きに流れることになる。

図１に示すようにＶＨ電圧検出線１５は、キャリッジ基板のコンデンサＣ２が接続されるｃ点からメイン基板の電圧制御回路部の抵抗分圧回路に接続されている。

また、グランド電圧検出線１６は、コンデンサＣ２のグランドであるｄ点とＤＣ／ＤＣコンバータの定電圧制御部の電圧基準グランドである制御ＧＮＤ１７を接続している。

図２（ａ）に示すようにＶＨ電圧検出線、グランド電圧検出線は、ＦＦＣの隣り合う導体パターンに隣接して配置する構成である。

ここでＦＦＣは、厚みを薄くした平板型の導体を均一なピッチ間隔で複数本を平行に配列し、合成樹脂等で絶縁被覆を施したリボン状の線材であり、可動部分や狭い空間の電気的接続を得るためのケーブルである。これは、例えばシリアル型プリンタがインクを吐出して画像記録を記録用紙（被記録媒体）に行うため、記録ヘッド２が搭載されたキャリッジ３をスムーズに移動させるための電気接続構造である。ＦＦＣは、キャリッジ３の移動範囲を十分に確保できる長さであり、図６に示すように機器の本体フレームに這わせて取り付けている。ＦＦＣの長さは、例えばＡ３ノビサイズの記録用紙に対応する機種では、記録用紙の幅３２８ｍｍに対して２倍以上の長さが必要となる。

次に、電力供給回路における、ＦＦＣの配線インピーダンス、及び電力負荷が急変する場合の電圧変動特性を説明する。

図２（ａ）は、実施形態を示すＦＦＣ配線構造の断面図であり給電線１３、及び給電線グランド１４は各４本ずつ使用している。給電線１３の隣に給電線グランド１４が配置されている。ＦＦＣの配線構成は、給電線１３、及び給電線グランド１４の電流方向の往復パターンを隣接する導体に交互に配置した構成である。４本の給電線１３はコイルとコンデンサの一端にそれぞれ接続され、４本の給電線グランド１４は電圧変換手段のグランドとコンデンサの他端とそれぞれ接続されている。

図２（ｂ）は、比較例の図（本発明を実施していない形態）である。図２（ｂ）の配線構成では、給電線１３は隣り合うように配置され、給電線グランド１４も、隣り合うように配置されている。即ち、同じ信号線同士をまとめて配置する構成となっている。図２（ａ）、図２（ｂ）の導体のピッチは、ともに１．０ｍｍである。

図３は、ＦＦＣの給電線１３と給電線グランド１４の配置構成の違いによる配線インピーダンスを比較した表であり、図２（ａ）と図２（ｂ）の配置構成の違いによるインピーダンスの違いを説明する図である。配線インピーダンスは、インピーダンスアナライザによって測定している。測定は、リターン電流経路を考慮した配線インダクタンスの総和であるループインダクタンス、及び配線抵抗を測定した値で、給電線１３と給電線グランド１４をＦＦＣの一端でショートさせて、他方からインピーダンスアナライザによって測定している、またＦＦＣの長さは３３０ｍｍ、６６０ｍｍ、１０００ｍｍの３点で測定している。

図３を参照すると、配線抵抗は、配線部に流れる電流方向の往復パターンを隣接した導体パターンに交互に配置した場合と配線を交互に配置しない場合の違いはなく、どちらもＦＦＣの長さに比例した値となる。一方、ループインダクタンスは、電流方向の往復ループを隣接する導体に交互に配置した場合は、交互に配置しない場合に対してＦＦＣの各長さで共におよそ１／３程度に減少している。

これは、給電線１３・給電線グランド１４を隣接する導体に配置することで配線を流れる電流ループの面積が小さくなり、さらに隣接する配線に流れる電流の向きが異なるため、配線に流れる電流により発生する磁界の向きが逆方向となり、発生した磁界を打ち消しあう作用が高く配線間の部分相互インダクタンスＬ_２１が高まり、その結果ループインダクタンスＬｌｏｏｐの値が減少したためである。

以上のことから、ＦＦＣの配線抵抗は、同じ導体断面積、導体数、長さであれば配線構成の影響を受けないが、ループインダクタンスは、同じ導体断面積、導体数、長さでもＦＦＣの配線構成によって大きく値が変化することが分かる。

つまり、ＦＦＣの給電線１３・給電線グランド１４を流れる電流方向の往復ループを隣接させて配置することで、配線のループインダンクタンスを低減することが可能となる。

次に、図２（ａ）の場合と図２（ｂ）の場合のＶＨ電圧変動特性をＦＦＣの長さを３３０ｍｍ、６６０ｍｍ、１０００ｍｍの３点で測定している。

図４（ａ）から図４（ｃ）は、本提案の実施形態におけるＦＦＣ配置構成の場合の電力負荷を変動させた場合の電圧変動特性である。図２（ａ）に示すＦＦＣ配線構成で記録ヘッドの停止期間（負荷電流０Ａ）から記録ヘッドの駆動期間（負荷電流最大）に相当する負荷電流２．１Ａまで、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力負荷を繰り返し変化させた時のＶＨ電圧変動波形である。波形は、ＦＦＣの長さをパラメータとして、図４（ａ）はＦＦＣの長さが１０００ｍｍ、図４（ｂ）はＦＦＣの長さが６６０ｍｍ、図４（ｃ）はＦＦＣの長さが３３０ｍｍの場合に電力負荷を変動させた場合のＶＨ電圧変動波形である。

図５（ａ）から図５（ｃ）は、実施形態との比較のための配線構成による電力負荷を変動させた場合の電圧変動特性である。図２（ｂ）に示すＦＦＣ配線構成で、記録ヘッドの停止期間（負荷電流０Ａ）から記録ヘッドの駆動期間（負荷電流最大）に相当する負荷電流２．１Ａまで、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力負荷を繰り返し変化させた時のＶＨ電圧変動波形である。

同様に、ＦＦＣの長さをパラメータとして、図５（ａ）はＦＦＣの長さが１０００ｍｍ、図５（ｂ）はＦＦＣの長さが６６０ｍｍ、図５（ｃ）はＦＦＣの長さが３３０ｍｍの場合に電力負荷を変動させた場合のＶＨ電圧変動波形である。

ＶＨ電圧変動波形は、キャリッジ基板上のコンデンサＣ２の両端電圧を測定している。

図４（ｃ）のＦＦＣ長さ３３０ｍｍの電圧変動の様子をみると、負荷電流が０Ａから２．１Ａに変化した時のスイッチングリップル変動分を含めない出力電圧の落ち込みは−２１ｍＶの電圧変動が図４（ａ）のＦＦＣ長さを１０００ｍｍとすると−３４ｍＶとなり電圧変動量は−１３ｍＶの微増である。

一方、図５（ｃ）のＦＦＣ長さ３３０ｍｍの電圧変動の様子をみると、負荷電流が０Ａから２．１Ａに変化した時は−２１ｍＶの電圧変動が図５（ａ）のＦＦＣ長さを１０００ｍｍとすると−９３ｍＶとなり電圧変動量は約−７０ｍＶと大幅に増加する。

以上より、上述のＦＦＣ配線構成にすることで、ＦＦＣ配線のループインダクタンスを小さい値に抑える事ができ、負荷急変時の電圧変動を抑制できる。

次に、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ９の補足説明をする。記録ヘッド２近傍のキャリッジ基板ＢにはＤＣ／ＤＣコンバータ９の出力コンデンサのみを実装する構成としている。ＤＣ／ＤＣコンバータ９の平滑回路は、一般的な構成であるコイルＬ１及びコンデンサＣ２によるローパスフィルタで構成されている。

コンデンサＣ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を平滑するためのコンデンサであると共に、インク吐出状況によって変化する負荷変動を吸収するコンデンサの役割も兼ねているため記録ヘッド近傍にあるキャリッジ基板に低インピーダンス品を搭載している。

コンデンサＣ２は、メイン基板ＡとＦＦＣを介して接続されるため、メイン基板Ａから比較的遠方のキャリッジ基板Ｂに実装されるが、キャリッジ基板Ｂに設けられたコンデンサＣ２の両端電圧をＶＨ電圧検出線・グランド電圧検出線でセンシングしている。よって、大電流を流す給電線１３、及び給電線グランド１４とは分離され定電圧制御を行うため、基板間を接続している給電線１３・給電線グランド１４の配線抵抗による直流電圧降下は発生しない。

図３では、ＦＦＣの接続構成による配線インダクタンス、及び配線抵抗値の違いを説明したが、配線インダクタンスはＦＦＣ長さ１０００ｍｍでも数百ｎＨ程度の値である。

一方メイン基板に実装するコイルＬ１は透磁率の高い磁性体に線材を巻いた構造でありインダクタンス値は高く一般的に１ＭＨｚ以下のスイッチング周波数のＤＣ／ＤＣコンバータでは数μＨ〜数十μＨのコイルが一般的に採用され、ＦＦＣの配線インクタンス値より数倍〜数十倍大きい値である。

コイルＬ１は、スイッチ素子Ｑ１、及びダイオードＤ１によって直流の入力電圧ＶＨｉｎをスイッチングした交流矩形波電圧を出力コンデンサと共に平滑している。

インダクタンス値の大きいコイルをスイッチ素子Ｑ１の直後に実装することで、交流的なインピーダンスが高まり交流矩形波電圧の高調波成分の低減効果が高まり、基板間を接続する配線長の長いＦＦＣに高い周波数帯域成分を含む電圧電流波形を伝送しない構成としている。

図６は、記録装置を上から見た概念図であり、記録装置におけるＦＦＣの配置を説明する図である。キャリッジ３は図６の横方向に走査する機構を備え、キャリッジ３に搭載した記録ヘッド２を用いて、被記録媒体４０１に記録を行う。図１で説明した制御部２２は、図６の下の図に示すように、加速領域、等速度領域、減速領域を定めて、キャリッジ３の走査を制御する。キャリッジ３は破線に示す向きに移動する。キャリッジ３がａ点に位置する場合に、ＦＦＣは実線で示すような状態であり、キャリッジ３がｂ点に位置する場合に、ＦＦＣは破線で示すような状態となる。

搬送手段により、被記録媒体４０１は、図６において縦（下から上）へ搬送される。記録ヘッドの走査と被記録媒体４０１の搬送が交互に行われる。

メイン基板Ａとキャリッジ基板Ｂを接続するＦＦＣは、本体フレームに這わせて取り付けている。この本体フレームは、金属製の部材であり、メイン基板Ａのグランドと接続されている。

図６に示すように、キャリッジ３は、記録する被記録媒体の幅以上の距離を移動する。このため、例えば、Ａ３ノビのサイズの被記録媒体の記録に対応する記録装置では、ＦＦＣの長さは１０００ｍｍ程度の長さが必要となる。

制御部２２は、記録装置全体の動作をコントロールし、図示しない外部の機器（例えばホストコンピュータ、デジタルカメラ等）から受け取った画像情報の画像処理を行う画像処理回路、や記録ヘッドに送信する画像データに変換する変換回路を含む。また、記録ヘッド２のインク吐出を行うために、記録素子を駆動させるため制御信号（ＣＬＫ，ＬＴ，ＨＥ）やデータ信号（ＤＡＴＡ）の出力を制御する。

次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の動作を簡単に説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ９は、ＰＷＭ制御方式のＤＣ／ＤＣコンバータで、プリンタ本体に設けられたＡＣ／ＤＣ電源１から供給される直流電圧ＶＨｉｎがコンデンサＣ１を介してスイッチング素子Ｑ１に入力される。

スイッチング素子Ｑ１及びダイオードＤ１を備える電圧変換部（コンバータ部）によって直流電圧ＶＨｉｎから交流電圧に変換され、コイルＬ１、ＦＦＣ、コンデンサＣ２で構成される平滑回路を介して直流電圧に変換され出力電圧ＶＨを生成する。

出力電圧ＶＨは、キャリッジ基板と接続される記録ヘッド２にヘッド駆動電圧ＶＨとして供給される。

定電圧フィードバック制御の基準電圧は、基準電圧源Ｖｒｅｆより生成され、抵抗Ｒ７、Ｒ８の抵抗分圧値を電源制御ＩＣ５内部の誤差増幅器５２の反転端子に基準電圧Ｖｒｅｆ´として入力している。電源制御ＩＣ５は、1チップの集積回路である。

また、平滑回路の出力端となるコンデンサＣ２から検出された出力電圧信号ＶＨは、抵抗Ｒ１０１、及び抵抗Ｒ１０２により抵抗分圧された帰還電圧が誤差増幅器５２の非反転端子に入力され定電圧フィードバック制御されている。

キャリッジ基板に実装されたコンデンサＣ２の両端電圧は、ＦＦＣのＶＨ電圧検出線、及びグランド電圧検出線によってメイン基板の定電圧制御部７に接続される。

定電圧制御部７は、基準電圧Ｖｒｅｆと出力コンデンサＣ２両端電圧の分圧値を誤差増幅器で比較し、誤差を無くすように定電圧フィードバック制御されコンデンサＣ２の両端電圧はあらかじめ設定された出力電圧ＶＨなるように制御されている。

なお電源制御ＩＣ５の内部は、図１に記載の誤差増幅器５２、ＰＷＭコンパレータ５３以外にも図示しない内部基準電圧源、三角波発生回路、出力ドライバー回路、等の回路ブロックによって構成されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ９のフィードバックループの安定性を確保するためには、図１のコイルＬ１、コンデンサＣ２、基板Ａと基板Ｂを接続するＦＦＣの配線寄生成分を含めたフィードバックループを、進み補償回路、および遅れ補償回路の部品定数を調整して、電力負荷が変動したときの出力電圧変動を抑制している。

進み補償回路は、抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２、Ｃ６によって構成され、遅れ補償回路は、誤差増幅器５２の入出力間に挿入される時定数回路６から構成され定電圧フィードバックループの周波数特性を調整するための回路部品である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ９の電圧基準グランドとなるグランド電位は、キャリッジ基板上のＨＧＮＤ（コンデンサＣ２のＧＮＤ）としている。これは、記録ヘッドに印加されるＶＨ電圧のグランド電位を基準とし電源制御ＩＣ周辺の制御ＧＮＤ１７とを一致させることを主目的としたＧＮＤ構成である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ９の定電圧制御を行う電源制御ＩＣ５、及び基準電圧ＶｒｅｆのＧＮＤは、キャリッジ基板の出力コンデンサのＧＮＤから分岐させたグランド検出線１６で接続しておりメイン基板Ａの制御ＧＮＤ１７は、Ｃｏｎｖ＿ＧＮＤとは分離させている。

この接続構成によってグランド検出線１６は給電線グランド１４とは分離されてヘッド駆動電圧ＶＨのリターン電流を流さない構成となっている。

メイン基板の制御ＧＮＤ１７とコンバータ部のグランドであるＣｏｎｖ＿ＧＮＤ間にあるコンデンサＣ３は、メイン基板上の両ＧＮＤ間を交流的な電気的接続をしている。本発明は、メイン基板の制御ＧＮＤとコンバータ部のＣｏｎｖ＿ＧＮＤ間がキャリッジ基板を介してＦＦＣで接続する構成のため、定電圧フィードバック制御を安定させるために有効なコンデンサとして用いている。

また、Ｃｏｎｖ＿ＧＮＤは、ＦＦＣの複数の導電パターンを使用して給電線グランド１４により、キャリッジ基板のＨＧＮＤと接続されている。この接続により、ＦＦＣの給電線グランド１４にヘッド駆動電圧ＶＨのリターン電流がキャリッジ基板からメイン基板の方向に流れる。

ここで、ＦＦＣの給電線１３、及び給電線グランド１４は、出力平滑回路となるコイルＬ１、とコンデンサＣ２の間に挿入するため、ＦＦＣ配線の寄生成分である配線インダクタンス、及び配線抵抗成分は平滑回路部内に含まれることになる。

定電圧フィードバック制御の位相補償回路は、平滑回路のコイルＬ１、コンデンサＣ２の特性にＦＦＣの寄生成分を含めてフィードバックループの利得、位相を調整し負荷急変に対する電圧変動を抑制している。

給電線１３を流れる電流は、コイルＬ１によって変換された三角波の交流電流がメイン基板からキャリッジ基板方向へ流れる。

また給電線グランド１４は、給電線１３の電流とは逆方向となるキャリッジ基板からメイン基板にヘッドの駆動電流のリターン電流が流れる。別の表現をすれば、給電線１３・給電線グランド１４で、電流ループを形成している。

給電線１３の部分自己インダクタンスをＬ_１１、給電線グランド１４の部分自己インダクタンスをＬ_２２、給電線１３と給電線グランド１４間の部分相互インダクタンスをＬ_１２（Ｌ_２１）とすると、給電線１３と給電線グランド１４が形成するループインダクタンスＬｌｏｏｐは、次式のように表わせる。
Ｌｌｏｏｐ＝Ｌ_１１＋Ｌ_２２−２Ｌ_１２（Ｌ１２＝Ｌ２１）・・・（式１）
給電線１３・給電線グランド１４のループインダクタンスは、給電線１３の部分自己インダクタンスＬ_１１と給電線グランド１４の部分自己インダクタンスＬ_２２、及び給電線１３とリターン電流の流れる給電線グランド１４との部分相互インダクタンスＬ_１２、Ｌ_２１から決定される。

部分相互インダクタンスは、電流ループを形成する給電線１３・給電線グランド１４の各々の配線間の部分インダクタンスＬ_１１、Ｌ_２２間の磁気的結合を表している。

また、給電線１３・給電線グランド１４のループインダクタンスに電流が流れて発生する磁束は、次式のように表わせる。
φ＝Ｌｌｏｏｐ×Ｉｒｍｓ・・・（式２）
（式１）より、給電線１３と給電線グランド１４の配線間結合を示す部分相互インダクタンス（Ｌ１２＝Ｌ２１）値を大きくすることで、配線が形成するループインダクタンスは低減することになる。

給電線１３と給電線グランド１４が形成する電流ループによって発生する磁束φは、（式２）より配線のループインダクタンス値と配線を流れる電流値の積によって決定し、流れる電流値が同じであれば、ループインダクタンス値が小さい方が発生する磁束は小さくなる。ＦＦＣ配線は、磁性体に巻かれたコイルのように配線を流れる電流により発生する磁束を閉じ込める磁性体を持たない。このため、ＦＦＣ配線のループインダクタンスで発生する磁束は、他の信号線との磁気的な結合が発生し易い。

しかしながら、ＦＦＣを上述したような構成とすることで、発生する磁束を小さくすることで、他の信号線との磁気的な結合を抑制することができる。これにより、ＦＦＣがノイズ源となり、ＦＦＣで発生したノイズが、機器内の制御回路やセンサ（例えば温度センサー）などの検知回路に入力することを抑制したり、機器内部を転送される制御信号やデータ信号の波形を乱すことを抑制できる。また、機器の外部へノイズを放射することを抑制できる。

次に、ＦＦＣの配線間の磁気的結合について説明する。ＦＦＣにおいて、給電線１３、給電線グランド１４の電流ループで生じる磁束とＶＨ電圧検出線１５・グランド電圧検出線１６で生じる磁束との磁気的結合は、共に定電圧フィードバックループ内の配線であり出力電圧の変動特性を悪化させる可能性がある。

給電線１３・給電線グランド１４の電流により発生する磁束φが、ＶＨ電圧検出線１５・グランド電圧検出線１６と鎖交する磁束をφ′とすると、次式の関係にある。
φ’＝Ｍ×Ｉｒｍｓ・・・（式３）（Ｍ＝φ′／Ｉｒｍｓ）
相互インダクタンスＭは、給電線１３・給電線グランド１４の配線ループとＶＨ電圧検出線１５・グランド電圧検出線１６の配線ループ間の磁気的結合を表し、一方の電流ループに流れる単位電流あたりに発生した磁束が、他方の電流ループ配線に鎖交する割合を表す。この相互インダクタンスＭは、２つの信号配線ループ間の物理的な空間配置で決定され、相互に影響を及ぼしあう。また、（式３）より配線に鎖交する磁束φ′は、磁束を発生する配線ループに流れる電流に比例する。

給電線１３・給電線グランド１４に流れる電流はＶＨ電圧検出線１５・グランド電圧検出線１６に対して十分に大きな電流である。このため、給電線１３・給電線グランド１４の配線ループから発生する磁束φがＶＨ電圧検出線１５・グランド電圧検出線１６に鎖交し定電圧フィードバックループ特性を悪化させる主要因となっている。

給電線１３・給電線グランド１４のループ電流ＩｒｍｓによりＶＨ電圧検出線１５・グランド電圧検出線１６に鎖交する磁束φ′がＶＨ電圧検出線１５・グランド電圧検出線１６に誘起されるノイズ電圧ｖは、次式によって表わされる。
ｖ＝ｊωＭ×Ｉｒｍｓ・・・（式４）
（式４）によって誘起したノイズ電圧ｖは、定電圧フィードバックループに外乱として入力され、出力電圧の変動特性を悪化させてしまう。この外乱は、電力負荷（記録ヘッド）の変動とは別の外乱である。

上述したように、ＦＦＣの配線構成は、（式１）の配線ループで発生するループインダクタンス値Ｌｌｏｏｐを低減している。その結果、ループインダクタンス値の低減は、（式２）の給電線１３・給電線グランド１４の配線ループの電流で発生する磁束φは低減される。給電線１３・給電線グランド１４で発生する磁束φの低減により、ＶＨ電圧検出線１５・グランド電圧検出線１６に鎖交する磁束φ’も相対的に低減する。従って、相互インダクタンスＭは低減し、ノイズ電圧ｖは低減する。その結果、定電圧フィードバックループに入る外乱が低減するためＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧変動は抑制される。

次に、上述した構成とその効果の補足の説明をする。図１に示す実施形態の構成を採用せずに、キャリッジ基板に実装するコンデンサＣ２をメイン基板Ａに実装した場合を説明する。この場合、コイルＬ１とＦＦＣの給電線の間にコンデンサＣ２の一方の端子を接続し、コンデンサＣ２の他方の端子をメイン基板ＡのＨＧＮＤに接続する。即ち、キャリッジ基板Ｂにはコンデンサを設けないという構成である。このような構成では、キャリッジ基板ＢにおけるＶＨとＨＧＮＤの間のインピーダンスは高くなるため、本実施形態と比較して、ＶＨ電圧検出線・グランド電圧検出線には外乱となるノイズが入力され易くなり、ノイズにより出力電圧が安定しなくなる。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。以下の説明では、第１の実施形態と共通する部分の説明については省略する。また、図中における構成要素については、同じ符号を付してその説明を省略する。

図７は、第２の実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ９の説明図である。第２の実施形態の相違点は、第１の実施形態にメイン基板のコイルＬ１と基板間を接続するＦＦＣの給電線との間と、メイン基板ＡのグランドであるＣｏｎｖ−ＧＮＤ間にコンデンサＣ１２を追加していることである。

この構成により、ＦＦＣの給電線１３・給電線グランド１４を流れる電流によって発生する磁束φを更に低減し、ＶＨ電圧検出線１５・グランド電圧検出線１６に鎖交する磁束φ′、及び誘起するノイズ電圧を低減する。

第１の実施形態では、ＦＦＣは、コイル等のように磁界を閉じ込める効果のある磁性体を持たないために、配線導体周辺に発生する磁束を完全に無くすことは出来ない。更に、信号配線間の磁気的結合は、ＦＦＣの物理的な空間配置によって複雑に変化し、発生する磁束は、ループインダクタンス値、配線に流れる電流実効値に比例して変化する。

第２の実施形態では、メイン基板ＡにコンデンサＣ１２を追加して、（式２）の給電線１３、及び給電線グランド１４を流れる三角波電流の実効値を低減させて、給電線・給電線グランドのループインダクタンスから発生する磁束を低減している。

コンデンサＣ１２は、メイン基板上でコイルＬ１とＬＣフィルタの平滑回路を構成して、ＦＦＣの前段で予め直流電圧に変換して、ＦＦＣの配線ループインダクタンスに流れる三角波電流のピーク値は低減している。三角波電流のピーク値を低減することで、電流実効値を低減できるため、給電線１３・給電線グランド１４の配線ループインダクタンスから発生する磁束φを低減できる。

ここで、コンデンサＣ１２の容量値は、キャリッジ基板Ｂに設けられたコンデンサＣ２の容量値に対して、１／３〜１／２０程度の容量で十分なフィルタ効果が発揮される。

また、使用するコンデンサ品種は、コイルＬ１や配線インダクタンスとの共振周波数によるゲイン・位相の変極点を出さないためにも、比較的等価直列抵抗の大きいアルミ電解コンデンサが望ましい。

補足すると、三角波電流の実効値Ｉｒｍｓを低減することで、式３のＶＨ電圧検出線・グランド電圧検出線に鎖交する磁束φ’、及び式４のＶＨ電圧検出線・グランド電圧検出線に誘起されるノイズ電圧ｖを低減できる。これにより、定電圧フィードバックループの入る外乱が低減するため出力電圧変動は抑制される。

＜その他の実施形態＞
上述した実施形態では、機器として記録装置として説明したが、記録装置に限定するものではない。機器内にＦＦＣを備え、ＦＦＣによって電力負荷に電力を供給する機器に機適用できる。例えば、機器として、画像読取装置（画像入力装置）、パーソナルコンピュータや携帯電話などの情報機器、ディスプレイなどの表示装置、医療用機器などが挙げられる。

また、電力負荷として、記録ヘッドに限定するものでない。電力負荷として、モータ、表示デバイス、光電変換素子と発光素子を備えた読取りユニット、集積回路などが挙げられる。

上述した実施形態では、１チャンネル出力のＤＣ／ＤＣコンバータの形態で説明しているが、複数チャンネル出力を有するＤＣ／ＤＣコンバータにおいても同様に適用できる。

複数チャンネルのＤＣ／ＤＣコンバータを採用する場合には、各ＤＣ／ＤＣコンバータが、実施形態１や実施形態２の構成とすれば良い。

上述の実施形態では、給電線、及び給電線グランドは、各々４本の例で説明しているが、電力負荷に供給する電流値や、ＦＦＣの長さ、導体間隔のピッチに応じて、給電線、及び給電線グランドの本数を定めれば良い。

また、実施形態１や実施形態２の構成では、メイン基板Ａに、キャリッジ基板Ｂから入力した電圧に基づいてフィードバックを行う定電圧制御部７を備えているが、定電圧制御部７を省いた構成でも構わない。

Claims

電力供給装置であって、
入力電圧を変換する電圧変換手段と、
コイルとコンデンサによって、前記電圧変換手段が出力する電圧を平滑する平滑手段とを備え、
前記平滑手段は、複数の給電線と複数の給電線グランドを含んで構成され、かつ給電線の隣に給電線グランドが配置されたケーブルを備え、
前記複数の給電線は、前記コイルと前記コンデンサの一端と接続され、前記複数の給電線グランドは前記電圧変換手段のグランドと前記コンデンサの他端と接続されていることを特徴とする電力供給装置。
前記給電線と前記給電線グランドは、交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
前記電力供給装置は、前記電圧変換手段と前記コイルを備える第１の回路基板と、前記コンデンサを備える第２の回路基板とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
前記電力供給装置は、前記コンデンサの電圧を前記第１の回路基板にて検出することを特徴とする電力供給装置。
請求項１に記載の電力供給装置を備えたことを特徴とする機器。
前記機器は、記録ヘッドを用いて被記録媒体に画像を記録することを特徴とする請求項５に記載の機器。