JP2015002642A - High voltage generator, high-voltage power supply, and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は高電圧発生装置、高圧電源装置及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a high voltage generator, a high voltage power supply device, and an image forming apparatus.
従来の高圧電源装置として、例えば特許文献1に示すように、マイコン(24)のPWM出力を、昇圧トランス(17)のベース巻線(20)を介してバイポーラトランジスタのベースに接続し、直流電源を昇圧トランス(17)の一次巻線を介してバイポーラトランジスタのコレクタに接続し、昇圧トランス(17)の出力巻線(25)を、整流回路(28)を介して負荷(29)に接続するとともに、整流回路(28)の出力をマイコン(24)に帰還させて、出力電圧を制御するものが知られている。 As a conventional high-voltage power supply device, for example, as shown in Patent Document 1, a PWM output of a microcomputer (24) is connected to a base of a bipolar transistor via a base winding (20) of a step-up transformer (17), and a DC power supply Is connected to the collector of the bipolar transistor through the primary winding of the step-up transformer (17), and the output winding (25) of the step-up transformer (17) is connected to the load (29) through the rectifier circuit (28). At the same time, it is known to control the output voltage by feeding back the output of the rectifier circuit (28) to the microcomputer (24).
図25は上記の高圧電源装置をより具体的にした高圧電源装置を示す。図示の高圧電源装置は、トランス駆動回路705を含む。図25の装置において、マイコン701のPWM出力は、トランス駆動回路705内のプルアップ抵抗707を介して3.3Vの電源702に接続されるとともに、抵抗711とコンデンサ712で構成される平滑化フィルタ回路710を介して、オペアンプ721の反転入力(−)に接続されている。
FIG. 25 shows a high-voltage power supply device that is a more specific example of the above-described high-voltage power supply device. The illustrated high-voltage power supply device includes a
オペアンプ721、コンデンサ722、725、及び抵抗723、724、726により構成される積分回路720の出力が昇圧トランス750の1次側の補助巻線751の一端に接続され、補助巻線751の他端は、NPNトランジスタ740のベースに接続されている。
The output of the integrating
昇圧トランス750の1次側の主巻線752は一端が24Vの電源703に接続され、他端がトランジスタ740のコレクタに接続されている。昇圧トランス750の2次巻線753からの出力は、整流回路760で整流されて、高圧出力電圧として負荷785に供給される。
One end of the
高圧出力電圧(ノード790Aの電圧)はまた、出力電圧変換作用(降圧作用)を有する出力電圧変換部770を介して、オペアンプ721の非反転入力(+)に帰還される。整流回路760は、ダイオード761、762、コンデンサ763、764を備えている。出力電圧変換部770は、50MΩの抵抗771、100kΩの抵抗772、1MΩのプルダウン抵抗773、及びコンデンサ774により構成されている。
The high-voltage output voltage (the voltage at the
初期状態においてマイコン701のPWM出力はHレベルであり、抵抗707によりプルアップされているので、電源702からの3.3Vの電圧が、フィルタ回路710を介してオペアンプ721の反転入力端子(−)に入力される。また、ノード790Aの高圧出力はオフ状態であるので、電源702の出力3.3Vを、100kΩの抵抗772と1MΩの抵抗773で分圧した値である3.0Vが、オペアンプ721の非反転入力端子(+)に入力される。
In the initial state, the PWM output of the
非反転入力(+)の電圧(3.0V)は、反転入力(−)の電圧(3.3V)よりも低いので、オペアンプ721の出力は最低電圧(VOL=略0V)となる。従って、NPNトランジスタ740には、ベース電流が流れず、昇圧トランス750の主巻線752には電流が流れない。その結果、ノード790Aの出力がオフの状態が維持される。
Since the voltage (3.0 V) of the non-inverting input (+) is lower than the voltage (3.3 V) of the inverting input (−), the output of the
その後、マイコン701は、PWM出力ポートから、高圧出力の目標値(目標電圧)に対応するデューティのPWM信号の出力を開始し、PWM信号がフィルタ回路710を介して反転入力端子(−)に入力される。目標電圧が大きいほど、PWM出力のデューティはより小さなものとされ、従って、オペアンプ721の反転入力端子(−)の入力電圧はより小さな値となる。
Thereafter, the
反転入力端子(−)の入力電圧が非反転入力端子(+)の入力よりも低くなると、積分回路720の出力が徐々に上昇する。その結果、昇圧トランス750の補助巻線751を介してトランジスタ740のベースに電流が流れ、主巻線752を介して24Vの電源703からトランジスタ740のコレクタ・エミッタ間に電流が流れる。主巻線752に電流が流れることにより、補助巻線751に接続されたベースの電位が下がり主巻線752に流れていた電流が遮断される。以降主巻線752及び補助巻線751の電流のオン・オフが繰り返される自励発振が開始される。
When the input voltage at the inverting input terminal (−) becomes lower than the input at the non-inverting input terminal (+), the output of the
主巻線752の電流がオン・オフする結果、昇圧トランス750の2次側753に昇圧された交流出力が出力され、整流回路760で整流されて、ノード790Aに負電圧が現れ、負荷785に供給される。
As a result of turning on / off the current of the
整流回路760の出力(ノード790Aの出力)は、出力電圧変換部770で降圧されて、オペアンプ721の非反転入力端子(+)に帰還される。ノード790Aの出力は負電圧であるので、その絶対値が大きいほど、帰還電圧の値は小さくなる。
The output of the rectifier circuit 760 (the output of the
トランジスタ740のベース電流は、オペアンプ721の反転入力端子(−)と非反転入力端子(+)の電圧の差に応じて調整され、ベース電流を増幅したコレクタ電流によりトランジスタ740が駆動され、自励発振により昇圧された高圧出力はPWM信号のデューティに応じた電圧に制御される。
The base current of the
図26に図25の回路の出力開始時の波形の一例を示す。図26中の符号D790A、D790B、D790C、D790Dはそれぞれ、図25のノード790A、790B、790C、790Dの電位の変化を示す。符号D790A0、D790B0、D790C0、D790D0はそれぞれ、波形D790A、D790B、D790C、D790Dのゼロレベルを示す。
FIG. 26 shows an example of a waveform at the start of output of the circuit of FIG. Symbols D790A, D790B, D790C, and D790D in FIG. 26 indicate changes in potentials of the
図27に図25の回路と同様の回路を組合わせて形成した、正極性及び負極性のバイアスを選択的に発生する回路(正負バイアス回路)の一例を示す。図示の正負バイアス回路は、マイコン801から、正バイアス目標電圧に対応したデューティのPWM信号PWMpを受ける正バイアス回路810と、マイコン801から、負バイアス目標電圧に対応したデューティのPWM信号PWMnを受ける負バイアス回路820とを有する。
FIG. 27 shows an example of a circuit (positive / negative bias circuit) that selectively generates positive and negative biases, which is formed by combining circuits similar to the circuit of FIG. The illustrated positive / negative bias circuit includes a
正バイアス回路810は、トランス駆動回路830と、昇圧トランス835と、整流回路840と、抵抗857、858及び859を有する。整流回路840は、ダイオード843及び844とコンデンサ845及び846を有する。昇圧トランス835と、整流回路840と、抵抗857、858により昇圧モールドトランス837が構成されている。
The
負バイアス回路820は、トランス駆動回路860と、昇圧トランス865と、整流回路870と、発振周波数調整用のコンデンサ882と、抵抗887、888、及び889を有する。
整流回路870は、ダイオード873及び874とコンデンサ875及び876を有する。
トランス駆動回路830、860の各々は、図25のトランス駆動回路705と同様に構成され、トランジスタ740と同様のトランジスタを有する。
The
The
Each of the
負バイアスは抵抗858を介して負荷890に印加される。例えば、抵抗858の抵抗値は100MΩである。負バイアス出力は抵抗887、888及び889により分圧され、トランス駆動回路860に帰還され、これにより負バイアス出力電圧が制御される。例えば、抵抗887は5MΩ、抵抗888は1MΩ、抵抗889は5kΩである。
The negative bias is applied to load 890 through
正バイアス出力時には抵抗887及び889を介して電流が供給される。抵抗857及び抵抗859により分圧された電圧がトランス駆動回路830に帰還され、これにより正バイアス出力電圧が制御される。
At the time of positive bias output, current is supplied through
しかしながら、上記従来の装置では負バイアス印加時の負荷電流を十分に大きくすることができない。例えば、昇圧トランス865として、EE16サイズフェライトコアを有するオープンタイプトランス(非モールド型トランス)を用い、トランス駆動回路860内のトランジスタ(図25のトランジスタ740と同様の役割を持つもの)として、型式がTO−220、Pc(パワー損失)が25WのNPNバイポーラトランジスタを用いた場合、整流回路870は、−2700V、570μA程度までしか出力できず、負荷890に流すことができる電流は、負荷抵抗値が10MΩ〜100MΩである場合に25μA〜14μA程度となる。
However, the conventional apparatus cannot sufficiently increase the load current when the negative bias is applied. For example, an open type transformer (non-molded transformer) having an EE16 size ferrite core is used as the step-
また正バイアス出力時に5MΩのフィードバック抵抗887を介して電流を供給する為、負荷に流す電流が例えば600μAである場合に抵抗887の両端の電位差は3000Vとなり、それ以上電流を流すと回路基板表面の回路パターンの電位差が3000Vを超えてしまい回路パターン間に放電が起こりやすくなる。
Since a current is supplied through a
フィードバック抵抗887の抵抗値を低くすれば正バイアス供給性は改善するが、トレードオフとして負バイアス供給性が悪化してしまう。特に近年、中間転写方式の画像形成装置において多様な印刷媒体に対応する市場要求があり、例えば、葉書、さらには名刺などの幅の狭い媒体に転写する場合には転写電流の殆どが転写ローラと中間転写ベルト間に流れてしまい、フィルム媒体等の高抵抗媒体を転写するには多くの電流を流さねばならないが、従来の高圧電源ではそれに対応出来なかった。
If the resistance value of the
また媒体搬送方向に対して短い媒体に対応する為に定着器と2次転写ニップを近づけようとした場合に定着器の熱により転写ローラの温度が上昇し、その結果転写ローラの抵抗値が低下して転写電流が増大すると言う問題があったので定着器と2次転写ニップを近付けることが困難だった。 In addition, when trying to bring the fixing device and the secondary transfer nip closer to each other in order to cope with a medium shorter in the medium conveyance direction, the temperature of the transfer roller rises due to the heat of the fixing device, and as a result, the resistance value of the transfer roller decreases. As a result, there is a problem that the transfer current increases, so it is difficult to bring the fixing device and the secondary transfer nip close to each other.
本発明の目的は、回路基板上での回路パターン間の放電を避けながら、負荷に対してより多くの電流を流し得る高圧電源装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a high-voltage power supply apparatus that can flow more current to a load while avoiding discharge between circuit patterns on a circuit board.
本発明の高電圧発生装置は、
DC電圧を負荷に印加するためのものであって、
オペアンプを含む積分回路と、
1次側に主巻線と補助巻線を有し、2次側に2次巻線を有し、前記主巻線の一端がDC電源に接続され、前記補助巻線の一端が前記積分回路の出力に接続されたトランスと、
前記主巻線の他端にドレインが接続されたFETと、
前記補助巻線の他端を前記FETのゲートに結合する微分回路と、
前記トランスの前記2次巻線の出力を整流して高電圧出力を発生し、前記負荷に供給する整流回路と、
前記整流回路の高電圧出力を降圧して帰還電圧として出力する出力電圧変換部と、
前記負荷に印加される電圧が目標電圧に等しいときの前記帰還電圧の値と等しい値の電圧を基準電圧として出力する基準電圧発生部とを備え、
前記積分回路が前記基準電圧と前記帰還電圧の差に応じた電圧を出力し、
前記積分回路の出力が、前記補助巻線及び前記微分回路を介して前記ゲートに供給されることで、前記負荷に印加される電圧が前記目標電圧に一致するように帰還制御が行われ、
前記微分回路は、
前記補助巻線の前記他端と前記ゲートを接続する第1のコンデンサと、
前記第1のコンデンサに並列に接続された第1の抵抗回路と、
前記ゲートと接地ノードの間に接続された第2の抵抗回路とを備え、
前記FETがオン状態となって前記DC電源から前記主巻線に電流が流れたときに、前記補助巻線に誘起される電圧は、前記微分回路を介して前記ゲートに印加され、これにより、前記トランスの自励発振を生じさせ、
前記ゲートと前記接地ノードとの電圧を所定の上限値以下に制限する電圧クランプ回路をさらに備える
ことを特徴とする。
The high voltage generator of the present invention is
For applying a DC voltage to the load,
An integrating circuit including an operational amplifier;
The primary side has a main winding and an auxiliary winding, the secondary side has a secondary winding, one end of the main winding is connected to a DC power source, and one end of the auxiliary winding is the integration circuit A transformer connected to the output of
An FET having a drain connected to the other end of the main winding;
A differentiating circuit for coupling the other end of the auxiliary winding to the gate of the FET;
A rectifier circuit that rectifies the output of the secondary winding of the transformer to generate a high voltage output and supplies the output to the load;
An output voltage converter that steps down the high voltage output of the rectifier circuit and outputs it as a feedback voltage;
A reference voltage generator that outputs a voltage having a value equal to the value of the feedback voltage when a voltage applied to the load is equal to a target voltage, as a reference voltage;
The integration circuit outputs a voltage corresponding to the difference between the reference voltage and the feedback voltage,
The output of the integration circuit is supplied to the gate through the auxiliary winding and the differentiation circuit, so that feedback control is performed so that the voltage applied to the load matches the target voltage,
The differentiation circuit is:
A first capacitor connecting the other end of the auxiliary winding and the gate;
A first resistance circuit connected in parallel to the first capacitor;
A second resistance circuit connected between the gate and a ground node;
When the FET is turned on and a current flows from the DC power source to the main winding, a voltage induced in the auxiliary winding is applied to the gate through the differentiation circuit, thereby Causing self-excited oscillation of the transformer,
It further comprises a voltage clamp circuit for limiting the voltage between the gate and the ground node to a predetermined upper limit value or less.
本発明によれば、トランスの自励発振回路に電界効果トランジスタ(FET)を用いてその駆動を微分回路によって行うことにより自励発振動作とドレイン電流を良好に制御して出力を大きくすることが可能である。さらにゲート電圧を電圧クランプ回路でクランプすることにより出力起動時の突入電流を抑えることが可能である。 According to the present invention, a field effect transistor (FET) is used for a self-oscillation circuit of a transformer and is driven by a differentiating circuit, so that the self-oscillation operation and the drain current can be well controlled to increase the output. Is possible. Furthermore, the inrush current at the start of output can be suppressed by clamping the gate voltage with a voltage clamp circuit.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1の画像形成装置を示す。図示の画像形成装置100は、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの順に1次転写を行うものであり、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの現像・転写ユニット101K、101Y、101M、及び101Cを有する。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows an image forming apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The illustrated
ブラックの現像・転写ユニット101Kは、現像器カートリッジ102K、LEDヘッド103K、トナー容器104K、及び1次転写ローラ105Kを有する。現像器カートリッジ102Kは、感光体ドラム132K、帯電ローラ136K、現像ローラ134K、供給ローラ133K、現像ブレード135K、及びクリーニングブレード137Kを含む。転写ローラ105Kは感光体ドラム132Kに対向して配置されている。
The black development / transfer unit 101K includes a
同様に、イエローの現像・転写ユニット101Yは、現像器カートリッジ102Y、LEDヘッド103Y、トナー容器104Y、及び転写ローラ105Yを有する。現像器カートリッジ102Yは、感光体ドラム132Y、帯電ローラ136Y、現像ローラ134Y、供給ローラ133Y、現像ブレード135Y、及びクリーニングブレード137Yを含む。転写ローラ105Yは感光体ドラム132Yに対向して配置されている。
Similarly, the yellow developing /
同様に、マゼンタの現像・転写ユニット101Mは、現像器カートリッジ102M、LEDヘッド103M、トナー容器104M、及び転写ローラ105Mを有する。現像器カートリッジ102Mは、感光体ドラム132M、帯電ローラ136M、現像ローラ134M、供給ローラ133M、現像ブレード135M、及びクリーニングブレード137Mを含む。転写ローラ105Mは感光体ドラム132Mに対向して配置されている。
Similarly, the magenta development /
同様に、シアンの現像・転写ユニット101Cは、現像器カートリッジ102C、LEDヘッド103C、トナー容器104C、及び転写ローラ105Cを有する。現像器カートリッジ102Cは、感光体ドラム132C、帯電ローラ136C、現像ローラ134C、供給ローラ133C、現像ブレード135C、及びクリーニングブレード137Cを含む。転写ローラ105Cは感光体ドラム132Cに対向して配置されている。
Similarly, the cyan development /
画像形成装置100はさらに、中間転写ベルト141、中間転写ベルト張架ローラ142、中間転写ベルト駆動ローラ143、2次転写バックアップローラ(中間転写ベルトバックアップローラ)144、中間転写べルトテンションローラ148、中間転写ベルトクリーニングブレード145、廃トナー容器146、用紙カセット151、ホッピングローラ152、レジストローラ対153、154、用紙検出センサ155、2次転写ローラ156、定着器157、搬送ガイド158、及び排紙トレー159を備える。用紙カセット151は、記録媒体としての印刷用紙150を収納するものである。
The
図2は図1の画像形成装置100の制御系を、制御対象部材、及びセンサ類とともに示す。図2で図1と同じ符号は同じ部材を示す。図示の制御系は、ホストインターフェース部211と、コマンド/画像処理部212と、LEDヘッドインターフェース部213と、プリンタエンジン制御部220と、記憶部230と、高圧電源装置240を備える。
FIG. 2 shows a control system of the
プリンタエンジン制御部220には、用紙検出センサ155、サーミスタ265、定着器ヒーター259、温湿度センサ290、ホッピングモータ254、レジストモータ255、ベルトモータ256、定着器ヒーターモータ257、及びドラムモータ258K、258Y、258M、258Cが接続されている。サーミスタ265は、定着器ヒーター259の温度を検知して、検知した温度を示す信号を出力する。
The printer
高圧電源装置240は、図3に示すように、設定信号出力部としてのマイコン260と、帯電バイアス発生部261K、261Y、261M、261Cと、現像バイアス発生部262K、262Y、262M、262Cと、1次転写バイアス発生部263K、263Y、263M、263Cと、2次転写バイアス発生部264とを有する。
As shown in FIG. 3, the high-voltage
画像形成装置100には図示しない外部の機器からホストインターフェース部211を介してPDL(ページ記述言語)等で記述された所定フォーマットの印刷データが入力される。
入力された印刷データはコマンド/画像処理部212によってビットマップデータに変換される。
画像形成装置100はサーミスタ265で得られる検知温度を示す信号に応じて定着器ヒーター259を制御することにより定着器157を所定の温度にした後、電子写真プロセスによる印刷動作(画像形成動作)を開始する。
The
The input print data is converted into bitmap data by the command /
The
図1の給紙カセット151に収納された用紙150はホッピングローラ152で給紙される。用紙150は、レジストローラ153及び154によって中間転写ベルト141上の2次転写ローラ156と2次転写バックアップローラ144により形成されるニップ部156Nに搬送される。
The
トナー容器104K、104Y、104M、104Cは現像器102K、102Y、102M、102Cに着脱可能で内部のトナーを現像器に供給可能な構造になっている。
The
電子写真プロセスにおいては、帯電バイアス発生部261K、261Y、261M、261Cが、それぞれ現像器102K、102Y、102M、102Cに帯電バイアスを供給し、これにより感光体ドラム132K、132Y、132M、132Cを帯電させる。
In the electrophotographic process, the charging
その後、上記のビットマップデータに応じてLEDヘッド103K、103Y、103M、103Cの発光素子が選択的に点灯されて、感光体ドラム132K、132Y、132M、132C上が選択的に除電されることで、感光体ドラム132K、132Y、132M、132Cに静電潜像が形成され、現像により、感光体ドラム132K、132Y、132M、132Cにトナー像が形成される。
現像のために、現像バイアス発生部262K、262Y、262M、262Cが、それぞれ現像器102K、102Y、102M、102Cに現像バイアスを供給する。
Thereafter, the light emitting elements of the LED heads 103K, 103Y, 103M, and 103C are selectively turned on according to the bitmap data, and the surface of the
For development, the
現像器102K、102Y、102M、102Cによって現像された感光体上のトナー像は、転写ローラ105K、105Y、105M、105Cに印加されたバイアスによって中間転写ベルト141に順次転写される。中間転写ベルト141への転写のために、1次転写バイアス発生部263K、263Y、263M、263Cが、それぞれ1次転写ローラ105K、105Y、105M、105Cに1次転写バイアスを供給する。順次転写により、4色のトナー像が中間転写ベルト141上に形成される。
The toner images on the photoreceptor developed by the developing
中間転写ベルト141上のトナー像がニップ部156Nに到達するタイミングに合わせて、用紙150がニップ部156Nに搬送される。即ち、中間転写ベルト141上のトナー像がニップ部156Nを通過するタイミングに同期するように、用紙150がニップ部156Nを通過するように、用紙150が搬送される。
The
用紙150がニップ部156Nを通過している間、2次転写ローラ156に印加される2次転写高電圧により、中間転写ベルト141上の4色のトナー像が用紙150に一括転写される。
While the
2次転写のため、2次転写バイアス発生部264が2次転写ローラ156に2次転写正バイアスを供給する。より詳しく言えば、2次転写バイアス発生部264は、用紙150の先端がニップ部156Nに到達すると同時に2次転写ローラ156への2次転写正バイアスの供給を開始し、用紙150の後端がニップ部156Nを通過する直前のタイミングで2次転写正バイアスの供給を終了する。2次転写バイアス発生部264は、2次転写ローラ156に、2次転写正バイアスを印加しないときは、負バイアスを印加し、これにより、中間転写ベルト141上の残留トナーによる2次転写ローラ156の汚れを防止している。
For secondary transfer, the secondary
2次転写バイアス発生部264は、2次転写ローラ156へのバイアスの供給のため、図1に模式的に示すように、負荷としての2次転写ローラ156に接続されている。
他のバイアス発生部261K〜261C、262K〜262C、263K〜263Cも同様に、それぞれの負荷に接続されているが、図1には示されていない。
The secondary
The
用紙150に転写されたトナー像は定着器157によって定着され、その後用紙は排紙トレー159に排紙される。
The toner image transferred to the
プリンタエンジン制御部220は予め定められ記憶された値(テーブル値)に従って高圧出力電圧の目標値(目標電圧)を設定し、帯電バイアス発生部261K、261Y、261M、261C、現像バイアス発生部262K、262Y、262M、262C、1次転写バイアス発生部263K、263Y、263M、263C、2次転写バイアス発生部264へ所定のタイミングで、それぞれの目標電圧の出力を指示するコマンドを出力する。
The printer
図4は、図3の高圧電源装置240のうち、2次転写バイアス発生部264に関係する部分を、プリンタエンジン制御部220、マイコン260、並びに電源302及び303とともに示す。図4に示すように、2次転写バイアス発生部264は、負バイアス発生部(第1の高電圧発生部)270と、正バイアス発生部(第2の高電圧発生部)280とを有する。
FIG. 4 shows a portion related to the secondary transfer
図5は、負バイアス発生部270の全体の回路構成を示し、図6は、正バイアス発生部280の全体の回路構成を示す。
FIG. 5 shows an overall circuit configuration of the
マイコン260は、SCI(シリアル・コミュニケーション・インターフェース)ポート260aを有し、図3に示すように、プリンタエンジン制御部220のSCIポート220aに接続されており、プリンタエンジン制御部220から、負バイアスの目標電圧を指定するコマンド及び正バイアスの目標電圧を指定するコマンドを受け、指定された負バイアスの目標電圧に対応するデューティのPWM信号PWMnをPWM出力ポート260nから出力し、指定された正バイアスの目標電圧に対応するデューティのPWM信号PWMpをPWM出力ポート260pから出力する。PWM信号PWMn、PWMpの周波数は例えば40kHzである。
The
図4及び図5に示すように、負バイアス発生部270は、トランス駆動回路272と、昇圧トランス350と、整流回路360と、出力電圧変換部(降圧回路)370とを有する。
トランス駆動回路272は、平滑化フィルタ回路310と、積分回路320と、微分回路330と、電圧クランプ回路335と、電界効果トランジスタ(FET)340と、コンデンサ345を有する。FET340としてはNチャンネルMOSFETが用いられている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
The
図4及び図6に示すように、正バイアス発生部280は、トランス駆動回路282と、昇圧トランス450と、整流回路460と、出力電圧変換部470とを有する。
トランス駆動回路282は、平滑化フィルタ回路410と、積分回路420と、微分回路430と、電圧クランプ回路435と、電界効果トランジスタ(FET)440と、コンデンサ445とを有する。FET440としてはNチャンネルMOSFETが用いられている。
As shown in FIGS. 4 and 6, the
The
電源302は、3.3VのDC電源であり、フィルタ回路310、410、及び出力電圧変換部370、470に接続されている。電源303は、24VのDC電源であり、積分回路320、420、昇圧トランス350、450に接続されている。
The
なお、図5に示すように、FET340のドレイン・ソース間には、発振周波数調整用のコンデンサ345が接続され、フィルタ回路310の入力側、即ち、マイコン260のPWM出力ポート260nは、プルアップ抵抗315を介して3.3Vの電源302に接続され、同様に、図6に示すように、FET440のドレイン・ソース間には、発振周波数調整用のコンデンサ445が接続され、フィルタ回路410の入力側、即ち、マイコン260のPWM出力ポート260pは、プルアップ抵抗415を介して3.3Vの電源302に接続されているが、これらの素子は図4には示されていない。
As shown in FIG. 5, a
フィルタ回路310は、一端がPWM出力ポート260nに接続された抵抗311と、一端が抵抗311の他端に接続され、他端が接地された(接地ノードの間に接続された)コンデンサ312とを有する。
The
PWM出力ポート260nから出力されるPWM信号PWMnは、フィルタ回路310により平滑化されて、PWM信号PWMnのデューティに対応する電圧値を有するDC信号に変換されて基準電圧として積分回路320に入力される。
The PWM signal PWMn output from the PWM output port 260n is smoothed by the
積分回路320は、反転入力端子(−)に基準電圧が入力されるオペアンプ(演算増幅器)321と、オペアンプ321の反転入力端子と出力端子を結合するコンデンサ322及び抵抗323の直列回路と、オペアンプ321の出力端子に一端が接続された、56kΩの抵抗324と、抵抗324の他端に一端が接続され、他端が接地されたコンデンサ325と、抵抗323の他端に一端が接続され、他端が積分回路320の出力端子を構成する、1kΩの抵抗326とを有する。
The integrating
積分回路320の出力は、昇圧トランス350の1次側の一部を成す補助巻線351の一端に接続され、補助巻線351の他端は、微分回路330によってFET340のゲートに結合されている。
The output of the integrating
微分回路330は、一端が補助巻線351の他端に接続され、他端がFET340のゲートに接続された56kΩの抵抗(第1の抵抗)331と、抵抗331に並列接続された、2680pFのコンデンサ332と、一端がFET340のゲートに接続され、他端が接地された56kΩの抵抗(第2の抵抗)333を有する。
The
補助巻線351の他端と、FET340のゲートの間に電圧クランプ回路335が設けられている。電圧クランプ回路335は、FET340のゲートの電位を所定の上限値以下に制限するものであり、例えばツェナーダイオード336を含む。図示の例では、ツェナーダイオード336のカソードは補助巻線351の他端に接続され、アノードは接地されている。ツェナーダイオード336のツェナー電圧は例えば12Vである。
A
昇圧トランス350の1次側の他の部分を成す主巻線352は一端が24Vの電源303に接続され、他端がFET340のドレインに接続されている。FET340のソースは接地されている。コンデンサ345は、発振周波数調整のため、FET340のドレイン・ソース間に接続されたものであり、容量が例えば0.01μFである。昇圧トランス350としては、例えばEE16フェライトコアを有するものが用いられている。
One end of the main winding 352 constituting another part of the primary side of the step-up
整流回路360は、カソードが2次巻線353の一端に接続された高耐圧のダイオード361と、アノードが2次巻線353の一端に接続され、カソードが接地された高耐圧のダイオード362と、一端がダイオード361のアノードに接続され、他端が2次巻線の他端に接続された高耐圧のコンデンサ363と、一端が2次巻線の他端に接続され、他端がダイオード362のカソードに接続された高耐圧のコンデンサ364とを有し、昇圧トランス350の2次巻線353からの出力を整流して、高電圧出力を発生する。ダイオード361のアノードが整流回路360の負極出力端子を構成し、ダイオード362のカソードが正極出力端子を構成する。
The
整流回路360の出力(高圧出力電圧)は、負バイアス出力電圧として、図6に示すように、正バイアス発生部280内の抵抗477(後述する)を介して負荷156に接続されている。
The output (high voltage output voltage) of the
出力電圧変換部370は、高圧出力電圧(ノード390Cの電圧)を降圧して、帰還電圧として、オペアンプ321の非反転入力端子(+)に供給する。出力電圧変換部370は、図示の例では、一端が整流回路360の負極出力端子に接続された3MΩの高耐圧の抵抗371と、一端が3.3Vの電源302に接続された3.6kΩの抵抗372と、一端が抵抗371の他端及び抵抗372の他端に接続され、他端が接地された110kΩの抵抗373と、抵抗373に並列接続されたコンデンサ374とを有し、抵抗373の上記の一端が、出力電圧変換部370の出力端子を構成し、該出力端子の電圧が帰還電圧としてオペアンプ321の非反転入力端子(+)に供給される。
The output
マイコン260とフィルタ回路310により、負バイアスの目標電圧に対応する基準電圧を生成する基準電圧発生部が構成されている。この基準電圧発生部で生成される基準電圧は、負荷に印加される電圧が目標電圧に等しいときの帰還電圧の値と等しい値を有する。
The
積分回路320は、フィルタ回路310から供給される基準電圧と、後述の帰還電圧の差に応じた電圧を出力する。
The integrating
積分回路320の出力は、補助巻線351及び微分回路330を介してFET340のゲートに供給され、これにより、負荷156に印加される電圧が目標電圧に一致するように帰還制御が行われる。巻線のインダクタンスとコンデンサにより自励発振が開始された後、積分回路320によりゲート電圧が調整される。ゲートに印加される発振によるAC電圧の平均電圧が積分回路320により調整され、結果ドレイン電流が制御されることにより出力電圧が制御される。このようにして、主巻線352及び補助巻線351の電流のオン・オフが繰り返される自励発振が開始される。発振中は、補助巻線351から出力される交流の信号が微分回路330による容量結合によってFET340のゲートに印加される。
The output of the integrating
主巻線352の電流がオン・オフすることにより2次巻線353からは昇圧された交流電圧が出力され、整流回路360で整流されて、ノード(出力ノード)390Cに負電圧が現れ、抵抗(負電圧出力抵抗)477を介して負荷156に供給される。
When the current of the main winding 352 is turned on / off, the boosted AC voltage is output from the secondary winding 353, rectified by the
自励発振の周波数は、昇圧トランス350の1次側及び2次側の巻線の自己インダクタンス及び相互インダクタンス、並びにそれぞれの巻線の寄生容量、並びに整流回路360のコンデンサの容量、負荷156に流れる電流等に依存する。
The frequency of the self-excited oscillation flows to the self-inductance and mutual inductance of the primary and secondary windings of the step-up
このような動作において、電圧クランプ回路335によりFET340のゲートに印加される電圧が所定の上限値以下に制限され、これにより、FET340に流れる電流が過大となるのが防止される。
In such an operation, the voltage applied to the gate of the
正バイアス発生部280内の、フィルタ回路410、プルアップ抵抗415、積分回路420、微分回路430、電圧クランプ回路435、FET440、コンデンサ445、昇圧トランス450、整流回路460、及び出力電圧変換部470は、負バイアス発生部270の、フィルタ回路310、プルアップ抵抗315、積分回路320、微分回路330、電圧クランプ回路335、FET340、コンデンサ345、及び昇圧トランス350、整流回路360、及び出力電圧変換部370と同様に構成されている。
The
即ち、フィルタ回路410は、一端がPWM出力ポート260pに接続された抵抗411と、一端が抵抗411の他端に接続され、他端が接地されたコンデンサ412とを有する。
PWM出力ポート260pから出力されるPWM信号PWMpは、フィルタ回路410により平滑化されて、PWM信号PWMpのデューティに対応する電圧値を有するDC信号に変換されて基準電圧として積分回路420に入力される。
In other words, the
The PWM signal PWMp output from the
積分回路420は、非反転入力端子(+)に基準電圧が入力されるオペアンプ(演算増幅器)421と、オペアンプ421の反転入力端子(−)と出力端子を結合するコンデンサ422及び抵抗423の直列回路と、オペアンプの出力端子に一端が接続された56kΩの抵抗424と、抵抗424の他端に一端が接続され、他端が接地されたコンデンサ425と、抵抗424の他端に一端が接続され、他端が積分回路420の出力端子を構成する、1kΩの抵抗426とを有する。
The integrating
積分回路420の出力は、昇圧トランス450の1次側の一部を成す補助巻線451の一端に接続され、補助巻線451の他端は、微分回路430によってFET440のゲートに結合されている。
The output of the integrating
微分回路430は、一端が補助巻線451の他端に接続され、他端がFET440のゲートに接続された56kΩの抵抗(第1の抵抗)431と、抵抗431に並列接続された、2680pFのコンデンサ432と、一端がFET440のゲートに接続され、他端が接地された56kΩの抵抗(第2の抵抗)433とを有する。
The
補助巻線451の他端と、FET440のゲートの間に電圧クランプ回路435が設けられている。電圧クランプ回路435は、FET440のゲートの電位を所定の上限値以下に制限するものであり、例えばツェナーダイオード436を含む。図示の例では、ツェナーダイオード436のカソードは補助巻線451の他端に接続され、アノードは接地されている。ツェナーダイオード436のツェナー電圧は例えば12Vである。
A
昇圧トランス450の1次側の他の部分を成す主巻線452は一端が24Vの電源303に接続され、他端がFET440のドレインに接続されている。FET440のソースは接地されている。コンデンサ445は、発振周波数調整のため、FET440のドレイン・ソース間に接続されたものであり、容量が例えば0.01μFである。昇圧トランス450としては、例えば、UU型フェライトコアを有するものが用いられている。
One end of the main winding 452 constituting another part of the primary side of the step-up
整流回路460は、アノードが2次巻線453の一端に接続された高耐圧のダイオード461と、カソードが2次巻線453の一端に接続された高耐圧のダイオード462と、一端がダイオード461のカソードに接続され、他端が2次巻線453の他端に接続された高耐圧のコンデンサ463と、一端が2次巻線453の他端に接続され、他端がダイオード462のアノードに接続された高耐圧のコンデンサ464とを有し、昇圧トランス450の2次巻線453からの出力を整流して、高電圧出力を発生する。ダイオード461のカソードが整流回路460の正極出力端子を構成し、ダイオード462のアノードが整流回路460の負極出力端子を構成する。
整流回路460は整流回路360と同様に構成されているが、ダイオードの向きが逆であり、正の高電圧出力を発生する。また、整流回路460の負極出力端子は、接地されず、負バイアス発生部270の出力ノード390Cに接続されている。
The
The
整流回路460の出力(高圧出力電圧)は、正バイアス出力電圧として、負荷156に供給される。
The output (high voltage output voltage) of the
出力電圧変換部470は、高圧出力電圧(ノード490Cの電圧)を降圧して、帰還電圧として、オペアンプ421の反転入力端子(−)に供給する。出力電圧変換部470は、図示の例では、一端が整流回路460の正極出力端子に接続された100MΩの高耐圧の抵抗471と、一端が3.3Vの電源302に接続された1MΩの抵抗472と、一端が抵抗471の他端及び抵抗472の他端に接続され、他端が接地された51kΩの抵抗473と、抵抗473に並列接続されたコンデンサ474と、高耐圧の抵抗477とを有し、抵抗473の上記の一端が、出力電圧変換部470の出力端子を構成し、該出力端子の電圧が帰還電圧としてオペアンプ421の反転入力端子(−)に供給される。抵抗477は、整流回路460の負極出力端子と正極出力端子の間に接続されている。
The output
昇圧トランス450、整流回路460、及び出力電圧変換部470によって、これらを構成部品とする昇圧モールドトランス480が構成されている。
The step-up
マイコン260とフィルタ回路410により、正バイアスの目標電圧に対応する基準電圧を生成する基準電圧発生部が構成されている。この基準電圧発生部で生成される基準電圧は、負荷に印加される電圧が目標電圧に等しいときの帰還電圧の値と等しい値を有する。
The
積分回路420は、フィルタ回路410から供給される基準電圧と、後述の帰還電圧の差に応じた電圧を出力する。
The
積分回路420の出力は、補助巻線451及び微分回路430を介してFET440のゲートに供給され、これにより、負荷156に印加される電圧が目標電圧に一致するように帰還制御が行われる。即ち、積分回路420の出力が上昇すると、これに伴ってFET440のゲートの電圧が上昇し、閾値以上となるとFET440がオン状態となり、24Vの電源303から主巻線452の電流が流れる。この電流によって補助巻線451には、FET440のゲート電圧を下げる極性の電圧が誘起される。補助巻線451に誘起された電圧は、微分回路430を介してFET440のゲートに印加されてゲート電圧を閾値未満に低下させ、FET440をオフ状態にする。このようにして、主巻線452及び補助巻線451の電流のオン・オフが繰り返される自励発振が開始される。発振中は、補助巻線451から出力される交流の信号が微分回路430による容量結合によってFET440のゲートに印加される。
The output of the integrating
主巻線452の電流がオン・オフすることにより2次巻線453からは昇圧された交流電圧が出力され、整流回路460で整流されて、ノード(出力ノード)490Cに正電圧が現れ負荷156に供給される。
When the current of the main winding 452 is turned on / off, the boosted AC voltage is output from the secondary winding 453, rectified by the
自励発振の周波数は、昇圧トランス450の1次側及び2次側の巻線の自己インダクタンス及び相互インダクタンス、並びにそれぞれの巻線の寄生容量、並びに整流回路460のコンデンサの容量、負荷156に流れる電流等に依存する。
The frequency of the self-excited oscillation flows to the self-inductance and mutual inductance of the primary and secondary windings of the step-up
このような動作において、電圧クランプ回路435によりFET440のゲートに印加される電圧が所定の上限値以下に制限され、これにより、FET440に流れる電流が過大となるのが防止される。
In such an operation, the voltage applied to the gate of the
図7(a)及び(b)は図5の昇圧トランス350の概略構成を示す。
このトランス350は、1次側511及び2次側512を有する。
このトランス350は、EE16型のフェライトコア501の周囲に設けられたボビン502(点線で示す)に巻回された補助巻線351、主巻線352、2次巻線353を有する。
補助巻線351及び主巻線352は、1次側511に設けられ、2次巻線353は、2次側512に設けられている。
補助巻線351は、ボビン502に巻かれており(図7(a))、主巻線352は、補助巻線351に重ねて巻かれている(図7(b))。
7A and 7B show a schematic configuration of the step-up
The
The
The auxiliary winding 351 and the main winding 352 are provided on the
The auxiliary winding 351 is wound around the bobbin 502 (FIG. 7A), and the main winding 352 is wound around the auxiliary winding 351 (FIG. 7B).
補助巻線351は、その巻き始め及び巻き終りがそれぞれ符号503、504で示され、主巻線352は、その巻き始め及び巻き終りがそれぞれ符号505、506で示され、2次巻線353は、その巻き始め及び巻き終りがそれぞれ符号507、508で示されている。
The auxiliary winding 351 is indicated by
EE型のコアは、一対のE型のコア部材を組み合わせたものであり、コア部材間に0.04mmのスペーサギャップSGaが形成されている。 The EE type core is a combination of a pair of E type core members, and a spacer gap SGa of 0.04 mm is formed between the core members.
正バイアス発生部280内の昇圧トランス450としては、図8(a)、(b)に示すコア部材522を組み立てた図8(c)に示すUUタイプフェライトコア521を有するものが用いられている。図8(c)に示す例ではコア部材間に0.08mmのスペーサギャップSGbが形成されている。
As the step-up
プリンタエンジン制御部220は、SCIポート220aから、目標電圧を指定するコマンドを出力する。このコマンドは、マイコン260のSCIポート260aで受信される。
出力オフ状態では、目標電圧を0Vにする旨のコマンドが送信され、これに応じてマイコン260は、PWMポート260nからデューティが100%のPWM信号(High状態を維持する信号)PWMnを出力し、PWMポート260pからデューティが0%のPWM信号(Low状態を維持する信号)PWMpを出力する。
The printer
In the output off state, a command for setting the target voltage to 0 V is transmitted, and in response to this, the
PWMポート260nは抵抗305を介して3.3Vの電源302に接続されているので、PWMポート260nの出力がHigh状態のとき、PWMポート260nの電位は3.3Vにプルアップされる。
PWMポート260nの3.3Vの電圧は、フィルタ回路310を介して基準電圧としてオペアンプ321の反転入力端子(−)に入力される。
Since the PWM port 260n is connected to the 3.3
The voltage of 3.3 V of the PWM port 260 n is input to the inverting input terminal (−) of the
出力オフ状態では電源302から供給される3.3Vが出力電圧変換部370の抵抗372(3.6kΩ)と抵抗373(100kΩ)で分圧され、分圧の結果得られる3.2Vが帰還電圧としてオペアンプ321の非反転入力端子(+)に入力される。
帰還電圧(非反転入力端子(+)の入力)が基準電圧(反転入力端子(−)の入力電圧)よりも低いので、オペアンプ321の出力電圧VOは最低電圧(VOL=略0V)である。
In the output off state, 3.3 V supplied from the
Since the feedback voltage (input of the non-inverting input terminal (+)) is lower than the reference voltage (input voltage of the inverting input terminal (−)), the output voltage VO of the
この状態ではFET340のゲート入力電圧はゲート閾値電圧VTHより十分低いので、FET340はオフに維持され、昇圧トランスの巻線には電流が流れず、高圧出力(ノード390C)がオフである状態が維持される。
In this state, the gate input voltage of the
正バイアス発生部280も同様に動作して、高圧出力(ノード490C)がオフである状態が維持される。即ち、PWMポート260pの0Vの電圧は、フィルタ回路410を介して基準電圧としてオペアンプ421の非反転入力端子(+)に入力される。
出力オフ状態では電源302から供給される3.3Vが出力電圧変換部470の抵抗472(1MΩ)と抵抗473(51kΩ)で分圧され、分圧の結果得られる0.16Vが帰還電圧としてオペアンプ421の反転入力端子(−)に入力される。
基準電圧(非反転入力端子(+)の入力電圧)が、帰還電圧(反転入力端子(−)の入力電圧)よりも低いので、オペアンプ421の出力電圧VOは最低電圧(VOL=略0V)である。
Positive
In the output off state, 3.3 V supplied from the
Since the reference voltage (input voltage of the non-inverting input terminal (+)) is lower than the feedback voltage (input voltage of the inverting input terminal (−)), the output voltage VO of the
この状態ではFET440のゲート入力電圧はゲート閾値電圧VTHより十分低いので、FET440はオフに維持され、昇圧トランスの巻線には電流が流れず、高圧出力(ノード490C)がオフである状態が維持される。
In this state, the gate input voltage of the
画像形成動作が開始され、ベルトモータ256の駆動が開始されると、
プリンタンジン制御部220は、二次転写ローラ156に負バイアスを印加するため、シリアル通信により、マイコン260へ目標電圧を指定するコマンドを送信する。
When the image forming operation is started and the driving of the
In order to apply a negative bias to the
2次転写ローラの負バイアスの目標電圧は、例えば−3000Vであり、この電圧を出力するためのPWM信号のデューティは0%であるとする。この場合、プリンタエンジン制御部220はこの−3000Vという目標電圧の出力を指示するコマンドをマイコン260に送信する。
The target voltage of the negative bias of the secondary transfer roller is, for example, −3000V, and the duty of the PWM signal for outputting this voltage is 0%. In this case, the printer
プリンタエンジン制御部220から、目標電圧として−3000Vの出力を指示するコマンドがマイコン260に送信されると、このコマンドに応じてマイコン260はPWMポート260nから出力されるPWM信号PWMnのデューティを、目標電圧(−3000V)に対応するもの、即ち、0%に変更する。
When a command for instructing output of −3000 V as a target voltage is transmitted from the printer
目標電圧に対応するデューティのPWM信号PWMnは、フィルタ回路310により平滑化されて目標電圧(目標高電圧)に対応する値のDC電圧(基準電圧)に変換され、積分回路320に入力される。
The PWM signal PWMn having a duty corresponding to the target voltage is smoothed by the
オペアンプ321は、コンデンサ322と抵抗323で決まる時定数を持つ積分回路320を構成している。
積分回路320は上記のように初期状態(負バイアスオフの状態)でVOLであるほぼ0Vを出力しているが、マイコン260から目標電圧に対応したPWM信号PWMnが出力され、これに対応するDC電圧(基準電圧)がフィルタ回路310から、反転入力端子(−)に入力されると、非反転入力端子の帰還電圧(3.2V)よりも反転入力端子の基準電圧(0.3V)が低くなり、コンデンサ322と抵抗323で決まる時定数で出力電圧を漸増させる。
The
As described above, the
積分回路320の出力電圧の増加は、昇圧トランス350の補助巻線351を介して微分回路330の入力電圧を上昇させ、微分回路330の出力電圧は、FET340のゲートに印加される。従って、積分回路320の出力電圧が、抵抗324、326、331、333により分圧され、FET340のゲートに印加されることになる。
The increase in the output voltage of the
FET340は微分回路330を介して入力されるDC電圧の上昇によってゲート電圧が閾値以上になると、オン状態となり、昇圧トランス350の主巻線352に電流が流れ、昇圧トランス350によるLC共振により発振が開始し、以降補助巻線351に発生するAC電圧が微分回路330を介してFET340のゲートに印加される。このゲートへの入力は、FET340をオン・オフさせる。
The
以上の動作の間、補助巻線351の端部351bにアノードが接続されたツェナーダイオード336が12V以上で導通するため、抵抗331および333による分圧によってゲート電圧は6V以下にクランプされる。
During the above operation, the
昇圧トランス350の2次巻線353から出力されるAC電圧は整流回路360によって整流され、出力電圧変換部370によって低い電圧に降圧され、積分回路320に帰還される。整流回路360から出力される負バイアス出力電圧の絶対値が大きくなるに連れ、帰還電圧は3.3Vから次第に小さくなって目標電圧である−3000Vに達したとき帰還電圧は0Vになり、負バイアス出力電圧の絶対値がさらに大きくなると、帰還電圧は負の値となる。
The AC voltage output from the secondary winding 353 of the step-up
積分回路320は目標電圧に対応するDC電圧(基準電圧)と帰還された電圧(出力電圧変換部370の出力)を比較し、帰還電圧が基準電圧(0.3V)より高い場合はオペアンプ出力が上昇し、その結果FET340のゲート入力電圧が上昇してドレイン電流が増大する。
一方、帰還電圧が基準電圧(0.3V)よりも低い場合にはオペアンプ出力が低下し、その結果、FET340のゲート入力電圧が低下しドレイン電流が減少する。
このような帰還制御により、帰還電圧が基準電圧に一致するとオペアンプ出力も安定する。
The
On the other hand, when the feedback voltage is lower than the reference voltage (0.3 V), the operational amplifier output decreases, and as a result, the gate input voltage of the
Such feedback control stabilizes the operational amplifier output when the feedback voltage matches the reference voltage.
整流回路360から出力される負バイアスは抵抗477を介して負荷156に供給される。
上記のように、整流回路360から抵抗477を介して負荷156に印加される電圧(ノード490Cの電圧)が目標電圧に等しいときの帰還電圧と値が等しい電圧を基準電圧として積分回路320に供給することで、負荷156に供給される電圧(ノード490Cの電圧)を、目標電圧に等しい値に制御することができる。
The negative bias output from the
As described above, the voltage equal to the feedback voltage when the voltage applied to the
負バイアスを負荷である2次転写ローラ156に印加することにより、中間転写ベルト141上の残留トナーによって2次転写ローラ156が汚れるのを防止することができる。
By applying a negative bias to the
記録媒体である用紙150が2次転写ローラ156のニップ部に到達するタイミングで、負バイアスをオフにし、代わりに正バイアスをオンにする。プリンタエンジン制御部220は、二次転写ローラ156への負バイアスの印加を停止し、二次転写ローラ156に正バイアスを印加するため、シリアル通信により、マイコン260へ目標電圧を指定するコマンドを送信する。
At the timing when the
2次転写ローラの正バイアスの目標電圧は、例えば+2000Vであり、この電圧を出力するためのPWM信号のデューティは33.2%であるとする。この場合、プリンタエンジン制御部220はこの+2000Vという目標電圧の出力を指示する旨のコマンドをマイコン260に送信する。
The target voltage for the positive bias of the secondary transfer roller is, for example, +2000 V, and the duty of the PWM signal for outputting this voltage is 33.2%. In this case, the printer
プリンタエンジン制御部220から、目標電圧として+2000Vの出力を指示するコマンドがマイコン260に送信されると、このコマンドに応じてマイコン260はPWMポート260pから出力されるPWM信号PWMpのデューティを、目標電圧(+2000V)に対応するもの、即ち、33.2%に変更する。
When a command instructing the output of +2000 V as the target voltage is transmitted from the printer
目標電圧に対応するデューティのPWM信号PWMpは、フィルタ回路410により平滑化されて目標電圧(目標高電圧)に対応する値のDC電圧(基準電圧)に変換され、積分回路420に入力される。
The PWM signal PWMp having a duty corresponding to the target voltage is smoothed by the
オペアンプ421は、コンデンサ422と抵抗423で決まる時定数を持つ積分回路420を構成している。積分回路420は上記のように初期状態(正バイアスオフの状態)でVOLであるほぼ0Vを出力しているが、マイコン260から目標電圧に対応したPWM信号PWMpが出力され、これに対応するDC電圧(基準電圧)がフィルタ回路410から非反転入力端子(+)に入力されると、反転入力端子の帰還電圧(0.16V)よりも非反転入力端子の基準電圧(約1.13V)が高く、コンデンサ422と抵抗423で決まる時定数で出力電圧を漸増させる。
The
積分回路420の出力電圧の増加は、昇圧トランス450の補助巻線451を介して微分回路430の入力電圧を上昇させ、微分回路430の出力電圧は、FET440のゲートに印加される。従って、積分回路420の出力電圧が、抵抗424、426、431、433により分圧され、FET440のゲートに印加されることになる。
The increase in the output voltage of the
FET440は微分回路430を介して入力されるDC電圧の上昇によってゲート電圧が閾値以上になると、オン状態となり、昇圧トランス450の主巻線452に電流が流れ、昇圧トランス450によるLC共振により発振が開始し、以降補助巻線451に発生するAC電圧が微分回路430を介してFET440のゲートに印加される。このゲートへの入力は、FET440をオン・オフさせる。
The
以上の動作の間、補助巻線451の端部451bにアノードが接続されたツェナーダイオード436が12V以上で導通するため、抵抗431および433による分圧によってゲート電圧は6V以下にクランプされる。
During the above operation, the
昇圧トランス450の2次巻線453から出力されるAC電圧は整流回路460によって整流され、出力電圧変換部470によって低い電圧に降圧され、積分回路420に帰還される。整流回路460から出力される正バイアス出力電圧が大きくなるに連れ、帰還電圧は0.15Vから次第に大きくなって、目標電圧である+2000Vに達したとき、帰還電圧は1.13Vとなり、正バイアス出力電圧がさらに大きくなると、帰還電圧は、1.13Vよりもさらに大きくなる。
The AC voltage output from the secondary winding 453 of the step-up
積分回路420は目標電圧に対応するDC電圧(基準電圧)と帰還された電圧(出力電圧変換部470の出力)を比較し、帰還電圧が基準電圧(1.13V)より低い場合はオペアンプ出力が上昇し、その結果FET440のゲート入力電圧が上昇してドレイン電流が増大する。
一方、帰還電圧が基準電圧(1.13V)よりも高い場合にはオペアンプ出力が低下し、その結果、FET440のゲート入力電圧が低下しドレイン電流が減少する。このような帰還制御により、帰還電圧が基準電圧に一致するとオペアンプ出力も安定する。
The
On the other hand, when the feedback voltage is higher than the reference voltage (1.13 V), the operational amplifier output decreases, and as a result, the gate input voltage of the
整流回路460から出力されバイアスは負荷156に供給される。上記のように、整流回路460から負荷156に印加される電圧(ノード490Cの電圧)が目標電圧に等しいときの帰還電圧と値が等しい電圧を基準電圧として積分回路420に供給することで、負荷156に供給される電圧(ノード490Cの電圧)を、目標電圧に等しい値に制御することができる。
The bias output from the
正バイアスを負荷である2次転写ローラ156に印加することにより、中間転写ベルト141上から記録媒体である用紙150へのトナー像の転写が行われる。
By applying a positive bias to the
高圧オフ時(高電圧の出力を終了させるとき)はPWM出力PWMnのデューティを100%(Highを維持する状態)に戻し、PWM出力PWMpのデューティを0%(Lowを維持する状態)に戻す。 When the high voltage is off (when the high voltage output is terminated), the duty of the PWM output PWMn is returned to 100% (a state in which High is maintained), and the duty of the PWM output PWMp is returned to 0% (a state in which Low is maintained).
図9は、図5に示される負バイアス発生部270による高圧出力電圧の立ち上げ時に、回路各部に現れる電圧、電流の一例を示す波形図である。図10は、図9に示される波形のうち、ゲート電圧D390B及びドレイン電流D390Dを概略的に示す波形図である。図11は、図5の回路において、ツェナーダイオードを挿入しない場合の、図9と同様の、比較のための波形図である。図12は、図11に示される波形のうち、ゲート電圧D390B及びドレイン電流D390Dを概略的に示す波形図である。図13は、FET340のゲートソース間電圧Vgsとドレイン電流Idの関係を示す。
FIG. 9 is a waveform diagram showing an example of voltage and current appearing in each part of the circuit when the high-voltage output voltage is raised by the
図9及び図11中の符号D390Bは、図5のノード390B、即ちFET340のゲートの電位を示す。符号D390Cは、ノード390C、即ち整流回路360の出力の電位を示す。符号D390Aは、ノード390Aの電流、即ち、昇圧トランス350の1次側主巻線の電流(1次電流)を示す。符号D390Dは、ノード390Dの電流、即ちFET340のドレイン電流を示す。符号D390A0、D390B0、D390C0、D390D0はそれぞれ、波形D390A、D390B、D390C、D390Dのゼロレベルを示す。
A symbol D390B in FIGS. 9 and 11 indicates the potential of the
図11、図12において、ゲート印加電圧(D390B)は昇圧トランス350の自励発振が開始するまで(符号t22で示す時点まで)は帰還電圧が3.2Vのままであるのでオペアンプ321の出力により暫増される。ゲート電圧が閾値電圧に到達すると(t22)、FET340に電流が流れるが、トランス350の出力から帰還信号電圧レベルが低下するまでには遅延が生じる。その結果、ゲート電圧がその閾値電圧に到達してから、オペアンプ出力の増加が減少に転じるまで(時点t22からt23まで)時間を要する。図11では、時点t22とt23は略同時に見えるが、図12では、問題点をより分かりやすくするため、波形の特徴を誇張して示している。それによりゲート電圧が必要以上に高くなり、回路起動時に過大な突入電流(図12の符号Cr)を発生させてしまう。
11 and 12, the gate applied voltage (D390B) remains at 3.2 V until the self-excited oscillation of the step-up
本実施の形態では、図5に示すように、12Vのツェナーダイオード336を設け、56kΩの抵抗331、333で分圧することでゲート電圧を6Vにクランプし、これによって、図9、図10に示すように、必要なドレイン電流(1A)を確保するとともに、ゲート電圧が必要以上に高くならないようにし、これによって、過大な電流が流れないようにしている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, a
このため、突入電流が流れる期間が経過した後のドレイン電流を大きくし、昇圧トランスの出力を大きくし、整流回路360から出力される電流をより大きくすることが可能となる。
For this reason, it is possible to increase the drain current after the rush current flows, increase the output of the step-up transformer, and increase the current output from the
なお、本実施の形態ではツェナー電圧を2つの56kΩの抵抗331、333で分圧しているが、これらの抵抗の抵抗値を調整することでクランプ電圧を任意の値に設定することができる。ゲートソース間電圧とドレイン電流の関係はFETの品種乃至型式により異なるのでドレイン電流が最適となるように、クランプ電圧を調整すれば良い。
In the present embodiment, the Zener voltage is divided by the two 56
なお、FET340としては(株)ローム製RCX120N25を使用した。ゲート入力容量1800pFであり、その約1.5倍の容量としてコンデンサ332は2680pFとした。抵抗331、333の抵抗値を56kΩとしたのは、ゲート駆動時にはコンデンサの容量結合で駆動させ、かつゲート電圧を、オペアンプ321を用いて帰還制御することができるようにするためである。抵抗331、333の抵抗値を低くするとFET340の損失が増大しFET340の温度が上昇する。この観点から、抵抗値は56kΩ以上200kΩ以下が望ましい。
As the
積分回路320は、フィルタ回路310からの入力電圧(0.3V)に帰還電圧が等しくなるまでドレイン電流を増大させ、その結果高圧出力は−3000Vまで絶対値が大きくされ、その状態で安定する。
The integrating
図5中のノード390Cが−3000V出力となり、正バイアス発生部280内の100MΩの抵抗477を介して負荷である2次転写ローラ156へバイアスが印加される。出力電流の大部分は3MΩの抵抗371、3.6kΩの抵抗372を介して流れ(−3000V時に約1mA)、負荷であるローラ156に流れる電流は30μA以下である。
The
次に図14(a)及び(b)を参照してFET340のドレイン・ソース間にコンデンサを設けることの意義について説明する。図14(a)及び(b)は、−3000Vを出力したときの波形を示す。D390BがFET340のゲート電圧を示し、D390DvがFET340ドレインの電位を示し、D390Dは、ドレイン電流を示し、D390Cはノード390Cの電圧を示す。なお、ドレイン電流(D390D)は、ノード390Aを流れる電流を電流プローブを用いて測定した波形であり、ノード390CのD390C電圧は、高電圧プローブで測定した。この点は、図9及び図11についても同様である。
Next, the significance of providing a capacitor between the drain and source of the
図14(a)は0.01μFのコンデンサ345を挿入した本実施の形態の波形、図14(b)はコンデンサ345が挿入されていない場合の波形である。図14(a)と図14(b)を比べると分かるように、コンデンサを挿入することにより発振周波数が約70kHzから64kHzへ下がり、電流ピーク値が920mAから850mAへ下がっている。それによりFETの表面温度が10℃程度低下した。FET340としてはTO−220パッケージ型のものを使用した。また、FET340の冷却のためのヒートシンクを使用した。
FIG. 14A shows a waveform of the present embodiment in which a 0.01
なお、負バイアス回路の昇圧トランス350としては、上記のように、図7(a)及び(b)に示す構成のものを使用した。コアはフェライトのEE16コア501で補助巻線351を1次側に5ターン巻いた上に重ねて主巻線352を30ターン巻いてある。2次側は仕切り板513b、513c、513dにより4セクションに分割し、各300ターン合計1200ターン巻いたもの使用した。なお、1次側511と2次側512の間にも仕切り板513aが設けられている。回路の自励発振周波数は−500V出力で約90kHz、−3000V出力で約64kHzとなった。負バイアス発生部270の負荷は3MΩの抵抗371に流れる電流が支配的であるので100MΩの抵抗477を介して負荷156に流れる電流の変動は殆どない。
As the step-up
正バイアス発生部280の昇圧トランス450としては、上記のように、図8(c)に示す、UU型フェライトコア521を有するものが用いられ、1次側主巻線ターン数27T、補助巻線ターン数5T、2次側ターン数2760Tとした場合に、負荷156への印加電圧2kV、電流1mAを得た。この時の3MΩの抵抗371に1mA流れるのでダイオード462のアノード側電位は−3kVとなり、昇圧トランス450の昇圧電圧は5kVである。
As described above, as the step-up
以上説明したように、トランスの自励発振回路に電界効果トランジスタ(FET)を用いてその駆動を微分回路によって行うことにより自励発振動作とドレイン電流を良好に制御して最大3W程度の出力が可能となった。さらにゲート電圧を電圧クランプ回路335でクランプすることにより出力起動時の突入電流を抑えることが可能となり、昇圧トランスの出力を大きくすることができ、例えば、−3000V/1mAの出力がEE16フェライトコアのオープンタイプトランス(非モールド型トランス)で可能となった。
As described above, a field effect transistor (FET) is used as a self-oscillation circuit of a transformer, and its driving is performed by a differentiation circuit, so that the self-oscillation operation and the drain current are well controlled, and an output of about 3 W at maximum It has become possible. Furthermore, by clamping the gate voltage with the
また、それにより正バイアス出力の最大電流値が1mAまで可能となり、中間転写方式の画像形成装置において、2次転写ローラの抵抗値が低くなる高温環境下においても幅の狭い媒体の良好な転写が可能となった。 In addition, the maximum current value of the positive bias output is possible up to 1 mA, and in the intermediate transfer type image forming apparatus, a good transfer of a narrow medium can be performed even in a high temperature environment where the resistance value of the secondary transfer roller is low. It has become possible.
さらに2次転写ローラの温度上昇による抵抗値の低下が許容されることにより定着器と2次転写ローラニップを近付けることが可能となり、幅の狭い媒体の横送り(媒体の短い方の辺の方向が送りの方向と一致する送り)にも対応可能となり、縦送りにすると皺が寄りやすい封筒などに皺が寄らないようにすることが可能となった。 Further, since the resistance value can be lowered due to the temperature rise of the secondary transfer roller, the fixing device and the secondary transfer roller nip can be brought close to each other, and the lateral feeding of a narrow medium (the direction of the shorter side of the medium is changed). (Feeding that matches the feeding direction) can also be handled, and it is possible to prevent wrinkles from coming to envelopes and the like that are prone to wrinkles when the vertical feed is used.
実施の形態2.
図15に実施の形態2における負バイアス発生部のトランス駆動回路を昇圧トランスとともに示す。実施の形態2は、実施の形態1と概して同じであるが、積分回路320の構成が異なる。即ち、図15では、積分回路320内にNPNバイポーラトランジスタ611が挿入されおり、オペアンプ321の出力が抵抗324を介してトランジスタ611のベースに接続され、トランジスタ611のコレクタは24Vの電源303に接続され、エミッタは抵抗612を介して抵抗326の一端に接続され、抵抗326の他端は補助巻線351の一端に接続されている。
FIG. 15 shows a transformer drive circuit of the negative bias generator in the second embodiment together with a step-up transformer. The second embodiment is generally the same as the first embodiment, but the configuration of the integrating
図示の構成では、オペアンプ321の出力によりNPNトランジスタ611のベース電流が制御され、NPNトランジスタ611の電流が、補助巻線351を介してFET340のゲートに印加されることで、ゲート電圧の帰還制御が行われる。上記以外の点では、実施の形態2の構成及び動作は、図5の例と同じである。
In the configuration shown in the figure, the base current of the
実施の形態3.
図16に実施の形態3における負バイアス発生部のトランス駆動回路を昇圧トランスとともに示す。実施の形態3は、実施の形態1と概して同じであるが、積分回路320の構成が異なる。即ち、図16では、積分回路320内にPNPバイポーラトランジスタ621が挿入されており、オペアンプ321の出力が抵抗324を介してトランジスタ621のベースに接続され、トランジスタ621のエミッタは抵抗623を介して24Vの電源303に接続され、コレクタは抵抗622を介して抵抗326の一端に接続され、抵抗326の他端は補助巻線351の一端に接続されている。トランジスタ621のベース・エミッタ間には抵抗624が接続されている。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 16 shows a transformer drive circuit of the negative bias generator in the third embodiment together with a step-up transformer. The third embodiment is generally the same as the first embodiment, but the configuration of the integrating
オペアンプ321には、非反転入力端子(+)にフィルタ回路310の出力(基準電圧)が接続され、反転入力端子(−)に出力電圧変換部370からの帰還電圧が入力されている。基準電圧(非反転入力)よりも帰還電圧(反転入力)が低い状態では、オペアンプ321の出力が大きくなって、トランジスタ621のベース電流が減少し、これによってコレクタ電流が減少し、FET340のゲート電圧が低下する。逆に、基準電圧(非反転入力)よりも帰還電圧(反転入力)が高い状態では、オペアンプ321の出力が小さくなって、トランジスタ621のベース電流が増大し、これによってコレクタ電流も増大して、補助巻線351を介してFET340のゲート電位が上昇する。
In the
このように、オペアンプ321の出力によりPNPトランジスタ621のベース電流が制御され、PNPトランジスタ621の電流が、補助巻線351を介してFET340のゲートに印加されることで、ゲート電圧の帰還制御が行われる。図16の構成では、トランジスタ621が図15のトランジスタ611に対して逆極性であるので、オペアンプ321の帰還入力も逆にされている。上記以外の点では、実施の形態3の構成及び動作は、図5の例と同じである。
In this way, the base current of the
実施の形態4.
図17は、実施の形態4における負バイアス発生部のトランス駆動回路を昇圧トランスとともに示す。実施の形態4は、実施の形態1と概して同じであるが、電圧クランプ回路335の配置が異なる。図17では、ツェナー電圧が6.2Vのツェナーダイオード631が、FET340のゲートと接地ノードの間に接続されている。即ち、図5の例では、ツェナーダイオード336が抵抗331及び333の直列回路に並列に接続されているが、図17の例では、ツェナーダイオード631が抵抗333に並列に接続されている。従って、FET340のゲート電圧は、ツェナー電圧を分圧した値ではなく、ツェナー電圧自体でクランプされる。
FIG. 17 shows a transformer drive circuit of the negative bias generator in the fourth embodiment together with a step-up transformer. The fourth embodiment is generally the same as the first embodiment, but the arrangement of the
図18に図17の回路構成を用いた場合の、負バイアス発生部270のブロック構成を、電源303、303とともに示す。電圧クランプ回路335と微分回路330の配置が逆となる。
上記以外の点では、実施の形態4の構成及び動作は、図4及び図5の例と同じである。
FIG. 18 shows a block configuration of the
Except for the points described above, the configuration and operation of the fourth embodiment are the same as those in the examples of FIGS.
実施の形態5.
図19に実施の形態5における負バイアス発生部のトランス駆動回路を昇圧トランスとともに示す。実施の形態5は、実施の形態4と概して同じであるが、電圧クランプ回路335の構成が異なる。図19では、図17の電圧クランプ回路335が複数のダイオードの直列接続で構成されている。図示の例では、この直列接続回路は、10個のダイオード640〜649から成る。ダイオード640〜649の各々は、順方向降下電圧VFが0.6Vであり、10個直列にすることにより6Vのクランプ電圧を実現している。なお、ダイオードの数は順方向降下電圧VFが0.6Vとして10個としたが、ダイオードの特性、及び求められるクランプ電圧の値に応じて増減すれば良い。
FIG. 19 shows a transformer driving circuit of the negative bias generator in the fifth embodiment together with a step-up transformer. The fifth embodiment is generally the same as the fourth embodiment, but the configuration of the
図19の回路構成を用いた場合の、負バイアス発生部270のブロック構成は、図18と同じであり、電圧クランプ回路335と微分回路330の配置が逆となる。
When the circuit configuration of FIG. 19 is used, the block configuration of the
図15乃至図19で説明した変形は、正バイアス発生部280のトランス駆動回路にも適用することができる。実施の形態2乃至5においても、実施の形態1と同様の効果が得られる。
The modifications described with reference to FIGS. 15 to 19 can also be applied to the transformer drive circuit of the
実施の形態6.
図20に実施の形態6における負バイアス発生部のトランス駆動回路を昇圧トランスとともに示す。実施の形態6は、実施の形態1と概して同じであるが、電圧クランプ回路の構成が異なる。
FIG. 20 shows a transformer drive circuit of the negative bias generator in the sixth embodiment together with a step-up transformer. The sixth embodiment is generally the same as the first embodiment, but the configuration of the voltage clamp circuit is different.
図5では、抵抗333の一端がFET340のゲートに接続され、他端が接地されているが、図20では、サーミスタ651と51kΩの抵抗333を直列接続してなる抵抗回路654の一端がFET340のゲートに接続され、他端が接地されている。図20との比較で言えば、図5では、抵抗333のみで構成される抵抗回路の一端がFET340のゲートに接続され、他端が接地されていると見ることもできる。サーミスタ651としては、例えば、温度の上昇に対して抵抗値が図21及び図22に示すように低下するものが負特性のサーミスタが用いられる。図示の例では、温度25℃で抵抗値が5kΩである。
In FIG. 5, one end of the
サーミスタ651は、FET340の温度変化によるドレイン電流の変化を補償するために設けられているものであり、FET340の温度に応じてサーミスタ651の温度が変わるように配置される。
The
例えば、面実装チップサーミスタ651を使用する場合には、図23(a)、(b)に示すように、部品面656上のヒートシンク655と接続される、半田面657上のグラウンドパターン658の近傍にサーミスタ651を配置し、FET340が駆動により発熱した熱を受ける構成とする。
For example, when using a surface
図23(c)に示すように、ヒートシンク655が基板659に対して立設されるものであって、アキシアルタイプのサーミスタ651が用いられる場合には、ヒートシンク655の近傍に配置して熱を受ける構成とする。
As shown in FIG. 23C, when the
実施の形態1では12Vのツェナーダイオード336のツェナー電圧を56kΩの抵抗331及び333で分圧し、6Vのクランプ電圧を得ているが、実施の形態6では、12Vのツェナーダイオード336のツェナー電圧を、56kΩの抵抗331と、51kΩの抵抗333及びサーミスタ651(25℃で5kΩ)から成る抵抗回路654とで分圧し、分圧した電圧でゲートをクランプする。その結果25℃ではゲートは6Vにクランプされる。その他の温度でのクランプ電圧は図21の表に示すように、温度が低いほどクランプ電圧が上昇する。
In the first embodiment, the Zener voltage of the
FET340のゲートソース間電圧Vgsとドレイン電流Idの関係は図24に示す如くであり、温度が低下すると電流も低下する特性となっている。低温での起動時に電流が不足することをこれにより補うことが可能となる。サーミスタを用いることで、低温での起動時において、ゲートソース電圧に対するクランプ電圧を高くすることで電流不足を補い、これとともに、FETの駆動によりFETが温まった後はクランプ電圧を低くすることで過電流が流れないように、ゲート電圧が制御される。
The relationship between the gate-source voltage Vgs of the
実施の形態6でも実施の形態1と同様の効果が得られる。さらに、補助巻線651の出力電圧を電圧クランプ回路335で所定電圧にクランプし、さらにその電圧を抵抗331とサーミスタ651を含む抵抗回路654により分圧することによりゲート印加電圧をFETの温度特性を補償するように制御することができ、10℃以下の環境での低温状態の起動時から負バイアスの最大出力が得られるようになり、一方高温でもFETに過電流が流れないようにすることができ、広い温度範囲で動作が可能になった。
In the sixth embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, the output voltage of the auxiliary winding 651 is clamped to a predetermined voltage by the
上記の例では、FET340のゲートと接地ノードの間に抵抗333と負特性のサーミスタ651の直列回路を接続しているが、代わりにFET340のゲートと補助巻線351の他端(微分回路330の入力端子)の間に正特性のサーミスタと抵抗331の直列回路を接続し、FET340のゲートと接地ノードの間には抵抗333のみを接続することとしても良い。さらに、FET340のゲートと補助巻線351の他端(微分回路330の入力端子)の間に正特性のサーミスタと抵抗331の直列回路を接続するとともに、FET340のゲートと接地ノードの間に抵抗333と負特性のサーミスタ651の直列回路を接続することとしても良い。
In the above example, a series circuit of the
要するに、FET340のゲートと補助巻線351の他端(微分回路330の入力端子)の間に第1の抵抗回路を接続し、FET340のゲートと接地ノードの間に第2の抵抗回路を接続し、微分回路330の入力電圧を、第1の抵抗回路と第2の抵抗回路で分圧してFET340のゲートに印加するようにすれば良い。図5の構成は、第1の抵抗回路が抵抗331のみによって第1の抵抗回路が構成されたものと見ることができる。
In short, the first resistance circuit is connected between the gate of the
実施の形態1に関して実施の形態2、3を参照して説明した変形は、実施の形態6に対しても加えることができる。実施の形態2〜6では負バイアス発生部について、実施の形態1のトランス駆動回路に対する変形例を説明したが、正バイアス発生部のトランス駆動回路についても同様の変形を加えることができる。 The modifications described with reference to the second and third embodiments with respect to the first embodiment can be added to the sixth embodiment. In the second to sixth embodiments, the modification of the transformer drive circuit of the first embodiment has been described with respect to the negative bias generator, but the same modification can be applied to the transformer drive circuit of the positive bias generator.
以上、2次転写ニップ部に用紙が存在しない場合に負バイアスを印加するものとして説明したが、本発明の高圧電源装置は、2次転写ローラに付着したトナーをクリーニングする場合にも利用することができる。クリーニングする場合には、例えば2次転写終了後に転写ローラ156の回転1周期毎に正バイアスと負バイアスを交互に印加し、2次転写ローラ156に付着したトナーを転写ベルト141へ逆転写する。この場合の2次転写バイアス発生部264の動作は、上記と同様である。
As described above, the negative bias is applied when no paper is present in the secondary transfer nip portion. However, the high-voltage power supply device of the present invention is also used for cleaning the toner adhering to the secondary transfer roller. Can do. In the case of cleaning, for example, a positive bias and a negative bias are alternately applied every rotation cycle of the
以上本発明の高圧電源装置を、中間転写方式のカラー画像形成装置に適用する場合について説明したが、本発明は、高圧電源を搭載する直接転写カラー画像形成装置にも適用可能であり、モノクロの画像形成装置にも適用可能である。 Although the case where the high-voltage power supply device of the present invention is applied to an intermediate transfer type color image forming apparatus has been described above, the present invention can also be applied to a direct transfer color image forming apparatus equipped with a high-voltage power supply. The present invention can also be applied to an image forming apparatus.
220 プリンタエンジン制御部、 260 マイコン、 310、410 フィルタ回路、 320、420 積分回路、 321,421 オペアンプ、 330、430 微分回路、 335、435 電圧クランプ回路、 336,436、631 ツェナーダイオード、 340、440 FET、 350、450 昇圧トランス、 360、460 整流回路、 370、470 出力電圧変換部。 220 Printer engine control unit, 260 microcomputer, 310, 410 filter circuit, 320, 420 integration circuit, 321, 421 operational amplifier, 330, 430 differentiation circuit, 335, 435 voltage clamp circuit, 336, 436, 631 Zener diode, 340, 440 FET, 350, 450 step-up transformer, 360, 460 rectifier circuit, 370, 470 output voltage converter.
Claims (10)
オペアンプを含む積分回路と、
1次側に主巻線と補助巻線を有し、2次側に2次巻線を有し、前記主巻線の一端がDC電源に接続され、前記補助巻線の一端が前記積分回路の出力に接続されたトランスと、
前記主巻線の他端にドレインが接続されたFETと、
前記補助巻線の他端を前記FETのゲートに結合する微分回路と、
前記トランスの前記2次巻線の出力を整流して高電圧出力を発生し、前記負荷に供給する整流回路と、
前記整流回路の高電圧出力を降圧して帰還電圧として出力する出力電圧変換部と、
前記負荷に印加される電圧が目標電圧に等しいときの前記帰還電圧の値と等しい値の電圧を基準電圧として出力する基準電圧発生部とを備え、
前記積分回路が前記基準電圧と前記帰還電圧の差に応じた電圧を出力し、
前記積分回路の出力が、前記補助巻線及び前記微分回路を介して前記ゲートに供給されることで、前記負荷に印加される電圧が前記目標電圧に一致するように帰還制御が行われ、
前記微分回路は、
前記補助巻線の前記他端と前記ゲートを接続する第1のコンデンサと、
前記第1のコンデンサに並列に接続された第1の抵抗回路と、
前記ゲートと接地ノードの間に接続された第2の抵抗回路とを備え、
前記FETがオン状態となって前記DC電源から前記主巻線に電流が流れたときに、前記補助巻線に誘起される電圧は、前記微分回路を介して前記ゲートに印加され、これにより、前記トランスの自励発振を生じさせ、
前記ゲートと前記接地ノードとの電圧を所定の上限値以下に制限する電圧クランプ回路をさらに備える
ことを特徴とする高電圧発生装置。 A high voltage generator for applying a DC voltage to a load,
An integrating circuit including an operational amplifier;
The primary side has a main winding and an auxiliary winding, the secondary side has a secondary winding, one end of the main winding is connected to a DC power source, and one end of the auxiliary winding is the integration circuit A transformer connected to the output of
An FET having a drain connected to the other end of the main winding;
A differentiating circuit for coupling the other end of the auxiliary winding to the gate of the FET;
A rectifier circuit that rectifies the output of the secondary winding of the transformer to generate a high voltage output and supplies the output to the load;
An output voltage converter that steps down the high voltage output of the rectifier circuit and outputs it as a feedback voltage;
A reference voltage generator that outputs a voltage having a value equal to the value of the feedback voltage when a voltage applied to the load is equal to a target voltage, as a reference voltage;
The integration circuit outputs a voltage corresponding to the difference between the reference voltage and the feedback voltage,
The output of the integration circuit is supplied to the gate through the auxiliary winding and the differentiation circuit, so that feedback control is performed so that the voltage applied to the load matches the target voltage,
The differentiation circuit is:
A first capacitor connecting the other end of the auxiliary winding and the gate;
A first resistance circuit connected in parallel to the first capacitor;
A second resistance circuit connected between the gate and a ground node;
When the FET is turned on and a current flows from the DC power source to the main winding, a voltage induced in the auxiliary winding is applied to the gate through the differentiation circuit, thereby Causing self-excited oscillation of the transformer,
A high voltage generator, further comprising: a voltage clamp circuit that limits a voltage between the gate and the ground node to a predetermined upper limit value or less.
前記補助巻線の前記他端と前記接地ノードを接続するツェナーダイオードを含み、
前記ツェナーダイオードのツェナー電圧を前記第1の抵抗回路及び前記第2の抵抗回路によって分圧した値以下に前記ゲートの電圧が制限される
ことを特徴とする請求項1に記載の高電圧発生装置。 The voltage clamp circuit is:
A zener diode connecting the other end of the auxiliary winding and the ground node;
2. The high voltage generator according to claim 1, wherein the gate voltage is limited to a value obtained by dividing a Zener voltage of the Zener diode by the first resistor circuit and the second resistor circuit. 3. .
前記ゲートと前記接地ノードを接続するツェナーダイオードを含み、
前記ツェナーダイオードのツェナー電圧以下に前記ゲートの電圧が制限される
ことを特徴とする請求項1に記載の高電圧発生装置。 The voltage clamp circuit is:
A Zener diode connecting the gate and the ground node;
The high voltage generator according to claim 1, wherein the gate voltage is limited to be equal to or lower than a Zener voltage of the Zener diode.
前記直列接続された1又は2以上のダイオードの順方向電圧降下の合計以下に、前記ゲートの電圧が制限される
ことを特徴とする請求項1に記載の高電圧発生装置。 The voltage clamp circuit includes one or more diodes connected in series with each other;
The high-voltage generator according to claim 1, wherein the voltage of the gate is limited to be equal to or less than a total forward voltage drop of the one or more diodes connected in series.
前記温度に応じて、前記第1の抵抗回路と前記第2の抵抗回路による分圧比が変わり、これによって前記ゲートに印加される電圧の上限値が変わる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の高電圧発生装置。 The second resistance circuit includes a thermistor and a resistance whose resistance value decreases as the temperature increases,
The voltage dividing ratio between the first resistor circuit and the second resistor circuit changes according to the temperature, and thereby the upper limit value of the voltage applied to the gate changes. The high voltage generator described.
前記第2のコンデンサにより前記自励発振の周波数が調整されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の高電圧発生装置。 A second capacitor connected between the drain and source of the FET;
7. The high voltage generator according to claim 1, wherein a frequency of the self-excited oscillation is adjusted by the second capacitor.
正の高電圧を発生する第2の高電圧発生部とを有し、
前記第1の高電圧発生部及び前記第2の高電圧発生部の各々が、請求項1乃至7のいずれかに記載の高電圧発生装置を含み、
前記第2の高電圧発生部が、前記第2の高電圧発生部を構成する前記整流回路の負極出力端子と正極出力端子間に接続された負電圧出力抵抗をさらに有し、
前記第1の高電圧発生部から出力される負の高電圧が前記負電圧出力抵抗を介して負荷に供給される
ことを特徴とする高圧電源装置。 A first high voltage generator that generates a negative high voltage;
A second high voltage generator that generates a positive high voltage,
Each of the first high voltage generator and the second high voltage generator includes the high voltage generator according to any one of claims 1 to 7,
The second high voltage generator further includes a negative voltage output resistor connected between a negative electrode output terminal and a positive electrode output terminal of the rectifier circuit constituting the second high voltage generator;
A high voltage power supply apparatus, wherein a negative high voltage output from the first high voltage generator is supplied to a load via the negative voltage output resistor.
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