JP2015002642A - High voltage generator, high-voltage power supply, and image forming apparatus - Google Patents

High voltage generator, high-voltage power supply, and image forming apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2015002642A
JP2015002642A JP2013127125A JP2013127125A JP2015002642A JP 2015002642 A JP2015002642 A JP 2015002642A JP 2013127125 A JP2013127125 A JP 2013127125A JP 2013127125 A JP2013127125 A JP 2013127125A JP 2015002642 A JP2015002642 A JP 2015002642A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
circuit
output
gate
fet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013127125A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6050725B2 (en
Inventor
小酒 達
Tatsu Kosake
達 小酒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Data Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oki Data Corp filed Critical Oki Data Corp
Priority to JP2013127125A priority Critical patent/JP6050725B2/en
Priority to US14/228,955 priority patent/US20140293659A1/en
Publication of JP2015002642A publication Critical patent/JP2015002642A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6050725B2 publication Critical patent/JP6050725B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To allow as much current as possible to flow to a load while avoiding the discharge between circuit patterns on a circuit board in a high-voltage power supply.SOLUTION: A high voltage generator applies, to the gate of an FET (340), a voltage according to the difference between a feedback voltage obtained by stepping down a high-voltage output voltage and a reference voltage corresponding to the target value of the high-voltage output voltage via an auxiliary winding (351) of a transformer (350) and a differential circuit (330), causes the FET (340) to pass a current to a main winding (352) of the transformer, and rectifies a high voltage output from a secondary winding before outputting the voltage. The voltage at the gate of the FET (340) is limited by a voltage clamp circuit (335).

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 transformer drive circuit 705. In the apparatus of FIG. 25, the PWM output of the microcomputer 701 is connected to a 3.3 V power source 702 via a pull-up resistor 707 in the transformer drive circuit 705, and is also a smoothing filter composed of a resistor 711 and a capacitor 712. The circuit 710 is connected to the inverting input (−) of the operational amplifier 721.

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 circuit 720 including the operational amplifier 721, capacitors 722 and 725, and resistors 723, 724, and 726 is connected to one end of the auxiliary winding 751 on the primary side of the step-up transformer 750, and the other end of the auxiliary winding 751. Are connected to the base of an NPN transistor 740.

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 primary winding 752 on the primary side of the step-up transformer 750 is connected to the power source 703 of 24V, and the other end is connected to the collector of the transistor 740. The output from the secondary winding 753 of the step-up transformer 750 is rectified by the rectifier circuit 760 and supplied to the load 785 as a high-voltage output voltage.

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 node 790A) is also fed back to the non-inverting input (+) of the operational amplifier 721 via the output voltage conversion unit 770 having an output voltage conversion function (step-down function). The rectifier circuit 760 includes diodes 761 and 762 and capacitors 763 and 764. The output voltage converter 770 includes a 50 MΩ resistor 771, a 100 kΩ resistor 772, a 1 MΩ pulldown resistor 773, and a capacitor 774.

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 microcomputer 701 is at the H level and is pulled up by the resistor 707, so that a voltage of 3.3 V from the power supply 702 is applied to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 721 via the filter circuit 710. Is input. Further, since the high voltage output of the node 790A is in an off state, 3.0V which is a value obtained by dividing the output 3.3V of the power supply 702 by the resistor 772 of 100 kΩ and the resistor 773 of 1 MΩ is the non-inverting input of the operational amplifier 721. Input to terminal (+).

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 operational amplifier 721 becomes the lowest voltage (VOL = approximately 0 V). Therefore, no base current flows through the NPN transistor 740 and no current flows through the main winding 752 of the step-up transformer 750. As a result, the output of the node 790A is maintained off.

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 microcomputer 701 starts outputting a PWM signal having a duty corresponding to the target value (target voltage) of the high voltage output from the PWM output port, and the PWM signal is input to the inverting input terminal (−) via the filter circuit 710. Is done. The larger the target voltage is, the smaller the duty of the PWM output is. Therefore, the input voltage of the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 721 becomes a smaller value.

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 integrating circuit 720 gradually increases. As a result, a current flows to the base of the transistor 740 through the auxiliary winding 751 of the step-up transformer 750, and a current flows from the 24 V power source 703 to the collector and emitter of the transistor 740 through the main winding 752. When a current flows through the main winding 752, the potential of the base connected to the auxiliary winding 751 decreases and the current flowing through the main winding 752 is cut off. Thereafter, self-excited oscillation in which the current of the main winding 752 and auxiliary winding 751 is repeatedly turned on and off is started.

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 main winding 752, the boosted AC output is output to the secondary side 753 of the step-up transformer 750, rectified by the rectifier circuit 760, a negative voltage appears at the node 790 A, and the load 785 Supplied.

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 node 790A) is stepped down by the output voltage converter 770 and fed back to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 721. Since the output of node 790A is a negative voltage, the value of the feedback voltage decreases as the absolute value increases.

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 transistor 740 is adjusted in accordance with the voltage difference between the inverting input terminal (−) and the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 721, and the transistor 740 is driven by the collector current obtained by amplifying the base current. The high voltage output boosted by the oscillation is controlled to a voltage corresponding to the duty of the PWM signal.

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 nodes 790A, 790B, 790C, and 790D in FIG. Reference numerals D790A0, D790B0, D790C0, and D790D0 indicate zero levels of the waveforms D790A, D790B, D790C, and D790D, respectively.

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 positive bias circuit 810 that receives a PWM signal PWMp having a duty corresponding to the positive bias target voltage from the microcomputer 801, and a negative that receives a PWM signal PWMn having a duty corresponding to the negative bias target voltage from the microcomputer 801. And a bias circuit 820.

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 positive bias circuit 810 includes a transformer drive circuit 830, a step-up transformer 835, a rectifier circuit 840, and resistors 857, 858, and 859. The rectifier circuit 840 includes diodes 843 and 844 and capacitors 845 and 846. A step-up mold transformer 837 is configured by the step-up transformer 835, the rectifier circuit 840, and the resistors 857 and 858.

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 negative bias circuit 820 includes a transformer drive circuit 860, a step-up transformer 865, a rectifier circuit 870, an oscillation frequency adjustment capacitor 882, and resistors 887, 888, and 889.
The rectifier circuit 870 includes diodes 873 and 874 and capacitors 875 and 876.
Each of the transformer drive circuits 830 and 860 is configured in the same manner as the transformer drive circuit 705 in FIG. 25 and includes a transistor similar to the transistor 740.

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 resistor 858. For example, the resistance value of the resistor 858 is 100 MΩ. The negative bias output is divided by resistors 887, 888 and 889 and fed back to the transformer drive circuit 860, thereby controlling the negative bias output voltage. For example, the resistor 887 is 5 MΩ, the resistor 888 is 1 MΩ, and the resistor 889 is 5 kΩ.

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 resistors 887 and 889. The voltage divided by the resistors 857 and 859 is fed back to the transformer drive circuit 830, thereby controlling the positive bias output voltage.

特開平11−341801号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-341801

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-up transformer 865, and the type of the transistor in the transformer driving circuit 860 (having the same role as the transistor 740 in FIG. 25) is When an NPN bipolar transistor with TO-220 and Pc (power loss) of 25 W is used, the rectifier circuit 870 can output only up to about −2700 V and 570 μA, and the current that can flow through the load 890 has a load resistance value. When it is 10 MΩ to 100 MΩ, it is about 25 μA to 14 μA.

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 feedback resistor 887 of 5 MΩ at the time of positive bias output, the potential difference between both ends of the resistor 887 becomes 3000 V when the current flowing through the load is, for example, 600 μA. The potential difference between the circuit patterns exceeds 3000 V, and electric discharge easily occurs between the circuit patterns.

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 feedback resistor 887 is lowered, the positive bias supply property is improved, but the negative bias supply property is deteriorated as a trade-off. In particular, in recent years, there has been a market demand for various printing media in an intermediate transfer type image forming apparatus. For example, when transferring to a narrow medium such as a postcard or a business card, most of the transfer current is transferred to the transfer roller. A large amount of current must be passed to transfer a high resistance medium such as a film medium because it flows between the intermediate transfer belts, but a conventional high-voltage power supply cannot cope with it.

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.

本発明の実施の形態1の画像形成装置を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating an image forming apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1の画像形成装置の制御系を、制御対象部材、及びセンサ類とともに示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a control system of the image forming apparatus in FIG. 1 together with members to be controlled and sensors. 図2のプリンタエンジン制御部及び高圧電源装置の構成例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a printer engine control unit and a high-voltage power supply device in FIG. 2. 2次転写バイアス発生部(264)の全体のブロック構成を示す。The entire block configuration of the secondary transfer bias generator (264) is shown. 負バイアス発生部(270)の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of a negative bias generation part (270). 正バイアス発生部(280)の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of a positive bias generation part (280). (a)及び(b)は図5の負バイアス発生部内の昇圧トランスの概略構成を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows schematic structure of the step-up transformer in the negative bias generation part of FIG. (a)〜(c)は図6の正バイアス発生部内の昇圧トランスの概略構成を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows schematic structure of the step-up transformer in the positive bias generation part of FIG. 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。FIG. 6 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 negative bias generator (270) shown in FIG. 図9に示される波形のうち、ゲート電圧及びドレイン電流を概略的に示す波形図である。FIG. 10 is a waveform diagram schematically showing a gate voltage and a drain current among the waveforms shown in FIG. 9. 図5に示される負バイアス発生部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。FIG. 10 is a waveform diagram for comparison, similar to FIG. 9, when no Zener diode is inserted in the negative bias generation unit shown in FIG. 5. 図11に示される波形のうち、ゲート電圧及びドレイン電流を概略的に示す波形図である。FIG. 12 is a waveform diagram schematically showing a gate voltage and a drain current among the waveforms shown in FIG. 11. FET(340)のゲートソース間電圧(Vgs)とドレイン電流(Idの)関係を示す図である。It is a figure which shows the gate-source voltage (Vgs) and drain current (Id) relation of FET (340). (a)及び(b)は、発振周波数調整用コンデンサを設けた場合と設けない場合の、負バイアス発生時のFETのゲート電圧、ドレイン電位、ドレイン電流、整流回路の出力電圧を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the gate voltage of the FET at the time of negative bias generation | occurrence | production with and without the oscillation frequency adjustment capacitor | condenser, drain potential, drain current, and the output voltage of a rectifier circuit. . 本発明の実施の形態2におけるトランス駆動回路の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the transformer drive circuit in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3におけるトランス駆動回路の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the transformer drive circuit in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4におけるトランス駆動回路の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the transformer drive circuit in Embodiment 4 of this invention. 図17の回路構成に対応したブロック図である。FIG. 18 is a block diagram corresponding to the circuit configuration of FIG. 17. 本発明の実施の形態5におけるトランス駆動回路の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the transformer drive circuit in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6におけるトランス駆動回路の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the transformer drive circuit in Embodiment 6 of this invention. 実施の形態6で用いられるサーミスタの温度と抵抗値、クランプ電圧の関係を示す表である。14 is a table showing the relationship between the temperature, resistance value, and clamp voltage of the thermistor used in the sixth embodiment. 実施の形態6で用いられるサーミスタの温度と抵抗値の関係を示す表である。10 is a table showing the relationship between the temperature and resistance value of the thermistor used in Embodiment 6. (a)〜(c)は、実施の形態6におけるサーミスタの配置例を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the thermistor in Embodiment 6. FIG. 異なる温度における、FET(340)のゲートソース間電圧Vgsとドレイン電流Idの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the gate-source voltage Vgs of FET (340), and the drain current Id in different temperature. 従来の高圧電源装置の一例をより具体的にした装置の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the apparatus which made an example of the conventional high voltage power supply device more concrete. 図25の回路の出力開始時に回路各部に現れる電位の一例を示す波形図である。FIG. 26 is a waveform diagram showing an example of potentials appearing at various parts of the circuit at the start of output of the circuit of FIG. 25. 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)の一例を示す図である。FIG. 26 is a diagram illustrating 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. 25.

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 image forming apparatus 100 performs primary transfer in the order of black, yellow, magenta, and cyan, and includes development / transfer units 101K, 101Y, 101M, and 101C for black, yellow, magenta, and cyan.

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 developer cartridge 102K, an LED head 103K, a toner container 104K, and a primary transfer roller 105K. The developing device cartridge 102K includes a photosensitive drum 132K, a charging roller 136K, a developing roller 134K, a supply roller 133K, a developing blade 135K, and a cleaning blade 137K. The transfer roller 105K is disposed to face the photosensitive drum 132K.

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 / transfer unit 101Y includes a developing device cartridge 102Y, an LED head 103Y, a toner container 104Y, and a transfer roller 105Y. The developing device cartridge 102Y includes a photosensitive drum 132Y, a charging roller 136Y, a developing roller 134Y, a supply roller 133Y, a developing blade 135Y, and a cleaning blade 137Y. The transfer roller 105Y is disposed to face the photosensitive drum 132Y.

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 / transfer unit 101M includes a developer cartridge 102M, an LED head 103M, a toner container 104M, and a transfer roller 105M. The developing device cartridge 102M includes a photosensitive drum 132M, a charging roller 136M, a developing roller 134M, a supply roller 133M, a developing blade 135M, and a cleaning blade 137M. The transfer roller 105M is disposed to face the photosensitive drum 132M.

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 / transfer unit 101C includes a developer cartridge 102C, an LED head 103C, a toner container 104C, and a transfer roller 105C. The developing device cartridge 102C includes a photosensitive drum 132C, a charging roller 136C, a developing roller 134C, a supply roller 133C, a developing blade 135C, and a cleaning blade 137C. The transfer roller 105C is disposed to face the photosensitive drum 132C.

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 image forming apparatus 100 further includes an intermediate transfer belt 141, an intermediate transfer belt stretching roller 142, an intermediate transfer belt drive roller 143, a secondary transfer backup roller (intermediate transfer belt backup roller) 144, an intermediate transfer belt tension roller 148, and an intermediate transfer belt. Transfer belt cleaning blade 145, waste toner container 146, paper cassette 151, hopping roller 152, registration roller pair 153 and 154, paper detection sensor 155, secondary transfer roller 156, fixing device 157, conveyance guide 158, and paper discharge tray 159 Is provided. The paper cassette 151 stores printing paper 150 as a recording medium.

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 image forming apparatus 100 of FIG. 1 together with members to be controlled and sensors. 2, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same members. The illustrated control system includes a host interface unit 211, a command / image processing unit 212, an LED head interface unit 213, a printer engine control unit 220, a storage unit 230, and a high-voltage power supply device 240.

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 engine control unit 220 includes a paper detection sensor 155, a thermistor 265, a fixing device heater 259, a temperature / humidity sensor 290, a hopping motor 254, a registration motor 255, a belt motor 256, a fixing device heater motor 257, and drum motors 258K and 258Y. 258M and 258C are connected. The thermistor 265 detects the temperature of the fixing device heater 259 and outputs a signal indicating the detected temperature.

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 power supply device 240 includes a microcomputer 260 as a setting signal output unit, charging bias generation units 261K, 261Y, 261M, 261C, development bias generation units 262K, 262Y, 262M, 262C, A secondary transfer bias generator 263K, 263Y, 263M, 263C and a secondary transfer bias generator 264 are provided.

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 image forming apparatus 100 receives print data in a predetermined format described in PDL (page description language) or the like from an external device (not shown) via the host interface unit 211.
The input print data is converted into bitmap data by the command / image processing unit 212.
The image forming apparatus 100 controls the fixing device heater 259 according to a signal indicating the detected temperature obtained by the thermistor 265 to set the fixing device 157 to a predetermined temperature, and then performs a printing operation (image forming operation) by an electrophotographic process. Start.

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 paper 150 stored in the paper feed cassette 151 in FIG. 1 is fed by a hopping roller 152. The sheet 150 is conveyed to the nip portion 156N formed by the secondary transfer roller 156 and the secondary transfer backup roller 144 on the intermediate transfer belt 141 by the registration rollers 153 and 154.

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 toner containers 104K, 104Y, 104M, and 104C are detachable from the developing units 102K, 102Y, 102M, and 102C, and have a structure that can supply the internal toner to the developing units.

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 bias generators 261K, 261Y, 261M, and 261C supply charging bias to the developing units 102K, 102Y, 102M, and 102C, respectively, thereby charging the photosensitive drums 132K, 132Y, 132M, and 132C. Let

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 photosensitive drums 132K, 132Y, 132M, and 132C is selectively neutralized. Then, electrostatic latent images are formed on the photosensitive drums 132K, 132Y, 132M, and 132C, and toner images are formed on the photosensitive drums 132K, 132Y, 132M, and 132C by development.
For development, the development bias generators 262K, 262Y, 262M, and 262C supply development bias to the developing units 102K, 102Y, 102M, and 102C, respectively.

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 units 102K, 102Y, 102M, and 102C are sequentially transferred to the intermediate transfer belt 141 by a bias applied to the transfer rollers 105K, 105Y, 105M, and 105C. For transfer onto the intermediate transfer belt 141, primary transfer bias generators 263K, 263Y, 263M, and 263C supply primary transfer bias to the primary transfer rollers 105K, 105Y, 105M, and 105C, respectively. By sequentially transferring, four color toner images are formed on the intermediate transfer belt 141.

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 sheet 150 is conveyed to the nip portion 156N in synchronization with the timing at which the toner image on the intermediate transfer belt 141 reaches the nip portion 156N. That is, the paper 150 is conveyed so that the paper 150 passes through the nip portion 156N so that the toner image on the intermediate transfer belt 141 passes through the nip portion 156N.

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 sheet 150 passes through the nip portion 156N, the four-color toner images on the intermediate transfer belt 141 are collectively transferred to the sheet 150 by the secondary transfer high voltage applied to the secondary transfer roller 156.

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 transfer bias generator 264 supplies a secondary transfer positive bias to the secondary transfer roller 156. More specifically, the secondary transfer bias generator 264 starts supplying the secondary transfer positive bias to the secondary transfer roller 156 at the same time when the leading edge of the sheet 150 reaches the nip 156N, and the trailing edge of the sheet 150 is The supply of the secondary transfer positive bias is finished at a timing immediately before passing through the nip portion 156N. When the secondary transfer positive bias is not applied to the secondary transfer roller 156, the secondary transfer bias generation unit 264 applies a negative bias, whereby the secondary transfer roller 156 due to residual toner on the intermediate transfer belt 141 is applied. Prevents dirt.

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 transfer bias generator 264 is connected to a secondary transfer roller 156 as a load, as schematically shown in FIG. 1, for supplying a bias to the secondary transfer roller 156.
The other bias generators 261K to 261C, 262K to 262C, and 263K to 263C are similarly connected to the respective loads, but are not shown in FIG.

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 paper 150 is fixed by the fixing device 157, and then the paper is discharged to a paper discharge tray 159.

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 engine control unit 220 sets a target value (target voltage) of the high-voltage output voltage in accordance with a predetermined and stored value (table value), a charging bias generation unit 261K, 261Y, 261M, 261C, a development bias generation unit 262K, 262Y, 262M, 262C, primary transfer bias generators 263K, 263Y, 263M, 263C, and commands for outputting respective target voltages to the secondary transfer bias generator 264 at a predetermined timing.

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 bias generation unit 264 of the high-voltage power supply device 240 of FIG. 3 together with the printer engine control unit 220, the microcomputer 260, and the power sources 302 and 303. As shown in FIG. 4, the secondary transfer bias generator 264 includes a negative bias generator (first high voltage generator) 270 and a positive bias generator (second high voltage generator) 280.

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 negative bias generator 270, and FIG. 6 shows an overall circuit configuration of the positive bias generator 280.

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 microcomputer 260 has an SCI (Serial Communication Interface) port 260a, and is connected to the SCI port 220a of the printer engine control unit 220 as shown in FIG. In response to the command for specifying the target voltage and the command for specifying the target voltage of the positive bias, the PWM signal PWMn having the duty corresponding to the specified target voltage of the negative bias is output from the PWM output port 260n. A PWM signal PWMp having a duty corresponding to the target voltage is output from the PWM output port 260p. The frequency of the PWM signals PWMn and PWMp is 40 kHz, for example.

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 negative bias generator 270 includes a transformer drive circuit 272, a step-up transformer 350, a rectifier circuit 360, and an output voltage converter (step-down circuit) 370.
The transformer drive circuit 272 includes a smoothing filter circuit 310, an integration circuit 320, a differentiation circuit 330, a voltage clamp circuit 335, a field effect transistor (FET) 340, and a capacitor 345. An N channel MOSFET is used as the FET 340.

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 positive bias generator 280 includes a transformer drive circuit 282, a step-up transformer 450, a rectifier circuit 460, and an output voltage converter 470.
The transformer drive circuit 282 includes a smoothing filter circuit 410, an integration circuit 420, a differentiation circuit 430, a voltage clamp circuit 435, a field effect transistor (FET) 440, and a capacitor 445. An N-channel MOSFET is used as the FET 440.

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 power supply 302 is a 3.3V DC power supply, and is connected to the filter circuits 310 and 410 and the output voltage conversion units 370 and 470. The power source 303 is a 24V DC power source and is connected to the integrating circuits 320 and 420 and the step-up transformers 350 and 450.

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 capacitor 345 for adjusting the oscillation frequency is connected between the drain and source of the FET 340, and the input side of the filter circuit 310, that is, the PWM output port 260n of the microcomputer 260 has a pull-up resistor. Similarly, as shown in FIG. 6, a capacitor 445 for adjusting the oscillation frequency is connected between the drain and source of the FET 440, and the input side of the filter circuit 410. That is, the PWM output port 260p of the microcomputer 260 is connected to the 3.3V power supply 302 via the pull-up resistor 415, but these elements are not shown in FIG.

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 filter circuit 310 includes a resistor 311 having one end connected to the PWM output port 260n, and a capacitor 312 having one end connected to the other end of the resistor 311 and the other end grounded (connected between ground nodes). Have.

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 filter circuit 310, converted into a DC signal having a voltage value corresponding to the duty of the PWM signal PWMn, and input to the integrating circuit 320 as a reference voltage. .

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 circuit 320 includes an operational amplifier (operational amplifier) 321 whose reference voltage is input to the inverting input terminal (−), a series circuit of a capacitor 322 and a resistor 323 that couple the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 321, and the operational amplifier 321. One end of the resistor 324 is connected to one end of the resistor 324, one end is connected to the other end of the resistor 324, the other end is grounded, and the other end of the resistor 323 is connected to the other end. Includes an output terminal of the integration circuit 320 and a 1 kΩ resistor 326.

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 circuit 320 is connected to one end of an auxiliary winding 351 that forms part of the primary side of the step-up transformer 350, and the other end of the auxiliary winding 351 is coupled to the gate of the FET 340 by the differentiating circuit 330. .

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 differentiation circuit 330 has a 2680 pF parallel connection to a resistor 331 and a 56 kΩ resistor (first resistor) 331 having one end connected to the other end of the auxiliary winding 351 and the other end connected to the gate of the FET 340. The capacitor 332 includes a 56 kΩ resistor (second resistor) 333 having one end connected to the gate of the FET 340 and the other end grounded.

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 voltage clamp circuit 335 is provided between the other end of the auxiliary winding 351 and the gate of the FET 340. The voltage clamp circuit 335 limits the potential of the gate of the FET 340 to a predetermined upper limit value or less, and includes a Zener diode 336, for example. In the illustrated example, the cathode of the Zener diode 336 is connected to the other end of the auxiliary winding 351, and the anode is grounded. The Zener voltage of the Zener diode 336 is 12V, for example.

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 transformer 350 is connected to the power source 303 of 24V, and the other end is connected to the drain of the FET 340. The source of the FET 340 is grounded. The capacitor 345 is connected between the drain and source of the FET 340 to adjust the oscillation frequency, and has a capacitance of 0.01 μF, for example. As the step-up transformer 350, for example, one having an EE16 ferrite core is used.

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 rectifier circuit 360 includes a high breakdown voltage diode 361 having a cathode connected to one end of the secondary winding 353, a high breakdown voltage diode 362 having an anode connected to one end of the secondary winding 353, and a cathode grounded. A high voltage capacitor 363 having one end connected to the anode of the diode 361 and the other end connected to the other end of the secondary winding, one end connected to the other end of the secondary winding, and the other end of the diode 362 A high-voltage capacitor 364 connected to the cathode and rectifies the output from the secondary winding 353 of the step-up transformer 350 to generate a high-voltage output. The anode of the diode 361 constitutes the negative output terminal of the rectifier circuit 360, and the cathode of the diode 362 constitutes the positive output terminal.

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 rectifier circuit 360 is connected as a negative bias output voltage to a load 156 via a resistor 477 (described later) in the positive bias generator 280 as shown in FIG.

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 voltage conversion unit 370 steps down the high voltage output voltage (the voltage at the node 390C) and supplies it as a feedback voltage to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 321. In the illustrated example, the output voltage conversion unit 370 has one end connected to the negative output terminal of the rectifier circuit 360 and a 3 MΩ high withstand voltage resistor 371, and one end connected to the 3.3 V power supply 302. A resistor 372, a 110 kΩ resistor 373 having one end connected to the other end of the resistor 371 and the other end of the resistor 372 and the other end grounded, and a capacitor 374 connected in parallel to the resistor 373, The one end constitutes an output terminal of the output voltage converter 370, and the voltage of the output terminal is supplied as a feedback voltage to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 321.

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 microcomputer 260 and the filter circuit 310 constitute a reference voltage generator that generates a reference voltage corresponding to the negative bias target voltage. The reference voltage generated by the reference voltage generator has a value equal to the value of the feedback voltage when the voltage applied to the load is equal to the target voltage.

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 circuit 320 outputs a voltage corresponding to the difference between the reference voltage supplied from the filter circuit 310 and a feedback voltage described later.

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 circuit 320 is supplied to the gate of the FET 340 via the auxiliary winding 351 and the differentiating circuit 330, whereby feedback control is performed so that the voltage applied to the load 156 matches the target voltage. After self-excited oscillation is started by the winding inductance and capacitor, the integration circuit 320 adjusts the gate voltage. The average voltage of the AC voltage due to the oscillation applied to the gate is adjusted by the integrating circuit 320, and as a result, the output voltage is controlled by controlling the drain current. In this manner, self-excited oscillation in which the currents of the main winding 352 and the auxiliary winding 351 are repeatedly turned on / off is started. During oscillation, an AC signal output from the auxiliary winding 351 is applied to the gate of the FET 340 by capacitive coupling by the differentiation circuit 330.

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 rectifier circuit 360, and a negative voltage appears at the node (output node) 390C, and the resistance (Negative voltage output resistance) 477 is supplied to the load 156 via the 477.

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 transformer 350, the parasitic capacitance of each winding, the capacitance of the capacitor of the rectifier circuit 360, and the load 156. Depends on current etc.

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 FET 340 by the voltage clamp circuit 335 is limited to a predetermined upper limit value or less, thereby preventing the current flowing through the FET 340 from becoming excessive.

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 filter circuit 410, the pull-up resistor 415, the integration circuit 420, the differentiation circuit 430, the voltage clamp circuit 435, the FET 440, the capacitor 445, the step-up transformer 450, the rectifier circuit 460, and the output voltage conversion unit 470 in the positive bias generation unit 280 , Negative bias generator 270, filter circuit 310, pull-up resistor 315, integrator circuit 320, differentiator circuit 330, voltage clamp circuit 335, FET 340, capacitor 345, step-up transformer 350, rectifier circuit 360, and output voltage converter 370. It is configured in the same way.

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 filter circuit 410 includes a resistor 411 having one end connected to the PWM output port 260p, and a capacitor 412 having one end connected to the other end of the resistor 411 and the other end grounded.
The PWM signal PWMp output from the PWM output port 260p is smoothed by the filter circuit 410, converted into a DC signal having a voltage value corresponding to the duty of the PWM signal PWMp, and input to the integrating circuit 420 as a reference voltage. .

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 circuit 420 includes an operational amplifier (operational amplifier) 421 whose reference voltage is input to the non-inverting input terminal (+), a series circuit of a capacitor 422 and a resistor 423 that couple the inverting input terminal (−) and the output terminal of the operational amplifier 421. A resistor 424 having one end connected to the output terminal of the operational amplifier, a capacitor 425 having one end connected to the other end of the resistor 424 and the other end grounded, and one end connected to the other end of the resistor 424, The other end has a 1 kΩ resistor 426 constituting the output terminal of the integrating circuit 420.

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 circuit 420 is connected to one end of an auxiliary winding 451 that forms part of the primary side of the step-up transformer 450, and the other end of the auxiliary winding 451 is coupled to the gate of the FET 440 by the differentiating circuit 430. .

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 differentiation circuit 430 has a 2680 pF parallel connection to a resistor 431 and a 56 kΩ resistor (first resistor) 431 having one end connected to the other end of the auxiliary winding 451 and the other end connected to the gate of the FET 440. The capacitor 432 has a 56 kΩ resistor (second resistor) 433 having one end connected to the gate of the FET 440 and the other end grounded.

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 voltage clamp circuit 435 is provided between the other end of the auxiliary winding 451 and the gate of the FET 440. The voltage clamp circuit 435 limits the gate potential of the FET 440 to a predetermined upper limit value or less, and includes, for example, a Zener diode 436. In the illustrated example, the cathode of the Zener diode 436 is connected to the other end of the auxiliary winding 451, and the anode is grounded. The Zener voltage of the Zener diode 436 is 12V, for example.

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 transformer 450 is connected to the power source 303 of 24V, and the other end is connected to the drain of the FET 440. The source of the FET 440 is grounded. The capacitor 445 is connected between the drain and source of the FET 440 for adjusting the oscillation frequency, and has a capacitance of 0.01 μF, for example. As the step-up transformer 450, for example, a transformer having a UU type ferrite core is used.

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 rectifier circuit 460 includes a high voltage diode 461 whose anode is connected to one end of the secondary winding 453, a high voltage diode 462 whose cathode is connected to one end of the secondary winding 453, and one end of the diode 461. A high voltage capacitor 463 connected to the cathode, the other end connected to the other end of the secondary winding 453, one end connected to the other end of the secondary winding 453, and the other end connected to the anode of the diode 462 The output voltage from the secondary winding 453 of the step-up transformer 450 is rectified to generate a high voltage output. The cathode of the diode 461 constitutes the positive output terminal of the rectifier circuit 460, and the anode of the diode 462 constitutes the negative output terminal of the rectifier circuit 460.
The rectifier circuit 460 is configured in the same manner as the rectifier circuit 360, but the direction of the diode is reversed and generates a positive high voltage output. Further, the negative output terminal of the rectifier circuit 460 is not grounded but is connected to the output node 390C of the negative bias generator 270.

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 rectifier circuit 460 is supplied to the load 156 as a positive bias output voltage.

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 voltage conversion unit 470 steps down the high voltage output voltage (the voltage at the node 490C) and supplies it as a feedback voltage to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 421. In the illustrated example, the output voltage converter 470 has a 100 MΩ high withstand voltage resistor 471 connected at one end to the positive output terminal of the rectifier circuit 460 and a 1 MΩ resistor 472 connected at one end to the power supply 302 at 3.3 V. A 51 kΩ resistor 473 having one end connected to the other end of the resistor 471 and the other end of the resistor 472, and the other end grounded, a capacitor 474 connected in parallel to the resistor 473, and a high withstand voltage resistor 477. The one end of the resistor 473 constitutes the output terminal of the output voltage converter 470, and the voltage at the output terminal is supplied as a feedback voltage to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 421. The resistor 477 is connected between the negative output terminal and the positive output terminal of the rectifier circuit 460.

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 transformer 450, the rectifier circuit 460, and the output voltage conversion unit 470 constitute a step-up mold transformer 480 including these as constituent components.

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 microcomputer 260 and the filter circuit 410 constitute a reference voltage generation unit that generates a reference voltage corresponding to the target voltage of the positive bias. The reference voltage generated by the reference voltage generator has a value equal to the value of the feedback voltage when the voltage applied to the load is equal to the target voltage.

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 integration circuit 420 outputs a voltage corresponding to the difference between the reference voltage supplied from the filter circuit 410 and a feedback voltage described later.

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 circuit 420 is supplied to the gate of the FET 440 via the auxiliary winding 451 and the differentiating circuit 430, whereby feedback control is performed so that the voltage applied to the load 156 matches the target voltage. That is, when the output of the integrating circuit 420 rises, the voltage of the gate of the FET 440 rises along with this, and when it exceeds the threshold, the FET 440 is turned on, and the current of the main winding 452 flows from the 24V power source 303. This current induces a voltage having a polarity that lowers the gate voltage of the FET 440 in the auxiliary winding 451. The voltage induced in the auxiliary winding 451 is applied to the gate of the FET 440 via the differentiating circuit 430 to lower the gate voltage below the threshold value, and the FET 440 is turned off. In this manner, self-excited oscillation in which the current of the main winding 452 and the auxiliary winding 451 is repeatedly turned on and off is started. During oscillation, an AC signal output from the auxiliary winding 451 is applied to the gate of the FET 440 by capacitive coupling by the differentiation circuit 430.

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 rectifier circuit 460, a positive voltage appears at the node (output node) 490C, and the load 156 To be supplied.

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 transformer 450, the parasitic capacitance of each winding, the capacitance of the capacitor of the rectifier circuit 460, and the load 156. Depends on current etc.

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 FET 440 by the voltage clamp circuit 435 is limited to a predetermined upper limit value or less, thereby preventing the current flowing through the FET 440 from becoming excessive.

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 transformer 350 of FIG.
The transformer 350 has a primary side 511 and a secondary side 512.
The transformer 350 includes an auxiliary winding 351, a main winding 352, and a secondary winding 353 wound around a bobbin 502 (shown by a dotted line) provided around an EE16 type ferrite core 501.
The auxiliary winding 351 and the main winding 352 are provided on the primary side 511, and the secondary winding 353 is provided on the secondary side 512.
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 reference numerals 503 and 504, respectively, and the main winding 352 is indicated by reference numerals 505 and 506, and the secondary winding 353 is indicated by The winding start and winding end are indicated by reference numerals 507 and 508, respectively.

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 transformer 450 in the positive bias generator 280, a transformer having the UU type ferrite core 521 shown in FIG. 8C in which the core member 522 shown in FIGS. 8A and 8B is assembled is used. . In the example shown in FIG. 8C, a spacer gap SGb of 0.08 mm is formed between the core members.

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 engine control unit 220 outputs a command specifying a target voltage from the SCI port 220a. This command is received by the SCI port 260a of the microcomputer 260.
In the output off state, a command for setting the target voltage to 0 V is transmitted, and in response to this, the microcomputer 260 outputs a PWM signal (a signal for maintaining the high state) PWMn having a duty of 100% from the PWM port 260n, The PWM port 260p outputs a PWM signal having a duty of 0% (a signal for maintaining the low state) PWMp.

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 3.3V power source 302 via the resistor 305, when the output of the PWM port 260n is in a high state, the potential of the PWM port 260n is pulled up to 3.3V.
The voltage of 3.3 V of the PWM port 260 n is input to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 321 as a reference voltage via the filter circuit 310.

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 power supply 302 is divided by the resistor 372 (3.6 kΩ) and the resistor 373 (100 kΩ) of the output voltage conversion unit 370, and 3.2 V obtained as a result of the voltage division is the feedback voltage. Is input to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 321.
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 operational amplifier 321 is the lowest voltage (VOL = approximately 0 V).

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 FET 340 is sufficiently lower than the gate threshold voltage VTH, so the FET 340 is kept off, no current flows through the winding of the step-up transformer, and the high voltage output (node 390C) is kept off. Is done.

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 bias generation unit 280 operates in the same manner, and maintains the state where the high voltage output (node 490C) is off. That is, the 0 V voltage of the PWM port 260 p is input to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 421 as the reference voltage via the filter circuit 410.
In the output off state, 3.3 V supplied from the power supply 302 is divided by the resistor 472 (1 MΩ) and the resistor 473 (51 kΩ) of the output voltage converter 470, and 0.16 V obtained as a result of the voltage division is used as a feedback voltage as an operational amplifier. It is input to the inverting input terminal (−) of 421.
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 operational amplifier 421 is the lowest voltage (VOL = approximately 0 V). is there.

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 FET 440 is sufficiently lower than the gate threshold voltage VTH, so the FET 440 is kept off, no current flows through the winding of the step-up transformer, and the high voltage output (node 490C) is kept off. Is done.

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 belt motor 256 is started,
In order to apply a negative bias to the secondary transfer roller 156, the printer engine control unit 220 transmits a command for specifying a target voltage to the microcomputer 260 by serial communication.

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 engine control unit 220 transmits a command for instructing output of the target voltage of −3000 V to the microcomputer 260.

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 engine control unit 220 to the microcomputer 260, the microcomputer 260 sets the duty of the PWM signal PWMn output from the PWM port 260n in response to this command. The voltage corresponding to the voltage (−3000V) is changed to 0%.

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 filter circuit 310, converted into a DC voltage (reference voltage) having a value corresponding to the target voltage (target high voltage), and input to the integration circuit 320.

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 operational amplifier 321 constitutes an integration circuit 320 having a time constant determined by the capacitor 322 and the resistor 323.
As described above, the integration circuit 320 outputs approximately 0 V, which is VOL in the initial state (negative bias off state), but the PWM signal PWMn corresponding to the target voltage is output from the microcomputer 260, and the DC corresponding to this is output. When a voltage (reference voltage) is input from the filter circuit 310 to the inverting input terminal (−), the reference voltage (0.3 V) of the inverting input terminal is lower than the feedback voltage (3.2 V) of the non-inverting input terminal. Thus, the output voltage is gradually increased with a time constant determined by the capacitor 322 and the resistor 323.

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 integration circuit 320 increases the input voltage of the differentiation circuit 330 via the auxiliary winding 351 of the step-up transformer 350, and the output voltage of the differentiation circuit 330 is applied to the gate of the FET 340. Accordingly, the output voltage of the integrating circuit 320 is divided by the resistors 324, 326, 331, and 333 and applied to the gate of the FET 340.

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 FET 340 is turned on when the gate voltage exceeds a threshold value due to the rise of the DC voltage input through the differentiating circuit 330, current flows in the main winding 352 of the step-up transformer 350, and oscillation occurs due to LC resonance by the step-up transformer 350. After that, the AC voltage generated in the auxiliary winding 351 is applied to the gate of the FET 340 via the differentiation circuit 330. The input to this gate turns the FET 340 on and off.

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 Zener diode 336 having the anode connected to the end 351b of the auxiliary winding 351 conducts at 12V or higher, and thus the gate voltage is clamped to 6V or lower by the voltage division by the resistors 331 and 333.

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 transformer 350 is rectified by the rectifier circuit 360, stepped down to a low voltage by the output voltage conversion unit 370, and fed back to the integration circuit 320. As the absolute value of the negative bias output voltage output from the rectifier circuit 360 increases, the feedback voltage gradually decreases from 3.3 V and reaches the target voltage of −3000 V, the feedback voltage becomes 0 V, and the negative bias When the absolute value of the output voltage is further increased, the feedback voltage becomes a negative value.

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 integration circuit 320 compares the DC voltage (reference voltage) corresponding to the target voltage with the fed back voltage (output of the output voltage conversion unit 370), and if the feedback voltage is higher than the reference voltage (0.3V), the operational amplifier output is As a result, the gate input voltage of the FET 340 increases and the drain current increases.
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 FET 340 decreases and the drain current decreases.
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 rectifier circuit 360 is supplied to the load 156 via the resistor 477.
As described above, the voltage equal to the feedback voltage when the voltage applied to the load 156 from the rectifier circuit 360 via the resistor 477 (the voltage at the node 490C) is equal to the target voltage is supplied to the integrating circuit 320 as the reference voltage. Thus, the voltage supplied to the load 156 (the voltage at the node 490C) can be controlled to a value equal to the target voltage.

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 secondary transfer roller 156 as a load, it is possible to prevent the secondary transfer roller 156 from being soiled by residual toner on the intermediate transfer belt 141.

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 recording medium 150 reaches the nip portion of the secondary transfer roller 156, the negative bias is turned off, and the positive bias is turned on instead. The printer engine control unit 220 stops the application of the negative bias to the secondary transfer roller 156 and transmits a command specifying the target voltage to the microcomputer 260 by serial communication in order to apply the positive bias to the secondary transfer roller 156. To do.

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 engine control unit 220 transmits a command to the microcomputer 260 to instruct the output of the target voltage of + 2000V.

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 engine control unit 220 to the microcomputer 260, the microcomputer 260 sets the duty of the PWM signal PWMp output from the PWM port 260p in accordance with this command to the target voltage. Change to the one corresponding to (+ 2000V), that is, 33.2%.

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 filter circuit 410, converted into a DC voltage (reference voltage) having a value corresponding to the target voltage (target high voltage), and input to the integration circuit 420.

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 operational amplifier 421 constitutes an integration circuit 420 having a time constant determined by the capacitor 422 and the resistor 423. As described above, the integrating circuit 420 outputs approximately 0 V, which is VOL in the initial state (positive bias off state), but the PWM signal PWMp corresponding to the target voltage is output from the microcomputer 260, and the DC corresponding to this is output. When a voltage (reference voltage) is input from the filter circuit 410 to the non-inverting input terminal (+), the reference voltage (about 1.13 V) at the non-inverting input terminal is set to be higher than the feedback voltage (0.16 V) at the inverting input terminal. The output voltage is gradually increased with a high time constant determined by the capacitor 422 and the resistor 423.

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 integration circuit 420 increases the input voltage of the differentiation circuit 430 through the auxiliary winding 451 of the step-up transformer 450, and the output voltage of the differentiation circuit 430 is applied to the gate of the FET 440. Therefore, the output voltage of the integration circuit 420 is divided by the resistors 424, 426, 431, and 433 and applied to the gate of the FET 440.

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 FET 440 is turned on when the gate voltage exceeds a threshold value due to the rise of the DC voltage input through the differentiating circuit 430, a current flows through the main winding 452 of the step-up transformer 450, and oscillation occurs due to LC resonance by the step-up transformer 450. After that, an AC voltage generated in the auxiliary winding 451 is applied to the gate of the FET 440 via the differentiation circuit 430. The input to this gate turns the FET 440 on and off.

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 Zener diode 436 whose anode is connected to the end 451b of the auxiliary winding 451 conducts at 12V or higher, so that the gate voltage is clamped to 6V or lower by voltage division by the resistors 431 and 433.

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 transformer 450 is rectified by the rectifier circuit 460, stepped down to a low voltage by the output voltage conversion unit 470, and fed back to the integration circuit 420. As the positive bias output voltage output from the rectifier circuit 460 increases, the feedback voltage gradually increases from 0.15 V, and when the target voltage reaches +2000 V, the feedback voltage becomes 1.13 V, and the positive bias output As the voltage is further increased, the feedback voltage is further increased from 1.13V.

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 integration circuit 420 compares the DC voltage (reference voltage) corresponding to the target voltage with the fed back voltage (output of the output voltage conversion unit 470). If the feedback voltage is lower than the reference voltage (1.13V), the operational amplifier output is As a result, the gate input voltage of the FET 440 increases and the drain current increases.
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 FET 440 decreases and the drain current decreases. Such feedback control stabilizes the operational amplifier output when the feedback voltage matches the reference voltage.

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 rectifier circuit 460 is supplied to the load 156. As described above, the voltage that is equal to the feedback voltage when the voltage applied to the load 156 from the rectifier circuit 460 (the voltage at the node 490C) is equal to the target voltage is supplied to the integrating circuit 420 as a reference voltage, thereby the load The voltage supplied to 156 (the voltage at node 490C) can be controlled to a value equal to the target voltage.

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 secondary transfer roller 156 as a load, the toner image is transferred from the intermediate transfer belt 141 to the paper 150 as a recording medium.

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 negative bias generator 270 shown in FIG. FIG. 10 is a waveform diagram schematically showing the gate voltage D390B and the drain current D390D among the waveforms shown in FIG. FIG. 11 is a waveform diagram for comparison similar to FIG. 9 when no Zener diode is inserted in the circuit of FIG. FIG. 12 is a waveform diagram schematically showing the gate voltage D390B and the drain current D390D among the waveforms shown in FIG. FIG. 13 shows the relationship between the gate-source voltage Vgs of the FET 340 and the drain current Id.

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 node 390B in FIG. 5, that is, the gate of the FET 340. A symbol D390C indicates the potential of the output of the node 390C, that is, the rectifier circuit 360. Symbol D390A indicates the current of the node 390A, that is, the current of the primary main winding of the step-up transformer 350 (primary current). A symbol D390D indicates the current of the node 390D, that is, the drain current of the FET 340. Reference numerals D390A0, D390B0, D390C0, and D390D0 indicate zero levels of the waveforms D390A, D390B, D390C, and D390D, respectively.

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 transformer 350 starts (until the time indicated by reference sign t22). Increased for a while. When the gate voltage reaches the threshold voltage (t22), a current flows through the FET 340, but there is a delay until the feedback signal voltage level decreases from the output of the transformer 350. As a result, it takes time from when the gate voltage reaches the threshold voltage until the increase in the operational amplifier output starts to decrease (from time t22 to time t23). In FIG. 11, the time points t22 and t23 can be seen substantially simultaneously, but in FIG. 12, the waveform features are exaggerated to make the problem easier to understand. As a result, the gate voltage becomes higher than necessary, and an excessive inrush current (reference numeral Cr in FIG. 12) is generated when the circuit is started.

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 12V Zener diode 336 is provided, and the gate voltage is clamped to 6V by dividing by the resistors 331 and 333 of 56 kΩ, and as shown in FIGS. Thus, the necessary drain current (1A) is ensured and the gate voltage is prevented from becoming higher than necessary, thereby preventing an excessive current from flowing.

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 rectifier circuit 360.

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 kΩ resistors 331 and 333, but the clamp voltage can be set to an arbitrary value by adjusting the resistance values of these resistors. Since the relationship between the gate-source voltage and the drain current differs depending on the type or model of the FET, the clamp voltage may be adjusted so that the drain current is optimal.

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 FET 340, RCX120N25 manufactured by Rohm Co., Ltd. was used. The gate input capacitance is 1800 pF, and the capacitance of the capacitor 332 is 2680 pF, which is about 1.5 times the capacitance. The reason why the resistance values of the resistors 331 and 333 are 56 kΩ is that the gate voltage can be driven by capacitive coupling of the capacitor and the gate voltage can be feedback controlled using the operational amplifier 321. When the resistance values of the resistors 331 and 333 are lowered, the loss of the FET 340 increases and the temperature of the FET 340 rises. From this viewpoint, the resistance value is desirably 56 kΩ or more and 200 kΩ or less.

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 circuit 320 increases the drain current until the feedback voltage becomes equal to the input voltage (0.3V) from the filter circuit 310. As a result, the high voltage output is increased in absolute value to -3000V and is stabilized in that state.

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 node 390C in FIG. 5 outputs −3000V, and a bias is applied to the secondary transfer roller 156, which is a load, through a 100 MΩ resistor 477 in the positive bias generator 280. Most of the output current flows through a 3 MΩ resistor 371 and a 3.6 kΩ resistor 372 (about 1 mA at −3000 V), and the current flowing through the roller 156 as a load is 30 μA or less.

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 FET 340 will be described with reference to FIGS. FIGS. 14A and 14B show waveforms when −3000 V is output. D390B indicates the gate voltage of the FET 340, D390Dv indicates the potential of the drain of the FET 340, D390D indicates the drain current, and D390C indicates the voltage of the node 390C. The drain current (D390D) is a waveform obtained by measuring the current flowing through the node 390A using a current probe, and the D390C voltage at the node 390C was measured with a high voltage probe. This also applies to FIGS. 9 and 11.

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 μF capacitor 345 is inserted, and FIG. 14B shows a waveform when the capacitor 345 is not inserted. As can be seen by comparing FIG. 14A and FIG. 14B, the insertion of the capacitor decreases the oscillation frequency from about 70 kHz to 64 kHz, and the current peak value from 920 mA to 850 mA. As a result, the surface temperature of the FET decreased by about 10 ° C. As the FET 340, a TO-220 package type was used. A heat sink for cooling the FET 340 was used.

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 transformer 350 of the negative bias circuit, the one having the configuration shown in FIGS. 7A and 7B was used as described above. The core is a EE16 core 501 of ferrite, and the auxiliary winding 351 is wound on the primary side for 5 turns, and the main winding 352 is wound for 30 turns. The secondary side was divided into four sections by partition plates 513b, 513c, and 513d, and 300 turns were used for a total of 1200 turns. A partition plate 513 a is also provided between the primary side 511 and the secondary side 512. The self-oscillation frequency of the circuit was about 90 kHz at -500 V output and about 64 kHz at -3000 V output. Since the load of the negative bias generator 270 is dominated by the current flowing through the 3 MΩ resistor 371, there is almost no variation in the current flowing through the load 156 via the 100 MΩ resistor 477.

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 transformer 450 of the positive bias generator 280, the one having the UU type ferrite core 521 shown in FIG. 8C is used, and the primary side main winding turn number 27T, the auxiliary winding is used. When the number of turns was 5T and the number of secondary turns was 2760T, a voltage applied to the load 156 of 2 kV and a current of 1 mA were obtained. Since 1 mA flows through the 3 MΩ resistor 371 at this time, the anode side potential of the diode 462 becomes −3 kV, and the boosted voltage of the boosting transformer 450 is 5 kV.

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 voltage clamp circuit 335, it becomes possible to suppress the inrush current at the time of output start-up, and the output of the step-up transformer can be increased. For example, an output of −3000 V / 1 mA is obtained from the EE16 ferrite core. This is possible with an open type transformer (non-molded transformer).

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。
Embodiment 2. FIG.
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 circuit 320 is different. That is, in FIG. 15, an NPN bipolar transistor 611 is inserted in the integrating circuit 320, the output of the operational amplifier 321 is connected to the base of the transistor 611 via the resistor 324, and the collector of the transistor 611 is connected to the 24V power source 303. The emitter is connected to one end of a resistor 326 via a resistor 612, and the other end of the resistor 326 is connected to one end of an auxiliary winding 351.

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 NPN transistor 611 is controlled by the output of the operational amplifier 321, and the current of the NPN transistor 611 is applied to the gate of the FET 340 via the auxiliary winding 351, so that feedback control of the gate voltage is performed. Done. Except for the points described above, the configuration and operation of the second embodiment are the same as those in the example of FIG.

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 circuit 320 is different. That is, in FIG. 16, a PNP bipolar transistor 621 is inserted in the integrating circuit 320, the output of the operational amplifier 321 is connected to the base of the transistor 621 through the resistor 324, and the emitter of the transistor 621 is 24V through the resistor 623. The collector is connected to one end of the resistor 326 via the resistor 622, and the other end of the resistor 326 is connected to one end of the auxiliary winding 351. A resistor 624 is connected between the base and emitter of the transistor 621.

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 operational amplifier 321, the output (reference voltage) of the filter circuit 310 is connected to the non-inverting input terminal (+), and the feedback voltage from the output voltage conversion unit 370 is input to the inverting input terminal (−). When the feedback voltage (inverted input) is lower than the reference voltage (non-inverted input), the output of the operational amplifier 321 is increased, the base current of the transistor 621 is decreased, thereby the collector current is decreased, and the gate voltage of the FET 340 is decreased. Decreases. Conversely, in a state where the feedback voltage (inverted input) is higher than the reference voltage (non-inverted input), the output of the operational amplifier 321 decreases, the base current of the transistor 621 increases, and thereby the collector current also increases. The gate potential of the FET 340 rises via the auxiliary winding 351.

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 PNP transistor 621 is controlled by the output of the operational amplifier 321, and the current of the PNP transistor 621 is applied to the gate of the FET 340 via the auxiliary winding 351, thereby performing feedback control of the gate voltage. Is called. In the configuration of FIG. 16, since the transistor 621 has a reverse polarity with respect to the transistor 611 of FIG. 15, the feedback input of the operational amplifier 321 is also reversed. Except for the above, the configuration and operation of the third embodiment are the same as those in the example of FIG.

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。
Embodiment 4 FIG.
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 voltage clamp circuit 335 is different. In FIG. 17, a Zener diode 631 having a Zener voltage of 6.2 V is connected between the gate of the FET 340 and the ground node. That is, in the example of FIG. 5, the Zener diode 336 is connected in parallel to the series circuit of the resistors 331 and 333, but in the example of FIG. 17, the Zener diode 631 is connected in parallel to the resistor 333. Therefore, the gate voltage of the FET 340 is clamped not by a value obtained by dividing the Zener voltage but by the Zener voltage itself.

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 negative bias generator 270 together with the power supplies 303 and 303 when the circuit configuration of FIG. 17 is used. The arrangement of the voltage clamp circuit 335 and the differentiation circuit 330 is reversed.
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。
Embodiment 5 FIG.
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 voltage clamp circuit 335 is different. In FIG. 19, the voltage clamp circuit 335 of FIG. 17 is configured by a series connection of a plurality of diodes. In the illustrated example, this series connection circuit is composed of ten diodes 640-649. Each of the diodes 640 to 649 has a forward drop voltage VF of 0.6 V, and a clamp voltage of 6 V is realized by connecting 10 diodes in series. The number of diodes is 10 when the forward drop voltage VF is 0.6 V, but may be increased or decreased according to the characteristics of the diode and the value of the required clamp voltage.

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 negative bias generator 270 is the same as that of FIG. 18, and the arrangement of the voltage clamp circuit 335 and the differentiation circuit 330 is reversed.

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 positive bias generator 280. In the second to fifth embodiments, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

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。
Embodiment 6 FIG.
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 resistor 333 is connected to the gate of the FET 340 and the other end is grounded. However, in FIG. 20, one end of the resistor circuit 654 formed by connecting the thermistor 651 and the 51 kΩ resistor 333 in series is the FET 340. It is connected to the gate and the other end is grounded. In comparison with FIG. 20, in FIG. 5, it can be seen that one end of a resistor circuit composed of only the resistor 333 is connected to the gate of the FET 340 and the other end is grounded. As the thermistor 651, for example, a thermistor having a negative characteristic whose resistance value decreases as shown in FIGS. In the illustrated example, the resistance value is 5 kΩ at a temperature of 25 ° C.

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 thermistor 651 is provided to compensate for the drain current change due to the temperature change of the FET 340, and is arranged so that the temperature of the thermistor 651 changes according to the temperature of the FET 340.

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 mount chip thermistor 651, as shown in FIGS. 23A and 23B, the vicinity of the ground pattern 658 on the solder surface 657 connected to the heat sink 655 on the component surface 656. The thermistor 651 is disposed on the FET 340 and the FET 340 receives heat generated by driving.

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 heat sink 655 is erected with respect to the substrate 659 and an axial type thermistor 651 is used, it is disposed near the heat sink 655 and receives heat. The configuration.

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 12V Zener diode 336 is divided by 56 kΩ resistors 331 and 333 to obtain a 6V clamp voltage. In the sixth embodiment, the Zener voltage of the 12V Zener diode 336 is The voltage is divided by a resistor 331 of 56 kΩ, a resistor circuit 654 including a resistor 333 of 51 kΩ and a thermistor 651 (5 kΩ at 25 ° C.), and the gate is clamped by the divided voltage. As a result, at 25 ° C., the gate is clamped at 6V. As shown in the table of FIG. 21, the clamp voltage at other temperatures increases as the temperature decreases.

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 FET 340 and the drain current Id is as shown in FIG. 24, and the current decreases as the temperature decreases. This makes it possible to compensate for the lack of current during startup at low temperatures. By using a thermistor, when starting at a low temperature, the clamp voltage with respect to the gate-source voltage is increased to compensate for the current shortage, and at the same time, after the FET is warmed by driving the FET, the clamp voltage is lowered to reduce the excess. The gate voltage is controlled so that no current flows.

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 voltage clamp circuit 335, and further, the voltage is divided by the resistor circuit 654 including the resistor 331 and the thermistor 651 to compensate the gate applied voltage for the temperature characteristics of the FET. The maximum output of the negative bias can be obtained from the start of the low temperature state in the environment of 10 ° C. or less, while the overcurrent can be prevented from flowing through the FET even at a high temperature. Operation is possible over a wide temperature range.

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 resistor 333 and the negative thermistor 651 is connected between the gate of the FET 340 and the ground node, but instead, the gate of the FET 340 and the other end of the auxiliary winding 351 (the differential circuit 330). A series circuit of a positive temperature coefficient thermistor and a resistor 331 may be connected between the input terminals), and only the resistor 333 may be connected between the gate of the FET 340 and the ground node. Further, a series circuit of a positive temperature coefficient thermistor and a resistor 331 is connected between the gate of the FET 340 and the other end of the auxiliary winding 351 (input terminal of the differentiation circuit 330), and a resistor 333 is connected between the gate of the FET 340 and the ground node. And a series circuit of a thermistor 651 having a negative characteristic may be connected.

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 FET 340 and the other end of the auxiliary winding 351 (the input terminal of the differentiation circuit 330), and the second resistance circuit is connected between the gate of the FET 340 and the ground node. The input voltage of the differentiation circuit 330 may be divided by the first resistance circuit and the second resistance circuit and applied to the gate of the FET 340. The configuration of FIG. 5 can be regarded as a first resistor circuit configured by only the resistor 331 in the first resistor circuit.

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 transfer roller 156 after the completion of the secondary transfer, and the toner attached to the secondary transfer roller 156 is reversely transferred to the transfer belt 141. The operation of the secondary transfer bias generator 264 in this case is the same as described above.

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)

DC電圧を負荷に印加するための高電圧発生装置であって、
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.
前記電圧クランプ回路は、
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. .
前記電圧クランプ回路は、
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.
前記電圧クランプ回路は、1又は2以上の互いに直列接続されたダイオードを含み、
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.
前記第2の抵抗回路が、温度の上昇とともに抵抗値が小さくなるサーミスタと抵抗とを含み、
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FETの温度の上昇とともに前記サーミスタの温度が上昇するように前記サーミスタが配置されていることを特徴とする請求項5に記載の高電圧発生装置。   The high voltage generator according to claim 5, wherein the thermistor is arranged so that the temperature of the thermistor increases as the temperature of the FET increases. 前記FETのドレイン・ソース間に接続された第2のコンデンサをさらに有し、
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.
請求項1乃至7のいずれかに記載の高電圧発生装置を具備することを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the high voltage generator according to claim 1. 負の高電圧を発生する第1の高電圧発生部と、
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.
請求項9に記載の高圧電源装置を具備することを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the high-voltage power supply device according to claim 9.
JP2013127125A 2013-03-29 2013-06-18 High voltage generator, high voltage power supply and image forming apparatus Expired - Fee Related JP6050725B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013127125A JP6050725B2 (en) 2013-06-18 2013-06-18 High voltage generator, high voltage power supply and image forming apparatus
US14/228,955 US20140293659A1 (en) 2013-03-29 2014-03-28 High-voltage generating apparatus, high-voltage power supply, and image forming apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013127125A JP6050725B2 (en) 2013-06-18 2013-06-18 High voltage generator, high voltage power supply and image forming apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015002642A true JP2015002642A (en) 2015-01-05
JP6050725B2 JP6050725B2 (en) 2016-12-21

Family

ID=52296862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013127125A Expired - Fee Related JP6050725B2 (en) 2013-03-29 2013-06-18 High voltage generator, high voltage power supply and image forming apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6050725B2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4813934A (en) * 1987-08-07 1989-03-21 Target Therapeutics Valved catheter device and method
US20060214514A1 (en) * 2005-03-23 2006-09-28 Chae Young-Min Apparatus to generate high voltage by digital control and method thereof
JP2012114978A (en) * 2010-11-19 2012-06-14 Canon Inc Power supply and image forming apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4813934A (en) * 1987-08-07 1989-03-21 Target Therapeutics Valved catheter device and method
US4813934B1 (en) * 1987-08-07 1992-05-12 Target Therapeutics Inc
US20060214514A1 (en) * 2005-03-23 2006-09-28 Chae Young-Min Apparatus to generate high voltage by digital control and method thereof
JP2006271195A (en) * 2005-03-23 2006-10-05 Samsung Electronics Co Ltd High-voltage generator, high-voltage generation method, asic chip, and image-forming device
JP2012114978A (en) * 2010-11-19 2012-06-14 Canon Inc Power supply and image forming apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP6050725B2 (en) 2016-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9904232B2 (en) Power supply apparatus and image forming apparatus
JP5653188B2 (en) Power supply device and image forming apparatus
US8977157B2 (en) Switching power supply
US20120134707A1 (en) Power supply system and image forming apparatus including the same
KR100605260B1 (en) Ac high voltage detecting apparatus
US20140293659A1 (en) High-voltage generating apparatus, high-voltage power supply, and image forming apparatus
US9525359B2 (en) Switching power supply apparatus and image forming apparatus
US10890855B2 (en) Power supply apparatus and image forming apparatus for determining malfunction or load abnormality
US9141019B2 (en) Power-supply device and image formation apparatus
US8280272B2 (en) High-voltage power supply of image forming apparatus
US9235184B2 (en) High-voltage power supply apparatus and image forming apparatus
US20070013409A1 (en) Digitally controlled high-voltage power supply and method therefor
JP2010158149A (en) Power supply apparatus and image forming apparatus
JP6050725B2 (en) High voltage generator, high voltage power supply and image forming apparatus
US9417594B2 (en) Voltage generating apparatus and image forming apparatus including the same
JP6448305B2 (en) Power supply device and image forming apparatus
US9450493B2 (en) Voltage generating apparatus for stably controlling voltage
US20070036576A1 (en) High voltage power supply with digital control and method of generating high voltage
US11435684B2 (en) Power supply apparatus and image forming apparatus
JP2015216734A (en) Image forming apparatus and power source device
JP5809656B2 (en) High voltage power supply device and image forming apparatus
JP2013090509A (en) Power supply device
JP3228298B2 (en) AC bias power supply
JP2020096487A (en) Image forming apparatus
US20120188798A1 (en) Switching power source and image forming apparatus having switching power source

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151215

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161031

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161108

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161125

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6050725

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees