JP2020205468A - スイッチ回路、電源装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図10はCPU等の制御素子によるMOS型の電界効果トランジスタ(以下、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)という)の駆動方式の回路例を3種類示した図である。図10においてV_CPUはCPUの電源から出力された3.3Vや5Vなどの電圧である。V1は電気機器内のCPU以外で使用されるV_CPUより高い電圧を出力する電源系統の電圧である(V1>V_CPU)。V2はMOSFET Q801等によってオン/オフされる電源系統からの出力電圧である。MOSFET Q801はPch MOSFETである。MOSFET Q802、Q803はNch MOSFETである。MOSFETの駆動回路は、抵抗R801〜R806、コンデンサC801、NPNトランジスタ(以下、トランジスタ)Tr801、PNPトランジスタ(以下、トランジスタ)Tr802も有している。
図1は実施例1のスイッチ回路10の回路構成を示す図であり、電力系統のオン/オフを行ういわゆるロードスイッチの回路を示す。なお、図1には、CPUとコンデンサC102との間の経路を伝送されるパルス信号の波形も示す。スイッチ回路10は、エンハンスメント型Pch MOSFET(以下、FETとする) Q101、抵抗R101、R102、コンデンサC101、C102、ダイオードD101、D102を有している。電源V_CPUはCPUの電源であり、例えば3.3Vや5Vである。なお、電源V_CPUから出力される電圧を電圧V_CPUと表記することもある。電源V1は電子機器内のCPU以外で使用される、電圧V_CPUよりも高い電圧を出力する電源系統である(V1>V_CPU)。なお、電源V1から出力される電圧を電圧V1と表記することもある。電源V2はFET Q101によってオン/オフされる電源系統である。なお、電源V2から出力される電圧を電圧V2と表記することもある。説明の都合上、コンデンサC102において1次側と2次側を分け、図1に示す破線によって区分する。なお、コンデンサC102よりもCPU側(入力側)を1次側とする。
図2は実施例2のスイッチ回路20の回路構成を示す図である。図1がPch MOSFETを使用した例であったのに対し、図2はFET Q102としてエンハンスメント型Nch MOSFETを使用した例である。図2はいわゆるソース接地型の回路であり、背景技術で説明した図10(C)の回路に相当する使い方である。回路動作は図1と同じであるため各部品の符号等は同じものを使用している。
図3は実施例3の電源装置を示す図であり、スイッチ回路を応用した回路構成を示す図である。図3は図2のスイッチ回路20の応用例である。図3の電源装置は、高圧トランスT1、高圧コンデンサC301、ダイオードD301を有する電源100、抵抗R301、ツェナーダイオードZD301〜ZD307を有している。電源100は第1の電源として機能し、ダイオードD301及び高圧コンデンサC301は整流平滑手段として機能する。高圧トランスT1は1次巻線101及び2次巻線102を有している。ツェナーダイオードZD301〜ZD307はツェナー電圧(Vz)が例えば100Vのツェナーダイオードである。ここで第1のツェナーダイオード群はツェナーダイオードZD301、ZD302からなる。第2のツェナーダイオード群はツェナーダイオードZD303〜ZD307からなる。ツェナーダイオードZD301〜ZD307は互いのアノード端子とカソード端子とが直列に接続されている。実施例3の電源装置は高電圧を生成し、出力1と出力2と示す部分にそれぞれ一定の高電圧を出力する回路であり、CPUからの制御で出力1の電圧を変化させる機能を持つ回路である。
図4は実施例4の電源装置を示す図で、スイッチ回路を応用した回路構成を示す図であり、図2のスイッチ回路20の応用例である。図4の電源装置は、高圧トランスT2、高圧コンデンサC401、抵抗R401、ダイオードD401を有する電源200、抵抗R402、ツェナーダイオードZD401、ZD402を有している。電源200は第2の電源として機能し、ダイオードD401及び高圧コンデンサC401は整流平滑手段として機能する。ツェナーダイオード群であるツェナーダイオードZD401、ZD402はそれぞれツェナー電圧Vz=100Vのツェナーダイオードである。図4の電源装置は出力3と示す部分の電圧をCPUからの制御で−500Vと、(V_CPU)−200Vの2つの値に変化させる機能を持つ回路である。実施例3(図3)と同様に図2のスイッチ回路20に相当する部分は破線にて示しており、動作が同じであるため符号も同じものを使用している。
次に本発明の優位性を説明するため、最も簡単に本発明を使わずに同じ仕様(出力3に2値の電圧を出力する)の回路を作った場合の例を図5に示す。図4と共通する部材には同じ符号を用いている。図5に示す従来のスイッチ回路は抵抗R403、R404、FET Q401を有し、FET Q401はPch MOSFETである。出力3は負電圧であるため、MOSFETはPchを使用する必要がある。また、スイッチ回路に倍整流回路がない分、図5の方が部品点数は少ないが、FET Q401に高耐圧のPch MOSFETを使用する必要がある。Pch MOSFETは一般的にNch MOSFETよりラインナップが少ない。それは、キャリアが電子であるNch MOSFETの方が、オン抵抗が低い上にスイッチング速度も速く、需要が多いためである。さらにFET Q401はCPUによって直接駆動されるため、駆動電圧が電圧V_CPU以下である必要がある。例えば電圧V_CPUを3.3Vとすると、FET Q401として耐圧が500V以上で駆動電圧が2.5V程度の素子を選ばなければならない。これはかなり特殊な仕様であり、先述の通り高耐圧MOSFETは駆動電圧が4V以上の素子が多いため、あまり存在しないため選択肢が狭くなる。選択肢が少ないと、仮に500V耐圧2.5V駆動のPch MOSFETがあったとしても、電流容量やパッケージサイズがオーバースペックであることもあり、コストの最適化が困難である。また、基板上又はFET Q401の故障でFET Q401のゲート・ドレイン間がショートした場合には、CPUまで過電圧によって破壊されるおそれがある。
図6は実施例5の電源装置を示す図で、スイッチ回路を応用した回路構成を示す図であり、図2のスイッチ回路20の応用例であり、スイッチ回路30とする。図6において、第3の電源である電源300は、トランスT5、コンデンサC501〜C504、ダイオードD501、ツェナーダイオードZD501を有している。電源300は、FET Q501、FET Q502、バイポーラトランジスタ(以下、トランジスタとする)TR501、フォトカプラPC501、オペアンプOP501、抵抗R501〜R508を有している。抵抗R501は起動抵抗である。トランスT5はフライバックトランスである。FET Q501はデプレッション型Nch MOSFET、FET Q502はエンハンスメント型Nch MOSFETである。トランジスタTR501はバイポーラトランジスタである。
トランスT5は、1次巻線301、2次巻線302、補助巻線303を有している。トランスT5の1次巻線301は、巻き始めに起動抵抗R501を介してFET Q501のドレイン端子が接続され、巻き終わりにFET Q502のドレイン端子が接続されている。FET Q502はソース端子にコンデンサC501の低電位側が接続され、ゲート端子に補助巻線303の巻き始め側が抵抗R503、コンデンサC502を介して接続されている。FET Q502のゲート端子(制御端子)には、FET Q501のソース端子も接続されており、FET Q501を介して起動抵抗R501が接続されている。FET Q502のソース端子とゲート端子との間には抵抗R502が接続されている。また、FET Q502のゲート端子にはトランジスタTR501のコレクタ端子が接続され、ソース端子にはトランジスタTR501のエミッタ端子が接続されている。FET Q502がオン又はオフするスイッチング動作が行われることにより、2次巻線302に電圧が誘起される。
画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタを例にあげて説明する。図9に電子写真方式のプリンタの一例であるレーザビームプリンタの概略構成を示す。レーザビームプリンタ1300は、露光装置1313(露光手段)、静電潜像が形成される感光体としての感光ドラム1311、感光ドラム1311を一様に帯電する帯電部1317(帯電手段)を備えている。レーザビームプリンタ1300は、感光ドラム1311に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部1312(現像手段)を備えている。そして、感光ドラム1311に現像されたトナー像をカセット1316から供給された記録媒体としてのシート(不図示)に転写部1318(転写手段)によって転写して、シートに転写したトナー像を定着器1314で定着してトレイ1315に排出する。この感光ドラム1311、帯電部1317、現像部1312、転写部1318が画像形成部である。また、レーザビームプリンタ1300は、電源装置1400を備えている。上述したように、電源装置1400は、画像形成装置の各部材に高電圧又は低電圧を供給する。なお、電源装置1400を適用可能な画像形成装置は、図9に例示したものに限定されず、例えば複数の画像形成部を備える画像形成装置であってもよい。更に、感光ドラム1311上のトナー像を中間転写ベルトに転写する1次転写部と、中間転写ベルト上のトナー像をシートに転写する2次転写部を備える画像形成装置であってもよい。
D101、D102 ダイオード
Q102 MOSFET
Claims (14)
- 制御手段から出力されたパルス信号が入力される第1のコンデンサと、
少なくとも第1のダイオード及び第2のダイオードを有し、前記第1のコンデンサから入力された電圧を整流し、前記パルス信号のピーク電圧よりも高い第1の電圧を生成する整流回路と、
第1の端子、第2の端子及び第3の端子を有し、前記第1の端子と前記第2の端子との間に前記整流回路により生成された前記第1の電圧が印加される第1のスイッチ素子と、
を備えることを特徴とするスイッチ回路。 - 前記第1のスイッチ素子は、MOS型の電界効果トランジスタであり、
前記第1の端子はゲート端子であり、前記第2の端子はソース端子であり、前記第3の端子はドレイン端子であることを特徴とする請求項1に記載のスイッチ回路。 - 前記第1のスイッチ素子は、バイポーラトランジスタであり、
前記第1の端子はベース端子であり、前記第2の端子はエミッタ端子であり、前記第3の端子はコレクタ端子であることを特徴とする請求項1に記載のスイッチ回路。 - 前記第1のコンデンサの前記パルス信号が入力される側に接続されたインダクタと、
前記インダクタに流れる電流を前記第1のコンデンサに供給又は遮断する第2のスイッチ素子と、
を備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のスイッチ回路。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のスイッチ回路と、
前記第1のスイッチ素子をオン又はオフする前記制御手段と、
1次巻線及び2次巻線を有するトランスと、前記2次巻線に接続された整流平滑手段とを有する第1の電源と、
前記整流平滑手段に接続された、複数のツェナーダイオードを含む第1のツェナーダイオード群と、
複数のツェナーダイオードを含み、前記第1のツェナーダイオード群に直列に接続された第2のツェナーダイオード群と、
を備え、
前記第3の端子は前記第1の電源と前記第1のツェナーダイオード群のカソード端子との第1の接続点に接続され、前記第1の接続点から第1の出力電圧を出力し、
前記第2の端子は前記第1のツェナーダイオード群と前記第2のツェナーダイオード群との第2の接続点に接続され、前記第2の接続点から第2の出力電圧を出力することを特徴とする電源装置。 - 前記制御手段は、前記第1のスイッチ手段をオンにすることにより前記第1の出力電圧を前記第2の出力電圧と略同じ電位とし、前記第1のスイッチ手段をオフにすることにより前記第1の出力電圧を前記第2の出力電圧よりも高い電位とするように制御することを特徴とする請求項5に記載の電源装置。
- 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のスイッチ回路と、
1次巻線及び2次巻線を有するトランスと、前記2次巻線に接続された整流平滑手段とを有する第2の電源と、
前記整流平滑手段に接続された複数のツェナーダイオードを含むツェナーダイオード群と、
を備え、
前記第2の端子は前記ツェナーダイオード群のカソード端子に接続され、前記ツェナーダイオード群のアノード端子と前記第2の電源との接続点から第3の出力電圧を出力することを特徴とする電源装置。 - 前記第3の端子に前記ピーク電圧と略同電位の第2の電圧が供給され、
前記制御手段は、前記第1のスイッチ手段をオンにすることにより前記第2の電圧から前記ツェナーダイオード群の合計のツェナー電圧を減じた電圧を前記第3の出力電圧とするように制御し、前記第1のスイッチ手段をオフにすることにより前記第2の電源から出力された電圧を前記第3の出力電圧とするように制御することを特徴とする請求項7に記載の電源装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のスイッチ回路と、
1次巻線及び2次巻線を有するトランスと、前記1次巻線に直列に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を開始させるための起動抵抗と、を有する第3の電源と、
を備え、
前記起動抵抗は、一端に前記1次巻線の巻き始めが接続され、他端に前記第3の端子が接続され、
前記第2の端子は、前記スイッチング素子の制御端子に接続されていることを特徴とする電源装置。 - 前記制御手段は、前記第3の電源の起動時に前記第1のスイッチ手段をオンにし、前記第3の電源が起動した後は前記第1のスイッチ手段をオフにするように制御することを特徴とする請求項9に記載の電源装置。
- 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のスイッチ回路と、
交流電源の交流電圧を直流電圧に変換し、第1の負荷に供給する第4の電源と、
前記交流電圧を直流電圧に変換し、第2の負荷に供給する第5の電源と、
を備え、
前記第2の端子に前記交流電源が接続され、前記第3の端子に前記第4の電源が接続されていることを特徴とする電源装置。 - 前記制御手段は、前記第1のスイッチ手段をオンにすることにより前記第4の電源から前記第1の負荷に電力を供給する第1の状態とし、前記第1のスイッチ手段をオフにすることにより前記第4の電源から前記第1の負荷への電力の供給を遮断し前記第1の状態よりも消費する電力が低い第2の状態とするように制御することを特徴とする請求項11に記載の電源装置。
- 感光体と、
前記感光体を帯電する帯電手段と、
前記感光体に形成された静電潜像にトナー像を形成する現像手段と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
請求項5から請求項12のいずれか1項に記載の電源装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 画像形成を行うときの画像形成モードと、前記画像形成モードよりも消費する電力を低下させる省電力モードとで稼動することが可能な画像形成装置であって、
感光体と、
前記感光体を帯電する帯電手段と、
前記感光体に形成された静電潜像にトナー像を形成する現像手段と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
請求項12に記載の電源装置と、
を備え、
前記電源装置は、前記画像形成モードでは前記第1の状態で動作し、前記省電力モードでは前記第2の状態で動作することを特徴とする画像形成装置。
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