JP2643163B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電源装置、特に複写機やレーザビームプリン
タなどの電子写真方式の画像形成装置における電源装置
に関するものである。

［従来の技術］ 複写機およびレーザビームプリンタなどの電子写真方
式の画像形成装置では、帯電器用、現像バイアス用など
の高圧の直流、原稿搬送用のモータ、シーケンス制御回
路などに給電するための低圧の直流、あるいは原稿照明
用の蛍光灯などに給電するための交流の電源が必要であ
る。

［発明が解決しようとする問題点］ 従って、この種の画像形成装置では、低圧から高圧に
わたるさまざまな電源電圧が必要であり、またそれらは
独立して安定化され、あるいはオン、オフ制御される必
要がある。このため、従来装置では第５図に示すように
商用電源などの交流入力30を主電源31によって変圧、整
流、平滑することによって24V程度の直流電圧を得、こ
の電圧をシーケンス制御回路、モータ回路などに給電す
るとともに、スイッチングコンバータなどを用いた昇圧
回路などから構成される電源部32、33に入力し、再度電
圧変換を行なう帯電器などの高圧負荷および原稿照明用
の蛍光灯などに給電していた。

以上のような構造では、変圧のためのトランスの数が
必然的に多くなり、電源部が大型化するとともに、電圧
変換を何度も行なうために電力効率がよくないという問
題があった。

また、従来では、原稿照明用などのランプの光源を、
コンバータトランスの複数の二次巻線の１つから供給す
ることは困難であった。これは、ランプの光量制御と、
他の負荷に対する給電制御を独立して行なうことが困難
であり、ランプの点灯状態により他の負荷に対する給電
が変化したり、他の負荷の制御によりランプの光量制御
が変化したりする問題があったためである。

［問題点を解決するための手段］ 以上の問題点を解決するために、本発明においては、 照明用光源及び高圧、低圧負荷に給電する電源装置に
おいて、 複数の２次巻線を有するコンバータトランスと、 上記コンバータトランスの１次側に設けられ、１次巻
線を励磁するスイッチング手段と、 上記コンバータトランスの２次巻線の１つに接続され
る上記照明用光源とこの２次巻線の間に設けられたイン
ダクタと、 上記照明用光源の両端のフィラメントの両端に設けら
れた交流バイパス用素子と、 上記照明用光源のフィラメントに流れる電流を制御し
て上記照明用光源の予熱・点灯を制御する光源制御手段
と、 を有し、上記照明用光源の点灯時の上記２次巻線から見
た負荷インピーダンスと予熱時の上記２次巻線から見た
負荷インピーダンスとの差を微小にした構成を採用し
た。

［作用］ 上記構成によれば、照明用光源の点灯時と予熱時とで
インピーダンスの変化を微小とすることにより、コンバ
ータトランスから光源に供給される電圧波形を安定化さ
せ、光源を安定して点灯させることができる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明を詳細に説
明する。

第１図は本発明を採用した電源装置の回路構成を示し
ている。図において符号１は商用交流電源、あるいは他
の変圧回路などで得られる交流電源で、この交流電源１
の出力はブリッジダイオードD6によって整流され、コン
バータトランスT1の一次巻線81に供給される。ブリッジ
ダイオードD6が出力する直流の一次巻線81に対する印加
は、トランジスタQ1によって断続される。トランジスタ
Q1のコレクタ、エミッタ回路の間には、一次巻線81と一
定の共振周波数を得るためのコンデンサC1とダンパ用の
ダイオードD1が接続されている。トランジスタQ1のベー
スは発振器およびパルス幅変調器から構成されたPWM回
路２によって制御される。このPWM回路２は後述のよう
に二次側の出力電圧に応じてトランジスタQ1の導通比率
（デューティ比）を制御することによって二次側の出力
電圧を安定化するために用いられる。

コンバータトランスT1の二次側には、４個の二次巻線
82〜85が設けられている。

二次巻線82は帯電器、あるいは現像バイアスなどを供
給するための高圧巻線で、ダイオードD2、コンデンサC2
による整流、平滑回路が接続されている。コンバータト
ランスT1の巻線の極性、およびダイオードD2の導通極性
を選択することによってこの巻線のスイッチングモード
はフライバックモードとなっている。すなわち、一次巻
線81が遮断される期間に二次巻線82に発生される電圧が
ダイオードD2を介して負荷に給電される。

二次巻線83にはダイオードD3、コンデンサC3から構成
される整流、平滑回路が接続され、直流に変換された出
力電圧はマイクロコンピュータなどのシーケンス制御部
を電源として供給される。二次巻線83の極性は二次巻線
82と逆になっており、従ってこの巻線のスイッチングモ
ードは一次側のスイッチングトランジスタと二次側の整
流ダイオードが同時に導通する、いわゆるフォワードモ
ードになっている。

二次巻線84は電圧検出用の巻線で、ダイオードD4、コ
ンデンサC4から成る整流、平滑回路が接続されている。
この巻線のスイッチングモードは二次巻線82と同じフラ
イバックモードである。整流出力は抵抗による分圧回路
などから構成された電圧検出回路３に入力され、フォト
カプラPC1を介して一次側のPWM回路２にフィードバック
される。従って、PWM回路２は電圧検出回路３によって
検出された出力電圧を一定にするようにトランジスタQ1
のデューティ比を制御する。

二次巻線85は原稿照明用の蛍光灯LA1に給電するため
のもので、二次巻線85の一端はインダクタL1を介して蛍
光灯LA1のフィラメントの一端に接続されている。二次
巻線85の他端は蛍光灯LA1の反対側のフィラメントの一
端に接続されている。蛍光灯LA1の両端のフィラメント
の両端は、それぞれ交流バイパス用のコンデンサC5、C6
によって接続されている。

蛍光灯LA1の各フィラメントの、二次巻線が接続され
るのと反対側の端子は、ブリッジダイオードD5に接続さ
れている。ブリッジダイオードD5の残りの２本の端子は
トランジタQ2のコレクタ、エミッタに接続され、エミッ
タ側が接地されている。トランジスタQ2のベースには符
号２のブロックと同様に構成されたPWM回路７が接続さ
れている。このPWM回路７はフォトダイオードPD1で検出
した原稿照明光の光量を一定にするように蛍光灯LA1の
発光制御を行なうものである。

すなわち、フォトダイオードPD1の出力は増幅器４で
所定レベルまで増幅された後、オペアンプなどから構成
された誤差増幅器６の一方の入力端に接続される。誤差
増幅器６の他方の入力にはツェナーダイオードなどを用
いて形成された基準電圧５が接続される。従って、誤差
増幅器６は増幅器４の出力と基準電圧５の誤差に対応す
る電圧をPWM回路７に入力し、トランジスタQ2の導通比
率を変化させることによって蛍光灯LA1の光量を一定に
制御する。

次に、以上の構成における動作について説明する。

第１図の交流電源１によってブリッジダイオードD6に
交流を入力し、各ブロックに電源を供給すると、ブリッ
ジダイオードD6によって整流された直流がコンバータト
ランスT1の一次巻線81とトランジスタQ1の直列接続の両
端に印加され、PWM回路２が出力するパルスによってト
ランジスタQ1がスイッチングされ、その結果コンバータ
トランスT1の一次側に交流信号が入力される。

このため、コンバータトランスT1の二次巻線82〜85に
はそれぞれ巻線比に対応した交流電圧が発生し、各整流
回路を介して、あるいはそのまま各負荷に給電される。

第２図に第１図の符号11〜13で示す接続点の電圧波形
を示す。

第２図（Ａ）はトランジスタQ1のコレクタ電圧波形で
ある。トランジスタQ1が導通している場合、コレクタ電
圧は0V、遮断されている場合にはコンバータトランスT1
の一次巻線81側から見た内部容量とコンデンサC1による
合成容量とコンバータトランスT1の一次巻線81のインダ
クタンスによる共振が発生し、図示のようなフライバッ
ク波形が得られる。

一方、第２図（Ｂ）は接続点11、13、すなわちフライ
バック巻線の出力波形で、図示のようにダイオードD2、
D3が一次側のトランジスタQ1のオフ期間に導通する、い
わゆるフライバックモードの給電が行なわれる。接続点
11、13の電圧は、トランジスタQ1がオフの期間に発生す
る一次側のフライバック電圧波形のピーク電圧に依存し
た値となる。

第２図（Ｃ）は接続点12、すなわちシーケンス制御用
のフォワードモードの巻線の出力電圧を示している。こ
の巻線では、前記のフライバック巻線と巻線の極性が逆
になっているので、一次側のスイッチングトランジスタ
がオンで、二次側の出力電圧が5Vを越える期間において
ダイオードD3が導通する、いわゆるフォワードモードの
給電が行なわれる。この場合、出力電圧はトランジスタ
Q1がオンの期間の電圧波形に依存る。

次に、第３図を参照して電圧検出回路３およびPWM回
路２のフィードバックによる出力制御について説明す
る。電圧検出が行なわれる巻線の給電モードはフライバ
ックモードである。

第３図（Ａ）はコンバータトランスT1によって発生さ
れるフライバック電圧およびフォワード電圧の変化を示
している。ここで符号V1がフォワード電圧、符号V2がフ
ライバック電圧である。フォワード電圧はブリッジダイ
オードD6が発生する直流電圧に依存し、フライバック電
圧V2はコンバータトランスT1の一次側のオン時間、すな
わちコンバータトランスT1の一次側が次に遮断されるま
でに蓄積されるエネルギーに比例する。従って、PWM回
路２によってトランジスタQ1のオン時間を徐々に小さく
していくと、第３図（Ｂ）、（Ｃ）に示すようにフォワ
ード電圧V1はほとんど変化しないが、フライバック電圧
V2はオン時間に比例して小さくなる。ただし、ある程度
以上に一次側のオン時間を小さくするとフォワード電圧
もそれに比例して低下する。この様子を第４図に示す。

第４図の横軸はコンバータトランスT1の一次側の導通
時間、縦軸は出力電圧を示している。第４図において符
号ｂまでの期間では、フライバック電圧、フォワード電
圧も共に一次側のオン時間に比例して大きくなる。しか
し、オン時間が符号ｂよりも大きい領域では、フォワー
ド電圧は一定に制御される。この電圧は前記のように一
次側の印加電圧に比例する。

次に、各電源出力の制御について説明する。

画像形成装置の主電源を投入して交流電源１をブリッ
ジダイオードD6に接続すると、この初期段階ではフォト
カプラPC1のフォトトランジスタは点灯しておらず、PWM
回路２は第４図のｄ点まで電圧を上げるようにトランジ
スタQ1を制御する。すなわち、オン時間を徐々に長くし
てゆく。第４図の符号ｄよりもオン時間が長くなると、
二次巻線84から電圧検出回路３を介して検出される電圧
がフォトカプラPC1のフォトダイオードを点灯させるに
到る値となり、出力値がPWM回路２にフィードバックさ
れる。

これによって、PWM回路２は符号ｃあるいはｄの領域
まで出力電圧を上げるようにオン時間を増加させる。こ
の段階までの出力制御は第１図に示すように二次巻線84
を用いたフライバック電圧ではなく、二次巻線83のフォ
ワード電圧でも構わない。第４図の符号ｄあるいはｃま
で電圧が立ち上がると二次巻線83に接続されたシーケン
ス制御部が電圧検出回路などの電圧検出に基づいて起動
される。ただし、二次巻線82、85などに発生される交流
出力電圧は低く抑えられ、フォワード電圧を用いたシー
ケンス制御用の電圧のみが一定値に制御される。この状
態を、装置のスタンバイ状態という。

次に、シーケンス制御部は不図示の操作部などからの
キー入力によって装置の各部を立ち上げる。シーケンス
制御部は電圧検出回路３に信号を送り、蛍光灯LA1の予
熱に必要な電圧および点灯に必要な電圧を得るようにフ
ライバック電圧を制御する。このとき電圧検出回路３の
基準値などを制御することによって、PWM回路２による
オン時間を符号ａの領域まで上昇させる。

蛍光灯LA1の制御状態は予熱状態および点灯状態に分
けられる。予熱状態ではトランジスタQ2が導通状態に制
御され、蛍光灯LA1の各フィラメントに電流が流され
る。一方、点灯状態ではトランジスタQ2を遮断し、蛍光
灯LA1の両端のフィラメント間に管電流が流される。

予熱状態では、インダクタL1を介して供給される電流
は蛍光灯LA1の両端のフィラメントとコンデンサC5、C6
を通り、ブリッジダイオードD5を介してトランジスタQ2
のコレクタ、エミッタに流れる。トランジスタQ2が導通
状態では、二次巻線85から流れる電流はインダクタL1を
通ってフィラメント間ではなく、各フィラメントに流
れ、従って蛍光灯LA1は点灯せず、予熱状態に制御され
る。

次にトランジスタQ2が遮断されるとブリッジダイオー
ドD5が遮断され、二次巻線85の出力電流はインダクタL1
を介して蛍光灯LA1の一方のフィラメントから他方のフ
ィラメントに管電流として流れる。

装置起動直後のスタンバイ状態では、蛍光灯LA1を消
灯状態に制御する。この場合、トランジスタQ2をオンに
する。スタンバイ状態では前述のように二次巻線85の出
力が小さく、トランジスタQ2を導通状態に制御しても予
熱電流は小さく抑えることができる。また、所定時間ト
ランジスタQ2を導通させた後遮断しても、二次巻線85の
出力が小さいためランプが点灯されることがない。

次に、操作部などからコピー命令などが入力された場
合には、前述のようにしてPWM回路２によってトランジ
スタQ1のオン時間を増加させ、予熱が行なえる電圧まで
二次巻線85の出力を増大させ、蛍光灯LA1の予熱を行な
う。このとき、トランジスタQ2は導通状態に制御され
る。

次に、蛍光灯LA1を点灯させるには、トランジスタQ2
を遮断する。蛍光灯LA1の点灯直後では管電流が流れな
いため、インダクタL1の両端の電圧降下はなく、蛍光灯
LA1の両端のフィラメント間に始動電圧として高電圧が
加えられ、これによって蛍光灯LA1が点灯する。蛍光灯L
A1が点灯状態となると、管電流が一方のフィラメントか
ら他方のフィラメントに流れ、インダクタL1の両端の電
圧が降下し、蛍光灯LA1のフィラメント管の電圧が安定
化される。

蛍光灯LA1が予熱状態から点灯状態に切り替わる場
合、二次巻線85から見た負荷インピーダンスはインダク
タL1とコンデンサC5、C6および蛍光灯LA1のフィラメン
トの合成インピーダンスから、インダクタL1と巻電流が
流れている状態の蛍光灯LA1の両端のインピーダンスの
合成インピーダンスへと変化する。予熱状態から点灯状
態へ変わる時、負荷インピーダンスの変化は蛍光灯LA1
と直列にインダクタL1が挿入されているため、かなり小
さくすることができる。従って、コンバータトランスT1
の一次側から見たインピーダンスの変化もかなり小さ
く、これによってフライバック波形の変化が最低限に抑
えられ、蛍光灯の点灯を安定に制御することができる。

次に、蛍光灯LA1の光量制御について述べる。蛍光灯L
A1の光量はフォトダイオードPD1によって検出され、増
幅器４で増幅され、誤差増幅器６によって基準電圧が出
力される。PWM回路７はこの誤差電圧に応じてトランジ
スタQ2のオン時間を制御する。トランジスタQ2がオンの
期間では、蛍光灯LA1の両端の電圧が低下するので、蛍
光灯LA1はトランジスタQ2がオンの期間だけ消灯する。
基準電圧５をあらかじめ一定光量が得られるように設定
しておくことにより、以上のようなフィードバックルー
プによって蛍光灯LA1の光量を一定に制御することがで
きる。また、基準電圧５を制御することによって蛍光灯
LA1の発光量を所望に制御することもできる。

以上のような蛍光灯LA1の制御を行なっても、シーケ
ンス制御回路にはフォワード電圧が印加されるので、シ
ーケンス制御回路にはほぼ一定の安定化された電源電圧
を供給することができる。また、帯電器などの負荷に対
して一定の電圧を与えるようにフライバック電圧を上昇
させても、フォワード電圧によるシーケンス電源電圧は
ほぼ一定に制御することができる。

従って、電子写真方式の画像形成装置において、低圧
から高圧の各負荷に対して共通のコンバータトランスを
用いて電源を供給することができるので、トランスの数
を減少させ、電源装置の容積、重量をかなり小さくする
ことができると共に、出力制御にシリーズレギュレータ
やチョッパ回路など効率の悪い回路を用いないので、電
力効率を低下させることがないという優れた利点があ
る。また、共通のコンバータトランスを用いて蛍光灯の
点灯制御を行なえるので、この点においても従来装置よ
りもトランス、その他の電源素子の数を減少させること
ができ、しかも上記実施例では蛍光灯と直列にインピー
ダンスを接続し、インピーダンスの変化を点灯、予熱の
各状態においてほぼ一定にすることができるので、蛍光
灯をどのような状態に制御してもコンバータトランスの
一次側から見た電圧共振の状態を変化することがなく、
フライバックモードを用いた蛍光灯を安定に点灯させる
ことができると共に、他のフライバックモードの負荷に
対する影響を小さくできるという優れた利点がある。

以上の実施例では蛍光灯と直列に挿入する交流負荷を
インダクタから構成したが、コンデンサなどを用いもよ
い。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、コンバー
タトランスの１次側に設けられ、１次巻線を励磁するス
イッチング手段、コンバータトランスの２次巻線の１つ
に接続される照明用光源とこの２次巻線の間に設けられ
たインダクタ、照明用光源の両端のフィラメントの両端
に設けられた交流バイパス用素子、照明用光源のフィラ
メントに流れる電流を制御して照明用光源の予熱・点灯
を制御する光源制御手段を設け、照明用光源の点灯時の
２次巻線から見た負荷インピーダンスと予熱時の２次巻
線から見た負荷インピーダンスとの差を微小とした構成
を採用しているので、コンバータトランスから光源に供
給される電圧波形を安定化させ、光源を安定して点灯さ
せることができる、という優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用した電源装置の構成を示した回路
図、第２図（Ａ）〜（Ｃ）、および第３図（Ａ）〜
（Ｃ）は第１図の回路における各部の電圧波形を示した
波形図、第４図は第１図の回路におけるトランス一次側
のオン時間に関連した出力電圧の変化を示した線図、第
５図は従来の電源装置を示したブロック図である。 １……交流電源、２……PWM回路 ３……電圧検出回路、４……増幅器 ５……基準電圧、６……誤差増幅器 ７……PWM回路、81……一次巻線 82〜85……二次巻線 D1〜D4……ダイオード D5、D6……ブリッジダイオード PC1……フォトカプラ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】照明用光源及び高圧、低圧負荷に給電する
   電源装置において、 複数の２次巻線を有するコンバータトランスと、 上記コンバータトランスの１次側に設けられ、１次巻線
   を励磁するスイッチング手段と、 上記コンバータトランスの２次巻線の１つに接続される
   上記照明用光源とこの２次巻線の間に設けられたインダ
   クタと、 上記照明用光源の両端のフィラメントの両端に設けられ
   た交流バイパス用素子と、 上記照明用光源のフィラメントに流れる電流を制御して
   上記照明用光源の予熱・点灯を制御する光源制御手段
   と、 を有し、上記照明用光源の点灯時の上記２次巻線から見
   た負荷インピーダンスと予熱時の上記２次巻線から見た
   負荷インピーダンスとの差を微小にしたことを特徴とす
   る電源装置。
2. 【請求項２】上記照明用光源の点灯時の上記２次巻線か
   ら見た負荷インピーダンスは、上記インダクタンスのイ
   ンピーダンスと上記交流バイパス用素子のインピーダン
   スと上記フィラメントのインピーダンスの合成インピー
   ダンスであり、予熱時の上記２次巻線から見た負荷イン
   ピーダンスは、上記インダクタンスと上記照明用光源の
   インピーダンスの合成インピーダンスであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の電源装置。