JP2723263B2 - 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、特に交流、直流の重畳された高圧
を出力する電源装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、電子写真方式のプリンタ、複写機など各種
の画像形成装置が知られている。この種の装置では、帯
電工程、現像工程などに、直流、交流、あるいは交直重
畳の高電圧が必要である。特に、現像器に与えられる現
像バイアスは、交直重畳の高電圧で、従来では、現像バ
イアス用電源は低周波の交流出力用昇圧トランスと、こ
のトランスに結合され前記交流出力に直流電圧を重畳す
るためのDC/DCインバータによって構成されることが多
かった。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記従来構成では、現像バイアスの交流成分
を発生させる低周波の交流用昇圧トランスが大型になる
こと、またそのバイアスの交流成分の周波数が可聴帯域
であるために少なからずノイズを発し、これを小さくす
ることが非常に難しいという問題があった。また、デュ
ーティ比を50％から大幅に変えようとしてもトランスの
偏磁のために不可能であるなどの欠点があった。

本発明の課題は、以上の問題に鑑み、低周波の交流昇
圧トランスを除去し、低周波でしかも可変デューティー
比の交流成分を重畳させた交直重畳の電源電圧を発生す
る電源装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 以上の課題を解決するために、本発明においては、交
流、直流の重畳された高圧を出力する電源装置におい
て、低周波発振器と、高周波発振器と、前記低周波発振
器の出力により高周波発振器の出力を変調する振幅変調
器と、この振幅変調器の出力に応じて一次側の低圧直流
入力を制御される変圧器と、この変圧器の出力を整流す
る整流器と、この整流器の出力点と接地電位の間を前記
低周波発振器の出力信号に同期して断続するスイッチ手
段と、このスイッチ手段と前記整流器の接続点に発生す
る交流電圧を所定の直流レベルにクランプした後負荷に
給電するクランプ回路からなる構成を採用した。

［作 用］ 以上の構成によれば、変圧器は高周波発振器の出力に
よって断続的に励振されるため、従来のような低周波用
の昇圧トランスを用いる必要がない。

［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図に本発明を採用した電源装置の回路構成の一例
を、第２図に第１図の回路の各部の信号波形を示す。

第１図において符号１、２はそれぞれ矩形波の低圧交
流を発生する発振器で、発振器１は周波数1800Hz、デュ
ーティ比20％の矩形波（第２図（ａ））を、また発振器
２は周波数50kHz、デューティ比50％の矩形波（第２図
（ｂ））の信号を発生する。

発振器２の出力は変調器３に入力され、発振器１の出
力信号によりほぼ100％振幅変調される。変調器３は、
その出力信号によりトランジスタQ1を介して昇圧トラン
スT1の一次巻線への低圧電源電圧＋Vccの印加を制御す
る。

昇圧トランスT1の２次側には、整流用のダイオードD
1、放電用抵抗R1を介してコンデンサC1、ダイオードD
2、直流電源５からなる直流成分重畳のためのクランプ
回路が接続されている。クランプ出力は端子P1から出力
される。また、抵抗R1とクランプ用コンデンサC1の接続
点はリレー、アナログスイッチなどからなるスイッチ４
により接地できるようになっている。なお、昇圧トラン
スT1、整流ダイオードD1の接続方式は図示のようにフラ
イバック方式である。

スイッチ４は第２図（ｃ）に示されるように、発振器
１のローレベル出力、すなわち、トランジスタQ1および
昇圧トランスT1の遮断に同期して導通する。

トランジスタQ1が50kHzで駆動している期間では、ク
ランプ用ダイオードD1のカソードには＋V1が得られ、ク
ランプ用コンデンサC1で平滑されるため、スイッチ４の
出力は第２図（ｃ）に示すようになる。ここで得られた
出力はコンデンサC1で出力端子P1に接続されるが、ダイ
オードD2が正方向のピーク時に導通して−VEの出力電圧
を有するクランプ用の直流電源５にクランプされるた
め、端子P1には出力振幅V1、正方向のピーク値が−VEの
出力が得られる。

この出力は、第２図（ｄ）に示すようにマイナスの直
流電圧−VEと1800Hz、電圧V1の矩形波交流を重畳したも
ので、電子写真方式の現像バイアスとして使用される。

以上の構成によれば、コンバータトランスT1は高周波
駆動されるため、従来のように低周波駆動が可能な大型
なトランスを用いる必要がなく、電源部を小型軽量に構
成することができ、またノイズ対策も容易である。

第１図、第２図では最も基本的な構成を示したが、第
３図以降に示すような各種の変形例が可能である。以
下、第３図以降の実施例を説明するが、上記実施例と同
一または相当する構成には同一符号を用い、その詳細な
説明は省略する。

第１図では、出力の安定化のための構成を示していな
いが、第３図では、出力交流成分の振幅を所定値に安定
化するために、高周波の発振器２をPWM回路（パルス幅
変調器）７に置き換えている。PWM回路７は第１図の発
振器２の発生周波数である50kHz近傍の交流信号を出力
する。

第３図では、スイッチ４の出力電圧（V1）を抵抗R2、
R3、ダイオードD3、D2によって分圧・整流平滑して誤差
増幅器６で端子P2に外部から入力された所定の出力振幅
に相当する基準電圧値と比較してPWM回路７のパルス幅
を制御している。

このような構成によれば、昇圧トランスT1の駆動デュ
ーティ比を出力電圧に応じて調節し、常時一定の交流成
分の振幅を得ることができる。その他の構成は第１図と
同じである。

第４図は第３図の実施例と同様に出力の振幅を所定値
に安定化したものであるが、PWM回路を用いる代わりに
誤差増幅器６の出力電圧を昇圧トランスT1の入力電圧と
し、昇圧トランスT1の供給電圧を制御している。このよ
うな構成によっても交流成分の振幅を制御できる。その
他の構成は第３図と同じである。なお、ここでは誤差増
幅器６の出力端子を直接昇圧トランスに接続している
が、この間に電圧増幅器、レベルシフト回路、その他の
回路が挿入されていてもよいのはもちろんである。

第５図はスイッチ４として高耐圧のトランジスタQ2を
用いた例である。トランジスタQ2のベースにはバイアス
用の抵抗R5、R5′が接続されている。発振器１の出力は
インバータ７′を介して抵抗R5、R5′からなるバイアス
回路に入力される。ここではトランジスタを例示した
が、高耐圧のFETも全く同じ回路でスイッチ４として用
いることができる。その他の構成は第３図と同じであ
る。

第６図は、第５図の構成を変形し、出力の振幅を所定
値に安定化するためにスイッチ４のトランジスタQ2のベ
ース電流を制御した例である。

第６図では誤差増幅器６の出力は抵抗R6を介して、ま
たインバータ７′の出力はダイオードD4、抵抗R5を介し
てトランジスタQ2のベースで加算されている。このよう
な構成では、第２図（ａ）の発振器１の出力が低レベル
のタイミングにおいては、ダイオードD4はPWM回路７の
出力を優先させ、ダイオードD4、抵抗R5を介してトラン
ジスタQ2にベース電流を流し、誤差増幅器６の出力レベ
ルのいかんに関わらずトランジスタQ2を導通にして、そ
のコレクタ電圧を０に保つ。一方、第２図（ａ）の高レ
ベルのタイミングではダイオードD4は遮断状態になるの
で、トランジスタQ2のベース電流は誤差増幅器６の出力
によって制御され、抵抗R1の電位降下によって交流成分
の出力振幅は一定に保たれる。このような構成によって
も交流成分の安定化が可能である。

第７図はクランプ用の直流電源５をスイッチ４の出力
から作り出した例である。ここでは、振幅検出回路の一
部、すなわち抵抗R2、ダイオードD3の接続点の電圧をダ
イオードD4、D5、コンデンサC3、C4からなる倍電圧整流
回路に入力し、クランプ用の電源電圧−VEを得ている。
このような構成により別電減を用いる必要なく簡単安価
に電源部を構成できる。また、すでに安定化された交流
成分を用いて直流成分を生成しているため、別の安定化
回路を用いる必要なく容易に交流および直流成分の安定
化が可能である。

第８図では、昇圧トランスT1の二次側の出力をコンデ
ンサC5、ダイオードD1、D6により倍電圧整流して交流成
分の電圧V1を発生させている。フィードバック系の構造
は第７図と同じである。このような構成によれば、昇圧
トランスT1の耐圧を小さくすることができるため、より
構成が簡単安価になる。

低周波を発生させる発振器１としては公知の回路構成
を用いることができるが、たとえば、第９図に示すよう
な構成を用いることもできる。第９図に発振器は帰還時
定数として抵抗R7、コンデンサC6を有するオペアンプ70
により構成されており、オペアンプ70の出力端子の波形
は図示のような矩形波であるが、抵抗R7、コンデンサC6
の接続点は図示のような３角波である。この３角波信号
を取り出し、コンパレータ80により端子P3から入力され
た基準電圧（直流）を比較することによりコンパレータ
80の出力に基準電圧に応じた任意のデューティ比の矩形
波を出力することができる。従って、このような構成に
より、従来不可能であった電子写真方式の画像形成装置
の現像バイアスの交流成分のデューティ比を任意に制御
することが可能となる。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、交流、直
流の重畳された高圧を出力する電源装置において、低周
波発振器と、高周波発振器と、前記低周波発振器の出力
により高周波発振器の出力を変調する振幅変調器と、こ
の振幅変調器の出力に応じて一次側の低圧直流入力を制
御される変圧器と、この変圧器の出力を整流する整流器
と、この整流器の出力点と接地電位の間を前記低周波発
振器の出力信号に同期して断続するスイッチ手段と、こ
のスイッチ手段と前記整流器の接続点に発生する交流電
圧を所定の直流レベルにクランプした後負荷に給電する
クランプ回路からなる構成を採用しているので、変圧器
は高周波発振器の出力によって断続的に励振されるた
め、従来のような低周波用の昇圧トランスを用いる必要
がなく、電源部の構成を簡単安価かつ小型軽量にでき信
頼性を向上できるとともに、輻射ノイズの対策も容易と
なり、従来不可能であった低周波交流出力のデューティ
比の任意の制御が行なえるなど、種々の利点を有する。

【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す回路
図、第２図（ａ）〜（ｄ）は第１図の装置の各部の電圧
波形を示す波形図、第３図以降は第１図の基本構成の変
形例を示す回路図で、第３図はコンバータトランス一次
側のPWM制御による出力振幅安定化例を示す回路図、第
４図はコンバータトランス一次側のシリーズ制御による
出力振幅安定化例を示す回路図、第５図は第１図のスイ
ッチ回路の具体例を示す回路図、第６図は高耐圧トラン
ジスタのベース電流制御による出力振幅安定化例を示す
回路図、第７図はクランプ用電源の具体例を示す回路
図、第８図はコンバータトランジスタの二次側出力回路
の例を示す回路図、第９図は可変デューティ比の低周波
発振器の具体例を示す回路図である。 １……発振器、２……発振器 ３……変調器、４……スイッチ ５……電源、６……誤差増幅器 ７……PWM回路、80……コンパレータ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流、直流の重畳された高圧を出力する電
   源装置において、低周波発振器と、高周波発振器と、前
   記低周波発振器の出力により高周波発振器の出力を変調
   する振幅変調器と、この振幅変調器の出力に応じて一次
   側の低圧直流入力を制御される変圧器と、この変圧器の
   出力を整流する整流器と、この整流器の出力点と接地電
   位の間を前記低周波発振器の出力信号に同期して断続す
   るスイッチ手段と、このスイッチ手段と前記整流器の接
   続点に発生する交流電圧を所定の直流レベルにクランプ
   した後負荷に給電するクランプ回路からなることを特徴
   とする電源装置。