JP2796292B2 - 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、特に電子写真方式の画像形成装置
における高圧及び低圧の負荷に給電を行う電源装置に関
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、シーケンス制御回路、原稿搬送
用のモータ、その他の回路に給電する5V、12V、24V程度
の定圧電源と帯電器、現像器、あるいは原稿照明用の蛍
光灯などに給電するためのキロボルト単位の高圧電源が
必要となる。 ［発明が解決しようとする問題点］ 従来装置では、上記の各種の電源を構成するため、交
流電源から低圧の安定化された直流電圧を取り出して低
圧の負荷に給電すると共に、これを再度DC−DCインバー
タ回路などを用いて昇圧し、高圧負荷に給電する回路を
用いている。このような構成をとるのは、帯電器、現像
器などに給電する高圧出力は画像形成プロセスに応じて
オン、オフあるいは出力制御を行わなければならず、各
々の負荷に対する給電制御は独立して行なわなければな
らないからである。 単一のコンバータトランスの２次側に低圧および高圧
の出力巻線を設けて低圧、高圧の負荷に給電することも
考えられなくはないが高圧出力をトランジスタなどの電
気的なスイッチング手段によって制御することは非常に
困難であり、少なくとも低圧および高圧の電源部は独立
して構成しなければならなかった。 従って、従来の画像形成装置では昇圧トランスの数が
多くコスト高であり、また電源部の専有面積や重量が増
大するという問題があった。 ［問題点を解決するための手段］ 上記の問題を解決するため、本発明においては、 高圧及び低圧の複数の負荷に直流給電を行う電源装置
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、上記コ
ンバータトランスの１次巻線を励振するスイッチング手
段と、 低圧負荷へ直流を供給するため、上記複数の２次巻線
の少なくとも１つに接続され、上記スイッチング手段が
導通したときに導通する第１の整流手段を有する少なく
とも１つの低圧用電源回路と、 高圧負荷へ直流を供給するため、上記複数の２次巻線
の少なくとも１つに接続され、上記スイッチング手段が
遮断したときに導通する第２の整流手段を有する少なく
とも１つの高圧用電源回路と、 を有する構成を採用した。 ［作用］ 上記構成によれば、スイッチング手段が導通したとき
に低圧電源回路の整流手段が導通し（フォワードモー
ド）、かつスイッチング手段が遮断しているときに高圧
電源回路の整流手段が導通するよう動作する（フライバ
ックモード）。すなわち、装置を高圧を供給するフライ
バックコンバータと見ると、その１次側のスイッチング
手段のデューティを変えてもフォワード巻線の出力が変
化しないことを利用して、低圧電源の電圧を一定に保ち
つつ、高圧電源の電圧を可変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構成を示してい
る。本実施例では単一のコンバータトランスT1に高圧お
よび低圧用の複数の２次巻線を設け、各巻線から装置の
高圧および低圧の複数の負荷に給電する。トランスT1の
１次巻線L1にはターミナルP1,P2に入力される交流電圧
をダイオード、コンデンサなどから構成された整流・平
滑回路１によって交換された直流電圧が、入力される。
１次巻線L1に対する入力電圧の印加は、トランジスタQ1
によって制御される。トランジスタQ1のコレクタ、エミ
ッタ間には共振用のコンデンサC2が接続されている。ト
ランジスタQ1の通電比率はスイッチングレギュレータ２
によって制御される。スイッチングレギュレータ２は２
次巻線L2に発生される電力によって給電を受ける。２次
巻線L2の一端は１次巻線L1の共通電位に接続され、他端
には抵抗R3,ダイオードD1から成る整流回路が接続され
る。ダイオードD1の出力は１次巻線L1の入力電圧を分圧
する抵抗R1,コンデンサC2の接続点に入力される。スイ
ッチングレギュレータ２は抵抗R1,コンデンサC1の接続
点に発生する電圧によって立ち上がり時に駆動され、出
力が安定した後に２次巻線L2の整流出力によって動作す
る。 また、スイッチングレギュレータ２は後述のシャント
レギュレータ７の出力に応じてトランジスタQ1のベース
を制御する。シャントレギュレータ７とスイッチングレ
グレータ２はフォトカプラ３によって絶縁されている。
フォトカプラ３のフォトトランジスタのコレクタ、エミ
ッタはスイッチングレギュレータ２に接続され、エミッ
タは抵抗R2によって１次巻線の共通電位に接続されてい
る。 トランスT1にはさらに符号L3〜L9で示される２次巻線
が複数設けられており、この巻線比は必要な電圧に応じ
て設定される。また、各２次巻線の極性はその巻きはじ
めを図中の黒丸に示すように設定されている。 ２次巻線L3は現像器に対する交流、直流を重畳した現
像バイアスを供給するためのもので、−の直流電圧を発
生する回路および高圧の交流を発生する回路に接続され
る。２次巻線L3の一端は図示のように設置され、この電
位が共通電位となっている。共通電位の上側に示された
回路は−の直流電圧を発生する回路で、ダイオードD2,
コンデンサC5による整流・平滑回路、シリーズレギュレ
ータ4,抵抗R4,コンデンサC4によるフィルタ回路から構
成される。抵抗R4の一端には出力用のターミナルP11が
接続され、ここにはコンデンサC3を介して共通電位ライ
ンの下側に示された回路によって発生された高圧の交流
信号が結合される。 また、２次巻線L3の出力はダイオードD3,D4,コンデン
サC6,C7によって倍電圧整流された後、抵抗R5を介して
トランジスタQ2のコレクタに接続される。このトランジ
スタQ2は発振回路５の出力によってスイッチングされ、
この結果トランジスタQ2のコレクタに高圧の交流出力が
発生する。この交流はコンデンサC3を介して前記の直流
電圧に重畳され、現像器に印加される。以上の現像バイ
アス発生において、直流成分は約−600V、トランジスタ
Q2が発生する交流信号は約1.2KVである。トランジスタQ
2のスイッチング周波数は約1800Hz,発振波形は矩形波そ
の他の波形が用いられる。 ２次巻線L4,L5はそれぞれ24V,12Vの低圧の負荷に給電
するためのもので、それぞれ抵抗R6,R7,ダイオードD5,D
6,コンデンサC8,C9から成る整流・平滑回路を有してい
る。整流・平滑された直流電圧はターミナルP3,P4およ
びP5,P6を介してそれぞれの負荷に給電される。24Vの負
荷としては、電源投入時から常時通電が必要な定着ヒー
タ制御部、操作部、冷却ファンのモータなどが考えられ
る。また、12Vの負荷としては表示ランプなどが考えら
れる。 ２次巻線L6も抵抗R8,ダイオードD7およびコンデンサC
10から成る整流・平滑回路を有し、さらに安定化のため
のシリーズレギュレータ６を有している。安定化後の出
力電圧は5Vに設定されており、この5Vの出力電圧はター
ミナルP7,P8を介してマイクロプロセッサ、メモリなど
から構成されたシーケンス制御部に給電される。 以上の２次巻線L4〜L6はそれぞれ、トランス１次側の
スイッチングトランジスタQ1が導通した際にダイオード
D5〜D7が導通するようにフォワードモードで制御される
ため、その出力電圧は１次巻線の両端に印加されるライ
ン入力の整流電圧に比例することになり、トランジスタ
Q1の通電比率とは無関係になる。 ２次巻線L7は画像形成プロセスを制御するため、スタ
ンバイ中は5V、画像形成動作中は24Vの直流電圧を出力
するために設けられたものである。２次巻線L7にはダイ
オードD8,コンデンサC12から構成された整流・平滑回路
が設けられ、ターミナルP9からの出力電圧はシャントレ
ギュレータ７によって制御される。シャントレギュレー
タ７はターミナルP10から入力された制御信号によって
アナログスイッチ８を介して制御され、出力端子P9の発
生電圧をスタンバイ中は5V、画像形成期間では24Vに切
り換える。シャントレギュレータ７の動作はフォトカプ
ラ３によってトランス１次側のスイッチングレギュレー
タ２に伝達される。 ２次巻線L8は転写帯電器その他の帯電器に帯電電流を
印加するためのもので、同じくダイオードD9,コンデン
サC13から成る整流・平滑回路および抵抗R9による放電
抵抗と接続されている。出力電圧はターミナルP12から
出力される。帯電電流は検出抵抗R10で検出され、この
検出値に応じてシリーズレギュレータ９が２次巻線L8の
一端を制御し、帯電電流が所望に制御される。 さらに、２次巻線L9は原稿照明用の蛍光灯11を点灯す
るためのもので、安定器10を介して蛍光灯11に対して給
電を行う。蛍光灯11を余熱するか、あるいは点灯させる
かは蛍光灯11のフィラメントの一端をダイオードブリッ
ジ12、トランジスタQ3によって制御することにより切り
換えられる。トランジスタQ3はターミナルP13から入力
される制御信号によって制御される。 ２次巻線L3,L7,L8はそれぞれの巻線に接続された整流
ダイオードが、１次側のスイッチングトランジスタQ1が
遮断した際に導通するフライバックモードで動作するよ
うに巻線の極性が選択されている。特に、２次巻線L7の
出力状態はフォトカプラ３によって１次側にフィードバ
ックされており、この出力状態に応じてトランスT1の励
振状態が制御される。 以上の構成において、シーケンス制御用の低圧電源は
それぞれトランス１次側のスイッチングトランジスタの
導通時に同時に整流ダイオードが導通して平滑コンデン
サを充電し、負荷に給電するフォワードモードで動作
し、一方、高圧の２次巻線はスイッチングトランジスタ
の遮断時に整流ダイオードを導通して平滑コンデンサを
充電し、負荷に給電するようになっている。 従って、ターミナルP1,P2に交流電圧を入力し、スイ
ッチングトランジスタQ1を励振させ、各１次巻線に出力
を発生させた場合、スイッチングトランジスタQ1の導通
時には入力される整流・平滑出力電圧が１次巻線に印加
され、２次側には各々の巻線比に応じて昇圧または降圧
された電圧が発生される。従って、スイッチングトラン
ジスタQ1の導通時の２次側の整流出力は負荷の状態に応
じて左右され、スイッチングトランジスタの導通比率が
変わっても大きな影響を受けない。すなわち、巻線L4〜
L6のフォワード巻線の出力は降圧負荷に給電を行う２次
巻線L7,L8,L3の負荷状態が変化しても大きな影響を受け
ない。従って、低圧負荷に影響を与えることなく高圧側
の出力を制御することができる。 電源投入と同時に不図示の画像形成機構はスタンバイ
状態に入り、シーケンス制御用の制御回路はターミナル
P7,P8から制御される電源電圧によって動作を開始す
る。 スタンバイ状態では、シーケンス制御用のモータ、ク
ラッチ、ソレノイドなどの電力消費の多い負荷、および
帯電、露光、現像用の各負荷は休止している。この休止
状態では、シリーズレギュレータ4,発振回路5,シリーズ
レギュレータ９によって現像器、帯電器などの高圧負荷
に対する給電が停止されている。 また、シャントレギュレータ７はスタンバイ状態で5V
の出力電圧をターミナルP9から出力するように動作して
おり、この動作状態はフォトカプラ３を介してスイッチ
ングレギュレータ２にフィードバックされる。 スイッチングレギュレータ２は２次側の高圧負荷が休
止しているため、スイッチングトランジスタQ1の通電比
率を非常に小さく制御する。このため、通電比率に比例
して発生されるフライバック電圧も非常に低い電圧とな
り、この結果、高圧出力電圧はフライバック巻線から供
給されているため、画像形成動作中の20〜30％以下に低
下し、感光ドラムに全く影響を与えない電圧となる。こ
のような低圧の出力電圧では、帯電器、現像器にはほと
んど負荷電流が流れず、画像形成プロセスに影響を与え
ることがない。 次に画像形成状態に入ると、アナログスイッチ８を介
してシャントレギュレータ７がターミナルP9から動作中
を示す24Vの電圧が出力されるようになる。シャントレ
ギュレータ７の動作はフォトカプラ３を介してスイッチ
ングレギュレータ２にフィードバックされ、この結果ス
イッチングトランジスタQ1の通電比率が増加される。こ
れは、感光ドラムの回転、光学系の移動などの各種の画
像形成プロセスが開始され、トランスの負荷電流が増え
るためである。 スイッチングレギュレータ２は画像形成期間において
トランスT1のフライバック電圧が一定になるように通電
比率を制御する。このため、フライバック巻線から構成
された巻線L3,L7,L8には所定の降圧が発生し、この出力
電圧を用いて現像器、帯電器にたいする給電を行うこと
ができる。この状態では、トランスT1のフライバック電
圧が一定になるように通電比率が制御されるが、この制
御によって、フォワード巻線から構成された２次巻線L4
〜L6に接続された低圧の負荷電圧は影響をほとんど受け
ない。 以上のように、第１図の構成によれば、単一のコンバ
ータトランスとを用いて低圧から高圧の種々の電圧を供
給でき、しかも接続される負荷に互いに影響を与えるこ
となく独立して負荷の制御を行うことができる。 第１図の構成では、シャントレギュレータに電圧を供
給するため巻線L7を設けているが、第２図のようにシャ
ントレギュレータを帯電器に給電するための巻線L8に接
続してもよい。第２図では、シャントレギュレータ７は
巻線L8の出力を分圧する抵抗R10の一端に接続される。
シャントレギュレータ７にはフォトカプラ３およびアナ
ログスイッチ８が第１図と同様に接続される。第２図の
構成でも、画像形成時と待機時で帯電電流を切り換える
が、帯電器の電圧および電流特性（負荷特性）のため
に、電圧4kV以下では帯電電流が流れないので、4kV以下
での出力制御が不可能になる。このため、待機時に所定
の出力を確保するため、フォトカプラ３の出力フォトト
ランジスタ両端の抵抗R23を接続してある。 第２図の構成によれば、巻線を１つ減少させることが
でき、トランスT1を小型・軽量化できる。 さらに、第３図に示すように巻線L7の他第１図の巻線
L3,L5,L6を省略することができる。 第３図では、巻線L8にシャントレギュレータ７周辺の
回路を接続すると共に、抵抗R21、R22で分圧した電圧を
現像バイアスを形成するためのスイッチングレギュレー
タ４、および現像バイアスの交流成分を形成するための
トランジスタQ2に供給する。トランジスタQ2のベースは
第１図、第２図と同様に、発振器５によって駆動され
る。 また、5Vないし12Vの低圧出力は、巻線L4の整流出力
をスイッチングレギュレータ21によって電圧変換するこ
とで形成できる。 ［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、低
圧負荷へ直流を供給するため、複数の２次巻線の少なく
とも１つに接続され、スイッチング手段が導通したとき
に導通する第１の整流手段を有する少なくとも１つの低
圧用電源回路と、高圧負荷へ直流を供給するため、複数
の２次巻線の少なくとも１つに接続され、スイッチング
手段が遮断したときに導通する第２の整流手段を有する
少なくとも１つの高圧用電源回路とを設けており、スイ
ッチング手段が導通したときに低圧電源回路の整流手段
が導通し（フォワードモード）、かつスイッチング手段
が遮断しているときに高圧電源回路の整流手段が導通す
るようになっている（フライバックモード）。すなわ
ち、装置を高圧を供給するフライバックコンバータと見
ると、その１次側のスイッチング手段のデューティを変
えてもフォワード巻線の出力が変化しないことを利用し
て、低圧電源の電圧を一定に保ちつつ、高圧電源の電圧
を可変させることができ、単一のコンバータトランスか
ら高圧及び低圧の電源を取り出せ、しかも、高圧負荷、
低圧負荷に互いに影響を与えることなく、独立して制御
す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一実施例を示した
回路図、第２図および第３図はそれぞれ第１図の構成の
変形例を示した回路図である。 １……整流・平滑回路 ２……スイッチングレギュレータ ３……フォトカプラ 4,6,9……シリーズレギュレータ ５……発振器 ７……シャントレギュレータ ８……アナログスイッチ 10……安定器、11……蛍光灯 T1……トランス

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．高圧及び低圧の複数の負荷に直流給電を行う電源装
   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、上記コン
   バータトランスの１次巻線を励振するスイッチング手段
   と、 低圧負荷へ直流を供給するため、上記複数の２次巻線の
   少なくとも１つに接続され、上記スイッチング手段が導
   通したときに導通する第１の整流手段を有する少なくと
   も１つの低圧用電源回路と、 高圧負荷へ直流を供給するため、上記複数の２次巻線の
   少なくとも１つに接続され、上記スイッチング手段が遮
   断したときに導通する第２の整流手段を有する少なくと
   も１つの高圧用電源回路と、 を有することを特徴とする電源装置。