JP2838712B2 - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特に電子写真式のプリンタや複写機の現像
器、帯電器、除電器、転写器等の高圧用の電源装置に関
するものである。
〔従来の技術〕
従来、定電圧出力タイプの電源と定電流出力タイプの
電源は各々単独の電源を用いるのが一般的であり、両方
のモードを切り換えて制御することは非常に困難であっ
た。また、定電流出力タイプの電源の場合、負荷インピ
ーダンスの広範囲にわたる変動に対して、過電圧あるい
は低電圧になり過ぎ、それぞれリークを起こしたり、電
子写真式の複写機においては現像不良、帯電不良、転写
不良、除電不良などを起こしていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の電源装置にあっては、上記のように定電圧モー
ドと定電流モードの切り換え制御が困難であり、また、
広範囲の負荷変動に対して適正な定電圧制御及び定電流
制御を行うことができないという問題点があった。
本発明は、このような問題点に着目してなされたもの
で、定電圧モードと定電流モードの切り換え制御が容易
で、広範囲の負荷変動に対しても適正な定電圧制御及び
定電流制御を行うことができる電源装置を得ることを目
的としている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の電源装置は以下のように構成したものであ
る。
(a)出力極性の異なる第1、第2のDC−DCコンバータ
を直列接続して正負の可変出力を発生させて負荷に出力
する電源装置において、上記負荷への出力電圧を検出す
る電圧検出回路と、上記負荷への出力電流を検出する電
流検出回路と、上記電圧検出回路により検出された電圧
を過電圧リミッタ設定用基準値及び低電圧リミッタ設定
用基準値と比較する第1の比較回路と、上記電流検出回
路により検出された電流を定電流設定用基準値と比較す
る第2の比較回路と、上記過電圧リミッタ設定用基準
値、上記低電圧リミッタ設定用基準値、上記定電流設定
用基準値をそれぞれ入力する入力端子と、上記第1、第
2の比較回路の比較結果に従って、上記第1、第2のDC
−DCコンバータの動作を制御する制御回路とを有し、上
記入力端子に入力される過電圧リミッタ設定用基準値、
低電圧リミッタ設定用基準値、定電流設定用基準値に応
じて上記電源回路の制御モードが定電流モードか定電圧
モードに切り替わり、かつ上記電源回路の出力の極性が
切り替わるようにした。
(b)上記第1のDC−DCコンバータは出力可変であり、
上記第2のDC−DCコンバータは出力は出力固定であるよ
うにした。
(c)上記電流検出回路の検出入力は、上記第2のDC−
DCコンバータの2次巻線とグランドとの間に接続した電
流検出用抵抗の端子電圧とし、上記電圧検出回路の検出
入力は、上記電源回路の出力電圧と上記電流検出用抵抗
の端子電圧との差電圧を分圧した電圧とした。
(d)上記出力電流検出回路の入力側とグランドあるい
は直流電源との間に電圧制限素子を接続した。
〔作用〕
本発明の電源装置においては、上記(a)の構成によ
り定電圧モードと定電流モードの切り換えが容易で、且
つ過電圧及び低電圧の限度が設定されるので、各々のモ
ードで適正な制御が行われる。
また、(b)あるいは(c),(d)の構成とするこ
とにより、電圧検出の際の誤差が補正される。
〔実施例〕
第1図は本発明の第1実施例を示す回路図である。図
において、1,2は出力極性の異なる二つの直列接続され
たDC−DCコンバータで、一方のコンバータ1は略0〜1.
8KVの出力可変のタイプ、他方のコンバータ2は略−700
Vの出力固定のタイプとなっており、出力端子P1から−5
00V〜+1000Vの正負の可変出力を取り出せるようになっ
ている。T1,T2は各コンバータ1,2の駆動トランスで、
一次巻線Nf1,Nf2の一端は+Vccの直流電源、他端はス
イッチングトランジスタTr1,Tr2にそれぞれ接続され、
二次巻線Ns1,Ns2には整流用ダイオードD1,D2と平滑用
コンデンサC1,C2が接続されている。3,4はそれぞれ上
記トランジスタTr1,Tr2のオン,オフを制御するPWM回
路及び発振回路、5は上記出力端子P1に接続された負
荷、6は出力電圧検出回路として設けられたオペアンプ
(演算増幅器)、7は出力電流検出回路として設けられ
たオペアンプで、この電流検出用のオペアンプ7の検出
入力はグランドとDC−DCコンバータ2の二次巻線Ns2
の間に接続した電流検出用抵抗R1の端子電圧となってお
り、また電圧検出用のオペアンプ6の検出入力は負荷5
への出力電圧V0と上記電流検出用抵抗R1の端子電圧の差
電圧を抵抗R2とR3で分圧した電圧となっている。8はオ
ペアンプ7の出力を反転させるためのオペアンプ、9,10
はそれぞれ入力端子P2,P3を通して過電圧リミッタ設定
用基準電圧V1,低電圧リミッタ設定用基準電圧V2が入力
されるオペアンプで、各々コンパレータ11,12と共に過
電圧リミッタ回路及び低電圧リミッタ回路を構成してお
り、上記オペアンプ6の検出出力はコンパレータ11と12
でそれぞれ過電圧リミッタ設定用基準値(電圧)及び低
電圧リミッタ設定用基準値(電圧)と比較される。13は
誤差増幅器として設けられたオペアンプで、上記オペア
ンプ7の検出出力を入力端子P4からの定電流設定用基準
電圧V3と比較する。14はコンパレータ11の出力を増幅す
るオペアンプ、ZD1は出力電流検出用のオペアンプ7の
入力側とグランドとの間に接続された電圧制限用のツェ
ナーダイオードで、この電圧制限素子は直流電源との間
に接続しても良い。
次に動作について説明する。
負荷5に与えられる出力電圧V0及び出力電流I0は、各
々の検出回路により検出されて基準値と比較され、その
比較結果に従ってDC−DCコンバータ1,2が制御される。
その際、負荷5に流れる出力電流I0はDC−DCコンバータ
2とグランド間に挿入された電流検出用抵抗R1によって
検出され、その検出電圧Vf1はFET入力のオペアンプ7の
ボルテージフォロワーによって高入力インピーダンスで
検出される。この検出電圧Vf1は、オペアンプ13で基準
電圧V3と比較された後、PWM回路3でパルス幅制御され
て、DC−DCコンバータ1の出力を変化させる。
一方、負荷5に印加される出力電圧V0は、抵抗R2,R3
によって分割比mに分割される。ここで、出力電流の誤
差を生じないように、抵抗R2,R3は出力端子P1とグラン
ド間でなく、出力端子P1と電流検出点(イ)との間に接
続されているので、抵抗R2とR3の接続点の電圧VAは、VA
=Vf1+(V0−Vf1)/mとなる。m>>1とすると、上記
電圧VAはVA=Vf1+Vo/mとなる。そして、この電圧VAはF
ET入力のオペアンプ6のボルテージフォロワーによって
高入力インピーダンスで検出される。
また、上記電流検出用のオペアンプ7の出力電圧の一
部はオペアンプ8で反転され、このオペアンプ8の出力
に−Vf1が得られる。この出力−Vf1はオペアンプ9,10に
入力されるが、オペアンプ9には端子P2を介して過電圧
リミッタ設定用基準電圧V1が入力されており、オペアン
プ9の出力にVf1−V2が得られる。また、オペアンプ10
には端子P3を介して低電圧リミッタ設定用基準電圧V2
入力されており、オペアンプ10の出力にVf1−V3が得ら
れる。そして、これらのオペアンプ9,10の出力はそれぞ
れオープンコレクタ出力タイプのコンパレータ11,12に
入力され、コンパレータ11は上記オペアンプ6の出力V0
/m+Vf1とオペアンプ9の出力−V1+Vf1とを比較する。
この時、もしV0/mが−V1より大きくなるとコンパレータ
11の出力は零電位となり、オペアンプ14の出力を最大に
してPWM回路3の出力を零にし、DC−DCコンバータ1の
出力を遮断する。また、V0/mが−V1より小さい時はコン
パレータ11の出力は開放で、+Vccとなり、オペアンプ1
4の出力を最低レベルにする。このため、PWM回路3は、
オペアンプ14の影響を受けなくなり、オペアンプ13の出
力によって制御される定電流モードとなる。
また、コンパレータ12はオペアンプ6の出力V0/m+V
f1とオペアンプ10の出力−V2+Vf1とを比較する。この
時、もしV0/mが−V2より小さくなるとコンパレータ12の
出力は零電位となり、オペアンプ13の出力を最低にして
PWM回路3の出力のパルス幅を最大にし、DC−DCコンバ
ータ1の出力を増加させる。逆に、V0/mが−V2より大き
い時は、コンパレータ12の出力は開放となるので、オペ
アンプ13の動作に影響を与えなくなる。
第2図は上述の制御による出力の電流・電圧特性を示
す図で、定電流モードA,Bと定電圧モードC,Dの4種の制
御モードの場合を示しており、これらのモードは例えば
表1に示すように各基準値V1,V2,V3が設定される。
定電圧モードC,Dの時、過電圧リミッタ設定用基準電
圧V1は、定電圧設定値に、低電圧リミッタ設定用基準電
圧V2は定電圧設定値より多少低めにそれぞれ設定してお
き、コンパレータ11のみ動作するようにしておく。この
モードの場合、出力端子P1に接続された負荷5のインピ
ーダンスが所定値より小さくなると、検出電圧Vf1が大
きくなってオペアンプ6の入力V0/m+Vf1の値が該オペ
アンプ6の入力の許容範囲を越え、定電圧検出に誤差を
生じる。しかし、この時定電圧ダイオードZD1は上記負
荷インピーダンスが小さくなってもオペアンプ6の入力
が許容範囲を越えないように入力Vf1の値を制限する。
このため、誤検出をすることがない。
このように、正負の領域で定電圧モードと定電流モー
ドを自由に設定でき、両者の切り換え制御も容易で、広
範囲の負荷変動に対しても適正な定電圧制御及び定電流
制御を行うことができる。そして、定電圧モードの時に
負荷インピーダンスが小さすぎて電圧検出出力がオペア
ンプ入力の許容範囲を越えても、上述のように誤検出す
ることがない。また、正の出力の時、負の固定出力のDC
−DCコンバータ2は遮断されるので、正の可変出力のDC
−DCコンバータ1のダイナミックレンジを小さくするこ
とができる。
第3図は本発明の第2実施例を示す構成図である。こ
の実施例は、出力電圧検出回路(オペアンプ6)及び出
力電流検出回路(オペアンプ7)の検出出力を各々の設
定用基準電圧V1〜V3と比較した結果に従って、一方に出
力可変のDC−DCコンバータ1を制御し、他方の出力固定
のDC−DCコンバータ2を予めマイクロコンピュータに組
み込まれたプログラムに従って制御するようにしたもの
である。図中、15はCPUを内蔵した複写機等のシーケン
スコントロール用のマイクロコンピュータで、上記プロ
グラムが組み込まれている。16はマイクロコンピュータ
15のデジタル出力信号をアナログ信号に変換するD/Aコ
ンバータである。
マイクロコンピュータ15は図外の種々のセンサやキー
スイッチからの信号を入力し、内蔵されたプログラムに
従ってモータ、ソレノイド、ランプ、電源等のシーケン
ス制御を行う。その際、端子P5にマイクロコンピュータ
15のリセット時及び負電圧出力時(モードD)以外は例
えば高レベルの制御電圧V4を出力し、不図示のDC−DCコ
ンバータ2の出力を遮断する。なお、この制御電圧V4
D/Aコンバータ16を介さずにマイクロコンピュータ15のI
/Oポートから直接出力するようにしてもよい。
また、第4図は本発明の第3実施例を示す回路構成図
である。上記第2実施例では制御電圧V4をマイクロコン
ピュータ15あるいはD/Aコンバータ16から出力したが、
本実施例では基準電圧V1を所定値と比較するコンパレー
タ17から端子P5に制御電圧V4を出力している。そして、
第2実施例と同様、この制御電圧V4によってDC−DCコン
バータ2の駆動をトランジスタTr3を介して制御してい
る。すなわち、出力電圧V0が負になるように基準電圧V1
の値が設定されると、コンパレータ17の出力は低レベル
となり、トランジスタTr3はオフとなる。これにより、D
C−DCコンバータ2は発振回路4によって動作する。ま
た、出力電圧V0が正になるように基準電圧V1の値が設定
されると、コンパレータ17の出力は高レベルとなり、ト
ランジスタTr3はオンとなる。これにより、DC−DCコン
バータ2は遮断される。
ここで、上述の第2,第3実施例においては、マイクロ
コンピュータ15を用いて各設定用基準電圧V1〜V3の値を
シーケンスタイミングに応じて設定するだけで、定電圧
モードと定電流モードを自由に選択して設定することが
できる。
第5図は上記マイクロコンピュータ15を用いた制御動
作の概略の流れを示したものである。
電源オンの制御がスタートすると、ステップS1で定電
圧と定電流の各制御モードが判定され、定電圧モードで
あればステップS3で設定用基準電圧V1が出力されると共
に、ステップS3で前述の制御電圧V4が出力される。ま
た、定電圧モードであればステップS4で各設定用基準電
圧V2,V3が出力される。そして、これらの基準電圧が各
検出電圧と比較され、その比較結果に従ってDC−DCコン
バータ1,2が駆動される。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば、正負の領域で定電圧
モードと定電流モードを自由に設定でき、その切り換え
制御も容易で、広範囲の負荷変動に対しても適正な定電
圧制御を行うことができるという効果がある。また、電
圧制御素子を検出回路に接続することで定電圧モード時
の負荷インピーダンス変動による誤検出をなくすことが
でき、マイクロコンピュータの制御により簡単に定電圧
モードと定電圧モードを選択することができるという効
果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を示す回路図、第2図は各
出力モードにおける電流・電圧の関係を示す特性図、第
3図は本発明の第2実施例を示す構成図、第4図は本発
明の第3実施例を示す回路構成図、第5図はマイクロコ
ンピュータによる制御動作の概略の流れを示すフローチ
ャートである。 1……出力可変のDC−DCコンバータ 2……出力固定のDC−DCコンバータ 5……負荷 6……オペアンプ(出力電圧検出回路) 7……オペアンプ(出力電流検出回路) 11,12……コンパレータ 13,14……オペアンプ

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】出力極性の異なる第1、第2のDC−DCコン
    バータを直列接続して正負の可変出力を発生させて負荷
    に出力する電源装置において、 上記負荷への出力電圧を検出する電圧検出回路と、 上記負荷への出力電流を検出する電流検出回路と、 上記電圧検出回路により検出された電圧を過電圧リミッ
    タ設定用基準値及び低電圧リミッタ設定用基準値と比較
    する第1の比較回路と、 上記電流検出回路により検出された電流を定電流設定用
    基準値と比較する第2の比較回路と、 上記過電圧リミッタ設定用基準値、上記低電圧リミッタ
    設定用基準値、上記定電流設定用基準値をそれぞれ入力
    する入力端子と、 上記第1、第2の比較回路の比較結果に従って、上記第
    1、第2のDC−DCコンバータの動作を制御する制御回路
    とを有し、 上記入力端子に入力される過電圧リミッタ設定用基準
    値、低電圧リミッタ設定用基準値、定電流設定用基準値
    に応じて上記電源回路の制御モードが定電流モードが定
    電圧モードに切り替わり、かつ上記電源回路の出力の極
    性が切り替わることを特徴とする電源装置。
  2. 【請求項2】上記第1のDC−DCコンバータは出力可変で
    あり、上記第2のDC−DCコンバータは出力は出力固定で
    あることを特徴とする請求項1記載の電源装置。
  3. 【請求項3】上記電流検出回路の検出入力は、上記第2
    のDC−DCコンバータの2次巻線とグランドとの間に接続
    した電流検出用抵抗の端子電圧とし、上記電圧検出回路
    の検出入力は、上記電源回路の出力電圧と上記電流検出
    用抵抗の端子電圧との差電圧を分圧した電圧としたこと
    を特徴とする請求項1または2記載の電源装置。
  4. 【請求項4】上記出力電流検出回路の入力側とグランド
    あるいは直流電源との間に電圧制限素子を接続したこと
    を特徴とする請求項1ないし3何れか記載の電源装置。
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