JP3260776B2 - 画像形成装置の電源回路 - Google Patents

画像形成装置の電源回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子写真式のプリンタ
ー・複写機等、画像形成装置の現像器に現像バイアス用
交流を供給する画像形成装置の電源回路に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、画像形成装置の帯電用高圧電源や
現像バイアス用電源は、シーケンス制御用の低電圧電源
(通常24V)を入力とするコンバータ回路で構成され
ていた。そしてコンバータトランス及びその駆動回路等
の周辺回路が増えて、複写機、プリンター装置全体のコ
ストアップ、大型化・重量アップを招いていた。
【0003】この為、出願人等は1個のコンバータトラ
ンスの二次側に、シーケンス制御用の低圧巻線(24V
巻線、5V巻線)、帯電用高圧巻線、現像バイアス用巻
線、露光用の蛍光灯駆動巻線等の複数巻線を設けて、一
括して制御する複合電源方式を提案し、小型化、コスト
ダウンをはかってきた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の複合電源方
式に於ても、現像バイアス用の交流電源は、シーケンス
制御用の低圧電源からDC−ACコンバータで発生させ
るしかなく、低周波(1KHz〜3KHz)で高圧(1
KVpp〜3KVpp)を必要とするため、コンバータ
トランスの大型化、駆動回路の大電力化を招いていた。
【0005】この発明は、上記従来技術の問題点を解消
するために成されたもので、交流バイアス発生用に専用
のコンバータトランスを備えることなく現像器用のバイ
アス電源を発生供給することができ、かつ出力の制御が
できる画像形成装置の電源回路を提供することを目的と
するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】このため、この発明に係
る画像形成装置の電源回路は、二次側に帯電用高圧巻
線、現像バイアス用巻線および前記巻線以外の巻線を有
する高周波コンバータトランスと、前記現像バイアス用
巻線の一端をグランドに所定の低周波で短絡する第1の
スイッチと、現像バイアス用巻線の他端の出力を整流す
る整流素子と、前記第1のスイッチと逆位相低周波で前
記整流素子からの出力をグランドに短絡する第2のスイ
ッチを備え、前記第1のスイッチおよび第2のスイッチ
オンオフ制御することによって得られる出力を負荷の
現像器に給電することを特徴とする構成によって、前記
目的を達成しようとするものである。
【0007】また、この発明に係る画像形成装置の電源
回路は、基準クロック周波数を周波数F1にカウントダ
ウンする第1のカウンタと、該第1のカウンタの出力を
周波数F2にカウントダウンしかつ所定のデューティ比
を有する低周波信号を生成する第2のカウンタと、前記
第1のカウンタ出力周波数F1を基本周波数とするパル
ス幅変調駆動回路と、該パルス幅変調駆動回路によって
一次側を駆動され二次側に少なくともシーケンス制御用
低圧巻線、負荷現像器へ給電する帯電用高圧巻線および
現像バイアス用巻線を有する高周波コンバータトランス
と、前記現像バイアス用巻線出力を整流する整流回路
と、該整流回路の出力をグランドに短絡する電子スイッ
チと、前記整流回路の出力を検出する第1電圧検出回路
と、前記現像バイアス用巻線以外の巻線の出力を検出す
る第2電圧検出回路と、前記第1及び第2電圧検出回路
の出力を時分割に切換えて導出するアナログスイッチと
を備え、前記アナログスイッチから切換えて出力される
前記第1及び第2電圧検出回路の検出出力に基づいて前
記パルス幅変調駆動回路と前記電子スイッチを独立に制
御する制御手段とを備えたことを特徴とする構成によっ
て、前記の目的を達成しようとするものである。
【0008】
【0009】
【実施例】以下、本発明に係る画像形成装置の電源回路
を実施例により説明する。図1は、本発明の第1実施例
の構成を示すブロック図であリ、図2は第1実施例の電
圧波形図である。
【0010】T1は電圧共振型の高周波コンバータトラ
ンス(以下コンバータトランスという)で、二次側に帯
電用高圧巻線L2、シーケンス制御用5V巻線L3、シ
ーケンス制御用24V巻線L5、露光蛍光灯用巻線L
4、現像バイアス用巻線L6を備えている。高周波コン
バータトランスT1の一次側には、商用ライン入力を整
流スタックD11で整流しスイッチング素子(FET)
Q1で高周波スイッチングしながら印加する。24V巻
線L3の整流出力は、抵抗R1,R2で所定値に分圧さ
れた後、コンパレータ6で基準電源E2と比較される。
コンパレータ6の出力は、フォトカプラー5で電気的絶
縁して信号結合した後、シャントレギュレータを有する
制御手段1を介して、スイッチング素子駆動回路2に入
力される。
【0011】スイッチング素子駆動回路2は、繰返し周
波数F1が200KHzを中心として、オフタイムを一
定にしたまま、入力レベルに応じて周波数制御される。
この周波数制御によって、24V出力は商用ライン入力
や負荷の変動があっても安定に保持される。オフタイム
は、コンバータトランスT1の一次側のインダクタン
ス、等価分布容量、共振コンデンサC4によって決定さ
れる。
【0012】二次巻線の極性は、蛍光灯巻線L4を除い
てスイッチング素子Q1がオフのタイミングで整流ダイ
オードD3がオンするように選ばれるので、各整流出力
も24V出力と同様に安定化される。
【0013】現像バイアス用巻線L6の一端は第1のス
イッチS1によりグランドに短絡され、現像バイアス用
巻線L6の他端は整流回路を構成するダイオードD2に
より整流され結合用のコンデンサC3を経て出力端子P
2より負荷の現像器(図示せず)に出力される。また整
流回路出力は第2のスイッチS2によりグランドに短絡
される構成となっている。
【0014】低周波発振回路21は、現像の最適周波数
1200Hzの繰返し周波数の方形波を出力する。この
出力でスイッチS1を、そして同出力の反転出力でスイ
ッチS2を制御する。
【0015】次に図2を参照して第1実施例の動作につ
いて説明する。なお図2に示す(イ)はスイッチング素
子駆動回路2の出力波形、同図(ロ)は低周波発振回路
21の出力波形、同図(ハ)は整流回路(ダイオードD
2カソード)出力波形を示す。
【0016】スイッチS1オン、S2オフのタイミング
期間に、図2に示すように、出力端子P2に接続される
負荷容量をコンデンサC3を介して充電する。そして逆
に、スイッチS1オフ、S2オンのタイミング期間に、
負荷容量を放電する。
【0017】出力端子P2には、高抵抗R3を介して直
流バイアスE1が接続されており、整流回路のダイオー
ドD2のカソードに得られた交流バイアスに重畳され
る。
【0018】上記の構成と制御により、交流バイアスは
専用のトランスからでなく、複数種類の二次側巻線を有
するコンバータトランスT1の現像バイアス用巻線L6
の出力から交流バイアスを形成することができる。また
制御装置1、低周波発振回路21の制御により所定の出
力、出力波形に制御することができる。
【0019】次に、この発明の第2実施例を説明する。
図3は第2実施例のブロック図、図4は同電圧波形図で
あり、現像バイアスの交流振幅を安定化した例である。
なお第1実施例と同一または相当部分は同一符号で示し
重複説明を省略する。
【0020】1は制御手段であり、マイクロコンピュー
ター(以下CPUと記す)およびメモリー等の周辺機器
をも内部に含むものである。そして実施例の電源装置の
制御と共に、図示してないプリンター(複写機)本体の
シーケンスコントローラーとバスライン或いは通信ポー
トで接続され、シーケンス信号の授受をも行う。
【0021】6は第1のカウンタであり、制御手段1の
CPUの基準クロックをF1(200Kz)にカウント
ダウンする。第2のカウンタ7は、第1のカウンタ6の
出力を入力して繰返し周波数F2(1.2Kz)、デュ
ーティ比1:1の低周波信号を作りだす。高周波コンバ
ータトランスT1の一次側のスイッチング素子Q1(F
ET)は、スイッチング素子駆動回路2によって制御さ
れる。スイッチング素子駆動回路2の出力は、繰返し周
波数F1で、そのパルス幅は制御手段1によって制御さ
れる。
【0022】コンバータトランスT1の交流バイアス用
巻線L6の出力は、同巻線L6の一端をグランドに短絡
するダイオードQ3がオンになると整流回路のダイオー
ドD2で整流された後、図4の(ハ)に示すように、出
力端子P2に接続された負荷容量を充電していく。出力
端子P2の出力電圧は、抵抗R21,R22で構成した
電圧検出回路4で所定比に分圧されコンパレータ3に入
力される。コンパレータ3は、該電圧検出出力と基準電
圧E3を比較して、比較結果を制御手段1に出力する。
出力端子P2の出力が所定レベルV1に達すると、トラ
ンジスタQ3は遮断される。トランジスタQ3がオフし
て、出力端子P2出力が放電によって閾値を割るとコン
パレータ3が反転してトランジスタQ3が再びオンし
て、負荷容量の充電が開始される。
【0023】上記整流回路の出力をグランドに短絡する
電子スイッチである高耐圧のトランジスタQ2は、図4
の(ロ)および(ハ)に示すように第2のカウンタ出力
と同期してオンオフされる。そして電子スイッチQ2が
オン時はQ3はオフされる。
【0024】周波数F1,F2、スイッチング素子駆動
回路のパルス幅変調,電子スイッチ駆動信号パルス幅等
は、あらかじめ制御手段1を構成するCPU内の記憶装
置ROMに記憶されているデータに基づいて決定され、
制御される構成となっている。
【0025】上記の構成と制御により、第1実施例と同
様効果を有すると共に、負荷の状況に合致させた出力制
御が、より容易に実行できる。
【0026】次に、この発明の第3実施例を説明する。
図5は、第3実施例のブロック図であり、第2実施例と
同一または相当部分は同一符号で示し重複説明を省略す
る。
【0027】第3実施例の特徴は、第1実施例のシーケ
ンス電源(+24V)の検出用の基準電圧E2、および
第2実施例の現像交流バイアス振幅検出用の基準電圧E
3を制御手段1のCPUで制御するようにした構成であ
る。即ち基準電圧E2,E3に対応する出力信号を交互
にCPUより出力してD/Aコンバータ5でアナログに
変換しコンパレータ3に入力する。
【0028】コンパレータ3のエラー入力には、シーケ
ンス制御用巻線L5の整流出力、即ち、シーケンス電源
出力を抵抗R23,R24で構成した電圧検出回路から
の検出出力と、交流バイアス用巻線L6の整流出力、即
ち現像交流バイアスの電圧検出回路4からの検出出力
を、前記基準電圧E2,E3の入力切換に同期させてア
ナログスイッチ8で時分割切換えして入力する。そして
コンパレータ3の比較出力を制御手段1に入力し、制御
手段1は同入力と制御プログラムに基づいてスイッチン
グ素子駆動回路、電子スイッチQ2、トランジスタQ3
を制御する。
【0029】上記の構成と制御によって、1個のコンパ
レータ3でコンバータトランスT1の一次側の制御(シ
ーケンス電源制御)と、二次側の整流出力(現像交流バ
イアス)の制御が可能となる。また図示してないが、同
様に5V出力、帯電用高圧出力、蛍光灯駆動出力等も、
検出出力をアナログスイッチで時分割で切換えて、コン
パレータに入力することによって一次側と独立に、各出
力を個別に安定化制御することが可能となる。
【0030】第3実施例では、電子スイッチQ3は高耐
圧のPNPトランジスタであるため、コレクタ、エミッ
タ間の耐圧はNPNトランジスタに比較して相当低下す
る。これを救うため実施例では、現像バイアス用巻線L
6の出力を、コンデンサC6、ダイオードD1,D2で
倍電圧整流している。
【0031】またコストおよびスペース節減のために、
コンバータトランス一次側のスイッチング素子駆動回路
2、二次側の帯電用高圧、現像バイアス等の個別制御、
画像形成装置のモータ・ソレノイド等のシーケンス制御
等の諸機能を制御手段1としてワンチップに集積して構
成してある。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
下記の効果を有する画像形成装置の電源回路を提供する
ことができる。
【0033】1.低周波で高圧出力を要求されるため、
比較的大型となっていた専用の現像交流バイアス用昇圧
トランスを必要とせず、帯電用、シーケンス制御用、露
光蛍光灯用電源と共用のトランスから交流バイアス用電
圧を出力できる。
【0034】2.制御回路をコンパレータやスイッチン
グ素子駆動PWM回路等の最小限の回路を除いて、ディ
ジタル化することによって回路規模を小さくすることが
でき、コンバータトランスの一次側制御、二次側の帯電
用高圧・現像バイアス等の個別制御、モーター・ソレノ
イド等のシーケンス制御等の諸機能を1チップに集積す
ることができ、コストやスペースの面で集積化の効果を
最大限に発揮できる。
【0035】3.現像交流バイアス出力を含むコンバー
タ二次側各出力の周波数、振幅、出力DCレベル、デュ
ーティ、コンバータトランスの駆動周波数、負荷電流の
リミッタの閾値等を制御手段CPUのプログラミングに
よって容易に設定変更することができる。
【0036】4.各制御出力のオーバーシュートやリッ
プルを少なくするための、高精度で複雑な制御をコスト
やスペースを殆ど増やすことなく実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施例のブロック図である。
【図2】 第1実施例の電圧波形図である。
【図3】 第2実施例のブロック図である。
【図4】 第2実施例の電圧波形図である。
【図5】 第3実施例のブロック図である。
【符号の説明】
D2 整流回路を形成するダイオード L2 帯電用高圧巻線 L6 現像バイアス用巻線 P2 出力端子 Q2 電子スイッチ S1 第1のスイッチ回路を構成するスイッチ S2 第2のスイッチ回路を構成するスイッチ T1 高周波コンバータトランス 1 制御手段 2 スイッチング素子駆動回路 3 コンパレータ 4 電圧検出回路 6 第1のカウンタ 7 第2のカウンタ なお、図中、同一符号は同一または相当する部分を示
す。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 15/06 G03G 15/08 G03G 15/02 H02M 3/28 H02M 3/335

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二次側に帯電用高圧巻線、現像バイアス
    用巻線および前記巻線以外の巻線を有する高周波コンバ
    ータトランスと、前記現像バイアス用巻線の一端をグラ
    ンドに所定の低周波で短絡する第1のスイッチと、現像
    バイアス用巻線の他端の出力を整流する整流素子と、前
    記第1のスイッチと逆位相低周波で前記整流素子からの
    出力をグランドに短絡する第2のスイッチを備え、前記
    第1のスイッチおよび第2のスイッチをオンオフ制御す
    ることによって得られる出力を負荷の現像器に給電する
    ことを特徴とする画像形成装置の電源回路。
  2. 【請求項2】 さらに、前記高周波コンバータトランス
    は電圧共振型の高周波コンバータトランスであり、二次
    側巻線のフライバック出力電圧を検出する電圧検出回路
    を有し、該電圧検出回路の検出値が一定になるよう一次
    側の通電量を制御する制御手段を有することを特徴とす
    る請求項1記載の画像形成装置の電源回路。
  3. 【請求項3】 前記現像バイアス用巻線の整流出力を検
    出する電圧検出回路と、該電圧検出回路の検出出力を所
    定値と比較するコンパレータと、該コンパレータからの
    出力により前記第1及び第2のスイッチを制御する制御
    手段を有することを特徴とする請求項1または2記載の
    画像形成装置の電源回路。
  4. 【請求項4】 現像バイアス用巻線の整流回路は、倍電
    圧整流回路を有することを特徴とする請求項1ないし3
    のいずれかに記載の画像形成装置の電源回路。
  5. 【請求項5】 さらに、基準クロック周波数を周波数F
    1にカウントダウンする第1のカウンタと、該第1のカ
    ウンタの出力を周波数F2にカウントダウンしかつ所定
    のデューティ比を有する低周波信号を生成する第2のカ
    ウンタと、前記第1のカウンタ出力周波数F1を基本周
    波数とし、前記高周波コンバータトランスの一次側を駆
    動するパルス幅変調駆動回路と、前記現像バイアス用巻
    線以外の二次側巻線の出力電圧を検出する第1電圧検出
    回路と、前記現像バイアス用巻線の整流出力を検出する
    第2電圧検出回路と、前記第1及び第2電圧検出回路の
    検出出力を時分割に切換えて導出するアナログスイッチ
    とを備え、前記アナログスイッチから切換えて出力さ
    る前記第1及び第2電圧検出回路の検出出力に基づいて
    前記パルス幅変調駆動回路と前記第1及び第2のスイッ
    チを独立に制御する制御手段とを備えたことを特徴とす
    る請求項1記載の画像形成装置の電源回路
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