JP3570246B2 - 高圧電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真装置の感光体などに電位を供給する高圧電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の高圧電源装置は図7に示すように構成されていた。図7において1は直流電源であり、この直流電源1には高圧トランス2の一次巻線3とスイッチング素子5が直列に接続され、このスイッチング素子5のドライブ側には制御、駆動回路6が接続されており、上記一次巻線3に交流電圧を供給している。上記高圧トランス2の一次巻線3に供給された交流電圧は上記高圧トランス2の二次巻線4に昇圧され、二次巻線4に接続されるダイオード7とコンデンサ8と抵抗11により構成される整流、平滑及び放電回路により直流高電圧が得られる。
【0003】
更には、上記高圧トランス2の二次巻線4の低電位側と第一の基準電源10との間又は接地等の安定電位との間に電流検出抵抗9を接続し、この電流検出抵抗9に発生した電圧を一次側の制御、駆動回路6に帰還するように構成し、上記高圧電源装置の出力に接続される負荷12に流れる電流I0と電流検出抵抗9に流れる電流I1は等しく、電流検出抵抗9に発生した電圧を一定に保つように制御され、高圧電源装置の出力は定電流制御される。
【0004】
このような定電流の高圧電源装置の場合、高圧電源装置の出力に接続される負荷12が無負荷となると電流検出抵抗9に流れる電流I1も無くなるため、最大出力が発生するように制御され、図8に示すように高圧電源装置の出力は発生し得る最大電圧まで上昇する。
【0005】
上記のような高圧電源装置において、定電流制御と同時に軽負荷時の電圧抑制などの定電圧制御を行う場合について従来の高圧電源装置での回路例を図9、図11により説明する。
【0006】
図9は図7の高圧電源装置の高圧トランスに電圧検出巻線を付加したものである。図9において、上記図7の高圧電源装置の高圧トランス2に電圧検出巻線20を付加し、同二次巻線4に発生する交流電圧に比例した交流電圧を電圧検出巻線20にて検出し、その検出電圧をダイオード21とコンデンサ22からなる整流回路により整流、平滑した電圧を一次側の制御、駆動回路6に帰還するように構成し、その電圧により電流制御と合わせて電圧制御を行うものである。
【0007】
次に、電圧検出巻線を設けずに、二次側にて電圧検出を行う方法について、図11を用いて説明する。図11は図7の高圧電源装置に電圧検出回路を付加したものである。図11において、上記図7の高圧電源装置の出力電圧を分圧する第一の抵抗11と第二の抵抗13を直列接続した電圧検出抵抗を出力部a点と第二の基準電源19との間又は出力部a点と接地等の安定電位との間に接続し、この第一の抵抗11と第二の抵抗13の接続点に発生する電圧を誤差増幅器15の一方の入力に接続し、この誤差増幅器15の他方の入力は第三の基準電源20に接続し、この誤差増幅器15の出力を一次側の制御、駆動回路6に帰還するように構成し、電流制御と合わせて電圧制御を行うものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図9の回路の場合、高圧トランス2に設けた電圧検出巻線20に発生する交流電圧は高圧トランス2の巻線間の結合等により、二次巻線4に発生する交流電圧との相似形を実現するのが困難であり、その波形差が検出誤差となり、図10のように理想の定電圧特性に対し定電圧精度の悪いものとなっていた。
【0009】
又、図11の場合、高圧電源装置の出力電圧を二次側にて直接検出するため、高圧トランス2の結合等による検出誤差はなく定電圧精度は良くなるが、電流検出抵抗9に流れる電流I1は、出力に接続される負荷12に流れる電流I0と、出力電圧V0を分圧する第一の抵抗11と第二の抵抗13を直列に接続した電圧検出抵抗に流れる電流I3との総和であるI2が流れ込むため、電流検出抵抗9に発生するフィードバック電圧は電圧検出抵抗11及び13へ流れる電流I3を含んだ値I1に比例するため、図12のように理想の定電流特性に対し定電流精度の悪いものとなっていた。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の高圧電源装置は、直流電源をスイッチング素子でスイッチングして高圧トランスの一次巻線に印加し、この高圧トランスの二次巻線に発生する交流出力を整流して出力を取り出す高圧電源装置であって、高圧トランスの二次巻線の低電位側と第一の基準電源又は相当の安定電位との間に電流検出抵抗を接続し、この電流検出抵抗に発生した電圧を一次側の制御、駆動部に帰還するとともに、この高圧電源装置の出力電圧を分圧する第一の抵抗と第二の抵抗とを直列接続した電圧検出抵抗を出力部と二次巻線の低電位側に接続し、この第一の抵抗と第二の抵抗の接続点に発生する電圧を誤差増幅器の一方の入力に接続し、この誤差増幅器の他方の入力は第二の基準電源に接続し、この誤差増幅器の出力と上記二次巻線の低電位側をインピーダンス素子等で接続し、上記誤差増幅器の出力により発生した電圧と上記電流検出抵抗に発生した電圧とを合成した電圧が一定に保たれるように制御される構成を有するものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、直流電源をスイッチング素子でスイッチングして高圧トランスの一次巻線に印加し、この高圧トランスの二次巻線に発生する交流出力を整流して出力を取り出す直流高圧電源装置であって、上記二次巻線の低電位側と第一の基準電源又は相当の安定電位との間に電流検出抵抗を接続し、この電流検出抵抗に発生した電圧を一次側の制御、駆動部に帰還するとともに、この高圧電源装置の出力電圧を分圧する第一の抵抗と第二の抵抗とを直列接続した電圧検出抵抗を出力部と二次巻線の低電位側に接続し、この第一の抵抗と第二の抵抗の接続点に発生する電圧を誤差増幅器の一方の入力に接続し、この誤差増幅器の他方の入力は第二の基準電源に接続し、この誤差増幅器の出力と上記二次巻線の低電位側をインピーダンス素子で接続し、上記誤差増幅器の出力により発生した電圧と上記電流検出抵抗に発生した電圧とを合成した電圧が一定に保たれるように制御される構成を有するものであり、この構成により、出力電圧の検出手段を電流制御の手段の中へ取り入れることができるため、精度の高い定電流、定電圧特性を得ることができる。
【0012】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の誤差増幅器の出力と高圧トランスの二次巻線の低電位側をダイオードで接続したものであり、この構成とすることにより電流の検出ループを一つとすることができ、請求項1の特性に加え、定電圧出力値の可変と合わせて定電流出力値の可変も容易に実現できる。
【0013】
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の誤差増幅器の出力をスイッチ素子のコントロール端子部に接続し、そのスイッチ素子を直流電源又は接地間と高圧トランスの二次巻線の低電位側との間に接続したものであり、この構成とすることによっても電流の検出ループを一つとすることができ、請求項1の特性に加え、定電圧出力値の可変と合わせて定電流出力値の可変も容易に実現できる。
【0014】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
(実施の形態1)
本発明の高圧電源装置の実施の形態1について図1を用いて説明する。図1は本発明の実施の形態1における高圧電源装置を示す回路図である。
【0015】
図1において、1は直流電源であり、この直流電源1には高圧トランス2の一次巻線3とスイッチング素子5が直列に接続され、このスイッチング素子5のドライブ側には制御、駆動回路6が接続されており、上記一次巻線3に交流電圧を供給している。
【0016】
上記高圧トランス2の一次巻線3に供給された交流電圧は、上記高圧トランス2の二次巻線4に昇圧され、二次巻線4に接続されるダイオード7とコンデンサ8により構成される整流、平滑回路により直流高電圧が得られる。
【0017】
更には、上記高圧トランス2の二次巻線4の低電位側と第一の基準電源10との間又は相当の安定電位との間に電流検出抵抗9を接続し、この電流検出抵抗9に発生した電圧を一次側の制御、駆動回路6に帰還するように構成し、b点の電圧を一定に保つように制御されて高圧電源装置の出力が制御される。
【0018】
又、上記のように構成された高圧電源装置の出力電圧V0を検出する手段を次のように接続する。
【0019】
上記高圧電源装置の出力電圧V0を分圧する第一の抵抗11と第二の抵抗13を直列に接続した電圧検出抵抗を出力部a点と上記高圧トランス2の二次巻線4の低電位側に接続し、この第一の抵抗11と第二の抵抗13の接続点に発生する電圧を誤差増幅器15の一方の入力に接続し、この誤差増幅器15の他方の入力は第二の基準電源14に接続し、この誤差増幅器15の出力と上記二次巻線4の低電位側をインピーダンス素子16で接続する。この電圧検出抵抗11及び13はコンデンサ8の放電抵抗も兼ねるものである。
【0020】
では、この高圧電源装置の動作について出力が負極性の場合について説明する。正極性の場合はダイオード7が逆接続になっており、それぞれ流れる電流I0,I1,I2,I3,I4の方向が逆であるのみであるため説明は省略する。
【0021】
上記高圧電源装置の出力部a点に接続される負荷12に流れる電流I0は誤差増幅器15により発生する電圧とインピーダンス素子16によって決まる電流I4と電流検出抵抗9に流れる電流I1との総和によって制御される。また、電圧検出抵抗の第一の抵抗11、第二の抵抗13に流れる電流I3による定電流精度の悪化も発生しない。この関係を次式で表わす。
【0022】
I0=I1+I4=I2−I3……式(1)
この時、b点の電圧を一定に保つように高圧電源装置の出力が制御されるため、誤差増幅器15の出力電圧が最小であれば、出力電流はI1+I4の最大値に定電流制御されることになり、逆に誤差増幅器15の出力電圧が最大にて|I1|≦|I4|であれば、出力電流I0は絞り込まれ高圧電源装置の出力電圧V0が抑制されることになる。
【0023】
誤差増幅器15の出力が最小と最大に反転する状態での高圧電源装置の出力特性を図2に示す。通常、出力電圧検出抵抗である第一の抵抗11と第二の抵抗13との接続点に発生する電圧は、第二の基準電源14の電圧より高く設定されており、誤差増幅器15の出力が最小となり、上記のようにI1+I4に定電流制御される。
【0024】
ここで、上記高圧電源装置の出力電圧が高くなり電圧検出抵抗である第一の抵抗11と第二の抵抗13との接続点に発生する電圧が、第二の基準電源14の電圧より低くなった場合、誤差増幅器15の出力が最大となり、誤差増幅器15よりインピーダンス素子16を介して電流I4がb点に供給される。このとき、電流検出抵抗9に流れる電流I1より、誤差増幅器15からインピーダンス素子16を介して流れる電流I4が大きい場合、回路動作上、負荷電流が増加した場合と同様の動作となり、出力電流I0が絞り込まれ高圧電源装置の出力電圧V0が抑制されることになる。
【0025】
このように、定電流精度を悪化させることなく、出力電圧の検出を行い、精度の良い定電圧特性を合わせて実現することが可能である。
【0026】
(実施の形態2)
次に本発明の実施の形態2について図3、図4を用いて説明する。図3、図4は本発明の実施の形態2における高圧電源装置を示す回路図であり、基本的な構成は図1に示したものと同じである、異なる点は誤差増幅器15の出力と高圧トランス2の二次巻線4の定電位側をダイオード17で接続した点である。又、図3、図4の違いは、この高圧電源装置で得られる出力の極性が異なる点であり、動作は同様である。
【0027】
通常、上記高圧電源装置の出力部a点に接続される負荷12に流れる電流I0と、電流検出抵抗9に流れる電流I2は等しく、上記電流検出抵抗9のb点の電圧を一定に保つように制御されて定電流制御される。
【0028】
一方、上記高圧トランス2の二次巻線4及び整流、平滑回路であるダイオード7、コンデンサ8に流れる電流I2は、上記電圧検出抵抗であり放電抵抗でもある抵抗11,13に流れる電流I3と上記負荷12に流れる電流I0との総和が流れ、下記の式が成り立つため、電圧検出抵抗の抵抗11,13に流れる電流I2による定電流精度の悪化は発生しない。
【0029】
I0=I2−I3=I1……式(2)
この時、上記電流検出抵抗9に発生したb点の電圧を一定に保つように制御され、I1が一定となるため、高圧電源装置の出力は定電流に保たれる。
【0030】
この定電流制御されている時に出力電圧が高くなった場合について、図3により説明する。
【0031】
上記高圧電源装置の出力電圧V0を分圧する第一の抵抗11と第二の抵抗13の接続点に発生する電圧が第二の基準電源14の電圧を下回ると、誤差増幅器15よりダイオード17を介して上記二次巻線4の低電位側へ電流I4を供給し、その供給された電流I4と負荷12に流れる電流I0との総和がI1となる。つまり、回路動作上、負荷電流I0が増加した場合と同様の動作となり、電流検出抵抗9に発生したb点の電圧を一定に保つように制御がかかることにより、出力電圧が抑制されることになる。この関係を次式に表わす。
【0032】
I0=I2−I3+I4=I1……式(3)
回路動作上、負荷電流I0がI0+I4に増加した場合と同様の動作となり上記電流検出抵抗9に発生したb点の電圧を一定に保つように制御がかかることにより、負荷電流I0はI0−I4に絞られ出力電圧が抑制される。
【0033】
逆に、出力電圧V0が低くなり上記高圧電源装置の出力電圧V0を分圧する第一の抵抗11と第二の抵抗13の接続点に発生する電圧が第二の基準電源14の電圧を上回ると、誤差増幅器15からの出力がダイオード17により遮断されるため、通常の定電流制御に戻るものである。
【0034】
同様に、上記高圧電源装置と出力が逆極性の場合において、定電流制御されている時に出力電圧が高くなった場合について、図4により説明する。
【0035】
上記高圧電源装置の出力電圧V0を分圧する第一の抵抗11と第二の抵抗13の接続点に発生する電圧が第二の基準電源14の電圧を上回ると、上記二次巻線4の低電位側より、ダイオード17を介して誤差増幅器15へ電流I4を吸い込み、その吸い込んだ電流I4と、負荷12に流れる電流I0との総和がI1となる。つまり、回路動作上、負荷電流I0が増加した場合と同様の動作となり、電流検出抵抗9に発生したa点の電圧を一定に保つように制御がかかることにより、出力電圧が抑制されることになる。この関係は式(3)と同様である。
【0036】
逆に、出力電圧V0が低くなり上記高圧電源装置の出力電圧V0を分圧する第一の抵抗11と第二の抵抗13の接続点に発生する電圧が第二の基準電源14の電圧を下回ると、誤差増幅器15からの出力がダイオード17により遮断されるため、通常の定電流制御に戻るものである。
【0037】
このように実施の形態1と同様に本発明の高圧電源装置で得られる出力特性は図2に示すように定電流精度を悪化させることなく、精度の良い定電圧特性を合わせて実現することが可能である。更に、この構成とすることにより電流の検出ループを一つとすることができるため、定電圧出力値の可変と合わせて定電流出力値の可変も第一の基準電源10及び第二の基準電源14の電圧を可変することにより容易に実現できる。
【0038】
(実施の形態3)
次に本発明の実施の形態3について図5、図6を用いて説明する。図5、図6は本発明の実施の形態3における高圧電源装置を示す回路図であり、基本的な構成は図3、図4に示したものと同じであり、異なる点は誤差増幅器15の出力をスイッチ素子18のコントロール端子部に接続し、そのスイッチ素子18を直流電源1又は接地間と高圧トランス2の二次巻線4の低電位側との間に接続した点である。また、図5、図6の違いは、スイッチ素子18の接続箇所であり、この高圧電源装置で得られる出力の極性が異なる点であって、動作は同様である。
【0039】
では、図5の動作について、スイッチ素子18をトランジスタにて構成した場合を例に、図3と異なる点について説明する。図3と同様に定電流制御されている時において、出力電圧が高くなった場合、上記高圧電源装置の出力電圧V0を分圧する第一の抵抗11と第二の抵抗13との接続点に発生する電圧が第二の基準電源14の電圧を下回ると、誤差増幅器15の出力が“L”となり、直流電源1よりスイッチ素子18のベースへ電流が流れ、増幅されたコレクタ電流が図3と同様に上記二次巻線4の低電位側へ電流I4を供給し、その供給された電流I4により出力電圧が抑制される。又、逆に出力電圧が低くなった場合、出力電圧V0を分圧する第一の抵抗11と第二の抵抗13との接続点に発生する電圧が第二の基準電源14の電圧を上回ると、誤差増幅器15の出力が“H”となり、直流電源1からのスイッチ素子18のベース電流が流れなくなり、スイッチ素子18は遮断し通常の定電流制御に戻るものである。
【0040】
次に、図6の動作について、図4と異なる点について説明する。図5と同様に定電流制御されている時において、出力電圧が高くなった場合、上記高圧電源装置の出力電圧V0を分圧する第一の抵抗11と第二の抵抗13との接続点に発生する電圧が第二の基準電源14の電圧を上回ると、誤差増幅器15の出力が“H”となり、スイッチ素子18のベースへ電流が流れ、増幅されたコレクタ電流が図4と同様に、上記二次巻線4の低電位側より接地へ電流I4を吸い出し、その吸い出された電流I4により出力電圧が抑制される。
【0041】
又、逆に出力電圧が低くなった場合、出力電圧V0を分圧する第一の抵抗11と第二の抵抗13との接続点に発生する電圧が第二の基準電源14の電圧を下回ると、誤差増幅器15の出力が“L”となり、スイッチ素子18へのベース電流が流れなくなり、スイッチ素子18は遮断し通常の定電流制御に戻るものである。
【0042】
この場合も実施の形態2と同様の出力特性が得られるが、誤差増幅器15の出力がスイッチ素子18により増幅されるため、誤差増幅器15の出力電流の吸い込み、吐き出し能力に左右されず、更に高圧電源装置の制御範囲を広げることが可能となる。
【0043】
【発明の効果】
以上のように本発明の高圧電源装置は、直流電源をスイッチング素子でスイッチングして高圧トランスの一次巻線に印加し、この高圧トランスの二次巻線に発生する交流出力を整流し出力を取り出す直流高圧電源装置であって、上記二次巻線の低電位側と第一の基準電源又は相当の安定電位との間に電流検出抵抗を接続し、この電流検出抵抗に発生した電圧を一次側の制御、駆動部に帰還するとともに、この高圧電源装置の出力電圧を分圧する第一の抵抗と第二の抵抗とを直列に接続した電圧検出抵抗を出力部と二次巻線の低電位側に接続し、この第一の抵抗と第二の抵抗との接続点に発生する電圧を誤差増幅器の一方の入力に接続し、この誤差増幅器の他方の入力は第二の基準電源に接続し、この誤差増幅器の出力と上記二次巻線の低電位側をインピーダンス素子で接続し、上記誤差増幅器の出力により発生した電圧と上記電流検出抵抗に発生した電圧とを合成した電圧が一定に保たれるように制御されるよう構成したものであり、この構成により、出力電圧の検出手段を電流制御の手段の中へ取り入れることができ、精度の高い定電流特性を保ったまま出力電圧の検出を行い、精度の良い定電圧特性を合わせ得ることを安価に実現するものである。
【0044】
これにより、使用環境、紙質の違い等による高圧電源装置の出力の負荷条件の変動による出力変動を容易に安定化することができ、しかも定電流出力の過電圧抑制、定電圧出力の過電流抑制を同一回路で実現できる。このことより、回路の標準化の面からも応用範囲は広い。又、高圧トランスに出力電圧の検出巻線、検出用整流回路等を設ける必要が無く、高圧トランス及び高圧電源装置の小型化、低コスト化が可能である。更に過電圧の抑制値並びに過電流の抑制値について、双方とも兼ね備えた高精度の設定が可能であり、実使用範囲との余裕度を必要としないため、放電電極間距離を火花放電などの発生を防止しつつ、短縮できる等、小型で安全な電子写真装置が実現可能となる。このようなことからも産業的価値の大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における高圧電源装置の回路図
【図2】本発明の実施の形態1、実施の形態2及び実施の形態3における出力特性図
【図3】本発明の実施の形態2における負極性の高圧電源装置の回路図
【図4】本発明の実施の形態2における正極性の高圧電源装置の回路図
【図5】本発明の実施の形態3における負極性の高圧電源装置の回路図
【図6】本発明の実施の形態3における正極性の高圧電源装置の回路図
【図7】従来の高圧電源装置の回路図
【図8】従来の高圧電源装置における出力特性図
【図9】従来の高圧電源装置の回路図
【図10】従来の高圧電源装置における出力特性図
【図11】従来の高圧電源装置の回路図
【図12】従来の高圧電源装置における出力特性図
【符号の説明】
1 直流電源
2 高圧トランス
3 一次巻線
4 二次巻線
5 スイッチング素子
6 制御、駆動回路
7 ダイオード
8 コンデンサ
9 電流検出抵抗
10 基準電源又は相当の安定電位
11 抵抗
12 負荷
13 抵抗
14 基準電源
15 誤差増幅器
16 インピーダンス素子
17 ダイオード
18 スイッチ素子
19 基準電源又は相当の安定電位
20 電圧検出巻線
21 ダイオード
22 コンデンサ
Claims (3)
- 直流電源をスイッチング素子でスイッチングして高圧トランスの一次巻線に印加し、この高圧トランスの二次巻線に発生する交流出力を整流して出力を取り出す高圧電源装置であって、上記二次巻線の低電位側と第一の基準電源又は相当の安定電位との間に電流検出抵抗を接続し、この電流検出抵抗に発生した電圧を一次側の制御、駆動部に帰還するとともに、この高圧電源装置の出力電圧を分圧する第一の抵抗と第二の抵抗とを直列接続した電圧検出抵抗を出力部と二次巻線の低電位側に接続し、この第一の抵抗と第二の抵抗の接続点に発生する電圧を誤差増幅器の一方の入力に接続し、この誤差増幅器の他方の入力は第二の基準電源に接続し、この誤差増幅器の出力と上記二次巻線の低電位側をインピーダンス素子で接続し、上記誤差増幅器の出力により発生した電圧と上記電流検出抵抗に発生した電圧とを合成した電圧が一定に保たれるように制御されることを特徴とする高圧電源装置。
- 誤差増幅器の出力と高圧トランスの二次巻線の低電位側をダイオードで接続した請求項1に記載の高圧電源装置。
- 誤差増幅器の出力をスイッチ素子のコントロール端子部に接続し、そのスイッチ素子を直流電源又は接地間と高圧トランスの二次巻線の低電位側との間に接続した請求項1に記載の高圧電源装置。
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