JP3570704B2 - 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、インピーダンスが一定な負荷または容量性負荷へ極性の異なる定電圧出力を供給するための電源装置に関し、特に、スペース・コストがDC電源とほぼ変わらない構成で、極性の反転可能な定電圧出力およびパルス波形電圧出力の両方に対応できる電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、プリンタ、コピア、FAX等の電子写真プロセスにおけるトナー現像装置に電源を供給するための電源装置としては、上記現像装置におけるインピーダンスが一定な負荷または容量性負荷へ、極性の異なる定電圧出力、さらに、パルス電圧出力を供給する電源装置が知られている。
図5および図6に従来の電源装置の例をあげる。
図5に示す電源装置はDC電源AとAC電源Bとを併用して所望のパルス電圧を負荷102に供給する電源装置である。
図5(a)に示す様に、DC電源Aはスイッチングレギュレータ101により直流電流をスイッチングし、昇圧トランス103の2次側に整流平滑回路105を介して所望のDC電圧を供給するもので、出力検出回路107により出力電圧に対応した信号を得て、スイッチングレギュレータ1に極性反転回路109を介してフィードバックすることにより、スイッチングレギュレータ101内で出力検出信号が所定の値になるように、スイッチング素子110を駆動するパルス信号のデューティの幅を制御している(通常このスイッチングパルスの周波数は20〜30kHzである)。
上記AC電源Bはプッシュプルスイッチングレギュレータ111により直流電流をプッシュプルスイッチングし、AC昇圧トランス113の2次側に所望のAC電圧を供給するもので、入力電流を電流調整回路115により制御することにより出力電圧の振幅をコントロールする様になっている(通常この出力周波数は500〜2kHzである)。なお、図5(b)は、図5(a)に示した電源装置の出力電圧Voutの波形図である。
また、図6に示す電源装置は、DC電源Cと上記DC電源Cと極性の異なるDC電源Dをスイッチ素子117により切り替えることにより、所望の極性のDC電圧を負荷102へ供給する様にしたものである(DC電源C、Dの動作については図5(a)のDC電源Aと同じである)。
なお、図6において、図5(a)に示した要素と同じ要素には同じ番号を付し説明を省略する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
近年の電子写真プロセスのトナー現像装置に必要とされる電源の機能として、極性の反転可能な定電圧出力、パルス波形電圧出力があげられる。しかしながら、上記従来の構成でこれを実施するためには、共に電源を2つ使用する必要があり、スペース・コストがDC電源と比べると大きくなってしまう問題点があった。
本発明は、上述の如き従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、スペース・コストがDC電源とほぼ変わらない構成で、極性の反転可能な定電圧出力およびパルス波形電圧出力の両方に対応できる電源装置を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、直流電流を所定の周波数によりスイッチングするスイッチング素子と、該スイッチング素子によりスイッチングされた電流変化により生ずる電圧を昇圧する昇圧トランスと、該昇圧トランスの2次側出力を整流平滑する第1の整流平滑回路と、該第1の整流平滑回路と極性の異なる第2の整流平滑回路と、前記第1の整流平滑回路及び第2の整流平滑回路の出力電圧を検出する出力検出回路と、前記第2の整流平滑回路の出力とグランド間に配設する定電圧素子と、前記出力検出回路の出力検出信号の値を取り込むA/Dコンバータと前記スイッチング素子の駆動デューティ幅を制御するPWMタイマとを有する制御装置と、を備え、前記第1の整流平滑回路の出力電圧が前記A/Dコンバータの目標値により決定され、且つ前記第2の整流平滑回路の出力電圧が前記定電圧素子により決定されることを利用して、当該電源装置の出力電圧を前記A/Dコンバータの目標値により任意に調整するように制御することを特徴とする。
上記請求項1に記載の発明によれば、部品点数を大幅に増やさない(特にトランスを追加なし)で両極性出力を実現することができる。
請求項2に記載の発明は、前記第2の整流平滑回路の出力電圧を検出する第2の出力検出回路を更に備え、該第2の出力検出回路の出力検出信号の値を前記A/Dコンバータに取り込むことにより、前記定電圧素子の特性上のばらつきを補正することを特徴とする。
上記請求項2に記載の発明によれば、部品点数を大幅に増やさない(特にトランスを追加なし)で、より出力精度の高い両極性出力を実現することができる。
請求項3に記載の発明は、前記スイッチング素子の駆動デューティを一定周期で切替えることにより、当該電源装置の出力電圧を所定のデューティを有するパルス状の出力電圧とすることを特徴とする。
上記請求項3に記載の発明によれば、部品点数を大幅に増やさない(特にトランス追加なし)で、パルス電圧出力を実現することができる。
【0005】
【発明の実現の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明を実施した電源装置の回路構成図である。
図1に示す様に、この電源装置は、DC電源1よりの直流電流を通常20〜30kHzでスイッチングして昇圧するための昇圧トランス3およびスイッチング素子5を有しており、上記昇圧トランス3の2次側にその2次側出力を整流平滑する第1の整流平滑回路7とその出力電圧を検出する第1の出力検出回路9とを配設すると共に、上記第1の整流平滑回路7と極性の異なる第2の整流平滑回路11とその第2の整流平滑回路11の出力を一定に保持するための定電圧素子13とを配設している。さらに、双方の整流平滑回路7、11の出力に直列に分圧抵抗15および17を接続し、その分圧抵抗15、17の間に出力端voutが配設されている。そして、上記出力端Voutに負荷19が接続されている。
なお、上記スイッチング素子5と第1の出力検出回路9には、上記第1の出力検出回路9よりの検出結果に基づいて上記スイッチング素子5のスイッチング制御を行うマイクロコンピュータ、A/Dコンバータ、PWMタイマを有するPWM制御装置21が接続されている。
【0006】
次に、上記電源装置の動作について説明するが、まず、上記第2の整流平滑回路11の極性の出力を供給するときの動作説明をする。
上記PWM制御装置21からPWM信号(通常20〜30kHz)が上記スイッチング素子5に伝達され、上記昇圧トランス3の2次側に交番電圧が励起される。
この交番電圧により上記第1および第2の整流平滑回路7および11に極性の異なる直流電圧が生じる。すなわち、上記第1の整流平滑回路7の出力部の電圧は上記第1の出力検出回路9のインピーダンスで決定される電圧(V3)となり、上記第2の整流平滑回路11の出力部の電圧は上記定電圧素子13により決定される電圧(V5)となる。そして、出力電圧(Vout)は以下の式1で求められる電圧となる。
Vout=(V5×R7+V3×R8)/(R7+R8) … 式1
(ただし、R7:分圧抵抗15、R8:分圧抵抗17)
ここで、上記スイッチング素子5を駆動するPWM信号のデューティは上記定電圧素子13が十分働く程度のデューティとなっている。
【0007】
次に、上記第1の整流平滑回路7の極性の出力を補給する時の動作について説明をする。
上記PWM制御装置21のA/Dコンバータの値が目標の値になるようにマイクロコンピュータによりPWMのデューティが制御され、そのPWM信号(通常20〜30kHz)が上記スイッチング素子5に伝達され、上記昇圧トランス3の2次側に交番電圧が励起される。
この交番電圧により上記第1および第2の整流平滑回路7および11に極性の異なる直流電圧が生じる。すなわち、上記第1の整流平滑回路7の出力部の電圧は上記第1の出力検出回路9のインピーダンスで決定される電圧(V3)となり、上記第2の整流平滑回路11の出力部の電圧は定電圧素子13により決定される電圧(V5)となる。
これによる出力電圧(Vout)は上記式1で求められる電圧になる。
ここで、上記第1の整流平滑回路7の出力部の電圧(V3)は、上記PWM制御装置21のA/Dコンバータの目標値により決定され、上記第2の整流平滑回路11の出力部の電圧(V5)は上記定電圧素子13により決まっているので、上記Voutの値は上記PWM制御装置21のA/Dコンバータの目標値により任意に調整できる。この実施形態におけるPWMデューティと電圧(V3・V5・Vout)の関係を図2に示す。
この様に、この実施形態によれば、部品点数を大幅に増やさない(特にトランスを追加なし)で、両極性出力を実現することができる。
【0008】
次に、本発明による電源装置の第2実施形態について説明する。
【0009】
図3に示すように、この第2実施形態の電源装置は、上記図1に示した第1実施形態の構成に第2の出力検出回路23を追加したものである。他の構成動作については上記第1実施形態と同様である。
この第2実施形態では、上記定電圧素子13が使用温度や製造のバラツキにより出力電圧にバラツキが発生するため、上記第2の出力検出回路23により上記定電圧素子13の出力を正確に得る様にしたものであり、上記出力電圧Voutの精度をより高めることができる。
この第2実施形態によれば、部品点数を大幅に増やさない(特にトランスを追加なし)で、より出力精度の高い両極性出力を実現することができる。
【0010】
次に、本発明による電源装置の第3実施形態について説明する。
この第3実施形態は、図1および図3に示す第1および第2実施形態において、上記スイッチング素子5に接続するPWM信号を一定周期で切り換えることによりパルス出力を提供する様にしたものである。
例えば、1mS毎に切り換えれば、1kHzの50%デューティのパルス出力を提供できる(図4に各信号および出力のタイムチャートを記載した)。
さらに、異なる間隔で切り換えて制御すれば、デューティも変更できる。他の構成動作については、上記第1および第2実施形態と同様である。
この様に、この第3実施形態によれば、部品点数を大幅に増やさない(特にトランスを追加なし)で、パルス電圧出力を実現することができる。
【0011】
【発明の効果】
以上の様に、本発明によれば、直流電流をスイッチングすることにより昇圧するスイッチング素子および昇圧トランスと上記昇圧トランスの2次側出力を整流平滑する第1の整流平滑回路とその出力電圧を検出する第1の出力検出回路とからなる電源装置において、上記第1の整流平滑回路と極性の異なる第2の整流平滑回路を配設すると共に、その第2の整流平滑回路の出力とグランド間に定電圧素子を配設し、双方の整流平滑回路の出力に直列に接続された分圧抵抗の間に出力端を配設し、さらに、上記第1の出力検出回路の出力検出信号の値を取り込むA/Dコンバータと上記スイッチング素子の駆動デューティ幅を制御するPWMタイマとを有したPWM制御装置を配設したので、部品点数を大幅に増やさない(特にトランスを追加なし)で両極性出力を実現することができる。
また、使用温度や製造のバラツキによって出力電圧がばらついてしまう上記定電圧素子の出力電圧を検出する第2の出力検出回路とその信号を取り込むA/Dコンバータを配設したので部品点数を大幅に増やさない(特にトランスを追加なし)でより出力精度の高い両極性出力を実現することができる。
また、上記スイッチング素子の駆動デューティを上記定電圧素子の駆動デューティと検出回路信号により定電圧に制御するデューティに周期的に切り替えるり換える様にしたので部品点数を大幅に増やさない(特にトランス追加なし)で、パルス電圧出力を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施した電源装置の回路構成図である。
【図2】図1に示した実施形態における出力とPWMデューティとの関係を示すグラフ図である。
【図3】本発明による電源装置の第2実施形態の回路構成図である。
【図4】本発明による電源装置の第3実施形態の各部の波形図である。
【図5】(a)及び(b)は従来の電源装置の回路構成図および出力波形図である。
【図6】他の従来の電源装置の回路構成図である。
【符号の説明】
1…DC電源、 3、103…昇圧トランス、
5、110…スイッチング素子、
7、11、105…整流平滑回路、 9、107…出力検出回路、
13…定電圧素子、
15、17…分圧抵抗、 19…負荷、
21…PWM制御装置、
101、111…スイッチングレギュレータ、
109…極性反転回路、 113…AC昇圧トランス、
115…電流調整回路、 117…スイッチ素子、
Claims (3)
- 直流電流を所定の周波数によりスイッチングするスイッチング素子と、該スイッチング素子によりスイッチングされた電流変化により生ずる電圧を昇圧する昇圧トランスと、該昇圧トランスの2次側出力を整流平滑する第1の整流平滑回路と、該第1の整流平滑回路と極性の異なる第2の整流平滑回路と、前記第1の整流平滑回路及び第2の整流平滑回路の出力電圧を検出する出力検出回路と、前記第2の整流平滑回路の出力とグランド間に配設する定電圧素子と、前記出力検出回路の出力検出信号の値を取り込むA/Dコンバータと前記スイッチング素子の駆動デューティ幅を制御するPWMタイマとを有する制御装置と、を備え、
前記第1の整流平滑回路の出力電圧が前記A/Dコンバータの目標値により決定され、且つ前記第2の整流平滑回路の出力電圧が前記定電圧素子により決定されることを利用して、当該電源装置の出力電圧を前記A/Dコンバータの目標値により任意に調整するように制御することを特徴とする電源装置。 - 前記第2の整流平滑回路の出力電圧を検出する第2の出力検出回路を更に備え、該第2の出力検出回路の出力検出信号の値を前記A/Dコンバータに取り込むことにより、前記定電圧素子の特性上のばらつきを補正することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記スイッチング素子の駆動デューティを一定周期で切替えることにより、当該電源装置の出力電圧を所定のデューティを有するパルス状の出力電圧とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の電源装置。
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