JP4161551B2 - High voltage power supply - Google Patents

High voltage power supply Download PDF

Info

Publication number
JP4161551B2
JP4161551B2 JP2001212697A JP2001212697A JP4161551B2 JP 4161551 B2 JP4161551 B2 JP 4161551B2 JP 2001212697 A JP2001212697 A JP 2001212697A JP 2001212697 A JP2001212697 A JP 2001212697A JP 4161551 B2 JP4161551 B2 JP 4161551B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
switching element
time
transformer
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001212697A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003033021A (en
Inventor
一彦 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd, Fujifilm Business Innovation Corp filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Priority to JP2001212697A priority Critical patent/JP4161551B2/en
Publication of JP2003033021A publication Critical patent/JP2003033021A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4161551B2 publication Critical patent/JP4161551B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング素子のオン/オフによって昇圧トランスを駆動して、直流電圧を出力するデジタル制御方式の高圧電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子写真方式のプリンタには、高圧電源装置が設けられている。プリンタに設けられている高圧電源装置は、出力電圧を検出して、CPUが、この検出した出力電圧が所定の電圧となるようにスイッチング素子をオン/オフするときのデューティ比や周波数を制御することにより、所定の直流電圧を出力するデジタル制御方式が一般的となっている。
【0003】
このようなデジタル制御方式による高圧電源装置には、フォワード方式やフライバック方式などがある。図20には、フライバック方式を用いた一例としての高圧電源装置200を示している。この高圧電源装置200では、CPU202から出力するスイッチング信号によってスイッチング素子204をオンすることにより、直流電源から昇圧トランス206の一次巻線206Aに所定の電圧Vinが印加されて昇圧トランス106に電力が蓄積される。
【0004】
スイッチング素子204をオフすることにより、昇圧トランス206に蓄積された電力は、二次巻線206Bから平滑回路を介して直流電圧(出力電圧Vout)に変換されながら負荷へ供給される。
【0005】
このとき、CPU202は、出力電圧検出回路208とA/D変換部210によって負荷への出力電圧Voutをモニタして、スイッチング素子204のオン時間やスイッチング周期を制御することにより、出力電圧Voutが目標電圧となるようにスイッチング素子204のPWM制御を行っている。
【0006】
ところで、プリンタ等では、高精度の出力電圧が得られる高圧電源装置が要求される。また、高電圧装置から出力する電圧を使用する転写ローラ等は、湿度や温度等の環境条件に応じてインピーダンスが変化する。このために、プリンタ等では、高電圧装置に接続される負荷容量が大きく変化する。
【0007】
一方、デジタル制御方式を用いた高圧電源装置では、例えば負荷が一定であれば、この負荷に応じて回路定数を適切に設定することにより、スイッチング素子のオンデューティ(オン時間)に応じて出力電圧が増加する単調増加特性となり、出力電圧が目標電圧となるように制御する安定化制御が極めて容易である。
【0008】
しかしながら、実際には、負荷が変動することが多く、この負荷変動範囲内や出力電圧の制御範囲内の全域において、単調増加特性が得られることは少なく、カラープリンタ等においては、出力電圧を高精度で制御した高圧電源装置を必要とする。
【0009】
このために、特開2000−102249号公報では、温度や湿度等の負荷のインピーダンスに影響を及ぼす環境条件に基づいてデューティ比を制御する提案がなされている。しかし、負荷の環境条件に基づいてオンデューティを制御しても、必ずしも出力電圧を単調増加特性とし得るものではない。
【0010】
また、上記提案では、複雑な演算処理を行わなければならず、高性能のCPUが必要となるために、低コスト化の妨げとなる。さらに、タンデム方式では、4倍もの電源回路が必要となるために、CPUも4倍の性能が必要とされる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、負荷容量の変化等にかかわらず低コストで高精度の出力電圧制御が可能となる高圧電源装置を提案することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、昇圧トランスと、前記昇圧トランスの一次巻線の一方の端子に接続されて昇圧トランスに直流電圧を供給する直流電源と、前記昇圧トランスの一次巻線の他方の端子に接続されて前記直流電源からの昇圧トランスへの電圧供給をオン/オフするスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオン/オフによって前記昇圧トランスの二次巻線に昇圧されて生じる電圧を平滑化して負荷へ出力する平滑手段と、前記負荷への出力電圧に基づいてスイッチング素子のオン時間を制御して出力電圧が目標電圧となるようにスイッチング素子のPWM制御を行うPWM制御部と、を含む高圧電源装置であって、前記昇圧トランスの一次巻線の前記他方の端子と接地間の電圧を端子電圧として検出する電圧検出手段と、前記負荷へ出力される出力電圧を検出して、検出した出力電圧に基づいて基準電圧を設定する基準電圧設定手段と、前記電圧検出手段によって検出される前記端子電圧と前記基準電圧とを比較する比較手段と、記スイッチング素子のオンタイミングを、前記比較手段の比較結果から前記端子電圧が前記基準電圧まで低下したと判断された後にスイッチング素子をオンするように設定する設定手段と、前記出力電圧に基づいたオン時間で前記設定手段によって設定されるオンタイミングに基づいて前記スイッチング素子を駆動する駆動手段と、を含む。
【0013】
この発明によれば、出力電圧に基づいてオン時間を設定し、設定したオン時間に基づいてスイッチング素子を駆動するPWM制御によって出力電圧が目標電圧となるように制御する。このとき、昇圧トランスの一次巻線側の端子電圧の変化を検出し、この端子電圧の変化に基づいてスイッチング素子をオンするタイミングを設定する。
また、基準電圧設定手段が出力電圧に基づいて基準電圧を設定し、端子電圧がこの基準電圧まで下がった(端子電圧が基準電圧以下となった)後にスイッチング素子をオンするように、スイッチング素子のオンタイミングを設定することにより、出力電圧に応じて端子電圧の振幅が変化しても、適切なタイミングでスイッチング素子を駆動することができる。
【0014】
これにより、出力電圧や負荷容量に応じて変化する端子電圧に対して一定のタイミングでスイッチング素子をオンすることができ、スイッチング素子のオン時間に応じて出力電圧が単調増加するようにできる。
【0015】
したがって、複雑なPWM制御を行う必要がなく、出力電圧の高精度の制御が低コストで可能となる。
【0021】
このような本発明は、前記比較手段の比較結果の読込みを、前記スイッチング素子がオフしてから所定時間の間停止するマスク時間を設定することがより好ましい。
【0022】
スイッチング素子をオンからオフしたときに、リンギング等が発生することがあるが、マスク時間を設定することにより、リンギングによる誤動作の発生を確実に防止することができる。
【0023】
また、本発明は、前記スイッチング素子の駆動開始時に、所定時間以内の間隔でスイッチング素子を強制駆動する起動手段を含むことが好ましく、これにより、一次巻線の端子電圧に基づいてスイッチング素子をスイッチングするときに、確実な駆動が可能となる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態ヲ説明する。図1には、本実施の形態に係る高圧電源装置10の概略構成を示している。
【0025】
この高圧電源装置10は、所定電圧Vinを出力する直流電源12と、直流電源12から入力される電圧を昇圧した出力電圧Voutを出力する昇圧部14を備えており、この昇圧部14から出力される電力が、負荷16に供給される。なお、この高圧電源装置10を、電子写真プロセスを用いたカラープリンタ等のプリンタに用いたときには、負荷16として転写ローラなどが接続されるが、これに限らず、高圧電源部14の出力側には、直流電力を使用するものであれば、任意の負荷16を接続することができる。
【0026】
昇圧部14には、昇圧トランス18が設けられている。この昇圧トランス18の一次巻線18A側には、スナバー回路20が設けられており、一次巻線18Aの一方の端子32Aに直流電源12から電圧Vinの直流電力が入力される。また、昇圧トランス18の二次巻線18B側には、平滑回路22が設けられており、この平滑回路22を介して、所定の出力電圧Voutの直流電圧が出力される。
【0027】
一方、昇圧部14には、スイッチング素子24が設けられている。このスイッチング素子24は、昇圧トランス18の一次巻線18Aの他方の端子32Bに直列接続している。また、昇圧部14には、PWM制御部26が設けられている。スイッチング素子24は、PWM制御部26から出力されるスイッチング信号stに応じて、オン/オフ駆動される。
【0028】
このスイッチング素子24は、スイッチング信号stによってオン/オフして、直流電源12から昇圧トランス18の一次巻線18Aへの通電及び遮断を行う。このときのスイッチング素子24としては、バイポーラトランジスタ、パワートランジスタ、MOS型電界効果トランジスタ(MOSFET)、パワーMOSFET、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の公知の半導体素子を適用することができる。
【0029】
この高圧電源装置10は、フライバック方式が用いられており、スイッチング素子24がオン中に、昇圧トランス18の一次巻線18A側に直流電源12から電力が供給されて、昇圧トランス18に電力を蓄積する。この後、スイッチング素子24がオフして、直流電源12からの電力供給が遮断されたときに、昇圧トランス18に蓄積された電力を、平滑回路22を介して直流電圧に変換しながら負荷16へ供給する。すなわち、スイッチング素子24がオフしている時間がフライバック時間となる。
【0030】
また、昇圧部14には、出力電圧検出部28が設けられている。この出力電圧検出部28は、負荷16へ出力する出力電圧Voutに応じた電圧をPWM制御部26へ出力する。
【0031】
PWM制御部26は、出力電圧検出部28から検出する電圧に基づいて、出力電圧Voutがあらかじめ設定している目標電圧となるように、スイッチング素子24をオンするときのオン時間を設定する。すなわち、高圧電源装置10は、出力電圧Voutが目標電圧となるようにスイッチング素子24のPWM制御を行う。
【0032】
ところで、昇圧部14には、電圧検出部30が設けられ、この電圧検出部30が、PWM制御部26に接続している。電圧検出部30は、昇圧トランス18の一次巻線18Aの端子32Bと接地間の電圧である端子電圧V0に応じた信号(例えば電圧)をPWM制御部26へ出力する。すなわち、電圧検出部30は、一次巻線18Aの端子32Aと端子32Bの間の巻線間の電圧V1に応じて変化する端子32Bの端子電圧0に応じた信号を出力する。これにより、PWM制御部26では、スイッチング素子24のオン/オフに応じた一次巻線18Aの電圧V1の変化が検出可能となっている。
【0033】
PWM制御部26は、電圧検出部30を介して検出する電圧V0に基づいてスイッチング素子24をオンする。すなわち、PWM制御部26は、昇圧トランス18の一次巻線18Aの電圧V1に基づいてスイッチング素子24をオンする。
【0034】
昇圧部14では、スイッチング素子24がオンすることにより、昇圧トランス18の一次巻線18Aの電圧V0が一定となり、スイッチング素子24がオン状態からオフすることにより、二次巻線18B側の電圧V2に応じて電圧V1が変化する。この電圧V1が変化するときの時定数は、主に二次巻線18B側の回路定数や負荷のインピーダンス等の消費電力に応じたものとなる。
【0035】
このときに、PWM制御部26は、一次巻線18Aの端子電圧V0が予め設定している所定値に達したときに、スイッチング素子24をオンすることにより、負荷16の大きさ等にかかわらず、スイッチング信号のオン時間の変化に応じて出力電圧Voutを変化させることができるようにしている。すなわち、オン時間を大きく(長く)したときに、出力電圧Voutが増加する単調増加特性となるようにすることができる。
【0036】
以下に、高圧電源装置10の具体例を、図面を参照しながら説明する。
〔第1実施例〕
図2には、実施例1に適用した高圧電源装置10Aを示している。この電源装置10Aには、コンデンサ40と抵抗42が直列接続されたスナバー回路20が設けられ、また、ダイオード44によって半波整流し、コンデンサ46によって平滑化して出力する平滑回路22が設けられている。
【0037】
一方、PWM制御部26として設けられているPWM制御部26Aは、CPU48によって形成されている。また、出力電圧検出部28は、出力電圧Voutを、抵抗50A、50Bによって分圧して出力電圧Voutのモニタ電圧Vout-monとして出力する。CPU48には、A/D変換部52が設けられており、CPU48は、出力電圧検出回路28から入力されるモニタ電圧Vout-monを、A/D変換して読み込む。
【0038】
また、スイッチング素子24は、一例としてパワーMOSFETを用いており、CPU48からスイッチング信号として入力される電圧の変化に基づいてオン/オフするようになっている。
【0039】
ところで、この高圧電源装置10Aの昇圧部14Aには、電圧検出部30として、バッファ54を備えた電圧検出回路56が設けられている。この電圧検出回路56では、抵抗58A、58Bによって分圧された電圧を、バッファ54を介してCPU48に設けているA/D変換部60へ出力する。これにより、CPU48は、昇圧トランス18の一次巻線18Aの端子32Bでの電圧V0をA/D変換して読み込んでモニタすることができる(以下「モニタ電圧Vmon」とする。
【0040】
一方、CPU48では、出力電圧Voutのモニタ電圧Vout-monに基づいて、出力電圧Voutが目標電圧となるように、スイッチング素子24のオン時間tONを設定する。すなわち、出力電圧Voutが目標電圧となるときのモニタ電圧Vout-monを、目標基準電圧として、モニタ電圧Vout-monと目標基準電圧を比較し、モニタ電圧Vout-monが目標基準電圧より高い時には、スイッチング素子24のオン時間tONをワンステップ短くし、逆にモニタ電圧Vout-monが低い時にはワンステップ長くする。
【0041】
昇圧部14Aでは、このようにしてスイッチング素子24のオン時間tONのフィードバック制御を行うことにより、出力電圧Voutを目標電圧に一致させるようにしている。なお、このスイッチング素子24のオン時間tONの設定は、一般的構成を適用でき、本実施の形態では、詳細な説明を省略する。
【0042】
また、CPU48では、電圧検出回路56から入力される端子電圧V0に対するモニタ電圧Vmonから、スイッチング素子24をオンするタイミングを設定する。すなわち、CPU48では、予め設定されている基準電圧Vsとモニタ電圧Vmonを比較して、モニタ電圧Vmonが基準電圧Vsまで下がるとスイッチング信号stを出力して、スイッチング素子24をオンする。
【0043】
このときの基準電圧Vsは、スイッチング素子24がオフして昇圧トランス18に蓄積しているエネルギーを放出するときに、エネルギーの放出がほぼ終了した時の電圧V0を適用している。これにより、高圧電源装置10Aでは、昇圧トランス18に蓄積しているエネルギーの放出が終了したタイミングで、新たなエネルギーの蓄積が開始されるようにしている。
【0044】
ここで、図3及び図4を参照しながら、高圧電源装置10Aの作動の概略を説明する。図3には、CPU48がスイッチング信号を出力するスイッチング処理の概略を示している。このフローチャートは、高圧電源装置10Aが負荷16へ所定の高圧電圧を出力するときに実行される。また、CPU48では、このスイッチング処理と並行して、出力電圧Voutのモニタ電圧Vout-monに基づいたオン時間tONの設定処理を行う。
【0045】
このフローチャートでは、最初のステップ100で、スイッチング信号stを出力し、ステップ102では、スイッチング信号stを出力してからの時間が、別に設定しているオン時間tONに達したか否かを確認に、ステップ102で肯定判定することによりステップ104へ移行して、スイッチング信号stの出力を停止する。すなわち、ステップ100からステップ104では、モニタ電圧Vout-monに基づいて設定したオン時間tONに基づいてスイッチング素子24をオンする。
【0046】
昇圧トランス18の端子電圧V0は、スイッチング素子24をオンすると、所定の電圧となる。この電圧は、スイッチング素子24がオンしているときにの、スイッチング素子24のドレイン−ソース間の電圧VD-Sであり、図4に示すように、モニタ電圧Vmonは、この電圧VD-Sに応じた電圧Vd-s(ON)となる。
【0047】
一方、図3のフローチャートでは、スイッチング信号stをオフすると、ステップ106へ移行して、モニタ電圧Vmonを読込み、このモニタ電圧Vmonが基準電圧Vsよりも高くなっているか否かを確認し(ステップ108)、モニタ電圧Vmonが基準電圧Vsよりも高くなっていると(ステップ108で肯定判定)、ステップ110へ移行し、さらにモニタ電圧Vmonを読み込む。この後、ステップ112では、このモニタ電圧Vmonが基準電圧Vsまで低下したか否か(Vmon≦Vs)を確認する。
【0048】
すなわち、図4に示すように、スイッチング素子24がオフすることにより、フライバックが開始されて昇圧トランス18に蓄積されたエネルギーの放出が開始され、これに伴って端子電圧V0と共にモニタ電圧Vmonが上昇した後、時間経過と共に徐々にする減少する(図4で二点鎖線でも示す)。
【0049】
これにより、昇圧トランス18に蓄積しいたエネルギーの放出がほぼ終了して、モニタ電圧Vmonが基準電圧Vsに達すると、図3に示すフローチャートでは、ステップ112で肯定判定してステップ100へ戻り、次のスイッチング信号stの出力を開始する。すなわち、スイッチング素子24がオンされ、昇圧トランス18の二次巻線18B側に、新たなエネルギーの蓄積が開始される(図4参照)。
【0050】
このように、スイッチング信号stの周波数(周期TF)を固定することなく、昇圧トランス18からのエネルギーの放出に合わせて、スイッチング素子24のオフ時間tOFFであるフライバック時間を設定するために、負荷の容量等に応じて最適なフライバック時間となるようにスイッチング素子24のスイッチングを行うことができる。
【0051】
したがって、負荷の容量の変化にかかわらず、スイッチング素子24のオン時間tONと出力電圧Voutの関係を単調増加となるようにすることができ、複雑なPWM制御を行わなくとも出力電圧Voutの高精度な安定化制御が可能となる。
【0052】
また、昇圧トランス18に蓄積したエネルギーの放出に合わせた適切なタイミングでスイッチング素子24のスイッチングを行うことができるので、効率的な昇圧が可能となる。
〔第2実施例〕
次に第2実施例を説明する。なお、第2実施例で第1の実施例と同じ部品には、同一の符号を付与して、その説明を省略する。
【0053】
図5には、第2実施例に適用した高圧電源装置10Bの概略を示している。この高圧電源装置10Bでは、PWM制御部26として、CPU48Aとスイッチング制御回路62によって構成されたPWM制御部26Bを昇圧部14Bに設けている。
【0054】
また、昇圧部14Bには、電圧検出部30として、比較器64と、この比較器64に基準電圧Vsを入力する基準電源66を備えた電圧検出回路68が設けられている。
【0055】
CPU48Aは、出力電圧Voutのモニタ電圧Vout-monに基づいて、スイッチング信号stのオン時間tONを設定して、このオン時間tONを、スイッチング制御回路62へ出力する。また、CPU48Aは、スイッチング制御を開始するスタート信号startを出力する。
【0056】
電圧検出回路68は、昇圧トランス18の端子電圧V0が、基準電圧Vsを越えることにより、比較器64から出力する比較信号Cをオンし、端子電圧V0が基準電圧Vsまで下がると比較信号Cがオフする。
【0057】
スイッチング制御回路62は、CPU48Aで設定されたオン時間tONに基づいたスイッチング信号stを、比較信号Cに応じてスイッチング素子24へ出力する。
【0058】
このとき、図6に示すように、スイッチング制御回路62は、電圧検出回路68から入力される比較信号Cオフすると、スイッチング信号stをオンして、スイッチング素子24を駆動する。なお、比較信号Cがオフしてからスイッチング信号stがオンするまでに、遅れ時間αが生じる。このために、遅れ時間αを考慮して基準電圧Vsを設定するようにしても良い。
【0059】
このように、構成している高圧電源装置10Bにおいても、スイッチング信号stの周波数(周期)を固定することなく、昇圧トランス18からのエネルギーの放出に合わせて、スイッチング素子24のオフ時間tOFFであるフライバック時間を設定するために、負荷の容量等に応じて最適なフライバック時間となるようにスイッチング素子24のスイッチングを行うことができる。
【0060】
したがって、負荷の容量の変化にかかわらず、スイッチング素子24のオン時間tONと出力電圧Voutの関係を単調増加となるようにすることができ、複雑なPWM制御を行わなくとも出力電圧Voutの高精度な安定化制御が可能となる。また、昇圧トランス18に蓄積したエネルギーの放出に合わせた適切なタイミングでスイッチング素子24のスイッチングを行うことができるので、効率的な昇圧が可能となる。
【0061】
これと共に、CPU48Aと別に設けたスイッチング制御回路62を用いてスイッチング信号stを出力するようにしているため、CPU48Aの負担を軽減できる。したがって、CPU48Aとして、PWM制御を行うために処理能力の高い高価なものを用いる必要がなく、低コスト化が可能となる。
〔第3実施例〕
次に第3実施例を説明する。なお、第3実施例において、第1又は第2実施例と同一の部品には、同一の符号を付与してその説明を省略する。
【0062】
図7には、第3実施例に係る高圧電源装置10Cの概略構成を示している。この高圧電源装置10Cの昇圧部14Cでは、予め端子電圧V0に基づいてスイッチング信号stを出力するときにの遅延時間Δtが設定されている。すなわち、スイッチング制御部26CのCPU48Bは、スイッチング信号stのオン時間tONと共に遅延時間Δtをスイッチング制御回路62Aへ出力する。
【0063】
スイッチング制御回路62Aは、比較信号Cに基づいてスイッチング素子24をオンするときに、この遅延時間Δtだけ遅らせるようになっている。
【0064】
図8(A)乃至図8(C)に示すように、フライバック中は、端子電圧V0が、直流電源12の電圧Vinを中心に減衰振動する。このとき、図8(A)や図8(B)に示すように、出力電圧Voutが低いか比較的高くない場合、一次巻線18Aの電圧V1が、直流電源12の電圧Vinを越えない。この状態でのフライバック中の端子電圧V0は、スイッチング素子24がオンしているときの電圧VD-S(ON)に達することはない。
【0065】
これに対して、図8(C)に示すように、出力電圧Voutが高い場合、一次巻線18Aの電圧V1が電圧Vinを越え、これにより、端子電圧V0が、スイッチング素子24がオンしている時の電圧VD-S(ON)より低くなってしまうことがある。なお、図8(A)乃至図8(C)は、スイッチング信号stを出力した後、スイッチングを停止することによりフライバック時間を長く取った状態を示している。
【0066】
このために、出力電圧Voutにかかわらず、端子電圧V0の変化を検出するためには、基準電圧Vsを高くする必要がある。しかし、基準電圧Vsを高くした状態で、出力電圧Voutが高くなると、昇圧トランス18に蓄積しているエネルギーの放出途中で、昇圧トランス18へのエネルギーの蓄積を開始してしまうことになり、効率が低下する。
【0067】
ここで、高圧電源装置10Cでは、基準電圧Vsを直流電源12の電圧Vinの近くに設定する(Vin>Vs)と共に、出力電圧Voutに基づいて、比較信号Cが入力されてからスイッチング信号stを出力するまでの遅延時間Δtを設定するようにしている。
【0068】
この遅延時間Δtとしては、例えば図9(A)に示すように、出力電圧Voutが低い時に、端子電圧V0が、基準電圧Vsに達してから最低電圧VLOWに達するまでの時間に設定することができる。
【0069】
このようにして遅延時間Δtを設定し、この遅延時間Δtに基づいて、スイッチング信号stのオン時間tONを遅らせることにより、図9(A)に示すように、出力電圧Voutが低く、端子電圧V0の変化が少ない時には、端子電圧V0が、最低電圧VLOWを越えて、上昇してからスイッチング素子24のスイッチングが開始されてしまうのを防止することができる。
【0070】
また、図9(B)に示すように、出力電圧Voutが高かったり、負荷容量が大きいときには、端子電圧V0が下がり過ぎてしまう前に、スイッチング素子24のスイッチングを開始することができる。
【0071】
これにより、出力電圧Voutや負荷容量にかかわらず、出力電圧Voutが単調増加特性となる適切なタイミングでスイッチング素子24のスイッチングを行うことができる。
【0072】
一方、この遅延時間Δtは、出力電圧Voutや負荷16の容量に応じて変更するものであっても良い。例えば、出力電圧Voutに基づいて遅延時間Δtを設定するときには、出力電圧Voutのモニタ電圧Vout-monに基づいて、出力電圧Voutが高い時には、遅延時間Δtを短くし、出力電圧Voutが低い時には、遅延時間Δtを長くするようにしても良い。
【0073】
ここで、図10を参照しながら出力電圧Voutに基づいた遅延時間Δtの設定の概略を説明する。なお、ここでは、出力電圧Voutのモニタ電圧Vout-monが電圧Vaより低い低圧域と、電圧Vb(Va<Vb)より高い高圧域及び電圧Vaと電圧Vbの間(Va≦Vout-mon≦Vb)の中圧域に設定し、低圧域、中圧域及び高圧域で、遅延時間ΔtをΔt1、Δt2、Δt3(Δt1>Δt2>Δt3)に設定するものとする。
【0074】
このフローチャートでは、高圧電源装置10Cが作動を開始することにより実行され、最初のステップ120では、遅延時間Δtの初期設定を行う。なお、遅延時間Δtの初期値としては、遅延時間Δt2を用いても良く、また、最も短い遅延時間Δt3を用いても良い。
【0075】
この後、ステップ122では、モニタ電圧Vout-monを読込み、ステップ124では、このモニタ電圧Vout-monが、電圧Vaより低いか否かを確認する。これにより、モニタ電圧Vout-monが電圧Vaより低い時(Vout-mon<Va)には、出力電圧Voutが低圧域にあると判断(ステップ124で肯定判定)して、ステップ126へ移行し、遅延時間Δtを時間t1に設定する。
【0076】
また、モニタ電圧Vout-monが、電圧Vaよりも高い時(Vout-mon≧Va)には、ステップ124で否定判定して、ステップ128へ移行し、モニタ電圧Vout-monが電圧Vbより高いか否かを確認する。
【0077】
これにより、モニタ電圧Vout-monが電圧Vbより高い時(Vout-mon>Vb)には、出力電圧Voutが高圧域にあると判断(ステップ128で肯定判定)して、ステップ130へ移行し、遅延時間Δtを時間Δt3に設定する。
【0078】
一方、モニタ電圧Vout-monが、電圧Va以上で、かつ電圧Vb以下であるときには(Va≦Vout-mon≦Vb、ステップ124、128で否定判定)、出力電圧Voutが中圧域であると判断してステップ132へ移行し、遅延時間Δtを時間Δt2に設定する。
【0079】
このようにして、出力電圧Voutに応じて遅延時間Δtを設定することにより、例えば図11(A)に示すように、出力電圧Vout-が低く、端子電圧V0が変化する時の振幅が小さく減衰周期の長い状態では、遅延時間Δtを長くすることができる。また、図11(B)に示すように、出力電圧Voutが中圧域であるときには、遅延時間Δtを出力電圧Voutが低圧域であるときより短くすることができる。さらに、出力電圧Voutが高圧域であるときには、遅延時間Δtを最も短くすることができる。
【0080】
したがって、出力電圧Voutにかかわらず、出力電圧Voutが単調増加特性となるように適切なタイミングでスイッチング素子24のスイッチングを行うことができる。
【0081】
なお、出力電圧Voutが一定の時には、負荷容量によって変化する出力電流を検出し、この出力電流によって遅延時間Δtを設定すれば良い。また、遅延時間Δtは、出力電圧Voutと出力電流に基づいて設定するものであっても良く、これにより、負荷16の容量や負荷16に供給する電圧にかかわらず、出力電圧Voutが単調増加特性となるようにすることができる。
〔第4実施例〕
次に第4実施例を説明する。なお、第4実施例において第1乃至第3実施例と同一の部品には、同一の符号を付与してその説明を省略する。
【0082】
図12には、第4実施例に適用した高圧電源装置10Dの概略構成を示している。この高圧電源装置10Dの昇圧部14Dに設けられているスイッチング制御部26Dは、CPU48CにD/A変換部70が設けられている。CPU48Cは、このD/A変換部70から基準電圧Vsを、電圧検出回路68Aの比較器64に出力する。
【0083】
一方、CPU48Cは、出力電圧Voutに応じて基準電圧Vsを変更するようになっている。すなわち、前記した第3実施例では、出力電圧Voutに応じて遅延時間Δtを変更するようにしたが、第4実施例では、出力電圧Voutに応じて基準電圧Vsを変更するようにしている。
【0084】
このような基準電圧Vsは、出力電圧Voutに応じて変化するもモニタ電圧Vout-monに基づいて設定する任意の方法を用いることができる。
【0085】
例えば、電圧Va、Vb(Va<Vb)を基準として、低圧域、中圧域及び高圧域に分け、それぞれの基準電圧Vsを、Vs1、Vs2、Vs3(ただしVs1>Vs2>Vs3)したときに、モニタ電圧Vout-monに応じて基準電圧Vsを設定する。
【0086】
ここで、この基準電圧Vsの設定の一例を図13に沿って説明する。このフローチャートでは、最初のステップ140で基準電圧Vsの初期設定を行う。このときは、基準電圧Vsとしては、最も高く直流電源の電圧Vinに近い電圧(例えば電圧Vs1)に設定することが好ましい。
【0087】
この後、ステップ142では、モニタ電圧Vout-monを読込み、次のステップ144で、このモニタ電圧Vout-monが、電圧Vaより低いか否かを確認する。これにより、モニタ電圧Vout-monが電圧Vaより低い時(Vout-mon<Va)には、出力電圧Voutが低圧域にあると判断(ステップ144で肯定判定)して、ステップ146へ移行し、基準電圧Vsを電圧Vs1に設定する。
【0088】
また、モニタ電圧Vout-monが、電圧Vaよりも高い時(Vout-mon≧Va)には、ステップ144で否定判定して、ステップ148へ移行し、モニタ電圧Vout-monが電圧Vbより高いか否かを確認する。
【0089】
これにより、モニタ電圧Vout-monが電圧Vbより高い時(Vout-mon>Vb)には、出力電圧Voutが高圧域にあると判断(ステップ148で肯定判定)して、ステップ150へ移行し、基準電圧Vsを電圧Vs3に設定する。
【0090】
一方、モニタ電圧Vout-monが、電圧Va以上で、かつ電圧Vb以下であるときには(Va≦Vout-mon≦Vb、ステップ144、148で否定判定)、出力電圧Vout-monが中圧域であると判断してステップ152へ移行し、基準電圧Vsを電圧Vs2に設定する。
【0091】
これにより、図14(A)に示すように、出力電圧Voutが低く端子電圧V0の振幅が小さい時には、基準電圧Vsを直流電源12の電圧Vinに近づけ、図14(B)に示すように、出力電圧Vout-monが比較して高い時には、基準電圧Vsを電圧Vinから離すことができる。また、図14(C)に示すように、出力電圧Vout-monがさらに高く、端子電圧V0の振幅が電圧Vinの2倍を越えるときには、基準電圧Vsを大きく下げることができる。
【0092】
このように基準電圧Vsを変化させることにより、出力電圧Voutをスイッチング素子24のオン時間tONの増加に応じた単調増加とすることができる。
【0093】
なお、本発明を適用する高圧電源装置としては、出力電流及び出力電圧Vout-monに基づいて基準電圧Vsを変更するものであっても良い。
〔第5実施例〕
次に第5実施例を説明する。なお、第5実施例において第1実施例乃至第4実施例と同一の部品には同一の符号を付与してその説明を省略する。
【0094】
第5実施例に適用した高圧電源装置10Eの昇圧部14Eでは、CPU48Dに、スイッチング素子24を強制的にオンするまでの時間としてスイッチング信号stの強制オン時間が設定されている。また、CPU48Dには、比較信号Cがオフからオンに切り替ったとき(スイッチング信号stがオンからオフに切り替わったとき)に、所定時間の間、比較信号Cのオンからオフの切り替りを検出しないマスク時間tmが設定されている。
【0095】
スイッチング制御回路62Bは、スイッチング処理を開始するときに、CPU48Dから強制スイッチングを行うときにスイッチング素子24を強制的にオンするまでの時間 (以下「オーバーフロー時間tOF」とする)を読み込む。また、スイッチング制御回路62Bは、比較信号Cのマスキングが設定されているときには、CPU48Dから入力されるマスク時間tmを読み込むようになっている。
【0096】
これにより、スイッチング制御回路62Bは、スイッチング起動時に、スイッチング信号stの強制オン時間が経過しても、比較信号Cがオンからオフに切り替らないときに、オーバーフロー時間t OF に基づいてスイッチング素子24を強制的にオンする。また、スイッチング制御回路62Bは、起動処理が終了すると、比較信号Cがオフからオンに切り替ったときに、マスク時間tmの間、比較信号Cの切り替りを検出しないようになっている。
【0097】
図16には、起動処理の概略を示しており、このフローチャートは、CPU48Dからスイッチングを開始するスタート信号startが入力されることにより実行され、最初のステップ160では、スイッチング信号stのオン時間tONの初期値及びオーバーフロー時間tOFを読み込む。
【0098】
この後ステップ162では、所定のタイミングでスイッチング信号stをオンして、スイッチング素子24の駆動を開始する。
【0099】
ここで、スイッチング起動開始時には、スイッチング素子24をオンからオフすると、ステップ164へ移行して、図示しないタイマーをリセット/スタートさせ、スイッチング素子24をオフしている時間(オフ時間tOFF)の計測を開始すると共に、ステップ166では、比較信号Cを読込み、この比較信号Cがオンからオフに切り替ったか否かを確認する(ステップ168)。
【0100】
このとき、比較信号Cがオンからオフに切り替らずにステップ168で否定判定されているときには、ステップ170へ移行して、タイマーによって計測しているオフ時間tOFFが、オーバーフロー時間tOFに達したか否かを確認する。
【0101】
これにより、比較信号Cがオンからオフに切り替る前にオフ時間tOFFがオーバーフロー時間tOFに達して(tOFF≧tOF)、ステップ170で肯定判定されると、ステップ162へ移行して、スイッチング信号stをオンし、再度、スイッチング素子24の強制駆動を行う。
【0102】
このようにして、オーバーフロー時間tOFの間隔で、スイッチング素子24を強制的にオンすることにより出力電圧Voutが徐々に上昇し、端子電圧V0の振幅が大きくなる。これにより、端子電圧V0が基準電圧Vsよりも下がると、比較器64から出力する比較信号Cがオンからオフに切り替る。
【0103】
これにより、ステップ168で肯定判定されると、ステップ172へ移行して、起動処理を終了すると共に、比較信号Cに基づいたタイミングでスイッチング信号stを出力してスイッチング素子24を駆動する通常制御に移行する。
【0104】
すなわち、図17に示すように、スイッチング素子24のスイッチングを開始(起動開始)した時には、出力電圧Voutが上がらないため、端子電圧V0の変化も少なく、端子電圧V0又はモニタ電圧Vmonが基準電圧Vsよりも低下しないことがある。このために、比較信号Cが出力されず、スイッチング素子24のスイッチングが停止してしまう。このとき、基準電圧Vsを直流電源12の電圧Vinに近づけると誤動作の原因となる、
ここで、高圧電源装置10Eでは、端子電圧V0にかかわら強制的にスイッチング素子24を駆動することにより、端子電圧V0に基づいてスイッチングを行うときに、的確な起動開始が可能となるようにしている。
【0105】
なお、このような起動処理は、前記した第1乃至第4実施例の何れにも適用可能である。
【0106】
一方、昇圧部14のスイッチング制御回路62Bは、起動処理を終了すると、CPU48Dから遅延時間Δtと共にマスク時間tmを読み込んで、マスク時間tmに用いた比較信号Cの検出を行う。
【0107】
ここで、図18を参照しながら、マスク時間tmを用いたスイッチング処理の流れを説明する。このフローチャートでは、ステップ100〜ステップ104で、所定のオン時間tONに基づいたスイッチング素子24のスイッチングを行うと、ステップ180で図示しないタイマーをリセット/スタートさせて時間計測を開始し、ステップ182では、計測時間がマスク時間tmに達したか否かを確認する。
【0108】
これにより、スイッチング素子24をオフしてからの経過時間がマスク時間tmに達して、ステップ182で肯定判定されると、ステップ184へ移行して、比較信号Cを読込み、比較信号Cがオンからオフに切り替った否かを確認する(ステップ186)。すなわち、スイッチング素子24をオフ(スイッチング信号stをオフ)してから、マスク時間tmだけ経過した後に、比較信号Cの読込みを行う。
【0109】
これにより、比較信号Cがオンからオフに切り替って、ステップ186で肯定判定されると、ステップ188へ移行して、図示しないタイマーをリセット/スタートさせることにより、遅延時間Δtの計測を開始し、遅延時間Δtが経過してステップ190で肯定判定されることにより、ステップ100へ移行して、次のスイッチングを行う。
【0110】
すなわち、スイッチング素子24がオン状態からオフすることにより、端子電圧V0が上昇するが、このときに、昇圧トランス18やこの昇圧トランス18の一次巻線18Aや二次巻線18Bに接続している回路の特性等によっては、リンギングが発生することがある。
【0111】
これにより、図19に示すように、端子電圧V0は、一旦、基準電圧Vsより低くなることがあり、比較信号Cがオンからオフする。このタイミングでスイッチング素子24をオンすると、昇圧トランス18の二次巻線18Bからのエネルギーの放出途中で、エネルギーの蓄積が開始されてしまい、適性な出力電圧Voutが得られなくなってしまう。
【0112】
このときに、マスク時間tmを設けることにより、リンギングによる誤動作を防止して、適切な出力電圧Voutが得られるようにすることができる。
【0113】
なお、起動処理及びマスク処理は、スイッチング制御回路62Bでハードウエアによって構成しても良く、また、スイッチング制御回路62Bに、スイッチング信号発生用のCPUを設けているときには、このCPUによって処理を行うものであっても良い。
【0114】
なお、以上説明した本実施の形態は、本発明の一例を示すものであり、本発明の構成を限定するものではない。例えば、負荷16の容量(インピーダンス等)が転写ローラなどのように、温度や湿度等の環境条件の影響を受けるときには、温度、湿度等の環境条件を検出する環境条件検出手段を設け、この環境条件検出手段の検出結果に基づいて、基準電圧Vsや遅延時間Δtを補正するようにしても良い。これにより、より適性な出力電圧Voutの制御が可能となる。
【0115】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、出力電圧に基づいて基準電圧を設定し、この基準電圧と昇圧トランスの一次巻線側の電圧変化に基づいてスイッチング素子をオン/オフすることにより、出力電圧をスイッチング素子のオン時間の増加に応じた単調増加とすることができるので、複雑なPWM制御をしなくとも出力電圧の高精度の制御が可能となるとともに、CPUの負担を軽減できるため、処理能力の低いCPUを使用して低コストな高圧電源装置の提供が可能となるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施の形態に適用した高圧電源装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図2】 第1実施例に適用した高圧電源装置の概略構成図である。
【図3】 第1実施例でのスイッチング処理の概略を示す流れ図である。
【図4】 第1実施例における端子電圧のモニタ電圧の変化とスイッチング信号のオン/オフの概略を示すタイミングチャートである。
【図5】 第2実施例に適用した高圧電源装置の概略構成図である。
【図6】 第2実施例における端子電圧の変化、比較信号の変化及びスイッチング信号のオン/オフの概略を示すタイミングチャートである。
【図7】 第3実施例に適用した高圧電源装置の概略構成図である。
【図8】 (A)乃至(C)はそれぞれ、スイッチング信号をオフした後の端子電圧の変化及び比較信号の変化の概略を示すタイミングチャートであり、(A)は出力電圧が低い低圧域での変化を示し、(C)は出力電圧の中圧域での変化を示し、(C)は出力電圧が高い高圧域での変化の一例を示している。
【図9】 (A)及び(B)は出力電圧の低いときの端子電圧に基づいて遅延時間による端子電圧の変化、比較信号の変化及びスイッチング信号のオン/オフを示すタイミングチャートであり(A)は出力電圧の低中圧域を示し、(B)出力電圧の高圧域を示している。
【図10】 出力電圧に基づいた遅延時間の設定の概略を示す流れ図である。
【図11】 (A)乃至(C)は出力電圧から設定した遅延時間に基づく端子電圧の変化、比較信号の変化及びスイッチング信号のオン/オフの概略を示しタイミングチャートであり、(A)は出力電圧が低圧域、(B)は出力電圧が中圧域、(C)は出力電圧が高圧域をそれぞれ示している。
【図12】 第4実施例に適用した高圧電源装置の概略構成図である。
【図13】 出力電圧に基づいた基準電圧の設定の概略を示す流れ図である。
【図14】 (A)乃至(C)は出力電圧から設定した基準電圧に基づく端子電圧の変化、比較信号の変化及びスイッチング信号のオン/オフの概略を示しタイミングチャートであり、(A)は出力電圧が低圧域、(B)は出力電圧が中圧域、(C)は出力電圧が高圧域をそれぞれ示している。
【図15】 第5実施例に適用した高圧電源装置の概略構成図である。
【図16】 端子電圧に基づいてスイッチングを開始する時の起動処理の概略を示し流れ図である。
【図17】 起動時の端子電圧の変化、比較信号の変化及びスイッチング信号のオン/オフの概略を示すタイミングチャートである。
【図18】 比較信号のマスク時間を用いたスイッチング処理の概略を示す流れ図である。
【図19】 リンギングが発生した端子電圧の変化と比較信号の変化及びマスク時間を用いたスイッチング信号のオン/オフの概略を示すタイミングチャートである。
【図20】 従来の高圧電源装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
10(10A〜10E) 高圧電源装置
12 直流電源
14(14A〜14E) 昇圧部
16 負荷
18 昇圧トランス
18A 一次巻線
18B 二次巻線
22 平滑回路
24 スイッチング素子
26(26A〜26E) PWM制御部
28 出力電圧検出部
30 電圧検出部
48、48A、48B、48C、48D CPU
56、68 電圧検出回路
62、62A、62B スイッチング制御回路
64 比較器
66 基準電源
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a digitally controlled high-voltage power supply apparatus that outputs a DC voltage by driving a step-up transformer by turning on / off a switching element.
[0002]
[Prior art]
An electrophotographic printer is provided with a high-voltage power supply device. The high-voltage power supply device provided in the printer detects the output voltage and controls the duty ratio and frequency when the CPU turns on and off the switching element so that the detected output voltage becomes a predetermined voltage. Therefore, a digital control system that outputs a predetermined DC voltage is common.
[0003]
Such digital control high-voltage power supply devices include a forward method and a flyback method. FIG. 20 shows a high-voltage power supply device 200 as an example using the flyback method. In this high-voltage power supply device 200, the switching element 204 is turned on by a switching signal output from the CPU 202, whereby a predetermined voltage Vin is applied from the DC power source to the primary winding 206 </ b> A of the step-up transformer 206 and power is stored in the step-up transformer 106. Is done.
[0004]
By turning off the switching element 204, the electric power stored in the step-up transformer 206 is supplied from the secondary winding 206B to the load while being converted into a DC voltage (output voltage Vout) through the smoothing circuit.
[0005]
At this time, the CPU 202 monitors the output voltage Vout to the load by the output voltage detection circuit 208 and the A / D conversion unit 210, and controls the on-time and switching cycle of the switching element 204, so that the output voltage Vout becomes the target. The PWM control of the switching element 204 is performed so as to be a voltage.
[0006]
By the way, a printer or the like requires a high-voltage power supply device that can obtain a highly accurate output voltage. Further, the impedance of a transfer roller or the like that uses a voltage output from a high voltage device changes according to environmental conditions such as humidity and temperature. For this reason, in a printer or the like, the load capacity connected to the high voltage device changes greatly.
[0007]
On the other hand, in a high voltage power supply device using a digital control system, for example, if the load is constant, the output voltage is set according to the on-duty (on time) of the switching element by appropriately setting the circuit constant according to the load. The monotonously increasing characteristic increases, and the stabilization control for controlling the output voltage to become the target voltage is extremely easy.
[0008]
However, in reality, the load often fluctuates, and monotonically increasing characteristics are rarely obtained in the entire load fluctuation range and output voltage control range. In color printers and the like, the output voltage is increased. A high-voltage power supply controlled with precision is required.
[0009]
For this reason, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-102249 proposes to control the duty ratio based on environmental conditions that affect the impedance of the load such as temperature and humidity. However, even if the on-duty is controlled based on the environmental condition of the load, the output voltage cannot always be a monotonously increasing characteristic.
[0010]
In the above proposal, complicated calculation processing must be performed and a high-performance CPU is required, which hinders cost reduction. Furthermore, since the tandem method requires four times as many power supply circuits, the CPU also requires four times the performance.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described facts, and an object of the present invention is to propose a high-voltage power supply apparatus capable of high-precision output voltage control at low cost regardless of a change in load capacity or the like.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the present invention provides a step-up transformer, a DC power source that is connected to one terminal of a primary winding of the step-up transformer and supplies a DC voltage to the step-up transformer, and one of the step-up transformers.Next volumeA switching element connected to the other terminal of the line to turn on / off voltage supply from the DC power supply to the step-up transformer, and boosted to the secondary winding of the step-up transformer by turning on / off the switching element Smoothing means for smoothing the voltage and outputting it to the load, and a PWM control unit for controlling the ON time of the switching element based on the output voltage to the load and performing PWM control of the switching element so that the output voltage becomes the target voltage A voltage detecting means for detecting a voltage between the other terminal of the primary winding of the step-up transformer and the ground as a terminal voltage, and detecting an output voltage output to the load. A reference voltage setting means for setting a reference voltage based on the detected output voltage;Comparing means for comparing the terminal voltage detected by the voltage detecting means with the reference voltage;in frontRecordingThe on-timing of the switching elementThe switching element is turned on after it is determined from the comparison result of the comparison means that the terminal voltage has decreased to the reference voltage.Setting means for setting, and driving means for driving the switching element based on the ON timing set by the setting means with an ON time based on the output voltage.Mu
[0013]
  According to the present invention, the ON time is set based on the output voltage, and the output voltage is controlled to be the target voltage by the PWM control that drives the switching element based on the set ON time. At this time, a change in the terminal voltage on the primary winding side of the step-up transformer is detected, and the timing for turning on the switching element is set based on the change in the terminal voltage.
  Further, the reference voltage setting means sets the reference voltage based on the output voltage,Terminal voltage isThis reference voltage(After the terminal voltage has fallen below the reference voltage)Switching elementTo turn onBy setting the ON timing of the switching element, the switching element can be driven at an appropriate timing even when the amplitude of the terminal voltage changes according to the output voltage.
[0014]
As a result, the switching element can be turned on at a fixed timing with respect to the terminal voltage that changes according to the output voltage and the load capacitance, and the output voltage can be monotonously increased according to the ON time of the switching element.
[0015]
Therefore, it is not necessary to perform complicated PWM control, and high-precision control of the output voltage is possible at low cost.
[0021]
  like thisThe present inventionsoMore preferably, a mask time for stopping reading of the comparison result of the comparison means for a predetermined time after the switching element is turned off is set.
[0022]
When the switching element is turned off from on, ringing or the like may occur. However, by setting the mask time, it is possible to reliably prevent the occurrence of malfunction due to ringing.
[0023]
The present invention preferably includes start means for forcibly driving the switching element at intervals within a predetermined time at the start of driving of the switching element, whereby the switching element is switched based on the terminal voltage of the primary winding. When this is done, reliable driving is possible.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a high-voltage power supply device 10 according to the present embodiment.
[0025]
The high-voltage power supply device 10 includes a DC power supply 12 that outputs a predetermined voltage Vin, and a booster unit 14 that outputs an output voltage Vout obtained by boosting a voltage input from the DC power supply 12, and is output from the booster unit 14. Is supplied to the load 16. When this high-voltage power supply device 10 is used in a printer such as a color printer using an electrophotographic process, a transfer roller or the like is connected as the load 16, but not limited to this, on the output side of the high-voltage power supply unit 14. Any load 16 can be connected as long as it uses DC power.
[0026]
The step-up transformer 14 is provided with a step-up transformer 18. A snubber circuit 20 is provided on the primary winding 18A side of the step-up transformer 18, and DC power of voltage Vin is input from the DC power supply 12 to one terminal 32A of the primary winding 18A. Further, a smoothing circuit 22 is provided on the secondary winding 18B side of the step-up transformer 18, and a DC voltage of a predetermined output voltage Vout is output through the smoothing circuit 22.
[0027]
On the other hand, the boosting unit 14 is provided with a switching element 24. The switching element 24 is connected in series to the other terminal 32B of the primary winding 18A of the step-up transformer 18. Further, the booster unit 14 is provided with a PWM control unit 26. The switching element 24 is driven on / off according to the switching signal st output from the PWM control unit 26.
[0028]
The switching element 24 is turned on / off by a switching signal st, and energizes and interrupts the primary winding 18A of the step-up transformer 18 from the DC power supply 12. As the switching element 24 at this time, a known semiconductor element such as a bipolar transistor, a power transistor, a MOS field effect transistor (MOSFET), a power MOSFET, or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) can be applied.
[0029]
This high-voltage power supply device 10 uses a flyback system, and power is supplied from the DC power supply 12 to the primary winding 18A side of the step-up transformer 18 while the switching element 24 is on, and power is supplied to the step-up transformer 18. accumulate. Thereafter, when the switching element 24 is turned off and the power supply from the DC power supply 12 is cut off, the power stored in the step-up transformer 18 is converted into a DC voltage via the smoothing circuit 22 and is supplied to the load 16. Supply. That is, the time during which the switching element 24 is off is the flyback time.
[0030]
The booster 14 is provided with an output voltage detector 28. The output voltage detection unit 28 outputs a voltage corresponding to the output voltage Vout output to the load 16 to the PWM control unit 26.
[0031]
Based on the voltage detected from the output voltage detector 28, the PWM controller 26 sets an ON time when the switching element 24 is turned on so that the output voltage Vout becomes a preset target voltage. That is, the high-voltage power supply device 10 performs PWM control of the switching element 24 so that the output voltage Vout becomes the target voltage.
[0032]
  Incidentally, the voltage booster 14 is provided with a voltage detector 30, and this voltage detector 30 is connected to the PWM controller 26. The voltage detection unit 30 includes a terminal 32B of the primary winding 18A of the step-up transformer 18.Terminal that is the voltage between and groundVoltage V0A signal (for example, a voltage) corresponding to is output to the PWM control unit 26. That is, the voltage detection unit 30 is connected to the primary winding 18A.Between windings between terminal 32A and terminal 32BVoltage V1Of the terminal 32B which changes according toTerminal voltageV0Output a signal according to. Thereby, in the PWM control unit 26, the voltage V of the primary winding 18 </ b> A according to the on / off of the switching element 24.1Changes can be detected.
[0033]
The PWM control unit 26 detects the voltage V detected via the voltage detection unit 30.0Based on the above, the switching element 24 is turned on. That is, the PWM control unit 26 determines the voltage V of the primary winding 18A of the step-up transformer 18.1Based on the above, the switching element 24 is turned on.
[0034]
In the step-up unit 14, the voltage V of the primary winding 18 </ b> A of the step-up transformer 18 is turned on when the switching element 24 is turned on.0When the switching element 24 is turned off from the on state, the voltage V on the secondary winding 18B side is reduced.2Depending on the voltage V1Changes. This voltage V1The time constant when changes mainly depends on the power consumption such as the circuit constant on the secondary winding 18B side and the impedance of the load.
[0035]
At this time, the PWM control unit 26 determines the terminal voltage V of the primary winding 18A.0When the voltage reaches a predetermined value set in advance, the output voltage Vout is changed in accordance with the change in the ON time of the switching signal regardless of the size of the load 16 by turning on the switching element 24. To be able to. That is, it is possible to achieve a monotonically increasing characteristic in which the output voltage Vout increases when the ON time is increased (longer).
[0036]
Below, the specific example of the high voltage power supply device 10 is demonstrated, referring drawings.
[First embodiment]
FIG. 2 shows a high-voltage power supply device 10A applied to the first embodiment. The power supply device 10A is provided with a snubber circuit 20 in which a capacitor 40 and a resistor 42 are connected in series, and a smoothing circuit 22 that is half-wave rectified by a diode 44, smoothed by a capacitor 46, and output. .
[0037]
On the other hand, the PWM control unit 26 </ b> A provided as the PWM control unit 26 is formed by the CPU 48. Further, the output voltage detection unit 28 divides the output voltage Vout by the resistors 50A and 50B and outputs it as a monitor voltage Vout-mon of the output voltage Vout. The CPU 48 is provided with an A / D conversion unit 52, and the CPU 48 performs A / D conversion and reads the monitor voltage Vout-mon input from the output voltage detection circuit 28.
[0038]
The switching element 24 uses a power MOSFET as an example, and is turned on / off based on a change in voltage input as a switching signal from the CPU 48.
[0039]
Incidentally, a voltage detection circuit 56 including a buffer 54 is provided as the voltage detection unit 30 in the boosting unit 14A of the high-voltage power supply device 10A. In the voltage detection circuit 56, the voltage divided by the resistors 58 </ b> A and 58 </ b> B is output to the A / D conversion unit 60 provided in the CPU 48 via the buffer 54. Thereby, the CPU 48 determines the voltage V at the terminal 32B of the primary winding 18A of the step-up transformer 18.0Can be read and monitored after A / D conversion (hereinafter referred to as “monitor voltage Vmon”).
[0040]
On the other hand, in the CPU 48, the on-time t of the switching element 24 is set so that the output voltage Vout becomes the target voltage based on the monitor voltage Vout-mon of the output voltage Vout.ONSet. That is, the monitor voltage Vout-mon when the output voltage Vout becomes the target voltage is set as the target reference voltage, the monitor voltage Vout-mon is compared with the target reference voltage, and when the monitor voltage Vout-mon is higher than the target reference voltage, ON time t of the switching element 24ONIs shortened by one step, and conversely when the monitor voltage Vout-mon is low, it is lengthened by one step.
[0041]
In the boosting unit 14A, the ON time t of the switching element 24 is thus obtained.ONBy performing this feedback control, the output voltage Vout is made to coincide with the target voltage. The on-time t of the switching element 24ONA general configuration can be applied to this setting, and detailed description thereof is omitted in this embodiment.
[0042]
In the CPU 48, the terminal voltage V input from the voltage detection circuit 56.0The timing for turning on the switching element 24 is set from the monitor voltage Vmon. That is, the CPU 48 compares the reference voltage Vs set in advance with the monitor voltage Vmon. When the monitor voltage Vmon falls to the reference voltage Vs, the CPU 48 outputs the switching signal st and turns on the switching element 24.
[0043]
The reference voltage Vs at this time is the voltage V V when the energy release is almost finished when the switching element 24 is turned off and the energy stored in the step-up transformer 18 is released.0Has been applied. Thereby, in the high voltage power supply device 10A, the accumulation of new energy is started at the timing when the release of the energy accumulated in the step-up transformer 18 is completed.
[0044]
Here, an outline of the operation of the high-voltage power supply apparatus 10A will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows an outline of switching processing in which the CPU 48 outputs a switching signal. This flowchart is executed when the high voltage power supply apparatus 10A outputs a predetermined high voltage to the load 16. Further, in the CPU 48, in parallel with this switching process, the on-time t based on the monitor voltage Vout-mon of the output voltage Vout.ONPerform the setting process.
[0045]
In this flowchart, the switching signal st is output in the first step 100, and in step 102, the time after the switching signal st is output is a separately set on time t.ONIn order to confirm whether or not the value has reached, an affirmative determination is made in step 102, the process proceeds to step 104, and the output of the switching signal st is stopped. That is, from step 100 to step 104, the ON time t set based on the monitor voltage Vout-monONBased on the above, the switching element 24 is turned on.
[0046]
Terminal voltage V of the step-up transformer 180Becomes a predetermined voltage when the switching element 24 is turned on. This voltage is the voltage V between the drain and source of the switching element 24 when the switching element 24 is on.DSAs shown in FIG. 4, the monitor voltage Vmon is equal to this voltage VDSVoltage V according tods (ON)It becomes.
[0047]
On the other hand, in the flowchart of FIG. 3, when the switching signal st is turned off, the routine proceeds to step 106 where the monitor voltage Vmon is read and it is confirmed whether or not the monitor voltage Vmon is higher than the reference voltage Vs (step 108). ) If the monitor voltage Vmon is higher than the reference voltage Vs (Yes in step 108), the process proceeds to step 110, and the monitor voltage Vmon is read. Thereafter, in step 112, it is confirmed whether or not the monitor voltage Vmon has decreased to the reference voltage Vs (Vmon ≦ Vs).
[0048]
That is, as shown in FIG. 4, when the switching element 24 is turned off, the flyback is started and the discharge of the energy accumulated in the step-up transformer 18 is started, and accordingly, the terminal voltage V0At the same time, the monitor voltage Vmon rises and then gradually decreases with time (also indicated by a two-dot chain line in FIG. 4).
[0049]
Thereby, when the release of the energy accumulated in the step-up transformer 18 is almost finished and the monitor voltage Vmon reaches the reference voltage Vs, in the flowchart shown in FIG. The output of the switching signal st is started. That is, the switching element 24 is turned on, and accumulation of new energy is started on the secondary winding 18B side of the step-up transformer 18 (see FIG. 4).
[0050]
Thus, the frequency of the switching signal st (period TF) Is fixed, and the off time t of the switching element 24 is adjusted in accordance with the release of energy from the step-up transformer 18.OFFIn order to set the flyback time, the switching element 24 can be switched so as to achieve an optimum flyback time according to the capacity of the load.
[0051]
Therefore, the on-time t of the switching element 24 regardless of the change in the capacity of the load.ONThe output voltage Vout can be monotonously increased, and the output voltage Vout can be stabilized with high accuracy without performing complicated PWM control.
[0052]
In addition, since the switching element 24 can be switched at an appropriate timing in accordance with the release of the energy accumulated in the step-up transformer 18, efficient step-up is possible.
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0053]
FIG. 5 shows an outline of a high-voltage power supply device 10B applied to the second embodiment. In this high voltage power supply device 10B, a PWM control unit 26B configured by a CPU 48A and a switching control circuit 62 is provided in the boosting unit 14B as the PWM control unit 26.
[0054]
Further, the voltage booster 14B is provided with a voltage detection circuit 68 including a comparator 64 and a reference power supply 66 for inputting the reference voltage Vs to the comparator 64 as the voltage detector 30.
[0055]
The CPU 48A determines the on-time t of the switching signal st based on the monitor voltage Vout-mon of the output voltage Vout.ONTo set this on time tONIs output to the switching control circuit 62. Further, the CPU 48A outputs a start signal start for starting switching control.
[0056]
The voltage detection circuit 68 is connected to the terminal voltage V of the step-up transformer 18.0Exceeds the reference voltage Vs, the comparison signal C output from the comparator 64 is turned on, and the terminal voltage V0Is lowered to the reference voltage Vs, the comparison signal C is turned off.
[0057]
The switching control circuit 62 has an on-time t set by the CPU 48A.ONIs output to the switching element 24 in accordance with the comparison signal C.
[0058]
At this time, as shown in FIG. 6, when the comparison signal C input from the voltage detection circuit 68 is turned off, the switching control circuit 62 turns on the switching signal st and drives the switching element 24. Note that a delay time α occurs between the time when the comparison signal C is turned off and the time when the switching signal st is turned on. For this reason, the reference voltage Vs may be set in consideration of the delay time α.
[0059]
As described above, also in the high-voltage power supply device 10B configured as described above, the off-time t of the switching element 24 is adjusted in accordance with the release of energy from the step-up transformer 18 without fixing the frequency (period) of the switching signal st.OFFIn order to set the flyback time, the switching element 24 can be switched so as to achieve an optimum flyback time according to the capacity of the load.
[0060]
Therefore, the on-time t of the switching element 24 regardless of the change in the capacity of the load.ONThe output voltage Vout can be monotonously increased, and the output voltage Vout can be stabilized with high accuracy without performing complicated PWM control. In addition, since the switching element 24 can be switched at an appropriate timing in accordance with the release of the energy accumulated in the step-up transformer 18, efficient step-up is possible.
[0061]
At the same time, since the switching signal st is output using the switching control circuit 62 provided separately from the CPU 48A, the burden on the CPU 48A can be reduced. Therefore, it is not necessary to use an expensive CPU 48A with high processing capability in order to perform PWM control, and the cost can be reduced.
[Third embodiment]
Next, a third embodiment will be described. In the third embodiment, parts that are the same as those in the first or second embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
[0062]
FIG. 7 shows a schematic configuration of a high-voltage power supply device 10C according to the third embodiment. In the boosting unit 14C of the high-voltage power supply device 10C, the terminal voltage V0Is set to a delay time Δt when the switching signal st is output. That is, the CPU 48B of the switching control unit 26C sets the on time t of the switching signal st.ONAt the same time, the delay time Δt is output to the switching control circuit 62A.
[0063]
When the switching element 24 is turned on based on the comparison signal C, the switching control circuit 62A delays this delay time Δt.
[0064]
As shown in FIGS. 8A to 8C, during flyback, the terminal voltage V0However, it oscillates damped around the voltage Vin of the DC power supply 12. At this time, as shown in FIGS. 8A and 8B, when the output voltage Vout is low or not relatively high, the voltage V of the primary winding 18A1However, the voltage Vin of the DC power supply 12 is not exceeded. Terminal voltage V during flyback in this state0Is the voltage V when the switching element 24 is on.DS (ON)Never reach.
[0065]
On the other hand, as shown in FIG. 8C, when the output voltage Vout is high, the voltage V of the primary winding 18A1Exceeds the voltage Vin, so that the terminal voltage V0Is the voltage V when the switching element 24 is on.DS (ON)May be lower. 8A to 8C show a state in which the flyback time is extended by stopping the switching after outputting the switching signal st.
[0066]
For this reason, the terminal voltage V0In order to detect this change, it is necessary to increase the reference voltage Vs. However, if the output voltage Vout increases while the reference voltage Vs is increased, energy storage in the step-up transformer 18 is started while the energy stored in the step-up transformer 18 is being released. Decreases.
[0067]
Here, in the high voltage power supply apparatus 10C, the reference voltage Vs is set close to the voltage Vin of the DC power supply 12 (Vin> Vs), and the switching signal st is input after the comparison signal C is input based on the output voltage Vout. The delay time Δt until output is set.
[0068]
As the delay time Δt, for example, as shown in FIG. 9A, when the output voltage Vout is low, the terminal voltage Vt0Reaches the reference voltage Vs and the minimum voltage VLOWThe time to reach can be set.
[0069]
In this way, the delay time Δt is set, and the on-time t of the switching signal st is determined based on the delay time Δt.ONIs delayed, as shown in FIG. 9A, the output voltage Vout becomes low and the terminal voltage Vout0When there is little change in the terminal voltage V0Is the minimum voltage VLOWThus, it is possible to prevent the switching of the switching element 24 from being started after rising.
[0070]
As shown in FIG. 9B, when the output voltage Vout is high or the load capacity is large, the switching of the switching element 24 can be started before the terminal voltage V0 decreases too much.
[0071]
Thereby, regardless of the output voltage Vout and the load capacity, the switching element 24 can be switched at an appropriate timing when the output voltage Vout has a monotonously increasing characteristic.
[0072]
On the other hand, the delay time Δt may be changed according to the output voltage Vout and the capacity of the load 16. For example, when setting the delay time Δt based on the output voltage Vout, based on the monitor voltage Vout-mon of the output voltage Vout, when the output voltage Vout is high, the delay time Δt is shortened, and when the output voltage Vout is low, The delay time Δt may be lengthened.
[0073]
Here, an outline of setting the delay time Δt based on the output voltage Vout will be described with reference to FIG. Here, the monitor voltage Vout-mon of the output voltage Vout is a low voltage region where the voltage is lower than the voltage Va, a high voltage region where the monitor voltage Vout-mon is higher than the voltage Vb (Va <Vb), and the voltage Va and the voltage Vb (Va ≦ Vout-mon ≦ Vb ) Set the medium pressure range, and set the delay time Δt to Δt in the low pressure range, medium pressure range, and high pressure range.1, Δt2, ΔtThree(Δt1> Δt2> ΔtThree).
[0074]
In this flowchart, the operation is performed when the high-voltage power supply device 10C starts to operate, and in the first step 120, the delay time Δt is initially set. As an initial value of the delay time Δt, the delay time Δt2And the shortest delay time ΔtThreeMay be used.
[0075]
Thereafter, in step 122, the monitor voltage Vout-mon is read. In step 124, it is confirmed whether or not the monitor voltage Vout-mon is lower than the voltage Va. Thus, when the monitor voltage Vout-mon is lower than the voltage Va (Vout-mon <Va), it is determined that the output voltage Vout is in the low voltage range (positive determination in step 124), and the process proceeds to step 126. Delay time Δt is changed to time t1Set to.
[0076]
When the monitor voltage Vout-mon is higher than the voltage Va (Vout-mon ≧ Va), a negative determination is made at step 124 and the routine proceeds to step 128, where is the monitor voltage Vout-mon higher than the voltage Vb? Confirm whether or not.
[0077]
Thus, when the monitor voltage Vout-mon is higher than the voltage Vb (Vout-mon> Vb), it is determined that the output voltage Vout is in the high voltage range (positive determination in step 128), and the process proceeds to step 130. Delay time Δt is changed to time ΔtThreeSet to.
[0078]
On the other hand, when the monitor voltage Vout-mon is not less than the voltage Va and not more than the voltage Vb (Va ≦ Vout−mon ≦ Vb, negative determination in steps 124 and 128), it is determined that the output voltage Vout is in the intermediate pressure range. Then, the process proceeds to step 132, and the delay time Δt is changed to the time Δt.2Set to.
[0079]
In this way, by setting the delay time Δt according to the output voltage Vout, for example, as shown in FIG. 11A, the output voltage Vout− is low and the terminal voltage Vout0The delay time Δt can be increased in a state in which the amplitude when the value changes is small and the decay period is long. Further, as shown in FIG. 11B, when the output voltage Vout is in the intermediate voltage range, the delay time Δt can be made shorter than when the output voltage Vout is in the low voltage range. Furthermore, when the output voltage Vout is in the high voltage range, the delay time Δt can be minimized.
[0080]
Therefore, regardless of the output voltage Vout, the switching element 24 can be switched at an appropriate timing so that the output voltage Vout has a monotonically increasing characteristic.
[0081]
When the output voltage Vout is constant, an output current that varies depending on the load capacity may be detected, and the delay time Δt may be set based on this output current. The delay time Δt may be set based on the output voltage Vout and the output current, so that the output voltage Vout is monotonically increasing regardless of the capacity of the load 16 or the voltage supplied to the load 16. Can be.
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, the same parts as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0082]
FIG. 12 shows a schematic configuration of a high-voltage power supply device 10D applied to the fourth embodiment. In the switching control unit 26D provided in the boosting unit 14D of the high-voltage power supply device 10D, a D / A conversion unit 70 is provided in the CPU 48C. The CPU 48C outputs the reference voltage Vs from the D / A conversion unit 70 to the comparator 64 of the voltage detection circuit 68A.
[0083]
On the other hand, the CPU 48C changes the reference voltage Vs according to the output voltage Vout. That is, in the third embodiment, the delay time Δt is changed according to the output voltage Vout. However, in the fourth embodiment, the reference voltage Vs is changed according to the output voltage Vout.
[0084]
Such a reference voltage Vs may be any method that changes according to the output voltage Vout but is set based on the monitor voltage Vout-mon.
[0085]
For example, the voltages Va and Vb (Va <Vb) are used as a reference, and the voltage is divided into a low pressure region, a medium pressure region, and a high pressure region.1, Vs2, VsThree(However, Vs1> Vs2> VsThree), The reference voltage Vs is set according to the monitor voltage Vout-mon.
[0086]
Here, an example of setting the reference voltage Vs will be described with reference to FIG. In this flowchart, the initial setting of the reference voltage Vs is performed in the first step 140. At this time, the reference voltage Vs is the highest voltage close to the voltage Vin of the DC power supply (for example, the voltage Vs1) Is preferable.
[0087]
Thereafter, in step 142, the monitor voltage Vout-mon is read, and in the next step 144, it is confirmed whether or not the monitor voltage Vout-mon is lower than the voltage Va. Thereby, when the monitor voltage Vout-mon is lower than the voltage Va (Vout-mon <Va), it is determined that the output voltage Vout is in the low voltage range (positive determination in step 144), and the process proceeds to step 146. The reference voltage Vs is changed to the voltage Vs.1Set to.
[0088]
When the monitor voltage Vout-mon is higher than the voltage Va (Vout-mon ≧ Va), a negative determination is made at step 144 and the routine proceeds to step 148, where is the monitor voltage Vout-mon higher than the voltage Vb? Confirm whether or not.
[0089]
Thus, when the monitor voltage Vout-mon is higher than the voltage Vb (Vout-mon> Vb), it is determined that the output voltage Vout is in the high voltage range (positive determination in step 148), and the process proceeds to step 150. Reference voltage Vs to voltage VsThreeSet to.
[0090]
On the other hand, when the monitor voltage Vout-mon is not less than the voltage Va and not more than the voltage Vb (Va ≦ Vout-mon ≦ Vb, negative determination in steps 144 and 148), the output voltage Vout-mon is in the intermediate pressure range. The process proceeds to step 152 and the reference voltage Vs is changed to the voltage Vs.2Set to.
[0091]
As a result, as shown in FIG. 14A, the output voltage Vout is low and the terminal voltage V0When the amplitude of the reference voltage Vs is small, the reference voltage Vs is brought close to the voltage Vin of the DC power supply 12, and as shown in FIG. 14B, when the output voltage Vout-mon is relatively high, the reference voltage Vs is separated from the voltage Vin. Can do. Further, as shown in FIG. 14C, when the output voltage Vout-mon is higher and the amplitude of the terminal voltage V0 exceeds twice the voltage Vin, the reference voltage Vs can be greatly reduced.
[0092]
By changing the reference voltage Vs in this way, the output voltage Vout is changed to the on-time t of the switching element 24.ONIt is possible to increase monotonically according to the increase of.
[0093]
In addition, as a high voltage power supply apparatus to which the present invention is applied, the reference voltage Vs may be changed based on the output current and the output voltage Vout-mon.
[Fifth embodiment]
Next, a fifth embodiment will be described. In the fifth embodiment, the same components as those in the first to fourth embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0094]
  In the booster 14E of the high-voltage power supply device 10E applied to the fifth embodiment, the CPU 48D hasTime until the switching element 24 is forcibly turned onWhen the switching signal st is forced onBetweenIs set. Further, when the comparison signal C is switched from OFF to ON, the CPU 48D(When switching signal st switches from on to off)In addition, a mask time tm is set that does not detect switching of the comparison signal C from ON to OFF for a predetermined time.
[0095]
When the switching control circuit 62B starts the switching process, the time until the switching element 24 is forcibly turned on when forced switching is performed from the CPU 48D (hereinafter referred to as “overflow time t”).OF”). The switching control circuit 62B reads the mask time tm input from the CPU 48D when the masking of the comparison signal C is set.
[0096]
  As a result, the switching control circuit 62B, when switching is started,Switching signal stForced on timeEven afterWhen the comparison signal C does not switch from on to off,Overflow time t OF Based on the above, the switching element 24 is forcibly turned on. Further, the switching control circuit 62B does not detect switching of the comparison signal C during the mask time tm when the comparison signal C is switched from OFF to ON after the start-up process is completed.
[0097]
FIG. 16 shows an outline of the starting process. This flowchart is executed when a start signal start for starting switching is input from the CPU 48D. In the first step 160, the ON time t of the switching signal st is set.ONInitial value and overflow time tOFIs read.
[0098]
Thereafter, in step 162, the switching signal st is turned on at a predetermined timing, and the driving of the switching element 24 is started.
[0099]
Here, at the start of switching activation, when the switching element 24 is turned off from on, the routine proceeds to step 164 where a timer (not shown) is reset / started and the switching element 24 is turned off (off time tOFFIn step 166, the comparison signal C is read, and it is confirmed whether or not the comparison signal C has been switched from on to off (step 168).
[0100]
At this time, when the comparison signal C is not switched from ON to OFF and a negative determination is made in step 168, the process proceeds to step 170 and the OFF time t measured by the timer.OFFIs the overflow time tOFCheck whether or not.
[0101]
Thus, the off time t before the comparison signal C switches from on to off.OFFIs the overflow time tOF(TOFF≧ tOF) If the determination in step 170 is affirmative, the routine proceeds to step 162 where the switching signal st is turned on and the switching element 24 is forcibly driven again.
[0102]
In this way, the overflow time tOFThe output voltage Vout gradually rises by forcibly turning on the switching element 24 at intervals of the terminal voltage V0The amplitude of becomes larger. As a result, the terminal voltage V0Is lower than the reference voltage Vs, the comparison signal C output from the comparator 64 is switched from on to off.
[0103]
As a result, when an affirmative determination is made in step 168, the process proceeds to step 172, where the starting process is terminated, and the normal control for driving the switching element 24 by outputting the switching signal st at the timing based on the comparison signal C is performed. Transition.
[0104]
That is, as shown in FIG. 17, when the switching of the switching element 24 is started (start-up is started), the output voltage Vout does not increase, so the terminal voltage V0Terminal voltage V0Alternatively, the monitor voltage Vmon may not fall below the reference voltage Vs. For this reason, the comparison signal C is not output, and the switching of the switching element 24 is stopped. At this time, if the reference voltage Vs is brought close to the voltage Vin of the DC power supply 12, it causes malfunction.
Here, in the high voltage power supply device 10E, the terminal voltage V0However, by forcibly driving the switching element 24, the terminal voltage V0When switching is performed based on the above, it is possible to start the start accurately.
[0105]
Such activation processing can be applied to any of the first to fourth embodiments described above.
[0106]
On the other hand, the switching control circuit 62B of the boosting unit 14 reads the mask time tm together with the delay time Δt from the CPU 48D when the activation process is completed, and detects the comparison signal C used for the mask time tm.
[0107]
Here, the flow of the switching process using the mask time tm will be described with reference to FIG. In this flowchart, when the switching element 24 is switched based on the predetermined on-time tON in Step 100 to Step 104, a timer (not shown) is reset / started in Step 180 to start time measurement. In Step 182, It is confirmed whether or not the measurement time has reached the mask time tm.
[0108]
Thereby, when the elapsed time after turning off the switching element 24 reaches the mask time tm and an affirmative determination is made in step 182, the process proceeds to step 184, where the comparison signal C is read and the comparison signal C is turned on. It is confirmed whether or not it has been switched off (step 186). That is, after the switching element 24 is turned off (the switching signal st is turned off), the comparison signal C is read after the mask time tm has elapsed.
[0109]
As a result, when the comparison signal C is switched from on to off and an affirmative determination is made in step 186, the process proceeds to step 188, where the measurement of the delay time Δt is started by resetting / starting a timer (not shown). When the delay time Δt has elapsed and an affirmative determination is made in step 190, the process proceeds to step 100 to perform the next switching.
[0110]
That is, when the switching element 24 is turned off from the on state, the terminal voltage V0At this time, ringing may occur depending on the characteristics of the step-up transformer 18 and the circuit connected to the primary winding 18A and the secondary winding 18B of the step-up transformer 18.
[0111]
As a result, as shown in FIG.0Once becomes lower than the reference voltage Vs, and the comparison signal C is turned off. When the switching element 24 is turned on at this timing, energy accumulation is started in the middle of the energy release from the secondary winding 18B of the step-up transformer 18, and an appropriate output voltage Vout cannot be obtained.
[0112]
At this time, by providing the mask time tm, it is possible to prevent malfunction due to ringing and obtain an appropriate output voltage Vout.
[0113]
The startup process and the mask process may be configured by hardware in the switching control circuit 62B. When the switching control circuit 62B is provided with a CPU for generating a switching signal, the CPU performs the process. It may be.
[0114]
The present embodiment described above shows an example of the present invention and does not limit the configuration of the present invention. For example, when the capacity (impedance, etc.) of the load 16 is affected by environmental conditions such as temperature and humidity, such as a transfer roller, environmental condition detecting means for detecting environmental conditions such as temperature and humidity is provided. The reference voltage Vs and the delay time Δt may be corrected based on the detection result of the condition detection unit. This makes it possible to control the output voltage Vout more appropriately.
[0115]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention,A reference voltage is set based on the output voltage.By turning on / off the switching element based on the voltage change on the primary winding side of the step-up transformer, the output voltage can be monotonously increased according to the increase of the ON time of the switching element, so that complicated PWM control can be performed. Even without this, the output voltage can be controlled with high accuracy and the burden on the CPU can be reduced.High pressureAn excellent effect of providing a power supply device can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a schematic configuration of a high-voltage power supply device applied to the present embodiment.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a high-voltage power supply device applied to the first embodiment.
FIG. 3 is a flowchart showing an outline of a switching process in the first embodiment.
FIG. 4 is a timing chart showing an outline of changes in the monitor voltage of the terminal voltage and on / off of the switching signal in the first embodiment.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a high-voltage power supply device applied to a second embodiment.
FIG. 6 is a timing chart showing an outline of terminal voltage change, comparison signal change, and switching signal on / off in the second embodiment.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a high-voltage power supply device applied to a third embodiment.
FIGS. 8A to 8C are timing charts showing outlines of changes in the terminal voltage and comparison signal after the switching signal is turned off, respectively, and FIG. 8A shows a low voltage range where the output voltage is low. (C) shows the change in the medium voltage range of the output voltage, and (C) shows an example of the change in the high voltage range where the output voltage is high.
FIGS. 9A and 9B are timing charts showing a change in terminal voltage, a change in comparison signal, and a switching signal on / off according to a delay time based on the terminal voltage when the output voltage is low (A). ) Indicates the low and medium voltage range of the output voltage, and (B) indicates the high voltage range of the output voltage.
FIG. 10 is a flowchart showing an outline of setting a delay time based on an output voltage.
FIGS. 11A to 11C are timing charts showing an outline of a change in terminal voltage, a change in a comparison signal, and an on / off state of a switching signal based on a delay time set from the output voltage, and FIG. The output voltage is in the low voltage range, (B) shows the output voltage in the medium voltage range, and (C) shows the output voltage in the high voltage range.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a high-voltage power supply device applied to a fourth embodiment.
FIG. 13 is a flowchart showing an outline of setting a reference voltage based on an output voltage.
FIGS. 14A to 14C are timing charts schematically showing changes in terminal voltage, comparison signal, and switching signal on / off based on a reference voltage set from an output voltage. FIGS. The output voltage is in the low voltage range, (B) shows the output voltage in the medium voltage range, and (C) shows the output voltage in the high voltage range.
FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a high-voltage power supply device applied to a fifth embodiment.
FIG. 16 is a flowchart showing an outline of start-up processing when switching is started based on a terminal voltage.
FIG. 17 is a timing chart showing an outline of a change in terminal voltage, a change in comparison signal, and on / off of a switching signal at start-up.
FIG. 18 is a flowchart showing an outline of switching processing using a mask time of a comparison signal.
FIG. 19 is a timing chart schematically showing on / off of a switching signal using a change in terminal voltage, a change in a comparison signal, and a mask time in which ringing has occurred.
FIG. 20 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional high-voltage power supply device.
[Explanation of symbols]
10 (10A-10E) High voltage power supply
12 DC power supply
14 (14A-14E) Booster
16 Load
18 Step-up transformer
18A primary winding
18B secondary winding
22 Smoothing circuit
24 Switching element
26 (26A-26E) PWM controller
28 Output voltage detector
30 Voltage detector
48, 48A, 48B, 48C, 48D CPU
56, 68 Voltage detection circuit
62, 62A, 62B switching control circuit
64 comparator
66 Reference power supply

Claims (3)

昇圧トランスと、
前記昇圧トランスの一次巻線の一方の端子に接続されて昇圧トランスに直流電圧を供給する直流電源と、
前記昇圧トランスの一次巻線の他方の端子に接続されて前記直流電源からの昇圧トランスへの電圧供給をオン/オフするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオン/オフによって前記昇圧トランスの二次巻線に昇圧されて生じる電圧を平滑化して負荷へ出力する平滑手段と、
前記負荷への出力電圧に基づいてスイッチング素子のオン時間を制御して出力電圧が目標電圧となるようにスイッチング素子のPWM制御を行うPWM制御部と、
を含む高圧電源装置であって、
前記昇圧トランスの一次巻線の前記他方の端子と接地間の電圧を端子電圧として検出する電圧検出手段と、
前記負荷へ出力される出力電圧を検出して、検出した出力電圧に基づいて基準電圧を設定する基準電圧設定手段と、
前記電圧検出手段によって検出される前記端子電圧と前記基準電圧とを比較する比較手段と、
記スイッチング素子のオンタイミングを、前記比較手段の比較結果から前記端子電圧が前記基準電圧まで低下したと判断された後にスイッチング素子をオンするように設定する設定手段と、
前記出力電圧に基づいたオン時間で前記設定手段によって設定されるオンタイミングに基づいて前記スイッチング素子を駆動する駆動手段と、
を含む高圧電源装置。
A step-up transformer,
A DC power source connected to one terminal of the primary winding of the step-up transformer and supplying a DC voltage to the step-up transformer;
A switching element connected to the other terminal of the primary winding of the step-up transformer to turn on / off the voltage supply from the DC power source to the step-up transformer;
Smoothing means for smoothing a voltage generated by boosting the secondary winding of the step-up transformer by turning on / off the switching element and outputting the smoothed voltage to a load;
A PWM control unit for controlling the ON time of the switching element based on the output voltage to the load and performing PWM control of the switching element so that the output voltage becomes a target voltage;
A high-voltage power supply including
Voltage detecting means for detecting a voltage between the other terminal of the primary winding of the step-up transformer and the ground as a terminal voltage;
A reference voltage setting means for detecting an output voltage output to the load and setting a reference voltage based on the detected output voltage;
Comparing means for comparing the terminal voltage detected by the voltage detecting means with the reference voltage;
The on-timing before kissing switching element, a setting unit which the terminal voltage from the comparison result of said comparing means is set to turn on the switching element after it is determined that the decreases to the reference voltage,
Driving means for driving the switching element based on an on timing set by the setting means with an on time based on the output voltage;
The including high-voltage power equipment.
前記比較手段の比較結果の読込みを、前記スイッチング素子がオフしてから所定時間の間停止するマスク時間が設定されている請求項1に記載の高圧電源装置。 2. The high voltage power supply apparatus according to claim 1 , wherein a mask time for stopping reading of the comparison result of the comparison means for a predetermined time after the switching element is turned off is set . 前記スイッチング素子の駆動開始時に、所定時間以内の間隔でスイッチング素子を強制駆動する起動手段を含む請求項1又は請求項2に記載の高圧電源装置。 3. The high-voltage power supply device according to claim 1 , further comprising an activation unit that forcibly drives the switching element at an interval within a predetermined time at the start of driving of the switching element .
JP2001212697A 2001-07-12 2001-07-12 High voltage power supply Expired - Fee Related JP4161551B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001212697A JP4161551B2 (en) 2001-07-12 2001-07-12 High voltage power supply

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001212697A JP4161551B2 (en) 2001-07-12 2001-07-12 High voltage power supply

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003033021A JP2003033021A (en) 2003-01-31
JP4161551B2 true JP4161551B2 (en) 2008-10-08

Family

ID=19047811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001212697A Expired - Fee Related JP4161551B2 (en) 2001-07-12 2001-07-12 High voltage power supply

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4161551B2 (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3708529B2 (en) * 2003-03-18 2005-10-19 Smk株式会社 Constant voltage output control method and constant voltage output control device for switching power supply circuit
KR100781359B1 (en) 2005-03-23 2007-11-30 삼성전자주식회사 Apparatus for generating high voltage by digital control and method thereof
KR100787230B1 (en) 2005-05-23 2007-12-21 삼성전자주식회사 Apparatus for generating high voltage , method thereof and ASIC chip
KR100600796B1 (en) 2005-07-14 2006-07-19 삼성전자주식회사 Apparatus for generating high voltage by digital control and method thereof
JP4916711B2 (en) * 2005-12-09 2012-04-18 ローム株式会社 DC / DC converter control circuit, control method, and light emitting device and electronic apparatus using the same
JP4877727B2 (en) * 2005-12-14 2012-02-15 ローム株式会社 Control circuit for self-excited DC / DC converter, light emitting device using the same, and electronic equipment
JP5207673B2 (en) * 2007-06-27 2013-06-12 キヤノン株式会社 Electronic equipment and switching power supply
JP5642625B2 (en) * 2011-05-19 2014-12-17 コーセル株式会社 Switching power supply
JP6151956B2 (en) * 2013-04-22 2017-06-21 ローム株式会社 Isolated switching power supply
JP6244930B2 (en) * 2014-01-20 2017-12-13 三菱電機株式会社 Analog input device
JP6358473B2 (en) * 2015-07-30 2018-07-18 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 Image forming apparatus
TWI739796B (en) * 2016-02-12 2021-09-21 日商半導體能源硏究所股份有限公司 Semiconductor device and electronic device, and semiconductor wafer

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003033021A (en) 2003-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9966865B2 (en) Power supply apparatus and image forming apparatus
JP5197934B2 (en) Method and apparatus for limiting output power in a switching power supply
JP4856415B2 (en) Method and apparatus for providing temporary peak power from a switching regulator
US8295062B2 (en) Switching power supply apparatus and semiconductor device
US8665613B2 (en) Switched mode power converter and method of operation thereof
JP5652731B2 (en) Controller for primary side controlled power converter, integrated circuit for power converter, power converter, method for adjusting bias winding voltage of power supply, and integrated circuit controller for power converter
JP4238914B2 (en) Switching power supply circuit
US10630161B2 (en) Power supply apparatus and image forming apparatus
US20130236206A1 (en) Power supply device and image forming apparatus
JP2007014196A (en) Method for detecting failure in switching power supply and detecting apparatus thereof
JP2007295761A (en) Switching power supply
WO2007018227A1 (en) Insulating type switching power supply device
JP2006014573A (en) Switching power supply
JP4161551B2 (en) High voltage power supply
JP2009153364A (en) Switching power supply device
KR101812703B1 (en) Over voltage repetition prevention circuit, method thereof, and power factor compensation circuit using the same
JP3626072B2 (en) Switching power supply
KR101436967B1 (en) Current resonance power supply
JP2005518177A (en) Power converter noise reduction
JP3425403B2 (en) Semiconductor device and switching power supply device using this semiconductor device
JP2008067593A (en) Gate drive circuit for insulated gate semiconductor switching elements
US10411606B2 (en) Power supply apparatus and image forming apparatus
US7474543B2 (en) Isolated DC-DC converter
JP4082200B2 (en) DC-DC converter
JP6810150B2 (en) Switching power supply and semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040913

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070904

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071025

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080408

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080604

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080701

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080714

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110801

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120801

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120801

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130801

Year of fee payment: 5

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees