JP4833945B2 - 基準電圧発生回路、駆動回路、光プリントヘッドおよび画像形成装置 - Google Patents
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Vref = (R3/R2)(kT/q)ln(N)
で与えられる。ここで、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、qは電子の電荷であり、ln( )は自然対数関数である。
ここで、Vrefの温度係数Tcを
Tc = (1/Vref)・(ΔVref/ΔT)
として定義すると、前記Vref電圧の温度係数は1/Tで与えられ、室温(約300K)における値は 約+0.33%/℃となることが判る(特許文献1第16頁参照)。
LED温度は隣接配置されたドライバICの温度とほぼ等しく、各LEDチップ同士や前記した基準電圧発生回路をプリント配線板上に形成されたグランド配線上に配置することでLED素子の温度を略等しくすることができる。
このため、LED温度の上昇に伴う発光パワーの減少を補償するためには、基準電圧Vrefとしては、
-( -0.25 -0.1 ) = +0.35%/℃
程度の温度係数を与えれば良いことになる。この値は前述した基準電圧発生回路37の温度係数に概ね等しい値である。
Vk = Vo 2×Vf
Vref = R2×Vk/(R1+R2)= R2×(Vo-2×Vf)/(R1+R2)
の関係式が得られる。これらの式において、ダイオードの順方向電圧は温度上昇に対し約-2mV/℃の割合で減少することから、基準電圧値Vrefは温度上昇に対して、ほぼ直線的に増加する特性であることが判る。
Tc = (1/Vref)×(ΔVref/ΔT) = 2/(Vo-2×Vf)×(-ΔVf/ΔT)
と求めることができる。
(数値例1)
典型的な数値として、ダイオードの順電圧Vf=0.6V、順電圧の温度係数を-2mV/℃とし、レギュレータ回路71の出力電圧値としてVo=2.5Vを選び、数値を当てはめて計算すると、
Tc = (1/Vref)×(ΔVref/ΔT)= 2/(2.5-2×0.6)×(2mV/℃)
= +0.31[%/℃]
を得る。また、このときのVref出力電圧は
Vref = 2.5 2×0.6 =1.3[V]
である。
また別の場合として、レギュレータ回路71の出力電圧値としてVo=1.87Vとした場合を計算してみよう。このときVref出力電圧は
Vref = 1.87 2×0.6 = 0.67[V]
このとき温度係数は
Tc = 2×(2 mV/℃)/0.67 = 0.6 [%/℃]
となって、先の場合と比べ約2倍の温度係数が得られたものの、得られるVref出力電圧は約1/2と減少してしまうことが判る。
前述したようにLED駆動IC単体での温度係数は約-0.1%/℃であり、基準電圧発生回路と組み合わせた場合におけるLED駆動電流の温度係数は+0.5%/℃となって、温度依存性が-0.5%/℃となるLEDの温度補償用に適することがわかる。
更に別の場合として、レギュレータの出力電圧値としてVo=1.56Vとした場合を計算してみよう。このときVref出力電圧は
Vref = 1.56 2×0.6 = 0.36[V]
このとき温度係数は
Tc = 2×(2 mV/℃)/0.36 = 1.1 [%/℃]
となって、先の場合と比べ更に約2倍の温度係数が得られたものの、得られるVref出力電圧も更に約1/2と減少してしまうことが判る。
I1 = Vbe/R1
で表わされる。一方、NPNトランジスタ102のベース電流IBはI1、I2と比べて無視できるほど小さいので、抵抗103に流れる電流I2は、
I2 = IB + I1 ≒ I1
と表わすことができる。抵抗103の両端電圧V2は
V2 = R2×I2≒ R2×I1= (R2/R1)×Vbe
と表わせる。これより、NPNトランジスタ102のコレクタ・エミッタ間電圧は
V1+V2 = Vbe + (R2/R1)×Vbe =(1+R2/R1)×Vbe
として求めることができる。
Vk = Vo - (V2+V1)= Vo - (1+R2/R1)× Vbe
であるので、これより
Vref = R4/(R3+R4)×Vk= R4/(R3+R4)×[Vo - (1+R2/R1)×Vbe]
として求めることができる。
上式において、NPNトランジスタ102のベース・エミッタ間電圧は温度上昇に対し約-2mV/℃の割合で減少することから、基準電圧値Vrefは温度上昇に対して、ほぼ直線的に増加する特性が得られることが判る。
Tc = (1/Vref)×ΔVref/ΔT
= (1+R2/R1)/[(Vo-(1+R2/R1)×Vbe)]×(-ΔVbe/ΔT)
と求まる。簡単にするためR1とR2を等しく設定すると,
Tc = 2/(Vo-2×Vbe)×(-ΔVbe/ΔT)
となって、正の温度特性が得られることが判る。
Tc = 2/(Vo-2×Vbe)
となって、図16に示す回路と同様な特性が得られることが判る。
V1+V2 = 4×Vbe
となって、4個のダイオードを順方向に直列接続したものと同様となり、1個のトランジスタ102でありながら図16の構成においてダイオードの接続個数を4個とした場合と同様の回路特性が得られる。それのみならず、前記抵抗104、103の抵抗値R1、R2の設定は任意に取り得るので、ダイオードの直列接続数に対応させたときに2.5個や2.6個といった実数個に相当する特性をも得られることが判る。
実施例1に示す基準電圧発生回路38に用いるレギュレータ回路101は入力される電源電圧によらず所定の出力電圧が得られるものであり、その出力電圧の温度係数は殆どゼロに構成されている。また基準電圧回路における基準電圧値やその温度依存性はレギュレータ回路101の出力電圧値とNPNトランジスタ102のベース・エミッタ間電圧の温度特性、および2つの抵抗間の抵抗比により決定することができる。
V1 = 2×Vbe
となる。このとき抵抗104に流れる電流I1は
I1 = V1/R1 = 2×Vbe/R1
である。
I2 = IB + I1 ≒ I1
となり、抵抗103の両端電圧V2は
V2 = R2×I2≒ R2×I1= (R2/R1)×2×Vbe
となる。これより、V1+V2は
V1+V2 = 2×Vbe + (R2/R1)×2×Vbe =(1+R2/R1)×2×Vbe
として求めることができる。
Vk = Vo - (V2+V1)= Vo - (1+R2/R1)×2×Vbe
であるので、これより
Vref = R4/(R3+R4)×Vk= R4/(R3+R4)×[Vo - (1+R2/R1)×2×Vbe]
として求めることができる。
Tc = (1/Vref)×ΔVref/ΔT = (1+R2/R1)/[(Vo-(1+R2/R1)×2×Vbe)]×(-2×ΔVbe/ΔT)
と求まる。簡単にするためR1とR2を等しく設定すると,
Tc = 4/(Vo-4×Vbe)×(-ΔVbe/ΔT)
となって、正の温度特性が得られることが判る。
また別の場合として、R2/R1の抵抗比を3と設定した場合には、
V1+V2 = 8×Vbe
となって、8個のダイオードを順方向に直列接続したものと同様となる。
(数値例1)
典型的な数値として、抵抗値R1とR2とを等しく設定し、簡単化するため抵抗値R3をゼロとし、ダイオード110の順電圧Vf=0.6V、順電圧の温度係数を-2mV/℃とし、レギュレータ回路101の出力電圧値としてVo=4Vを選び、数値を当てはめて計算すると、
Vk = Vo-(1+R2/R1)×2×Vbe=44×Vbe=44×0.6=1.6[V]
となり、また温度係数Tcは、
Tc= 4/(Vo-4×Vbe)×(-ΔVbe/ΔT)= 4/(4-4×0.6)×2mV/℃= +0.5%/℃
を得る。
第2実施例に示す基準電圧発生回路39に用いるレギュレータ回路101は入力される電源電圧によらず所定の出力電圧が得られるものであり、その出力電圧の温度係数は殆どゼロに構成されている。また基準電圧発生回路39における基準電圧値やその温度依存性は前記レギュレータ回路101の出力電圧値とNPNトランジスタ102のベース・エミッタ間電圧の温度特性、および2つの抵抗103、104間の抵抗比により決定することができる。
V1 = Vo 2×Vf
となる。このときの抵抗123に流れる電流I1は
I1 = V1/R1 = (Vo-2×Vf)/R1
である。
一方、レギュレータ回路101のグランド電流Issは抵抗123、124の電流I1、I2と比べて無視できるほど小さいので、
I2 = Iss + I1 ≒ I1
であり、抵抗124の両端電圧V2は
V2 = R2×I2≒ R2×I1= (Vo 2×Vf)×R2/R1
と求まる。
Vref=(Vo−2×Vf)+(Vo−2×Vf)×R2/R1=(1+R2/R1)×(Vo−2×Vf)
として求めることができる。図16に示す従来例における対応する位置の電位Vkは
Vk = Vo 2×Vf
であったことを想起すると、図11における回路においては出力電圧が(1+R2/R1)倍されていることが判る。
Tc = (1/Vref)×ΔVref/ΔT = 2/(Vo-2×Vf)×(-ΔVf/ΔT)
となって、正の温度特性が得られることが判る。またレギュレータ回路101の出力電圧Voの設定を変えることで温度係数を調整可能である。
(数値例1)
典型的な数値として、ダイオードの順電圧Vf=0.6V、順電圧の温度係数を-2mV/℃とし、レギュレータの出力電圧値としてVo=2.5Vを選び、また簡単のため抵抗123、124の抵抗値R1とR2とを等しく選び、前記数値を当てはめて計算すると、温度係数Tcは
Tc=2/(Vo-2×Vf)×(-ΔVf/ΔT)=2/(2.5-2×0.6)×(2mV/℃)
=+0.31[%/℃]
を得る。なおこのときの基準電圧Vrefの出力電圧は
Vref = (1+R2/R1)×(Vo-2×Vf)=2×(2.5 2×0.6) =2.6[V]
である。
また別の場合として、レギュレータ回路101の出力電圧値としてVo=2Vとした場合を計算してみよう。このときの基準電圧Vrefは、
Vref = (1+R2/R1)×(Vo-2×Vf) = 2×(2 2×0.6) = 1.6[V]
このとき温度係数は
Tc=2/(Vo-2×Vf)×(-ΔVf/ΔT)=2×(2-2×0.6)×(2mV/℃)=0.5[%/℃]
となって、温度係数を大きく設定しても、出力される基準電圧値の大幅な低下を防止できていることが判る。
LEDヘッドとしては、LED駆動に伴う温度変動があったとしても、発光パワーを所定値に維持する必要があり、前記したLEDの発光パワーの温度依存性を補償できるような駆動方法を備える必要があるが、前述したようにLEDの温度依存性は様々であるため、簡単な構成で所定の温度係数が得られる温度補償回路がこれまで切望されてきた。
V1 = Vo - Vf
となる。このときの電流I1は
I1 = V1/R1 = (Vo-Vf)/R1
である。一方レギュレータ回路101のグランド電流Issは抵抗133、134の電流I1、I2と比べて無視できるほど小さいので、
I2 = Iss + I1 ≒ I1
となり、抵抗134の両端電圧V2は
V2 = R2×I2≒ R2×I1= (Vo - Vf)×R2/R1
となる。
Vk = V1 +V2= (Vo-Vf)+(R2/R1)×(Vo-Vf)=(1+R2/R1)×(Vo-Vf)
となり、該電圧は前述した第1の温度補償回路141の出力電圧となる。一方、基準電圧Vrefは前述したVk電位からダイオード132の順電圧Vfを減じたものであり、これよりVrefは
Vref = (1+ R2/R1)×(Vo - Vf) -Vf
として求めることができる。
Tc = (1/Vref)×ΔVref/ΔT
= 1/[(1+R2/R1)×(Vo-Vf) Vf]×[(1+R2/R1)×(-ΔVf/ΔT) -ΔVf/ΔT]
が得られる。
(数値例1)
典型的な数値として、ダイオードの順電圧Vf=0.6V、順電圧の温度係数を-2mV/℃とし、レギュレータ回路の出力電圧値としてVo=2.5Vを選び、また簡単のため抵抗133、134の抵抗値R1とR2とを等しく選び、前記式に当てはめて計算すると、基準電圧Vrefは、
Vref = (1+R2/R1)×(Vo-Vf)−Vf=2×(2.5−0.6)−0.6 =3.2[V]
また温度係数Tcとして
Tc = +0.2[%/℃]
が得られる。
また別の場合として、レギュレータ回路101の出力電圧値としてVo=2Vとした場合を計算してみよう。この場合は、
Vref = (1+R2/R1)×(Vo−Vf)−Vf = 2×(2−0.6)−0.6 = 2.2[V]
ことのとき温度係数Tcは
Tc = +0.3 [%/℃]
が得られる。
さらに別の場合として、レギュレータ回路101の出力電圧値としてVo=1.2Vとした場合を計算してみよう。この場合は、
Vref=(1+R2/R1)×(Vo−Vf)−Vf=2×(1.2−0.6)−0.6=0.6[V]
ことのとき温度係数は
Tc =+1 [%/℃]
と更に大きな温度係数が得られることが判る。
LEDヘッドとしては、LED駆動に伴う温度変動があったとしても、発光パワーを所定値に維持する必要があり、前記したLEDの発光パワーの温度依存性を補償できるような駆動方法を備える必要があるが、前述したようにLEDの温度依存性は様々であるため、簡単な構成で所定の温度係数が得られる温度補償回路がこれまで切望されてきたのである。
38、39、40、41 基準電圧発生回路
101 レギュレータ回路
102 NPNトランジスタ
103、104、105、106、133、134、135 抵抗
110、121、122、123、124、131、132 ダイオード
LD1、LD2、・・・、LD4992 LED素子
Vref 基準電圧
Claims (5)
- 発光パワーが負の温度特性を有する発光素子の駆動回路に、入力電圧から該発光素子の負の温度特性を補償するための基準電圧を出力する基準電圧発生回路において、
前記入力電圧を入力する第1端子と、所定の電圧を出力する第2端子と、グランド端子としての第3端子とを有するレギュレータ回路と、
前記レギュレータ回路の第2端子にそのアノード側が接続される温度補償用ダイオードと、
前記温度補償用ダイオードのカソード側と、前記レギュレータ回路の前記第3端子との間に接続される第1の抵抗と、
前記レギュレータ回路の第3端子及び前記第1抵抗の一方の端子とその一端が接続され、他端が接地された第2の抵抗とを備え、
前記基準電圧は前記温度補償用ダイオードのカソード側から出力されて発光素子の駆動回路に供給されると共に、該温度補償用ダイオードを介して前記第1の抵抗と前記第2の抵抗とにより分圧された電圧が前記レギュレータ回路の第3端子に入力されることを特徴とする基準電圧発生回路。 - 前記温度補償用ダイオードは、直列接続された複数の温度補償用ダイオード素子からなることを特徴とする請求項1記載の基準電圧発生回路。
- 請求項1または請求項2の何れかに記載の基準電圧発生回路を有し、
前記基準電圧発生回路により出力された基準電圧に基づいて、前記発光素子を駆動する駆動電流を調整することを特徴する駆動回路。 - 請求項3に記載の駆動回路と、
前記発光素子とを備えたことを特徴とする光プリントヘッド。 - 請求項4に記載の光プリントヘッドと、
前記光プリントヘッドに照射された光によりその表面に静電潜像が形成される感光体と、
前記感光体の表面に形成された静電潜像を現像する現像器とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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