JP4868106B2

JP4868106B2 - Surface potential detector

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Publication number: JP4868106B2
Application number: JP2001291781A
Authority: JP
Inventors: 高志浦野
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2012-02-01
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Also published as: JP2003098206A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源、及びスイッチング電源を用いた表面電位検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面電位検出装置は、例えば、複写機やレーザビームプリンタ等の画像形成装置において、被測定体である感光ドラムの表面電位を検出する手段として用いられる。この画像形成装置において、最近、４本（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）の感光ドラムを用いた、高速なタンデムタイプが提案され、実用に供されている。このようなタンデムタイプの画像形成装置に用いられる表面電位検出装置は、互いに独立した４つの電位センサを含み、電位センサのそれぞれが感光ドラムのそれぞれの表面電位を検出する。
【０００３】
この電位センサのそれぞれは、フレーム接地ＧＮＤからフローティングしたコモングランド電位を有し、このコモングランド電位が感光ドラムの電位とほぼ等しくなるようなフィードバック制御を行っている。そして、コモングランド電位を電位検出信号として出力することにより、表面電位を高精度に検出できる。このようなフィードバック制御を用いた表面電位の検出を行う電位センサのそれぞれには、オペアンプ等の回路要素が含まれ、これらの回路要素には、フレーム接地ＧＮＤからフローティングした電圧を供給する必要がある。このフローティングした電圧は、絶縁トランスを含むスイッチング電源により得られる。
【０００４】
したがって、従来の表面電位検出装置は、絶縁トランスを含むスイッチング電源を４つ備えることにより、４つ電位センサのそれぞれにフローティングした電圧を供給する必要があった。
【０００５】
しかし、スイッチング電源に含まれる絶縁トランスは、体積、質量が大きく、高コストな部品である。また、スイッチング電源には、スイッチングトランジスタ等の高コストな部品も含まれている。このため、スイッチング電源を複数、例えば４つ備えた場合には、体積、質量が大きく、高コストになるという問題があった。この問題は、感光ドラム等の被測定体の数が増加するほど、顕著になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、小型化が図れるスイッチング電源及び表面電位検出装置を提供することである。
【０００７】
本発明のもう１つの課題は、軽量化が図れるスイッチング電源及び表面電位検出装置を提供することである。
【０００８】
本発明の更にもう１つの課題は、低コスト化が図れるスイッチング電源及び表面電位検出装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係るスイッチング電源は、スイッチング電源であって、１つのスイッチ手段と、複数の変換トランスと、複数の整流平滑回路とを含む。変換トランスのそれぞれは、入力コイルと、出力コイルとを含み、変換トランスの少なくとも１つは、２以上の出力コイルを含む。
【００１０】
変換トランスのそれぞれの入力コイルは、互いに電気的に接続される。スイッチ手段は、変換トランスのそれぞれの入力コイルに流れる電流を同時に断続させる。整流平滑回路のそれぞれは、出力コイルのそれぞれに接続され、出力コイルに生じる交流電流を整流平滑する。
【００１１】
上述したように、本発明に係るスイッチング電源において、変換トランスのそれぞれは入力コイルを含み、変換トランスのそれぞれの入力コイルは、互いに電気的に接続されている。このため、変換トランスのそれぞれの入力コイルが一体となって動作することが可能となる。したがって、スイッチ手段が１つであっても入力コイル全部を動作させることが可能となり、この１つのスイッチ手段は、変換トランスのそれぞれの入力コイルに流れる電流を同時に断続させる。
【００１２】
また、変換トランスのそれぞれは、入力コイルと出力コイルを含み、変換トランスのそれぞれの入力コイルに流れる電流は断続される。このため、変換トランスのそれぞれの出力コイルには、入力コイルから絶縁された交流電流が生じる。
【００１３】
整流平滑回路のそれぞれは、出力コイルのそれぞれに接続されているので、出力コイルに生じる交流電流を整流平滑し、フレーム接地ＧＮＤからフローティングした電圧を出力する。このため、本発明に係るスイッチング電源は、フレーム接地ＧＮＤからフローティングした複数の電圧を出力することができる。
【００１４】
また、本発明に係るスイッチング電源は、フレーム接地ＧＮＤからフローティングした複数の電圧を出力できるので、例えば、表面電位検出装置に含まれる電位センサのそれぞれに、フレーム接地ＧＮＤからフローティングした電圧を供給できる。
【００１５】
また、本発明に係るスイッチング電源において、変換トランスの少なくとも１つは、２以上の出力コイルを含むので、出力コイルの数を変換トランスの数よりも多くできる。このため、変換トランスの数を増加させることなく、出力コイルの数を増加できるので、スイッチング電源に多数の出力コイルが必要とされる場合であっても、体積、質量及びコストの増大を抑えることができる。
【００１６】
本発明に係るスイッチング電源においては、スイッチ手段が１つであるため、回路構成が簡素化し、小型化、軽量化及び低コスト化が図れる。例えば、スイッチ手段を構成するスイッチングトランジスタ等の耐高圧部品の数が減少し、小型化、軽量化及び低コスト化が図れる。
【００１７】
また、本発明に係るスイッチング電源においては、変換トランスが単数ではなく、複数である。このため、変換トランスに発生する熱を複数の場所に分散させることができるので、放熱部品を減らすことができ、更に、コストを低減できる。
【００１８】
また、本発明に係るスイッチング電源においては、複数の変換トランスを用いることにより、電源に多数の出力コイルを用いる場合であっても、それぞれの変換トランスに必要な出力ピン数が少なくて済む。例えば、電源の出力コイルが５つ以上であっても、それぞれの変換トランスに必要な出力ピンの数は１０本以下で済む。したがって、出力ピンの数が少ない簡単な構造の汎用、安価な変換トランスを使用することができ、低コスト化が図れる。
【００１９】
また、本発明に係るスイッチング電源においては、入力コイルのそれぞれを直列に接続することにより、変換トランスのそれぞれの入力コイルのインダクタンスが小さい場合であっても、入力コイル全体としては、大きなインダクタンスを得ることが可能になる。したがって、それぞれの変換トランスの製造が容易になるので、低コスト化が図れる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るスイッチング電源の一実施例を概略的に示す回路図である。図において、スイッチング電源３４は、多出力のスイッチング電源であり、例えば、表面電位検出装置に用いられる。このスイッチング電源３４は、１つのスイッチ手段３９と、複数の変換トランスＴ１０、Ｔ２０、Ｔ３０と、複数の整流平滑回路３５、３８とを含む。
【００２１】
変換トランスＴ１０は、入力コイルＮｐ１と、出力コイルＮｓ１、Ｎｓ２と、帰還巻線Ｎｂ１とを含む。変換トランスＴ２０は、入力コイルＮｐ２と、出力コイルＮｓ３、Ｎｓ４とを含む。変換トランスＴ３０は、入力コイルＮｐ３と、出力コイルＮｈ１とを含む。この出力コイルＮｈ１は、高圧発生コイルであり、出力コイルＮｓ１〜Ｎｓ４よりも、コイル巻数を増してある。
【００２２】
スイッチ手段３９は、トランジスタＱ１と、コンデンサＣ２と、ダイオードＺＤ１、Ｄ２と、抵抗Ｒ１、Ｒ２とを含む。このスイッチ手段３９は、一体となってスイッチング動作するものであれば、２以上のトランジスタを用いてもよい。
【００２３】
入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３、帰還巻線Ｎｂ１及びスイッチ手段３９は、スイッチング電源３４の１次回路３４０を構成する。それぞれの入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３は、互いに直列に接続されている。直列に接続された入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３の一端は、電源端子Ｖｉｎから約２４Ｖの電圧が供給され、多端は、スイッチ手段３９を介して、フレーム接地ＧＮＤに接続される。また、入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３のそれぞれは、並列に接続してもよい。
【００２４】
出力コイルＮｓ１及び整流平滑回路３５は、スイッチング電源３４の２次回路３４１を構成し、出力コイルＮｓ２及び整流平滑回路３５は、スイッチング電源３４の２次回路３４２を構成し、出力コイルＮｓ３及び整流平滑回路３５は、スイッチング電源３４の２次回路３４３を構成し、出力コイルＮｓ４及び整流平滑回路３５は、スイッチング電源３４の２次回路３４４を構成する。
【００２５】
２次回路３４１〜３４４の整流平滑回路３５のそれぞれは、出力コイルＮｓ１〜Ｎｓ４のそれぞれに接続されると共に、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１、Ｖｃｏｍ２、Ｖｃｏｍ３、Ｖｃｏｍ４に接続されている。
【００２６】
このコモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４は、フレーム接地ＧＮＤからフローティングした任意の電位であり、例えば、表面電位検出装置に用いられるスイッチング電源においては、被測定体である感光体ドラムとほぼ等しい電位にすることができる。例えば、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１は−２００Ｖであり、コモングランド電位Ｖｃｏｍ２は−４００Ｖであり、コモングランド電位Ｖｃｏｍ３は−６００Ｖであり、コモングランド電位Ｖｃｏｍ４は−８００Ｖである。
【００２７】
出力コイルＮｈ１及び整流平滑回路３８は、スイッチング電源３４の高圧発生回路５３を構成する。整流平滑回路３８は、出力コイルＮｈ１に接続されている。
【００２８】
スイッチング動作時においては、トランジスタＱ１がＯＮ／ＯＦＦすることにより、入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３に流れる電流が、同時に断続する。これにより、出力コイルＮｓ１〜Ｎｓ４、Ｎｈ１及び補助巻線Ｎｂ１には、交流電流が生じる。補助巻線Ｎｂ１に生じた交流電流は、帰還信号としてトランジスタＱ１に供給される。
【００２９】
整流平滑回路３５のそれぞれは、出力コイルＮｓ１〜Ｎｓ４に生じる交流電流を整流平滑することにより、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４を基準として正の電位を有し、かつ、入力コイルＮｐ１、Ｎｐ２から絶縁された直流電圧＋Ｖｃｃ、及び、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４を基準として負の電位を有し、かつ、入力コイルＮｐ１、Ｎｐ２から絶縁された直流電圧−Ｖｃｃを生成する。
【００３０】
例えば、２次回路３４１は、直流電圧＋Ｖｃｃ＝−１８８Ｖ及び−Ｖｃｃ＝−２１２Ｖを生成し、２次回路３４２は、直流電圧＋Ｖｃｃ＝−３８８Ｖ及び−Ｖｃｃ＝−４１２Ｖを生成し、２次回路３４３は、直流電圧＋Ｖｃｃ＝−５８８Ｖ及び−Ｖｃｃ＝−６１２Ｖを生成し、２次回路３４４は、直流電圧＋Ｖｃｃ＝−７８８Ｖ及び−Ｖｃｃ＝−８１２Ｖを生成する。
【００３１】
高圧発生回路５３の整流平滑回路３８は、出力コイルＮｈ１に生じる交流電流を整流平滑し、入力コイルＮｐ３から絶縁された高電圧Ｖｈを生成する。例えば、高電圧Ｖｈは−１０００Ｖである。
【００３２】
上述したように、本実施例に係るスイッチング電源において、変換トランスＴ１０〜Ｔ３０のそれぞれは入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３を含み、変換トランスＴ１０〜Ｔ３０のそれぞれの入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３は、互いに電気的に接続されている。このため、変換トランスＴ１０〜Ｔ３０のそれぞれの入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３が一体となって動作することが可能となる。したがって、スイッチ手段３９が１つであっても入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３全部を動作させることが可能となり、この１つのスイッチ手段３９は、変換トランスＴ１０〜Ｔ３０のそれぞれの入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３に流れる電流を同時に断続させる。
【００３３】
また、変換トランスＴ１０〜Ｔ３０のそれぞれは、入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３と出力コイルＮｓ１〜Ｎｓ４、Ｎｈ１を含み、変換トランスＴ１０〜Ｔ３０のそれぞれの入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３に流れる電流は断続される。このため、変換トランスＴ１０〜Ｔ３０のそれぞれの出力コイルＮｓ１〜Ｎｓ４、Ｎｈ１には、入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３から絶縁された交流電流が生じる。
【００３４】
整流平滑回路３５、３８のそれぞれは、出力コイルＮｓ１〜Ｎｓ４、Ｎｈ１のそれぞれに接続されているので、出力コイルＮｓ１〜Ｎｓ４、Ｎｈ１に生じる交流電流を整流平滑し、フレーム接地ＧＮＤからフローティングした電圧を出力する。このため、本実施例に係るスイッチング電源は、フレーム接地ＧＮＤからフローティングした複数の電圧を出力することができる。
【００３５】
また、本実施例に係るスイッチング電源は、フレーム接地ＧＮＤからフローティングした複数の電圧を出力できるので、例えば、表面電位検出装置に含まれる電位センサのそれぞれに、フレーム接地ＧＮＤからフローティングした電圧を供給できる。
【００３６】
また、本実施例に係るスイッチング電源において、変換トランスＴ１０〜Ｔ３０の少なくとも１つは、２以上の出力コイルＮｓ１〜Ｎｓ４、Ｎｈ１を含むので、出力コイルＮｓ１〜Ｎｓ４、Ｎｈ１の数を変換トランスＴ１０〜Ｔ３０の数よりも多くできる。このため、変換トランスＴ１０〜Ｔ３０の数を増加させることなく、出力コイルの数を増加できるので、スイッチング電源に多数の出力コイルが必要とされる場合であっても、体積、質量及びコストの増大を抑えることができる。
【００３７】
本実施例に係るスイッチング電源においては、スイッチ手段３９が１つであるため、回路構成が簡素化し、小型化、軽量化及び低コスト化が図れる。例えば、スイッチ手段３９を構成するスイッチングトランジスタ等の耐高圧部品の数が減少し、小型化、軽量化及び低コスト化が図れる。
【００３８】
また、本実施例に係るスイッチング電源においては、変換トランスＴ１０〜Ｔ３０が単数ではなく、複数である。このため、変換トランスＴ１０〜Ｔ３０に発生する熱を複数の場所に分散させることができるので、放熱部品を減らすことができ、更に、コストを低減できる。
【００３９】
また、本実施例に係るスイッチング電源においては、複数の変換トランスＴ１０〜Ｔ３０を用いることにより、電源に多数の出力コイルを用いる場合であっても、それぞれの変換トランスＴ１０〜Ｔ３０に必要な出力ピン数が少なくて済む。例えば、電源の出力コイルＮｓ１〜Ｎｓ４、Ｎｈ１が５つ以上であっても、それぞれの変換トランスＴ１０〜Ｔ３０に必要な出力ピンの数は１０本以下で済む。したがって、出力ピンの数が少ない簡単な構造の汎用、安価な変換トランスＴ１０〜Ｔ３０を使用することができ、低コスト化が図れる。
【００４０】
また、本実施例に係るスイッチング電源においては、入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３のそれぞれを直列に接続することにより、変換トランスＴ１０〜Ｔ３０のそれぞれの入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３のインダクタンスが小さい場合であっても、入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３全体としては、大きなインダクタンスを得ることが可能になる。したがって、それぞれの変換トランスＴ１０〜Ｔ３０の製造が容易になるので、低コスト化が図れる。
【００４１】
図２は本発明に係るスイッチング電源を用いた表面電位検出装置の構成を概略的に示すブロック図である。図において、表面電位検出装置１は、スイッチング電源３４と、複数の電位センサ１０、２０、３０、４０とを含む。
【００４２】
被測定体である４本の感光ドラムＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋは、タンデムに配置されている。感光ドラムＣはシアン用であり、表面電位Ｖｃ＝−２００Ｖである。感光ドラムＭはマゼンタ用であり、表面電位Ｖｍ＝−４００Ｖである。感光ドラムＹはイエロー用であり、表面電位Ｖｙ＝−６００Ｖである。感光ドラムＫはブラック用であり、表面電位Ｖｋ＝−８００Ｖである。
【００４３】
図示実施例は、タンデム配置された４本の感光ドラムＣ〜Ｋの表面電位を検出する場合を示しているので、電位センサ１０〜４０は４個であるが、その個数は被測定体の個数に応じて増減される。電位センサ１０〜４０のそれぞれは、感光ドラムＣ〜Ｋのそれぞれ毎に個別に備えられ、感光ドラムＣ〜Ｋの表面から、例えば、２．５ｍｍの距離をおいて、固定して配置されている。
【００４４】
複数の電位センサ１０〜４０のそれぞれは、互いに独立し、センサ部１１０、２１０、３１０、４１０と、電位検出回路１２０、２２０、３２０、４２０と、電圧変換回路１３０、２３０、３３０、４３０とを含む。
【００４５】
高圧発生回路５３は、４個の電位センサ１０〜４０に高電圧Ｖｈを共通に供給する。センサ部１１０〜４１０は、４本の感光ドラムＣ〜Ｋに対向して配置され、感光ドラムＣ〜Ｋの電位Ｖｃ〜Ｖｋに対応する検出信号Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１を生成する。検出信号Ｓ１１〜Ｓ４１は、同軸ケーブル等を介して、電位検出回路１２０〜４２０に送られる。
【００４６】
電位検出回路１２０〜４２０は、２次回路３４１〜３４４を含み、感光ドラムＣ〜Ｋの電位Ｖｃ〜Ｖｋに対応するコモングランド電位Ｖｃｏｍ１、Ｖｃｏｍ２、Ｖｃｏｍ３、Ｖｃｏｍ４と、センサ部１１０〜４１０から供給された検出信号Ｓ１１〜Ｓ４１とを用いて電圧信号Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ４２を生成する。このコモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４は、表面電位Ｖｃ〜Ｖｋとほぼ等しい電位である。
【００４７】
電圧変換回路１３０〜４３０は、電圧信号Ｓ１２〜Ｓ４２に基づいて、高圧発生回路５３から共通に供給された高電圧Ｖｈから、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４を生成する。
【００４８】
コモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４は、電位検出回路１２０〜４２０にフィードバックされるとともに、表面電位検出信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２、Ｖｏｕｔ３、Ｖｏｕｔ４として出力される。また、表面電位検出信号Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４は、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４を減圧したものであってもよい。
【００４９】
本実施例に係る表面電位検出装置は、複数の電位センサ１０〜４０を含み、それぞれが互いに独立している。このため、複数の被測定体を同時、かつ、連続的に検出することができる。例えば、図示実施例に示す如く、高速なタンデムタイプの複写機やレーザビームプリンタ等の画像形成装置において、４つの電位センサ１０〜４０を４本（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）の感光ドラムＣ〜Ｋに対応させ、その表面電位を、個別的に検出できる。また、搬送されるフィルムの帯電を検出する場合のように、極めて多数の電位センサを、分散配置して備える場合も、フィルムの異なる箇所において、その表面電位を個別的に検出することができる。
【００５０】
また、本実施例に係る表面電位検出装置は、被測定体の電位とほぼ等しい電位をコモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４として用いることにより、センサ部１１０〜４１０と被測定体との間の距離に、ほとんど依存しない電位を生成することができ、この電位を表面電位検出信号Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４として出力することにより、高精度な表面電位の検出が可能となる。
【００５１】
また、本実施例に係る表面電位検出装置においては、上述したように、高圧発生回路５３がフレーム接地ＧＮＤから絶縁された高電圧Ｖｈを生成するので、電圧変換回路１３０〜４３０は、絶縁機能を有する必要がなく、供給された高電圧Ｖｈを所望の電圧値に変換して出力するだけでよい。したがって、電圧変換回路１３０〜４３０は、トランスを含まない簡単な構成の回路、例えば、チョッパ回路で構成することができるので、低コスト化を図ることができる。
【００５２】
また、本実施例に係る表面電位検出装置においては、上述したように、高圧発生回路５３が高電圧Ｖｈを生成するので、電圧変換回路１３０〜４３０は、昇圧をする必要がなく、供給された高電圧Ｖｈを所望の電圧値に変換して出力するだけでよい。したがって、電圧変換回路１３０〜４３０は、簡単な構成の降圧回路、例えば、ドロッパ回路とすることができるので、低コスト化を図ることができる。
【００５３】
また、高圧発生回路５３を共通に用いることにより、絶縁された高電圧を発生させるための回路を簡素化することが可能となる。このため、これらの回路に用いられる耐高圧部品、例えば、スイッチング用トランジスタを減らすことができ、コストが著しく低減される。そして、検出箇所が増えれば、上記利点は、更に顕著になる。
【００５４】
次に、図３乃至図９を用いて、図２に示した表面電位検出装置の構成を更に具体的に説明する。図３は、図２に示した表面電位検出装置のセンサ部及び電位検出回路を含む部分について、更に具体的に示すブロック図である。図において、センサ部１１０〜４１０のそれぞれは、検出電極１１１と、チョッパ１１２と、プリアンプ１１３とを含む。電位検出回路１２０〜４２０のそれぞれは、増幅回路１２１と、検波回路１２２と、積分回路１２３と、調整回路１２４と、駆動回路１２５と、２次回路３４１〜３４４とを含む。
【００５５】
センサ部１１０〜４１０の検出電極１１１、チョッパ１１２、プリアンプ１１３、及び調整回路１２４は、それぞれプローブ６１、６２、６３、６４に設けられている。センサ部１１０〜４１０の増幅回路１２１、検波回路１２２、積分回路１２３、駆動回路１２５、及び２次回路３４１〜３４４は、電圧変換回路１３０〜４３０及び高圧発生回路５３と共に、回路基板７０に設けられている。
【００５６】
図４は図２に示した表面電位検出装置のセンサ部及び電位検出回路を含む部分について、更に具体的に示す回路図である。図２に示した４個の電位センサ１０〜４０のそれぞれは、同様の構成になるので、ここでは、電位センサ１０に対応する部分について、代表的に説明する。
【００５７】
電位センサ１０のチョッパ１１２は、感光ドラムＣと、検出電極１１１との間の電界を周期的にチョッピングする。その具体的構造は既に知られている。例えば、チョッパ１１２は、音叉１６１の自由端側に圧電振動子１６２、１６３、及び金属片１１４を取付けて構成される。このチョッパ１１２は、金属片１１４が感光ドラムＣ（図３参照）の表面と検出電極１１１との間に配置されるように備えられる。
【００５８】
圧電振動子１６２は、所定の周波数の駆動信号が与えられ、音叉１６１を所定の周波数で励振する。音叉１６１の励振により、金属片１１４が振動すると、感光ドラムＣと検出電極１１１との間の静電容量が、無励振時の静電容量Ｃｏを中心に、略正弦波状に増減し、それに対応して、交流信号が出力される。また、音叉１６１の励振は、圧電振動子１６３によって検出される。
【００５９】
プリアンプ１１３は、検出電極１１１から出力された交流信号のインピーダンスを、ローインピーダンスに変換する回路である。更に具体的には、プリアンプ１１３は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ０、ゲート抵抗Ｒ１及びソース抵抗Ｒ２を含み、ＦＥＴＱ０のソースが、抵抗Ｒ２を通して、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１に接続されている。
【００６０】
検出電極１１１に現れた交流信号は、ＦＥＴＱ０のゲートに加えられ、ＦＥＴＱ０が動作すると、ＦＥＴＱ０の入力側で見たハイインピーダンス信号が、ローインピーダンス信号にインピーダンス変換され、ＦＥＴＱ０のドレインＤに検出信号Ｓ１１が現れる。プリアンプ１１３から出力された検出信号Ｓ１１は、増幅回路１２１に供給される。
【００６１】
駆動回路１２５は、オペアンプＩＣ５、抵抗Ｒ１８、Ｒ１７、Ｒ１６及びコンデンサＣ１２を含み、圧電振動子１６２に駆動信号を与え、圧電振動子１６３から出力された信号を検出する。オペアンプＩＣ５は、この圧電振動子１６３から出力された信号により、正帰還がかけられ、次の駆動信号を圧電振動子１６２に印加する。この動作の繰り返しにより、音叉１６１が特定の周波数（例えば６８０Ｈｚ）で振動を継続する。
【００６２】
増幅回路１２１は、オペアンプＩＣ６、抵抗Ｒ８７、Ｒ８９、コンデンサＣ１０を含み、検出信号Ｓ１１を増幅する。増幅回路１２１によって増幅された信号は、検波回路１２２に供給される。
【００６３】
検波回路１２２はオペアンプＩＣ３、抵抗Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ８６及びスイッチ素子を構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ５を含む。検波回路１２２は、駆動回路１２５から、抵抗Ｒ８６を介して、ＦＥＴＱ５のゲートに供給される駆動信号に基づき、増幅回路１２１を介して供給された検出信号Ｓ１１を同期検波する。同期検波された信号は、積分回路１２３に供給される。
【００６４】
積分回路１２３はオペアンプＩＣ２、コンデンサＣ６、ダイオードＤ３を含み、調整回路１２４から供給された信号と、検波回路１２２から供給された信号とを用いて直流の電圧信号Ｓ１２を生成する。
【００６５】
電圧変換回路１３０は、電圧信号Ｓ１２に基づいて、高圧トランス５０から共通に供給された高電圧Ｖｈ（図３参照）から、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１を生成する。コモングランド電位Ｖｃｏｍ１は、２次回路３４１（図６参照）及び調整回路１２４を介して積分回路１２３に供給される。これにより、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１が、感光ドラムＣの電位Ｖｃとほぼ等しくなるような帰還制御が加わる。
【００６６】
出力回路１４０はオペアンプＩＣ７、抵抗Ｒ４１、Ｒ４２を含み、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１を減圧し、表面電位検出信号Ｖｏｕｔ１として出力する。例えば、出力回路１４０は、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１を１／２００程度に減圧して出力することが好ましい。この出力回路１４０は、省略することも可能である。
【００６７】
図５は図２に示した表面電位検出装置の高圧発生回路を含む部分について、更に具体的に示す回路図、図６は図２に示した表面電位検出装置の２次回路を含む部分について、更に具体的に示す回路図、図７乃至９は、図２に示した変換トランスの構成の概略を示す底面図である。図６において、表面電位検出装置の２次回路３４１〜３４４は、同様の構成になるので、２次回路３４１について代表的に説明する
図５において、高圧発生回路５３の整流平滑回路３８は、コンデンサＣ７と、ダイオードＤ４とを含む。２次コイルＮｈ１に生じた交流電流は、コンデンサＣ７、ダイオードＤ４を介して整流平滑され、高電圧Ｖｈが生成される。この高電圧Ｖｈは、電圧変換回路１３０〜４３０に共通に供給される。
【００６８】
図６において、整流平滑回路３５は、ダイオードＤ１、Ｄ２と、コンデンサＣ４、Ｃ５とを含む。コンデンサＣ４の一端は、ダイオードＤ１のカソードに接続されると共に、直流電圧＋Ｖｃｃの出力端子となる。コンデンサＣ４の他端は、コンデンサＣ５の一端、出力コイルＮｓ１の他端、及びコモングランド電位Ｖｃｏｍ１に接続される。コンデンサＣ５の他端は、ダイオードＤ２のアノードに接続されると共に、直流電圧−Ｖｃｃの出力端子となる。ダイオードＤ１のアノードは、ダイオードＤ２のカソード及び出力コイルＮｓ１の一端に接続される。
【００６９】
この整流平滑回路３５は、出力コイルＮｓ１に生じる交流電流を、ダイオードＤ１、Ｄ２によって整流するとともに、コンデンサＣ４、Ｃ５によって平滑する。そして、コンデンサＣ４の一端には、直流電圧＋Ｖｃｃが生成され、コンデンサＣ５の他端には、直流電圧−Ｖｃｃが生成される。この直流電圧＋Ｖｃｃ及び−Ｖｃｃは、調整回路１２４や、電位センサ１０に含まれるオペアンプ等に供給される。
【００７０】
調整回路１２４は、抵抗Ｒ９０、Ｒ９１、Ｒ９２を含む。抵抗Ｒ９０の一端は、コンデンサＣ４の一端に接続されている。抵抗Ｒ９０の他端は、抵抗Ｒ９１の一端に接続されるとともに、積分回路１２３に接続されている。抵抗Ｒ９１の他端は、抵抗Ｒ９２の一端に接続され、抵抗Ｒ９２の他端は、コンデンサＣ５の他端に接続されている。
【００７１】
この調整回路１２４は、抵抗Ｒ９０の一端に直流電圧＋Ｖｃｃが供給され、抵抗Ｒ９２の他端に直流電圧−Ｖｃｃが供給される。そして、抵抗Ｒ９０の他端から、直流電圧＋Ｖｃｃと直流電圧−Ｖｃｃとの差電圧を分圧して出力する。このため、抵抗Ｒ９０、Ｒ９１、Ｒ９２を所定の抵抗値に設定することにより、コンデンサＣ４の他端に接続されたコモングランド電位Ｖｃｏｍ１を調整し、積分回路１２３に信号を供給できる。したがって、センサ部１１０の周辺がプラスまたはマイナスに帯電した場合であっても、積分回路１２３から出力される電圧信号Ｓ１２にオフセット電圧が生じるという問題が生じない。
【００７２】
図７乃至９において、変換トランスＴ１０〜Ｔ３０は、１０本の出力ピンからなるトランスである。図７において、変換トランスＴ１０は、出力ピンＰＮ１０１とＰＮ１０２との間に入力コイルＮｐ１が形成され、出力ピンＰＮ１０４とＰＮ１０５との間に帰還巻線Ｎｂ１が形成され、出力ピンＰＮ１０６とＰＮ１０７との間に出力コイルＮｓ１が形成され、出力ピンＰＮ１０９とＰＮ１１０との間に出力コイルＮｓ２が形成されている。出力ピンＰＮ１０３及びＰＮ１０８は、絶縁耐圧を確保するために設けられた出力ピンである。
【００７３】
図８において、変換トランスＴ２０は、出力ピンＰＮ２０１とＰＮ２０２との間に入力コイルＮｐ２が形成され、出力ピンＰＮ２０６とＰＮ２０７との間に出力コイルＮｓ３が形成され、出力ピンＰＮ２０９とＰＮ２１０との間に出力コイルＮｓ４が形成されている。ＰＮ２０８は、絶縁耐圧を確保するために設けられた出力ピンである。
【００７４】
図９において、変換トランスＴ３０は、出力ピンＰＮ３０１とＰＮ３０２との間に入力コイルＮｐ３が形成され、出力ピンＰＮ３０６とＰＮ３１０との間に出力コイルＮｈ１が形成されている。
【００７５】
ところで、絶縁トランスの個数を削減するという観点からは、１つの絶縁トランスのみを用いる構成も考えられる。しかし、この場合には、１つのボビンに、必要なピンの全てを巻設した構造の絶縁トランスが要求される。このような多数の出力ピンを備えた特殊な構造の絶縁トランスは、汎用されていないので、かえって高コストになる。
【００７６】
本実施例に係る表面電位検出装置に用いられているスイッチング電源は、入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３がそれぞれ別の変換トランスＴ１０〜Ｔ３０に形成されているので、それぞれの変換トランスＴ１０〜Ｔ３０に必要な出力ピン数が少なくて済む。したがって、出力ピンの数が少ない簡単な構造の汎用、安価な変換トランスＴ１０〜Ｔ３０を使用することができ、低コスト化が図れる。
【００７７】
図１０は本発明に係るスイッチング電源の別の実施例を概略的に示す回路図である。図において、図１乃至図９に示したスイッチング電源と同様の構成については、説明を省略する。
【００７８】
図１０に示したスイッチング電源は、１つのスイッチ手段３９と、複数の変換トランスＴ１０、Ｔ２０、Ｔ３０と、複数の整流平滑回路３５、３８とを含む。
【００７９】
入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３、帰還巻線Ｎｂ１及びスイッチ手段３９は、１次回路３４５を構成する。１次回路３４５のそれぞれの入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３は、互いに並列に接続されている。
【００８０】
入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３のそれぞれの一端は、電源端子Ｖｉｎから約２４Ｖの電圧が供給され、それぞれの多端は、スイッチ手段３９を介して、フレーム接地ＧＮＤに接続される。
【００８１】
そして、スイッチング動作時においては、トランジスタＱ１がＯＮ／ＯＦＦすることにより、入力コイルＮｐ１〜Ｎｐ３に流れる電流が、同時に断続する。これにより、出力コイルＮｓ１〜Ｎｓ４、Ｎｈ１及び補助巻線Ｎｂ１には、交流電流が生じる。補助巻線Ｎｂ１に生じた交流電流は、帰還信号としてトランジスタＱ１に供給される。
【００８２】
本実施例に係るスイッチング電源は、図１乃至図９に示したスイッチング電源と同様の構成を有するので、同様の作用効果を奏する。
【００８３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（ａ）小型化が図れるスイッチング電源及び表面電位検出装置を提供することができる。
（ｂ）軽量化が図れるスイッチング電源及び表面電位検出装置を提供することができる。
（ｃ）低コスト化が図れるスイッチング電源及び表面電位検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスイッチング電源の一実施例を概略的に示す回路図である。
【図２】本発明に係るスイッチング電源を用いた表面電位検出装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】図２に示した表面電位検出装置のセンサ部及び電位検出回路を含む部分について、更に具体的に示すブロック図である。
【図４】図２に示した表面電位検出装置のセンサ部及び電位検出回路を含む部分について、更に具体的に示す回路図である。
【図５】図２に示した表面電位検出装置の高圧発生回路を含む部分について、更に具体的に示す回路図である。
【図６】図２に示した表面電位検出装置の２次回路を含む部分について、更に具体的に示す回路図である。
【図７】図２に示した変換トランスの構成の概略を示す底面図である。
【図８】図２に示した変換トランスの構成の概略を示す別の底面図である。
【図９】図２に示した変換トランスの構成の概略を示す更に別の底面図である。
【図１０】本発明に係るスイッチング電源の別の実施例を概略的に示す回路図である。
【符号の説明】
３４スイッチング電源
Ｔ１０、Ｔ２０、Ｔ３０変換トランス
Ｎｐ１、Ｎｐ２、Ｎｐ３入力コイル
Ｎｓ１，Ｎｓ２、Ｎｓ３，Ｎｓ４、Ｎｈ１出力コイル
３５、３８整流平滑回路
３９スイッチ手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching power supply and a surface potential detection device using the switching power supply.
[0002]
[Prior art]
The surface potential detecting device is used as a means for detecting the surface potential of a photosensitive drum as a measurement object in an image forming apparatus such as a copying machine or a laser beam printer. In this image forming apparatus, a high-speed tandem type using four (cyan, magenta, yellow, black) photosensitive drums has recently been proposed and put into practical use. The surface potential detection device used in such a tandem type image forming apparatus includes four potential sensors that are independent from each other, and each of the potential sensors detects the surface potential of each photosensitive drum.
[0003]
Each of the potential sensors has a common ground potential floating from the frame ground GND, and performs feedback control such that the common ground potential is substantially equal to the potential of the photosensitive drum. The surface potential can be detected with high accuracy by outputting the common ground potential as a potential detection signal. Each of the potential sensors that detect the surface potential using such feedback control includes circuit elements such as an operational amplifier, and these circuit elements need to be supplied with a floating voltage from the frame ground GND. . This floating voltage is obtained by a switching power supply including an insulating transformer.
[0004]
Therefore, the conventional surface potential detection device needs to supply a floating voltage to each of the four potential sensors by providing four switching power supplies including an insulating transformer.
[0005]
However, the insulating transformer included in the switching power supply is a high-cost component having a large volume and mass. The switching power supply also includes high-cost parts such as switching transistors. For this reason, when a plurality of, for example, four switching power supplies are provided, there is a problem that the volume and mass are large and the cost is high. This problem becomes more prominent as the number of measured objects such as photosensitive drums increases.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a switching power supply and a surface potential detection device that can be miniaturized.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a switching power supply and a surface potential detection device that can be reduced in weight.
[0008]
Still another object of the present invention is to provide a switching power supply and a surface potential detection device that can reduce the cost.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a switching power supply according to the present invention is a switching power supply and includes one switch means, a plurality of conversion transformers, and a plurality of rectifying and smoothing circuits. Each of the conversion transformers includes an input coil and an output coil, and at least one of the conversion transformers includes two or more output coils.
[0010]
Each input coil of the conversion transformer is electrically connected to each other. The switch means simultaneously interrupts the current flowing through the input coils of the conversion transformer. Each of the rectifying and smoothing circuits is connected to each of the output coils, and rectifies and smoothes an alternating current generated in the output coils.
[0011]
As described above, in the switching power supply according to the present invention, each conversion transformer includes an input coil, and each input coil of the conversion transformer is electrically connected to each other. For this reason, each input coil of the conversion transformer can operate integrally. Therefore, even if there is only one switch means, it is possible to operate the entire input coil, and this one switch means simultaneously interrupts the current flowing through each input coil of the conversion transformer.
[0012]
Each of the conversion transformers includes an input coil and an output coil, and the current flowing through each input coil of the conversion transformer is intermittent. For this reason, the alternating current insulated from the input coil arises in each output coil of a conversion transformer.
[0013]
Since each of the rectifying and smoothing circuits is connected to each of the output coils, the AC current generated in the output coil is rectified and smoothed, and a floating voltage is output from the frame ground GND. For this reason, the switching power supply according to the present invention can output a plurality of voltages floating from the frame ground GND.
[0014]
Further, since the switching power supply according to the present invention can output a plurality of voltages floating from the frame ground GND, for example, a voltage floating from the frame ground GND can be supplied to each of the potential sensors included in the surface potential detection device.
[0015]
In the switching power supply according to the present invention, since at least one of the conversion transformers includes two or more output coils, the number of output coils can be made larger than the number of conversion transformers. For this reason, since the number of output coils can be increased without increasing the number of conversion transformers, the increase in volume, mass, and cost can be suppressed even when a large number of output coils are required for the switching power supply. Can do.
[0016]
In the switching power supply according to the present invention, since there is one switch means, the circuit configuration is simplified, and the size, weight and cost can be reduced. For example, the number of high-voltage resistant parts such as switching transistors constituting the switch means is reduced, and the size, weight and cost can be reduced.
[0017]
In the switching power supply according to the present invention, the number of conversion transformers is not single but plural. For this reason, since the heat generated in the conversion transformer can be dispersed in a plurality of locations, the number of heat dissipating parts can be reduced, and the cost can be further reduced.
[0018]
In the switching power supply according to the present invention, the use of a plurality of conversion transformers reduces the number of output pins required for each conversion transformer even when a large number of output coils are used for the power supply. For example, even if there are five or more output coils of the power source, the number of output pins required for each conversion transformer is less than ten. Therefore, a general-purpose and inexpensive conversion transformer having a simple structure with a small number of output pins can be used, and the cost can be reduced.
[0019]
In the switching power supply according to the present invention, by connecting the input coils in series, even if the inductance of each input coil of the conversion transformer is small, the entire input coil can obtain a large inductance. It becomes possible. Therefore, since each conversion transformer can be easily manufactured, the cost can be reduced.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing an embodiment of a switching power supply according to the present invention. In the figure, a switching power supply 34 is a multi-output switching power supply, and is used, for example, in a surface potential detection device. The switching power supply 34 includes one switch means 39, a plurality of conversion transformers T10, T20, T30, and a plurality of rectifying / smoothing circuits 35, 38.
[0021]
Conversion transformer T10 includes an input coil Np1, output coils Ns1, Ns2, and a feedback winding Nb1. The conversion transformer T20 includes an input coil Np2 and output coils Ns3 and Ns4. Conversion transformer T30 includes an input coil Np3 and an output coil Nh1. The output coil Nh1 is a high voltage generating coil, and has a larger number of coil turns than the output coils Ns1 to Ns4.
[0022]
The switch means 39 includes a transistor Q1, a capacitor C2, diodes ZD1 and D2, and resistors R1 and R2. The switch means 39 may use two or more transistors as long as the switch means 39 performs a switching operation integrally.
[0023]
The input coils Np1 to Np3, the feedback winding Nb1, and the switch means 39 constitute a primary circuit 340 of the switching power supply 34. Each of the input coils Np1 to Np3 is connected in series with each other. One end of the input coils Np <b> 1 to Np <b> 3 connected in series is supplied with a voltage of about 24 V from the power supply terminal Vin, and the other end is connected to the frame ground GND via the switch means 39. Further, each of the input coils Np1 to Np3 may be connected in parallel.
[0024]
The output coil Ns1 and the rectifying / smoothing circuit 35 constitute a secondary circuit 341 of the switching power supply 34, and the output coil Ns2 and the rectifying / smoothing circuit 35 constitute a secondary circuit 342 of the switching power supply 34, and the output coil Ns3 and the rectifying / smoothing circuit 35. The circuit 35 constitutes a secondary circuit 343 of the switching power supply 34, and the output coil Ns 4 and the rectifying / smoothing circuit 35 constitute a secondary circuit 344 of the switching power supply 34.
[0025]
Each of the rectifying / smoothing circuits 35 of the secondary circuits 341 to 344 is connected to each of the output coils Ns1 to Ns4, and is connected to the common ground potentials Vcom1, Vcom2, Vcom3, and Vcom4.
[0026]
The common ground potentials Vcom1 to Vcom4 are arbitrary potentials floating from the frame ground GND. For example, in a switching power supply used in a surface potential detecting device, the common ground potentials Vcom1 to Vcom4 are set to substantially the same potential as a photosensitive drum as a measurement target. Can do. For example, the common ground potential Vcom1 is −200V, the common ground potential Vcom2 is −400V, the common ground potential Vcom3 is −600V, and the common ground potential Vcom4 is −800V.
[0027]
The output coil Nh1 and the rectifying / smoothing circuit 38 constitute a high voltage generation circuit 53 of the switching power supply 34. The rectifying / smoothing circuit 38 is connected to the output coil Nh1.
[0028]
During the switching operation, the current flowing through the input coils Np1 to Np3 is interrupted at the same time by turning on / off the transistor Q1. Thereby, an alternating current is generated in the output coils Ns1 to Ns4, Nh1 and the auxiliary winding Nb1. The alternating current generated in the auxiliary winding Nb1 is supplied to the transistor Q1 as a feedback signal.
[0029]
Each of the rectifying / smoothing circuits 35 has a positive potential with respect to the common ground potentials Vcom1 to Vcom4 by rectifying and smoothing the alternating current generated in the output coils Ns1 to Ns4, and is insulated from the input coils Np1 and Np2. DC voltage -Vcc having a negative potential with reference to the DC voltage + Vcc and the common ground potentials Vcom1 to Vcom4 and insulated from the input coils Np1 and Np2.
[0030]
For example, the secondary circuit 341 generates DC voltages + Vcc = −188 V and −Vcc = −212 V, and the secondary circuit 342 generates DC voltages + Vcc = −388 V and −Vcc = −412 V, and the secondary circuit 343. Generates DC voltage + Vcc = −588V and −Vcc = −612V, and the secondary circuit 344 generates DC voltage + Vcc = −788V and −Vcc = −812V.
[0031]
The rectifying / smoothing circuit 38 of the high-voltage generating circuit 53 rectifies and smoothes the alternating current generated in the output coil Nh1, and generates a high voltage Vh insulated from the input coil Np3. For example, the high voltage Vh is −1000V.
[0032]
As described above, in the switching power supply according to the present embodiment, each of the conversion transformers T10 to T30 includes the input coils Np1 to Np3, and the input coils Np1 to Np3 of the conversion transformers T10 to T30 are electrically connected to each other. Has been. For this reason, the input coils Np1 to Np3 of the conversion transformers T10 to T30 can operate integrally. Therefore, even if there is only one switch means 39, it is possible to operate all of the input coils Np1 to Np3, and this one switch means 39 has a current flowing through each of the input coils Np1 to Np3 of the conversion transformers T10 to T30. At the same time.
[0033]
Each of the conversion transformers T10 to T30 includes input coils Np1 to Np3 and output coils Ns1 to Ns4 and Nh1, and currents flowing through the input coils Np1 to Np3 of the conversion transformers T10 to T30 are intermittent. For this reason, alternating currents insulated from the input coils Np1 to Np3 are generated in the output coils Ns1 to Ns4 and Nh1 of the conversion transformers T10 to T30.
[0034]
Since each of the rectifying and smoothing circuits 35 and 38 is connected to each of the output coils Ns1 to Ns4 and Nh1, the AC current generated in the output coils Ns1 to Ns4 and Nh1 is rectified and smoothed, and the voltage floating from the frame ground GND is supplied. Output. For this reason, the switching power supply according to the present embodiment can output a plurality of voltages floating from the frame ground GND.
[0035]
Further, since the switching power supply according to the present embodiment can output a plurality of voltages floating from the frame ground GND, for example, a voltage floating from the frame ground GND can be supplied to each of the potential sensors included in the surface potential detection device. .
[0036]
Further, in the switching power supply according to the present embodiment, at least one of the conversion transformers T10 to T30 includes two or more output coils Ns1 to Ns4 and Nh1, so the number of the output coils Ns1 to Ns4 and Nh1 is converted to the conversion transformer T10 to T10. More than the number of T30. For this reason, since the number of output coils can be increased without increasing the number of conversion transformers T10 to T30, even when a large number of output coils are required for the switching power supply, an increase in volume, mass, and cost is increased. Can be suppressed.
[0037]
In the switching power supply according to the present embodiment, since the number of the switch means 39 is one, the circuit configuration is simplified, and the size, weight, and cost can be reduced. For example, the number of high-voltage resistant parts such as switching transistors constituting the switch means 39 is reduced, and the size, weight and cost can be reduced.
[0038]
Further, in the switching power supply according to the present embodiment, the conversion transformers T10 to T30 are not single but plural. For this reason, since the heat which generate | occur | produces in the conversion transformers T10-T30 can be disperse | distributed to several places, a thermal radiation component can be reduced and cost can be reduced further.
[0039]
Further, in the switching power supply according to the present embodiment, by using a plurality of conversion transformers T10 to T30, output pins necessary for the respective conversion transformers T10 to T30 even when a large number of output coils are used for the power supply. The number is small. For example, even if there are five or more output coils Ns1 to Ns4 and Nh1 of the power supply, the number of output pins required for each of the conversion transformers T10 to T30 is 10 or less. Therefore, general-purpose and inexpensive conversion transformers T10 to T30 having a simple structure with a small number of output pins can be used, and the cost can be reduced.
[0040]
Moreover, in the switching power supply according to the present embodiment, by connecting the input coils Np1 to Np3 in series, even if the inductances of the input coils Np1 to Np3 of the conversion transformers T10 to T30 are small, As a whole, the input coils Np1 to Np3 can obtain a large inductance. Therefore, since each of the conversion transformers T10 to T30 can be easily manufactured, the cost can be reduced.
[0041]
FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of the surface potential detection apparatus using the switching power supply according to the present invention. In the figure, the surface potential detection device 1 includes a switching power supply 34 and a plurality of potential sensors 10, 20, 30, and 40.
[0042]
The four photosensitive drums C, M, Y, and K, which are measured objects, are arranged in tandem. The photosensitive drum C is for cyan and has a surface potential Vc = −200V. The photosensitive drum M is for magenta and has a surface potential Vm = −400V. The photosensitive drum Y is for yellow and has a surface potential Vy = −600V. The photosensitive drum K is for black and has a surface potential Vk = −800V.
[0043]
The illustrated embodiment shows a case where the surface potentials of the four photosensitive drums C to K arranged in tandem are detected. Therefore, the number of the potential sensors 10 to 40 is four, but the number is the number of measured objects. Increase or decrease depending on Each of the potential sensors 10 to 40 is individually provided for each of the photosensitive drums C to K, and is fixedly disposed at a distance of, for example, 2.5 mm from the surface of the photosensitive drums C to K. .
[0044]
Each of the plurality of potential sensors 10 to 40 is independent from each other, and includes sensor units 110, 210, 310, and 410, potential detection circuits 120, 220, 320, and 420, and voltage conversion circuits 130, 230, 330, and 430. Including.
[0045]
The high voltage generation circuit 53 supplies the high voltage Vh to the four potential sensors 10 to 40 in common. The sensor units 110 to 410 are arranged to face the four photosensitive drums C to K, and generate detection signals S11, S21, S31, and S41 corresponding to the potentials Vc to Vk of the photosensitive drums C to K. The detection signals S11 to S41 are sent to the potential detection circuits 120 to 420 via a coaxial cable or the like.
[0046]
The potential detection circuits 120 to 420 include secondary circuits 341 to 344, and are supplied from the common ground potentials Vcom1, Vcom2, Vcom3, and Vcom4 corresponding to the potentials Vc to Vk of the photosensitive drums C to K, and the sensor units 110 to 410. Voltage signals S12, S22, S32, and S42 are generated using the detected signals S11 to S41. The common ground potentials Vcom1 to Vcom4 are substantially equal to the surface potentials Vc to Vk.
[0047]
The voltage conversion circuits 130 to 430 generate the common ground potentials Vcom1 to Vcom4 from the high voltage Vh supplied in common from the high voltage generation circuit 53 based on the voltage signals S12 to S42.
[0048]
The common ground potentials Vcom1 to Vcom4 are fed back to the potential detection circuits 120 to 420 and are output as surface potential detection signals Vout1, Vout2, Vout3, and Vout4. Further, the surface potential detection signals Vout1 to Vout4 may be obtained by reducing the common ground potentials Vcom1 to Vcom4.
[0049]
The surface potential detection apparatus according to the present embodiment includes a plurality of potential sensors 10 to 40, each of which is independent of each other. For this reason, a plurality of objects to be measured can be detected simultaneously and continuously. For example, as shown in the illustrated embodiment, in a high-speed image forming apparatus such as a tandem type copying machine or a laser beam printer, four photosensitive drums C (four cyan sensors, magenta, yellow, and black) are used. The surface potential can be detected individually corresponding to .about.K. Further, even when a large number of potential sensors are provided in a distributed manner as in the case of detecting the charge of the film being conveyed, the surface potential can be individually detected at different locations on the film.
[0050]
Further, the surface potential detection apparatus according to the present embodiment uses a potential that is substantially equal to the potential of the measured object as the common ground potentials Vcom1 to Vcom4, so that the distance between the sensor units 110 to 410 and the measured object is An almost independent potential can be generated. By outputting these potentials as the surface potential detection signals Vout1 to Vout4, it is possible to detect the surface potential with high accuracy.
[0051]
In the surface potential detection device according to the present embodiment, as described above, the high voltage generation circuit 53 generates the high voltage Vh that is insulated from the frame ground GND, so that the voltage conversion circuits 130 to 430 have an insulation function. It is not necessary to have it, and it is only necessary to convert the supplied high voltage Vh into a desired voltage value and output it. Therefore, the voltage conversion circuits 130 to 430 can be configured by a circuit having a simple configuration that does not include a transformer, for example, a chopper circuit, so that the cost can be reduced.
[0052]
Further, in the surface potential detection device according to the present embodiment, as described above, since the high voltage generation circuit 53 generates the high voltage Vh, the voltage conversion circuits 130 to 430 need not be boosted and are supplied. It is only necessary to convert the high voltage Vh into a desired voltage value and output it. Therefore, the voltage conversion circuits 130 to 430 can be a step-down circuit having a simple configuration, for example, a dropper circuit, so that the cost can be reduced.
[0053]
Further, by using the high voltage generation circuit 53 in common, it is possible to simplify a circuit for generating an insulated high voltage. For this reason, the high voltage | pressure-resistant components used for these circuits, for example, the transistor for switching, can be reduced and cost is reduced significantly. And if the detection location increases, the said advantage will become more remarkable.
[0054]
Next, the configuration of the surface potential detection device shown in FIG. 2 will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 3 is a block diagram more specifically showing a portion including the sensor unit and the potential detection circuit of the surface potential detection device shown in FIG. In the figure, each of the sensor units 110 to 410 includes a detection electrode 111, a chopper 112, and a preamplifier 113. Each of the potential detection circuits 120 to 420 includes an amplification circuit 121, a detection circuit 122, an integration circuit 123, an adjustment circuit 124, a drive circuit 125, and secondary circuits 341 to 344.
[0055]
The detection electrodes 111, the chopper 112, the preamplifier 113, and the adjustment circuit 124 of the sensor units 110 to 410 are provided in the probes 61, 62, 63, and 64, respectively. The amplifier circuit 121, the detection circuit 122, the integration circuit 123, the drive circuit 125, and the secondary circuits 341 to 344 of the sensor units 110 to 410 are provided on the circuit board 70 together with the voltage conversion circuits 130 to 430 and the high voltage generation circuit 53. ing.
[0056]
FIG. 4 is a circuit diagram more specifically showing a portion including the sensor section and the potential detection circuit of the surface potential detection apparatus shown in FIG. Since each of the four potential sensors 10 to 40 shown in FIG. 2 has the same configuration, a portion corresponding to the potential sensor 10 will be representatively described here.
[0057]
The chopper 112 of the potential sensor 10 periodically chops the electric field between the photosensitive drum C and the detection electrode 111. Its specific structure is already known. For example, the chopper 112 is configured by attaching piezoelectric vibrators 162 and 163 and a metal piece 114 to the free end side of the tuning fork 161. The chopper 112 is provided such that the metal piece 114 is disposed between the surface of the photosensitive drum C (see FIG. 3) and the detection electrode 111.
[0058]
The piezoelectric vibrator 162 is supplied with a drive signal having a predetermined frequency, and excites the tuning fork 161 at a predetermined frequency. When the metal piece 114 vibrates due to the excitation of the tuning fork 161, the capacitance between the photosensitive drum C and the detection electrode 111 increases or decreases in a substantially sinusoidal shape centering on the capacitance Co at the time of non-excitation. Then, an AC signal is output. The excitation of the tuning fork 161 is detected by the piezoelectric vibrator 163.
[0059]
The preamplifier 113 is a circuit that converts the impedance of the AC signal output from the detection electrode 111 into a low impedance. More specifically, the preamplifier 113 includes an FET (Field Effect Transistor) Q0, a gate resistor R1, and a source resistor R2, and the source of the FET Q0 is connected to the common ground potential Vcom1 through the resistor R2.
[0060]
The AC signal appearing on the detection electrode 111 is applied to the gate of the FET Q0. When the FET Q0 operates, the high impedance signal seen on the input side of the FET Q0 is impedance-converted into a low impedance signal, and the detection signal S11 is applied to the drain D of the FET Q0. Appears. The detection signal S11 output from the preamplifier 113 is supplied to the amplifier circuit 121.
[0061]
The drive circuit 125 includes an operational amplifier IC5, resistors R18, R17, R16, and a capacitor C12. The drive circuit 125 supplies a drive signal to the piezoelectric vibrator 162 and detects a signal output from the piezoelectric vibrator 163. The operational amplifier IC5 is positively fed back by the signal output from the piezoelectric vibrator 163 and applies the next drive signal to the piezoelectric vibrator 162. By repeating this operation, the tuning fork 161 continues to vibrate at a specific frequency (for example, 680 Hz).
[0062]
The amplifier circuit 121 includes an operational amplifier IC6, resistors R87 and R89, and a capacitor C10, and amplifies the detection signal S11. The signal amplified by the amplifier circuit 121 is supplied to the detection circuit 122.
[0063]
The detection circuit 122 includes an operational amplifier IC3, resistors R9, R10, R11, R12, and R86, and an FET (field effect transistor) Q5 that constitutes a switch element. The detection circuit 122 synchronously detects the detection signal S11 supplied via the amplifier circuit 121 based on the drive signal supplied from the drive circuit 125 via the resistor R86 to the gate of the FET Q5. The synchronously detected signal is supplied to the integration circuit 123.
[0064]
The integration circuit 123 includes an operational amplifier IC2, a capacitor C6, and a diode D3, and generates a DC voltage signal S12 using the signal supplied from the adjustment circuit 124 and the signal supplied from the detection circuit 122.
[0065]
Based on the voltage signal S12, the voltage conversion circuit 130 generates a common ground potential Vcom1 from the high voltage Vh (see FIG. 3) commonly supplied from the high-voltage transformer 50. The common ground potential Vcom1 is supplied to the integration circuit 123 via the secondary circuit 341 (see FIG. 6) and the adjustment circuit 124. As a result, feedback control is performed so that the common ground potential Vcom1 becomes substantially equal to the potential Vc of the photosensitive drum C.
[0066]
The output circuit 140 includes an operational amplifier IC7 and resistors R41 and R42, and depressurizes the common ground potential Vcom1 and outputs it as a surface potential detection signal Vout1. For example, the output circuit 140 preferably outputs the common ground potential Vcom1 after reducing the common ground potential Vcom1 to about 1/200. The output circuit 140 can be omitted.
[0067]
FIG. 5 is a circuit diagram specifically showing a portion including the high voltage generation circuit of the surface potential detecting device shown in FIG. 2, and FIG. 6 is a portion showing a secondary circuit of the surface potential detecting device shown in FIG. More specifically, FIG. 7 to FIG. 9 are circuit diagrams showing the outline of the configuration of the conversion transformer shown in FIG. In FIG. 6, since the secondary circuits 341 to 344 of the surface potential detection device have the same configuration, the secondary circuit 341 will be representatively described.
In FIG. 5, the rectifying / smoothing circuit 38 of the high voltage generation circuit 53 includes a capacitor C7 and a diode D4. The alternating current generated in the secondary coil Nh1 is rectified and smoothed through the capacitor C7 and the diode D4, and a high voltage Vh is generated. The high voltage Vh is commonly supplied to the voltage conversion circuits 130 to 430.
[0068]
In FIG. 6, the rectifying / smoothing circuit 35 includes diodes D1 and D2 and capacitors C4 and C5. One end of the capacitor C4 is connected to the cathode of the diode D1 and serves as an output terminal for the DC voltage + Vcc. The other end of the capacitor C4 is connected to one end of the capacitor C5, the other end of the output coil Ns1, and the common ground potential Vcom1. The other end of the capacitor C5 is connected to the anode of the diode D2 and serves as an output terminal for the DC voltage −Vcc. The anode of the diode D1 is connected to the cathode of the diode D2 and one end of the output coil Ns1.
[0069]
The rectifying / smoothing circuit 35 rectifies the alternating current generated in the output coil Ns1 by the diodes D1 and D2 and smoothes the alternating current by the capacitors C4 and C5. A DC voltage + Vcc is generated at one end of the capacitor C4, and a DC voltage -Vcc is generated at the other end of the capacitor C5. The DC voltages + Vcc and −Vcc are supplied to the adjustment circuit 124, an operational amplifier included in the potential sensor 10, and the like.
[0070]
Adjustment circuit 124 includes resistors R90, R91, and R92. One end of the resistor R90 is connected to one end of the capacitor C4. The other end of the resistor R90 is connected to one end of the resistor R91 and to the integrating circuit 123. The other end of the resistor R91 is connected to one end of the resistor R92, and the other end of the resistor R92 is connected to the other end of the capacitor C5.
[0071]
In the adjustment circuit 124, the DC voltage + Vcc is supplied to one end of the resistor R90, and the DC voltage -Vcc is supplied to the other end of the resistor R92. Then, the voltage difference between the DC voltage + Vcc and the DC voltage −Vcc is divided and output from the other end of the resistor R90. Therefore, by setting the resistors R90, R91, and R92 to a predetermined resistance value, the common ground potential Vcom1 connected to the other end of the capacitor C4 can be adjusted, and a signal can be supplied to the integrating circuit 123. Therefore, even when the periphery of the sensor unit 110 is charged positively or negatively, there is no problem that an offset voltage is generated in the voltage signal S12 output from the integrating circuit 123.
[0072]
7 to 9, conversion transformers T10 to T30 are transformers composed of ten output pins. In FIG. 7, in the conversion transformer T10, an input coil Np1 is formed between the output pins PN101 and PN102, a feedback winding Nb1 is formed between the output pins PN104 and PN105, and between the output pins PN106 and PN107. The output coil Ns1 is formed, and the output coil Ns2 is formed between the output pins PN109 and PN110. The output pins PN103 and PN108 are output pins provided in order to ensure withstand voltage.
[0073]
In FIG. 8, in the conversion transformer T20, an input coil Np2 is formed between the output pins PN201 and PN202, an output coil Ns3 is formed between the output pins PN206 and PN207, and between the output pins PN209 and PN210. An output coil Ns4 is formed. PN208 is an output pin provided to ensure a withstand voltage.
[0074]
In FIG. 9, in the conversion transformer T30, an input coil Np3 is formed between output pins PN301 and PN302, and an output coil Nh1 is formed between output pins PN306 and PN310.
[0075]
By the way, from the viewpoint of reducing the number of insulating transformers, a configuration using only one insulating transformer is also conceivable. However, in this case, an insulating transformer having a structure in which all necessary pins are wound around one bobbin is required. Such an insulation transformer having a special structure having a large number of output pins is not widely used, and thus becomes expensive.
[0076]
In the switching power supply used in the surface potential detection apparatus according to the present embodiment, since the input coils Np1 to Np3 are formed in separate conversion transformers T10 to T30, outputs required for the respective conversion transformers T10 to T30. Fewer pins. Therefore, general-purpose and inexpensive conversion transformers T10 to T30 having a simple structure with a small number of output pins can be used, and the cost can be reduced.
[0077]
FIG. 10 is a circuit diagram schematically showing another embodiment of the switching power supply according to the present invention. In the figure, the description of the same configuration as the switching power supply shown in FIGS. 1 to 9 is omitted.
[0078]
The switching power supply shown in FIG. 10 includes one switch means 39, a plurality of conversion transformers T10, T20, T30, and a plurality of rectifying / smoothing circuits 35, 38.
[0079]
The input coils Np1 to Np3, the feedback winding Nb1, and the switch means 39 constitute a primary circuit 345. The input coils Np1 to Np3 of the primary circuit 345 are connected in parallel to each other.
[0080]
One end of each of the input coils Np <b> 1 to Np <b> 3 is supplied with a voltage of about 24 V from the power supply terminal Vin, and each multi-end is connected to the frame ground GND via the switch means 39.
[0081]
During the switching operation, the current flowing through the input coils Np1 to Np3 is intermittently interrupted by turning on / off the transistor Q1. Thereby, an alternating current is generated in the output coils Ns1 to Ns4, Nh1 and the auxiliary winding Nb1. The alternating current generated in the auxiliary winding Nb1 is supplied to the transistor Q1 as a feedback signal.
[0082]
Since the switching power supply according to the present embodiment has the same configuration as the switching power supply shown in FIGS.
[0083]
【Effect of the invention】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(A) It is possible to provide a switching power supply and a surface potential detection device that can be miniaturized.
(B) It is possible to provide a switching power supply and a surface potential detection device that can be reduced in weight.
(C) It is possible to provide a switching power supply and a surface potential detection device that can reduce costs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing an embodiment of a switching power supply according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram schematically showing a configuration of a surface potential detection apparatus using a switching power supply according to the present invention.
3 is a block diagram showing more specifically a portion including a sensor unit and a potential detection circuit of the surface potential detection device shown in FIG. 2; FIG.
4 is a circuit diagram more specifically showing a portion including a sensor unit and a potential detection circuit of the surface potential detection device shown in FIG. 2; FIG.
5 is a circuit diagram more specifically showing a portion including a high voltage generation circuit of the surface potential detection device shown in FIG. 2; FIG.
6 is a circuit diagram more specifically showing a portion including a secondary circuit of the surface potential detection device shown in FIG. 2; FIG.
7 is a bottom view schematically showing the configuration of the conversion transformer shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 8 is another bottom view schematically showing the configuration of the conversion transformer shown in FIG. 2;
9 is still another bottom view showing the outline of the configuration of the conversion transformer shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 10 is a circuit diagram schematically showing another embodiment of the switching power supply according to the present invention.
[Explanation of symbols]
34 Switching power supply
T10, T20, T30 conversion transformer
Np1, Np2, Np3 input coil
Ns1, Ns2, Ns3, Ns4, Nh1 Output coil
35, 38 Rectifier smoothing circuit
39 Switch means

Claims

A surface potential detection device including a switching power supply and a plurality of potential sensors,
The switching power supply includes switch means, a plurality of conversion transformers, and a plurality of rectifying and smoothing circuits,
Each of the plurality of conversion transformers includes an input coil and one or more output coils, and the input coils are connected to each other in series.
The switch means simultaneously interrupts the current flowing through each of the input coils,
The plurality of rectifying and smoothing circuits are individually connected to one of the output coils, rectifying and smoothing an alternating current generated in the output coil,
One of the plurality of rectifying / smoothing circuits constitutes a high voltage generating circuit that supplies a high voltage to the plurality of potential sensors in common, and the other individually supplies a DC voltage to one of the plurality of potential sensors. And
Each of the plurality of potential sensors is independent from each other, and includes a sensor unit, a potential detection circuit, and a voltage conversion circuit,
The sensor unit generates a detection signal corresponding to the potential of the measured object,
The potential detection circuit is supplied with the DC voltage, generates a voltage signal using a common ground potential corresponding to the potential of the device under test and the detection signal supplied from the sensor unit,
The voltage conversion circuit generates the common ground potential from the high voltage based on the voltage signal,
The common ground potential is fed back to the potential detection circuit and output as a surface potential detection signal.
Surface potential detector.

The surface potential detection device according to claim 1 ,
The rectifying and smoothing circuit is connected to the common ground potential and generates the DC voltage with reference to the common ground potential.
The potential detection circuitry comprises a detection circuit, an integrating circuit, and an adjustment circuit,
The adjustment circuit adjusts the common ground potential by dividing the DC voltage, and supplies a signal to the integration circuit,
The detection circuit detects the detection signal supplied from the sensor unit, and supplies a signal to the integration circuit,
The integration circuit generates a voltage signal using the signal supplied from the adjustment circuit and the signal supplied from the detection circuit .
Surface potential detector.

The surface potential detection apparatus according to claim 1 or 2, wherein
The voltage conversion circuit includes a step-down circuit for converting the high voltage to the common ground potential.
Surface potential detector.

The surface potential detection device according to any one of claims 1 to 3,
Each of the plurality of conversion transformers includes the same number of output pins,
The input coil and the output coil are formed between the output pins,
Surface potential detector.

The surface potential detection device according to any one of claims 1 to 4,
The rectifying and smoothing circuit includes first and second capacitors, and first and second diodes,
The first capacitor has one end connected to the cathode of the first diode, and the other end connected to one end of the second capacitor, one end of the output coil, and the common ground potential.
The other end of the second capacitor is connected to the anode of the second diode,
The first diode has an anode connected to the cathode of the second diode and the other end of the output coil,
The DC voltage is supplied as a potential at the one end of the first capacitor and a potential at the other end of the second capacitor.
Surface potential detector.