JP6646490B2 - 電源回路及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
図1は、一実施形態に係る電源回路(高圧電源回路)を備えた画像形成装置の概略的な構成を示す断面図である。画像形成装置は、単色画像を形成する画像形成装置であってもよいが、ここでは、複数色のトナー(現像剤)を用いて多色画像を形成する画像形成装置を想定する。画像形成装置は、例えば、印刷装置、プリンタ、複写機、複合機(MFP)、及びファクシミリ装置のいずれであってもよい。
図2(A)は、制御基板110及び帯電高圧基板100の概略的な構成を示すブロック図である。帯電高圧基板100は、感光ドラム1を帯電させるための電圧(高圧)を帯電ローラ2に供給する電源回路が実装された基板である。制御基板110は、CPU111及びメモリ112を備える。帯電高圧基板100は、AC高圧生成回路101、DC高圧生成回路102、及びAC電圧検出回路103を備える。
図2(B)は、AC高圧生成回路101の概略的な構成を示すブロック図である。AC高圧生成回路101は、正弦波生成部200、D級アンプ201、及びACトランス20を備える。AC高圧生成回路101では、正弦波生成部200によって生成される正弦波信号が、当該正弦波生成部200からD級アンプ201へ入力され、D級アンプ201の出力がACトランス20において高圧に変換されて出力される。
図3は、D級アンプ201の構成を示すブロック図である。D級アンプ201は、発振器211、三角波生成部212、比較器213,218、反転回路214、ゲートドライブ回路215,219、ハーフブリッジ回路216,220、及びブートストラップ回路217,221を備える。D級アンプ201において、ハーフブリッジ回路216,220は、上述のフルブリッジ回路を構成している。
図5は、D級アンプ201に含まれる、フルブリッジ回路(ハーフブリッジ回路216,220)と、当該フルブリッジ回路用の駆動回路の構成を示す回路図である。一般に、D級アンプ等に適用されるブリッジ回路は、ハイサイド(電源側)のスイッチング素子の駆動にブートストラップコンデンサを利用する。本実施形態のD級アンプ201では、以下で説明するように、ハーフブリッジ回路216,220の駆動にブートストラップコンデンサC1,C2を用いている。D級アンプ201において、ゲートドライブ回路219、ハーフブリッジ回路220及びブートストラップ回路221は、それぞれ、ゲートドライブ回路215、ハーフブリッジ回路216及びブートストラップ回路217と同様の構成を有している。このため、以下では、主にゲートドライブ回路215、ハーフブリッジ回路216及びブートストラップ回路217について説明する。
図5に示すように、ハーフブリッジ回路216は、第1直流電源(電源電圧Vin、本実施形態では24V)に接続されたハイサイドのスイッチング素子であるQ1と、及びQ1に直列に接続されたローサイド(接地側)のスイッチング素子であるQ2を備える。Q1,Q2はいずれもn型MOS−FETで構成される。本実施形態において、ハーフブリッジ回路216は、Q1(第1スイッチング素子)及びQ2(第2スイッチング素子)のスイッチングに応じた電圧を負荷へ出力するブリッジ回路の一例である。
ゲートドライブ回路215は、Q1を駆動するゲートドライブ回路215aと、Q2を駆動するゲートドライブ回路215bとによって構成される。ゲートドライブ回路215aは、n型トランジスタTr1、p型トランジスタTr2及びn型トランジスタTr9を備える。ゲートドライブ回路215bは、n型トランジスタTr3及びp型トランジスタTr4を備える。
ハーフブリッジ回路216の出力端(Q1及びQ2の接続点)とゲートドライブ回路215aとの間に設けられたブートストラップ回路217は、ブートストラップダイオードD1及びブートストラップコンデンサC1によって構成される。D1のアノード端子は、第2直流電源(Vcc)と接続され、D1のカソード端子は、ゲートドライブ回路215aと接続されている。C1は、ゲートドライブ回路215aと、ハーフブリッジ回路216の出力端との間に接続されている。なお、D1のカソード端子及びC1は、ゲートドライブ回路215a内のTr1のコレクタ端子及び抵抗R1と接続されている。以下で説明するように、Q1がオフ状態である間に第2直流電源(Vcc)から充電電流が供給されてC1が充電されることで、ゲートドライブ回路215aによるQ1の駆動に使用される充電電圧がC1に発生する。
次に、図6乃至図8を参照して、本実施形態のD級アンプ201における、ブートストラップ回路217、Fb1及びD3(ブートストラップ回路221、Fb2及びD4)の役割について説明する。図6(A)は、図5に示すゲートドライブ回路215、ハーフブリッジ回路216及びブートストラップ回路217を含む回路構成から、Fb1及びD3を除いたものを示している。
上述のように、D級アンプ201では、ブートストラップコンデンサC1(ブートストラップ回路217)の作用によって、Q1を安定してオフ状態からオン状態にスイッチングすることが可能になる。しかし、ハイサイドのスイッチング素子(Q1)の駆動にブートストラップコンデンサC1を用いた場合、Q1の安定したスイッチングが可能になる一方で、C1を充電するための充電電流が放射ノイズの要因となることが知られている。このような放射ノイズは、図6(B)に示すように、C1の充電電流が流れる経路600にフェライトビーズFb1等のインダクタンス成分を挿入することで抑制できる。即ち、インダクタンス成分の挿入により、放射ノイズの原因となる、充電電流の高周波成分を抑制することが可能になる。
次に、図9及び図10を参照して、D級アンプ201におけるゲートドライブ回路215、ブートストラップ回路217及びハーフブリッジ回路216の動作について説明する。図9(A)は、比較器213から出力されるPWM信号がHレベルである場合の、図9(B)は、当該PWM信号がLレベルである場合の、ゲートドライブ回路215、ブートストラップ回路217及びハーフブリッジ回路216の動作を示している。
Claims (12)
- 第1直流電源に接続された第1スイッチング素子、及び前記第1スイッチング素子に直列に接続された第2スイッチング素子を備え、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子のスイッチングに応じた電圧を負荷へ出力するブリッジ回路と、
入力パルス信号に従って、前記第1及び第2スイッチング素子が交互にオン状態になるよう、前記第1及び第2スイッチング素子をそれぞれ駆動する第1及び第2ドライブ回路と、
前記第1ドライブ回路と前記ブリッジ回路の出力端との間に接続されており、前記第1スイッチング素子がオフ状態である間に第2直流電源から充電電流が供給されて充電されることによって、前記第1ドライブ回路による前記第1スイッチング素子の駆動に使用される充電電圧が発生するコンデンサと、
前記充電電流が流れる経路に設けられた、ノイズ抑制用のインダクタンス成分と、
前記インダクタンス成分に並列に接続された、前記インダクタンス成分に発生する電圧の制限用の電圧制限素子と、
を備えることを特徴とする電源回路。 - 前記インダクタンス成分は、前記コンデンサと前記出力端との間に設けられ、
前記電圧制限素子は、前記第1スイッチング素子がオン状態とオフ状態との間で切り替わる際に前記インダクタンス成分に発生する電圧を制限するよう動作する
ことを特徴とする請求項1に記載の電源回路。 - 前記電圧制限素子は、前記第2直流電源からの電流を通過させる方向に配置されたダイオードであり、
前記インダクタンス成分に発生する電圧は、前記ダイオードが導通状態になる電圧である閾値電圧を上回らない電圧に制限される
ことを特徴とする請求項1または2に記載の電源回路。 - 前記ダイオードは、ショットキーバリアダイオードである
ことを特徴とする請求項3に記載の電源回路。 - 前記第1ドライブ回路には、前記出力端の電圧に前記充電電圧を上乗せした電圧が入力され、
前記第1ドライブ回路は、前記第1スイッチング素子をオフ状態からオン状態へ切り替える際に、前記入力された電圧を駆動電圧として前記第1スイッチング素子へ出力する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電源回路。 - アノード端子が前記第2直流電源と接続され、かつ、カソード端子が前記第1ドライブ回路及び前記コンデンサと接続されたダイオードと、前記コンデンサとによって、前記出力端の電圧に前記充電電圧を上乗せした電圧を前記第1ドライブ回路に出力するブートストラップ回路が構成されている
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の電源回路。 - 前記第1及び第2スイッチング素子は、前記第1直流電源とグランドとの間に直列に接続され、前記第1スイッチング素子と第2スイッチング素子との接続点に前記出力端が設けられており、
前記第1スイッチング素子がオフ状態、前記第2スイッチング素子がオン状態になると、前記出力端の電位が前記グランドと等しくなることで前記ブートストラップ回路のダイオードが導通状態になり、前記第2直流電源から当該ダイオードを介して前記コンデンサに前記充電電流が供給されるとともに前記充電電圧が前記第1ドライブ回路に入力される
ことを特徴とする請求項6に記載の電源回路。 - 前記第1スイッチング素子がオン状態、前記第2スイッチング素子がオフ状態になると、前記出力端の電位が前記第1直流電源と等しくなることで前記ブートストラップ回路のダイオードが非導通状態になり、前記第1直流電源の出力電圧に前記充電電圧を上乗せした電圧が前記第1ドライブ回路に入力される
ことを特徴とする請求項7に記載の電源回路。 - 前記充電電流は、前記第1スイッチング素子がオフ状態である間に、前記第2直流電源から前記コンデンサと前記出力端とオン状態の前記第2スイッチング素子とを介してグランドに至る経路を流れる
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の電源回路。 - 前記第2ドライブ回路は、前記第2直流電源に接続されており、前記第2スイッチング素子をオフ状態からオン状態へ切り替える際に、前記第2直流電源から入力される電圧を駆動電圧として前記第2スイッチング素子へ出力する
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の電源回路。 - 記録材に画像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段に電圧を供給する、請求項1から10のいずれか1項に記載の電源回路と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記画像形成手段は、像担持体と、前記像担持体を帯電させる帯電手段とを含み、
前記電源回路は、前記像担持体を帯電させるための電圧を前記帯電手段に供給する
ことを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。
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