JP6727806B2 - Power supply device and image forming apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、電源装置及び画像形成装置に関し、特に、トランスを使用したスイッチング電源の二次側整流回路に関する。 The present invention relates to a power supply device and an image forming apparatus, and more particularly to a secondary side rectifier circuit of a switching power supply using a transformer.

従来から、電子写真技術を用いた記録紙に画像を複写する電子写真方式の画像形成装置が普及している。画像形成装置は、正又は負の高電位に一様に帯電した感光ドラムに対し、画像データに基づくレーザ等の光を出射し、感光ドラム上に静電荷による潜像を形成する。そして、トナー等の現像剤を感光ドラム上の潜像に静電気力によって飛ばし、感光ドラム上に現像する。次に、現像された現像剤に記録紙を重ねて、記録紙の裏面から現像剤の保持する電荷と逆極性の電荷を与え、静電気力によって現像剤を記録紙表面に吸着させて転写する。その後、記録紙に熱と圧力を与え、転写された現像剤を記録紙上に定着させる。このように、電子写真方式では各プロセスにおいて静電気力を利用した現像剤の移動が行われるため、様々な極性、様々な高電圧を生成する電源が必要となる。 2. Description of the Related Art Conventionally, an electrophotographic image forming apparatus that copies an image on a recording sheet using an electrophotographic technique has been widely used. The image forming apparatus emits light such as a laser based on image data to a photosensitive drum uniformly charged to a positive or negative high potential, and forms a latent image by electrostatic charge on the photosensitive drum. Then, a developer such as toner is sprayed onto the latent image on the photosensitive drum by electrostatic force to develop on the photosensitive drum. Then, the recording paper is superposed on the developed developer, and a charge having a polarity opposite to that of the charge held by the developer is applied from the back surface of the recording paper, and the developer is attracted and transferred to the surface of the recording paper by electrostatic force. Then, heat and pressure are applied to the recording paper to fix the transferred developer on the recording paper. As described above, in the electrophotographic method, since the developer is moved by using the electrostatic force in each process, a power source that generates various polarities and various high voltages is required.

例えば、特許文献1には画像形成装置の詳細が説明されている。この画像形成装置は、現像剤が負に帯電しているため、現像剤を記録紙に転写する転写電圧として正の電圧を出力する正電源を有している。また、特許文献1の画像形成装置は、感光ドラムを帯電させる帯電電圧、現像剤を感光ドラムに飛ばす現像電圧及び転写ローラをクリーニングする転写負電圧を生成するための負電源を有している。これらの電圧は数百〜数千Vの高電圧であり、高電圧を生成するためにトランス等を使った昇圧回路が必要になる。そのため、本来は、転写正電圧、転写負電圧、帯電電圧、現像電圧の4つの電圧に対して4つのトランスが必要になる。例えば特許文献1では、正と負の両方の極性が必要となる転写ローラに対しては転写正電圧を専用のトランスで生成し、転写負電圧は帯電電圧を生成しているトランスと共用する構成としている。これにより、全体として3つのトランスで昇圧回路を構成し、コストダウンを達成している。 For example, Patent Document 1 describes details of the image forming apparatus. Since the developer is negatively charged, this image forming apparatus has a positive power source that outputs a positive voltage as a transfer voltage for transferring the developer onto the recording paper. Further, the image forming apparatus of Patent Document 1 has a negative power source for generating a charging voltage for charging the photosensitive drum, a developing voltage for blowing the developer to the photosensitive drum, and a transfer negative voltage for cleaning the transfer roller. These voltages are high voltages of several hundred to several thousand V, and a booster circuit using a transformer or the like is required to generate the high voltage. Therefore, originally, four transformers are required for four voltages of the transfer positive voltage, the transfer negative voltage, the charging voltage, and the developing voltage. For example, in Patent Document 1, a transfer positive voltage is generated by a dedicated transformer for a transfer roller that requires both positive and negative polarities, and the transfer negative voltage is shared with a transformer generating a charging voltage. I am trying. As a result, the booster circuit is composed of three transformers as a whole, and the cost is reduced.

ところで、このように出力の種類の数に対してトランスの数を減らすという観点では、スイッチング電源の一般的な技術として多出力トランスという構成が存在する。多出力トランスは、一つのコアに一つの一次巻線と、巻き数がそれぞれ異なる複数の二次巻線を巻いたトランスであり、各二次巻線から異なる電圧を生成することができる。多出力トランスの各二次巻線に接続する整流素子の向きを逆にすれば、一つのトランスで異なる極性の電圧を生成することも可能であり、極性も電圧も異なるいくつもの電圧を、電圧の種類数よりも少ない数のトランスで生成することもできる。 By the way, from the viewpoint of reducing the number of transformers with respect to the number of types of outputs in this way, there is a configuration called a multi-output transformer as a general technique of switching power supplies. The multi-output transformer is a transformer in which one primary winding and a plurality of secondary windings having different numbers of turns are wound around one core, and different voltages can be generated from the respective secondary windings. By reversing the direction of the rectifying element connected to each secondary winding of the multi-output transformer, it is possible to generate voltages with different polarities with a single transformer. It can also be generated with a smaller number of transformers than the number of types.

特開2007−206414号公報JP, 2007-206414, A

しかし、多出力トランスの場合、特に高電圧を出力するためには一次巻線と二次巻線の巻き数の比を大きくしなければならず、その上で複数の二次巻線を巻き重ねると、二次巻線の合計巻き数が多くなり、大型のトランスになってしまう。また、出力電圧に合わせた巻き数比にするため専用品となり、出力仕様の変更に対応できない汎用性の低いトランスになってしまう。更に、一つの二次巻線の出力電流の変動が他の二次巻線の出力電圧に影響を与えるという課題があり、精度が低く制御も難しい。また、従来例の転写正電圧、転写負電圧、帯電電圧、現像電圧は、それぞれ独立して電圧を変化させたりオン、オフしたりする必要がある。このため、柔軟な制御ができない多出力トランスを、従来例のような画像形成装置の電源として使用するのは現実的ではない。従来例では複数の電圧を生成しているトランスのうち、いくつかをまとめてトランスの数を減らすことはできた。しかし、正電圧を生成するためには正電圧生成用のトランスを、負電圧を生成するためには負電圧生成用のトランスを設ける必要があり、例えば正の電圧と負の電圧が一組必要であれば、トランスは最低2つ必要になっていた。 However, in the case of a multi-output transformer, in order to output a particularly high voltage, the ratio of the number of turns of the primary winding and the secondary winding must be increased, and a plurality of secondary windings are wound on top of it. Then, the total number of turns of the secondary winding increases, resulting in a large transformer. In addition, since the number of turns is adjusted to match the output voltage, it is a dedicated product, and it becomes a transformer with low versatility that cannot respond to changes in output specifications. Further, there is a problem that the fluctuation of the output current of one secondary winding affects the output voltage of the other secondary winding, and the accuracy is low and the control is difficult. Further, the transfer positive voltage, the transfer negative voltage, the charging voltage, and the developing voltage in the conventional example need to be independently changed and turned on or off. Therefore, it is not realistic to use a multi-output transformer that cannot be flexibly controlled as a power source for an image forming apparatus as in the conventional example. In the conventional example, it was possible to reduce the number of transformers by combining some of the transformers that generate a plurality of voltages. However, it is necessary to provide a transformer for positive voltage generation to generate a positive voltage and a transformer for negative voltage generation to generate a negative voltage. For example, one pair of positive voltage and negative voltage is required. If so, at least two transformers were needed.

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、汎用性を低下させることなく、一つのトランスで極性の異なる電圧を生成することを目的とする。 The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to generate voltages having different polarities with a single transformer without reducing versatility.

上述した課題を解決するために、本発明は以下の構成を備える。 In order to solve the problems described above, the present invention has the following configurations.

(1)一次巻線と二次巻線とを有する一つのトランスと、前記トランスの前記一次巻線に接続されたスイッチング素子とを備えた電源装置おいて、前記トランスの二次巻線は一端がグランドに接続されており、他端が、正極性の電圧を出力するための第一ライン及び負極性の電圧を出力するための第二ラインに接続されており、前記第一ラインにおいて前記二次巻線の他端側にアノード端子が接続された第一のダイオードと、前記第一ラインにおいて、前記第一のダイオードのカソード端子側とグランドとの間に接続された第一のコンデンサと、前記第二ラインにおいて前記二次巻線の他端側にカソード端子が接続された第二のダイオードと、前記第二ラインにおいて前記第二のダイオードのアノード端子側とグランドとの間に接続された第二のコンデンサと、前記第一ラインにおいて前記第一のダイオードのカソード端子側に接続された抵抗と、前記第二ラインから出力される負極性の電圧に応じた値と基準電圧とを比較する比較部と、前記正極性の電圧に基づき前記トランスの前記一次巻線に印加される電圧を変更する第1の変更部と、を有し、前記比較部による比較結果に基づいて、前記スイッチング素子の駆動状態を制御することにより前記負極性の電圧が制御され、前記基準電圧を変更する第2の変更部を備えることを特徴とする電源装置 (1) and one transformer having a primary winding and a secondary winding, Oite the power supply device and a switching element connected to the primary winding of the transformer, the transformer secondary windings One end is connected to ground, the other end is connected to a first line for outputting a positive voltage and a second line for outputting a negative voltage, in the first line A first diode whose anode terminal is connected to the other end of the secondary winding, and a first capacitor which is connected between the cathode terminal side of the first diode and the ground in the first line. A second diode whose cathode terminal is connected to the other end side of the secondary winding in the second line, and a second diode which is connected between the anode terminal side of the second diode and the ground in the second line. A second capacitor, a resistor connected to the cathode terminal side of the first diode in the first line, and a value corresponding to a negative voltage output from the second line and a reference voltage. And a first changing unit that changes the voltage applied to the primary winding of the transformer based on the positive voltage, and the switching based on the comparison result by the comparing unit. A power supply device comprising: a second changing unit that controls the negative voltage by controlling a driving state of an element and changes the reference voltage .

本発明によれば、汎用性を低下させることなく、一つのトランスで極性の異なる電圧を生成することができる。 According to the present invention, it is possible to generate voltages having different polarities with one transformer without deteriorating versatility.

実施例1の電源装置の回路図Circuit diagram of the power supply device of Embodiment 1 実施例2の電源装置の回路図Circuit diagram of the power supply device of Embodiment 2 実施例3の電源装置の回路図Circuit diagram of the power supply device of Embodiment 3 その他の実施例の電源装置の回路図Circuit diagram of a power supply device of another embodiment 実施例4の画像形成装置を示す図FIG. 6 illustrates an image forming apparatus according to a fourth exemplary embodiment.

以下、本発明を実施するための形態を、実施例により図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明する電源装置は、例えば、電子写真方式の画像形成装置において必要となる各種の高電圧を生成する電源である。ここで、画像形成装置には、例えば、複写機、レーザプリンタ、LEDプリンタ及び電子写真ファクシミリ等が含まれる。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings by embodiments. The power supply device described below is, for example, a power supply that generates various high voltages required in an electrophotographic image forming apparatus. Here, the image forming apparatus includes, for example, a copying machine, a laser printer, an LED printer, an electrophotographic facsimile, and the like.

[電源装置]
図1は、実施例1の電源装置の回路図である。図1の電源装置はスイッチング電源であり、例えば、出力1から正の電圧+300Vを、出力2から負の電圧−750Vを、それぞれ出力する回路である。本実施例の回路は、画像形成装置に使用される複数の電圧のうち、正電圧を必要とする負荷と負電圧を必要とする負荷のそれぞれに対し、一つのトランスから極性の異なる電圧と電流を供給する。特に、一方の負荷変動が他方の電圧生成に影響することが少ない構成であることを特徴としている。
[Power supply]
FIG. 1 is a circuit diagram of the power supply device according to the first embodiment. The power supply device of FIG. 1 is a switching power supply, and is, for example, a circuit that outputs a positive voltage of +300 V from the output 1 and a negative voltage of −750 V from the output 2. In the circuit of this embodiment, a voltage and a current having different polarities are output from one transformer for a load requiring a positive voltage and a load requiring a negative voltage among a plurality of voltages used in the image forming apparatus. To supply. In particular, it is characterized in that the load fluctuation of one does not affect the voltage generation of the other.

電源装置の一次側には、トランスT101の一次巻線101aに流れる一次電流を生成する電圧V1を生成する電源が接続されており、このV1は例えば24V等で大きな電力を供給するための直流電源である。また、電源装置の一次側には、制御回路に電圧V2を供給する電源が接続されており、このV2は例えば3.3Vや5Vなどを供給するための高精度な直流電源である。 A power source for generating a voltage V1 for generating a primary current flowing through the primary winding 101a of the transformer T101 is connected to the primary side of the power supply device. This V1 is a DC power source for supplying a large electric power, for example, 24V. Is. A power supply for supplying a voltage V2 to the control circuit is connected to the primary side of the power supply device, and this V2 is a highly accurate DC power supply for supplying 3.3V, 5V or the like.

トランスT101は、一次巻線101aと二次巻線101bを有するトランスであり、その巻線比は昇圧のために例えば84:2700としている。トランスT101の一次巻線101aの一端には、スイッチング動作を行うためのスイッチング素子であるQ101が接続されている。スイッチング素子Q101にはMOSFETが用いられている。スイッチング素子Q101のゲート端子には、電源装置が搭載される機器の制御部からの信号が入力される入力1が接続され、入力1に入力される信号によって、スイッチング素子Q101のオンオフ動作、即ち、スイッチング動作(発振動作)が制御される。スイッチング素子Q101のゲート端子とソース端子の間には抵抗R102が接続されている。 The transformer T101 is a transformer having a primary winding 101a and a secondary winding 101b, and its winding ratio is, for example, 84:2700 for boosting. A Q101 which is a switching element for performing a switching operation is connected to one end of the primary winding 101a of the transformer T101. A MOSFET is used as the switching element Q101. The gate terminal of the switching element Q101 is connected to the input 1 to which a signal from the control unit of the device in which the power supply device is mounted is input, and the signal input to the input 1 turns on/off the switching element Q101, that is, The switching operation (oscillation operation) is controlled. A resistor R102 is connected between the gate terminal and the source terminal of the switching element Q101.

トランスT101の一次巻線101aの他端には、ダイオードD103のカソード端子が接続され、ダイオードD103のアノード端子はグランド(以下、GND)に接続されている。トランスT101の一次巻線101aは、中間タップを有しており、一次巻線101aのタップされた箇所とダイオードD103のアノード端子との間には、コンデンサC104が接続されている。また、トランスT101のタップされた箇所には、抵抗R107を介して電圧V1が供給されている。トランスT101の一次巻線101aを流れる電流は、スイッチング素子Q101がオンのとき、V1→R107→T101→Q101の順で流れ、スイッチング素子Q101がオフのとき、T101→C104→D103の順で流れる。スイッチング素子Q101がオフのときに流れる電流は回生電流である。尚、本実施例では、トランスT101の一次巻線101aをタップしている構成であるが、この構成に限定されない。 The cathode terminal of the diode D103 is connected to the other end of the primary winding 101a of the transformer T101, and the anode terminal of the diode D103 is connected to the ground (hereinafter, GND). The primary winding 101a of the transformer T101 has an intermediate tap, and a capacitor C104 is connected between the tapped portion of the primary winding 101a and the anode terminal of the diode D103. Further, the voltage V1 is supplied to the tapped portion of the transformer T101 via the resistor R107. The current flowing through the primary winding 101a of the transformer T101 flows in the order of V1→R107→T101→Q101 when the switching element Q101 is on, and flows in the order of T101→C104→D103 when the switching element Q101 is off. The current flowing when the switching element Q101 is off is a regenerative current. In this embodiment, the primary winding 101a of the transformer T101 is tapped, but the configuration is not limited to this.

トランスT101の二次巻線101bには正極性の電圧を出力するための第一ラインと負極性の電圧を出力するための第二ラインが接続されている。具体的には、二次巻線101bの一端には、ダイオードD101のアノード端子とダイオードD102のカソード端子が接続されている。即ち、トランスT101の二次巻線101bの一端には、ダイオードの極性を異に接続したダイオードD101とダイオードD102が共に接続されている。ダイオードD101は、トランスT101の二次巻線101bに所定の向きで接続され、第一の極性の電圧である正極性の電圧を出力するための第一の整流素子である。ダイオードD102は、トランスT101の二次巻線101bに所定の向きとは逆の向きでダイオードD101に並列に接続され、第一の極性とは逆の第二の極性の負極性の電圧を出力するための第二の整流素子である。 The secondary winding 101b of the transformer T101 is connected to a first line for outputting a positive voltage and a second line for outputting a negative voltage. Specifically, the anode terminal of the diode D101 and the cathode terminal of the diode D102 are connected to one end of the secondary winding 101b. That is, the diode D101 and the diode D102 in which the polarities of the diodes are differently connected are both connected to one end of the secondary winding 101b of the transformer T101. The diode D101 is a first rectifying element that is connected to the secondary winding 101b of the transformer T101 in a predetermined direction and outputs a positive polarity voltage that is a voltage of the first polarity. The diode D102 is connected to the secondary winding 101b of the transformer T101 in parallel with the diode D101 in a direction opposite to the predetermined direction, and outputs a negative voltage having a second polarity opposite to the first polarity. Is a second rectifying element for.

ダイオードD101のカソード端子にはコンデンサC102の一端が接続され、コンデンサC102の他端はGNDに接続されている。また、ダイオードD101のカソード端子には、抵抗R106を介してツェナーダイオードZD101のカソード端子が接続され、電源装置の出力1として負荷に供給される。尚、ツェナーダイオードZD101のアノード端子はGNDに接続されている。また、ダイオードD102のアノード端子にはコンデンサC103の一端が接続され、電源装置の出力2として負荷に供給される。尚、コンデンサC103の他端はGNDに接続されている。トランスT101の二次巻線101bの他端はGNDに接続されている。 One end of a capacitor C102 is connected to the cathode terminal of the diode D101, and the other end of the capacitor C102 is connected to GND. Further, the cathode terminal of the diode D101 is connected to the cathode terminal of the Zener diode ZD101 via the resistor R106, and is supplied to the load as the output 1 of the power supply device. The anode terminal of the Zener diode ZD101 is connected to GND. Further, one end of a capacitor C103 is connected to the anode terminal of the diode D102 and is supplied to the load as the output 2 of the power supply device. The other end of the capacitor C103 is connected to GND. The other end of the secondary winding 101b of the transformer T101 is connected to GND.

トランスT101の二次側の動作としては、スイッチング素子Q101がオンのとき、ダイオードD101がオンし、ダイオードD102がオフする。トランスT101の二次側には、T101→D101→C102の順で電流が流れる。コンデンサC102は、GNDに対して正の電圧が充電される。一方、スイッチング素子Q101がオフのとき、ダイオードD101がオフし、ダイオードD102がオンする。トランスT101の二次側には、GND→C103→D102→T101の順で電流が流れる。コンデンサC103には、GNDに対して負の電圧が充電される。これは、ダイオードD101とダイオードD102の向き(極性)が逆に接続されていることで、ダイオードD101がトランスT101のフォワード動作で導通し、ダイオードD102がトランスT101のフライバック動作で導通するためである。 As the operation of the secondary side of the transformer T101, when the switching element Q101 is on, the diode D101 turns on and the diode D102 turns off. On the secondary side of the transformer T101, current flows in the order of T101→D101→C102. The capacitor C102 is charged with a positive voltage with respect to GND. On the other hand, when the switching element Q101 is off, the diode D101 is off and the diode D102 is on. A current flows through the secondary side of the transformer T101 in the order of GND→C103→D102→T101. The capacitor C103 is charged with a negative voltage with respect to GND. This is because the diode D101 and the diode D102 are connected in opposite directions (polarity), so that the diode D101 conducts by the forward operation of the transformer T101 and the diode D102 conducts by the flyback operation of the transformer T101. ..

そして、コンデンサC102に充電された電圧(正)は抵抗R106、ツェナーダイオードZD101を介してGNDに流れこむ。ツェナーダイオードZD101はツェナー電圧が300Vである。このため、出力1は、負荷が変動しても、
(C102の電圧−(R106の抵抗値×R106を流れる電流))>300
という条件が成り立つ限り、所定の電圧である300Vの電圧を維持し続ける。このように、ツェナーダイオードZD101は、ダイオードD101の出力側に接続され、出力1の電圧をツェナー電圧により決定される所定の電圧に維持するための定電圧素子である。
Then, the voltage (positive) charged in the capacitor C102 flows into the GND through the resistor R106 and the Zener diode ZD101. The Zener diode ZD101 has a Zener voltage of 300V. Therefore, the output 1 is
(C102 voltage−(R106 resistance value×R106 current))>300
As long as the condition is satisfied, the predetermined voltage of 300 V is continuously maintained. As described above, the Zener diode ZD101 is a constant voltage element that is connected to the output side of the diode D101 and maintains the voltage of the output 1 at a predetermined voltage determined by the Zener voltage.

(出力2のフィードバック制御)
一方、出力2については、フィードバック制御が行われている。コンパレータCP101は、出力2から出力される電圧に応じた電圧と基準電圧とを比較する比較手段(比較部)であり、スイッチング素子Q101は、コンパレータCP101による比較結果に基づいて制御される。
(Feedback control of output 2)
On the other hand, feedback control is performed on the output 2. The comparator CP101 is a comparison unit (comparison unit) that compares the voltage corresponding to the voltage output from the output 2 with the reference voltage, and the switching element Q101 is controlled based on the comparison result by the comparator CP101.

出力2は抵抗R105の一端に接続され、抵抗R105の他端は抵抗R104の一端に接続されている。抵抗R104の他端は電圧V2を供給する電源に接続されている。また、抵抗R104と抵抗R105の接続点はコンパレータCP101の非反転入力端子に接続されている。即ち、電圧V2と出力2の電圧の差を抵抗R104と抵抗R105で分圧した電圧が、コンパレータCP101の非反転入力端子に入力される。また、電圧V2を供給する電源には抵抗R103の一端が接続され、抵抗R103の他端は抵抗R108の一端に接続されている。抵抗R108の他端はコンパレータCP101の反転入力端子に入力されている。また、抵抗R108の他端はコンデンサC101の一端に接続され、コンデンサC101の他端はGNDに接続されている。抵抗R108とコンデンサC101は、積分回路を構成している。更に、コンパレータCP101の反転入力端子には、入力2から信号が入力されるようになっている。コンパレータCP101の出力端子は、スイッチング素子Q101のゲート端子に接続されている。 The output 2 is connected to one end of the resistor R105, and the other end of the resistor R105 is connected to one end of the resistor R104. The other end of the resistor R104 is connected to a power supply that supplies the voltage V2. The connection point between the resistors R104 and R105 is connected to the non-inverting input terminal of the comparator CP101. That is, the voltage obtained by dividing the difference between the voltage V2 and the voltage of the output 2 by the resistors R104 and R105 is input to the non-inverting input terminal of the comparator CP101. Further, one end of the resistor R103 is connected to the power supply that supplies the voltage V2, and the other end of the resistor R103 is connected to one end of the resistor R108. The other end of the resistor R108 is input to the inverting input terminal of the comparator CP101. The other end of the resistor R108 is connected to one end of the capacitor C101, and the other end of the capacitor C101 is connected to GND. The resistor R108 and the capacitor C101 form an integrating circuit. Further, a signal is input from the input 2 to the inverting input terminal of the comparator CP101. The output terminal of the comparator CP101 is connected to the gate terminal of the switching element Q101.

以下に、出力2のフィードバック制御の仕組みを説明する。入力1からは、抵抗R101を介してスイッチング素子Q101を駆動するためのクロックパルスが入力される。例えば、入力1に入力される信号は、周波数が16.6kHz、オンデューティが10%、3.3Vppの信号であり、不図示の発振回路や不図示の制御部であるCPU等から入力される。尚、発振回路や制御部は、電源装置が有する構成としてもよいし、電源装置が搭載される機器が有する構成としてもよい。電源装置が搭載される機器の一例としては、画像形成装置等が挙げられる。 The mechanism of feedback control of the output 2 will be described below. A clock pulse for driving the switching element Q101 is input from the input 1 via the resistor R101. For example, the signal input to the input 1 is a signal having a frequency of 16.6 kHz and an on-duty of 10% and 3.3 Vpp, and is input from an oscillation circuit (not shown) or a CPU, which is a control unit (not shown). .. The oscillator circuit and the control unit may be included in the power supply device or may be included in a device in which the power supply device is mounted. An image forming apparatus or the like is an example of a device in which the power supply device is mounted.

入力2には、出力2の出力電圧を決定するためのPWM(Pulse Width Modulation)信号が入力される。入力2には、図示しない部分にトランジスタやオープンドレイン構造のCPUの汎用ポートなどが接続され、ハイインピーダンス(High−Z)とローレベル(Low)の2値によるPWM信号が入力される。例えば、入力2に入力されるPWM信号としてオフデューティ(ハイインピーダンス状態)100%としたときに、出力2の出力電圧が−1500Vとなるように構成する。このように構成すると、入力2に入力されるPWM信号のオフデューティが50%のときには、出力2の電圧が−750Vとなる。入力2に接続されているCPU等は、コンパレータCP101の反転入力端子に入力される電圧を変更する変更手段(変更部)として機能する。 A PWM (Pulse Width Modulation) signal for determining the output voltage of the output 2 is input to the input 2. A transistor, a general-purpose port of a CPU having an open drain structure, or the like is connected to the input 2 at a portion (not shown), and a binary PWM signal of high impedance (High-Z) and low level (Low) is input. For example, when the PWM signal input to the input 2 is 100% off-duty (high impedance state), the output voltage of the output 2 is -1500V. With this configuration, when the off-duty of the PWM signal input to the input 2 is 50%, the voltage of the output 2 becomes −750V. The CPU or the like connected to the input 2 functions as a changing unit (changing unit) that changes the voltage input to the inverting input terminal of the comparator CP101.

[電源装置の動作]
具体的な動作を説明する。入力2からPWM信号が入力されると、PWM信号のデューティに応じて、電圧V2以下の電圧がコンパレータCP101の反転入力端子に入力される。コンパレータCP101の非反転入力端子には、電圧V2の電圧と出力2の電圧の差を、抵抗R104と抵抗R105とで分圧した電圧が入力される。コンパレータCP101は、反転入力端子と非反転入力端子に入力された電圧を比較する。ここで、コンパレータCP101の反転入力端子に入力される電圧は、出力2の出力電圧の目標値となる電圧(以下、目標電圧)であり、基準電圧である。尚、上述したように、目標電圧は、入力2から入力されるPWM信号のデューティを変えることで変更することができる。
[Power supply operation]
A specific operation will be described. When the PWM signal is input from the input 2, a voltage equal to or lower than the voltage V2 is input to the inverting input terminal of the comparator CP101 according to the duty of the PWM signal. A voltage obtained by dividing the difference between the voltage of the voltage V2 and the voltage of the output 2 by the resistors R104 and R105 is input to the non-inverting input terminal of the comparator CP101. The comparator CP101 compares the voltages input to the inverting input terminal and the non-inverting input terminal. Here, the voltage input to the inverting input terminal of the comparator CP101 is a voltage that becomes a target value of the output voltage of the output 2 (hereinafter, target voltage) and is a reference voltage. As described above, the target voltage can be changed by changing the duty of the PWM signal input from the input 2.

一方、コンパレータCP101の非反転入力端子に入力される電圧は、出力2のフィードバック電圧である。コンパレータCP101は、反転入力端子に入力された目標電圧が、非反転入力端子に入力されたフィードバック電圧より高ければローレベルの信号を出力し、スイッチング素子Q101のゲート端子に入力される入力1の信号を引き込む。そのため、コンパレータCP101から出力される信号がローレベルである間、スイッチング素子Q101のゲート端子には電圧が印加されなくなる。このため、入力1からスイッチング素子Q101のゲート端子に入力される信号(クロックパルス)によるスイッチング素子Q101の発振動作が停止する。 On the other hand, the voltage input to the non-inverting input terminal of the comparator CP101 is the feedback voltage of the output 2. The comparator CP101 outputs a low level signal when the target voltage input to the inverting input terminal is higher than the feedback voltage input to the non-inverting input terminal, and the signal of the input 1 input to the gate terminal of the switching element Q101. Pull in. Therefore, no voltage is applied to the gate terminal of the switching element Q101 while the signal output from the comparator CP101 is at low level. Therefore, the oscillation operation of the switching element Q101 by the signal (clock pulse) input from the input 1 to the gate terminal of the switching element Q101 is stopped.

具体的な数値を使用して例を挙げる。入力1に入力される信号として、周波数16.6kHz、ハイデューティ10%のパルス信号を、入力2に入力される信号として、周波数32kHz、オフデューティ50%のPWM信号を選定する。また、電圧V2として5.4V、抵抗R104と抵抗R105の比を4:1119となるように、それぞれ定数を選定する。そうすると、コンパレータCP101の反転入力端子に入力される電圧は、
5.4×0.5=2.7(V)
となる。コンパレータCP101の非反転入力端子に入力される電圧は、出力2の電圧が0Vのときは、
5.4−((5.4−0)×(4/1123))=5.38(V)
である。このとき、コンパレータCP101の各端子に入力される電圧の関係は、
非反転入力端子(5.38V)>反転入力端子(2.7V)
となり、コンパレータCP101の出力はハイインピーダンスとなって、入力1の信号はコンパレータCP101の出力によってマスクされずにスイッチング素子Q101を駆動する。スイッチング素子Q101が駆動されることにより、出力2の電圧はGNDに対して下がっていく。
An example is given using specific numerical values. A pulse signal having a frequency of 16.6 kHz and a high duty of 10% is selected as a signal input to the input 1, and a PWM signal having a frequency of 32 kHz and an off duty of 50% is selected as a signal input to the input 2. Further, constants are selected so that the voltage V2 is 5.4 V and the ratio of the resistors R104 and R105 is 4:1119. Then, the voltage input to the inverting input terminal of the comparator CP101 becomes
5.4×0.5=2.7 (V)
Becomes When the voltage of the output 2 is 0V, the voltage input to the non-inverting input terminal of the comparator CP101 is
5.4-((5.4-0)×(4/1123))=5.38 (V)
Is. At this time, the relationship between the voltages input to the terminals of the comparator CP101 is
Non-inverting input terminal (5.38V)> inverting input terminal (2.7V)
Therefore, the output of the comparator CP101 becomes high impedance, and the signal of the input 1 drives the switching element Q101 without being masked by the output of the comparator CP101. As the switching element Q101 is driven, the voltage of the output 2 drops with respect to GND.

出力2の電圧が−750Vとなったとき、コンパレータCP101の非反転入力端子に入力される電圧は、
5.4−(5.4−(−750))×(4/1123)=2.7(V)
となる。更に、スイッチング素子Q101が発振し続けると、出力2の電圧は下がってゆき、コンパレータCP101の各端子に入力される電圧の関係は、
非反転入力端子<反転入力端子
という関係になる。このため、コンパレータCP101はローレベルの信号を出力する。コンパレータCP101の出力がローレベルとなると、入力1から入力されたパルス信号はコンパレータCP101の出力端子側に引き込まれ、スイッチング素子Q101を駆動することができなくなる。このように、トランスT101の二次側の出力2は、入力2から入力されるPWM信号のデューティによって決定される。また、出力2に接続される負荷が変動しても、コンパレータCP101によって出力2の電圧が変わらないように適宜制御される。
When the voltage of the output 2 becomes −750V, the voltage input to the non-inverting input terminal of the comparator CP101 is
5.4-(5.4-(-750))*(4/1123)=2.7(V)
Becomes Furthermore, when the switching element Q101 continues to oscillate, the voltage of the output 2 decreases, and the relationship between the voltages input to the terminals of the comparator CP101 is:
Non-inverting input terminal <inverting input terminal. Therefore, the comparator CP101 outputs a low level signal. When the output of the comparator CP101 becomes low level, the pulse signal input from the input 1 is drawn into the output terminal side of the comparator CP101, and the switching element Q101 cannot be driven. In this way, the output 2 on the secondary side of the transformer T101 is determined by the duty of the PWM signal input from the input 2. Further, the comparator CP101 appropriately controls the voltage of the output 2 even if the load connected to the output 2 changes.

以上、本実施例によれば、汎用性をほとんど低下させることなく、一つのトランスで極性の異なる電圧を生成することができる。特に、一つのトランスとして、多出力トランスのような専用品ではなく、汎用品のトランスを使用することができ、更に、得られる正と負の出力は、互いにほとんど干渉することなく高精度で安定した電源として使用可能である。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to generate voltages having different polarities with one transformer, with almost no deterioration in versatility. In particular, as a single transformer, a general-purpose transformer can be used instead of a dedicated transformer such as a multi-output transformer, and the positive and negative outputs obtained are highly accurate and stable with almost no interference with each other. It can be used as a power source.

[電源装置]
図2は、実施例2の電源装置の構成を示す回路図である。尚、実施例1で説明した図1と同じ構成には同じ符号を付し、説明を省略する。本実施例では、電源装置の二次側の出力2側の構成が実施例1と異なる。本実施例では、トランスT101の二次巻線101bに、抵抗R201の一端が接続され、抵抗R201の他端は、コンデンサC202の一端に接続されている。コンデンサC202の他端は、ダイオードD201のカソード端子に接続されている。また、コンデンサC202の他端は、ダイオードD202のアノード端子にも接続されている。ダイオードD201のアノード端子は、コンデンサC201の一端に接続されている。ダイオードD202のカソード端子はコンデンサC201の他端に接続され、その接続点はGNDに接続されている。
[Power supply]
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the power supply device according to the second embodiment. The same components as those in FIG. 1 described in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In this embodiment, the configuration of the output 2 side on the secondary side of the power supply device is different from that of the first embodiment. In this embodiment, one end of the resistor R201 is connected to the secondary winding 101b of the transformer T101, and the other end of the resistor R201 is connected to one end of the capacitor C202. The other end of the capacitor C202 is connected to the cathode terminal of the diode D201. The other end of the capacitor C202 is also connected to the anode terminal of the diode D202. The anode terminal of the diode D201 is connected to one end of the capacitor C201. The cathode terminal of the diode D202 is connected to the other end of the capacitor C201, and its connection point is connected to GND.

実施例1では、トランスT101の二次側に発生するフライバック電圧を整流してそのまま出力2としていた。本実施例では、第二の整流素子であるダイオードD201を含み、ダイオードD202、コンデンサC201、C202から成る倍電圧整流回路を形成して出力2とする。尚、トランスT101の二次巻線101bに誘起された電圧を倍電圧に整流する倍電圧整流回路の構成は一般的な技術であり、説明を省略する。本実施例では、倍電圧整流回路を備えることにより、出力2として生成される電圧が、実施例1の電源装置に比較してより高くなる。具体的な数値を用いて例を示す。実施例1では、入力2のPWM信号がデューティ100%のとき、出力2の電圧は−1500Vである。一方、本実施例では、入力2のPWM信号がデューティ100%のとき、出力2の電圧は−1500Vより更に低い電位の電圧を生成することができる。 In the first embodiment, the flyback voltage generated on the secondary side of the transformer T101 is rectified and used as it is as the output 2. In this embodiment, a voltage doubler rectifier circuit including a diode D201, which is a second rectifier, and composed of a diode D202 and capacitors C201 and C202 is formed to provide an output 2. Note that the configuration of the voltage doubler rectifier circuit that rectifies the voltage induced in the secondary winding 101b of the transformer T101 into a voltage doubler is a general technique, and a description thereof will be omitted. In this embodiment, the voltage doubler rectifier circuit is provided, so that the voltage generated as the output 2 becomes higher than that of the power supply device of the first embodiment. Examples will be given using specific numerical values. In the first embodiment, when the PWM signal of the input 2 has a duty of 100%, the voltage of the output 2 is -1500V. On the other hand, in this embodiment, when the PWM signal of the input 2 has a duty of 100%, the voltage of the output 2 can generate a voltage having a potential lower than -1500V.

実施例1では、出力1と出力2の負荷変動が互いにほとんど影響しないように構成されている。しかし、負荷変動の範囲には制限がある。具体的には、出力2の負荷が軽負荷になると、出力1の電流供給能力が低下し、出力1の電圧が低下する可能性がある。これは、出力1と出力2がトランスT101を共有しており、トランスT101が励磁される周期、即ち、スイッチング素子Q101の駆動周波数が出力2のフィードバックにより行われているためである。このため、出力2が軽負荷になると、トランスT101の励磁周波数が低下し、トランスT101のフォワード出力を利用している出力1への電流供給も低下してしまう。本実施例では、このように出力2が軽負荷となった場合にも対応可能とするため、抵抗R201をトランスT101の二次巻線101bと倍電圧整流回路の間に設けている。 The first embodiment is configured so that the load fluctuations of the output 1 and the output 2 have almost no influence on each other. However, the range of load fluctuation is limited. Specifically, when the load of the output 2 becomes light, the current supply capacity of the output 1 may decrease, and the voltage of the output 1 may decrease. This is because the output 1 and the output 2 share the transformer T101, and the period in which the transformer T101 is excited, that is, the driving frequency of the switching element Q101 is performed by the feedback of the output 2. Therefore, when the output 2 becomes a light load, the excitation frequency of the transformer T101 decreases, and the current supply to the output 1 using the forward output of the transformer T101 also decreases. In this embodiment, the resistance R201 is provided between the secondary winding 101b of the transformer T101 and the voltage doubler rectifier circuit in order to cope with the case where the output 2 has a light load as described above.

(抵抗R201の機能)
トランスT101の二次巻線101bに抵抗R201を接続すると、抵抗R201によって電圧が降下し、トランスT101のフライバック電圧によるコンデンサC201の充電電圧が増加しづらくなる。このため、抵抗R201は電圧降下手段として機能する。例えば、抵抗R201の抵抗値が0Ωである、即ち、抵抗R201が接続されていない場合、トランスT101の励磁周波数がAのとき、コンデンサC201の充電電圧をBとする。抵抗R201の抵抗値が100kΩの場合には、トランスT101の励磁周波数が同じAのとき、コンデンサC201の充電電圧はCになるとする。そうすると、コンデンサC201の充電電圧Cは、充電電圧Bよりも低い値となる。これは、言い換えれば、出力2に所定の電圧を出力しようとしたときには、抵抗R201が接続されていない場合よりも抵抗R201が接続されている場合の方が、トランスT101の励磁周波数がより高い励磁周波数でなければならないことを意味する。以上のことから、トランスT101の二次側に抵抗R201を接続することにより、出力2の負荷が軽負荷になったとしても、トランスT101の励磁周波数が高い周波数で駆動されることになる。これにより、出力1の負荷に対する電流供給能力も高い状態を維持できる。
(Function of resistor R201)
When the resistor R201 is connected to the secondary winding 101b of the transformer T101, the voltage drops due to the resistor R201, and it becomes difficult to increase the charging voltage of the capacitor C201 due to the flyback voltage of the transformer T101. Therefore, the resistor R201 functions as a voltage drop means. For example, when the resistance value of the resistor R201 is 0Ω, that is, when the resistor R201 is not connected, and the excitation frequency of the transformer T101 is A, the charging voltage of the capacitor C201 is B. When the resistance value of the resistor R201 is 100 kΩ, the charging voltage of the capacitor C201 is C when the transformer T101 has the same excitation frequency A. Then, the charging voltage C of the capacitor C201 becomes lower than the charging voltage B. In other words, when trying to output a predetermined voltage to the output 2, the excitation frequency of the transformer T101 is higher when the resistor R201 is connected than when the resistor R201 is not connected. Means that it must be frequency. From the above, by connecting the resistor R201 to the secondary side of the transformer T101, even if the load of the output 2 becomes light, the excitation frequency of the transformer T101 is driven at a high frequency. As a result, it is possible to maintain a state in which the current supply capacity for the load of the output 1 is high.

抵抗R201の値には、出力2に接続される負荷について想定される最も軽い負荷で、且つ、出力1に想定される最も重い負荷のときに、出力1の電圧低下が起こらないという条件を満たす値が設定される。また、抵抗R201が接続されることによって、出力2の最大出力能力は低下する。このため、抵抗R201の抵抗値について設定された定数で、出力2について想定される最も重い負荷に対しても所定の電圧を供給することができるかを確認することが必要である。 The value of the resistor R201 satisfies the condition that the voltage drop of the output 1 does not occur at the lightest load assumed for the load connected to the output 2 and at the heaviest load assumed for the output 1. The value is set. Moreover, the maximum output capability of the output 2 is reduced by connecting the resistor R201. Therefore, it is necessary to confirm whether the predetermined voltage can be supplied to the heaviest load assumed for the output 2 with the constant set for the resistance value of the resistor R201.

ところで、上述した原理を利用すれば、出力2とGND間に疑似負荷として抵抗等を接続しておく構成によっても、出力2の負荷が軽負荷となったときに生じる課題を解決することは可能である。本実施例で、抵抗R201を図示する位置に接続した理由は、本実施例が倍電圧整流回路を採用しており、実施例1よりも高い出力電圧を出すことが可能なためである。このため、本実施例では、抵抗R201を倍電圧整流回路の前段(上流側)に接続している。仮に、出力2の電圧として−3000Vを出力した場合、疑似負荷として抵抗等を出力2部分に接続する場合には、疑似負荷として接続される抵抗は、3000V以上の耐圧を持つ部品が必要であり、耐圧の高い抵抗器は、面積は大きくなりコストは高くなる。一方、本実施例のように、倍電圧整流回路を備える場合には、抵抗R201は、倍電圧整流回路の入力側に接続される。このため、3000Vの半分の1500V以下の耐圧の部品で済み、比較的面積が小さくコストが低い部品を使用することが可能である。 By the way, by using the above-described principle, it is possible to solve the problem that occurs when the load of the output 2 becomes a light load, even with a configuration in which a resistor or the like is connected as a pseudo load between the output 2 and the GND. Is. The reason why the resistor R201 is connected to the illustrated position in this embodiment is that this embodiment employs a voltage doubler rectifier circuit and can output a higher output voltage than that in the first embodiment. Therefore, in this embodiment, the resistor R201 is connected to the front stage (upstream side) of the voltage doubler rectifier circuit. If -3000V is output as the voltage of the output 2, and if a resistor or the like is connected as the pseudo load to the output 2 portion, the resistance connected as the pseudo load needs a component having a withstand voltage of 3000V or more. A resistor having a high withstand voltage has a large area and a high cost. On the other hand, when the voltage doubler rectifier circuit is provided as in this embodiment, the resistor R201 is connected to the input side of the voltage doubler rectifier circuit. Therefore, it is possible to use a component having a breakdown voltage of 1500 V or less, which is half of 3000 V, and a component having a relatively small area and a low cost can be used.

以上、本実施例によれば、汎用性をほとんど低下させることなく、一つのトランスで極性の異なる電圧を生成することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to generate voltages having different polarities with one transformer without substantially reducing versatility.

図3は、実施例3の電源回路の構成を示す回路図である。尚、図1で説明した構成と同じ構成には同じ符号を付し、説明を省略する。本実施例では、トランスT101の一次側の電圧V1を生成する電源とコンデンサC104との間に、トランジスタQ301が接続されている。より詳細には、トランジスタQ301のエミッタ端子に電圧V1が供給され、トランジスタQ301のコレクタ端子にコンデンサC104の一端が接続されている。トランジスタQ301のベース端子には、抵抗R304を介して入力3からの信号が接続されている。また、トランジスタQ301のベース端子とエミッタ端子の間には抵抗R303が接続されている。また、本実施例では、トランスT101の二次側のダイオードD101のカソード端子と出力1との間に、抵抗R302の一端が接続され、抵抗R302の他端には抵抗R301の一端が接続されている。抵抗R301の他端はGNDに接続され、抵抗R301と抵抗R302の接続点は出力3に接続されている。 FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the power supply circuit according to the third embodiment. The same components as those described in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In the present embodiment, the transistor Q301 is connected between the power source for generating the voltage V1 on the primary side of the transformer T101 and the capacitor C104. More specifically, the voltage V1 is supplied to the emitter terminal of the transistor Q301, and one end of the capacitor C104 is connected to the collector terminal of the transistor Q301. The signal from the input 3 is connected to the base terminal of the transistor Q301 via the resistor R304. A resistor R303 is connected between the base terminal and the emitter terminal of the transistor Q301. Further, in this embodiment, one end of the resistor R302 is connected between the cathode terminal of the diode D101 on the secondary side of the transformer T101 and the output 1, and one end of the resistor R301 is connected to the other end of the resistor R302. There is. The other end of the resistor R301 is connected to GND, and the connection point of the resistors R301 and R302 is connected to the output 3.

実施例1、実施例2では、出力1はツェナーダイオードZD101により定電圧に制御されている。一方、本実施例では、出力1の出力電圧を可変としている。図3に示すように、出力1の出力電圧を抵抗R301と抵抗R302で分圧した電圧である出力3の電圧を、図示しないCPU等の制御回路にフィードバックする。一方、トランスT101の一次側は、実施例1、実施例2では電源から電圧V1を直接供給しているが、本実施例ではトランジスタQ301によってトランスT101に印加される電圧を可変とする。トランジスタQ301は、出力1の電圧を制御する制御手段として機能し、また、トランスT101の一次巻線101aに印加される電圧を変更する変更手段として機能する。例えば、図示しないCPU等の制御回路によって制御されるD/A変換器や駆動回路などに入力3を接続しておく。そして、出力1の電圧が所定の電圧になるように、出力1の電圧が分圧された出力3の電圧に基づいて、トランジスタQ301のエミッタ端子とコレクタ端子の間の電圧を制御すればよい。 In the first and second embodiments, the output 1 is controlled to a constant voltage by the Zener diode ZD101. On the other hand, in this embodiment, the output voltage of the output 1 is variable. As shown in FIG. 3, the voltage of the output 3 which is a voltage obtained by dividing the output voltage of the output 1 by the resistors R301 and R302 is fed back to a control circuit such as a CPU (not shown). On the other hand, the primary side of the transformer T101 directly supplies the voltage V1 from the power source in the first and second embodiments, but in the present embodiment, the voltage applied to the transformer T101 is variable by the transistor Q301. The transistor Q301 functions as a control unit that controls the voltage of the output 1, and also functions as a changing unit that changes the voltage applied to the primary winding 101a of the transformer T101. For example, the input 3 is connected to a D/A converter or a drive circuit controlled by a control circuit such as a CPU (not shown). Then, the voltage between the emitter terminal and the collector terminal of the transistor Q301 may be controlled based on the voltage of the output 3 obtained by dividing the voltage of the output 1 so that the voltage of the output 1 becomes a predetermined voltage.

例えば、出力1の出力電圧が所定の値より高かった場合、出力3から得られる電圧も高くなる。この場合、出力3が入力された制御回路は、入力3から引き込む電流を少なくして、トランジスタQ301のコレクタ端子とエミッタ端子の間の電位差を大きくしていく。これにより、トランスT101に供給される電圧を下げる。トランスT101に供給される電圧が下がると、トランスT101の励磁電流が少なくなり、トランスT101のフォワード電圧によって生成されている出力1の電圧が低下する。 For example, if the output voltage of output 1 is higher than a predetermined value, the voltage obtained from output 3 will also be high. In this case, the control circuit to which the output 3 is input reduces the current drawn from the input 3 and increases the potential difference between the collector terminal and the emitter terminal of the transistor Q301. This reduces the voltage supplied to the transformer T101. When the voltage supplied to the transformer T101 decreases, the exciting current of the transformer T101 decreases, and the voltage of the output 1 generated by the forward voltage of the transformer T101 decreases.

一方、出力1の出力電圧が所定の値より低い場合は、出力3から得られる電圧も低くなる。この場合、出力3が入力された制御回路は、入力3から引き込む電流を多くして、トランジスタQ301のコレクタ端子とエミッタ端子の間の電位差を小さくしていく。これにより、トランスT101に供給される電圧を上げる。トランスT101に供給される電圧が上がると、トランスT101の励磁電流が多くなり、トランスT101のフォワード電圧によって生成されている出力1の電圧が上昇する。このように、これらの動作を繰り返すことによって、出力1は一定の電圧に制御される。 On the other hand, when the output voltage of the output 1 is lower than the predetermined value, the voltage obtained from the output 3 is also low. In this case, the control circuit to which the output 3 is input increases the current drawn from the input 3 to reduce the potential difference between the collector terminal and the emitter terminal of the transistor Q301. This increases the voltage supplied to the transformer T101. When the voltage supplied to the transformer T101 increases, the exciting current of the transformer T101 increases, and the voltage of the output 1 generated by the forward voltage of the transformer T101 increases. In this way, the output 1 is controlled to a constant voltage by repeating these operations.

このとき、トランスT101に供給される電圧が変化すると、トランスT101のフライバック電圧も変化するため、スイッチング素子Q101を一定の周波数で駆動している場合には、出力2の出力電圧も影響を受ける。しかし、上述したように、出力2の出力電圧は、コンパレータCP101によって入力2から指定される目標電圧になるように、自動的に制御されている。このため、出力2の出力電圧は、所定の電圧を維持することができる。このようにして、一つのトランスで、極性が異なる出力1と出力2を、それぞれ所定の電圧となるように制御することができる。所定の電圧は、制御回路等で決定される値である。尚、本実施例の出力1の構成を、実施例2の出力1の構成に適用してもよい。 At this time, if the voltage supplied to the transformer T101 changes, the flyback voltage of the transformer T101 also changes, so that when the switching element Q101 is driven at a constant frequency, the output voltage of the output 2 is also affected. .. However, as described above, the output voltage of the output 2 is automatically controlled so as to be the target voltage designated by the input 2 by the comparator CP101. Therefore, the output voltage of the output 2 can maintain a predetermined voltage. In this way, it is possible to control the outputs 1 and 2 having different polarities so as to have predetermined voltages, respectively, with one transformer. The predetermined voltage is a value determined by the control circuit or the like. The configuration of the output 1 of the present embodiment may be applied to the configuration of the output 1 of the second embodiment.

以上、本実施例によれば、汎用性をほとんど低下させることなく、一つのトランスで極性の異なる電圧を生成することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to generate voltages having different polarities with one transformer without substantially reducing versatility.

(その他の実施例)
上記実施例1乃至3の電源装置においては、一次巻線と二次巻線を備えた電磁トランスを用いた構成について説明したが、電磁トランスに限らず、例えば圧電トランスを用いて構成することも可能である。
(Other embodiments)
In the power supply devices of Examples 1 to 3 described above, the configuration using the electromagnetic transformer including the primary winding and the secondary winding has been described, but the configuration is not limited to the electromagnetic transformer and may be configured using a piezoelectric transformer, for example. It is possible.

図4に圧電トランスを用いた構成を示す。尚、図1等で説明した構成と同じ構成には同じ符号を付し、説明を省略する。図4の電源装置は、圧電トランスP101(圧電セラミックトランス)を備えている。圧電トランスP101の交流出力は、実施例1と同様の回路構成によって正極性と負極性の電圧(出力1、2)が出力される。尚、負極性の出力電圧(出力2)は抵抗105、106、107によって分圧され、保護用抵抗108を介してオペアンプ109の非反転入力端子(+端子)に入力される。他方、オペアンプ109の反転入力端子(−端子)には、抵抗114を介して不図示のDCコントローラからアナログ信号である高圧電源の制御信号(Vcont)が接続端子118に入力される。 FIG. 4 shows a configuration using a piezoelectric transformer. The same components as those described with reference to FIG. 1 and the like are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. The power supply device of FIG. 4 includes a piezoelectric transformer P101 (piezoelectric ceramic transformer). As the AC output of the piezoelectric transformer P101, positive and negative voltages (outputs 1 and 2) are output by the circuit configuration similar to that of the first embodiment. The negative output voltage (output 2) is divided by the resistors 105, 106 and 107 and input to the non-inverting input terminal (+ terminal) of the operational amplifier 109 via the protection resistor 108. On the other hand, the control signal (Vcont) of the high-voltage power supply, which is an analog signal, is input to the connection terminal 118 from the DC controller (not shown) to the inverting input terminal (− terminal) of the operational amplifier 109 via the resistor 114.

オペアンプ109と抵抗114とコンデンサ113を図4のように接続して、積分回路を構成する。これにより、抵抗114とコンデンサ113の定数によって決まる積分時定数で平滑化した制御信号Vcontがオペアンプ109に入力される。オペアンプ109の出力端子は、電圧制御発振器(以下、VCOという)110に接続される。VCO110の出力端子が、コレクタ端子にインダクタ112が接続されたトランジスタ111のベース端子に接続され、トランジスタ111を駆動することで、圧電トランスP101の一次側に電源電圧(+24V)が供給される。 The operational amplifier 109, the resistor 114, and the capacitor 113 are connected as shown in FIG. 4 to form an integrating circuit. As a result, the control signal Vcont smoothed by the integration time constant determined by the constants of the resistor 114 and the capacitor 113 is input to the operational amplifier 109. The output terminal of the operational amplifier 109 is connected to a voltage controlled oscillator (hereinafter referred to as VCO) 110. The output terminal of the VCO 110 is connected to the base terminal of the transistor 111 whose collector terminal is connected to the inductor 112, and by driving the transistor 111, the power supply voltage (+24 V) is supplied to the primary side of the piezoelectric transformer P101.

尚、本実施例の圧電トランスP101を用いた構成において、交流出力を実施例2(図2)、実施例3(図3)で説明した回路構成にすることも可能である。
以上、その他の実施例によれば、圧電トランスを用いた構成においても上記実施例1乃至3の構成と同様の効果を得ることができる。
In addition, in the configuration using the piezoelectric transformer P101 of the present embodiment, the AC output may be the circuit configuration described in the second embodiment (FIG. 2) and the third embodiment (FIG. 3).
As described above, according to the other embodiments, the same effects as those of the first to third embodiments can be obtained even in the configuration using the piezoelectric transformer.

上記の複数の実施例で説明した電源装置は、例えば画像形成装置の電源として適用可能である。以下に、上記の複数の実施例の電源装置が適用される画像形成装置の構成を説明する。 The power supply device described in the above embodiments can be applied as a power supply for an image forming apparatus, for example. The configuration of the image forming apparatus to which the power supply devices of the above-described embodiments are applied will be described below.

[画像形成装置の構成]
画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタを例にあげて説明する。図5に電子写真方式のプリンタの一例であるレーザビームプリンタの概略構成を示す。レーザビームプリンタ300は、静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム311、感光ドラム311を一様に帯電する帯電部317(帯電手段)、感光ドラム311に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部312(現像手段)を備えている。そして、感光ドラム311に現像されたトナー像をカセット316から供給された記録材としてのシート(不図示)に転写部318(転写手段)によって転写して、シートに転写したトナー像を定着器(定着部)314で定着してトレイ315に排出する。この感光ドラム311、帯電部317、現像部312、転写部318が画像形成部である。また、レーザビームプリンタ300は、実施例1〜3で説明した電源装置400を備えている。尚、実施例1〜3の電源装置400を適用可能な画像形成装置は、図5に例示したものに限定されず、例えば複数の画像形成部を備える画像形成装置であってもよい。更に、感光ドラム311上のトナー像を中間転写ベルトに転写する一次転写部と、中間転写ベルト上のトナー像をシートに転写する二次転写部を備える画像形成装置であってもよい。
[Configuration of image forming apparatus]
A laser beam printer will be described as an example of the image forming apparatus. FIG. 5 shows a schematic configuration of a laser beam printer which is an example of an electrophotographic printer. The laser beam printer 300 includes a photosensitive drum 311 as an image carrier on which an electrostatic latent image is formed, a charging unit 317 (charging means) that uniformly charges the photosensitive drum 311, and an electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 311. A developing unit 312 (developing unit) that develops an image with toner is provided. Then, the toner image developed on the photosensitive drum 311 is transferred to a sheet (not shown) as a recording material supplied from the cassette 316 by a transfer unit 318 (transfer means), and the toner image transferred to the sheet is fixed by a fixing device ( The image is fixed by the fixing unit) 314 and discharged onto the tray 315. The photosensitive drum 311, the charging unit 317, the developing unit 312, and the transfer unit 318 are image forming units. The laser beam printer 300 also includes the power supply device 400 described in the first to third embodiments. The image forming apparatus to which the power supply device 400 according to the first to third embodiments is applicable is not limited to the one illustrated in FIG. 5, and may be an image forming apparatus including a plurality of image forming units, for example. Further, the image forming apparatus may include a primary transfer unit that transfers the toner image on the photosensitive drum 311 to the intermediate transfer belt and a secondary transfer unit that transfers the toner image on the intermediate transfer belt to the sheet.

レーザビームプリンタ300は、画像形成部による画像形成動作や、シートの搬送動作を制御するコントローラ320を備えている。実施例1、実施例2の電源装置を有するレーザビームプリンタ300では、コントローラ320は、電源装置400の入力1にスイッチング素子Q101のスイッチング動作を行うためのパルス信号を出力する。また、コントローラ320は、電源装置400の入力2に、出力2からの出力電圧を所定の電圧に制御するためのPWM信号を出力する。電源装置400は、レーザビームプリンタ300の正の電圧を要する部材に、出力1から正の電圧を出力する。また、電源装置400は、レーザビームプリンタ300の負の電圧を要する部材に、出力2から負の電圧を出力する。例えば、電源装置400は、出力2から、転写部318にクリーニング時に必要となる負電圧を、帯電部317には帯電電圧を、それぞれ出力する。 The laser beam printer 300 includes a controller 320 that controls an image forming operation by the image forming unit and a sheet conveying operation. In the laser beam printer 300 including the power supply device according to the first and second embodiments, the controller 320 outputs the pulse signal for performing the switching operation of the switching element Q101 to the input 1 of the power supply device 400. Further, the controller 320 outputs, to the input 2 of the power supply device 400, a PWM signal for controlling the output voltage from the output 2 to a predetermined voltage. The power supply device 400 outputs a positive voltage from the output 1 to a member of the laser beam printer 300 that requires a positive voltage. Further, the power supply device 400 outputs the negative voltage from the output 2 to the member of the laser beam printer 300 that requires the negative voltage. For example, the power supply device 400 outputs the negative voltage required for cleaning to the transfer unit 318 and the charging voltage to the charging unit 317 from the output 2.

また、実施例3の電源装置を有するレーザビームプリンタ300では、コントローラ320は、出力1から出力される電圧を所定の電圧に制御するために、電源装置400の出力3から入力された信号に基づき、電源装置400の入力3に信号を出力する。 Further, in the laser beam printer 300 including the power supply device of the third embodiment, the controller 320 controls the voltage output from the output 1 to a predetermined voltage based on the signal input from the output 3 of the power supply device 400. , Outputs a signal to the input 3 of the power supply device 400.

以上、本実施例によれば、汎用性をほとんど低下させることなく、一つのトランスで極性の異なる電圧を生成することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to generate voltages having different polarities with one transformer without substantially reducing versatility.

C102 コンデンサ
C201 コンデンサ
CP101 コンパレータ
D101 ダイオード
D102 ダイオード
Q101 FET
R106 抵抗
T101 トランス
C102 capacitor C201 capacitor CP101 comparator D101 diode D102 diode Q101 FET
R106 resistor T101 transformer

Claims (3)

一次巻線と二次巻線とを有する一つのトランスと、前記トランスの前記一次巻線に接続されたスイッチング素子とを備えた電源装置おいて、
前記トランスの二次巻線は一端がグランドに接続されており、他端が、正極性の電圧を出力するための第一ライン及び負極性の電圧を出力するための第二ラインに接続されており、
前記第一ラインにおいて前記二次巻線の他端側にアノード端子が接続された第一のダイオードと、
前記第一ラインにおいて、前記第一のダイオードのカソード端子側とグランドとの間に接続された第一のコンデンサと、
前記第二ラインにおいて前記二次巻線の他端側にカソード端子が接続された第二のダイオードと、
前記第二ラインにおいて前記第二のダイオードのアノード端子側とグランドとの間に接続された第二のコンデンサと、
前記第一ラインにおいて前記第一のダイオードのカソード端子側に接続された抵抗と、
前記第二ラインから出力される負極性の電圧に応じた値と基準電圧とを比較する比較部と、
前記正極性の電圧に基づき前記トランスの前記一次巻線に印加される電圧を変更する第1の変更部と、
を有し、
前記比較部による比較結果に基づいて、前記スイッチング素子の駆動状態を制御することにより前記負極性の電圧が制御され、
前記基準電圧を変更する第2の変更部を備えることを特徴とする電源装置。
Oite the power supply device comprising: a single transformer, and a switching element connected to the primary winding of the transformer having a primary winding and a secondary winding,
The secondary winding of the transformer has one end connected to the ground, and the other end connected to a first line for outputting a positive voltage and a second line for outputting a negative voltage. Cage,
A first diode whose anode terminal is connected to the other end of the secondary winding in the first line,
In the first line, a first capacitor connected between the cathode terminal side of the first diode and the ground,
A second diode whose cathode terminal is connected to the other end of the secondary winding in the second line,
A second capacitor connected between the anode terminal side of the second diode and the ground in the second line,
A resistor connected to the cathode terminal side of the first diode in the first line,
A comparison unit that compares a value according to the negative voltage output from the second line with a reference voltage,
A first changing unit that changes a voltage applied to the primary winding of the transformer based on the positive voltage;
Have
Based on the comparison result by the comparison unit, the negative voltage is controlled by controlling the driving state of the switching element,
A power supply device comprising a second changing unit that changes the reference voltage.
前記第二のダイオードを含み、前記トランスの前記二次巻線に誘起された電圧を倍電圧に整流する整流回路を備えることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 The power supply device according to claim 1, further comprising a rectifier circuit that includes the second diode and rectifies a voltage induced in the secondary winding of the transformer into a voltage doubler. 前記第一のダイオードの前記カソード端子側に接続され、前記正極性の電圧を一定の電圧に維持するための定電圧素子を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電源装置。 The power supply device according to claim 1 or 2, further comprising a constant voltage element connected to the cathode terminal side of the first diode, for maintaining the positive voltage at a constant voltage. ..
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