JPH0353866B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電子複写機装置のコロナ帯電器に高
電圧を供給する自励発振式スイツチング高電圧電
源装置に関するものである。

従来の技術 近年、電子複写機装置の普及およびパーソナル
化にともない、電子複写機装置の小型化、高効率
化、低価格化が進んでいる。電子複写機装置は複
数のコロナ帯電器に高電圧を印加して複写プロセ
スを構成しており、コロナ帯電器に高電圧を供給
する高電圧電源装置も複数個あるいは複合一体化
されたものが電子複写機装置内部に組み込まれて
使用されるため、高電圧電源装置においても小型
化、高効率化、低価格化が強く要求されている。
上記要求にともなつて高電圧電源装置を商用電源
を利用した比較的大型で効率が悪く重量の重い鉄
共振トランス式高電圧電源装置から、高周波駆動
によりトランスおよび高電圧整流回路部品を小型
化、高効率化できるスイツチング高電圧電源装置
が主流となつてきている。

特にスイツチング高電圧電源装置の価格を安価
にするためには、発振回路の構成が簡単な自励発
振式スイツチング高電圧電源装置が最も有利な方
式である。

以下図面を参照しながら上述したような従来の
自励発振式スイツチング高電圧電源装置について
説明する。

第６図は従来の自励発振式スイツチング高電圧
電源装置の回路構成を示すものである。第６図に
おいて、３０は入力電圧を供給する直流低電圧電
源装置、５は一次側巻線に印加される電圧を高電
圧に昇圧するスイツチングトランスで、一次側巻
線として入力巻線５１およびバイアス巻線５２を
有し、二次側巻線として高電圧出力巻線５３を有
する。３２はコレクタが入力巻線５１を介して低
電圧電源装置３０の正電極に接続され、エミツタ
が低電圧電源装置３０の負電極に接続されてお
り、オンオフを繰り返す主スイツチングトランジ
スタである。３１は低電圧電源装置３０の正電極
とスイツチングトランジスタ３２のベースに直列
に接続され発振開始の起動電流を同ベースに供給
する抵抗、３３はバイアス巻線５２の一端に接続
され同バイアス巻線５２に誘起する誘起電圧によ
りベース電流を供給する抵抗である。３４は高電
圧出力巻線５３と出力端子間に接続され、誘起す
る高電圧を直流高電圧に変換する整流回路であ
る。なお、第７図に主スイツチングトランジスタ
３２の動作波形を示し、主スイツチングトランジ
スタ３２のコレクタに流れる電流をI_C、同コレク
タ・エミツタ間電圧をV_CE、ベースに流れる電流
をI_B、同ベース・エミツタ間電圧をV_BEとする。

直流低電圧電源装置３０の正電極より供給され
た直流電流は抵抗３１を介して微少な電流となり
主スイツチングトランジスタ３２のベースに流れ
る。この電流によつて主スイツチングトランジス
タ３２のコレクタ電流I_Cが流れ、コレクタ・エミ
ツタ間電圧V_CEが低下すると、スイツチングトラ
ンス５の入力巻線５１に電圧が印加されたことに
なり、この電圧に比例した誘起電圧が同バイアス
巻線５２に発生する。同誘起電圧は抵抗３３を介
してさらに主スイツチングトランジスタ３２のベ
ースに電流を供給し、ベース電流I_Bを増加させる
ため、同主スイツチングトランジスタ３２はオン
状態となりオン期間が始まる。オン期間では入力
巻線５１に流れる電流はリンギングをしながらほ
ぼ直線的に増加してスイツチングトランス５を励
磁するが、主スイツチングトランジスタ３２のベ
ース電流I_Bは抵抗３３により制限され、徐々に減
少するため、入力巻線５１に流れる電流、すなわ
ちコレクタ電流I_Cは、I_C＝H_FE×I_B（H_FEは同主ス
イツチングトランジスタ３２の電流増幅率）で決
まる値で飽和し、バイアス巻線５２の誘起電圧は
なくなり、同主スイツチングトランジスタ３２は
オフ状態となりオフ期間が始まる。オフ期間では
バイアス巻線５２の誘起電圧は主スイツチングト
ランジスタ３２のベースを負電圧に逆バイアスす
るため、スイツチングトランス５の励磁エネルギ
ーが高電圧出力巻線５３から高電圧出力V_OUTと
して放出されるまでオフ期間が持続する。

スイツチングトランス５の励磁エネルギーがす
べて放出されると急激に同バイアス巻線５２の誘
起電圧は消滅するが、同主スイツチングトランス
５のリーケージインダクタンスと分布容量により
主スイツチングトランジスタ３２のベースを順バ
イアスする方向にリンギング電圧が発生して再び
同主スイツチングトランジスタ３２をオン状態に
する。その後、前述したオンオフ動作をくり返
し、主スイツチングトランジスタ３２は発振を続
け、V_OUTに高電圧を発生させる。前記主スイツ
チングトランジスタ３２のターンオフ動作は第７
ａ，ｂに示すように前記バイアス巻線５２から抵
抗３３を介して前記主スイツチングトランジスタ
３２にベース電流I_Bが供給され飽和領域にある同
主スイツチングトランジスタ３２が、I_C＝H_FE×
I_B付近（第７図Ｐ点）でベース電流I_B不足とな
り、コレクタ・エミツタ間電圧V_CEが上昇しター
ンオフとなるが、この時同主スイツチングトラン
ジスタ３２は能動領域で動作するため同主スイツ
チングトランジスタ３２のターンオフロスは大き
なものになる。従つて前記主スイツチングトラン
ジスタ３２の放熱器は大きなものが必要となると
ともにターンオフ動作が不安定になり、高電圧出
力V_OUTを安定化させる場合の制御特性に著しい
悪影響を与えていた。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の自励発振式スイツチング高電
圧電源装置では主スイツチングトランジスタ３２
の放熱器が大型になり、小型化、高効率化、低価
格化は望めないばかりか制御特性も悪く、高性能
な自励発振式スイツチング高電圧電源装置を提供
することも困難であつた。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので主ス
イツチングトランジスタのオン期間を適切に制御
してターンオフをI_B不足となる前に行い、ターン
オフロスを減少させ、同時に高電圧出力の制御特
性を著しく改善した自励発振式スイツチング高電
圧電源装置を提供することを目的としている。

問題点を解決するための手段 本発明は、入力巻線、バイアス巻線、高電圧出
力巻線を備えたスイツチングトランスを備え、前
記入力巻線の一端に接続された主スイツチングト
ランジスタに起動電流を供給する手段と、同主ス
イツチングトランジスタにバイアス巻線よりベー
ス電流を供給する手段を備えた自励発振式スイツ
チング高電圧電源装置であつて、前記バイアス巻
線に抵抗器とコンデンサとからなる充放電回路を
設け、同充放電回路に発生する電圧を短絡するよ
うにスイツチング素子を接続し、かつ前記主スイ
ツチングトランジスタのベース電流を遮断するよ
うにスイツチング素子を接続し、第一の固定され
たしきい値と第二の一方の入力で決定されるしき
い値との二つのしきい値を有するヒステリシスコ
ンパレータの一方の入力を制御電圧とし、他方の
入力を前記充放電回路の電圧とし、出力を前記双
方のスイツチング素子の入力に接続し、制御電圧
により高電圧出力を任意制御できるようにした自
励発振式スイツチング高電圧電源装置である。

作 用 本発明は上記した構成により主スイツチングト
ランジスタのオン期間を適切に制御してターンオ
フをベース電流不足となる前に行い、ターンオフ
ロスを減少させかつ高電圧出力の制御特性も著し
く改善することができる。またベース電流不足と
なる前にターンオフを行わせるため、ベース電流
の蓄積効果によるターンオフロスが発生するが、
スイツチング素子を主スイツチングトランジスタ
のベース・エミツタ間に並列に接続し、ベース・
エミツタ間を短絡することにより蓄積キヤリアを
すばやく中和しターンオフ特性を改善している。

実施例 以下本発明の一実施例について図面を参照しな
がら説明する。

第１図は本発明の一実施例における自励発振式
スイツチング高電圧電源装置の回路構成を示すも
のである。なおスイツチング素子としてトランジ
スタ１１，１２を使用する。第２図は主スイツチ
ングトランジスタ３の動作波形を示し、ａはコレ
クタ電流I_Cと、コレクタ・エミツタ間電圧V_CEの
クロス波形で、ターンオフロスおよびターンオフ
ロスを示し、ｂはベース電流I_Bを示す。第３図ｂ
はヒステリシスコンパレータ１４の入出力特性
で、ａは結線図、ｃは非反転入力の電圧波形を示
す。ａについて８はバイアス巻線から充放電電流
を供給する抵抗器、９はバイアス巻線から抵抗器
８を介して接続される同抵抗器８と共に充放電回
路を構成するコンデンサ、１０は前記充放電回路
の電圧が一定負電圧以上にバイアスされるのを防
止するダイオード、１１は前記充放電回路の電圧
を短絡するトランジスタ、１４は非反転入力を前
記充放電回路に反転入力を制御電圧に接続し、
OUTを前記トランジスタ１１のベースに接続し
たヒステリシスコンパレータである。

ｂについてヒステリシスコンパレータ１４の
OUTがLOW状態からHIGH状態に移行するのは
非反転入力の電圧が反転入力により決定されるし
きい値より高くなつた時で、移行するポイントは
反転入力すなわち制御電圧により任意設定でき
る。次にHIGH状態からLOW状態に移行するの
は非反転入力の電圧がヒステリシスコンパレータ
１４内部で固定されたしきい値に達するまで低く
なつた時で、移行するポイントは固定されてい
る。当然のことであるが通常の動作状態では第３
図ｂに示すように上記固定されたしきい値は反転
入力の電圧よりも低いしきい値に設定されてい
る。

第１図において、８は一端をバイアス巻線２２
と抵抗器８の接続点に、他端をトランジスタ１１
のコレクタ、コンデンサ９、ダイオード１０のカ
ソード、ヒステリシスコンパレータ１４の非反転
入力の接続点に接続し、充放電電流を供給する抵
抗器である。９は一端を抵抗器８、トランジスタ
１１のコレクタ、ダイオード１０のカソード、ヒ
ステリシスコンパレータ１４の非反転入力の接続
点に他端を直流低電圧電源装置の負電極に接続
し、充放電をくりかえすコンデンサである。そし
て前記抵抗器８と前記コンデンサ９で充放電回路
を構成している。

１０はカソードを抵抗器８、コンデンサ９、ト
ランジスタ１１のコレクタ、ヒステリシスコンパ
レータ１４の非反転入力の接続点に、アノードを
直流低電圧電源装置１の負電極に接続し、前記充
放電回路に発生する電圧が一定電圧以上負電圧に
バイアスされるのを防止するダイオードである。
１１はコレクタを抵抗器８、コンデンサ９、ダイ
オード１０のカソード、ヒステリシスコンパレー
タ１４の非反転入力の接続点に、ベースをトラン
ジスタ１２のベース、ヒステリシスコンパレータ
１４のOUTの接続点に、エミツタを直流低電圧
電源装置１の負電極に接続し、前記コンデンサ９
の両端電圧を放電させるトランジスタである。１
８はV_OUTを適切な信号に変換してエラーアンプ
２０の入力に印加する検出回路である。１９は検
出回路１８からの信号と比較に用いる基準電圧で
ある。前記検出回路１８からの信号と基準電圧１
９はエラーアンプ２０のそれぞれ異なる入力に印
加され、同エラーアンプ２０の出力はヒステリシ
スコンパレータ１４の反転入力に制御電圧として
印加される。１２はコレクタを抵抗器６、抵抗器
４、主スイツチングトランジスタ３のベースの接
続点に、ベースをトランジスタ１１のベース、ヒ
ステリシスコンパレータ１４のOUTの接続点に、
エミツタを直流低電圧電源装置１の負電極に接続
し、前記主スイツチングトランジスタ３のベース
電流を制御するトランジスタである。１４は非反
転入力を抵抗器８、コンデンサ９、ダイオード１
０のカソード、トランジスタ１１のコレクタの接
続点に、反転入力を制御電圧に、OUTをトラン
ジスタ１１のベース、トランジスタ１２のベース
の接続点に接続し、非反転入力と反転入力を比較
して前記トランジスタ１１，１２を制御するヒス
テリシスコンパレータである。

入力巻線２１とバイアス巻線２２の極性は、主
スイツチングトランジスタ３がONの時入力巻線
２１にＡからＢの方向に電流が流れ電流が増加す
るのでレンツの法則によりＢからＡの方向に電圧
が発生するとバイアス巻線にはＤからＣの方向に
誘起電圧が発生しさらに同主スイツチングトラン
ジスタ３にベース電流I_Bを供給するようになつて
おり、同主スイツチングトランジスタ３がOFF
の時やはりレンツの法則により入力巻線２１にＡ
からＢの方向に電圧が発生するとバイアス巻線２
２にはＣからＤの方向に誘起電圧が発生し同主ス
イツチングトランジスタ３のベース電流I_Bを引き
込むようになつている。すなわち入力巻線２１と
バイアス巻線２２は同主スイツチングトランジス
タ３に対し正帰環となるような極性に合せてあ
る。

以上のように構成された一実施例について以下
その動作について第１図、第２図、第３図を用い
て説明する。

直流低電圧電源装置１の正電極より供給された
直流電流は抵抗器４を介して微少な電流となり主
スイツチングトランジスタ３のベースに流れる。
この電流によつて主スイツチングトランジスタ３
のコレクタ電流I_Cが流れ、コレクタ・エミツタ間
電圧V_CEが低下すると、スイツチングトランス２
の入力巻線２１に電圧が印加されたことになり、
この電圧に比例した誘起電圧がバイアス巻線２２
に発生する。同誘起電圧は抵抗器６を介してさら
に主スイツチングトランジスタ３のベースに電流
を供給し、ベース電流I_Bを増加させるため、同主
スイツチングトランジスタ３はオン状態となり、
オン期間が始まる。オン期間では入力巻線２１に
流れる電流はリンギングをしながらほぼ直約的に
増加してスイツチングトランス２を励磁すると同
時に、バイアス巻線２２に発生した誘起電圧は抵
抗器８を介してコンデンサ９に電流を供給するた
め、同コンデンサ９の両端に発生する電圧は第３
図ｃに示すようにほぼ指数関数的に増加する。そ
して同コンデンサ９の両端に発生する電圧はヒス
テリシスコンパレータ１４の非反転入力に印加さ
れており、同ヒステリシスコンパレータ１４の反
転入力に印加されている制御電圧により決定され
たしきい値（第３図ｃ Ｅ点）に達すると第３図
ｂに示すように同ヒステリシスコンパレータ１４
のOUTはHIGH状態となり、同ヒステリシスコ
ンパレータ１４のOUTに接続されているトラン
ジスタ１１，１２はオン状態になる。すると前記
主スイツチングトランジスタ３のベース電流I_Bは
トランジスタ１２によつて放電され、前記コンデ
ンサ９の両端に発生する電圧はトランジスタ１１
によつて放電され、かつトランジスタ１２がON
になるため、同主スイツチングトランジスタ３は
急激にオフ状態となりオフ期間が始まる。また同
時に前記コンデンサ９の両端に発生する電圧も放
電されるため、前記ヒステリシスコンパレータ１
４の非反転入力に印加される電圧は減少し、同ヒ
ステリシスコンパレータ１４の固定されたしきい
値（第３図ｃ Ｆ点）まで達すると同ヒステリシ
スコンパレータ１４のOUTはLOW状態となり、
同ヒステリシスコンパレータ１４のOUTに接続
されている前記トランジスタ１１，１２のオン状
態は解除される。前記固定されたしきい値以下は
入力巻線２１とバイアス巻線２２の正帰環なる極
性により前記主スイツチングトランジスタ３がオ
フ期間の時はバイアス巻線２２には負電圧が誘起
されているため、コンデンサ９の電荷は抵抗器８
を介して前記バイアス巻線２２より放電する。オ
フ期間はスイツチングトランス２の励磁エネルギ
ーが高電圧出力巻線２３から高電圧出力V_OUTと
して放出されるまで持続し、スイツチングトラン
ス２の励磁エネルギーがすべて放出されると、同
スイツチングトランス２のリーケージインダクタ
ンスと分布容量により主スイツチングトランジス
タ３のベースを順バイアスする方向にリンギング
電圧が発生して再び同主スイツチングトランジス
タ３をオン状態にする。その後、前述したオンオ
フ動作をくり返し、主スイツチングトランジスタ
３は発振を続け、高電圧出力V_OUTに高電圧を発
生させる。

第４図は本発明の他の実施例であつてバイアス
巻線２２からダイオード１５を介して抵抗器６に
接続し、抵抗器４からの起動電流がバイアス巻線
２２に流れるのを防止し、起動性を改善したもの
である。

第５図はさらに本発明の他の実施例であつて抵
抗器６からダイオード１６とコンデンサ１７の並
列接続を介して主スイツチングトランジスタ３の
ベースに接続し、同主スイツチングトランジスタ
３のベースに逆バイアスを印加し、ターンオフロ
スをさらに減少させるよう改善したものである。

発明の効果 以上述べてきたように本発明によれば、主スイ
ツチングトランジスタのターンオフをベース電流
I_B不足となる前に行うため、ターンオフロスを減
少させることができ、放熱器も小型のものでよ
く、同時にターンオフ動作が安定に行えることか
ら自励発振式スイツチング高電圧電源装置におい
て小型化、高効率、低価格、高性能なものを実現
することができ、その実用的価値は大なるものが
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における自励発振式
スイツチング高電圧電源装置の回路図、第２図
ａ，ｂ、第３図ａ〜ｃはその要部波形図、第４図
および第５図は本発明の他の実施例における自励
発振式スイツチング高電圧電源装置の回路図、第
６図は従来の自励発振式スイツチング高電圧電源
装置の回路図、第７図ａ，ｂはその要部波形図で
ある。 １……直流低電圧電源装置、２……スイツチン
グトランス、３……主スイツチングトランジス
タ、４，６，８……抵抗器、９……コンデンサ、
１０……ダイオード、１１，１２……トランジス
タ、１４……ヒステリシスコンパレータ、２１…
…入力巻線、２２……バイアス巻線、２３……高
電圧出力巻線、７……整流回路、１８……検出回
路、１９……基準電圧、２０……エラーアンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力巻線、バイアス巻線、高電圧出力巻線を
   備えたスイツチングトランスを備え、前記入力巻
   線の一端に接続された主スイツチングトランジス
   タに起動電流を供給する手段と、同主スイツチン
   グトランジスタにバイアス巻線よりベース電流を
   供給する手段を備え、前記バイアス巻線に抵抗器
   とコンデンサとからなる充放電回路を設け、同充
   放電回路に発生する電圧を短絡するようにスイツ
   チング素子を接続し、かつ前記主スイツチングト
   ランジスタのベース電流を遮断するようにスイツ
   チング素子を接続し、第一の固定されたしきい値
   と第二の一方の入力で決定されるしきい値との二
   つのしきい値を有するヒステリシスコンパレータ
   の一方の入力を制御電圧とし、他方の入力を前記
   充放電回路の電圧とし、出力を前記双方のスイツ
   チング素子の入力に接続し、制御電圧により高電
   圧出力を任意制御できるようにした自励発振式ス
   イツチング高電圧電源装置。