JPH0556637A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電源制御方法で目標電圧を可変するとき、適
切なパルス幅最大値を過渡期に徐々に切り換えて行き、
過渡期における不要なオーバーシュートを防止する。 【構成】 機器のシーケンスに従って、現在の電源電圧
設定から、目標電圧に変化させる場合に、電圧制御手段
Ａにより前記目標電圧設定値に対応する値を設定してか
ら、スイッチ素子の駆動パルス幅設定情報を徐々に変化
させて目標電圧に変化するように制御する。 【効果】 目標電圧を可変するとき、適切なパルス幅最
大値を過渡期に徐々に切り換えて、過渡期における不要
なオーバーシュートを防止し、過電圧や過電流のためス
イッチ素子が破壊されることを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電源装置、特に複写機／
プリンタ等の画像形成装置に使用される電源装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば複写機／プリンタの電源ユ
ニットにおいては、電子写真プロセスのシーケンスを実
現する為の各種制御回路に供給する電源と、電子写真プ
ロセスを実現するための各種高圧電源や露光ランプ用電
源等を同一のトランスで出力している製品があった。

【０００３】前記電源においては、例えば主制御を低圧
電源の２４Ｖ出力で行い、これに追従した高圧出力や低
圧出力が各巻線間に出力されており、各種追従巻線はシ
ーケンスに従って出力がなされて行くのであるが、ここ
では２４Ｖ出力を主制御として動作しているために２４
Ｖの負荷が変動していくと、制御状態により追従巻線出
力も変化してしまうので、精度を要する電源に対しては
それぞれ個別に設けた補助制御回路で出力が制御されて
いる。

【０００４】また、電子写真プロセスを実現するための
各種高圧出力を有しているため、コピーシーケンス以外
のスタンバイ状態においては、主制御である２４Ｖを所
定の電圧まで低下させている。これは、追従出力に高圧
巻線を持つ系ではこの高圧出力を低下させて、不用な高
圧の発生を避けるためのものである。また、高圧巻線を
持たない系でも、複写機のスタンバイ状態での消費電流
の低減を可能とし、且つ、電源装置の不用な昇温も低減
可能となり安全性の向上が可能であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来例
では、通常の電源制御方法で目標電圧を可変する際にお
いて、次の電圧へ移行している状態など過度状態が存在
して、出力のオーバーシュートが出力電圧の設定値や出
力電圧可変幅の大きさ等により発生する場合があるとい
う問題点があった。

【０００６】また、これは、使用される機器の負荷の状
態により大きく変化するなどで発生するものであり、こ
の時に、過渡応答により系の不安定動作やオーバーシュ
ート時に過電圧や過電流が発生してスイッチ素子が破壊
される場合があるという問題点があった。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、適切なパルス幅最大値を過渡期
に徐々に切り換えて行き、過渡期における不要なオーバ
ーシュートを防止する。また、以上のような制御によっ
て変化してきた電圧は、目標電圧に達した時点でふたた
び、ループ制御状態となり、安定した制御がなされるこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、この発明の請
求項１においては、複数巻線を有するトランスで機器の
各部に電源を供給し、この内の少なくとも一巻線の出力
をフィードバックして電源制御を行い、この出力の制御
電圧を機器のシーケンスにより変化させて使用する電源
であって、前記機器のシーケンスに従って、現在の電源
電圧設定から、目標電圧に変化させる場合に、前記目標
電圧設定値に対応する値を設定してから、スイッチ素子
の駆動パルス幅設定情報を徐々に変化させて目標電圧に
変化するように制御する電圧制御手段を具備して成る電
源装置により、前記目的を達成しようとするものであ
る。

【０００９】また、この発明の請求項２においては、ス
イッチ素子の駆動パルス幅設定情報は、少なくともスイ
ッチ素子駆動パルス周期の最大値、および駆動パルスオ
フ時間のそれぞれを設定するレジスタが保持している請
求項１記載の電源装置により、前記目的を達成しようと
するものである。

【００１０】また、この発明の請求項３においては、請
求項１における電源は、電子写真方式の複写機／プリン
タの電源装置内の各種電子回路およびプロセス制御用の
それぞれの電源として用いられることにより、前記目的
を達成しようとするものである。

【００１１】

【作用】この発明の請求項１における電源装置は、機器
のシーケンスに従って、現在の電源電圧設定から目的電
圧に変化させる場合に、電圧変化手段により、目的電圧
設定値に対応する値に設定してから、スイッチ素子の駆
動パルス幅設定情報を徐々に変化させて目的電圧に変化
する。

【００１２】また、この発明の請求項２における電源装
置は、上記請求項１において、スイッチ素子の駆動パル
ス幅設定情報は少なくともスイッチ素子駆動パルス周期
の最大値、および駆動パルスオフ時間のそれぞれを設定
するレジスタを保持している。

【００１３】また、この発明の請求項３における電源装
置は、電子写真方式の複写機／プリンタの電源装置内の
各種電子回路およびプロセス制御用のそれぞれの電源と
して用いられる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の４実施例を図面に基づいて
説明する。以下の各実施例中の制御を行う回路（後述）
は、機器のシーケンス制御，プロセス制御と共に同一半
導体チップ上に構成されており、コンパレータ，ＰＷＭ
回路，基準電源、更にＣＰＵおよびＲＯＭ，ＲＡＭ等メ
モリ手段やＣＰＵ周辺制御回路を同一チップ上で構成し
た素子を使用しているものである。

【００１５】まず、この発明の第１実施例を図１を用い
て説明する。図１はこの発明の第１実施例である電源装
置の電気回路図である。第１実施例では、複写機やプリ
ンタの電源制御を例示して説明する。図１は、複写機や
プリンタの電源制御回路を示したものである。図１にお
いて、Ａは電源制御手段であり、マイクロプロセッサ
（ＣＰＵ）１で構成され、機器のシーケンスに従って、
現在の電源電圧設定から、目的電圧に変化させる場合
に、前記目的電圧設定値に対応する値を設定してから、
スイッチ素子の駆動パルス幅設定情報を徐々に変化させ
て目的電圧に変化するように制御する手段である（詳細
後述）。

【００１６】またＣＰＵ１はシーケンス制御及びプロセ
ス制御また各種の電源制御を行う。２は電源制御ドライ
バーブロックであり、ＣＰＵ１のパルス出力端子ＭＯＵ
Ｔの出力を受けて、抵抗Ｒ１〜Ｒ９、コンデンサＣ１，
Ｃ２，Ｃ４，Ｃ１３、ダイオードＤ１〜Ｄ３，Ｄ１０、
トランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ５、パワーモスＦＥＴＱ
３、パルストランスＴ２のそれぞれから構成されてい
る。

【００１７】３は商用波ＡＣ入力部であり、その内部は
入力フィルター部３ａと整流部３ｂとで構成されてい
る。４は各種電源を発生させているメイントランスＴ１
である。この実施例では、メイントランスＴ１の一次側
には、一端はＡＣ入力部３を介して、一次側電源が接続
され、さらに他端は電源制御ドライバ２を介してパワー
ＭＯＳＦＥＴで接続されて、二次側にはこれに応じた出
力が現われダイオードＤ７とコンデンサＣ１０，ダイオ
ードＤ８とコンデンサＣ１１，ダイオードＤ６とコンデ
ンサＣ９，コンデンサＣ５〜Ｃ８とダイオードＤ５と三
端子レギュレータＱ６，コンデンサＣ１２とダイオード
Ｄ９などでそれぞれ整流回路を構成している。この整流
後の各種電源は、プロセス制御に必要な帯電，現像，転
写の各種高圧として各部に給電され、また各種の電気回
路に給電する低圧電源に対応して各部に給電されてい
る。

【００１８】本電源の主たる制御としてはダイオードＤ
１１，ダイオードＤ８とで構成される整流後電源Ｖｓを
電圧検出部５を介してＣＰＵ１のアナログ入力端子ＡＤ
Ｃ０に接続されている。電圧検出部５は、抵抗Ｒ１０〜
Ｒ１５とコンデンサＣ１２，Ｃ１３、ダイオードＤ８の
それぞれで構成されておりＣＰＵ１に入力可能なレベル
に変換してさらにフィルターされている。

【００１９】６は、本回路を起動させるための補助電源
ブロックである。ここでは、ＣＰＵ１，電源制御ドライ
バ２，電圧検出部５などの回路に起動用及び基準電源と
してＶｃｃ１として接続される。

【００２０】次に第１実施例の動作を図１を用いて説明
する。この実施例の電源は、ＣＰＵ１で制御が行われて
いる。ＣＰＵ１では、前述のように図１に示されるトラ
ンスＴ１の整流後電源Ｖｓを電源検出部５を介してＣＰ
Ｕ１のアナログ入力端子ＡＤＣ０に接続されループ制御
されている。

【００２１】ＣＰＵ１内部では、アナログ入力端子ＡＤ
Ｃ０へ入力された電圧はコンパレータへと入力されて、
ここで基準電源となるＤ／Ａ変換器の出力と比較され
て、この比較結果はデジタル２値のハイ／ロー信号とし
てラッチされる。この後パルス幅変調回路（ＰＷＭ回
路）に入力され、デジタル２値信号化されたコンパレー
ト結果より出力パルス幅を決定するためのカウンター値
をアップしたりダウンしたりして出力パルス幅を変化さ
せている。

【００２２】また出力パルス幅の変化は、前述のように
コンパレータでアップ，ダウンが決まりこの際カウンタ
ー値の変化は所定の内部クロックに同期して変化してい
く。ここでは、比較基準電源としてのＤ／Ａ変換器の出
力値が同一チップ内のＣＰＵ側から制御可能となってお
り、実際にはＰＷＭ回路の制御値をこのＤ／Ａ変換デー
タを書換えるだけで変化させることが可能となってい
る。

【００２３】次に電源投入時からの動作を追って説明し
ていく。図１において、電源が投入されると、ＣＰＵ１
は先ず補助電源ブロック６より電源供給を受け、ＣＰＵ
としての動作が開始される。ＣＰＵ１は、動作を開始す
ると初期条件設定後電源立上げシーケンスを実行して電
源制御を行う。電源立上げはＣＰＵ１で行われ、パルス
出力端子ＭＯＵＴよりのパルスを抵抗Ｒ１，コンデンサ
Ｃ１，トランジスタＱ２で構成される絶縁トランスＴ２
のドライバーを介して電源一次側に伝達され、ここで抵
抗Ｒ３〜Ｒ９，コンデンサＣ４とＣ１３，トランジスタ
Ｑ４とＱ５，ダイオードＤ３とＤ１０，パワーＭＯＳＦ
ＥＴＱ３のそれぞれでトランスＴ１を駆動している。

【００２４】又、起動時の電源供給には二次側ではＶｃ
ｃ１で示される電源を補助電源ブロック６より受け、電
源立上がり後に、Ｖｃｃ１にて示されるトランスＴ１の
整流後電圧を利用して一次側でＡＣ入力部３で整流され
た電圧を電源制御ドライバー２内の抵抗Ｒ３〜Ｒ５で分
圧して供給し、電源立上がり後はトランスＴ１の巻線電
圧をダイオードＤ１０とコンデンサＣ１３とで整流して
使用する。

【００２５】このようにして駆動されているトランスＴ
１は、ダイオードＤ９とコンデンサＣ１２，ダイオード
Ｄ７とコンデンサＣ１０，ダイオードＤ８とコンデンサ
Ｃ１１，ダイオードＤ６とコンデンサＣ９，コンデンサ
Ｃ５〜Ｃ８とダイオードＤ５および三端子レギュレータ
Ｑ６により、それぞれ整流回路を構成し高圧，低圧等各
種電源を各部に給電している。

【００２６】このように駆動されているトランスＴ１の
整流後の各種電源は、前述のようにプロセス制御に必要
な帯電，現像，転写の各種高圧として各部に給電され、
また各種の電気回路に給電する低圧電源に対応して各部
に給電される。この実施例では、ソレノイド等各種制御
回路の電源用電源Ｖｃｃ３で示されている２４Ｖ電源を
制御しているが、これはダイオードＤ６とコンデンサＣ
９の整流後の電圧Ｖｃｃ３に対応しており、通常電源ス
イッチが入りコピー動作がされていない場合は、本電源
Ｖｓの制御は２４Ｖではなく、所定の電圧に下げられて
いる。

【００２７】これは、トランスＴ１で複数の電源が作ら
れており主制御が動作していると他の巻線にも制御に応
じて巻数に対応した電圧が発生するためであり、高圧巻
線に発生する不用な高圧電圧を押えたり、他の電気回路
の消費電流を押えたりしている。

【００２８】次にコピーシーケンスへ移行した時につい
て説明する。ユーザが機械のコピー開始キーを押すと、
コピーシーケンスが作動して、まず電圧Ｖｓに対応する
Ｖｃｃ電源電圧を所定値（２４Ｖ）に設定するように動
作する。そして各種高圧電源をプロセスごとに制御し、
本回路で作られた主制御に対応した電圧を補助回路（図
示せず）で微調整している。

【００２９】さらにコピーシーケンスを行うための光量
制御やモーターやソレノイドやクラッチを駆動するため
にＣＰＵ１の出力ポートの制御を行い、コピー動作を終
了してユーザの操作待ちのモードとなる。また、操作待
ちの状態では、主制御の２４Ｖ電源の電圧を下げて追従
巻線の高圧出力を下げて信頼性を高めている。

【００３０】次に第１実施例の電源装置に関する電圧制
御手段について図１を用いて説明する。この実施例で
は、スイッチ素子の駆動パルス幅設定情報として下記の
項目について制御を行う。 （ａ）出力電圧設定値。 （ｂ）スイッチ素子を駆動するためのパルス周期の最大
値。 （ｃ）スイッチ素子を駆動するためのパルスオフ時間。 上記（ａ）の出力電圧設定値については、機器にシーケ
ンスで必要な出力電圧を設定していくことであり、図１
のＣＰＵ１内のレジスタに保持されている。また上記
（ｂ）および（ｃ）のパルス幅設定情報の項目について
は、機器の各種条件に対応して変化させて行くものであ
る。

【００３１】この実施例で使用している電源は、基本的
には電圧共振型の電源を利用している。このため、上記
パルス幅設定情報の（ｃ）に対応するスイッチ素子を駆
動するためのパルスオフ時間は、機器の負荷とトランス
の共振状態より決定されている固有値となり、通常はあ
らかじめ決められた固定値としてこの実施例の図１のＣ
ＰＵ１内のレジスタに保持されている。また、（ｂ）の
スイッチ素子を駆動するためのパルス周期の最大値は電
源装置の最大能力を決定するものであり、図１のＣＰＵ
１内のレジスタに保持されている。

【００３２】次にこの実施例の電圧制御方法について図
１を用いて説明する。複写機／プリンタのスタンバイ状
態では一部ＣＰＵ周辺回路と表示機能等しか動作してい
ないので、スタンバイ状態の電圧設定のための消費電流
は通常コピー状態より少ない。このためトランス駆動周
波数は高い周波数で可能である。

【００３３】次にコピー動作状態で電圧設定値について
は、出力電圧設定はコピー動作時の設定（この場合は２
４Ｖ）であり、スイッチ素子を駆動するためのパルス周
期の最大値の値は、負荷が大きいのでパルス幅周期は大
きく設定して負荷に供給できるように設定する。

【００３４】上記のように各種機器の状態において動作
状態を設定して更に以下の制御電圧可変時の操作につい
て制御を行う。例えば、ある電圧値から次の電圧に上げ
る時の例を考えると、この実施例においては、まず制御
目標電圧に対しての設定値を設定する。次に、所定の時
間経過後にスイッチ素子を駆動するための前記（ｂ）に
述べたパルス周期の最大値をあらかじめ決められたパル
ス幅で複数回数変化させて、出力を徐々に可変させてい
く。この時には制御目標電圧を先に切換えたことによ
り、制御回路は目標電圧に制御しようとするので、出力
を上げるためパルス幅を替えようとするが、パルス幅の
最大値は可変開始時点ではスタンバイ状態の設定のため
に目標の電圧を得ることができずにパルス幅が最大にな
った状態となる。

【００３５】この状態では制御状態からはずれて駆動パ
ルス周期最大値により出力が決定されている状態になる
（前記（ｂ）のパルス幅周期の設定値となる）。すなわ
ち制御がはりついた状態により出力が変化する。このよ
うに、適切なパルス幅最大値を過渡期に徐々に切換えて
いくことにより、過渡時にては不要なオーバーシュート
が防止できる。

【００３６】以上のような制御によって変化してきた電
圧は、目標電圧に達成した時点でふたたび、ループ制御
状態となり安定した制御がなされる。

【００３７】次に、この発明の第２実施例について図２
を用いて説明する。図２は第２実施例の動作を制御する
フローチャートである。前記の第１実施例での制御では
現在の制御電圧と次に変化させる目的電圧に対してパル
ス幅周期をあらかじめ決められた値で変化させていた
が、この第２実施例は、ＣＰＵで行っているので変化さ
せる電圧幅等により、ＣＰＵ内に設定されている電圧幅
に対応してのパルス幅周期の変化幅のマップを使用する
等の操作によるソフトで計算して、変化幅を可変するも
のである。このため、更に精度の高い機能を実現するこ
とができる。

【００３８】次に第２実施例の上記動作の制御を図２を
用いて説明する。図２のフローチャートにおいて、メイ
ンルーチンから分岐して、ステップ２ａで現在の電圧Ｖ
ａ、現在のパルス周期ＯＳＣ（ａ）を入力する。そして
ステップ２ｂで電圧Ｖｂへ目標電圧の設定をし、ステッ
プ２ｃでΔＶ＝（Ｖａ−Ｖｂ）、ＯＳＣ´＝ＣＰＵの変
換テーブルによる可変周期の幅を求める。ステップ２ｅ
に進み所定時間Ｔａ待ち、ステップ２ｆに進む。ステッ
プ２ｆで変化させる電圧に対するパルス周期かを判定
し、Ｙｅｓであれば、ステップ２ｇでメインのコピーシ
ーケンスに戻り、Ｎｏであればステップ２ｄに戻る。ス
テップ２ｇからメインルーチンに戻る。

【００３９】次にこの発明の第３実施例について図３を
用いて説明する。図３は第３実施例の動作を制御するフ
ローチャートである。前記第１実施例は、ある電圧がで
ている時に次の電圧に立上げる主に立ち上がりのシーケ
ンスに着目しての発明であったが、この第３実施例は、
そのまま出力停止状態から出力オン状態にする時すなわ
ち、通常の電源起動時のソフトスタート機能としても利
用を可能とするものである。

【００４０】次に第３実施例の動作制御について図３の
フローチャートを用いて説明する。図３において、メイ
ンルーチンから分岐して、ステップ３ａで出力０からの
立上げかを判定し、０からの立上げであればステップ３
ｂに進みあらかじめ決められたＯＳＣ´（０）の幅でパ
ルス幅周期を可変して所定の電圧の時のパルス周期にな
るまでくり返す。そしてステップ３ｃでメインのコピー
シーケンスへ戻る。ステップ３ａで電圧変化時のルーチ
ンであれば、ステップ３ｄに進み、あらかじめ決められ
た幅でパルス幅周期を変化し、ＯＳＣ（ｂ）＝ＯＳＣ´
＋ＯＳＣを計算し、所定の電圧の時のパルス周期になる
までくり返し、ステップ３ｃに進み、ステップ３ｃから
メインルーチンへ戻る。

【００４１】次にこの発明の第４実施例について図４お
よび図５を用いて説明する。図４はこの発明の第４実施
例の電気回路図、図５は第４実施例の動作を制御するフ
ローチャートである。前記第１，第２実施例のそれぞれ
においては、電源電圧を変化させるときに着目している
が、第４実施例はこの制御手法を利用して高圧保護のル
ーチンの機能を持たせることを可能としたものである。

【００４２】図４において、高圧出力巻線の低圧側とグ
ランド間に抵抗ＲＨＶを設けてこの抵抗値で検出された
値をＺＤ１のツェナーダイオードを入力保護としてダイ
オードＤ１１，抵抗Ｒ１６，コンデンサＣ１４で構成さ
れた保持回路７を介してＣＰＵ１のＡＤＣ１のアナログ
入力端子に入力する。そして、ＣＰＵ１でレベルの監視
を行い高圧がリークした状態などでＲＨＶに過電流が流
れた際にはＣＰＵ１のＭＯＵＴのＰＷＭパルスを停止さ
せて所定時間後に高圧出力を立上げるといった操作が必
要となる。この場合もＡＤＣ１のアナログ入力端子のレ
ベルが異常と判定されたときにパルス幅周期を変化させ
ることを利用して、パルス幅を狭くして電源出力を下げ
て高圧を所定時間停止させるために所定時間ＭＯＵＴの
ＰＷＭパルスを停止した後にパルス幅を広げて本来の制
御へと復帰させることも可能である。

【００４３】次に、第４実施例の動作制御について、図
５を用いて説明する。図５において、ＡＤＣ１の値が所
定の値以上のときに、メインルーチンから分岐して、ス
テップ５ａでパルス周期を所定の値迄小さく設定し、ス
テップ５ｂで所定時間待ち、ステップ５ｃに進み、パル
ス周期を所定の値の幅で大きくしてステップ５ｄに進
む。ステップ５ｄで本来の出力電圧のパルス周期かを判
定し、本来のパルス周期であればメインルーチンに戻
り、本来のパルス周期でなければステップ５ｃに戻る。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
１における電源装置は、機器のシーケンスに従って、現
在の電源電圧設定から、目標電圧に変化させる場合に、
電圧制御手段で目標電圧設定値に対応する値を設定し
て、スイッチ素子の駆動パルス幅設定情報を徐々に変化
させて目標電圧に変化することにより、過渡期における
不要なオーバーシュートを防止する。また、以上の制御
によって変化してきた電圧は、目標電圧に達した時点で
ふたたび、ループ制御状態となり、安定した制御がなさ
れる。

【００４５】また、この発明の請求項２における電源装
置は、上記請求項１の駆動パルス幅設定情報はスイッチ
素子駆動パルス周期の最大値および駆動パルスオフ時間
のそれぞれを設定することにより、適切なパルス幅最大
値を過渡期に徐々に切り換えていき、過渡期における不
要なオーバーシュートを防止し、また前記と同様にルー
プ制御状態となり、安定した制御がなされる。

【００４６】また、この発明の請求項３における電源装
置は、電子写真方式の複写機／プリンタの電源装置内の
各種電子回路およびプロセス制御用のそれぞれの電源と
して用いられることにより、前記請求項１と同様の効果
を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の第１実施例である電源装置の電気
回路図

【図２】 この発明の第２実施例の動作を制御するフロ
ーチャート

【図３】 この発明の第３実施例の動作を制御するフロ
ーチャート

【図４】 この発明の第４実施例の電気回路図

【図５】 第４実施例の動作を制御するフローチャート

【符号の説明】

１ ＣＰＵ ２ 電源制御ドライバ ３ ＡＣ入力部 ４ トランスＴ１ ５ 電圧検出部 ６ 補助電源ブロック ７ 保持回路 なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数巻線を有するトランスで機器の各部
   に電源を供給し、この内の少なくとも一巻線の出力をフ
   ィードバックして電源制御を行い、この出力の制御電圧
   を機器のシーケンスにより変化させて使用する電源であ
   って、 前記機器のシーケンスに従って、現在の電源電圧設定か
   ら、目標電圧に変化させる場合に、前記目標電圧設定値
   に対応する値を設定してから、スイッチ素子の駆動パル
   ス幅設定情報を徐々に変化させて目標電圧に変化するよ
   うに制御する電圧制御手段を具備して成ることを特徴と
   する電源装置。
2. 【請求項２】 スイッチ素子の駆動パルス幅設定情報
   は、少なくともスイッチ素子駆動パルス周期の最大値、
   および駆動パルスオフ時間のそれぞれを設定するレジス
   タが保持していることを特徴とする請求項１記載の電源
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１における電源は、電子写真方式
   の複写機／プリンタの電源装置内の各種電子回路および
   プロセス制御用のそれぞれの電源として用いられること
   を特徴とする請求項１記載の電源装置。