JPS6226265B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電子複写機用の電圧電源などとして
利用されるスイツチング電源装置に係り、電源電
圧投入時あるいは、出力リモートON／OFF制御
等による電源出力立ち上がり過渡時に発生する電
源出力オーバーシユートを抑制するものに関する
ものである。

一般にスイツチング電源装置の出力の制御を行
なう場合、トランジスタ、サイリスタあるいは
IC等の制御素子を中心に構成された制御回路に
より行なつている。その際、誤差増幅回路を含め
た制御回路系の動作時間遅れにより電源出力にオ
ーバーシユートが発生する。このオーバーシユー
トは、外部に接続される電子機器等に種々の悪影
響を与えることがある。特に高電圧出力になるほ
ど、その影響度は大きくなり場合によつては、電
子機器等に損害を与えることがある。

例えば、複写機用帯電器に使用される高圧電源
装置は、このオーバーシユートが大きいと、帯電
器とドラムの間でアーク放電を起こし高価なドラ
ムに損傷を与え、使用不可能となることもある。
特に複写機用高圧電源装置においては、システム
上、ある程度速い立ち上がり特性が要求され、か
つ、オーバーシユートを小さく抑制しなければな
らないという２つの相反する特性が要求される。
このオーバーシユートを抑制する方法としては、
まず制御回路系の動作時間遅れを短くすることで
あるが、実際には、特に高圧電源装置の場合、非
常に困難である。

複写機用高圧電源装置の場合、高電圧発生のた
め、高圧トランスを使用するが、このスイツチン
グ周波数が比較的高く、高電圧であるため高圧ト
ランスの線輪あるいは、その他高圧回路配線等に
よる分布容量のため膨大な漏洩電流が発生する。
更には、高電圧であるためにノイズが発生する。
これらが誤差増幅回路に入つてしまうと、誤動作
が起こる。そのため、誤動作防止を目的として、
制御回路系内に抵抗器、コンデンサ等のフイルタ
ーを挿入する。これによつて制御回路系内の伝達
速度がかなり遅れることになる。更には、個々の
回路伝達遅れ、高圧トランスにおける伝達遅れが
発生する。又、伝達おくれによる発振を防止する
ために位相補償回路を必要としさらに大きな伝達
遅れが発生する。したがつて複写機用高圧電源装
置の場合、本質的に制御回路系にかなり大きな動
作時間遅れが生じる。

次に考えられる方法として、第１図に示すソフ
トスタート回路があり、多くのスイツチング電源
装置に採用されている。ここで、第１図について
説明する。４は、１を基準入力、２，３を比較入
力とするパルス幅変調回路である。基準入力１に
は、三角波、ランプ波、鋸歯状波等が使われる。
パルス幅変調回路４では、基準入力１と比較入力
２および３の入力比較が行なわれパルス幅変調が
行なわれ、比較入力２，３に応じたパルス幅出力
が得られる。この出力は、高周波電圧変換回路５
に入力される。これは普通スイツチング回路とト
ランスと整流回路で構成されるが、チヨツパー方
式の場合トランスの代りにチヨークが使用され整
流回路は必要がない。又交流出力を必要とする場
合は整流回路は必要としない。高周波電圧変換回
路５より得られた出力は装置の出力として出力端
子６より取り出される。７は出力検出回路であ
り、この出力は誤差増幅回路８に入力され、基準
電圧と比較、増幅され、その出力は比較入力３に
加えられパルス幅変調回路４に印加される。９は
ソフトスタート回路である。

パルス幅変調回路４には２つの方式がある。比
較入力２，３の電圧が基準入力１よりも高い場合
に出力パルスが高レベルになる回路構成の場合に
は比較入力２，３の電圧が高い程出力パルス幅は
広くなる方式となり、これを甲の方式と呼ぶ。又
前記とは逆に、比較入力２，３の電圧が基準入力
１よりも低い場合に出力パルスが高レベルとなる
回路構成の場合には比較入力２，３の電圧が低い
程、出力パルス幅が広くなる方式となり、これを
乙の方式と呼ぶ。比較入力２，３の優先レベルに
関しては甲、乙の方式にかかわらず、出力パルス
幅が狭くなる方のレベルを優先する方式の構成と
なつている。

第１図の回路においてソフトスタート回路９が
ない場合今、電源が投入されたとする。甲の方式
であるためパルス幅変調回路４の入力である誤差
増幅回路８出力は電源投入時には、まだ出力が発
生していないので出力パルス幅最大モード（最大
電圧）で待機をしている。すなわち、この状態で
は制御回路系は無制御の状態にある。したがつて
出力は最大出力まで出ようとする。しかし、出力
端子６に出力が発生すると出力検出回路７が出力
を検出し、さらに誤差増幅回路８が動作を開始し
出力を安定状態に制御する。この過程において、
前述のように出力検出回路７、誤差増幅回路８等
に動作時間遅れが生じる。この遅れにより出力端
子６に非常に大きなオーバーシユートが発生す
る。これを抑制するためソフトスタート回路９が
使用されている。その一例を図中第１図、第２図
に示す。このソフトスタート回路９は、電源投入
と同時に充電用コンデンサ１０を一度放電用スイ
ツチ（トランジスタ等の能動素子によるもの）１
１で放電する。次に放電用スイツチ１１は開放さ
れ、コンデンサ１０は充電用抵抗器１２を通じ
て、両者の時定数で徐々に充電される。このコン
デンサ１０の充電々圧がソフトスタート回路９の
出力として使用される。電源投入時および出力の
リモートON／OFF制御（ソフトスタート回路９
の放電用スイツチ１１のON／OFFにより行な
う）のON時には比較入力であるソフトスタート
回路９の出力２が作動し、この場合比較入力３よ
りも比較入力２の電圧が優先となりパルス幅変調
回路４の出力パルス幅は徐々に広げられ、出力端
子６のオーバーシユートを小さく制御することが
できる。しかし、ソフトスタート回路９の出力の
立ち上がり時間は、出力端子６の立ち上がり時間
の要求によつて決定されるため制御回路系の動作
時間遅れとは無関係である。制御回路系の動作時
間遅れが一定の場合ソフトスタート回路９の出力
の立ち上がり時間が速いほど大きなオーバーシユ
ートが発生することになる。このことは、第２図
に示すように、誤差増幅回路８の出力３は電源投
入と同時に最大電圧となる。ソフトスタート回路
９の出力２の上昇とともに出力端子６の出力が上
昇し、ある出力設定値まで達すると、誤差増幅回
路８が作動し、その出力３を設定制御値まで下げ
ようと働く。この時の所要時間ｔ_dが制御回路系
の動作時間遅れとなる。この時間内に増加する出
力電圧の上昇量によりオーバーシユート量が決定
される。

本発明は以上のような従来の欠点を除去し、電
源電圧投入時あるいはリモートON／OFF制御な
どによる電源出力立ち上がり過渡期に発生するオ
ーバーシユートを抑制するスイツチング電源装置
を提供することを目的とするものである。

以下、本発明の実施例を図面第３図〜第７図に
より説明する。

まず、第３図、第５図に示す実施例について説
明する。全体の回路構成は第１図と全く同じであ
る。異なる点は、誤差増幅回路８の出力３とソフ
トスタート回路９の出力２の間にトランジスタ１
３のエミツタおよびベースを接続し、そのコレク
タを第３図のように回路中最低電位あるいは、第
５図のように回路中の最高電位１４に接続する。
第３図は甲方式のパルス幅変調回路であり、比較
入力２〜３間には、PNPトランジスタ１３が接続
され、第５図は乙方式のそれであり、比較入力２
〜３間には、NPNトランジスタ１３が接続され
る。

以下第３図に示す回路の動作について第４図を
用いて説明を加える。今電源電圧が投入されたと
する。ソフトスタート回路９のコンデンサ１０は
抵抗器１２を通して充電され、パルス幅変調回路
４の入力として加えられる。電源投入時点で出力
端子６に出力は出ておらず、そのため、誤差増幅
回路８の出力３は最大出力電圧で待機しようとす
る。しかし、比較入力２と３がトランジスタ１３
のベース、エミツタで接続されているため、比較
入力３はソフトスタート回路９の出力よりもトラ
ンジスタ１３のベース、エミツタ間電圧（約
0.7V）分高い電位に固定される。ソフトスター
ト回路９の出力２の上昇とともに出力端子６の出
力も上昇する。出力端子６の出力が出力設定値ま
で上昇すると出力検出回路７が信号を検出し、誤
差増幅回路８を作動させ、その出力３を設定制御
値まで下げ、出力端子６の出力を下げようとす
る。この時、誤差増幅回路８のスルーレートが第
２図と同じであると仮定すると、誤差増幅回路８
の出力３が〔ソフトスタート回路９の出力２〕＋
〔トランジスタ１３のベース、エミツタ間電圧
（約0.7V）〕の電位であるため、比較入力３の出
力レベル変化値が非常に小さくなる。したがつて
動作時間遅れtdははるかに短くなる。

第４図においても電圧の変化する方向が第３図
と全く逆であるが同様のことが言える。

次に第６図、第７図に第３図、第４図のトラン
ジスタ１３の代わりに電界効果型トランジスタ
（MOSFETを含む）１５を使つた回路を示す。ト
ランジスタ１３のコレクタ、ベース、エミツタに
対応するのが電界効果型トランジスタ１５のドレ
イン、ゲート、ソースである。また電界効果型ト
ランジスタ１５では、ドレインとソースが同一構
造となつているため、入れ替えが可能である。電
界効果型トランジスタ１５では、デプレツシヨン
型とエンハンスメント型のものがあり、後者のエ
ンハンスメント型電界効果型トランジスタは、そ
のままトランジスタの代わりとして置き変えが可
能であるが、デプレツシヨン型電界効果型トラン
ジスタでは、レベルが異なるため、ソフトスター
ト回路９の出力および誤差増幅回路８の出力のレ
ベルシフトを行なう必要がある。そうすることに
よりエンハンスメント型電界効果型トランジスタ
と同様に使用することが可能である。

以上本発明の採用によりスイツチング電源装置
の出力オーバーシユートは大幅に改善され、比較
的速い立ち上がり特性が要求される場合でも、従
来のものに比較し、出力オーバーシユートを大幅
に小さく抑制することができる。そのため、スイ
ツチング電源装置に外部接続される電子機器等に
与える影響は大幅に軽減され、電子機器等に与え
る損傷を小さくすることができる。特に制御系の
伝達遅れが非常に大きくなる高圧出力の場合、著
しい効果を発揮する。

本発明の実施に当つては通常のスイツチング電
源装置にトランジスタ又は電界効果型トランジス
タを１個追加するだけで著しい効果が得られるの
で、効果に対して必要なコストは非常に低く、ス
イツチング電源装置のコストに比較すればほぼ無
視できるコストとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスイツチング電源装置のブロツ
ク図、第２図は同第１図の各部の動作電圧を示す
電圧波形図、第３図は本発明のスイツチング電源
装置の一実施例を示すブロツク図、第４図は同第
３図の動作電圧を示す電圧波形図、第５図〜第７
図は他の実施例を示すブロツク図である。 １……基準入力、２，３……比較入力、４……
パルス幅変調回路、５……高周波電圧変換回路、
６……出力端子、７……出力検出回路、８……誤
差増幅回路、９……ソフトスタート回路、１０…
…コンデンサ、１１……放電用スイツチ、１２…
…抵抗器、１３……トランジスタ、１５……電界
効果型トランジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 誤差増幅回路出力とソフトスタート回路出力
   の２出力を入力とするパルス幅変調回路、そし
   て、そのパルス出力に応じてスイツチング動作を
   行ない所定の出力を得る高周波電圧変換回路、そ
   の出力の情報を検出する出力検出回路、検出電圧
   と基準電圧の差を増幅する誤差増幅回路を有し、
   出力の情報をパルス幅変調回路に帰還することに
   より安定化を計り、上記誤差増幅回路出力とソフ
   トスタート回路出力に各々トランジスタのエミツ
   タとベース、または電界効果型トランジスタのソ
   ース又はドレインとゲートを接続したことを特徴
   とするスイツチング電源装置。