JPS62276918A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は電源装置、特に高圧交流を発生する電源装置に
関するものである。

［従来の技術］ 従来より交流の高圧電源には、商用電源や、スイッチン
グ回路が出力する交流を昇圧トランスにより昇圧する構
成が用いられていた。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、複写機などの電子写真プロセスの帯電工程な
どでは、ＩＫＨｚ以下の電源周波数の高圧交流が必要と
されており、この程度の低周波用の昇圧トランスは非常
に大型で、電源回路ひいては装置全体の構成を小型軽量
化するのが非常に困難であった。

特に、複写機などでは帯電、現像工程において、高圧交
流出力の振幅や、位相制御が必要になることがあり、こ
のような制御回路を設ける場合にはより装置が大型化し
やすい問題があった。

［問題点を解決するための手段］ 以上の問題を解決するため、本発明の電源装置では出力
電圧制御が可能な複数個の直流電源と、この直流電源電
圧を各々スイッチングするとともに１つのスイッチング
手段の出力が次段のスイッチング手段の共通ラインとな
るように接続された状態で所定の基板上に一体形成され
た複数段のスイッチング手段から成る昇圧手段とを設け
、各スイッチング手段が各々の直流電源電圧を同相でス
イッチングすることにより最終段のスイッチング手段か
ら昇圧された交流出力を得る構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、複数の直流電源を各スイッチング
手段が同期してオン／オフし、それらの出力を直列に接
続することにより各直流電源電圧の和を振幅とする高圧
の交流出力を得ることができる。電源回路は基板上に集
積されるため、電源部の構成をより簡単安価にし、また
その信頼性を向上できる。

［実施例〕 以下、図面に示す実施例に基づき本発明の詳細な説明す
る。

北上１差１ 第１図は本発明による電源回路の一実施例を示したもの
で、基本的には、矩形波パルスを発生するパルス発生器
１と、トランジスタＴｒｉ　。

Ｔｒ２による２つのスイッチング（増＠）回路から構成
されている。

パルス発生器１は、負荷に見あったスイッチングパルス
を発生し、これを抵抗Ｒ１１，端子ｐＨを介してトラン
ジスタＴｒｉ側のスイッチング制御信号として入力する
。

２つのトランジスタＴｒｉ　、Ｔｒ２はそれぞれ抵抗Ｒ
１１〜Ｒ１５及び抵抗Ｒ２１〜Ｒ２５とともにスイッチ
ング回路を構成し、ト記各抵抗により規定される駆動条
件に基づき各々絶縁された電源Ｅｌ　、Ｒ２の電圧をそ
のコレフタルエミッタによりスイッチングする。トラン
ジスタＴｒｉのベースは抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を介して直
接パルス発生器１により制御されるが、トランジスタＴ
ｒ２のベースは抵抗Ｒ２１、端子ｐｉｔを介してトラン
ジスタＴＲＩ側の共通電位（ここでは接地電位）に接続
されている。

トランジスタＴｒｉのコレクタから取り出されるスイッ
チング出力は端子Ｐ１２を介してトランジスタＴｒＺ側
のスイッチング回路の共通電位に接続されており、さら
にトランジスタＴｒ２のコレクタに接続された端子Ｐ２
２からトータル出力が取り出される。

以上の構成において、パルス発生器１により所定周波数
のパルスを発生させると、このパルスによってトランジ
スタＴｒｉはオン／オフ駆動される。トランジスタＴｒ
ｉのコレクタおよびエミッタに接続した抵抗Ｒ１４，Ｒ
１５はＲ１４））Ｒ１５に設定しであるので、端子Ｐ１
２のコレクタ出力電圧はトランジスタＴｒｉのオン時に
ほぼ０ｖ、オフ時に＋ＥＩＶとなる。

端子Ｐ１２の出力はトランジスタＴｒＺ側の共通電位と
なっているので、トランジスタＴｒ２のベース電圧は、
トランジスタＴｒＺ側の共通電位がＯｖのときトランジ
スタＴｒ２がオンに、また共通電位がＥＩＶに向かうと
その途中でトランジスタＴｒ２がオフとなるようにバイ
アスされる。

以上の動作により端子Ｐ１２．Ｐ２２の波形は第２図（
Ａ）のようになる、トランジスタ１゜Ｔｒ２は同期して
各々の電源Ｅｌ、Ｅ２を制御するので、両トランジスタ
がオンの場合には両コレクタ電位がＯとなり、逆にオフ
の場合には各トランジスタＴｒｉ、Ｔｒ２のコレクタ電
位はＥｌ。

Ｒ２どなる。＠記のようにトランジスタＴｒＺ側の共通
ラインがトランジスタＴｒｉ側の出力に接続されている
ので、端子Ｐ２２の１・−タル出力は０〜＋（Ｅ１＋Ｅ
２）Ｖの振幅範囲をもつ高圧交流となる。

なお１以上の動作の際、抵抗Ｒ１５，Ｒ２５は、各々ト
ランジスタＴｒｉ　、Ｔｒ２が過度の飽相状態となって
スイッチングスピードが低下するのを防止する。トラン
ジスタＴｒｉ、Ｔｒ２の：＋レクタ〜エミッタにはそれ
ぞれの電源電圧Ｅｌ。

Ｅ２を越える電圧は印加されることがなく、素子破壊の
心配もない。

以上のようにして、昇圧トランスを用いることなく、小
型かつ軽量で簡単安価な高圧交流電源装置を得ることが
できる。

本実施例では昇圧トランスを用いないため、リンギング
、磁束飽和、共振によるオーバーシュートなどトランス
特性に基づく問題を考慮する必要がないので、装置をコ
ストア・ノブさせることがなく、またエネルギーロス、
出力歪みなどを招く心配がない。

以上では２段接続のスイッチング回路を例示したが、３
段以上のスイッチング回路を接続してより大きな高圧を
得るようにもできる。

第３図の回路は第１図の構成に、さらにトランジスタＴ
ｒ３．抵抗Ｒ３１，Ｒ３２によるスイッチング回路を接
続したものである。３段のスイー。

チング回路は前記同様に前段の出力が後段の共通ライン
となるようそれぞれ接続されている。

以上の構成によれば、端子Ｐ３２から得られるトータル
出力は、第２図（Ｂ）に示すように各トランジスタによ
りＴｒｉ〜Ｔｒ３の同相のスイッチングニヨリＯ〜（Ｅ
１＋Ｅ２＋Ｅ３）Ｖ（７）振幅を有する交流となる。

以上のようにして、前記同様の効果を得ることができ、
しかも出力電圧を増大させることができる。４段以上の
スイッチング回路を接続してさらに出力増を計ることが
できるのは言うまでもない。

■」二足上”ＪＬ− 以上の構成は、トランスなどの大型部品を含まず、トラ
ンジスタ、抵抗、コンデンサなどの比較的小型の部材か
ら成っているので、次に示すような方法で回路を集積し
、電源装置を小型化することが可能である。

第４図に示された回路は、トランジスタＴｒｌ〜トラン
ジスタＴｒ６による６個の電源ブロックを直列接続し、
６倍の電源電圧をカップリングコンデンサＣｂ、負荷抵
抗Ｒｂを介して端子ＨＰ３から出力するようにした回路
である。同図ではトランジスタＴｒ３以降のブロック内
の部材に関して符号の図示を省略しである。

これらの電源ブロックの電源電圧として、トランスＴ２
の２次巻線で発生された交流出力をダイオードＤｉ　１
　、Ｄ１２　（０２１、Ｄ２２　：以下各ブロックにつ
いて同じ）、コンデンサＣ１ｌ。

Ｃ１２（Ｃ２１、Ｃ２２：同）で倍電圧整流した電圧Ｅ
ｌ、Ｅ２・・・Ｅ５がそれぞれ与えられている。

ここでトランスＴ２は、その１次巻線に接続された発振
回路１１とともに公知のスイッチング方式の電源を構成
している。

以上の構成において、トランスＴ２の２次巻線に　１．
５ＫＶｐ、２０〜５０ＫＨｚのパルスを発生させる。こ
の電圧は各電源ブロックごとにフローティングされて設
けられた上記の倍電圧整流回路により　１．５Ｋ　Ｖの
直流電圧（Ｅｌ〜Ｅ６：本実施例では全て等しい）に変
換される。

パルス発生器１によって１ＯＯＯＨｚでトランジスタＴ
ｒｉをスイッチングすると前記実施例の説明から明らか
なようにトランジスタＴｒ６のコレクタには　１．５Ｋ
　Ｖの６倍、すなわちＯ〜９ＫＶの振幅を有する交流出
力が得られる。

続いて上記のトランジスタＴｒｉ〜Ｔｒ６の各電源ブロ
ックを実績化した構造につき第５図（Ａ）、（Ｂ）を参
照して説明する。ここではトランジスタＴｒ２．Ｔｒ３
を含む電源ブロックの部分のみを示す。

第５図（Ａ）は集積回路基板の上面からの透視図、第５
図（Ｂ）は同基板の断面図であり、両図において符号５
１はセラミック基板である。

第４図の回路を集積する場合、まずこのセラミック基板
５１上に公知の厚膜形成技術を用いて下部導体５２が第
５図（Ａ）のようなパターンで形成される。この下部導
体５２は後述の上部導体とともに上記回路のコンデンサ
Ｃ２１，Ｃ３１を形成する。

さらに、この下部導体５２上に１０〜５０ｇｍの厚みを
有する高絶縁抵抗高耐圧のマイラーなどから成る絶縁シ
ート５６が接着される。

しかる後に、絶縁シート５６上に第５図（Ａ）に示すよ
うなパターンで上部導体が形成される。

続いて抵抗Ｒ２１−Ｒ２５、Ｒ３１〜Ｒ３５となる抵抗
ペーストが印刷、焼結され、ガラスコート（不図示）さ
れた後所定抵抗値にトリミングされる。

この後、整流用のダイオードＤ２１．Ｄ２２゜Ｄ３１．
Ｄ３２およびトランジスタＴｒ２゜Ｔｒ３がペアチップ
の状態でワイヤポンディングされる。接続方法はポンデ
ィングに限定されず、半田バンブ、テープキャリアなど
を用いる方法でも構わない。

ダイオード、トランジスタはモールドチップを用いるこ
とも可能であるが、その場合には１個のウェハーから多
数の素子を同一工程でポンディングして他の素子と一括
してコーティングするメリットは失われる。

ペアチップのトランジスタ、ダイオード、抵抗などのペ
アチップはバッファコート５５によりコーティングされ
た後、全体をエポキシ樹脂などの材質から成るオーバー
コートでコーティングすることにより昇圧ブロックを１
つの２〜３ｍｍ程度の薄い集積回路基板（ハイブリッド
ＩＣ）として形成できる。

上記の回路で、コンデンサＣ２１，Ｃ３１，・・・は５
０〜１００ＰＦで充分であるから上記のような１層の構
造で簡単に実現できる。なお、コンデンサＣ２１〜Ｃ３
１の接続は絶縁シート５６に開けられた穴５６Ａを介し
て行なわれる。また、第５図（Ａ）、（Ｂ）では図示を
省略したが、ダイオードのアノード電極とカソード電極
との間、トランジスタのコレクタ電極とエミー２夕電極
との間は不要な分布容量を持たないように電極どうしの
距離を極力離すとともに、この部分では絶縁シート５６
をカットしである。

また、本実施例では、絶縁層をシート材の接着により形
成しているから、絶縁材の塗布などではピンホールの発
生を完全に防止できないのに比べ、より確実な絶縁が可
能となり、適正なコンデンサ容量を設定することができ
る。また、シート材による絶縁層では絶縁層の厚みを安
定して大きな値にとることができ、充分なコンデンサ容
量を容易に得ることができる。また、シート材による絶
縁層は表面の平滑度が高いので上部電極や、抵抗体など
の印刷を容易かつ確実に行なえ、完ｒ＃：、後のこれら
の部材の信頼性を向上できる。

以上のように、トランスを用いない集積回路により昇圧
回路を形成でき、集積された電源ブロックは装置内の適
当なスペースに要領よく実装することができる。基板の
形状は自由に設定できるから、適当な空きスペースに応
じて効率のよい実装が可能である。

以上では、高圧交流を出力する構成を示したが、出力交
流に直流電圧を重畳させる必要がある場合には第６図に
示すような構成が考えられる。

入力振幅を制御する必要がある負荷としては電子写真式
の複写機、プリンタの現像ローラや記録紙分離ローラが
考えられ、第６図ではこの種の現像ローラの現像バイア
ス発生回路としての電源装置の構成が示されている。

第６図の回路は第４図の端子ＨＰ３の出力に抵抗Ｒｂを
介して図の左側に図示した直流電源により形成した高圧
直流を重畳するようにしたものである。

この直流電源はトランスＴ３の１次側を、スイッチング
トランジスタなどを用いたドライブ回路１２により励振
させ、２次側で昇圧された交流をダイオード、コンデン
サによる整流回路１５で整流するものである。整流出力
電流は抵抗Ｒ２゜コンデンサＣ２を介して電圧値として
取り出され、オペアンプ１３で端子ＩＰ３の制御入力端
子から入力されるしきい値と比較され、この比較出力に
応じてドライブ回路１２のスイッチング効率を制御する
ＰＷＭ　（パルス幅変調回路）１４の出力値が制御され
る。

したがって、端子ＩＰ３から所望の直流電流値に応じた
電圧値を入力することにより、トータル出力の直流成分
を所望に制御することが可能となる。

［効　果］ 以上の説明から明らかなように本発明の電源装置によれ
ば、互いに絶縁された複数個の直流電源と、この直流電
源電圧を各々スイッチングするとともに１つのスイッチ
ング手段の出力が次段のスイッチング手段の共通ライン
となるように接続された状態で所定の基板上に一体形成
された複数段のスイッチング手段から成る昇圧手段を設
け、各スイッチング手段が各々直流電源電圧を同相でス
イッチングすることにより最終段のスイッチング手段か
ら昇圧された交流出力を得る構成を採用しているので、
スイッチング手段の接続段数に応じて所望の高圧交流を
得ることができるとともに、昇圧トランスを必要としな
いので、トランスを用いる際に生じる問題点について考
慮する必要がなくなるため回路設計が容易になり、また
、回路の集積化を行なうことで電源回路を小型軽量に形
成できるとともに回路の信頼性を向上でき、電源回路ひ
いては採用される装置全体を小型軽量かつ簡単安価に構
成できる優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用した電源装置の構成を示した回路
図、第２図（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の電源装置
による動作を説明する波形図、第３図は本発明による異
なる電源装置の構成を示した回路図、第４図はさらに異
なった本発明による電源装置の構成を示した回路図、第
５図（Ａ）。 図の回路の変形例を示した回路図である。 １・・・パルス発生器 Ｔｒｉ〜Ｔｒ３・・・トランジスタ Ｒ１〜Ｒ１５，Ｒ２１−Ｒ２３，Ｒ１１〜Ｒ３３・・・
抵抗Ｅｌ−Ｅ６・・・電源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）出力電圧制御が可能な複数個の直流電源と、この直
   流電源電圧を各々スイッチングするとともに１つのスイ
   ッチング手段の出力が次段のスイッチング手段の共通ラ
   インとなるように接続された状態で所定の基板上に一体
   形成された複数段のスイッチング手段から成る昇圧手段
   とを設け、各スイッチング手段が各々の直流電源電圧を
   同相でスイッチングすることにより最終段のスイッチン
   グ手段から昇圧された交流出力を得ることを特徴とする
   電源装置。 ２）前記各スイッチング手段に対して互いに絶縁状態で
   スイッチング制御信号を入力する手段を設けたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電源装置。 ３）各段のスイッチング手段の各スイッチング制御入力
   端がその前段の共通ラインに抵抗を介して接続され、各
   スイッチング手段が各々の共通ラインとスイッチング制
   御入力端の電位差変化によりスイッチング制御されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電源装置
   。