JPS627369A - 自励発振式スイツチング高電圧電源装置 - 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】 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ッ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バーンナル化にとも
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シ、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。

上記要求にともなって高電圧電源装置も商用電源を利用
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ッ
チング高電圧電源装置が主流とな−）てきている。

特にスイッ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ッチン
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
式スイッ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ッ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ッチングト
ランスで、−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５
３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３ｏの正電極に接続され、エミッタが低電
圧電源装置３ｏの負電極に接続されておシ、オンオフを
繰シ返す主スイッチングトランジスタである。３１は低
電圧電源装置３Ｑの正電極とスイッ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６２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６３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
スイッチングトランジスタ３２の動作波形を示し、主ス
イッチングトランジスタ３２のコレクタに流れる電流を
Ｉｃ１同コレクタ・エミッタ間電圧をｖｃＥ　、ベース
に流れる電流をＩＢ、同ベース・エミッタ間電圧をｖＢ
Ｅ　　とする。

直流低電圧電源装置３ｏ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ッチング
トランジスタ３２のベースに流れる。この電流によって
主スイッチングトランジスタ３２のコレクタ電流ＩＣが
流れ、コレクタ拳エミッタ間電圧ｖｃＥが低下すると、
スイッチングトランス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
てさらに主スイッ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ＩＢを増加させるため、同主ス
イッ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ｆｆ５５１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ッチ
ングトランス５を励磁するか、主スイッチングトランジ
スタ３２のベース電流ＩＢ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ＩＣは、Ｉ　Ｃ＝　ＨＦ　Ｅ　Ｘ　Ｉ
　Ｂ（ＨＦＥ　は同主スイッ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６２の
誘起電圧はなくなり、同主スイッチングトランジスタ３
２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６２の誘起電圧は主スイッチングトランジス
タ３２のベースヲ負電圧に逆バイアスするため、スイッ
チングトランス５の励磁エネルギーが高電圧出力巻線５
３から高電圧出力ｖＯＵＴとして放出されるまでオフ期
間が持続する。

スイッチングトランス６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ッチングトランジスタ
３２のベースヲ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ッ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
、主スイッチングトランジスタ３２は発振を続け、ｖＯ
ＵＴに高電圧を発生させる。前記主スイッチングトラン
ジスタ３２のターンオフ動作は第７図ａ。

ｂに示すように前記バイアス巻線５２から抵抗３３を介
して前記主スイッチングトランジスタ３２にベース電流
ＩＢが供給され飽和領域にある同主スイッチングトラン
ジスタ３２が、ＩＣ＝ＨＦＥＸＩＢ付近（第７図Ｐ点）
でペース電流ＩＢ不足となシ、コレクタ・エミッタ間電
圧ｖｃＥ　が上昇しターンオフとなるが、この時同主ス
イッチングトランジスタ３２は能動領域で動作するため
同主スイッチングトランジスタ３２のターンオフロスは
大キなものになる。従って前記主スイッチングトランジ
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ＶＯＵＴ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
〇 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ッチング高電圧電源装
置では主スイッチングトランジスタ３２の放熱器が大型
になシ、小型化、高効・重化、低価格化は望めｆｒＯ１
／１ばかりか制御特性も悪く、高性能な自励発振式スイ
ッチング高電圧電源装置を提供することも困難であった
。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので主スイッチン
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ＩＢ不足となる前に行い、ターンオフ０λ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
振式スイッ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
備えたスイッ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ッチングトランジスタに起動電流
を供給する手段と、同主スイッ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
発振式スイッチング高電圧電源装置であって、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
イッチング素子を接続し、かつ前記主スイッチングトラ
ンジスタのベース電流を遮断するようにスイッチング素
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饋を有す
るヒステリシスコニ／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
前記双方のスイッチング素子の入力に接続し、制御電圧
匠より高電圧出力を任意制御できるようにした自励発振
式スイッ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ッチングトランジス
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０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０スが発生
するが、スイッチング素子を主スイッチングトランジス
タのベース・エミッタ間に並列に接続し、ベース・エミ
ッタ間を短絡することにより蓄積キャリアをすばやく中
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［７ながも説
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ッチ
ング高電圧電源装置の回路構成を示すものである。なお
スイッチング素子としてトランジスタ１１．１２を使用
する。第２図は主スイッ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ＩＣとコレクタ・エミッタ
間電圧ｖｃＥのクロス波形で、ターンオンロスおよびタ
ーンオフロスを示し、ｂはベース電流ＩＢを示す。第３
図す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、１ｏ
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Ｌ
ＯＷ状態からＨ１ＣｉＨ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
った時で、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った時で、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図す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け一端をバイアス巻線２２
と抵抗器６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１ｏ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１ｏ
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。

１ｏはカソード抵抗器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１Ｑ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１
２のベース、ヒステリシスコンパレータ１４のＯＵＴの
接続点に、エミッ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の両端を放電させるトランジ
スタである。１８は■ＯＵＴを適切な信号に変換してエ
ラーアンプ２ｏ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１９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、主スイッチング
トランジスタ３のベースの接続点に、ベースヲトランジ
スタ１１のベース、ヒステリシスコア　ハＬ／　−夕１
４のＯＵＴの接続点に、エミッタを直流低電圧電源装置
１の負電極に接続し、前記主スイッ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１ｏ
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、主スイッチ
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υＢからＡの方向に電圧が発１生ずるとバイアス巻線
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
ッチングトランジスタ３にベース電流よりを供給するよ
うになっており、同主スイッチングトランジスタ３がＯ
ＦＦ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２２にはＣ
からＤの方向に誘起電圧が発生し同主スイッチングトラ
ンジスタ３のベース電流ＩＢを引き込むようになってい
る。すなわち入力巻線２１とバイアス巻線２２は同主ス
イッチングトランジスタ３に対し正帰環となるような極
性に合せである。

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シ主スイッチングト
ランジスタ３のベースに流れる。

この電流によって主スイッチングトランジスタ３のコレ
クタ電流ＩＣが流れ、コレクタ・エミッタ間電圧■ｃＥ
　が低下すると、スイッチングトランス２の入力巻線２
１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ッチングトランジスタ３
のベースＩ／Ｃ電流を供給し、ベース電流ＩＢを増加さ
せるため、同主スイッ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
してスイッチングトランス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９０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
ると前記主スイッチングトランジスタ３のベース電流よ
りはトランジスタ１２によって放電され、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によって
放電され、かつトランジスタ１２がＯＮになるため、同
主スイッチングトランジスタ３は、＠、激にオフ状態と
なシオフ期間が始まる。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１４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ＯＵ　Ｔ　ＫＭＨ：！
：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
ッ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８２２より放電
する。

オフ期間はスイッチングトランス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■ｏＵＴとして放出
されるまで持続し、スイッチングトランス２の励磁エネ
ルギーがすべて放出されると、同スイッチングトランス
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
ッ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ッチングトラ
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、主スイッチングトランジスタ３は発
振を続け、高電圧出力■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ってバイアス巻線２２
からダイオード１６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６図はさらに本発明の他の実施例であって抵抗器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
主スイッチングトランジスタ３のベースに接続し、同主
スイッ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、主スイッチング
トランジスタのターンオフをベース電流ＩＢ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ｌＪ＼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ッチング高電
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】

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
式スイッ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形図である。 １・・・・・・直流低電圧電源装置、２・・・・・・ス
イッチングトランス、３・・・・・・主スイッチングト
ランジスタ、４．６．８・・・・・・抵抗器、９・・・
・・・コンデンサ、１゜・・・・・・ダイオード、１１
．１２・・・・・・トランジスタ、１４・・・・・・ヒ
ステリシスコンノくレータ、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。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名高　
３　図 １ｎ） ｔｃ） しきいイ直 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力巻線、バイアス巻線、高電圧出力巻線を備えたスイ
   ッチングトランスを備え、前記入力巻線の一端に接続さ
   れた主スイッチングトランジスタに起動電流を供給する
   手段と、同主スイッ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ッチ
   ング素子を接続し、かつ前記主スイッチングトランジス
   タのベース電流を遮断するようにスイッチング素子を接
   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
   スイッ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ッチ
   ング高電圧電源装置。