KR100574057B1 - 고압전원장치 및 고압전원 제어방법 - Google Patents

고압전원장치 및 고압전원 제어방법 Download PDF

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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 고압전원장치 및 고압전원 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고압전원 장치는 외부로부터 교류전원 인가시, 이를 정류하여 제1 직류전원과 제2 직류전원을 생성하는 전원부, 제1 직류전원이 인가되면 기설정된 듀티비를 가지는 펄스폭 변조신호를 생성하는 제어부, 펄스폭 변조신호와 소정의 기준전압을 비교하여 구동신호를 출력하는 비교부, 구동신호에 따른 스위칭 동작에 의해 제2 직류전원을 승압하여 고전압을 발생시키는 고전압생성부 및 고전압생성부의 출력단에 인가된 부하량을 감지하는 부하 감지부를 포함하고, 제어부는 부하량이 일정치 이하이면 고전압 발생을 차단한다. 본 발명에 따르면, 부하량이 기준치 이하일 경우 비교부에 입력되는 펄스폭 변조신호를 차단시킴으로써 고전압이 발생되는 것을 강제로 차단시킬 수 있다.
고압전원장치, PWM, 부하감지부, 펄스폭 변조

Description

고압전원장치 및 고압전원 제어방법{high voltage generator and control method of high voltage}
도 1은 종래의 고압전원장치의 일예에 대한 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 고압전원장치의 블록도이고,
도 3은 본 발명에 따른 고압전원 제어방법의 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 *
100: 전원부 200: 제어부
250: 입력부 300: 비교부
310: 연산증폭기 400: 고전압 생성부
410: 승압부 420: 정류부
411: 트랜스 700: 부하감지부
800: 고전압출력 제어부
본 발명은 고압전원장치 및 고압전원 제어방법에 관한 것으로, 특히 부하량을 감지하여 부하량이 일정 기준치 이하이면 고전압의 발생을 차단시키는 고압전원 장치 및 고압전원 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 고압전원장치는 레이저 프린터(laser printer), 레이저 복합기 및 팩스와 같이 높은 전압의 직류원을 필요로 하는 전자기기에 많이 사용된다. 이러한 고압전원장치는 직류를 고압의 교류로 변환하고, 이를 다시 정류하여 고압의 직류전압으로 변환하는 방법에 의해 구현되며, 통상 직류를 교류로 변환하기 위한 트랜스포머(transformer)를 가진다.
도 1은 종래의 고압전원장치의 일예에 대한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 고압전원장치는 전원부(10), 제어부(20), 비교부(30), 승압부(40) 및 정류부(50)를 포함한다.
전원부(10)는 외부로부터 인가되는 교류전원을 정류하여 24V와 5V의 직류전원을 생성한다. 여기서, 24V는 승압부(40)의 동작전원이며, 5V는 제어부(20)의 동작전원으로 사용된다.
제어부(20)는 기설정된 값에 따라 소정의 듀티비를 가지는 펄스폭 변조신호(PWM)를 출력한다.
비교부(30)는 정입력단과 부입력단을 가지는 연산증폭기로 이루어지며, 정입력단으로 제어부(20)에서 출력되는 펄스폭 변조신호(PWM)를 인가 받고 부입력단으로는 분배저항(Ra 및 Rb)에 의해 전원(18V)을 분배하여 설정된 기준전압(Vref)을 입력 받아 비교한다.
승압부(40)는 비교부(30)의 비교결과에 따라 온-오프되는 트랜지스터(45)의 스위칭 동작에 의해 트랜스(41)의 입력단(41a)을 온-오프 함으로서 전원부(10)로부 터 인가되는 24V의 직류전원을 수백V ~ 수천V의 교류 전압으로 승압한다. 트랜스(41)의 입력단(41a)에는 24V의 직류전원이 수시로 온-오프되므로 마치 교류가 트랜스(41)의 입력단(41a)에 인가된 것과 같은 효과를 얻는다. 이에 따라, 트랜스(41)의 출력단(41b)에는 고압의 교류가 유기된다.
정류부(50)는 승압부(40)에서 출력되는 고압의 교류전압을 정류하여 직류전원으로 변환하여 출력한다.
이와 같은, 고압전원장치에서 발생되는 고전압은 레이저 프린터(laser printer), 레이저 복합기 및 팩스와 같은 화상형성장치에서 토너의 유동을 통한 화상 형성을 위해 사용되며, 현상기의 롤러가 고압전원장치의 부하로 인식된다.
그러나, 화상형성장치 상에 현상기가 없을 때에는 고전압의 출력이 불필요하며 오히려 비정상적인 상황에 의한 고전압의 출력은 안전상의 문제를 야기할 수 있다.
예를 들어, 화상형성장치의 커버가 개방된 경우 고전압의 입력이 끊어지도록 되어 있으나, 커버 개방 스위치 불량이나 기타 비정상적 상황으로 인해 화상형성장치의 커버가 개방되었음에도 불구하고 고전압이 입력되게 되면 사용자는 감전을 당할 위험에 놓이게 된다. 또한, 비정상적 상황에서 고전압 출력이 그라운드(GND)와 단락된다면 화상형성장치에 회로적 손상이 발생될 수 있다.
이러한 감전 사고를 방지하기 위해서 고압이 인체저항(약 2KΩ)에 인가될 경우 출력전류가 2mA를 넘어서는 안되도록 규정하고 있는데, 이러한 규정을 만족시키기 위해서는 고압출력용량을 낮추어야 하므로 현상 프로세스 조건 자체를 수정해야 하는 어려움이 있었다.
따라서, 고압전원장치의 출력단이 인체저항이나 그라운드와 접촉될 경우 고전압의 출력을 차단할 수 있는 안전장치가 요구되어 진다.
따라서, 본 발명의 목적은 부하량을 감지하여 부하량이 일정 기준치 이하면 고전압의 발생을 차단시키는 고압전원장치 및 고압전원 제어방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고압전원장치는 외부로부터 교류전원 인가시, 이를 정류하여 제1 직류전원과 제2 직류전원을 생성하는 전원부, 상기 제1 직류전원이 인가되면 기설정된 듀티비를 가지는 펄스폭 변조신호를 생성하는 제어부, 상기 펄스폭 변조신호와 소정의 기준전압을 비교하여 구동신호를 출력하는 비교부, 상기 구동신호에 따른 스위칭 동작에 의해 상기 제2 직류전원을 승압하여 고전압을 발생시키는 고전압생성부 및 상기 고전압생성부의 출력단에 인가된 부하량을 감지하는 부하 감지부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 부하량이 일정치 이하이면 고전압 발생을 차단한다.
여기서, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 비교부로 입력되는 상기 펄스폭 변조신호를 차단함으로써 고전압 발생을 차단하는 고전압출력 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 비교부는 상기 펄스폭 변조신호를 정입력으로 하고 상기 기준전 압을 부입력으로 하는 연산증폭기인 것이 바람직하다.
또한, 상기 부하 감지부는 상기 고전압 생성부의 출력단에 부하가 인가되어 부하전류가 흐를 경우 이를 감지하여 부하감지 전위신호로 변환하고, 상기 제어부는 상기 부하감지 전위신호에 대응되는 부하 저항값이 기준치 이상이면 제1 논리레벨을 가지는 제어신호를 출력하고, 상기 부하 저항값이 기준치 미만이면 제2 논리레벨을 가지는 제어신호를 출력하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 고전압출력 제어부는 상기 제2 논리레벨을 가지는 제어신호가 입력되면 상기 펄스폭 변조신호가 상기 비교부로 입력되는 것을 차단하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 고전압출력 제어부는 베이스단은 상기 제어신호가 입력되며, 컬렉터단 및 에미터단 중 일단은 접지되고, 타단은 상기 비교부의 정입력단과 연결되는 트랜지스터인 것이 바람직하다.
또한, 상기 고전압출력 제어부는 상기 제2 논리레벨을 가지는 제어신호가 입력되면 상기 트랜지스터가 온되어 상기 연산증폭기의 정입력단의 전위를 영전위로 만드는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 비교부와 상기 고전압생성부의 출력단 사이에 궤환 저항을 연결하여 출력전압을 궤환 시키는 것이 바람직하다.
또한,상기 고전압생성부는 상기 구동신호에 따른 스위칭 동작에 의해 제2 직류전원을 고압의 교류전압으로 승압하는 승압부 및 상기 고압의 교류전압을 직류전압으로 정류하는 정류부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고압전원 제어방법은 외부로부터 교류전원 인가시, 이를 정류하여 제1 직류전원과 제2 직류전원을 생성하는 단계, 상기 제1 직류전원이 인가되면 기설정된 듀티비를 가지는 펄스폭 변조신호를 생성하는 단계, 상기 펄스폭 변조신호에 따른 고전압을 생성하는 단계, 상기 고전압이 인가된 부하량을 감지하는 단계 및 상기 부하량이 기준치 이하이면, 상기 펄스폭 변조신호가 입력되는 것을 차단함으로써 고전압 발생을 차단하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 부하량을 감지하는 단계는, 상기 고전압이 부하에 인가되어 흐르는 부하전류를 감지하여 부하감지 전위신호로 변환하는 단계 및 상기 부하감지 전위신호에 대응하는 부하 저항값을 인식하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서는 예시된 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고압전원장치의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 고압전원장치는 전원부(100), 제어부(200), 입력부(250), 비교부(300), 고전압 생성부(400), 부하감지부(700) 및 고전압출력 제어부(800)를 포함한다. 고전압 생성부(400)는 승압부(410)와 정류부(420)를 포함한다.
전원부(100)는 외부로부터 인가되는 교류전원을 정류하여 24V와 5V의 직류전원을 생성한다. 여기서, 24V는 승압부(410)의 동작전원이며, 5V는 제어부(200)의 동작전원으로 사용된다.
입력부(250)는 제어부(200)로부터 인가되는 펄스폭 변조신호(PWM)를 트랜지스터(TR1) 및 RC 저역통과 필터(R1, C1)를 통해 소정의 DC 레벨을 갖도록 변환한다.
비교부(300)는 정(+)입력단과 부(-)입력단을 가지는 연산증폭기(310)로 이루어지며, 정입력단으로는 소정의 DC 레벨을 갖도록 입력부(250)에서 변환된 펄스폭 변조신호(PWM')를 인가받고, 부입력단으로는 저항(R2 및 R3)에 의해 전압(18V)이 분압되어 입력된다. 이때, 상기 분압된 전압을 기준전압(Vref)이라 한다. 비교부(300)는 펄스폭 변조신호(PWM')와 기준전압(Vref)을 비교하여 승압부(410)의 트랜지스터(TR2)를 구동시키는 구동신호를 출력한다.
이때, 연산증폭기(310)의 동작 및 출력전압을 안정화시키기 위해 고전압생성부(400)의 출력전압(Vo)을 궤환 저항(Rf)을 통해 연산증폭기(310)의 정입력단으로 궤환시키는 것이 바람직하다. 여기서, 출력전압(Vo)을 정입력단으로 궤환시키는 이유는 출력전압이 음의 전압을 가지기 때문이며, 출력전압이 양의 전압을 가질 경우에는 부입력단으로 입력시키는 것이 바람직하다.
고전압 생성부(400)는 비교부(300)로부터 출력된 구동신호에 따라 수백V ~ 수천V의 전압을 출력한다.
승압부(410)는 비교부(300)로부터 출력된 구동신호에 따라 온-오프되는 트랜지스터(TR2)의 스위칭 동작에 의해 트랜스(411)의 입력단(411a)을 온-오프함으로써 전원부(100)로부터 인가되는 24V의 직류전원을 수백V ~ 수천V의 교류 전압으로 승압한다. 트랜스(411)의 입력단(411a)에는 24V의 직류전원이 구동신호에 따라 수시로 온-오프되므로 마치 교류가 트랜스(411)의 입력단(411a)에 인가된 것과 같은 효과를 얻는다. 이에 따라, 트랜스(411)의 출력단(411b)에는 고압의 교류가 유기된다.
정류부(420)는 승압부(410)에서 출력되는 고압의 교류전압을 캐패시터(C2, C3 및 C4)와 다이오드(D1, D2)에 의해 고압 직류전원으로 정류하여 고전압 생성부(400)의 출력단(650)을 통해 출력한다.
부하감지부(700)는 고전압 생성부(400)의 출력단(650)에 부하(Ro)가 인가되어 부하전류(IR)가 흐를 경우 이를 감지하여 부하감지 전위신호(Vs)로 변환하여 제어부(200)로 출력한다.
제어부(200)는 기설정된 값에 따라 소정의 듀티비를 가지는 펄스폭 변조신호(PWM)를 출력하고, 부하감지부(700)로부터 입력된 부하감지 전위신호(Vs)에 대응되는 부하 저항값을 인식하여 부하 저항값이 기준치 보다 높은 경우에는 논리 "하이(HIGH)"를 가지는 제어신호(TR-EA)를 출력하여 트랜지스터(TR3)를 오프(OFF)시키고, 부하 저항값이 기준치 보다 낮은 경우에는 논리 "로우(LOW)"를 가지는 제어신호(TR-EA)를 출력하여 트랜지스터(TR3)를 온(ON)시키도록 설정된다.
이러한 설정은 제어부(200)를 부하감지부(700)로부터 입력된 각각의 전위신호(Vs)에 상응하는 저항값을 가지는 기준테이블이 메모리 장치에 저장된 마이크로 프로세서(미도시)로 구성하고, ADC 포트로 입력된 부하감지 전위신호(Vs)를 디지털 신호로 변환하여 테이블과 비교함으로써 부하 저항값을 인식하고 부하 저항값이 기준치 보다 낮은 경우 논리 "로우(LOW)"를 가지는 제어신호(TR-EA)를 출력하도록 프로그래밍함으로써 쉽게 구현할 수 있다.
여기서, 기준치는 통상적으로 현상기가 장착되어 있을 경우 측정되는 최저 부하 저항값으로 설정할 수 있으며, 기타 사용자의 필요에 의해 그 값은 변경될 수 있다.
고전압출력 제어부(800)는 제어부(200)에서 제2 논리레벨을 가지는 제어신호가 입력된 경우 트랜지스터(TR3)가 온(on)되어 연산증폭기(310)의 정입력단의 전위를 영전위로 만든다. 이에 의해 제어부(200)로부터 출력된 펄스폭 변조신호(PWM)가 비교부(300)에 입력되는 것이 차단되어 고전압이 더 이상 출력되지 않도록 제어된다.
여기서, 트랜지스터(TR3)는 PNP 타입으로 에미터단은 연산증폭기(310)의 정입력단에 연결되고, 베이스단은 제어부(200)의 제어신호(TR-EA)가 입력되며, 컬렉터단은 접지된다. 따라서, 제어부(200)로부터 베이스단에 "로우" 신호가 입력될 경우 트랜지스터(TR3)가 온되어 연산증폭기(310)의 정입력단의 전위를 영전위로 만들게 된다.
본 실시예에서는 고전압출력 제어부(800)가 PNP 타입의 트랜지스터로 구성된 경우를 예를 들어 설명하였으나, 제어부(200)로부터 출력된 제어신호(TR-EA)에 따라 펄스폭 변조신호가 비교부(300)에 입력되는 것을 차단할 수 있도록 스위칭 작용을 하는 다른 구성요소로 구성하는 것도 가능하다.
도 3은 본 발명에 따른 고압전원 제어방법의 흐름도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 먼저, 전원부(100)에서 외부로부터 인가되는 교류전원을 정류하여 소정의 직류 전원(예컨대, 24V, 5V)을 생성한다(S910).
전원부(100)로부터 직류 전원이 인가되면, 제어부(200)는 기설정된 듀티비를 가지는 펄스폭 변조신호(PWM)를 생성하여 입력부(250)를 거쳐 비교부(310)의 정입력단으로 출력하고, 논리 "하이(HIGH)"의 제어신호(TR-EA)를 고전압출력 제어부(800)로 출력한다(S920). 고전압출력 제어부(800)는 논리 "하이"의 제어신호가 입력되므로 트랜지스터(TR3)가 턴 오프되어 고전압 생성부(400)의 승압 동작에 영향을 주지 않는다.
다음으로, 비교부(310)는 펄스폭 변조신호(PWM')와 소정의 기준전압을 비교하여 구동신호를 출력하고, 고전압 생성부(400)는 구동신호에 따른 스위칭 동작에 의해 전원부(100)로부터 입력된 직류전원을 승압하여 펄스폭 변조신호의 듀티비에 비례하는 고전압을 발생시킨다(S930).
이후, 제어부(200)는 부하 감지부(700)를 통해 고전압 생성부(400)의 출력단(650)에 인가된 부하량을 감지한다(S940).
이후, 부하 감지부(700)는 고전압 생성부(400)의 출력단(650)에 부하(Ro)가 인가되어 부하전류(IR)가 흐를 경우 이를 감지하여 부하감지 전위신호(Vs)로 변환하여 제어부(200)로 출력한다(S941). 다음으로, 제어부(200)는 부하감지부(700)로부터 입력된 부하감지 전위신호(Vs)에 대응되는 부하 저항값을 인식한다(S942).
제어부(200)는 부하 저항값과 기준치를 비교하여, 부하 저항값이 기준치 이하이면 제어신호(TR-EA)의 논리 레벨을 논리 "로우(LOW)"로 변경 출력하고, 기준치 이상이면 제어신호(TR-EA)의 논리 레벨을 논리 "하이(HIGH)"로 유지시킨다(S950).
논리 "로우(LOW)"의 제어신호(TR-EA)가 입력되면 트랜지스터(TR3)가 온(ON) 됨으로써 비교부(310)의 정입력단의 전위를 영전위로 만들어 펄스폭 변조신호(PWM')가 비교부(310)에 입력되는 것이 차단된다(S960). 이에 의해 고전압이 더 이상 발생되지 않는다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 커버 개방 스위치 불량이나 기타 비정상적 상황으로 인해 화상형성장치의 커버가 개방되었음에도 불구하고 고전압이 입력되더라도, 부하량이 기준치 이하일 경우 비교부에 입력되는 펄스폭 변조신호를 차단시킴으로써 고전압이 발생되는 것을 강제로 차단시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 감전 사고를 방지하기 위해서 고압이 인체저항(약 2KΩ)에 인가될 경우 출력전류가 2mA를 넘어서는 안되도록 한 안전 규정을 고압출력용량을 낮추거나 현상 프로세스 조건의 변경 없이 만족시킬 수 있다는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (11)

  1. 외부로부터 교류전원 인가시, 이를 정류하여 제1 직류전원과 제2 직류전원을 생성하는 전원부;
    상기 제1 직류전원이 인가되면 기설정된 듀티비를 가지는 펄스폭 변조신호를 생성하는 제어부;
    상기 펄스폭 변조신호와 소정의 기준전압을 비교하여 구동신호를 출력하는 비교부;
    상기 구동신호에 따른 스위칭 동작에 의해 상기 제2 직류전원을 승압하여 고전압을 발생시키는 고전압생성부; 및,
    상기 고전압생성부의 출력단에 인가된 부하량을 감지하는 부하 감지부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 부하량이 일정치 이하이면 고전압 발생을 차단하는 것을 특징으로 하는 고압전원장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 비교부로 입력되는 상기 펄스폭 변조신호를 차단함으로써 고전압 발생을 차단하는 고전압출력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압전원장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 비교부는,
    상기 펄스폭 변조신호를 정입력으로 하고 상기 기준전압을 부입력으로 하는 연산증폭기인 것을 특징으로 하는 고압전원장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 부하 감지부는 상기 고전압 생성부의 출력단에 부하가 인가되어 부하전류가 흐를 경우 이를 감지하여 부하감지 전위신호로 변환하고,
    상기 제어부는 상기 부하감지 전위신호에 대응되는 부하 저항값이 기준치 이상이면 제1 논리레벨을 가지는 제어신호를 출력하고, 상기 부하 저항값이 기준치 미만이면 제2 논리레벨을 가지는 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 고압전원장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 고전압출력 제어부는 상기 제2 논리레벨을 가지는 제어신호가 입력되면 상기 펄스폭 변조신호가 상기 비교부로 입력되는 것을 차단하는 것을 특징으로 고압전원장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 고전압출력 제어부는 베이스단은 상기 제어신호가 입력되며, 컬렉터단 및 에미터단 중 일단은 접지되고, 타단은 상기 비교부의 정입력단과 연결되는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 고압전원장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 고전압출력 제어부는 상기 제2 논리레벨을 가지는 제어신호가 입력되면 상기 트랜지스터가 온되어 상기 연산증폭기의 정입력단의 전위를 영전위로 만드는 것을 특징으로 하는 고압전원장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 비교부와 상기 고전압생성부의 출력단 사이에 궤환 저항을 연결하여 출력전압을 궤환 시키는 것을 특징으로 하는 고압전원장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 고전압생성부는,
    상기 구동신호에 따른 스위칭 동작에 의해 제2 직류전원을 고압의 교류전압으로 승압하는 승압부; 및
    상기 고압의 교류전압을 직류전압으로 정류하는 정류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압전원장치.
  10. 외부로부터 교류전원 인가시, 이를 정류하여 제1 직류전원과 제2 직류전원을 생성하는 단계;
    상기 제1 직류전원이 인가되면 기설정된 듀티비를 가지는 펄스폭 변조신호를 생성하는 단계;
    상기 펄스폭 변조신호에 따른 고전압을 생성하는 단계;
    상기 고전압이 인가된 부하량을 감지하는 단계; 및
    상기 부하량이 기준치 이하이면, 상기 펄스폭 변조신호가 입력되는 것을 차단함으로써 고전압 발생을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압전원 제어방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 부하량을 감지하는 단계는,
    상기 고전압이 부하에 인가되어 흐르는 부하전류를 감지하여 부하감지 전위신호로 변환하는 단계; 및
    상기 부하감지 전위신호에 대응하는 부하 저항값을 인식하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압전원 제어방법.
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