KR100600796B1 - 디지털 제어방식의 고전압 발생장치 및 고전압 발생방법 - Google Patents

디지털 제어방식의 고전압 발생장치 및 고전압 발생방법 Download PDF

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Abstract

디지털 제어방식의 고전압 발생장치 및 고전압 발생방법이 개시된다. 본 발명에 따른 고전압 발생장치는, 접속된 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 전원변압기의 2차측 코일의 유기전압을 제어하는 스위칭부, 소정 방식의 통신 인터페이스를 제공하는 디지털 인터페이스부, 및 디지털 인터페이스를 통해 입력되는 제어 데이터에 따라, 스위칭부의 단속 동작을 제어하는 디지털 제어부를 포함하는 고전압 발생장치에 있어서, 디지털 제어부는, 디지털 인터페이스로부터의 기준전압을 입력받아, 스위칭부의 스위칭 구간폭을 산출하는 스위칭 구간폭 산출부, 디지털 제어부의 출력전압을 입력받아 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 산출하는 주파수 카운터부, 및 산출된 스위칭 구간폭 및 출력전압의 카운트 값을 통해, 스위칭부의 스위칭 시점을 결정하는 스위칭 시점 결정부를 구비한다. 본 발명에 따르면 스위칭 소자에서의 발열량을 저감시켜 스위칭 소자의 손상을 방지할 수 있게 된다.
고전압 발생장치, 스위칭 구간폭 산출, 주파수 카운터, 스위칭 시점 결정

Description

디지털 제어방식의 고전압 발생장치 및 고전압 발생방법{Apparatus for generating high voltage by digital control and method thereof}
도 1은 종래의 화상형성장치에 대한 개략적인 단면도,
도 2는 종래의 고전압 발생장치의 일 예에 대한 회로 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 발생장치의 블럭도, 및
도 4는 도 3의 디지털 제어부의 블럭도이다.
본 발명은 디지털 제어방식의 고전압 발생장치 및 고전압 발생방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 최적의 스위칭 시점 결정을 통한 고전압 발생장치 및 고전압 발생방법에 관한 것이다.
화상형성장치는 입력되는 원본 화상 데이터에 대응하는 이미지를 인쇄용지와 같은 기록매체에 인쇄처리하는 장치를 말한다. 화상형성장치의 예로는 프린터나 복사기 또는 팩시밀리 등을 들 수 있다. 이러한 화상형성장치에서 전자사진방식은 레이저 프린터(Laser Beam Printer), LPH(LED Print Head) 프린터, 및 팩시밀리 등과 같은 화상형성장치에 채용되고 있다. 전사사진방식 화상형성장치는 대전, 노광, 현상, 전사, 및 정착 등의 과정을 통해 인쇄작업을 수행한다.
도 1은 종래 전자사진방식 화상형성장치에 대한 개략적인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 전자사진방식 화상형성장치는, 감광드럼(1), 대전롤러(2), 광주사장치(Laser Scanning Unit : LSU)(3), 현상롤러(4), 전사롤러(5), 제어부(6), 및 고전압 발생장치(Hign Voltage Power Supply:HVPS)(70)를 포함한다.
이러한 구성을 갖는 전자사진방식 화상형성장치의 인쇄동작을 살펴보면, 먼저, 고전압 발생장치(70)는 제어부(6)의 제어에 따라 대전롤러(2), 현상롤러(4), 및 전사롤러(5)에 소정의 전압을 인가한다. 대전롤러(2)는 고전압 발생장치(6)로부터 인가되는 대전전압으로 감광드럼(1)의 표면을 균일하게 대전시킨다. 그리고, 광주사장치(3)는 제어부(6)로부터 입력된 이미지 데이터에 대응되는 광을 감광드럼(1)에 주사한다. 이에 따라, 감광드럼(1)의 표면에는 정전잠상이 형성된다.
이후 감광드럼(1)의 표면에 형성된 정전잠상에는 현상롤러(4)에 의해 공급되는 토너에 의해 토너화상이 형성된다. 고전압 발생장치(70)로부터 인가되는 전사전압에 의해 구동되는 전사롤러(5)는 감광드럼(1)에 형성된 토너화상을 기록용지에 전사시킨다. 그리고, 기록용지에 전사된 토너화상은 정착기(미도시)의 고열 및 압력에 의해 인쇄용지에 정착되어 배출방향(미도시)를 통해 외부로 배출됨으로써 인쇄가 완료되도록 구성된다.
상기한 바와 같이, 고전압 발생장치(70)는, 복사기, 레이저빔프린터, 팩시밀리 등의 핵심 부품으로, 12~24V의 저전압을 순간적으로 수백~수천[V]의 고전압으로 변환시켜 프린터나 복사기 드럼 위로 고압방전을 형성해 문자인쇄를 가능하게 하는 장치로서, 사용목적에 따라 전압 혹은 전류를 센싱함에 의하여 정전압이나 정전류원으로 사용되고 있다.
도 2는 종래의 고전압 발생장치의 일 예에 대한 회로도이다. 도 2를 참조하면, 종래의 고전압 발생장치는, 저역 통과 필터부(10), 전압제어부(20), 오실레이터 및 전원변압부(30), 전압배압부(40), 전압센싱부(50), 및 보호부(60)를 포함한다.
저역 통과 필터부(10)는 엔진 제어부 등으로부터 듀티(duty) 비에 따라 출력전압의 레벨이 결정되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호인 D(t)가 입력되면, 입력된 신호를 기반으로 RC 2단 필터를 통하여 DC 신호로 변화하여 출력하며, 이 DC 신호가 출력전압 제어의 기준신호로 사용된다.
전압제어부(20)는 차분회로와 오차신호를 증폭한 제어기로 동작하며, 저역 통과 필터부(10)를 거쳐 출력되는 DC 신호와 실제 출력전압을 피드백(Feedback)한 신호를 비교하여, 오실레이터 및 전원변압부(30)의 트랜지스터 Q의 구동신호를 발생한다.
오실레이터 및 전원변압부(30)는 전압제어부(20)의 출력 신호를 바탕으로 트랜지스터 Q의 베이스 전류량을 제어하여, 트랜지스터의 이미터와 콜렉터 양단간의 전압이 변동됨에 따라, 전압변압기의 1차측 코일의 전압이 변동되어, 높은 턴비로 구성된 전원변압기의 2차측 코일에 전압이 유기된다.
전압배압부(40)는, 정류용 다이오드 D1 및 D2와 전압 배압 및 평활용 커패시터 C4 및 C5를 사용하여, 전원변압기의 2차측 코일에 유기된 교류전압으로부터 최 종 직류 고압을 발생시킨다. 그리고, 전압 센싱부(50)와 보호부(60)는 실제 출력전압을 감지하여 전압 제어부(20)로 피드백 신호를 생성하며, 이상 전압의 인가를 방지한다.
참고로 도 2에 도시한 고전압 발생장치는 특정 한개의 채널의 현상 유니트에 고전압을 발생시키기 위한 회로도이며, 대전롤러(2), 현상롤러(4) 및 전사롤러(5) 등에 소정의 고전압을 인가하기 위해서는 각각 별개의 채널을 필요로 한다.
그런데, 이와 같은 종래의 고전압 발생장치는, 각 채널별 출력을 개별적으로 정밀하게 제어하기 위하여 아날로그 제어 방식을 사용하며, 이에 따라 RC 필터 및 전압제어 부분 등의 부품 특성 편차에 의해 기인하는 오차를 보정해 주어야 한다.
또한, 다수의 부품을 사용함에 따라 단가 절감이 용이하지 않으며, 외부 요인에 따른 단위 부품의 불량에 따라 전체가 오동작하는 경우가 발생할 수 있다. 그리고, 오실레이터 및 전원변압부에서 스위칭 소자로 사용되는 트랜지스터는 항상 선형(Linear) 영역에서 동작하므로, 트랜지스터는 발열특성을 항시 가지게 된다.
더욱이, 도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 고전압 발생장치는 다수의 부품을 사용함으로, 조립 작업 공정에서 공수 및 작업 시간이 증가하게 되고, 다수의 부품 배치를 위한 PCB(Printed Circuit Board) 공간의 확보도 필요하며, 부품의 접속상태가 고정되어 출력전압의 제어가 용이하지 못하다.
이러한 문제점을 극복하기 위해 종래기술에 따른 고전압 발생장치는 디지털 제어방식을 사용하였다. 그러나, 아날로그 소자를 ASIC(application-specific integrated circuit)화한 HVPS 회로의 구성은 스위칭 소자로서 통상적으로 MOSFET 소자를 포함하게 되는데, MOSFET 소자가 트랜지스터의 선영역에서 스위칭 동작을 하는 경우에 많은 발명이 있게 되고, 이는 스위칭 소자의 손상을 초래하게 된다.
본 발명에서 적용되는 HVPS ASIC은 발열량이 적은 스위칭 회로 토폴로지 구조를 가져야 하며 이를 위해서는 최적화된 스위칭 소자의 동작시점의 결정이 필요하다. 스위칭 소자 양단간의 전압이 최저가 되는 구간에서 스위칭이 이루어질 때, 스위칭 소장에서의 발열량이 최소가 되며, 이때가 최적화된 스위칭 소자의 동작시점이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 최적의 스위칭 시점 결정을 통한 고전압 발생장치 및 고전압 발생방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고전압 발생장치는, 접속된 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 상기 전원변압기의 2차측 코일의 유기전압을 제어하는 스위칭부, 소정 방식의 통신 인터페이스를 제공하는 디지털 인터페이스부, 및 상기 디지털 인터페이스를 통해 입력되는 제어 데이터에 따라, 상기 스위칭부의 단속 동작을 제어하는 디지털 제어부를 포함하는 고전압 발생장치에 있어서, 상기 디지털 제어부는, 상기 디지털 인터페이스로부터의 기준전압을 입력받아, 상기 스위칭부의 스위칭 구간폭을 산출하는 스위칭 구간폭 산출부, 상기 디지털 제어부의 출력전압을 입력받아 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카 운트 값을 산출하는 주파수 카운터부, 및 상기 산출된 스위칭 구간폭 및 상기 출력전압의 카운트 값을 통해, 상기 스위칭부의 스위칭 시점을 결정하는 스위칭 시점 결정부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 스위칭 구간은 상기 유기전압의 최소값구간인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위칭 구간폭 산출부는 상기 유기전압의 궤환신호를 입력받고, 상기 궤환신호에 따라 상기 스위칭 구간폭을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위칭 시점중 스위칭 온(ON) 시점은 다음의 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112005038185183-pat00001
여기서, Tr은 출력전압의 반주기, Teff는 스위칭 구간폭.
또한, 상기 스위칭 시점중 스위칭 오프(off) 시점은 다음의 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112005038185183-pat00002
여기서, Tr은 출력전압의 반주기, Teff는 스위칭 구간폭.
또한, 상기 스위칭부, 상기 디지털 인터페이스부, 및 디지털 제어부는 하나의 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩내에 실현되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위칭부는, MOSFET를 상기 단속 동작을 위한 스위칭 소자로 사용하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 화상형성장치는, 접속된 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 상기 전원변압기의 2차측 코일의 유기전압을 제어하는 스위칭부, 소정 방식의 통신 인터페이스를 제공하는 디지털 인터페이스부, 및 상기 디지털 인터페이스를 통해 입력되는 제어 데이터에 따라, 상기 스위칭부의 단속 동작을 제어하는 디지털 제어부를 포함하는 고전압 발생장치를 포함하는 화상형성장치에 있어서, 상기 디지털 제어부는, 상기 디지털 인터페이스로부터의 기준전압을 입력받아, 상기 스위칭부의 스위칭 구간폭을 산출하는 스위칭 구간폭 산출부, 상기 디지털 제어부의 출력전압을 입력받아 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 산출하는 주파수 카운터부, 및 상기 산출된 스위칭 구간폭 및 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 통해, 상기 스위칭부의 스위칭 시점을 결정하는 스위칭 시점 결정부를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 고전압 발생방법은, 접속된 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 상기 전원변압기의 2차측 코일의 유기전압을 제어하는 스위칭부, 소정 방식의 통신 인터페이스를 제공하는 디지털 인터페이스부, 및 상기 디지털 인터페이스를 통해 입력되는 제어 데이터에 따라, 상기 스위칭부의 단속 동작을 제어하는 디지털 제어부를 포함하는 고전압 발생장치상의 고전압 발생방법에 있어서, (a) 상기 디지털 인터페이스로부터의 기준전압을 입력받아, 상기 스위칭부의 스위칭 구간폭을 산출하는 단계, (b) 상기 디지털 제어부의 출력전압을 입력받아 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 산출하는 단계, 및 (c) 상기 산출된 스위칭 구간폭 및 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 통해, 상기 스위칭부의 스위칭 시점을 결정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 스위칭 구간은 상기 유기전압의 최소값구간인 것을 특징으로 한다.
또한, (d) 상기 유기전압의 궤환신호를 입력받고, 상기 궤환신호에 따라 상기 스위칭 구간폭을 산출하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 스위칭 시점중 스위칭 온(ON) 시점은 다음의 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112005038185183-pat00003
여기서, Tr은 출력전압의 반주기, Teff는 스위칭 구간폭.
또한, 상기 스위칭 시점중 스위칭 오프(off) 시점은 다음의 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112005038185183-pat00004
여기서, Tr은 출력전압의 반주기, Teff는 스위칭 구간폭.
또한, 상기 (a) 단계 내지 (d) 단계는 하나의 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩내에서 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위칭부는, MOSFET를 상기 단속 동작을 위한 스위칭 소자로 사 용하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 화상형성장치에 이용되는 고전압 발생방법은, 접속된 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 상기 전원변압기의 2차측 코일의 유기전압을 제어하는 스위칭부, 소정 방식의 통신 인터페이스를 제공하는 디지털 인터페이스부, 및 상기 디지털 인터페이스를 통해 입력되는 제어 데이터에 따라, 상기 스위칭부의 단속 동작을 제어하는 디지털 제어부를 포함하는 고전압 발생장치를 포함하는 화상형성장치에 있어서, (a) 상기 디지털 인터페이스로부터의 기준전압을 입력받아, 상기 스위칭부의 스위칭 구간폭을 산출하는 단계, (b) 상기 디지털 제어부의 출력전압을 입력받아 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 산출하는 단계, 및 (c) 상기 산출된 스위칭 구간폭 및 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 통해, 상기 스위칭부의 스위칭 시점을 결정하는 단계,를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 ASIC 칩은, 하나의 반도체 기판위에 구현되는 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩에 있어서, 접속된 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 상기 전원변압기의 2차측 코일의 유기전압을 제어하는 스위칭부, 소정 방식의 통신 인터페이스를 제공하는 디지털 인터페이스부, 및 상기 디지털 인터페이스를 통해 입력되는 제어 데이터에 따라, 상기 스위칭부의 단속 동작을 제어하는 디지털 제어부를 포함하며, 상기 디지털 제어부는, 상기 디지털 인터페이스로부터의 기준전압을 입력받아, 상기 스위칭부의 스위칭 구간폭을 산출하는 스위칭 구간폭 산출부, 상기 디지털 제어부의 출력전압을 입력받아 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 산출하는 주파수 카운터부, 및 상기 산출된 스위칭 구간폭 및 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 통해, 상기 스위칭부의 스위칭 시점을 결정하는 스위칭 시점 결정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 스위칭 구간은 상기 유기전압의 최소값구간인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위칭 구간폭 산출부는 상기 유기전압의 궤환신호를 입력받고, 상기 궤환신호에 따라 상기 스위칭 구간폭을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위칭 시점중 스위칭 온(ON) 시점은 다음의 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112005038185183-pat00005
여기서, Tr은 출력전압의 반주기, Teff는 스위칭 구간폭.
또한, 상기 스위칭 시점중 스위칭 오프(off) 시점은 다음의 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112005038185183-pat00006
여기서, Tr은 출력전압의 반주기, Teff는 스위칭 구간폭.
또한, 상기 스위칭부는, MOSFET를 상기 단속 동작을 위한 스위칭 소자로 사용하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 발생장치의 블럭도이다. 도 3을 참조하면, 본 고전압 발생장치는, 하나의 ASIC 칩내에 구비되는 디지털 인터페이스부(100), 오실레이터(130), 파워온리셋부(150), 제1 내지 제4 디지털 제어부(200, 300, 400, 500), 제1 내지 제4 스위칭부(270, 370, 470, 570)를 포함한다.
제1 내지 제4 스위칭부(270, 370, 470, 570)에는 각각 전원변압기, 전원배압회로 등이 구비된 출력부가 연결되는데, 도 3에서는 편의상 제1 스위칭부(270)에만 제1 출력부(650)가 접속되어 있는 경우를 도시하였다.
디지털 인터페이스부(100)는 출력전압의 파형이나 크기를 제어하기 위해 사용되는 제어 데이터를 엔진 제어부 등으로부터 전달받는다. 제어 데이터는, 듀티(duty) 비에 따라 출력전압의 레벨이 결정되는 PWM(Pulse Width Modulation) 형식데이터이거나, 혹은 범용 비동기화 송수신 방식인 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), 두 개의 장치간에 직렬 통신으로 데이터를 교환할 수 있게 해주는 인터페이스인 SPI(Serial Peripheral Interface), 및 양방향 직렬 버스인 I2C 등의 시리얼 통신 인터페이스를 통해 전달되는 데이터 형식일 수 있다.
디지털 인터페이스부(100)는 엔진 제어부 등으로부터 입력받은 제어 데이터를 소정의 포멧으로 변환한 후, 제1 내지 제4 디지털 제어부(200, 300, 400, 500)로 각각 전달하여, 출력전압의 파형을 결정하는 시정수(data1, data2, data3, data4) 및 출력전압의 크기를 결정하는 제어 기준전압값 (V011*, V02*, V032*, V044*)으로 사용하도록 한다.
제1 내지 제4 디지털 제어부(200, 300, 400, 500)의 구성 및 기능은 동일하며, 디지털 인터페이스부(100)로부터 전달받은 제어 기준전압값( V011*, V02*, V032*, V044*)을 실제 출력되는 각 채널의 출력전압을 감지하여 피드백(feedback)한 신호(Vo)와 비교하고, 그 비교 결과에 따라 제1 내지 제4 스위칭부(270, 370, 470, 570) 중에서 대응되는 스위칭 소자의 구동신호로 사용하도록 한다.
제1 내지 제4 스위칭부(270, 370, 470, 570)도 ASIC 칩내에 구비되며, 스위칭 소자로 MOSFET(M1, M2, M3, M4)를 사용한다. 제1 내지 제4 스위칭부(270, 370, 470, 570)는 각각 제1 내지 제4 디지털 제어부(200, 300, 400, 500)에서 출력되는 구동신호가 MOSFET의 게이트(Gate)에 인가되어 온오프됨으로써 드레인(Drain)에 직렬 연결된 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전압이 제어되도록 구성된다. 이와 같이, 트랜지스터 대신 MOSFET를 스위칭 소자로 사용함으로써, 종래와 같이 트랜지스터의 발열 방지를 위한 방열판의 사용이 불필요해진다.
제1 출력부(650)는 전원변압기, 전압배압부, 및 정류부를 포함한다. 전압변압기는 스위칭 소자에 직렬연결되어, 스위칭 소자의 온오프 동작에 따라 직렬 공진되어 교류신호를 발생시키도록 구성되며, 이에 따라 전원변압기의 2차측 코일에 높은 전위를 가지는 교류전압이 유기된다.
전압배압부 및 정류부는 전원변압기의 2차측 코일에 유기된 교류전압을 출력전압의 범위에 따라 단순 정류하여 사용하거나, 배압회로를 거쳐 승압후 최종 출 력전압으로 사용할 수 있도록 구성된다. 그리고, 고전압 발생장치(600)에는 클럭 발생기인 오실레이터(Oscillator)(130)와, 전원인가시 리셋 신호를 공급하는 파워온리셋부(150)가 구비되며, 고전압 공급용 전원인 24V와 IC 구동용 전원인 VDD가 공급되도록 구성되어 있다.
이와 같은 구성에 의해, 엔진 제어부 등에서 전달되는 제어 데이터에 따라 각 채널의 출력부를 제어하여 고전압을 발생시킨다.
도 4는 도 3의 제1 디지털 제어기의 내부 블럭도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제1 디지털 제어기에서의 최적의 스위칭 시점 결정의 원리를 나타낸 도면이다. 도 5에 나타난 파형은 제1 스위칭부(270)의 스위칭 소자 양단간의 전압의 시간축에 따른 변화를 특성을 나타낸 것으로, 공진회로에 의해 일정한 주파수를 갖는 정현파 전압특성을 갖는다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 제1 디지털 제어기에서의 최적의 스위칭 시점 결정의 원리를 설명하면, 제1 디지털 제어부(200)는 스위칭 구간폭 산출부(210), 주파수 카운터부(250), 스위칭 시점 결정부(270), 및 게이트 드라이버(290)를 구비한다. 스위칭 구간폭 산출부(210)는 SPI(211), A/D(213), ZOH(215), 가산기(217), PI 제어기(219), 및 리미터(Limiter)(221)를 포함한다.
한편, 주파수 카운터부(250)는 비교기(251), 카운터(253), 및 OSC(255)를 포함한다.
이와 같은 구성에서, 스위칭 구간폭 산출부(210)의 SPI(211), A/D(213), ZOH(215), 및 가산기(217)는 디지털 인터페이스부(100)로부터 전달받은 제어 기준 전압값(Vo *)과 실제 출력전압을 피드백(feedback)한 신호(Vo)를 비교한 후, 그 결과를 PI 제어기(219)로 전달한다.
PI 제어기(219)는 출력전압을 일정한 값으로 제어하기 위한 구성으로, 전달받은 제어 기준전압값(Vo *)과 실제 출력전압을 피드백(feedback)한 신호(Vo)를 비교결과를 통해 스위칭 구간폭(Teff)을 산출한다.
여기서 스위칭 구간폭은 도 5에 나타난 정현파형의 최저 전압구간으로서, 이러한 최저 전압구간에서 스위칭이 이루어지면 스위칭 소자에서의 발열량을 저감시켜 최소의 스위칭 손실 특성을 얻을 수 있는 구간이다.
제1 디지털 제어부(200)에서의 출력전압의 값은 스위칭 소자가 스위칭되는 유효시간인 스위칭 구간폭(Teff)으로 정의될 수 있을 것이다.
주파수 카운터부(250)내의 비교기(251)는 스위칭 소자로 사용되는 MOSFET 양단간의 전압을 검출하여 제로 크로싱(Zero Crossing) 상태를 검출한다. 여기서 본 발명을 실시함에 있어서 전술한 제로 크로싱에서의 전압은 24V가 될 수 있을 것이다.
또한, 카운터(253)는 비교기(251)가 검출한 제로 크로싱 상태로부터, 다시 최초의 제로 크로싱 상태가 될 때까지 카운트 값을 계산한다. 카운터(253)에 의해 계산된 카운트 값은 제1 디지털 제어부(200)로부터의 출력전압(Vout _x)의 반주기(Tr)에 해당한다.
그 다음, 카운터에서 계산된 전술한 반주기(Tr)에 해당하는 카운트 값은 스위칭 시점 결정부(290)로 전달된다. 스위칭 시점 결정부(290)는 스위칭 구간폭 산출부(210)로부터 전달받은 스위칭 구간폭(Teff) 및 주파수 카운터부(250)로부터 전달받은 출력전압(Vout _x)의 반주기(Tr)에 해당하는 카운트 값을 통해 제1 스위칭부(270)에서의 실제 스위칭 '온(ON)' 및 '오프(OFF)' 시간을 계산한다. 스위칭 시점 결정부(290)에서의 계산과정은 이하 수학식을 통하여 설명한다.
Figure 112005038185183-pat00007
Figure 112005038185183-pat00008
상기 수학식에서, Tr은 출력전압의 반주기, Teff는 스위칭 구간폭을 의미한다. 상기 수학식을 이용하여 스위칭 시점 결정부(290)에서의 계산과정을 설명하면, 제1 디지털 제어부(200)로부터의 출력전압(Vout _x)의 반주기(Tr)에 1.5를 곱하면, 24V를 기준으로 출력전압(Vout _x)의 크기가 가장 작은 값이 되는 정현파형 상의 극소점에 이르기까지의 시간이 산출된다.
만약, 여기에서, 스위칭 소자가 스위칭되는 유효시간인 스위칭 구간폭(Teff)에 0.5를 곱한 값을 뺀 경우에는, 제1 스위칭부(270)에서의 실제 스위칭 '온(ON)' 에 해당하는 시간인 'TON'이 계산되고, 스위칭 소자가 스위칭되는 유효시간인 스위칭 구간폭(Teff)에 0.5를 곱한 값을 더한 경우에는, 제1 스위칭부(270)에서의 실제 스위칭 '오프(OFF)'에 해당하는 시간인 'TOFF'가 계산된다.
스위칭 시점 결정부(270)는 전술한 과정을 통해서 계산된 'TON' 및 'TOFF'를 이용하여, 최종적으로 스위칭 소자로 사용되는 MOSFET에 인가할 PWM 형태의 게이트 신호(Vout_x)를 발생하며, 이 신호는 MOSFET의 게이트단에 인가된다.
한편, 제2 내지 제4 디지털 제어기(300, 400, 500)의 구성 및 기능은, 상기한 제1 디지털 제어기(200)의 구성 및 기능과 동일할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 스위칭 소자에서의 발열량을 저감시켜 스위칭 소자의 손상을 방지할 수 있게 된다. 또한, 스위치 양단간의 전압을 직접 검출하여 스위칭 시점을 설정하므로 부하가 변동되는 경우에도 최적의 스위칭 구간을 설정할 수 있게 된다. 또한, 기존의 동기신호 캐리어(Carrier) 비교 방식에 의한 PWM 발생회로에 비해 회로가 간단하며 정확한 스위칭 시점을 결정할 수 있게 된다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (22)

  1. 접속된 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 상기 전원변압기의 2차측 코일의 유기전압을 제어하는 스위칭부, 소정 방식의 통신 인터페이스를 제공하는 디지털 인터페이스부, 및 상기 디지털 인터페이스를 통해 입력되는 제어 데이터에 따라, 상기 스위칭부의 단속 동작을 제어하는 디지털 제어부를 포함하는 고전압 발생장치에 있어서,
    상기 디지털 제어부는, 상기 디지털 인터페이스로부터의 기준전압을 입력받아, 상기 스위칭부의 스위칭 구간폭을 산출하는 스위칭 구간폭 산출부;
    상기 디지털 제어부의 출력전압을 입력받아 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 산출하는 주파수 카운터부; 및
    상기 산출된 스위칭 구간폭 및 상기 출력전압의 카운트 값을 통해, 상기 스위칭부의 스위칭 시점을 결정하는 스위칭 시점 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스위칭 구간은 상기 유기전압의 최소값구간인 것을 특징으로 하는 고전 압 발생장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 스위칭 구간폭 산출부는 상기 유기전압의 궤환신호를 입력받고, 상기 궤환신호에 따라 상기 스위칭 구간폭을 산출하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스위칭 시점중 스위칭 온(ON) 시점은 다음의 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
    Figure 112005038185183-pat00009
    여기서, Tr은 출력전압의 반주기, Teff는 스위칭 구간폭.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 스위칭 시점중 스위칭 오프(off) 시점은 다음의 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
    Figure 112005038185183-pat00010
    여기서, Tr은 출력전압의 반주기, Teff는 스위칭 구간폭.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 스위칭부, 상기 디지털 인터페이스부, 및 디지털 제어부는 하나의 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩내에 실현되는 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 스위칭부는, MOSFET를 상기 단속 동작을 위한 스위칭 소자로 사용하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
  8. 접속된 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 상기 전원변압기의 2차측 코일의 유기전압을 제어하는 스위칭부, 소정 방식의 통신 인터페이스를 제공하는 디지털 인터페이스부, 및 상기 디지털 인터페이스를 통해 입력되는 제어 데이터에 따라, 상기 스위칭부의 단속 동작을 제어하는 디지털 제어부를 포함하는 고전압 발생장치를 포함하는 화상형성장치에 있어서,
    상기 디지털 제어부는, 상기 디지털 인터페이스로부터의 기준전압을 입력받아, 상기 스위칭부의 스위칭 구간폭을 산출하는 스위칭 구간폭 산출부;
    상기 디지털 제어부의 출력전압을 입력받아 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 산출하는 주파수 카운터부; 및
    상기 산출된 스위칭 구간폭 및 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 통 해, 상기 스위칭부의 스위칭 시점을 결정하는 스위칭 시점 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치를 이용하여 전압을 발생하는 화상형성장치.
  9. 접속된 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 상기 전원변압기의 2차측 코일의 유기전압을 제어하는 스위칭부, 소정 방식의 통신 인터페이스를 제공하는 디지털 인터페이스부, 및 상기 디지털 인터페이스를 통해 입력되는 제어 데이터에 따라, 상기 스위칭부의 단속 동작을 제어하는 디지털 제어부를 포함하는 고전압 발생장치상의 고전압 발생방법에 있어서,
    (a) 상기 디지털 인터페이스로부터의 기준전압을 입력받아, 상기 스위칭부의 스위칭 구간폭을 산출하는 단계;
    (b) 상기 디지털 제어부의 출력전압을 입력받아 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 산출하는 단계; 및
    (c) 상기 산출된 스위칭 구간폭 및 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 통해, 상기 스위칭부의 스위칭 시점을 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 스위칭 구간은 상기 유기전압의 최소값구간인 것을 특징으로 하는 고전압 발생방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    (d) 상기 유기전압의 궤환신호를 입력받고, 상기 궤환신호에 따라 상기 스위칭 구간폭을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 스위칭 시점중 스위칭 온(ON) 시점은 다음의 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 고전압 발생방법.
    Figure 112005038185183-pat00011
    여기서, Tr은 출력전압의 반주기, Teff는 스위칭 구간폭.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 스위칭 시점중 스위칭 오프(off) 시점은 다음의 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 고전압 발생방법.
    Figure 112005038185183-pat00012
    여기서, Tr은 출력전압의 반주기, Teff는 스위칭 구간폭.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 (a) 단계 내지 (d) 단계는 하나의 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩내에서 실행되는 것을 특징으로 하는 고전압 발생방법.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 스위칭부는, MOSFET를 상기 단속 동작을 위한 스위칭 소자로 사용하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생방법.
  16. 접속된 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 상기 전원변압기의 2차측 코일의 유기전압을 제어하는 스위칭부, 소정 방식의 통신 인터페이스를 제공하는 디지털 인터페이스부, 및 상기 디지털 인터페이스를 통해 입력되는 제어 데이터에 따라, 상기 스위칭부의 단속 동작을 제어하는 디지털 제어부를 포함하는 고전압 발생장치를 포함하는 화상형성장치에 있어서,
    (a) 상기 디지털 인터페이스로부터의 기준전압을 입력받아, 상기 스위칭부의 스위칭 구간폭을 산출하는 단계;
    (b) 상기 디지털 제어부의 출력전압을 입력받아 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 산출하는 단계; 및
    (c) 상기 산출된 스위칭 구간폭 및 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 통해, 상기 스위칭부의 스위칭 시점을 결정하는 단계;를 포함하는 고전압 발생방법을 이용하여 전압을 발생하는 화상형성장치.
  17. 하나의 반도체 기판위에 구현되는 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩에 있어서,
    접속된 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 상기 전원변압기의 2차측 코일의 유기전압을 제어하는 스위칭부;
    소정 방식의 통신 인터페이스를 제공하는 디지털 인터페이스부; 및
    상기 디지털 인터페이스를 통해 입력되는 제어 데이터에 따라, 상기 스위칭부의 단속 동작을 제어하는 디지털 제어부;를 포함하며,
    상기 디지털 제어부는, 상기 디지털 인터페이스로부터의 기준전압을 입력받아, 상기 스위칭부의 스위칭 구간폭을 산출하는 스위칭 구간폭 산출부, 상기 디지털 제어부의 출력전압을 입력받아 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 산출하는 주파수 카운터부, 및 상기 산출된 스위칭 구간폭 및 상기 출력전압의 반주기에 해당하는 카운트 값을 통해, 상기 스위칭부의 스위칭 시점을 결정하는 스위칭 시점 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 ASIC 칩.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 스위칭 구간은 상기 유기전압의 최소값구간인 것을 특징으로 하는 ASIC 칩.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 스위칭 구간폭 산출부는 상기 유기전압의 궤환신호를 입력받고, 상기 궤환신호에 따라 상기 스위칭 구간폭을 산출하는 것을 특징으로 하는 ASIC 칩.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 스위칭 시점중 스위칭 온(ON) 시점은 다음의 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 ASIC 칩.
    Figure 112005038185183-pat00013
    여기서, Tr은 출력전압의 반주기, Teff는 스위칭 구간폭.
  21. 제 17항에 있어서,
    상기 스위칭 시점중 스위칭 오프(off) 시점은 다음의 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 ASIC 칩.
    Figure 112005038185183-pat00014
    여기서, Tr은 출력전압의 반주기, Teff는 스위칭 구간폭.
  22. 제 17항에 있어서,
    상기 스위칭부는, MOSFET를 상기 단속 동작을 위한 스위칭 소자로 사용하는 것을 특징으로 하는 ASIC 칩.
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