KR100635282B1 - 디지털 제어방식의 고전압 발생장치 및 고전압 발생방법 - Google Patents
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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 코일에 유기되는 전압을 제어하는 스위칭부, 입력되는 제어 데이터에 따라, 스위칭부의 단속 동작을 제어하는 디지털 제어부, 및 소정 통신 프로토콜에 의해 전달되는 제어 코드로부터 추출한 제어 데이터를 디지털 제어부에 제공하는 디지털 인터페이스부를 구비한다. 본 발명에 따르면, 고전압 발생장치에서의 부품수 절감을 통하여 공간 활용의 효율성 및 공정 수율의 상승을 기대할 수 있게 된다.
고전압 발생장치, 스위칭부, 디지털 제어부, 디지털 인터페이스부, ASIC
Description
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 4a는 멀티(Multi) 방식 C-LBP의 경우, 도 4b는 탠덤(Tandem)방식 C-LBP의 경우에서의 본 발명에 따른 ASIC 칩의 적용예를 나타낸 도면이다.
본 발명은 고전압 발생장치 및 고전압 발생방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디지털 제어방식의 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, 현 상, 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, 전원변압기의 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.
아울러, 종래의 기술을 4개의 채널에서의 동시간대의 전사가 요구되는 칼라 화상형성장치에 적용하는 경우에는, 도 2에 도시한 고전압 발생장치는 4개가 필요 하게 되며, 이러한 경우에 전술한 문제점은 더욱 부각될 것이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 디지털 제어방식의 고전압 발생장치 및 고전압 발생방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고전압 발생장치는, 접속된 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 상기 전원변압기의 2차측 코일에 유기되는 전압을 제어하는 스위칭부, 입력되는 제어 데이터에 따라, 상기 스위칭부의 단속 동작을 제어하는 디지털 제어부, 및 소정 통신 프로토콜에 의해 전달되는 제어 코드로부터 추출한 상기 제어 데이터를 상기 디지털 제어부에 제공하는 디지털 인터페이스부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제어 데이터는, 상기 출력전압의 파형, 상기 출력전압의 크기, 상기 출력전압의 출력여부 중 적어도 어느 하나를 결정하는 데이터인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위칭부, 상기 디지털 인터페이스부, 및 디지털 제어부는 하나의 칩내에 실현되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 디지털 제어부는, 상기 전원변압기의 2차측 출력전압에 대응하는 신호를 궤환신호로 입력받고, 상기 궤환신호와 상기 제어 데이터의 비교 결과에 따라 상기 스위칭부의 단속 동작의 주기를 조정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위칭부는, MOSFET를 상기 단속 동작을 위한 스위칭 소자로 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위칭 부 및 상기 디지털 제어부는 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 화상형성장치는, 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 고전압 발생장치를 이용하여 전압을 발생한다.
한편, 본 발명에 따른 고전압 발생방법은, (a) 소정 통신 프로토콜에 의해 전달되는 제어 코드에서 제어 데이터를 추출하는 단계, (b) 상기 제어 데이터에 따라, 소정 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 단계, 및 (c) 상기 스위칭 동작에 따라, 접속된 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 상기 전원변압기의 2차측 코일에 유기되는 전압을 제어하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, (d) 상기 전원변압기의 2차측 출력전압을 궤환신호로 입력받고, 상기 궤환신호와 상기 제어 데이터의 비교 결과에 따라 상기 스위칭 동작의 주기를 조정하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 (a) 단계 내지 (d) 단계는 하나의 칩내에서 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소정 스위칭 소자는, MOSFET인 것을 특징으로 한다.
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 코일에 유 기되는 전압을 제어하는 스위칭부, 입력되는 제어 데이터에 따라, 상기 스위칭부의 단속 동작을 제어하는 디지털 제어부, 및 소정 통신 프로토콜에 의해 전달되는 제어 코드로부터 추출한 상기 제어 데이터를 상기 디지털 제어부에 제공하는 디지털 인터페이스부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 전원변압기의 2차측 출력전압을 궤환신호로 입력받고, 상기 궤환신호와 상기 제어 데이터의 비교 결과에 따라 스위칭부의 단속 동작의 주기를 조정하도록 하는 피드백 회로부를 더 포함한다.
또한, 상기 스위칭 소자는, MOSFET인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위칭 부 및 상기 디지털 제어부는 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 고전압 발생장치는 종래기술에서의 아날로그 소자의 조합으로 구성된 제어부를 디지털 제어기반의 하나의 ASIC 칩으로 구성한 것을 그 기술적 특징으로 한다.
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. 여기서 제1 스위칭부(270)는 전원 변압기와 직렬 연결되어 스위칭 방식으로 동작하여 변압기의 2차측에 높은 전위를 가지는 교류전압을 발생시킨다. 또한, 제1 스위칭부(270)는 오실레이터(Oscillator) 방식에 의해 동작할 수도 있을 것이다.
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. 전원변압기는 스위칭 소자에 직렬연결되어, 스위칭 소자의 온오프 동작에 따라 직렬 공진되어 교류신호를 발생시키도록 구성되며, 이에 따라 전원변압기의 2차측 코일에 높은 전위를 가지는 교류전압이 유기된다. 전원변압기에서 발생되는 교류전압은 출력전압의 범위에 따라 단순 정류하여 사용하거나, 배압회로를 거쳐 승압후 최종 출력전압으로 사용한다.
즉, 전압배압부 및 정류부는 전원변압기의 2차측 코일에 유기된 교류전압을 출력전압의 범위에 따라 단순 정류하여 사용하거나, 배압회로를 거쳐 승압후 최종 출력전압으로 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. 또한, 본 발명에 따른 고전압 발생장치에 의하면, DC 정전압 출력 이외의 고압 성분이 필요한 경우에 별도의 회로를 구성하여 PCB 어셈블리(Assembly)를 통해 요구되는 고압 성분을 출력가능하게 된다.
도 4a는 멀티(Multi) 방식 C-LBP의 경우, 도 4b는 탠덤(Tandem)방식 C-LBP의 경우에서의 본 발명에 따른 ASIC 칩의 적용예를 나타낸 도면이다.
도 4a를 참조하면, 멀티방식의 경우에 복수의 채널이 사용되는 칼라 화상 출력을 위해서는 수차례의 용지이송 및 전사과정이 필요하게 되고, 이에 따라 출력속도가 지연되게 되지만, 도 4b를 참조하면, 탠덤(Tandem)방식 C-LBP의 경우에는 본 발명의 기술적 사상을 이용하여, 복수개의 채널에 대한 단일의 ASIC 칩을 구현함으로서, 복수개의 채널에서의 동시간대의 전사가 이루어짐으로서, 칼라화상의 고속출력이 가능해지게 되는 효과가 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고전압 발생장치에서의 부품수 절감을 통하여 공간 활용의 효율성 및 공정 수율의 상승을 기대할 수 있게 된다. 아울러, 본 발명에 따르면, ASIC 칩안의 디지털 제어기를 이용하여 출력측에 연결된 부하가변이나 현상 프로세스 변동시에도 능동적으로 대처가 가능하게 되는 이점이 있으며,아날로그 방식에서의 트랜지스터를 ASIC 칩내부에 포함시킴으로서, 소형 화 및 발열특성의 개선이 가능하게 된다.
특히 탠텀(Tandem)방식의 칼라 화상형성 장치에서의 고압 전원장치에 적용시 ASIC 칩을 구성하여 공간 및 부품수를 현저히 저감시키므로 좀 더 효율적인 PCB설계가 가능하게 된다. 또한, DC 정전압 출력 이외의 고압 성분이 필요할 때 별도의 회로를 구성하여 PCB 어셈블리(Assembly)가 가능하므로 확장성에 있어 용이하게 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 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
Claims (15)
- 접속된 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 상기 전원변압기의 2차측 코일에 유기되는 전압을 제어하는 스위칭부;입력되는 제어 데이터에 따라, 상기 스위칭부의 단속 동작을 제어하는 디지털 제어부; 및소정 통신 프로토콜에 의해 전달되는 제어 코드로부터 추출한 상기 제어 데이터를 상기 디지털 제어부에 제공하는 디지털 인터페이스부;를 포함하는 것을 특 징으로 하는 고전압 발생장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제어 데이터는, 상기 출력전압의 파형, 상기 출력전압의 크기, 상기 출력전압의 출력여부 중 적어도 어느 하나를 결정하는 데이터인 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
- 제 1항에 있어서,상기 스위칭부, 상기 디지털 인터페이스부, 및 디지털 제어부는 하나의 칩내에 실현되는 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
- 제 1항에 있어서,상기 디지털 제어부는, 상기 전원변압기의 2차측 출력전압에 대응하는 신호를 궤환신호로 입력받고, 상기 궤환신호와 상기 제어 데이터의 비교 결과에 따라 상기 스위칭부의 단속 동작의 주기를 조정하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
- 제 1항에 있어서,상기 스위칭부는, MOSFET를 상기 단속 동작을 위한 스위칭 소자로 사용하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
- 제 1항에 있어서,상기 스위칭 부 및 상기 디지털 제어부 각각은 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 고전압 발생장치를 이용하여 전압을 발생하는 화상형성장치.
- (a) 소정 통신 프로토콜에 의해 전달되는 제어 코드에서 제어 데이터를 추출하는 단계;(b) 상기 제어 데이터에 따라, 소정 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 단계; 및(c) 상기 스위칭 동작에 따라, 접속된 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 상기 전원변압기의 2차측 코일에 유기되는 전압을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생방법.
- 제 8항에 있어서,(d) 상기 전원변압기의 2차측 출력전압을 궤환신호로 입력받고, 상기 궤환신호와 상기 제어 데이터의 비교 결과에 따라 상기 스위칭 동작의 주기를 조정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생방법.
- 제 9항에 있어서,상기 (a) 단계 내지 (d) 단계는 하나의 칩내에서 실행되는 것을 특징으로 하는 고전압 발생방법.
- 제 9항에 있어서,상기 소정 스위칭 소자는, MOSFET인 것을 특징으로 하는 고전압 발생방법.
- 하나의 반도체 기판위에 구현되는 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩에 있어서,접속된 전원변압기의 1차측 코일에 흐르는 전류를 단속함으로써, 상기 전원변압기의 2차측 코일에 유기되는 전압을 제어하는 스위칭부;입력되는 제어 데이터에 따라, 상기 스위칭부의 단속 동작을 제어하는 디지털 제어부; 및소정 통신 프로토콜에 의해 전달되는 제어 코드로부터 추출한 상기 제어 데이터를 상기 디지털 제어부에 제공하는 디지털 인터페이스부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 ASIC 칩.
- 제 12항에 있어서,상기 전원변압기의 2차측 출력전압을 궤환신호로 입력받고, 상기 궤환신호와 상기 제어 데이터의 비교 결과에 따라 스위칭부의 단속 동작의 주기를 조정하도록 하는 피드백 회로부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ASIC 칩.
- 제 12항에 있어서,상기 스위칭 소자는, MOSFET인 것을 특징으로 하는 ASIC 칩.
- 제 12항에 있어서,상기 스위칭 부 및 상기 디지털 제어부 각각은 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 ASIC 칩.
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