KR100636222B1 - 화상형성장치용 고압전원장치(ｈｖｐｓ)의 ａｓｉｃ화된아날로그 제어장치 - Google Patents

화상형성장치용 고압전원장치(ｈｖｐｓ)의 ａｓｉｃ화된아날로그 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화된 아날로그 제어장치에 관한 것으로서, 그 ASIC화된 아날로그 제어장치는 화상형성장치용 HVPS가 교류 신호를 고압신호로 변환하는 변압기와 그 변압기 2차측 교류 고압신호를 정류하고 배압하여 화상형성장치용 HVPS의 직류 고압을 출력하는 배압부를 구비할 때, DC 레벨 신호를 스위칭 소자를 이용하여 고주파 스위칭신호로 생성하여 그 변압기 1차측 코일로 출력하는 아날로그 제어회로를 하나의 칩으로 ASIC화 한 것을 특징으로 하고, 그 아날로그 제어회로는 배압부에서 출력되는 고압출력신호의 피드백이 없을 경우, DC 레벨의 신호를 증폭하는 전압제어부; 전압제어부의 출력신호를 캐리어 신호를 이용하여 PWM 변조하는 PWM변조부; PWM 변조부에서 변조된 신호를 스위칭소자의 게이트단자로의 입력신호로 구동하는 게이트 드라이버; 및 그 드라이버 구동신호를 게이트 단자로 받아들여 고주파 스위칭하여 변압기로 출력하는 스위칭소자를 포함함이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 고압 변압기 1차측 제어부에 대하여 많은 소자의 어셈블리 대신 하나의 칩으로 된 아날로그 ASIC을 구성함으로써 공간의 활용은 물로 작업공정도 간단하고 대량 생산에 의한 원가절감이 가능하다. 또한 양산형 ASIC 칩 사용에 따라 양산효율의 증대가 가능하다.

Description

화상형성장치용 고압전원장치(ＨＶＰＳ)의 ＡＳＩＣ화된 아날로그 제어장치{Analog control ASIC apparatus for High Voltage Power Supply in image forming apparatus }
도 1은 고압전원장치(High Voltage Power Supply:이하 HVPS라 한다)의 하나의 출력에 대한 제어블록도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 제어블록도에 대한 회로도의 일예를 도시한 것이다.
도 3은 HVPS의 아날로그 제어부에 대한 일 구현예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명이 적용되는 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화한 아날로그 제어장치에 대한 일실시예를 구비하는 화상형성장치용 HVPS의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명에 의한 아날로그 제어부를 포함한 화상형성장치의 HVPS에 대한 회로도의 일예를 도시한 것이다.
도 6은 화상형성장치용 HVPS의 아날로그 제어장치 4개를 하나의 칩으로 ASIC화함으로써 4채널 고압신호 출력 아날로그 제어회로의 하나의 ASIC 칩을 구비한 HVPS를 도시한 것이다.
도 7은 하나의 ASIC칩으로 구현된 HVPS 아날로그 제어부의 구현예를 도시한 것이다.
본 발명은 화상형성장치의 고압전원장치(HVPS)에 관한 것으로서, 특히 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화된 아날로그 제어장치에 관한 것이다.
도 1은 고압전원장치(High Voltage Power Supply:이하 HVPS라 한다)의 하나의 출력에 대한 제어블록도를 도시한 것으로서, PWM 입력부(100), 저역통과필터(Low Pass Filter, 110), 전압제어부(Voltage controller, 120), 오실레이터(Oscillator, 130), 변압기(Transformer, 140), 배압부(Voltage doubler, 150) 및 피드백부(160)를 포함하여 이루어진다. 도 2는 도 1의 제어블록도에 대한 회로도의 일예를 도시한 것이다.
상기 PWM 입력부(100)는 수 KHz의 PWM 입력신호가 입력되고, 이 신호의 Duty비에 따라 출력전압 레벨(Level)이 결정된다. 상기 저역통과필터(110)는 PWM 입력신호를 기반으로 RC 2단 필터를 통하여 DC값으로 변환되어, 출력전압 제어의 기준신호로 사용된다. 상기 전압제어부(120)는 상기 저역통과필터(110)를 거친 출력전압 기준신호와 피드백(feedback)된 실제 출력전압을 검출하는 전압 Sensor 신호를 바탕으로 차분회로 및 오차신호를 증폭한 제어기로 동작한다. 상기 Oscillator(130)는 전압제어부(120) 출력을 바탕으로 트랜지스터의 베이스 전류량을 제어하여 Transistor의 Emitter- Collector 양단간 전압이 변동된다. 상기 변압기(transformer, 140)는 상기 오실레이터(130)의 Transistor의 Emitter- Collector 양단간 전압이 변동되면, 직렬연결된 변압기 1차 권선의 전압이 변동되어 높은 턴(turn) 비로 구성된 출력측 전압이 발생된다. 상기 배압부(Voltage Doubler, 150)는 변압기 2차측 교류 고압은 다이오드 정류기와 Capacitor를 이용한 배압회로를 사용하여 최종 직류 고압이 발생된다. 상기 피드백부(160)는 전압을 센싱하고 저항을 통한 출력전압분배와 비정상적인 전압 인가를 방지하는 보호회로 이다.
상술한 바와 같이 변압기 1차측 아날로그 제어부를 구성하기 위해서는 많은 소자가 Ass'y 되어야 한다. 즉 도 2에 도시된 바와 같이 저항, 커패시터, 트랜지스터, 집적회로, 다이오드 등으로 아날로그 제어부가 구성되어 있다. 도 3은 HVPS의 아날로그 제어부에 대한 일 구현예를 도시한 것이다. 부품수가 많은 관계로 Ass'y 작업시 공정에서 공수 및 작업 시간이 늘어나고 PCB 공간도 확보되어야 한다. 또한 각 부품간의 특성 편차에 의하여 출력값이 틀어지는 경우도 있으며 외부 요인에 의한 단위 부품의 불량이 발생하기도 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위해 고압전원장치의 변압기 1차측 제어부를 하나의 칩으로 아날로그 ASIC화하여 공간의 활용과 작업공정의 단순화, 대량생산에 의한 원가절감 등을 위한, 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화한 아날로그 제어장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화한 아날로그 제어장치는, 화상형성장치용 HVPS가 교류 신호를 고압신호로 변환하는 변압기와 상기 변압기의 2차측 교류 고압신호를 정류하고 배압하여 화상형성장치용 HVPS의 직류 고압을 출력하는 배압부를 구비할 때, 상기 화상형성장치용 HVPS를 제어하는 아날로그 제어장치에 있어서, DC 레벨 신호를 스위칭 소자를 이용하여 고주파 스위칭신호로 생성하여 상기 변압기의 1차측 코일로 출력하는 아날로그 제어회로를 하나의 칩으로 ASIC화 한 것을 특징으로 한다.
상기 아날로그 제어회로는 상기 배압부에서 출력되는 고압출력신호의 피드백이 없을 경우, DC 레벨의 신호를 증폭하는 전압제어부; 상기 전압제어부의 출력신호를 캐리어 신호를 이용하여 PWM 변조하는 PWM변조부; 상기 PWM 변조부에서 변조된 신호를 스위칭소자의 게이트단자로의 입력신호로 구동하는 게이트 드라이버; 및 상기 게이트 드라이버의 구동신호를 게이트 단자로 받아들여 고주파 스위칭하여 변압기로 출력하는 스위칭소자를 포함함이 바람직하다. 또한 상기 스위칭소자는 MOSFET 임이 바람직한다.
상기 아날로그 제어회로는 상기 고압출력신호 제어의 기준신호로 사용하기 위해, 미리 설정된 듀티(duty)비를 갖는 PWM 신호를 DC 값으로 변환하여 상기 전압제어부로 출력하는 저역통과필터를 더 구비함이 바람직하다.
또한 상기 아날로그 제어회로는 상기 고압출력신호를 센싱하여 상기 전압제어부로 피드백하는 피드백부를 더 구비하고, 이 때 상기 전압제어부는 출력전압 기준신호와 상기 피드백부에서 센싱된 상기 배압부의 출력전압을 차분하여 오차신호를 증폭함이 바람직하다. 상기 피드백부의 고압출력신호의 센싱은 전압 또는 전류를 센싱함이 바람직하다. 상기 피드백부는 상기 고압출력신호를 센싱하여 필터링하는 전압감지부; 및 상기 전압감지부의 센싱된 신호를 버퍼링하고 클램핑하여 상기 전압제어부로 출력하는 보호 및 정류부를 포함함이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화한 아날로그 제어장치는, 상기 화상형성장치용 HVPS의 아날로그 제어장치를 복수 개 구비한 것을 하나의 칩으로 ASIC화한 것을 특징으로 한다. 이 때 상기 화상형성장치용 HVPS의 아날로그 제어장치들 중 일부는 서로 중첩연결될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화한 아날로그 제어장치에 대해 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명이 적용되는 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화한 아날로그 제어장치에 대한 일실시예를 구비하는 화상형성장치용 HVPS의 구조를 나타내는 블록도로서, 아날로그 제어부(40), 변압기(450) 및 배압부(460)를 포함하여 이루어진다.
상기 변압기(450)는 화상형성장치용 HVPS가 소정의 주파수를 갖는 교류 신호를 고압신호로 변환한다. 상기 배압부(460)는 상기 변압기(450)의 2차측 교류 고압신호를 정류하고 배압하여 화상형성장치용 HVPS의 직류 고압을 출력한다.
상기 아날로그 제어부(40)는 소정의 DC 레벨 신호를 스위칭 소자를 이용하여 고주파 스위칭신호로 생성하여 상기 변압기의 1차측 코일로 출력하며 하나의 칩으로 ASIC화 된 것이다. 상기 아날로그 제어부(40)는 저역통과 필터(400), 전압제어 부(410), PWM 변조부(420), 게이트 드라이버(430), 스위칭소자(440), 피드백부(470)를 포함하여 이루어진다.
상기 저역통과필터(400)는 상기 고압출력신호 제어의 기준신호로 사용하기 위해, 소정의 듀티(duty)비를 갖는 PWM 신호를 DC 값으로 변환하여 상기 전압제어부(410)로 출력한다. 상기 저역통과필터(400)는 하나의 ASIC 칩으로 구성되는 상기 아날로그 제어부(40)에 포함되지 않고 외부에 장착이 가능하다.
상기 전압제어부(410)는 상기 배압부(460)에서 출력되는 고압출력신호의 피드백이 없을 경우에는 상기 저역통과필터(410)의 DC 레벨의 신호를 증폭하며, 상기 배압부(460)에서 출력되는 고압출력신호의 피드백이 없을 경우에는 상기 저역통과필터(410)의 출력전압 기준신호와 상기 피드백부(470)에서 센싱된 상기 배압부(460)의 출력전압을 차분하여 오차신호를 증폭한다.
상기 PWM변조부(420)는 상기 전압제어부(410)의 출력신호를 소정의 캐리어 신호를 이용하여 PWM 변조한다.
상기 게이트 드라이버(430)는 상기 PWM 변조부(420)에서 변조된 신호를 스위칭소자(440)의 게이트단자로의 입력신호로 구동한다.
상기 스위칭소자(440)는 상기 게이트 드라이버(430)의 구동신호를 게이트 단자로 받아들여 고주파 스위칭하여 변압기(450)로 출력하며, MOSFET 임이 바람직하다.
상기 피드백(feedback)부(470)는 상기 고압출력신호를 센싱하여 상기 전압제어부(410)로 피드백하며, 전압감지부(474) 및 보호&정류부(472)를 구비한다. 상기 피드백부(470)의 고압출력신호의 센싱은 전압 또는 전류를 센싱할 수 있다. 상기 전압감지부(474)는 상기 배압부(460)의 고압출력신호를 센싱하여 필터링한다. 상기 보호&정류부(472)는 상기 전압감지부(474)의 센싱된 신호를 버퍼링하고 클램핑하여 상기 전압제어부(410)로 출력한다. 상기 피드백부(470)는 open loop 제어시 사용하지 않을 수도 있다.
도 5는 상기 아날로그 제어부(40)를 포함한 화상형성장치의 HVPS에 대한 회로도의 일예를 도시한 것이다. 도 4의 아날로그 제어부(40)의 저역통과필터(400), 전압제어부(410), PWM 변조부(420), 게이트 드라이버(430), 스위칭소자(440), 전압감지부(474) 및 보호&정류부(472)는 도 5의 아날로그 제어부(50)의 참조번호 500, 510, 520, 530, 540, 572 및 574에 각각 대응된다. 그리고 도 4의 변압기(450) 및 배압부(460)는 도 5의 참조번호 550, 560에 대응된다.
도 5를 참조하여 상기 아날로그 제어부(40)의 동작을 간략히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 소정의 듀티(duty) 비를 갖는 PWM신호가 입력되면 저역통과필터(Low Pass Filter, 500)를 통해 DC 레벨의 신호가 출력되고, 이는 전압제어부(Voltage Controller, 510)의 기준입력신호로 된다. 배압부(Voltage Doubler, 560)로부터 출력되는 고압출력신호가 센싱되어 상기 전압제어부로 피드백되면, 상기 전압제어부(510)에서는 상기 기준신호와 상기 피드백 된 신호의 차분신호 및 오차신호를 증폭한다. 이 신호는 소정의 캐리어입력신호와 함께 PWM변조부(PWM Modulator, 520)에 입력되어 소정의 듀티 비를 갖는 PWM 신호가 출력된다. 상기 PWM 신호는 게이트 드라이버(530)에 입력되어 상기 게이트 드라이버에 의해 스위칭 소자(540)의 게이트 신호로 구동된다. 상기 스위칭소자(540)의 게이트에 입력된 신호는 스위칭소자(540)에 의해 스위칭되어 변압기(550)의 1차측 코일에 입력된다. 변압기(550)는 소정의 권선비에 의해 변압기 1차측 코일의 신호를 변압하고, 상기 2차극 교류 고압은 다이오드 정류기와 커패시터를 이용한 배압회로(Voltage Doubler, 560)에 의해 배압되어 최종적으로 직류 고압이 발생한다.
상술한 화상형성장치용 HVPS의 아날로그 제어장치를 적어도 두 개 이상 구비한 것을 하나의 칩으로 ASIC화할 수 있다. 도 6은 상술한 화상형성장치용 HVPS의 아날로그 제어장치 4개를 하나의 칩으로 ASIC화함으로써 4채널 고압신호 출력 아날로그 제어회로의 하나의 ASIC 칩(600)을 구비한 HVPS를 도시한 것이다. 그리고 상기 화상형성장치용 HVPS의 아날로그 제어장치들 중 일부는 서로 중첩연결될 수 있다. 도 7은 하나의 ASIC칩으로 구현된 HVPS 아날로그 제어부의 구현예를 도시한 것이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의한 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화된 아날로그 제어장치에 의하면, 고압 변압기 1차측 제어부에 대하여 많은 소자의 어셈블리 대신 하나의 칩으로된 아날로그 ASIC을 구성함으로써 공간의 활용은 물로 작업공정도 간단하고 대량 생산에 의한 원가절감이 가능하다. 즉 아날로그 제어부를 구성하고 있는 RC 필터, 전압제어기, 드라이버 및 트랜지스터를 하나의 칩으로 ASIC화하여 부품 수를 절감할 수 있다. 기존에 Main CPU에서 각 채널별로 입력받던 PWM신호를 그대로 사용함에 따라 기존 방식에 대한 이식성이 뛰어나며, 기존의 아날로그 제어기로 구성된 제어부를 One Chip ASIC화함에 따라 부피를 현저히 감소시킬 수 있다.
또한 양산형 ASIC 칩 사용에 따라 기존의 아날로그 제어기에서 각 시정수 조정에 소요되는 시간을 절약함에 따라 양산효율의 증대가 가능하다.
또한 Mono LBP는 물론 DC 고압을 사용하는 TANDEM 방식의 Color-LBP 까지 복수로 구성하여 적용이 가능하며 공간 활용 및 원가절감을 도모할수 있다.
또한 본 발명은 LOGIC Control부의 일부만 구성하는 기존의 하이브리드(HYBRID) IC 방식과는 달리 FET 등의 스위칭 소자까지 모두 내장하여 아날로그 ASIC 으로서의 특성을 보유하고 있으며 다양한 응용(Application) 방법에 따른 확장성을 가지고 있다.

Claims (9)

  1. 화상형성장치용 HVPS가 교류 신호를 고압신호로 변환하는 변압기와 상기 변압기의 2차측 교류 고압신호를 정류하고 배압하여 화상형성장치용 HVPS의 직류 고압을 출력하는 배압부를 구비할 때, 상기 화상형성장치용 HVPS를 제어하는 아날로그 제어장치에 있어서,
    DC 레벨 신호를 스위칭 소자를 이용하여 고주파 스위칭신호로 생성하여 상기 변압기의 1차측 코일로 출력하는 아날로그 제어회로를 하나의 칩으로 ASIC화 한 것을 특징으로 하는 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화한 아날로그 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 아날로그 제어회로는
    상기 배압부에서 출력되는 고압출력신호의 피드백이 없을 경우, 상기 DC 레벨의 신호를 증폭하는 전압제어부;
    상기 전압제어부의 출력신호를 캐리어 신호를 이용하여 PWM 변조하는 PWM변조부;
    상기 PWM 변조부에서 변조된 신호를 스위칭소자의 게이트단자로의 입력신호로 구동하는 게이트 드라이버; 및
    상기 게이트 드라이버의 구동신호를 게이트 단자로 받아들여 고주파 스위칭하여 변압기로 출력하는 스위칭소자를 포함함을 특징으로 하는 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화한 아날로그 제어장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스위칭소자는
    MOSFET 임을 특징으로 하는 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화한 아날로그 제어장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 고압출력신호 제어의 기준신호로 사용하기 위해, 미리 설정된 듀티(duty)비를 갖는 PWM 신호를 DC 값으로 변환하여 상기 전압제어부로 출력하는 저역통과필터를 더 구비함을 특징으로 하는 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화한 아날로그 제어장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 고압출력신호를 센싱하여 상기 전압제어부로 피드백하는 피드백부를 더 구비하고,
    상기 전압제어부는
    출력전압 기준신호와 상기 피드백부에서 센싱된 상기 배압부의 출력전압을 차분하여 오차신호를 증폭함을 특징으로 하는 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화한 아날로그 제어장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 피드백부의 고압출력신호의 센싱은
    전압 또는 전류를 센싱함을 특징으로 하는 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화한 아날로그 제어장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 피드백부는
    상기 고압출력신호를 센싱하여 필터링하는 전압감지부; 및
    상기 전압감지부의 센싱된 신호를 버퍼링하고 클램핑하여 상기 전압제어부로 출력하는 보호 및 정류부를 포함함을 특징으로하는 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화한 아날로그 제어장치.
  8. 제1항 내지 제7항의 화상형성장치용 HVPS의 아날로그 제어장치를 복수 개 구비한 것을 하나의 칩으로 ASIC화한 것을 특징으로 하는 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화한 아날로그 제어장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수 개의 화상형성장치용 HVPS의 아날로그 제어장치들 중 일부는 서로 중첩연결됨을 특징으로 하는 화상형성장치용 HVPS의 ASIC화한 아날로그 제어장치.
KR1020050009733A 2005-02-02 2005-02-02 화상형성장치용 고압전원장치(ｈｖｐｓ)의 ａｓｉｃ화된아날로그 제어장치 KR100636222B1 (ko)

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