KR100708480B1 - 고압전원장치 및 그 고압전원 제어방법 - Google Patents

고압전원장치 및 그 고압전원 제어방법 Download PDF

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Abstract

고압전원장치 및 그 고압전원 제어방법이 개시된다. 본 고압전원장치는 고전압을 생성하는 고압 생성부 및 고전압에 따른 출력제어값을 포함하는 고압출력 설정신호가 입력되면, 출력제어값에 따라 펄스 폭 변조신호를 생성하고, 생성한 펄스 폭 변조신호를 이용하여 고전압을 생성하도록 고압 생성부를 제어하는 PWM 발생부를 구비한다. 이에 의해, 오프라인 설정을 거치지 않고도 원하는 고압출력을 자동으로 출력할 수 있을 뿐만 아니라 세트 및 출력부하가 변하여도 자동으로 수정하여 일정한 고압출력을 출력한다.
고압전원장치, 설정 신호, PWM

Description

고압전원장치 및 그 고압전원 제어방법{High voltage power supply and the high voltage control method thereof}
도 1은 종래의 고압전원장치를 포함한 화상형성장치의 블럭도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압전원장치를 포함한 화상형성장치의 블럭도, 그리고
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압전원장치의 고압전원 제어방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20 : 엔진컨트롤러 50 : 현상기
200 : 고압전원장치 210 : PWM 발생부
220 : 고압생성부 230 : 고압변압부
240 : 고압정류평활부
본 발명은 고압전원장치 및 그 고압전원장치의 고압전원 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 외부로부터 입력되는 고압출력 설정신호에 따라 독립적으 로 고압전원을 생성하는 고압전원장치 및 그 고압전원 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고압전원장치는 화상형성장치의 일 예인 레이저 프린터(laser printer)나 팩스와 같이 수 킬로 볼트(KV)의 고전압 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 갖는다.
도 1은 종래의 고압전원장치를 포함한 화상형성장치의 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 화상형성장치는 엔진컨트롤러(10), 현상기(50), 및 고압전원장치(100)를 구비한다.
엔진컨트롤러(10)는 현상기(50)에 제공할 고압전원을 생성하도록 고압전원장치(100)를 제어한다. 구체적으로, 엔진컨트롤러(10)는 고압을 출력할 필요가 있을 때만 선택적으로 논리레벨 하이(High) 신호와 고압전원장치 제어신호(HVPS Control signal)를 고압전원장치(100)에 인가한다. 또한, 엔진컨트롤러(10)는 기설정된 값에 따라 소정의 듀티비를 가지는 펄스 폭 변조신호(PWM1, PWM2,..,PWMn)를 고압전원장치(100)로 출력한다.
이때, 펄스 폭 변조신호(PWM1, PWM2,..,PWMn)는 현상기(50)가 필요로 하는 고압전원에 따라 복수 개 사용되며, 복수의 펄스 폭 변조신호(PWM1, PWM2,..,PWMn)에 따라 고압전원장치(100)도 복수 개가 구비되어야 한다. 따라서, 복수의 고압전원장치의 고압출력(HV output1, HV output2,..,HV outputn)도 복수 개가 된다.
고압전원장치(100)는 엔진컨트롤러(10)로부터 인가되는 펄스 폭 변조신호 (PWM1, PWM2,..,PWMn)에 의한 온/오프되는 스위칭동작에 의해 수백~수천 볼트의 고 전압을 생성한다. 그리고, 고압전원장치(100)는 생성한 고압출력(HV output1, HV output2,..,HV outputn)을 현상기(50)로 출력한다.
따라서, 복수의 고압출력(HV output1, HV output2,..,HV outputn)을 위해 엔진컨트롤러(10)가 복수의 펄스 폭 변조신호(PWM1, PWM2,..,PWMn)를 생성해야 하므로, 엔진컨트롤러(10)의 부담이 증대되었다.
또한, 화상형성장치 또는 출력부하(현상기(50) 등)가 변동되면, 고압출력도 변하기 때문에 일정한 고압출력을 위한 고압출력(HV output1, HV output2,..,HV outputn)의 재튜닝이 요구되었다.
따라서, 고압출력을 오프라인에서 가변저항 등을 사용하여 설정하고, 화상형성장치에 장착하여 설정값이 나오는지를 확인한 후에 양산하는 과정을 거쳤야했기 때문에 생산 시간뿐만 아니라 번거로움도 증대되었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 독립적으로 고압전원을 생성함으로써, 엔진컨트롤러의 부담을 줄이고 출력부하의 변동에도 재튜닝없이 일정한 고압출력을 제어하는 고압전원장치 및 그 고압전원 제어방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고압전원장치는, 고전압을 생성하는 고압 생성부 및 상기 고전압에 따른 출력제어값을 포함하는 고압출력 설정신호가 입력되면, 상기 출력제어값에 따라 펄스 폭 변조신호를 생성하고, 생성한 상 기 펄스 폭 변조신호를 이용하여 상기 고전압을 생성하도록 상기 고압 생성부를 제어하는 PWM 발생부를 포함한다.
그리고, 상기 고압출력 설정신호는 직렬 통신으로 입력되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 고압 생성부는, 상기 펄스 폭 변조신호를 이용하여 직류전압을 고압의 교류전압으로 승압하는 고압 변압부 및 상기 승압된 고압의 교류전압을 정류평활하여 직류 고전압으로 출력하는 고압 정류평활부를 포함한다.
한편, 본 발명의 고압전원장치의 고압전원 제어방법은, 고전압에 따른 출력제어값을 포함하는 고압출력 설정신호를 입력받는 단계 및 입력된 상기 출력제어값에 따라 펄스 폭 변조신호를 생성하고, 생성한 상기 펄스 폭 변조신호를 이용하여 상기 고전압을 생성하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 고압출력 설정신호는 직렬 통신으로 입력되는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는, 상기 고전압을 생성하는 단계는, 상기 펄스 폭 변조신호를 이용하여 직류전압을 고압의 교류전압으로 승압하는 단계 및 상기 승압된 고압의 교류전압을 정류평활하여 직류 고전압으로 출력하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
고압의 직류원을 필요로 하는 화상형성장치는, 고전압에 따른 출력제어값을 포함하는 고압출력 설정신호를 출력하는 엔진컨트롤러 및 상기 고압출력 설정신호를 직렬 통신으로 입력받아 상기 출력제어값에 따라 펄스 폭 변조신호를 생성하고, 생성한 상기 펄스 폭 변조신호를 이용하여 상기 고전압을 생성하는 고압전원장치를 구비한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압전원장치를 포함한 화상형성장치의 블럭도이다.
본 고압전원장치(200)는 PWM 발생부(210)를 구비함으로써, 독립적으로 고전압을 생성한다. 구체적으로, 본 고압전원장치(200)는 엔진 컨트롤러(20)로부터 직렬(serial) 통신에 의해 현상기(50)가 필요로 하는 고압출력에 따른 고압출력 설정신호를 입력받는다. 그리고, 고압전원장치(200)는 입력받은 고압출력 설정신호에 따라 생성한 펄스 폭 변조신호에 의해 온/오프되는 스위칭동작에 의해 고전압을 생성한다.
도 2를 참조하면, 화상형성장치는 엔진 컨트롤러(20), 현상기(50), 및 고압전원장치(200)를 포함한다.
엔진 컨트롤러(20)는 현상기(50)에 고압전원을 제공하도록 고압전원장치(200)를 제어한다. 구체적으로, 엔진컨트롤러(20)는 고전압을 출력할 필요가 있을 때만 선택적으로 논리레벨 하이(High) 신호와 고압전원장치 제어신호(HVPS Control signal)를 고압전원장치(200)에 인가한다.
그리고, 엔진 컨트롤러(20)는 현상기(50)에 제공할 고전압에 따른 고압출력 설정신호(setting signal)를 직렬 통신에 의해 고압전원장치(200)에 인가한다. 고압출력 설정신호는 현상기(50)에 제공할 고전압에 따른 출력제어값을 포함하는 신 호이다. 직렬 통신으로는 RS232C, RS422, 및 I2C 등이 있다.
고압전원장치(200)는 현상기(50)에 제공할 고전압을 생성하며, PWM 발생부(210) 및 고압 생성부(220)를 포함한다.
PWM 발생부(210)는 엔진 컨트롤러(20)로부터 직렬 통신에 의해 인가된 고압출력 설정신호에 따른 펄스 폭 변조신호(PWM1, PWM2, PWM3)를 생성한다. 그리고, PWM 발생부(210)는 생성한 펄스 폭 변조신호(PWM1, PWM2, PWM3) 중 어느 하나에 따라 고전압을 생성하도록 고압 생성부(220)를 제어한다.
고압 생성부(220)는 PWM 발생부(210)가 생성한 펄스 폭 변조신호(PWM1, PWM2, PWM3) 중 어느 하나에 따라 고전압을 생성하는 아날로그 회로로 구성된다. 구체적으로, 고압 생성부(220)는 직류전원(Vcc)단, 고압 변압부(230), 고압 정류평활부(240), 비교기(U1), 트랜지스터(Q1), 및 출력단(output)를 포함한다.
고압 변압부(230)는 직류전원(Vcc)단으로부터 인가되는 24V의 직류전압을 수백~수천 V의 교류전압으로 승압한다. 이때, 고압 변압부(230)는 트랜스포머의 입력측 코일 Np,Nb와 출력측 코일 Ns를 가지며, Np의 입력측은 직류전압이 인가되는 직류전원(Vcc)단과 연결되고, 출력측은 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 연결된다. 또한, Nb의 일단은 트랜지스터(Q1)의 베이스에 연결되고, 타단은 비교기(U1)에 연결된다. 구체적으로, 고압 변압부(230)는 트랜지스터(Q1)의 스위칭에 의해 공급되는 직류전압을 고전압으로 변압하여 출력측 코일 Ns로 유기한다.
고압 정류평활부(240)는 고압 변압부(230)에서 출력되는 고압의 교류전압을 고압의 직류전압으로 정류평활한다. 그리고, 고압 정류평활부(240)는 정류평활하여 일정해진 고압출력(HV output1, HV output2, HV output3)을 출력단(output)을 통해 출력한다. 이때, 고압 정류평활부(240)는 배압정류회로방식으로 구성되며, 캐패시터 C1, C2, C3과 다이오드 D1, D2 및 저항 R1으로 구성된다. C2, D1, C3, 및 R1은 Ns의 양단에 접지측으로 순방향 병렬 연결된다.
비교기(U1)는 정(+)입력단과 부(-)입력단을 갖는 연산증폭기로 이루어지며, 정입력단으로는 PWM 발생부(210)에서 출력되는 펄스 폭 변조신호를 인가받고, 부입력단으로는 고압 정류평활부(240)에서 출력되는 전압의 일부를 피드백으로 받아 비교한다. 비교기(U1)의 출력단은 Nb의 타단에 연결된다. 비교기(U1)는 펄스 폭 변조신호와 피드백 전압을 비교하여 출력을 발생시킨다. 발생된 출력전압은 트랜지스터(Q1)을 구동시킨다.
트랜지스터(Q1)는 비교기(U1)의 출력전압에 따라 온/오프되는 스위칭동작을 수행한다. 스위칭동작에 의해 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에는 고주파 스위칭 전압이 발생한다. 이를 이용해, 고압 변압부(230)는 Np에서 발생한 전압을 승압하여 수 킬로 볼트(KV) 이상의 고압 스위칭 전압을 Ns에 발생시킨다.
이상에서는, 펄스 폭 변조신호를 3개를 예로 들어 설명하였으나, 이는 일 예에 불과한 것으로 화상형성장치 또는 현상기 등과 같은 출력부하에 따라 달라진다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압전원장치의 고압전원 제어방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, PWM 발생부(210)는 엔진컨트롤러(20)로부터 고압출력 설정신호가 입력되는지 여부를 판단한다(S300). 고압출력 설정신호는 고압 생성부(220) 가 생성해야할 고압출력을 설정하는 신호이다. 엔진컨트롤러(20)는 전원이 인가되거나 현상기(50)가 교체되는 시점에 고압출력 설정신호를 PWM 발생부(210)에 인가한다.
고압출력 설정신호가 입력되는 것으로 판단되면, PWM 발생부(210)는 입력된 고압출력 설정신호에 따른 펄스 폭 변조신호를 생성한다(S310).
고압 변압부(230)는 직류전압을 교류전압으로 승압한다(S320). 고압 정류평활부(240)는 고압 변압부(230)에 의해 승압된 교류전압을 정류하여 직류 출력전압을 생성하고, 생성된 출력전압을 비교기(U1)로 피드백시킨다(S330).
비교기(U1)는 피드백된 출력전압과 PWM 발생부(210)가 생성한 펄스 폭 변조신호를 비교한다(S340).
비교기(U1)의 비교결과에 따라, 고압 생성부(220)는 고전압을 생성하여 출력한다(S350). 구체적으로, 비교기(U1)는 펄스 폭 변조신호와 피드백 전압을 비교하여 출력을 발생시키고, 트랜지스터(Q1)는 비교기(U1)의 출력전압에 따라 온/오프되는 스위칭동작을 수행한다. 고압 변압부(230)는 트랜지스터(Q1)의 스위칭에 의해 공급되는 직류전압을 고압의 교류전압으로 변압하여 출력측 코일 Ns로 유기하고, 고압 정류평활부(240)는 유기된 고압의 교류전압을 고압의 직류전압으로 정류평활하여 일정해진 고압출력을 출력단(output)을 통해 출력한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고압전원장치가 독립적으로 고전압생성을 제어하게 됨으로써, 엔진 컨트롤러로부터 전달받는 값이 적어지고 분산제 어가 가능해지므로 엔진 컨트롤러의 부담이 줄어든다.
또한, 오프라인 설정을 거치지 않고도 원하는 고압출력을 자동으로 출력할 수 있을 뿐만 아니라 세트 및 출력부하가 변하여도 자동으로 수정하여 일정한 고압출력을 출력한다. 이로 인해, 공용화도 이룰 수 있게 된다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 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 이해되어져서는 안 될 것이다.

Claims (7)

  1. 고전압을 생성하는 고압 생성부; 및
    각각 상이한 듀티비를 가지는 복수 개의 펄스 폭 변조신호 중 하나를 생성하여 상기 고압 생성부로 제공하여, 상기 제공된 펄스 폭 변조신호에 대응되는 고전압을 생성하도록 상기 고압 생성부를 제어하는 PWM 발생부;를 포함하며,
    상기 PWM 발생부는,
    상기 고전압에 따른 출력제어값을 포함하는 고압출력 설정신호가 입력되면, 상기 출력제어값에 대응되는 듀티비를 가지는 펄스 폭 변조신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 고압전원장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고압출력 설정신호는 직렬 통신으로 입력되는 것을 특징으로 하는 고압전원장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고압 생성부는,
    상기 펄스 폭 변조신호를 이용하여 직류전압을 고압의 교류전압으로 승압하는 고압 변압부; 및
    상기 승압된 고압의 교류전압을 정류평활하여 직류 고전압으로 출력하는 고압 정류평활부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압전원장치.
  4. 고전압에 따른 출력제어값을 포함하는 고압출력 설정신호를 입력받는 단계; 및
    각각 상이한 듀티비를 가지는 복수 개의 펄스 폭 변조신호 중 상기 입력된 출력 제어값에 대응되는 듀티비를 가지는 펄스 폭 변조신호를 생성하고, 생성한 상기 펄스 폭 변조신호를 이용하여 상기 고전압을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압전원장치의 고압전원 제어방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 고압출력 설정신호는 직렬 통신으로 입력되는 것을 특징으로 하는 고압전원장치의 고압전원 제어방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 고전압을 생성하는 단계는,
    상기 펄스 폭 변조신호를 이용하여 직류전압을 고압의 교류전압으로 승압하는 단계; 및
    상기 승압된 고압의 교류전압을 정류평활하여 직류 고전압으로 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압전원장치의 고압전원 제어방법.
  7. 고전압에 따른 출력제어값을 포함하는 고압출력 설정신호를 출력하는 엔진컨트롤러; 및
    상기 고압출력 설정신호를 직렬 통신으로 입력받아 상기 고전압을 생성하는 고압전원장치;를 포함하며,
    상기 고압전원장치는,
    고전압을 생성하는 고압 생성부; 및
    각각 상이한 듀티비를 가지는 복수 개의 펄스 폭 변조신호 중 상기 출력제어값에 대응되는 듀티비를 가지는 펄스 폭 변조신호를 생성하여 상기 고압 생성부로 제공하여, 상기 제공된 펄스 폭 변조신호에 대응되는 고전압을 생성하도록 상기 고압생성부를 제어하는 PWM 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
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