KR100787230B1

KR100787230B1 - 고전압 발생장치, 고전압 발생방법 및 asic 칩

Info

Publication number: KR100787230B1
Application number: KR1020050043126A
Authority: KR
Inventors: 조준석; 권중기
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2007-12-21
Also published as: US8467203B2; CN1870409B; KR20060120890A; CN1870409A; US7791907B2; US20060265107A1; US20100194363A1

Abstract

본 발명은 디지털 제어 코드에 의해 제어되는 고전압 발생장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 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 포함한다. 그리고, 스위칭부, 디지털 인터페이스부, 및 디지털 제어부는 하나의 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩내에 구현될 수 있다.

고전압 발생장치, ASIC, HVPS, 제어 코드, 디지털 인터페이스

Description

고전압 발생장치, 고전압 발생방법 및 ASIC 칩{Apparatus for generating high voltage , method thereof and ASIC chip}

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,

도 4는 도 3의 디지털 인터페이스부의 상세 블럭도, 그리고

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 발생장치의 제어를 위해 사용되는 제어 코드의 전달과정을 설명하기 위해 참조되는 흐름도, 그리고

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 발생장치의 제어를 위한 메인 제어부의 프로그래밍 과정의 일 예를 설명하기 위해 참조되는 흐름도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

100 : 디지털 인터페이스부 103 : 디멀티플렉서

105 : I2C 인터페이스부 107 : SPI부

109 : SRAM 111 : P2ROM

130 : 오실레이터 150 : 파워온리셋부

200, 300, 400, 500 : 제1 내지 제4 디지털 제어부

270, 370, 470, 570 : 제1 내지 제4 스위칭부

650 : 제1 출력부

본 발명은 고전압 발생장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 출력전압의 안정화와 다양한 방식으로 출력전압의 제어가 가능하도록 디지털 제어 코드에 의해 제어되는 방식을 사용하여 ASIC(application-specific integrated circuit)화된 고전압 발생장치 및 그 방법에 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(10), 대전롤러(20), 광주사장치(Laser Scanning Unit : LSU)(30), 현상롤러(40), 전사롤러(50), 제어부(60), 및 고전압 발생장치(HVPS)(70)를 포함한다.

이러한 구성을 갖는 전자사진방식 화상형성장치의 인쇄동작을 살펴보면, 먼저, 고전압 발생장치(70)는 제어부(60)의 제어에 따라 대전롤러(20), 현상롤러 (40), 및 전사롤러(50)에 소정의 전압을 인가한다. 대전롤러(20)는 고전압 발생장치(60)로부터 인가되는 대전전압으로 감광드럼(10)의 표면을 균일하게 대전시킨다. 그리고, 광주사장치(30)는 제어부(60)로부터 입력된 이미지 데이터에 대응되는 광을 감광드럼(10)에 주사한다. 이에 따라, 감광드럼(10)의 표면에는 정전잠상이 형성된다. 이후 감광드럼(10)의 표면에 형성된 정전잠상에는 현상롤러(40)에 의해 공급되는 토너에 의해 토너화상이 형성된다. 고전압 발생장치(70)로부터 인가되는 전사전압에 의해 구동되는 전사롤러(50)는 감광드럼(10)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(71), 전압제어부(72), 오실레이터 및 전원변압부(73), 전압배압부(74), 전압센싱부(75), 및 보호부(76)를 포함한다. 저역 통과 필터부(71)는 엔진 제어부 등으로부터 듀티(duty) 비에 따라 출력전압의 레벨이 결정되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호인 D(t)가 입력되면, 입 력된 신호를 기반으로 RC 2단 필터를 통하여 DC 신호로 변화하여 출력하며, 이 DC 신호가 출력전압 제어의 기준신호로 사용된다.

전압제어부(72)는 차분회로와 오차신호를 증폭한 제어기로 동작하며, 저역 통과 필터부(71)를 거쳐 출력되는 DC 신호와 실제 출력전압을 피드백(Feedback)한 신호를 비교하여, 오실레이터 및 전원변압부(30)의 트랜지스터 Q의 구동신호를 발생한다. 오실레이터 및 전원변압부(73)는 전압제어부(72)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(74)는, 정류용 다이오드 D1 및 D2와 전압 배압 및 평활용 커패시터 C4 및 C5를 사용하여, 전원변압기의 2차측 코일에 유기된 교류전압으로부터 최종 직류 고압을 발생시킨다. 그리고, 전압 센싱부(75)와 보호부(76)는 실제 출력전압을 감지하여 전압 제어부(72)로 피드백 신호를 생성하며, 이상 전압의 인가를 방지한다.

참고로 도 2에 도시한 고전압 발생장치는 특정 한개의 채널의 현상 유니트에 고전압을 발생시키기 위한 회로도이며, 대전롤러(20), 현상롤러(40) 및 전사롤러(50) 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.

따라서, 본 발명의 목적은, 디지털 제어 방식을 사용하여 제어 기능을 하나의 ASIC 칩으로 원칩화할 수 있으며, 디지털 제어 코드에 의해 출력전압의 제어가 가능한 고전압 발생장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 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.

상기 디지털 인터페이스부는, IC2 통신 인터페이스에 의해 전달되는 상기 제 어 코드로부터 상기 제어 데이터를 추출하여 출력하는 I2C 인터페이스부, SPI(Serial Peripheral Interface) 통신 인터페이스 방식에 의해 전달되는 상기 제어 코드에서 추출한 상기 제어 데이터를 출력하는 제공하는 SPI부, 상기 I2C 인터페이스부 및 상기 SPI부 중 어느 하나에서 출력되는 상기 제어 데이터를 저장 및 출력하는 메모리,및 상기 제어 코드를 상기 I2C 인터페이스부 및 상기 SPI부 중 어느 하나의 입력으로 전달하는 디멀티플렉서를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 메모리는, 상기 시정수를 저장하는 휘발성 메모리, 및 상기 휘발성 메모리와 동일한 메모리 맵을 갖는, 프로그램이 가능한 비휘발성 메모리를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 스위칭부, 상기 디지털 인터페이스부, 및 디지털 제어부는 하나의 칩내에 실현되는 것이 가능하다.

상기 제어 데이터는, 상기 출력전압의 파형, 상기 출력전압의 크기, 상기 출력전압의 출력여부 중 적어도 어느 하나를 결정하는 데이터인 것인 바람직하다.

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 것이 바람직하며, 상기 스위칭부는, MOSFET를 상기 단속 동작을 위한 스위칭 소자로 사용하는 것이 가능하다.

이와 같은 고전압 발생장치는 화상형성장치 등에 사용될 수 있다.

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. 그리고, (d) 상기 전원변압기의 2차측 출력전압을 궤환신호로 입력받고, 상기 궤환신호와 상기 제어 데이터의 비교 결과에 따라 상기 스위칭 동작의 주기를 조정하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 (a) 단계 내지 (d) 단계는 하나의 칩내에서 실행되는 것이 가능하다. 이와 같은, 고전압 발생방법은 화상형성장치 등에 사용될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 ASIC 칩은, 하나의 반도체 기판위에 구현되며, 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 포함하는 것이 바람직하다.

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.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 고전압 발생장치는 종래의 다양한 아날로그 소자의 조합으로 구성되어 전원변압기의 1차측 코일을 단속하는 제어 기능을 디지털 제어기반의 ASIC 칩으로 구성한다. 또한, 이하의 실시예에서는 4채널(channel)을 구동할 수 있는 ASIC 칩을 예로 들어 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 크기 등을 제어하기 위해 사용되는 제어 데이터를 포함하는 제어 코드를 소정 프로토콜에 의해 엔진 제어부와 같은 메인 제어부로부터 전달받는다. 이때, 소정 프로토콜은 두 개의 장치간에 직렬 통신으로 데이터를 교환할 수 있게 해주는 인터페이스인 SPI(Serial Peripheral Interface), 및 양방향 직렬 버스인 I2C 등의 시리얼 통신 인터페이스를 사용한다.

디지털 인터페이스부(100)는 메인 제어부로부터 입력받은 제어 코드로부터 제어 데이터를 추출하여, 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 기준값 (V₀₁1*, V₀₂*, V₀₃2*, V₀₄4*) 등으로 사용하도록 한다.

제1 내지 제4 디지털 제어부(200, 300, 400, 500)의 구성 및 기능은 동일하며, 디지털 인터페이스부(100)로부터 전달 받은 제어 데이터 중에서 제어 기준값( 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 구동신호를 조정한다.

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 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.

도 4는 도 3의 디지털 인터페이스부(100)의 상세 블럭도이다. 도 4를 참조하면, 디지털 인터페이스부(100)는 디멀티플렉서(Demultiplexer)(103), I2C 인터페이스부(105), SPI부(107), SRAM(109), 및 P2ROM(Production-Programmed Read-Only Memory)(111)을 포함한다.

디멀티플렉서(103)는 'RST' 단자에 입력되는 신호에 따라, 'cs_n', 'sck/sci', 'sdi', 'sdo/sda' 단자를 통해 입력되는 신호를 I2C 인터페이스부(105) 및 통신 인터페이스부(107) 중 어느 하나의 입력 신호로 연결한다. 예컨대, 'RST' 단자에 로우(low) 신호가 입력되면, 'cs_n', 'sck/sci', 'sdi', 'sdo/sda' 단자를 통해 입력되는 신호가 I2C 인터페이스부(105)의 입력신호가 되도록 연결하며, 'RST' 단자에 하이(high) 신호가 입력되면, 'cs_n', 'sck/sci', 'sdi', 'sdo/sda' 단자를 통해 입력되는 신호가 SPI부(107)의 입력신호가 되도록 연결한다.

I2C 인터페이스부(105)는 I2C 통신 인터페이스 방식에 따라, 메인 제어부로부터 제어 코드를 입력받는다. SPI부(107)는 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신인터페이스 방식에 따라 메인 제어부로부터 제어 코드를 입력받는다. I2C 인터페이스부(105) 및 SPI부(107) 중 어느 하나를 통해 출력되는 제어 데이터는 SRAM(109)에 저장되며, 제1 디지털 제어부(200)내의 출력 전압 보상기의 시정수 설 정 등에 사용된다.

즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 디지털 인터페이스부(100)는 메인 제어부와 고전압 발생장치사이에 디지털 데이터를 주고받기 위해 구성된 직렬통신 인터페이스 회로를 사용하며, 직렬통신 인터페이스로는 범용으로 사용되는 SPI 및 I2C를 적용한다. 기능에 따라 SPI 및 I2C의 기능을 통신 절환 입력인 'RST' 단자에 따라 선택적으로 사용하므로 다가능(Multi-Function) 직렬통신이 가능하다.

또한, 출력전압 보상기의 시정수 등의 제어 데이터를 영구적 저장을 위해, SRAM(109)과 동일한 메모리 맵핑(Memory Mapping) 방식으로 Fuse Array로 구성된 P2ROM(111)이 접속되어, 출력전압 보상기의 시정수 튜닝작업이 끝난 시정수 등의 제어 데이터를 영구 저장할 수 있다. 이와 같이, 다기능(Multi-Function) 인터페이스를 적용하면 제한된 입출력 단자로 다기능의 동작을 수행할 수 있으며, ASIC의 소형화 또한 가능해진다.

다음의 [표 1]은 SAM(109)에 할당되는 레지스터맵을 나타낸다.

RA<5:0>	MSB	D6	D5	D4	D3	D2	D1	LSB
CH# +"000"	'0'	NV	URM	'0'	OV<11>	OV<10>	OV<9>	OV<8>
CH# +"001"	OV<7>	OV<6>	OV<5>	OV<4>	OV<3>	OV<2>	OV<1>	OV<0>
CH# +"010"	PC<7>	PC<6>	PC<5>	PC<4>	PC<3>	PC<2>	PC<1>	PC<0>
CH#+"011"	IC<7>	IC<7>	IC<7>	IC<7>	IC<7>	IC<7>	IC<7>	IC<7>
CH# +"100"	ADC<7>	ADC<6>	ADC<5>	ADC<4>	ADC<3>	ADC<2>	ADC<1>	ADC<0>
CH# +"101"	Test register
CH# +"110"	'0'	'0'	'0'	'0'	RNCH2	RNCH2	RNCH2	RNCH2
CH# +"111"	Channel access operation

[표 1]에서 RA<5:0>에서 CH#는 다음과 같이 채널 선택을 위해 사용된다.

● CH# = "000" 채널 0 선택

● CH# = "001" 채널 1 선택

● CH# = "010" 채널 2 선택

● CH# = "011" 채널 3 선택

● CH# = "100" 채널 4 선택

● CH# = "101" 채널 5 선택

● CH# = "110" 채널 6 선택

● CH# = "111" 채널 7 선택

[표 1]에서와 같이, 고전압 발생장치를 제어하기 위해 사용되는 각종 제어 데이터를 저장하는 별도의 레지스터 메모리를 적용하여 맵을 구성한다. 레지스터 맵은 각 채널별(CH#)로 다음과 같은 제어 데이터를 갖는다.

● NV : 출력전압 제어기의 피드백 신호의 극성을 설정하는 제어값

● URM : 선택된 채널을 Open Loop 제어를 수행하기 위한 제어값

● OV : 고압 출력전압의 기준값

● PC : 출력 전압제어기의 비례이득값

● IC : 출력 전압제어기의 적분이득값

● ADC : 전압의 제어를 위한 출력전압의 A/D 변환된 값이며, 이는 메인 CPU가 직접 HVPS의 출력전압 상태를 모니터링하기 위해 사용된다.

● RN_CH# : 채널별로 출력전압을 ON/OFF 하기 위한 제어값

● Channel Access : 레지스터 맵에 저장된 파라미터를 메인 CPU가 전체적으로 스캔하기 위한 커맨드이다.

다음의 [표 2]는 메인 제어부와 고전압 발생장치가 직렬통신을 통해 전달되는 기본적인 제어 코드의 구성을 나타내고 있다.

BYTE	MSB	D6	D5	D4	D3	D2	D1	LSB
COMMAND	X	RD/WR	RA<5>	RA<4>	RA<3>	RA<2>	RA<1>	RA<0>
RD_WR	RD<7>	RD<7>	RD<7>	RD<7>	RD<7>	RD<7>	RD<7>	RD<7>
ACKNOWLEDGE	0	0	1	0	0	0	0	0
RD_READ	RD<7>	RD<6>	RD<5>	RD<4>	RD<3>	RD<2>	RD<1>	RD<0>

제어 코드는 기본적으로 명령의 수행을 설정하는 코맨드 코드(Command Code)와 데이터를 포함하는 데이터 코드(Data Code), 그리고 통신의 종결을 전달하는 Ack code로 구성된다.

● Command Code : RD_/WR 및 어드레스(Addr) 비트로 구성되며, 레지스터 맵의 주소를 설정하여 데이터를 읽거나 저장하는 명령을 수행할 때 사용된다. 즉, RD/WR = '0' 인 경우, 데이터는 메인 제어부로부터 고전압 발생장치에 저장되고,RD/WR = '1'인 경우, 데이터는 고전압 발생장치에서 읽어져셔 메인 제어부로 전달된다. 그리고, RA<5:0> 레지스터 어드레스를 나타낸다.

● Data Code : 레지스터 맵에 저장할 데이터나 읽어올 데이터를 나타낸다.

● Ack Code : 통신의 종결을 전달한다.

메인 제어부와 고전압 발생장간의 데이터 송수신 과정은, 메인 제어부에서 고전압 발생장치로 데이터 코맨드를 전송하여 시작된다. SPI 모드인 경우, cs_n 의 폴링 에지후 전달되는 첫번째 바이트가 코맨드이고, IC2 모드인 경우 I2C 주소후에 첫번째 바이트가 코맨드가 된다. 고전압 발생장치는 전달되는 코맨드의 종류에 따라 데이터를 수신하거나 혹은 요청된 데이터를 전송한다. 제어부가 새로운 코맨드를 전송하기를 원하는 경우, 'cs_n'단자를 하이로 한후 다시 로우로 하여 새로운 코맨드를 전송하면 된다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 발생장치의 제어를 위해 사용되는 제어 코드의 전달과정을 설명하기 위해 참조되는 흐름도이다. 도 5a 내지 도 5c를 참조하여, 고전압 발생장치에 제어 데이터를 저장하는 'Write Mode', 고전압 발생장치에 저장된 제어 데이터를 읽는 'Read Mode', 및 고전압 발생장치에 저장된 모든 제어 데이터를 읽는 'Scan Mode'에 대하여 설명하기로 한다.

도 5a는 'Write Mode'의 경우 이다. 이 경우, 통신 인터페이스의 동작은, 레지스터 맵에 데이터를 저장할 채널과 파라미터를 'Command Code'를 사용하여 지정한 후(S710), 'Data Code'를 적용하여 실제 데이터를 저장한다(S703, S705). 저장의 종료시점에는 종결 데이터인 'Ack Code'를 인가하여 통신을 마무리 한다(S707). 이와 같은 동작으로 1Byte의 데이터 저장이 완료된다. 만일 다른 항목의 파라미터를 저장하기 위해서는 어드레스를 변경하여 'Write Mode'를 반복 수행한다.

도 5b는 'Read Mode'의 경우이다. 이 경우, 통신 인터페이스는 'Write Mode'의 동작과 유사하게 읽기 위한 파라미터의 어드레스를 'Command Code'를 사용하여 지정한 후(S711), 'Data Code'를 적용하여 실제 데이터를 읽어온다(S713). 특히 출력전압 피드백 값인 ADC는 실제 출력전압을 메인 제어부가 모니터링 함으로써 외부요인에 의해 변경되는 출력전압값을 운전중에 메인 제어부가 미세조정 및 튜닝이 가능하다.

도 5c는 'Scan Mode'의 경우이다. 이 경우는, 'Read Mode'의 확장 기능으로 메인 제어부가 주기적으로 고전압 발생장치의 모든 제어 데이터를 스캔하여 레지스터 맵의 상태를 모니터링 하는데 사용된다. 즉, [표 1]과 관련하여 설명한, ADC[7..0], IC[7..0], PC[7..0], OV[7..0]의 제어 데이터가 례로 읽어져(S723, S725, S727, S729), 고전압 발생장치로부터 읽어져 메인 제어부로 전달된다. 마찬가지로 'Ack Code'에 의해 종료한다(S715).

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 발생장치의 제어를 위한 메인 제어부의 프로그래밍의 일 예를 설명하기 위해 참조되는 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 초기화 혹은 이득조정시 제어기 이득(PC/IC)을 저장하고(S801, S803), 출력전압 상태를 모니터링 하고자 하는 경우 출력전압 상태를 읽는다(S805, S807). 또한, 출력전압 기준값을 조정하기를 원하는 경우 출력전압 기준값을 저장한 후(S811, S8133), 시퀀스에 따라 출력전압의 'ON/OFF'를 제어하는 흐름을 갖는다(S815, S817). 특히 출력전압을 센싱하여 제어기 이득이나 출력전압 기준값을 변경할 수 있는 기능을 제공하고 있다.

상기한 실시예에서와 같이, 종래의 고전압 발생장치에서 사용되는 RC필터 및 OP 앰프를 이용한 제어 기능을 ASIC 칩내의 디지털 제어기에서 구현함으로써, 출력측에 연결된 부하의 가변이나 현상 프로세스의 변동시에도 능동적으로 대처가 가능할 뿐만 아니라, 기존의 고전압 발생장치에서 스위칭 소자를 ASIC 칩내부에 포함시켜 전체 구성이 간단하게 된다. 또한, 전압제어기의 시정수 튜닝시 파라미터의 값을 통신을 통해 쉽게 변경할 수 있으므로 ASIC 소자의 손실없이 효율적인 튜닝작업을 수행 할 수 있다.

그리고, 하나의 ASIC 칩을 이용하여, 4개 혹은 그 이상의 채널의 출력을 제어하는 것이 가능하므로, 향후 Mono LBP뿐만 아니라 Tandem 방식의 C-LBP 에 적용시, 복수의 ASIC 칩을 사용하여 다 출력 대응이 가능하게 할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 디지털 제어 코드를 사용하여제어가 가능하도록 원칩 ASIC화 함에 따라, 부품수 절감과 소형화가 가능하고, SPI 혹은 I2C등의 다양한 통신 인터페이스 방식에 의해 시정수 설정 등을 위한 제어 데이터를 전달받을 수 있어, 다기능 구현이 가능하고 확장성이 증대된다.

그리고, ASIC 칩내부에 디지탈 제어부에 사용되는 비례이득 등의 제어변수값을 프로그램으로 조절 가능함에 따라 출력상태에 따른 최적 제어가 용이하고 유연성이 확대된다. 아울러, 종래의 아날로그 제어 방식에서 각 파라메터 튜닝에 소요되는 시간을 절약함에 따라 양산 효율의 증대가 가능할 뿐만 아니라, 스위칭 소자로 사용되는 MOSFET를 ASIC 칩 내부에 포함시켜, 발열 특성의 개선도 가능하다.

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 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims

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

통신 프로토콜에 의해 전달되는 제어 코드로부터 추출한 상기 제어 데이터를 상기 디지털 제어부에 제공하는 디지털 인터페이스부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압발생장치.
제1항에 있어서,

상기 디지털 인터페이스부는,

IC2 통신 인터페이스에 의해 전달되는 상기 제어 코드로부터 상기 제어 데이터를 추출하여 출력하는 I2C 인터페이스부;

SPI(Serial Peripheral Interface) 통신 인터페이스 방식에 의해 전달되는 상기 제어 코드에서 추출한 상기 제어 데이터를 출력하는 제공하는 SPI부;

상기 I2C 인터페이스부 및 상기 SPI부 중 어느 하나에서 출력되는 상기 제어 데이터를 저장 및 출력하는 메모리; 및

상기 제어 코드를 상기 I2C 인터페이스부 및 상기 SPI부 중 어느 하나의 입력으로 전달하는 디멀티플렉서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
제2항에 있어서,

상기 메모리는,

상기 제어 데이터를 저장하는 휘발성 메모리; 및

상기 휘발성 메모리와 동일한 메모리 맵을 갖으며, 프로그램이 가능한 비휘발성 메모리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
제1항에 있어서,

상기 제어 데이터는, 상기 2차측 코일에 유기되는 전압의 파형, 크기, 출력여부 중 적어도 어느 하나를 결정하는 데이터인 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
제1항에 있어서,

상기 스위칭부, 상기 디지털 인터페이스부, 및 디지털 제어부는 하나의 칩내에 실현되는 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
제1항에 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 발생장 치.
제1항에 있어서,

상기 스위칭부는, MOSFET를 상기 단속 동작을 위한 스위칭 소자로 사용하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 고전압 발생장치를 이용하여 전압을 발생하는 화상형성장치.
(a) 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.
제9항에 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.
제10항에 있어서,

상기 (a) 단계 내지 (d) 단계는 하나의 칩내에서 실행되는 것을 특징으로 하는 고전압 발생방법.
제10항에 있어서,

상기 소정 스위칭 소자는, MOSFET인 것을 특징으로 하는 고전압 발생방법.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항의 고전압 발생방법을 이용하여 전압을 발생하는 화상형성장치.
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; 및

통신 프로토콜에 의해 전달되는 제어 코드로부터 추출한 상기 제어 데이터를 상기 디지털 제어부에 제공하는 디지털 인터페이스부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 ASIC 칩.
제14항에 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.
제14항에 있어서,

상기 스위칭부는, MOSFET를 상기 단속 동작을 위한 스위칭 소자로 사용하는 것을 특징으로 하는 ASIC 칩.