JPH04352180A - 画像形成装置の高圧電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真式のプリンタ
ー・複写機等、画像形成装置の現像器に現像用バイアス
電圧を供給する画像形成装置の高圧電源回路に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、現像バイアス用の交流電源は、低
周波の昇圧用トランスを用いることが多かった。ところ
が近年、方形波よりデューティを３：７もしくは４：６
にした偏デューティの矩形波の方が、現像の諸特性が優
れていることがわかってきたため、トランスの偏磁をさ
け、トランスを小型化するために、本出願人は高周波コ
ンバータで負荷容量を充電し、高耐圧トランジスタで放
電することによって任意のデューティの矩形波を得る方
式を提案した。この高周波コンバータ方式で得られた矩
形波は、ＣＲ結合によって直流高圧が重畳された後に、
現像器に給電される。

【０００３】また、重畳用の直流バイアスは、ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータによって別途独立に構成され、交流高圧出
力用のトランスの２次巻線の低圧側へ結合されるのが一
般的であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の高周波コンバー
タ方式の高圧電源回路は、交流出力と直流出力がＣＲ結
合されるために、結合用の抵抗が直流出力の負荷になる
問題があった。

【０００５】このために、結合用抵抗を大きくすると、
直流バイアスの立上がりや立下がりが遅くなったり、負
荷現像器に流れる負荷電流の直流分で、直流レベルがシ
フトする等の欠点があり、逆に結合用抵抗を小さくする
と、交流発生用のコンバータ回路の電力消費が大きくな
り、トランスやトランス１次側駆動用のスイッチングト
ランジスタの昇温が大きくなってしまった。

【０００６】また、従来、重畳用の直流バイアスを交流
トランスから発生させる試みがされてきたが、交流出力
を発生させる前に、直流出力を発生させることができな
かったために、現実的には殆どの場合、直流高圧専用の
ＤＣ−ＤＣコンバータを必要としていた。

【０００７】この発明は、上記従来技術の問題点を解消
するために成されたもので、交流バイアス発生用および
直流バイアス発生用に各々専用のコンバータトランスを
備えることなく現像器用のバイアス電源を発生供給する
ことができ、また消費電力を増すことなく直流バイアス
の立ち上がり、立ち下がり速度を速く、負荷変動に対す
る出力変動を小さくし、かつ交流出力が発生していない
ときでもコンバータトランスから直流高圧が取れる画像
形成装置の高圧電源回路を提供することを目的とするも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、この発明に係
る画像形成装置の高圧電源回路は、昇圧用の高周波コン
バータトランスを駆動するパルス幅変調駆動回路の制御
と前記高周波コンバータトランス出力を分岐した交流バ
イアス発生回路に設けた放電用の電子スイッチのオンオ
フ制御とを行なう制御手段と、前記高周波コンバータト
ランス出力を分岐整流し所定の直流電圧を生成する直流
バイアス発生回路とを備え、前記制御手段による高周波
コンバータトランスの駆動と同時に前記電子スイッチの
オフ、そして前記高周波コンバータトランスの駆動停止
と同時に前記電子スイッチをオンする制御を繰り返し行
なって前記交流バイアス発生回路に交流電圧を発生させ
、発生した交流電圧は前記直流電圧とダイオードクラン
プ回路によって結合して負荷の現像器に給電することを
特徴とする構成によって、前記の目的を達成しようとす
るものである。

【０００９】

【作用】以上の構成により、制御手段は、パルス幅変調
駆動回路の制御を行ない高周波コンバータトランスの出
力を制御する。高周波コンバータトランスからの出力を
分岐整流した直流バイアス発生回路は所定の直流バイア
ス用の直流電圧を生成する。

【００１０】そして制御手段は、高周波コンバータトラ
ンスの駆動と同時に交流バイアス発生回路の電子スイッ
チをオフ、そして高周波コンバータトランスの駆動停止
と同時に前記電子スイッチをオンする制御を繰り返し行
なって交流バイアス発生回路から交流電圧を発生させ、
ダイオードクランプ回路は直流バイアス発生回路からの
直流出力に交流バイアス発生回路からの交流出力を結合
して負荷の現像器に給電する。なおダイオードクランプ
回路は直流の結合に抵抗器を使用せず電力消費が殆どな
く、立上り立下り速度が速い。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係る画像形成装置の高圧電源
回路を実施例により説明する。図１は、本発明の一実施
例の構成概要を示すブロック図であリ、図２は第１実施
例のブロック図、図３は第１実施例の電圧波形図である
。

【００１２】Ｔ１は昇圧用の高周波コンバータトランス
（以下コンバータトランスという）、Ｐ１は画像形成装
置の現像器（図示せず）への出力端子である。

【００１３】ＯＳはコンバータトランスＴ１を駆動する
コンバータトランス駆動回路、ＤＧはコンバータトラン
スＴ１からの出力を分岐した直流バイアス発生回路、Ａ
ＧはコンバータトランスＴ１からの出力を分岐した交流
バイアス発生回路である。そして、直流バイアス発生回
路ＤＧからの出力と交流バイアス発生回路ＡＧからの出
力とをダイオードクランプ回路ＣＬＭで結合して出力端
子Ｐ１から出力する構成となっている。

【００１４】１はマイクロコンピュータ（以下ＣＰＵと
いう）およびメモリ等の周辺装置よりなる制御手段であ
り、実施例の電源装置の制御を行なうと共に図示してな
い複写装置（プリンタ）本体のシーケンスコントローラ
とバスライン或は通信ポートで接続されてシーケンス信
号の授受をも行なう。

【００１５】６は第１のカウンタであり前記ＣＰＵの基
準クロックを周波数Ｆ１、例えば１００ＫＨｚにカウン
トダウンする。７は第２のカウンタであり第１のカウン
タ６の出力を繰返し周波数Ｆ２、例えば２ＫＨｚにカウ
ントダウンすると共に所定のパルス幅、例えばデューテ
ィ比３０％の信号波を作り出し、制御装置１に入力して
交流バイアス発生回路ＡＧの制御用に用いられる。

【００１６】２はコンバータトランスＴ１の一次側のス
イッチング素子Ｑ１を制御するパルス幅変調駆動回路で
ある。

【００１７】コンバータトランスＴ１二次側の昇圧出力
は、整流素子Ｄ１，Ｄ２によって２分割され、整流素子
Ｄ１はグランドへの放電用の高耐圧トランジスタで構成
した電子スイッチＱ２を有する交流バイアス発生回路Ａ
Ｇに給電し、整流素子Ｄ２は平滑コンデンサＣ３および
シリーズレギュレータ１０を有する直流バイアス発生回
路ＤＧに給電する。Ｃ２は交流バイアス発生回路ＡＧの
出力を負荷の現像器に容量結合するコンデンサ、Ｄ３は
直流バイアス発生回路ＤＧの出力を負荷の現像器に直流
結合するクランプダイオードであり、コンデンサＣ２と
クランプダイオードＤ３によりダイオードクランプ回路
ＣＬＭを形成している。

【００１８】４は交流バイアス発生回路ＡＧの出力を検
出する電圧検出回路であり、抵抗Ｒ２，Ｒ３により構成
してある。

【００１９】３は電圧検出回路４で検出した交流バイア
ス発生回路ＡＧの電圧と基準電圧５とを比較する比較器
であり、その出力は制御手段１に入力される。

【００２０】次に図３を参照して、第１実施例の動作を
説明する。同図に示す（イ）は直流バイアスオン、（ロ
）は交流バイアスオンのタイミングを示す。（ハ）はパ
ルス幅変調駆動回路２の出力であり、基本周波数は前記
Ｆ１であり、パルス幅変調および駆動出力のオンオフは
制御手段１によって制御される。

【００２１】（ニ）は交流バイアス発生回路ＡＧの電子
スイッチＱ２のコレクタ電圧、（ホ）は直流バイアス発
生回路ＤＧのシリーズレギュレータ１０の出力、（ヘ）
は電子スイッチＱ２を駆動する制御手段１からの駆動信
号、（ト）は出力端子Ｐ１の電圧波形を示す。

【００２２】直流バイアスのみオンの時には、図３の（
イ）（ロ）に示すように電子スイッチＱ２はオフしたま
まである。整流素子Ｄ１の整流出力は、ダイオードクラ
ンプ回路ＣＬＭのコンデンサＣ２を介して出力端子Ｐ１
に接続される容量負荷である現像器を充電していく。 そして整流素子Ｄ１の整流出力は、電圧検出回路４で所
定比に分割されて比較器３で基準電圧５と比較され、制
御手段１のＣＰＵを介してパルス幅変調駆動回路２を制
御して、図３（ニ）に示すように電子スイッチＱ２のコ
レクタ電圧を所定値Ｖ１に保つ。

【００２３】整流素子Ｄ２の整流出力は、平滑コンデン
サＣ３を充電しシリーズレギュレータ１０で図３（ホ）
に示すように所定の電圧−Ｖ２に変換され、クランプダ
イオードＤ３によって出力端子Ｐ１に給電される。なお
、本実施例においては、交流出力の負パルスのタイミン
グでクランプダイオードＤ３が導通して、交流出力の低
レベルがシリーズレギュレータ１０の出力−Ｖ２と同電
位となる。

【００２４】コンバータトランスＴ１の動作開始時点に
おいては、出力端子Ｐ１の出力電圧は、図３（ト）に示
すように、ダイオードＤ１によるコンデンサＣ２の充電
によっていったん正方向に立上がるが、クランプダイオ
ードＤ３のリーク電流によってシリーズレギュレータ１
０の出力−Ｖ２に収束する。この状態で、ダイオードク
ランプ回路ＣＬＭのコンデンサＣ２には電圧（Ｖ１＋Ｖ
２）に相当する電荷が充電されている。

【００２５】次に、交流出力が必要なタイミングになる
と、電子スイッチＱ２が図３（ヘ）に示す繰返し周波数
Ｆ２、デューティ比３０％の信号でオンオフ制御される
。電子スイッチＱ２オン時にはスイッチング素子Ｑ１の
駆動は停止される。電子スイッチＱ２がオンすると、電
子スイッチＱ２のコレクタ電圧は図３（ニ）に示すよう
に、Ｖ１から０Ｖへ変化する。コンデンサＣ２に充電さ
れた電荷はクランプダイオードＤ３を介して急速に放電
され出力端子Ｐ１の電位は−Ｖ２、従ってクランプコン
デンサＣ２の電荷は電圧Ｖ２相当に変る。

【００２６】電子スイッチＱ２がオフすると、同時にス
イッチング素子Ｑ１は駆動され、ダイオードＤ１の整流
出力は再びコンデンサＣ２を介して、出力端子Ｐ１に接
続された負荷容量である現像器を充電していく。この時
、クランプダイオードＤ３はオフするので、ダイオード
Ｄ１の整流出力は負荷容量の充電以外に消費されること
はない。

【００２７】ダイオードＤ１の整流出力は電圧検出回路
４で所定比に分圧され比較器３に入力される。比較器３
は基準電圧５と比較し、比較結果を制御装置１のＣＰＵ
に出力する。出力端子Ｐ１の出力が所定レベルに達する
と、パルス幅変調駆動回路２の出力は停止される。パル
ス幅変調駆動回路２の出力が停止して、出力端子Ｐ１の
出力が放電によって閾値を越えると比較器３が反転して
パルス幅変調駆動回路２が再び出力を開始する。

【００２８】周波数Ｆ１，Ｆ２、スイッチング素子駆動
パルス幅変調，電子スイッチ駆動信号パルス幅等は、あ
らかじめ制御手段１を構成するＣＰＵ内の記憶装置ＲＯ
Ｍに記憶されているデータに基づいて決定され、制御さ
れる構成となっている。

【００２９】ダイオードクランプ回路ＣＬＭの動作を図
４の原理説明図を参照して説明する。入力は振幅Ｖ１の
矩形波が出力インピーダンス　　ゼロの電源から与えら
れ、出力端子には入力インピーダンス無限大の測定機が
接続されているものとする。矩形波パルスの負のリーデ
ィングエッジでクランプダイオードＤがオンして、クラ
ンプコンデンサＣには電圧Ｅ相当の電荷が充電される。 該充電電荷は、負のリーディングエッジ以外にはクラン
プダイオードＤがオフしていて放電経路がないので、出
力端子には入力と全く相似で直流レベルだけが変換され
た波形が現れる。

【００３０】実際には、図５の動作説明図に示すように
クランプダイオードＤのリーク電流のために、クランプ
コンデンサＣの充電電荷が放電され、その分だけレベル
シフトされ負のリーディングエッジでクランプ電流が流
れる。このクランプ電流のために、クランプダイオード
Ｄがオフする方向に交流バイアスや直流バイアスが変化
しても、高速で応答するようになる。

【００３１】上記の構成と制御により、コンバータトラ
ンスＴ１から交流バイアス発生回路ＡＧおよび直流バイ
アス発生回路ＤＧに高圧の高周波数電力を供給し、交流
バイアス電圧と直流バイアス電圧とを形成しダイオード
クランプ回路ＣＬＭで結合して出力端子Ｐ１から負荷の
現像器に供給することができる。そして、出力電圧は電
圧検出回路４で検出し制御手段１により所定値に制御さ
れる。なおダイオードクランプ回路は直流の結合に抵抗
器を使用しておらず電力消費が殆どなく、しかも立上り
立下りが速く電圧切換に高速で応答する。

【００３２】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。図６は、本発明の第２実施例のブロック図であり、
第１実施例と同一または相当する部分は同一符号で示し
、重複説明を省略する。

【００３３】第２実施例では、負荷の現像器に接続され
る出力信号から、直接、直流分を検出するようにしたも
のである。

【００３４】出力端子Ｐ１の出力電圧を、抵抗Ｒ６，Ｒ
７で分圧し、コンデンサＣ５で平滑する。該分圧平滑し
た電圧はシリーズレギュレータ１０内のオペアンプ１１
に入力し、制御手段１のＣＰＵで制御されＤ／Ａコンバ
ータ５−２でアナログ変換された基準信号と比較する。 そして、オペアンプ１１の出力でエミッタフォロワーＱ
３のベース電流を制御して、エミッタフォロワーＱ３の
エミッタに出力端子Ｐ１の直流電位を所定値に保つよう
な電圧を発生させる構成となっている。

【００３５】上記構成により、第２実施例は第１実施例
の効果に加えて、基準電圧を制御手段１により制御する
構成により比較器３の閾値を可変制御することができ、
図５に示すように直流出力、交流出力それぞれの立ち上
がりを容易にソフトスタートにすることができる。また
ソフトストップも同様に容易に可能である。

【００３６】そして、直流出力の電位を確実に規定値に
保つことができ、また規定値を変更して制御することも
できる。

【００３７】図７は、本発明の第３実施例のブロック図
であり、第２実施例と同一または相当部分は同一符号で
示し、重複説明を省略する。

【００３８】第３実施例は、出力端子Ｐ１の分圧出力を
、少なくとも２次以上のローパスフィルタ１３に通した
後にオペアンプ１１で基準電圧と比較するようにしたも
のである。高次のローパスフィルタ１３を通すことによ
って、遅延時間を増すことなく交流分をカットできる効
果を有する。

【００３９】図８は、本発明の第４実施例のブロック図
である。第４実施例では、クランプダイオードＤ３に放
電用の抵抗Ｒ６をパラレル接続したものである。抵抗Ｒ
６の抵抗値は、コンバータの負荷を増やさないように１
０ＭΩ以上の高抵抗が選ばれる。

【００４０】該放電抵抗Ｒ６を付加することによって、
外部雑音等の影響でクランプダイオードＤ３がオフする
方向にレベル変動する誤動作を防ぎ、直流レベルのクラ
ンプダイオードＤ３がオフする方向の応答速度を上げる
効果を有する。

【００４１】図９は、第５実施例の電圧波形図であり、
図３に示す波形に相当する波形は同一符号で示してある
。

【００４２】第５実施例は、直流出力のみ出力する場合
に、クランプダイオードＤ３がオフする方向での応答特
性を上げるために、負荷容量の放電用の電子スイッチＱ
２を出力レベルに大きな影響を与えない程度に、オンし
てクランプダイオードＤ３を導通させるように構成した
ものである。具体的には図９（ヘ）に示すように、コン
バータがオフしている期間に、所定のパルス幅で電子ス
イッチＱ２をオンさせるよう、制御手段１によって制御
する。

【００４３】上記構成によって、直流出力の規定値への
収斂速度を上げることができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、下記の効果を有する画像形成装置の高圧電源回路を提
供することができる。

【００４５】１．交流バイアスと直流バイアスをダイオ
ードクランプ回路で結合したので、ＣＲ結合した従来技
術に比較して、交流バイアス源の電力負担を増すことな
く、直流バイアスの立上がり立下がりを高速にできる。

【００４６】２．交流バイアスと直流バイアスの結合を
ＣＲ結合した場合に比較して、交流バイアス源の電力負
担を増すことなく、負荷変動に対する直流バイアスの変
化量を無くすることができる。

【００４７】３．交流バイアス用の大型のトランスと直
流バイアス用のトランスをまとめて、高周波の小型のコ
ンバータトランスに置き換えることができるので、駆動
回路が１個になることもあいまって大幅に小型化、コス
トダウンできる。

【００４８】４．制御回路を比較器やパルス幅変調駆動
回路等の最小限の回路を除いて、ディジタル化すること
によって回路規模を小さくすることができ、コストやス
ペースの面で集積化の効果を最大限に発揮できる。

【００４９】５．出力周波数，振幅，デューティ，コン
パレータ周波数，負荷電流のリミッタ閾値等を制御手段
ＣＰＵのプログラミングによって容易に設定変更するこ
とができる。

【００５０】６．出力波形のオーバーシュートやリップ
ルを少なくするための、高精度で複雑な制御をコストや
スペースを殆ど増やすことなく実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　一実施例の概要ブロック図である。

【図２】　　第１実施例のブロック図である。

【図３】　　第１実施例の電圧波形図である。

【図４】　　ダイオードクランプ回路の原理説明図

【図
５】　　ダイオードクランプ回路の動作説明図

【図６】
　　第２実施例のブロック図である。

【図７】　　第３実施例のブロック図である。

【図８】　　第４施例のブロック図である。

【図９】　　第５実施例の電圧波形図である。

【符号の説明】

ＡＧ　　　　交流バイアス発生回路 ＣＬＭ　　ダイオードクランプ回路 ＤＧ　　　　直流バイアス発生回路 ＯＳ　　　　コンバ−タトランス駆動回路Ｐ１　　　　
出力端子 Ｑ２　　　　電子スイッチ Ｔ１　　　　高周波コンバータトランス１　　　　制御
手段 ２　　　　パルス幅変調駆動回路 ３　　　　比較器 ４　　　　電圧検出回路 ６　　　　第１のカウンタ ７　　　　第２のカウンタ なお、図中、同一符号は同一または相当する部分を示す
。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　昇圧用の高周波コンバータトランスを
   駆動するパルス幅変調駆動回路の制御と前記高周波コン
   バータトランス出力を分岐した交流バイアス発生回路に
   設けた放電用の電子スイッチのオンオフ制御とを行なう
   制御手段と、前記高周波コンバータトランス出力を分岐
   整流し所定の直流電圧を生成する直流バイアス発生回路
   とを備え、前記制御手段による高周波コンバータトラン
   スの駆動と同時に前記電子スイッチのオフ、そして前記
   高周波コンバータトランスの駆動停止と同時に前記電子
   スイッチをオンする制御を繰り返し行なって前記交流バ
   イアス発生回路に交流電圧を発生させ、発生した交流電
   圧は前記直流電圧とダイオードクランプ回路によって結
   合して負荷の現像器に給電することを特徴とする画像形
   成装置の高圧電源回路。
2. 【請求項２】　　前記高周波コンバータトランスを動作
   させ前記電子スイッチをオフして負荷容量を充電すると
   き前記ダイオードクランプ回路のクランプダイオードが
   オフし、高周波コンバータトランスを動作停止し電子ス
   イッチをオンして負荷容量から放電するとき前記クラン
   プダイオードがオンするよう前記ダイオードクランプ回
   路を構成したことを特徴とする画像形成装置の高圧電源
   回路。
3. 【請求項３】　　基準クロック周波数を周波数Ｆ１にカ
   ウントダウンする第１のカウンタと、該第１のカウンタ
   の出力を周波数Ｆ２にカウントダウンしかつ所定のパル
   ス幅を有する低周波信号を生成する第２のカウンタと、
   前記第１のカウンタ出力周波数Ｆ１を基本周波数とする
   パルス幅変調駆動回路と、該パルス幅変調駆動回路によ
   って１次側を駆動される昇圧用の高周波コンバータトラ
   ンスと、該高周波コンバータトランスの出力を分岐した
   第１の整流回路の出力を検出する電圧検出回路と、該電
   圧検出回路の出力を基準電圧と比較する比較器と、前記
   第１の整流回路をグランドに短絡する電子スイッチと、
   前記高周波コンバータトランスの出力を分岐した第２の
   整流回路の出力を所定の直流電圧に変換するシリーズレ
   ギュレータと、該シリーズレギュレータ出力を負荷の現
   像器に直流結合するクランプダイオードと前記第１の整
   流回路出力を負荷の現像器に容量結合するコンデンサと
   よりなるダイオードクランプ回路と、前記比較器からの
   出力および前記第２のカウンタからの出力に対応して前
   記パルス幅変調駆動回路および前記電子スイッチを制御
   する制御手段とを備え、前記第１の整流回路からの出力
   と前記第２の整流回路からの出力を前記ダイオードクラ
   ンプ回路で結合して出力することを特徴とする画像形成
   装置の高圧電源回路。
4. 【請求項４】　　負荷の現像器への印加出力の直流電圧
   を検出し、該検出電圧を所定の基準電圧と比較して前記
   シリーズレギュレータの出力を制御することを特徴とす
   る請求項１、２または３の何れかに記載の画像形成装置
   の高圧電源回路。
5. 【請求項５】　　直流電圧の検出は、負荷現像器への印
   加出力を所定比で分圧し、所定のカットオフ周波数を持
   つローパスフイルタで高周波成分をカットする構成によ
   り行なうことを特徴とする請求項４記載の画像形成装置
   の高圧電源回路。
6. 【請求項６】　　前記制御手段は所定のシーケンスタイ
   ミングにおいて、第１の整流回路からの出力が所定の直
   流電圧になるまで前記電子スイッチをオフとし、高周波
   コンバータトランス１次側の通電量を制御することを特
   徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の画像形成装
   置の高圧電源回路。
7. 【請求項７】　　前記制御手段は直流電圧レベルを切換
   えるタイミング時に、シリーズレギュレータの出力を切
   換えると同時に、現像に影響しないレベルの負パルスが
   出力に現われるよう前記電子スイッチを制御することを
   特徴とする請求項６記載の画像形成装置の高圧電源回路
   。
8. 【請求項８】　　前記制御手段は内蔵したプログラムに
   よって、前記周波数Ｆ１，Ｆ２および周波数Ｆ２のパル
   ス幅、前記比較器の閾値、シリーズレギュレータの出力
   レベル等を決定し制御することを特徴とする請求項１な
   いし７の何れかに記載の画像形成装置の高圧電源回路。
9. 【請求項９】　　前記ダイオードクランプ回路は、クラ
   ンプダイオードに並列に接続した放電用抵抗を有するこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置の
   高圧電源回路。