JPH08149808A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、複写機、レーザプリンタ等、電子写
真方式の画像形成装置における高圧電源装置に好適なス
イッチング方式の電源装置に関し、温度条件に応じて出
力電圧を変化させる。 【構成】スイッチング方式の電源装置の出力を制御する
ための基準値生成回路において、１つもしくは互いに直
列に接続された複数のダイオードと、該１つもしくは複
数のダイオードに並列に接続された、該ダイオードの順
方向電圧の温度係数に比べ温度係数の異なるツェナーダ
イオードとを有し、該１つもしくは複数のダイオードの
両端間の電圧と該ツェナーダイオードの端子間電圧との
差異に応じた基準値を生成する基準値生成回路を備え
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング方式の電
源装置に関し、詳細には、複写機、レーザプリンタ等、
電子写真方式の画像形成装置における高圧電源装置に好
適な電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式の画像形成装置には、例え
ば感光体の帯電用、現像装置に印加するバイアス用等と
して高圧電源装置が組み込まれており、この高圧電源装
置に関し、従来いくつかの提案がなされている（例え
ば、特公平４−３００２４号公報、特開平４−１７１４
６３号公報参照）。それら従来の提案に係る、複写機等
に好適な高圧電源装置は、基本的に、定電圧電源装置と
定電流電源装置に大別される。

【０００３】図４は、スイッチング方式の定電圧電源装
置の基本回路図である。トランジスタ８がオフ状態にあ
ると、直流電源１から、トランス４を構成するコイル４
ａに電流が流れ、その電流はトランジスタ３を経由して
グラウンドに流れる。するとコイル４ｂに、トランジス
タ３をオフ状態に変化させる方向に起電力が発生する。
トランジスタ３がオフ状態になるとコイル４ａを流れる
電流が停止し、今度は逆に、コイル４ｂにはトランジス
タ３をオン状態に変化させる方向に起電力が発生する。
これを繰り返して自励発振する。トランス４の一次側が
自励発振することによりトランス４の２次側のコイル４
ｃを経由して２次側に生じた電力は、ダイオード５で半
波整流され、コンデンサ６で平滑化されてこの高圧電源
装置から出力され、この例では、放電器３０に印加され
る。

【０００４】また、この高圧電源装置内には、コンデン
サ６と並列に、互いに直列に接続された２つの抵抗１
１，１２が備えられており、コンデンサ６の両端の電圧
Ｖ、即ちこの高電圧電源装置の出力電圧Ｖの分圧Ｖ×Ｒ
２／（Ｒ１＋Ｒ２）が、演算増幅器７に、そのプラス入
力端子から入力される。また、抵抗１３，１４により、
基準電圧Ｖref ＝Ｖcc×Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）が生成さ
れ、この基準電圧Ｖrefは、演算増幅器７のマイナス入
力端子から、その演算増幅器７に入力される。演算増幅
器７では入力された２つの電圧信号を比較し、コンデン
サ６の両端の電圧Ｖに対応する分圧Ｖ×Ｒ２／（Ｒ１＋
Ｒ２）が基準電圧Ｖref よりも低い場合、トランジスタ
８をオフ状態側に変化させ、逆に分圧Ｖ×Ｒ２／（Ｒ１
＋Ｒ２）が基準電圧Ｖref よりも高い場合、トランジス
タ８をオン状態側に変化させる。

【０００５】コンデンサ６の両端の電圧Ｖ、即ちこの高
電圧電源装置の出力電圧Ｖが高くトランジスタ８がオン
状態となると、トランジスタ３のベースが接地されてト
ランジスタ３がオフ状態となり、トランス４の一次側の
自励発振が停止する。図４に示す高圧電源装置は、上記
のようなフィードバック制御により、出力電圧を常に一
定に保つように構成されている。

【０００６】図５は、スイッチング方式の定電流電源装
置の基本回路図である。図４に示す定電圧電源装置との
相違点について説明する。図５に示す定電流電源装置に
は、図４に示す定電圧電源装置に備えられた、コンデン
サ６と並列の抵抗１１，１２が無く、それらの抵抗１
１，１２に代わり、抵抗値の小さな抵抗１５が備えられ
ている。この抵抗１５の一端は抵抗を介して演算増幅器
７のマイナス入力端子と接続されている。

【０００７】また、ここではマイナスの基準電圧−Ｖre
f が生成されて、演算増幅器７に、そのプラス入力端子
から入力される。放電器３０に流れる電流が大きいと、
演算増幅器７のマイナス入力端子に、マイナス側により
大きな電圧が入力されて演算増幅器７からより高い電圧
が出力され、トランジスタ８がオン状態側に移行し、ト
ランジスタ３がオフ状態側に移行し、トランス４の一次
側の自励発振が弱まり、２次側の電流が低下する。ま
た、逆に、放電器３０に流れる電流が小さいと、演算増
幅器７のマイナス入力端子に、絶対値がより小さなマイ
ナス電圧が入力されて演算増幅器７からより低い電圧が
出力され、トランジスタ８がオフ状態側に移行し、トラ
ンジスタ３がオン状態側に移行し、トランス４の一次側
が自励発振が強まる。

【０００８】図５に示す高電圧電源装置は、以上のよう
なフィードバック制御により、出力電流を常に一定に保
つように構成されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図４に示す定電圧電源
装置は、常に一定電圧を出力し、周囲温度が変化しても
その出力電圧は特に変化しない。ところが、例えば複写
機用放電器では、一般に、その放電器の用途、例えば帯
電用、転写用、現像用等複写機内の用途によっては、最
適な印加電圧が温度によってかなり大幅に変化する。

【００１０】図６は、放電器への最適印加電圧の温度依
存性の例を示すグラフである。図６の実線のグラフは、
複写機内で用いられる放電器への最適印加電圧の一例を
示しており、温度が−２５℃から７５℃へと１００℃上
昇すると、最適印加電圧は１５００Ｖから５００Ｖへと
約１／３にも減少している。これは、温度等の影響によ
り転写用紙の、電気伝導度等の条件が大きく変化し、そ
れに伴って最適電圧が大きく変化するためである。

【００１１】したがって図４に示す定電圧電源をそのま
ま用いたのでは、温度条件により複写性能が大きく変動
するという問題がある。また、図５に示す定電流電源装
置によれば、上記の問題は大きく改善され、温度条件の
変動によらず常に一定量の電荷を放電し、例えば常に一
定量のトナーを付着させること等が実現でき、複写品質
が安定する。しかし、この定電流電源装置は、例えば図
５に示す回路例ではマイナスの基準電圧−Ｖref を生成
する必要がある等、回路構成が複雑、高価になるという
問題がある。

【００１２】本発明は、上記事情に鑑み、温度条件に応
じて出力電圧等が変化する電源装置を提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の電源装置は、供給された直流電力をスイッチングす
るスイッチング回路と、スイッチングされた電力の電圧
を変換するトランスと、そのトランスの２次側の平均的
な電圧もしくは平均的な電流が所定値を越えるか否かに
応じて、単位時間あたりの、上記トランスの１次側から
２次側に移送される電力が変化するように、スイッチン
グ回路のスイッチング条件を変更するスイッチング制御
回路とを備えた電源装置において、上記トランスの２次
側の平均的な電圧もしくは平均的な電流を環境温度の変
化に応じて所望の電圧もしくは所望の電流に変化させる
ための、環境温度に応じて変化する基準値を生成する基
準値生成回路を備えたことを特徴とする。

【００１４】ここで、上記本発明の電源装置において、
上記基準値生成回路が、１つもしくは互いに直列に接続
された複数のダイオードと、該１つもしくは複数のダイ
オードに並列に接続された、該ダイオードの順方向電圧
の温度係数に比べ温度係数の異なるツェナーダイオード
とを有し、該１つもしくは複数のダイオードの両端間の
電圧と該ツェナーダイオードの端子間電圧との差異に応
じた基準値を生成するものであることが好ましい。

【００１５】

【作用】本発明は、環境温度に応じて変化する基準値を
生成する基準値生成回路を備えたものであり、この基準
値生成回路から出力される値が温度変化に応じて望まし
い変化を示すように構成することにより、温度変化に応
じて常に適切な電圧ないし電流が出力される。

【００１６】また、本発明の基準値生成回路は、上記の
ような、ダイオードとツェナーダイオードを組合せた構
成とすることができ、比較的簡単な構成で、温度に応じ
て変化する基準値を生成することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は、本発明の電源装置の第１実施例の回路図である。
前述した従来例（図４、図５参照）の構成要素と対応す
る構成要素には、それらの図に付した番号と同一の番号
を付して示し、相違点のみについて説明する。

【００１８】図１に示す電源装置には、本発明にいう基
準値生成回路の一例である、基準電圧発生回路１０が備
えられており、その基準電圧発生回路１０からは、温度
に応じて変化する基準電圧Ｖref が生成されて、演算増
幅器７に、そのマイナス入力端子から入力される。図２
は、図１にブロックで示す基準電圧発生回路１０の具体
的な回路構成例を示した回路図である。

【００１９】この図２に示す基準電圧発生回路１０は、
そこから出力される基準電圧Ｖrefの温度係数が負の値
を有する回路、即ち、温度が上昇すると基準電圧Ｖref
が低下する回路であり、ここでは、図５の実線のグラフ
に示すように、温度が１００℃上昇したとき、図１に示
す電源装置の出力電圧が１／３に低下する例について説
明する。

【００２０】電源装置の出力電圧は、基準電圧Ｖref に
比例しており、したがって、温度が１００℃上昇したと
きに基準電圧Ｖref が１／３に低下するように基準電圧
発生回路１０を構成することによって、電源装置の出力
電圧も、温度が１００℃上昇したときに１／３に低下す
る。図２に示す基準電圧発生回路１０には、互いに直列
に接続されたｍ個のダイオード２２，…，２２と、それ
らのダイオード２２，…，２２に並列に接続されたツェ
ナーダイオード２１が備えられている。また、この基準
電圧発生回路１０には、ツェナーダイオード２１とグラ
ウンドとの間に抵抗２３が備えられており、ツェナーダ
イオード２１と抵抗２３との接続点が基準電圧Ｖref の
出力点となる。また、ツェナーダイオード２１のカソー
ドと、ｍ個のダイオード２２，…，２２のうちの最も電
源Ｖcc側に配列されたダイオードのアノードは互いに接
続されており、その接続点と電源Ｖccとの間に抵抗２４
が配置されている。

【００２１】この図２に示す基準電圧発生回路１０を構
成するにあたっては、一例として、以下のようにその回
路定数等が選定される。始めにツェナーダイオード２１
のツェナー電圧Ｖｚが、その温度係数がゼロになるよう
に定められる。これはツェナー電圧Ｖｚが約５．３Ｖの
ツェナーダイオードを選定することに相当し、Ｖｚ＝
５．３Ｖである。一般にツェナー電圧の温度係数は、材
料によって決まる性質であって、その温度係数はツェナ
ー電圧が高電圧になるほど正、低電圧になるほど負であ
る。そして約５．３Ｖの時、温度係数がゼロになる。

【００２２】本発明では、ツェナーダイオード２１の温
度係数がゼロである必要はない。ダイオード２２，…，
２２と異なる値の温度係数を有するツェナーダイオード
を選定してもよいが、その場合、後述するダイオード２
２，…，２２の選定の際に、ダイオード２２，…，２２
の温度係数とともにツェナーダイオードとの温度係数の
差を考慮してダイオード２２，…，２２を選定する必要
を生じ、その選定が複雑となる。このため、ダイオード
２２，…，２２の選定を容易にするためには、温度係数
がゼロのツェナーダイオード２１を選定することが好ま
しい。

【００２３】参考までに温度係数がゼロのツェナーダイ
オードに関する背景を記す。ツェナー降伏電圧は、ダイ
オードの接合部分の不純物濃度によって決まる。不純物
濃度が小さい場合降伏電圧が大きくなるが、そのメカニ
ズムはなだれ降伏である。なだれ降伏電圧の温度係数は
正であるため、高電圧ツェナーダイオードの出力電圧の
温度係数は正の値を示す。一方、不純物濃度が大きい場
合降伏電圧が小さくなり、そのメカニズムはトンネル降
伏である。トンネル降伏電圧の温度係数は負であるた
め、低電圧ツェナーダイオードの出力電圧の温度係数は
負の値を示す。５Ｖ近辺は、両現象が共存して起こる領
域であり、約５．３Ｖで温度係数がちょうどゼロにな
る。

【００２４】次に、ダイオード２２，…，２２の個数ｍ
と、ダイオード１個あたりの順方向電圧Ｖｆを決める。
ダイオードの順方向電圧Ｖｆは、０．６Ｖないし１Ｖ程
度の範囲で、そのダイオード素子の仕様や印加電流値に
より選択、調整することができる。電流値は、回路中の
２つの抵抗２３，２４の値で調整される。一方、ダイオ
ードの順方向電圧Ｖｆの温度係数は、仕様や電流値によ
らずほぼ一定であって、約−２ｍＶ／℃である。

【００２５】本実施例では、下記の温度係数が得られる
ように、個数ｍを７個とする。また、ダイオード１個あ
たりの順方向電圧Ｖｆが室温で０．９６Ｖになるように
直列抵抗２３，２４の値を選択する。以下、このように
定数を定めた場合の、基準電圧Ｖref の値と、その温度
係数について述べる。

【００２６】まずダイオード２２，…，２２の電源側の
端点電圧Ｖａの値と、温度係数について説明する。ダイ
オード７個分の電圧降下は、室温で、０．９６Ｖ×７個
＝６．７Ｖである。従って端点電圧Ｖａは、６．７Ｖで
ある。また、その温度係数は、ダイオード７個合計の温
度係数で、−２ｍＶ／℃×７個＝−１４ｍＶ／℃であ
る。これは、＋５０℃の温度変化で、−０．７Ｖ、−５
０℃の変化で＋０．７Ｖ変化することに相当する。

【００２７】次に、基準電圧Ｖref の値と温度係数につ
いて説明する。室温での基準電圧Ｖref は、Ｖref ＝Ｖ
ａ−Ｖｚ＝６．７Ｖ−５．３Ｖ＝１．４Ｖである。温度
係数はＶａと同様であって、＋５０℃の温度変化で、−
０．７Ｖ、−５０℃の変化で＋０．７Ｖ変化する。これ
は、基準電圧Ｖref が、２．１Ｖ（−２５℃）から０．
７Ｖ（＋７５℃）まで変化することを意味し、この変化
率は１００℃で約１／３に低下する変化である。これは
図６に示す実線のグラフの、複写機用として好ましい電
圧温度係数に相当する。図２に示す基準電圧発生回路１
０を図１の回路に組み合せることにより、１００℃の温
度上昇で、出力電圧が１／３に変化する電源装置が構成
される。

【００２８】以上のように、本実施例によれば、複写機
用に望ましい温度特性を有する高圧電源装置が簡単な構
成で安価に実現できる。図３は、本発明の第２実施例
の、基準電圧発生回路の回路図である。この図３に示す
基準電圧発生回路１０′を、図１にブロックで示す基準
電圧発生回路１０として用いることにより、本発明の第
２実施例の電源装置が構成される。

【００２９】本実施例は、基準電圧Ｖref の温度係数が
正の値を有すものであり、ここでは、図６に破線で示し
た、１００℃の温度上昇で出力電圧が約２倍に上昇する
構成について説明する。図３に示す基準電圧発生回路１
０′には、図２に示す基準電圧発生回路１０と同様に、
互いに直列に接続された複数個（ここではｎ個とする）
のダイオード２２，…，２２と、それらのダイオード２
２，…，２２に並列に接続されたツェナーダイオード２
１が備えられている。ただし、図３に示す基準電圧発生
回路１０′では図２に示す基準電圧発生回路１０と比
べ、ダイオード２２，…，２２とツェナーダイオード２
１の配置位置が入れ替わっている。

【００３０】この図３に示す基準電圧発生回路１０′を
構成するにあたっては、一例として、以下のように回路
定数等が選定される。まず、ツェナーダイオード２１の
電源Ｖcc側の端点電圧をＶｂとし、その温度係数がゼロ
になるように選ぶと、Ｖｂ＝５．３Ｖである。次に、ダ
イオード２２，…，２２の個数ｎを５個とし、ダイオー
ド１個あたりの順方向電圧Ｖｆが０．７６Ｖになるよう
に、直列抵抗２３，２４の値を選ぶ。

【００３１】この時ダイオード５個分の電圧降下５・Ｖ
ｆは、５・Ｖｆ＝０．７６Ｖ×５＝３．８Ｖである。ま
たその温度係数は、−２ｍＶ／℃×５個＝−１０ｍＶ／
℃である。従って基準電圧Ｖref は、室温で、Ｖref ＝
Ｖｚ−５・Ｖｆ＝５．３Ｖ−３．８Ｖ＝１．５Ｖであ
る。またその温度係数は、＋１０ｍＶ／℃である。これ
は周囲温度を±５０℃変化させたとき、基準電圧Ｖref
が±０．５Ｖ変化することに相当する。すなわち基準電
圧Ｖref は、１．０Ｖ（−２５℃）から１．５Ｖ（＋２
５℃）、２Ｖ（＋７５℃）まで変化する。これは１００
℃の温度上昇で、約２倍の電圧上昇である。

【００３２】このように本実施例によれば、温度上昇と
ともに出力電圧が上昇する電源装置を、簡単な構成で安
価に実現することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な構成で、温度変化に応じて出力が変化する電源装
置が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電源装置の第１実施例の回路図であ
る。

【図２】図１にブロックで示す基準電圧発生回路の回路
図である。

【図３】本発明の電源装置の第２実施例における、図２
に示す基準電圧回路に代えて採用される基準電圧発生回
路の回路図である。

【図４】スイッチング方式の定電圧電源装置の基本回路
図である。

【図５】スイッチング方式の定電流電源装置の基本回路
図である。

【図６】放電器への印加電圧の温度依存性の例を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１ 直流電源 ２ スイッチング回路 ３ トランジスタ ４ トランス ５ 整流用ダイオード ６ 平滑化コンデンサ ７ 演算増幅器 ８ トランジスタ １０，１０′ 基準電圧発生回路 ２１ ツェナーダイオード ２２ ダイオード ２３，２４ 抵抗 ３０ 放電器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供給された直流電力をスイッチングする
   スイッチング回路と、スイッチングされた電力の電圧を
   変換するトランスと、該トランスの２次側の平均的な電
   圧もしくは平均的な電流が所定値を越えるか否かに応じ
   て、単位時間あたりの、前記トランスの１次側から２次
   側に移送される電力が変化するように、前記スイッチン
   グ回路のスイッチング条件を変更するスイッチング制御
   回路とを備えた電源装置において、 前記トランスの２次側の平均的な電圧もしくは平均的な
   電流を環境温度の変化に応じて所望の電圧もしくは所望
   の電流に変化させるための、環境温度に応じて変化する
   基準値を生成する基準値生成回路を備えたことを特徴と
   する電源装置。
2. 【請求項２】 前記基準値生成回路が、１つもしくは互
   いに直列に接続された複数のダイオードと、該１つもし
   くは複数のダイオードに並列に接続された、該ダイオー
   ドの順方向電圧の温度係数に比べ温度係数の異なるツェ
   ナーダイオードとを有し、該１つもしくは複数のダイオ
   ードの両端間の電圧と該ツェナーダイオードの端子間電
   圧との差異に応じた基準値を生成するものであることを
   特徴とする電源装置。