JP2008125303A - Constant-current power supply unit and image forming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,入力された交流電圧に基づいて出力電圧を変圧する圧電トランスを有する電源装置に関し,特に,前記圧電トランスの出力電圧を直流電圧に変換する整流回路と,該整流回路から出力される直流電圧の電流値を既定値に維持する定電流制御回路とを有する定電流電源装置及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a power supply device having a piezoelectric transformer that transforms an output voltage based on an input AC voltage, and in particular, a rectifier circuit that converts the output voltage of the piezoelectric transformer into a DC voltage, and the rectifier circuit that outputs the rectifier circuit. The present invention relates to a constant current power supply apparatus having a constant current control circuit that maintains a current value of a DC voltage at a predetermined value, and an image forming apparatus including the constant current power supply apparatus.
従来から,複写機やプリンタ装置,ファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置は,帯電器の帯電ローラや転写装置の転写ローラに既定値の電流を印加する定電流電源装置を備えて構成される。前記画像形成装置では,この定電流電源装置により印加される電流が精度よく既定値に維持されることが画像形成の精度に重要である。
ところで,近年,前記定電流電源装置には,高効率でノイズの発生が少なく小型の圧電トランスが用いられることがある。この圧電トランスは,発振回路から入力される任意の周波数の交流電圧による圧電振動体の共振現象を利用して出力電圧を変圧する。このとき,圧電トランスを効率良く駆動させるためには,該圧電トランス固有の共振周波数で交流電圧を入力する必要がある。そこで,前記圧電トランスから出力された交流電圧を整流して負荷に直流電圧を出力する整流回路の出力電圧を,発振回路に帰還させて発振周波数を制御する方法が知られている。しかし,この手法では,前記負荷に供給される直流電圧を分岐しているため,該負荷に供給される直流電流の定電流制御の精度が低下するという問題がある。
そこで,例えば,特許文献1には,圧電トランスの出力電圧を静電誘導によって帰還信号として検出して発振回路に帰還させることが提案されている。この場合には,負荷へ出力される直流電流の定電流制御の精度の低下を防止することができる。
By the way, in recent years, a small-sized piezoelectric transformer may be used for the constant current power supply device with high efficiency and less noise. This piezoelectric transformer transforms the output voltage by utilizing the resonance phenomenon of the piezoelectric vibrating body caused by the AC voltage of an arbitrary frequency input from the oscillation circuit. At this time, in order to drive the piezoelectric transformer efficiently, it is necessary to input an AC voltage at a resonance frequency unique to the piezoelectric transformer. Therefore, a method of controlling the oscillation frequency by feeding back the output voltage of the rectifier circuit that rectifies the AC voltage output from the piezoelectric transformer and outputs the DC voltage to the load to the oscillation circuit is known. However, in this method, since the DC voltage supplied to the load is branched, there is a problem that the accuracy of constant current control of the DC current supplied to the load is lowered.
Therefore, for example, Patent Document 1 proposes detecting the output voltage of the piezoelectric transformer as a feedback signal by electrostatic induction and feeding it back to the oscillation circuit. In this case, it is possible to prevent a decrease in the accuracy of constant current control of the direct current output to the load.
しかしながら,前記特許文献1の技術では,前記圧電トランスの出力を静電誘導によって検出しているため,前記圧電トランスと静電誘導用の電極との距離のバラツキや前記圧電トランスの周囲環境(温度や湿度など)の変動に伴う誘電率の変動などの外部要因によって,前記圧電トランスと前記電極との間の静電容量が変動することになり,発振回路に帰還される交流電圧の位相にバラツキが発生して精度の高い制御が出来ないという問題がある。
一方,圧電トランスから出力される交流電圧を,整流回路の前段で分岐して発振回路にそのまま帰還させることにより,前記外部要因による発振周波数制御の精度低下を防止することはできるが,圧電トランスから出力される交流電圧は高圧であるため,その発振回路や発振回路への帰還経路上に設けられるコンデンサなどの電子部品に,定格電圧の高いものを用いる必要があり,高コストとなるという問題が生じる。
従って,本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり,その目的とするところは,負荷への出力電流を高い精度で既定値に維持すると共に,圧電トランスへの発振周波数を外部要因の影響を受けない高い精度で制御することのできる回路を簡単且つ低コストな構成で実現することのできる定電流電源装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。
However, in the technique of Patent Document 1, since the output of the piezoelectric transformer is detected by electrostatic induction, variations in the distance between the piezoelectric transformer and the electrode for electrostatic induction and the ambient environment (temperature) of the piezoelectric transformer. The capacitance between the piezoelectric transformer and the electrode fluctuates due to external factors such as the variation in dielectric constant due to fluctuations in the voltage and humidity, and the phase of the AC voltage fed back to the oscillation circuit varies. This causes a problem that high-precision control cannot be performed.
On the other hand, the AC voltage output from the piezoelectric transformer is branched before the rectifier circuit and directly fed back to the oscillation circuit, so that the accuracy of the oscillation frequency control due to the external factors can be prevented from being reduced. Since the output AC voltage is high voltage, it is necessary to use a high rated voltage electronic component such as a capacitor provided on the oscillation circuit and the feedback path to the oscillation circuit, resulting in a high cost. Arise.
Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to maintain the output current to the load at a predetermined value with high accuracy and to influence the oscillation frequency to the piezoelectric transformer due to the influence of external factors. It is an object of the present invention to provide a constant current power supply device that can realize a circuit that can be controlled with high accuracy without being affected by a simple and low-cost configuration, and an image forming apparatus including the constant current power supply device.
上記目的を達成するために本発明は,入力された制御信号に基づいて任意の発振周波数の交流電圧を生成する発振回路と,前記発振回路から出力された交流電圧に基づいて出力電圧を変圧する圧電トランスと,前記圧電トランスから出力された交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と,前記整流回路から出力される直流電圧の電流値に基づいて前記圧電トランスの駆動を制御することにより該整流回路から出力される直流電圧の電流値が既定値となるように制御する定電流制御回路と,を備えてなる定電流電源装置に適用されるものであって,前記圧電トランスから出力された交流電圧を少なくとも二つの抵抗によって分圧することにより前記交流電圧を降圧して出力する抵抗分圧回路と,前記抵抗分圧回路によって出力された前記交流電圧を前記発振回路に帰還させる帰還回路と,を備えてなり,前記発振回路が前記帰還回路によって帰還された交流電圧を前記制御信号として任意の発振周波数を生成してなることを特徴とする定電流電源装置として構成される。
本発明によれば,前記圧電トランスから出力されて前記抵抗分圧回路で分圧された後の低い交流電圧を前記発振回路に帰還させることが可能となるため,前記発振回路や前記帰還回路上に設けられるコンデンサ等の電子部品に要求される定格電圧を下げることができる。したがって,前記圧電トランスへ入力する周波数を該圧電トランスの共振周波数に維持するための制御を高精度で行うことのできる回路を簡単且つ低コストな構成で実現することができる。さらに,前記圧電トランスからの交流電圧を,前記整流回路の前段で分岐して帰還させているため,前記定電流制御回路への悪影響を防止することができ,負荷への出力電流を高い精度で既定値に維持することができる。
また,本発明は,前記定電流電源装置を備えてなる画像形成装置の発明として捉えることができる。具体的に,前記画像形成装置では,画像形成に用いられる帯電器や転写装置に定電流の直流電圧を供給するために,前記定電流電源装置を用いることが考えられる。これにより,前記帯電器や転写装置に,高い精度で既定値に維持された直流電流が供給されるため,高い画像形成精度を維持することができる。
In order to achieve the above object, the present invention transforms an output voltage based on an oscillation circuit that generates an AC voltage having an arbitrary oscillation frequency based on an input control signal and an AC voltage output from the oscillation circuit. A piezoelectric transformer; a rectifier circuit that converts an AC voltage output from the piezoelectric transformer into a DC voltage; and a rectifier that controls driving of the piezoelectric transformer based on a current value of the DC voltage output from the rectifier circuit. And a constant current control circuit that controls the current value of the DC voltage output from the circuit to be a predetermined value, the AC current output from the piezoelectric transformer. A resistance voltage dividing circuit for stepping down and outputting the AC voltage by dividing the voltage by at least two resistors, and the AC voltage output by the resistance voltage dividing circuit. And a feedback circuit that feeds back the oscillation circuit to the oscillation circuit, wherein the oscillation circuit generates an arbitrary oscillation frequency using the AC voltage fed back by the feedback circuit as the control signal. Configured as a power supply.
According to the present invention, a low AC voltage output from the piezoelectric transformer and divided by the resistance voltage dividing circuit can be fed back to the oscillation circuit. The rated voltage required for an electronic component such as a capacitor provided in the can be reduced. Therefore, it is possible to realize a circuit capable of performing control for maintaining the frequency input to the piezoelectric transformer at the resonance frequency of the piezoelectric transformer with high accuracy with a simple and low-cost configuration. Furthermore, since the AC voltage from the piezoelectric transformer is branched and fed back before the rectifier circuit, adverse effects on the constant current control circuit can be prevented, and the output current to the load can be accurately controlled. Can be kept at default value.
The present invention can also be understood as an invention of an image forming apparatus provided with the constant current power supply device. Specifically, in the image forming apparatus, it is conceivable to use the constant current power supply device in order to supply a constant current DC voltage to a charger or transfer device used for image formation. Thereby, a direct current maintained at a predetermined value with high accuracy is supplied to the charger and the transfer device, so that high image forming accuracy can be maintained.
本発明によれば,前記圧電トランスから出力されて前記抵抗分圧回路で分圧された後の低い交流電圧を前記発振回路に帰還させることが可能となるため,前記発振回路や前記帰還回路上に設けられるコンデンサ等の電子部品に要求される定格電圧を下げることができる。したがって,前記圧電トランスへ入力する周波数を該圧電トランスの共振周波数に維持するための制御を高精度で行うことのできる回路を簡単且つ低コストな構成で実現することができる。さらに,前記圧電トランスからの交流電圧を,前記整流回路の前段で分岐して帰還させているため,前記定電流制御回路への悪影響を防止することができ,負荷への出力電流を高い精度で既定値に維持することができる。 According to the present invention, a low AC voltage output from the piezoelectric transformer and divided by the resistance voltage dividing circuit can be fed back to the oscillation circuit. The rated voltage required for an electronic component such as a capacitor provided in the can be reduced. Therefore, it is possible to realize a circuit capable of performing control for maintaining the frequency input to the piezoelectric transformer at the resonance frequency of the piezoelectric transformer with high accuracy with a simple and low-cost configuration. Furthermore, since the AC voltage from the piezoelectric transformer is branched and fed back before the rectifier circuit, adverse effects on the constant current control circuit can be prevented, and the output current to the load can be accurately controlled. Can be kept at default value.
以下,添付図面を参照しながら,本発明の実施の形態について説明し,本発明の理解に供する。尚,以下の実施の形態は,本発明を具体化した一例であって,本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに,図1は本発明の実施の形態に係る定電流電源装置Xの概略構成を示すブロック図,図2は前記定電流電源装置Xの具体例を説明するための電気回路図,図3は図2の電気回路図におけるポイントP1〜P4各々の電圧波形を示す図である。
まず,図1を用いて,本発明の実施の形態に係る定電流電源装置Xの概略構成について説明する。
図1に示すように,前記定電流電源装置Xは,基準電圧生成回路1,発振回路2,共振回路3,圧電トランス4,抵抗分圧回路5,整流回路6,直流電流検出回路7,定電流制御回路8,帰還回路9などを備えて構成されている。前記定電流電源装置Xは,直流電源Vccから供給される直流電圧(DC24V)を高電圧に昇圧して出力端子Voutから出力するものである。なお,前記出力端子Voutからは負極性の電圧(−500V〜−1000V程度)が出力される。
具体的に,前記定電流電源装置Xは,例えば複写機やプリンタ装置,ファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置において,帯電器の帯電ローラや転写装置の転写ローラに既定値の電流を印加する電源として用いられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention. The following embodiment is an example embodying the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a constant current power supply device X according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an electric circuit diagram for explaining a specific example of the constant current power supply device X, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing voltage waveforms at points P1 to P4 in the electric circuit diagram of FIG. 2.
First, a schematic configuration of a constant current power supply device X according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the constant current power supply device X includes a reference voltage generation circuit 1, an
Specifically, the constant current power supply device X applies a predetermined current to a charging roller of a charger or a transfer roller of a transfer device in an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine, a printer device, or a facsimile device. Used as a power source.
前記基準電圧生成回路1は,所謂シャントレギュレータであって,前記直流電源Vccから供給される直流電圧に基づいて基準電圧を生成する。
前記発振回路2は,入力された制御信号に基づいて任意の発振周波数で交流電圧を生成して前記圧電トランス4に入力するものである。具体的には,前記帰還回路9によって帰還される前記圧電トランス4の出力電圧の周波数に基づいて発振周波数が制御される所謂自励式の発振回路である。
前記共振回路3は,前記圧電トランス4の内部容量と共に共振となるように設定されたコイルやコンデンサを有するものである。
The reference voltage generation circuit 1 is a so-called shunt regulator, and generates a reference voltage based on a DC voltage supplied from the DC power supply Vcc.
The
The
前記圧電トランス4は,PZT等の圧電セラミックスからなる板状の圧電振動体を備えており,前記圧電振動体の共振現象を利用して,入力された交流電圧に基づいて出力電圧を変圧するものである。前記圧電トランス4から出力された交流電圧は,前記抵抗分圧回路5及び前記整流回路6に印加される。
前記抵抗分圧回路5は,前記圧電トランス4から出力された交流電圧を少なくとも二つの抵抗によって分圧することにより前記交流電圧を降圧して出力するものであって,その降圧された交流電圧は,前記帰還回路9に出力される。
前記帰還回路9は,前記抵抗分圧回路5から出力された低圧の交流電圧を前記発振回路2に帰還するための回路である。前記発振回路2では,前記帰還回路9によって帰還された交流電圧の周波数を前記制御信号として任意の発振周波数で交流電圧が生成される。
ここで,従来(例えば,特許文献1参照)のように,前記圧電トランス4の出力を静電誘導によって検出する場合には,外部要因によって静電容量が変動して,前記発振回路2に帰還される交流電圧の位相にバラツキが発生するという問題があった。一方,前記圧電トランス4の出力を直接取り出す場合には,前記発振回路2や前記帰還回路9上に設けられるコンデンサなどの電子部品に定格電圧の高いものを用いる必要があった。
しかしながら,前記定電流電源装置Xでは,前記圧電トランス4の出力を前記整流回路6の前段に接続された前記抵抗分圧回路5による分圧によって降圧された低圧の交流電圧が前記帰還回路9を通じて前記発振回路2に帰還されるため,外部要因による位相の変動を防止しつつ,前記発振回路2や前記帰還回路9上に設けられるコンデンサなどに要求される定格電圧を下げることができる。
The piezoelectric transformer 4 includes a plate-like piezoelectric vibrating body made of piezoelectric ceramics such as PZT, and transforms an output voltage based on an input AC voltage using a resonance phenomenon of the piezoelectric vibrating body. It is. The AC voltage output from the piezoelectric transformer 4 is applied to the resistance voltage dividing
The resistance voltage dividing
The feedback circuit 9 is a circuit for feeding back the low-voltage AC voltage output from the resistance voltage dividing
Here, when the output of the piezoelectric transformer 4 is detected by electrostatic induction as in the prior art (for example, see Patent Document 1), the capacitance fluctuates due to an external factor and is fed back to the
However, in the constant current power supply device X, the low-voltage AC voltage obtained by stepping down the output of the piezoelectric transformer 4 by voltage division by the resistance voltage dividing
一方,前記整流回路6は,前記圧電トランス4から出力された交流電圧を直流電圧に整流して,不図示の負荷に接続される出力端子Voutに出力するものである。前記直流電流検出回路7及び前記定電流制御回路8は,この整流回路6から出力される直流電圧の電流値を一定に維持するためのものである。
前記直流電流検出回路7は,前記整流回路6から前記出力端子Voutを介して接続された負荷に流れる電流を検出するためのものであって,該直流電流検出回路7によって検出された電流値は,前記定電流制御回路8に入力される。
前記定電流制御回路8は,前記直流電流検出回路7によって検出される電流値に基づいて,前記出力端子Voutに出力される電流値が予め設定された既定値となるように,前記圧電トランス4の駆動,即ち前記圧電トランス4への印加電圧を制御する。
これにより,前記定電流電源装置Xでは,前記出力端子Voutに接続された負荷が変動しても,前記直流電流検出回路7及び前記定電流制御回路8によって,該負荷に供給される電流値が一定に維持される。
On the other hand, the
The DC
Based on the current value detected by the DC
Thereby, in the constant current power supply device X, even if the load connected to the output terminal Vout fluctuates, the current value supplied to the load by the DC
以下,図2及び図3を用いて,前記定電流電源装置Xの具体例について説明する。ここに,図2は前記定電流電源装置Xの具体例を説明するための電気回路図であって,図3は図2の電気回路図におけるポイントP1〜P4各々の電圧波形を示す図である。なお,ここで説明する各回路については,単なる一例に過ぎず,同様に作用するものであれば従来周知の他の回路を用いてもかまわない。
前記基準電圧生成回路1は,抵抗R1〜4とツェナーダイオードZD1を有しており,前記直流電源Vccからの直流電圧の入力に応じて基準電圧Vrefを生成する。
前記発振回路2は,抵抗R5〜R12,コンデンサC1,C2,方形波生成用のコンパレータU1,緩衝増幅用のコンパレータU2,圧電トランス駆動用のFETQ1などを有している。前記発振回路2において,前記帰還回路9からの電圧が印加されていない状態で生成される方形波の発振周波数は,図2におけるポイントP1,P3の直流電圧,前記抵抗R5,R6,R9,R12及び前記コンデンサC2で設定される。ここに,図3(a)は,図2におけるポイントP1の電圧波形を示している。前記FETQ1には,図3(a)に示す方形波が前記コンパレータU2で緩衝増幅された後の方形波が駆動信号として入力される。
Hereinafter, a specific example of the constant current power supply device X will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is an electric circuit diagram for explaining a specific example of the constant current power supply device X. FIG. 3 is a diagram showing voltage waveforms at points P1 to P4 in the electric circuit diagram of FIG. . Each circuit described here is merely an example, and other circuits that are conventionally known may be used as long as they operate in the same manner.
The reference voltage generation circuit 1 includes resistors R1 to R4 and a Zener diode ZD1, and generates a reference voltage Vref according to a DC voltage input from the DC power supply Vcc.
The
ここで,前記発振回路2の具体的な動作について説明する。
前記発振回路2では,前記電源Vccから直流電圧が印加されると,オープンコレクタである前記コンパレータU1の出力に位置するポイントP1の電圧は,前記基準電圧Vrefまで上昇する。従って,前記コンパレータU2の出力電圧も前記基準電圧Vrefまで上昇する。この基準電圧Vrefで前記抵抗R12を介して前記コンデンサC2が充電されるとポイントP5の電圧が徐々に上昇してポイントP3の電圧を越える。これにより,ポイントP1の電圧が低下して0Vになる。このポイントP1の電圧が0VになればコンパレータU2の出力も0Vになり,前記抵抗R12を介して前記コンデンサC2が放電する。
そして,前記ポイントP5の電圧が前記ポイントP3の電圧より低くなると,前記ポイントP1の電圧が前記基準電圧Vrefまで上昇して再び前記コンデンサC2を充電することになる。このように,前記ポイントP3の電圧を基準に充放電が繰り返され,FETQ1がON/OFFされることにより一定周期で発振が持続される。前記ポイントP3の電圧は前記基準電圧Vrefを前記抵抗R3,R4で分圧した電圧である。なお,前記抵抗R5,R6,R7で一定のヒステリシス幅を持たせることで,前記発振回路2を安定化させると共に発振周波数を基本周波数に設定する。
Here, a specific operation of the
In the
When the voltage at the point P5 becomes lower than the voltage at the point P3, the voltage at the point P1 rises to the reference voltage Vref and charges the capacitor C2 again. In this way, charging and discharging are repeated with the voltage at the point P3 as a reference, and the FETQ1 is turned on / off, so that oscillation is maintained at a constant period. The voltage at the point P3 is a voltage obtained by dividing the reference voltage Vref by the resistors R3 and R4. The resistors R5, R6, and R7 have a certain hysteresis width, thereby stabilizing the
前記共振回路3は,コイルL1及びコンデンサC3を備えている。前記コイルL1,前記コンデンサC3は,前記圧電トランス4の内部の静電容量と共に共振するように設定される。
ここに,図3(b)は,図2におけるポイントP2の電圧波形,即ち前記圧電トランス4に入力される電圧波形を示している。図3(a),(b)に示すように,前記圧電トランス4への駆動電圧は,前記FETQ1がONからOFFになった場合に前記圧電トランス4に印加される。
そして,前述したように,前記圧電トランス4に駆動電圧が印加されると,該圧電トランス4では,前記圧電振動体の共振現象により,高圧の交流電圧が出力される。ここに,図3(d)は,前記圧電トランス4から出力電圧,即ち図2におけるポイントP4の電圧波形を示している。前記圧電トランス4から出力された高圧の交流電圧(図3(d))は,前記抵抗分圧回路5及び前記整流回路6に入力される。
The
FIG. 3B shows the voltage waveform at point P2 in FIG. 2, that is, the voltage waveform input to the piezoelectric transformer 4. As shown in FIGS. 3A and 3B, the drive voltage to the piezoelectric transformer 4 is applied to the piezoelectric transformer 4 when the FET Q1 is turned from ON to OFF.
As described above, when a driving voltage is applied to the piezoelectric transformer 4, a high-voltage AC voltage is output from the piezoelectric transformer 4 due to the resonance phenomenon of the piezoelectric vibrator. FIG. 3D shows the output voltage from the piezoelectric transformer 4, that is, the voltage waveform at the point P4 in FIG. A high-voltage AC voltage (FIG. 3D) output from the piezoelectric transformer 4 is input to the resistance
前記抵抗分圧回路5は,前記圧電トランス4からの高圧の交流電圧を分圧するための二つの抵抗R13,R14を備えており,前記抵抗R13の終端は前記抵抗R14及び前記帰還回路9に並列接続されている。ここで,前記抵抗R13は,前記抵抗R14に比べて十分に大きい値に設定されている。これにより,前記抵抗R13から出力される交流電圧は十分に小さい値に降圧されたものとなる。
前記抵抗R14の終端は図2におけるポイントP6を介してコンデンサC7に接続されている。前記圧電トランス4からの交流電圧は,コンデンサC4を経由して,R14を経由した後,前記コンデンサC7を介してグランドに流れる。
一方,前記帰還回路9上にはコンデンサC4が設けられており,前記圧電トランス4からの交流電圧は,前記コンデンサC4を介して前記共振回路2のポイントP3に流れる。前記コンデンサC4は,前記帰還回路9上の直流成分を除去するために用いられるものである。
このように,前記定電流電源装置Xでは,前記抵抗R13から出力された低圧の交流電圧が,前記帰還回路9を通じ,前記コンデンサC4を介して前記発振回路2のポイントP3に帰還される。したがって,前記発振回路2や前記帰還回路9上に設けられた前記コンデンサC4に印加される交流電圧は,前記抵抗分圧回路5によって降圧された十分に低いものであるため,前記発振回路2や前記コンデンサC4に定格電圧(許容電圧)の低いものを用いることができ,回路の簡素化及び低コスト化を実現することができる。また,前記コンデンサC4で,前記交流電圧を降圧させる必要がないため,該コンデンサC4に静電容量が十分に大きなもの(即ち容量性リアクタンスが小さいもの)を用いることで安定した制御を行うことが可能である。
The resistance
The terminal end of the resistor R14 is connected to the capacitor C7 via a point P6 in FIG. The AC voltage from the piezoelectric transformer 4 passes through the capacitor C4, R14, and then flows to the ground through the capacitor C7.
On the other hand, a capacitor C4 is provided on the feedback circuit 9, and the AC voltage from the piezoelectric transformer 4 flows to the point P3 of the
Thus, in the constant current power supply device X, the low-voltage AC voltage output from the resistor R13 is fed back to the point P3 of the
ここに,図3(c)は,前記発振回路2のポイントP3における電圧波形を示している。図3(c)に示す電圧波形は,前記基準電圧生成回路1から入力された直流電圧に,前記帰還回路9を通じて帰還された前記交流電圧(以下「帰還電圧」という)を重畳させたものである。前記発振回路2では,この重畳された電圧波形に基づいて前記FETQ1の駆動信号を生成する。
FIG. 3C shows a voltage waveform at point P3 of the
ここで,前記発振回路2における前記帰還電圧に基づく前記FETQ1の駆動信号の制御について説明する。
まず,前記電源Vccから直流電圧が印加されると,前記ポイントP1の電圧が上昇して時間と共に前記コンデンサC2が充電され,前記ポイントP5の電圧が上昇する。一方,前記ポイントP3に印加される電圧(図3(c)参照),即ち前記コンパレータU1の閾値は,前記ポイントP3に帰還される前記帰還電圧によって変動する。そして,前記ポイントP5の電圧が前記ポイントP3の電圧を越えるまで上昇すると,前記ポイントP1の電圧が0Vになり前記コンデンサC2が放電する。即ち,前記発振回路2では,前記ポイントP1の電圧が反転するタイミングが,前記ポイントP3の電圧に重畳された前記帰還電圧によって制御されることになる。
また,前記コンデンサC2が放電するタイミングも同様に,前記ポイントP3に重畳された前記帰還電圧の負の方向の電圧が前記コンパレータU1の閾値を決めるため,前記帰還電圧の振幅と位相に依存した周波数に方形波の発振周波数が引き込まれることになる。したがって,前記出力端子Voutに接続された負荷が増大して前記帰還電圧の振幅が低くなれば,該帰還電圧の位相が遅れて方形波の発振周波数が低くなる。このように,前記圧電トランス4への駆動電圧の周波数が,前記発振回路2によって該圧電トランス4固有の共振周波数になるように制御されることにより,常に前記圧電トランス4を高効率の状態に維持することが可能になる。
Here, control of the drive signal of the FET Q1 based on the feedback voltage in the
First, when a DC voltage is applied from the power source Vcc, the voltage at the point P1 rises, the capacitor C2 is charged with time, and the voltage at the point P5 rises. On the other hand, the voltage applied to the point P3 (see FIG. 3C), that is, the threshold value of the comparator U1 varies depending on the feedback voltage fed back to the point P3. When the voltage at the point P5 increases until it exceeds the voltage at the point P3, the voltage at the point P1 becomes 0V and the capacitor C2 is discharged. That is, in the
Similarly, the timing at which the capacitor C2 is discharged is similarly a frequency dependent on the amplitude and phase of the feedback voltage because the negative voltage of the feedback voltage superimposed on the point P3 determines the threshold value of the comparator U1. Therefore, the oscillation frequency of the square wave is drawn in. Therefore, if the load connected to the output terminal Vout increases and the amplitude of the feedback voltage decreases, the phase of the feedback voltage is delayed and the oscillation frequency of the square wave decreases. Thus, the frequency of the drive voltage to the piezoelectric transformer 4 is controlled by the
一方,前記整流回路6は,前記圧電トランス4から入力された交流電圧を直流電圧に整流した後,前記出力端子Voutに出力するものであって,整流用のダイオードD1,D2と,平滑用のコンデンサC5とを備えている。この整流回路6から出力される直流電圧の電流値は,前記出力端子Voutに接続された負荷の変動に伴って変動することになる。
しかし,前記定電流電源装置Xには,前記直流電流検出回路7及び前記定電流制御回路8が設けられているため,前記出力端子Voutから出力される直流電圧の電流値が予め設定された既定値に維持される。なお,前記整流回路6,前記直流電流検出回路7,前記定電流制御回路8には,抵抗R20,R21,ダイオードD3,ツェナーダイオードZD2が付随して設けられている。また,前記出力端子Voutには,前記ダイオードD3を介して外部の逆バイアス電源から+500Vの直流電圧が常時印加されている。
On the other hand, the
However, since the constant current power supply device X is provided with the direct
前記直流電流検出回路7は,前記整流回路6から出力された直流電圧の電流値を検出するための抵抗R15を備えている。具体的には,前記抵抗R15に生じる電圧降下によって電流値を検出する。
ここで,前記抵抗R15に流れる電流は,前記出力端子Voutから負荷に流れる電流値と同じである。具体的に,前記圧電トランス4の出力電圧の正の半サイクルでは,前記ダイオードD1,抵抗R20及びツェナーダイオードZD2,抵抗R15に電流I1(図2の破線矢印)が流れることにより,前記圧電トランス4の内部容量が充電される。そして,次の負の半サイクルでは,前記圧電トランス4の内部容量の電荷を含めた電流I2(図2の破線矢印)で前記コンデンサC5が充電される。そして,前記コンデンサC5に充電されていた電荷は電流I3(図2の破線矢印)として,抵抗R21及び前記出力端子Voutに接続された負荷に流れて放電する。前記圧電トランス4及び前記整流回路6では,このような充放電作用が繰り返される。
このとき,前記圧電トランス4の出力電圧が正弦波であることから,前記圧電トランス4の内部容量を充電する電流I1と,前記コンデンサC5を充電する電流I2と,前記コンデンサC5から放電される電流I3とは等しい(I1=I2=I3)。したがって,前記ダイオードD1から流れ込む電流による前記抵抗R15の両端の電圧降下を一定に保てば前記出力端子Voutに接続された負荷に流れる電流を一定に保つ事が可能になる。
The DC
Here, the current flowing through the resistor R15 has the same value as the current flowing from the output terminal Vout to the load. Specifically, in the positive half cycle of the output voltage of the piezoelectric transformer 4, a current I 1 (broken arrow in FIG. 2) flows through the diode D1, the resistor R20, the Zener diode ZD2, and the resistor R15. 4 internal capacity is charged. In the next negative half cycle, the capacitor C5 is charged with a current I 2 (broken arrow in FIG. 2) including the charge of the internal capacitance of the piezoelectric transformer 4. The electric charge charged in the capacitor C5 flows as a current I 3 (broken arrow in FIG. 2) to the load connected to the resistor R21 and the output terminal Vout and is discharged. In the piezoelectric transformer 4 and the
At this time, since the output voltage of the piezoelectric transformer 4 is a sine wave, the current I 1 charging the internal capacitance of the piezoelectric transformer 4, the current I 2 charging the capacitor C5, and the capacitor C5 are discharged. Is equal to the current I 3 (I 1 = I 2 = I 3 ). Therefore, if the voltage drop across the resistor R15 due to the current flowing from the diode D1 is kept constant, the current flowing through the load connected to the output terminal Vout can be kept constant.
前記定電流制御回路8は,前記抵抗R15の両端の電圧降下を一定に保つための回路であって,抵抗R16〜R19と,コンデンサC6と,オペアンプU3とを備えている。
前記オペアンプU3は,前記抵抗R15の両端電圧を,外部から入力されるコントロール電圧と比較して,前記トランジスタTR1のベース電圧を制御することで,前記コントロール信号に応じて前記整流回路6からの出力電流を既定値に維持する。ここに,前記コントロール電圧は,予め設定された既定値の電流値,例えば画像形成装置における帯電器や転写ローラに必要な10μA程度の電流値を負荷に供給するための電圧値として予め設定されたものである。
このとき,前述したように,前記定電流電源装置Xでは,前記整流回路6の前段で分岐された交流電圧が,前記帰還回路9を通じて前記発振回路2に帰還されるため,該帰還回路9が前記直流電流検出回路7による検出値に影響せず,前記定電流制御回路8による定電流制御を高い精度で行うことが可能である。これにより,例えば前記定電流電源装置Xを前記画像形成装置の帯電器や転写装置に用いることにより,該画像形成装置において高い画像形成精度を得ることができる。
The constant
The operational amplifier U3 compares the voltage across the resistor R15 with a control voltage input from the outside, and controls the base voltage of the transistor TR1, thereby outputting the output from the
At this time, as described above, in the constant current power supply device X, the AC voltage branched in the previous stage of the
ところで,前記出力端子Voutには,外部の逆バイアス電源から+500Vの直流電圧が,前記ダイオードD3を介して常時印加されている。ここで,前記定電流制御回路8からの出力がOFFの状態,即ち前記圧電トランス4からの出力がOFFの状態では,前記ダイオードD1に電流が流れない。そのため,前記逆バイアス電源からの直流電圧は,前記ダイオードD3を介して前記出力端子Voutに印加される。
一方,前記定電流制御回路8からの出力がONの状態,即ち前記圧電トランス4からの出力がONの状態では,前記ダイオードD1を介して電流がポイントP6に流れる。このとき,前記抵抗R20の値を,前記ダイオードD3の両端に電圧降下が生じないように,十分に大きな値に設定しておくことにより,前記抵抗R15に前記逆バイアス電源からの直流電圧が流れ込むことを防止して,前記定電流制御回路8の定電流制御への影響を防止することができる。なお,前記ツェナーダイオードZD2は,前記逆バイアス電源の直流電圧+500Vが流れ込まない程度,例えば550V程度をクランプするものであり,このツェナーダイオードZD2の作用により,負電圧を生成する当該定電流電源装置Xの損失が低減される。
By the way, a DC voltage of +500 V is always applied to the output terminal Vout through the diode D3 from an external reverse bias power source. Here, when the output from the constant
On the other hand, when the output from the constant
1…基準電圧生成回路
2…発振回路
3…共振回路
4…圧電トランス
5…抵抗分圧回路
6…整流回路
7…直流電流検出回路
8…定電流制御回路
9…帰還回路
C1〜C7…コンデンサ
D1〜D3…ダイオード
I1〜I3…電流
L1…コイル
Q1…FET
R1〜R21…抵抗
TR1…トランジスタ
U1,U2…コンパレータ
U3…オペアンプ
ZD1,ZD2…ツェナーダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reference
R1 to R21 ... resistor TR1 ... transistors U1 and U2 ... comparator U3 ... operational amplifiers ZD1 and ZD2 ... Zener diodes
Claims (2)
前記圧電トランスから出力された交流電圧を少なくとも二つの抵抗によって分圧することにより前記交流電圧を降圧して出力する抵抗分圧回路と,前記抵抗分圧回路によって出力された前記交流電圧を前記発振回路に帰還させる帰還回路と,を備えてなり,前記発振回路が前記帰還回路によって帰還された交流電圧を前記制御信号として任意の発振周波数を生成してなることを特徴とする定電流電源装置。 An oscillation circuit that generates an alternating voltage of an arbitrary oscillation frequency based on an input control signal, a piezoelectric transformer that transforms an output voltage based on the alternating voltage output from the oscillation circuit, and an output from the piezoelectric transformer A current value of the DC voltage output from the rectifier circuit by controlling the driving of the piezoelectric transformer based on the current value of the DC voltage output from the rectifier circuit and the rectifier circuit that converts the AC voltage into the DC voltage. A constant current power supply device comprising a constant current control circuit for controlling to a predetermined value,
A resistance voltage dividing circuit for stepping down and outputting the AC voltage by dividing the AC voltage output from the piezoelectric transformer by at least two resistors, and the AC voltage output by the resistance voltage dividing circuit as the oscillation circuit A constant current power supply device comprising: a feedback circuit that feeds back to the oscillation circuit, wherein the oscillation circuit generates an arbitrary oscillation frequency using the AC voltage fed back by the feedback circuit as the control signal.
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