JP2019213409A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図6を用いて電源装置の構成について説明する。図6は高電圧電源である電源装置200の回路図である。電源装置200は、抵抗R101〜R107、コンデンサC101〜C103、ダイオードD101、D102を有する。電源装置200は、スイッチング素子である電界効果トランジスタ(例えば、MOSFET等)Q101(以下、FET Q101という)、高圧トランス(以下、トランスという)T101、比較手段であるコンパレータCP101を有する。FET Q101はトランスT101の1次側に接続されている。出力1は、高電圧の負電圧を出力する部分である。電源V1はトランスT101の1次電流を生成する電源であり、例えば24V等の比較的大きな電圧の直流電源である。電源V2は制御回路用の電源であり、例えば3.3Vや5V等の比較的小さく、高精度な直流電源である。入力1には、CPU等の制御部からFET Q101を駆動するためのパルス信号が入力される。入力2には、同じく制御部から、出力1から出力される電圧の目標電圧を決定するPWM信号が入力される。入力1及び入力2には、電源装置200を制御するCPU等の制御部から信号が入力されるが、制御部は、電源装置200内に設けられていてもよいし、電源装置200を搭載する機器、例えば画像形成装置側の制御部であってもよい。
実施例1のモノクロレーザプリンタ(以下、プリンタという)100の断面図を図1に示す。プリンタ100は、給紙部101、露光手段であるレーザスキャナ102、トナータンク103、現像手段である現像ローラ104、感光体である感光ドラム105、転写手段である転写ローラ106、帯電ローラ107及び廃トナータンク108を備える。また、プリンタ100は、定着ローラ109、加圧ローラ110、排出部111、搬送経路112及び現像ブレード114を備える。給紙部101は、印刷対象の記録媒体(例えば、用紙P)を格納しておく給紙部であり、内部には用紙Pが積載されている。レーザスキャナ102は、レーザ光113を感光ドラム105に照射する。このときのレーザ光113の光路を破線で示す。トナータンク103は、内部に磁性体トナーを収納している。搬送経路112は用紙Pが搬送される経路である。現像ブレード114は現像ローラ104上のトナー量を規制するブレードである。
続いてプリンタ100の動作説明を行う。プリンタ100が印刷ジョブを受信すると、プリンタ100が備える各ローラとレーザスキャナ102が動作を開始する。帯電ローラ107は電源装置200の回路基板(不図示)から電力を供給され、負の高電圧を帯び、感光ドラム105の表面を帯電させる。例えばパーソナルコンピュータ等の外部装置から画像信号が送信されてくると、それに伴いレーザスキャナ102がレーザ光113を画素に応じて点滅させながら感光ドラム105表面を長手方向(感光ドラム105の回転軸方向)に走査する。感光ドラム105はレーザ光113が照射された部分の電荷が消滅し、潜像が形成される。現像ローラ104は、負の高圧が供給されていると共に、現像ローラ104内部には磁石を有しており、トナータンク103内の磁性体トナーを磁力によって引き寄せ、静電気力によって潜像に応じてトナーを感光ドラム105に移動させる。これにより、感光ドラム105上にトナー像が形成される。また、現像ブレード114には現像ローラ104に対して例えば数100V程度の電位差をつけられている。このため、現像ローラ104上のトナーは、現像ブレード114本体による物理的な規制と共に静電気力によっても一様にコーティングされる。
このようにプリンタ100は各種高電圧を必要とし、そのための高電圧生成回路を備えている。その高電圧生成回路としての電源装置200の回路の一種は図6で説明した方式であり、本発明は図6の電源装置200の制御方法を工夫することにより図6の回路における上述した課題を解決する。実施例1の電源装置200の回路として図6の回路を援用する。
具体的な設計方法を例示する。まず、ある負荷条件、すなわち負荷が所定の抵抗値である場合において、図6の回路において例えば抵抗R105をはずす等して、入力1のパルス信号がコンパレータCP101により全く間引かれないようにする。その上で、入力1に入力されるパルス信号のオンデューティを所定のオンデューティ、例えば10%に固定し、パルス信号の周波数を変化させたときに出力1に現れる電圧を観測する。その結果を図2に示す。図2は、横軸に入力1に入力されるパルス信号の周波数を示し、縦軸に出力1から出力される最大出力電圧を示す。図2に示すように、パルス信号の周波数が大きくなるほど出力1からの出力電圧は絶対値が大きくなる。言い換えれば、出力電圧の絶対値が大きいほどパルス信号の周波数は大きくなる。つまり図2は、所定の負荷条件におけるパルス信号の周波数ごとの最大出力電圧(絶対値)を示す。最大出力電圧ということは、その周波数においてそれ以上(絶対値)の電圧にはならないということである。例えば、パルス信号の周波数が7.00kHzのとき、その負荷においては最大出力電圧は−1000Vである。これは、パルス信号の周波数が7.00kHzの場合には、出力1の出力電圧が例えば−1200Vになることはないということである。このため、図6の回路において、例えば目標電圧−1000Vとしたい場合には、図2より入力1に周波数が7kHzのパルス信号を入力すればよい。
以上、実施例1によれば、フィードバック制御を行う簡易で低コストの電源装置であっても、出力電圧のリップルの変動を抑制することができる。
実施例1では、入力1に入力されるパルス信号の周波数を出力電圧に応じて変えることにより、出力電圧のリップルを低下させる方法を示した。ここで、パルス信号の周波数ではなく、入力1に入力されるパルス信号のデューティを変化させても同様の制御が可能である。実施例1と同様に、ある負荷条件(負荷が所定の抵抗値)において、図6の回路によって、例えば抵抗R105をはずす等して、コンパレータCP101により入力1のパルス信号が全く間引かれないようにする。その上で、入力1に入力されるパルス信号について、周波数を所定の周波数、例えば25kHzに固定し、オンデューティを変化させたときに、出力1に出力される電圧を観測する。その結果が図4のようになったとする。図4は横軸に入力1に入力されるパルス信号のオンデューティを示し、縦軸は出力1から出力される出力電圧を示す。図4に示すように、パルス信号のオンデューティが大きくなるほど出力1からの出力電圧は絶対値が大きくなる。言い換えれば、出力電圧の絶対値が大きいほどパルス信号のオンデューティは大きくなる。
実施例1、2では、出力しようとしている電圧値、又は想定される負荷によって、入力1に入力されるパルス信号の周波数やオンデューティを変化させる点について述べた。しかし、時間的に変化する負荷に応じて入力1に入力されるパルス信号の周波数やデューティを変化させてもよい。
入力1に入力されるパルス信号の周波数を変えることによって利点がある場面は他にも存在する。例えば、出力電圧の立ち上がり時において、パルス信号の周波数を一時的に高くしておくことで、目標電圧への到達時間を短くすることができる。図5にその様子を示す。図5(a)は出力電圧の時間変化を示しており、(b)は入力1に入力されるパルス信号の周波数の時間変化を示している。図5(a)には、両者の出力電圧が目標電圧に立ち上がるまでの時間T1、T2も示している。両者の時間軸は同じであり、一点鎖線は同じタイミングt1を示している。また、実線は入力1に入力されるパルス信号の周波数を5kHzで固定していた場合、太破線は立ち上がりの一定時間のみ、倍の10kHzで動かした場合を示す。
200 電源装置
CP101 コンパレータ
T101 トランス
Q101 FET
Claims (8)
- トランスと、
前記トランスの1次側に接続され、前記トランスに流れる電流をオン、オフするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオン、オフを制御するためのパルス信号を出力する制御手段と、
前記トランスの2次側から出力される出力電圧の目標電圧と前記出力電圧とを比較し、前記出力電圧が前記目標電圧となるように制御する比較手段と、
を備え、
前記比較手段は、前記出力電圧が前記目標電圧より大きい場合に前記スイッチング素子への前記パルス信号の入力を遮断する電源装置であって、
前記制御手段は、前記パルス信号の周波数又はオンデューティを前記目標電圧に応じて決定することを特徴とする電源装置。 - 前記パルス信号は、前記トランスの2次側に接続された負荷が所定の抵抗値であり、かつ、前記パルス信号が所定のオンデューティの場合、前記出力電圧の絶対値が小さいほど前記周波数が小さくなることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記パルス信号は、前記トランスの2次側に接続された負荷が所定の抵抗値であり、かつ、前記パルス信号が所定の周波数の場合、前記出力電圧の絶対値が小さいほどオンデューティが小さくなることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記比較手段は、コンパレータであり、
前記コンパレータの非反転入力端子には前記出力電圧に応じた電圧が入力され、前記コンパレータの反転入力端子には前記目標電圧に応じたPWM信号が入力されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電源装置。 - 感光体と、
前記感光体に潜像を形成する露光手段と、
前記露光手段により形成された前記潜像を現像しトナー像を形成する現像手段と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電源装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記記録媒体が前記転写手段によりトナー像を転写されるタイミングに基づいて、前記パルス信号の前記周波数又は前記オンデューティを切り替えることを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記電源装置を立ち上げる際に、所定のタイミングまで前記目標電圧に応じた周波数よりも高い周波数又は前記目標電圧に応じたオンデューティよりも大きいオンデューティのパルス信号を出力し、前記所定のタイミング以降では前記目標電圧に応じた周波数又はオンデューティのパルス信号を出力することを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記目標電圧を切り替えた際に、前記パルス信号の周波数又はオンデューティを切り替えることを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
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