JP3610830B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置に係り、特に、入力された制御信号に基づいて電源入力をスイッチングすることにより制御信号に応じた大きさの電源出力を得る電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式のプリンタや複写機では、感光体の表面を高電圧が印加されたコロトロン等の帯電器によって所定の電圧に帯電した後、画像データに応じて感光体を露光して静電潜像を形成し、現像器により現像してトナー像を形成する。形成されたトナー像は転写器により記録用紙に転写されると共に感光体から剥離され、記録用紙上に画像が形成される。
【０００３】
この時、感光体、帯電器、現像器等の負荷に傷がついていたり、又は導電性物質が付着していたりした場合や、コロトロンワイヤが切れてしまった場合には、異常負荷状態となり、帯電器には高電圧が印加されているため、急激なエネルギーの放出（所謂アーク放電）が発生する。このような場合、負荷及び電源装置を破損する恐れがある。
【０００４】
このような電源装置のうち、アナログ制御方式の電源装置の例を図２０に示す。図２０に示すように、電源装置５００は、制御部５０２、スイッチング素子５０４、トランス５０８、整流平滑回路５１０、電圧検出回路５１２、及び電流検出回路５１４等を備えている。制御部５０２からスイッチング素子５０４に対して制御信号が出力されると、制御信号に応じてトランス５０８の１次巻線側に印加される電圧がスイッチングされ、トランス５０８の２次巻線側に交流電圧が誘起される。誘起された交流電圧は整流平滑回路５１０により整流平滑され、直流電圧が負荷側へ出力される。
【０００５】
制御部５０２では、例えば電圧検出回路５１２により検出される電圧を常時モニタし、所望の出力電圧が得られるように定電圧制御を行う。異常負荷状態となってアーク放電が発生した場合には出力電流は増大するのに対して出力電圧は垂下するため、アーク放電を抑制する制御が行われるまでは電圧を高くする方向に制御されてしまい、さらに出力を増大させてしまう。このため、アナログ制御方式の電源装置では、電流検出回路５１４をツェナ―ダイオード５１６を介して制御部５０２に接続し、アーク放電が発生した場合にツェナ―ダイオード５１６が導通することで制御部７０により異常を瞬時に検出し、スイッチング素子５０４への制御信号の出力を停止又は抑制することでアーク放電を抑制している。
【０００６】
アーク放電が発生した場合の図２０のＡ点における電圧Ｖｂの波形を図２１に示す。図２１に示すように、ｔ１の時点においてアーク放電が発生すると、電圧Ｖｂがツェナ―ダイオード５１６が導通する電圧Ｖｚを超えるため、制御部５０２において異常が検出される。これにより、制御部５０２では、スイッチング素子５０４への制御信号の出力を停止してアーク放電を瞬時に抑制する。
【０００７】
このようなアナログ制御方式の電源装置の他に、特開昭６２−２７９３６６号公報に記載されているように、出力をモニタしてＣＰＵにフィードバックし、モニタ値が目標値と一致するように、スイッチング素子に出力するＰＷＭ信号のデューティを制御するデジタル制御方式の電源装置が知られている。
【０００８】
また、特開平１−１１１２１８号公報には、出力電流をモニタしてＣＰＵにフィードバックし、モニタ値が目標値と一致するように演算されたＰＷＭ信号の操作量（デューティ値）が、入力変動及び負荷変動を考慮して設定された正常負荷時の設定範囲外の値となった場合に異常であると判断する技術が開示されている。
【０００９】
また、特開平８−１８７９１８号公報には、画像形成装置の制御開始前、例えばウォームアップ時にＰＷＭ信号のデューティをステップ状に変化させ、このときの出力との関係を記憶する。また、ウォームアップ時にアーク放電が発生した場合には、そのときのデューティ値を記憶し、通常の制御中にはこの記憶したデューティ値以下で制御することによりアーク放電が発生するのを防ぐ技術が開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１−１１１２１８号公報に記載された技術では、モニタ値が目標値と一致するように演算されたＰＷＭ信号のデューティ値から異常であるか否かを判断しているため、異常が発生してから異常を判断して処理するまでに時間がかかるという問題がある。また、デジタル制御方式では、アナログ制御方式のようにリアルタイムに出力電流をモニタすることができず、出力電流を所定間隔でサンプリングしてモニタするため、サンプリングしてから次のサンプリングまでの間に発生した異常を検出することができないという問題がある。
【００１１】
例えば、図２２に示すように、出力電流の正常範囲が定格時の電流値Ｉｍｎから異常負荷時の電流値Ｉｍｅまでの範囲とした場合、アナログ制御方式の場合ではｔ１の時点ですぐに異常を検出できるのに対し、デジタル制御方式では、異常が発生しているにも関わらずｔ２、ｔ３、ｔ４のサンプリング時点においては検出した電流値が正常範囲内にあるため異常を検出することができず、ｔ５の時点で初めて異常が検出されることになる。
【００１２】
また、特開平８−１８７９１８号公報に記載された技術では、ウォームアップ時にアーク放電が発生しなかった場合には、通常の制御動作中にアーク放電の要因が発生した場合のアーク放電を抑制することができず、負荷や電源装置が破損する恐れがあるという問題があった。
【００１３】
また、デジタル制御方式の電源装置において、例えば図２３に示すように、ＰＷＭ信号に応じてスイッチ手段５２０によりトランス５２２の一次巻線側に印加される電圧がスイッチングされることで誘起された交流電圧を、整流平滑手段５２４により整流平滑して出力された電圧を電圧検出回路５２６により検出し、この検出した電圧モニタ値Ｖｍｏｎに基づいてアーク放電を抑制することも考えられる。
【００１４】
しかしながら、このようなデジタル制御方式の電源装置において、定電流制御で制御する場合には、定電流制御用の電流検出回路５２８と異常状態検出用の電圧検出回路５２６が必要となり、負荷５３０に直接流れる電流（Ｉｚ）と電流検出回路５２８に流れる電流（Ｉｚ’）に差異が生じ、正確な定電流制御ができなくなるという問題があった。
【００１５】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、デジタル制御方式の電源装置において、異常負荷状態の検出漏れを簡単な構成で防止することができる電源装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明の電源装置は、トランスと、入力されたＰＷＭ信号のデューティに応じて前記トランスの１次巻線への電力の印加をスイッチングする第１のスイッチ手段と、前記トランスの２次巻線側に接続された負荷に対する出力値を検出する検出手段と、目標値に対応するデューティを第１の演算により算出し、該算出されたデューティのＰＷＭ信号を生成して前記スイッチ手段に出力するように制御する制御手段と、を備えた電源装置において、前記トランスの２次巻線側に接続された負荷に対する出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の検出値が所定値よりも小さく、かつ前記検出値が前回の検出値よりも小さい場合が１回又は複数回連続して検出された場合を前記出力電圧が垂下している異常負荷状態として検出し、該異常負荷状態が検出された場合には、前記デューティを第２の演算により算出し、該算出されたデューティのＰＷＭ信号を生成して前記スイッチ手段に出力するように制御して異常処理を行う異常処理手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１７】
請求項１記載の発明によれば、スイッチ手段にはＰＷＭ信号が入力され、このＰＷＭ信号のデューティに応じてトランスの１次巻線への電力の印加がスイッチングされる。これにより、トランスの２次巻線側に例えば昇圧された電圧が誘起され、負荷に供給される。この負荷に供給される電圧は、例えばＰＷＭ信号のデューティが大きくなるに従って高くなり、デューティが小さくなるに従って低くなる。また、検出手段により負荷に対する出力値（電圧又は電流）が検出される。そして、制御手段は、検出された出力値に基づき、目標値に対応するデューティを第１の演算により算出し、該算出されたデューティのＰＷＭ信号を生成してスイッチ手段に出力するように制御する。第１の演算は、例えば検出した出力電圧値が目標値よりも小さい場合にはデューティを大きくし、検出した出力電圧値が目標値よりも大きい場合にはデューティを小さくする。これにより、出力電圧が目標値に一致するようにフィードバック制御される。
【００１８】
このような電源装置において、異常処理手段は、電圧検出手段の検出値を所定間隔で取り込み、取り込んだ検出値が所定値よりも小さく、かつ取り込んだ検出値が前回取り込んだ検出値よりも小さい場合を検出する。そして、このような場合が１回又は複数回連続して検出された場合を前記出力電圧が垂下している異常負荷状態として検出する。ここで、所定値は異常負荷状態が発生している状態を示す値に設定される。なお、検出手段において電圧を検出して第１の演算を行うような場合には、該検出手段と電圧検出手段とを共用することができる。
【００１９】
このように、所定値よりも検出値が小さい場合をすぐに異常負荷状態として検出せず、さらに前回取り込んだ検出値よりも小さい場合、すなわち、出力電圧が垂下している場合を検出することができるのでより確実に異常負荷状態を検出することができ、検出漏れを防ぐことができる。また、異常負荷状態から復帰する過程において検出値が所定値よりも小さい場合を誤って異常負荷状態として検出してしまうことがない。
【００２０】
また、複数回連続して検出された場合を異常負荷状態として検出する場合、例えば、負荷に一時的に埃が付着した場合等、突発的に異常負荷状態が発生し、すぐに正常負荷状態に戻るような場合でも異常負荷状態として検出してしまうことがない。従って、必要以上に異常負荷状態であると判断してしまうのを防ぐことができる。
【００２１】
そして、異常負荷状態が検出された場合にはデューティを第２の演算により算出し、該算出されたデューティのＰＷＭ信号を生成してスイッチ手段に出力するように制御して異常処理を行う。第２の演算は、異常負荷状態を回避することができるようなデューティ値となるように演算される。これにより、異常負荷状態が回避される。また、第２の演算を負荷の種類に応じて最適に行ってもよい。
【００２２】
また、異常処理手段は、請求項４にも記載したように、作成手段により、異常処理手段が異常負荷状態を検出した場合、該検出結果を検出履歴として記憶し、該記憶した検出履歴に基づいて前記負荷の状態を示す情報を作成することができる。例えば、異常負荷状態が発生した回数や時間等を検出履歴として記憶しておき、この検出履歴に基づいて、例えば負荷の劣化具合等の情報を作成することができる。
【００２３】
そして、作成手段により作成された情報は、請求項５にも記載したように、出力手段により出力することができる。この出力手段には、例えば負荷の劣化具合等を警告メッセージや警告音等で警告する表示装置や音声出力装置を用いることができる。また、警告メッセージ等を通信回線を介して外部へ出力するようにしてもよい。
【００２４】
請求項２記載の発明は、トランスと、入力されたＰＷＭ信号のデューティに応じて前記トランスの１次巻線への電力の印加をスイッチングする第１のスイッチ手段と、前記トランスの２次巻線側に接続された負荷に対する出力値を検出する検出手段と、目標値に対応するデューティを第１の演算により算出し、該算出されたデューティのＰＷＭ信号を生成して前記スイッチ手段に出力するように制御する制御手段と、を備えた電源装置において、前記トランスの２次巻線側に接続された負荷に対する出力電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段からの検出結果に基づいてオンオフする第２のスイッチ手段と、前記第２のスイッチ手段の出力に基づいて前記第２のスイッチ手段の出力を保持する保持手段と、前記保持手段からの出力に基づいて異常負荷状態を検出し、該異常負荷状態が複数回連続して検出された場合には、前記デューティを第２の演算により算出し、該算出されたデューティのＰＷＭ信号を生成して前記スイッチ手段に出力するように制御して異常処理を行う異常処理手段と、を備えたことを特徴としている。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、第２のスイッチ手段は、電流検出手段により検出された負荷に対する出力電流に基づいてオンオフする。例えば出力電流が異常負荷状態を示す所定値以上の場合にオンし、出力電流が異常負荷状態を示す所定値以下の場合にオフする。このような場合に保持手段は、例えば第２のスイッチング手段の出力がオンしたときの出力電位を保持する。このため、異常処理手段は、より確実に異常負荷状態を検出することができる。なお、検出手段において電流を検出して第１の演算を行うような場合には、該検出手段と電流検出手段とを共用することができる。
【００２６】
この保持手段は、請求項３にも記載したように、第２のスイッチ手段の出力を充放電する充放電手段とすることができる。この充放電手段には、例えばコンデンサなどを用いることができる。従って、電源装置を安価に構成することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２８】
〔第１実施形態〕
第１実施形態では、本発明に係る電源装置を直流高圧電源装置として構成した場合について説明する。まず、図１を参照して、本第１実施形態に係る直流高圧電源装置１０の構成について説明する。
【００２９】
第１実施形態に係る直流高圧電源装置１０は、負荷２４に供給するための高圧電力を生成する高圧電源部（ＨＶＰＳ）１２、及び装置全体の動作を司る制御手段としてのＣＰＵ２２を含んで構成されている。
【００３０】
高圧電源部１２は、昇圧トランス１４、入力された信号を整流平滑する整流平滑手段１６、入力されているＰＷＭ信号のデューティに応じてスイッチング動作を行うスイッチ手段１８、及び検出手段２０を含んで構成されており、昇圧トランス１４の１次巻線の一方の端子には図示しない外部の低圧安定化電源が接続されており、所定電圧値の直流電圧Ｖｉｎが印加される。
【００３１】
また、昇圧トランス１４の１次巻線の他方の端子にはスイッチ手段１８の出力端が接続されており、昇圧トランス１４の２次巻線の端子には整流手段１６の入力端が接続されており、更に整流平滑手段１６の一方の出力端には検出手段２０の入力端が接続されている。なお、整流平滑手段１６の他方の出力端は負荷２４に接続される。
【００３２】
一方、ＣＰＵ２２の入力端には検出手段２０の出力端が、ＣＰＵ２２の出力端にはスイッチ手段１８の入力端が、各々接続されている。
【００３３】
検出手段２０は、昇圧トランス１４の２次巻線側に接続された負荷２４に対する出力値を検出して、出力電圧の電圧値又は出力電流の電流値をＣＰＵ２２で判断可能な範囲の状態値とし、その値を示すモニタ信号Ｍｏｎを出力するものであり、ＣＰＵ２２は入力されたモニタ信号Ｍｏｎをデジタル値に変換することによって昇圧トランス１４の２次巻線側の出力値を検知することができると共に、該モニタ値に応じたデューティのＰＷＭ信号をスイッチ手段１８に入力する。なお、本直流高圧電源装置１０が定電圧制御型である場合は検出手段２０は出力電圧を検出するものとされ、定電流制御型である場合は検出手段２０は出力電流を検出するものとされる。
【００３４】
また、ＣＰＵ２２には、表示操作装置２６が接続されており、異常時にエラーメッセージを表示したり、負荷２４へ供給する出力電圧の出力目標値を設定したりすることができる。
【００３５】
次に、第１実施形態の作用として、図２に示すフローチャートを参照して、直流高圧電源装置１０のＣＰＵ２２で実行される制御について説明する。また、本第１実施形態に係る直流高圧電源装置１０の稼動時には、上記図示しない外部の低圧安定化電源によって昇圧トランス１４の１次巻線の一方の端子には、所定電圧値（例えば＋２４Ｖ）の直流電圧Ｖｉｎが印加されている。また、本実施形態に係るＣＰＵ２２では、ＰＷＭ信号のデューティ設定用のレジスタが内部に設けられており、該レジスタの記憶値は本制御プログラムの実行開始時にリセットされる。該レジスタに設定された値のデューティのＰＷＭ信号がスイッチ手段１８に入力される。
【００３６】
図２に示すステップ１００では、直流高圧電源装置１０の出力（定電圧制御の場合は出力電圧で、定電流制御の場合は出力電流）の最終的な目標値（以下、出力目標値という）を設定する。なお、本実施の形態における出力目標値の設定は、表示操作装置２６を介してオペレータによって行われるが、この出力目標値の設定方法は一例であり、出力目標値の設定が実現可能な方法であれば如何なるものでも適用することができる。
【００３７】
次のステップ１０２では、ステップ１００において設定された出力目標値に対応する目標モニタ値を決定する。なお、目標モニタ値の決定は、例えば、直流高圧電源装置１０における各種出力値に対するモニタ値のテーブルを予め実験等によって取得しておき、このテーブルを参照することによって行うことができる。
【００３８】
次のステップ１０４では、検出手段２０から入力されているモニタ信号Ｍｏｎをデジタル値に変換したモニタ値とした後にＣＰＵ２２に設けられた図示しない記憶部に格納する。次のステップ１０６では、該記憶部に記憶したモニタ値に基づいて異常負荷状態か否かを判断し、異常負荷状態だった場合にはステップ１０８へ移行し、異常負荷状態でなかった場合にはステップ１１０へ移行する。ここで、異常負荷状態とはコロトロンワイヤが切断された場合等、アーク放電が発生した場合であり、この場合の出力電圧は垂下する。
【００３９】
ステップ１０８では、異常負荷状態時の処理を行う。例えば、ＰＷＭ信号のデューティ値を予め設定した値（例えば、最小値）に設定すると共に出力をモニタするサンプリング周期を予め設定した退避動作時間に設定する。従って、出力電力が略一定に保たれるため、アーク放電を抑制することができる。
【００４０】
一方、ステップ１１０では、正常状態時の処理を行う。すなわち、例えば記憶部に記憶したモニタ値が目標モニタ値よりも小さければＰＷＭ信号のデューティ値を高くするように設定し、記憶部に記憶したモニタ値が目標モニタ値よりも大きければＰＷＭ信号のデューティ値を低くするように設定して、モニタ値が目標モニタ値と一致するように制御する。
【００４１】
そして、次のステップ１１２では、図３に示すような検出履歴処理を行う。図３に示すステップ２００では、ステップ１０８で異常負荷状態時の処理を行った回数をカウント（インクリメント）する。そして、次のステップ２０２で表示操作装置２６に表示されるダイアグ（自己診断）画面に表示してリターンする。これにより、サービスエンジニア等が異常処理が発生している回数を把握でき、異常処理が発生している回数が多い場合には、装置を止めて異常箇所を点検して部品を交換する等の措置をとることができる。なお、例えば異常処理が発生している回数が所定回数以上になった場合に警告メッセージを表示するようにしたり、図４に示すように、直流高圧電源装置１０が用いられる複写機２８等の装置とサービスセンター３０とを電話回線等の通信回線３２で接続し、異常処理が発生している回数が所定回数以上になった場合にサービスセンターに通知するようにしてもよい。
【００４２】
そして、ステップ１１４では、ステップ１０８又はステップ１１０で設定したデューティ値でＰＷＭ信号をスイッチ手段１８に出力する。これにより、昇圧トランス１４の１次巻線側に印加される直流電圧がスイッチングされ、２次巻線側に昇圧された交流電圧が誘起される。この交流電圧は整流平滑手段１６により整流平滑され、負荷２４へ供給される。
【００４３】
次のステップ１１６では、高圧電源部１２がオフされているか否かを判定し、オフされていないと判定された場合（否定判定）にはステップ１０４へ戻り、上述したステップ１０４乃至ステップ１１６の処理を繰り返し、高圧電源部１２がオフされていると判定された場合（肯定判定）に本制御プログラムを終了する。
【００４４】
図５に通常制御時と異常負荷制御時の出力電圧の波形及びＰＷＭ信号の波形を示す。図５に示すように、立ち上がり時には、モニタ値が目標モニタ値と一致するようにＰＷＭ信号のデューティ値を徐々に増加させる。そして、モニタ値が目標モニタ値と略一致している定常状態では、ＰＷＭ信号のデューティ値は略一定値となる。そして、異常負荷状態となると、ＰＷＭ信号のデューティ値が最小値に設定され、アーク放電が抑制される。
（回路構成例）
次に、本第１実施形態に係る直流高圧電源装置１０における高圧電源部１２の回路構成例について説明する。
【００４５】
まず、図６を参照して、直流定電圧制御型の高圧電源部１２の回路構成例について説明する。
【００４６】
同図に示す高圧電源部１２は、昇圧トランス１４、整流平滑手段１６、スイッチング手段１８、検出手段２０を含んで構成されている。
【００４７】
整流平滑手段１６は、ダイオード３４及びコンデンサ３６で構成されており、ダイオード３４のアノード端子は、他方の端子が接地されたトランス１４の２次巻線の一方の端子に接続されている。ダイオード３４のカソード端子はコンデンサ３６の一方の端子に接続されており、コンデンサ３６の他方の端子は接地されている。
【００４８】
このように構成された整流平滑回路１６では、昇圧トランス１４の２次巻線側に誘起された交流電圧を整流平滑して負荷２４へ出力する
検出手段２０は、抵抗３８〜４４及びオペアンプ４６で構成され、オペアンプ４６の非反転入力端子には他方の端子が抵抗３８及び抵抗４０の一方の端子に接続された抵抗４２の一方の端子が接続されている。抵抗３８の他方の端子は清流平滑回路１６の出力端に接続され、抵抗４０の他方の端子は接地されている。
【００４９】
一方、オペアンプ４６の反転入力端子には、抵抗４４の一方の端子が接続されたオペアンプ４６の出力端子が接続されている、抵抗４４の他方の端子はＣＰＵ２２に接続されている。
【００５０】
このように構成された検出手段２０は、負荷２４へ出力される高圧出力電圧をＣＰＵ２２で検出可能な範囲（ここでは、０Ｖから５Ｖまでの範囲）となるように抵抗３８、４０によって分圧してＣＰＵ２２へ出力する。
【００５１】
スイッチング手段１８は、トランジスタ４８、抵抗５０、５２で構成されており、トランジスタ４８のコレクタ端子は、他方の端子が図示しない直流電源に接続された昇圧トランス１４の１次巻線の一方の端子に接続されている。トランジスタ４８のベース端子には、一方の端子が接地された抵抗５０の他方の端子及び他方の端子がＣＰＵ２２に接続された抵抗５２の一方の端子が接続されている。
【００５２】
このように構成されたスイッチング素子１８では、ＣＰＵ２２から出力されるＰＷＭ信号のデューティに応じて昇圧トランス１４の１次巻線側に印加される直流電圧をスイッチングする。
【００５３】
次に、図７を参照して、直流定電流制御型の高圧電源部１２の回路構成例について説明する。
【００５４】
同図に示す高圧電源部１２は、昇圧トランス１４、整流平滑手段１６、スイッチ手段１８、検出手段２０、２１を含んで構成されている。なお、図６に示す高圧電源部１２と同一部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【００５５】
検出手段２０は、抵抗３８、４２、４４及びオペアンプ４６で構成され、オペアンプ４６の非反転入力端子は接地されており、反転入力端子には、抵抗４２を介してオペアンプ４６の出力端子が接続されている。
【００５６】
検出手段２１は、出力電流を検出するための回路であり、図７に示すように、オペアンプ５４、抵抗５６〜６２で構成されている。オペアンプ５４の非反転入力端子は、他方の端子が抵抗５６及び抵抗５８の一方の端子が接続された抵抗６０の一方の端子が接続されている。また、抵抗５６は、コンデンサ３６と並列に接続されている。抵抗５８の他方の端子は接続されている。
【００５７】
オペアンプ５４の反転入力端子は、抵抗６２の一方の端子が接続されたオペアンプ５４の出力端子が接続されている。抵抗６２の他方の端子はＣＰＵ２２に接続されている。
【００５８】
このように構成された検出手段２１は、負荷２４へ出力される出力電流をＣＰＵ２２で検出可能な範囲（ここでは、０Ｖ〜５Ｖまでの範囲）となるようにしてＣＰＵ２２へ出力する。
【００５９】
なお、本第１実施形態において図６に示した回路構成は一例であり、各部の機能を実現することができる回路構成であれば如何なるものでも適用することができる。
【００６０】
〔第２実施形態〕
第２実施形態では、本発明に係る電源装置を定電圧制御を行う直流高圧電源装置として構成した場合について説明する。なお、装置構成は図１及び図６に示す直流高圧電源装置１０と同一であるので、説明を省略し、図８に示すフローチャートを参照してＣＰＵ２２において実行される制御について説明する。
【００６１】
図８に示すステップ３００では、直流高圧電源装置１０の出力電圧の最終的な目標値（以下、出力目標値という）を設定する。なお、本実施の形態における出力目標値の設定は、表示操作装置２６を介してオペレータによって行われるが、この出力目標値の設定方法は一例であり、出力目標値の設定が実現可能な方法であれば如何なるものでも適用することができる。
【００６２】
次のステップ３０２では、ステップ３００において設定された出力目標値に対応する目標モニタ値Ｖｇを決定する。なお、目標モニタ値Ｖｇの決定は、例えば、直流高圧電源装置１０における各種出力値に対するモニタ値のテーブルを予め実験等によって取得しておき、このテーブルを参照することによって行うことができる。
【００６３】
次のステップ３０４では、検出手段２０から入力されているモニタ信号Ｖｍｏｎをデジタル値に変換したモニタ値とした後にＣＰＵ２２に設けられた図示しない記憶部に格納する。次のステップ３０６では、当該記憶部に記憶されたモニタ値Ｖｍ（ｎ）が、前回入力され、記憶部に記憶されているモニタ値Ｖｍ（ｎ−１）よりも小さく、かつモニタ値Ｖｍ（ｎ）が図９に示すモニタ値の正常範囲の下限値である所定閾値Ｖｓよりも小さいか否かを判断する。モニタ値Ｖｍ（ｎ）がモニタ値Ｖｍ（ｎ−１）よりも小さく、かつモニタ値Ｖｍ（ｎ）が所定閾値Ｖｓよりも小さい場合にはステップ３０８へ移行し、それ以外の場合にはステップ３１０へ移行する。すなわち、ステップ３０６では、出力電圧が垂下する傾向にあり、かつ所定閾値以下の場合をアーク放電が発生する異常負荷状態として判断している。
【００６４】
ステップ３０８では、異常負荷状態が２回連続して発生したか否かの判断をする。異常負荷状態が２回連続して発生した場合には、ステップ３１２へ移行し、ＰＷＭ信号のデューティ値Ｄ（ｎ）をＤ（ｎ）＝ｋ×Ｄ（ｎ−１）に設定する。ここで、ｋは、直流高圧電源装置１０が転写・剥離用の負荷に接続される電源装置の場合には、動作の信頼性上、零又は限りなく零に近い値に設定される。また、直流高圧電源装置１０が帯電器・現像器等の負荷に接続される電源装置の場合には、必要とされる復帰時間と出力電力との関係により０．１〜０．５の間の値に設定される。
【００６５】
そして、次のステップ３１４でサンプリング周期を予め定めた退避動作時間Ｔａに設定し、ステップ３１６で検出履歴処理を行ってステップ３２２へ移行する。この検出履歴処理は、図３に示す制御と同様であるので、説明を省略する。
【００６６】
また、異常負荷状態が２回連続して発生していない場合には、ステップ３１８へ移行し、ＰＷＭ信号のデューティ値Ｄ（ｎ）を前回のＣＰＵ２２の図示しない記憶部に記憶されたデューティ値Ｄ（ｎ−１）に設定する。そして、次のステップ３２０でサンプリング周期を通常制御時と同じ時間Ｔに設定してステップ３２２へ移行する。
【００６７】
一方、ステップ３１０では、正常状態時の処理を行う。すなわち、例えば記憶部に記憶したモニタ値Ｖｍ（ｎ）が目標モニタ値Ｖｇよりも小さければＰＷＭ信号のデューティ値を高くするように設定し、記憶部に記憶したモニタ値Ｖｍ（ｎ）が目標モニタ値Ｖｇよりも大きければＰＷＭ信号のデューティ値を低くするように設定し、モニタ値Ｖｍ（ｎ）が目標モニタ値Ｖｇと一致するようにデューティ値を設定してステップ３２２へ移行する。
【００６８】
そして、ステップ３２２では、設定されたデューティ値でＰＷＭ信号をスイッチ手段１８に出力する。これにより、昇圧トランス１４の１次巻線側に印加される直流電圧がスイッチングされ、２次巻線側に昇圧された交流電圧が誘起される。この交流電圧は整流平滑手段１６により整流平滑され、負荷２４へ供給される。
【００６９】
次のステップ３２４では、現在のモニタ値Ｖｍ（ｎ）をモニタ値Ｖｍ（ｎ−１）に、デューティ値Ｄ（ｎ）をデューティ値（ｎ−１）にそれぞれ代入し、ステップ３２６で高圧電源部１２がオフされているか否かを判定する。オフされていないと判定された場合（否定判定）にはステップ３０４へ戻り、上述したステップ３０４乃至ステップ３２６の処理を繰り返し、高圧電源部１２がオフされていると判定された場合（肯定判定）に本制御プログラムを終了する。
【００７０】
このように、本実施の形態では、２回連続して異常負荷状態が検出された場合を異常として判断する。このため、例えば図１０に示すようにモニタ値Ｖｍが１回だけ異常負荷状態の値となったような場合（サンプリング周期以内で異常負荷状態が解除された場合）、例えばコロトロンワイヤに一瞬ほこりが付着したよう場合には異常と判断しないため、不必要に異常動作が行われてしまうのを防ぐことができる。
【００７１】
また、例えば図９に示すようにモニタ値Ｖｍが変化した場合には、ｔ１の時点まではモニタ値Ｖｍが正常範囲内にあるためステップ３１０において通常制御を行う。そして、ｔ２の時点でモニタ値Ｖｍが所定閾値Ｖｓ以下となり、ステップ３０６で肯定された場合でも、異常負荷状態となったのが１回目であるので、ステップ３０８で否定されてステップ３１８へ移行して出力が維持される。そして、ｔ３の時点で異常負荷状態と判断されると、ステップ３０８で肯定されてステップ３１２へ移行してアーク放電を抑制するように退避動作を行う。
【００７２】
この退避動作時間中に、例えば図１１に示すように異常負荷状態が解除された場合には、退避動作時間（サンプリング周期）Ｔａ時間経過後に出力電圧は自動的に復帰する。なお、図１１に示すように、退避動作時間Ｔａ経過後の立ち上がり時におけるモニタ値Ｖｍは、所定閾値Ｖｓ以下であるが、前回のモニタ値よりも大きいのでステップ３０６で否定され、異常負荷状態と判断されることはない。また、退避動作時間Ｔａは、立ち上がり時間を考慮して設定され、自動復帰時間≧退避動作時間＋立ち上がり時間となるように設定される。例えば、立ち上がり時間が３００ｍｓｅｃの場合に自動復帰時間を１ｓｅｃとして設定した場合には退避動作時間が７００ｍｓｅｃ以下となるように設定する。
【００７３】
なお、本実施の形態では、２回連続して異常負荷状態が検出された場合を異常として判断するようにしているが、これに限らず、３回以上連続して異常負荷状態が検出された場合を異常として判断するようにしてもよい。これにより、負荷の特性等に応じて適正に異常負荷状態を判断することができる。
【００７４】
また、本実施の形態では、定電圧制御を行う場合について説明したが、高圧電源部１２を図７に示すような回路構成とすれば、定電流制御にも適用可能である。
【００７５】
〔第３実施形態〕
本第３実施形態では、本発明に係る電源装置を定電流制御を行う直流高圧電源装置として構成した場合について図１２を参照して説明する。なお、図１に示す直流高圧電源装置１０と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７６】
第３実施形態に係る直流高圧電源装置１０は、異常検出用電流検出手段７０を備えており、整流平滑手段１６からの出力電流が所定閾値以上となった場合に異常として一定時間オンするＩｅ信号をＣＰＵ２２に出力する。
【００７７】
異常検出用電流検出手段７０は、図１３に示すように、電流電圧変換回路７２、スイッチ手段７４、充放電回路７６で構成されており、整流平滑手段１６からの出力電流を電圧に変換しスイッチ手段７４へ出力する。スイッチ手段７４は、電流電圧変換回路７２から出力される電圧が所定閾値以上の場合にオンする。充放電回路７６は、このスイッチ手段７４のオン信号を一定時間保持した図１３に示すようなＩｅ信号をＣＰＵ２２に出力する。
【００７８】
図１４に異常検出用電流検出手段の回路構成を示す。図１４に示すように電流電圧変換回路７２は、抵抗７８で構成されている。スイッチ手段７４は、ツェナーダイオード８０、トランジスタ８２、及び抵抗８４、８６で構成されている。充放電回路７６は、コンデンサ８８及び抵抗８５、９０で構成されている。
【００７９】
充放電回路７６から出力されるＩｅ信号は、Ａ／Ｄ変換器９２でデジタル値に変換されてＣＰＵ２２に入力される。また、検出手段２０では、検出した出力電流をＡ／Ｄ変換器９４へ出力し、Ａ／Ｄ変換機９４ではこれをデジタル値に変換してＣＰＵ２２へ出力する。ＣＰＵ２２では検出した電流値に基づいてＰＷＭ信号のデューティ値を演算してＰＷＭ回路９６へ出力する。これによりＰＷＭ回路９６よりＰＷＭ信号が出力される。
【００８０】
整流平滑回路１６から出力される出力電流の波形を図１５（Ａ）に示す。この図１５（Ａ）に示す出力電流は、抵抗７８により図１５（Ｂ）に示すような波形の電圧値に変換される。そして、電圧値が異常負荷状態電圧値を超えるとツェナ―ダイオード８０が導通してトランジスタ８２をオンする。このため、スイッチ手段７４は、図１５（Ｃ）に示すようなオンオフ動作を行う。このオンオフ信号は、抵抗８３、８５、９０により所定の電圧値に変換され、充放電回路７６では、コンデンサ８８が充放電される。そして、充放電回路７６は図１５（Ｄ）に示すような波形のＩｅ信号を出力する。
【００８１】
次に、第３実施形態の作用としてＣＰＵ２２において実行される制御について図１６に示すフローチャートを参照して説明する。
【００８２】
図１６に示すステップ４００では、直流高圧電源装置１０の出力電圧の最終的な目標値（以下、出力目標値という）を設定する。なお、本実施の形態における出力目標値の設定は、表示操作装置２６を介してオペレータによって行われるが、この出力目標値の設定方法は一例であり、出力目標値の設定が実現可能な方法であれば如何なるものでも適用することができる。
【００８３】
次のステップ４０２では、ステップ４００において設定された出力目標値に対応する目標モニタ値Ｍｇを設定する。なお、目標モニタ値Ｍｇの決定は、例えば、直流高圧電源装置１０における各種出力値に対するモニタ値のテーブルを予め実験等によって取得しておき、このテーブルを参照することによって行うことができる。
【００８４】
次のステップ４０４では、検出手段２０から入力されているモニタ信号ＩｍｏｎがＡ／Ｄ変換器９４によりデジタル値に変換されたモニタ値Ｍ（ｎ）、及び異常検出用電流検出手段７０から入力されているモニタ信号ＩｅがＡ／Ｄ変換器９４によりデジタル値に変換されたモニタ値Ｍａ（ｎ）をＣＰＵ２２に設けられた図示しない記憶部に格納する。
【００８５】
次のステップ４０６では、当該記憶部に記憶されたモニタ値Ｍａ（ｎ）が、予め定めた異常負荷状態閾値Ｖｍｅよりも大きいか否かを判断する。モニタ値Ｍａ（ｎ）が異常負荷状態閾値Ｖｍｅよりも大きい場合にはステップ４０８へ移行し、モニタ値Ｍａ（ｎ）が異常負荷状態閾値Ｖｍｅ以下の場合にはステップ４１０へ移行する。
【００８６】
ステップ４０８では、異常負荷状態が２回連続して発生したか否かの判断をする。異常負荷状態が２回連続して発生した場合には、ステップ４１２へ移行し、ＰＷＭ信号のデューティ値Ｄ（ｎ）をＤ（ｎ）＝ｋ×Ｄ（ｎ−１）に設定する。ここで、ｋは、直流高圧電源装置１０が転写・剥離用の負荷に接続される電源装置の場合には、動作の信頼性上、零又は限りなく零に近い値に設定される。また、直流高圧電源装置１０が帯電器・現像器等の負荷に接続される電源装置の場合には、必要とされる復帰時間と出力電力との関係により０．１〜０．５の間の値に設定される。
【００８７】
そして、次のステップ４１４でサンプリング周期を予め定めた退避動作時間Ｔａに設定し、ステップ４１６で検出履歴処理を行ってステップ４２２へ移行する。この検出履歴処理は、図３に示す制御と同様であるので、説明を省略する。
【００８８】
また、異常負荷状態が２回連続して発生していない場合には、ステップ４１８へ移行し、ＰＷＭ信号のデューティ値Ｄ（ｎ）を前回のＣＰＵ２２の図示しない記憶部に記憶されたデューティ値Ｄ（ｎ−１）に設定する。そして、次のステップ４２０でサンプリング周期を通常制御時と同じ時間Ｔに設定してステップ４２２へ移行する。
【００８９】
一方、ステップ４１０では、正常状態時の処理を行う。すなわち、例えば記憶部に記憶したモニタ値Ｍ（ｎ）が目標モニタ値Ｍｇよりも小さければＰＷＭ信号のデューティ値を高くするように設定し、記憶部に記憶したモニタ値Ｍ（ｎ）が目標モニタ値Ｍｇよりも大きければＰＷＭ信号のデューティ値を低くするように設定し、モニタ値Ｍ（ｎ）が目標モニタ値Ｍｇと一致するようにデューティ値を設定してステップ４２２へ移行する。
【００９０】
そして、ステップ４２２では、設定されたデューティ値でＰＷＭ信号をスイッチ手段１８に出力する。これにより、昇圧トランス１４の１次巻線側に印加される直流電圧がスイッチングされ、２次巻線側に昇圧された交流電圧が誘起される。この交流電圧は整流平滑手段１６により整流平滑され、負荷２４へ供給される。
【００９１】
次のステップ４２４では、現在のデューティ値Ｄ（ｎ）をデューティ値（ｎ−１）に代入し、ステップ４２６で高圧電源部１２がオフされているか否かを判定する。オフされていないと判定された場合（否定判定）にはステップ４０４へ戻り、上述したステップ４０４乃至ステップ４２６の処理を繰り返し、高圧電源部１２がオフされていると判定された場合（肯定判定）に本制御プログラムを終了する。
【００９２】
このように、本実施の形態では、２回連続して異常負荷状態が検出された場合を異常として判断する。このため、例えば図１７に示すようにモニタ値Ｍ（ｎ）が１回だけｔ１の時点において異常負荷状態閾値Ｖｍｅ以上の値となったような場合（サンプリング周期以内で異常負荷状態が解除された場合）、例えばコロトロンワイヤに一瞬ほこりが付着したよう場合には異常と判断しないため、不必要に異常動作が行われてしまうのを防ぐことができる。
【００９３】
また、例えば図１８に示すようにモニタ値Ｍ（ｎ）が変化した場合には、ｔ１の時点まではモニタ値Ｍ（ｎ）が正常範囲内にあるためステップ４１０において通常制御を行う。そして、ｔ２の時点でモニタ値Ｍ（ｎ）が異常負荷状態閾値Ｖｍｅ以上となり、ステップ４０６で肯定された場合でも、異常負荷状態となったのが１回目であるので、ステップ４０８で否定されてステップ４１８へ移行して出力が維持される。そして、ｔ３の時点で異常負荷状態と判断されると、ステップ４０８で肯定されてステップ４１２へ移行してアーク放電を抑制するように退避動作を行う。
【００９４】
この退避動作時間中に、異常負荷状態が解除された場合には、退避動作時間（サンプリング周期）Ｔａ時間経過後に出力電圧は自動的に復帰する。また、退避動作時間Ｔａは、立ち上がり時間を考慮して設定され、自動復帰時間≧退避動作時間＋立ち上がり時間となるように設定される。例えば、立ち上がり時間が３００ｍｓｅｃの場合に自動復帰時間を１ｓｅｃとして設定した場合には退避動作時間が７００ｍｓｅｃ以下となるように設定する。
【００９５】
なお、本実施の形態では、２回連続して異常負荷状態が検出された場合を異常として判断するようにしているが、これに限らず、３回以上連続して異常負荷状態が検出された場合を異常として判断するようにしてもよい。これにより、負荷の特性等に応じて適正に異常負荷状態を判断することができる。
【００９６】
また、本実施の形態では、定電流制御を行う場合について説明したが、高圧電源部１２の検出手段２０を、図１９に示すようなオペアンプおよび抵抗により電圧検出回路として構成し、この検出手段２０から出力される定電圧制御用モニタ値により定電圧制御する場合にも本発明を適用可能である。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、より確実に異常負荷状態を検出することができ、検出漏れを防ぐことができると共に、突発的に異常負荷状態が発生し、すぐに正常負荷状態に戻るような場合でも異常負荷状態として誤って検出するのを防ぐことができる、という効果を有する。
【００９８】
請求項２記載の発明によれば、検出手段により検出された負荷に対する出力電流に基づいてオンオフ第２のスイッチング手段の出力を保持する保持手段を備えたので、より確実に異常負荷状態を検出することができる、という効果を有する。
【００９９】
請求項３記載の発明によれば、保持手段を、第２のスイッチ手段の出力を充放電する充放電手段としたので、電源装置を安価に構成することができる、という効果を有する。
【０１００】
請求項４記載の発明によれば、作成手段により、異常処理手段が異常負荷状態を検出した場合、該検出結果を検出履歴として記憶するので、負荷の劣化具合等を把握することができる、という効果を有する。
【０１０１】
請求項５記載の発明によれば、作成手段により作成された情報を、出力手段により出力することができるので、負荷の劣化具合等を外部へ報知することができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における電源装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態におけるＣＰＵで実行される制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図３】検出履歴処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図４】異常負荷状態の場合の制御について説明するための図である。
【図５】通常制御時及び異常負荷制御時における出力電圧及びＰＷＭ信号の波形を示す線図である。
【図６】定電圧制御を行う場合における高圧電源部の回路構成の一例を示す回路図である。
【図７】定電流制御を行う場合における高圧電源部の回路構成の一例を示す回路図である。
【図８】第２実施形態におけるＣＰＵで実行される制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図９】異常負荷状態の場合の制御について説明するための線図である。
【図１０】異常負荷状態の場合の制御について説明するための線図である。
【図１１】異常負荷状態の場合の制御について説明するための線図である。
【図１２】第３実施形態における電源装置の概略構成図である。
【図１３】高圧電源部の概略構成図である。
【図１４】異常検出用電流検出手段の回路図である。
【図１５】異常負荷状態が発生した場合の各部の波形を示す波形図である。
【図１６】第３実施形態におけるＣＰＵで実行される制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図１７】異常負荷状態の場合の制御について説明するための線図である。
【図１８】異常負荷状態の場合の制御について説明するための線図である。
【図１９】高圧電源部の他の例を示す回路図である。
【図２０】従来における電源回路の概略構成を示す回路図である。
【図２１】図２０のＡ点における電圧波形を示す波形図である。
【図２２】アナログ制御方式及びデジタル制御方式の電源装置における異常負荷状態の制御について説明するための図である。
【図２３】定電流制御時の異常負荷状態について説明するための回路図である。
【符号の説明】
１０ 直流高圧電源装置
１２ 高圧電源部
１４ 昇圧トランス
１６ 整流平滑手段
１８ スイッチ手段
２０ 検出手段
２２ ＣＰＵ
２４ 負荷
２６ 表示操作装置
２８ 複写機
３０ サービスセンター
３２ 通信回線
７０ 異常検出用電流検出回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置に係り、特に、入力された制御信号に基づいて電源入力をスイッチングすることにより制御信号に応じた大きさの電源出力を得る電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式のプリンタや複写機では、感光体の表面を高電圧が印加されたコロトロン等の帯電器によって所定の電圧に帯電した後、画像データに応じて感光体を露光して静電潜像を形成し、現像器により現像してトナー像を形成する。形成されたトナー像は転写器により記録用紙に転写されると共に感光体から剥離され、記録用紙上に画像が形成される。
【０００３】
この時、感光体、帯電器、現像器等の負荷に傷がついていたり、又は導電性物質が付着していたりした場合や、コロトロンワイヤが切れてしまった場合には、異常負荷状態となり、帯電器には高電圧が印加されているため、急激なエネルギーの放出（所謂アーク放電）が発生する。このような場合、負荷及び電源装置を破損する恐れがある。
【０００４】
このような電源装置のうち、アナログ制御方式の電源装置の例を図２０に示す。図２０に示すように、電源装置５００は、制御部５０２、スイッチング素子５０４、トランス５０８、整流平滑回路５１０、電圧検出回路５１２、及び電流検出回路５１４等を備えている。制御部５０２からスイッチング素子５０４に対して制御信号が出力されると、制御信号に応じてトランス５０８の１次巻線側に印加される電圧がスイッチングされ、トランス５０８の２次巻線側に交流電圧が誘起される。誘起された交流電圧は整流平滑回路５１０により整流平滑され、直流電圧が負荷側へ出力される。
【０００５】
制御部５０２では、例えば電圧検出回路５１２により検出される電圧を常時モニタし、所望の出力電圧が得られるように定電圧制御を行う。異常負荷状態となってアーク放電が発生した場合には出力電流は増大するのに対して出力電圧は垂下するため、アーク放電を抑制する制御が行われるまでは電圧を高くする方向に制御されてしまい、さらに出力を増大させてしまう。このため、アナログ制御方式の電源装置では、電流検出回路５１４をツェナ―ダイオード５１６を介して制御部５０２に接続し、アーク放電が発生した場合にツェナ―ダイオード５１６が導通することで制御部７０により異常を瞬時に検出し、スイッチング素子５０４への制御信号の出力を停止又は抑制することでアーク放電を抑制している。
【０００６】
アーク放電が発生した場合の図２０のＡ点における電圧Ｖｂの波形を図２１に示す。図２１に示すように、ｔ１の時点においてアーク放電が発生すると、電圧Ｖｂがツェナ―ダイオード５１６が導通する電圧Ｖｚを超えるため、制御部５０２において異常が検出される。これにより、制御部５０２では、スイッチング素子５０４への制御信号の出力を停止してアーク放電を瞬時に抑制する。
【０００７】
このようなアナログ制御方式の電源装置の他に、特開昭６２−２７９３６６号公報に記載されているように、出力をモニタしてＣＰＵにフィードバックし、モニタ値が目標値と一致するように、スイッチング素子に出力するＰＷＭ信号のデューティを制御するデジタル制御方式の電源装置が知られている。
【０００８】
また、特開平１−１１１２１８号公報には、出力電流をモニタしてＣＰＵにフィードバックし、モニタ値が目標値と一致するように演算されたＰＷＭ信号の操作量（デューティ値）が、入力変動及び負荷変動を考慮して設定された正常負荷時の設定範囲外の値となった場合に異常であると判断する技術が開示されている。
【０００９】
また、特開平８−１８７９１８号公報には、画像形成装置の制御開始前、例えばウォームアップ時にＰＷＭ信号のデューティをステップ状に変化させ、このときの出力との関係を記憶する。また、ウォームアップ時にアーク放電が発生した場合には、そのときのデューティ値を記憶し、通常の制御中にはこの記憶したデューティ値以下で制御することによりアーク放電が発生するのを防ぐ技術が開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１−１１１２１８号公報に記載された技術では、モニタ値が目標値と一致するように演算されたＰＷＭ信号のデューティ値から異常であるか否かを判断しているため、異常が発生してから異常を判断して処理するまでに時間がかかるという問題がある。また、デジタル制御方式では、アナログ制御方式のようにリアルタイムに出力電流をモニタすることができず、出力電流を所定間隔でサンプリングしてモニタするため、サンプリングしてから次のサンプリングまでの間に発生した異常を検出することができないという問題がある。
【００１１】
例えば、図２２に示すように、出力電流の正常範囲が定格時の電流値Ｉｍｎから異常負荷時の電流値Ｉｍｅまでの範囲とした場合、アナログ制御方式の場合ではｔ１の時点ですぐに異常を検出できるのに対し、デジタル制御方式では、異常が発生しているにも関わらずｔ２、ｔ３、ｔ４のサンプリング時点においては検出した電流値が正常範囲内にあるため異常を検出することができず、ｔ５の時点で初めて異常が検出されることになる。
【００１２】
また、特開平８−１８７９１８号公報に記載された技術では、ウォームアップ時にアーク放電が発生しなかった場合には、通常の制御動作中にアーク放電の要因が発生した場合のアーク放電を抑制することができず、負荷や電源装置が破損する恐れがあるという問題があった。
【００１３】
また、デジタル制御方式の電源装置において、例えば図２３に示すように、ＰＷＭ信号に応じてスイッチ手段５２０によりトランス５２２の一次巻線側に印加される電圧がスイッチングされることで誘起された交流電圧を、整流平滑手段５２４により整流平滑して出力された電圧を電圧検出回路５２６により検出し、この検出した電圧モニタ値Ｖｍｏｎに基づいてアーク放電を抑制することも考えられる。
【００１４】
しかしながら、このようなデジタル制御方式の電源装置において、定電流制御で制御する場合には、定電流制御用の電流検出回路５２８と異常状態検出用の電圧検出回路５２６が必要となり、負荷５３０に直接流れる電流（Ｉｚ）と電流検出回路５２８に流れる電流（Ｉｚ’）に差異が生じ、正確な定電流制御ができなくなるという問題があった。
【００１５】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、デジタル制御方式の電源装置において、異常負荷状態の検出漏れを簡単な構成で防止することができる電源装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明の電源装置は、トランスと、入力されたＰＷＭ信号のデューティに応じて前記トランスの１次巻線への電力の印加をスイッチングする第１のスイッチ手段と、前記トランスの２次巻線側に接続された負荷に対する出力値を検出する検出手段と、目標値に対応するデューティを第１の演算により算出し、該算出されたデューティのＰＷＭ信号を生成して前記スイッチ手段に出力するように制御する制御手段と、を備えた電源装置において、前記トランスの２次巻線側に接続された負荷に対する出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の検出値が所定値よりも小さく、かつ前記検出値が前回の検出値よりも小さい場合が１回又は複数回連続して検出された場合を前記出力電圧が垂下している異常負荷状態として検出し、該異常負荷状態が検出された場合には、前記デューティを第２の演算により算出し、該算出されたデューティのＰＷＭ信号を生成して前記スイッチ手段に出力するように制御して異常処理を行う異常処理手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１７】
請求項１記載の発明によれば、スイッチ手段にはＰＷＭ信号が入力され、このＰＷＭ信号のデューティに応じてトランスの１次巻線への電力の印加がスイッチングされる。これにより、トランスの２次巻線側に例えば昇圧された電圧が誘起され、負荷に供給される。この負荷に供給される電圧は、例えばＰＷＭ信号のデューティが大きくなるに従って高くなり、デューティが小さくなるに従って低くなる。また、検出手段により負荷に対する出力値（電圧又は電流）が検出される。そして、制御手段は、検出された出力値に基づき、目標値に対応するデューティを第１の演算により算出し、該算出されたデューティのＰＷＭ信号を生成してスイッチ手段に出力するように制御する。第１の演算は、例えば検出した出力電圧値が目標値よりも小さい場合にはデューティを大きくし、検出した出力電圧値が目標値よりも大きい場合にはデューティを小さくする。これにより、出力電圧が目標値に一致するようにフィードバック制御される。
【００１８】
このような電源装置において、異常処理手段は、電圧検出手段の検出値を所定間隔で取り込み、取り込んだ検出値が所定値よりも小さく、かつ取り込んだ検出値が前回取り込んだ検出値よりも小さい場合を検出する。そして、このような場合が１回又は複数回連続して検出された場合を前記出力電圧が垂下している異常負荷状態として検出する。ここで、所定値は異常負荷状態が発生している状態を示す値に設定される。なお、検出手段において電圧を検出して第１の演算を行うような場合には、該検出手段と電圧検出手段とを共用することができる。
【００１９】
このように、所定値よりも検出値が小さい場合をすぐに異常負荷状態として検出せず、さらに前回取り込んだ検出値よりも小さい場合、すなわち、出力電圧が垂下している場合を検出することができるのでより確実に異常負荷状態を検出することができ、検出漏れを防ぐことができる。また、異常負荷状態から復帰する過程において検出値が所定値よりも小さい場合を誤って異常負荷状態として検出してしまうことがない。
【００２０】
また、複数回連続して検出された場合を異常負荷状態として検出する場合、例えば、負荷に一時的に埃が付着した場合等、突発的に異常負荷状態が発生し、すぐに正常負荷状態に戻るような場合でも異常負荷状態として検出してしまうことがない。従って、必要以上に異常負荷状態であると判断してしまうのを防ぐことができる。
【００２１】
そして、異常負荷状態が検出された場合にはデューティを第２の演算により算出し、該算出されたデューティのＰＷＭ信号を生成してスイッチ手段に出力するように制御して異常処理を行う。第２の演算は、異常負荷状態を回避することができるようなデューティ値となるように演算される。これにより、異常負荷状態が回避される。また、第２の演算を負荷の種類に応じて最適に行ってもよい。
【００２２】
また、異常処理手段は、請求項４にも記載したように、作成手段により、異常処理手段が異常負荷状態を検出した場合、該検出結果を検出履歴として記憶し、該記憶した検出履歴に基づいて前記負荷の状態を示す情報を作成することができる。例えば、異常負荷状態が発生した回数や時間等を検出履歴として記憶しておき、この検出履歴に基づいて、例えば負荷の劣化具合等の情報を作成することができる。
【００２３】
そして、作成手段により作成された情報は、請求項５にも記載したように、出力手段により出力することができる。この出力手段には、例えば負荷の劣化具合等を警告メッセージや警告音等で警告する表示装置や音声出力装置を用いることができる。また、警告メッセージ等を通信回線を介して外部へ出力するようにしてもよい。
【００２４】
請求項２記載の発明は、トランスと、入力されたＰＷＭ信号のデューティに応じて前記トランスの１次巻線への電力の印加をスイッチングする第１のスイッチ手段と、前記トランスの２次巻線側に接続された負荷に対する出力値を検出する検出手段と、目標値に対応するデューティを第１の演算により算出し、該算出されたデューティのＰＷＭ信号を生成して前記スイッチ手段に出力するように制御する制御手段と、を備えた電源装置において、前記トランスの２次巻線側に接続された負荷に対する出力電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段からの検出結果に基づいてオンオフする第２のスイッチ手段と、前記第２のスイッチ手段の出力に基づいて前記第２のスイッチ手段の出力を保持する保持手段と、前記保持手段からの出力に基づいて異常負荷状態を検出し、該異常負荷状態が複数回連続して検出された場合には、前記デューティを第２の演算により算出し、該算出されたデューティのＰＷＭ信号を生成して前記スイッチ手段に出力するように制御して異常処理を行う異常処理手段と、を備えたことを特徴としている。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、第２のスイッチ手段は、電流検出手段により検出された負荷に対する出力電流に基づいてオンオフする。例えば出力電流が異常負荷状態を示す所定値以上の場合にオンし、出力電流が異常負荷状態を示す所定値以下の場合にオフする。このような場合に保持手段は、例えば第２のスイッチング手段の出力がオンしたときの出力電位を保持する。このため、異常処理手段は、より確実に異常負荷状態を検出することができる。なお、検出手段において電流を検出して第１の演算を行うような場合には、該検出手段と電流検出手段とを共用することができる。
【００２６】
この保持手段は、請求項３にも記載したように、第２のスイッチ手段の出力を充放電する充放電手段とすることができる。この充放電手段には、例えばコンデンサなどを用いることができる。従って、電源装置を安価に構成することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２８】
〔第１実施形態〕
第１実施形態では、本発明に係る電源装置を直流高圧電源装置として構成した場合について説明する。まず、図１を参照して、本第１実施形態に係る直流高圧電源装置１０の構成について説明する。
【００２９】
第１実施形態に係る直流高圧電源装置１０は、負荷２４に供給するための高圧電力を生成する高圧電源部（ＨＶＰＳ）１２、及び装置全体の動作を司る制御手段としてのＣＰＵ２２を含んで構成されている。
【００３０】
高圧電源部１２は、昇圧トランス１４、入力された信号を整流平滑する整流平滑手段１６、入力されているＰＷＭ信号のデューティに応じてスイッチング動作を行うスイッチ手段１８、及び検出手段２０を含んで構成されており、昇圧トランス１４の１次巻線の一方の端子には図示しない外部の低圧安定化電源が接続されており、所定電圧値の直流電圧Ｖｉｎが印加される。
【００３１】
また、昇圧トランス１４の１次巻線の他方の端子にはスイッチ手段１８の出力端が接続されており、昇圧トランス１４の２次巻線の端子には整流手段１６の入力端が接続されており、更に整流平滑手段１６の一方の出力端には検出手段２０の入力端が接続されている。なお、整流平滑手段１６の他方の出力端は負荷２４に接続される。
【００３２】
一方、ＣＰＵ２２の入力端には検出手段２０の出力端が、ＣＰＵ２２の出力端にはスイッチ手段１８の入力端が、各々接続されている。
【００３３】
検出手段２０は、昇圧トランス１４の２次巻線側に接続された負荷２４に対する出力値を検出して、出力電圧の電圧値又は出力電流の電流値をＣＰＵ２２で判断可能な範囲の状態値とし、その値を示すモニタ信号Ｍｏｎを出力するものであり、ＣＰＵ２２は入力されたモニタ信号Ｍｏｎをデジタル値に変換することによって昇圧トランス１４の２次巻線側の出力値を検知することができると共に、該モニタ値に応じたデューティのＰＷＭ信号をスイッチ手段１８に入力する。なお、本直流高圧電源装置１０が定電圧制御型である場合は検出手段２０は出力電圧を検出するものとされ、定電流制御型である場合は検出手段２０は出力電流を検出するものとされる。
【００３４】
また、ＣＰＵ２２には、表示操作装置２６が接続されており、異常時にエラーメッセージを表示したり、負荷２４へ供給する出力電圧の出力目標値を設定したりすることができる。
【００３５】
次に、第１実施形態の作用として、図２に示すフローチャートを参照して、直流高圧電源装置１０のＣＰＵ２２で実行される制御について説明する。また、本第１実施形態に係る直流高圧電源装置１０の稼動時には、上記図示しない外部の低圧安定化電源によって昇圧トランス１４の１次巻線の一方の端子には、所定電圧値（例えば＋２４Ｖ）の直流電圧Ｖｉｎが印加されている。また、本実施形態に係るＣＰＵ２２では、ＰＷＭ信号のデューティ設定用のレジスタが内部に設けられており、該レジスタの記憶値は本制御プログラムの実行開始時にリセットされる。該レジスタに設定された値のデューティのＰＷＭ信号がスイッチ手段１８に入力される。
【００３６】
図２に示すステップ１００では、直流高圧電源装置１０の出力（定電圧制御の場合は出力電圧で、定電流制御の場合は出力電流）の最終的な目標値（以下、出力目標値という）を設定する。なお、本実施の形態における出力目標値の設定は、表示操作装置２６を介してオペレータによって行われるが、この出力目標値の設定方法は一例であり、出力目標値の設定が実現可能な方法であれば如何なるものでも適用することができる。
【００３７】
次のステップ１０２では、ステップ１００において設定された出力目標値に対応する目標モニタ値を決定する。なお、目標モニタ値の決定は、例えば、直流高圧電源装置１０における各種出力値に対するモニタ値のテーブルを予め実験等によって取得しておき、このテーブルを参照することによって行うことができる。
【００３８】
次のステップ１０４では、検出手段２０から入力されているモニタ信号Ｍｏｎをデジタル値に変換したモニタ値とした後にＣＰＵ２２に設けられた図示しない記憶部に格納する。次のステップ１０６では、該記憶部に記憶したモニタ値に基づいて異常負荷状態か否かを判断し、異常負荷状態だった場合にはステップ１０８へ移行し、異常負荷状態でなかった場合にはステップ１１０へ移行する。ここで、異常負荷状態とはコロトロンワイヤが切断された場合等、アーク放電が発生した場合であり、この場合の出力電圧は垂下する。
【００３９】
ステップ１０８では、異常負荷状態時の処理を行う。例えば、ＰＷＭ信号のデューティ値を予め設定した値（例えば、最小値）に設定すると共に出力をモニタするサンプリング周期を予め設定した退避動作時間に設定する。従って、出力電力が略一定に保たれるため、アーク放電を抑制することができる。
【００４０】
一方、ステップ１１０では、正常状態時の処理を行う。すなわち、例えば記憶部に記憶したモニタ値が目標モニタ値よりも小さければＰＷＭ信号のデューティ値を高くするように設定し、記憶部に記憶したモニタ値が目標モニタ値よりも大きければＰＷＭ信号のデューティ値を低くするように設定して、モニタ値が目標モニタ値と一致するように制御する。
【００４１】
そして、次のステップ１１２では、図３に示すような検出履歴処理を行う。図３に示すステップ２００では、ステップ１０８で異常負荷状態時の処理を行った回数をカウント（インクリメント）する。そして、次のステップ２０２で表示操作装置２６に表示されるダイアグ（自己診断）画面に表示してリターンする。これにより、サービスエンジニア等が異常処理が発生している回数を把握でき、異常処理が発生している回数が多い場合には、装置を止めて異常箇所を点検して部品を交換する等の措置をとることができる。なお、例えば異常処理が発生している回数が所定回数以上になった場合に警告メッセージを表示するようにしたり、図４に示すように、直流高圧電源装置１０が用いられる複写機２８等の装置とサービスセンター３０とを電話回線等の通信回線３２で接続し、異常処理が発生している回数が所定回数以上になった場合にサービスセンターに通知するようにしてもよい。
【００４２】
そして、ステップ１１４では、ステップ１０８又はステップ１１０で設定したデューティ値でＰＷＭ信号をスイッチ手段１８に出力する。これにより、昇圧トランス１４の１次巻線側に印加される直流電圧がスイッチングされ、２次巻線側に昇圧された交流電圧が誘起される。この交流電圧は整流平滑手段１６により整流平滑され、負荷２４へ供給される。
【００４３】
次のステップ１１６では、高圧電源部１２がオフされているか否かを判定し、オフされていないと判定された場合（否定判定）にはステップ１０４へ戻り、上述したステップ１０４乃至ステップ１１６の処理を繰り返し、高圧電源部１２がオフされていると判定された場合（肯定判定）に本制御プログラムを終了する。
【００４４】
図５に通常制御時と異常負荷制御時の出力電圧の波形及びＰＷＭ信号の波形を示す。図５に示すように、立ち上がり時には、モニタ値が目標モニタ値と一致するようにＰＷＭ信号のデューティ値を徐々に増加させる。そして、モニタ値が目標モニタ値と略一致している定常状態では、ＰＷＭ信号のデューティ値は略一定値となる。そして、異常負荷状態となると、ＰＷＭ信号のデューティ値が最小値に設定され、アーク放電が抑制される。
（回路構成例）
次に、本第１実施形態に係る直流高圧電源装置１０における高圧電源部１２の回路構成例について説明する。
【００４５】
まず、図６を参照して、直流定電圧制御型の高圧電源部１２の回路構成例について説明する。
【００４６】
同図に示す高圧電源部１２は、昇圧トランス１４、整流平滑手段１６、スイッチング手段１８、検出手段２０を含んで構成されている。
【００４７】
整流平滑手段１６は、ダイオード３４及びコンデンサ３６で構成されており、ダイオード３４のアノード端子は、他方の端子が接地されたトランス１４の２次巻線の一方の端子に接続されている。ダイオード３４のカソード端子はコンデンサ３６の一方の端子に接続されており、コンデンサ３６の他方の端子は接地されている。
【００４８】
このように構成された整流平滑回路１６では、昇圧トランス１４の２次巻線側に誘起された交流電圧を整流平滑して負荷２４へ出力する
検出手段２０は、抵抗３８〜４４及びオペアンプ４６で構成され、オペアンプ４６の非反転入力端子には他方の端子が抵抗３８及び抵抗４０の一方の端子に接続された抵抗４２の一方の端子が接続されている。抵抗３８の他方の端子は清流平滑回路１６の出力端に接続され、抵抗４０の他方の端子は接地されている。
【００４９】
一方、オペアンプ４６の反転入力端子には、抵抗４４の一方の端子が接続されたオペアンプ４６の出力端子が接続されている、抵抗４４の他方の端子はＣＰＵ２２に接続されている。
【００５０】
このように構成された検出手段２０は、負荷２４へ出力される高圧出力電圧をＣＰＵ２２で検出可能な範囲（ここでは、０Ｖから５Ｖまでの範囲）となるように抵抗３８、４０によって分圧してＣＰＵ２２へ出力する。
【００５１】
スイッチング手段１８は、トランジスタ４８、抵抗５０、５２で構成されており、トランジスタ４８のコレクタ端子は、他方の端子が図示しない直流電源に接続された昇圧トランス１４の１次巻線の一方の端子に接続されている。トランジスタ４８のベース端子には、一方の端子が接地された抵抗５０の他方の端子及び他方の端子がＣＰＵ２２に接続された抵抗５２の一方の端子が接続されている。
【００５２】
このように構成されたスイッチング素子１８では、ＣＰＵ２２から出力されるＰＷＭ信号のデューティに応じて昇圧トランス１４の１次巻線側に印加される直流電圧をスイッチングする。
【００５３】
次に、図７を参照して、直流定電流制御型の高圧電源部１２の回路構成例について説明する。
【００５４】
同図に示す高圧電源部１２は、昇圧トランス１４、整流平滑手段１６、スイッチ手段１８、検出手段２０、２１を含んで構成されている。なお、図６に示す高圧電源部１２と同一部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【００５５】
検出手段２０は、抵抗３８、４２、４４及びオペアンプ４６で構成され、オペアンプ４６の非反転入力端子は接地されており、反転入力端子には、抵抗４２を介してオペアンプ４６の出力端子が接続されている。
【００５６】
検出手段２１は、出力電流を検出するための回路であり、図７に示すように、オペアンプ５４、抵抗５６〜６２で構成されている。オペアンプ５４の非反転入力端子は、他方の端子が抵抗５６及び抵抗５８の一方の端子が接続された抵抗６０の一方の端子が接続されている。また、抵抗５６は、コンデンサ３６と並列に接続されている。抵抗５８の他方の端子は接続されている。
【００５７】
オペアンプ５４の反転入力端子は、抵抗６２の一方の端子が接続されたオペアンプ５４の出力端子が接続されている。抵抗６２の他方の端子はＣＰＵ２２に接続されている。
【００５８】
このように構成された検出手段２１は、負荷２４へ出力される出力電流をＣＰＵ２２で検出可能な範囲（ここでは、０Ｖ〜５Ｖまでの範囲）となるようにしてＣＰＵ２２へ出力する。
【００５９】
なお、本第１実施形態において図６に示した回路構成は一例であり、各部の機能を実現することができる回路構成であれば如何なるものでも適用することができる。
【００６０】
〔第２実施形態〕
第２実施形態では、本発明に係る電源装置を定電圧制御を行う直流高圧電源装置として構成した場合について説明する。なお、装置構成は図１及び図６に示す直流高圧電源装置１０と同一であるので、説明を省略し、図８に示すフローチャートを参照してＣＰＵ２２において実行される制御について説明する。
【００６１】
図８に示すステップ３００では、直流高圧電源装置１０の出力電圧の最終的な目標値（以下、出力目標値という）を設定する。なお、本実施の形態における出力目標値の設定は、表示操作装置２６を介してオペレータによって行われるが、この出力目標値の設定方法は一例であり、出力目標値の設定が実現可能な方法であれば如何なるものでも適用することができる。
【００６２】
次のステップ３０２では、ステップ３００において設定された出力目標値に対応する目標モニタ値Ｖｇを決定する。なお、目標モニタ値Ｖｇの決定は、例えば、直流高圧電源装置１０における各種出力値に対するモニタ値のテーブルを予め実験等によって取得しておき、このテーブルを参照することによって行うことができる。
【００６３】
次のステップ３０４では、検出手段２０から入力されているモニタ信号Ｖｍｏｎをデジタル値に変換したモニタ値とした後にＣＰＵ２２に設けられた図示しない記憶部に格納する。次のステップ３０６では、当該記憶部に記憶されたモニタ値Ｖｍ（ｎ）が、前回入力され、記憶部に記憶されているモニタ値Ｖｍ（ｎ−１）よりも小さく、かつモニタ値Ｖｍ（ｎ）が図９に示すモニタ値の正常範囲の下限値である所定閾値Ｖｓよりも小さいか否かを判断する。モニタ値Ｖｍ（ｎ）がモニタ値Ｖｍ（ｎ−１）よりも小さく、かつモニタ値Ｖｍ（ｎ）が所定閾値Ｖｓよりも小さい場合にはステップ３０８へ移行し、それ以外の場合にはステップ３１０へ移行する。すなわち、ステップ３０６では、出力電圧が垂下する傾向にあり、かつ所定閾値以下の場合をアーク放電が発生する異常負荷状態として判断している。
【００６４】
ステップ３０８では、異常負荷状態が２回連続して発生したか否かの判断をする。異常負荷状態が２回連続して発生した場合には、ステップ３１２へ移行し、ＰＷＭ信号のデューティ値Ｄ（ｎ）をＤ（ｎ）＝ｋ×Ｄ（ｎ−１）に設定する。ここで、ｋは、直流高圧電源装置１０が転写・剥離用の負荷に接続される電源装置の場合には、動作の信頼性上、零又は限りなく零に近い値に設定される。また、直流高圧電源装置１０が帯電器・現像器等の負荷に接続される電源装置の場合には、必要とされる復帰時間と出力電力との関係により０．１〜０．５の間の値に設定される。
【００６５】
そして、次のステップ３１４でサンプリング周期を予め定めた退避動作時間Ｔａに設定し、ステップ３１６で検出履歴処理を行ってステップ３２２へ移行する。この検出履歴処理は、図３に示す制御と同様であるので、説明を省略する。
【００６６】
また、異常負荷状態が２回連続して発生していない場合には、ステップ３１８へ移行し、ＰＷＭ信号のデューティ値Ｄ（ｎ）を前回のＣＰＵ２２の図示しない記憶部に記憶されたデューティ値Ｄ（ｎ−１）に設定する。そして、次のステップ３２０でサンプリング周期を通常制御時と同じ時間Ｔに設定してステップ３２２へ移行する。
【００６７】
一方、ステップ３１０では、正常状態時の処理を行う。すなわち、例えば記憶部に記憶したモニタ値Ｖｍ（ｎ）が目標モニタ値Ｖｇよりも小さければＰＷＭ信号のデューティ値を高くするように設定し、記憶部に記憶したモニタ値Ｖｍ（ｎ）が目標モニタ値Ｖｇよりも大きければＰＷＭ信号のデューティ値を低くするように設定し、モニタ値Ｖｍ（ｎ）が目標モニタ値Ｖｇと一致するようにデューティ値を設定してステップ３２２へ移行する。
【００６８】
そして、ステップ３２２では、設定されたデューティ値でＰＷＭ信号をスイッチ手段１８に出力する。これにより、昇圧トランス１４の１次巻線側に印加される直流電圧がスイッチングされ、２次巻線側に昇圧された交流電圧が誘起される。この交流電圧は整流平滑手段１６により整流平滑され、負荷２４へ供給される。
【００６９】
次のステップ３２４では、現在のモニタ値Ｖｍ（ｎ）をモニタ値Ｖｍ（ｎ−１）に、デューティ値Ｄ（ｎ）をデューティ値（ｎ−１）にそれぞれ代入し、ステップ３２６で高圧電源部１２がオフされているか否かを判定する。オフされていないと判定された場合（否定判定）にはステップ３０４へ戻り、上述したステップ３０４乃至ステップ３２６の処理を繰り返し、高圧電源部１２がオフされていると判定された場合（肯定判定）に本制御プログラムを終了する。
【００７０】
このように、本実施の形態では、２回連続して異常負荷状態が検出された場合を異常として判断する。このため、例えば図１０に示すようにモニタ値Ｖｍが１回だけ異常負荷状態の値となったような場合（サンプリング周期以内で異常負荷状態が解除された場合）、例えばコロトロンワイヤに一瞬ほこりが付着したよう場合には異常と判断しないため、不必要に異常動作が行われてしまうのを防ぐことができる。
【００７１】
また、例えば図９に示すようにモニタ値Ｖｍが変化した場合には、ｔ１の時点まではモニタ値Ｖｍが正常範囲内にあるためステップ３１０において通常制御を行う。そして、ｔ２の時点でモニタ値Ｖｍが所定閾値Ｖｓ以下となり、ステップ３０６で肯定された場合でも、異常負荷状態となったのが１回目であるので、ステップ３０８で否定されてステップ３１８へ移行して出力が維持される。そして、ｔ３の時点で異常負荷状態と判断されると、ステップ３０８で肯定されてステップ３１２へ移行してアーク放電を抑制するように退避動作を行う。
【００７２】
この退避動作時間中に、例えば図１１に示すように異常負荷状態が解除された場合には、退避動作時間（サンプリング周期）Ｔａ時間経過後に出力電圧は自動的に復帰する。なお、図１１に示すように、退避動作時間Ｔａ経過後の立ち上がり時におけるモニタ値Ｖｍは、所定閾値Ｖｓ以下であるが、前回のモニタ値よりも大きいのでステップ３０６で否定され、異常負荷状態と判断されることはない。また、退避動作時間Ｔａは、立ち上がり時間を考慮して設定され、自動復帰時間≧退避動作時間＋立ち上がり時間となるように設定される。例えば、立ち上がり時間が３００ｍｓｅｃの場合に自動復帰時間を１ｓｅｃとして設定した場合には退避動作時間が７００ｍｓｅｃ以下となるように設定する。
【００７３】
なお、本実施の形態では、２回連続して異常負荷状態が検出された場合を異常として判断するようにしているが、これに限らず、３回以上連続して異常負荷状態が検出された場合を異常として判断するようにしてもよい。これにより、負荷の特性等に応じて適正に異常負荷状態を判断することができる。
【００７４】
また、本実施の形態では、定電圧制御を行う場合について説明したが、高圧電源部１２を図７に示すような回路構成とすれば、定電流制御にも適用可能である。
【００７５】
〔第３実施形態〕
本第３実施形態では、本発明に係る電源装置を定電流制御を行う直流高圧電源装置として構成した場合について図１２を参照して説明する。なお、図１に示す直流高圧電源装置１０と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７６】
第３実施形態に係る直流高圧電源装置１０は、異常検出用電流検出手段７０を備えており、整流平滑手段１６からの出力電流が所定閾値以上となった場合に異常として一定時間オンするＩｅ信号をＣＰＵ２２に出力する。
【００７７】
異常検出用電流検出手段７０は、図１３に示すように、電流電圧変換回路７２、スイッチ手段７４、充放電回路７６で構成されており、整流平滑手段１６からの出力電流を電圧に変換しスイッチ手段７４へ出力する。スイッチ手段７４は、電流電圧変換回路７２から出力される電圧が所定閾値以上の場合にオンする。充放電回路７６は、このスイッチ手段７４のオン信号を一定時間保持した図１３に示すようなＩｅ信号をＣＰＵ２２に出力する。
【００７８】
図１４に異常検出用電流検出手段の回路構成を示す。図１４に示すように電流電圧変換回路７２は、抵抗７８で構成されている。スイッチ手段７４は、ツェナーダイオード８０、トランジスタ８２、及び抵抗８４、８６で構成されている。充放電回路７６は、コンデンサ８８及び抵抗８５、９０で構成されている。
【００７９】
充放電回路７６から出力されるＩｅ信号は、Ａ／Ｄ変換器９２でデジタル値に変換されてＣＰＵ２２に入力される。また、検出手段２０では、検出した出力電流をＡ／Ｄ変換器９４へ出力し、Ａ／Ｄ変換機９４ではこれをデジタル値に変換してＣＰＵ２２へ出力する。ＣＰＵ２２では検出した電流値に基づいてＰＷＭ信号のデューティ値を演算してＰＷＭ回路９６へ出力する。これによりＰＷＭ回路９６よりＰＷＭ信号が出力される。
【００８０】
整流平滑回路１６から出力される出力電流の波形を図１５（Ａ）に示す。この図１５（Ａ）に示す出力電流は、抵抗７８により図１５（Ｂ）に示すような波形の電圧値に変換される。そして、電圧値が異常負荷状態電圧値を超えるとツェナ―ダイオード８０が導通してトランジスタ８２をオンする。このため、スイッチ手段７４は、図１５（Ｃ）に示すようなオンオフ動作を行う。このオンオフ信号は、抵抗８３、８５、９０により所定の電圧値に変換され、充放電回路７６では、コンデンサ８８が充放電される。そして、充放電回路７６は図１５（Ｄ）に示すような波形のＩｅ信号を出力する。
【００８１】
次に、第３実施形態の作用としてＣＰＵ２２において実行される制御について図１６に示すフローチャートを参照して説明する。
【００８２】
図１６に示すステップ４００では、直流高圧電源装置１０の出力電圧の最終的な目標値（以下、出力目標値という）を設定する。なお、本実施の形態における出力目標値の設定は、表示操作装置２６を介してオペレータによって行われるが、この出力目標値の設定方法は一例であり、出力目標値の設定が実現可能な方法であれば如何なるものでも適用することができる。
【００８３】
次のステップ４０２では、ステップ４００において設定された出力目標値に対応する目標モニタ値Ｍｇを設定する。なお、目標モニタ値Ｍｇの決定は、例えば、直流高圧電源装置１０における各種出力値に対するモニタ値のテーブルを予め実験等によって取得しておき、このテーブルを参照することによって行うことができる。
【００８４】
次のステップ４０４では、検出手段２０から入力されているモニタ信号ＩｍｏｎがＡ／Ｄ変換器９４によりデジタル値に変換されたモニタ値Ｍ（ｎ）、及び異常検出用電流検出手段７０から入力されているモニタ信号ＩｅがＡ／Ｄ変換器９４によりデジタル値に変換されたモニタ値Ｍａ（ｎ）をＣＰＵ２２に設けられた図示しない記憶部に格納する。
【００８５】
次のステップ４０６では、当該記憶部に記憶されたモニタ値Ｍａ（ｎ）が、予め定めた異常負荷状態閾値Ｖｍｅよりも大きいか否かを判断する。モニタ値Ｍａ（ｎ）が異常負荷状態閾値Ｖｍｅよりも大きい場合にはステップ４０８へ移行し、モニタ値Ｍａ（ｎ）が異常負荷状態閾値Ｖｍｅ以下の場合にはステップ４１０へ移行する。
【００８６】
ステップ４０８では、異常負荷状態が２回連続して発生したか否かの判断をする。異常負荷状態が２回連続して発生した場合には、ステップ４１２へ移行し、ＰＷＭ信号のデューティ値Ｄ（ｎ）をＤ（ｎ）＝ｋ×Ｄ（ｎ−１）に設定する。ここで、ｋは、直流高圧電源装置１０が転写・剥離用の負荷に接続される電源装置の場合には、動作の信頼性上、零又は限りなく零に近い値に設定される。また、直流高圧電源装置１０が帯電器・現像器等の負荷に接続される電源装置の場合には、必要とされる復帰時間と出力電力との関係により０．１〜０．５の間の値に設定される。
【００８７】
そして、次のステップ４１４でサンプリング周期を予め定めた退避動作時間Ｔａに設定し、ステップ４１６で検出履歴処理を行ってステップ４２２へ移行する。この検出履歴処理は、図３に示す制御と同様であるので、説明を省略する。
【００８８】
また、異常負荷状態が２回連続して発生していない場合には、ステップ４１８へ移行し、ＰＷＭ信号のデューティ値Ｄ（ｎ）を前回のＣＰＵ２２の図示しない記憶部に記憶されたデューティ値Ｄ（ｎ−１）に設定する。そして、次のステップ４２０でサンプリング周期を通常制御時と同じ時間Ｔに設定してステップ４２２へ移行する。
【００８９】
一方、ステップ４１０では、正常状態時の処理を行う。すなわち、例えば記憶部に記憶したモニタ値Ｍ（ｎ）が目標モニタ値Ｍｇよりも小さければＰＷＭ信号のデューティ値を高くするように設定し、記憶部に記憶したモニタ値Ｍ（ｎ）が目標モニタ値Ｍｇよりも大きければＰＷＭ信号のデューティ値を低くするように設定し、モニタ値Ｍ（ｎ）が目標モニタ値Ｍｇと一致するようにデューティ値を設定してステップ４２２へ移行する。
【００９０】
そして、ステップ４２２では、設定されたデューティ値でＰＷＭ信号をスイッチ手段１８に出力する。これにより、昇圧トランス１４の１次巻線側に印加される直流電圧がスイッチングされ、２次巻線側に昇圧された交流電圧が誘起される。この交流電圧は整流平滑手段１６により整流平滑され、負荷２４へ供給される。
【００９１】
次のステップ４２４では、現在のデューティ値Ｄ（ｎ）をデューティ値（ｎ−１）に代入し、ステップ４２６で高圧電源部１２がオフされているか否かを判定する。オフされていないと判定された場合（否定判定）にはステップ４０４へ戻り、上述したステップ４０４乃至ステップ４２６の処理を繰り返し、高圧電源部１２がオフされていると判定された場合（肯定判定）に本制御プログラムを終了する。
【００９２】
このように、本実施の形態では、２回連続して異常負荷状態が検出された場合を異常として判断する。このため、例えば図１７に示すようにモニタ値Ｍ（ｎ）が１回だけｔ１の時点において異常負荷状態閾値Ｖｍｅ以上の値となったような場合（サンプリング周期以内で異常負荷状態が解除された場合）、例えばコロトロンワイヤに一瞬ほこりが付着したよう場合には異常と判断しないため、不必要に異常動作が行われてしまうのを防ぐことができる。
【００９３】
また、例えば図１８に示すようにモニタ値Ｍ（ｎ）が変化した場合には、ｔ１の時点まではモニタ値Ｍ（ｎ）が正常範囲内にあるためステップ４１０において通常制御を行う。そして、ｔ２の時点でモニタ値Ｍ（ｎ）が異常負荷状態閾値Ｖｍｅ以上となり、ステップ４０６で肯定された場合でも、異常負荷状態となったのが１回目であるので、ステップ４０８で否定されてステップ４１８へ移行して出力が維持される。そして、ｔ３の時点で異常負荷状態と判断されると、ステップ４０８で肯定されてステップ４１２へ移行してアーク放電を抑制するように退避動作を行う。
【００９４】
この退避動作時間中に、異常負荷状態が解除された場合には、退避動作時間（サンプリング周期）Ｔａ時間経過後に出力電圧は自動的に復帰する。また、退避動作時間Ｔａは、立ち上がり時間を考慮して設定され、自動復帰時間≧退避動作時間＋立ち上がり時間となるように設定される。例えば、立ち上がり時間が３００ｍｓｅｃの場合に自動復帰時間を１ｓｅｃとして設定した場合には退避動作時間が７００ｍｓｅｃ以下となるように設定する。
【００９５】
なお、本実施の形態では、２回連続して異常負荷状態が検出された場合を異常として判断するようにしているが、これに限らず、３回以上連続して異常負荷状態が検出された場合を異常として判断するようにしてもよい。これにより、負荷の特性等に応じて適正に異常負荷状態を判断することができる。
【００９６】
また、本実施の形態では、定電流制御を行う場合について説明したが、高圧電源部１２の検出手段２０を、図１９に示すようなオペアンプおよび抵抗により電圧検出回路として構成し、この検出手段２０から出力される定電圧制御用モニタ値により定電圧制御する場合にも本発明を適用可能である。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、より確実に異常負荷状態を検出することができ、検出漏れを防ぐことができると共に、突発的に異常負荷状態が発生し、すぐに正常負荷状態に戻るような場合でも異常負荷状態として誤って検出するのを防ぐことができる、という効果を有する。
【００９８】
請求項２記載の発明によれば、検出手段により検出された負荷に対する出力電流に基づいてオンオフ第２のスイッチング手段の出力を保持する保持手段を備えたので、より確実に異常負荷状態を検出することができる、という効果を有する。
【００９９】
請求項３記載の発明によれば、保持手段を、第２のスイッチ手段の出力を充放電する充放電手段としたので、電源装置を安価に構成することができる、という効果を有する。
【０１００】
請求項４記載の発明によれば、作成手段により、異常処理手段が異常負荷状態を検出した場合、該検出結果を検出履歴として記憶するので、負荷の劣化具合等を把握することができる、という効果を有する。
【０１０１】
請求項５記載の発明によれば、作成手段により作成された情報を、出力手段により出力することができるので、負荷の劣化具合等を外部へ報知することができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における電源装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態におけるＣＰＵで実行される制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図３】検出履歴処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図４】異常負荷状態の場合の制御について説明するための図である。
【図５】通常制御時及び異常負荷制御時における出力電圧及びＰＷＭ信号の波形を示す線図である。
【図６】定電圧制御を行う場合における高圧電源部の回路構成の一例を示す回路図である。
【図７】定電流制御を行う場合における高圧電源部の回路構成の一例を示す回路図である。
【図８】第２実施形態におけるＣＰＵで実行される制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図９】異常負荷状態の場合の制御について説明するための線図である。
【図１０】異常負荷状態の場合の制御について説明するための線図である。
【図１１】異常負荷状態の場合の制御について説明するための線図である。
【図１２】第３実施形態における電源装置の概略構成図である。
【図１３】高圧電源部の概略構成図である。
【図１４】異常検出用電流検出手段の回路図である。
【図１５】異常負荷状態が発生した場合の各部の波形を示す波形図である。
【図１６】第３実施形態におけるＣＰＵで実行される制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図１７】異常負荷状態の場合の制御について説明するための線図である。
【図１８】異常負荷状態の場合の制御について説明するための線図である。
【図１９】高圧電源部の他の例を示す回路図である。
【図２０】従来における電源回路の概略構成を示す回路図である。
【図２１】図２０のＡ点における電圧波形を示す波形図である。
【図２２】アナログ制御方式及びデジタル制御方式の電源装置における異常負荷状態の制御について説明するための図である。
【図２３】定電流制御時の異常負荷状態について説明するための回路図である。
【符号の説明】
１０ 直流高圧電源装置
１２ 高圧電源部
１４ 昇圧トランス
１６ 整流平滑手段
１８ スイッチ手段
２０ 検出手段
２２ ＣＰＵ
２４ 負荷
２６ 表示操作装置
２８ 複写機
３０ サービスセンター
３２ 通信回線
７０ 異常検出用電流検出回路
Claims (5)
- トランスと、入力されたＰＷＭ信号のデューティに応じて前記トランスの１次巻線への電力の印加をスイッチングする第１のスイッチ手段と、前記トランスの２次巻線側に接続された負荷に対する出力値を検出する検出手段と、目標値に対応するデューティを第１の演算により算出し、該算出されたデューティのＰＷＭ信号を生成して前記スイッチ手段に出力するように制御する制御手段と、を備えた電源装置において、
前記トランスの２次巻線側に接続された負荷に対する出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段の検出値が所定値よりも小さく、かつ前記検出値が前回の検出値よりも小さい場合が１回又は複数回連続して検出された場合を前記出力電圧が垂下している異常負荷状態として検出し、該異常負荷状態が検出された場合には、前記デューティを第２の演算により算出し、該算出されたデューティのＰＷＭ信号を生成して前記スイッチ手段に出力するように制御して異常処理を行う異常処理手段と、
を備えたことを特徴とする電源装置。 - トランスと、入力されたＰＷＭ信号のデューティに応じて前記トランスの１次巻線への電力の印加をスイッチングする第１のスイッチ手段と、前記トランスの２次巻線側に接続された負荷に対する出力値を検出する検出手段と、目標値に対応するデューティを第１の演算により算出し、該算出されたデューティのＰＷＭ信号を生成して前記スイッチ手段に出力するように制御する制御手段と、を備えた電源装置において、
前記トランスの２次巻線側に接続された負荷に対する出力電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段からの検出結果に基づいてオンオフする第２のスイッチ手段と、
前記第２のスイッチ手段の出力に基づいて前記第２のスイッチ手段の出力を保持する保持手段と、
前記保持手段からの出力に基づいて異常負荷状態を検出し、該異常負荷状態が複数回連続して検出された場合には、前記デューティを第２の演算により算出し、該算出されたデューティのＰＷＭ信号を生成して前記スイッチ手段に出力するように制御して異常処理を行う異常処理手段と、
を備えたことを特徴とする電源装置。 - 前記保持手段は、前記第２のスイッチ手段の出力を充放電する充放電手段であることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
- 前記異常処理手段が異常負荷状態を検出した場合、該検出結果を検出履歴として記憶し、該記憶した検出履歴に基づいて前記負荷の状態を示す情報を作成する作成手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電源装置。
- 前記作成手段により作成された情報を出力する出力手段をさらに備えたことを特徴とする請求項４記載の電源装置。
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