JPH11206113A - High-voltage power unit - Google Patents
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- JPH11206113A JPH11206113A JP9369134A JP36913497A JPH11206113A JP H11206113 A JPH11206113 A JP H11206113A JP 9369134 A JP9369134 A JP 9369134A JP 36913497 A JP36913497 A JP 36913497A JP H11206113 A JPH11206113 A JP H11206113A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電トランスを用
いて高電圧を発生させる高圧電源装置に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-voltage power supply for generating a high voltage using a piezoelectric transformer.
【０００２】更に詳述すると、本発明は、例えば電子写
真方式の画像形成装置などに搭載するのに好適な、高圧
電源装置に関するものである。More specifically, the present invention relates to a high-voltage power supply suitable for being mounted on, for example, an electrophotographic image forming apparatus.
【０００３】[0003]
【従来の技術】従来から知られている電子写真方式の画
像形成装置において、感光体に転写部材を当接させて転
写を行う直接転写方式を採る場合、転写部材には導電体
の軸を持つローラ状の導電性ゴムを用い、感光体のプロ
セススピードに合わせ回転駆動させている。そして、転
写部材に印加する電圧として、直流バイアス電圧を用い
ている。この時、直流バイアス電圧の極性は、通常のコ
ロナ放電式の転写電圧と同じ極性である。2. Description of the Related Art In a conventionally known electrophotographic image forming apparatus, when a direct transfer system in which a transfer member is brought into contact with a photosensitive member to perform transfer is employed, the transfer member has a conductor shaft. A roller-shaped conductive rubber is used to rotate the photosensitive member in accordance with the process speed of the photosensitive member. Then, a DC bias voltage is used as the voltage applied to the transfer member. At this time, the polarity of the DC bias voltage is the same as the polarity of the normal corona discharge transfer voltage.
【０００４】しかし、こういった転写ローラを用いて良
好な転写を行うためには、通常４ｋＶから７ｋＶ程度の
電圧（所要電流は数μＡ）を転写ローラに印加する必要
があった。However, in order to perform good transfer using such a transfer roller, it is necessary to apply a voltage of about 4 kV to about 7 kV (required current is several μA) to the transfer roller.
【０００５】上述したような画像形成処理に必要とされ
る高電圧を生成するために、従来は巻線式の電磁トラン
スを使用していた。しかし、高電圧による絶縁破壊を防
ぐために低圧部と高圧部の間隔を離さなければならず、
その結果として、一次側と二次側の結合を向上させる事
が困難となり、効率が悪化する要因となっていた。さら
に、上記転写ローラのような高電圧・低電力型の負荷に
対しては、さらに効率が悪化するという不具合が生じて
いた。In order to generate the high voltage required for the above-described image forming process, a winding type electromagnetic transformer has conventionally been used. However, in order to prevent insulation breakdown due to high voltage, the distance between the low voltage part and high voltage part must be increased,
As a result, it has been difficult to improve the coupling between the primary side and the secondary side, and this has been a factor in reducing efficiency. Further, there is a problem that the efficiency is further deteriorated with respect to a high voltage / low power type load such as the transfer roller.
【０００６】また電磁トランスは、銅線，ボビン，磁芯
で構成されており、上記のような仕様に用いる場合は、
出力電流値が数μＡという微小な電流のために各部に於
いて漏れ電流を最大限少なくしなければならなかった。
そのため、トランスの巻線を絶縁物によりモールドする
必要が有り、しかも供給電力に比較して大きなトランス
を必要としたため、高圧発生装置の小型化・軽量化の妨
げとなっていた。The electromagnetic transformer is composed of a copper wire, a bobbin, and a magnetic core.
Since the output current value is a very small current of several μA, the leakage current has to be minimized in each part.
For this reason, it is necessary to mold the winding of the transformer with an insulator, and further, a large transformer is required as compared with the supplied power, which hinders downsizing and weight reduction of the high-voltage generator.
【０００７】そこで、これらの欠点を補うために、圧電
トランスを用いて高電圧を発生させることが検討されて
いる。すなわち、セラミックを素材とした圧電トランス
を用いることにより、電磁トランス以上の効率で高電圧
を生成する事が可能となり、しかも、一次側および二次
側間の結合に関係なく一次側と二次側の電極間の距離を
離す事が可能となるので特別に絶縁の為にモールド加工
する必要がないため、高圧発生装置を小型・軽量にでき
るという優れた特性が得られている。Therefore, in order to compensate for these drawbacks, it has been studied to generate a high voltage using a piezoelectric transformer. In other words, by using a piezoelectric transformer made of ceramic material, it is possible to generate a high voltage with an efficiency higher than that of an electromagnetic transformer, and furthermore, regardless of the coupling between the primary side and the secondary side, the primary side and the secondary side Since it is possible to increase the distance between the electrodes, it is not necessary to perform special molding for insulation, so that an excellent characteristic that the high-pressure generator can be reduced in size and weight is obtained.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧電ト
ランスの昇圧比をさらに大きくしようとする場合には、
素子の形状を更に薄く、又は、長くしなければならない
という欠点があった。However, in order to further increase the step-up ratio of the piezoelectric transformer,
There is a disadvantage that the shape of the element must be made thinner or longer.
【０００９】さらに、圧電トランスにおける昇圧作用は
機械的共振を利用して行っているため、圧電トランス素
子自体の強度不足により破壊するという不都合を生じる
可能性があった。Further, since the step-up action of the piezoelectric transformer is performed by using mechanical resonance, there is a possibility that the piezoelectric transformer element may be broken due to insufficient strength.
【００１０】よって本発明の目的は、上述の点に鑑み、
圧電トランス自体の昇圧比を増加させることなく、十分
な高電圧を安定して発生させることが可能な高圧電源装
置を提供することにある。[0010] Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems,
An object of the present invention is to provide a high-voltage power supply device capable of stably generating a sufficiently high voltage without increasing the step-up ratio of the piezoelectric transformer itself.
【００１１】本発明の他の目的は、圧電トランスの昇圧
比を低く抑えることにより、圧電トランス素子の薄型化
・長大化を防止し、もって、長寿命化を図った高圧電源
装置を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a high-voltage power supply device in which the step-up ratio of the piezoelectric transformer is suppressed to a low level, thereby preventing the piezoelectric transformer element from becoming thinner and longer, thereby extending the life. It is in.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る高圧電源装置は、入力した制御信号
に応じて出力信号の周波数を可変設定する発振器と、前
記発振器の出力信号により駆動されるスイッチング素子
と、前記スイッチング素子と電源との間に接続された素
子であって、前記スイッチング素子の駆動により断続的
に電圧が印加されるインダクタンス成分を有する素子
と、前記スイッチング素子と前記インダクタンス成分を
有する素子との接続点に接続された圧電トランスとを具
備したものである。前記発振器として電圧制御発振器を
用いることができる。さらに加えて、前記スイッチング
素子に並列接続された容量素子を有することができる。
あるいは、さらに加えて、前記インダクタンス成分を有
する素子に並列接続された容量素子を有することができ
る。これらの高圧電源装置は、電子写真方式の画像形成
装置に内蔵することができる。To achieve the above object, a high voltage power supply according to the present invention comprises: an oscillator for variably setting the frequency of an output signal in accordance with an input control signal; and an output signal of the oscillator. A switching element driven by the switching element, an element connected between the switching element and a power supply, an element having an inductance component to which a voltage is intermittently applied by driving the switching element, and the switching element A piezoelectric transformer connected to a connection point with the element having the inductance component. A voltage controlled oscillator can be used as the oscillator. In addition, a capacitance element connected in parallel to the switching element can be provided.
Alternatively, or in addition, a capacitance element connected in parallel to the element having the inductance component can be provided. These high-voltage power supplies can be incorporated in an electrophotographic image forming apparatus.
【００１３】その他の高圧電源装置は、入力した制御信
号に応じて出力周波数を可変設定する発振器と、前記発
振器の出力を電力増幅する増幅手段と、前記増幅手段の
出力により駆動される圧電トランスと、前記増幅手段と
前記圧電トランスとの間に接続された素子であって、イ
ンダクタンス成分を有する素子とを具備したものであ
る。さらに加えて、前記圧電トランスに並列接続された
容量素子を有することができる。あるいは、さらに加え
て、前記インダクタンス成分を有する素子に並列接続さ
れた容量素子を有することができる。これらの高圧電源
装置は電子写真方式の画像形成装置に内蔵することがで
きる。Another high-voltage power supply device includes an oscillator for variably setting an output frequency in accordance with an input control signal, amplifying means for power-amplifying the output of the oscillator, and a piezoelectric transformer driven by the output of the amplifying means. , An element connected between the amplifying means and the piezoelectric transformer, the element having an inductance component. In addition, a capacitance element connected in parallel to the piezoelectric transformer can be provided. Alternatively, or in addition, a capacitance element connected in parallel to the element having the inductance component can be provided. These high-voltage power supplies can be incorporated in an electrophotographic image forming apparatus.
【００１４】その他の高圧電源装置は、第１の高圧出力
を生成する電磁トランスと、前記電磁トランスを駆動す
るスイッチング素子と、前記スイッチング素子のフライ
バック電圧を整流平滑する整流平滑回路と、第２の高圧
出力を生成する圧電トランスと、前記圧電トランスを駆
動する駆動回路とを有し、前記駆動回路は、前記整流平
滑回路の出力を電源として作動する。この高圧電源装置
は電子写真方式の画像形成装置に内蔵することができ
る。Another high-voltage power supply device includes an electromagnetic transformer for generating a first high-voltage output, a switching element for driving the electromagnetic transformer, a rectifying and smoothing circuit for rectifying and smoothing a flyback voltage of the switching element, and a second circuit. And a drive circuit for driving the piezoelectric transformer. The drive circuit operates using the output of the rectifying / smoothing circuit as a power supply. This high-voltage power supply can be incorporated in an electrophotographic image forming apparatus.
【００１５】その他の高圧電源装置は、第１の高圧出力
を生成する電磁トランスと、前記電磁トランスを駆動す
るスイッチング素子と、第２の高圧出力を生成する圧電
トランスとを有し、前記圧電トランスは、前記スイッチ
ング素子のフライバック電圧により駆動される。この高
圧電源装置は電子写真方式の画像形成装置に内蔵するこ
とができる。Another high-voltage power supply device has an electromagnetic transformer for generating a first high-voltage output, a switching element for driving the electromagnetic transformer, and a piezoelectric transformer for generating a second high-voltage output. Are driven by the flyback voltage of the switching element. This high-voltage power supply can be incorporated in an electrophotographic image forming apparatus.
【００１６】[0016]
【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。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１７】（実施の形態１）図１は、本発明の第１の
実施の形態を示したものである。本図に於いて、Ｔ１０
１は圧電トランス（圧電セラミックトランス）であり、
その出力はダイオードＤ１０１，Ｄ１０２および不図示
の浮遊容量により整流平滑され、負荷に供給される。こ
の整流回路の他端（すなわち、ダイオードＤ１０２のア
ノード側）は、コンデンサＣ１０１，電流検出抵抗Ｒ１
０１を介して接地される。電流検出抵抗Ｒ１０１の出力
電圧は、抵抗Ｒ１０２を介して、オペアンプＱ１０２の
非反転入力端子（＋）に入力される。他方、オペアンプ
Ｑ１０２の反転入力端子（−）は抵抗Ｒ１０３を介して
不図示のコントローラに接続される。(Embodiment 1) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. In this figure, T10
1 is a piezoelectric transformer (piezoceramic transformer),
The output is rectified and smoothed by diodes D101 and D102 and a stray capacitance (not shown), and supplied to a load. The other end of the rectifier circuit (that is, the anode side of the diode D102) is connected to the capacitor C101 and the current detection resistor R1.
01 is grounded. The output voltage of the current detection resistor R101 is input to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier Q102 via the resistor R102. On the other hand, the inverting input terminal (-) of the operational amplifier Q102 is connected to a controller (not shown) via a resistor R103.
【００１８】オペアンプＱ１０２の出力端は電圧制御発
振器（ＶＣＯ）１０１に接続され、この電圧制御発振器
１０１の出力端は、トランジスタＱ１０１のベースに接
続される。トランジスタＱ１０１のコレクタはインダク
タＬ１０１を介して電源に接続されると同時に、圧電ト
ランスＴ１０１の一次側の電極の一方に接続される。こ
の一次側の電極の他端は接地される。また、トランジス
タＱ１０１のエミッタは接地される。The output terminal of the operational amplifier Q102 is connected to a voltage controlled oscillator (VCO) 101, and the output terminal of the voltage controlled oscillator 101 is connected to the base of the transistor Q101. The collector of the transistor Q101 is connected to the power supply via the inductor L101, and at the same time, to one of the primary electrodes of the piezoelectric transformer T101. The other end of the primary electrode is grounded. The emitter of the transistor Q101 is grounded.
【００１９】図２は、圧電トランスＴ１０１の駆動周波
数に対する出力電圧の特性を表した図である。同時に示
すように、共振周波数ｆ0 において出力電圧が最大にな
るため、周波数による出力電圧の制御が可能である事が
わかる。この特性を用いた圧電トランスＴ１０１から不
図示の負荷に流れる電流は、電流検出抵抗Ｒ１０１に生
じる電圧降下によって検知される。そして、負荷電流が
増えると、電流検出抵抗Ｒ１０１の端子電圧が下がり、
オペアンプＱ１０２の（＋）入力端子の電圧も下がるた
め、オペアンプＱ１０２の出力端子の電圧も下がる。こ
の時、電圧制御発振器１０１は、入力電圧が下がると出
力周波数が上がり、入力電圧が上がると出力周波数が下
がるような動作を行うものとすると、圧電トランスＴ１
０１の駆動周波数が上がる。従って、共振周波数ｆ0 よ
り、少し高い周波数で駆動する場合、駆動周波数が上が
ると出力電圧は下がるため、負荷電流を下げる方向に制
御を行う。すなわち、図１の回路は負帰還制御回路を構
成している。FIG. 2 is a diagram showing characteristics of an output voltage with respect to a driving frequency of the piezoelectric transformer T101. As shown at the same time, since the output voltage becomes maximum at the resonance frequency f 0, it can be seen that the output voltage can be controlled by the frequency. A current flowing from the piezoelectric transformer T101 using this characteristic to a load (not shown) is detected by a voltage drop across the current detection resistor R101. When the load current increases, the terminal voltage of the current detection resistor R101 decreases,
Since the voltage of the (+) input terminal of the operational amplifier Q102 also decreases, the voltage of the output terminal of the operational amplifier Q102 also decreases. At this time, the voltage-controlled oscillator 101 operates such that the output frequency increases when the input voltage decreases, and the output frequency decreases when the input voltage increases.
01 is increased. Therefore, when driving at a frequency slightly higher than the resonance frequency f 0 , the output voltage decreases as the driving frequency increases, so that control is performed in the direction of decreasing the load current. That is, the circuit in FIG. 1 constitutes a negative feedback control circuit.
【００２０】よって、オペアンプＱ１０２の（−）入力
端子に入力されるコントローラからの電圧で決定される
電流に等しくなるよう、負荷電流は定電流制御されるこ
ととなる。Therefore, the load current is controlled at a constant current so as to be equal to the current determined by the voltage from the controller input to the (-) input terminal of the operational amplifier Q102.
【００２１】図３は、図１に示した各部の動作波形であ
る。ここで、はトランジスタＱ１０１のベースに印加
される電圧である。トランジスタＱ１０１がオンした場
合、インダクタＬ１０１に電流が流れる。この時のトラ
ンジスタＱ１０１に流れるコレクタ電流を表わしたのが
である。すなわち、流れる時間に応じた電流が流れ、
インダクタＬ１０１にエネルギーが蓄積される。FIG. 3 shows operation waveforms of each section shown in FIG. Here, is a voltage applied to the base of the transistor Q101. When the transistor Q101 is turned on, a current flows through the inductor L101. At this time, the collector current flowing through the transistor Q101 is shown. That is, a current flows according to the flowing time,
Energy is stored in the inductor L101.
【００２２】つぎに、トランジスタＱ１０１がオフした
場合、圧電トランスＴ１０１の一次側は、等価的に容量
とみなす事が可能であるため、この容量成分とインダク
タＬ１０１との間で共振が起こる。この時の圧電トラン
スＴ１０１の一次側に印加される電圧がである。この
時の印加電圧の最大値は、電源電圧の数倍になる。Next, when the transistor Q101 is turned off, the primary side of the piezoelectric transformer T101 can be equivalently regarded as a capacitance, and resonance occurs between this capacitance component and the inductor L101. The voltage applied to the primary side of the piezoelectric transformer T101 at this time is as follows. The maximum value of the applied voltage at this time is several times the power supply voltage.
【００２３】また、この共振電圧が０Ｖまたは、０Ｖ付
近で次のトランジスタＱ１０１のオン期間が始まるよう
に設定することにより、効率よく圧電トランスＴ１０１
に電圧を印加することが可能になる。さらに、この時の
駆動周波数が圧電トランスＴ１０１の共振周波数である
ｆ0 付近となるようにインダクタＬ１０１のインダクタ
ンスを設定することにより、さらに効率よく高電圧を生
成することが可能になる。By setting the on-period of the next transistor Q101 to start at or near this resonance voltage of 0 V, the piezoelectric transformer T101 can be efficiently operated.
It is possible to apply a voltage to. Moreover, by the drive frequency at this time to set the inductance of the inductor L101 so that the vicinity of f 0 is the resonance frequency of the piezoelectric transformer T101, it is possible to produce more efficiently a high voltage.
【００２４】（実施の形態２）図４は、本発明を適用し
た第２の実施の形態である。同図に於いて、コンデンサ
Ｃ２０１は、インダクタＬ１０１と圧電トランスＴ１０
１の接続点と接地間に接続され、インダクタＬ１０１、
コンデンサＣ２０１の共振周波数がｆ0 付近（図２参
照）となるように設定されている。他の構成は、第１の
実施の形態と同様である。(Embodiment 2) FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. In the figure, a capacitor C201 is composed of an inductor L101 and a piezoelectric transformer T10.
1 and a ground, and an inductor L101,
Resonant frequency of the capacitor C201 is set to be around f 0 (see FIG. 2). Other configurations are the same as in the first embodiment.
【００２５】圧電トランスＴ１０１の一次側の等価容量
は、ばら付きが有るばかりでなく、負荷変動により変化
するため、コンデンサＣ２０１の容量を、圧電トランス
Ｔ１０１の等価容量より大きくする事により、この等価
容量の変動にかかわらず、安定した電圧を圧電トランス
Ｔ１０１に供給する事が可能になる。The equivalent capacitance on the primary side of the piezoelectric transformer T101 not only varies, but also varies due to load fluctuations. Therefore, by making the capacitance of the capacitor C201 larger than the equivalent capacitance of the piezoelectric transformer T101, the equivalent capacitance is reduced. It is possible to supply a stable voltage to the piezoelectric transformer T101 irrespective of the fluctuation of the voltage.
【００２６】（実施の形態３）図５は、本発明を適用し
た第３の実施の形態である。同図に於いて、コンデンサ
Ｃ２０２は、インダクタＬ１０１に並列に接続されてい
る。他の構成は、第１の実施の形態と同様である。(Embodiment 3) FIG. 5 shows a third embodiment to which the present invention is applied. In the figure, a capacitor C202 is connected in parallel with an inductor L101. Other configurations are the same as in the first embodiment.
【００２７】本実施の形態によって得られる効果は、第
２の実施の形態と同様であり、コンデンサＣ２０２の容
量を、圧電トランスＴ１０１の等価容量より大きくする
事により、この等価容量の変動にかかわらず、安定した
電圧を圧電トランスＴ１０１に供給する事が可能にな
る。The effect obtained by this embodiment is the same as that of the second embodiment. By making the capacitance of the capacitor C202 larger than the equivalent capacitance of the piezoelectric transformer T101, regardless of the fluctuation of this equivalent capacitance. Thus, a stable voltage can be supplied to the piezoelectric transformer T101.
【００２８】以上説明した実施の形態１〜３によれば、
圧電トランスの容量成分とインダクタンスの電圧共振を
行わせることにより、電源電圧より大きい電圧で圧電ト
ランスを駆動する事が可能となる。その結果として、圧
電トランスの昇圧比を低く押える事が可能になり、圧電
トランス素子の薄型化・長大化を防ぐ事が可能になる。According to the first to third embodiments described above,
By causing voltage resonance between the capacitance component and the inductance of the piezoelectric transformer, it is possible to drive the piezoelectric transformer with a voltage higher than the power supply voltage. As a result, the step-up ratio of the piezoelectric transformer can be kept low, and the piezoelectric transformer element can be prevented from becoming thinner and longer.
【００２９】さらに、圧電トランスに並列にコンデンサ
を接続する事により、圧電トランスの一次側の等価容量
の、ばら付きや、負荷変動にかかわらず、安定した電圧
を圧電トランスに供給する事が可能になる。Further, by connecting a capacitor in parallel with the piezoelectric transformer, it is possible to supply a stable voltage to the piezoelectric transformer irrespective of variations in the equivalent capacitance of the primary side of the piezoelectric transformer and fluctuations in load. Become.
【００３０】（実施の形態４）図６は、本発明の第４の
実施の形態を示したものである。本図に於いて、圧電ト
ランスＴ１０１の出力はダイオードＤ１０１，Ｄ１０２
および不図示の浮遊容量により整流平滑され、負荷に供
給される。この整流回路の他端は、コンデンサＣ１０１
および電流検出抵抗Ｒ１０１を介して接地される。電流
検出抵抗Ｒ１０１の端子間電圧は抵抗Ｒ１０２を介して
オペアンプＱ１０２の（＋）入力端子に入力される。オ
ペアンプＱ１０２の（−）入力端子はＲ１０３抵抗を介
して不図示のコントローラに接続される。(Embodiment 4) FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention. In this figure, the output of a piezoelectric transformer T101 is composed of diodes D101 and D102.
The current is rectified and smoothed by a stray capacitance (not shown) and supplied to a load. The other end of the rectifier circuit is connected to a capacitor C101.
And ground via a current detection resistor R101. The voltage between the terminals of the current detection resistor R101 is input to the (+) input terminal of the operational amplifier Q102 via the resistor R102. The (-) input terminal of the operational amplifier Q102 is connected to a controller (not shown) via a resistor R103.
【００３１】オペアンプＱ１０２の出力端は、電圧制御
発振器（ＶＣＯ）１０１に接続される。電圧制御発振器
１０１の出力端は、電流増幅回路を構成しているトラン
ジスタＱ２０１，Ｑ２０３のベースに接続される。この
電流増幅回路の出力端であるＱ１０１，Ｑ１０３のエミ
ッタはインダクタＬ１０１を介し、圧電トランスＴ１０
１の一次側の電極に接続される。他方の一次側の電極は
接地される。The output terminal of the operational amplifier Q102 is connected to a voltage controlled oscillator (VCO) 101. The output terminal of the voltage controlled oscillator 101 is connected to the bases of the transistors Q201 and Q203 forming the current amplifying circuit. The emitters of Q101 and Q103, which are the output terminals of the current amplifying circuit, are connected via an inductor L101 to a piezoelectric transformer T10.
1 primary side electrode. The other primary electrode is grounded.
【００３２】なお、圧電トランスＴ１０１の駆動周波数
に対する出力電圧の特性については、図２を参照して既
に説明した通りである。The characteristics of the output voltage with respect to the driving frequency of the piezoelectric transformer T101 are as already described with reference to FIG.
【００３３】よって、オペアンプＱ１０２の（−）入力
端子に入力されるコントローラからの電圧で決定される
電流に等しくなるよう、負荷電流は定電流制御されるこ
ととなる。また、このとき圧電トランスＴ１０１の一次
側は、等価的に容量とみなす事が可能であるため、この
容量成分とＬ１０１インダクタンスの共振周波数をｆ0
付近となるようにインダクタＬ１０１のインダクタンス
を設定することにより、圧電Ｔトランス１０１の一次側
に印加される電圧は、トランジスタＱ２０１，Ｑ２０３
により構成される電流増幅回路の出力電圧の数倍の振幅
電圧とすることが可能になるため、さらに出力電圧の向
上を図る事が可能になる。Therefore, the load current is controlled at a constant current so that it becomes equal to the current determined by the voltage from the controller input to the (-) input terminal of the operational amplifier Q102. At this time, the primary side of the piezoelectric transformer T101 can be equivalently regarded as a capacitance. Therefore, the resonance frequency of this capacitance component and the inductance of the L101 inductance is defined as f 0.
By setting the inductance of the inductor L101 to be close to the vicinity, the voltage applied to the primary side of the piezoelectric T transformer 101 is reduced by the transistors Q201 and Q203.
It is possible to make the amplitude voltage several times larger than the output voltage of the current amplifying circuit constituted by the above, so that the output voltage can be further improved.
【００３４】（実施の形態５）図７は、本発明を適用し
た第５の実施の形態である。同図に於いて、コンデンサ
Ｃ３０１は、インダクタＬ１０１と圧電トランスＴ１０
１の接続点と接地間に接続され、インダクタＬ１０１と
コンデンサＣ３０１の共振周波数がｆ0 付近（図２参
照）となるように設定されている。他の構成は、第４の
実施の形態と同様である。(Fifth Embodiment) FIG. 7 shows a fifth embodiment to which the present invention is applied. In the figure, a capacitor C301 includes an inductor L101 and a piezoelectric transformer T10.
Is connected between ground and the first connection point, the resonant frequency of the inductor L101 and capacitor C301 is set to be around f 0 (see FIG. 2). Other configurations are the same as those of the fourth embodiment.
【００３５】圧電トランスＴ１０１の一次側の等価容量
は、ばら付きや、負荷変動により変化するため、コンデ
ンサＣ３０１の容量を、圧電トランスＴ１０１の等価容
量より大きくする事により、この等価容量の変動にかか
わらず、安定した電圧を圧電トランスＴ１０１に供給す
る事が可能になる。Since the equivalent capacitance on the primary side of the piezoelectric transformer T101 varies due to variations and load fluctuations, the capacitance of the capacitor C301 is made larger than the equivalent capacitance of the piezoelectric transformer T101, thereby irrespective of the fluctuation of the equivalent capacitance. Therefore, a stable voltage can be supplied to the piezoelectric transformer T101.
【００３６】（実施の形態６）図８は、本発明を適用し
た第６の実施の形態である。同図に於いて、コンデンサ
Ｃ３０２は、インダクタＬ１０１に並列に接続され、他
の構成は第４の実施の形態と同様である。(Embodiment 6) FIG. 8 shows a sixth embodiment to which the present invention is applied. In the figure, a capacitor C302 is connected in parallel with an inductor L101, and the other configuration is the same as that of the fourth embodiment.
【００３７】本実施の形態における効果は第５の実施の
形態と同様であり、コンデンサＣ３０２の容量を、圧電
トランスＴ１０１の等価容量より大きくする事により、
この等価容量の変動にかかわらず、安定した電圧を圧電
トランスＴ１０１に供給する事が可能になる。The effect of this embodiment is the same as that of the fifth embodiment. By making the capacitance of the capacitor C302 larger than the equivalent capacitance of the piezoelectric transformer T101,
Irrespective of the fluctuation of the equivalent capacitance, a stable voltage can be supplied to the piezoelectric transformer T101.
【００３８】以上説明した実施の形態４〜６によれば、
圧電トランスの容量成分とインダクタンスの電圧共振を
行わせることにより、電源電圧より大きい電圧で圧電ト
ランスを駆動する事が可能となる。その結果として、圧
電トランスの昇圧比を低く押える事が可能になり、圧電
トランス素子の薄型化・長大化を防ぐ事が可能になる。According to the fourth to sixth embodiments described above,
By causing voltage resonance between the capacitance component and the inductance of the piezoelectric transformer, it is possible to drive the piezoelectric transformer with a voltage higher than the power supply voltage. As a result, the step-up ratio of the piezoelectric transformer can be kept low, and the piezoelectric transformer element can be prevented from becoming thinner and longer.
【００３９】さらに、圧電トランスに並列にコンデンサ
を接続する事により、圧電トランスの一次側の等価容量
の、ばら付きや、負荷変動にかかわらず、安定した電圧
を圧電トランスに供給する事が可能になる。Further, by connecting a capacitor in parallel with the piezoelectric transformer, it is possible to supply a stable voltage to the piezoelectric transformer irrespective of variations in the equivalent capacitance of the primary side of the piezoelectric transformer and fluctuations in load. Become.
【００４０】（実施の形態７）図９は、本発明を適用し
た第９の実施の形態を示す。同図に於いて、トランスＴ
１の二次巻線からの出力はダイオードＤ２、コンデンサ
Ｃ６、ダイオードＤ３，Ｄ４、コンデンサＣ４，Ｃ５，
Ｃ１１により構成される整流平滑回路にそれぞれ入力さ
れる。ダイオードＤ２のアノードは、発振器３により駆
動されるトランスＴ３の二次巻線の片側に接続され、他
端は画像形成装置の帯電出力として、直流電圧に交流を
重畳した出力を帯電器（図示せず）に供給する。(Embodiment 7) FIG. 9 shows a ninth embodiment to which the present invention is applied. In FIG.
The output from the secondary winding of No. 1 is diode D2, capacitor C6, diodes D3 and D4, capacitors C4 and C5.
Each is input to the rectifying / smoothing circuit constituted by C11. The anode of the diode D2 is connected to one side of a secondary winding of a transformer T3 driven by the oscillator 3, and the other end is used as a charging output of the image forming apparatus and outputs an output obtained by superimposing an alternating current on a DC voltage to a charger (not shown). )).
【００４１】ダイオードＤ３のアノードは、抵抗Ｒ３，
Ｒ４により構成される電圧検出回路、及び発振器４によ
り駆動されるトランスＴ４の二次巻線の片側に接続さ
れ、この二次巻線の他端は画像形成装置の現像出力とし
て、直流電圧に交流を重畳した出力を現像器（図示せ
ず）に供給する。ダイオードＤ４のカソードは、高耐圧
トランジスタＱ５のコレクタに接続される。高耐圧トラ
ンジスタＱ５のエミッタは接地される。高耐圧トランジ
スタＱ５のベースは、抵抗Ｒ５を介してオペアンプＱ６
の出力端に接続される。The anode of the diode D3 is connected to a resistor R3
R4 is connected to one side of a secondary winding of a transformer T4 driven by an oscillator 4, and the other end of the secondary winding is used as a developing output of the image forming apparatus to generate a DC voltage and an AC. Is supplied to a developing device (not shown). The cathode of diode D4 is connected to the collector of high voltage transistor Q5. The emitter of the high voltage transistor Q5 is grounded. The base of the high voltage transistor Q5 is connected to an operational amplifier Q6 via a resistor R5.
Output terminal.
【００４２】オペアンプＱ６の（−）入力端子は抵抗Ｒ
９を介して不図示のコントローラに接続される。オペア
ンプＱ６の（＋）入力端子は抵抗Ｒ３，Ｒ４により構成
される電圧検出回路に接続される。この構成はフィード
バック制御を構成しているため、コントローラの出力電
圧で決定される電圧に等しくなるよう、現像出力の直流
電圧は定電圧制御される。The (-) input terminal of the operational amplifier Q6 is a resistor R
9 is connected to a controller (not shown). The (+) input terminal of the operational amplifier Q6 is connected to a voltage detection circuit composed of resistors R3 and R4. Since this configuration constitutes feedback control, the DC voltage of the development output is controlled at a constant voltage so as to be equal to the voltage determined by the output voltage of the controller.
【００４３】トランスＴ１の一次巻線の片側は、抵抗Ｒ
１，コンデンサＣ１で構成されるフィルタ回路を介し、
電源Ｖｃｃに接続される。この一次巻線の他端は発振器
２により駆動されるトランジスタＱ１のコレクタ及びコ
ンデンサＣ２に接続され、またダイオードＤ１，コンデ
ンサＣ３により構成される整流平滑回路を介して、増幅
器Ｑ２の電源として接続される。これにより、トランジ
スタＱ１がスイッチングを行うことによりコレクタに発
生する、電源電圧より高いフライバック電圧を整流平滑
するため、増幅器Ｑ２の出力は電源Ｖｃｃより高い電圧
を出力することが可能となる。One side of the primary winding of the transformer T1 has a resistor R
1, through a filter circuit composed of a capacitor C1,
Connected to power supply Vcc. The other end of the primary winding is connected to a collector of a transistor Q1 driven by an oscillator 2 and a capacitor C2, and is connected as a power supply of an amplifier Q2 via a rectifying and smoothing circuit composed of a diode D1 and a capacitor C3. . Thus, the flyback voltage higher than the power supply voltage, which is generated at the collector by the switching of the transistor Q1 and is rectified and smoothed, allows the output of the amplifier Q2 to output a voltage higher than the power supply Vcc.
【００４４】増幅器Ｑ２の出力端は圧電トランスＴ２の
一次側に接続される。圧電トランスＴ２の一次側の他端
は接地される。圧電トランスＴ２の出力はダイオードＤ
５，Ｄ６および不図示の浮遊容量により整流平滑され、
転写出力となり負荷に供給される。この整流回路の他端
は、コンデンサＣ８，電流検出抵抗Ｒ８を介して接地さ
れる。電流検出抵抗Ｒ８からの出力電圧は、抵抗Ｒ７を
介し、オペアンプＱ７の（＋）入力端子に入力される。
オペアンプＱ７の（−）入力端子は抵抗Ｒ１０を介して
不図示のコントローラに接続される。The output terminal of the amplifier Q2 is connected to the primary side of the piezoelectric transformer T2. The other end on the primary side of the piezoelectric transformer T2 is grounded. The output of the piezoelectric transformer T2 is a diode D
5, D6 and rectified and smoothed by stray capacitance not shown,
The transfer output is supplied to the load. The other end of the rectifier circuit is grounded via a capacitor C8 and a current detection resistor R8. The output voltage from the current detection resistor R8 is input to the (+) input terminal of the operational amplifier Q7 via the resistor R7.
The (-) input terminal of the operational amplifier Q7 is connected to a controller (not shown) via a resistor R10.
【００４５】オペアンプＱ７の出力端は、電圧制御発振
器１に接続され、電圧制御発振器１の出力端はローパス
フィルタ５に接続され、ローパスフィルタ５の出力端は
増幅器Ｑ２の入力端に接続される。ローパスフィルタ５
の遮断周波数は、圧電トランスＴ２の共振周波数付近に
設定してある。ここでは、電圧制御発振器１は、入力電
圧が下がると出力周波数が上がり、入力電圧が上がると
出力周波数が下がるような動作を行うものとする。そし
て、このときの電圧制御発振器１の動作周波数を共振周
波数ｆ0 より高い領域で動作させる事により、ローパス
フィルタ５の出力は、電圧制御発振器１で決定される周
波数の正弦波の出力となる。このフィルタ出力を増幅器
Ｑ２により電力増幅し、圧電トランスＴ２を駆動する。The output terminal of the operational amplifier Q7 is connected to the voltage controlled oscillator 1, the output terminal of the voltage controlled oscillator 1 is connected to the low pass filter 5, and the output terminal of the low pass filter 5 is connected to the input terminal of the amplifier Q2. Low-pass filter 5
Is set near the resonance frequency of the piezoelectric transformer T2. Here, it is assumed that the voltage-controlled oscillator 1 performs an operation such that the output frequency increases when the input voltage decreases, and the output frequency decreases when the input voltage increases. By operating the operating frequency of the voltage controlled oscillator 1 at this time in a region higher than the resonance frequency f 0 , the output of the low-pass filter 5 becomes a sine wave output having the frequency determined by the voltage controlled oscillator 1. The output of this filter is amplified by an amplifier Q2 to drive the piezoelectric transformer T2.
【００４６】圧電トランスＴ２の駆動周波数に対する出
力電圧の特性は、図２において述べた通りであるので、
ここでの説明は省略する。すなわち、駆動周波数による
出力電圧の制御が可能である。The characteristics of the output voltage with respect to the driving frequency of the piezoelectric transformer T2 are as described in FIG.
The description here is omitted. That is, the output voltage can be controlled by the drive frequency.
【００４７】不図示の負荷に流れる電流は、電流検出抵
抗Ｒ８に流れる。負荷電流が増えると、電流検出抵抗の
電圧が下がり、オペアンプＱ７の（＋）入力端子の電圧
も下がるため、オペアンプＱ７の出力端子の電圧も下が
る。電圧制御発振器１は、入力電圧が下がると周波数が
上がり、圧電トランスＴ２の駆動周波数が上がる。この
時、共振周波数ｆ0 より、少し高い周波数で駆動する場
合、周波数が上がると出力電圧が下がるため、負荷電流
を下げる方向に制御を行うため、この回路は負帰還制御
回路を構成している。よって、オペアンプＱ７の（−）
入力端子に入力されるコントローラからの電圧で決定さ
れる電流に等しくなるよう、負荷電流は定電流制御され
る。A current flowing to a load (not shown) flows to a current detection resistor R8. When the load current increases, the voltage of the current detection resistor decreases, and the voltage of the (+) input terminal of the operational amplifier Q7 also decreases, so that the voltage of the output terminal of the operational amplifier Q7 also decreases. The frequency of the voltage controlled oscillator 1 increases as the input voltage decreases, and the driving frequency of the piezoelectric transformer T2 increases. At this time, in the case of driving at a frequency slightly higher than the resonance frequency f 0 , the output voltage decreases as the frequency increases, so that the control is performed in the direction of decreasing the load current. Therefore, this circuit constitutes a negative feedback control circuit. . Therefore, the (−) of the operational amplifier Q7
The load current is controlled at a constant current so as to be equal to the current determined by the voltage from the controller input to the input terminal.
【００４８】（実施の形態８）図１０は、本発明を適用
した第８の実施の形態である。同図に於いて、トランジ
スタＱ１のコレクタは圧電トランスＴ２の一次側の電極
に接続され、電圧制御発振器１の出力はトランジスタＱ
１のベースに接続されている。他の構成は第７の実施の
形態と同様である。このことにより、トランジスタＱ１
のフライバック電圧で、直接圧電トランスＴ２の駆動を
行うため、部品点数を少なくし、コストダウンが可能と
なる。(Eighth Embodiment) FIG. 10 shows an eighth embodiment to which the present invention is applied. In the figure, a collector of a transistor Q1 is connected to a primary electrode of a piezoelectric transformer T2, and an output of the voltage controlled oscillator 1 is a transistor Q1.
1 base. Other configurations are the same as those of the seventh embodiment. This allows the transistor Q1
Since the piezoelectric transformer T2 is directly driven at the flyback voltage, the number of components can be reduced and the cost can be reduced.
【００４９】以上説明した実施の形態７および８では、
重畳する直流電圧を制御する電圧制御素子に印加する電
圧を直流にすることにより、電圧制御素子の耐圧まで重
畳する直流の電圧を制御する事が可能になる。さらに重
畳する直流電圧を負荷に供給する交流出力を検出し、整
流平滑することにより、直流を生成する電源回路を必要
なくして小型化，コストダウンを図ることができる。In Embodiments 7 and 8 described above,
By making the voltage applied to the voltage control element that controls the superimposed DC voltage DC, it is possible to control the DC voltage that is superimposed up to the withstand voltage of the voltage control element. Further, by detecting an AC output that supplies a superimposed DC voltage to a load and performing rectification and smoothing, it is possible to eliminate the need for a power supply circuit for generating a DC, thereby achieving downsizing and cost reduction.
【００５０】さらに、第一の高圧出力を生成する電磁ト
ランスを駆動するためのスイッチング素子のフライバッ
ク電圧を用いて圧電トランスを駆動する事により、電源
電圧以上の電圧を圧電トランスの一次側に供給する事が
可能になるため、圧電トランスの昇圧比を低く抑える事
が可能になり、圧電トランス素子の薄型化・長大化を防
ぐ事が可能になる。その結果、素子の長寿命化を図る事
も可能になる。Further, by driving the piezoelectric transformer using the flyback voltage of the switching element for driving the electromagnetic transformer for generating the first high-voltage output, a voltage higher than the power supply voltage is supplied to the primary side of the piezoelectric transformer. Therefore, the step-up ratio of the piezoelectric transformer can be suppressed to be low, and the piezoelectric transformer element can be prevented from becoming thinner and longer. As a result, it is possible to extend the life of the element.
【００５１】[0051]
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、圧
電トランス自体の昇圧比を増加させることなく、十分な
高電圧を安定して発生させることが可能となる。As described above, according to the present invention, a sufficiently high voltage can be stably generated without increasing the step-up ratio of the piezoelectric transformer itself.
【００５２】また、本発明によれば、圧電トランスの昇
圧比を低く抑えることにより、圧電トランス素子の薄型
化・長大化を防止し、もって、長寿命化を図ることがで
きる。Further, according to the present invention, by suppressing the step-up ratio of the piezoelectric transformer to be low, it is possible to prevent the piezoelectric transformer element from being made thinner and longer, and to extend the life.
【図１】実施の形態１を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment;
【図２】圧電トランスの特性を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating characteristics of a piezoelectric transformer.
【図３】図１の動作を示す波形図である。FIG. 3 is a waveform chart showing the operation of FIG.
【図４】実施の形態２を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a second embodiment.
【図５】実施の形態３を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a third embodiment.
【図６】実施の形態４を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a fourth embodiment.
【図７】実施の形態５を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing a fifth embodiment.
【図８】実施の形態６を示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing a sixth embodiment.
【図９】実施の形態７を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing a seventh embodiment.
【図１０】実施の形態８を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing an eighth embodiment.
１０１ 電圧制御発振器（ＶＣＯ） Ｔ１０１ 圧電トランス（圧電セラミックトランス） 101 Voltage controlled oscillator (VCO) T101 Piezoelectric transformer (piezoelectric ceramic transformer)
Claims (12)
波数を可変設定する発振器と、 前記発振器の出力信号により駆動されるスイッチング素
子と、 前記スイッチング素子と電源との間に接続された素子で
あって、前記スイッチング素子の駆動により断続的に電
圧が印加されるインダクタンス成分を有する素子と、 前記スイッチング素子と前記インダクタンス成分を有す
る素子との接続点に接続された圧電トランスとを具備し
たことを特徴とする高圧電源装置。An oscillator for variably setting the frequency of an output signal according to an input control signal; a switching element driven by an output signal of the oscillator; and an element connected between the switching element and a power supply. And an element having an inductance component to which a voltage is intermittently applied by driving the switching element, and a piezoelectric transformer connected to a connection point between the switching element and the element having the inductance component. High-voltage power supply characterized.
圧電源装置。2. The high-voltage power supply according to claim 1, wherein the oscillator is a voltage-controlled oscillator.
ることを特徴とする高圧電源装置。3. The high-voltage power supply according to claim 1, further comprising a capacitor connected in parallel to the switching element.
容量素子を有することを特徴とする高圧電源装置。4. The high-voltage power supply device according to claim 1, further comprising a capacitance element connected in parallel to the element having the inductance component.
したことを特徴とする高圧電源装置。5. The high-voltage power supply according to claim 1, wherein the high-voltage power supply is incorporated in an electrophotographic image forming apparatus.
可変設定する発振器と、 前記発振器の出力を電力増幅する増幅手段と、 前記増幅手段の出力により駆動される圧電トランスと、 前記増幅手段と前記圧電トランスとの間に接続された素
子であって、インダクタンス成分を有する素子とを具備
したことを特徴とする高圧電源装置。6. An oscillator for variably setting an output frequency in accordance with an input control signal, an amplifying unit for power amplifying an output of the oscillator, a piezoelectric transformer driven by an output of the amplifying unit, and the amplifying unit. A high-voltage power supply device, comprising: an element connected between the piezoelectric transformer and an element having an inductance component.
とを特徴とする高圧電源装置。7. The high-voltage power supply device according to claim 6, further comprising a capacitance element connected in parallel to said piezoelectric transformer.
容量素子を有することを特徴とする高圧電源装置。8. The high-voltage power supply device according to claim 6, further comprising a capacitor connected in parallel to the element having the inductance component.
したことを特徴とする高圧電源装置。9. The high-voltage power supply according to claim 6, wherein the high-voltage power supply is incorporated in an electrophotographic image forming apparatus.
スと、 前記電磁トランスを駆動するスイッチング素子と、 前記スイッチング素子のフライバック電圧を整流平滑す
る整流平滑回路と、 第２の高圧出力を生成する圧電トランスと、 前記圧電トランスを駆動する駆動回路とを有し、前記駆
動回路は、前記整流平滑回路の出力を電源として作動す
ることを特徴とする高圧電源装置。10. An electromagnetic transformer that generates a first high-voltage output, a switching element that drives the electromagnetic transformer, a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes a flyback voltage of the switching element, and generates a second high-voltage output. And a driving circuit for driving the piezoelectric transformer, wherein the driving circuit operates using an output of the rectifying / smoothing circuit as a power supply.
スと、 前記電磁トランスを駆動するスイッチング素子と、 第２の高圧出力を生成する圧電トランスとを有し、前記
圧電トランスは、前記スイッチング素子のフライバック
電圧により駆動されることを特徴とする高圧電源装置。11. An electromagnetic transformer that generates a first high-voltage output, a switching element that drives the electromagnetic transformer, and a piezoelectric transformer that generates a second high-voltage output, wherein the piezoelectric transformer has the switching element. A high-voltage power supply device driven by a flyback voltage.
て、 前記高圧電源装置を電子写真方式の画像形成装置に内蔵
したことを特徴とする高圧電源装置。12. The high-voltage power supply according to claim 10, wherein the high-voltage power supply is incorporated in an electrophotographic image forming apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9369134A JPH11206113A (en) | 1997-12-29 | 1997-12-29 | High-voltage power unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9369134A JPH11206113A (en) | 1997-12-29 | 1997-12-29 | High-voltage power unit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11206113A true JPH11206113A (en) | 1999-07-30 |
Family
ID=18493653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9369134A Pending JPH11206113A (en) | 1997-12-29 | 1997-12-29 | High-voltage power unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
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