專利名稱：高壓電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及被配置為產(chǎn) 生高電壓的高壓電源。
背景技術(shù)：
諸如復(fù)印機、打印機和傳真裝置之類的傳統(tǒng)的圖像形成裝置采用電子照相方法。在圖像形成期間，電子照相型的圖像形成裝置向被配置為通過使用作為顯影劑的調(diào)色劑來顯影已被形成在圖像承載部件上的潛像的顯影構(gòu)件、向均勻地為圖像承載部件充電的充電構(gòu)件、以及向?qū)⒁驯恍纬稍趫D像承載部件上的調(diào)色劑圖像轉(zhuǎn)印到記錄材料上的轉(zhuǎn)印構(gòu)件施加高電壓。作為向在圖像形成期間使用的多個構(gòu)件輸出高電壓的高壓電源，使用利用繞組型的電磁變壓器的高壓電源。例如，日本專利申請公開No. 06-309044討論一種使用電磁變壓器的高壓電源。圖7示出了通過使用兩個電磁變壓器輸出雙極性高電壓的高壓電源的示例。參考圖7，輸出負電壓的高壓電源713包括電磁變壓器701。電磁變壓器701經(jīng)由包括開關(guān)元件的用于電磁變壓器701的初級驅(qū)動電路705、利用施加于變壓器初級繞組的交流(AC)電力在次級繞組上產(chǎn)生AC高電壓。在次級繞組上產(chǎn)生的AC高電壓通過二極管702和電容器703整流和平滑以作為負的直流(DC)電壓輸出。此外，負的高壓電源713包括泄漏電阻器704。另一方面，產(chǎn)生正電壓的高壓電源712包括類似于負電壓的高壓電源713的電磁變壓器706。高壓電源712經(jīng)由初級驅(qū)動電路710、利用施加于電磁變壓器706的初級繞組的AC電力在次級繞組上產(chǎn)生AC高電壓。產(chǎn)生的AC高電壓通過二極管707和高壓電容器708整流和平滑以作為正的DC高電壓輸出。此外，正的高壓電源712包括泄漏電阻器709。負的高壓電源713和正電壓的高壓電源712串聯(lián)連接。已經(jīng)由每個高壓電源產(chǎn)生的DC高電壓經(jīng)由泄漏電阻器704或709施加于負載711。此外，負的高壓電源713包括電流檢測電路714。近年來，市場期望圖像形成裝置的尺寸盡可能小并且重量盡可能輕，并且可以用低成本來制造。為此，減小安裝在圖像形成裝置上的高壓電源的尺寸、重量和成本變?yōu)楸匾Ｔ跍p小圖7所示的使用電磁變壓器的高壓電源的尺寸、重量和成本時，可能出現(xiàn)下列問題。一般地，電磁變壓器的高度(垂直尺度)和體積大于其它電子組件的高度和體積。因此，在進一步減小高壓電源的尺寸時，重要的是減小電磁變壓器的尺寸。因為如上所述電磁變壓器輸出必然高的電壓，所以需要提供大于預(yù)定數(shù)目的繞組數(shù)目的繞組。因此，可能不容易減小被配置為輸出高電壓的電磁變壓器的尺寸。一般說來，廣泛使用鐵氧體電磁變壓器或銅電磁變壓器。因此，像這樣的電磁變壓器比其它電子組件更重。因此，可能不容易減小高壓電源的重量。此外，因為電磁變壓器由鐵氧體或銅制成，所以用于制造電磁變壓器的成本可能變得高于用于制造其它電子組件的成本。因此，由于電磁變壓器的高成本，可能不容易減小高壓電源的成本。如上所述，使用電磁變壓器的高壓電源的尺寸、重量和成本的進一步減小受到了限制。換句話說，在進一步減小包括多個高壓電源的圖像形成裝置的尺寸、重量和成本時，高壓電源的尺寸、重量和成本可能是問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對一種用于有效地減小高壓電源的尺寸、重量和成本的方法。根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種高壓電源包括開關(guān)單元，被配置為根據(jù)頻率信號被驅(qū)動；電壓諧振單元，被配置為根據(jù)該開關(guān)單元的驅(qū)動來產(chǎn)生電壓；整流單元，被配置為整流和放大由該電壓諧振單元產(chǎn)生的電壓；分離單元，被配置為將由該電壓諧振單元產(chǎn)生的交流電流和由該整流單元產(chǎn)生的直流電流彼此分離；和電流檢測單元，被配置為檢測由該電 壓諧振單元產(chǎn)生的電流。本發(fā)明的進一步的特征和方面通過參考附圖對示范性實施例的以下詳細描述將
變得清楚。


并入本說明書且構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的示范性實施例、特征和方面，并且與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示范性實施例的高壓電源的示范性電路配置。圖2示出了當根據(jù)第一示范性實施例的高壓電源的電路操作時產(chǎn)生的電流波形和電壓波形。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第二示范性實施例的高壓電源的示范性電路配置。圖4示出了當根據(jù)第二示范性實施例的高壓電源的電路操作時產(chǎn)生的電流波形和電壓波形。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第三示范性實施例的高壓電源的示范性電路配置。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第四示范性實施例的高壓電源的示范性電路配置。圖7示出了使用電磁變壓器的傳統(tǒng)的高壓電源的概要配置。圖8A示出了可以應(yīng)用于圖像形成裝置的根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的高壓電源的示例。圖SB示出了可以應(yīng)用于圖像形成裝置的根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的高壓電源的示例。
具體實施例方式下面將參考附圖詳細描述本發(fā)明的各個示范性實施例、特征和方面。根據(jù)本發(fā)明的第一示范性實施例的高壓電源在特征上包括被配置為不使用電磁變壓器來輸出高電壓的電路。圖I示出了被配置為輸出高電壓的根據(jù)本示范性實施例的高壓電源的示范性電路配置。參考圖1，作為電壓諧振單元的示例的電壓諧振電路由電感器LlOO和電容器ClOO構(gòu)成。由電壓諧振電路產(chǎn)生的電壓以下將被稱為“回掃電壓”。電感器LlOO連接并且設(shè)置在開關(guān)元件QlOl和電源電壓Vcc (在本示范性實施例中為+24V)之間，開關(guān)元件QlOl是被配置為驅(qū)動電壓諧振電路的開關(guān)單元的示例。電感器LlOO是具有電感分量的元件的示例，當開關(guān)元件QlOl被驅(qū)動(開啟和關(guān)斷)時，電壓間歇地施加于該元件。在本示范性實施例中，場效應(yīng)晶體管QlOl (在下文中，簡單地稱為“金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管(MOSFET) QlOlO被用作開關(guān)元件QlOl的示例。此外，電容器ClOO接地。從電壓諧振電路輸出的回掃電壓通過整流電路107整流為正電壓。整流電路107用作被配置為對回掃電壓整流的整流單元。在本示范性實施例中，整流電路由五個二極管和五個電容器構(gòu)成。換句話說，整流電路具有五級配置。
整流電路107包括二極管DlOl和電容器ClOl。二極管DlOl提供正常方向的電流。連接在二極管DlOl的陰極端子和電源電壓Vcc之間的電容器ClOl充電電荷。通過使用二極管DlOl和電容器C101，輸出正的回掃電壓。為了更具體地描述電路之間的連接方法，電容器ClOl連接到接近于電源電壓的電感器L的接合點(連接點)。二極管DlOl在電容器ClOl的另一邊連接到電容器C101。此外，具有多級配置的整流電路107包括諸如二極管D102至D105之類的多個二極管和諸如電容器C102至C105之類的多個電容器。來自于整流電路107的輸出經(jīng)由平滑電容器C106接地并且輸出電壓波形被平滑。整流電路107經(jīng)由電容器C109連接到電壓諧振電路。更具體地，電容器C109連接在電壓諧振電路的電感器LlOO和MOSFET QlOl之間的接合點(連接點)處。電容器C109具有充分高于電容器ClOO的電容的電容。因此，電容器C109基本上可以不影響電壓諧振電路。整流電路107的輸出連接到輸出端子104以產(chǎn)生DC電壓。DC電壓施加于需要高電壓的負載110。例如，負載110包括用于圖像形成的圖像形成裝置的顯影單元和轉(zhuǎn)印單
J Li ο如上所述，已經(jīng)通過包括電感器LlOO和電容器ClOO的電壓諧振電路增大的回掃電壓可以通過具有多級配置的整流電路107增大和整流并從整流電路107輸出。要被輸出的高電壓的值的增大的電平可以通過根據(jù)高電壓要被輸出到的負載所需的高電壓的值改變整流電路107的級的數(shù)目來校準。下面將詳細描述用于驅(qū)動上述電壓諧振電路和整流電路的方法。作為本示范性實施例的特性，本示范性實施例通過使用控制器101和時鐘振蕩器102可變地控制用于控制器101的驅(qū)動頻率信號的頻率來可變地控制要被輸出的高電壓的值。在下面的描述中，將描述通過使用驅(qū)動頻率信號執(zhí)行的示范性控制操作。在本示范性實施例中，驅(qū)動頻率信號的占空比(信號的導通時間和關(guān)斷時間之間的比)是固定的?？刂破?01將控制信號輸出到時鐘振蕩器102。時鐘振蕩器102以下將被簡單地稱為“VC0”102。VC0102向MOSFET QlOl的柵極端子輸出根據(jù)輸入控制信號的驅(qū)動頻率信號。在通過使用驅(qū)動頻率信號控制輸出電壓Vout時，可以通過減小驅(qū)動頻率信號的頻率來提高輸出電壓Vout。另一方面，可以通過增大驅(qū)動頻率信號的頻率來減小輸出電壓Vout0更具體地，如果減小驅(qū)動頻率信號的頻率，則MOSFET QlOl的導通時間變長。當導通時間變長時，電感器LlOO存儲更多的能量并且從電壓諧振電路輸出的回掃電壓的最大值變大。結(jié)果，從輸出端子104輸出的電壓變高。另一方面，如果增大驅(qū)動頻率信號的頻率，則MOSFET QlOl的導通時間變短。當導通時間變短時，電感器LlOO存儲的能量的量變小并且來自于電壓諧振電路的回掃電壓的最大值可以變低。結(jié)果，來自于輸出端子104的電壓變低?？梢酝ㄟ^按照上述方式可變地控制驅(qū)動頻率信號的頻率來控制輸出電壓Vout。為了實現(xiàn)可變的頻率控制，本示范性實施例執(zhí)行用于根據(jù)輸出電壓Vout的反饋和來自于控制器101的控制信號之間的比較結(jié)果來可變地控制頻率的操作?，F(xiàn)在，下面將詳細描述用于檢測饋送給負載110的電流的示范性配置和操作。
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參考圖1，電壓諧振電路經(jīng)由電容器C109連接到多級整流電路107。提供電容器C109以將到電壓諧振電路的直流電流的流動與到整流電路107的直流電流的流動彼此分離，而不妨礙構(gòu)成電壓諧振電路的電感器LlOO和電容器ClOO之間的交流電流的流動。在圖I所示的示例中，交流電流的流動利用具有電流類型(“AC”)的虛線箭頭表示，而直流電流的流動利用以電流類型“DC”表示的另一個虛線箭頭來表示。作為本示范性實施例的特性，本示范性實施例采用并執(zhí)行用于分離交流電流的流動和直流電流的流動的配置和操作，其通過使用電容器C109來實現(xiàn)。利用此配置，通過后面的電流檢測單元106饋送的電流i2變?yōu)榈刃в谑┘佑谪撦d110的電流il的分離的直流電流的流動。因此，本示范性實施例可以通過使用電流檢測單元106正確地檢測饋送給負載110的電流。現(xiàn)在，下面將詳細描述電流檢測單元106的示范性配置和操作。電流檢測單元106包括運算放大器Q102、電阻器R102、R103和RlOl以及電容器C107。換句話說，電流檢測單元106具有用于設(shè)置偏移電勢的電路配置。電流檢測單元106連接到整流電路107和電壓諧振電路的輸入側(cè)。更具體地，在圖I所示的示例中，電流檢測單元106經(jīng)由電阻器RlOO連接到連接電壓諧振電路的電感器LlOO與電容器ClOO的線。電阻器R102和R103連接到運算放大器Q102。提供電阻器R102和R103以設(shè)置與同相輸入端子的偏移電勢。當輸入預(yù)定電壓時，運算放大器Q102執(zhí)行用于將輸入電壓的電勢控制到與反相輸入端子的電勢相同的電勢的控制操作。在本示范性實施例中，該預(yù)定電壓由以下表達式定義Vref*R103/(R102+R103)電阻器RlOO和電容器C107用于防止運算放大器Q102的反相輸入端子上的交流電流的疊加。電容器C108具有用于減小運算放大器Q102的AC增益的功能。施加于負載110的電流il等效于通過電流檢測單元106饋送的電流i2。因此，電流值檢測信號A輸出與要被施加于負載110的電流il對應(yīng)的電壓值VA。電壓值VA可以由以下表達式(1-1)表示VA=R101*i1+{Vref*R103/(R102+R103)}(1-1)此外，施加于負載110的電流il可以由以下表達式(1-2)表示i1=[VA-{Vref*R103/(R102+R103)}]/RlOl(1-2)
因此，通過監(jiān)視電流值檢測信號A，可以檢測饋送給負載110的電流?，F(xiàn)在,下面將參考圖2詳細描述當根據(jù)本示范性實施例的電路操作時產(chǎn)生的示范性電流和電壓波形。圖2所示的波形是用于將由電流檢測單元106檢測的電流控制到恒定值(即，用于執(zhí)行恒定電流控制)的波形的示例。參考圖2，電流值檢測信號A指示通過將要被施加于負載110的電流i l轉(zhuǎn)換為電壓值VA產(chǎn)生的波形。此外，在圖2所示的示例中，QlOl柵極電壓指示從時鐘振蕩器102向MOSFET QlOl的柵極施加的電壓的波形。QlOl漏極電流指示在MOSFET QlOl的漏極和源極之間流動的電流的波形。當MOSFET QlOl導通時，從電源電壓Vcc向電感器LlOO饋送QlOl漏極電流。能量以與QlOl漏極電流的流動時間對應(yīng)的量存儲在電感器LlOO中。QlOl漏極電壓指示當MOSFET QlOl截止時由電壓諧振電路產(chǎn)生的回掃電壓的波形?；貟唠妷旱淖畲笾礦dl與幾倍高于電源電壓Vcc的電壓值等效。在圖2所示的示例中，在漏極電壓為零的定時處執(zhí)行開關(guān)。此操作一般被稱為“零伏開關(guān)(ZVS)”。通過執(zhí)行零伏開關(guān)，可以顯著減小當MOSFET QlOl導通時可能出現(xiàn)的開關(guān)損耗或輻射噪聲。在圖2所示的示例中，輸出電壓Vout指示在輸出端子104上產(chǎn)生的電壓的波形。在本示范性實施例中，將詳細描述當負載電流增大時產(chǎn)生的電路操作波形。在圖2中，指示負載的電阻在定時Wl處增大。當輸出電壓Vout恒定時，負載電流減小并且電流值檢測信號A從vil變化到vi2 (vil>vi2)。負載電流可以通過提高輸出電壓Vout來增大。因此，本示范性實施例通過在圖2所示的點Xl處擴大MOSFET QlOl的驅(qū)動(導通和截止)頻率并且增大存儲在電感器LlOO中的能量來增大回掃電壓的最大值。如果回掃電壓的最大值在圖2中的點Yl處從vdl變化到vd2 (vd2>vdl )，則輸出電壓Vout根據(jù)回掃電壓的最大值的變化從vol變化到vo2。此外，根據(jù)輸出電壓Vout的變化，電流值檢測信號A從vi2變化到vil。通過擴大MOSFET QlOl的驅(qū)動(導通和截止)頻率,可以增大負載電流。如上所述，在本示范性實施例中，多級整流電路由多個電容器(電容性元件)和多個二極管構(gòu)成。此外，沒有向高壓電源提供電磁變壓器，并且高壓電源包括被配置為輸出高電壓的電路。利用上述配置，本示范性實施例能夠以低成本實現(xiàn)尺寸小和重量輕的高壓電源。此外，通過使用經(jīng)由電容性元件連接到電壓諧振電路的多級整流電路，到電壓諧振電路的交流電流的流動和到整流電路107的直流電流的流動能夠彼此分離。因此，要被施加于負載的電流能夠由電流檢測單元正確地檢測。根據(jù)本示范性實施例，控制器101監(jiān)視電流值檢測信號A。利用上述配置，本示范性實施例能夠通過可變地控制頻率信號的頻率以向負載施加恒定電流來容易地執(zhí)行恒定電流控制。在本示范性實施例中，高壓電源具有用于輸出正電壓的電路配置。但是，本示范性實施例不局限于此。更具體地，如果多級整流電路107的二極管按照相反極性的次序(即，與圖I所示的二極管的極性相反的極性)連接，則根據(jù)本示范性實施例的高壓電源能夠具有用于輸出負電壓的電路配置。如果采用用于輸出負電壓的電路配置，則構(gòu)成多級整流電路107的二極管的極性從包括在上面參考圖I描述的電路中的二極管的極性相反地改變。與如上所述的操作類似，多級整流電路107執(zhí)行用于通過將由電容器保持的電壓與回掃電壓的相加重復(fù)與整流級的數(shù)目等效的次數(shù)來放大電壓的操作。現(xiàn)在，下面將詳細描述本發(fā)明的第二示范性實施例。本示范性實施例具有類似于第一示范性實施例的配置的配置，除了被配置為檢測要被施加于負載的電壓的電壓檢測單元另外包括在本示范性實施例中之外。在本示范性實施例中，將不詳細描述類似于第一示范性實施例的配置的配置，并 且將僅僅詳細描述另外提供的電壓檢測單元。圖3示出了根據(jù)本示范性實施例的電源電路的示例。參考圖3，電壓諧振電路和多級整流電路207具有類似于第一示范性實施例的對應(yīng)電路的配置。圖3所示的電路配置基本上類似于圖I所示的電路配置。更具體地，圖3所示的電路對應(yīng)于圖I所示的電路，如下所述。圖3所示的控制器201和時鐘振蕩器202分別對應(yīng)于圖I所示的控制器101和時鐘振蕩器102。圖3所示的電感器L200、電容器C200和開關(guān)元件Q201分別對應(yīng)于圖I所示的電感器L100、電容器ClOO和MOSFET QlOl。此外，圖3所示的多級整流電路207包括電容器C201至C205和二極管D201至D205，其分別對應(yīng)于圖I所示的多級整流電路107的電容器ClOl至C105和二極管DlOl至D105。此外，圖3所示的電流檢測單元206包括電阻器R201至203、電容器C208和運算放大器Q202，其分別對應(yīng)于圖I所示的電流檢測單元106的電阻器RlOl至R103、電容器C108和運算放大器Q102。此外，圖3所示的平滑電容器C206和電容器C207分別對應(yīng)于圖I所示的平滑電容器C106和電容器C107。如上所述，本示范性實施例除了包括第一示范性實施例的電路配置之外，還在特征上包括電壓檢測單元208。電壓檢測單元208被配置為不直接接地而是經(jīng)由電流檢測單元206間接接地。利用上述電路配置，在本示范性實施例中，饋送給負載的電流(類似于圖I所示的電流il)變得等效于通過電流檢測單元206饋送的電流i4 (類似于圖I所示的電流i2)。因此，通過檢測電流值檢測信號C，可以檢測饋送給負載的電流?，F(xiàn)在，下面將詳細描述電壓檢測單元208的示范性配置和操作。電壓檢測單元208包括電阻器R204和R205。電壓檢測單元208連接到控制器201、電流檢測單元206和輸出端子。輸出電壓Vout被電阻器R204和R205分壓。因此，電壓值檢測信號D輸出與輸出電壓Vout對應(yīng)的電壓值VD。電壓值VD可以由以下表達式(2-1)表示VD=[Vout-{Vref*R203/(R202+R203)}]*{R204/(R204+R205)}+{Vref*R203/(R202+R203)}(2-1)施加于負載的輸出電壓Vout可以由以下表達式(2-2)表示
Vout=[VD-{Vref*R203/(R202+R203)}]/{R204/(R204+R205)}+{Vref*R203/(R202+R203)}(2-2)如上所述，通過上述表達式，本示范性實施例通過使用控制器201檢測電壓值檢測信號D。因此，本示范性實施例能夠檢測施加于負載的電壓?，F(xiàn)在,下面將參考圖4詳細描述當根據(jù)本示范性實施例的電路操作時產(chǎn)生的示范性電流和電壓波形。圖4所示的波形是用于將由電壓檢測單元208檢測的電壓控制在恒定值(即，用于執(zhí)行恒定電壓控制)的波形的示例。電流值檢測信號C、Q201柵極電壓、Q201漏極電流和Q201漏極電壓是類似于第一示范性實施例的對應(yīng)電路操作波形的電路操作波形。在圖4所示的示例中，電壓值檢測信號D是通過將輸出電壓Vout轉(zhuǎn)換為電壓值VD產(chǎn)生的波形。在圖4所示的示例中，輸出電·壓Vout指示在輸出端子204上產(chǎn)生的電壓的波形。在本示范性實施例中，將詳細描述當輸出電壓增大時產(chǎn)生的電路操作波形。在圖4中，指示負載的電阻在定時W2處減小。當負載電流恒定時(電流值檢測信號C恒定在vi3)，輸出電壓Vout減小并且電壓值檢測信號D從v3變化到v4 (v3>v4)。因此，本示范性實施例通過在圖4所示的點X2處擴大M0SFETQ201的驅(qū)動(導通和截止)頻率并且增大存儲在電感器L200中的能量來增大回掃電壓的最大值。如果在圖4中的點Y2處回掃電壓的最大值已經(jīng)從vd3變化到vd4 (vd4>vd3)，則根據(jù)回掃電壓的最大值的變化，電流值檢測信號C從vi3變化到vi4，并且輸出電壓Vout從vo4變化到vo3 (vo3>vo4)0此外，根據(jù)輸出電壓Vout的變化，電壓值檢測信號D從v4變化到v3。通過擴大MOSFET Q201的驅(qū)動(導通和截止)頻率，可以增大輸出電壓。如上所述，在本示范性實施例中，多級整流電路由多個電容器(電容性元件)和多個二極管構(gòu)成。此外，高壓電源包括被配置為輸出高電壓的電路。利用上述配置，本示范性實施例能夠以低成本實現(xiàn)尺寸小和重量輕的高壓電源。此外，如上所述，本示范性實施例通過使用控制器201檢測電流值檢測信號C。此外，本示范性實施例可變地控制該控制頻率以向負載施加恒定電流。利用上述配置，本示范性實施例在檢測施加于負載的電壓的同時能夠執(zhí)行恒定電流控制。此外，如上所述，本示范性實施例通過使用控制器201檢測電壓值檢測信號D。此外，本示范性實施例可變地控制該控制頻率以向負載施加恒定電壓。利用上述配置，本示范性實施例在檢測饋送給負載的電流的同時能夠執(zhí)行恒定電壓控制。根據(jù)具有上述配置的本示范性實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)成本低的、尺寸小的和重量輕的高壓電源。此外，除了第一示范性實施例的配置之外，本示范性實施例能夠通過使用電壓檢測單元208在執(zhí)行從高壓電源向負載輸出時執(zhí)行恒定電流控制和恒定電壓控制?，F(xiàn)在，下面將詳細描述本發(fā)明的第三示范性實施例。本示范性實施例具有類似于上述第二示范性實施例的配置的配置，除了在本示范性實施例中，通過疊加地輸出電壓能夠輸出負電壓和正電壓二者并且能夠輸出負電壓或正電壓之外。圖5示出了根據(jù)本示范性實施例的高壓電源的示范性電路配置。參考圖5，電壓諧振電路和多級整流電路按類似于如上所述的第一示范性實施例的方式執(zhí)行用于控制輸出電壓的操作。
在圖5所示的示例中，根據(jù)本示范性實施例的電源電路具有與上面參考圖I所述的第一示范性實施例中的電路的基本配置類似的基本配置。圖5所示的控制器301和時鐘振蕩器302分別對應(yīng)于圖I所示的控制器101和時鐘振蕩器102。圖5所示的電感器L300、電容器C300和開關(guān)元件Q301分別對應(yīng)于圖I所示的電感器L100、電容器ClOO和MOSFET QlOl。此外，圖5所示的多級整流電路307包括電容器C301至C305和二極管D301至D305，其分別對應(yīng)于圖I所示的多級整流電路107的電容器ClOl至C105和二極管DlOl至D105。此外，圖5所示的電流檢測單元306包括電阻器R301至303、電容器C308和運算放大器Q302，其分別對應(yīng)于圖I所示的電流檢測單元106的電阻器RlOl至R103、 電容器C108和運算放大器Q102。在圖5所示的示例中，施加于負載的電流i5對應(yīng)于圖I所示的電流i I。此外,作為檢測目標電流的電流i6對應(yīng)于圖I所示的電流i2。此外，圖5所示的平滑電容器C306和電容器C307分別對應(yīng)于圖I所示的平滑電容器C106和電容器C107。在本示范性實施例中，多級整流電路307輸出正電壓。除了多級整流電路307之外并且與多級整流電路307分離地，提供用于輸出負電壓的另一個電路。被配置為輸出負電壓的電路由多級整流電路357構(gòu)成，多級整流電路357包括開關(guān)元件Q351、電感器L350、電容器C350 (電感器L350和電容器C350構(gòu)成電壓諧振電路)、電容器C351至C355以及二極管D351至D355。在多級整流電路357中，二極管在與多級整流電路307中的二極管相反的方向連接。換句話說，多級整流電路357被配置為輸出負電壓。對于正電壓輸出單元，本示范性實施例包括由第一開關(guān)元件Q301、第一電壓諧振電路和多級整流電路307構(gòu)成的正電壓產(chǎn)生電路，其增大正電壓。此外，對于負電壓輸出單元，本示范性實施例包括由第二開關(guān)元件Q351、第二電壓諧振電路和多級整流電路357構(gòu)成的負電壓產(chǎn)生電路，其增大負電壓。多級整流電路307經(jīng)由電容器C309連接到電壓諧振電路。多級整流電路357經(jīng)由電容器C359連接到電壓諧振電路。控制器301和時鐘振蕩器302連接到正電壓產(chǎn)生電路和負電壓產(chǎn)生電路并且按類似于第一示范性實施例的方式通過使用驅(qū)動頻率信號執(zhí)行控制。多級整流電路307和多級整流電路357在其輸出側(cè)彼此連接。更具體地，多級整流電路307和多級整流電路357經(jīng)由泄漏電阻器R307和R308彼此連接，如圖5所示。向正電壓產(chǎn)生電路提供泄漏電阻器R308同時向負電壓產(chǎn)生電路提供泄漏電阻器R307。下面將詳細描述電流檢測單元306的示范性配置和操作。在本示范性實施例中，電流檢測單元306在多級整流電路307的輸入側(cè)和多級整流電路357的輸入側(cè)連接到控制器301。此外，電壓檢測單元308不直接接地并且經(jīng)由電流檢測單元306間接接地。類似于第一示范性實施例，多級整流電路307和多級整流電路357能夠通過使用電容器C309和C359將通過電壓諧振電路的AC流與通過多級整流電路307和多級整流電路357的DC流分離，而不妨礙構(gòu)成電壓諧振電路的電感器L300和電容器C300之間的AC流。
更具體地，饋送給電流檢測單元306的電流i6是分離的直流電流，其等效于施加于負載的電流i5。因此，通過 監(jiān)視電流值檢測信號E，可以檢測饋送給負載的電流。類似于第一示范性實施例，本示范性實施例能夠?qū)⒂呻娏鳈z測單元306檢測的電流控制在恒定值。下面將詳細描述電壓檢測單元308的示范性操作。電壓檢測單元308由電阻器R304和R305構(gòu)成。電壓檢測單元308連接到控制器301、電流檢測單元306和輸出端子304。輸出電壓Vout被電阻器R304和R305分壓。因此，電壓值檢測信號F輸出與輸出電壓Vout對應(yīng)的電壓值VF。類似于第二示范性實施例，本示范性實施例能夠?qū)⒂呻妷簷z測單元308檢測的電壓控制在恒定值。電壓值VF可以由以下表達式(3-1)表示VF=[Vout-{Vref*R303/(R302+R303)}]*{R304/(R304+R305)}+{Vref*R303/(R302+R303)}(3-1)因此，施加于負載的輸出電壓Vout可以由以下表達式(3-2)表示Vout=[VF-{Vref*R303/(R302+R303)}]/{R304/(R304+R305)}+{Vref*R303/(R302+R303)}(3-2)因此，通過監(jiān)視電壓值檢測信號F，本示范性實施例可以檢測施加于負載的電壓。當輸出負電壓時，電壓檢測單元308檢測通過將輸出電壓分壓獲得的值。因此，調(diào)整電阻器R304和R305的值以防止電壓值VF獲得負電勢。利用上述配置，本示范性實施例能夠?qū)崿F(xiàn)成本低的、尺寸小的和重量輕的高壓電源，其能夠輸出正負電壓二者并且被配置為檢測饋送給負載的電流和施加于負載的電壓。下面將詳細描述本發(fā)明的第四示范性實施例。本示范性實施例除了具有第一至第三示范性實施例的配置之外，還具有包括被配置為控制輸出電壓的電壓源可變控制單元409的特征配置。在本示范性實施例中，將不會詳細描述類似于第一至第三示范性實施例的組件、單元、電路和配置。圖6示出了根據(jù)本示范性實施例的高壓電源的示范性電路配置。參考圖6，電壓諧振電路、多級整流電路407、電流檢測單元406和電壓檢測單元408執(zhí)行類似于如上所述的第一示范性實施例的每個對應(yīng)單元的操作的操作。在圖6所示的示例中，根據(jù)本示范性實施例的電源電路具有與上面參考圖I所述的第一示范性實施例中的電路的基本配置類似的基本配置。圖6所示的控制器401和時鐘振蕩器402分別對應(yīng)于圖I所示的控制器101和時鐘振蕩器102。圖6所示的電感器L400、電容器C400和開關(guān)元件Q401分別對應(yīng)于圖I所示的電感器L100、電容器ClOO和MOSFET QlOl。此外，圖6所示的多級整流電路407包括電容器C401至C405和二極管D401至D405，其分別對應(yīng)于圖I所示的多級整流電路107的電容器ClOl至C105和二極管DlOl至D105。此外，圖6所示的電流檢測單元406包括電阻器R401至403、電容器C408和運算放大器Q402，其分別對應(yīng)于圖I所示的電流檢測單元106的電阻器RlOl至R103、電容器C108和運算放大器Q102。在圖6所示的示例中，施加于負載的電流i7對應(yīng)于圖I所示的電流i I。此外,作為檢測目標電流的電流i8對應(yīng)于圖I所示的電流i2。此外，圖6所示的平滑電容器C406和電容器C407分別對應(yīng)于圖I所示的平滑電容器C106和電容器C107?，F(xiàn)在，下面將詳細描述電壓源可變控制單元409的示范性操作，其是本示范性實施例的特征?？刂破?01連接到開關(guān)元件Q404。在本示范性實施例中，場效應(yīng)晶體管Q404 (在下文中簡單地被稱為“MOSFET Q404”)被用作開關(guān)元件Q404的示例。MOSFET Q404和電阻器R409將來自于控制器401的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號轉(zhuǎn)換為參考電壓Vref的時鐘信號。轉(zhuǎn)換后的時鐘信號通過低通濾波器電路轉(zhuǎn)換為模擬DC信號，低通濾波器電路包 括電阻器R410和電容器C410以使得晶體管Q403的基極電勢變化。因此，其電平降低了與晶體管Q403的基極和發(fā)射極之間的電壓等效的電平的電壓被提供給電感器L400。電壓源可變控制單元409能夠以上述方式可變地控制要提供給電感器L400的電壓。下面將詳細描述通過可變地控制要提供給電感器L400的電壓執(zhí)行的根據(jù)本示范性實施例的示范性輸出電壓控制。驅(qū)動頻率信號由時鐘振蕩器402輸入到MOSFET Q401的柵極端子。在本示范性實施例中，驅(qū)動頻率信號是防止開關(guān)元件Q401的硬切換的預(yù)定頻率的信號并且由控制器401經(jīng)由時鐘振蕩器402輸入到開關(guān)元件Q401。代替將固定值設(shè)置為驅(qū)動頻率信號的頻率，能夠可變地設(shè)置驅(qū)動頻率信號的頻率的值。在控制輸出電壓時，通過增大要提供給電感器L400的電壓能夠提高輸出電壓。另一方面，通過減小要提供給電感器L400的電壓能夠減小輸出電壓。為了更具體地描述輸出電壓的控制，如果提高要提供給電感器L400的電壓，則由電壓諧振電路產(chǎn)生的回掃電壓的最大值增大。換句話說，在這種情況下，從輸出端子404輸出的電壓升高。另一方面，如果減小要提供給電感器L400的電壓，則由電壓諧振電路產(chǎn)生的回掃電壓波形的最大值減小。為了解釋這個情況，在這種情況下，從輸出端子404輸出的電壓變低。本示范性實施例能夠通過以上述方式可變地控制要提供給電感器L400的電壓來控制輸出電壓。類似于上述示范性實施例,本示范性實施例能夠?qū)⒂呻娏鳈z測單元406檢測的電流控制在恒定值并且將由電壓檢測單元408檢測的電壓控制在恒定值。利用上述配置，本示范性實施例能夠?qū)崿F(xiàn)成本低的、尺寸小的和重量輕的高壓電源，其能夠輸出正電壓和負電壓二者并且被配置為檢測饋送給負載的電流和施加于負載的電壓。此外，通過可變地控制要提供給電感器的電壓，本示范性實施例能夠適當?shù)乜刂戚敵鲭妷?。結(jié)果，本示范性實施例能夠容易地輸出大范圍的電壓。在上述第一至第四示范性實施例中，整流電路由五個二極管和五個電容器構(gòu)成。因此，例如，如果回掃電壓為200 (V)，則本示范性實施例能夠?qū)㈦妷涸龃蟮酱蠹s600V。 二極管和電容器的數(shù)目不局限于如上所述的數(shù)目。換句話說，二極管或電容器能夠被增加根據(jù)必需的輸出電壓所確定的數(shù)目。
根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的高壓電源能夠應(yīng)用于諸如打印機、復(fù)印機或傳真裝置之類的圖像形成裝置。下面將詳細描述根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的高壓電源應(yīng)用于作為圖像形成裝置的示例的電子照相型打印機的情況。根據(jù)如上所述的示范性實施例的高壓電源能夠被用作用于向電子照相型打印機的圖像形成單元施加高電壓的高壓電源。圖8A示出了作為電子照相型打印機的示例的激光束打印機的示范性主要組件。參考圖8A，激光束打印機200包括感光鼓211、充電單元217和顯影單元212。感光鼓211是潛像形成到其上的圖像承載部件。充電單元217被配置為將感光鼓211的表面均勻地充電。顯影單元212被配置為通過使用調(diào)色劑顯影形成在感光鼓211上的潛像。轉(zhuǎn)印單元218將已被顯影在感光鼓211上的調(diào)色劑圖像轉(zhuǎn)印到作為從盒子216饋送的記錄材料的片材(沒有示出)上。此外，轉(zhuǎn)印到片材上的調(diào)色劑圖像由定影裝置214定影。然后，圖像定影在其上的片材被排出到托盤215上。感光鼓211、充電單元217、顯影單元212和轉(zhuǎn)印單元218構(gòu)成圖像形成單元。 圖8B示出了用于輸出高電壓的示范性配置，高電壓從向激光束打印機200提供的多個高壓電源(即，根據(jù)如上所述的第一至第四示范性實施例的電源電路)的每一個輸出到充電單元217、顯影單元212和轉(zhuǎn)印單元218的每一個。參考圖8B，高壓電源1501向充電單元217輸出高電壓。高壓電源2502向顯影單元212輸出高電壓。高壓電源3503向轉(zhuǎn)印單元218輸出高電壓。根據(jù)從控制器(控制單元)500輸出的控制信號將從每個高壓電源I至3輸出的高電壓的值控制到必需的電壓值。例如，如果高電壓已被輸出到充電單元217，則提供給充電單元217的電流由上述電流檢測單元檢測。調(diào)整該輸出以將檢測的電流值控制到預(yù)定的值。此外，如果高電壓已被輸出到轉(zhuǎn)印單元218，則提供給轉(zhuǎn)印單元218的電流由上述電流檢測單元檢測。調(diào)整該輸出以將檢測的電流值控制到預(yù)定的值。此外，如果高電壓已被輸出到顯影單元212，則提供給顯影單元212的電壓由上述電壓檢測單元檢測。調(diào)整該輸出以將檢測的電壓值控制到預(yù)定的值。如上所述，能夠應(yīng)用本發(fā)明的高壓電源來施加高電壓以執(zhí)行圖像形成。如上所述，如果根據(jù)本發(fā)明的第一至第四示范性實施例的高壓電源應(yīng)用于電子照相型打印機的高壓電源，則能夠更容易地減小圖像形成裝置的尺寸、成本和重量。雖然已經(jīng)參考示范性實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當理解，本發(fā)明不局限于公開的示范性實施例。以下權(quán)利要求書的范圍與最寬的解釋一致以便涵蓋所有修改、等效結(jié)構(gòu)和功能。對相關(guān)申請的交叉引用本申請要求于2010年7月9日提交的日本專利申請2010-156922的優(yōu)先權(quán)，其通過引用而被全部合并于此。
權(quán)利要求
1.一種高壓電源，包括開關(guān)單元，被配置為根據(jù)頻率信號被驅(qū)動；電壓諧振單元，被配置為根據(jù)該開關(guān)單元的驅(qū)動來產(chǎn)生電壓；整流單元，被配置為整流和放大由該電壓諧振單元產(chǎn)生的電壓；分離單元，被配置為將由該電壓諧振單元產(chǎn)生的電流和由該整流單元產(chǎn)生的電流彼此分離；和電流檢測單元，被配置為檢測由該整流單元產(chǎn)生的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓電源，其中該電壓諧振單元包括彼此連接的電感器和電容器，以及其中該分離單元是電容器并且連接在該開關(guān)單元和電感器之間的連接部分與該整流單元之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓電源，其中該電流檢測單元被配置為檢測經(jīng)由該電容器和該整流單元之間的連接部分饋送給該負載的電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求I到3中的任何一個所述的高壓電源，還包括電壓檢測單元，被配置為檢測從該整流單元輸出的電壓，其中該電壓檢測單元連接到該電流檢測單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓電源，其中該開關(guān)單元包括第一開關(guān)單元和第二開關(guān)單元，其中該電壓諧振單元包括第一電壓諧振單元和第二電壓諧振單元，其中該整流單元包括第一整流單元和第二整流單元，其中該高壓電源還包括正電壓輸出單兀，被配置為輸出正電壓，該正電壓輸出單兀包括該第一開關(guān)單兀、該第一電壓諧振單元和該第一整流單元；以及負電壓輸出單兀，被配置為輸出負電壓，該負電壓輸出單兀包括該第二開關(guān)單兀、該第二電壓諧振單元和該第二整流單元，以及其中該電流檢測單元連接到該正電壓輸出單元和該負電壓輸出單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓電源，還包括電壓改變單元，被配置為控制和改變輸入到該電壓諧振單元的電壓。
7.一種圖像形成裝置，包括圖像形成單元，被配置為形成圖像；和高壓電源，被配置為向該圖像形成單元施加高電壓，其中該高壓電源包括開關(guān)單元，被配置為根據(jù)頻率信號被驅(qū)動；電壓諧振單元，被配置為根據(jù)該開關(guān)單元的驅(qū)動來產(chǎn)生電壓；整流單元，被配置為整流和放大由該電壓諧振單元產(chǎn)生的電壓；分離單元，被配置為將由該電壓諧振單元產(chǎn)生的電流和由該整流單元產(chǎn)生的電流彼此分離；和電流檢測單元，被配置為檢測由該整流單元產(chǎn)生的電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像形成裝置，其中該電壓諧振單元包括彼此連接的電感器和電容器，以及其中該分離單元是電容器并且連接在該開關(guān)單元和電感器之間的連接部分與該整流單元之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像形成裝置，其中該電流檢測單元被配置為檢測經(jīng)由該電容器和該整流單元之間的連接部分饋送給該負載的電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求7到9中的任何一個所述的圖像形成裝置，其中該圖像形成單元包括被配置為將圖像承載部件充電的充電單元或被配置為轉(zhuǎn)印形成在該圖像承載部件上的調(diào)色劑圖像的轉(zhuǎn)印單元，以及其中該電流檢測單元被配置為檢測饋送給該充電單元或轉(zhuǎn)印單元的電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求7到9中的任何一個所述的圖像形成裝置，還包括電壓檢測單元， 被配置為檢測從該整流單元輸出的電壓，其中該圖像形成單元包括顯影單元，被配置為顯影形成在圖像承載部件上的潛像，以及其中根據(jù)由該電壓檢測單元檢測的電壓控制要輸出到該顯影單元的電壓。
全文摘要
一種高壓電源包括開關(guān)單元，被配置為根據(jù)頻率信號被驅(qū)動；電壓諧振單元，被配置為根據(jù)該開關(guān)單元的驅(qū)動來產(chǎn)生電壓；整流單元，被配置為整流和放大由該電壓諧振單元產(chǎn)生的電壓；分離單元，被配置為將由該電壓諧振單元產(chǎn)生的交流電流和由該整流單元產(chǎn)生的直流電流彼此分離；和電流檢測單元，被配置為檢測由該電壓諧振單元產(chǎn)生的電流。
文檔編號H02M7/10GK102971951SQ20118003341
公開日2013年3月13日 申請日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者美濃部太郎 申請人:佳能株式會社