JP4872254B2 - 電源装置及び電力調節方法 - Google Patents

Description

本発明は、トランスを用いた電源装置及び電力調節方法の技術分野に関し、特にレーザプリンタやコピー機等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置に適用される電源装置及び電力調節方法の技術分野に関する。

従来、電子写真プロセスを利用した一般的な画像形成装置（例えば、レーザプリンタ、コピー機、ファクシミリ等）では、例えば、感光体表面をスコロトロン等の帯電器により帯電させ、画像データに応じて感光体を露光走査することにより静電潜像を形成する。そして、現像カートリッジ等の現像器により感光体表面にトナー等の現像剤を付着させることにより静電潜像を現像し、この現像された画像が転写ローラ等の転写器により記録用紙等の媒体に転写されることにより画像形成を行っている。

上記プロセスにおいては、帯電器、現像器、転写器等、夫々に対応した所定の高圧電力を供給するための電源装置が必要となる。

そのため、従来は、例えば、特許文献１に記載の高圧電源装置のように、トランスの一次側に直列に接続されたスイッチング素子に対してＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号を出力するとともに、トランスの二次側からの出力電圧が帰還され、その出力電圧とトランスの有するデューティ−出力特性の直線性とを用いて演算して目標出力電圧となるようにＰＷＭ信号のデューティを変更する方法が採られていた。この方法によれば、１種類のトランスで広範囲の出力電圧を得ることができるようになっている。
特開平１０−９１２５８号公報

しかしながら、上述した従来の電源装置では、負荷インピーダンスが低い場合には、ＰＷＭ信号のデューティの変化に対して電源装置の出力が大きく変化するため、その制御が困難となる。その一方で、負荷インピーダンスが高い場合において、出力が最大となるデューティを設定したとしても、電源の出力が十分に得られない可能性がある。

この問題点について、図１０を用いて更に説明する。図１０は、従来の電源装置におけるデューティ−出力特性の一例を示す図であり、この例では、デューティが小さくなるほど出力が上がるような構成になっている。

図１０に示すように、負荷が５０ＭΩの場合には、大きい出力を容易に得ることができるが、デューティの最小変化量に対する出力の変化量が大きい、つまり出力の分解能が低いため、所望の出力を適切に得ることが困難である。

一方、負荷が８００ＭΩの場合には、デューティの最小変化量に対する出力の変化量は小さいため、所望の出力を得るための制御は容易となるが、その分大きい出力が得られない。

特に、転写器により静電潜像を記録用紙に転写する際には、温度、湿度等の画像形成装置が置かれる環境や記録用紙の厚さ等により負荷インピーダンスが広範囲に変動する上、更に、所望の画像品質を得るためには高負荷時においても転写器に供給する転写電流をある程度大きくする必要があるが、上述した従来の電源装置では、適切な画像形成を行うことが困難となる可能性が高い。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、負荷インピーダンスが低い場合に出力の制御が容易で、かつ負荷インピーダンスが高い場合でも十分な出力を得ることを可能とする電源装置及び電力調節方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、トランスの二次側の出力電力を制御するための制御信号を、そのパラメータ値を可変制御しつつ出力する制御信号出力手段と、前記出力された制御信号に基づいて前記トランスの一次巻線に供給される電力を調節する電力調節手段と、を備え、前記電力調節手段は、前記パラメータ値が可変制御される範囲における前記パラメータ値に対して前記一次巻線に供給される電力が単調に変化するように、前記一次巻線に供給される電力を調節し、且つ、前記パラメータ値に対する前記二次側の出力電力が大きくなるに従って、前記パラメータ値の変化に対して前記一次巻線に供給される電力の変化の割合が大きくなるように、前記パラメータ値が可変制御される範囲内の途中におけるあるパラメータ値で、前記パラメータ値の変化に対して前記一次巻線に供給される電力の変化の割合を変更することを特徴とする。

この発明によれば、パラメータ値の変化に対してトランスの一次巻線に供給される電力の変化の割合が変更されるので、パラメータ値の変化に対する二次側からの出力電力の変化の割合も変更される。

従って、パラメータ値の可変制御範囲内の途中において、パラメータ値に対するトランスの二次側からの出力電力の分解能を上げるように変化の割合を変更することができるとともに、出力を大きくするように変化の割合を変更することもできるので、負荷インピーダンスが低い場合に出力の制御が容易で、かつ負荷インピーダンスが高い場合でも十分な出力を得ることが可能となる。また、あるパラメータ値までの範囲においては、二次側からの出力電力の変化の割合が小さくなることにより、負荷インピーダンスが低い場合に出力の制御が容易となるとともに、あるパラメータ値から二次側の出力電力がより大きい範囲においては、二次側からの出力電力の変化の割合が大きくなることにより、負荷インピーダンスが高い場合でも十分な出力を得ることが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電源装置において、前記二次側の出力電力を出力電圧または出力電流として帰還し、帰還信号を生成する帰還手段を更に備え、前記制御信号出力手段は、前記帰還信号から得られる値に基づき、前記パラメータ値に対する前記二次側の出力特性を近似する当該パラメータ値のｎ次関数（ｎは１より大きい実数）の近似式を用いて当該パラメータ値を制御するパラメータ値制御手段と、前記制御されたパラメータ値で前記制御信号を生成する制御信号生成手段と、を更に備えることを特徴とする。

パラメータ値が可変制御される範囲内の途中において、パラメータ値の変化に対して一次巻線に供給される電力の変化の割合を変更するように構成した場合には、パラメータ値に対する二次側からの出力は、単純な直線ではなく、放物線に近い特性を示す。

従って、この発明によれば、この特性を近似したｎ次関数の近似式を用いてフィードバック制御を行うので、一次関数の近似式を用いるよりも正確な出力の制御を行うことが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の電源装置において、前記二次側の出力電力を出力電圧または出力電流として帰還し、帰還信号を生成する帰還手段を更に備え、前記制御信号出力手段は、前記帰還信号から得られる値に基づき、前記パラメータ値に対する前記二次側の出力特性を近似する近似式を用いて当該パラメータ値を制御するパラメータ値制御手段であって、前記あるパラメータ値で当該制御に用いられる近似式を変更するパラメータ値制御手段と、前記制御されたパラメータ値で制御信号を生成する制御信号生成手段と、を更に備えることを特徴とする。

あるパラメータ値で、パラメータ値の変化に対して前記一次巻線に供給される電力の変化の割合を変更するように構成した場合には、パラメータ値に対する二次側からの出力は、そのパラメータ値を境として、傾き加減の異なる特性を示す。

従って、この発明によれば、そのパラメータ値を境に夫々の範囲における特性に適した近似式を用いてパラメータ値を制御するので、トランスの二次側の出力の制御をより正確に行うことが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の電源装置において、前記制御信号出力手段は、前記制御信号としてのパルス幅変調信号を、そのデューティを可変制御しつつ出力し、前記電力調節手段は、前記出力されたパルス幅変調信号を平滑して平滑信号を出力する平滑手段と、前記出力された平滑信号に基づいて、前記一次巻線に供給される電力を調節するスイッチング素子に電力を供給する調節電力供給手段であって、前記デューティが可変制御される範囲における前記デューティに対して前記一次巻線に供給される電力が単調に変化するように、前記スイッチング素子に供給される電力を調節し、且つ、前記デューティに対する前記二次側の出力電力が大きくなるに従って、当該デューティの変化に対して前記一次巻線に供給される電力の変化の割合が大きくなるように、あるデューティで、前記デューティの変化に対して前記スイッチング素子に供給される電力の変化の割合を変更する調節電力供給手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、あるデューティまでの範囲においては、二次側からの出力電力の変化の割合が小さくなることにより、負荷インピーダンスが低い場合に出力の制御が容易となるとともに、あるデューティから二次側の出力電力がより大きい範囲においては、二次側からの出力電力の変化の割合が大きくなることにより、負荷インピーダンスが高い場合でも十分な出力を得ることが可能となる。

請求項６に記載の発明は、トランスの二次側の出力電力を制御するための制御信号を、そのパラメータ値を可変制御しつつ出力する制御信号出力工程と、前記出力された制御信号に基づいて前記トランスの一次巻線に供給される電力を調節する電力調節工程と、を含み、前記電力調節工程においては、前記パラメータ値が可変制御される範囲における前記パラメータ値に対して前記一次巻線に供給される電力が単調に変化するように、前記一次巻線に供給される電力を調節し、且つ、前記パラメータ値に対する前記二次側の出力電力が大きくなるに従って、前記パラメータ値の変化に対して前記一次巻線に供給される電力の変化の割合が大きくなるように、前記パラメータ値が可変制御される範囲内の途中におけるあるパラメータ値で、前記パラメータ値の変化に対して前記一次巻線に供給される電力の変化の割合を変更することを特徴とする。

本発明によれば、パラメータ値の可変制御範囲内の途中において、パラメータ値に対するトランスの二次側からの出力電力の分解能を上げるように変化の割合を変更することができるとともに、出力を大きくするように変化の割合を変更することもできるので、負荷インピーダンスが低い場合に出力の制御が容易で、かつ負荷インピーダンスが高い場合でも十分な出力を得ることが可能となる。また、あるパラメータ値までの範囲においては、二次側からの出力電力の変化の割合が小さくなることにより、負荷インピーダンスが低い場合に出力の制御が容易となるとともに、あるパラメータ値から二次側の出力電力がより大きい範囲においては、二次側からの出力電力の変化の割合が大きくなることにより、負荷インピーダンスが高い場合でも十分な出力を得ることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、電子写真プロセスを用いる画像形成装置において、感光体表面に形成された静電潜像を記録用紙等に転写するための転写器に高圧電力を供給する高圧電源装置に対して本発明を適用した場合の実施形態である。

［１．第１実施形態］
［１．１ 画像形成装置Ｓの構成及び機能概要］
先ず、本実施形態に係る画像形成装置Ｓの構成及び機能概要について説明する。

図１は、第１実施形態に係る画像形成装置Ｓの概要構成の一例を示す図である。

図１に示すように、画像形成装置Ｓは、高圧電源装置Ｐと、低圧電源部３と、プロセスユニット４と、により構成されている。また、高圧電源装置Ｐは、メイン基盤１と、高圧電源部２と、により構成されている。

低圧電源部３は、図示せぬ商用電源、例えば、１００Ｖ電源のコンセントから電力の供給を受け、用途別に、例えば、制御回路用の３．３Ｖ、インタフェース用の５Ｖ、高圧電源部２のトランスを駆動するための２４Ｖ等に分割・変圧してメイン基盤１に給電する。

メイン基盤１は、低圧電源部３から電力の供給を受けて、画像形成装置Ｓの各部を制御する。また、メイン基盤１は、ＰＷＭ信号（高圧電源部２の出力電力を制御するための制御信号）ＰＷＭＴＲ（以下、単にＰＷＭ信号と称する。）を高圧電源部２に供給するとともに、高圧電源部２からフィードバック信号（高圧電源部２のトランスの二次側からの出力電力の帰還信号）ＦＢＴＲ（以下、単にフィードバック信号と称する。）を受け、この信号に基づきＰＷＭ信号のデューティを可変制御する。

高圧電源部２は、メイン基盤１を介して低圧電源部３から３．３Ｖ及び２４Ｖの電源電圧を受け、メイン基盤１から供給されたＰＷＭ信号に基づき、供給された電圧を昇圧して、プロセスユニット４に出力するとともに、その出力の一部をフィードバックし、フィードバック信号としてメイン基盤１に帰還させる。なお、図１においては、プロセスユニット４の転写ローラに供給する転写電流（ＴＲ出力）のみ図示している。

プロセスユニット４は、例えば、感光ドラム、スコロトロン帯電器、現像カートリッジ、転写ローラ等により構成されており、高圧電源２から高圧電力の供給を受けて、帯電、現像、転写等を行う。

［１．２ 高圧電源装置Ｐの構成及び機能概要］
次に、本実施形態に係る高圧電源装置Ｐの構成及び機能について説明する。

図２は、第１実施形態に係る高圧電源装置Ｐの概要構成の一例を示す図である。

図２に示すように、高圧電源装置Ｐは、大別してメイン基盤１と、高圧電源部２と、により構成されている。

そして、メイン基盤１は、Ａ／Ｄコンバータ１１と、パラメータ値制御手段としての制御部１２と、制御信号生成手段としてのＰＷＭ変調器１３と、により構成されている。

高圧電源部２は、平滑手段としての平滑回路２１と、調節電力供給手段としてのベース電流切替回路２２と、スイッチング素子としてのトランジスタ２３と、一次巻線２４ａ、二次巻線２４ｂ及び整流回路等を備えるトランス２４と、帰還手段としての検出抵抗２５と、自励式のスイッチング発振回路２６により構成されている。

また、制御部１２及びＰＷＭ変調器１３は、トランス２４の二次側から出力される転写電流を制御するためのＰＷＭ信号を、そのデューティを可変制御しつつ出力する制御信号出力手段を構成する。

平滑回路２１、ベース電流切替回路２２及びトランジスタ２３は、ＰＷＭ信号に基づいて一次巻線２４ａに供給される電流を調節するとともに、ＰＷＭ信号のデューティが可変制御される範囲内の途中において、当該デューティの変化に対して一次巻線２４ａに供給される電流の大きさの変化の割合を変更する電力調節手段を構成する。

Ａ／Ｄコンバータ１１は、トランス２４の二次側から出力された転写電流の一部が帰還して、その電流が電圧に変換されたフィードバック信号の電圧をアナログ／デジタル変換し、フィードバック値（フィードバック信号から得られる値）として制御部１２に供給する。

制御部１２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等により構成されており、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムをＣＰＵが読み出し実行することにより本実施形態におけるパラメータ値制御手段として機能するようになっている。

具体的には、Ａ／Ｄコンバータ１１から供給されたフィードバック値に基づき、デューティに対するトランス２４の二次側の出力特性を近似するデューティのｎ次関数（ｎは１より大きい実数）の近似式を用いてパラメータ値を可変制御し、このパラメータ値をＰＷＭ変調器１３に設定する。なお、制御部１２の詳細な機能については後述する。

ＰＷＭ変調器１３は、設定されたデューティに相応したパルス幅のＰＷＭ信号を生成し、この信号を平滑回路２１に出力する。

平滑回路２１は、ＰＷＭ信号を平滑してアナログ信号である平滑信号を出力する。ここで出力される平滑信号の電圧の大きさはＰＷＭ信号のデューティに相応した大きさとなる（本実施形態においては、デューティが大きいほど平滑信号の電圧が大きくなる）。

スイッチング発振回路２６は、自励式の発振回路であり、所定周波数のスイッチング信号を出力する。

ベース電流切替回路２２は、平滑回路２１から出力された平滑信号の電圧が大きくなるほど小さいベース電流を発生させ、その反対に、平滑信号の電圧が小さくなるほど大きいベース電流を発生させる。例えば、所定の基準電圧と平滑信号との電圧の差からベース電流を発生させる。そして、このベース電流を、スイッチング発振回路２６から出力されるスイッチング信号によりスイッチングして、トランジスタ２３のベースに供給する。

その際、ベース電流切替回路２２は、デューティに対するトランス２４の二次側から出力される転写電流が大きくなるに従って当該デューティの変化に対して一次巻線２４ａに供給される電源電流の大きさの変化の割合が大きくなるように、あるデューティでその変化の割合を変更する。なお、ベース電流切替回路２２の詳細な機能については後述する。

トランジスタ２３は、そのベースがベース電流切換回路２２に、コレクタが一次巻線２４ａに、エミッタがグランドに夫々接続されており、ベースに供給された電流に応じて、一次巻線２４ａに供給される電源電流の大きさを調節する。

トランス２４は、一次巻線２４ａと二次巻線２４ｂとの巻き数の比に応じて電源電圧を昇圧しつつ、一次巻線２４ａに供給された電源電流の大きさに応じた転写電流を二次巻線２４ｂに発生させ、この電流を整流してプロセスユニット４の転写ローラに供給する。

検出抵抗２５は、トランス２４の二次側から出力された転写電流の電圧を分圧する。これにより、転写電流の一部が帰還し、フィードバック信号となってＡ／Ｄコンバータ１１に入力される。

［１．３ ベース電流切換回路２２の機能概要］
次に、本実施形態に係るベース電流切替回路２２の機能概要について、図３を用いて説明する。

図３は、第１実施形態におけるデューティ−出力特性の一例を示す図である。

ベース電流切替回路２２は、図３に示すように、デューティがある値Ｘ以下である場合には、Ｘ以上である場合よりもベース電流の大きさの変化の割合が大きくなるように、その変化の割合を変更する。つまり、デューティが小さくなるに従って、デューティに対してトランス２４の二次側から出力される転写電流は大きくなるので、デューティが小さくなるに従って、ベース電流の大きさの変化の割合が大きくなるように、つまり、一次巻線２４ａに供給される電流の大きさの変化の割合が大きくなるようにデューティＸで、その変化の割合を変更するのである。

ベース電流の大きさの変化の割合を変更するデューティＸは、トランスの特性等により決定すべきものであるが、少なくともＰＷＭ信号のデューティの可変制御範囲内で決定する必要がある。

デューティの可変制御範囲とは、制御部１２がデューティを可変制御することにより、トランス２４の二次側から出力される転写電流を制御できるデューティの範囲である。

具体的には、図３に示すように、ａ以上である場合は、転写電流が０Ａとなり、転写電流を制御できない。従って、デューティの可変制御範囲の上限はａとなる。

また、トランス２４の二次側から出力される転写電流の最大値は一次巻線２４ａに供給される電力及び一次巻線２４ａと二次巻線２４ｂとの巻数の比によって決まるが、当然これを越えるような出力は得られない。負荷インピーダンスが高い場合、例えば、８００ＭΩの場合は、転写電流も低いためデューティが０％まで可変制御範囲であるといえるが、負荷インピーダンスが低い場合、例えば、５０ＭΩの場合は、あるデューティで最大値に達してしまうため、そのデューティ以下は転写電流を制御できない。従って、デューティの可変制御範囲の下限は、供給対象とする負荷の範囲によって決まる。

このようにして、可変制御範囲内からデューティＸを決定したら、このデューティのＰＷＭ信号に対応して出力される平滑信号の電圧の大きさでベース電流の大きさの変化の割合が変更されるように、ベース電流切替回路２２を構成しておく。

［１．４ 制御部１２の機能概要］
次に、本実施形態に係る制御部１２の機能概要について、図４及び図５を用いて更に説明する。

図４は、第１実施形態におけるデューティ−フィードバック特性の実測値の一例を示す図である。また、図５は、第１実施形態におけるデューティ−フィードバック特性の実測値に近似曲線を重ね合わせた一例を示す図である。

制御部１２は、Ａ／Ｄコンバータ１１から供給されたフィードバック値と、ＰＷＭ変調器１３に現在設定しているデューティとを後述する近似式に代入して、トランス２４の二次側から出力される転写電流の大きさが目標の大きさとなるように、新たにデューティを算出した後、これをＰＷＭ変調器１３に設定する。このようにして、制御部１２はデューティを可変制御する。

高圧電源装置を上述のような構成とした場合には、高圧電源装置Ｐのデューティ−出力特性は、図３に示すように、デューティＸを頂点とする折線となるはずである。

しかし、実際にデューティを可変制御して、二次側から出力される転写電流のフィードバック値を測定すると、図４に示すように、放物線に近い特性を示す。

このとき、フィードバック値ＦＢＴＲは、上記特性を近似する次の近似式で表すことができる。

式１において、Ｋ１は係数、ＤｕｔｙはＰＷＭ信号のデューティ、ａは図３において転写電流が０Ａとなるデューティ、ｎはデューティ−フィードバック特性により求められる次数である。

このように、デューティ−フィードバック特性は、デューティのｎ次関数（ただし、ｎは１より大きい実数）で表すことができるのである。

上記式１で表される曲線を、図４に示すデューティ−フィードバック特性の実測値に重ね合わせたのが図５である。図５に示すように、負荷によって曲線の傾き加減が変化するが、この傾き加減を表すのが係数Ｋ１である。

そこで、制御部１２は、Ａ／Ｄコンバータ１１から供給されるフィードバック値を読み込むと、このフィードバック値と、現在ＰＷＭ変換器１３に設定しているデューティＤｕｔｙとを式１を変形した次式に代入して、先ず係数Ｋ１を算出する。

そして、制御部１は、この係数Ｋ１と、目標とするフィードバック値ＦＢＴＲｔとを（１）式を変形した次式に代入して、設定すべきデューティＤｕｔｙｔを算出する。

制御部１は、このようにして算出したデューティＤｕｔｙｔをＰＷＭ変調器１３に設定する。

［１．５ 高圧電源装置Ｐの動作］
次に、本実施形態に係る高圧電源装置Ｐの動作について説明する。

Ａ／Ｄコンバータ１１は、転写電流のフィードバック信号を入力してアナログ／デジタル変換し、フィードバック値として制御部１２に供給する。

制御部１２は、供給されたフィードバック値を所定時間間隔で読み込み、式２及び式３を用いてデューティを算出した後、これをＰＷＭ変換器１３に設定する。なお、制御部１２の詳細な動作は後述する。

そして、ＰＷＭ変調器１３が、設定されたデューティでＰＷＭ信号を生成し、これを出力すると、平滑回路２１はデューティに相応した平滑信号を出力する。

次いで、ベース電流切替回路２２は、平滑信号の電圧がＸ以上のデューティに対応した大きさである場合にはベース電流の大きさの変化の割合を小さくし、平滑信号の電圧がＸ以下のデューティに対応した大きさである場合にはベース電流の大きさの変化の割合を大きくするように変更しつつ、平滑信号の電圧が大きいほど小さいベース電流を発生させ、その反対に、平滑信号の電圧が小さいほど大きいベース電流を発生させて、このベース電流をスイッチング発振回路２６から出力されたスイッチング信号によりスイッチングして、トランジスタ２３に供給する。

そして、トランジスタ２３が、供給されたベース電流の大きさに応じてトランス２４の一次巻線２４ａに供給される電源電流の大きさを調節する。

このようにして、平滑回路２１、ベース電流切替回路２２及びトランジスタ２３は、制御信号たるＰＷＭ信号に基づいて一次巻線２４ａに供給される電流を調節するとともに、デューティ値が可変制御される範囲内の途中において、ＰＷＭ信号のデューティの変化に対して一次巻線２４ａに供給される電流の大きさの変化の割合を変更する電力調節手段として機能するのである。

トランス２４は、一次巻線２４ａに供給された電源電流の大きさに応じて二次巻線２４ｂに転写電流を発生させ、これを整流して、プロセスユニット４に供給するとともに、この一部が検出抵抗２５によりフィードバック信号としてＡ／Ｄコンバータ１１に入力されることになる。

このようにして、トランス２４の二次側から出力される転写電流は、図４に示すような特性を示すため、負荷インピーダンスが低い場合には、デューティがＸ以上の範囲で分解能が向上して出力の制御が容易となり、また、負荷インピーダンスが高い場合にも、デューティがＸ以下の範囲で十分な出力を得ることが可能となる。

［１．６ 制御部１２の動作］
次に、本実施形態に係る制御部１２の動作について、図６及び図７を用いて説明する。

図６は、第１実施形態に係る制御部１２の起動モード時における処理の一例を示すフローチャートである。また、図７は、第１実施形態に係る制御部１２の通常モード時における処理の一例を示すフローチャートである。

画像形成装置Ｓに設けられた図示しない電源スイッチがＯＮに操作されると、低電源部３から電力供給を受ける。そして、制御部１２は、印字動作が開始されると、起動制御モードとなって、図６に示すように、３段階に分けてデューティの設定を行う。目標とする転写電流を得るために、最初から目標とする出力にまで上げようとすると、トランスの二次側からの出力がオーバーシュートする危険性があるため、徐々に出力を上げていこうとするものである。

つまり、制御部１２は、最初に低い出力の起動用デューティ１をＰＷＭ変調器１３に設定した後（ステップＳ１）、３０ミリ秒休止してから（ステップＳ２）、転写電流のフィードバック値を読み込み（ステップＳ３）、これが目標値以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。

目標値以上である場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、制御部１２は、通常制御モードに移行し、目標値未満である場合は（ステップＳ４：ＮＯ）、起動用デューティ１よりも出力の高い起動用デューティ２をＰＷＭ変調器１３に設定する（ステップＳ５）。

以下、同様にして（ステップＳ６〜Ｓ８）、フィードバック値が目標値未満である場合、制御部１２は、更に出力が高い起動用デューティ３をＰＷＭ変調器１３に設定し（ステップＳ９）、３０ミリ秒休止した後（ステップＳ１０）、通常制御モードへ移行する。

通常制御モードに移行すると、制御部１２は、図７に示すようにフィードバック値を読み込み（ステップＳ２１）、このフィードバック値が、適正な転写が行える程度に目標とするフィードバック値との差が適正範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。

適正範囲内である場合、制御部１２は、１５ミリ秒休止した後（ステップＳ２３）、ステップＳ２１に移行し、更に、フィードバック値を読み込み、判定処理を行う。

適正範囲内ではない場合には、式２を用いて、フィードバック値と、現在ＰＷＭ変換器１３に設定しているデューティとから係数Ｋ１を算出する（ステップＳ２４）。

次いで、制御部１２は、式３を用いて、係数Ｋ１と、目標とするフィードバック値とから設定すべきデューティを算出する（ステップＳ２５）。

そして、制御部１２は、算出したデューティをＰＷＭ変調器１３に設定し（ステップＳ２６）、３０ミリ秒休止した後（ステップＳ２７）、ステップＳ２１に移行する。

以上説明したように、本実施形態によれば、制御部１２によりデューティを可変制御しつつ、そのデューティでＰＷＭ変調器１３によりＰＷＭ信号を出力し、このＰＷＭ信号に基づいて、平滑回路２１、ベース電流切替回路２２及びトランジスタ２３が一次巻線２４ａに供給される電流を調節するとともに、デューティの可変制御範囲内の途中で、当該デューティの変化に対して一次巻線２４ａに供給される電流の大きさの変化の割合を変更するので、デューティに対するトランス２４の二次側から出力される転写電流の分解能を上げるように変化の割合を変更することができるとともに、出力を大きくするように変化の割合を変更することもできるので、負荷インピーダンスが低い場合に出力の制御が容易で、かつ負荷インピーダンスが高い場合でも十分な出力を得ることが可能となる。

また、平滑回路２１から出力された平滑信号に基づき、ベース電流切換回路２２が、デューティに対するトランス２４の二次側から出力される転写電流が大きくなるに従って、当該デューティの変化に対して一次巻線２４ａに供給される電源電流の変化の割合が大きくなるようにデューティＸで変更するので、デューティがＸ以上の範囲においては、トランス２４の二次側から出力される転写電流の大きさの変化の割合が小さくなることにより、負荷インピーダンスが低い場合に出力の制御が容易となるとともに、デューティがＸ以下の範囲においては、トランス２４の二次側からの転写電流の変化の割合が大きくなることにより、負荷インピーダンスが高い場合でも十分な出力を得ることが可能となる。

更にまた、制御部１２が、検出抵抗２５によりフィードバックされた転写電流のフィードバック値に基づき、ディーティ−出力特性を近似するディーティのｎ次関数である式１を用いてデューティを制御し、この制御されたデューティでＰＷＭ変調器１３がＰＷＭ信号を生成するので、放物線に近い特性を示すディーティ−出力特性に対応して、正確なフィードバック制御を行うことが可能となる。

［２．第２実施形態］
［２．１ 高圧電源装置Ｐの構成及び機能概要］
次に、本願の第２実施形態に係る高圧電源装置Ｐについて説明する。

上述した第１実施形態においては、ＰＷＭ信号のデューティの可変制御範囲内全域に対して、一つの近似式を用いてデューティを制御していたが、以下に説明する第２実施形態においては、範囲ごとに異なる近似式を用いてデューティを制御する場合について説明する。

図８は、第２実施形態におけるデューティ−フィードバック特性の実測値に二つの近似線を重ね合わせた一例を示す図である。

デューティＸで、一次巻線２４ａに供給される電流の大きさの変化の割合を変更するように構成した場合には、デューティＸを境として、フィードバック値の特性の傾き加減が変化する。

そこで、図８に示すように、デューティがＸ以上の場合と、Ｘ以下の場合とで、夫々の範囲の特性に適した近似式を用いてデューティを制御すれば、より正確なフィードバック制御を行うことが可能となる。

本実施形態においては、デューティがＸ以上の範囲ではフィードバック値の特性が曲線性を示しているため、第１実施形態と同様に放物線の特性を近似する式１を変形した式２及び式３を用いるが、Ｘ以下の範囲ではフィードバック値の特性が直線性を示しているため、一次式を用いることとする。

フィードバック値の特性が直線性を示す場合には、この特性は次式で表すことができる。

式４において、Ｋ２は係数であり、ｂは図４において、式４で表される近似直線をＸ以上のデューティの範囲にまで延長した場合に、転写電流が０Ａとなるデューティである。

図８に示すように、負荷によって直線の傾きが変化するが、この傾きを表すのがＫ２である。

そこで、ＰＷＭ変調器１３に現在設定しているデューティがＸ以下の範囲では、先ず式４を変形した次式を用いて係数Ｋ２を算出する。

そして、式４を変形した次式を用いて、設定すべきデューティＤｕｔｙｔを算出する。

このように、デューティＸを境として区分された範囲ごとに異なる近似式を用いる場合には、放物線の近似式だけではなく、範囲ごとの特性に応じて、上述のように直線の近似式を用いても良いし、他の曲線の近似式を用いても良い。

なお、近似式の組み合わせとしては、上述のように曲線と直線との組み合わせだけではなく、曲線と曲線または直線と直線との組み合わせであっても良い。

［２．２ 制御部１２の動作］
次に、本実施形態に係る制御部１２の動作について、図９を用いて説明する。
図９は、第２実施形態に係る制御部１２の通常モード時における処理の一例を示すフローチャートであり、同図において図７と同様の要素については同様の符号を付してある。

制御部１２は、図９に示すように、デューティを算出する近似式として、例えば、式１を選択する（ステップＳ３１）。ここで選択する式は、起動制御モードにおいて設定した起動デューティがＸ以上である場合は式１を、Ｘ未満である場合は式２を選択するようにしておく。

そして、制御部１２は、読み込んだフィードバック値が適正範囲内でない場合には（ステップＳ２１、Ｓ２２：ＮＯ）、ステップＳ３２に移行する。

次いで、制御部１２は、選択された近似式を変形した式を用いて、フィードバック値と、ＰＷＭ変換器１３に現在設定しているデューティとから係数Ｋ１またはＫ２を算出し（ステップＳ３２）、この係数と、目標とするフィードバック値とから設定すべきデューティを算出する（ステップＳ３３）。

そして、制御部１２は、現在設定されているデューティを基準として、算出されたデューティがＸを越えたか否かを判定する（ステップＳ３４）。例えば、Ｘを５０％としたときに、現在設定されているデューティが４０％であって、算出したデューティが６０％であった場合には、Ｘを越えたと判断される。また、逆に現在設定されているデューティが６０％であって、算出したデューティが４０％であった場合にも、Ｘを越えたと判断される。

算出されたデューティがＸを越えた場合には、現在選択されている近似式では、次に設定すべきデューティを正確に算出することはできない。そこで、このような場合には、とりあえずデューティＸをＰＷＭ変調器に設定しておくとともに、近似式を変更する。

つまり、制御部１２は、算出されたデューティがＸを越えていない場合は（ステップＳ３４：ＮＯ）、算出したデューティをそのままＰＷＭ変調器１３に設定し、ステップＳ２７に移行するが、Ｘを越えている場合は（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、デューティＸをＰＷＭ変調器１３に設定し、ステップＳ３７に移行する。

そして、ステップＳ３７において、制御部１２は、現在選択されている近似式が式１であるか否かを判定し、式１である場合は（ステップＳ３７：ＹＥＳ）、近似式を式４に変更し（ステップＳ３８）、式１でない場合は（ステップＳ３７：ＮＯ）、近似式を式１に変更する（ステップＳ３９）。

このように処理することにより、次は変更された近似式を用いて、設定すべきデューティを算出するのである。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１実施形態による効果に加えて、制御部１２が、検出抵抗２５によりフィードバックされた転写電流のフィードバック値に基づき、ディーティ−出力特性を近似する近似式をデューティＸで変更することで、夫々の範囲におけるディーティ−出力特性に適した近似式を用いてパラメータ値を制御し、この制御されたデューティでＰＷＭ変調器１３がＰＷＭ信号を生成するので、より正確なフィードバック制御を行うことが可能となる。

なお、上述した各実施形態においては、一次巻線２４ａに供給される電流の大きさの変化の割合を変更するデューティの位置を一箇所のみとしていたが、複数の位置で変更するように構成しても良い。

また、上述した各実施形態においては、制御信号をＰＷＭ信号に、パラメータ値をデューティに夫々適用し、可変制御されたデューティで出力されたＰＷＭ信号を平滑してベース電流切替回路２２に供給していたが、これに限られるものではなく、他の種類の信号及びパラメータ値を適用しても良い。

第１実施形態に係る画像形成装置Ｓの概要構成の一例を示す図である。 第１実施形態に係る高圧電源装置Ｐの概要構成の一例を示す図である。 第１実施形態におけるデューティ−出力特性の一例を示す図である。 第１実施形態におけるデューティ−フィードバック特性の実測値の一例を示す図である。 第１実施形態におけるデューティ−フィードバック特性の実測値に近似曲線を重ね合わせた一例を示す図である。 第１実施形態に係る制御部１２の起動モード時における処理の一例を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る制御部１２の通常モード時における処理の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態におけるデューティ−フィードバック特性の実測値に二つの近似線を重ね合わせた一例を示す図である。 第２実施形態に係る制御部１２の通常モード時における処理の一例を示すフローチャートである。 従来の電源装置におけるデューティ−出力特性の一例を示す図である。

符号の説明

１ メイン基盤
２ 高圧電源部
３ 低圧電源部
４ プロセスユニット
１１ Ａ／Ｄコンバータ
１２ 制御部
１３ ＰＷＭ変調器
２１ 平滑回路
２２ ベース電流切替回路
２３ トランジスタ
２４ トランス
２４ａ 一次巻線
２４ｂ 二次巻線
２５ 検出抵抗
２６ スイッチング発振回路
Ｐ 高圧電源装置
Ｓ 画像形成装置

Claims (6)

1. トランスの二次側の出力電力を制御するための制御信号を、そのパラメータ値を可変制御しつつ出力する制御信号出力手段と、
   前記出力された制御信号に基づいて前記トランスの一次巻線に供給される電力を調節する電力調節手段と、を備え、
   前記電力調節手段は、前記パラメータ値が可変制御される範囲における前記パラメータ値に対して前記一次巻線に供給される電力が単調に変化するように、前記一次巻線に供給される電力を調節し、且つ、前記パラメータ値に対する前記二次側の出力電力が大きくなるに従って、前記パラメータ値の変化に対して前記一次巻線に供給される電力の変化の割合が大きくなるように、前記パラメータ値が可変制御される範囲内の途中におけるあるパラメータ値で、前記パラメータ値の変化に対して前記一次巻線に供給される電力の変化の割合を変更することを特徴とする電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記電力調節手段は、前記パラメータ値が可変制御される範囲において、前記パラメータ値の増加に対して前記一次巻線に供給される電力が単調減少し、前記パラメータ値の減少に対して前記一次巻線に供給される電力が単調増加するように、前記一次巻線に供給される電力を調節することを特徴とする電源装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電源装置において、
   前記二次側の出力電力を出力電圧または出力電流として帰還し、帰還信号を生成する帰還手段を更に備え、
   前記制御信号出力手段は、
   前記帰還信号から得られる値に基づき、前記パラメータ値に対する前記二次側の出力特性を近似する当該パラメータ値のｎ次関数（ｎは１より大きい実数）の近似式を用いて当該パラメータ値を制御するパラメータ値制御手段と、
   前記制御されたパラメータ値で前記制御信号を生成する制御信号生成手段と、
   を更に備えることを特徴とする電源装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の電源装置において、
   前記二次側の出力電力を出力電圧または出力電流として帰還し、帰還信号を生成する帰還手段を更に備え、
   前記制御信号出力手段は、
   前記帰還信号から得られる値に基づき、前記パラメータ値に対する前記二次側の出力特性を近似する近似式を用いて当該パラメータ値を制御するパラメータ値制御手段であって、前記あるパラメータ値で当該制御に用いられる近似式を変更するパラメータ値制御手段と、
   前記制御されたパラメータ値で制御信号を生成する制御信号生成手段と、
   を更に備えることを特徴とする電源装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の電源装置において、
   前記制御信号出力手段は、前記制御信号としてのパルス幅変調信号を、そのデューティを可変制御しつつ出力し、
   前記電力調節手段は、
   前記出力されたパルス幅変調信号を平滑して平滑信号を出力する平滑手段と、
   前記出力された平滑信号に基づいて、前記一次巻線に供給される電力を調節するスイッチング素子に電力を供給する調節電力供給手段であって、前記デューティが可変制御される範囲における前記デューティに対して前記一次巻線に供給される電力が単調に変化するように、前記スイッチング素子に供給される電力を調節し、且つ、前記デューティに対する前記二次側の出力電力が大きくなるに従って、当該デューティの変化に対して前記一次巻線に供給される電力の変化の割合が大きくなるように、あるデューティで、前記デューティの変化に対して前記スイッチング素子に供給される電力の変化の割合を変更する調節電力供給手段と、
   を備えることを特徴とする電源装置。
6. トランスの二次側の出力電力を制御するための制御信号を、そのパラメータ値を可変制御しつつ出力する制御信号出力工程と、
   前記出力された制御信号に基づいて前記トランスの一次巻線に供給される電力を調節する電力調節工程と、を含み、
   前記電力調節工程においては、前記パラメータ値が可変制御される範囲における前記パラメータ値に対して前記一次巻線に供給される電力が単調に変化するように、前記一次巻線に供給される電力を調節し、且つ、前記パラメータ値に対する前記二次側の出力電力が大きくなるに従って、前記パラメータ値の変化に対して前記一次巻線に供給される電力の変化の割合が大きくなるように、前記パラメータ値が可変制御される範囲内の途中におけるあるパラメータ値で、前記パラメータ値の変化に対して前記一次巻線に供給される電力の変化の割合を変更することを特徴とする電源装置の電力調節方法。

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