JP2015133857A - High-voltage electric power unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種電子機器に使用される高圧電源装置に関するものである。 The present invention relates to a high voltage power supply device used in various electronic devices.
以下、従来の高圧電源装置について図面を用いて説明する。図7は従来の高圧電源装置を用いた印字装置の構成を示したブロック図である。ここではまず、感光ドラム1の外周を負の電位に帯電させるための帯電器2が回転する感光ドラム1の外周に接するように配置されている。この帯電器2によって感光ドラム1の外周表面全体を負の電位に帯電させ、その後、露光器3によって感光ドラム1の外周表面における印字に不要な部分に対して露光を行い、感光ドラム1の外周表面において印字に必要な部分のみについて負の帯電状態を残したうえで、その他の部分については非帯電状態とさせている。
Hereinafter, a conventional high-voltage power supply device will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a printing apparatus using a conventional high-voltage power supply device. Here, first, a
次に、現像器4が感光ドラム1の外周に対して、予め正の電荷に帯電させられた状態のトナー(図示せず)を供給する。これによって、感光ドラム1の外周においては、印字に必要な部分へトナー(図示せず)が付着した状態となる。そしてその次に、感光ドラム1とは逆方向に回転する転写ローラ5を紙6へ近接あるいは接触させることによって紙6を負電位へと帯電させる。この負電位によって感光ドラム1の外周に付着していたトナー(図示せず)を紙6へと転写させる。そしてその後、定着器7によってトナー(図示せず)を紙6へと定着させ、紙6への印字を完了させている。また、転写ローラ5では上記のトナー(図示せず)を紙6へと転写させるための負電位を供給させる機能を有するとともに、例えば、紙6の個片間でトナー(図示せず)の転写を必要としないタイミングで一旦、正電位へと反転して帯電させることで、転写ローラ5へ紙6が巻き込まれることを防止する機能などを持たせていた。
Next, the developing
そして最後に、除電器8によって感光ドラム1の帯電状態を取り除くことによって、感光ドラム1の外周正面を初期の状態に戻すことで、印字の工程を完結させるものであった。
Finally, by removing the charged state of the
上記の例では、一般的に帯電器2を負電位に帯電させるために対応するもの、転写ローラ5を正電位および負電位に帯電させるために対応するものとの、3つの系統の高圧電源部が必要とされるものであった。
In the above example, there are generally three systems of high-voltage power supply units, one corresponding to charge the
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献1が知られている。
For example,
しかしながら、先に述べたように帯電器2および転写ローラ5に対して異なる出力電位を有した三種類の高圧電源部が必要とされるため、図8の従来の高圧電源装置の回路ブロック図に示すように、制御駆動部9から帯電器2および転写ローラ5へは、それぞれにおいて個別のトランス10の一次巻線11と二次巻線12、およびこれに電力を供給する駆動回路13を介して帯電のための電圧を供給するものであった。
However, as described above, since three types of high-voltage power supply units having different output potentials are required for the
つまり、帯電器2を負電位へと帯電させるために、トランス10と駆動回路13と制御駆動部9から駆動回路13へ電力を供給する電力路線14および制御信号を送る制御路線15とが、制御駆動部9と帯電器2との間に必要となるものであった。これは同様に、転写ローラ5を負電位へ帯電させるため、あるいは転写ローラ5を正電位に帯電させるために個別にトランス10および駆動回路13が必要となるものであった。
That is, in order to charge the
従って、1つの高電圧の出力に対して1つの駆動回路と1つのトランスとが必要となることから、電源装置を小型化することが困難であるという課題を有するものであった。 Accordingly, since one drive circuit and one transformer are required for one high voltage output, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the power supply device.
そこで本発明は、複数の高電圧を出力可能としつつ電源装置を小型化することを目的とするものである。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce the size of a power supply device while enabling a plurality of high voltages to be output.
そして、この目的を達成するために、一つの一次巻線へ電力を供給する一つの駆動回路部と、
磁心と二次巻線と制御巻線とで構成されて前記一次巻線から前記二次巻線へと磁気結合によって個別に電力が供給される複数の出力部と、前記制御巻線を個別に制御する制御部とを備え、前記駆動回路部は前記一次巻線に対して定電圧で電力を供給し、前記制御部は前記制御巻線を短絡と開放とに切り替えることで前記二次巻線から前記出力部へと出力される電圧を調整するとともに、前記一次巻線は日の字状とした前記磁心が有する三本のうちのいずれかの磁脚に巻回配置され、前記二次巻線および前記制御巻線は前記磁心の他の磁脚のうちの一本の磁脚に巻回配置され、残る一本の磁脚に設けた磁気ギャップによって前記一次巻線と前記二次巻線との結合度が決定されて前記二次巻線から出力される電圧を調整することを特徴としたものである。
And in order to achieve this purpose, one drive circuit unit for supplying power to one primary winding,
A plurality of output units configured by a magnetic core, a secondary winding, and a control winding and individually supplied with power from the primary winding to the secondary winding by magnetic coupling, and the control winding individually A control unit that controls, the drive circuit unit supplies power to the primary winding at a constant voltage, and the control unit switches the control winding between short-circuiting and opening-up so that the secondary winding Adjusting the voltage output from the output section to the output section, and the primary winding is wound around any one of the three magnetic legs of the magnetic core in the shape of a Japanese character, and the secondary winding The wire and the control winding are wound around one magnetic leg of the other magnetic legs of the magnetic core, and the primary winding and the secondary winding are formed by a magnetic gap provided in the remaining one magnetic leg. And the voltage output from the secondary winding is adjusted by determining the degree of coupling with A.
本発明によれば、駆動回路およびトランスの一次巻線を共用したうえで複数の電圧出力を行うことが可能なため、電源装置を小型化することができるものである。 According to the present invention, since it is possible to output a plurality of voltages while sharing the primary winding of the drive circuit and the transformer, the power supply device can be reduced in size.
以下、本発明の実施の形態の一例について図面を用いて説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態)
図1は本発明の実施の形態における高圧電源装置の構成を示す回路ブロック図である。駆動回路16には一次巻線17が接続されているとともに、駆動回路16は一次巻線17へ電力を供給している。この一次巻線17に対して磁気結合された複数の二次側の出力回路として、第1の出力部18と第2の出力部19と第3の出力部20とが設けられている。第1の出力部18には第1の磁心21が備えられ、この第1の磁心21には第1の二次巻線22と第1の制御巻線23が巻回して配置されている。同様に、第2の出力部19には第2の磁心24、第2の二次巻線25と第2の制御巻線26が、第3の出力部20には第3の磁心27、第3の二次巻線28と第3の制御巻線29がそれぞれ備えられ、あるいは巻回して配置されている。
(Embodiment)
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a configuration of a high-voltage power supply device according to an embodiment of the present invention. A
また、第1の制御部30は第1の出力部18に、第2の制御部31は第2の出力部19に、第3の制御部32は第3の出力部20にそれぞれ対応して設けられている。ここで第1の制御部30は第1の出力部18の出力電圧を検知し、この出力電圧に基づいて第1の制御巻線23を開放状態あるいは短絡状態へと切り替える信号を発し、出力電圧を所定の値へと制御する。第2の制御部31と第2の出力部19との関係あるいは、第3の制御部32と第3の出力部20との関係も、上記の第1の制御部30と第1の出力部18との関係と同様である。
The
そして、図2のトランスの第1の構成図に示すように、一次巻線17は日の字型の形状とした第1の磁心21の、磁脚21aに巻回配置されている。また、第1の二次巻線22と第1の制御巻線23とは、磁脚21aと異なる磁脚21bへと巻回配置されている。さらに、一次巻線17、第1の二次巻線22および第1の制御巻線23が非巻回状態となっている磁脚21cには磁気ギャップ21gが形成されている。そして、この磁気ギャップ21gおよび第1の制御巻線23の接続状態によって一次巻線17と第1の二次巻線22との結合度が決定される。つまり、第1の二次巻線22からの出力電圧は磁気ギャップの寸法と第1の制御巻線23の接続状態とに依存することとなる。ここでは、図1に示す第2の磁心24および第3の磁心27もまた日の字型の形状としている。そして、第2の二次巻線25と第2の制御巻線26との、一次巻線17や磁気ギャップ(図示せず)に対する関係性や、あるいは、第3の二次巻線28と第3の制御巻線29との、一次巻線17や磁気ギャップ(図示せず)に対する関係性は、先に図2を用いて述べたものと同様で個別に設定される。
As shown in the first block diagram of the transformer in FIG. 2, the
ここで、一次巻線17は、第1の磁心21、第2の磁心24、第3の磁心27に対して共通して用いられる。
Here, the
以上の構成により、一つの駆動回路16から一つの一次巻線17によって、第1の出力部18、第2の出力部19、第3の出力部20の出力電圧をそれぞれ異なる値で、かつ、任意の極性で取り出すことが可能となる。このため、駆動回路16および一次巻線17を最小限に抑制した配置によって多出力の電源の機能を果たすこととなり、結果として電源装置の小型化を可能とするものである。
With the above configuration, the output voltages of the
また、第1の出力部18、第2の出力部19、第3の出力部20の出力電圧に関する調整は駆動回路16では一切行わない。出力電圧の調整は、予め決定された第1の磁心21、第2の磁心24、第3の磁心27に形成した磁気ギャップと、出力電圧に基づいた第1の制御部30、第2の制御部31、第3の制御部32からの指示によって、第1の制御巻線23、第2の制御巻線26、第3の制御巻線29をそれぞれ個別に開閉することによって行う。つまり、出力電圧の調整はすべてが二次側での対応や二次側に限定した信号の受け渡しによって行うこととなる。このため、駆動回路16や一次巻線17と二次側の各構成要素との間は、高い絶縁性によって分離することが可能となるため、一次側と二次側とは高い絶縁信頼性を確保することが可能となる。
Further, the
ここで、図2に示すトランスの第1の構成図を用いて、一次巻線17、第1の二次巻線22および第1の制御巻線23の動作について詳しく説明する。
Here, the operation of the
まず、一次巻線17に対して一次端子17aから所定の電圧を印加すると、第1の二次巻線22の二次端子22aには一次端子17aに印加した電圧に対応した電圧が発生することになる。ここで、二次端子22aに負荷33が接続されていると、一次巻線17に印加された電圧に対応して第1の磁心21に磁束φ1が発生するとともに磁束φ1を打ち消すために第1の二次巻線22によって第1の磁心21にφ2が発生することとなる。
First, when a predetermined voltage is applied to the primary winding 17 from the primary terminal 17a, a voltage corresponding to the voltage applied to the primary terminal 17a is generated at the
そしてここでは、一次巻線17からはここには図示していない他の複数の二次側へと出力させるために、一次巻線17には概ね一定値の交流電圧が常に印加されることとしている。そこで二次端子22aに発生させる電圧を調整する手段として第1の制御巻線23を用いる。この第1の制御巻線23は、第1の二次巻線22に隣接させたうえで同一の磁脚21bに巻回配置させるとともに、負荷33が接続されている際に短絡状態あるいは開放状態となるよう繰り返し制御される。具体的には、二次端子22aに生じた電圧をフィードバックして開閉スイッチ34の開閉について制御することで、第1の制御巻線23をショートリング状とさせる、あるいはオープンリング状とさせる。そして、第1の制御巻線23をショートリング状とさせた時には二次端子22aに発生させる電圧を抑制することとなるため、第1の制御巻線23をショートリング状とさせる時間を制御することによって二次端子22aに発生させる電圧を制御することとなる。ここで負荷33としては、図示していないが、高圧電源装置に接続する帯電器や転写ローラを適用することが一般的である。本実施例では先に説明したように開閉スイッチ34は、二次端子22aに生じた電圧を帰還させることによって制御されている場合を一例として示している。しかしながら、開閉スイッチ34の制御方法はこれに限ったものではない。例えば、二次端子22aへ供給する電圧値の許容範囲が大きい場合には、開閉スイッチ34は予め決定された信号によって開閉制御されればよい。あるいは、ここでは図示しないものの高圧電源装置を配置した印字装置における関連部位の状態を反映して開閉スイッチ34が制御されてもよい。これによって、高圧電源装置は印字装置の印字状態などを間接的でなく直接的に制御することができる。
Here, in order to output from the primary winding 17 to a plurality of other secondary sides not shown here, a substantially constant AC voltage is always applied to the primary winding 17. Yes. Therefore, the first control winding 23 is used as means for adjusting the voltage generated at the
また、ここでは磁気ギャップ21gを設けた磁脚21cを、一次巻線17を巻回した磁脚21aおよび第1の二次巻線22を巻回した磁脚21bに並列させて設けている。これによって、第1の制御巻線23をオープンリング状とさせている、あるいはショートリング状とさせているそれぞれのタイミングにおいて以下の効果を有することとなる。
Here, the
まず、開閉スイッチが開放状態で第1の制御巻線23がオープンリング状であるときには、一次巻線17によって生じる磁束φ1の一部は磁脚21cへと流れることとなる。このため、第1の二次巻線22によって発生する磁束φ2もまた、磁脚21cが存在しない場合に比較して減少することとなる。つまりこのとき、一次巻線17に電圧が印加された場合に第1の二次巻線22に励起される電圧は、磁脚21cが設けられることで低下することとなり、一次巻線17と第1の二次巻線22とは磁脚21cが存在しない場合に比較して結合は疎の状態となる。
First, when the open / close switch is open and the first control winding 23 is in an open ring shape, a part of the magnetic flux φ1 generated by the primary winding 17 flows to the
従って、第1の制御巻線23がオープンリング状であるときには、磁脚21cが設けられることで一次と二次間とで疎結合となることとなり第1の磁心21全体として磁気飽和が生じにくくなる。この結果、固定値としている一次側電圧の設定値は広範囲の非飽和領域の中から選択することが可能となる。
Therefore, when the first control winding 23 is in an open ring shape, the
この一方で、開閉スイッチが接続状態で第1の制御巻線23がショートリング状であるときには、一次巻線17によって生じる磁束φ1の大半は漏れ磁束として磁脚21cへと流れることとなる。そして、ショートリング状となっている第1の制御巻線23が、磁束φ1に反発する磁束φcを発生させるため、第1の二次巻線によって発生する磁束φ2は第1の制御巻線23がオープンリング状であったときに比較して大幅に減少することとなる。従って、二次端子22aに発生する電圧もまた第1の制御巻線23がオープンリング状であったときに比較して大幅に低下することとなる。つまりこのとき、一次巻線17と第1の二次巻線22とはほとんど結合していない極めて疎の状態となる。
On the other hand, when the open / close switch is connected and the first control winding 23 is in a short ring shape, most of the magnetic flux φ1 generated by the primary winding 17 flows to the
上記の特性を利用するために実際の回路動作としては、開閉スイッチ34の開閉はスイッチング素子(図示せず)をPWM信号によって制御することとなる。これにより、開閉スイッチ34の開閉は高速で切り替わる動作として行われるとともに、二次端子22aに発生させる電圧値も連続性のある値として細かく変化させることや微調整を行うことが可能となる。
In order to utilize the above characteristics, as an actual circuit operation, opening / closing of the open /
例えば、PWM信号で開閉スイッチ34を制御し、PWM信号がHIGHの時に開閉スイッチ34が閉じて第1の制御巻線23がショートリング状とする。このとき、第1の二次巻線22に励起される電圧は、PWM信号がLOWで第1の制御巻線23がオープンリング状のときの電圧に比較して大幅に低下することなる。これとともにPWM信号のデューティ比(HIGH状態が継続する時間)を制御することで第1の二次巻線22に励起される電圧の低下の度合いを制御できることになる。
For example, the open /
以上の説明では開閉スイッチ34に対する制御はPWM信号を用いて行うことから、開閉スイッチ34にFETを用い、これをPWM信号によってON、OFFさせることが一般的である。しかしながら開閉スイッチ34の制御方法は、PWM信号を用いることに限らない。例えば、開閉スイッチ34にトランジスタを用いることで、このトランジスタにインピーダンスを接続して第1の制御巻線23をオープン、ショートの何れかの状態に加え、閉ループではあるもののインピーダンスの高い閉ループからインピーダンスの低い閉ループまで連続的に変化させるとよい。つまり、開閉スイッチ34に対する制御はアナログ信号によって行ってもよい。これによって、第1の二次巻線22に励起される電圧には突発的な電圧が含まれにくくなり、結果として出力電圧を安定して得ることができる。
In the above description, since the control for the open /
そして、漏れ磁束を通過させるための磁脚21cを設けていることにより、第1の制御巻線23が短絡している時にも一次巻線17で生じた磁束が通過する磁路が確保できている状態となる。従って、第1の制御巻線23がショートリング状であるときにも、図1に示す駆動回路16から一次巻線17への電力供給は障害なく継続できることとなる。
And by providing the
ここで仮に、図2に示す磁脚21cが存在しない状態で第1の制御巻線23をショートリング状とすると、一次巻線17によって生じる磁束φ1のすべてを第1の制御巻線23による磁束φcが相殺することとなる。このため、図1に示す駆動回路16および一次巻線17は過負荷状態で動作することとなることから、駆動回路16および一次巻線17のそれぞれに過電流やそれに伴う発熱などの障害を引き起こす可能性が生じる。このため、漏れ磁束を通過させるための磁脚21cを設けることで、回路全体の安定した動作が可能となる。
Here, if the first control winding 23 has a short ring shape without the
ここでは、一次巻線17を巻回した磁脚21aおよび第1の二次巻線22を巻回した磁脚21bには磁気ギャップを設けていない例を用いて説明しているが、磁気飽和特性を考慮してそれぞれに、あるいは一方に磁気ギャップを設けても構わない。基本的には磁気ギャップによって一次側と二次側との結合度が規定されることで出力電圧の最大値が規定されることとなる。そして、第1の制御巻線23を動作させることで、出力電圧の最大値からの低下度が規定されることになる。
Here, the
以上のように、この高圧電源装置では第1の磁心21に漏れ磁束を通過させるための磁脚21cを設けるとともに、第1の制御巻線23をショートリング状とオープンリング状とに反復して切り替えることによって二次端子22aへの出力電圧を制御する。これは、先にも述べたように、連続性を有した電圧値によって速やかに適切な電圧値へと出力電圧を設定することが可能であるとともに、一次側には定電圧の電源を用いたうえで二次側のみで二次側の出力電圧を制御や設定することができ、かつ、一次側の電源を安定した動作状態に維持するこが可能となる。
As described above, in this high-voltage power supply device, the
また、一次側と二次側とはトランスによる絶縁状態で配置されており、さらに一次側と二次側とは帰還回路等による接続も行われず、帰還回路は二次側のみで完結された接続となっている。このため、高電圧側である二次側で短絡等の事故が生じることがあっても一次側への影響は限定したものとして大きな事故へと伝播することを抑制できる。 In addition, the primary side and the secondary side are arranged in an insulated state by a transformer, and further, the primary side and the secondary side are not connected by a feedback circuit or the like, and the feedback circuit is a connection completed only on the secondary side. It has become. For this reason, even if an accident such as a short circuit occurs on the secondary side, which is on the high voltage side, the influence on the primary side is limited, and propagation to a major accident can be suppressed.
ここでは第1の出力部18によって代表して一次巻線17と第1の磁心、第1の二次巻線22、第1の制御巻線23の関係を示しているが、第2の出力部19、第3の出力部20についても一次側と二次側との関係や、二次側の機能は同様である。そして、この実施例では第1の出力部18を正電位出力用として、第2の出力部19を負電位出力用として、第3の出力部20を正電位出力用として説明に用いている。しかしながら、すべての出力部において、正電位出力とするかあるいは負電位出力とするかは要求に応じて対応が可能であり、この実施例に限られたものではない。また、ここでは出力部を第1の出力部18、第2の出力部19、第3の出力部20の3系統の出力を得る電源装置を例として説明しているが、出力に関しては2系統であってもあるいは4系統以上の複数のものであっても構わない。
Here, the relationship between the primary winding 17, the first magnetic core, the first secondary winding 22, and the first control winding 23 is shown as a representative of the
例えば、第1の出力部18、第2の出力部19、および第3の出力部20をすべて正電位出力として、かつ、それぞれの出力電圧を異なった値とした場合の動作について説明する。なお、図1では第2の出力部19は負電位を出力するための接続として図示しているが、以下の説明では便宜上、正電位を出力する接続と仮定して説明する。図3は本発明の実施の形態における高圧電源装置のタイミングチャートである。ここで、図3(a)は一次巻線の電圧を制御する信号の曲線を、図3(b)は一次巻線の電圧曲線を、図3(c)は第1の出力部の制御巻線を制御する信号の曲線を、図3(d)は第1の出力部の二次巻線の電圧曲線を、図3(e)は第1の出力部の出力電圧曲線を、図3(f)は第2の出力部の制御巻線を制御する信号の曲線を、図3(g)は第2の出力部の二次巻線の電圧曲線を、図3(h)は第2の出力部の出力電圧曲線を、図3(i)は第3の出力部の制御巻線を制御する信号の曲線を、図3(j)は第3の出力部の二次巻線の電圧曲線を、図3(k)は第3の出力部の出力電圧曲線を、それぞれ示している。
For example, the operation when the
ここでは図3(a)に示すように、一次側の電圧を供給するために、固定された周波数の制御信号が駆動回路16から発せられ、この制御信号に対応して一次側スイッチ16aが開閉される。この一次側スイッチ16aの開閉によって図3(b)に示すように一次巻線17に一次電圧が供給される。ここで図示している一次電圧は、一次側スイッチ16aが所定の周波数で開閉することによって、並列接続された一次巻線17と共振コンデンサ17bとに生じる共振電圧を用いている。一次巻線17に供給された一次電圧によって第1の二次巻線22、第2の二次巻線25、および第3の二次巻線28のそれぞれに二次電圧が励起される。ここで第1の二次巻線22、第2の二次巻線25、および第3の二次巻線28が、巻回数や一次巻線17との結合度などをはじめとして全て同一の特性を有している場合であっても、それぞれの二次電圧は第1の制御巻線23、第2の制御巻線26、第3の制御巻線29を短絡させている時間に応じて制御される。
Here, as shown in FIG. 3A, in order to supply the primary side voltage, a control signal having a fixed frequency is generated from the
まず、図3(c)に示すように第1の出力部18の出力電圧を制御する制御信号が常にオープンを指示して開閉スイッチ34を常に開放状態とすると、図3(d)に示す第1の二次巻線22の電圧曲線は、電圧が第1の二次巻線22に励起される期間が最も長くなることによって、図3(e)に示す平滑後された直流の出力電圧V1は最大値となる。次に、図3(f)に示すように、第2の出力部19の出力電圧を制御する制御信号が限られた期間t1でショートを指示して、これ以外の期間はオープンを指示して開閉スイッチ35の開閉を繰り返すと、図3(g)に示す第2の二次巻線25の電圧曲線は、電圧が第2の二次巻線25に励起される期間が限定されることによって、図3(h)に示す平滑後された直流の出力電圧V2はV1に比較して低くなる。さらに、図3(i)に示すように、第3の出力部20の出力電圧を制御する制御信号がt1よりも長い期間t2でショートを指示して、これ以外の期間はオープンを指示して開閉スイッチ36の開閉を繰り返すと、図3(j)に示す第3の二次巻線28の電圧曲線は、電圧が第3の二次巻線28に励起される期間がさらに限定されることによって、図3(k)に示す平滑後された直流の出力電圧V3はV2に比較してさらに低くなる。また、ここでは図示していないが、第1の出力部18、第2の出力部19、あるいは第3の出力部20の何れであっても、制御信号が全期間にわたってショートを指示すると、二次側に電圧は励起されなくなり、直流電圧は出力されない。
First, as shown in FIG. 3C, when the control signal for controlling the output voltage of the
ここで、図3(c)、図3(f)、図3(j)に示すそれぞれの二次側に対する制御信号は、すべて図3(a)に示す一次側に対する制御信号に同期している。これによって、第1の二次巻線22、第2の二次巻線25、および第3の二次巻線28のそれぞれに励起される二次電圧もまた概ね同期することになる。従って、第1の二次巻線22、第2の二次巻線、および第3の二次巻線28の相互間に生じる電位差を的確に捕捉することが可能となる。この結果、第1の二次巻線22、第2の二次巻線、および第3の二次巻線28の相互間の絶縁に関して適切な特性の設定ができ、かつ、信頼性を高めることができる。 Here, all the control signals for the secondary side shown in FIG. 3C, FIG. 3F, and FIG. 3J are synchronized with the control signal for the primary side shown in FIG. . As a result, the secondary voltages excited in each of the first secondary winding 22, the second secondary winding 25, and the third secondary winding 28 are also substantially synchronized. Accordingly, the potential difference generated between the first secondary winding 22, the second secondary winding, and the third secondary winding 28 can be accurately captured. As a result, appropriate characteristics can be set for the insulation between the first secondary winding 22, the second secondary winding, and the third secondary winding 28, and the reliability can be improved. Can do.
また、一次巻線17に供給される電圧は一定とするために図3(a)に示すように、駆動回路16を駆動および制御信号は固定された周波数の一定な信号としている。このため、駆動回路16や一次巻線17から放射されるノイズの周波数もまた固定された周波数となる。したがって、このノイズの遮蔽や抑制への手段や対応を容易にできる。これは二次側についても同様であり、一次側と同じ周波数で開閉スイッチ34、35、36への指示を行うことによって、ノイズの遮蔽や抑制への手段や対応を容易にできる。
Further, in order to keep the voltage supplied to the primary winding 17 constant, as shown in FIG. 3A, the
本実施例で特に図2の例では、漏れ磁束を通過させるための磁脚21cは一次巻線17を巻回した磁脚21aと第1の二次巻線22を巻回した磁脚21bとの間に設けて並列配置としていたが、図4のトランスの第2の構成図に示すように、一次巻線17を巻回した磁脚21aと第1の二次巻線22を巻回した磁脚21bと漏れ磁束を通過させるための磁脚21cとを順に並列に配置しても構わない。
In the present embodiment, particularly in the example of FIG. 2, the
また、図1でも示したように一次巻線17は、第1の磁心21、第2の磁心24、第3の磁心27に対して共用で用いられる。これについて具体的な構造の一例を図5(a)のトランスの斜視図および図5(b)のトランスの上面図を用いて説明する。
In addition, as shown in FIG. 1, the primary winding 17 is used in common for the first
ここでは、第1の磁心21、第2の磁心24、第3の磁心27が空間的位置関係として並列して配置されており、個々の磁心には一次巻線17を巻回するための磁脚21a、24a、27aが設けられている。そしてこれらの磁脚21a、24a、27aは単一の一次巻線17によって束ねられる状態として配置されている。
Here, the first
また、第1の二次巻線22は第1の磁心21の磁脚21bに、第2の二次巻線25は、第2の磁心24の磁脚24bに、第3の二次巻線28は第3の磁心27の磁脚27bにそれぞれ巻回配置されている。そして、第1の二次巻線22、第2の二次巻線25、第3の二次巻線28のそれぞれには、隣接して第1の制御巻線(ここでは図示せず)、第2の制御巻線26、第3の制御巻線29が巻回配置されている。これらの制御巻線が、それぞれの二次巻線の出力電圧を制御することは先にも述べたとおりである。
The first secondary winding 22 is on the
さらに、第1の磁心21、第2の磁心24、第3の磁心27のそれぞれに漏れ磁束に対応させるための磁脚21c、24c、27cが設けられている。さらにここでは、一次巻線17を境界として、第1の二次巻線22と第3の二次巻線28とを一次巻線17の一方側に、第2の二次巻線25を一次巻線17の他方側に配置している。また、漏れ磁束に対応させるための磁脚21c、24c、27cは概ね同一線上の一列に配列させたうえで一次巻線17と第2の二次巻線25との間に位置させている。
Further,
トランスを以上の構成とすることにより、単一の一次巻線17は磁脚21a、24a、27aを束ね、第1の二次巻線22、第2の二次巻線25、第3の二次巻線28に対して共通して適用される形態となる。このため、一次巻線17によって励起される磁束は概ね均等に磁脚21a、24a、27aを通ることとなる。従って、第1の二次巻線22、第2の二次巻線25、第3の二次巻線28のそれぞれから出力される電圧や供給が可能な電力を安定させることが可能となり、高圧電源として高い信頼性を維持することができる。
By configuring the transformer as described above, the single primary winding 17 bundles the
また、第1の磁心21、第2の磁心24、第3の磁心27は位置として並列に配置されたうえで、それぞれの磁脚21a、24a、27aが一次巻線17によって束ねられるために、一次巻線17の巻き軸方向からの外観は必然的に矩形状となりやすくなる。そして、矩形状となった一次巻線17を境界として、一方側に第1の二次巻線22と第3の二次巻線28とを配置し、他方側に第2の二次巻線25を配置している。よって、それぞれの巻線が如何なる極性であったとしても空間距離を大きくすることとなり、高電圧を出力するそれぞれの二次巻線の絶縁性を向上させることが可能となる。さらには、矩形状となった一次巻線17を境界として、一方側に第1の二次巻線22と第3の二次巻線28とを同極性出力として配置し、逆極性出力として他方側に第2の二次巻線25を配置している。よって、高電圧を出力することとなるそれぞれの二次巻線の絶縁性を向上させることが可能となる。
In addition, since the first
これについては例えば、第1の二次巻線22と第3の二次巻線28とを高圧正電位側出力とし、第2の二次巻線25を高圧負電位側出力とした場合、電位差が大きくなる第2の二次巻線25と、第1の二次巻線22あるいは第3の二次巻線28とは一次巻線17を介したうえで大きな距離を隔てた位置関係となる。また同時に、第2の磁心24が第1の磁心21と第3の磁心27との間に配置されており、かつ、第2の二次巻線25は、第1の二次巻線22および第3の二次巻線28と一次巻線17に対して配置の方向が異なるために、第1の二次巻線22と第3の二次巻線28との間にも空間が存在することとなる。これにより、同一極性間および逆極性間での二次巻線間の絶縁性を向上させることが可能となる。
For example, when the first secondary winding 22 and the third secondary winding 28 are high-voltage positive potential side outputs, and the second secondary winding 25 is high-voltage negative potential side output, the potential difference The second secondary winding 25 and the first secondary winding 22 or the third secondary winding 28 have a large positional relationship through the primary winding 17 with a large distance therebetween. . At the same time, the second
ここではさらに、漏れ磁束に対応させるための磁脚21c、24c、27cを一次巻線17と第2の二次巻線25との間に位置させている。これにより、個々の二次巻線間の空間距離を一層大きくすることができ、絶縁性を向上させることが可能となる。
Here, the
これらの説明では、第1の二次巻線22と第3の二次巻線28とを高圧正電位側出力用とし、第2の二次巻線25を高圧負電位側出力用としているが、第1の二次巻線22と第3の二次巻線28とを高圧負電位側出力用、第2の二次巻線25を高圧正電位側出力用としても何ら問題はない。 In these descriptions, the first secondary winding 22 and the third secondary winding 28 are for high-voltage positive potential side output, and the second secondary winding 25 is for high-voltage negative potential side output. There is no problem even if the first secondary winding 22 and the third secondary winding 28 are used for high-voltage negative potential side output, and the second secondary winding 25 is used for high-voltage positive potential side output.
以上のトランスの構造に関しては、磁心と巻線との関係性についてのみ述べているものの、実際にトランスを構成するにあたっては、磁心と巻線とを互いに保持や固定するためにボビン(図示せず)を用いることとなるが、ここでは説明を省略した。 Regarding the structure of the above transformer, only the relationship between the magnetic core and the winding is described. However, in actually configuring the transformer, a bobbin (not shown) is used to hold and fix the magnetic core and the winding to each other. ), But the explanation is omitted here.
また、本実施例で示したトランスは個別の磁心である第1の磁心21、第2の磁心24、第3の磁心27が空間的位置関係として並列に配置して構成されている。そして、ここではそれぞれの磁心のうち磁脚21a、24a、27aを一次巻線17で束ねた形態を一例として示したが、個別の磁心を並列配置せずに一体化しても構わない。図5(b)のトランスの上面図では、先にも説明したように一次巻線17を巻回するための磁脚21a、24a、27aは個別に設けられている。これに対して、図6(a)、(b)のトランスの斜視図に示すように、一体型磁心37は一次巻線17を巻回するための共通磁脚38を備えている。
Further, the transformer shown in this embodiment is configured by arranging the first
そしてこの共通磁脚38に巻回した一次巻線17の電力から、例えば3系統の二次側の電力を取り出す場合は、図6(a)に示すように共通磁脚38を中心として放射状に三方向の最外側へ二次側磁脚39を配置して一体型磁心37を形成するとよい。当然ながらそれぞれの二次側磁脚39には、第1の二次巻線22、第1の制御巻線23が隣接して、第2の二次巻線25、第2の制御巻線26が隣接して、第3の二次巻線28、第3の制御巻線29が隣接して巻回配置されている。また、共通磁脚38とそれぞれの二次側磁脚39との間には漏れ磁脚40が設けられ、漏れ磁脚40には磁気ギャップ40gが形成されている。特に、共通磁脚38を中心として放射状に三方向の最外側へ二次側磁脚39を配置して一体型磁心37を形成した場合、それぞれの二次側磁脚39を通る磁束が干渉を受け難くなるため、トランスとしての特性を安定させることができる。また、第1の二次巻線22、第2の二次巻線25、第3の二次巻線28それぞれを隔てる距離を最大限に得ることができ、これによって絶縁性信頼性を向上させることができる。
When, for example, three systems of secondary power are extracted from the power of the primary winding 17 wound around the common
あるいは3系統の二次側の電力を取り出す場合に、図6(b)に示すように共通磁脚38を境界として、一方に第2の二次巻線25と第2の制御巻線26とを隣接させて巻回するための二次側磁脚39を配置し、他方に第1の二次巻線22と第1の制御巻線23とを隣接させて巻回するための二次側磁脚39を、第3の二次巻線28と第3の制御巻線29とを隣接させて巻回するための二次側磁脚39を配置してもよい。この場合、第1の二次巻線22と第3の二次巻線28とには同極性の電圧を発生させるように、かつ、第2の二次巻線25には第1の二次巻線22と第3の二次巻線28と逆極性の電圧を発生させるように設定するとよい。これは、同極性の場合は、第1の二次巻線22と第3の二次巻線28とが接近しても大きな電位差が生じにくく、また、大きな電位差が生じやすい逆極性の巻線は離れた配置となるため、密集した巻線配置としても絶縁信頼性を維持することができる。
Alternatively, when taking out the power of the secondary side of the three systems, the second secondary winding 25 and the second control winding 26 are arranged on one side with the common
また、共通磁脚38を用いることによって、共通磁脚38に巻回する一次巻線17の導体長を短縮して直流抵抗を抑制できるため、一次巻線17での電力損失を低減できる。従って、高圧電源装置全体としての電力効率を向上させることができる。
Further, by using the common
本発明の高圧電源装置は、電源装置を小型化することができるという効果を有し、各種電子機器において有用である。 The high-voltage power supply device of the present invention has an effect that the power supply device can be reduced in size, and is useful in various electronic devices.
16 駆動回路
16a 一次側スイッチ
17 一次巻線
17a 一次端子
17b 共振コンデンサ
18 第1の出力部
19 第2の出力部
20 第3の出力部
21 第1の磁心
21a、21b、21c 磁脚
21g、40g 磁気ギャップ
22 第1の二次巻線
22a 二次端子
23 第1の制御巻線
24 第2の磁心
24a、24b、24c 磁脚
25 第2の二次巻線
26 第2の制御巻線
27 第3の磁心
27a、27b、27c 磁脚
28 第3の二次巻線
29 第3の制御巻線
30 第1の制御部
31 第2の制御部
32 第3の制御部
33 負荷
34、35、36 開閉スイッチ
37 一体型磁心
38 共通磁脚
39 二次側磁脚
40 漏れ磁脚
DESCRIPTION OF
Claims (4)
磁心と二次巻線と制御巻線とで構成されて前記一次巻線から前記二次巻線へと磁気結合によって個別に電力が供給される複数の出力部と、
前記制御巻線を個別に制御する制御部とを備え、
前記駆動回路部は前記一次巻線に対して定電圧で電力を供給し、
前記制御部は前記制御巻線を短絡と開放とに切り替えることで前記二次巻線から前記出力部へと出力される電圧を調整するとともに、
前記一次巻線は日の字状とした前記磁心が有する三本のうちのいずれかの磁脚に巻回配置され、
前記二次巻線および前記制御巻線は前記磁心の他の磁脚のうちの一本の磁脚に巻回配置され、
残る一本の磁脚に設けた磁気ギャップによって前記一次巻線と前記二次巻線との結合度が決定されて前記二次巻線から出力される電圧を調整する高圧電源装置。 One drive circuit for supplying power to one primary winding;
A plurality of output units configured by a magnetic core, a secondary winding, and a control winding and individually supplied with electric power by magnetic coupling from the primary winding to the secondary winding;
A control unit for individually controlling the control winding,
The drive circuit unit supplies power at a constant voltage to the primary winding,
The control unit adjusts the voltage output from the secondary winding to the output unit by switching the control winding between short circuit and open, and
The primary winding is wound around any one of the three magnetic legs of the magnetic core in the shape of a sun,
The secondary winding and the control winding are wound around one of the other magnetic legs of the magnetic core;
A high-voltage power supply apparatus that adjusts a voltage output from the secondary winding by determining a degree of coupling between the primary winding and the secondary winding by a magnetic gap provided in the remaining one magnetic leg.
前記制御部が前記制御巻線を短絡もしくは開放させるための出力制御信号とは、
同一の周波数でかつ、同期させている請求項1に記載の高圧電源装置。 A drive control signal for controlling a voltage supplied to the primary winding by the drive circuit;
The output control signal for the control unit to short-circuit or open the control winding,
The high-voltage power supply device according to claim 1, which has the same frequency and is synchronized.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014004745A JP2015133857A (en) | 2014-01-15 | 2014-01-15 | High-voltage electric power unit |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110704962A (en) * | 2019-08-29 | 2020-01-17 | 石家庄科林电气股份有限公司 | Manufacturing method of double-power output energy-taking magnetic core |
EP3681026A1 (en) | 2019-01-14 | 2020-07-15 | Kollmorgen Corporation | Method and apparatus for limiting the output voltages of switch mode power supplies |
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- 2014-01-15 JP JP2014004745A patent/JP2015133857A/en active Pending
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US10840696B2 (en) | 2019-01-14 | 2020-11-17 | Kollmorgen Corporation | Method and apparatus for limiting the output voltages of switch mode power supplies |
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