特許 7492902 異常検知機能付き高圧出力回路および高圧出力の異常検知方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-22

(45)【発行日】2024-05-30

(54)【発明の名称】異常検知機能付き高圧出力回路および高圧出力の異常検知方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20240523BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020185871

(22)【出願日】2020-11-06

(65)【公開番号】P2022075217

(43)【公開日】2022-05-18

【審査請求日】2023-09-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000005049

【氏名又は名称】シャープ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100065248

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100159385

【弁理士】

【氏名又は名称】甲斐 伸二

(74)【代理人】

【識別番号】100163407

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 裕輔

(74)【代理人】

【識別番号】100166936

【弁理士】

【氏名又は名称】稲本 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100174883

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 雅己

(72)【発明者】

【氏名】簑田 輝

【審査官】安食 泰秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０４２２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２１０７３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０３４９７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高圧トランスを含み負荷へ出力すべき電圧と電流を生成する高圧回路と、
前記高圧回路の出力電圧または出力電流の目標入力を受付ける低圧の入力回路と、
受付けた目標値に応じて前記高圧回路の出力を制御する低圧の制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記制御回路を流れる高圧出力電流相当の制御電流の大きさを非線形に検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路が検出する検出値に基づいて正常動作か異常動作かを判定する異常判定回路とを備え、
前記電流検出回路は、正常動作の範囲内で所定値未満の電流に対して略比例する検出値を出力し前記所定値以上の電流に対して略一定の検出値を出力し、
前記異常判定回路は、前記検出値に基づいて前記制御電流の有無を判定し、正常動作か異常動作かを判定する、異常検知機能付き高圧出力回路。

【請求項2】

前記異常判定回路は、前記略一定の検出値未満の予め定められた値に対する前記検出値の大小を判定することにより正常動作か異常動作かを判定する請求項１に記載の高圧出力回路。

【請求項3】

前記入力回路は、出力電流の目標値の入力を受付け、
前記制御回路は、受け付けた出力電流の目標値に応じて前記高圧回路の出力電流を制御する請求項１または２に記載の高圧出力回路。

【請求項4】

前記入力回路は、出力電圧の目標値の入力を受付け、
前記制御回路は、受け付けた出力電圧の目標値に応じて前記高圧回路の出力電圧を制御する請求項１または２に記載の高圧出力回路。

【請求項5】

高圧トランスを含み負荷へ出力すべき電圧と電流を生成する高圧回路と、前記高圧回路の出力電圧または出力電流の目標入力を受付ける低圧の入力回路と、受付けた目標値に応じて前記高圧回路の出力を制御する低圧の制御回路とを備える高圧出力回路において、前記制御回路が、
正常動作の範囲内で所定値未満の電流に対して略比例する検出値を出力し前記所定値以上の電流に対して略一定の検出値を出力する電流検出回路を用いて、高圧出力電流相当の制御電流の大きさを検出するステップと、
前記検出値に基づいて前記制御電流の有無を判定するステップと、
前記制御電流の有無に対応して正常動作か異常動作かを判定するステップとを備える、高圧出力の異常検知方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、異常検知機能付きの高圧出力回路および高圧出力の異常検知方法に関し、より詳細には、電子写真プロセスの帯電、転写等に使用される、異常検知回路を備えた高圧出力回路および異常検知方法に関する。高圧出力回路の負荷オープンおよび回路故障により高圧電流が流れない出力停止状態を検知する異常検知回路である。

【背景技術】

【0002】

トナーを用いて画像を生成する電子写真プロセスにおいて、帯電したトナーの挙動を制御するための電圧を得るために高圧出力回路が用いられている。この用途の高圧出力回路は、一般に数ｋＶ～十ｋＶ超程度の高い電圧を発生させるが、それによって流れる負荷電流は１００μＡ以下（数μＡ～数十μＡ程度）の微小なものである。
高圧出力回路またはそれに接続される放電器や導電性ローラ等の負荷に異常が発生すると、画像が生成されなかったり不良となったりする。印刷装置の本質的な機能に係る障害であり迅速な対応が求められる。
そこで、迅速な原因究明を実現するために、高圧出力回路に異常検知の機能を持たせることが多い。画像が生成されなかったり不良となったりする原因は他にもあり得るので、他の原因との切り分けを行って迅速かつ的確な対応を実現するためである。

【0003】

従来、高圧出力の異常状態（負荷開放や回路故障による高圧出力停止）の検知は、高圧出力回路からの出力電圧をモニターすることにより行うことが多い。
図４は、異常検出回路を備えた、従来の高圧出力回路の構成の一例を示す回路図である。図４に示す従来の高圧出力回路２００で、鎖線で囲まれたグレーの領域は、数ｋＶ～十ｋＶ超程度の高電圧を扱う高圧部である。一般に、電力設備等の分野では直流で７５０Ｖ以上の電圧は高圧（高電圧）に区分される。７５０Ｖ未満の電圧は低圧（定電圧）に区分される。図４で、高圧部以外の部分は、低圧部といえるが、図４に示す低圧部は、好ましくは所謂２次回路で、交流については尖頭電圧が４２．４Ｖ以下、直流については６０Ｖ以下の電圧を扱う回路である。高電圧は、高圧部２０２から高圧トランスＴ２０４を介した１次側にあるトランジスタＱ２０６のスイッチング動作によって生成される。即ち、一方が低圧の電源電圧Ｖ_ＤＤに接続され他方がトランジスタＱ２０６に接続された高圧トランスＴ２０４の１次側巻線に、トランジスタＱ２０６をスイッチングさせて電流を流すと、高圧トランスＴ２０４の２次側巻線およびそれに接続された高圧部２０２に高電圧が発生する。

【0004】

トランジスタＱ２０６のスイッチング動作に係るオンおよびオフは、スイッチング制御回路２０８が制御する。スイッチング制御回路２０８の入力部分には差動アンプ２１０が配置されており、差動アンプ２１０の片側の入力端子は基準電圧Ｖｒｅｆ_１に接続されている。基準電圧Ｖｒｅｆ_１は、一定の大きさの電圧であって一例でその大きさは２．５Ｖである。
差動アンプ２１０の他方の入力端子は、高圧出力回路２００が正常に動作している状態でバーチャルショートによって基準電圧Ｖｒｅｆ_１と同じ電圧（２．５Ｖ）である。図４に実太い線で示す箇所の電圧Ｖ_１は、バーチャルショートによって通常はＶｒｅｆ_１と同じ２．５Ｖに維持される。

【0005】

前記他方の入力端子は、抵抗を介して異なる基準電圧Ｖｒｅｆ_０に接続されている。基準電圧Ｖｒｅｆ₀は、一定の大きさの電圧であって一例でその大きさは５Ｖである。従って、通常は、基準電圧Ｖｒｅｆ_０から太い線で示す電圧Ｖ_１の箇所へ、一定の電流Ｉ_０が流れる。
また、差動アンプ２１０の他方の入力端子は、抵抗を介して出力アナログ命令に接続されている。出力アナログ命令は、可変の電圧Ｖ_ｃであって、一例でその大きさは０～５Ｖの電圧をとる。出力アナログ命令がとる電圧Ｖ_ｃの大きさは、高圧部２０２から出力させるべき目標の電流または電圧の大きさに対応する。高圧出力回路２００が定電流型の場合は、出力アナログ命令の電圧Ｖ_ｃに応じた大きさの出力電流Ｉ_ｏｕｔを外部の負荷２４０に流すようにスイッチング制御回路２０８がトランジスタＱ２０６のスイッチングを制御する。なお、図４では高圧出力回路２００が定電流型としている。

【0006】

高圧出力回路２００が定電圧型の場合は、出力アナログ命令の電圧Ｖ_ｃに応じた大きさの出力電圧Ｖ_ｏｕｔを負荷２４０に印加するようにスイッチング制御回路２０８がトランジスタＱ２０６のスイッチングを制御する。
図４において、出力アナログ命令の電圧Ｖ_ｃが基準電圧Ｖｒｅｆ_０よりも小さい場合、即ち、Ｖ_ｃが０Ｖ以上、５Ｖ未満の場合は、基準電圧Ｖｒｅｆ_０からの電流Ｉ_０の少なくとも一部が、抵抗を介して出力アナログ命令へ流れる。図４ではこの電流をＩ_２で示している。Ｖ_ｃが５Ｖの場合、電流Ｉ_２はゼロである。

【0007】

基準電圧Ｖｒｅｆ_０からの電流Ｉ_０のうち、出力アナログ命令へ流れる電流Ｉ_２を除く分は、図４に電流Ｉ_１で示す経路を経て高圧部へ流れる。差動アンプ２１０の入力端子は高抵抗で、電流は実質的に流入しない。
スイッチング制御回路２０８は、電流Ｉ_１の大きさに応じた大きさの電流Ｉ_ｏｕｔを負荷２４０に流すようにトランジスタＱ２０６のスイッチング、言い換えると出力電圧Ｖ_ｏｕｔの大きさを制御するともいえる。

【0008】

このような従来の高圧出力回路２００において、異常状態の検知は、高圧出力回路２００の出力電圧Ｖ_ｏｕｔをモニターし、正常動作の範囲を超えるか、あるいは正常動作の範囲を下回ると異常状態と検知している。
図４に従来の異常検知回路の具体的な構成を示している。出力電圧Ｖ_ｏｕｔを所定の値と比較するために、高圧出力回路２００の出力側の負荷２４０と並列に抵抗Ｒ２１２、（ダイオードＤ２１４）、抵抗Ｒ２１６およびＲ２１８を直列接続した電圧検知回路を設ける。抵抗Ｒ２１２とＲ２１６の間の電圧をＶ_２、抵抗Ｒ２１６とＲ２１８の間の電圧をＶ_３としている。電圧Ｖ_２およびＶ_３は、分圧比が異なるが何れも出力電圧Ｖ_ｏｕｔが分圧された電圧である。なお、異常検知回路の抵抗Ｒ２１２、Ｒ２１６およびＲ２１８に流れる電流は、負荷２４０に流れる電流に比べて十分小さくなるように設定する必要がある。そうしなければ、変動する負荷２４０に対して高精度の定電流制御が実現できない。

【0009】

図４に示すように異常検知回路は、電圧Ｖ_２を、コンパレータＩＣ２２０を用いて基準電圧Ｖｒｅｆ_２と比較し、電圧Ｖ_３を、別のコンパレータＩＣ２２２を用いて基準電圧Ｖｒｅｆ_３と比較する。
出力電圧Ｖ_ｏｕｔがゼロでない限り、電圧Ｖ_２とＶ_３は、分圧比の関係からＶ_２＞Ｖ_３の関係にある。それに対応して基準電圧の大きさは、Ｖｒｅｆ_２＜Ｖｒｅｆ_３に設定されている。
正常な（通常動作の）状態では、Ｖｒｅｆ_２≦Ｖ_３＜Ｖ_２≦Ｖｒｅｆ_３の関係にあり、従って、コンパレータＩＣ２２０およびＩＣ２２２の出力は何れもＨｉレベルである。よって、正常時に出力端のトランジスタＱ２２４はオン状態、異常検知信号Ｓ_{ａｌｅｒｔ}はＬｏレベルである。

【0010】

異常状態は、Ｖｒｅｆ_２＞Ｖ_２の状態になるか、またはＶ_３＞Ｖｒｅｆ_３の状態になる場合である。何れかの状態になると、トランジスタＱ２２４がオフ状態になる。その結果、異常検知信号Ｓ_{ａｌｅｒｔ}は、異常を示すＨｉレベルになる。
高圧出力回路２００の回路基板が故障して出力電圧Ｖ_ｏｕｔがゼロの状態になると、電圧Ｖ_２とＶ_３もゼロになる。従って、上述のＶｒｅｆ_２＞Ｖ_２の状態が検知される。その結果、異常検知信号Ｓ_{ａｌｅｒｔ}は、異常を示すＨｉレベルになる。
また、負荷がオープンの状態になると、負荷に目標とする大きさの出力電流Ｉ_ｏｕｔを流そうとして出力電圧Ｖ_ｏｕｔが上昇する。従って、正常動作範囲を超えた上述のＶ_３＞Ｖｒｅｆ_３の状態が検知される。その結果、異常検知信号Ｓ_{ａｌｅｒｔ}は、異常を示すＨｉレベルになる。

【0011】

高圧出力回路の異常検知に関して、その他の技術も知られている。
例えば、出力量を検知する手段（出力量検知手段）として出力電流を検知する出力量検知１と出力電圧を検知する出力検知２を備えた高圧電源装置である。例えば、電圧制御モードの場合、出力量検知手段（出力検知２）で検知された出力電圧を、相当する検知電圧に変換する。そして、変換された電圧と出力目標値のデータをアナログ電圧に変換した基準電圧（目標の出力電圧）とをコンパレータで比較する。比較結果の信号を、ＰＷＭパルスを生成するＰＷＭパルス生成手段に送り、出力目標値に応じた出力量（出力電圧）を得るように制御する。
さらに、異常検知を実施する場合、前記基準電圧を、目標の出力電圧から出力電流が異常な場合に発生する出力電流相当に切り替えて設定する。そして、出力量検知１で検知された出力電流を、相当する検知電圧に変換し、切り替えた基準電圧と前記コンパレータで比較する。コンパレータの出力結果が異常を示す場合は、高圧トランスの駆動パルスを停止させて高圧出力の保護を行う（例えば、特許文献１の従来技術の記載参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【文献】特開２００３－３２４９５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

図４に示す従来の異常検知回路は、負荷の大きさ（抵抗値）が変動して大きくなった場合、定電流型では、大きな抵抗値の負荷に目標の電流Ｉ_ｏｕｔを流そうとして出力電圧Ｖ_ｏｕｔを上昇させる結果、正常動作の範囲内であってもＶ_３＞Ｖｒｅｆ_３の状態となり、異常状態が検知されることがある。
逆に、負荷（抵抗値）が小さくなった場合、小さな抵抗値の負荷に目標の電流を流すために出力電圧Ｖ_ｏｕｔを抑制する結果、正常動作の範囲内であってもＶｒｅｆ_２＞Ｖ_２の状態となり、異常状態が検知されることがある。

【0014】

例えば、トナーを印刷用紙に転写する転写プロセスにおいて、高圧出力回路の負荷の抵抗値は、印刷用紙が転写部を通過しているときと、通過していないとき（印刷用紙が通過する前後のタイミング）ときで、負荷抵抗の大きさが変動する。さらに、印刷用紙の種類、転写を行う際の気温や湿度等の周囲環境、印刷用紙の吸湿状態等によっても負荷抵抗の大きさが変動し、また、目標とする電流の大きさも変動する。すべての条件かで誤った異常検知を避けて異常状態を検知できるような基準電圧Ｖｒｅｆ_２およびＶｒｅｆ_３を設定することは容易でない。

【0015】

定電圧型の場合は、負荷がオープンの状態になっても目標の出力電圧Ｖ_ｏｕｔを出力する制御がなされる。よって、出力電圧Ｖ_ｏｕｔをモニターしても、外部の負荷がオープンの状態になっていることを検知することができない。

【0016】

また、特許文献１のもののように出力電流を相当する電圧に変換して基準電圧と比較することで異常検知を行うことも考えられる。しかし、特許文献１には、出力電流を検出する回路の具体的な構成までは記載されていない。一般的な電流検知回路は、電流路にシャント抵抗を挿入し電流の大きさに応じてその両端に発生する電位差を検出するものである。しかし、上述したように高圧出力回路は負荷電流が微小であり、ある程度大きな抵抗値のシャント抵抗を用いなければ十分な電位差が得られず、高い精度の異常検知が実現できない。
図４に示す高圧出力回路においては、電流Ｉ_１の電流路にシャント抵抗を挿入することになるが、出力電流Ｉ_ｏｕｔの設定範囲が広いと、シャント抵抗の両端に発生する電位差が大きくなり過ぎて正常なフィードパック制御ができなくなる場合が生じる。
この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであって、高圧出力回路の出力停止および負荷オープン状態を単純な構成で検知しかつ高信頼度の検知を実現できる異常検知回路を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0017】

この発明は、高圧トランスを含み負荷へ出力すべき電圧と電流を生成する高圧回路と、前記高圧回路の出力電圧または出力電流の目標入力を受付ける低圧の入力回路と、受付けた目標値に応じて前記高圧回路の出力を制御する低圧の制御回路とを備え、前記制御回路は、前記制御回路を流れる高圧出力電流相当の制御電流の大きさを非線形に検出する電流検出回路と、前記電流検出回路が検出する検出値に基づいて正常動作か異常動作かを判定する異常判定回路とを備え、前記電流検出回路は、正常動作の範囲内で所定値未満の電流に対して略比例する検出値を出力し前記所定値以上の電流に対して略一定の検出値を出力し、前記異常判定回路は、前記検出値に基づいて前記制御電流の有無を判定し、正常動作か異常動作かを判定する、異常検知機能付き高圧出力回路を提供する。

【0018】

また、異なる観点からこの発明は、高圧トランスを含み負荷へ出力すべき電圧と電流を生成する高圧回路と、前記高圧回路の出力電圧または出力電流の目標入力を受付ける低圧の入力回路と、受付けた目標値に応じて前記高圧回路の出力を制御する低圧の制御回路とを備える高圧出力回路において、前記制御回路が、正常動作の範囲内で所定値未満の電流に対して略比例する検出値を出力し前記所定値以上の電流に対して略一定の検出値を出力する電流検出回路を用いて、高圧出力電流相当の制御電流の大きさを検出するステップと、前記検出値に基づいて前記制御電流の有無を判定するステップと、前記制御電流の有無に対応して正常動作か異常動作かを判定するステップとを備える、高圧出力の異常検知方法を提供する。

【0019】

この発明は、従来のように出力電流の相当量を検知することをせず、非線形に出力電流相当量の検出値を得、得られた検出値から出力電流相当量の有無を判定することにより異常検知を行うものである。得られた出力電流相当量の検出値に基づいて、出力電流が流れていると判断すれば正常動作とし、出力電流が流れていないと判断すれば、出力停止あるいは負荷オープンの異常状態とする。

【発明の効果】

【0020】

この発明による高圧出力回路において、制御回路は、正常動作の範囲内で所定値未満の電流に対して略比例する検出値を出力し前記所定値以上の電流に対して略一定の検出値を出力する電流検出回路により、制御回路を流れる高圧出力電流相当の制御電流の大きさを検出し、制御電流の有無を判定することにより異常検知を行うので、高圧出力回路の出力停止および負荷オープン状態を単純な構成で検知しかつ高信頼度の検知を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】この実施形態による、異常検出回路を備えた高圧出力回路の構成例を示す回路図である。

【図2A】図１に示す高圧出力回路において、出力アナログ命令の電圧Ｖ_ｃのレベルが異なる５段階をとる様子を示す説明図である。

【図2B】図１に示す高圧出力回路において、出力電圧Ｖ_ｏｕｔの正常時、負荷オープン時および出力停止時のレベルを示す説明図である。

【図2C】図１に示す高圧出力回路において、出力電流Ｉ_ｏｕｔの正常時、負荷オープン時および出力停止時のレベルを示す説明図である。

【図3A】図１に示す高圧出力回路において、電圧Ｖ_１の正常時、負荷オープン時および出力停止時のレベルを示す説明図である。

【図3B】図１に示す高圧出力回路において、電圧Ｖ_４の正常時、負荷オープン時および出力停止時のレベルを示す説明図である。

【図4】異常検出回路を備えた、従来の高圧出力回路の構成の一例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。
（実施の形態１）
図１は、この実施形態による、異常検出回路を備えた高圧出力回路の構成例を示す回路図である。図１において、高圧トランスＴ１０４を含む高圧部１０２の部分は図４と共通している。
図４と同様に、スイッチング制御回路１０８は、電流Ｉ_１の大きさに応じた大きさの電流Ｉ_ｏｕｔを負荷１４０に流すようにトランジスタＱ１０６のスイッチングを制御する。

【0023】

差動アンプ１１０の入力端子にバーチャルショートの関係が成立するので、正常動作時の太い実線部分の電圧Ｖ_１は、基準電圧Ｖｒｅｆ_１に等しい。数値の一例は、２．５Ｖである。電流Ｉ_１の大きさは、基準電圧Ｖｒｅｆ_０から太い線で示す電圧Ｖ_１の箇所へ流れる一定の電流Ｉ_０から出力アナログ命令へ流れる電流Ｉ_２を差し引いたものになる。基準電圧Ｖｒｅｆ_０の数値の一例は、５Ｖである。出力アナログ命令の電圧Ｖ_ｃの数値の一例は、０～５Ｖである。

【0024】

電流Ｉ_１の電流路に、抵抗Ｒ１２８とツェナーダイオードＺＤ１３０が並列に接続されている。電流Ｉ_１が流れると、抵抗Ｒ１２８の両端には電流Ｉ_１の大きさに応じた電位差が生じるが、抵抗Ｒ１２８と並列にツェナーダイオードＺＤ１３０が接続されているので、その電位差は電流Ｉ_１が大きくなるとツェナーダイオードＺＤ１３０のツェナー電圧Ｖ_ｚで頭打ちになる。

【0025】

図１で、ツェナーダイオードＺＤ１３０のアノード側の電圧をＶ_４で示している。電流Ｉ_１が流れると、カソード側の電圧Ｖ_１よりもアノード側の電圧Ｖ_４が低くなる。上述のように、
Ｖ_１－ Ｖ_４ ≦ Ｖ_ｚ
の関係にある。
電流Ｉ_１が流れなければ、抵抗Ｒ１２８の両端に電位差が生じないので、Ｖ_１＝ Ｖ_４ である。

【0026】

異常検知回路は、コンパレータＩＣ１２６を用いて電圧Ｖ_４を基準電圧Ｖｒｅｆ_４と比較する。基準電圧Ｖｒｅｆ_４は、以下のように設定される。電流Ｉ_１が流れない状態では電圧Ｖ_４よりも低い。正常動作の電流Ｉ_１が流れる場合、目標とする出力電流の範囲や負荷の変動を考慮した、電流Ｉ_１がとり得る最小値であっても電圧Ｖ_４より高い。これら両方の条件を満たす電圧値に電圧Ｖｒｅｆ_４が設定される。
したがって、正常動作時は、電流Ｉ_１が流れるので、電圧Ｖ_４は基準電圧Ｖｒｅｆ_４よりも低く、コンパレータＩＣ１２６の出力はＨｉである。出力端のトランジスタＱ１２４はオン状態、異常検知信号Ｓ_{ａｌｅｒｔ}はＬｏレベルである。

【0027】

負荷オープンまたは高圧出力停止の異常状態では、電流Ｉ_１が流れない。従って、電圧Ｖ_４は基準電圧Ｖｒｅｆ_４よりも高くなり、コンパレータＩＣ１２６の出力はＬｏになる。出力端のトランジスタＱ１２４はオフ状態、異常検知信号Ｓ_{ａｌｅｒｔ}は異常状態を示すＨｉレベルになる。
高圧出力回路１００の動作を、波形例を示しながら説明する。

【0028】

図２Ａ～図２Ｃは、図１に示す高圧出力回路１００の異なる出力目標値に対して、正常および異常時の出力電圧Ｖ_ｏｕｔおよび出力電流Ｉ_ｏｕｔの例を示す説明図である。
図２Ａは、出力アナログ命令の電圧Ｖ_ｃのレベルが異なる５段階のＶ_ｃ１、Ｖ_ｃ２、Ｖ_ｃ３、Ｖ_ｃ４、Ｖ_ｃ５をとる様子を示す説明図である。Ｖ_ｃ１はとり得る最小の目標電流値に対応する電圧、Ｖ_ｃ５はとり得る最大の目標電流値に対応する電圧とする。
図２Ｂは、上述の５段階の出力アナログ命令電圧Ｖ_ｃ１、Ｖ_ｃ２、Ｖ_ｃ３、Ｖ_ｃ４、Ｖ_ｃ５に対応する出力電圧Ｖ_ｏｕｔの正常時、負荷オープン時および出力停止時のレベルを示す説明図である。また、図２Ｃは、上述の５段階の出力アナログ命令電圧Ｖ_ｃ１、Ｖ_ｃ２、Ｖ_ｃ３、Ｖ_ｃ４、Ｖ_ｃ５に対応する出力電流Ｉ_ｏｕｔの正常時、負荷オープン時および出力停止時のレベルを示す説明図である。

【0029】

正常時、負荷の変動がなければ、目標電流値が大きくなるとそれに比例して出力電圧Ｖ_ｏｕｔも大きくなる（図２Ｂ参照）。負荷が変動すると、それに応じて電圧は多少増減する。
出力電流Ｉ_ｏｕｔは、負荷の変動によらず目標電流値が大きくなるとそれに比例して大きくなる（図２Ｃ参照）。最大の目標電流値のＶ_ｃ５に対応する出力電流Ｉ_ｏｕｔの大きさは、８０μＡである。
負荷オープン時、出力電圧Ｖ_ｏｕｔを大きくしても出力電流Ｉ_ｏｕｔが流れない。出力電圧Ｖ_ｏｕｔを取り得る最大値（１０ｋＶ）まで上げても出力電流Ｉ_ｏｕｔが目標電流値に達しないので、出力電圧Ｖ_ｏｕｔは最大値に達する（図２Ｂ参照）。出力電流Ｉ_ｏｕｔはゼロである（図２Ｃ参照）。

【0030】

出力停止時、出力電圧Ｖ_ｏｕｔはゼロである（図２Ｂ参照）。従って、出力電流Ｉ_ｏｕｔもゼロである（図２Ｃ参照）。
図３Ａおよび図３Ｂは、図２Ａ～図２Ｃに対応する正常時、負荷オープン時および出力停止時における異常検知回路の状態を示す説明図である。
図３Ａは、上述の５段階の出力アナログ命令電圧Ｖ_ｃ１、Ｖ_ｃ２、Ｖ_ｃ３、Ｖ_ｃ４、Ｖ_ｃ５に対応する電圧Ｖ_１の正常時、負荷オープン時および出力停止時のレベルを示す説明図である。また、図３Ｂは、上述の５段階の出力アナログ命令電圧Ｖ_ｃ１、Ｖ_ｃ２、Ｖ_ｃ３、Ｖ_ｃ４、Ｖ_ｃ５に対応する電圧Ｖ_４の正常時、負荷オープン時および出力停止時のレベルを示す説明図である。

【0031】

正常時、電圧Ｖ_１は、差動アンプ１１０の他方の入力端子とバーチャルショートの関係が成立するので基準電圧Ｖｒｅｆ_１に等しい一定電圧（２．５Ｖ）である（図３Ａ参照）。そして、電圧Ｖ_４は、電流Ｉ_１が微小な段階（出力アナログ命令の電圧Ｖ_ｃがＶ_ｃ１、Ｖ_ｃ２に対応）では電圧Ｖ_１との差がツェナーダイオードＺＤ１３０のツェナー電圧Ｖ_ＺＤ（２．２Ｖ）よりも低いが、電流Ｉ_１がそれより大きな段階では、電圧Ｖ_１との差がツェナー電圧Ｖ_ＺＤ（２．２Ｖ）に等しい。即ち、電圧Ｖ_１よりもツェナー電圧Ｖ_ＺＤだけ低い電圧になる（図３Ｂ参照）。

【0032】

それに対して、負荷オープン時および出力停止時、目標とする出力電流を流そうとしてスイッチング制御回路１０８は、出力電圧Ｖ_ｏｕｔを上げるが、高圧部の回路の故障又は負荷１４０がオープン状態になっているために、最大値まで出力電圧Ｖ_ｏｕｔを上げても目標とする出力電流に達しない。そのため、スイッチング制御回路１０８は線形動作域を外れ、電圧Ｖ_１は図３Ａに示すように基準電圧Ｖｒｅｆ_１よりも高くなる。しかし、それでも出力電流Ｉ_ｏｕｔは流れず、電流Ｉ_１もほとんど流れない。

【0033】

電流Ｉ_１が流れないと、抵抗Ｒ１２８の両端に電位差が発生しないので、電圧Ｖ_４は電圧Ｖ_１にほぼ等しくなる（図３Ｂ参照）。
基準電圧Ｖｒｅｆ_４は、正常時と異常時（負荷オープン時および出力停止時）に電圧Ｖ_４がとる値の違いを比較判断できるレベルに設定される。数値の一例は０．８Ｖである（図３Ｂ参照）。

【0034】

なお、抵抗Ｒ１２８およびツェナーダイオードＺＤ１３０は、電流Ｉ_１が流れる制御ラインに挿入されているので、抵抗Ｒ１２８の両端に大きな電圧降下が生じて電圧Ｖ_４が負極性になると、高圧出力回路１００の制御がうまく動作しなくなる。例えば、出力電流Ｉ_ｏｕｔが小さい（２μＡ）場合、Ｖ_１＝２．５Ｖ、抵抗Ｒ１２８の値が１ＭΩとすると、抵抗Ｒ１２８に流れる電流Ｉ_１は出力電流Ｉ_ｏｕｔに略等しく、抵抗Ｒ１２８の両端に２．０Ｖの電圧降下が生じる。

【0035】

ツェナー電圧Ｖ_ＺＤ＝２．２ＶのツェナーダイオードＺＤ１３０が抵抗Ｒ１２８に並列挿入されていても、電流Ｉ_１が小さいとツェナーダイオードＺＤ１３０のアノード－カソード間の電圧はＶ_ＺＤより小さいので、とツェナーダイオードＺＤ１３０の両端の電圧降下は抵抗Ｒ１２８が支配的で２．０Ｖの電圧降下となる。従って、電圧Ｖ_４＝０．５Ｖとなる。出力電流が大きい（例えば、Ｉ_１≒Ｉ_ｏｕｔ＝３０μＡ）場合、ツェナーダイオードＺＤ１３０がなければ同じ１ＭΩの抵抗Ｒ１２８の両端に、３０Ｖの電圧降下が発生し、Ｖ_４＝－２７．５Ｖの負極性の電圧となる。そうすると、高圧出力回路１００の制御が本来あるべき動作とならない。

【0036】

しかし、図１に示すように抵抗Ｒ１２８と並列にツェナーダイオードＺＤ１３０が挿入されていることにより、抵抗Ｒ１２８の両端の電圧降下はツェナー電圧Ｖ_ＺＤ＝２．２Ｖに抑制される。よって、Ｖ_４＝０．３Ｖとなり、高圧出力回路１００は本来の定電流制御が維持された状態で動作する。

【0037】

以上のように、この実施形態において、異常検知回路は、出力電流Ｉ_ｏｕｔに略等しい電流Ｉ_１を検出する抵抗Ｒ１２８にツェナーダイオードＺＤ１３０を並列接続し、抵抗Ｒ１２８の両端にツェナー電圧Ｖ_ＺＤ以上の電圧降下が発生しない様にしている。それによって、高圧出力回路１００の目標電流値が大きくなっても異常検知回路が高圧出力回路１００の制御に影響を与えることを抑制できて、負荷オープンおよび出力停止の異常状態を検知できる。

【0038】

言い換えると、検出すべき電流の最小値が微小な場合に測定可能な電圧降下を発生させる為には、ある程度大きな電流検出抵抗を必要とするが、その電流が大きくなると、発生する電圧降下が大きくなり過ぎて高圧出力回路の制御に影響を及ぼす。それを避けるために、この実施形態による異常検知回路は、電流検出抵抗と並列にツェナーダイオードを接続し、一定のツェナー電圧以上の電圧降下が発生しないようにしている。

【0039】

図１に示すように、異常検知回路は、コンパレータＩＣ１２６の差動入力の一方を、電流検出用の抵抗Ｒ１２８の上流側に接続する一般的な構成とせずに、基準電圧Ｖｒｅｆ_４に接続している。出力電流Ｉ_ｏｕｔ、従って電流Ｉ_１が発生していない場合、抵抗Ｒ１２８の下流側の電圧Ｖ_４は、上流側の電圧Ｖ_１に略等しくなる。その場合の電圧Ｖ_４を基準電圧Ｖｒｅｆ_４と比較することによって、負荷開放および出力停止（回路故障）の状態を検出可能にしている。

【0040】

異常検知回路は、出力電圧でなく出力電流を検出し、しかも出力電流の大きさ（相当値）でなく出力電流の有無を検知し、正常か異常かを判定する。電流の有無を検知すればよいので正確な出力電流相当値を検出する必要がなく、負荷変動の影響を受けにくい。
また、出力電流の有無を高圧部の回路でなく低圧部の回路で検知するので、検知回路の構成が容易である。例えば、異常検出回路に耐圧の低い通常の集積回路を適用することも可能である。
さらに、負荷オープンと出力停止の２つの異常状態を１つの回路で検知する単純な構成のため、検知回路の小型化が容易でありコスト面でも有利である。

【0041】

図１に示す異常検知回路を備えた高圧出力回路は、特に印刷用紙が通過するタイミングによる用紙の有無や、用紙の種類によって負荷の変動が大きな印刷用紙への転写に好適である。ただし、用途はそれに限るものでなく、帯電、カラー機における１次転写などにも適用可能である。

【0042】

（実施の形態２）
実施の形態１では、定電流型の高圧出力回路を前提に異常検知回路の構成を述べたが、同様の異常検知回路は、定電圧型の高圧出力回路にも適用可能である。図４に述べたような従来の検知方法では、定電圧型の高圧出力回路における負荷オープンの異常検知ができない。負荷オープン状態であっても、高圧出力回路は目標の電圧を出力するためである。
実施の形態１と同様の構成の異常検知回路を付加することによって、定電流型の高圧出力回路においても負荷オープンの異常検知が可能になる。

【0043】

（実施の形態３）
図１に示す異常検出回路では、抵抗Ｒ１２８とツェナーダイオードＺＤ１３０とで出力電流Ｉ_ｏｕｔに相当する電流Ｉ_１と非線形の相関を有する電圧Ｖ_４を検出する。検出された電圧Ｖ_４を基準電圧Ｖｒｅｆ_４とコンパレータＩＣ１２６を用いて比較し、電流Ｉ_１の有無に基づき正常状態か異常状態かを判定している。しかし、判定回路の構成はそれに限るものでなく、例えば、マイクロコンピュータを用いて電圧Ｖ_４をアナログ－デジタル変換し、デジタル化された電圧Ｖ_４の値を、基準電圧Ｖｒｅｆ_４に相当する所定の値と比較して正常か異常かをマイクロコンピュータが判定してもよい。

【0044】

以上に述べたように、
（i）この発明による異常検知機能付き高圧出力回路は、高圧トランスを含み負荷へ出力すべき電圧と電流を生成する高圧回路と、前記高圧回路の出力電圧または出力電流の目標入力を受付ける低圧の入力回路と、受付けた目標値に応じて前記高圧回路の出力を制御する低圧の制御回路とを備え、前記制御回路は、前記制御回路を流れる高圧出力電流相当の制御電流の大きさを非線形に検出する電流検出回路と、前記電流検出回路が検出する検出値に基づいて正常動作か異常動作かを判定する異常判定回路とを備え、前記電流検出回路は、正常動作の範囲内で所定値未満の電流に対して略比例する検出値を出力し前記所定値以上の電流に対して略一定の検出値を出力し、前記異常判定回路は、前記検出値に基づいて前記制御電流の有無を判定し、正常動作か異常動作かを判定することを特徴とする。

【0045】

この発明において、高圧回路は、前述の実施形態における高圧部１０２に相当する。低圧は、高圧回路以外の回路を指し、実施形態における低圧部に相当する。
また、目標入力（目標値）は、前述の実施形態における出力アナログ命令に相当する。
さらにまた、電流検出回路は、前述の実施形態において電流Ｉ_１の流路に挿入された抵抗Ｒ１２８およびツェナーダイオードＺＤ１３０が並列接続された回路に相当する。
異常判定回路は、前述の実施形態において、基準電圧Ｖｒｅｆ_４、コンパレータＩＣ１２６からトランジスタＱ１２４に至る回路に相当する。

【0046】

さらに、この発明の好ましい態様について説明する。
（ii）前記異常判定回路は、前記略一定の検出値未満の予め定められた値に対する前記検出値の大小を判定することにより正常動作か異常動作かを判定してもよい。
このようにすれば、前記検出値を検出値未満の一定の値と比較することにより正常動作か異常動作かを判定できる。

【0047】

（iii）前記入力回路は、出力電流の目標値の入力を受付け、前記制御回路は、受け付けた出力電流の目標値に応じて前記高圧回路の出力電流を制御してもよい。
このようにすれば、定電流制御の高圧出力回路に、負荷オープン状態および出力停止状態の異常検知を適用できる。

【0048】

（iv）前記入力回路は、出力電圧の目標値の入力を受付け、前記制御回路は、受け付けた出力電圧の目標値に応じて前記高圧回路の出力電圧を制御してもよい。
このようにすれば、定電圧制御の高圧出力回路に、負荷オープン状態および出力停止状態の異常検知を適用できる。

【0049】

（v）この発明の好ましい態様は、高圧トランスを含み負荷へ出力すべき電圧と電流を生成する高圧回路と、前記高圧回路の出力電圧または出力電流の目標入力を受付ける低圧の入力回路と、受付けた目標値に応じて前記高圧回路の出力を制御する低圧の制御回路とを備え、前記制御回路は、前記制御回路を流れる高圧出力電流相当の制御電流の大きさを非線形に検出する電流検出回路と、前記電流検出回路が検出する検出値に基づいて正常動作か異常動作かを判定する異常判定回路とを備え、前記電流検出回路は、正常動作の範囲内で所定値未満の電流に対して略比例する検出値を出力し前記所定値以上の電流に対して略一定の検出値を出力し、前記異常判定回路は、前記検出値に基づいて前記制御電流の有無を判定し、正常動作か異常動作かを判定する、異常検知機能付き高圧出力回路を含む。

【0050】

この発明の好ましい態様には、上述した複数の態様のうちの何れかを組み合わせたものも含まれる。
前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得る。それらの変形例は、この発明の範囲に属さないと解されるべきものではない。この発明には、請求の範囲と均等の意味および前記範囲内でのすべての変形とが含まれるべきである。

【符号の説明】

【0051】

１００，２００：高圧出力回路、 １０２，２０２：高圧部、 １０８，２０８：スイッチング制御回路、 １１０，２１０：差動アンプ、 １４０，２４０：負荷、 Ｄ２１４：ダイオード、 Ｉ_０，Ｉ_１，Ｉ_２：電流、 ＩＣ１２６，ＩＣ２２０，ＩＣ２２２：コンパレータ、 Ｑ１０６，Ｑ１２４，Ｑ２０６，Ｑ２２４：トランジスタ、 Ｒ１２８，Ｒ２１２，Ｒ２１６，Ｒ２１８：抵抗、 Ｓ_{ａｌｅｒｔ}：異常検知信号、 Ｔ１０４，Ｔ２０４：高圧トランス、 Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，Ｖ_４，Ｖ_ｃ：電圧、 Ｖ_ＤＤ：電源電圧、 Ｖｒｅｆ_０，Ｖｒｅｆ_１，Ｖｒｅｆ_２，Ｖｒｅｆ_３，Ｖｒｅｆ_４：基準電圧、 ＺＤ１３０：ツェナーダイオード

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図4】