專利名稱：高電壓發(fā)生設(shè)備和成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輸出高電壓的高電壓發(fā)生設(shè)備，更具體地說，涉及能夠快速把高電壓升高到目標(biāo)電壓的高電壓發(fā)生設(shè)備，和包括所述高電壓發(fā)生設(shè)備的成像設(shè)備。
背景技術(shù)：
在常規(guī)的電子照相成像設(shè)備中，充電裝置使電子照相感光部件(下面稱為感光鼓)的表面均勻帶電，曝光裝置使感光鼓的帶電表面曝光，從而形成靜電潛像。顯影裝置用顯影劑(下面稱為調(diào)色劑)顯影靜電潛像，從而形成調(diào)色劑圖像，轉(zhuǎn)印裝置把顯影的調(diào)色劑圖像轉(zhuǎn)印到記錄材料上。定影裝置把調(diào)色劑圖像定影到記錄材料上，從而輸出定影的調(diào)色劑圖像。轉(zhuǎn)印裝置包括與感光鼓形成夾持部分，并輸送記錄材料的轉(zhuǎn)印輥。施加極性與調(diào)色劑相反的高電壓(下面稱為轉(zhuǎn)印偏壓)，以致調(diào)色劑圖像被轉(zhuǎn)印到記錄材料上。施加轉(zhuǎn)印偏壓的控制將在下面說明。對其施加轉(zhuǎn)印偏壓的轉(zhuǎn)印輥的電阻易于隨環(huán)境溫度和濕度變化。當(dāng)施加的電流值低于期望的轉(zhuǎn)印電流值時，會出現(xiàn)有缺陷的轉(zhuǎn)印。當(dāng)施加的電流值高于期望的轉(zhuǎn)印電流值時，過度的電流流入記錄材料的頁邊部分(未形成調(diào)色劑圖像的區(qū)域)，在記錄材料繞感光鼓一周后，過度電流的影響仍然殘留，以致記錄材料的痕跡出現(xiàn)在感光鼓上。當(dāng)小尺寸的記錄材料通過轉(zhuǎn)印輥時，大部分的過度轉(zhuǎn)印電流在未被記錄材料覆蓋的轉(zhuǎn)印輥和感光鼓之間流動，以致會出現(xiàn)稱為重影的圖像缺陷。為了優(yōu)化將施加于轉(zhuǎn)印輥的轉(zhuǎn)印偏壓，以致不施加過度的轉(zhuǎn)印電流，要測量轉(zhuǎn)印輥的電阻值，然后按照測量結(jié)果，恰當(dāng)?shù)乜刂妻D(zhuǎn)印偏壓。這種控制是稱為主動轉(zhuǎn)印電壓控制(ATVC)的公知控制方法。在ATVC控制中，在打印指令之后的成像處理之前，在使感光鼓旋轉(zhuǎn)預(yù)定時間的時候，對轉(zhuǎn)印輥施加轉(zhuǎn)印偏壓，測量此時的施加電流值，然后把測量值反饋給控制器?？刂破髡{(diào)整轉(zhuǎn)印偏壓，以致施加的電流值變成預(yù)定值。在成像處理中的轉(zhuǎn)印期間，對轉(zhuǎn)印輥施加調(diào)整后的轉(zhuǎn)印偏壓。按照這種ATVC控制，即使轉(zhuǎn)印輥的阻抗隨著環(huán)境的改變而變化，也能夠施加以致施加的電流值成為適當(dāng)值的轉(zhuǎn)印偏壓。最近，一種用控制器中的軟件執(zhí)行ATVC控制，而不是用硬件執(zhí)行ATVC控制的方法已成為主流。這是一種簡化和穩(wěn)定電路結(jié)構(gòu)和控制的有效方法。更具體地說，用軟件執(zhí)行以預(yù)定電壓的形式，對轉(zhuǎn)印輥施加轉(zhuǎn)印偏壓，利用控制器監(jiān)測此時用硬件檢測的施加電流值， 并根據(jù)監(jiān)測的電流值和目標(biāo)電流值，得出要施加的轉(zhuǎn)印偏壓(電壓值)的處理。不過，如果轉(zhuǎn)印偏壓的輸出范圍和負(fù)載變化的范圍較寬，那么當(dāng)執(zhí)行上述利用軟件的控制方法時，會出現(xiàn)下述問題。當(dāng)起動時施加的偏壓的特性隨負(fù)載條件(例如，負(fù)載變動)而大不一樣時，在偏壓收斂于目標(biāo)電壓之前過去的起動時間會變化，從而會發(fā)生過沖(overshoot)或下沖 (undershoot)。這會導(dǎo)致圖像質(zhì)量降低，或者感光鼓的退化。日本專利申請公開No. 2004-88965討論了一種成像設(shè)備，其中控制器對于每個預(yù)定周期(例如，每10ms)，比較通過模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換而獲得的輸出值和目標(biāo)電壓，并按照比較結(jié)果，控制驅(qū)動升壓變壓器的脈寬調(diào)制(PWM)信號，以減小起動時間的變化，從而減小過沖或下沖。日本專利申請公開No. 2004-88965討論了一種根據(jù)通過從記錄材料的前沿開始多次執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換而獲得的輸出值，以及反饋的輸出電壓，計算阻抗的平均值，并根據(jù)兩個條件，即，計算的平均值的范圍(第一條件)和當(dāng)前的輸出值與目標(biāo)電壓之間的差的范圍(第二條件)，計算PWM信號的值(即，PWM信號的高電平和低電平脈沖之中的高電平脈沖的時間寬度，下面稱為占用(on-duty)或占用寬度)的方法。按照日本專利申請公開 No. 2004-88965，利用軟件的控制使輸出電壓收斂于期望的轉(zhuǎn)印偏壓所需的時間能夠被縮短，從而使過沖或下沖能夠被減小。作為快速把高電壓升高到目標(biāo)電壓的另一個例子，日本專利申請公開No. 9-93920 討論了一種比較電壓檢測電路的檢測電壓和稍低于基準(zhǔn)電壓的第二基準(zhǔn)電壓，當(dāng)電壓檢測電路的檢測電壓超過第二基準(zhǔn)電壓時，執(zhí)行減緩對充當(dāng)負(fù)載的電容器的充電速率的控制的方法。在日本專利申請公開No. 9-93920中，從起動時開始順序設(shè)置快速充電區(qū)、慢速充電區(qū)和維持充電區(qū)。在起動開始之后，通過把PWM信號的占用寬度設(shè)定成最大占用寬度，輸出電壓被快速升高。當(dāng)輸出電壓變成第二基準(zhǔn)電壓(例如約90%)時，快速充電區(qū)被切換成慢速充電區(qū)。在生成PWM信號的脈沖的電路的輸入側(cè)，設(shè)置積分電路。電容器在起動時的初期被所述積分電路快速充電，而在慢速充電區(qū)和維持充電區(qū)中，只是被稍微充電和放電， 以致抑制過沖或下沖。如上所述，存在增大轉(zhuǎn)印偏壓的控制速度，從而減小過沖或下沖的裝置。最近，作為提高成像設(shè)備的生產(chǎn)率的措施之一，要求進(jìn)一步縮短自從諸如個人計算機(jī)(PC)之類的計算機(jī)發(fā)出打印指令(發(fā)送打印命令)到完成在第一記錄材料上的打印為止過去的時間 (下面稱為第一打印輸出時間(FPOT))。當(dāng)進(jìn)一步縮短FPOT時，用戶能夠獲得在發(fā)出打印指令之后立即完成打印的好處。當(dāng)FPOT被進(jìn)一步縮短時，要求進(jìn)一步縮短執(zhí)行上述ATVC 控制所需的時間。在日本專利申請公開No. 2004-88965中討論的用軟件控制電壓收斂于目標(biāo)電壓的控制方法也產(chǎn)生一定程度的時間縮短效果。不過，每隔預(yù)定時間要執(zhí)行利用軟件的設(shè)定更新，以致控制周期被延長。此外，需要與更新的累積次數(shù)對應(yīng)的收斂時間。于是，對輸出電壓更短時間地收斂于目標(biāo)電壓來說，利用軟件的控制存在局限。在日本專利申請公開No. 2004-88965中討論的控制方法中，通過改變用于開關(guān)升壓變壓器的PWM信號的占用寬度，利用開環(huán)控制使輸出電壓收斂于目標(biāo)電壓。在硬件被起動(到達(dá)穩(wěn)定區(qū))之前，不檢測輸出值，以更新以后的設(shè)定值。更具體地說，如果占用寬度和輸出電壓(無反饋控制情況下，穩(wěn)定區(qū)中的達(dá)到電壓)具有線性關(guān)系，那么能夠增大控制方法的速度。不過，具有線性特性的電路不易構(gòu)成，并且線性特性不易保持，因為它受電路的時間常數(shù)和每個元件的變化影響。如果線性特性得不到保持，那么即使它具有相同的時間寬度，輸出電壓的變化量也會變化，以致輸出電壓的控制的穩(wěn)定性和精度降低。提高線性的嘗試會相反地增大出現(xiàn)另一種不利影響，比如響應(yīng)性降低的可能性。在日本專利申請公開No. 9-93920中，在執(zhí)行維持目標(biāo)電壓的控制的維持充電區(qū)中，通過稍微增大或減小輸出PWM信號的脈沖的電路的輸入電壓，執(zhí)行稍微增大或減小輸出電壓以把輸出電壓維持在目標(biāo)電壓的控制。不過，在從慢速充電區(qū)轉(zhuǎn)變到維持充電區(qū)時，輸入電壓僅僅稍微降低。于是，不易降低過沖電壓。為了降低過沖電壓，可以使慢速充電區(qū)中的起動更加緩慢。不過，如果使起動過于緩慢，那么起動時間被延長。在輸出PWM信號的脈沖的電路的輸入側(cè)，使用積分電路。如果使用積分電路，那么需要把PWM信號的占用寬度從0增大到最大占用寬度的起動時間(積分時間)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于顯著縮短高電壓發(fā)生設(shè)備的起動時間，并且即使在寬范圍中設(shè)定目標(biāo)電壓，也能夠使輸出電壓在短時間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)電壓，而不產(chǎn)生過沖或下沖。按照本發(fā)明的一個方面，高電壓發(fā)生設(shè)備包括變壓器，配置成驅(qū)動變壓器的切換單元，配置成產(chǎn)生用于驅(qū)動切換單元的驅(qū)動信號的信號生成單元，配置成對變壓器的輸出電壓整流，從而輸出直流電壓的整流單元，配置成檢測直流電壓的電壓檢測單元，配置成設(shè)定直流電壓的目標(biāo)電壓的設(shè)定單元，配置成按照電壓檢測單元檢測的直流電壓和設(shè)定單元設(shè)定的目標(biāo)電壓，進(jìn)行驅(qū)動信號的反饋控制的反饋控制單元，和配置成在從開始輸出直流電壓到直流電壓達(dá)到目標(biāo)電壓為止經(jīng)過的過渡狀態(tài)期間，在不執(zhí)行反饋控制單元的反饋控制的情況下，進(jìn)行控制，以把直流電壓升高與目標(biāo)電壓對應(yīng)的變化量的輸出控制單元。按照本發(fā)明的另一個方面，成像設(shè)備包括配置成在記錄材料上形成圖像的成像單元，和配置成對成像單元施加高電壓的高電壓電源，其中所述高電壓電源包括變壓器，配置成驅(qū)動變壓器的切換單元，配置成產(chǎn)生用于驅(qū)動切換單元的驅(qū)動信號的信號生成單元，配置成對變壓器的輸出電壓整流，從而輸出直流電壓的整流單元，配置成檢測直流電壓的電壓檢測單元，配置成設(shè)定直流電壓的目標(biāo)電壓的設(shè)定單元，配置成按照電壓檢測單元檢測的直流電壓和設(shè)定單元設(shè)定的目標(biāo)電壓，進(jìn)行驅(qū)動信號的反饋控制的反饋控制單元，和配置成在從開始輸出直流電壓到直流電壓達(dá)到目標(biāo)電壓為止經(jīng)過的過渡狀態(tài)期間，在不執(zhí)行反饋控制單元的反饋控制的情況下，進(jìn)行控制，以把直流電壓升高與目標(biāo)電壓對應(yīng)的變化量的輸出控制單元。按照本發(fā)明的另一個方面，高電壓發(fā)生設(shè)備包括配置成輸出電壓的電壓輸出單元，配置成檢測從電壓輸出單元輸出的電壓的電壓檢測單元，配置成設(shè)定從電壓輸出單元輸出的電壓的目標(biāo)值的設(shè)定單元，配置成按照電壓檢測單元檢測的電壓和設(shè)定單元設(shè)定的目標(biāo)值，控制電壓輸出單元的驅(qū)動的反饋控制單元，和配置成在從開始從電壓輸出單元輸出電壓到電壓達(dá)到目標(biāo)值為止經(jīng)過的過渡狀態(tài)期間，在不執(zhí)行反饋控制單元的控制的情況下，進(jìn)行控制，以把從電壓輸出單元輸出的電壓升高與目標(biāo)值對應(yīng)的變化量的輸出控制單兀。按照本發(fā)明的另一個方面，成像設(shè)備包括配置成在記錄材料上形成圖像的成像單元，和配置成對成像單元施加高電壓的高電壓電源，其中所述高電壓電源包括配置成輸出電壓的電壓輸出單元，配置成檢測從電壓輸出單元輸出的電壓的電壓檢測單元，配置成設(shè)定從電壓輸出單元輸出的電壓的目標(biāo)值的設(shè)定單元，配置成按照電壓檢測單元檢測的電壓和設(shè)定單元設(shè)定的目標(biāo)值，控制電壓輸出單元的驅(qū)動的反饋控制單元，和配置成在從開始從電壓輸出單元輸出電壓到電壓達(dá)到目標(biāo)值為止經(jīng)過的過渡狀態(tài)期間，在不執(zhí)行反饋控制單元的控制的情況下，進(jìn)行控制，以把從電壓輸出單元輸出的電壓升高與目標(biāo)值對應(yīng)的變化量的輸出控制單元。
參考附圖，根據(jù)例證實施例的下述詳細(xì)說明，本發(fā)明的其它特征和方面將變得明顯。


包含在說明書中，并構(gòu)成說明書的一部分的附解說明本發(fā)明的例證實施例， 特征和各個方面，并且與下面的說明一起，用于解釋本發(fā)明的原理。圖1圖解說明當(dāng)在過渡狀態(tài)下，高電壓發(fā)生設(shè)備的輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓時產(chǎn)生的電壓波形。圖2A-2C是分別圖解說明常規(guī)的高電壓發(fā)生設(shè)備，按照本發(fā)明的第一例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備，和按照本發(fā)明的第二例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備的功能方框圖。圖3圖解說明按照第一例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備的電路結(jié)構(gòu)。圖4A-4C圖解說明在+5kV的目標(biāo)電壓下，高電壓發(fā)生設(shè)備的輸出波形的例子。圖5A-5C圖解說明在+IkV的目標(biāo)電壓下，高電壓發(fā)生設(shè)備的輸出波形的例子。圖6A-6D圖解說明目標(biāo)電壓附近被放大的高電壓發(fā)生設(shè)備的輸出波形的例子。圖7A和7B圖解說明按照第一例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備的輸出波形的例子。圖8圖解說明按照第一例證實施例的目標(biāo)電壓和定時器時間之間的關(guān)系。圖9圖解說明按照第二例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備的電路結(jié)構(gòu)。圖10圖解說明按照本發(fā)明的第三例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備的電路結(jié)構(gòu)。圖11A-11C圖解說明按照第二和第三例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備的輸出波形的例子。圖12A和12B圖解說明PWM信號的占用寬度和高輸出電壓之間的關(guān)系。圖13A和13B圖解說明提供給升壓變壓器的電源電壓和高輸出電壓之間的關(guān)系。圖14圖解說明隔預(yù)定時間之后，PWM信號的占用寬度和高輸出電壓之間的關(guān)系。圖15A和15B圖解說明按照本發(fā)明的例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備的應(yīng)用例子。
具體實施例方式下面參考附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的各個例證實施例、各個特征和各個方面。按照本發(fā)明的例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備利用硬件縮短起動時間，并進(jìn)一步縮短一個更新周期的時間，從而縮短收斂于目標(biāo)電壓的收斂時間。更具體地說，在起動高電壓發(fā)生設(shè)備之前的階段中，在起動的過渡狀態(tài)期間，或者至少為起動的一部分的期間中，按照目標(biāo)電壓的大小，可變地設(shè)定電壓轉(zhuǎn)換速率(slew rate)或起動期寬度。此外，高電壓發(fā)生設(shè)備中的升壓變壓器在其中在過渡狀態(tài)下輸出電壓以陡峭的電壓轉(zhuǎn)換速率達(dá)到目標(biāo)電壓的驅(qū)動條件下開始被驅(qū)動。輸出電壓能夠在短時間內(nèi)，無任何過沖或下沖地收斂于目標(biāo)電壓，而不管目標(biāo)電壓是高還是低。圖1是在高電壓發(fā)生設(shè)備的其中輸出電壓以陡峭的電壓轉(zhuǎn)換速率達(dá)到目標(biāo)電壓的操作期間的輸出波形的示意圖。圖1中圖解說明的輸出波形B是當(dāng)高電壓發(fā)生電路8(圖 3)中的輸出電壓按照預(yù)定時間常數(shù)的曲線，朝著目標(biāo)電壓升高時產(chǎn)生的波形的例子。輸出波形A'是當(dāng)在輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓以上的驅(qū)動條件下驅(qū)動升壓變壓器時產(chǎn)生的，并且時間常數(shù)與輸出波形B中的時間常數(shù)相同。另一方面，就輸出電壓達(dá)到相同目標(biāo)電壓之前過去的時間ta來說，波形A'大大短于波形B。在高電壓發(fā)生設(shè)備中，利用過渡狀態(tài)的陡峭電壓轉(zhuǎn)換速率部分TH，把輸出電壓升高到目標(biāo)電壓或目標(biāo)電壓附近，然后，高速恒壓控制電路(硬件)隨后進(jìn)行維持目標(biāo)電壓的高速反饋控制。電壓轉(zhuǎn)換速率是單位時間的電壓變化量(V/s)。按照本發(fā)明的第一例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備把從起動開始到輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓為止過去的過渡狀態(tài)時期分成緊跟在起動開始之后的高速起動時期，和在輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓之前過去的恒壓控制等待時期，并分別設(shè)定充當(dāng)用于切換高速起動時期和恒壓控制等待時期的驅(qū)動信號的PWM信號的占用寬度(導(dǎo)通時間寬度)。在輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓之前過去的恒壓控制等待時期中，進(jìn)行控制，以致占用寬度被減小，從而高電壓發(fā)生設(shè)備的起動能力(下面描述為單位時間升高負(fù)載輸出單元的電位的電壓的大小的能力) 降低?？深A(yù)先按照目標(biāo)電壓的大小，可變地設(shè)定過渡狀態(tài)期間的高速起動時期。圖2B是示意地圖解說明按照第一例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備的功能的方框圖。圖2A是示意地圖解說明常規(guī)高電壓發(fā)生設(shè)備的方框圖。在圖2A中圖解說明的常規(guī)高電壓發(fā)生設(shè)備中，恒壓控制塊22監(jiān)測升壓電路單元23中的輸出單元，以致在進(jìn)行輸入單元的反饋控制時，獲得目標(biāo)電壓設(shè)定單元21設(shè)定的輸出。按照第一例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備包括能夠可變地設(shè)定高速起動時期Tl的塊26。首先，參考圖3說明高電壓發(fā)生設(shè)備的結(jié)構(gòu)的概況。圖3中圖解說明的高電壓發(fā)生設(shè)備包括由模擬電路構(gòu)成的高電壓發(fā)生電路8，和專用集成電路(ASIC) 7，專用集成電路 (ASIC) 7充當(dāng)產(chǎn)生待輸出給高電壓發(fā)生電路8以控制高電壓發(fā)生電路8的輸出的硬件控制信號的輸出控制單元。高電壓發(fā)生設(shè)備還包括控制和設(shè)定ASIC 7產(chǎn)生的硬件控制信號的輸出狀態(tài)的微計算機(jī)1。此外，由模擬電路構(gòu)成的高電壓發(fā)生電路8包括升壓變壓器Tl、升壓電路、輸出電壓檢測電路4、比較器CMP10、和輸出電流檢測電路9。微計算機(jī)1對設(shè)置在ASIC 7中的寄存器36設(shè)定在預(yù)定定時的數(shù)據(jù)，以設(shè)定高電壓發(fā)生設(shè)備中的目標(biāo)電壓，設(shè)定開/關(guān)定時、PWM信號的占用寬度，和設(shè)定后面說明的定時器時間。ASIC 7把用于設(shè)定高電壓發(fā)生電路8的目標(biāo)電壓的高電壓控制信號HVCNT、和用于進(jìn)行高電壓發(fā)生電路8的切換驅(qū)動的PWM信號HVPWM輸出到外部，和從外部接收指示高電壓發(fā)生電路8的輸出電壓已達(dá)到目標(biāo)電壓的目標(biāo)電壓達(dá)到信號/HVATN。高電壓控制信號HVCNT以來自設(shè)置在ASIC 7中的數(shù)-模(D/A)轉(zhuǎn)換器的模擬信號的形式被輸出到外部。高電壓控制信號HVCNT可以PWM信號的形式輸出，或者可被在PWM 信號的頻率下具有改進(jìn)的響應(yīng)特性的高階低通濾波器等轉(zhuǎn)換成直流(DC)電壓。輸出電流檢測電路9使輸出電壓檢測電路4的一端接地，以保持接地(GND)電位， 從而在高精度地檢測負(fù)載電流的時候，防止由負(fù)載電流的大小而定的輸出電壓的檢測精度的降低。輸出電流檢測電路9為上述ATVC控制檢測負(fù)載電流。下面說明在圖3中圖解說明的高電壓發(fā)生設(shè)備中的高電壓發(fā)生電路8的操作的概況。響應(yīng)從ASIC 7輸出的PWM信號，切換驅(qū)動升壓變壓器Tl。輸出電壓檢測電路4分壓從升壓變壓器Tl輸出的高電壓，以檢測分壓電壓Vdt，比較器CMPlO執(zhí)行檢測的分壓電壓 Vdt與用高電壓控制信號HVCNT設(shè)定的目標(biāo)電壓Vtgt的比較計算。按照比較計算結(jié)果，進(jìn)行ASIC 7輸出的PWM信號的占用寬度的反饋控制。下面說明搭載在ASIC 7中的硬件邏輯電路的結(jié)構(gòu)。首先說明寄存器36中的設(shè)定單元。寄存器36包括下述設(shè)定單元·許可或停止PWM信號的輸出的啟動設(shè)定單元131·設(shè)定逐漸增大PWM信號的占用寬度的時間寬度的減慢(slow-on)設(shè)定單元132·設(shè)定PWM信號的最大占用寬度的DUTYjnax設(shè)定單元133·設(shè)定在高速起動時期Tl中使用的占用寬度的DUTY_Trl設(shè)定單元134·設(shè)定在恒壓控制等待時期T2中使用的占用寬度的DUTY_Tr2設(shè)定單元135·設(shè)定PWM信號的輸出之間的時間間隔的定時器設(shè)定單元136·設(shè)定高電壓發(fā)生電路8的目標(biāo)電壓的HVtgt設(shè)定單元140。下面說明除設(shè)置在ASIC 7中的寄存器36外的電路。計算電路30計算按照HVtgt 設(shè)定單元140中的設(shè)定寄存器值唯一確定的定時器時間。計數(shù)器塊31起按在減慢設(shè)定單元132中設(shè)定的時間寬度，逐漸把占用寬度從0增大到在DUTYjnax設(shè)定單元133中設(shè)定的最大占用寬度，和從PWM生成單元32輸出最大占用寬度的作用。微計算機(jī)1能夠可變地對 DUTYjnax設(shè)定單元133設(shè)定最大占用寬度。在不改變硬件(比如升壓變壓器Tl的繞組數(shù)之類的規(guī)格)的情況下，能夠容易地調(diào)整高電壓發(fā)生設(shè)備的起動能力。PWM發(fā)生單元32按在定時器設(shè)定單元136中設(shè)定的時間間隔，在與啟動設(shè)定單元 131的設(shè)定對應(yīng)的切換定時，輸出具有在DUTY_Trl設(shè)定單元134中設(shè)定的占用寬度的PWM 信號。PWM信號的輸出后面是具有在DUTY_Tr2設(shè)定單元135中設(shè)定的占用寬度的PWM信號的輸出。當(dāng)指示輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓的信號/HVATN進(jìn)入低電平時，使PWM信號的占用寬度瞬間降低到0。隨后，控制PWM發(fā)生單元32輸出占用寬度逐漸增大的PWM信號。當(dāng)啟動設(shè)定單元131和目標(biāo)電壓達(dá)到信號/HVATN任意之一進(jìn)入低電平時，輸出許可單元33停止輸出PWM信號。目標(biāo)信號生成單元35根據(jù)HVtgt設(shè)定單元140中的設(shè)定寄存器值，生成模擬信號。下面是上面說明的ASIC 7中的硬件邏輯電路的六種功能(a)-(f)(a)設(shè)定用微計算機(jī)1設(shè)定的多個占用寬度的寄存器，允許PWM信號的輸出的寄存器，設(shè)定目標(biāo)電壓的寄存器，和設(shè)定用于逐漸增大PWM信號的占用寬度的時間寬度的寄存器。設(shè)定多個占用寬度的寄存器包括設(shè)定高速起動時期Tl中的PWM信號的占用寬度的寄存器，設(shè)定恒壓控制等待時期T2中的PWM信號的占用寬度的寄存器，和設(shè)定在恒壓控制區(qū)中能夠生成的PWM信號的最大時間寬度的寄存器。(b)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器，把跟隨設(shè)定目標(biāo)電壓的寄存器(HVtgt設(shè)定單元140)的值的模擬信號輸出到ASIC 7的外部。(c)計算以設(shè)定目標(biāo)電壓的寄存器(HVtgt設(shè)定單元140)的值為基礎(chǔ)的定時器時間，并將其寫入寄存器中。(d)按照定時器時間，順序生成和輸出具有在高速起動時期Tl中的占用寬度的 PWM信號，和具有在恒壓控制等待時期T2中的占用寬度的PWM信號。(e)用從外部輸入的目標(biāo)電壓達(dá)到信號(/HVATN)，使PWM信號的占用寬度瞬間降低到0。(f)依據(jù)在寄存器中設(shè)定的時間寬度，把占用寬度逐漸從0增大到預(yù)定占用寬度。下面參考圖3，說明分別在上述項目(C)和(d)中說明的PWM信號的生成和定時器時間的設(shè)定的細(xì)節(jié)。
計算電路30在定時器設(shè)定單元136中設(shè)定按照HVtgt設(shè)定單元140中的設(shè)定寄存器值唯一確定的定時器時間。待設(shè)定的定時器時間將在下面說明。HVtgt設(shè)定單元140 中的設(shè)定寄存器值和定時器設(shè)定單元136中的定時器時間具有線性的相對關(guān)系。微計算機(jī) 1設(shè)定啟動寄存器131，以開始輸出電壓。PWM生成單元32按以在定時器設(shè)定單元136中設(shè)定的定時器時間為基礎(chǔ)的時間間隔，輸出占用寬度跟隨在DUTY_Trl設(shè)定單元134中設(shè)定的高速起動時期Tl中的占用寬度的PWM信號。利用ASIC 7的功能輸出PWM信號。于是， 不需要用于把占用寬度從0增大到PWM信號的占用寬度的起動時間。具有設(shè)定的占用寬度的PWM信號能夠從其第一個脈沖開始立即被輸出。當(dāng)在定時器設(shè)定單元136中設(shè)定的定時器時間過去之后，隨后輸出具有跟隨用于設(shè)定恒壓控制等待時期T2中的占用寬度的DUTY_ Tr2設(shè)定單元135的占用寬度的PWM信號。更具體地說，在開始高電壓發(fā)生設(shè)備的啟動之后，PWM生成單元32立即從其第一個脈沖開始，輸出具有寬占用寬度的PWM信號，從而以陡峭并且高的電壓轉(zhuǎn)換速率瞬間升高輸出電壓。PWM生成單元32以低的電壓轉(zhuǎn)換速率輸出具有占用寬度的PWM信號，以致在預(yù)先設(shè)定的定時器時間過去之后，不會發(fā)生過沖、下沖或電壓振動。定時器時間被可變地設(shè)定成與目標(biāo)電壓保持線性關(guān)系的值。于是，能夠在取決于目標(biāo)電壓而變化的起動時間寬度中(按電壓轉(zhuǎn)換速率)起動高電壓發(fā)生設(shè)備。在定時器時間過去之后，高速起動時期Tl被切換成恒壓控制等待時期T2。于是，即使在其起動能力被設(shè)定為高的高電壓發(fā)生設(shè)備中，按照目標(biāo)電壓的大小，校正最初輸出的PWM信號的占用寬度。從而，當(dāng)目標(biāo)電壓較高時，用具有寬占用寬度的PWM信號的切換時間被延長，從而縮短起動時期。另一方面，當(dāng)目標(biāo)電壓較低時，切換時間被縮短，從而減小過沖或下沖。更具體地說，可減小過沖或下沖，而不管目標(biāo)電壓是高還是低，輸出電壓能夠在短時間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)電壓。下面說明在上述項目(e)和(f)中說明的響應(yīng)目標(biāo)電壓達(dá)到信號/HVATN，控制 PWM信號的占用寬度的細(xì)節(jié)。首先說明設(shè)置在高電壓發(fā)生電路8中的升壓變壓器Tl的外圍電路，隨后說明輸出目標(biāo)電壓達(dá)到信號/HVATN的比較器CMPlO的操作。從ASIC 7輸出的PWM信號HVPWM被輸入場效應(yīng)晶體管(FET) Q4的柵極端子。FET Q4、電源電壓Vcc和電阻器R8響應(yīng)輸入FETQ4的柵極端子的PWM信號HVPWM，驅(qū)動FET Q5(本例中的功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(功率MOSFET))的柵極端子。FET Q5 切換驅(qū)動升壓變壓器Tl。被切換驅(qū)動的升壓變壓器Tl輸出脈動高電壓。在被包括二極管 D2、電容器C5和輸出電壓檢測電路4的整流電路整流和變成DC電壓之后，從升壓變壓器Tl 輸出的脈動高電壓被輸入負(fù)載單元HVoutput。輸出電壓檢測電路4對負(fù)載單元HVoutput 分壓輸出高電壓，以檢測分壓電壓Vdt。比較器CMPlO監(jiān)測檢測的分壓電壓Vdt，并比較分壓電壓Vdt和響應(yīng)高電壓控制信號HVCNT設(shè)定的目標(biāo)電壓Vtgt。當(dāng)檢測電壓Vdt等于或小于目標(biāo)電壓Vtgt時，比較檢測電壓Vdt和目標(biāo)電壓Vtgt的比較器CMPlO產(chǎn)生高電平輸出， 當(dāng)檢測電壓Vdt等于或大于目標(biāo)電壓Vtgt時，所述比較器CMPlO產(chǎn)生低電平輸出。當(dāng)目標(biāo)電壓達(dá)到信號/HVATN進(jìn)入低電平時，ASIC 7瞬間掩蔽輸出許可單元33輸出的PWM信號，從而瞬間把PWM信號的占用寬度降低到0。占用寬度在從ASIC 7輸出的PWM 信號HVPWM中變成低電平邏輯，并在FET Q5的柵極端子變成高電平邏輯。更具體地說，輸出固定在高電平的信號。當(dāng)PWM信號瞬間輸出固定在高電平的信號時，F(xiàn)ETQ4被斷開，與之連接的FET Q5被瞬間斷開，從而瞬間關(guān)閉高電壓發(fā)生電路8。
另一方面，當(dāng)使目標(biāo)電壓達(dá)到信號/HVATN從低電平變成高電平時，計數(shù)器塊31向 PWM生成單元32輸出用于逐漸把占用寬度增大到以在DUTY_max設(shè)定單元133中設(shè)定的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的占用寬度。用于逐漸增大占用寬度的時間寬度由減慢設(shè)定單元132中的寄存器值確定。PWM生成單元32把減慢PWM信號輸出到ASIC 7的外部。更具體地說，當(dāng)檢測電壓Vdt超過目標(biāo)電壓Vtgt時，ASIC 7瞬間把PWM信號的占用寬度減小到0，以立即關(guān)閉高電壓發(fā)生電路8。當(dāng)檢測電壓Vdt降到目標(biāo)電壓Vtgt之下時，在占用寬度方面增大時間常數(shù)，以緩慢開啟高電壓發(fā)生電路8。從而，能夠顯著減小當(dāng)使高電壓發(fā)生電路8保持恒壓時因反饋控制而產(chǎn)生的電壓振動(也稱為波動或擺動)。圖4A-4C、圖5A-5C和圖6A-6D圖解說明與當(dāng)增大常規(guī)高電壓發(fā)生設(shè)備的速度時產(chǎn)生的輸出波形對比，通過應(yīng)用上面說明的高電壓發(fā)生設(shè)備中的充當(dāng)模擬電路的高電壓發(fā)生電路8和ASIC 7的功能而產(chǎn)生的輸出波形的具體例子。在第一例證實施例中，作為例子，本發(fā)明被應(yīng)用于其中升壓變壓器Tl的驅(qū)動頻率為50kHz (20 μ s的周期)，包括升壓變壓器Tl和整流電路的升壓電路的輸入/輸出響應(yīng)時間(延遲時間)為20 μ s，并且具有利用一個脈沖的切換驅(qū)動升高數(shù)百伏的起動能力的高電壓發(fā)生設(shè)備。在第一例證實施例中，與驅(qū)動頻率對應(yīng)的每個預(yù)定周期(每20 μ s)，DC電壓被升高125V、200V和300V中的相應(yīng)變化量。升壓電路的輸入/輸出響應(yīng)時間變成最主要的。于是，假定除了上述延遲時間外，不存在任何其它的延遲時間。圖4A-4C和圖5A-5C分別圖解說明目標(biāo)電壓為5kV的情況，和目標(biāo)電壓為IkV的情況，以說明在較寬的范圍中可變地設(shè)定目標(biāo)電壓的例子。下面參考圖4A-4C，說明目標(biāo)電壓為5kV的情況。圖4A和4B圖解說明在起動其中在起動期間緩慢地切換輸出電壓的上升曲線的常規(guī)高電壓發(fā)生設(shè)備時的輸出波形的例子。 在常規(guī)的高電壓發(fā)生設(shè)備中，通過檢測低于目標(biāo)電壓的第二基準(zhǔn)電壓，減緩輸出電壓的升高。充當(dāng)起動之后的高速起動時期Tl的過渡區(qū)被稱為第一過渡區(qū)，充當(dāng)其中起動緩慢的恒壓控制等待時期T2的過渡區(qū)被稱為第二過渡區(qū)。在圖4A和4B中圖解說明的常規(guī)高電壓發(fā)生設(shè)備中，在低于目標(biāo)電壓的第二基準(zhǔn)電壓下檢測輸出電壓。于是，隔20 μ s后會輸出此時能夠受到控制的輸出電壓。即使在檢測輸出電壓的時刻能夠停止升壓變壓器Tl的驅(qū)動， 在其中利用一個脈沖使輸出電壓升高數(shù)百伏的高電壓發(fā)生設(shè)備中，隔20 μ s后也會出現(xiàn)過沖。這將在下面的具體例子中說明。圖4Α圖解說明其中第二基準(zhǔn)電壓被設(shè)定為目標(biāo)電壓的90%，并且在第一過渡區(qū)中，每個脈沖驅(qū)動被升壓125V的高電壓發(fā)生設(shè)備的輸出波形的例子。由于目標(biāo)電壓為5kV， 因此用作為目標(biāo)電壓的90%的第二基準(zhǔn)電壓4. 5kV檢測輸出電壓，以進(jìn)入第二過渡區(qū)。不過，在輸出電壓進(jìn)入第二過渡區(qū)之前，已施加了 20 μ s的脈沖驅(qū)動供電。于是，輸出電壓被升高到4. 625kV，從而在輸出電壓超過4. 625kV之后進(jìn)入第二過渡區(qū)。輸出電壓收斂到目標(biāo)電壓5kV，而不存在任何極大的過沖，因為在4. 625kV，輸出電壓進(jìn)入第二過渡區(qū)。另一方面，圖4B圖解說明其中第二基準(zhǔn)電壓被設(shè)定為目標(biāo)電壓的90%，并且在第一過渡區(qū)中，每個脈沖驅(qū)動被升壓300V的高電壓發(fā)生設(shè)備的輸出波形的例子。由于目標(biāo)電壓為5kV，因此用作為目標(biāo)電壓的90%的第二基準(zhǔn)電壓4. 5kV檢測輸出電壓，以進(jìn)入第二過渡區(qū)。不過，在輸出電壓進(jìn)入第二過渡區(qū)之前，已施加了 20μ s的脈沖驅(qū)動供電。于是，輸出電壓被升高到4. 8kV，從而在輸出電壓超過4. SkV之后進(jìn)入第二過渡區(qū)。由于輸出電壓在4. 8kV進(jìn)入第二過渡區(qū)，因此與圖4A中圖解所示的情況相比，對于5kV以上的過沖的容限較小。不過，輸出電壓收斂到目標(biāo)電壓5kV，而不存在任何極大的過沖。于是，當(dāng)目標(biāo)電壓為5kV時，即使高電壓發(fā)生設(shè)備每個脈沖驅(qū)動被升壓125V，或者通過進(jìn)一步加速，每個脈沖驅(qū)動被升壓300V，輸出電壓也收斂到目標(biāo)電壓5kV，而不存在任何極大的過沖。
如果目標(biāo)電壓較低，并且每個脈沖的升壓能力較高(例如，高電壓發(fā)生設(shè)備被每個脈沖驅(qū)動300V地升壓到IkV目標(biāo)電壓)，那么如圖5B中所示，會出現(xiàn)過沖。下面參考圖5A，首先說明目標(biāo)電壓較低，并且升壓能力稍高(例如高電壓發(fā)生設(shè)備被每個脈沖驅(qū)動 125V地升壓到IkV目標(biāo)電壓)的情況。圖5A圖解說明其中第二基準(zhǔn)電壓被設(shè)定為目標(biāo)電壓的90%，并且在第一過渡區(qū)中，每個脈沖驅(qū)動被升壓125V的高電壓發(fā)生設(shè)備的輸出波形的例子。由于目標(biāo)電壓為lkV， 因此用作為目標(biāo)電壓的90%的第二基準(zhǔn)電壓0. 9kV檢測輸出電壓，以進(jìn)入第二過渡區(qū)。不過，在輸出電壓進(jìn)入第二過渡區(qū)之前，已施加了 20 μ s的脈沖驅(qū)動供電。于是，輸出電壓被升高到lkV，從而進(jìn)入第二過渡區(qū)。由于輸出電壓在IkV進(jìn)入第二過渡區(qū)，因此當(dāng)在檢測第二基準(zhǔn)電壓之后，輸出電壓超過IkV時，不存在任何過沖容限(圖5A中圖解說明的容限電壓A)。不過，輸出電壓收斂于目標(biāo)電壓lkV，而沒有任何極大的過沖。另一方面，圖5B圖解說明其中第二基準(zhǔn)電壓被設(shè)定為目標(biāo)電壓的90%，并且在起動時，每個脈沖驅(qū)動被升壓300V的高電壓發(fā)生設(shè)備的輸出波形的例子。由于目標(biāo)電壓為 IkV,因此用作為目標(biāo)電壓的90%的第二基準(zhǔn)電壓0. 9kV檢測輸出電壓，以進(jìn)入第二過渡區(qū)。不過，在輸出電壓進(jìn)入第二過渡區(qū)之前，已施加了 20μ s的脈沖驅(qū)動供電。于是，輸出電壓被升高到1. 2kV，從而在輸出電壓超過1. 2kV之后進(jìn)入第二過渡區(qū)。于是，當(dāng)輸出電壓進(jìn)入第二過渡區(qū)時，已產(chǎn)生200V的極大過沖(圖5B中圖解說明的過沖電壓B)。更具體地說，當(dāng)高電壓發(fā)生設(shè)備的起動能力不是很大時，不存在問題。如果高電壓發(fā)生設(shè)備的起動能力被進(jìn)一步增大，以致僅僅輸入幾個脈沖以進(jìn)一步縮短起動時間，輸出電壓就被升高到目標(biāo)電壓，那么會出現(xiàn)極大的過沖。另一方面，圖4C和5C圖解說明按照第一例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備的輸出波形的例子。按照第一例證實施例的高電壓發(fā)生電路8把控制時期(時域)分成緊接在開始起動之后的高速起動時期Tl (第一過渡區(qū))、在輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓之前過去的恒壓控制等待時期T2(第二過渡區(qū))、和在輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓之后過去的恒壓控制時期T3(穩(wěn)定區(qū))。在第一過渡區(qū)中，輸出具有在寄存器[DUTY_trl設(shè)定單元134]中設(shè)定的占用寬度的PWM信號，輸出電壓按作為第一變化量的300V/脈沖的較高電壓轉(zhuǎn)換速率升高。在第二過渡區(qū)中，輸出具有在寄存器[DUTY_tr2設(shè)定單元135]中設(shè)定的占用寬度的PWM信號，輸出電壓按作為第二變化量的50V/脈沖的較低電壓轉(zhuǎn)換速率升高。當(dāng)輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓時，PWM信號的占用寬度被瞬間減小到0，從而快速停止高電壓發(fā)生電路8的升壓操作。當(dāng)輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓時，電壓轉(zhuǎn)換速率低至50V/脈沖。于是，緊接在輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓之后出現(xiàn)的最大過沖量被減小到低至50V。充當(dāng)高速起動時期Tl的第一過渡區(qū)中的定時器時間被設(shè)定成對應(yīng)于目標(biāo)電壓的預(yù)定值。在這個例子中，當(dāng)目標(biāo)電壓為+5kV時和當(dāng)目標(biāo)電壓為+IkV時，第一過渡區(qū)中的定時器時間分別被設(shè)定為0. 3ms和0. 04ms，如圖8中所示。結(jié)果，第一過渡區(qū)不由與較低的第二基準(zhǔn)電壓的檢測對應(yīng)的反饋控制確定，而是由預(yù)先可變地設(shè)定的定時器時間確定。從而， 緊接在輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓之后出現(xiàn)的過沖被減小，而不管目標(biāo)電壓是+5kV還是+lkV， 從而輸出電壓能夠在短時間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)電壓。下面在比較第一例證實施例中的輸出波形的例子和常規(guī)波形的例子的時候，參考圖6A-6D說明緊接在輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓之后執(zhí)行的恒壓控制時期T3 (穩(wěn)定區(qū))中的操作。圖6D圖解說明第一例證實施例中的輸出波形的例子。為了增大起動時間，要求增大緊接在開始起動之后的PWM信號的占用寬度，以使響應(yīng)更快。不過，當(dāng)使響應(yīng)更快時，在恒壓控制操作中，輸出電壓易于相對于用作邊界的目標(biāo)電壓升高和下降，從而反復(fù)過沖。這圖解說明于圖6A中。在輸出電壓進(jìn)入第二過渡區(qū)之后，輸出電壓每個脈沖輸入被升高50V。當(dāng)輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓時，切換被立即關(guān)閉。在切換被立即關(guān)閉之后，充入電容負(fù)載中的電荷被自然放電，以致輸出電壓下降。更具體地說，即使高電壓發(fā)生電路8的切換被立即關(guān)閉，輸出電壓也不會按自然放電速率或更大的速率下降。當(dāng)輸出電壓降到目標(biāo)電壓時，高電壓發(fā)生電路8再次開始切換。重復(fù)這種用當(dāng)開始切換時輸入的脈沖再次升高輸出電壓， 隨后輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓，然后當(dāng)切換再次被關(guān)閉時，輸出電壓下降的控制。不過，即使在切換被關(guān)閉之前輸入的脈沖的數(shù)目為1，當(dāng)輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓時，也已輸入了一個脈沖。于是，出現(xiàn)與一個脈沖對應(yīng)的電壓(本例中，50V)上的較小電壓振動(也被稱為波動或擺動)。圖6B圖解說明在輸出電壓進(jìn)入第二過濾區(qū)之后，當(dāng)按每個輸入脈沖100V地升高輸出電壓時產(chǎn)生的輸出波形的例子。由于與圖6A中圖解說明的現(xiàn)象相似的現(xiàn)象，出現(xiàn)過沖。不過，過沖量為100V，是圖6A中圖解說明的過沖量的兩倍。利用負(fù)載電容和電阻，按自然放電的時間常數(shù)確定過沖電壓降到目標(biāo)電壓的電壓轉(zhuǎn)換速率。于是，過沖以是圖6A中圖解說明的周期的兩倍的周期重復(fù)。在日本專利申請公開No. 9-93920中討論的高電壓發(fā)生設(shè)備中，在為維持目標(biāo)電壓而控制的維持充電區(qū)中，通過稍稍增大和減小PWM電路的輸入電壓，稍稍增大和減小輸出電壓，以降低目標(biāo)電壓的電壓振動。不過，在從慢速充電區(qū)過渡到維持充電區(qū)時，輸入電壓僅僅稍稍降低。于是，當(dāng)輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓時的過沖易于被增大，如圖6C中圖解所
7J\ ο另一方面，在按照圖6D中圖解說明的本例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備的輸出波形中，當(dāng)檢測電壓超過目標(biāo)電壓時，PWM信號的占用寬度被瞬間減小到0，隨后從0開始增大占用寬度，以致當(dāng)輸出電壓再次降低到目標(biāo)電壓之下時，重新開始切換。于是，使緊接在輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓之后出現(xiàn)的過沖小于在圖6C中圖解說明的過沖，恒壓控制時期T3中的電壓起動能力被降低。于是，在圖6D中圖解說明的本例證實施例中，能夠使在穩(wěn)定區(qū)中產(chǎn)生的電壓振動(波動或擺動)明顯小于在圖6A和6B中圖解說明的那些電壓振動。在本例證實施例中，利用其中第一過渡區(qū)中的PWM信號的占用寬度恒定的例子， 說明了按照目標(biāo)電壓的大小，改變第一過渡區(qū)中的定時器時間的方法。另一方面，如下所述，可以使用可變地控制PWM信號的占用寬度的方法?？勺兊乜刂频谝贿^渡區(qū)中的PWM信號的占用寬度的方法使定時器時間的可變控制易行，并且能夠產(chǎn)生與上述方法基本相似的效果。下面說明可變地控制第一過渡區(qū)中的PWM信號的占用寬度的方法中的操作的例子。<可變地控制PWM信號的占用寬度的操作的例子>
(1)分別設(shè)定充當(dāng)?shù)谝粫r期的第一過渡區(qū)中的初始PWM信號的占用寬度，和在過渡到充當(dāng)在第一時期之后的第二時期的第二過渡區(qū)時的PWM信號的占用寬度，并在第一過渡區(qū)中逐漸改變占用寬度。第一過濾區(qū)中的初始占用寬度和過渡到第二過渡區(qū)時的占用寬度被設(shè)定成與目標(biāo)電壓無關(guān)的預(yù)定值。為了按照目標(biāo)電壓的大小，改變第一過渡區(qū)中的定時器時間，執(zhí)行在第一過渡區(qū)中按預(yù)定階躍量改變占用寬度的控制。 圖7A圖解說明當(dāng)?shù)谝贿^濾區(qū)中的初始PWM信號的占用寬度為50%，過渡到第二過渡區(qū)時的PWM信號的占用寬度為10%的時候產(chǎn)生的波形的例子。圖7A圖解說明目標(biāo)電壓為+5kV和+2. 5kV的情況。當(dāng)目標(biāo)電壓為+5kV時，占用寬度被降低-1% /脈沖，當(dāng)目標(biāo)電壓為+2. 5kV時，占用寬度被降低-4% /脈沖。更具體地說，按照目標(biāo)電壓的大小，可變地設(shè)定第一過渡區(qū)。(2)分別設(shè)定第一過渡區(qū)中的初始PWM信號的占用寬度，和在過渡到第二過渡區(qū)時的PWM信號的占用寬度，并在第一過渡區(qū)中逐漸改變占用寬度。過渡到第二過渡區(qū)時的占用寬度，和按其逐漸改變占用寬度的階躍量(變化量)被設(shè)定成與目標(biāo)電壓無關(guān)的預(yù)定值。按照目標(biāo)電壓的大小，改變第一過渡區(qū)中的定時器時間。更具體地說，可變地設(shè)定第一過渡區(qū)中，在開始起動時的初始占用寬度。例如，圖7B圖解說明當(dāng)過渡到第二過渡區(qū)時的占用寬度為10%，按其逐漸改變占用寬度的階躍量為-2%時產(chǎn)生的波形的例子。圖7B圖解說明目標(biāo)電壓為+5kV和+2. 5kV的情況。當(dāng)目標(biāo)電壓為+5kV時，開始起動時的占用寬度被設(shè)定為50%，當(dāng)目標(biāo)電壓為+2. 5kV 時，開始起動時的占用寬度被設(shè)定為30%。更具體地說，按照目標(biāo)電壓的大小，可變地設(shè)定第一過渡區(qū)。如上所述，按照本例證實施例，取決于目標(biāo)電壓，可變地設(shè)定第一過渡區(qū)中的PWM 信號的占用寬度，在高速起動時期Tl中立即輸出PWM信號。更具體地說，能夠以隨著與目標(biāo)電壓相應(yīng)的高分辨率變化的起動時的時間寬度，立即啟動高電壓發(fā)生電路8。此夕卜，當(dāng)檢測電壓超過目標(biāo)電壓時，進(jìn)行控制，以致通過瞬間把PWM信號的占用寬度減小到0，把檢測電壓維持在目標(biāo)電壓。結(jié)果，即使在其起動能力被進(jìn)一步增強(qiáng)，并且其中目標(biāo)電壓被設(shè)定成寬范圍中的某個值的高電壓發(fā)生設(shè)備中，輸出電壓也能夠在較短時間內(nèi)，無任何過沖地達(dá)到目標(biāo)電壓。在起動過渡區(qū)中，響應(yīng)具有最大占用寬度的PWM信號，以較高的電壓轉(zhuǎn)換速率開始電壓的輸出，在維持目標(biāo)電壓的穩(wěn)定區(qū)中，以較低的電壓轉(zhuǎn)換速率輸出電壓。從而，即使在其起動能力被進(jìn)一步增強(qiáng)，并且其中輸出電壓在短時間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)電壓的高電壓發(fā)生設(shè)備中，也能夠減小穩(wěn)定區(qū)中的電壓振動(波動或擺動)。下面說明本發(fā)明的第二例證實施例。按照第二例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備事先按照目標(biāo)電壓的大小，可變地設(shè)定起動過渡狀態(tài)下的電壓轉(zhuǎn)換速率。在第二例證實施例中， 事先產(chǎn)生當(dāng)保持與目標(biāo)電壓的線性關(guān)系時可變地設(shè)定的電壓，產(chǎn)生的電壓被施加于升壓變壓器，以等待起動。利用可變設(shè)定的升壓變壓器用電壓和具有最大占用寬度的PWM信號，開始切換驅(qū)動，從而進(jìn)行控制，以致輸出電壓以過渡狀態(tài)的陡峭且高的電壓轉(zhuǎn)換速率達(dá)到目標(biāo)電壓。圖2C是示意地圖解說明按照第二例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備的功能的方框圖。除了圖2A中圖解說明的常規(guī)高電壓發(fā)生設(shè)備之外，按照本例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備還包括能夠可變地設(shè)定高速起動時期Tl中的起動過渡狀態(tài)下的電壓轉(zhuǎn)換速率的塊27。 塊27具有改變變壓器電源電壓的功能。圖9圖解說明按照第二例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備。與前面在第一例證實施例中描述的構(gòu)成元件和信號類似的構(gòu)成元件和信號被賦予相同的附圖標(biāo)記，從而不再重復(fù)它們的說明。圖9中圖解說明的高電壓發(fā)生設(shè)備包括由模擬電路構(gòu)成的高電壓發(fā)生電路8，和起產(chǎn)生硬件控制信號的輸出控制單元作用的ASIC 2，所述硬件控制信號被輸出給高電壓發(fā)生電路8，以控制高電壓發(fā)生電路8的輸出。高電壓發(fā)生設(shè)備還包括控制和設(shè)定出自ASIC 2的硬件控制信號的輸出狀態(tài)的微計算機(jī)1。此外，高電壓發(fā)生電路8包括升壓變壓器Tl， 升壓電路，輸出電壓檢測電路4，產(chǎn)生驅(qū)動升壓變壓器Tl的PWM信號的PWM控制電路15，產(chǎn)生連接到升壓變壓器Tl的電源電壓的變壓器電壓發(fā)生電路11，比較器CMP10，和輸出電流檢測電路9。
通過對設(shè)置在ASIC 2中的寄存器(未示出)設(shè)定在預(yù)定定時的數(shù)據(jù)，微計算機(jī)1 能夠控制高電壓發(fā)生設(shè)備的目標(biāo)電壓的變化和開/關(guān)定時。ASIC 2把用于設(shè)定高電壓發(fā)生電路8的目標(biāo)電壓的高電壓控制信號HVCNT、用于設(shè)定高電壓發(fā)生電路8的開/關(guān)的開/ 關(guān)控制信號/HV0N、和具有在高電壓發(fā)生電路8中使用的預(yù)定周期的時鐘信號CLK輸出到外部。高電壓控制信號HVCNT以來自設(shè)置在ASIC 2中的D/A轉(zhuǎn)換器的模擬信號的形式， 被輸出到外部。高電壓控制信號HVCNT可以PW信號的形式被輸出，或者可被在PWM信號的頻率下具有改進(jìn)的響應(yīng)特性的高階低通濾波器等轉(zhuǎn)換成DC電壓，在這種情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)類似的功能。下面說明圖9中圖解說明的高電壓發(fā)生設(shè)備中的高電壓發(fā)生電路8的操作的概況。變壓器電壓發(fā)生電路11事先產(chǎn)生與從ASIC 2輸出的高電壓控制信號HVCNT對應(yīng)的電壓，并在起動時和在穩(wěn)定時，把該電壓提供給升壓變壓器Tl。響應(yīng)從PWM控制電路15輸出的PWM信號，升壓變壓器Tl被切換驅(qū)動。輸出電壓檢測電路4對從升壓變壓器Tl輸出的高電壓分壓，以檢測分壓電壓Vdt，比較器CMPlO進(jìn)行檢測的分壓電壓Vdt和響應(yīng)高電壓控制信號HVCNT設(shè)定的目標(biāo)電壓Vtgt之間的比較計算。按照比較計算結(jié)果，反饋控制PWM控制電路輸出的PWM信號的占用寬度。用反饋控制的占用寬度，切換驅(qū)動升壓變壓器Tl。起動開始前的電容器C4等待所述起動，同時響應(yīng)高電壓控制信號HVCNT，電容器 C4被事先充入與變壓器電壓發(fā)生電路11產(chǎn)生的電壓對應(yīng)的電力。起動時的電壓轉(zhuǎn)換速率由事先充入的電力和所述電壓可變地設(shè)定。以與提供給升壓變壓器Tl的電壓對應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換速率，升高輸出給負(fù)載單元HVoutput的電壓。下面說明圖9中圖解說明的高電壓發(fā)生設(shè)備中的高電壓發(fā)生電路8的操作的細(xì)節(jié)。首先說明可變地輸出PWM信號的PWM控制電路15以及比較器CMPlO的操作。比較器 CMPlO的輸出和具有經(jīng)電阻器R6和電容器C3從時鐘信號CLK變化而來的偽三角波的三角波信號被連接到PWM控制電路15。PWM控制電路15包括比較器CMP 15, FET Q3，電阻器R2、 R3和R4，和電容器C2。比較器CMP 15執(zhí)行連接到非反相輸入單元的三角波信號和反相輸入單元的電壓之間的比較計算，從而可變地設(shè)定PWM信號的占用寬度。反相輸入單元的電壓越低，則待輸出的PWM信號的低電平側(cè)的占用寬度越小。比較器CMPlO進(jìn)行檢測的分壓電壓Vdt和目標(biāo)電壓Vtgt之間的比較計算，從而如果檢測電壓Vdt等于或小于目標(biāo)電壓Vtgt，那么產(chǎn)生低電平輸出，從而斷開FET Q3，如果檢測電壓Vdt等于或大于目標(biāo)電壓Vtgt，那么產(chǎn)生高電平輸出，從而接通FET Q3。當(dāng)FET Q3 被接通時，比較器CMP15中的反相輸入單元立即降到OV的電位。于是，CMP 15的輸出立即進(jìn)入高電平，以致高電壓發(fā)生電路8被快速關(guān)閉。另 一方面，當(dāng)FET Q3被斷開時，電荷從電源電壓Vreg，經(jīng)電阻器R2 R4被充入電容器C2中。充電的時間常數(shù)由電源電壓Vreg，以及電阻器R2 R4和電容器C2的值確定。按照該時間常數(shù)，使占用寬度從0開始適度增大。通過借助電阻器R2和R3對電源電壓Vreg分壓，獲得電容器C2的最大電壓，比較器CMP 15輸出的PWM信號的最大占用寬度由電容器C2的最大電壓設(shè)定。更具體地說，PWM控制電路15瞬間把占用寬度降低到0，以便當(dāng)檢測電壓Vdt超過目標(biāo)電壓Vtgt時，快速關(guān)閉高電壓發(fā)生電路8。當(dāng)檢測電壓Vdt降到目標(biāo)電壓Vtgt之下時，起動被賦予時間常數(shù)，從而緩慢地開啟高電壓發(fā)生電路8。結(jié)果，能夠顯著降低在用于維持恒壓的反饋控制中產(chǎn)生的電壓振動(波動或擺動)。按照本例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備中的穩(wěn)定區(qū)中的輸出波形與第一例證實施例中在圖6D中圖解說明的輸出波形相似。下面說明高電壓發(fā)生電路8中的升壓變壓器Tl的外圍電路。從PWM控制電路15 輸出的PWM信號被輸入FET Q4的柵極端子。FETQ4，電源電壓Vcc和電阻器R8響應(yīng)輸入 FET Q4的柵極端子的PWM信號，驅(qū)動功率MOSFET Q5的柵極端子。功率MOSFET Q5切換驅(qū)動升壓變壓器Tl。被切換驅(qū)動的升壓變壓器Tl輸出脈動高電壓。升壓變壓器Tl輸出的脈動高電壓被包括高電壓二極管D2和高電壓電容器C5的整流器整流，被改變成直流電壓，并被輸出給負(fù)載單元HVoutput。輸出電壓檢測電路4分壓輸出給負(fù)載單元HVoutput的高電壓，以檢測分壓電壓Vdt。比較器CMPlO監(jiān)測檢測的分壓電壓Vdt，并比較檢測電壓Vdt與響應(yīng)高電壓控制信號HVCNT設(shè)定的目標(biāo)電壓Vtgt，從而進(jìn)行維持目標(biāo)電壓的反饋控制。FET Q2響應(yīng)開/關(guān)控制信號/HVQN，直接控制功率MOSFET Q5的柵極端子，以致當(dāng)高電壓發(fā)生電路8被開啟和關(guān)閉時，能夠減小響應(yīng)延遲時間。如果響應(yīng)延遲時間可被稍微延遲，那么代替開/關(guān)控制信號/HVON和FET Q2，通過把從ASIC 2輸出的時鐘信號CLK固定為高電平輸出，可開啟和關(guān)閉高電壓發(fā)生電路8。下面說明用于產(chǎn)生連接到升壓變壓器Tl的電源電壓的變壓器電壓發(fā)生電路11。 變壓器電壓發(fā)生電路11包括運(yùn)算放大器0P1，電阻器Rl和RlO R13，二極管D1，和晶體管 Ql0運(yùn)算放大器OPl電流驅(qū)動晶體管Q1，以執(zhí)行反饋控制，以致響應(yīng)高電壓控制信號HVCNT 和通過非反相放大電源電壓Vcc的分壓電壓而改變的電壓，維持與從ASIC 2輸入的高電壓控制信號HVCNT對應(yīng)的輸出。利用由晶體管Ql放大的電流，把電荷充入與升壓變壓器Tl 連接的電容器C4中。二極管Dl構(gòu)成當(dāng)運(yùn)算放大器OPl從電容器C4中放出電流時的電流通路。變壓器電壓發(fā)生電路11產(chǎn)生變壓器驅(qū)動電壓，所述變壓器驅(qū)動電壓具有與高電壓控制信號HVCNT對應(yīng)的電壓成比例的線性關(guān)系。高電壓發(fā)生電路8具有當(dāng)待切換驅(qū)動的PWM 信號的占用寬度被固定時，輸出與連接到升壓變壓器Tl的電源電壓成比例的輸出電壓(無反饋控制情況下，穩(wěn)定區(qū)中的達(dá)到電壓)的性質(zhì)。圖13A和13B圖解說明這種性質(zhì)。在本例證實施例中，進(jìn)行反饋控制，以減小PWM信號的占用寬度，以進(jìn)行把輸出電壓維持在目標(biāo)電壓的控制。在等待起動期間，當(dāng)PWM控制電路15輸出具有最大占用寬度的PWM信號，并且響應(yīng)高電壓控制信號HVCNT而可變地產(chǎn)生的電壓被施加于升壓高壓器Tl的時候，它被布置在下游的FET Q2強(qiáng)制關(guān)閉。于是，如果FET Q2被斷開，那么能夠響應(yīng)具有最大占用寬度的 PWM信號，立即開始切換。下面說明可變地設(shè)定在本例證實施例中可變地設(shè)定的起動過渡 狀態(tài)中的電壓轉(zhuǎn)換速率的操作的例子。當(dāng)起動高電壓發(fā)生電路8時，施加由變壓器電壓發(fā)生電路11充入電容器C4中的電力量(電壓值)，從而，所述電力量變成確定輸出電壓升高時的電壓轉(zhuǎn)換速率的一個要素(輸入驅(qū)動條件之一)。確定輸出電壓升高時的電壓轉(zhuǎn)換速率的另一個要素 (輸入驅(qū)動條件之一)是開始切換時的最大占用寬度。在本例證實施例中，起動時的最大占用寬度是與目標(biāo)電壓無關(guān)的固定值。于是，高電壓發(fā)生電路8具有只按照變壓器電壓發(fā)生電路11的輸出值改變起動時的電壓轉(zhuǎn)換速率的性質(zhì)。圖13B圖解說明PWM信號的占用寬度和經(jīng)過預(yù)定時間后的輸出高電壓(對應(yīng)于過渡狀態(tài)下的電壓上升曲線或電壓轉(zhuǎn)換速率) 之間的關(guān)系。從圖13B中可看出，在經(jīng)過相同時間后獲得的過渡狀態(tài)下的輸出電壓與連接到升壓變壓器Tl的電源電壓成正比。按照本例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備利用這種直接關(guān)系，在連接到升壓變壓器Tl 的電源電壓下，可變地設(shè)定輸出電壓的在過渡狀態(tài)下的電壓轉(zhuǎn)換速率。連接到升壓變換器 Tl的電源電壓是按照目標(biāo)電壓的大小可變地設(shè)定的。于是，當(dāng)起動高電壓發(fā)生電路8時，能夠高精度并且高分辨率地可變設(shè)定起動時的電壓轉(zhuǎn)換速率。例如，當(dāng)目標(biāo)電壓較低時，電壓轉(zhuǎn)換速率被可變地設(shè)定成減小，以致降低過沖。另一方面，當(dāng)目標(biāo)電壓較高時，電壓轉(zhuǎn)換速率被可變地設(shè)定成增大，以致縮短起動時期。此外，利用使得輸出電壓在硬件被急速起動的輸出狀態(tài)(在其時間常數(shù)達(dá)到緩和傾斜的曲線之前發(fā)生的狀態(tài))下達(dá)到目標(biāo)電壓的占用寬度線性起動高電壓發(fā)生電路8。當(dāng)硬件發(fā)現(xiàn)輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓時，占用寬度被立即減小到0，以斷開升壓電路。從而，能夠進(jìn)一步減小起動時的過沖。下面參考圖IlA和11B，說明按照本例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備中的輸出波形的具體例子。圖IlA圖解說明當(dāng)不應(yīng)用按照本例證實施例的方法時產(chǎn)生的輸出波形的例子，圖IlB圖解說明當(dāng)應(yīng)用按照本例證實施例的方法時產(chǎn)生的輸出波形的例子。圖IlA圖解說明當(dāng)起動過渡狀態(tài)下的電壓轉(zhuǎn)換速率與目標(biāo)電壓的大小無關(guān)地恒定不變時產(chǎn)生的輸出波形的例子。每個脈沖驅(qū)動(20 μ s)，輸出電壓被升高200V。當(dāng)目標(biāo)電壓為+5kV時，在 0. 5ms時，輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓。如同樣在第一例證實施例中所述，在升壓電路的輸入和輸出中出現(xiàn)響應(yīng)延遲時間。于是，在發(fā)現(xiàn)輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓的時刻，在該時刻之前已施加了 20 μ s的驅(qū)動供電。更具體地說，產(chǎn)生最大200V的過沖。+5kV時的200V是被減小到低至目標(biāo)電壓的約4%的過沖量。不過，過沖量取決于高電壓發(fā)生電路8的起動能力，即， 起動過渡狀態(tài)下的電壓轉(zhuǎn)換速率。于是，即使目標(biāo)電壓為+lkV，也出現(xiàn)最大200V的過沖。 +IkV時的200V是作為目標(biāo)電壓的20%的過沖量。另一方面，圖IlB圖解說明其中按照目標(biāo)電壓的大小，可變地設(shè)定起動過渡狀態(tài)下的電壓轉(zhuǎn)換速率的本例證實施例的輸出波形的例子。當(dāng)目標(biāo)電壓為+5kV時，類似于圖 11A，過沖量被減小到低至目標(biāo)電壓的約4%。當(dāng)目標(biāo)電壓為+IkV時，提供給升壓變壓器Tl 的電壓被事先可變地設(shè)定成減小的值。于是，電壓轉(zhuǎn)換速率被減小到每個脈沖輸出電壓被升高40V的較低電壓轉(zhuǎn)換速率。結(jié)果，在0. 5ms時，輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓，從而過沖量被減小到最大40V。更具體地說，當(dāng)目標(biāo)電壓為+IkV時，過沖量為40V。于是，過沖量約為目標(biāo)電壓的4%，從而能夠使之明顯小于圖1IA中圖解說明的過沖量。如上所述，按照本例證實施例，事先產(chǎn)生取決于輸出電壓可變地設(shè)定的電壓，在施加產(chǎn)生的電壓的情況下，等待起動。從而，能夠按以與輸出電壓相應(yīng)的高分辨率而變化的起動時的電壓轉(zhuǎn)換速率，瞬間起動高電壓發(fā)生電路8。此夕卜，當(dāng)檢測電壓超過目標(biāo)電壓時，進(jìn)行瞬間把占用寬度減小到0以使檢測電壓維持在目標(biāo)電壓的控制。即使高電壓發(fā)生設(shè)備的起動能力被增強(qiáng)，從而目標(biāo)電壓被設(shè)定為較寬范圍中的某個值，過沖也被減小，從而輸出電壓能夠在短時間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)電壓。
在起動過渡區(qū)中，響應(yīng)具有最大占用寬度的PWM信號，以較高的電壓轉(zhuǎn)換速率開始電壓的輸出，隨后，在使輸出電壓維持在目標(biāo)電壓的穩(wěn)定區(qū)中，以較低的電壓轉(zhuǎn)換速率輸出電壓。從而，即使其起動能力被進(jìn)一步增強(qiáng)并且其中輸出電壓在短時間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)電壓的高電壓發(fā)生設(shè)備也能夠減小穩(wěn)定區(qū)中的電壓振動(波動或擺動)。下面說明本發(fā)明的第三例證實施例。按照第三例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備預(yù)先按照目標(biāo)電壓的大小，可變地設(shè)定起動過渡狀態(tài)下的電壓轉(zhuǎn)換速率。在第三例證實施例中， 產(chǎn)生具有在保持與目標(biāo)電壓的線性關(guān)系時可變地設(shè)定的占用寬度的PWM信號。利用具有在起動開始時可變地設(shè)定的占用寬度的PWM信號，開始切換，以致輸出電壓按過渡狀態(tài)下的陡峭電壓轉(zhuǎn)換速率達(dá)到目標(biāo)電壓。圖2C是示意地圖解說明按照本例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備的主要功能的方框圖，該高電壓發(fā)生設(shè)備與第二例證實施例中的高電壓發(fā)生設(shè)備類似。除了在圖2A中圖解說明的常規(guī)高電壓發(fā)生設(shè)備之外，按照本例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備還包括能夠可變地設(shè)定起動過渡狀態(tài)下的電壓轉(zhuǎn)換速率的塊27。在塊27中改變PWM 信號的占用寬度。圖10圖解說明按照第三例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備。在本例證實施例中，代替在第二例證實施例中的PWM控制電路15內(nèi)連接的電源電壓Vreg，連接最大DUTY設(shè)定電路 41的輸出，代替在第一例證實施例中連接到升壓變壓器Tl的變壓器電壓發(fā)生電路11，連接具有固定值的電源電壓Vcc。通過從在第二例證實施例中描述的變壓器電壓發(fā)生電路11中除去電流放大電路部分，以低成本形成最大DUTY設(shè)定電路41。與已在第一和第二例證實施例中說明的相似的構(gòu)成元件和信號被賦予相同的附圖標(biāo)記，從而不再重復(fù)它們的說明。首先說明圖10中圖解說明的高電壓發(fā)生設(shè)備中的高電壓發(fā)生電路8的操作概況。 最大DUTY設(shè)定單元41響應(yīng)從ASIC 2輸出的高電壓控制信號HVCNT，產(chǎn)生下面說明的可變電壓Vduty，并在起動時和在穩(wěn)定時，把產(chǎn)生的可變電壓Vduty提供給PWM控制電路45。PWM 控制電路45產(chǎn)生具有與供給的可變電壓Vduty對應(yīng)的占用寬度的PWM信號，從而響應(yīng)所述 PWM信號，升壓變壓器Tl被切換驅(qū)動。輸出電壓檢測電路4分壓來自升壓變壓器Tl的輸出高電壓，以檢測分壓電壓Vdt，比較器CMPlO進(jìn)行檢測的分壓電壓Vdt和響應(yīng)高電壓控制信號HVCNT而設(shè)定的目標(biāo)電壓Vtgt之間的比較計算。按照比較計算結(jié)果，反饋控制PWM控制電路45輸出的PWM信號的占用寬度。利用反饋控制的占用寬度，切換驅(qū)動升壓變壓器Tl。 更具體地說，最大DUTY設(shè)定電路41可變地設(shè)定最大占用寬度，并進(jìn)行反饋控制，以致在占用寬度的范圍中，輸出電壓變成目標(biāo)電壓Vtgt。下面說明圖10中圖解說明的高電壓發(fā)生設(shè)備中的高電壓發(fā)生電路8的操作的細(xì)節(jié)。高電壓發(fā)生電路8中的升壓變壓器Tl的外圍電路與第二例證實施例中的相似，從而不再重復(fù)它們的說明。將說明最大DUTY設(shè)定電路41和PWM控制電路45。
最大DUTY設(shè)定電路41包括運(yùn)算放大器OPl和電阻器RlO R13，非反相放大高電壓控制信號HVCNT，和電源電壓Vcc的分壓電壓，并把非反相放大的信號和電壓輸出給PWM 控制電路45。最大DUTY設(shè)定電路41生成用于設(shè)定最大占用寬度同時保持與對應(yīng)于高電壓控制信號HVCNT的輸出電壓成比例的線性關(guān)系的基準(zhǔn)電壓Vduty，并把基準(zhǔn)電壓Vduty輸出給PWM控制電路45。代 替在第二例證實施例中描述的PWM控制電路15中的電源電壓Vreg，使最大 DUTY設(shè)定電路41產(chǎn)生的DC電壓Vduty連接到PWM控制電路45。當(dāng)FET Q3被斷開時，電荷從最大DUTY設(shè)定電路41產(chǎn)生的DC電壓Vduty經(jīng)電阻器R2 R4被充入電容器C2中。 充電時間常數(shù)由直流電壓Vduty，以及電阻器R2 R4和電容器C2的值確定。依據(jù)該時間常數(shù)，占用寬度從0被適度增大。更具體地說，PWM控制電路45產(chǎn)生具有按照輸入電壓Vduty的大小變化的最大占用寬度的PWM信號，同時類似于第一和第二例證實施例，當(dāng)檢測電壓Vdt超過目標(biāo)電壓Vtgt 時，瞬間把占用寬度減小到0，以立即關(guān)閉高電壓發(fā)生電路8。當(dāng)檢測電壓Vdt降到目標(biāo)電壓Vtgt之下時，對起動賦予時間常數(shù)，以緩慢開啟高電壓發(fā)生電路8。結(jié)果，能夠顯著抑制電壓振動(波動或擺動)。按照本例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備中的穩(wěn)定區(qū)的輸出波形與在第一例證實施例中的圖6D中圖解說明的輸出波形類似。電容器C2的電壓被保持為在穩(wěn)定時通過利用電阻器R2和R3分壓DC電壓Vduty 而獲得的電壓。比較器CMP 15輸出的PWM信號的最大占用寬度由穩(wěn)定時的電壓設(shè)定。按與高電壓控制信號HVCNT成比例的電壓，可變地設(shè)定由最大DUTY設(shè)定電路41產(chǎn)生的DC電壓Vduty。更具體地說，與高電壓控制信號HVCNT成比例地可變設(shè)定PWM信號的最大占用寬度。當(dāng)在等待起動期間，PWM控制電路45輸出具有最大占用寬度的PWM信號時，它被布置在下游的FET Q2強(qiáng)制斷開。于是，如果FET Q2被斷開，那么能夠響應(yīng)具有最大占用寬度的PWM信號，立即開始切換。下面參考圖12A和12B，圖13A和13B，以及圖14，說明在本例證實施例中可變地設(shè)定的起動過渡狀態(tài)下的電壓轉(zhuǎn)換速率與占用寬度之間的關(guān)系。圖12以利用急速升高輸出單元的電壓的升壓電路測量的特性曲線的形式，圖解說明用于切換驅(qū)動高電壓發(fā)生電路8的PWM信號的占用寬度和輸出電壓(在沒有反饋控制的情況下，穩(wěn)定狀態(tài)下的達(dá)到電壓)之間的關(guān)系。如在第二例證實施例的圖13A中所示，變壓器電源電壓和輸出電壓具有比例關(guān)系。于是，所述特性曲線指出當(dāng)輸入電壓為6V時產(chǎn)生的輸出電壓是當(dāng)輸入電壓為12V時產(chǎn)生的輸出電壓的一半。不過，用于進(jìn)行切換驅(qū)動的PWM 信號的占用寬度和輸出電壓沒有比例關(guān)系，而是變化極大。在當(dāng)輸入電壓為12V時獲得的特性曲線中，在占用寬度約27%的點Da，和在占用寬度約43%的點Db的輸出電壓(無反饋控制的情況下，穩(wěn)定區(qū)中的達(dá)到電壓)都約為 2500V，即使在進(jìn)行切換驅(qū)動的PWM信號的相應(yīng)點的占用寬度彼此不同。不過，在相應(yīng)點的起動時的電壓轉(zhuǎn)換速率彼此大不相同，如圖12B中所示。即使在沒有反饋控制的情況下使在相應(yīng)點的輸出電壓達(dá)到飽和的達(dá)到電壓都為2500V，在具有更大的占用寬度的點Db的輸出電壓也上升得更快。圖14以測量的特性曲線的形式，圖解說明輸出電壓的過渡狀態(tài)下的占用寬度和在經(jīng)過預(yù)定時間后的輸出高電壓(對應(yīng)于過渡狀態(tài)下的電壓上升曲線或電壓轉(zhuǎn)換速率)之間的關(guān)系。在經(jīng)過相同時間之后獲得的過渡狀態(tài)下的輸出電壓基本與占用寬度成正比。按照本例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備利用占用寬度和過渡狀態(tài)下的輸出電壓相互成比例的性質(zhì)，可變地設(shè)定輸出電壓的過渡狀態(tài)下的電壓轉(zhuǎn)換速率。起動開始時的最大占用寬度被預(yù)先設(shè)定成對應(yīng)于目標(biāo)電壓的值，以起動高電壓發(fā)生電路8。更具體地說，在按照目標(biāo)電壓可變地設(shè)定電壓轉(zhuǎn)換速率的時候，升高負(fù)載電壓。例如，當(dāng)目標(biāo)電壓較低時，電壓轉(zhuǎn)換速率被可變地設(shè)定成減小，以致過沖被減小。另一方面，當(dāng)目標(biāo)電壓較高時，電壓轉(zhuǎn)換速率被可變地設(shè)定成增大，以致縮短起動時期。在這種情況下，利用使得輸出電壓以硬件被急速起動的電壓轉(zhuǎn)換速率(在其時間常數(shù)達(dá)到緩和傾斜的曲線之前出現(xiàn)的狀態(tài))達(dá)到目標(biāo)電壓的時間寬度線性起動高電壓發(fā)生單元8。當(dāng)硬件隨后發(fā)現(xiàn)輸出電壓達(dá)到目標(biāo)電壓時， 占用寬度被立即減小到0，以快速斷開高電壓發(fā)生電路8。結(jié)果，在按照本例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備中，即使其中當(dāng)輸出電壓升高時，電壓轉(zhuǎn)換速率較高，并且輸出電壓(無反饋控制情況下，穩(wěn)定區(qū)中的達(dá)到電壓)與占用寬度不具有比例關(guān)系的高電壓發(fā)生電路8也不執(zhí)行取決于占用寬度和輸出電壓(無反饋控制情況下，穩(wěn)定區(qū)中的達(dá)到電壓)之間的關(guān)系的控制。于是，能夠避免在常規(guī)的高電壓發(fā)生電路中出現(xiàn)的控制精度和穩(wěn)定性的降低。按照本例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備中的輸出波形與在第二例證實施例的圖IlB中圖解說明的輸出波形相似。如上所述，按照本例證實施例，產(chǎn)生具有取決于輸出電壓而可變地設(shè)定的占用寬度的PWM信號，響應(yīng)具有可變地設(shè)定的占用寬度的PWM信號，高電壓發(fā)生設(shè)備被瞬間起動。 從而，能夠以隨取決于輸出電壓的高分辨率而變化的電壓轉(zhuǎn)換速率，在起動時瞬間起動高電壓發(fā)生電路8。此外，當(dāng)檢測電壓超過目標(biāo)電壓時，PWM信號的占用寬度被瞬間減小到0， 從而控制目標(biāo)電壓的維持。即使當(dāng)高電壓發(fā)生設(shè)備的起動能力被增大，并且目標(biāo)電壓被設(shè)定成寬范圍中的某個值時，也能夠減小過沖，并且輸出電壓能夠在短時間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)電壓。 其中PWM信號的占用寬度和輸出電壓(穩(wěn)定狀態(tài)下的達(dá)到電壓)無比例關(guān)系的升壓電路使得能夠?qū)崿F(xiàn)高度精確并且穩(wěn)定的電壓控制。在起動過渡區(qū)中，響應(yīng)具有最大占用寬度的PWM信號，起動電壓的輸出，而在維持后續(xù)目標(biāo)電壓的穩(wěn)定區(qū)中，通過向起動賦予平緩時間常數(shù)，以增大占用寬度，輸出電壓。即使其起動能力被增強(qiáng)，并且其中輸出電壓在短時間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)電壓的高電壓發(fā)生設(shè)備也能夠減小整個穩(wěn)定區(qū)中的電壓振動(波動或擺動)。按照上面說明的第一到第三例證實施例的高電壓發(fā)生設(shè)備可被應(yīng)用于電子照相成像設(shè)備。下面以激光打印機(jī)作為電子照相成像設(shè)備的一個例子，說明高電壓發(fā)生設(shè)備的應(yīng)用例子。在上述例證實施例中說明的高電壓發(fā)生設(shè)備適于用作對電子照相打印機(jī)中的成像單元施加高電壓的高壓電源。圖15A圖解說明作為電子照相打印機(jī)的例子的激光打印機(jī)的示意結(jié)構(gòu)。激光打印機(jī)200包括作為上面形成潛像的載像件的感光鼓211，使感光鼓211 均勻帶電的充電單元217，和用調(diào)色劑使在感光鼓211上形成的潛像顯影的顯影單元212。 轉(zhuǎn)印單元218把在感光鼓211上顯影的調(diào)色劑圖像轉(zhuǎn)印到從盒216供給的充當(dāng)記錄材料的片材(未示出)上，定影裝置214定影轉(zhuǎn)印到所述片材上的調(diào)色劑圖像，并把片材排出到托盤215。感光鼓211、充電單元217、顯影單元212和轉(zhuǎn)印單元218構(gòu)成成像單元。
圖15B圖解說明其中從設(shè)置在激光打印機(jī)200中的多個高電壓電源501 503 (按照第一到第三例證實施例任意之一的高電壓發(fā)生設(shè)備)輸出的高電壓被分別輸出到充電單元217、顯影單元212和轉(zhuǎn)印單元218的結(jié)構(gòu)。第一高電壓電源501向充電單元217輸出高電壓，第二高電壓電源502向顯影單元212輸出高電壓，第三高電壓電源503向轉(zhuǎn)印單元 218輸出高電壓。響應(yīng)從充當(dāng)控制單元的控制器500輸出的控制信號，從高電壓電源501 503輸出的高電壓分別被控制成需要的電壓。例如，當(dāng)高電壓被輸出到充電單元217時，上述輸出電流檢測電路9檢測流過充電單元217的電流，從而調(diào)整輸出，以致檢測電流具有預(yù)定值。當(dāng)高電壓被輸出到轉(zhuǎn)印單元218時，輸出電流檢測電路9檢測流過轉(zhuǎn)印單元218的電流，從而調(diào)整輸出，以致檢測電流具有預(yù)定值。當(dāng)高電壓被輸出到顯影單元212時，上述輸出電壓檢測電路4檢測電壓，從而調(diào)整輸出，以致檢測電壓具有預(yù)定值。從而，高電壓電源適用于施加成像用高電壓。更具體地說，當(dāng)執(zhí)行上述ATVC控制時，在連續(xù)對多個記錄材料進(jìn)行成像的時候，在記錄材料之間(也稱為在片材之間)，適用在第一到第三例證實施例中說明的轉(zhuǎn)印單元218的高電壓起動操作。從而，能夠高速進(jìn)行和ATC控制中一樣的施加高電壓的操作。如上所述，如果在第一到第三例證實施例中說明的高電壓電源被用作電子照相打印機(jī)的高電壓電源，那么能夠提高成像設(shè)備的速度，能夠縮短FP0T。盡管參考例證實施例，說明了本發(fā)明，不過顯然本發(fā)明并不局限于公開的例證實施例。下述權(quán)利要求的范圍應(yīng)被給予最寬廣的解釋，以包含所有修改、等同結(jié)構(gòu)和功能
權(quán)利要求
1.一種高電壓發(fā)生設(shè)備，包括 變壓器；切換單元，所述切換單元被配置成驅(qū)動所述變壓器；信號生成單元，所述信號生成單元被配置成產(chǎn)生用于驅(qū)動所述切換單元的驅(qū)動信號； 整流單元，所述整流單元被配置成對所述變壓器的輸出電壓進(jìn)行整流，從而輸出直流電壓；電壓檢測單元，所述電壓檢測單元被配置成檢測直流電壓； 設(shè)定單元，所述設(shè)定單元被配置成設(shè)定直流電壓的目標(biāo)電壓； 反饋控制單元，所述反饋控制單元被配置成按照所述電壓檢測單元檢測到的直流電壓和所述設(shè)定單元設(shè)定的目標(biāo)電壓，進(jìn)行驅(qū)動信號的反饋控制；以及輸出控制單元，所述輸出控制單元被配置成進(jìn)行控制，以在從開始輸出直流電壓到直流電壓達(dá)到目標(biāo)電壓為止經(jīng)過的過渡狀態(tài)期間，在不執(zhí)行所述反饋控制單元的反饋控制的情況下，把直流電壓升高與目標(biāo)電壓對應(yīng)的變化量。
2.按照權(quán)利要求1所述的高電壓發(fā)生設(shè)備，其中在從開始輸出直流電壓到直流電壓達(dá)到目標(biāo)電壓為止經(jīng)過的過渡狀態(tài)期間，所述輸出控制單元可變地控制所述變化量。
3.按照權(quán)利要求2所述的高電壓發(fā)生設(shè)備，其中待提供給所述變壓器的電源電壓被切換，以切換所述變化量。
4.按照權(quán)利要求1所述的高電壓發(fā)生設(shè)備，其中從開始輸出直流電壓到直流電壓達(dá)到目標(biāo)電壓為止經(jīng)過的過渡狀態(tài)期間包括按第一變化量升高直流電壓的第一期間、和在第一期間之后的按小于第一變化量的第二變化量升高直流電壓的第二期間。
5.按照權(quán)利要求4所述的高電壓發(fā)生設(shè)備，其中對第一期間中的每個預(yù)定周期，可變地設(shè)定第一變化量。
6.按照權(quán)利要求4所述的高電壓發(fā)生設(shè)備，其中所述驅(qū)動信號是PWM信號，并且其中所述PWM信號的占用寬度被改變，以可變地設(shè)定所述變化量。
7.按照權(quán)利要求6所述的高電壓發(fā)生設(shè)備，其中當(dāng)所述電壓檢測單元檢測到的電壓超過所述目標(biāo)電壓時，所述PWM信號的占用寬度被立即減小到0，隨后當(dāng)所檢測到的電壓變得小于所述目標(biāo)電壓時，所述PWM信號的占用寬度被逐漸增大。
8.按照權(quán)利要求6所述的高電壓發(fā)生設(shè)備，其中當(dāng)開始輸出直流電壓時，所述PWM信號的占用寬度被設(shè)定成最大時間寬度。
9.一種成像設(shè)備，包括成像單元，所述成像單元被配置成在記錄材料上形成圖像；和高電壓電源，所述高電壓電源被配置成對所述成像單元施加高電壓， 其中所述高電壓電源包括 變壓器，切換單元，所述切換單元被配置成驅(qū)動所述變壓器，信號生成單元，所述信號生成單元被配置成產(chǎn)生用于驅(qū)動所述切換單元的驅(qū)動信號， 整流單元，所述整流單元被配置成對所述變壓器的輸出電壓進(jìn)行整流，從而輸出直流電壓，電壓檢測單元，所述電壓檢測單元被配置成檢測直流電壓，設(shè)定單元，所述設(shè)定單元被配置成設(shè)定直流電壓的目標(biāo)電壓，反饋控制單元，所述反饋控制單元被配置成按照所述電壓檢測單元檢測到的直流電壓和所述設(shè)定單元設(shè)定的目標(biāo)電壓，進(jìn)行驅(qū)動信號的反饋控制，以及輸出控制單元，所述輸出控制單元被配置成進(jìn)行控制，以在從開始輸出直流電壓到直流電壓達(dá)到目標(biāo)電壓為止經(jīng)過的過渡狀態(tài)期間，在不執(zhí)行所述反饋控制單元的反饋控制的情況下，把直流電壓升高與目標(biāo)電壓對應(yīng)的變化量。
10.按照權(quán)利要求9所述的成像設(shè)備，其中所述成像單元包括被配置成對載像件充電的充電單元，或者包括被配置成對在載像件上形成的潛像進(jìn)行轉(zhuǎn)印的轉(zhuǎn)印單元。
11.一種高電壓發(fā)生設(shè)備，包括電壓輸出單元，所述電壓輸出單元被配置成輸出電壓；電壓檢測單元，所述電壓檢測單元被配置成檢測從所述電壓輸出單元輸出的電壓； 設(shè)定單元，所述設(shè)定單元被配置成設(shè)定從所述電壓輸出單元輸出的電壓的目標(biāo)值； 反饋控制單元，所述反饋控制單元被配置成按照所述電壓檢測單元檢測到的電壓和所述設(shè)定單元設(shè)定的目標(biāo)值，控制所述電壓輸出單元的驅(qū)動；以及輸出控制單元，所述輸出控制單元被配置成進(jìn)行控制，以在從開始從所述電壓輸出單元輸出電壓到電壓達(dá)到目標(biāo)值為止經(jīng)過的過渡狀態(tài)期間，在不執(zhí)行所述反饋控制單元的控制的情況下，把從所述電壓輸出單元輸出的電壓升高與目標(biāo)值對應(yīng)的變化量。
12.按照權(quán)利要求11所述的高電壓發(fā)生設(shè)備，其中在從開始從所述電壓輸出單元輸出電壓到電壓達(dá)到目標(biāo)值為止經(jīng)過的過渡狀態(tài)期間，可變地控制所述變化量。
13.按照權(quán)利要求12所述的高電壓發(fā)生設(shè)備，其中待提供給所述電壓輸出單元的電源電壓被切換，以切換所述變化量。
14.按照權(quán)利要求11所述的高電壓發(fā)生設(shè)備，其中從開始從所述電壓輸出單元輸出電壓到電壓達(dá)到目標(biāo)值為止經(jīng)過的過渡狀態(tài)期間包括按第一變化量升高電壓的第一期間、和在第一期間之后的按小于第一變化量的第二變化量升高電壓的第二期間。
15.按照權(quán)利要求14所述的高電壓發(fā)生設(shè)備，其中對第一期間中的每個預(yù)定周期，可變地設(shè)定第一變化量。
16.按照權(quán)利要求14所述的高電壓發(fā)生設(shè)備，其中所述驅(qū)動信號是PWM信號，并且其中所述PWM信號的占用寬度被改變，以可變地設(shè)定所述變化量。
17.按照權(quán)利要求16所述的高電壓發(fā)生設(shè)備，其中當(dāng)所述電壓檢測單元檢測到的電壓超過所述目標(biāo)值時，所述PWM信號的占用寬度被立即減小到0，隨后當(dāng)電壓變得小于所述目標(biāo)值時，所述PWM信號的占用寬度被逐漸增大。
18.按照權(quán)利要求16所述的高電壓發(fā)生設(shè)備，其中當(dāng)開始從所述電壓輸出單元輸出電壓時，所述PWM信號的占用寬度被設(shè)定成最大時間寬度。
19.一種成像設(shè)備，包括成像單元，所述成像單元被配置成在記錄材料上形成圖像；和高電壓電源，所述高電壓電源被配置成對所述成像單元施加高電壓， 其中所述高電壓電源包括電壓輸出單元，所述電壓輸出單元被配置成輸出電壓；電壓檢測單元，所述電壓檢測單元被配置成檢測從所述電壓輸出單元輸出的電壓；設(shè)定單元，所述設(shè)定單元被配置成設(shè)定從所述電壓輸出單元輸出的電壓的目標(biāo)值； 反饋控制單元，所述反饋控制單元被配置成按照所述電壓檢測單元檢測到的電壓和所述設(shè)定單元設(shè)定的目標(biāo)值，控制所述電壓輸出單元的驅(qū)動；以及輸出控制單元，所述輸出控制單元被配置成進(jìn)行控制，以在從開始從所述電壓輸出單元輸出電壓到電壓達(dá)到目標(biāo)值為止經(jīng)過的過渡狀態(tài)期間，在不執(zhí)行所述反饋控制單元的控制的情況下，把從所述電壓輸出單元輸出的電壓升高與所述目標(biāo)值對應(yīng)的變化量。
20.按照權(quán)利要求19所述的成像設(shè)備，其中所述成像單元包括被配置成對載像件充電的充電單元，或者包括被配置成對在載像件上形成的潛像進(jìn)行轉(zhuǎn)印的轉(zhuǎn)印單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及高電壓發(fā)生設(shè)備和成像設(shè)備。在從開始輸出電壓到電壓達(dá)到目標(biāo)值為止經(jīng)過的過渡狀態(tài)期間，高電壓發(fā)生設(shè)備按對應(yīng)于目標(biāo)值的變化量，升高輸出電壓，而不進(jìn)行反饋控制。
文檔編號G03G15/02GK102347692SQ201110214650
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者向原卓也 申請人:佳能株式會社