(57)【要約】【課題】トランスの大型化を伴うことなく、広い出力周波数範囲で過電圧保護動作が適正に保たれるような交流高電圧電源装置を提供することである。【解決手段】交流出力の定電流制御を行なうとともに周波数制御信号に応じた周波数の出力交流電圧を出力する交流高電圧電源装置であって、過電圧基準値に基づいて交流電圧出力を制限する過電圧保護手段（３０）と、出力されるべき交流電圧の周波数に応じて前記過電圧基準値を可変設定する過電圧基準値設定手段（３２ａ、３２ｂ、３３）をとを有する構成となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流出力の定電流制御を行なうとともに周波数制御信号に応じた周波数の出力交流電圧を出力する交流高電圧電源装置であって、
過電圧基準値に基づいて交流電圧出力を制限する過電圧保護手段と、
出力されるべき交流電圧の周波数に応じて前記過電圧基準値を可変設定する過電圧基準値設定手段とを有することを特徴とする交流高電圧電源装置。
【請求項２】
前記過電圧基準値設定手段は、異なる電圧値を出力する複数の基準電源と、
出力されるべき交流電圧の周波数に応じて前記複数の基準電源のいずれかを切替え選択するスイッチ手段とを有し、
前記スイッチ手段にて選択された基準電源から出力される電圧値を過電圧基準値として設定することを特徴とする請求項１記載の交流高電圧電源装置。
【請求項３】
前記過電圧基準設定手段は、制御信号に応じて出力電圧値が可変となる可変出力基準電源を有し、
前記制御信号が出力されるべき交流電圧の周波数に基づく信号となり、
前記可変出力基準電源からの出力電圧値を前記過電圧基準値として設定することを特徴とする請求項１記載の交流電圧電源装置。
【請求項４】
出力交流電圧の周波数を定める前記周波数制御信号に基づいて前記過電圧基準値の設定制御信号を生成する設定制御信号生成手段を有し、
前記過電圧基準値設定手段は、前記設定制御信号生成手段にて生成された設定制御信号に基づいて前記過電圧基準値を設定するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３に記載の交流高電圧電源装置。
【請求項５】
前記過電圧基準値設定手段は、予め定めた交流電流出力の周波数制御範囲外の周波数を表す周波数制御信号が供給されたときに、前記周波数制御範囲にて設定すべき過電圧基準値より小さい過電圧基準値を設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の交流高電圧電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流高圧電源装置に係り、詳しくは、交流電圧の最大出力をある一定の電圧値に制限する過電圧保護機能を有する交流高圧電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式のプリンタや複写機では、近年、小型化、オゾンレス等の観点からＢＣＲ（Ｂｉａｓ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｒｏｌｌ：接触帯電器）が採用されている。前記ＢＣＲに給電する高圧電源の多くは交流出力を定電流制御している。
【０００３】
このような交流高電圧電源装置は、発振器で交流波形を生成し、電力増幅器を介してトランスによって昇圧するタイプが一般的である（例えば、特許文献１参照）。しかし、このようなタイプの交流高圧電源装置では、電力増幅器での電力ロスが発生する。機器（プリンタ、複写機等）の高速化に伴い交流出力周波数と交流出力電流が上昇するとその電力ロスも大きくなる。更に、出力画像のカラー化（多色化）により例えば４色分の帯電器が必要になるとその電力ロスの問題が益々顕著になってくる。
【０００４】
前述したような電力ロスの問題を改善するために、高周波で動作し、交流出力の無効電力を回生するようにした所謂高周波変調方式の交流高電圧電源装置が提案されている（例えば、特許文献２）。このような方式の交流高圧電源装置は、特に、カラープリンタ等の多色画像形成機器での省エネルギー化に非常に有効なものとなっている。多色画像形成機器に用いられる交流高圧電源装置では、画像形成プロセスの高速化により交流出力周波数が高くなる（例えば、１５００Ｈｚ）傾向にあるが、厚手の記録シートが装置内を走行する際には画像形成プロセスを高速化できないことから交流出力周波数は低くなる（例えば、６００Ｈｚ）。このように画像形成機器に用いられる交流高圧電源装置は、記録シートの走行速度（画像形成プロセススピード）に応じて高い周波数から低い周波数までの広い範囲での動作を保証しなければならない。
【０００５】
また、前述した高周波変調方式の交流高電圧電源装置は、高周波（例えば、１００ｋＨｚ）での動作を行う昇圧トランスが採用されるが、その昇圧トランスは磁性材料として高周波数帯域まで動作保証されたフェライト材を使用している。ただし、フェライト材は飽和磁束密度が低いために、厚手の記録シートが機器内を走行する際のように交流出力周波数が低くて磁束密度が高くなるときにはその飽和磁束密度による制限を考慮しなければならない。
【０００６】
このように種々の性質を有する従来の交流高電圧電源装置は、例えば、図７に示すように構成される。
【０００７】
図７において、この交流高圧電源装置は、駆動制御回路１０、定電流制御回路１１、トランス駆動回路１２、昇圧トランス１３、ＡＣ出力電圧検出回路１４、ＡＣ電流検出回路１５、ＤＣ高圧回路１６及び過電圧保護回路２０を有している。定電流制御回路１１は、ＡＣ出力電流検出回路１５にて検出された昇圧トランス１３の出力電流値と、制御部（図示略）からのＡＣ出力電流の増減を指示するためのＡＣ出力電流リモート信号とに基づいて電流制御信号を生成して出力する。駆動制御回路１０は、制御部からのＡＣ出力周波数リモート信号（周波数制御信号）により決められる周波数の信号波形（ＢＣＲの場合、正弦波）を生成し、定電流制御回路１１からの電流制御信号に基づいてその信号波形を増幅して駆動信号を生成して出力する。前述した高周波変調方式を採用する場合、前記駆動信号は高周波の駆動信号となる。トランス駆動回路１２は、駆動制御回路１０からの前記駆動信号に基づいて昇圧トランス１３を駆動し、その結果、昇圧トランス１３にて交流電圧が生成される。昇圧トランス１３には高圧ＤＣ回路１６が接続されており、昇圧トランスは、高圧ＤＣ回路１６からの高圧直流電圧に前記交流電圧を重畳して高圧交流電圧を出力する。
【０００８】
過電圧保護回路２０は、比較器２１と基準電源２２とを有している。比較器２１は、ＡＣ検出電圧検出回路１４にて検出された電圧レベルと基準電源２２からの過電圧基準値との比較結果を出力する。制御駆動回路１０は、前記検出電圧レベルが過電圧基準値を超えないように出力駆動信号を制御する。これにより、出力高圧交流電圧のレベルが過電圧基準値を超えないように制限される。
【０００９】
【特許部件１】
特開平１−３０８１２９号公報
【特許文献２】
特開平１０−２９５０８６号公報
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＢＣＲ等の交流高電圧電源装置は、定電流制御されるために、負荷が大きくなると出力電圧が大きくなる。無負荷等で過電圧により高圧電源が破損しないために、実際に使用される帯電電圧の上限（使用上限電圧）Ｖａより大きな値となる過電圧基準値Ｖｒｅｆが設定され、前述したような過電圧保護回路２０により出力交流電圧が制限される。
【００１０】
前記過電圧基準値Ｖｒｅｆは、例えば、図８及び図９に示すように設定される。
【００１１】
図８において、出力交流周波数（Ｈｚ）と出力交流電圧（ｋＶｐｐ）との関係が示されており、特性Ｑは、昇圧トランス１３の飽和磁束密度により制限される上限出力電圧の特性である。このような昇圧トランス１３の性質（飽和磁束密度）で決まる特性Ｑにより、交流出力周波数が低くなるほど、実際に制御可能な交流出力電圧は低くなる。前記過電圧基準値Ｖｒｅｆ（図８における太い破線参照）は、各周波数において、前記特性Ｑで決まる上限出力電圧を超えないように設定される。出力周波数範囲（例えば、６００Ｈｚ〜１５００Ｈｚ）における下限周波数（６００Ｈｚ）に対応した前記特性Ｑ上の上限出力電圧Ｖ０（６００Ｈｚ）を超えないように過電圧基準値Ｖｒｅｆを設定すれば、その出力周波数範囲の全ての周波数について、その過電圧基準値Ｖｒｅｆは、前記特性Ｑで決まる上限出力電圧を超えることはない。過電圧保護回路２０は、回路定数の設定バラツキや温度変動等などにより、ある過電圧基準値Ｖｒｅｆに基づいて過電圧であると検出され得る交流電圧値の幅、即ち過電圧検出の動作範囲（例えば、±１０％）ＯＥ（図８における細い破線で囲まれた範囲参照）を有する。この動作範囲（±１０％）の上限値を特性Ｑと比較する為に、本文では過電圧基準値Ｖｒｅｆは、設定した出力周波数の過電圧基準値（上限値）で説明している。但し実際に基準電源２２に設定されるのは、この動作範囲（±１０％）の中心値となる過電圧基準値（中心値）である。
【００１２】
具体的には、出力周波数範囲における下限周波数（６００Ｈｚ）での使用上限電圧Ｖａ（＝２．８ｋＶｐｐ）（図８における二点鎖線参照）に前記動作範囲（±１０％）ＯＥ分を上乗せした値（＝３．３９ｋＶｐｐ）が過電圧基準値Ｖｒｅｆとして設定される。この場合、過電圧基準値Ｖｒｅｆ（＝３．３９ｋＶｐｐ）は、前記下限周波数（６００Ｈｚ）に対応した前記特性Ｑ上の上限出力電圧Ｖ０（６００Ｈｚ）（＝３．５ｋＶｐｐ）を超えていない。
【００１３】
しかし、出力周波数に応じて、過電圧検出の動作範囲ＯＥが低下する一方、使用上限電圧Ｖａが上昇する傾向にあるため、図８に示すように、出力周波数が高くなると、使用上限電圧Ｖａが前記過電圧検出の動作範囲ＯＥに重なってきてしまう。例えば、出力周波数範囲が６００Ｈｚ〜１５００Ｈｚのように広範囲（２．５倍（２５０％）の範囲）になると、その出力周波数範囲内での前記過電圧検出の動作範囲ＯＥの低下幅は例えば１０％に達し、前記使用上限電圧Ｖａの上昇幅は例えば５％に達する。
【００１４】
このように出力周波数が高くなることに伴って使用上限電圧Ｖａが過電圧検出の動作範囲ＯＥに重なってしまうと、本来必要とされる出力交流電圧が過電圧として検出されて、その本来必要とされる出力交流電圧が得られないことがある。この場合、ＢＣＲで帯電不良が発生し得ることになってしまう。
【００１５】
出力周波数範囲内の全ての周波数において、前記使用上限電圧Ｖａが過電圧検出の動作範囲ＯＥに重ならないようにするためには、例えば、図９に示すようにして過電圧基準値Ｖｒｅｆが設定される。
【００１６】
図９において、過電圧検出の動作範囲ＯＥ及び使用上限電圧Ｖａが出力周波数に応じて変化することを考慮して、出力周波数範囲における上限周波数（１５００Ｈｚ）での使用上限電圧Ｖａに過電圧検出の動作範囲ＯＥ（±１０％）分を上乗せした電圧が前記上限周波数（１５００Ｈｚ）における過電圧検出の動作範囲ＯＥの上限となるように、前記出力周波数範囲における下限周波数（６００Ｈｚ）での過電圧検出の動作範囲ＯＥの上限値に過電圧基準値Ｖｒｅｆが設定される。
【００１７】
具体的には、出力周波数範囲における上限周波数（１５００Ｈｚ）での使用上限電圧Ｖａの値は、その下限周波数（６００Ｈｚ）での値（＝２．８ｋＶｐｐ）から５％上昇して２．９４ｋＶｐｐになる。この使用上限電圧Ｖａ（＝２．９４ｋＶｐｐ）に過電圧検出の動作範囲ＯＥ（±１０％）分を上乗せした電圧（＝３．５６ｋＶｐｐ）を前記上限周波数（１５００Ｈｚ）における過電圧検出の動作範囲ＯＥの上限値とし、その上限値に出力周波数範囲（６００Ｈｚ〜１５００Ｈｚ）での変動分１０％を加味して、前記出力周波数範囲における下限周波数（６００Ｈｚ）での過電圧検出の動作範囲ＯＥの上限値（＝３．９１ｋＶｐｐ）を得る。この下限周波数（６００Ｈｚ）での過電圧検出の動作範囲ＯＥの上限値（＝３．９１ｋＶｐｐ）が過電圧基準値Ｖｒｅｆの値として設定される。
【００１８】
過電圧基準値Ｖｒｅｆがこのような値に設定されれば、出力周波数が高くなって過電圧検出の動作範囲ＯＥが低下し、使用上限電圧Ｖａが上昇しても、その使用上限電圧Ｖａが過電圧検出の動作範囲ＯＥに重なることはない。
【００１９】
しかし、図９から明らかなように、特性Ｑ１（図８における特性Ｑと同じ）の昇圧トランス１３を用いる場合、前記過電圧基準値Ｖｒｅｆ（＝３．９１ｋＶｐｐ）が出力周波数範囲における下限周波数（６００Ｈｚ）に対応した特性Ｑ１上の上限出力電圧Ｖ１０（６００Ｈｚ）（＝３．５ｋＶｐｐ）を超えてしまう。従って、このような値（＝３．９１ｋＶｐｐ）に過電圧基準値Ｖｒｅｆを設定する場合、前記下限周波数（６００Ｈｚ）での上限出力電圧Ｖ２０（６００Ｈｚ）が前記設定値（＝３．９１ｋＶｐｐ）以上となるような特性Ｑ２の昇圧トランスを用いなければならない。このため、昇圧トランスが大型化され、かつコストアップにもなってしまう。
【００２０】
本発明は、前述したような従来の交流高電圧電源装置の欠点を解決するためになされたもので、トランスの大型化を伴うことなく、広い出力周波数範囲で過電圧保護動作が適正に保たれるような交流高電圧電源装置を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る交流高電圧電源装置は、交流出力の定電流制御を行なうとともに周波数制御信号に応じた周波数の出力交流電圧を出力する交流高電圧電源装置であって、過電圧基準値に基づいて交流電圧出力を制限する過電圧保護手段と、出力されるべき交流電圧の周波数に応じて前記過電圧基準値を可変設定する過電圧基準値設定手段をとを有する構成となる。
【００２２】
このような構成により、出力されるべき交流電圧の周波数に応じて可変設定される過電圧基準値に基づいて交流電圧出力が制限されることとなる。従って、出力されるべき交流電圧の周波数に応じて使用される上限電圧値（使用上限電圧）や、過電圧保護手段にて過電圧として検出され得る電圧範囲（過電圧検出の動作範囲）が変動しても、周波数に応じたそれらの変動に合わせて適正な過電圧基準値を設定できるようになる。
【００２３】
前記出力交流電圧の周波数を決める周波数制御信号は、外部の制御ユニット、例えば、当該交流高電圧電源装置が搭載される機器の制御ユニットから供給することができる。
【００２４】
また、本発明に係る交流高電圧電源装置は、前記過電圧基準値設定手段が、異なる電圧値を出力する複数の基準電源と、出力されるべき交流電圧の周波数に応じて前記複数の基準電源のいずれかを切替え選択するスイッチ手段とを有し、前記スイッチ手段にて選択された基準電源から出力される電圧値を過電圧基準値として設定する構成とすることができる。
【００２５】
このような構成により、設定されるべき過電圧基準値が出力されるべき交流電圧の周波数に応じて段階的に変えることができるようになる。
【００２６】
更に、本発明に係る交流高電圧電源装置は、前記過電圧基準設定手段が、制御信号に応じて出力電圧値が可変となる可変出力基準電源を有し、前記制御信号が出力されるべき交流電圧の周波数に基づく信号となり、前記可変出力基準電源からの出力電圧値を前記過電圧基準値として設定する構成とすることができる。
【００２７】
このような構成により、設定されるべき過電圧基準値が出力されるべき交流電圧の周波数に応じて連続的に変えることができることとなる。
【００２８】
交流電圧の周波数に基づく信号は、外部の制御ユニット、例えば、当該交流高電圧電源装置が搭載される機器の制御ユニットから供給されるものであっても、当該交流高電圧電源装置にて生成されるものであってもよい。
【００２９】
本発明に係る交流高電圧電源装置は、出力交流電圧の周波数を定める前記周波数制御信号に基づいて前記過電圧基準値の設定制御信号を生成する設定制御信号生成手段を有し、前記過電圧基準値設定手段が、前記設定制御信号生成手段にて生成された設定制御信号に基づいて前記過電圧基準値を設定するようにした構成とすることができる。
【００３０】
このような構成により、外部の制御ユニットから供給される周波数制御信号から、過電圧基準値設定手段に周波数に応じて過電圧基準値を可変設定させるべき設定制御信号が当該交流高電圧電源装置内で生成できるようになる。これにより、そのような設定制御信号を外部の制御ユニットから供給する必要がなくなる。
【００３１】
また、本発明に係る交流高電圧電源装置は、前記過電圧基準値設定手段が、予め定めた交流電流出力の周波数制御範囲外の周波数を表す周波数制御信号が供給されたときに、前記周波数制御範囲にて設定すべき過電圧基準値より小さい過電圧基準値を設定する構成とすることができる。
【００３２】
このような構成により、周波数制御信号を供給する外部の制御ユニットが故障した場合に、本来出力されるべきでない高い交流電圧が出力されることを防止することができる。
【００３３】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００３４】
本発明の第一の実施の形態に係る交流高電圧電源装置は、図１に示すように構成される。
【００３５】
図１において、この交流高電圧電源装置は、基本的に従来のもの（図７参照）と同様に、駆動制御回路１０、定電流制御回路１１、トランス駆動回路１２、昇圧トランス１３、ＡＣ出力電圧検出回路１４、ＡＣ電流検出回路１５、ＤＣ高圧回路１６及び過電圧保護回路３０を有している。このような基本的な構成において、過電圧保護回路３０は、従来のものとその構成が異なる。
【００３６】
過電圧保護回路３０は、比較器３１、スイッチ３３及び２つの基準電源３２ａ、３２ｂを有している。スイッチ３３は、例えば、この交流高電圧電源装置が搭載される機器（例えば、ＢＣＲを搭載したプリンタ）の制御ユニット（メインコントロール基板）から供給される過電圧設定切替え信号に基づいて基準電圧３２ａ及び３２ｂのいずれかを比較器３１に接続する。前記過電圧設定切替え信号は、当該交流高電圧電源装置から出力されるべき交流電圧の周波数に基づいて決められている。スイッチ３３により比較器３１に接続された基準電源（３２ａまたは３２ｂ）の出力電圧値が設定された過電圧基準値として比較器３１に供給される。
【００３７】
基準電源３２ａ及び３２ｂの出力電圧値、及びその切替え条件について図２を参照して具体的に説明する。
【００３８】
図２において、昇圧トランス１３の飽和磁束密度により制限される上限出力電圧は出力周波数に応じて特性Ｑのように変化する。この特性Ｑにおいて、出力周波数範囲（６００Ｈｚ〜１５００Ｈｚ）における下限周波数（６００Ｈｚ）に対応した上限出力電圧Ｖ０（６００Ｈｚ）は、図８に示した例と同様に、３．５ｋＶｐｐとなる。また、使用上限電圧Ｖａは、出力周波数範囲（６００Ｈｚ〜１５００Ｈｚ）における下限周波数（６００Ｈｚ）から上限周波数（１５００Ｈｚ）までの間に２．８ｋＶｐｐから２．９４ｋＶｐｐまで５％上昇する。更に、過電圧検出の動作範囲ＯＥは、前記下限周波数（６００Ｈｚ）から前記上限周波数（１５００Ｈｚ）までの間に１０％低下する。
【００３９】
このような条件の下に、過電圧基準値は次のようにして決定される。
【００４０】
まず、上限周波数（１５００Ｈｚ）での過電圧検出の動作範囲ＯＥの上限値が、図９に示す例と同様に、同周波数での使用上限電圧Ｖａ（＝２．９４ｋＶｐｐ）に前記過電圧検出の動作範囲（±１０％）ＯＥ分を上乗せした３．５６ｋＶｐｐになる。そして、このようにして決められた上限周波数（１５００Ｈｚ）での上限値３．５６ｋＶｐｐから、過電圧検出の動作範囲ＯＥの変化特性（１０％）を考慮して決められた前記過電圧検出の動作範囲の下限周波数（６００Ｈｚ）での上限値は３．９１ｋＶｐｐとなる（１０％上昇）。この上限値３．９１ｋＶｐｐは、下限周波数（６００Ｈｚ）での使用上限電圧Ｖａ（＝２．８ｋＶｐｐ）に前記過電圧検出の動作範囲（±１０％）ＯＥ分だけ上乗せして決まる同周波数での過電圧検の動作範囲ＯＥの上限値３．３９ｋＶｐｐに対して１６％大きくなる。
【００４１】
このことから、下限周波数（６００Ｈｚ）から１６％分（α）だけ高い周波数（６００Ｈｚ＋α＝６９３Ｈｚ）での過電圧検出の動作範囲ＯＥの上限値が前記上限周波数（１５００Ｈｚ）での上限値３．５６ｋＶｐｐから、その過電圧検出の動作範囲ＯＥの変化特性（６００Ｈｚ〜１５００Ｈｚの範囲で１０％であるのに対して６９３Ｈｚ〜１５００Ｈｚの範囲では９％）を考慮して決められる。即ち、周波数（６９３Ｈｚ）での過電圧検出の動作範囲ＯＥの上限値が３．８８ｋＨｚに決められる。特性Ｑ上において周波数（６９３Ｈｚ）に対応した上限出力電圧は、下限周波数（６００Ｈｚ）に対応した出力上限電圧Ｖ０（６００Ｈｚ）＝３．５ｋＶｐｐより１６％大きい４．０６である。即ち、前述したように決められた周波数（６９３Ｈｚ）での過電圧検出の動作範囲ＯＥの上限値３．８８ｋＶｐｐは、特性Ｑ上において同周波数に対応した上限出力電圧４．０６を超えない。従って、出力周波数範囲（６００Ｈｚ〜１５００Ｈｚ）のうちの６９３Ｈｚ〜１５００Ｈｚにおける過電圧基準値Ｖｒｅｆ２が３．８８ｋＶｐｐに決められる。そして、基準電源３２ｂの出力電圧値が上記のようにして決められた過電圧基準値Ｖｒｅｆ２の±１０％の中心値となる電圧値３．５３ｋＶｐｐに決められる。また、前記周波数（６９３Ｈｚ）が過電圧基準値を切替えるべき周波数として決められる。
【００４２】
一方、前記過電圧基準値を切替えるべき周波数（６９３Ｈｚ）の手前の周波数（例えば、６９２Ｈｚ）で使用上限電圧Ｖａが過電圧検出の動作範囲ＯＥに重ならないように過電圧基準値Ｖｒｅｆ１が次のようにして決められる。
【００４３】
下限周波数（６００Ｈｚ）から上限周波数（１５００Ｈｚ）までの間に５％上昇する使用上限電圧Ｖａは、下限周波数（６００Ｈｚ）から周波数（６９２Ｈ）までの間に０．５％上昇する。従って、下限周波数（６００Ｈｚ）にて２．８ｋＶｐｐとなる使用上限電圧Ｖａは、周波数（６９２Ｈｚ）において２．８１ｋＶｐｐとなる。この使用上限電圧Ｖａ（＝２．８１ｋＶｐｐ）に過電圧検出の動作範囲ＯＥ（±１０％）分を上乗せした３．４ｋＶｐｐが周波数（６９２Ｈｚ）での過電圧検出の動作範囲ＯＥの上限値となる。下限周波数（６００Ｈｚ）から上限周波数（１５００Ｈｚ）までの間に１０％減少する過電圧検出の動作範囲ＯＥは、周波数（６９２Ｈｚ）から下限周波数（６００Ｈｚ）までの間に１％上昇する。従って、前記のように周波数（６９２Ｈｚ）において３．４ｋＶｐｐとなる過電圧検出の動作範囲ＯＥの上限値は、下限周波数（６００Ｈｚ）において３．４３ｋＶｐｐとなる。この下限周波数（６００Ｈｚ）における過電圧検出の動作範囲ＯＥの上限値３、４３ｋＶｐｐは、特性Ｑ上において下限周波数（６００Ｈｚ）に対応した上限出力電圧３．５ｋＶｐｐを超えていない。従って、出力周波数範囲（６００Ｈｚ〜６９２Ｈｚ）における過電圧基準値Ｖｒｅｆ１が３．４３ｋＶｐｐに決められる。そして、基準電源３２ａの出力電圧値が前述したようにして決められた過電圧基準値Ｖｒｅｆ１の±１０％の中心値となる電圧値３．１２ｋＶｐｐに決められる。
【００４４】
前述したように基準電源３２ａ及び３２ｂの出力電圧値が決められた交流高電圧電源装置に対して外部の制御ユニットは、出力すべき交流電圧の周波数が６００Ｈｚ〜６９２Ｈｚの範囲内にある場合には、基準電源３２ａを選択し、出力すべき交流電圧の周波数が６９３Ｈｚ〜１５００Ｈｚの範囲にある場合には、基準電源３２ｂを選択する過電圧設定切替え信号を過電圧保護回路３０のスイッチ３３に供給する。これにより、比較器３１に供給される過電圧基準値が出力周波数範囲（６００Ｈｚ〜１５００Ｈｚ）内の周波数６９３ＨｚにてＶｒｅｆ１（＝３．４３ｋＶｐｐ）からＶｒｅｆ２（＝３．８８ｋＶｐｐ）に切替えられるので、使用上限電圧Ｖａが出力周波数に応じて変化しても、使用上限電圧Ｖａが過電圧検出の動作範囲ＯＥに重なることはない。従って、出力周波数範囲（６００Ｈｚ〜１５００Ｈｚ）の全範囲において適正な過電圧制限の動作が可能となる。
【００４５】
また、この場合、過電圧基準値Ｖｒｅｆ２が過電圧基準値Ｖｒｅｆ１より大きいものであっても、下限周波数（６００Ｈｚ）において過電圧基準値Ｖｒｅｆ１に対して適正な上限出力電圧を与える特性Ｑの昇圧トランス１３をそのまま使用することができる。そのため、図９に示した場合のように、昇圧トランス１３を大型化する必要がなく、交流高電圧電源装置の小型化及びコストダウンを図ることができる。
【００４６】
なお、前述した例は、過電圧基準値Ｖｒｅｆを出力周波数に応じて二段階（Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２）に切替えられるものであったが、三段階以上に切替えるようにすることもできる。また基準電源の切換え手段は、所定の電位から複数の抵抗による分圧で基準電源を生成し、その中の抵抗間をスイッチでオープン／ショートして分圧電圧を切換えるような方法でも効果は同様である。
【００４７】
本発明の第二の実施の形態に係る交流高電圧電源装置について図３及び図４を参照して説明する。この交流高電圧電源装置は、過電圧基準値Ｖｒｅｆを出力周波数に応じて連続的に制御する点で前述した第一の実施の形態に係る交流高電圧電源装置と相違する。なお、図３において、図１に示す部分と同一の部分については同一の参照符号が付されている。
【００４８】
図３において、この高電圧電源装置は、図１に示す過電圧保護回路３０と異なる構成の過電圧保護回路４０を有している。その他の部分は、図１に示す交流高電圧装置における対応する部分と同じである。過電圧保護回路４０は、比較器４１と、制御ユニット（図示省略）からの過電圧設定可変制御信号に応じてその出力電圧値が連続的に変化する可変基準電源４２とを有している。比較器４１は、可変基準電源４２からの出力電圧を過電圧基準値として入力し、その過電圧基準値とＡＣ出力電圧検出回路１４にて検出された出力電圧値との比較結果を駆動制御回路１０に供給する。前記過電圧設定可変制御信号は、当該交流高電圧電源装置から出力されるべき交流電圧の周波数に基づいて決められている
可変基準電源４２の出力電圧特性について図４を参照して具体的に説明する。
【００４９】
図４において、出力周波数範囲（６００Ｈｚ〜１５００Ｈｚ）における下限周波数（６００Ｈｚ）から上限周波数（１５００Ｈｚ）の間で２．８ｋＶｐｐから２．９４ｋＶｐｐまで変化する使用上限電圧Ｖａがその出力周波数範囲において過電圧検出の動作範囲ＯＥに重ならないように過電圧基準値Ｖｒｅｆが決められる。即ち、出力周波数範囲内の各周波数において使用上限電圧Ｖａに過電圧検出の動作範囲（±１０％）ＯＥ分を上乗せした電圧値が過電圧基準値Ｖｒｅｆとして決められる。
【００５０】
例えば、上限周波数（１５００Ｈｚ）では、その上限周波数における使用上限電圧Ｖａ＝２．９４ｋＶｐｐに過電圧検出の動作範囲（±１０％）ＯＥ分を上乗せした電圧値３．５６ｋＶｐが過電圧基準値Ｖｒｅｆとして決められる。また、下限周波数（６００Ｈｚ）では、その下限周波数における使用上限電圧Ｖａ＝２．８ｋＶｐｐに過電圧検出の動作範囲（±１０％）ＯＥ分を上乗せした電圧値３．３９ｋＶｐｐが過電圧基準値Ｖｒｅｆとして決められる。周波数（１０００Ｈｚ）では、使用上限電圧Ｖａが２．８６ｋＶｐｐとなる（６００Ｈｚから１５００Ｈｚまでで５％上昇であるから、６００Ｈｚから１０００Ｈｚまでで２．２％上昇）。従って、周波数（１０００Ｈｚ）では、その周波数における使用上限電圧Ｖａ＝２．８６ｋＶｐｐに過電圧検出の動作範囲（±１０％）ＯＥ分を上乗せした電圧値＝３．４６ｋＶｐｐが過電圧基準値Ｖｒｅｆとして決められる。
【００５１】
このように、周波数毎に使用上限電圧Ｖａに基づいて決められる過電圧基準値Ｖｒｅｆを表す制御情報が各周波数に対応付けて制御ユニット内のＲＯＭテーブルに記憶される。そして、制御ユニットは、交流高圧電源装置から出力されるべき交流電圧の周波数に対応した制御情報に基づいた前記過電圧設定可変制御信号を過電圧保護回路４０の可変基準電源４２に供給する。これにより、出力すべき交流電圧の周波数に対応して定められた過電圧基準値Ｖｒｅｆの±１０％の中心値が可変基準電源４２から出力される。これにより、使用上限電圧Ｖａが過電圧検出の動作範囲ＯＥに重なることはなく（図４参照）、出力周波数範囲（６００Ｈｚ＝１５００Ｈｚ）の全範囲において適正な過電圧制限の動作が可能となる。
【００５２】
また、下限周波数（６００Ｈｚ）での過電圧基準値Ｖｒｅｆは、図８に示す場合と同様に、３．３９となって、昇圧トランス１３の飽和磁束密度で決まる特性Ｑ上で下限周波数（６００Ｈｚ）に対応する上限出力電圧Ｖ０（６００Ｈｚ）＝３．５ｋＶｐｐを超えることはない。従って、昇圧トランス１３を大型化する必要がなく、交流高電圧電源装置の小型化及びコストダウンを図ることができる。
【００５３】
本発明の第三の実施の形態に係る交流高圧電源装置は、図５に示すように構成される。この交流高圧電源装置は、前記過電圧設定可変制御信号が当該交流高圧電源装置内で生成される点で、前述した第二の実施の形態に係る交流高圧電源装置と相違する。なお、図５において、図３に示す部分と同一の部分には同一の参照符号が付されている。
【００５４】
図５において、この交流高電圧電源装置は、ＡＣ出力周波数検出回路１７を有している。このＡＣ周波数検出回路１７は、制御ユニットから供給されるＡＣ出力周波数リモート信号に基づいて過電圧設定可変制御信号を生成する。更に、具体的には、制御ユニットからのＡＣ出力周波数リモート信号は出力周波数に対応したパルス信号であり、ＡＣ周波数検出回路１７はそのパルス信号を整流して出力周波数に対応したレベルとなる過電圧設定可変制御信号を生成する。
【００５５】
この交流高電圧電源装置に設けられる過電圧保護回路５０は、比較器５１と可変基準電源５２とを有しており、可変基準電源５２は、ＡＣ出力周波数検出回路からの過電圧設定可変制御信号に応じた出力電圧を出力し、その出力電圧が過電圧基準値Ｖｒｅｆとして比較器５１に供給される。前記過電圧設定可変制御信号のレベルと可変基準電源５２からの出力電圧との関係が、図４に示す周波数と過電圧基準値Ｖｒｅｆとの関係に対応するように、ＡＣ出力周波数検出回路１７の回路定数及び可変基準電源５２の出力特性が決められる。
【００５６】
このような交流高圧電源装置によれば、外部の制御ユニットは過電圧可変制御信号を供給する必要がないため、交流高電圧装置における信号ポートを特に増設する必要がない。
【００５７】
前述した各態様の交流高圧電源装置において、過電圧保護回路３０（４０、５０）は、出力周波数範囲（６００Ｈｚ〜１５００Ｈｚ）以外の周波数、例えば、下限周波数（６００Ｈｚ）より小さい周波数に対して、図６に示すような過電圧基準値Ｖｒｅｆ０を設定することができる。この過電圧基準値Ｖｒｅｆ０は、前記出力周波数範囲における下限周波数（６００Ｈｚ）より小さい周波数において、昇圧トランス１３の飽和磁束密度に対応した上限出力電圧を超える交流電圧が出力されることを規制するように、例えば、０Ｖに設定される。
【００５８】
このようにすることにより、制御ユニットの故障等により下限周波数（６００Ｈｚ）より低い周波数を表すＡＣ出力周波数リモート信号が供給されても、前記昇圧トランス１３の飽和磁束密度に対応した上限出力電圧を超すような交流電圧を出力させるような制御がなされなくなり、当該交流高圧電源装置の故障を未然に防止することができるようになる。
【００５９】
図６に示すような特性となる過電圧基準値Ｖｒｅｆを得るためには、図１に示す交流高電圧電源装置では、過電圧保護回路３０に０Ｖを出力する基準電源を設け、その基準電源が前記下限周波数（６００Ｈｚ）より小さい周波数で選択されるようにすればよい。また、図３及び図５に示す交流高圧電源装置では、可変基準電圧４２（５２）の出力特性を、前記下限周波数（６００Ｈｚ）より小さい周波数に対応した過電圧設定可変制御信号に対して０Ｖを出力するような特性にすればよい。
【００６０】
また、下限周波数（６００Ｈｚ）より小さい周波数に対する出力電圧は、前述したように一定値（０Ｖ）でなくても、昇圧トランス１３の飽和磁束密度に対応した上限出力電圧より低い出力電圧であれば、周波数に応じて変化するものであってもよい。
【００６１】
なお、前述した第一の実施の形態に係る交流高圧電源装置において、スイッチ３３を制御するための過電圧設定切替え信号は、外部の制御ユニットから供給されるものでなく、例えば、図５に示すものと同様に、ＡＣ周波数リモート信号から交流高圧電源装置内部で生成されるものであってもよい。
【００６２】
更に、過電圧保護の動作は、特に限定されず、出力電圧が過電圧基準値Ｖｒｅｆに達したときに、出力電圧を所定値（例えば、過電圧基準値）にクランプするものであっても、出力を一定期間停止させるものであってもよい。また、昇圧トランス１３の入力電圧を出力電圧として検出することができる。この場合、過電圧基準値もその検出電圧レベルの範囲に応じて変えればよい。
【００６３】
また、駆動制御回路１０の構成は、特に限定されず、特開平１０−１２９５０８６号公報に開示されるもののように、高周波変調方式に従って駆動制御するものであっても、特開平１−３０８２１９号公報に開示されるものであってもよい。駆動制御回路１０を前記高周波変調方式に従って動作するよう構成した場合、省エネルギー効果は従来の装置と同様に得られる。
【００６４】
更に、交流高電圧電源装置は、定電流制御がなされるものであれば、出力がＢＣＲ以外（例えば、クリーナブラシ）でも、また、その出力が正弦波以外の波形（例えば、矩形波）であってもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本願発明によれば、出力されるべき交流電圧の周波数に応じて可変設定される過電圧基準値に基づいて交流電圧出力が制限されることとなり、出力されるべき交流電圧の周波数に応じて使用される上限電圧値（使用上限電圧）や過電圧保護手段にて過電圧として検出され得る電圧範囲（過電圧検出の動作範囲）が変動しても、周波数に応じたそれらの変動に合わせて適正な過電圧基準値を設定できるようになる。このため、トランスの大型化を伴うことなく、広い出力周波数範囲で過電圧保護動作が適正に保たれるような交流高電圧電源装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る交流高電圧電源装置を示す図である。
【図２】図１に示す交流高電圧電源装置における過電圧基準値の設定手法を説明する図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態に係る交流高電圧電源装置を示す図である。
【図４】図３に示す交流高電圧電源装置における過電圧基準値の設定手法を説明する図である。
【図５】本発明の第三の実施の形態に係る交流高電圧電源装置を示す図である。
【図６】出力周波数範囲外において設定される過電圧基準値を示す図である。
【図７】従来の交流高電圧電源装置を示す図である。
【図８】従来の交流高電圧電源装置における過電圧基準値の第一の設定手法を説明する図である。
【図９】従来の交流高電圧電源装置における過電圧基準値の第二の設定手法を説明する図である。
【符号の説明】
１０  駆動制御回路
１１  定電流制御回路
１２  トランス駆動回路
１３  昇圧トランス
１４  ＡＣ出力電圧検出回路
１５  ＡＣ出力電流検出回路
１６  ＤＣ高電圧回路
１７  ＡＣ周波数検出回路
２０、３０、４０、５０  過電圧保護回路
２１、３１、４１、５１  比較器
２２、３２ａ、３２ｂ  基準電源
３３  スイッチ
４２、５２  可変基準電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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