电源、图像形成设备和压电换能器控制方法

专利名称：电源、图像形成设备和压电换能器控制方法
技术领域：
本发明涉及通过驱动压电换能器来生成电压的电源，包括该电源的图像形成设备和控制压电换能器的方法。
背景技术：
压电换能器(例如，诸如陶瓷板之类的压电谐振器)能够起到将输入交流(AC)电压转换成升高的输出电压的电压转换器的作用。这样的压电换能器被广泛用在图像形成设备的电源中以生成例如用于液晶显示器中的冷阴极管的驱动电压、或提供给电子照相设备中的转印棍(transfer roller)和显影棍(developing roller)的电压。压电换能器的输出特性(谐振特性)随着诸如负载阻抗(例如冷阴极管或转印辊的阻杭)之类的因素而变化。为了使输出电压稳定，必须根据负载阻抗变化及其他因素来控制提供给压电换能器的交流电 压的频率(驱动频率)。驱动频率的控制能够通过诸如压控振荡器(VCO)之类的模拟电路来实施。Uchiyama等人在日本专利申请公开号2007-189880中公开了使用VCO的电源单元。在日本专利申请公开号2007-189880中所公开的电源的问题在于，因为它使用驱动频率的模拟控制，所以它具有大量的模拟电路组件。另ー问题是压电换能器具有除用于升压的固有谐振频率之外的谐振频率(以下称作寄生频率)，并且当在寄生频率或其附近被驱动时生成过量热。为了避免过热，所希望的是控制驱动频率以便避开这些寄生频率，但是很难以灵活的方式配置用于VCO的模拟控制电路以避开这样的寄生频率。最近提出的针对这些问题的解决方案是使用数字电路来控制驱动频率。在例如日本专利申请公开号2010-148321中，kosake等人公开了ー种使用对压电换能器的驱动频率的数字控制的电源设备以及包括该电源设备的图像形成设备。所公开的电源设备将起始频率fstart设置在寄生频率和谐振频率f0之间(f0 <fstart <寄生频率)，并且通过将驱动频率保持在起始频率fstart与谐振频率f0之间来避开寄生频率。然而，这些传统电源的问题在于它们的起始输出电压不足够低。更具体地说，它们的起始输出电压的绝对值不低到足以用于电子照相图像形成设备中的预热(warmup)目的。预热是必需的，这是因为压电换能器的升压比(其输出电压振幅与其输入电压振幅之比)是随温度而变的。该比率在低温时很低，因此在图像形成设备通电之后的一段时间，可能需要通过驱动压电换能器进入空闲模式来使其预热，以升高其温度并且使其输入-输出特性稳定。然而，如果在预热时段期间生成的输出电压被提供给转印辊，转印辊将来自对面的感光鼓的表面的残余色调剂绘制到传输带上。残余色调剂然后通过清洁设备从传输带除去并且聚集在收集容器中。在预热时段期间输出电压越高，收集容器填充得越快并且它必须被更换的频率越高。就环境友好的产品设计而言，这引起了问题，而环境友好的产品设计是近年来所关注的主題
发明内容
本发明的目的是提供电源、图像形成设备和控制压电换能器的方法，在避开压电换能器的寄生频率的同时，其还能够使用压电换能器来生成足够高和足够低的输出电压这二者。在一方面，本发明提供了ー种电源，该电源使用具有规定的谐振频率和高于规定的谐振频率的至少ー个寄生频率的压电换能器来将输入交流电压转换成经转换的电压。驱动电路生成输入到压电换能器的交流电压。电压输出单元从经转换的电压生成输出电压。电压检测单元检测输出电压并且输出所检测的电压值。频率控制単元通过对所检测的电压值执行数字运算来控制驱动电路的驱动频率。频率控制単元在高于寄生频率的第一频率范围和寄生频率与规定的谐振频率之间的第二频率范围中改变驱动频率以使输出电压跟踪目标电压。当驱动频率达到第一频率范围的下限时，频率控制单元将驱动频率从第一频率范围改变为第二频率范围中的第一切换频率，由此跳过包括寄生频率的规定频率范围。在另一方面，本发明提供了一种图像形成设备，该图像形成设备包括图像形成单元和上述电源，该电源向图像形成単元提供输出电压。 在又一方面，本发明提供了一种控制电源中的压电换能器的方法，该压电换能器将输入交流电压转换成经转换的电压。压电换能器具有规定的谐振频率和高于规定的谐振频率的至少ー个寄生频率。电源包括压电换能器、用于生成输入到压电换能器的交流电压的驱动电路、用于从经转换的电压生成输出电压的电压输出単元、用于检测输出电压并且输出所检测的电压值的电压检测单元、和用于通过对所检测的电压值执行数字运算来控制驱动频率的频率控制单元。所述方法包括以下步骤
以使输出电压跟踪目标电压的方向在高于寄生频率的第一频率范围和寄生频率与规定的谐振频率之间的第二频率范围中改变驱动频率；
判断驱动频率是否已经达到第一频率范围的下限；和
当驱动频率达到第一频率范围的下限吋，将驱动频率从第一频率范围改变为第二频率范围中的切换频率，由此跳过包括寄生频率的规定频率范围。压电换能器当在第一频率范围中驱动时能够生成比较低的输出电压并且当在第ニ频率范围中驱动时能够生成比较高的输出电压。通过在两个范围之间跳跃来避开位于第一和第二频率范围之间的寄生频率。


在附图中
图I示意性地图示了本发明的第一实施例中的图像形成设备的结构；
图2是图示图I中的控制电路的示意结构的功能框 图3是图示图2中的高压电源的一部分的功能框 图4是示意性地图示图2中的高压控制电路的结构的功能框 图5是示出图4中的高压控制器之一的示例性基本结构的功能框 图6是示出图3中的转印偏压(bias)发生电路之ー的示例性电路结构的示意 图7是图示在第一实施例中转印偏压发生电路中的晶体管的示例性漏电压波形Vb和压电换能器的初级电极处的示例性电压波形Va的图形；
图8是图示在第一实施例中的压电换能器的输出电压作为其驱动频率的函数的图形；图9图示了在第一实施例中存储在19位寄存器中的分频比(FDR)的格式；
图10和11列出图5中的表格寄存器的输入和输出值以及对应的分频比；
图12和13列出分频比以及对应的驱动频率和输出电压；
图14是示意性地图示由图5中的运算单元执行的控制过程的流程 图15是图示在本发明的第二实施例中高压控制器的基本结构的框 图16是图示在第二实施例中压电换能器的示例性输出特性的图形；
图17是示意性地图示由图15中的运算单元执行的控制过程的流程 图18是图示在第三实施例中高压控制器的基本结构的框 图19是图示在第三实施例中压电换能器的示例性输出特性的图形；以及 图20是示意性地图示由图18中的运算单元执行的控制过程的流程图。
具体实施例方式现在将參考附图来描述本发明的实施例，在附图中，类似的元素由类似的附图标记指示。第一实施例
首先，将參考图I来描述第一实施例中的图像形成设备100的整体结构。如图I所示，图像形成设备100具有外壳101、ー批记录介质110、用于容纳记录介质110的盒113、用于从盒113中取出连续的记录介质110片的跳跃棍114、用于将记录介质片从盒113导引到一对定位棍(registration roller) 116和117的导引器115、用于检测记录介质110的介质传感器140、在其上放置和传输记录介质110的传送带108、用于形成黒色、黄色、洋红色和青色图像的显影器(developer)(图像形成単元)102K、102Y、102M、102C，以及可移除地附着于相应的显影器102K、102Y、102M、102C的色调剂(显影剂)盒104K、104Y、104M、104C。色调剂盒104K、104Y、104M、104C分别容纳黑色、黄色、洋红色和青色显影剂(色调剂)。跳跃辊114和该对定位辊116、117在被电动机(未示出)驱动时转动，并由此将从盒113中取出的记录介质110发送通过介质传感器140并且在规定的定时发送到传送(或传输)带108上。介质传感器140是检测记录介质110的通过并且向控制电路200发送检测信号的接触或非接触式传感器。盒113被可移除地安装在图像形成设备100中并且能够容纳ー堆记录介质110片。记录介质110可以是例如纸片、合成纸片、塑料膜片、布片或其他材料片。图像形成设备100还包括用于驱动传送带108的驱动棍106、与传送带108 —起转动的从动辊107以及分别面对显影器102K、102Y、102M、102C的转印辊105K、105Y、105M、105C。显影器102K、102Y、102M、102C刚好布置在传送带108上方，在传送带的行进方向上彼此跟随。传送带108绕驱动辊106和从动辊107做环形运动。驱动辊106在被电动机(未示出)驱动时以逆时针方向旋转，由此移动传送带108并且使得放置在传送带108上的记录介质110在显影器102K、102Y、102M、102C之下且在转印辊105K、105Y、105M、105C之上通过。用于黑色图像的显影器102K包括感光鼓132K、用于对感光鼓132K的表面均匀充电的充电棍136K、用于在感光鼓132K的表面上形成静电潜像的发光二极管(LED)头(曝光単元)103K、起显影剂载体的作用的显影辊134K、显影器刮片(blade) 135K、用于从色调剂盒104K向显影辊134K供给黑色显影剂的供给辊133K、以及清洁刮片137K。显影器刮片135K减小显影辊134K的表面上的显影剂层(色调剂层)的厚度。当感光鼓132K的表面的一部分达到显影辊134K时，由于静电潜像和显影辊134K之间的电位差，显影剂粘附于感光鼓132K，由此在其上形成显影剂图像。感光鼓132K上的显影剂图像然后通过转印辊105K被转印到记录介质110。该转印通过施加于转印棍105K的转印偏置电压来实现,在记录介质110穿过转印辊105K和感光鼓132K之间的夹时所述转印辊105K通过静电吸引将显影剂拉到记录介质110上。清洁刮片137K从感光鼓132K除去没有被转印到记录介质110上的残余显影剂。其他显影器102Y、102M、102C具有与显影器102K相同的结构。用于黄色图像的显影器102Y包括感光鼓132Y、用于对感光鼓132Y的表面均匀充电的充电辊136Y、用于在感光鼓132Y的表面上形成静电潜像的LED头(曝光単元)103Y、起显影剂载体的作用的显影辊134Y、显影器刮片135Y、用于从色调剂盒104Y向显影辊134Y供给黄色显影剂的供给辊133Y、以及清洁刮片137Y。用于洋红色图像的显影器102M包括感光鼓132M、用于对感光鼓132M的表面均匀充电的充电辊136M、用于在感光鼓132M的表面上形成静电潜像的LED头 (曝光単元)103M、起显影剂载体的作用的显影辊134M、显影器刮片135M、用于从色调剂盒104M向显影辊134M供给洋红色显影剂的供给辊133M、以及清洁刮片137M。用于青色图像的显影器102C包括感光鼓132C、用于对感光鼓132C的表面均匀充电的充电辊136C、用于在感光鼓132C的表面上形成静电潜像的LED头(曝光単元)103C、起显影剂载体的作用的显影辊134C、显影器刮片135C、用于从色调剂盒104C向显影辊134C供给青色显影剂的供给辊133C、以及清洁刮片137C。感光鼓132K、132Y、132M、132C中的每ー个都包括金属柱体(导电体)，典型地铝柱体，和在金属柱体的外表面上形成的光导层，典型地有机光导体(OPC)层。图像形成设备100还包括熔凝器(fuser) 118和导引器119。熔凝器118对转印到记录介质110上的显影剂图像施加压カ和热并且熔合显影剂，由此将其定影在记录介质110上。熔凝器118包括圆柱体熔凝辊118A和具有弾性表面层的压紧辊118B。诸如卤素灯之类熔凝器加热器(热源)151被布置在熔凝器118中。通过电源(未在该图中示出)将偏置电压施加于熔凝器加热器151。热敏电阻150是接触或非接触式温度传感器，其检测熔凝辊118A的表面的温度并且将检测结果发送到控制电路200。基于热敏电阻150所检测的温度，控制电路200控制熔凝器加热器151的操作，并且相应地控制熔凝辊118A的温度。导引器119将从熔凝器118排出的记录介质110面向下弹出到由图像形成设备100的顶面形成的托盘120上。图像形成设备100还包括清洁刮片111，该清洁刮片从传送带108的表面除去显影齐U(色调剂)并且将其丢弃到收集容器112中。到达传送带108的表面的显影剂越多，收集容器112必须被更换的频率越高。控制电路200控制图像形成设备100的整体操作。控制电路200的示意性结构将參考图2进行描述。如图2所示，控制电路200包括主机接ロ 250、图像处理部251、LED接ロ 252、打印机引擎控制器253和高压电源301。高压电源301包括高压控制电路260、充电偏压发生器261、显影偏压发生器262和转印偏压发生器263，其生成以下称为用于显影器和转印辊的偏置电压或偏压的直流(DC)电压。主机接ロ 250起外部主机设备(未示出)和图像处理部251之间的通信接ロ的作用。当以页面描述语言(PDL)或其他格式编码的打印数据经由主机接ロ 250从主机设备接收到吋，图像处理部251针对黑色、黄色、洋红色和青色图像生成对应的位图数据(图像数据)并且将位图数据输出到LED接ロ 252和打印机引擎控制器253。打印机引擎控制器253向LED接ロ 252发送控制信号。根据这些控制信号和位图数据进行操作，LED接ロ 252向LED头103K、103Y、103M、103C发送驱动信号，从而使它们发光。打印机引擎控制器253还向高压控制电路260输出控制信号。这些控制信号基于介质传感器140对记录介质110的检测而生成，并且指定例如充电、显影和转印偏置电压的 值。在高压控制电路260的控制之下操作的充电偏压发生器261生成用于显影器102K、102Y、102M、102C中的充电辊136K、136Y、136M、136C的相应充电偏置电压。也在高压控制电路260的控制之下操作的显影偏压发生器262生成用于显影器102K、102Y、102M、102C中的显影辊134K、134Y、134M、134C的相应显影偏置电压。也在高压控制电路260的控制之下操作的转印偏压发生器263生成用于转印辊105K、105Y、105M、105C的相应转印偏置电压。高压控制电路260控制针对转印辊105K、105Y、105M、105C中的每ー个分别生成转印偏置电压的定时。打印机引擎控制器253控制跳跃电动机254、定位电动机255和带电动机256的操作，这些电动机转动图I中的跳跃辊114、定位辊116和117、和驱动辊106。打印机引擎控制器253还控制熔凝器加热器电动机257的操作，其生成提供给熔凝器加热器151的偏置电压；以及鼓电动机258的操作，其转动感光鼓132K、132Y、132M、132C。鼓电动机258包括用于单独地转动感光鼓132K、132Y、132M、132C的独立的旋转驱动装置。打印机引擎控制器253基于热敏电阻150所检测的温度来控制熔凝器加热器151的操作。图3更详细地示出高压电源301的结构。除了高压控制电路260之外，高压电源301包括直流电源(直流电压源)302、转印偏压发生器电路350K、350Y、350M、350C和晶体振荡器419。转印偏压发生器电路350K、350Y、350M、350C构成图2中的转印偏压发生器263。为简单起见，图2中的充电偏压发生器261和显影偏压发生器262被从图3中省略。转印偏压发生器电路350K生成提供给负载306K的转印偏置电压，负载306K包括用于黑色图像的转印辊105K ;转印偏压发生器电路350Y生成提供给负载306Y的转印偏置电压，负载306Y包括用于黄色图像的转印辊105Y ;转印偏压发生器电路350M生成提供给负载306M的转印偏置电压，负载306M包括用于黄色图像的转印辊105M ;转印偏压发生器电路350C生成提供给负载306C的转印偏置电压，负载306C包括用于青色图像的转印辊105C。作为从高压控制电路260的相应输出端子0UT_K、0UT_Y、0UT_M、0UT_C提供的驱动脉冲312K、312Y、312M、312C的响应，转印偏压发生器电路350K、350Y、350M、350C使用从直流电源302提供的直流电压来生成转印偏置电压。用于黑色图像的转印偏压发生器电路350K包括具有诸如压电陶瓷板之类的压电谐振器的压电换能器(ΡΖ 304Κ、生成交流电压并且将其提供给压电换能器304K的初级电极的压电换能器驱动电路(PZT驱动电路)303K、对从压电换能器304Κ的次级电极输出的升高电压进行整流由此生成基本上直流的偏置电压的整流电路305K、和将整流电路305K所输出的电压转换成模拟电压信号314K的电压转换电路307K。整流电路305K所输出的偏置电压被作为转印偏压提供给负载306K。其他转印偏压发生电路350Y、350M、350C的结构和操作是类似的。转印偏压发生器电路350Y包括压电换能器驱动电路(PZT驱动电路)303Y、压电换能器(ΡΖ 304Υ、整流电路305Υ、和电压转换电路307Υ ;转印偏压发生器电路350Μ包括压电换能器驱动电路(PZT驱动电路)303Μ、压电换能器(ΡΖ 304Μ、整流电路305Μ、和电压转换电路307Μ ;转印偏压发生器电路350C包括压电换能器驱动电路(PZT驱动电路)303C、压电换能器(PZT) 304C、整流电路305C、和电压转换电路307C。整流电路305Y、305M、305C向相应的负载306Y、306M、306C输出转印偏置电压。电压转换电路307Y、307M、307C从转印偏置电压生成相应的模拟电压信号 314Y、314M、314C。将会理解的是可以使用除图3中示出的整流电路305K、305Y、305M、305C以外的偏
置电压输出设备。 压电换能器驱动电路303K、303Y、303M、303C包括它们使用来响应于所提供的驱动脉冲312K、312Y、312M和312C而生成交流电压的相应功率金属氧化物半导体场效应晶体管或其他类型的开关元件。高压控制电路260是与从晶体振荡器419提供的时钟信号同步地操作的数字电路。打印机引擎控制器253通过重置信号309、输出控制信号310和数据信号311K、311Y、311M、311C来控制高压控制电路260。数据信号311K、311Y、311M、311C是8位并行信号，每个指示与要提供给负载306K、306Y、306M、306C之一的目标电压相对应的目标值。高压控制电路260具有从电压转换电路307K、307Y、307M、307C接收模拟电压信号314K、314Y、314M、314C 的输入端子 AIN_K、AIN_Y、AIN_M、AIN_C 并且使用这些信号 314K、314Y、314M、314C 来将输出到负载306K、306Y、306M、306C的电压导引到它们的目标值。高压控制电路260包括寄存器(未示出)，用于保持打印机引擎控制器253经由串行通信通道340所提供的设置(如下所述)。高压控制电路260的内部结构在图4中示出。高压控制电路260包括用于黑色图像的高压控制器260K、用于黄色图像的高压控制器260Y、用于洋红色图像的高压控制器260M和用于青色图像的高压控制器260C。高压控制器260K、260Y、260M、260C从打印机引擎控制器253接收相应的数据信号311K、311Y、311M、311C，并且经由串行通信通道340链接到打印机引擎控制器253。图5图示了在第一实施例中高压控制器260K的基本结构。图6图示了转印偏压发生器电路350K的详细结构。高压控制器260Y、260M、260C和转印偏压发生电路350Y、350C、350M也如图5和6中所示的那样构造。如图6所示，高压控制器260K具有时钟输入端子CLK_IN，在该端子处，经由电阻元件424从晶体振荡器419输入參考时钟信号(以下简称为时钟)。晶体振荡器419具有电压输入端子VIN、输出使能端子OE、时钟输出端子QO和接地端子GND。电压输入端子VIN和输出使能端子OE从电源418接收3. 3伏驱动电压。响应于3. 3伏驱动电压，在该实施例中使用的晶体振荡器419从其时钟输出端子QO输出50 MHz时钟。与该时钟信号同步地操作，高压控制器260K通过对时钟频率进行分频而生成具有大约百分之三十(30%)占空比(其间每个脉冲处于高逻辑电平的时间与一个脉冲周期的长度之比)的驱动脉沖，并且从其ουτ_κ输出端子输出该生成的驱动脉冲。响应于从高压控制器260Κ的输出端子0UT_K提供的驱动脉冲，转印偏压发生器电路350K中的压电换能器驱动电路303K生成提供给压电换能器304K的初级电极的交流电压。压电换能器驱动电路303K包括自耦变压器401、功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET>402,电阻器元件403和430、以及电容器404。自耦变压器401的一端连接到直流电源302，该直流电源302提供24伏直流电压。自耦变压器401的中点经由节点Ng连接到功率MOSFET 402的漏电极并连接到电容器404的一端。自耦变压器401的另一端连接到节点Na，该节点Na构成压电换能器304K的初级电极。功率MOSFET 402的源电极和电容器404的另一端二者都连接到接地端子411。功率MOSFET 402的栅电极通过电阻器元件430连接到高压控制器260K的输出端子0UT_K。电阻器元件403被插在栅电极和接地端子411之间。自耦变压器401、电容器404和压电换能器304K构成谐振电路。该谐振电路エ作时向压电换能器304K的初级电极(输入侧电极)施加半正弦波交流电压。图7示出功率MOSFET 402的漏电极(节点Ng)处的电压波形Vb和压电换能器304K的初级电极(节点Na)处的电压波形Va。如图7所示，谐振电路使得施加于压电换能器304K的初级电极的电压与功率MOSFET 402的漏电压的升降一起升降。压电换能器304K从其次级电极输出交流电压，该交流电压具有依赖于功率MOSFET 402的开关频率的值，所述开关频率即驱动脉冲被施加于其栅电极的频率。输出交流电压通过整流电路305K被整流并由此转换成直流电压。如图6所示，整流电路305K包括高压整流ニ极管405和406以及电容器407。高压整流ニ极管405的阳极和电容器407的一端接地。高压整流ニ极管405的阴极连接到节点Nb和高压整流ニ极管406的阳极。高压整流ニ极管406的阴极连接到电容器407的另一端。从压电换能器304K输出的升高的交流电压通过高压整流ニ极管405和406进行整流并且通过电容器407进行平滑以生成正偏置电压。诸如压电陶瓷板之类的压电谐振器具有固有谐振频率；压电换能器304K的固有谐振频率将被表示为f0。当在节点Na处输入的交流电压的频率等于或接近于谐振频率f0时，在次级电极的节点Nb处生成具有比输入交流电压的振幅大的振幅的升高的交流电压。压电换能器304K也具有不需要的谐振频率，称为寄生频率，其高于谐振频率f0。图8中的图形示出指示输入到压电换能器304K的交流电压的频率(驱动频率)和输出电压的示例性输出特性。该特性曲线指示除了给出最大输出电压的谐振频率f0之外，压电换能器304K还具有在高于f0的频率区域中的两个寄生频率fsl、fs2。图8中所示出的输出特性仅仅是ー个示例；谐振和寄生频率的输出值和位置可以根据负载阻抗和流过负载的电流量的变化而变化。再次參考图6，整流电路305K的输出通过电阻元件426提供给负载306K并同时提供给电压转换电路307K。电压转换电路307K包括串联连接以起分压器作用的电阻元件408和409、被连接以起RC滤波器作用的电阻元件410和电容器412、和被连接以起电压跟随器作用的运算放大器413。分压器中的示例性电阻值是电阻元件408的100 ΜΩ(108Ω)和电阻元件409的33 kQ(3. 3 x IO4 Ω )，产生了 3. 3/10，000的分压比。从整流电路305Κ输出的电压以电阻元件408和409所确定的比率进行分压并且通过电阻元件410和电容器412进行平滑，并在通过运算放大器413进行阻抗变换之后，被输入到高压控制器260K的模拟输入端子AIN_K以进行模数转换。返回參考图5，高压控制器260K包括模数转换器(ADC)500、表格寄存器504、定时器电路506、周期值寄存器507、运算单元508、比较器510、脉冲发生电路513、19位寄存器514、误差保持寄存器电路518、输出选择器519和另外的寄存器520、521、523、524。运算单元508、19位寄存器514、和表格寄存器504构成频率控制单元。模数转换器500和图6中所示的电压转换电路307K构成电压检测单元。频率控制単元和电压检测单元不局限于图5和6中所示的配置；它们可以具有其他配置。图5中的模数转换器500具有8位分辨率并且将在输入端子AIN_K处输入的模拟信号314K转换成8位数字电压信号314D。数字电压信号314D指示与转印偏压发生器电路350K的输出电压相对应的值(以下称为测量值或测量电压值)。从253输入的数据信号31IK 表示与目标电压相对应的目标值。比较器510接收输出控制信号310，并且当输出控制信号310处于高逻辑电平时执行比较。具体地，如果测量值小于目标值，则比较器510输出处于高逻辑电平的I位信号，并且如果测量值等于或大于目标值，则输出处于低逻辑电平的I位信号。根据比较器510所输出的信号的逻辑电平，运算单元508能够知道转印偏压发生电路350K的输出电压是否小于目标电压。运算单元508具有生成19位分频比数据FD的功能，该数据被保持在19位寄存器514中。图9示出分频比数据FD的格式。分频比(FDR)具有包括九个高序位FD [18:10]的整数部分和包括十个低序位FD [9:0]的小数部分。图5中的表格寄存器504是查找表(LUT)，该查找表(LUT)输入在19位寄存器514中存储的分频比(FDR)的八个低序整数位FD [17:10]并且输出对应的8位值到运算单元508。在图10和11中的表格中图示了输入-输出对应关系，其以十六进制记数法示出输入和输出值，如后缀‘hex’所指示的。从中取出该输入值的所述分频比的整数部分的完整9位值也以十六进制记数法示出。图5中的定时器电路506与在时钟输入端子CLK_IN处输入的时钟信号CLK同步地计数并且保持该计数值。计数值最初设置在13位计数周期值，其被保持在周期值寄存器507中。计数值然后与上升或下降CLK脉冲沿同步地递减(倒数)。当计数值达到‘O’吋，它被重置到初始值(计数周期值)。每当计数值达到‘0’时，定时器电路506输出定时脉冲信号(更具体地说，定时脉冲信号的上升沿或下降沿)到运算单元508和模数转换器500。计数周期值能够被设置为使得定时周期具有例如140微秒的长度，但是它可以被设置为其他值以提供几十到一百几十微秒的周期长度。模数转换器500每个定时周期执行一次模数转换。每当运算单元508从定时器电路506接收到定时脉冲吋，它通过将表格寄存器504的8位输出值加到分频比数据FD的当前19位值或从分频比数据FD的当前19位值减去表格寄存器504的8位输出值来生成新的分频比数据，并且通过将新生成的分频比数据存储在19位寄存器514中来更新分频比数据FD。下限寄存器520存储分频比FD的整数部分[18:10]的下限值FDs，并且上限寄存器521存储分频比FD的整数部分[18:10]的上限值FDe。图8中的起始频率fstart从下限值FDs得出并且频率fend从上限值FDe得出。运算单元508将分频比FD的整数部分[18:10]的值保持在上限值FDe和下限值FDs之间。图5中的第一切换寄存器523存储与图8中示出的切换频率fa相对应的第一切换值SWa。图5中的第二切换寄存器524存储与图8中的切换频率fb相对应的第二切换值SWb。这些寄存器520、521、523、524具有非易失性存储器元件。图5中的脉冲发生电路513包括加法器515、分割比选择器516、和分频器517。加法器515从19位寄存器514接收分频比的9位整数部分FD [18:10]，将其值递增规定量(例如’ I’)，并且将该递增的值提供给分割比选择器516。分割比选择器516根据从误差保持寄存器电路518输出的标志信号Fg的逻辑电平而选择分频比的9位整数部分FD [18:10]或加法器515的输出，并且将所选择的值输出到分频器517。分频器517使用分割比选择器516的9位输出值作为分频比来分割时钟CLK的频率，并且由此生成具有大约30%占空比的驱动脉沖。驱动脉冲的脉冲周期与分割比选择器516的9位输出值成比例。分割比选择器516在标志信号Fg处于低逻辑电平时选择9位整数值FD [18:10]，并且在标志信号Fg处于高逻辑电平时选择加法器515的9位输出。 输出选择器519在输出控制信号310处于高逻辑电平时选择从分频器517输出的驱动脉沖。当输出控制信号310处于低逻辑电平时，输出选择器519选择接地电压。所选择的输出(脉冲输出或接地电压)作为驱动脉冲信号312K从输出端子0UT_K输出到转印偏压发生器电路350K。误差保持寄存器电路518具有10位误差存储区和标志存储区，从19位寄存器514中的分频比数据输出的分频比的小数部分FD [9:0]被捕获和累积在10位误差存储区中，并且I位标志信号Fg被存储在标志存储区中。误差保持寄存器电路518在来自脉冲发生电路513中的分频器517的输出的每个驱动脉冲沿(上升或下降沿)处捕获从19位寄存器514输入的分频比的小数部分FD [9:0]，然后将所捕获的分频比的小数部分[9:0]加到在误差存储区中保持的累积误差值，并且将结果作为新累积误差值存储在误差存储区中。如果累积误差超过阈值并且使误差存储区溢出，则误差保持寄存器电路518将标志信号Fg设置为高逻辑电平。该溢出也使得累积误差返回到比紧挨在溢出之前的值小的值。标志信号Fg在ー个驱动脉冲周期内保持高，并且然后在误差保持寄存器电路518接收到下一个脉冲沿时重置到低逻辑电平。因此，当标志信号Fg的逻辑电平保持低时，分频器517通过以它经由分割比选择器516从19位寄存器514接收的分频比的整数部分FD [18:10]对时钟CLK的频率进行分割来生成驱动脉冲。在该时间期间，分频比的小数部分FD [9:0]没有被分频器517使用，但是继续在误差保持寄存器电路518的误差存储区中累积。当累积误差超过阈值时，使误差存储区溢出，并且标志信号Fg变为高，并且分频器517通过以加法器515的输出值对时钟CLK的频率进行分割而生成下一个驱动脉冲，该输出值大于分频比的整数部分(例如，比分频比的整数部分大I)。分频比的小数部分FD[9:0]由此扩散到整数部分FD [18:10]中，以使得在特定时间t0发生的频率误差出现于在另ー时间tl (デt0)使用的分频比中。该误差扩散技术使得高压控制器260K能够以多于9位的分辨率控制压电换能器304K的驱动频率。现在将详细描述第一实施例中的图像形成设备100的操作。
当首次通电时，图像形成设备100在控制电路200的命令下开始初始操作。具体地，图2中的控制电路200中的打印机引擎控制器253使得带电动机256转动该驱动辊106以驱动传送带108，使得鼓电动机258转动感光鼓132K、132Y、132M、132C，并且使得高压控制电路260使充电偏压发生器261、显影偏压发生器262和转印偏压发生器263输出相应的电压。图4中的高压控制器260K、260Y、260M、260C向转印偏压发生器电路350K、350Y、350M、350C提供驱动脉冲312K、312Y、312M、312C，其将它们的压电换能器驱动至空闲模式以预热。这升高了构成压电换能器的压电陶瓷板或其他压电谐振器的温度，从而使压电换能器的特性稳定。图像处理部251然后经由图2中的主机接ロ 250接收PDL或其他格式的打印数据，根据打印数据生成位图数据(图像数据)，并且将所生成的位图数据输出到LED接ロ 252和打印机引擎控制器253。打印机引擎控制器253控制熔凝器加热器151的操作以加热图I中的熔凝辊118A。当热敏电阻150所检测的温度达到规定值时，打印机引擎控制器253使得图像形成设备100开始图像形成操作。第一，图2中的跳跃电动机254驱动跳跃辊114。跳跃辊114的旋转从盒113中 取出一片记录介质110并且将其导引到定位辊116、117，所述定位辊116、117被定位电动机255所驱动。定位辊116、117的旋转将从盒113取出的记录介质110推动通过介质传感器140并且推动到传送带108上。传送带108以规定传输速度连续地在显影器102KU02Y、102M、102C之下载送记录介质110。打印机引擎控制器253基于来自介质传感器140的检测信号和记录介质110的传输速度来分别控制显影器102K、102Y、102M、102C的操作定时。在显影器102K、102Y、102M、102C中，充电辊136K、136Y、136M、136C对感光鼓132K、132Y、132M、132C的表面进行均匀充电。LED头103K、103Y、103M、103C以与位图数据相对应的图案发光，由此使感光鼓132K、132Y、132M、132C曝光并在它们的表面上形成相应的静电潜像。显影辊134K、134Y、134M、134C带来依附于静电潜像的显影剂，由此形成显影图像。转印辊105K、105Y、105M、105C从图3中的转印偏压发生器电路350K、350Y、350M、350C接收转印偏置电压并且将感光鼓132K、132Y、132M、132C上的不同颜色(黒色、黄色、洋红色、青色)的四个显影图像转印到传送带108上的记录介质110的表面。在那之后，熔凝器118将组合的四色显影图像熔凝到记录介质110上，然后经由导引器119将记录介质110弹出到托盘120。现在将详细描述高压电源301的操作。如图3和4中所示，高压电源301被组织成四个通道，具有相应的高压控制器260K、260Y、260M、260C和转印偏压发生器电路350K、350Y、350M、350C。所有四个通道具有相同结构，因此以下描述将集中于黑色图像通道中的高压控制器260K和转印偏压发生器电路350K的操作。在图像形成设备100被通电之后，打印机引擎控制器253驱动所述重置信号309以重置高压控制电路260并且初始化其寄存器值。在图4中的高压控制器260K、260Y、260M、260C的重置端子RST处接收该重置信号。接下来，打印机引擎控制器253向高压控制器260K、260Y、260M、260C提供8位数据信号311K、311Y、311M、311C。这些数据信号311K、311Y、311M、311C中的每ー个表示从零伏到十千伏(10 kV)的目标电压相对应的从OOhex到FFhex的目标值。在图像形成设备100的初始操作中，打印机引擎控制器253将数据信号311K、311Y、311M、311C设置为OOhex以将压电换能器驱动至空闲模式。在初始操作完成之后的图像形成操作期间，打印机引擎控制器253将数据信号311K、311Y、311M、311C设置为与适合于转印感光鼓132K、132Y、132M、132C的表面上的显影图像的目标电压(典型地在I kV和8 kV之间的电压)相对应的处于IAhex和CChex之间的范围中的目标值。打印机引擎控制器253在其中在图像形成设备100的初始操作期间驱动传送带108的时段中的规定定时并且在当记录介质110穿过转印辊105K和感光鼓132K之间、转印辊105Y和感光鼓132Y之间、转印辊105M和感光鼓132M之间和转印辊105C和感光鼓132C之间的区域(夹区域)时的规定定时，将输出控制信号310驱动至高逻辑电平以转印显影图像。当输出控制信号310变高吋，高压控制电路260立即开始从其输出端子0UT_ K、0UT_Y、0UT_M、0UT_C 输出驱动脉冲 312K、312Y、312M、312C。响应于驱动脉冲 312K、312Y、312Μ、312C，压电换能器驱动电路303Κ、303Υ、303Μ、303C开关由图3中的直流电源302生成的电压，由此向压电换能器304K、304Y、304M、304C的初级电极提供正半正弦波。这使得压电换能器304K、304Y、304M、304C在其次级电极输出经转换的正弦波(AC)电压。整流电路305K、305Y、305M、305C对经转换的交流电压进行整流和平滑，由此生成输出电压。这些输出电压被施加于构成其相应的负载306K、306Y、306M、306C的转印辊105K、105Y、105M、105C的轴向轴(axial shaft)。电压转换电路307K、307Y、307M、307C以在例如从O到3. 3伏的范围中的值将输出电压转换成模拟电压信号314K、314Y、314M、314C，并且将模拟电压信号314K、314Y、314M、314C输入到高压控制电路260的输入端子AIN_K、AIN_Y、AIN_M、AIN_C。高压控制电路260将模拟电压信号314K、314Y、314M和314C转换成它使用来控制驱动频率的数字电压信号，由此将输出电压保持在它们的目标值。举例来说，将假设所有的压电换能器304K、304Y、304M、304C具有图8中所示的输出特性。在图像形成操作期间，高压控制器260K、260Y、260M、260C将驱动频率保持在排除寄生频率fsl和fs2的两个范围Λ I、Λ 2内。每个驱动频率开始于第一频率范围Λ I的上限fstart (大约179. 86 kHz，其是50 MHz时钟频率的1/278)。在高压控制器260K中，图5中的比较器510的输出在由数字电压信号314D所表示的測量值小于目标值(測量值〈目标值)时变高。在比较器输出为高时，运算単元508通过加上从表格寄存器504输出的8位值而逐步地增大分频比的19位值FD [18:0]，从而使得脉冲发生电路513以逐步减小的开关频率输出驱动脉沖。驱动频率因此从其在上限频率fstart的起始点逐步减小。在第一频率范围Δ I中，输出比较低的电压，如图8中的输出特性所示。当驱动频率达到处于第一频率范围Λ I的下限的切换频率fa时，分频比的整数部分FD [18:10]的值达到对应的第一切换值SWa(= llChex)。图8中的切换频率fa大约为
176.06kHz，其通过将50 MHz时钟频率除以284来获得。此时，运算单元508通过将分频比的整数部分FD [18:10]的值改变为与第二频率范围Λ 2的上限处的切换频率fb相对应的第二切换值SWb (= 190hex)来更新分频比数据FD。第二切换值SWb大约为125. 00 kHz,其通过将50 MHz时钟频率除以400来获得。这种改变使得脉冲发生电路513以与第二切换值SWb相对应的开关频率来输出驱动脉冲，因此驱动频率跳到切换频率fb，从而跳过寄生频率fsl和fs2。在切换频率fb，所测量的输出电压仍小于目标电压，因此运算単元508恢复分频比的19位值FD [18:0]的逐步増大，并且驱动频率从切换频率fb朝着谐振频率f0逐步减小。输出电压随着驱动频率逼近f0而升高。当所测量的电压值变成等于或大于目标值(測量值彡目标值)吋，图5中的比较器510的输出变低并且运算单元508开始从分频比数据的19位FD [18:0]减去表格寄存器 504的8位输出，而不是加上它。分频比现在逐步减小，使得脉冲发生电路513以逐步增大的开关频率输出驱动脉沖。当驱动频率中的逐步增大使所測量输出电压低于目标值时，运算单元508恢复分频比数据的19位值FD [18:0]的逐步増大，使得驱动频率下降并且输出电压上升。驱动频率然后继续以这种方式增减，从而将输出电压保持为基本上等于目标电压。如上所述，该实施例中的脉冲发生电路513累积分频比的小数部分FD [9:0]作为误差，并且当累积误差超过阈值时，分频比的整数部分FD [18:10]的值暂时増大，因此可以以比分频比的整数部分FD [18:10]的9位分辨率更高的分辨率来控制驱动频率。因此，高压控制器260K能够以高精度将输出电压稳定在恒定目标电压。例如，令分频比的整数部分FD [18:10]为FDi且小数部分FD [9:0]为FDd。如果FDi和FDd在21°个驱动脉冲(1024个脉冲)上保持恒定并且在该1024脉冲时段期间在误差保持寄存器电路518中发生一次溢出，则从分割比选择器516输出的9位分频比的平均值基本上变为FDi + FDd/1024。一般地说，如果存储在19位寄存器514中的19位值分频比在21°脉冲时段上不变，并且这1024个脉冲时段的K个脉冲处发生溢出但在剩余M个脉冲处没有发生溢出，其中K和M是等于或小于1024的非负整数(K = 1024 - M)，于是从分割比选择器516输出的9位分频比的平均值由下式给出。
{FM KK+ (FDi + X)x (1024 - H) */1024 = FDi + K/1024在以上等式中，K能够被认为基本上等于分频比数据FD的10个低序位的值，也就是，分频比的小数部分FD [9:0]的值。该等式假设存储在寄存器514中的19位值(分频比数据FD的值)在1024脉冲时段期间保持恒定，但是即使19位值变化，已经确认在该等式的左边的每单位时间的平均值基本上等于FDi + FDd/1024的每单位时间的平均值。因此，分频比的小数部分FD [9:0]的值FDd反映在平均分频比中，该实施例中的脉冲发生电路513能够以比在仅使用分频比的整数部分FD [18:10]的值FDi的情况下更高的分辨率控制驱动频率。在图12和13中的表格中示出由从116hex到ICFhex的整数分频比FD [18:10]给出的、与图8中示出的驱动频率的范围基本上对应的示例性输出电压值。根据图12，第ー频率范围Λ I (179.86 kHz到176. 06 kHz)中的输出电压从25到570伏变化。在第一频率范围Al的起始点fstart附近，输出电压接近25伏。根据图12和13，第二频率范围Δ2 (125.00 kHz到110. 13 kHz)中的输出电压从450到8210伏变化。现在将參考图14来详细描述运算単元508所使用的示例性控制过程。虽然以流程图形式示出图14中的过程，但是它能够以通过使用例如硬件描述语言(HDL)或其他逻辑描述语言所设计的硬件来实施。在图14中的过程开始之前，在周期值寄存器507中设置计数周期值。对于50 MHz时钟频率，可以设置7000 (lB58hex)的计数周期值。定时器电路506使用该计数频率值向模数转换器500和运算单元508输出具有140 μ s周期长度的脉冲信号。模数转换器500每140 μ s周期执行一次模数转换并且将结果所得的数字电压信号314D提供给比较器510。运算单元508与140 μ s周期脉冲信号同步地执行数字运算。參考图14，当输入到图3中的高压控制电路260的重置端子RST的重置信号309变高吋，运算单元508将分频比数据FD的初始值存储在19位寄存器514中(步骤S601 )。具体地，表示分频比的整数部分FD [18:10]的分频比数据FD的九个高序位被初始化为116hex，与第一频率范围Al的上限fstart相对应，并且表示分频比的小数部分FD [9:0]的分频比数据FD的十个低序位被初始化为OOOhex。因此，在19位寄存器514中设置的分频比数据FD的19位初始值为45800hex。 然后运算单元508等待来自比较器510的脉冲沿的输入(在步骤S602中为否)。当运算单元508检测到来自比较器510的脉冲沿的输入时(在步骤S602中为是)，它判断比较器510的输出信号的逻辑电平是高还是低(步骤S603)。如果所测量的电压值小于目标值，则运算单元508发现比较器输出为高(在步骤S603中为是)，并且将表格寄存器504的输出值加到存储在19位寄存器514中的分频比数据FD的当前19位值，由此更新分频比数据(步骤S604)。接下来，运算单元508测试表示分频比的整数部分的值FDi的分频比数据FD的高9位FD [18:10]，以判断FDi是否等于第一切换值SWa (= IlChex)(步骤S606)。当分频比数据FD的更新将驱动频率带到图8中的切换频率fa吋，发现分频比的整数部分FD[18:10]的值FDi等于第一切换值SWa(= llChex)。运算单元508现在通过将整数部分FD[18:10]的值FDi设置为第二切换值SWb (= 190hex)且将小数部分FD [9:0]的值FDd设置为OOOhex来更新分频比数据FD (步骤S607)，并且将更新后的分频比数据FD存储在19位寄存器514中(步骤S612)。结果是驱动频率跳过寄生频率fsl、fs2并且改变为第二频率范围Λ 2中的切换频率fb，如图8所示。如果运算単元508发现分频比的整数部分FD [18:10]的值FDi不等于第一切換值SWa (在步骤S606中为否)，则它判断FDi是否超过与图8中的频率fend相对应的上限值FDe (= lC6hex)(步骤S608)。如果FDi没有超过上限FDe (在步骤S608中为否)，则该过程进行到步骤S612。如果FDi超过上限FDe (在步骤S608中为是)，则运算单元508通过将整数部分FD [18:10]的值FDi设置为上限值FDe (= lC6hex)且将小数部分FD [9:0]的值FDd设置为3FFhex来更新分频比数据FD(步骤S610)，并且将更新后的分频比数据FD存储在19位寄存器514中(步骤S612)。这防止驱动频率控制偏移到第二频率范围Λ 2的下限值fend之下。当所测量的电压值等于或大于目标值时，运算単元508发现从比较器510接收的信号的逻辑电平为低(在步骤S603中为否)并且从存储在19位寄存器514中的分频比数据FD的当前19位值减去表格寄存器504的输出值，由此更新分频比数据(步骤S605)。接下来，运算单元508判断更新后的分频比数据FD的分频比的整数部分FD[18:10]的值FDi是否小于与图8中的fstart频率相对应的下限值FDs (= 116hex)(步骤S609)。如果FDi不小于下限值FDs (在步骤S609中为否)，则该过程进行到步骤S612。如果FDi小于下限值FDs(在步骤S609中为是)，则运算单元508通过将整数部分FD [18:10]的值FDi设置为下限值FDs (= 116hex)且将小数部分FD [9:0]的值FDd设置为OOOhex(步骤S611)来更新分频比数据FD，并且将更新后的分频比数据FD存储在19位寄存器514中(步骤S612)。这可靠地防止驱动频率控制超过第一频率范围Δ I的上限值fstart。在步骤S612之后，该过程返回到步骤S602。通过根据如上所述的图14中所示的过程来控制存储在19位寄存器514中的19位值，运算単元508通过跳过包括寄生频率fsl、fs2的范围而将驱动频率限制到第一和第ニ频率范围Al、Λ 2内的值。第一实施例中的高压控制器260Κ由此将驱动频率保持在高于寄生频率fsl和fs2的第一频率范围Λ I和低于寄生频率fsl和fs2的第二频率范围Λ 2内。当驱动频率达到第一频率范围Al的下限fa时，它被改变为第二频率范围Λ2中的切换频率fb，在寄生频率fsl、fs2之外。因此，可靠地避开了寄生频率fsl、fs2，并且通过使用接近于第一频率范围Λ I中的起始频率fstart的驱动频率能够将具有小的绝对值的低电压提供给负载306K。·其他高压控制器260Y、260M、260C以与高压控制器260K同样的方式控制它们的驱动频率。当目标电压被设置在零伏或接近零伏时，将驱动频率保持为接近于图8中的起始频率fstart，并且使用从179. 86 kHz到179. 21 kHz的驱动频率将输出电压保持为仅25到35伏的值(图12)。该极低电压空闲模式使得压电换能器能够在不传输记录介质110的初始操作期间在来自感光鼓132K、132Y、132M、132C的残余色调剂或其他显影剂的不需要的转印最小的情况下被预热。这减少了传送带108、转印辊105K、105Y、105M、105C及其他组件的污染，并且延长了收集容器112的更换时间。相比之下，如果起始频率fstart被设置为寄生频率fsl和谐振频率f0之间的传统值，诸如在130 kHz附近的值，则提供300伏或更高的电压(參见图12)并且在预热期间发生显影剂的更多转印，导致不希望的污染并且迫使收集容器被更频繁地更换。通过在初始操作期间将压电换能器304K、304Y、304M和304C驱动至空闲模式，还可以防止压电换能器304K、304Y、304M、304C的升压比在图像形成操作期间减小。另外，尽管两个范围之间的宽分离，但是因为通过以大的跳跃跳过寄生频率fsl、fs2将驱动频率从第一频率范围Al带到第二频率范围Λ2，从初始操作的开始到图像形成操作的开始的时间(启动时间)能够比现有技术中更短。高压控制电路260中的最优寄存器设置(例如，在下限寄存器520、上限寄存器521、第一切换寄存器523和第二切换寄存器524中保持的值)根据压电换能器驱动电路303K、303Y、303M、303C的电路配置、压电换能器304K、304Y、304M、304C的产品类型、压电换能器304K、304Y、304M、304C的制造变化及其他因素而变化。这些设置可以通过预备测试来优化。在这些寄存器中使用的非易失性存储器元件可以被替换为随机存取存储器(RAM)元件以促进这样的测试。第二实施例
除了高压控制电路的配置之外，第二实施例中的图像形成设备具有与第一实施例中的图像形成设备100相同的结构。如在第一实施例中一祥，高压控制电路包括用于颜色黒色、黄色、洋红色和青色的高压控制器(所有都具有相同的内部结构)。举例来说，图15图示了第二实施例中用于黑色图像的高压控制器260KA的基本结构。与第一实施例(图5)中的高压控制器260K的唯一区别是添加了第三切换寄存器525，以及运算单元508A中的使得高压控制器如图16中的箭头所指示的那样操作的内部修改。图16中的切换频率fa和fb与第一实施例相同，但是第ニ频率范围△ 2b的上限现在是高于切换频率fb的另一切换频率fc。切换频率fc被保持在第三切换寄存器525中。当由数字电压信号314D所表示的測量电压值小于目标值(測量值〈目标值)吋，驱动频率被逐步地减小。当该逐步减小将驱动频率带到图16中的第一频率范围Δ1的下限fa时，它跳到第二频率范围Λ 2b中的切换频率fb，从而跳过寄生频率fsl、fs2，并且然后恢复其逐步减小直到测量电压值达到目标值。其后，驱动频率根据需要而改变以使得输出电压跟踪目标电压。在这些操作中，高压控制器260KA以第一实施例中的高压控制器260K类似的方式操作。如果当被改变时驱动频率增至切换频率fc，如在目标电压在驱动频率控制期间被改变的情况下可能发生的那样，高压控制器260KA更新分频比以使得驱动频率跳回到第 ー频率范围Al的下限处的切换频率fa，再次跳过寄生频率fsl、fs2。这使得高压控制器260KA能够在第一频率范围Λ I和第二频率范围A2b之间的任一方向上切换目标频率同时继续将驱动频率保持远离寄生频率fsl、fs2，使得能够在出现需要时产生具有第一或第二范围中的驱动频率的驱动脉冲。图17是示意性地图示在第二实施例中由运算单元508A使用的控制过程的流程图。除步骤S701和S702之外的步骤与图14中的步骤S601到S612相同。如在第一实施例中一祥，虽然以流程图形式示出图17中的过程，但是它能够以通过使用例如硬件描述语言(HDL)或其他逻辑描述语言所设计的硬件来实施。在步骤S605中，当所测量的电压值等于或大于目标值时，运算単元508A从存储在19位寄存器514中的分频比数据FD的当前19位值减去表格寄存器504的输出值，由此生成新的分频比数据。接下来，运算单元508A判断新生成的分频比数据FD的分频比的整数部分FD [18:10]的值FDi是否等于与切换频率fc相对应的第三切换值SWc (= C17Ahex)(步骤S701)。如果FDi值不等于第三切换值SWc(在步骤S701中为否)，则该过程进行到步骤S609，并且如在第一实施例中一祥继续。然而，如果驱动频率已经增至切换频率fc，则运算単元508A发现分频比的整数部分FD [18:10]的值FDi等于第三切换值SWc (在步骤S701中为是)。运算单元508A然后将分频比的整数部分FD [18:10]的值FDi改变为第一切换值SWa (= llChex)并且将小数部分FD [9:0]的值FDd改变为OOOhex，由此生成新的分频比数据(步骤S702)。运算单元508A将新生成的分频比数据FD存储在19位寄存器514中(步骤S612)。結果，驱动频率跳到位于第一频率范围Al的底部的切换频率fa，从而跳过如图16所示的寄生频率fsl、fs20如上所述，在第二实施例中的驱动频率控制过程中，当驱动频率在切换频率fa向下退出第一频率范围Al时，它跳到第二频率范围Λ 2b中的切换频率fb，从而跳过寄生频率fsl、fs2，并且当驱动频率在切换频率fc向上退出第二频率范围A2b时，它跳回到切换频率fa以再进入第一频率范围Λ 1，从而再次跳过寄生频率fsl、fs2。以这种方式,可以在驱动频率减小时、在其增大时都避开寄生频率fsl、fs2。这种能力能够被用于确保永远不以等于或接近于寄生频率fsl和fs2的驱动频率来驱动压电换能器304K、304Y、304M、304C。在一连串的记录介质片上的图像形成中，所述片被顺序地传输通过显影器和转印辊之间的夹区域。到压电换能器的驱动脉冲输出传统上自当一片离开相关夹区域时直到下一片到达之前的时间停止。因为压电换能器是随温度而变的，所以在寒冷环境中，在它们未被驱动的该时段期间它们的输出特性可能在它们的温度下降时变化，从而导致打印问题。为了解决该问题，在该实施例中，自当一片记录介质110离开夹区域时直到下一片到达之前的时段期间不停止驱动脉冲，但是在该时段期间的目标电压被设置在零伏或接近零伏，由此导致驱动频率从第二频率范围Λ 2b返回到第一频率范围Al。因此，在该时段期间，电源向转印辊输出具有小的绝对值的低电压。这使得压电换能器304K、304Y、304M、304C能够被持续驱动，由此稳定它们的操作特性并且将随温度而变的任何下降(dip)的大小限制在它们的升压比，而不会使转印辊将大量的显影剂绘制到传送带108的表面上并且从那里到其他不希望的位置。
另外，驱动频率在减小时被切換到的切换频率fb不同于驱动频率在增大时被切换自的切换频率fc。如果切换频率fb和fc具有相同的值，则当与目标电压相对应的频率等于或接近于该值时，频率控制将趋向于在第一和第二频率范围Al和A2b之间振荡。在该实施例中使用不同的切换频率fb和fc防止了这样的振荡。第三实施例
除了高压控制电路的配置之外，第三实施例中的图像形成设备具有与第一和第二实施例中的图像形成设备100相同的结构。如在先前的实施例中一祥，高压控制电路包括用于颜色黒色、黄色、洋红色和青色的高压控制器(所有都具有相同的内部结构)。举例来说，图18图示了第三实施例中的用于黑色图像的高压控制器260KB的基本结构。与第二实施例(图15)中的高压控制器260KA的唯一区别是添加了第四切换寄存器526、以及运算单元508B中的使得高压控制器如图19中的箭头所指示的那样操作的内部修改。图19中的切换频率fa、fb和fc与第二实施例中相同，但是第一频率范围Al现在包括高于切换频率fa的另一切换频率fd。切换频率fd被保持在第四切换寄存器526中。如在第二实施例中一祥，当由数字电压信号314D所表不的测量电压值小于目标值(測量值〈目标值)吋，驱动频率被逐步地减小，除了进行从第一频率范围Al的下限fa到第二频率范围A2b中的切换频率fb的跳跃以跳过寄生频率fsl、fs2。在所测量的电压值达到目标值之后，驱动频率根据需要变化以使得输出电压跟踪目标电压。如果当在第二频率范围Λ 2b中变化时，驱动频率增至切换频率fc，它于是跳到第ー频率范围Al中的切换频率fd，从而跳过寄生频率fsl、fs2。这使得高压控制器260KB能够在第一频率范围Al和第二频率范围△ 2b之间自由地切換目标频率同时继续将驱动频率保持远离寄生频率fsl、fs2，如在第二实施例中一祥。图20是示意性地图示在第三实施例中由运算单元508B使用的控制过程的流程图。图20中的除步骤S801之外的步骤与图17中的步骤S601到S612和S701相同。如在先前实施例中一祥，虽然以流程图形式示出图20中的过程，但是它能够以通过使用例如硬件描述语言(HDL)或其他逻辑描述语言所设计的硬件来实施。
在第三实施例中，当驱动频率达到图19中的切换频率fc并且分频比的整数部分FD [18:10]的值FDi变成等于第三切换值SWc (在步骤S701中为是)时，运算单元508B将分频比的整数部分FD [18:10]的值FDi设置为第四切换值SWd (= llAhex)，并且将小数部分FD [9:0]的值FDd设置为OOOhex，由此生成新的分频比数据(步骤S702)。运算单元508B将新生成的分频比数据FD存储在19位寄存器514中(步骤S612)。結果，驱动频率跳到位于如图19所示的第一频率范围Al内的切换频率fd，从而跳过寄生频率fsl、fs2。如上所述，在第三实施例中的驱动频率控制过程中，驱动频率从第一范围跳到第ニ范围时所处的切换频率fa不同于在驱动频率跳回到第一范围时它改变为的切换频率fd。如果与第二实施例中一样切换驱动频率fa和fd具有相同的值，则当与目标电压相对应的驱动频率等于或接近于该值时，频率控制将趋向于在第一和第二驱动频率范围△ I和Λ 2b之间振荡。将两个不同的切换频率fa和fd置于第一范围Al中能够可靠地防止这样的振荡。变型 上面描述的实施例是示例性的；其他变型是可能的。例如，在第一到第三实施例中，驱动频率仅在第一频率范围Λ I和第二频率范围Λ2或Λ 2b之间改变，从而同时跳过寄生频率fsl和fs2。在ー种可能的变体中，第三频率范围被设置在寄生频率fsl和fs2之间的波谷中，并且驱动频率以两个步骤在第一和第二频率范围之间转移，例如首先从第一频率范围到第三频率范围，然后从第三频率范围到第二频率范围，从而一次ー个地跳过寄生频率fsl、fs2。类似地，如果存在三个或更多寄生频率，则驱动频率可以以N个步骤跳过它们，其中N等于或大于3。虽然先前实施例中的图像形成设备具有彩色串列式类型，但是新颖的高压电源也适用于单色图像形成设备。新颖的高压电源的使用不限于生成转印偏置电压；它还能够被用作用于诸如充电和显影之类的其他图像形成过程的偏压源。高压控制电路260的结构可以部分或全部以硬件实施(如附图所示)，或以软件作为由诸如中央处理单元(CPU)之类的处理器执行的程序来实施。此外，高压控制电路260可以以具有由集成电路制造商配置用于特定用途的功能単元的专用集成电路(ASIC)、或具有可由图像形成设备或其电源的制造商配置的逻辑电路的现场可编程门阵列(FPGA)来实施。本领域技术人员将会认识到，其他变型在由所附权利要求中定义的本发明的范围内是可能的。
权利要求
1.一种电源,包括 压电换能器，具有规定的谐振频率和高于规定的谐振频率的至少一个寄生频率，用于将输入交流电压转换成经转换的电压； 驱动电路，用于生成输入到压电换能器的交流电压，所述驱动电路以等于所述交流电压的频率的驱动频率进行操作； 电压输出单兀，用于从经转换的电压生成输出电压； 电压检测单元，用于检测输出电压并且输出所检测的电压值；以及频率控制单元，用于通过对所检测的电压值执行数字运算来控制驱动电路的驱动频率；其中 频率控制单元在高于寄生频率的第一频率范围和寄生频率与规定的谐振频率之间的第二频率范围中改变驱动频率以使输出电压跟踪目标电压，并且当驱动频率达到第一频率范围的下限时，将驱动频率从第一频率范围改变为第二频率范围中的第一切换频率，由此跳过包括寄生频率的规定频率范围。
2.如权利要求I所述的电源，其中，当驱动频率变成等于第二频率范围中的第二切换频率时，频率控制单元将驱动频率改变为第一频率范围中的第三切换频率，从而跳过包括寄生频率的规定频率范围。
3.如权利要求2所述的电源，其中第二切换频率不同于第一切换频率。
4.如权利要求3所述的电源，其中第二切换频率高于第一切换频率。
5.如权利要求2到4中任一项所述的电源，其中第三切换频率等于第一频率范围的下限。
6.如权利要求2到4中任一项所述的电源，其中第三切换频率高于第一频率范围的下限。
7.如权利要求I到4中任一项所述的电源，其中频率控制单元通过将驱动频率设置为第一频率范围的上限来开始控制驱动频率。
8.如权利要求I到4中任一项所述的电源，其中 所述规定频率范围是在第一频率范围的下限和第二频率范围的上限之间的多个规定频率范围之一；并且 频率控制单元以一个或多个步骤在第一频率范围和第二频率范围之间改变驱动频率，从而分别跳过多个规定频率范围。
9.如权利要求I到4中任一项所述的电源，进一步包括 脉冲发生电路，用于以与驱动频率相对应的开关频率生成驱动脉冲；以及误差保持电路，用于累积N位值中的M个低序位的值，M是小于N的正整数，并且将累积值作为误差存储，其中 所述驱动电路包括开关元件，所述开关元件用于响应于驱动脉冲而通过开关操作生成交流电压； 所述脉冲发生电路通过基于由频率控制单元指定的N位值(其中N是等于或大于2的整数)分割参考时钟来生成驱动脉冲； 所述频率控制单元通过改变N位值来改变驱动频率； 所述脉冲发生电路通过使用N位值中的K个高序位的值来分割参考时钟，N是K和M的和，并且在误差超过阈值时暂时地增大所述K个高序位的值；以及 在误差超过阈值时，误差保持电路将该误差改变为小于阈值的值。
10.如权利要求9所述的电源，其中 K个高序位的值被用作分频比； 在误差超过阈值时所述误差保持电路使得误差溢出；并且 脉冲发生电路响应于误差的溢出而暂时地增大所述K个高序位的值。
11.如权利要求I到4中任一项所述的电源，进一步包括比较器，用于将所检测的电压值和与目标电压相对应的目标值进行比较并且将比较结果输出到频率控制单元，其中基于比较结果，频率控制单元以使得输出电压跟踪目标电压的方向改变驱动频率。
12.—种图像形成设备，包括 图像形成单元；和 电源，用于生成输出电压并且将输出电压提供给图像形成单元，其中 所述电源包括 压电换能器，具有规定的谐振频率和高于规定的谐振频率的至少一个寄生频率，用于将输入交流电压转换成经转换的电压； 驱动电路，用于生成输入到压电换能器的交流电压，所述驱动电路以等于所述交流电压的频率的驱动频率进行操作； 电压输出单兀，用于从经转换的电压生成输出电压； 电压检测单元，用于检测输出电压并且输出所检测的电压值；和频率控制单元，用于通过对所检测的电压值执行数字运算来控制驱动电路的驱动频率；其中 频率控制单元在高于寄生频率的第一频率范围和寄生频率与规定的谐振频率之间的第二频率范围中改变驱动频率以使输出电压跟踪目标电压，并且当驱动频率达到第一频率范围的下限时，将驱动频率从第一频率范围改变为第二频率范围中的第一切换频率，由此跳过包括寄生频率的规定频率范围。
13.如权利要求12所述的图像形成设备，其中，当驱动频率变成等于第二频率范围中的第二切换频率时，频率控制单元将驱动频率改变为第一频率范围中的第三切换频率，从而跳过包括寄生频率的规定频率范围。
14.一种控制电源中的压电换能器的方法，所述压电换能器具有规定的谐振频率和高于规定的谐振频率的至少一个寄生频率，用于将输入交流电压转换成经转换的电压，所述电源包括所述压电换能器、用于生成用于压电换能器的输入交流电压的驱动电路、用于从经转换的电压生成输出电压的电压输出单元、用于检测输出电压并且输出所检测的电压值的电压检测单元、和用于通过对所检测的电压值执行数字运算来控制驱动频率的频率控制单元，其中所述驱动电路以等于所述交流电压的频率的驱动频率进行操作，所述方法包括以下步骤 以使输出电压跟踪目标值的方向在高于寄生频率的第一频率范围和寄生频率与规定的谐振频率之间的第二频率范围中改变驱动频率； 判断驱动频率是否已经达到第一频率范围的下限；以及 当驱动频率达到第一频率范围的下限时，将驱动频率从第一频率范围改变为第二频率范围中的第一切换频率，由此跳过包括寄生频率的规定频率范围。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括 判断驱动频率是否等于第二频率范围中的第二切换频率；以及当驱动频率等于第二频率范围中的第二切换频率时，将驱动频率改变为第一频率范围中的第三切换频率，从而跳过包括寄生频率的规定频率范围。
全文摘要
本发明涉及电源、图像形成设备和压电换能器控制方法。具有数字控制电路的电源通过利用处于数字控制的驱动频率的交流电压驱动压电换能器来生成输出电压。为了跳过寄生频率，驱动频率在高于寄生频率的第一范围和低于寄生频率的第二范围之间切换。在第一和第二范围内，驱动频率以使得输出电压跟踪目标电压的方向改变。如果驱动频率到达第一范围的下限，则它跳到第二范围中的切换频率。第一范围能够被用于生成比较低的输出电压，并且第二范围用于生成比较高的输出电压。
文档编号H02M3/28GK102843036SQ20121020706
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月21日 优先权日2011年6月22日
发明者小酒达 申请人:日本冲信息株式会社