JP2002262571A

JP2002262571A - 電源装置

Info

Publication number: JP2002262571A
Application number: JP2002057970A
Authority: JP
Inventors: Haruyuki Imai; 晴之今井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2002-09-13

Abstract

(57)【要約】【課題】一次電源回路と、一次電源回路の出力を入力
とする二次電源回路を備える電源装置において、一次電
源回路の出力電圧（パワー系電圧）の供給先回路又は素
子における損失、二次電源回路におけるスイッチング損
失電力、及び二次電源回路内の制御ＩＣ乃至は制御部を
駆動する電力を低減すること。【解決手段】一次電源回路ＰＳ１の出力電圧は、切替
信号ＳｃがＬのときは切替トランジスタＱ１は遮断状態
なので、ツェナーダイオードＺＤ１（１０Ｖ）とツェナ
ーダイオードＺＤ２（３２Ｖ）のツェナー電圧の和であ
る４２Ｖに設定され、切替信号ＳｃがＨのときは切替ト
ランジスタＱ１が導通状態なので、ツェナーダイオード
ＺＤ２はバイパスされる結果、ツェナーダイオードＺＤ
１のみのツェナー電圧である１０Ｖに設定される。従っ
て、その分だけ一次電源回路ＰＳ１の出力電圧の供給先
回路又は素子における損失が減少する。この１０Ｖの出
力電圧が二次電源回路ＰＳ２に入力されるので、その制
御ＩＣの動作電流乃至消費電力も削減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器用の電源
装置に関し、特に、電子機器の主として駆動機構に第１
の出力電圧を供給すると共に当該電子機器の主制御部に
は第２の出力電圧を供給し、所定の出力電圧を必要とし
ない場合には、第１の出力電圧を下げることが可能な電
源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子機器用の電源装置には、商用
電源を一次側とし電子機器の駆動機構等を二次側とする
変圧器と、その変圧器の一次側に配置される交流生成用
スイッチングトランジスタとを有する、スイッチング電
源が一般的に用いられている（特開平５−１３７３３１
号公報、特開平６−１６５４８９号公報、特開平８−３
００７７５号公報参照）。例えば、かかる電源装置をプ
リンタの電源部に安定化電源として用いる場合には、上
記交流生成用スイッチングトランジスタのスイッチング
動作を制御することにより、プリンタの駆動機構及び主
制御部への供給電力を調節する。

【０００３】かかる電源装置では、例えばプリンタの駆
動機構（パワー系）に供給する４２Ｖの出力電圧と主制
御部（ロジック系）に供給する５Ｖの電圧を持つという
ように、複数の出力電圧を有するものがある。

【０００４】かかる電源装置の第１の従来例として、図
７に示すように、上述したパワー系に供給する４２Ｖの
出力電圧は、商用電源（ＡＣ）４０の入力から一次電源
回路ＰＳ１で生成し、その一次電源回路ＰＳ１の４２Ｖ
の出力を用いて二次電源回路ＰＳ２がロジック系に供給
する５Ｖの出力電圧を生成する、直列型の構成を採用す
るものがある。

【０００５】また、上記電源装置の第２の従来例とし
て、図９に示すように、第１の電源回路ＰＳ１´がパワ
ー系に供給する出力電圧とは独立して、第２の電源回路
ＰＳ２´がロジック系に供給する出力電圧を商用電源
（ＡＣ）４０´の入力から生成する、並列型の構成を有
するものもある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した第１及び第２
の従来例に共通する問題として、上記したパワー系（４
２Ｖ）につながる素子には、常時４２Ｖに近い電圧が印
加されているため、このパワー系に接続されている供給
先回路ではＩＣ等の半導体素子における損失があり、特
に抵抗類は電圧の二乗に比例した電力を無駄に失ってい
る、という問題点がある。

【０００７】また、第１の従来例に特有の問題である
が、例えば、二次電源回路ＰＳ２が５Ｖの出力電圧を生
成するものでは、二次電源回路ＰＳ２における入出力電
圧差が３７Ｖ（＝４２Ｖ−５Ｖ）と大きくなる結果、ス
イッチングトランジスタ等のスイッチング動作に伴う損
失電力が大きい、という問題点がある。

【０００８】さらに、やはり第１の従来例に特有の問題
であるが、二次電源回路ＰＳ２内の制御ＩＣ乃至は制御
部自体にも、一次電源回路ＰＳ１の４２Ｖの出力から内
部動作電流が供給されるため、その制御ＩＣ乃至は制御
部を駆動する電力は、動作電流×入力電圧（＝４２Ｖ）
となり、常時多大な電力を消費することになる、という
問題点もある。

【０００９】以下、これらの問題を生じる要因等につ
き、図面を参照して具体的に説明しておく。図７は、一
次電源回路ＰＳ１とその出力を入力とする二次電源回路
ＰＳ２からなる、従来の直列型の複数出力電圧の電源装
置をプリンタの電源部に安定化電源として用いた場合を
示すブロック図であり、図中の電圧値は、インクジェッ
トプリンタにおけるその代表的な値を記してある。

【００１０】出力（端子）１に接続される供給先回路／
素子の動作状態に目を向けてみると、プリンタの印字中
や紙送り動作中においてはキャリッジモータや紙送りモ
ータ等のモータ類、各モータのドライバ回路、印字ヘッ
ド、ヘッド駆動回路等が動作している（定常時）ため、
これらが必要とする定格電圧（＝４２Ｖ）を安定供給す
る必要がある。

【００１１】しかし、印字や紙送り動作を行わない、プ
リンタの待機状態においては、各モータや印字ヘッドへ
の電圧供給が不要となる場合も多々あり、インクジェッ
トプリンタにおいても、各モータ、印字ヘッドともに駆
動されておらず電圧供給は不要であることが多い。

【００１２】図８は、図７のブロック図のうち、リンギ
ングチョークコンバータ（以下、ＲＣＣと呼ぶ）回路方
式の一次電源回路ＰＳ１の定電圧制御検出回路部と、二
次電源回路ＰＳ２の制御ＩＣとスイッチング回路とを抜
粋した回路図である。

【００１３】図８の回路構成では、図中のツェナーダイ
オードＺＤ１のツェナー電圧を越えると、フォトカプラ
Ｐｃの２次側の発光素子を構成するフォトダイオードＰ
Ｄ１から、スイッチング動作を抑制する信号である制御
信号Ｓ１が、フォトカプラＰｃの一次側の受光素子を構
成するフォトトランジスタＰＴ１で受信され、一次側制
御回路ＣＣが交流生成用スイッチングトランジスタＱ４
４を制御することにより、出力電圧を安定的に維持して
いる。このとき、ツェナーダイオードＺＤ１により定ま
る一次電源回路ＰＳ１の出力設定電圧は常時４２Ｖに固
定されているため、出力（端子）１に接続される供給先
回路／素子（各モータ、各モータのドライバ回路、印字
ヘッド、ヘッド駆動回路など）の駆動状態に関わらず、
４２Ｖが常時出力され、二次電源回路ＰＳ２はこの４２
Ｖを入力として５Ｖを生成するため、二次電源回路ＰＳ
２内の制御ＩＣ５０には高い電圧が印加される結果、そ
の内部損失が大きくなってしまう。例えば、制御ＩＣ５
０の動作電流を仮に１０ｍＡであるとすると、４２Ｖ×
１０ｍＡ＝４２０ｍＷの電力を常時消費することにな
る。

【００１４】また、出力（端子）１が接続された負荷抵
抗Ｒ１を例えば仮に１ｋΩとすると、（４２Ｖ）²／１
ｋΩ＝１．７６４Ｗの電力を常時消費することになる。

【００１５】本発明の第１の目的は、一次電源回路と、
該一次電源回路の出力を入力とする二次電源回路を備え
る電源装置であって、前記一次電源回路の出力電圧（パ
ワー系電圧）の供給先回路又は素子における損失、二次
電源回路におけるスイッチング損失電力、及び二次電源
回路内の制御ＩＣ乃至は制御部を駆動する電力を低減す
ることができる電源装置を提供することにある。

【００１６】また、本発明の第２の目的は、第１及び第
２の出力電圧を有する、上述した並列型の電源装置であ
って、電子機器の動作状態に応じて、パワー系電圧の供
給先回路又は素子における損失を軽減し得る電源装置を
提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明では、上述した直列型の電源装置構成に
おいて、一次電源回路の出力電圧を下げることを可能な
構成にするようにした。

【００１８】従って、例えば、プリンタの待機状態のよ
うに一次電源回路の出力電圧（パワー系電圧）の供給先
回路／素子（モータ、モータドライバ回路、ヘッド、ヘ
ッド駆動回路など）が定常時定格電圧を必要としない時
に、同一次電圧の出力設定を下げることにより、一次電
源出力電圧（パワー系電圧）の供給先回路／素子の損失
を低減し、また、二次電源回路の入出力電圧差を小さく
抑え、同二次電源回路のスイッチング損失電力を低減
し、さらに、二次電源回路内の制御ＩＣ／制御部の供給
電圧を下げ、駆動電力を軽減することができる。即
ち、請求項１記載の電源装置では、一次電源回路と、該
一次電源回路の出力を入力とする二次電源回路を備える
電源装置であって、前記一次電源回路の出力電圧を下げ
ることを可能に構成されていることを特徴とする。

【００１９】また、請求項２記載の電源装置において
は、前記一次電源回路の出力電圧は主として電子機器の
駆動機構に供給すると共に該電子機器の主制御部に前記
二次電源回路の出力電圧を供給することを特徴とする。

【００２０】更に、請求項３記載の電源装置において
は、前記電子機器の駆動機構が所定の電圧を必要としな
いときは、前記一次電源回路の出力電圧を下げることを
可能に構成されていることを特徴とする。

【００２１】尚、請求項４記載の電源装置においては、
前記一次電源回路は、更に、商用電源を一次側とし前記
電子機器の駆動機構を二次側とする変圧器と、該変圧器
の一次側に配置されるスイッチングトランジスタとを有
し、該スイッチングトランジスタのスイッチング動作を
制御することにより、前記電子機器の駆動機構へ定電圧
を供給する電源回路であって、定電圧検出信号の被検出
電圧を前記電子機器の駆動機構が所定の電圧を必要とす
るときは前記所定の電圧に等しい第１の電圧に設定し、
前記電子機器の駆動機構が所定の電圧を必要としないと
きは、該第１の電圧よりも低い第２の電圧に設定するこ
とで、前記一次電源回路の出力電圧を下げることを可能
に構成されていることを特徴とする。

【００２２】更に、請求項５記載の電源装置において
は、前記一次電源回路が動作状態と停止状態の２つのモ
ードを繰り返すことにより、前記一次電源回路の出力電
圧を下げることを可能に構成されていることを特徴とす
る。

【００２３】一方、上記第２の目的を達成するため、本
発明では、上述した並列型の電源装置構成において、パ
ワー系の出力電圧を下げることを可能な構成にするよう
にした。

【００２４】これにより、例えば、プリンタの待機状態
のように、パワー系の出力電圧の供給先回路／素子（モ
ータ、モータドライバ回路、ヘッド、ヘッド駆動回路な
ど）が定常時定格電圧を必要としない時に、パワー系の
出力電圧を下げることにより、パワー系出力電圧の供給
先回路／素子の損失を低減し得る。

【００２５】即ち、請求項８記載の電源装置では、第１
及び第２の出力電圧を有し、前記第１の出力電圧を電子
機器の主として駆動機構に供給すると共に該電子機器の
主制御部に前記第２の出力電圧を供給する電源装置であ
って、前記第１の出力電圧を下げることを可能に構成さ
れていることを特徴とする。

【００２６】また、請求項９記載の電源装置において
は、前記電子機器の駆動機構が所定の電圧を必要としな
いときは、前記第１の出力電圧を下げることを可能に構
成されていることを特徴とする。

【００２７】更に、請求項１０記載の電源装置において
は、更に、商用電源を一次側とし前記電子機器の駆動機
構を二次側とする変圧器と、該変圧器の一次側に配置さ
れるスイッチングトランジスタとを有し、該スイッチン
グトランジスタのスイッチング動作を制御することによ
り、前記電子機器の駆動機構及び主制御部に定電圧を供
給する電源装置であって、定電圧検出信号の被検出電圧
を前記電子機器の駆動機構が所定の電圧を必要とすると
きは前記所定の電圧に等しい電圧Ｖｈに設定し、前記電
子機器の駆動機構が所定の電圧を必要としないときは、
該電圧Ｖｈよりも低い電圧Ｖｌに設定することで、前記
第１の出力電圧を下げることを可能に構成されているこ
とを特徴とする。

【００２８】尚、請求項１１記載の電源装置において
は、動作状態と停止状態の２つのモードを繰り返すこと
により、前記第１の出力電圧を下げることを可能に構成
されていることを特徴とする。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、図１及び
図２に上述した図７及び図８をも併せ参照して、本発明
の第１の実施形態について述べる。

【００３０】本実施形態では、本発明に係る、上述した
直列型の電源装置をインクジェットプリンタの電源部に
安定化電源として用いる例に適用した。また、その一次
電源回路には、図８に示した従来例と同様に、電源回路
の構成部品が少ないという利点からプリンタ等の電子機
器用の電源回路に多く用いられているＲＣＣ回路方式の
ものを採用した。この形式の電源回路を用いたプリンタ
では、プリンタの駆動機構及び主制御部への電力供給を
調節する場合、上述したように、変圧器の２次側に配置
した発光素子及び一次側に配置した受光素子を含むフォ
トカプラを用い、２次側の発光素子からの光制御信号を
一次側の受光素子で受信し、この一次側の受光素子が出
力する信号に基づいて、交流生成用スイッチングトラン
ジスタを制御する（上記特開平８−３００７７５号公報
参照）。

【００３１】図１に、本実施形態に係る電源装置におけ
る一次電源回路の定電圧制御検出回路部と、二次電源回
路の制御ＩＣとスイッチング回路とを抜粋して示す。即
ち、本実施形態の電源装置では、一次電源回路ＰＳ１
（図７参照）の定電圧制御検出回路部は、図１に示すよ
うに、商用電源［ＡＣ］４０（図７参照）を１次側とし
プリンタの駆動機構等（図示せず）を２次側とする変圧
器４３と、変圧器４３の１次側に配置される交流生成用
スイッチングトランジスタＱ４４とを有する。この電源
回路は、制御信号用フォトカプラＰｃを備え、この制御
信号用フォトカプラＰｃは、変圧器４３の２次側に配置
された発光素子としてのフォトダイオードＰＤ１及び１
次側に配置した受光素子としてのフォトトランジスタＰ
Ｔ１を含んでいる。そして、２次側のフォトダイオード
ＰＤ１からの制御信号Ｓ１を１次側のフォトトランジス
タＰＴ１で受光し、このフォトトランジスタＰＴ１が導
通することにより、１次側制御回路ＣＣが交流生成用ス
イッチングトランジスタＱ４４を制御する。

【００３２】同図からも明らかなように、本実施形態の
特徴は、図８に示した従来の電源装置における定電圧制
御検出回路部に、一次電源回路の出力電圧の設定を下げ
る機能（本実施形態の回路構成としては、主としてツェ
ナーダイオードＺＤ２と切替トランジスタＱ１により構
成される）を追加した点にある。

【００３３】即ち、従来例では単一のツェナーダイオー
ドＺＤ１を用いていたのを、本実施形態では、図１に示
すように、ツェナーダイオードＺＤ１に直列にツェナー
ダイオードＺＤ２を接続し、２段構成としたものであ
る。そして、ツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２の陽極
にバイポーラトランジスタから成る切替トランジスタＱ
１のコレクタ、エミッタをそれぞれ接続している。切替
トランジスタＱ１のベースは切替え信号の入力端子Ｔｍ
ｉに接続されており、この入力端子Ｔｍｉには、切替え
信号Ｓｃのパルスが入力される。

【００３４】図１の回路構成における一次電源回路ＰＳ
１（図７参照）の出力電圧は、切替信号Ｓｃが“Ｌ”の
ときは切替トランジスタＱ１は遮断状態なので、ツェナ
ーダイオードＺＤ１（ツェナー電圧は１０Ｖ）とツェナ
ーダイオードＺＤ２（ツェナー電圧は３２Ｖ）それぞれ
のツェナー電圧の和である１０Ｖ＋３２Ｖ＝４２Ｖに設
定されている。これに対して、切替信号Ｓｃが“Ｈ”の
ときは切替トランジスタＱ１が導通状態なので、ツェナ
ーダイオードＺＤ２はバイパスされる結果、ツェナーダ
イオードＺＤ１のみのツェナー電圧である１０Ｖに設定
される。このように、例えば、ツェナーダイオードＺＤ
１としてツェナー電圧１０Ｖのものを、ツェナーダイオ
ードＺＤ２としてツェナー電圧３２Ｖのものを選ぶと、
切替信号Ｓｃが“Ｌ”のときは一次電源回路ＰＳ１（図
７参照）の出力電圧は、図８の回路例とまったく同じ４
２Ｖに、切替信号Ｓｃが“Ｈ”のときは１０Ｖに、それ
ぞれ設定され、しかも各々は安定的に電圧供給される。

【００３５】一方、二次電源回路ＰＳ２内の制御ＩＣ５
０の動作電流乃至消費電力に着目してみると、制御ＩＣ
５０の動作電流を図８の場合と同じ１０ｍＡであるとす
ると、切替信号Ｓｃが“Ｌ”のときは、４２Ｖ×１０ｍ
Ａ＝４２０ｍＷの電力消費量となるが、切替信号Ｓｃが
“Ｈ”のときは、１０Ｖ×１０ｍＡ＝１００ｍＷの電力
消費量となり、その電力損失を略１／４に削減すること
ができる。

【００３６】また、出力（端子）１に接続された１ｋΩ
の負荷抵抗Ｒ１は、切替信号Ｓｃが“Ｈ”のときは（１
０Ｖ）²／１ｋΩ＝０．１Ｗの電力消費となり、その電
力損失を略１／１７に削減することもできる。

【００３７】図２は、二次電源回路ＰＳ２のスイッチン
グ素子のスイッチング損失電力の発生要因を示した図で
あり、同図に示すように、スイッチング損失電力は同素
子にかかる電圧Ｖｃｅと流れる電流Ｉｃとの切替り期間
の重なりにより生じるので、流れる電流Ｉｃが同一条件
であれば、素子にかかる電圧Ｖｃｅが小さいほどスイッ
チング損失電力を小さく抑えることができる。図１に示
した回路構成においては、二次電源回路ＰＳ２のスイッ
チング素子にかかる電圧Ｖｃｅは、切替信号Ｓｃが
“Ｌ”のときは４２Ｖであるのに対して切替信号Ｓｃが
“Ｈ”のときは１０Ｖに低減されるので、そのスイッチ
ング損失電力も概算で１／４程度に抑制することを期待
できる。

【００３８】従って、プリンタ待機状態のように一次電
源回路ＰＳ１の出力電圧（パワー系電圧）の供給先回路
／素子（各モータ、各モータのドライバ回路、印字ヘッ
ド、ヘッド駆動回路など）が定常時定格電圧を必要とし
ない時には、切替信号Ｓｃを“Ｈ”にすることにより、
同一次電源回路ＰＳ１の出力電圧の設定を下げること
で、二次電源回路ＰＳ２の入出力電圧差を小さく抑え、
同二次電源回路ＰＳ２のスイッチング損失電力と制御Ｉ
Ｃ５０乃至制御回路の駆動電力を大幅に軽減することが
できる。

【００３９】以上、第１の実施形態では、プリンタ待機
状態のように一次電源回路ＰＳ１の出力電圧（パワー系
電圧）の供給先回路／素子（各モータ、各モータのドラ
イバ回路、印字ヘッド、ヘッド駆動回路など）が定常時
定格電圧を必要としない時には、切替信号Ｓｃを“Ｈ”
にすることにより、同一次電源回路ＰＳ１の出力電圧の
設定を１０Ｖに下げ、１０Ｖ一定の電圧に維持しておく
例について述べた。

【００４０】しかしながら、本発明の他の実施形態とし
て、そのようなプリンタ待機状態等において、電源装置
が動作状態と停止状態の２つのモードを繰り返すことに
より、一次電源回路ＰＳ１の平均的な出力電力を下げる
態様も考えられる。

【００４１】以下、かかる機能を有する本発明の第２の
実施形態に係る電源装置について、図面を参照して詳細
に説明する。この第２の実施形態でも、本発明の電源装
置をインクジェットプリンタの電源部に安定化電源とし
て用いる例に適用した。

【００４２】図３には、本実施形態の電源装置の主要部
である一次電源回路の定電圧制御検出回路部と二次電源
回路の制御ＩＣとスイッチング回路とが抜粋して示され
ている。本実施形態の電源装置も、一般的なＲＣＣ方式
のものであり、その基本的構成は公知のものと同様であ
り、従来例や第１の実施形態で述べたところと異なるも
のでもない。

【００４３】即ち、本実施形態では、一次電源回路の定
電圧制御検出回路部は、図３に示すように、商用電源
［ＡＣ］（図示せず）を１次側としプリンタの駆動部等
（図示せず）を２次側とする変圧器４３と、変圧器４３
の１次側に配置される交流生成用スイッチングトランジ
スタＱ４４とを有する。この電源装置は、制御信号用フ
ォトカプラＰｃを備え、この制御信号用フォトカプラＰ
ｃは、変圧器４３の２次側に配置された発光素子として
のフォトダイオードＰＤ１及び１次側に配置した受光素
子としてのフォトトランジスタＰＴ１を含んでいる。そ
して、２次側のフォトダイオードＰＤ１からの制御信号
Ｓ１を１次側のフォトトランジスタＰＴ１で受光し、こ
のフォトトランジスタＰＴ１が導通することにより、１
次側制御回路ＣＣが交流生成用スイッチングトランジス
タＱ４４を制御する。また、図中のツェナーダイオード
ＺＤ１のツェナー電圧（４２Ｖ）を越えると、上述した
制御信号用フォトカプラＰｃの２次側のフォトダイオー
ドＰＤ１からスイッチング動作を抑制する信号である制
御信号Ｓ１が発せられ、１次側のフォトトランジスタＰ
Ｔ１で受光され、１次側制御回路ＣＣが上記交流生成用
スイッチングトランジスタＱ４４を制御することによ
り、出力電圧を安定的に維持している。尚、二次電源回
路ＰＳ２は、図８に述べた従来例や図１に述べた第１の
実施形態のものと全く同様である。

【００４４】本実施形態の電源装置が図８に述べた従来
例と相違するのは、図８の回路構成に停止信号用フォト
カプラＰｓと切替えトランジスタＱ１を追加した点であ
る。本実施形態の特徴は、電源装置に上述した動作状態
と停止状態の２つのモードを繰り返させるため、上述し
た制御信号Ｓ１とは別に、停止信号Ｓ２によりスイッチ
ング動作を任意に停止させる点にある。

【００４５】即ち、この定電圧制御検出回路部は、上述
した構成に加え、停止信号用フォトカプラＰｓと切替え
トランジスタＱ１を有している。停止信号用フォトカプ
ラＰｓは、変圧器４３の２次側に配置された発光素子と
してのフォトダイオードＰＤ２及び１次側に配置した受
光素子としてのフォトトランジスタＰＴ２を含んでい
る。そして、２次側のフォトダイオードＰＤ２からの停
止信号Ｓ２を１次側のフォトトランジスタＰＴ２で受光
し、このフォトトランジスタＰＴ２が導通することによ
り、１次側制御回路ＣＣが交流生成用スイッチングトラ
ンジスタＱ４４のスイッチング動作を停止させる。ま
た、切替えトランジスタＱ１は、エミッタ接地のバイポ
ーラトランジスタから成り、そのコレクタは抵抗を介し
てフォトダイオードＰＤ２の陰極に接続され、そのベー
スは切替え信号の入力端子Ｔｍｉに接続されている。こ
の入力端子Ｔｍｉには、切替信号Ｓｃのパルスが入力さ
れる。

【００４６】さて、上記定電圧制御検出回路部の動作を
説明すれば、図３の回路構成において、入力端子Ｔｍｉ
に入力される切替信号Ｓｃが“Ｌ”のときは切替トラン
ジスタＱ１は遮断状態なので、停止信号用フォトカプラ
ＰｓのフォトダイオードＰＤ２は停止信号Ｓ２を発せ
ず、出力（端子）１に現われる本電源装置の出力電圧は
ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧で定まる。本
実施形態では、インクジェットプリンタの印字ヘッドに
加える電圧を考慮して、ＺＤ１としてツェナー電圧４２
Ｖのものを選択している。従って、切替信号Ｓｃが
“Ｌ”のときは出力設定電圧は４２Ｖに設定され、安定
的に出力（端子）１へ電圧供給されるので、プリンタの
動作状態において、印字ヘッド等のプリンタ機構部に４
２Ｖの定電圧が供給される。一方、切替信号Ｓｃが
“Ｈ”のときは切替トランジスタＱ１は導通状態となり
停止信号用フォトカプラＰｓのフォトダイオードＰＤ２
から停止信号Ｓ２が発せられ、この停止信号Ｓ２を１次
側のフォトトランジスタＰＴ２で受光し、このフォトト
ランジスタＰＴ２が導通することにより、１次側制御回
路ＣＣが交流生成用スイッチングトランジスタＱ４４の
スイッチング動作を停止させる。

【００４７】図４は、図３の回路の出力電圧の時間変化
を示した模式図であり、出力（端子）１の電圧は切替信
号の“Ｌ”、“Ｈ”に応じて上昇、下降を繰り返す時間
変化を示す。図４では、切り替え方法として以下の３つ
の例を示している。

【００４８】図４に示すように、切替方法１は、出力電
圧が４２Ｖに達した後しばらくして切替信号が“Ｌ”か
ら“Ｈ”へ切り替わる制御例である。切替方法２は、出
力電圧が４２Ｖに達した時点で切替信号が“Ｌ”から
“Ｈ”へ切り替わる制御例である。切替方法３は、出力
電圧が４２Ｖに達する以前に切替信号が“Ｌ”から
“Ｈ”へ切り替わる制御例である。

【００４９】上述したように、切替方法１は、出力電圧
が４２Ｖに達した後しばらくして切替信号が“Ｌ”から
“Ｈ”へ切り替わる制御例を表している。即ち、図４に
示すように、期間１になり切替信号がそれまでの“Ｌ”
から“Ｈ”に変わると停止信号用フォトカプラＰｓのフ
ォトダイオードＰＤ２から停止信号Ｓ２が発せられ、こ
の停止信号Ｓ２を１次側のフォトトランジスタＰＴ２で
受光し、このフォトトランジスタＰＴ２が導通すること
により、１次側制御回路ＣＣが交流生成用スイッチング
トランジスタＱ４４のスイッチング動作を停止させる。
このときの出力電圧の時間変化は、負荷に接続されたイ
ンピーダンスと出力側のコンデンサ容量によって定まる
特性で時間とともに下降していく。

【００５０】ある時間が経過し、期間２になり切替信号
がそれまでの“Ｈ”から“Ｌ”に変わると停止信号用フ
ォトカプラＰｓのフォトダイオードＰＤ２からの停止信
号Ｓ２は発せられなくなる。この時点で出力電圧は出力
電圧設定値である４２Ｖを下回る過小電圧状態となり、
スイッチング動作を抑制する制御信号Ｓ１は発せられ
ず、１次側制御回路ＣＣは交流生成用スイッチングトラ
ンジスタＱ４４に最大限のスイッチング動作をさせる。
このときの出力電圧の時間変化は、負荷に接続されたイ
ンピーダンスと出力側のコンデンサ容量とスイッチング
素子の電流制限値によって定まる特性で時間とともに上
昇していく。出力電圧が出力電圧設定値である４２Ｖに
達すると、１次側制御回路ＣＣは軽負荷状態でのスイッ
チング動作へと移行する。これが期間３である。

【００５１】図５は、切替方法１,２,３の場合の電源装
置電力損失と出力電力との関係を説明する図である。電
源装置電力損失と出力電力との関係は図５のＯ点からＣ
点、Ａ点、を通りＢ点に達する特性線を示す。ここで、
Ｏ点は停止時の動作点、Ａ点は軽負荷時の動作点、Ｂ点
は最大動作時の動作点、Ｐａは軽負荷時の出力電力、Ｐ
ｂは最大動作時の出力電力、である。

【００５２】本実施形態のように、電源装置が停止状態
と最大動作状態の２つの状態のみを繰り返すときの平均
電力損失は、図５中のＯ点とＢ点を結ぶ直線上にあり、
出力電力が軽負荷時Ｐａの場合の平均電力損失は図中の
Ｌ点となる。Ｌ点は線分ＯＢを停止状態と最大動作状態
の時間比の逆数比で内分した点となる。さらに、停止状
態と最大動作状態に軽負荷状態を加えた３つの状態を繰
り返す場合の平均電力損失は、Ｌ点とＡ点を結ぶ線分Ｌ
Ａを、停止状態と最大動作状態の時間和と軽負荷状態の
時間との比の逆数比で内分したＭ点となる。ここで、
仮に、図４の期間１〜３の時間比率を４：１：１として
図５に当てはめてみると、Ｌ点は線分ＯＢを１：４に内
分する点であり、Ｍ点は線分ＬＡを１：（４＋１）に内
分する点となり、電力損失Ｍ点を軽負荷時の電力損失Ａ
点よりも小さくすることができることは明らかである。

【００５３】切替方法２は、出力電圧が４２Ｖに達した
時点で切替信号が“Ｌ”から“Ｈ”へ切り替わる制御例
を表している。これは切替方法１において、期間３＝０
とおくことと等価である。ここで、仮に、図４の期間１
〜３の時間比率を４：１：０として図５に当てはめてみ
ると、Ｌ点は線分ＯＢを１：４に内分する点となり、電
力損失Ｌ点を軽負荷時の電力損失Ａ点よりも小さくする
ことができることは明らかである。

【００５４】切替方法３は、出力電圧が４２Ｖに達する
以前に切替信号が“Ｌ”から“Ｈ”へ切り替わる制御例
を表している。期間４になり切替信号がそれまでの
“Ｌ”から“Ｈ”に変わると停止信号用フォトカプラＰ
ｓのフォトダイオードＰＤ２から停止信号Ｓ２が発せら
れ、１次側制御回路ＣＣは交流生成用スイッチングトラ
ンジスタＱ４４のスイッチング動作を停止する。このと
きの出力電圧の時間変化は、負荷に接続されたインピー
ダンスと出力側のコンデンサ容量によって定まる特性で
時間とともに下降していく。

【００５５】ある時間が経過し、期間５になり切替信号
がそれまでの“Ｈ”から“Ｌ”に変わると停止信号用フ
ォトカプラＰｓのフォトダイオードＰＤ２からの停止信
号Ｓ２は発せられなくなる。この時点で出力電圧は出力
電圧設定値である４２Ｖを下回る過小電圧状態となり、
スイッチング動作を抑制する制御信号Ｓ１は発せられ
ず、１次側制御回路は最大限のスイッチング動作をす
る。このときの出力電圧の時間変化は、負荷に接続され
たインピーダンスと出力側のコンデンサ容量とスイッチ
ング素子の電流制限値によって定まる特性で時間ととも
に上昇していく。

【００５６】出力電圧が出力電圧設定値である４２Ｖに
達する前に切替信号がそれまでの“Ｌ”から“Ｈ”に変
わると、停止信号用フォトカプラＰｓのフォトダイオー
ドＰＤ２から停止信号Ｓ２が発せられ、先の動作を繰り
返し行う。

【００５７】ここで、仮に、図４の期間４、５の時間比
率を４：１として図５に当てはめてみると、Ｌ点は線分
ＯＢを１：４に内分する点となり、電力損失Ｌ点を軽負
荷時の電力損失Ａ点よりも小さくすることができること
は明らかである。

【００５８】なお、切り替え信号は時間をパラメータと
して生成してもよいし、出力電圧を検出しその電圧に応
じて適切に生成してもよい。出力電圧を検出しその電圧
に応じて適切に生成する方が制御しやすい。また、切替
信号が“Ｌ”の継続時間、“Ｈ”の継続時間は一定であ
る必要もない。

【００５９】尚、上述した切替方法１〜３のうちでは、
切替方法３が最も好適である。本発明では一次電源回路
ＰＳ１の出力電圧が低い方が効果的であり、切替方法３
は一次電源回路ＰＳ１の出力電圧を、切替方法１及び２
に比べ、より低い状態で遷移させる切替方法だからであ
る。

【００６０】以上に述べた第２の実施形態において、本
発明者は、図３の回路と同様の回路を試作し、この試作
回路にて実測したところ、プリンタ待機状態の消費電力
を、従来の６９％（４．４５Ｗ→３．０６Ｗ）に、同じ
く電源の電力損失を従来の４８％（２．６９Ｗ→１．２
９Ｗ）に削減できることを確認できた。

【００６１】次に、図６に上述した図９及び図１０をも
併せ参照して、本発明の第３の実施形態について述べ
る。本実施形態では、本発明に係る、上述した並列型の
電源装置をインクジェットプリンタの電源部に安定化電
源として用いる例に適用した。また、その電源回路に
は、従来例及び第１及び第２の実施形態と同様に、ＲＣ
Ｃ回路方式のものを採用した。

【００６２】図９及び図１０は、本実施形態の理解を容
易にするため、従来の一般的な並列型の電源装置の構成
を示すものである。図９は、従来の一般的な並列型の電
源装置の基本構成を示したブロック図であり、図中の電
圧値はインクジェットプリンタの代表的な値を記してあ
る。図１０は、従来の一般的な並列型の電源装置におけ
る第１の電源回路の定電圧制御検出回路部を抜粋した回
路図である。各部の機能や定電圧に制御する原理は、図
１に示した第１の実施形態のものと同じである。

【００６３】図６は、本実施形態に係る並列型の電源装
置の第１の電源回路ＰＳ１´の定電圧制御検出回路部を
抜粋した回路図である。同図からも明らかなように、本
実施形態の特徴は、図１０に示した従来の並列型の電源
装置における定電圧制御検出回路部に、第１の電源回路
ＰＳ１´の出力電圧の設定を下げる機能（本実施形態の
回路構成としては、主としてツェナーダイオードＺＤ１
２と切替トランジスタＱ１１により構成される）を追加
した点にある。

【００６４】本実施形態の電源装置においても、図６に
示すように、ツェナーダイオードＺＤ１１に直列にツェ
ナーダイオードＺＤ１２を接続して２段構成とし、ツェ
ナーダイオードＺＤ１１、ＺＤ１２の陽極に切替トラン
ジスタＱ１１のコレクタ、エミッタをそれぞれ接続した
のは、上述した第１の実施形態のものと同様である。

【００６５】さて、図６の回路構成における第１の電源
回路ＰＳ１´の出力電圧は、切替信号Ｓｃが“Ｌ”のと
きは切替トランジスタＱ１１は遮断状態なので、ツェナ
ーダイオードＺＤ１１（ツェナー電圧は１０Ｖ）とツェ
ナーダイオードＺＤ１２（ツェナー電圧は３２Ｖ）それ
ぞれのツェナー電圧の和である１０Ｖ＋３２Ｖ＝４２Ｖ
に設定されている。これに対して、切替信号Ｓｃが
“Ｈ”のときは切替トランジスタＱ１１が導通状態なの
で、ツェナーダイオードＺＤ１２はバイパスされる結
果、ツェナーダイオードＺＤ１１のみのツェナー電圧で
ある１０Ｖに設定される。このように、例えば、ツェナ
ーダイオードＺＤ１１としてツェナー電圧１０Ｖのもの
を、ツェナーダイオードＺＤ１２としてツェナー電圧３
２Ｖのものを選ぶと、切替信号Ｓｃが“Ｌ”のときは一
次電源回路ＰＳ１の出力電圧は、図１０の回路例とまっ
たく同じ４２Ｖに、切替信号Ｓｃが“Ｈ”のときは１０
Ｖに、それぞれ設定され、しかも各々は安定的に電圧供
給される。

【００６６】従って、プリンタ待機状態のように第１の
電源回路ＰＳ１´の出力電圧（パワー系電圧）の供給先
回路／素子（各モータ、各モータのドライバ回路、印字
ヘッド、ヘッド駆動回路など）が定常時定格電圧を必要
としない時には、切替信号Ｓｃを“Ｈ”にすることによ
り、同第１の電源回路ＰＳ１´の出力電圧の設定を下げ
ることで、パワー系電圧の供給先回路／素子の損失を低
減することができる。

【００６７】因みに、出力（端子）１に接続された１ｋ
Ωの負荷抵抗Ｒ１１は、切替信号Ｓｃが“Ｌ”のときは
（４２Ｖ）²／１ｋΩ＝１．７６４Ｗの電力消費量であ
るのに対し、切替信号Ｓｃが“Ｈ”のときは（１０Ｖ）
²／１ｋΩ＝０．１Ｗの電力消費量となり、その電力損
失を略１／１７に削減することが可能である。

【００６８】尚、以上のような並列型の電源装置につい
ても、他の実施形態として、上述した第２の実施形態と
同様に、プリンタ待機状態等において、電源装置が動作
状態と停止状態の２つのモードを繰り返すことにより、
第１の電源回路ＰＳ１´の平均的な出力電力を下げる態
様も考え得るのは勿論である。

【００６９】以上、本発明を特定の実施形態について述
べたが、本発明はこれらに限られるものではなく、特許
請求の範囲に記載した範囲内で他の実施形態についても
適用される。

【００７０】例えば、第１及び第３の実施形態では、２
つのツェナーダイオードを直列に接続し、例えば、プリ
ンタが待機状態に入ったときに、切替信号により切替ト
ランジスタを導通させ、一方のツェナーダイオードをバ
イパスされるようにして、一次又は第１の電源回路の出
力電圧の設定を下げる構成を採用し、また第２の実施形
態では、電源装置が動作状態と停止状態の２つのモード
を繰り返すことにより、一次電源回路の出力電力を下げ
る構成を採用しているが、他の回路構成乃至は手段によ
り、一次又は第１の電源回路の出力電圧を下げるように
してもよい。

【００７１】尚、上述した実施形態では、インクジェッ
トプリンタを例に本発明を説明したが、レーザプリンタ
など他のプリンタはもとより、広く他の電子機器にも適
用し得るのは勿論である。

【００７２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１〜４記載の発明によれば、直列型の電源装置構成にお
いて、一次電源回路の出力電圧を下げることが可能なの
で、例えば、プリンタの待機状態のように一次電源回路
の出力電圧（パワー系電圧）の供給先回路／素子（モー
タ、モータドライバ回路、ヘッド、ヘッド駆動回路な
ど）が定常時定格電圧を必要としない時に、同一次電圧
の出力設定を下げることにより、一次電源出力電圧（パ
ワー系電圧）の供給先回路／素子の損失を低減し、ま
た、二次電源回路の入出力電圧差を小さく抑え、同二次
電源回路のスイッチング損失電力を低減し、さらに、二
次電源回路内の制御ＩＣ／制御部の供給電圧を下げ、駆
動電力を軽減することができる。

【００７３】一方、請求項８〜１０記載の発明によれ
ば、並列型の電源装置構成において、パワー系の出力電
圧を下げることが可能なので、例えば、プリンタの待機
状態のように、パワー系の出力電圧の供給先回路／素子
（モータ、モータドライバ回路、ヘッド、ヘッド駆動回
路など）が定常時定格電圧を必要としない時に、パワー
系の出力電圧を下げることにより、パワー系出力電圧の
供給先回路／素子の損失を低減し得る。

【００７４】また、請求項５乃至７記載の発明によれ
ば、更に、停止状態と動作状態の２つのモードを繰り返
すことにより一次電源回路の平均的な出力電圧を下げる
ことで、例えば、プリンタ待機状態の消費電力や電源の
電力損失を従来よりも大幅に削減することも可能であ
る。これから省エネの時代になり、プリンタ業界のみな
らず電源回路業界がこぞって省エネ技術確立に向かう傾
向が予測されることに鑑みれば、その工業的価値は極め
て大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る直列型の電源
装置における一次電源回路の定電圧制御検出回路部と、
二次電源回路の制御ＩＣとスイッチング回路とを抜粋し
て示す図である。

【図２】一般的な直列型の電源装置における二次電源
回路のスイッチング素子のスイッチング損失電力の発生
要因を示した図である。

【図３】本発明の第２の実施形態に係る直列型の電源
装置における一次電源回路の定電圧制御検出回路部と、
二次電源回路の制御ＩＣとスイッチング回路とを抜粋し
て示す図である。

【図４】図３に示した一次電源回路の出力電圧の時間
変化を示した模式図であり、一次電源回路の出力電圧
は、切替信号の“Ｌ”、“Ｈ”に応じて上昇、下降を繰
り返す時間変化を示す。

【図５】切替方法１〜３の場合の電源装置電力損失と
出力電力との関係を説明するための図である。

【図６】本発明の第３の実施形態に係る並列型の電源
装置の第１の電源回路の定電圧制御検出回路部を抜粋し
た回路図である。

【図７】従来の一般的な直列型の電源装置の基本構成
を示したブロック図である。

【図８】従来の一般的な直列型の電源装置における一
次電源回路の定電圧制御検出回路部と、二次電源回路の
制御ＩＣとスイッチング回路とを抜粋した回路図であ
る。

【図９】従来の一般的な並列型の電源装置の基本構成
を示したブロック図である。

【図１０】従来の一般的な並列型の電源装置における
第１の電源回路の定電圧制御検出回路部を抜粋した回路
図である。

【符号の説明】

ＰＳ１一次電源回路ＰＳ２二次電源回路ＰＳ１´ 第１の電源回路ＰＳ２´ 第２の電源回路ＺＤ１，ＺＤ１１ツェナーダイオードＺＤ２，ＺＤ１２ツェナーダイオードＰＤ１フォトダイオードＳ１制御信号ＰＴ１フォトトランジスタ４０商用電源（ＡＣ）４０´ 商用電源（ＡＣ）４３変圧器Ｑ４４交流生成用スイッチングトラン
ジスタＰｃ制御信号用フォトカプラＣＣ１次側制御回路Ｑ１，Ｑ１１切替トランジスタＰＤ２フォトダイオードＰＴ２フォトトランジスタＴｍｉ入力端子Ｓｃ切替信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一次電源回路と、該一次電源回路の出力
を入力とする二次電源回路を備える電源装置であって、
前記一次電源回路の出力電圧を下げることを可能に構成
されていることを特徴とする電源装置。
【請求項２】請求項１記載の電源装置において、前記
一次電源回路の出力電圧は主として電子機器の駆動機構
に供給すると共に該電子機器の主制御部に前記二次電源
回路の出力電圧を供給することを特徴とする電源装置。
【請求項３】請求項２記載の電源装置において、前記
電子機器の駆動機構が所定の電圧を必要としないとき
は、前記一次電源回路の出力電圧を下げることを可能に
構成されていることを特徴とする電源装置。
【請求項４】請求項３記載の電源装置において、前記
一次電源回路は、更に、商用電源を一次側とし前記電子
機器の駆動機構を二次側とする変圧器と、該変圧器の一
次側に配置されるスイッチングトランジスタとを有し、
該スイッチングトランジスタのスイッチング動作を制御
することにより、前記電子機器の駆動機構へ定電圧を供
給する電源回路であって、定電圧検出信号の被検出電圧
を前記電子機器の駆動機構が所定の電圧を必要とすると
きは前記所定の電圧に等しい第１の電圧に設定し、前記
電子機器の駆動機構が所定の電圧を必要としないとき
は、該第１の電圧よりも低い第２の電圧に設定すること
で、前記一次電源回路の出力電圧を下げることを可能に
構成されていることを特徴とする電源装置。
【請求項５】請求項３記載の電源装置において、前記
一次電源回路が動作状態と停止状態の２つのモードを繰
り返すことにより、前記一次電源回路の出力電圧を下げ
ることを可能に構成されていることを特徴とする電源装
置。
【請求項６】リンギングチョークコンバータ回路方式
を採用した請求項５記載の電源装置において、前記動作
状態は、リンギングチョークコンバータ回路の効率が良
い最適動作状態であり、該最適動作状態と損失が極めて
小さい停止状態とをパルス状の切替信号により繰り返し
切り替えて動作させることで、前記一次電源回路の出力
電圧を下げることを可能に構成されていることを特徴と
する電源装置。
【請求項７】請求項６記載の電源装置において、前記
切替信号は、前記一次電源回路の出力電圧が最大出力に
達するより前に切り替わることを特徴とする電源装置。
【請求項８】第１及び第２の出力電圧を有し、前記第
１の出力電圧を電子機器の主として駆動機構に供給する
と共に該電子機器の主制御部に前記第２の出力電圧を供
給する電源装置であって、前記第１の出力電圧を下げる
ことを可能に構成されていることを特徴とする電源装
置。
【請求項９】請求項８記載の電源装置において、前記
電子機器の駆動機構が所定の電圧を必要としないとき
は、前記第１の出力電圧を下げることを可能に構成され
ていることを特徴とする電源装置。
【請求項１０】請求項９記載の電源装置において、更
に、商用電源を一次側とし前記電子機器の駆動機構を二
次側とする変圧器と、該変圧器の一次側に配置されるス
イッチングトランジスタとを有し、該スイッチングトラ
ンジスタのスイッチング動作を制御することにより、前
記電子機器の駆動機構及び主制御部に定電圧を供給する
電源装置であって、定電圧検出信号の被検出電圧を前記
電子機器の駆動機構が所定の電圧を必要とするときは前
記所定の電圧に等しい電圧Ｖｈに設定し、前記電子機器
の駆動機構が所定の電圧を必要としないときは、該電圧
Ｖｈよりも低い電圧Ｖｌに設定することで、前記第１の
出力電圧を下げることを可能に構成されていることを特
徴とする電源装置。
【請求項１１】請求項９記載の電源装置において、動
作状態と停止状態の２つのモードを繰り返すことによ
り、前記第１の出力電圧を下げることを可能に構成され
ていることを特徴とする電源装置。
【請求項１２】リンギングチョークコンバータ回路方
式を採用した請求項１１記載の電源装置において、前記
動作状態は、リンギングチョークコンバータ回路の効率
が良い最適動作状態であり、該最適動作状態と損失が極
めて小さい停止状態とをパルス状の切替信号により繰り
返し切り替えて動作させることで、前記第１の出力電圧
を下げることを可能に構成されていることを特徴とする
電源装置。
【請求項１３】請求項１２記載の電源装置において、
前記切替信号は、前記第１の出力電圧が最大出力に達す
るより前に切り替わることを特徴とする電源装置。