JP2004040913A - 電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】省電力モード時におけるトランスでのエネルギー損失を低減してさらなる省電力化を図ることのできる電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置１において、通常動作モード時には起動リレースイッチ２１を常時導通させるとともに、トライアック２３を常時遮断して、電源回路６から通常動作モード用の電圧ＶＨ・ＶＢ・ＶＤを得る。省電力モード時には起動リレースイッチ２１を常時遮断するとともに、トライアック２３をスイッチングさせ、電源回路６から省電力モード用の電圧ＶＤのみを正常値で得る。スイッチングは、交流電源電圧情報取得部７によって交流電源電圧ＶＡＣから取得したゼロクロスタイミングを基準にして、交流電源電圧ＶＡＣ所定周期ごとにゼロクロスタイミングに近いところでＯＮとなるタイミングとする。
【選択図】 図１
【解決手段】電源装置１において、通常動作モード時には起動リレースイッチ２１を常時導通させるとともに、トライアック２３を常時遮断して、電源回路６から通常動作モード用の電圧ＶＨ・ＶＢ・ＶＤを得る。省電力モード時には起動リレースイッチ２１を常時遮断するとともに、トライアック２３をスイッチングさせ、電源回路６から省電力モード用の電圧ＶＤのみを正常値で得る。スイッチングは、交流電源電圧情報取得部７によって交流電源電圧ＶＡＣから取得したゼロクロスタイミングを基準にして、交流電源電圧ＶＡＣ所定周期ごとにゼロクロスタイミングに近いところでＯＮとなるタイミングとする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通常動作モードと省電力モードとを有する装置の電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
交流電源電圧を該機器に適した直流電圧に変換する電源装置には、通常動作モード時に用いる主電源回路と、待機モードなどの省電力モード時に省電力化のために用いる副電源回路とを備えたものがある。
【０００３】
特開平６−６７３２号公報には、このような主電源回路と副電源回路とに別々のトランスを用いる代わりに、マイコン回路に電力を供給するための副電源回路に主電源回路から常に電力を供給するようにした電源装置が記載されている。
【０００４】
また、特開２００１−２８２０５９号公報に開示の電源装置は、通常動作モードと、消費電力を低下させて電源投入指示を待つ待機モードとを含む複数の動作モードを有する装置の電源装置において、以下の構成を備えている。すなわち、装置の各部に電力を供給する主電源回路と、この主電源回路から電力が供給されて装置全体の動作を制御する制御部と、待機モード時に最小限の電力を装置に供給する副電源回路と、主電源回路をＯＮ／ＯＦＦする切替手段を備え、待機モード時において主電源回路をＯＦＦにするように構成されている。
【０００５】
この電源回路によれば、待機モード時において主電源回路の電力が零となるので、待機モード時の消費電力の削減をはかることができる。待機モードから通常動作モードへの復帰を検出する検出部を設けるとともに、待機モード時において検出部に副電源回路から電力を供給し、この検出部が通常動作モードへの復帰を検出した時点で主電源回路をＯＮにするように構成すれば、通常動作モードへの復帰を自動的に行うことができる。この場合、検出部としては、例えば複写機の原稿台に設けたカバーオープン検出スイッチなど、装置の可動部の動きに応じてＯＮ／ＯＦＦするスイッチを用いる。
【０００６】
さらに、待機モード時に装置の手動操作部に副電源回路から電力を供給し、手動操作部において手動操作が検出された時点で主電源回路をＯＮにするように構成すれば、ユーザが手動操作部を操作した時点で通常動作モードに自動的に復帰する。
【０００７】
上述したような、交流電源電圧を該機器に適した直流電圧に変換する電源装置の一般的な構成を図６に示す。
【０００８】
図６に示す電源装置１０１には、交流電源ＡＣに対して主電源回路１０１ａと副電源回路１０１ｂとが並列に設けられている。このような電源装置は通常、交流電源電圧をトランスで降圧し、それを整流して平滑コンデンサである程度の平滑化を行う回路を備えている。
【０００９】
電源装置１０１には、主電源スイッチＳＷのＯＮによって交流電源電圧ＶＡＣが印加される。さらに主電源回路１０１ａは、通常動作モード時においてＣＰＵ１２１からの指示でリレー励磁回路１２２によってＯＮ／ＯＦＦを行うリレースイッチ１０２によって電源が投入されるようになっている。電源が投入されるとトランス１０３によって交流電源電圧ＶＡＣの降圧を行い、全波整流回路１０４によって整流する。そして、平滑コンデンサ１０５によって平滑化を行ってそのまま電圧ＶＨとして出力したり、シリーズレギュレータ１０６でさらに降圧し安定化させた電圧ＶＢとして出力したりする。
【００１０】
また、主電源スイッチＳＷがＯＮであるときは、副電源回路１０１ｂのトランス１１１には常に電源が投入され、トランス１１１によって交流電源電圧ＶＡＣの降圧を行い、全波整流回路１１２で整流する。そして、平滑コンデンサ１１３によって平滑化を行ってレギュレータ１１４で５Ｖといった低い電圧ＶＤに降圧し、平滑コンデンサ１１５で平滑化して出力する。この電圧ＶＤは省電力モード時にも常に動作させる必要のあるＣＰＵ１２１の電源電圧となっている。省電力モード時には、ＣＰＵ１２１とリレーコイル励磁回路１２２とによってリレースイッチ１０２をＯＦＦとし、副電源回路１０１ｂのみに電源を投入する。なお、前記リレーコイル励磁回路１２２では、ＣＰＵ１２１からインバータ１２２ａを介して励磁指示用の信号を出力してリレーコイル１２２ｂに電流を流すようになっており、この励磁電流を遮断するときに保護ダイオード１２２ｃで還流を行う回路となっている。
【００１１】
このような電源装置１０１は、特に、複写機やプリンタ、複合機などの、通常動作モードと省電力モードとを備えていて省電力の要請が高い画像形成装置の電源装置として用いられる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した電源装置１０１では、副電源回路１０１ｂを用いることにより待機モード時の省電力化をある程度達成しているものの、副電源回路１０１ｂに用いるトランス１１１の励磁電流は常に流れる状態となる。副電源回路１０１ｂには全波整流回路１１２と平滑コンデンサ１１２とが設けられているので、平滑コンデンサ１１２の充電電圧を越える電圧が全波整流回路１１２から出力される期間にのみ平滑コンデンサ１１２への充電電流が流れる。従って、全波整流回路１１２に電流が流れていない期間にはトランス１１１の１次負荷電流は流れないが、励磁電流は常に流れる。
【００１３】
電流の小さい省電力モードにとっては、励磁電流が流れることにより発生する渦電流損およびヒステリシス損といった鉄損が無視できない大きさとなるため、省電力モード時の省電力化に限界が生じていた。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、省電力モード時におけるトランスでのエネルギー損失を低減してさらなる省電力化を図ることのできる電源装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源装置は、上記課題を解決するために、交流電源電圧の変圧を行うトランスと、上記トランスによる変圧後の整流を行う整流回路と、上記整流回路による整流後の電圧の平滑化を行う平滑コンデンサと、上記平滑コンデンサの出力電圧を用いて被電力供給機器の通常動作モード用の直流電圧および上記被電力供給機器の省電力モード用の直流電圧を生成する電源回路とを備える電源装置であって、上記トランスの入力電流のスイッチングを行うことが可能であり、省電力モード時に上記電源回路によって生成される省電力モード用の直流電圧が正常値に保たれるように、上記スイッチングを行って上記トランスへの上記交流電源電圧の印加時間を調整するスイッチング手段を備えていることを特徴としている。
【００１６】
上記の発明によれば、通常動作モード時と省電力モード時とで直流電圧の生成にトランスと平滑コンデンサとを共用しており、通常動作モード時にはスイッチング手段を常時導通させておけば被電力供給機器の通常動作を行うことができる一方、省電力モード時にはスイッチング手段によってトランスの入力電流のスイッチングを行ってトランスへの交流電源電圧の印加時間を調整し、省電力モード用に生成する直流電圧を正常値に保つことができる。省電力モード時に通常動作モード用のみの直流電圧を生成する必要はないので、平滑コンデンサの出力電圧が電源回路に対して通常動作モード用の入力電圧として十分でなくとも、省電力モード用の入力電圧として十分であればよい。スイッチング手段の遮断期間には平滑コンデンサから電源回路に電力を供給することができるので、導通期間と遮断期間とを通して電源回路の省電力モード用の出力電圧が正常値に保たれるようにスイッチング手段のスイッチングのタイミングを設定する。
【００１７】
スイッチング手段の遮断期間にはトランスの入力電流が遮断されるので、励磁電流は流れなくなり、この期間のトランスの鉄損をなくすことができる。
【００１８】
以上により、省電力モード時におけるトランスでのエネルギー損失を低減してさらなる省電力化を図ることのできる電源装置を提供することができる。
【００１９】
さらに本発明の電源装置は、上記課題を解決するために、上記スイッチング手段のスイッチングのタイミングを、上記交流電源電圧のゼロクロスタイミングを基準にして決定することを特徴としている。
【００２０】
上記の発明によれば、交流電源電圧のゼロクロスタイミングを基準にしてスイッチング手段のスイッチングのタイミングを決定するので、スイッチングのタイミングをゼロクロスタイミングにできるだけ近いタイミングとすることにより、ノイズの発生を抑制することができる。
【００２１】
さらに本発明の電源装置は、上記課題を解決するために、上記スイッチング手段のスイッチングを周期的に行い、各導通期間と各遮断期間とをそれぞれ上記交流電源電圧の周期の整数倍とすることを特徴としている。
【００２２】
上記の発明によれば、スイッチングの各導通期間と各遮断期間とをそれぞれ交流電源電圧の周期の整数倍とするので、スイッチングによる高次の高調波の発生を抑制することができる。
【００２３】
さらに本発明の電源装置は、上記課題を解決するために、上記被電力供給機器へ電力を供給しながら上記被電力供給装置への出力電圧生成過程における所定の電圧の波形情報を取得して、波形の所定の特徴から上記スイッチング手段のスイッチングのタイミングを決定することを特徴としている。
【００２４】
上記の発明によれば、被電力供給機器へ電力を供給しながら、上記被電力供給装置への出力電圧生成過程における所定の電圧、例えば交流電源電圧や平滑コンデンサの出力電圧といった電圧の波形情報を取得する。そして、その波形の所定の特徴から、例えばゼロクロスタイミングや、電圧が所定値以下となっているといった特徴から、スイッチング手段のスイッチングのタイミングを決定する。
【００２５】
これにより、現時点の交流電源電圧の状態に適切なスイッチングのタイミングが得られる。従って、交流電源の電圧低下など不慮の事態が発生しても電源回路の省電力モード用の出力電圧を正常値に保つ制御を行うことができる。また、予めスイッチングのタイミングを設定しておく必要がなく、電圧値や周波数が異なる交流電源電圧にも新たな設定を行うことなく対応することができる。
【００２６】
さらに本発明の電源装置は、上記課題を解決するために、上記スイッチング手段は、上記トランスの１次側に直列に挿入される、リレーとトライアックとの並列回路を備えていることを特徴としている。
【００２７】
上記の発明によれば、通常動作モード時にはリレーを常時導通させるとともにトライアックを常時遮断させ、省電力モード時にはリレーを常時遮断させるとともにトライアックにスイッチングを行わせることができる。従って、スイッチング手段を安価な汎用部品を用いて構成することができる。
【００２８】
さらに本発明の電源装置は、上記課題を解決するために、上記スイッチング手段は、上記トランスの１次側に直列に挿入される、正特性サーミスタとトライアックとの並列回路を備えていることを特徴としている。
【００２９】
上記の発明によれば、まず起動時に正特性サーミスタに電流を流し、通常動作モード時には正特性サーミスタを自己発熱で実質的に電流が流れない状態としてトライアックを常時導通させ、省電力モード時には正特性サーミスタの実質的な遮断を保ちながら、トライアックにスイッチングを行わせることができる。正特性サーミスタは無接点であって応答速度が速いので、ノイズなどに影響することなく長期的に安定した動作が可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１ないし図５を用いて説明すれば、以下の通りである。
【００３１】
図１に、本実施の形態に係る電源装置１の構成を示す。電源装置１は、スイッチング部２、トランス３、全波整流回路４、平滑コンデンサ５、電源回路６、電源電圧情報取得部７、ノンレギュレーション電圧情報取得部８、ＣＰＵ９、および主電源スイッチＳＷを備えている。なお、ＣＰＵ９は電源装置１に固有のものでもよいし、電源装置１に対する被電力供給機器に備えられているものでもよい。本実施の形態では、被電力供給機器として、特に、複写機やプリンタ、複合機などの、通常動作モードと省電力モードとを備える画像形成装置を想定している。
【００３２】
電源装置１は主電源スイッチＳＷのＯＮによって交流電源ＡＣから交流電源電圧ＶＡＣが印加されるようになっている。スイッチング部（スイッチング手段）２は、トランス３への交流電源電圧ＶＡＣの印加時間を調整するために、トランス３の１次側への入力電流のスイッチングを行う。トランス３は、印加された交流電源電圧ＶＡＣの降圧を行う。全波整流回路（整流回路）４は、トランス３の２次側の電圧を全波整流するダイオードブリッジである。平滑コンデンサ５は、全波整流回路４により生成される脈流の電圧を平滑化する。平滑コンデンサ５の出力電圧は電源回路６の入力電圧となる。電源回路６は、入力電圧をそのまま電圧ＶＨとして出力する他、入力電圧をシリーズレギュレータ６１によって降圧した電圧ＶＢを生成して出力し、さらに電圧ＶＢをシリーズレギュレータ６２によって降圧した電圧ＶＤ（ここでは５Ｖとする）を生成して出力する。
【００３３】
電圧ＶＨは常に平滑コンデンサ５の出力電圧に等しく、被電力供給機器の通常動作モード時にはほぼ直流電圧となる一方、省電力モード時にはスイッチング部２のスイッチングに応じて増減する電圧となる。電圧ＶＢは通常動作モード時には安定化直流電圧となる一方、省電力モード時にはスイッチング部２のスイッチングに応じて増減する電圧となる。電圧ＶＤは、通常動作モード時および省電力モード時を通して安定化直流電圧となる。電圧ＶＨ・ＶＢは通常動作モード用の直流電圧であり、電圧ＶＤは通常動作モード用および省電力モード用の直流電圧である。
【００３４】
電源電圧情報取得部７は、交流電源電圧ＶＡＣの波形情報を逐次取得してＣＰＵ９に入力する。また、ノンレギュレーション電圧情報取得部８は、平滑コンデンサ５の出力電圧、すなわち電源回路６に入力されるノンレギュレーション電圧の波形情報を逐次取得してＣＰＵ９に入力する。ＣＰＵ９は、スイッチング部２の導通および遮断を制御する。特に省電力モード時においては、電源電圧情報取得部７から逐次入力される波形情報、または、ノンレギュレーション電圧情報取得部８から逐次入力される波形情報に基づいて、スイッチング部２にその波形に適したスイッチングを行うように制御する。ＣＰＵ９は電源回路６が出力する電圧ＶＤを電源電圧として動作する。
【００３５】
次に、スイッチング部２の細部について説明する。スイッチング部２は起動リレースイッチ２１とトライアック（双方向性サイリスタ）２３との並列回路を備えており、この並列回路がトランス３の一次巻線と直列になるように挿入されている。スイッチング部２には、起動リレースイッチ２１と対をなすリレーコイル励磁回路２２が設けられており、リレーコイル励磁回路２２はインバータ２２ａ、リレーコイル２２ｂ、および保護ダイオード２２ｃを備えている。これらは、図６のインバータ１２２ａ、リレーコイル１２２ｂ、および保護ダイオード１２２ｃと同様の機能を有する。リレーコイル励磁回路２２は電圧ＶＤを電源電圧とし、インバータ２２ａにはＣＰＵ９の端子ＯＵＴ２から起動リレースイッチ２１のＯＮ／ＯＦＦ制御用の信号が入力される。
【００３６】
また、トライアック２３のゲート回路を構成する素子として、フォトトライアック（双方向性光サイリスタ）２４、抵抗２５・２６、コンデンサ２７、および発光ダイオード２８を備えている。フォトトライアック２４と抵抗２５と抵抗２６とは直列に接続され、この直列回路が、フォトトライアック２４をトライアック２３のＴ１端子側として、トライアック２３と並列に接続されている。コンデンサ２７は抵抗２６と並列に接続されている。抵抗２５と抵抗２６とコンデンサ２７との接続点はトライアック２３のゲートに接続されている。発光ダイオード２８はフォトトライアック２４と光結合されており、アノードはＣＰＵ９の端子ＯＵＴ１に、カソードはＧＮＤに接続されている。端子ＯＵＴ１からは、省電力モード時に図２にＯＵＴ１で示すようなパルス信号（信号ＯＵＴ１とする）が出力され、信号ＯＵＴ１のパルスの立ち上がり期間に発光ダイオード２８を発光させて、この光をフォトトライアック２４のトリガーパルスとする。そしてフォトトライアック２４が導通するとトライアック２３のゲートにトリガーが入力され、トライアック２３が導通する。トライアック２３の遮断タイミングは、トライアック２３を流れる電流値で制御される。
【００３７】
起動時と通常動作モード時とには、起動リレースイッチ２１が導通状態とされ、トライアック２３は遮断状態とされる。省電力モード時には、起動リレースイッチ２１が遮断状態とされ、トライアック２３はスイッチングを行うように制御される。
【００３８】
次に、電源電圧情報取得部７の細部について説明する。電源電圧情報取得部７は、抵抗７１、発光ダイオード７２・７３、フォトトランジスタ７４、およびプルアップ抵抗７５を備えている。発光ダイオード７２と発光ダイオード７３とは逆並列に接続されており、この逆並列回路が抵抗７１と直列に接続されている。そしてこの直列回路の両端に交流電源電圧ＶＡＣが印加されるようになっている。また、フォトトランジスタ７４は発光ダイオード７２・７３と光結合されており、コレクタはＣＰＵ９の端子ＡＬに、エミッタはＧＮＤにそれぞれ接続されている。また、プルアップ抵抗７５は、フォトトランジスタのコレクタを電圧ＶＤのラインに接続している。
【００３９】
上記逆並列回路には、交流電源電圧ＶＡＣの正の半波と負の半波とで発光ダイオード７２・７３のそれぞれに交互に電流が流れる。フォトトランジスタ７４は、発光ダイオード７２・７３から出力された光を受光すると、受光強度に応じてコレクタ・エミッタ間のインピーダンスを変化するので、コレクタ電位が交流電源電圧ＶＡＣに応じた変化をする。従って、交流電源電圧ＶＡＣの波形情報として、波形そのものの変化の仕方が得られる。
【００４０】
さらに電源電圧情報取得部７は、比較器７６および基準電圧源７７を備えている。基準電圧源７７は直流の基準電圧Ｖｒｅｆ１を発生している。比較器７６は、端子ＡＬに入力される電圧（電圧ＡＬとする）と基準電圧Ｖｒｅｆ１とを比較し、電圧ＡＬが基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも大きい期間がパルスの立ち上がり期間となる信号ＶＺＣを出力し、ＣＰＵ９の端子ＩＮ１に入力する。基準電圧Ｖｒｅｆ１は電圧ＶＤを分圧するなどして得られ、電圧ＶＤよりは小さく、これに近い値となっている。これにより、信号ＶＺＣのパルスは、図２や図４に示すように交流電源電圧ＶＡＣのゼロクロスタイミングを間に含む鋭いパルスとなる。従って、交流電源電圧ＶＡＣの波形情報として、ゼロクロスタイミングが取得される。
【００４１】
次に、ノンレギュレーション電圧情報取得部８の細部について説明する。ノンレギュレーション電圧情報取得部８は、比較器８１、抵抗８２、およびツェナーダイオード８３を備えている。抵抗８２の一端は電圧ＶＤのラインに接続されており、他端はツェナーダイオード８３のカソードに接続されている。ツェナーダイオード８３のアノードはＧＮＤに接続されている。ツェナーダイオード８３のカソード電圧は比較器８１の基準電圧Ｖｒｅｆ２となっており、電圧ＶＤが変動した場合にも一定値として得られるようになっている。比較器８１は、平滑コンデンサ５の出力電圧（電圧ＶＨ）と基準電圧Ｖｒｅｆ２とを比較し、電圧ＶＨが基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも低くなる期間がパルスの立ち上り期間となる信号ＶＭを出力して、ＣＰＵ９の端子ＩＮ２に入力する。従って、電圧ＶＨの波形情報として、電圧ＶＨが基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも低くなる期間の情報が取得される。
【００４２】
次に、上記の構成の電源装置１の動作について説明する。図２に、電源装置１を備える複写機の動作シーケンスと電源装置１の各電圧波形とを示す。
【００４３】
時刻Ｔ１で電源装置１の主電源スイッチＳＷがＯＮ状態とされると、起動リレースイッチ２１はノーマルオンであるのでトランス３に交流電源電圧ＶＡＣが印加され、複写機は通常動作モードとなる。これと同時に、電源装置１の電源回路６からは、電圧ＶＨ・ＶＢ・ＶＤが通常動作モード用の電圧値で出力される。複写機は定着装置のウォームアップに入り、ファンが低速モードで回転する。時刻Ｔ２では複写機はコピー待ちの状態となり、ファンが高速モードで回転する。時刻Ｔ３でコピー指示が行われると、これに合わせて電圧ＶＨをメインモータ用および帯電用の電圧に用いて画像形成を行う。時刻Ｔ４でコピーが終了したとすると、プレヒートモードに入り、ファンは低速モードとなって次のコピー指示が行われるまで待機する。
【００４４】
そして、時刻Ｔ４から所定時間が経過した時刻Ｔ５では、起動リレースイッチ２１が遮断され、複写機は省電力モードとなる。この省電力モードにおけるスイッチング部２のスイッチングについて以下に説明する。
【００４５】
交流電源電圧ＶＡＣが図２に示すような波形であるとすると（便宜上時間のスケールは拡大してある）、電源電圧情報取得部７は時刻Ｔ１から交流電源電圧ＶＡＣの波形情報を逐次取得しており、ＣＰＵ９は同図に示す信号ＶＺＣが入力されることによってゼロクロスタイミングを認識している。省電力モードでは、例えば図３に示すように交流電源電圧ＶＡＣの８周期分をトライアック２３の遮断期間、その後に続く２周期分をトライアック２３の導通期間にするとする。従って、ＣＰＵ９は時刻Ｔ５から信号ＶＺＣのゼロクロスタイミングを示すパルスをカウントしていく。このときの交流電源電圧ＶＡＣと信号ＶＺＣとの関係を図４に示す。ＣＰＵ９は、信号ＶＺＣの９個目のパルスと１０個目パルスとを認識したときにそれぞれパルスが立ち上がる信号ＯＵＴ１を、発光ダイオード２８に出力する。
【００４６】
発光ダイオード２８の光はフォトトライアック２４のトリガーパルスとなるが、フォトトライアック２４のターンオン条件と導通期間との確保のために、以下のような設定がなされている。フォトトライアック２４の導通期間はトライアック２３がターンオンするまで持続させたいものであるため、この導通期間にはフォトトライアック２４をトランス３の入力電流が流れる。入力電流は励磁電流と１次負荷電流との和になるが、１次負荷電流はトランス３の２次側の電圧が平滑コンデンサ５の充電電圧よりも大きくなるまで流れないので、最初は励磁電流のみとなる。この励磁電流は通常動作モード時にはやや歪んだ波形となっているが、これを、鉄損電流成分と磁化電流成分とからなる、交流電源電圧ＶＡＣと周波数の等しい等価電流で近似することができる。この等価電流は通常動作モード時には交流電源電圧ＶＡＣよりも位相が遅れた状態であり、また、１次負荷電流は、２次負荷電流の歪みに応じた波形が前記ゼロクロスタイミングよりも遅れて立ち上がる。
【００４７】
従って、省電力モード時にある期間においてこれらの電流の和でフォトトライアック２３の導通を成立させるために、コンデンサ２７の値を設定して励磁電流の位相を進める補償を行い、信号ＯＵＴ１のトリガーパルスの入力中の電流値をフォトトライアック２４のターンオン条件に合うようにし、さらに導通期間の持続を可能とする。これにより、トライアック２３のゲートに入力されるトリガーが、トライアック２３のターンオンまで持続され、トライアック２３が導通すると、電流はトライアック２３の方に多く流れようとしてフォトトライアック２４は遮断する。従って、トライアック２３のゲート回路の素子定数とトライアック２３の特性とを適切に選択すれば、トライアック２３を前記ゼロクロスタイミングに近いタイミングで導通させることができる。また、信号ＯＵＴ１のパルスは、図３に従うと、交流電源電圧ＶＡＣの２周期分にわたってトライアック２３を導通させるように出力される。（図２では便宜上１周期分だけ図示してある。）トライアック２３にトリガーパルスが加えられなくなって、流れる電流が保持電流以下となったら、トライアック２３は遮断する。
【００４８】
このようにして、省電力モードが開始されてから図２の時刻ＴＡまではトライアック２３が遮断して、平滑コンデンサ５のみからの電力供給となり、電圧ＶＨ・ＶＢは低下していく。しかし、電圧ＶＨ・ＶＢの値は電圧ＶＤを正常値の５Ｖに生成するには十分な値となるように、トライアック２３の遮断期間を交流電源電圧ＶＡＣの何周期分とするかについての限度を決めている。そして、時刻ＴＡから交流電源電圧ＶＡＣの所定周期分だけトライアック２３を導通させて電圧ＶＨ・ＶＢを回復させる。以後、時刻ＴＢ・ＴＣといったように周期的にこれを繰り返していく。時刻Ｔ６で主電源スイッチＳＷが遮断される。
【００４９】
以上のように、本実施の形態の電源装置１によれば、通常動作モード時と省電力モード時とで電圧ＶＨ・ＶＢ・ＶＣの生成にトランス３と平滑コンデンサ５とを共用しており、通常動作モード時にはスイッチング部２を起動リレースイッチ２１により常時導通させておけば被電力供給機器の通常動作を行うことができる一方、省電力モード時にはスイッチング部２のトライアック２３によってトランス３の入力電流のスイッチングを行ってトランス３への交流電源電圧ＶＡＣの印加時間を調整し、省電力モード用に生成する電圧ＶＣを正常値に保つことができる。
【００５０】
省電力モード時に通常動作モード用のみの電圧ＶＨ・ＶＢを生成する必要はないので、平滑コンデンサ５の出力電圧が電源回路６に対して通常動作モード用の入力電圧として十分でなくとも、省電力モード用の入力電圧として十分であればよい。スイッチング部２の遮断期間には平滑コンデンサ５から電源回路６に電力を供給することができるので、導通期間と遮断期間とを通して電源回路６の省電力モード用の出力電圧である電圧ＶＣが正常値に保たれるようにスイッチング部２のスイッチングのタイミングを設定する。
【００５１】
スイッチング部２の遮断期間にはトランス３の入力電流が遮断されるので、励磁電流は流れなくなり、この期間のトランス３の鉄損をなくすことができる。従って、電源装置１では、省電力モード時におけるトランス３でのエネルギー損失を低減してさらなる省電力化を図ることができる。
【００５２】
また、電源装置１によれば、交流電源電圧ＶＡＣのゼロクロスタイミングを基準にしてスイッチング部２のスイッチングのタイミングを決定するので、スイッチングのタイミングをゼロクロスタイミングにできるだけ近いタイミングとすることにより、ノイズの発生を抑制することができる。
【００５３】
また、電源装置１では、スイッチングのタイミングを前記ゼロクロスタイミングにできるだけ近いタイミングとした上で、スイッチングの各導通期間と各遮断期間とをそれぞれ交流電源電圧ＶＡＣの周期の整数倍としている。従って、スイッチングによる高次の高調波の発生を抑制することができる。
【００５４】
また、電源装置１によれば、被電力供給機器へ電力を供給しながら、電源電圧情報取得部７によって交流電源電圧ＶＡＣのゼロクロスタイミングを波形情報として取得する。そして、ゼロクロスタイミングからスイッチング部２のスイッチングのタイミングを決定している。これにより、現時点の交流電源電圧ＶＡＣの状態に適切なスイッチングのタイミングが得られる。従って、交流電源ＡＣの電圧低下など不慮の事態が発生しても電源回路６の省電力モード用の出力電圧である電圧ＶＤを正常値に保つ制御を行うことができる。また、予めスイッチングのタイミングを設定しておく必要がなく、電圧値や周波数が異なる交流電源電圧にも新たな設定を行うことなく対応することができる。
【００５５】
またこのことは、一般に、被電力供給装置への出力電圧生成過程における所定の電圧の波形情報を取得して、その特徴からスイッチングのタイミングを決定する場合について言える。一例として、電源装置１において平滑コンデンサ５の出力電圧の波形情報を取得する場合について説明する。
【００５６】
図１のノンレギュレーション電圧情報取得部８は、前述したように平滑コンデンサ５の出力電圧である電圧ＶＨの大きさを波形情報として取得する。事故などにより交流電源電圧ＶＡＣが低下して、図４に示すように電圧ＶＨがＶｒｅｆ２よりも低下したときに、同図に示す信号ＶＭを出力する。ＣＰＵ９は信号ＶＭが入力されると、そのパルスによって、電圧ＶＤを正常値に保つためにトライアック２３を導通させなければならないことを認識し、スイッチング部２にトライアック２３の導通の指示を与える信号ＯＵＴ１を出力する。これにより、現時点の交流電源電圧ＶＡＣの状態に適切なスイッチングのタイミングが得られる。
【００５７】
また、同様の理由により、電源電圧情報取得部７によって取得されてＣＰＵ９の端子ＡＬに入力される波形情報を用いてもよい。
【００５８】
また、電源装置１は、スイッチング部２は、トランス３の１次側に直列に挿入される、起動リレースイッチ２１とトライアック２３との並列回路を備えている。そして、これにより、通常動作モード時には起動リレースイッチ２１を常時導通させるとともにトライアック２３を常時遮断させ、省電力モード時には起動リレースイッチ２１を常時遮断させるとともにトライアック２３にスイッチングを行わせることができる。従って、スイッチング部２を安価な汎用部品を用いて構成することができる。
【００５９】
次に、スイッチング部２の他の形態を図５に示す。図５のスイッチング部２は、図１のスイッチング部２の起動リレースイッチ２１を正特性サーミスタＰＴで置き換えた構成である。トライアック２３とその制御回路とは図１と同様でよい。
【００６０】
この構成によれば、まず起動時に正特性サーミスタＰＴに電流を流し、通常動作モード時には正特性サーミスタＰＴを自己発熱で実質的に電流が流れない状態として、さらにトライアックを常時導通させる。そして、省電力モード時には正特性サーミスタＰＴの実質的な遮断を保ちながら、トライアック２３にスイッチングを行わせることができる。正特性サーミスタＰＴは無接点であって応答速度が速いので、ノイズなどに影響することなく長期的に安定した動作が可能となる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の電源装置は、以上のように、交流電源電圧の変圧を行うトランスと、上記トランスによる変圧後の整流を行う整流回路と、上記整流回路による整流後の電圧の平滑化を行う平滑コンデンサと、上記平滑コンデンサの出力電圧を用いて被電力供給機器の通常動作モード用の直流電圧および上記被電力供給機器の省電力モード用の直流電圧を生成する電源回路とを備える電源装置であって、上記トランスの入力電流のスイッチングを行うことが可能であり、省電力モード時に上記電源回路によって生成される省電力モード用の直流電圧が正常値に保たれるように、上記スイッチングを行って上記トランスへの上記交流電源電圧の印加時間を調整するスイッチング手段を備えている構成である。
【００６２】
それゆえ、スイッチング手段の遮断期間にはトランスの入力電流が遮断されるので、励磁電流は流れなくなり、この期間のトランスの鉄損をなくすことができる。
【００６３】
以上により、省電力モード時におけるトランスでのエネルギー損失を低減してさらなる省電力化を図ることのできる電源装置を提供することができるという効果を奏する。
【００６４】
さらに本発明の電源装置は、以上のように、上記スイッチング手段のスイッチングのタイミングを、上記交流電源電圧のゼロクロスタイミングを基準にして決定する構成である。
【００６５】
それゆえ、スイッチングのタイミングをゼロクロスタイミングにできるだけ近いタイミングとすることにより、ノイズの発生を抑制することができるという効果を奏する。
【００６６】
さらに本発明の電源装置は、以上のように、上記スイッチング手段のスイッチングを周期的に行い、各導通期間と各遮断期間とをそれぞれ上記交流電源電圧の周期の整数倍とする構成である。
【００６７】
それゆえ、スイッチングによる高次の高調波の発生を抑制することができるという効果を奏する。
【００６８】
さらに本発明の電源装置は、以上のように、上記被電力供給機器へ電力を供給しながら上記被電力供給装置への出力電圧生成過程における所定の電圧の波形情報を取得して、波形の所定の特徴から上記スイッチング手段のスイッチングのタイミングを決定する構成である。
【００６９】
それゆえ、現時点の交流電源電圧の状態に適切なスイッチングのタイミングが得られ、交流電源の電圧低下など不慮の事態が発生しても電源回路の省電力モード用の出力電圧を正常値に保つ制御を行うことができるという効果を奏する。また、予めスイッチングのタイミングを設定しておく必要がなく、電圧値や周波数が異なる交流電源電圧にも新たな設定を行うことなく対応することができるという効果を奏する。
【００７０】
さらに本発明の電源装置は、以上のように、上記スイッチング手段は、上記トランスの１次側に直列に挿入される、リレーとトライアックとの並列回路を備えている構成である。
【００７１】
それゆえ、スイッチング手段を安価な汎用部品を用いて構成することができるという効果を奏する。
【００７２】
さらに本発明の電源装置は、以上のように、上記スイッチング手段は、上記トランスの１次側に直列に挿入される、正特性サーミスタとトライアックとの並列回路を備えている構成である。
【００７３】
それゆえ、無接点であって応答速度が速い正特性サーミスタによって、ノイズなどに影響することなく長期的に安定した動作のスイッチング手段を構成することが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電源装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１の電源装置を備える複写機の動作シーケンスと、電源装置の各電圧波形とを示すタイミング図である。
【図３】交流電源電圧の周期の整数倍でスイッチングのタイミングを設定することを説明するための波形図である。
【図４】所定の電圧の波形情報を取得することを説明するための波形図である。
【図５】図１の電源装置が備えるスイッチング部の他の形態の構成を示す回路図である。
【図６】従来の電源装置の構成を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
１ 電源装置
２ スイッチング部（スイッチング手段）
３ トランス
４ 全波整流回路（整流回路）
５ 平滑コンデンサ
６ 電源回路
２１ 起動リレースイッチ（リレー）
２３ トライアック
ＰＴ 正特性サーミスタ
ＶＡＣ 交流電源電圧
ＶＨ 電圧（直流電圧）
ＶＢ 電圧（直流電圧）
ＶＤ 電圧（直流電圧）
【発明の属する技術分野】
本発明は、通常動作モードと省電力モードとを有する装置の電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
交流電源電圧を該機器に適した直流電圧に変換する電源装置には、通常動作モード時に用いる主電源回路と、待機モードなどの省電力モード時に省電力化のために用いる副電源回路とを備えたものがある。
【０００３】
特開平６−６７３２号公報には、このような主電源回路と副電源回路とに別々のトランスを用いる代わりに、マイコン回路に電力を供給するための副電源回路に主電源回路から常に電力を供給するようにした電源装置が記載されている。
【０００４】
また、特開２００１−２８２０５９号公報に開示の電源装置は、通常動作モードと、消費電力を低下させて電源投入指示を待つ待機モードとを含む複数の動作モードを有する装置の電源装置において、以下の構成を備えている。すなわち、装置の各部に電力を供給する主電源回路と、この主電源回路から電力が供給されて装置全体の動作を制御する制御部と、待機モード時に最小限の電力を装置に供給する副電源回路と、主電源回路をＯＮ／ＯＦＦする切替手段を備え、待機モード時において主電源回路をＯＦＦにするように構成されている。
【０００５】
この電源回路によれば、待機モード時において主電源回路の電力が零となるので、待機モード時の消費電力の削減をはかることができる。待機モードから通常動作モードへの復帰を検出する検出部を設けるとともに、待機モード時において検出部に副電源回路から電力を供給し、この検出部が通常動作モードへの復帰を検出した時点で主電源回路をＯＮにするように構成すれば、通常動作モードへの復帰を自動的に行うことができる。この場合、検出部としては、例えば複写機の原稿台に設けたカバーオープン検出スイッチなど、装置の可動部の動きに応じてＯＮ／ＯＦＦするスイッチを用いる。
【０００６】
さらに、待機モード時に装置の手動操作部に副電源回路から電力を供給し、手動操作部において手動操作が検出された時点で主電源回路をＯＮにするように構成すれば、ユーザが手動操作部を操作した時点で通常動作モードに自動的に復帰する。
【０００７】
上述したような、交流電源電圧を該機器に適した直流電圧に変換する電源装置の一般的な構成を図６に示す。
【０００８】
図６に示す電源装置１０１には、交流電源ＡＣに対して主電源回路１０１ａと副電源回路１０１ｂとが並列に設けられている。このような電源装置は通常、交流電源電圧をトランスで降圧し、それを整流して平滑コンデンサである程度の平滑化を行う回路を備えている。
【０００９】
電源装置１０１には、主電源スイッチＳＷのＯＮによって交流電源電圧ＶＡＣが印加される。さらに主電源回路１０１ａは、通常動作モード時においてＣＰＵ１２１からの指示でリレー励磁回路１２２によってＯＮ／ＯＦＦを行うリレースイッチ１０２によって電源が投入されるようになっている。電源が投入されるとトランス１０３によって交流電源電圧ＶＡＣの降圧を行い、全波整流回路１０４によって整流する。そして、平滑コンデンサ１０５によって平滑化を行ってそのまま電圧ＶＨとして出力したり、シリーズレギュレータ１０６でさらに降圧し安定化させた電圧ＶＢとして出力したりする。
【００１０】
また、主電源スイッチＳＷがＯＮであるときは、副電源回路１０１ｂのトランス１１１には常に電源が投入され、トランス１１１によって交流電源電圧ＶＡＣの降圧を行い、全波整流回路１１２で整流する。そして、平滑コンデンサ１１３によって平滑化を行ってレギュレータ１１４で５Ｖといった低い電圧ＶＤに降圧し、平滑コンデンサ１１５で平滑化して出力する。この電圧ＶＤは省電力モード時にも常に動作させる必要のあるＣＰＵ１２１の電源電圧となっている。省電力モード時には、ＣＰＵ１２１とリレーコイル励磁回路１２２とによってリレースイッチ１０２をＯＦＦとし、副電源回路１０１ｂのみに電源を投入する。なお、前記リレーコイル励磁回路１２２では、ＣＰＵ１２１からインバータ１２２ａを介して励磁指示用の信号を出力してリレーコイル１２２ｂに電流を流すようになっており、この励磁電流を遮断するときに保護ダイオード１２２ｃで還流を行う回路となっている。
【００１１】
このような電源装置１０１は、特に、複写機やプリンタ、複合機などの、通常動作モードと省電力モードとを備えていて省電力の要請が高い画像形成装置の電源装置として用いられる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した電源装置１０１では、副電源回路１０１ｂを用いることにより待機モード時の省電力化をある程度達成しているものの、副電源回路１０１ｂに用いるトランス１１１の励磁電流は常に流れる状態となる。副電源回路１０１ｂには全波整流回路１１２と平滑コンデンサ１１２とが設けられているので、平滑コンデンサ１１２の充電電圧を越える電圧が全波整流回路１１２から出力される期間にのみ平滑コンデンサ１１２への充電電流が流れる。従って、全波整流回路１１２に電流が流れていない期間にはトランス１１１の１次負荷電流は流れないが、励磁電流は常に流れる。
【００１３】
電流の小さい省電力モードにとっては、励磁電流が流れることにより発生する渦電流損およびヒステリシス損といった鉄損が無視できない大きさとなるため、省電力モード時の省電力化に限界が生じていた。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、省電力モード時におけるトランスでのエネルギー損失を低減してさらなる省電力化を図ることのできる電源装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源装置は、上記課題を解決するために、交流電源電圧の変圧を行うトランスと、上記トランスによる変圧後の整流を行う整流回路と、上記整流回路による整流後の電圧の平滑化を行う平滑コンデンサと、上記平滑コンデンサの出力電圧を用いて被電力供給機器の通常動作モード用の直流電圧および上記被電力供給機器の省電力モード用の直流電圧を生成する電源回路とを備える電源装置であって、上記トランスの入力電流のスイッチングを行うことが可能であり、省電力モード時に上記電源回路によって生成される省電力モード用の直流電圧が正常値に保たれるように、上記スイッチングを行って上記トランスへの上記交流電源電圧の印加時間を調整するスイッチング手段を備えていることを特徴としている。
【００１６】
上記の発明によれば、通常動作モード時と省電力モード時とで直流電圧の生成にトランスと平滑コンデンサとを共用しており、通常動作モード時にはスイッチング手段を常時導通させておけば被電力供給機器の通常動作を行うことができる一方、省電力モード時にはスイッチング手段によってトランスの入力電流のスイッチングを行ってトランスへの交流電源電圧の印加時間を調整し、省電力モード用に生成する直流電圧を正常値に保つことができる。省電力モード時に通常動作モード用のみの直流電圧を生成する必要はないので、平滑コンデンサの出力電圧が電源回路に対して通常動作モード用の入力電圧として十分でなくとも、省電力モード用の入力電圧として十分であればよい。スイッチング手段の遮断期間には平滑コンデンサから電源回路に電力を供給することができるので、導通期間と遮断期間とを通して電源回路の省電力モード用の出力電圧が正常値に保たれるようにスイッチング手段のスイッチングのタイミングを設定する。
【００１７】
スイッチング手段の遮断期間にはトランスの入力電流が遮断されるので、励磁電流は流れなくなり、この期間のトランスの鉄損をなくすことができる。
【００１８】
以上により、省電力モード時におけるトランスでのエネルギー損失を低減してさらなる省電力化を図ることのできる電源装置を提供することができる。
【００１９】
さらに本発明の電源装置は、上記課題を解決するために、上記スイッチング手段のスイッチングのタイミングを、上記交流電源電圧のゼロクロスタイミングを基準にして決定することを特徴としている。
【００２０】
上記の発明によれば、交流電源電圧のゼロクロスタイミングを基準にしてスイッチング手段のスイッチングのタイミングを決定するので、スイッチングのタイミングをゼロクロスタイミングにできるだけ近いタイミングとすることにより、ノイズの発生を抑制することができる。
【００２１】
さらに本発明の電源装置は、上記課題を解決するために、上記スイッチング手段のスイッチングを周期的に行い、各導通期間と各遮断期間とをそれぞれ上記交流電源電圧の周期の整数倍とすることを特徴としている。
【００２２】
上記の発明によれば、スイッチングの各導通期間と各遮断期間とをそれぞれ交流電源電圧の周期の整数倍とするので、スイッチングによる高次の高調波の発生を抑制することができる。
【００２３】
さらに本発明の電源装置は、上記課題を解決するために、上記被電力供給機器へ電力を供給しながら上記被電力供給装置への出力電圧生成過程における所定の電圧の波形情報を取得して、波形の所定の特徴から上記スイッチング手段のスイッチングのタイミングを決定することを特徴としている。
【００２４】
上記の発明によれば、被電力供給機器へ電力を供給しながら、上記被電力供給装置への出力電圧生成過程における所定の電圧、例えば交流電源電圧や平滑コンデンサの出力電圧といった電圧の波形情報を取得する。そして、その波形の所定の特徴から、例えばゼロクロスタイミングや、電圧が所定値以下となっているといった特徴から、スイッチング手段のスイッチングのタイミングを決定する。
【００２５】
これにより、現時点の交流電源電圧の状態に適切なスイッチングのタイミングが得られる。従って、交流電源の電圧低下など不慮の事態が発生しても電源回路の省電力モード用の出力電圧を正常値に保つ制御を行うことができる。また、予めスイッチングのタイミングを設定しておく必要がなく、電圧値や周波数が異なる交流電源電圧にも新たな設定を行うことなく対応することができる。
【００２６】
さらに本発明の電源装置は、上記課題を解決するために、上記スイッチング手段は、上記トランスの１次側に直列に挿入される、リレーとトライアックとの並列回路を備えていることを特徴としている。
【００２７】
上記の発明によれば、通常動作モード時にはリレーを常時導通させるとともにトライアックを常時遮断させ、省電力モード時にはリレーを常時遮断させるとともにトライアックにスイッチングを行わせることができる。従って、スイッチング手段を安価な汎用部品を用いて構成することができる。
【００２８】
さらに本発明の電源装置は、上記課題を解決するために、上記スイッチング手段は、上記トランスの１次側に直列に挿入される、正特性サーミスタとトライアックとの並列回路を備えていることを特徴としている。
【００２９】
上記の発明によれば、まず起動時に正特性サーミスタに電流を流し、通常動作モード時には正特性サーミスタを自己発熱で実質的に電流が流れない状態としてトライアックを常時導通させ、省電力モード時には正特性サーミスタの実質的な遮断を保ちながら、トライアックにスイッチングを行わせることができる。正特性サーミスタは無接点であって応答速度が速いので、ノイズなどに影響することなく長期的に安定した動作が可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１ないし図５を用いて説明すれば、以下の通りである。
【００３１】
図１に、本実施の形態に係る電源装置１の構成を示す。電源装置１は、スイッチング部２、トランス３、全波整流回路４、平滑コンデンサ５、電源回路６、電源電圧情報取得部７、ノンレギュレーション電圧情報取得部８、ＣＰＵ９、および主電源スイッチＳＷを備えている。なお、ＣＰＵ９は電源装置１に固有のものでもよいし、電源装置１に対する被電力供給機器に備えられているものでもよい。本実施の形態では、被電力供給機器として、特に、複写機やプリンタ、複合機などの、通常動作モードと省電力モードとを備える画像形成装置を想定している。
【００３２】
電源装置１は主電源スイッチＳＷのＯＮによって交流電源ＡＣから交流電源電圧ＶＡＣが印加されるようになっている。スイッチング部（スイッチング手段）２は、トランス３への交流電源電圧ＶＡＣの印加時間を調整するために、トランス３の１次側への入力電流のスイッチングを行う。トランス３は、印加された交流電源電圧ＶＡＣの降圧を行う。全波整流回路（整流回路）４は、トランス３の２次側の電圧を全波整流するダイオードブリッジである。平滑コンデンサ５は、全波整流回路４により生成される脈流の電圧を平滑化する。平滑コンデンサ５の出力電圧は電源回路６の入力電圧となる。電源回路６は、入力電圧をそのまま電圧ＶＨとして出力する他、入力電圧をシリーズレギュレータ６１によって降圧した電圧ＶＢを生成して出力し、さらに電圧ＶＢをシリーズレギュレータ６２によって降圧した電圧ＶＤ（ここでは５Ｖとする）を生成して出力する。
【００３３】
電圧ＶＨは常に平滑コンデンサ５の出力電圧に等しく、被電力供給機器の通常動作モード時にはほぼ直流電圧となる一方、省電力モード時にはスイッチング部２のスイッチングに応じて増減する電圧となる。電圧ＶＢは通常動作モード時には安定化直流電圧となる一方、省電力モード時にはスイッチング部２のスイッチングに応じて増減する電圧となる。電圧ＶＤは、通常動作モード時および省電力モード時を通して安定化直流電圧となる。電圧ＶＨ・ＶＢは通常動作モード用の直流電圧であり、電圧ＶＤは通常動作モード用および省電力モード用の直流電圧である。
【００３４】
電源電圧情報取得部７は、交流電源電圧ＶＡＣの波形情報を逐次取得してＣＰＵ９に入力する。また、ノンレギュレーション電圧情報取得部８は、平滑コンデンサ５の出力電圧、すなわち電源回路６に入力されるノンレギュレーション電圧の波形情報を逐次取得してＣＰＵ９に入力する。ＣＰＵ９は、スイッチング部２の導通および遮断を制御する。特に省電力モード時においては、電源電圧情報取得部７から逐次入力される波形情報、または、ノンレギュレーション電圧情報取得部８から逐次入力される波形情報に基づいて、スイッチング部２にその波形に適したスイッチングを行うように制御する。ＣＰＵ９は電源回路６が出力する電圧ＶＤを電源電圧として動作する。
【００３５】
次に、スイッチング部２の細部について説明する。スイッチング部２は起動リレースイッチ２１とトライアック（双方向性サイリスタ）２３との並列回路を備えており、この並列回路がトランス３の一次巻線と直列になるように挿入されている。スイッチング部２には、起動リレースイッチ２１と対をなすリレーコイル励磁回路２２が設けられており、リレーコイル励磁回路２２はインバータ２２ａ、リレーコイル２２ｂ、および保護ダイオード２２ｃを備えている。これらは、図６のインバータ１２２ａ、リレーコイル１２２ｂ、および保護ダイオード１２２ｃと同様の機能を有する。リレーコイル励磁回路２２は電圧ＶＤを電源電圧とし、インバータ２２ａにはＣＰＵ９の端子ＯＵＴ２から起動リレースイッチ２１のＯＮ／ＯＦＦ制御用の信号が入力される。
【００３６】
また、トライアック２３のゲート回路を構成する素子として、フォトトライアック（双方向性光サイリスタ）２４、抵抗２５・２６、コンデンサ２７、および発光ダイオード２８を備えている。フォトトライアック２４と抵抗２５と抵抗２６とは直列に接続され、この直列回路が、フォトトライアック２４をトライアック２３のＴ１端子側として、トライアック２３と並列に接続されている。コンデンサ２７は抵抗２６と並列に接続されている。抵抗２５と抵抗２６とコンデンサ２７との接続点はトライアック２３のゲートに接続されている。発光ダイオード２８はフォトトライアック２４と光結合されており、アノードはＣＰＵ９の端子ＯＵＴ１に、カソードはＧＮＤに接続されている。端子ＯＵＴ１からは、省電力モード時に図２にＯＵＴ１で示すようなパルス信号（信号ＯＵＴ１とする）が出力され、信号ＯＵＴ１のパルスの立ち上がり期間に発光ダイオード２８を発光させて、この光をフォトトライアック２４のトリガーパルスとする。そしてフォトトライアック２４が導通するとトライアック２３のゲートにトリガーが入力され、トライアック２３が導通する。トライアック２３の遮断タイミングは、トライアック２３を流れる電流値で制御される。
【００３７】
起動時と通常動作モード時とには、起動リレースイッチ２１が導通状態とされ、トライアック２３は遮断状態とされる。省電力モード時には、起動リレースイッチ２１が遮断状態とされ、トライアック２３はスイッチングを行うように制御される。
【００３８】
次に、電源電圧情報取得部７の細部について説明する。電源電圧情報取得部７は、抵抗７１、発光ダイオード７２・７３、フォトトランジスタ７４、およびプルアップ抵抗７５を備えている。発光ダイオード７２と発光ダイオード７３とは逆並列に接続されており、この逆並列回路が抵抗７１と直列に接続されている。そしてこの直列回路の両端に交流電源電圧ＶＡＣが印加されるようになっている。また、フォトトランジスタ７４は発光ダイオード７２・７３と光結合されており、コレクタはＣＰＵ９の端子ＡＬに、エミッタはＧＮＤにそれぞれ接続されている。また、プルアップ抵抗７５は、フォトトランジスタのコレクタを電圧ＶＤのラインに接続している。
【００３９】
上記逆並列回路には、交流電源電圧ＶＡＣの正の半波と負の半波とで発光ダイオード７２・７３のそれぞれに交互に電流が流れる。フォトトランジスタ７４は、発光ダイオード７２・７３から出力された光を受光すると、受光強度に応じてコレクタ・エミッタ間のインピーダンスを変化するので、コレクタ電位が交流電源電圧ＶＡＣに応じた変化をする。従って、交流電源電圧ＶＡＣの波形情報として、波形そのものの変化の仕方が得られる。
【００４０】
さらに電源電圧情報取得部７は、比較器７６および基準電圧源７７を備えている。基準電圧源７７は直流の基準電圧Ｖｒｅｆ１を発生している。比較器７６は、端子ＡＬに入力される電圧（電圧ＡＬとする）と基準電圧Ｖｒｅｆ１とを比較し、電圧ＡＬが基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも大きい期間がパルスの立ち上がり期間となる信号ＶＺＣを出力し、ＣＰＵ９の端子ＩＮ１に入力する。基準電圧Ｖｒｅｆ１は電圧ＶＤを分圧するなどして得られ、電圧ＶＤよりは小さく、これに近い値となっている。これにより、信号ＶＺＣのパルスは、図２や図４に示すように交流電源電圧ＶＡＣのゼロクロスタイミングを間に含む鋭いパルスとなる。従って、交流電源電圧ＶＡＣの波形情報として、ゼロクロスタイミングが取得される。
【００４１】
次に、ノンレギュレーション電圧情報取得部８の細部について説明する。ノンレギュレーション電圧情報取得部８は、比較器８１、抵抗８２、およびツェナーダイオード８３を備えている。抵抗８２の一端は電圧ＶＤのラインに接続されており、他端はツェナーダイオード８３のカソードに接続されている。ツェナーダイオード８３のアノードはＧＮＤに接続されている。ツェナーダイオード８３のカソード電圧は比較器８１の基準電圧Ｖｒｅｆ２となっており、電圧ＶＤが変動した場合にも一定値として得られるようになっている。比較器８１は、平滑コンデンサ５の出力電圧（電圧ＶＨ）と基準電圧Ｖｒｅｆ２とを比較し、電圧ＶＨが基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも低くなる期間がパルスの立ち上り期間となる信号ＶＭを出力して、ＣＰＵ９の端子ＩＮ２に入力する。従って、電圧ＶＨの波形情報として、電圧ＶＨが基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも低くなる期間の情報が取得される。
【００４２】
次に、上記の構成の電源装置１の動作について説明する。図２に、電源装置１を備える複写機の動作シーケンスと電源装置１の各電圧波形とを示す。
【００４３】
時刻Ｔ１で電源装置１の主電源スイッチＳＷがＯＮ状態とされると、起動リレースイッチ２１はノーマルオンであるのでトランス３に交流電源電圧ＶＡＣが印加され、複写機は通常動作モードとなる。これと同時に、電源装置１の電源回路６からは、電圧ＶＨ・ＶＢ・ＶＤが通常動作モード用の電圧値で出力される。複写機は定着装置のウォームアップに入り、ファンが低速モードで回転する。時刻Ｔ２では複写機はコピー待ちの状態となり、ファンが高速モードで回転する。時刻Ｔ３でコピー指示が行われると、これに合わせて電圧ＶＨをメインモータ用および帯電用の電圧に用いて画像形成を行う。時刻Ｔ４でコピーが終了したとすると、プレヒートモードに入り、ファンは低速モードとなって次のコピー指示が行われるまで待機する。
【００４４】
そして、時刻Ｔ４から所定時間が経過した時刻Ｔ５では、起動リレースイッチ２１が遮断され、複写機は省電力モードとなる。この省電力モードにおけるスイッチング部２のスイッチングについて以下に説明する。
【００４５】
交流電源電圧ＶＡＣが図２に示すような波形であるとすると（便宜上時間のスケールは拡大してある）、電源電圧情報取得部７は時刻Ｔ１から交流電源電圧ＶＡＣの波形情報を逐次取得しており、ＣＰＵ９は同図に示す信号ＶＺＣが入力されることによってゼロクロスタイミングを認識している。省電力モードでは、例えば図３に示すように交流電源電圧ＶＡＣの８周期分をトライアック２３の遮断期間、その後に続く２周期分をトライアック２３の導通期間にするとする。従って、ＣＰＵ９は時刻Ｔ５から信号ＶＺＣのゼロクロスタイミングを示すパルスをカウントしていく。このときの交流電源電圧ＶＡＣと信号ＶＺＣとの関係を図４に示す。ＣＰＵ９は、信号ＶＺＣの９個目のパルスと１０個目パルスとを認識したときにそれぞれパルスが立ち上がる信号ＯＵＴ１を、発光ダイオード２８に出力する。
【００４６】
発光ダイオード２８の光はフォトトライアック２４のトリガーパルスとなるが、フォトトライアック２４のターンオン条件と導通期間との確保のために、以下のような設定がなされている。フォトトライアック２４の導通期間はトライアック２３がターンオンするまで持続させたいものであるため、この導通期間にはフォトトライアック２４をトランス３の入力電流が流れる。入力電流は励磁電流と１次負荷電流との和になるが、１次負荷電流はトランス３の２次側の電圧が平滑コンデンサ５の充電電圧よりも大きくなるまで流れないので、最初は励磁電流のみとなる。この励磁電流は通常動作モード時にはやや歪んだ波形となっているが、これを、鉄損電流成分と磁化電流成分とからなる、交流電源電圧ＶＡＣと周波数の等しい等価電流で近似することができる。この等価電流は通常動作モード時には交流電源電圧ＶＡＣよりも位相が遅れた状態であり、また、１次負荷電流は、２次負荷電流の歪みに応じた波形が前記ゼロクロスタイミングよりも遅れて立ち上がる。
【００４７】
従って、省電力モード時にある期間においてこれらの電流の和でフォトトライアック２３の導通を成立させるために、コンデンサ２７の値を設定して励磁電流の位相を進める補償を行い、信号ＯＵＴ１のトリガーパルスの入力中の電流値をフォトトライアック２４のターンオン条件に合うようにし、さらに導通期間の持続を可能とする。これにより、トライアック２３のゲートに入力されるトリガーが、トライアック２３のターンオンまで持続され、トライアック２３が導通すると、電流はトライアック２３の方に多く流れようとしてフォトトライアック２４は遮断する。従って、トライアック２３のゲート回路の素子定数とトライアック２３の特性とを適切に選択すれば、トライアック２３を前記ゼロクロスタイミングに近いタイミングで導通させることができる。また、信号ＯＵＴ１のパルスは、図３に従うと、交流電源電圧ＶＡＣの２周期分にわたってトライアック２３を導通させるように出力される。（図２では便宜上１周期分だけ図示してある。）トライアック２３にトリガーパルスが加えられなくなって、流れる電流が保持電流以下となったら、トライアック２３は遮断する。
【００４８】
このようにして、省電力モードが開始されてから図２の時刻ＴＡまではトライアック２３が遮断して、平滑コンデンサ５のみからの電力供給となり、電圧ＶＨ・ＶＢは低下していく。しかし、電圧ＶＨ・ＶＢの値は電圧ＶＤを正常値の５Ｖに生成するには十分な値となるように、トライアック２３の遮断期間を交流電源電圧ＶＡＣの何周期分とするかについての限度を決めている。そして、時刻ＴＡから交流電源電圧ＶＡＣの所定周期分だけトライアック２３を導通させて電圧ＶＨ・ＶＢを回復させる。以後、時刻ＴＢ・ＴＣといったように周期的にこれを繰り返していく。時刻Ｔ６で主電源スイッチＳＷが遮断される。
【００４９】
以上のように、本実施の形態の電源装置１によれば、通常動作モード時と省電力モード時とで電圧ＶＨ・ＶＢ・ＶＣの生成にトランス３と平滑コンデンサ５とを共用しており、通常動作モード時にはスイッチング部２を起動リレースイッチ２１により常時導通させておけば被電力供給機器の通常動作を行うことができる一方、省電力モード時にはスイッチング部２のトライアック２３によってトランス３の入力電流のスイッチングを行ってトランス３への交流電源電圧ＶＡＣの印加時間を調整し、省電力モード用に生成する電圧ＶＣを正常値に保つことができる。
【００５０】
省電力モード時に通常動作モード用のみの電圧ＶＨ・ＶＢを生成する必要はないので、平滑コンデンサ５の出力電圧が電源回路６に対して通常動作モード用の入力電圧として十分でなくとも、省電力モード用の入力電圧として十分であればよい。スイッチング部２の遮断期間には平滑コンデンサ５から電源回路６に電力を供給することができるので、導通期間と遮断期間とを通して電源回路６の省電力モード用の出力電圧である電圧ＶＣが正常値に保たれるようにスイッチング部２のスイッチングのタイミングを設定する。
【００５１】
スイッチング部２の遮断期間にはトランス３の入力電流が遮断されるので、励磁電流は流れなくなり、この期間のトランス３の鉄損をなくすことができる。従って、電源装置１では、省電力モード時におけるトランス３でのエネルギー損失を低減してさらなる省電力化を図ることができる。
【００５２】
また、電源装置１によれば、交流電源電圧ＶＡＣのゼロクロスタイミングを基準にしてスイッチング部２のスイッチングのタイミングを決定するので、スイッチングのタイミングをゼロクロスタイミングにできるだけ近いタイミングとすることにより、ノイズの発生を抑制することができる。
【００５３】
また、電源装置１では、スイッチングのタイミングを前記ゼロクロスタイミングにできるだけ近いタイミングとした上で、スイッチングの各導通期間と各遮断期間とをそれぞれ交流電源電圧ＶＡＣの周期の整数倍としている。従って、スイッチングによる高次の高調波の発生を抑制することができる。
【００５４】
また、電源装置１によれば、被電力供給機器へ電力を供給しながら、電源電圧情報取得部７によって交流電源電圧ＶＡＣのゼロクロスタイミングを波形情報として取得する。そして、ゼロクロスタイミングからスイッチング部２のスイッチングのタイミングを決定している。これにより、現時点の交流電源電圧ＶＡＣの状態に適切なスイッチングのタイミングが得られる。従って、交流電源ＡＣの電圧低下など不慮の事態が発生しても電源回路６の省電力モード用の出力電圧である電圧ＶＤを正常値に保つ制御を行うことができる。また、予めスイッチングのタイミングを設定しておく必要がなく、電圧値や周波数が異なる交流電源電圧にも新たな設定を行うことなく対応することができる。
【００５５】
またこのことは、一般に、被電力供給装置への出力電圧生成過程における所定の電圧の波形情報を取得して、その特徴からスイッチングのタイミングを決定する場合について言える。一例として、電源装置１において平滑コンデンサ５の出力電圧の波形情報を取得する場合について説明する。
【００５６】
図１のノンレギュレーション電圧情報取得部８は、前述したように平滑コンデンサ５の出力電圧である電圧ＶＨの大きさを波形情報として取得する。事故などにより交流電源電圧ＶＡＣが低下して、図４に示すように電圧ＶＨがＶｒｅｆ２よりも低下したときに、同図に示す信号ＶＭを出力する。ＣＰＵ９は信号ＶＭが入力されると、そのパルスによって、電圧ＶＤを正常値に保つためにトライアック２３を導通させなければならないことを認識し、スイッチング部２にトライアック２３の導通の指示を与える信号ＯＵＴ１を出力する。これにより、現時点の交流電源電圧ＶＡＣの状態に適切なスイッチングのタイミングが得られる。
【００５７】
また、同様の理由により、電源電圧情報取得部７によって取得されてＣＰＵ９の端子ＡＬに入力される波形情報を用いてもよい。
【００５８】
また、電源装置１は、スイッチング部２は、トランス３の１次側に直列に挿入される、起動リレースイッチ２１とトライアック２３との並列回路を備えている。そして、これにより、通常動作モード時には起動リレースイッチ２１を常時導通させるとともにトライアック２３を常時遮断させ、省電力モード時には起動リレースイッチ２１を常時遮断させるとともにトライアック２３にスイッチングを行わせることができる。従って、スイッチング部２を安価な汎用部品を用いて構成することができる。
【００５９】
次に、スイッチング部２の他の形態を図５に示す。図５のスイッチング部２は、図１のスイッチング部２の起動リレースイッチ２１を正特性サーミスタＰＴで置き換えた構成である。トライアック２３とその制御回路とは図１と同様でよい。
【００６０】
この構成によれば、まず起動時に正特性サーミスタＰＴに電流を流し、通常動作モード時には正特性サーミスタＰＴを自己発熱で実質的に電流が流れない状態として、さらにトライアックを常時導通させる。そして、省電力モード時には正特性サーミスタＰＴの実質的な遮断を保ちながら、トライアック２３にスイッチングを行わせることができる。正特性サーミスタＰＴは無接点であって応答速度が速いので、ノイズなどに影響することなく長期的に安定した動作が可能となる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の電源装置は、以上のように、交流電源電圧の変圧を行うトランスと、上記トランスによる変圧後の整流を行う整流回路と、上記整流回路による整流後の電圧の平滑化を行う平滑コンデンサと、上記平滑コンデンサの出力電圧を用いて被電力供給機器の通常動作モード用の直流電圧および上記被電力供給機器の省電力モード用の直流電圧を生成する電源回路とを備える電源装置であって、上記トランスの入力電流のスイッチングを行うことが可能であり、省電力モード時に上記電源回路によって生成される省電力モード用の直流電圧が正常値に保たれるように、上記スイッチングを行って上記トランスへの上記交流電源電圧の印加時間を調整するスイッチング手段を備えている構成である。
【００６２】
それゆえ、スイッチング手段の遮断期間にはトランスの入力電流が遮断されるので、励磁電流は流れなくなり、この期間のトランスの鉄損をなくすことができる。
【００６３】
以上により、省電力モード時におけるトランスでのエネルギー損失を低減してさらなる省電力化を図ることのできる電源装置を提供することができるという効果を奏する。
【００６４】
さらに本発明の電源装置は、以上のように、上記スイッチング手段のスイッチングのタイミングを、上記交流電源電圧のゼロクロスタイミングを基準にして決定する構成である。
【００６５】
それゆえ、スイッチングのタイミングをゼロクロスタイミングにできるだけ近いタイミングとすることにより、ノイズの発生を抑制することができるという効果を奏する。
【００６６】
さらに本発明の電源装置は、以上のように、上記スイッチング手段のスイッチングを周期的に行い、各導通期間と各遮断期間とをそれぞれ上記交流電源電圧の周期の整数倍とする構成である。
【００６７】
それゆえ、スイッチングによる高次の高調波の発生を抑制することができるという効果を奏する。
【００６８】
さらに本発明の電源装置は、以上のように、上記被電力供給機器へ電力を供給しながら上記被電力供給装置への出力電圧生成過程における所定の電圧の波形情報を取得して、波形の所定の特徴から上記スイッチング手段のスイッチングのタイミングを決定する構成である。
【００６９】
それゆえ、現時点の交流電源電圧の状態に適切なスイッチングのタイミングが得られ、交流電源の電圧低下など不慮の事態が発生しても電源回路の省電力モード用の出力電圧を正常値に保つ制御を行うことができるという効果を奏する。また、予めスイッチングのタイミングを設定しておく必要がなく、電圧値や周波数が異なる交流電源電圧にも新たな設定を行うことなく対応することができるという効果を奏する。
【００７０】
さらに本発明の電源装置は、以上のように、上記スイッチング手段は、上記トランスの１次側に直列に挿入される、リレーとトライアックとの並列回路を備えている構成である。
【００７１】
それゆえ、スイッチング手段を安価な汎用部品を用いて構成することができるという効果を奏する。
【００７２】
さらに本発明の電源装置は、以上のように、上記スイッチング手段は、上記トランスの１次側に直列に挿入される、正特性サーミスタとトライアックとの並列回路を備えている構成である。
【００７３】
それゆえ、無接点であって応答速度が速い正特性サーミスタによって、ノイズなどに影響することなく長期的に安定した動作のスイッチング手段を構成することが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電源装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１の電源装置を備える複写機の動作シーケンスと、電源装置の各電圧波形とを示すタイミング図である。
【図３】交流電源電圧の周期の整数倍でスイッチングのタイミングを設定することを説明するための波形図である。
【図４】所定の電圧の波形情報を取得することを説明するための波形図である。
【図５】図１の電源装置が備えるスイッチング部の他の形態の構成を示す回路図である。
【図６】従来の電源装置の構成を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
１ 電源装置
２ スイッチング部（スイッチング手段）
３ トランス
４ 全波整流回路（整流回路）
５ 平滑コンデンサ
６ 電源回路
２１ 起動リレースイッチ（リレー）
２３ トライアック
ＰＴ 正特性サーミスタ
ＶＡＣ 交流電源電圧
ＶＨ 電圧（直流電圧）
ＶＢ 電圧（直流電圧）
ＶＤ 電圧（直流電圧）
Claims (6)
- 交流電源電圧の変圧を行うトランスと、上記トランスによる変圧後の整流を行う整流回路と、上記整流回路による整流後の電圧の平滑化を行う平滑コンデンサと、上記平滑コンデンサの出力電圧を用いて被電力供給機器の通常動作モード用の直流電圧および上記被電力供給機器の省電力モード用の直流電圧を生成する電源回路とを備える電源装置であって、
上記トランスの入力電流のスイッチングを行うことが可能であり、省電力モード時に上記電源回路によって生成される省電力モード用の直流電圧が正常値に保たれるように、上記スイッチングを行って上記トランスへの上記交流電源電圧の印加時間を調整するスイッチング手段を備えていることを特徴とする電源装置。 - 上記スイッチング手段のスイッチングのタイミングを、上記交流電源電圧のゼロクロスタイミングを基準にして決定することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
- 上記スイッチング手段のスイッチングを周期的に行い、各導通期間と各遮断期間とをそれぞれ上記交流電源電圧の周期の整数倍とすることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
- 上記被電力供給機器へ電力を供給しながら上記被電力供給装置への出力電圧生成過程における所定の電圧の波形情報を取得して、波形の所定の特徴から上記スイッチング手段のスイッチングのタイミングを決定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電源装置。
- 上記スイッチング手段は、上記トランスの１次側に直列に挿入される、リレーとトライアックとの並列回路を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電源装置。
- 上記スイッチング手段は、上記トランスの１次側に直列に挿入される、正特性サーミスタとトライアックとの並列回路を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電源装置。
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