【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電荷製品の各構成要素に電力を供給する電源装置に関し、特に定着装置や枚数カウンタを装備した画像形成装置に適した電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、画像形成装置に適用される電源装置において停電を確実に検出する停電検出機能と、適正にＡＣ電圧が基準電圧（０Ｖ）を通過するポイント（以下、ゼロクロスポイントという。）を検出する機能を備えていることが好ましい。
【０００３】
ここで、停電検出機能とは、商用電源からの電圧値の異常を検出する機能であり、停電検出機能を備えることにより、累積印刷枚数やトラブル発生回数の履歴を記録している画像形成装置において、突如停電が発生したために重要な記録が消失するといった不都合を防止することが可能になる。このため、従来から電源装置の停電検出回路等についての開発がされている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、ゼロクロスポイントの適正な検出とは、電力供給開始時点において、例えばハロゲンランプヒータ等に対して大きな突入電流が流れることを防止するために位相制御を行う際に重要となるものである。そして、従来の電源装置においては、上述の停電検出機能やゼロクロスポイント検出機能を備えたものが多く画像形成装置に好適に使用することが可能なものが続々と登場しつつある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１６５９６７
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特許文献１を含む従来の技術においては、必要以上に電力を消費するとともに、ゼロクロスポイントを正確に検出することができないという問題があった。
【０００６】
停電検出手段において商用電源の電圧を全波整流して得られた電圧波形が示す電圧値が、例えば、フォトカプラ発光ダイオードの順方向電圧ＶＦ以上になったときにのみ電圧検知信号の出力をオン、そして順方向電圧ＶＦ以下のときには当該出力をオフして、この電圧検知信号を出力パターンによって停電の検出を行っているところ、図１に示すとおり、従来、順方向電圧ＶＦが基準電圧の近傍に設定されていることが多いため、フォトカプラの発光ダイオードにおいて消費される電流消費期間は、ゼロクロス検出期間を１ｍｓｅｃ、商用周波数を５０Ｈｚとすると、半サイクルの１０ｍｓｅｃのうちで９ｍｓｅｃとなり、その時間的割合は約９０％になるという不都合が生じていた。
【０００７】
この消費電力は、特に、画像形成装置（例えば複写機）の省エネモード時も動作中と同様に消費されるものであるため、低消費電力を目的とする省エネモード時に、全体の消費電力に占める停電検出のために消費する電力の比率が大きくなるという問題がある。
【０００８】
一方、従来の方式でゼロクロスポイントを検出する場合、図２に示すとおり、検出のリファレンスレベルが、フォトカプラの発光ダイオードの順方向電圧ＶＦとなるため、電圧検出信号の立下り、または立ち上りをゼロクロスポイントとして検出（同図においては立下りで検出）すると、本来のゼロクロスポイントに対して、１５０μｓｅｃ〜７５０μｓｅｃ程度の誤差が発生するという問題がある。
【０００９】
この検出誤差は、ＡＣ電圧／周波数／部品バラツキ等の要素によって、安定するものではなく、定着ランプの位相制御の信頼性を著しく低下させる要因になる。例えば、図３に示すように、ゼロクロスポイントを検出してから、実験的に求めた所定の時間ｔが経過したときに定着ランプを起動させることにより、最も突入電流が小さく、かつ、定着ランプが迅速に加熱されるように定着位相制御を行っていたが、ゼロクロスポイントの検出誤差ｇがある場合には、定着ランプを起動するタイミングを定めることができず、上述の定着位相制御を適正に行うことができないのである。
【００１０】
この発明の目的は、消費電力を減少させつつ確実に停電検出を行うことや、または精度良くゼロクロスポイントを検出することが可能な電源装置のように、画像形成装置等の装置に適した電源装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は以下の構成を備えている。
【００１２】
（１）商用電源の電圧を全波整流する整流手段と、
前記整流手段により形成された電圧波形の電圧値が、予め設定された設定電圧値より高くなったことを検出したときに所定の検出信号を出力する信号出力手段と、
前記信号出力手段からの検出信号を解析して前記商用電源の電圧の値が正常であるか否かを判断する制御手段と、を備え、
前記設定電圧値を、前記電圧波形のピーク値の半分以上の値に設定したことを特徴とする。
【００１３】
この構成においては、整流手段によって商用電源が全波整流された後、信号検出手段によって全波整流された電圧波形における設定電圧値よりも高い値を示す箇所が検出されて所定の検出信号を出力する電源装置で、前記設定電圧値が前記電圧波形のピーク値の半分以上の値に設定されている。
【００１４】
したがって、電圧波形の１サイクルにおける信号出力手段から検出信号が出力する割合が減少するため、定期的に前記検出信号が出力されているか否かを検出する際、すなわち停電検出の際の消費電力が減少する。
【００１５】
（２）前記設定電圧値を、前記電圧波形のピーク値の略半分の値に設定したことを特徴とする。
【００１６】
この構成においては、上述と同様に、整流手段によって商用電源が全波整流された後、信号検出手段によって全波整流された電圧波形における設定電圧値よりも高い値を示す箇所が検出されて所定の検出信号を出力する電源装置で、前記設定電圧値が前記電圧波形のピーク値の略半分の値に設定されている。
【００１７】
したがって、デューティ比等との関係により、前記電圧波形の値が設定電圧値になったことの検出が最適に行われるため、電圧波形の１サイクルにおける信号出力手段から検出信号が出力する割合が的確に把握されるとともに、停電検出の際の消費電力が減少する。
【００１８】
（３）前記信号出力手段に入力される前記電圧波形のうち、前記設定電圧値以上であって前記ピーク値未満のピーク値近傍電圧値以下の箇所を遮断する遮断手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１９】
この構成においては、電圧波形の電圧値がピーク値近傍電圧値を超えない場合には、遮断手段がこの電圧波形が前記信号出力手段に入力されないように遮断する。したがって、電圧波形の１サイクルにおける信号出力手段から検出信号が出力する割合がさらに減少するため停電検出の際の消費電力がさらに減少する。
【００２０】
（４）前記ピーク値近傍電圧値が、前記整流手段の後段に配置される平滑コンデンサの保持電圧値であることを特徴とする。
【００２１】
この構成においては、前記遮断手段における前記ピーク値近傍電圧値が、平滑用コンデンサの充電電流を利用して設定されている。したがって、前記ピーク値近傍電圧値を形成するために必要となる電力が０Ｗとなるため、停電検出におけるさらなる省電力化が図られる。
【００２２】
（５）前記信号出力手段によって検出される前記電圧波形が前記設定電圧値よりも低い値を示す期間の平均値から前記電圧波形のゼロクロスポイントを算出する手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００２３】
この構成においては、前記信号出力手段によって検出される前記電圧波形が前記設定電圧値よりも低い値を示す期間を計測するとともに、計測された期間の平均値を用いて、前記電圧波形の電圧値が前記設定電圧値を下回ってからゼロになるまでの時間を算出して、理論上のゼロクロスポイントが算出される。
【００２４】
したがって、整流後の電圧ピークを検出する電源装置においても、ＡＣ電圧が基準値（０Ｖ）を通過するポイントが適正に算出されるため、ＡＣ電圧が基準値（０Ｖ）を通過するポイントを直接検出する従来の方式と比較し、基準値（０Ｖ）を検出するレベルのヒステリシス分の誤差が発生せず、正しく基準電圧（０Ｖ）の通過ポイントが認識される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明の電源装置の実施形態を説明する。
【００２６】
図４は、停電検出機能およびゼロクロス検出機能を備える本実施形態に係る電源装置の構成の概略を示している。同図に示すように、本発明の電源装置１は、商用電源１００の電圧を全波整流する整流手段としての整流回路部１０、本発明の信号出力手段としての信号出力回路部２０、整流回路部１０の後段に配置される平滑回路部３０、および制御部５０を備えており、平滑回路部３０の後段から所望の直流電力を出力するものである。なお、上述の構成において、平滑回路部３０の後段に適宜電源トランスを配置して所望の電圧を生成してもよい。また、同図において、ノイズフィルタを目的としたインダクタ、コンデンサ、および、抵抗、並びに１次側電圧から２次側電圧を生成する過程を示す箇所については、通常使用されているものと同様の構成を用いることが可能であり、特段、その構成が限定されることがないため図示を省略している。
【００２７】
整流回路部１０は、ダイオードブリッジ１１、ダイオード１２、およびダイオード１３を備えている。整流回路部１０では、商用電源１００から供給されるＡＣ電圧を、ダイオード１２およびダイオード１３を通じ、ダイオードブリッジ１１のマイナス側へ電流を帰還させているため、図４（ｂ）に示す商用電源１００のＡＣ電圧に対して、図中のポイントＡでは、図４（ｃ）に示すような全波整流された波形が得られる。なお、全波整流されたＡポイントでは平滑措置を講じていないため、図４（ｃ）に示すような脈流波形となっている。
【００２８】
平滑回路部３０は、パワーサーミスタ３２および平滑コンデンサ３１を備えている。信号出力回路部２０は、抵抗２２、フォトカプラ２１（発光ダイオード２１ａ、フォトトランジスタ２１ｂ）、２次側回路の抵抗２３〜２６、およびトランジスタ２７を備えている。ダイオード１２およびダイオード１３と、ダイオードブリッジ１１のマイナス側の間に、電流制限用の抵抗２２と、発光ダイオード２１ａが直列的に配置されている。このため、全波電流波形が時間的推移によって、基準電圧すなわち本実施形態ではダイオードブリッジ１１のマイナス電位に対し、フォトカプラ２１の発光側に配置される発光ダイオード２１ａの順方向電圧ＶＦ以下になる期間で、フォトカプラ２１に流れる電流が遮断される。なお、本実施形態では、順方向電圧ＶＦが本発明の設定電圧値を構成する。
【００２９】
一方、フォトカプラ２１の受光側に配置されるフォトトランジスタ２１ｂは、２次側回路のＤＣ電圧（本実施形態では、ＤＣ５Ｖ）を分圧する抵抗２３と抵抗２４および抵抗２５との中点（分圧点）からエミッタ接地で接続されている。トランジスタ２７のベースは、抵抗２４と抵抗２５の中点（分圧点）に接続されており、トランジスタ２７のコレクタは抵抗２６を介しＤＣ電圧に接続される。
【００３０】
フォトカプラ２１のフォトダイオード２１ａに電流が流れるとき、すなわちフォトカプラ２１に供給される電圧波形における電圧値が発光ダイオード２１ａの順方向電圧ＶＦ以上になったときには、フォトトランジスタ２１ｂが導通する結果、抵抗２３と、抵抗２４および抵抗２５の中点は略０Ｖとなる。抵抗２３と、抵抗２４および抵抗２５の中点の電圧が０Ｖになると、抵抗２４と抵抗２５の中点も０Ｖとなり、トランジスタ２７が導通しないことから、トランジスタ２７のコレクタ電圧はＤＣ電圧に略等しくなるため、信号出力回路部２０から制御部５０に対してハイレベルの信号が出力される。
【００３１】
一方、フォトカプラ２１の発光ダイオード２１ａの電流が遮断されるとき、すなわちフォトカプラ２１に供給される電圧波形における電圧値が発光ダイオード２１ａの順方向電圧ＶＦ未満になったときには、受光側のフォトトランジスタ２１ｂがオフする結果、抵抗２３と、抵抗２４および抵抗２５の中点には、ＤＣ５Ｖが分圧された電圧が発生する。したがって、抵抗２４と抵抗２５の中点にもＤＣ５Ｖが分圧された電圧が発生するとともに、トランジスタ２７のベース−エミッタ間に電圧が発生する。このため、トランジスタ２７がオンすることから、トランジスタ２７のコレクタ電圧が下降して略０Ｖとなるため信号出力回路部２０は制御部５０に対してローレベルの信号が出力される。
【００３２】
上述のように、フォトカプラ２１に供給される電圧波形における電圧値が、発光ダイオード２１ａの順方向電圧ＶＦ以上であるか否かによって、信号出力回路部２０は制御部５０に対してそれぞれ異なった信号を出力しているが、本実施形態では、これらの信号出力回路部２０から制御部５０に出力される信号が本発明の検出信号を構成している。なお、図４（ｄ）に、図４（ａ）中のポイントＢを通過する検出信号を示している。
【００３３】
図５は、電源装置１の制御部５０の構成の概略を示している。同図に示すように、制御部５０は、ＣＰＵ５６、ＲＯＭ５４、ＲＡＭ５５、信号受信部５１、記録部５２、およびタイマ５３を備えている。ＲＯＭ５４は、電源装置１の動作に必要なプログラムを格納している。ＲＡＭ５５は、揮発性のメモリであり、一時的にデータが格納される。記録部５２は、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性のメモリであり、電源装置１の動作に必要な設定値等が記録される。タイマ５３は、任意の期間を計時するものであり、後述するゼロクロスポイントの算出の際に用いられる。ＣＰＵ５６は、上述の電源装置１の構成要素を統括的に制御する。
【００３４】
図６は、整流回路部１０によって形成された電圧波形を示している。商用電源１００のＡＣ電圧を整流回路部１０によって全波整流すると、同図に示すような脈流した電圧波形が得られる。このとき、商用電源１００から正常なＡＣ電圧が供給されると、同図に示すように、基準電圧からピーク電圧まで、時間的な推移に伴って電圧値が変化する。したがって、例えば、商用電源の周波数が５０Ｈｚの場合には、１サイクル期間が２０ｍｓｅｃであるため、１０ｍｓｅｃ毎に、ＡＣ電圧が基準電圧（０Ｖ）を通過する。このため、信号出力回路部２０から出力される検出信号も同様に、１０ｍｓｅｃ毎に電圧レベルが０Ｖ（ローレベル）になる。電源装置１では、図４（ｄ）に示すような矩形波が継続的に検出されるか否かを制御部５０が判断することにより、商用電源１００からＡＣ電圧が正常に供給されていることを確認している。
【００３５】
ここで、本発明の電源装置１の特徴を説明する。電源装置１は図６に示すとおり、整流回路部１０によって全波整流されたＡＣ電圧について、ピーク電圧を検出する上で、デューティ比との関係で最も検出精度が良くなるピーク値の略１／２を本発明のリファレンスレベル（設定電圧値）として設定している。なお、本実施形態においてピーク値の略１／２とは、ピーク値の５０パーセントから６０パーセントの範囲をいうものとする。
【００３６】
リファレンスレベルを少なくともピーク値の１／２以上の範囲に設定することにより、信号出力回路部２０から制御部５０に対して検出信号が出力される期間、すなわち停電検出機能による電力消費期間が、ＡＣ電圧１サイクルのうちの最大でも７０％以下の期間になるように抑制できることが実験的に確認されている。なお、この７０％という数値は、リファレンスレベルをピーク値の１／２に設定したときのＡＣ電圧１サイクルの６７％に相当する電力消費期間に、各サイクルにおけるバラツキをも含めて算出した数値である。
【００３７】
次に、電源装置１におけるゼロクロスポイントの検出について説明する。
【００３８】
図７は、従来の電源装置におけるゼロクロスポイントの検出方法（図７（ａ））と、本発明の電源装置１におけるゼロクロスポイントの検出方法（図７（ｂ））との相違を示している。同図に示すように、従来では、リファレンスレベル（設定電圧値）を低く設定しているため、信号出力回路部２０から制御部５０に対して検出信号が出力されない期間（電流を流さない期間）が短く、この電流を流さない期間をサンプリングすることが困難であったが、本発明ではリファレンスレベル（設定電圧値）を高く設定したことにより、この電流を流さない期間をサンプリングしてゼロクロスポイントを精度よく予測することを可能にしている。
【００３９】
図８は本実施形態におけるゼロクロスポイントの検出手法を示している。図８に示すように、図７で示した電流を流さない期間となるＴ１ 、Ｔ２ 、Ｔ３ 、・・・、Ｔｎ をｎ回（１〜ｎ回）サンプリングする。なお、このときの検出信号レベルはハイレベル（Ｈ）である。そして、ｎ回のサンプリング後に、電流を流さない期間の平均値Ｔａｖｅ を算出し、このＴａｖｅ の半分の値をＴｚ を用いて正確なゼロクロスポイントを予測する。本実施形態では、最初の非検出となった検出信号の立ち上がりエッジからカウントしてＴｚ ｍｓｅｃの後をゼロクロスポイントとみなし、それに基づいて位相制御等を行っている。このようにすることにより、従来よりも精度の高いゼロクロスポイントの検出が可能になる。
【００４０】
図９は、本発明の第２の実施形態における電源装置１の構成を示している。本実施形態の構成によれば、商用電源１００から供給されたＡＣ電圧が、ダイオードブリッジ１１により全波整流され、全波整流された電圧波形によって、電解コンデンサ３１を充電する。ここで、電解コンデンサ３１への突入電流を抑制するパワーサーミスタ３２と並列的に、ＡＣ電圧検出用のフォトカプラ２１の発光側の発光ダイオード２１ａおよび電流制限用抵抗３３を接続する。なお、本実施形態ではフォトカプラ２１、ＤＣ５Ｖ、抵抗２８によって第１の実施形態における信号出力回路部２０と同様の作用をしている。
【００４１】
全波整流された交流波形を平滑するために設けられた電解コンデンサ３１の電位は、交流的な電圧の波高値を直流的に安定させるように働くが、後段に配置された図示しない電源トランスによって、電力が消費されるため、その分、電圧波形の波高値に対して電位が下がることになる。
【００４２】
したがって、時間的な推移により、電解コンデンサ３１の保持電圧より、電圧波形の電圧値が電解コンデンサ３１の保持電圧を上回るときにおいて、発光ダイオード２１ａに電解コンデンサ３１へ向かって充電電流が流れる。本実施形態では、この充電電流が流れた期間において検出信号が制御部５０に対して出力される。なお、電解コンデンサ３１の保持電圧の値が本発明のピーク値近傍電圧を構成する。
【００４３】
図１０は、本発明の第３の実施形態における電源装置１を示している。同図に示すように、ダイオード１２、ダイオード１３のカソード側と、ＡＣ電圧検出用のフォトカプラ２１の発光ダイオード２１ａとの間に、ツェナーダイオード１５を直列的に接続している。
【００４４】
ツェナーダイオード１５を接続することにより、検出リファレンスレベルは、発光ダイオード２１ａの順方向電圧ＶＦとツェナー電圧のいずれか高い方の値になるため、従来技術と比較して、ツェナー電圧分リファレンスレベルが上がった分だけ信号出力回路部２０から制御部５０に対して信号が出力される期間が短縮され、停電検出において消費される電力を減少ことが可能になる。なお、本実施形態におけるツェナーダイオード１５が本発明の遮断手段を構成する。
【００４５】
図１１は、本発明の第４の実施形態における電源装置１を示している。同図に示すように、ダイオード１２、およびダイオード１３のカソードをトランジスタ３６のベースに電流制限用の抵抗３５を介して接続する。
【００４６】
また、トランジスタ３６のコレクタは、ダイオードブリッジ１１、コンデンサ３１により、ＡＣ電圧のピーク値に保持されたＤＣ電圧源に、電流制限用抵抗３４およびＡＣ電圧検出用ファトカプラ２１の発光ダイオード２１ａを介して接続される。さらに、トランジスタ３６のエミッタは、この電源装置１の起動／停止等を制御する制御ＩＣ４０の起動抵抗４１、起動抵抗４２の中点に接続される。
【００４７】
この構成において、トランジスタ３６のエミッタ電圧は、ＡＣ電圧のピーク値となる電解コンデンサ３１の保持電圧を、起動抵抗４１と起動抵抗４２および起動抵抗４３とで分圧した分圧値に保持される。
【００４８】
したがって、トランジスタ３６の働きにより、エミッタの基準電圧に対して、ベース電圧が上がる状態であるＡＣ電圧のピーク付近でトランジスタ３６のコレクタ−エミッタ間が導通するため、発光ダイオード２１ａに検出電流が流れ、ピーク電圧の検出がされる。
【００４９】
この構成により、ＡＣ電圧ピーク値の検出リファレンスは、常に、供給されるＡＣ電圧の分圧比分に相当するため、ＡＣ電圧の変動により、検出期間のバラツキが抑えられ、且つ、そのリファレンスレベルをより高いポイントに設定しても確実に商用電源１００の動作状態の検出が可能となる。
【００５０】
ここで、電源装置の制御ＩＣ４０には必ず、電源投入時に電力を与えるために電解コンデンサ３１の保持電圧を動力源にした起動抵抗（４１、４２、４３）が必要である。制御ＩＣ４０は、電源投入後、起動抵抗（４１、４２、４３）を通じて制御ＩＣ４０を稼動させ、トランジスタ４４をスイッチングさせ、２次側電圧を生成し、同時にトランスの主巻線と磁気結合された補助巻線に一定電圧を発生させ、制御ＩＣ４０への電力供給を継続する。
【００５１】
ここでは、この起動抵抗の分圧を、ＡＣ電圧検出のリファレンスレベルに利用することにより、リファレンス電圧を生成する際に新たな電力のロスが生じないようにした。
【００５２】
なお、ＡＣピーク値付近の電圧値においてトランジスタ３６が導通することで、制御ＩＣ４０にかかる電圧が上昇する虞も考えられるが、補助巻線により定電圧で制御することで、トランジスタ３６が導通することに起因して制御ＩＣ４０に悪影響が生じることを防止している。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【００５４】
（１）整流手段が商用電源を全波整流した後、信号検出手段が全波整流された電圧波形における設定電圧値よりも高い値を示す箇所を検出して所定の検出信号を出力する電源装置で、前記設定電圧値を前記電圧波形のピーク値の半分以上の値に設定したことにより、電圧波形の１サイクルにおける信号出力手段から検出信号が出力する割合を減少させることができ、定期的に前記検出信号が出力されているか否かを検出する際、すなわち停電検出の際の消費電力を減少させることが可能になる。
【００５５】
（２）整流手段によって商用電源を全波整流した後、信号検出手段が全波整流された電圧波形における設定電圧値よりも高い値を示す箇所を検出して所定の検出信号を出力する電源装置で、前記設定電圧値を前記電圧波形のピーク値の略半分の値に設定したことにより、デューティ比等との関係により、前記電圧波形の値が設定電圧値になったことの検出を最適に行うことが可能になり、電圧波形の１サイクルにおける信号出力手段から検出信号が出力する割合を的確に把握することができるとともに、停電検出の際の消費電力を減少させることが可能になる。
【００５６】
（３）電圧波形の電圧値がピーク値近傍電圧値を超えない場合には、遮断手段がこの電圧波形が前記信号出力手段に入力されないように遮断することにより、電圧波形の１サイクルにおける信号出力手段から検出信号が出力する割合をさらに減少させることが可能になるため、停電検出の際の消費電力をさらに減少させることができる。
【００５７】
（４）前記遮断手段における前記ピーク値近傍電圧値を、平滑用コンデンサの充電電流を利用して設定することにより、前記ピーク値近傍電圧値を形成するために必要となる電力が０Ｗとなり、停電検出におけるさらなる省電力化を図ることが可能になる。
【００５８】
（５）前記信号出力手段によって検出される前記電圧波形が前記設定電圧値よりも低い値を示す期間を計測するとともに、計測された期間の平均値を用いて、前記電圧波形の電圧値が前記設定電圧値を下回ってからゼロになるまでの時間を算出して、理論上のゼロクロスポイントを算出することにより、整流後の電圧ピークを検出する電源装置においても、ＡＣ電圧が基準値（０Ｖ）を通過するポイントを適正に算出することができ、ＡＣ電圧が基準値（０Ｖ）を通過するポイントを直接検出する従来の方式と比較し、基準値（０Ｖ）を検出するレベルのヒステリシス分の誤差が発生せず、正しく基準電圧（０Ｖ）の通過ポイントを認識することが可能になる。
【００５９】
よって、消費電力を減少させつつ確実に停電の検出を行うことが可能な電源装置、または精度良くゼロクロスポイントを検出することが可能な電源装置等、特に、画像形成装置に適した電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電源装置における停電検出手法を示す図である。
【図２】従来の電源装置におけるゼロクロスポイントの検出手法を示す図である。
【図３】定着ランプの位相制御方法の一例を示す図である。
【図４】第１の実施形態における電源装置の構成の概略を示す図である。
【図５】本発明の電源装置の制御部の概略を示す図である。
【図６】本発明の電源装置における設定電圧値を示す図である。
【図７】本発明の電源装置のゼロクロスポイントの検出手法の特徴を示す図である。
【図８】本発明の電源装置のゼロクロスポイントの検出手法を示す図である。
【図９】第２の実施形態における電源装置の構成の概略を示す図である。
【図１０】第３の実施形態における電源装置の構成の概略を示す図である。
【図１１】第４の実施形態における電源装置の構成の概略を示す図である。
【符号の説明】
１−電源装置
１０−整流回路部
１１−ダイオードブリッジ
２０−信号出力回路部
２１−フォトカプラ
３０−平滑回路部
５０−制御部
１００−商用電源[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply device for supplying power to each component of a charged product, and more particularly to a power supply device suitable for an image forming apparatus equipped with a fixing device and a sheet counter.
[0002]
[Prior art]
Generally, a power failure detection function for reliably detecting a power failure in a power supply device applied to an image forming apparatus and a point where an AC voltage appropriately passes a reference voltage (0 V) (hereinafter, referred to as a zero cross point). Preferably, it has a function.
[0003]
Here, the power failure detection function is a function of detecting an abnormality in the voltage value from the commercial power supply, and is provided with a power failure detection function, in an image forming apparatus that records the history of the cumulative number of printed sheets and the number of trouble occurrences. In addition, it is possible to prevent the inconvenience of losing important records due to sudden power failure. For this reason, a power failure detection circuit of a power supply device and the like have been conventionally developed (for example, see Patent Document 1).
[0004]
Further, proper detection of the zero-cross point is important when performing phase control at the time of starting power supply, for example, to prevent a large inrush current from flowing into a halogen lamp heater or the like. Many of the conventional power supply apparatuses have the above-described power failure detection function and zero cross point detection function, and those that can be suitably used for the image forming apparatus are appearing one after another.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-165967
[Problems to be solved by the invention]
However, in the related arts including the above-described Patent Document 1, there is a problem that power is consumed more than necessary and a zero cross point cannot be accurately detected.
[0006]
The output of the voltage detection signal is turned on only when the voltage value indicated by the voltage waveform obtained by full-wave rectification of the voltage of the commercial power supply in the power failure detection means becomes equal to or higher than, for example, the forward voltage VF of the photocoupler light emitting diode. When the output voltage is equal to or lower than the forward voltage VF, the output is turned off and the voltage detection signal is used to detect a power failure by an output pattern. As shown in FIG. Therefore, if the zero-cross detection period is 1 msec and the commercial frequency is 50 Hz, the current consumption period consumed by the light emitting diode of the photocoupler is 9 msec out of a half cycle of 10 msec. There was a problem that the ratio was about 90%.
[0007]
This power consumption is consumed in the energy saving mode of the image forming apparatus (for example, a copying machine) in the same manner as during the operation, and thus accounts for the entire power consumption in the energy saving mode for low power consumption. There is a problem that the ratio of power consumed for power failure detection increases.
[0008]
On the other hand, when the zero-cross point is detected by the conventional method, as shown in FIG. 2, the detection reference level is the forward voltage VF of the light-emitting diode of the photocoupler, so that the falling or rising of the voltage detection signal is zero-crossed. If detected as a point (detected at the falling edge in the figure), there is a problem that an error of about 150 μsec to 750 μsec occurs with respect to the original zero cross point.
[0009]
This detection error is not stable due to factors such as AC voltage / frequency / part variation and becomes a factor that significantly lowers the reliability of the phase control of the fixing lamp. For example, as shown in FIG. 3, by starting the fixing lamp when a predetermined time t experimentally obtained after the detection of the zero crossing point has elapsed, the inrush current is the smallest, and the fixing lamp is activated. The fixing phase control is performed so that the heating is performed quickly. However, when there is a detection error g of the zero cross point, the timing for starting the fixing lamp cannot be determined, and the above-described fixing phase control is appropriately performed. You cannot do it.
[0010]
An object of the present invention is to provide a power supply device suitable for an image forming apparatus or the like, such as a power supply device capable of reliably detecting a power failure while reducing power consumption, or a power supply device capable of accurately detecting a zero cross point. It is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following configuration.
[0012]
(1) rectifying means for full-wave rectifying the voltage of the commercial power supply;
A signal output unit that outputs a predetermined detection signal when detecting that the voltage value of the voltage waveform formed by the rectifying unit has become higher than a preset voltage value,
Control means for analyzing a detection signal from the signal output means to determine whether the value of the voltage of the commercial power supply is normal,
It is characterized in that the set voltage value is set to a value equal to or more than half of a peak value of the voltage waveform.
[0013]
In this configuration, after the commercial power supply is full-wave rectified by the rectifier, the signal detection unit detects a portion having a value higher than the set voltage value in the voltage waveform that is full-wave rectified, and outputs a predetermined detection signal. The set voltage value is set to a value that is equal to or more than half the peak value of the voltage waveform.
[0014]
Therefore, since the ratio of the output of the detection signal from the signal output means in one cycle of the voltage waveform is reduced, the power consumption when periodically detecting whether or not the detection signal is output, that is, when detecting a power failure, is reduced. Decrease.
[0015]
(2) The setting voltage value is set to a value that is substantially half of a peak value of the voltage waveform.
[0016]
In this configuration, similarly to the above, after the commercial power supply is full-wave rectified by the rectifier, the signal detector detects a portion having a value higher than the set voltage value in the full-wave rectified voltage waveform and detects a predetermined value. Wherein the set voltage value is set to a value approximately half the peak value of the voltage waveform.
[0017]
Therefore, the detection that the value of the voltage waveform has reached the set voltage value is optimally performed based on the relationship with the duty ratio and the like, so that the ratio of the output of the detection signal from the signal output means in one cycle of the voltage waveform is accurate. And the power consumption upon detection of a power failure is reduced.
[0018]
(3) The voltage waveform input to the signal output unit further includes a cutoff unit that cuts off a portion of the voltage waveform that is equal to or more than the set voltage value and equal to or less than the peak value and less than or equal to the peak value. And
[0019]
In this configuration, when the voltage value of the voltage waveform does not exceed the voltage value near the peak value, the cutoff unit cuts off the voltage waveform so as not to be input to the signal output unit. Therefore, the ratio of the output of the detection signal from the signal output means in one cycle of the voltage waveform is further reduced, so that the power consumption at the time of the power failure detection is further reduced.
[0020]
(4) The voltage value near the peak value is a holding voltage value of a smoothing capacitor arranged downstream of the rectifier.
[0021]
In this configuration, the voltage value near the peak value in the cutoff means is set using the charging current of the smoothing capacitor. Therefore, the power required to form the near-peak voltage value is 0 W, so that further power saving in power failure detection is achieved.
[0022]
(5) The apparatus further comprises means for calculating a zero cross point of the voltage waveform from an average value during a period when the voltage waveform detected by the signal output means is lower than the set voltage value.
[0023]
In this configuration, while measuring a period in which the voltage waveform detected by the signal output unit indicates a value lower than the set voltage value, using the average value of the measured periods, the voltage value of the voltage waveform is measured. Is calculated from the time when the voltage falls below the set voltage value to when it becomes zero, and a theoretical zero cross point is calculated.
[0024]
Therefore, even in the power supply device that detects the voltage peak after rectification, the point at which the AC voltage passes the reference value (0 V) is properly calculated, and the point at which the AC voltage passes the reference value (0 V) is directly detected. In comparison with the conventional method, an error corresponding to the hysteresis of the level for detecting the reference value (0 V) does not occur, and the passing point of the reference voltage (0 V) is correctly recognized.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a power supply device of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0026]
FIG. 4 shows a schematic configuration of a power supply device according to the present embodiment having a power failure detection function and a zero-cross detection function. As shown in the figure, a power supply device 1 of the present invention includes a rectifier circuit unit 10 as a rectifier for full-wave rectifying the voltage of a commercial power supply 100, a signal output circuit unit 20 as a signal output unit of the present invention, and a rectifier circuit. The control circuit 50 includes a smoothing circuit unit 30 and a control unit 50 disposed at a stage subsequent to the unit 10, and outputs desired DC power from a stage subsequent to the smoothing circuit unit 30. In the above-described configuration, a power supply transformer may be appropriately arranged downstream of the smoothing circuit unit 30 to generate a desired voltage. Also, in the same figure, the inductor, capacitor, and resistor for the purpose of the noise filter, and the portion showing the process of generating the secondary voltage from the primary voltage, have the same configuration as that usually used. Can be used, and the configuration is not particularly limited, so that the illustration is omitted.
[0027]
The rectifier circuit unit 10 includes a diode bridge 11, a diode 12, and a diode 13. In the rectifier circuit section 10, the AC voltage supplied from the commercial power supply 100 is fed back to the minus side of the diode bridge 11 through the diodes 12 and 13, so that the commercial power supply 100 shown in FIG. At the point A in the figure with respect to the AC voltage, a full-wave rectified waveform as shown in FIG. 4C is obtained. At point A where full-wave rectification is performed, no smoothing measure is taken, so that the waveform has a pulsating flow as shown in FIG.
[0028]
The smoothing circuit section 30 includes a power thermistor 32 and a smoothing capacitor 31. The signal output circuit unit 20 includes a resistor 22, a photocoupler 21 (light emitting diode 21a, phototransistor 21b), resistors 23 to 26 of a secondary side circuit, and a transistor 27. A current limiting resistor 22 and a light emitting diode 21 a are arranged in series between the diodes 12 and 13 and the negative side of the diode bridge 11. Therefore, the full-wave current waveform becomes lower than the forward voltage VF of the light emitting diode 21a arranged on the light emitting side of the photocoupler 21 with respect to the reference voltage, that is, the minus potential of the diode bridge 11 in this embodiment, due to the temporal transition. During the period, the current flowing through the photocoupler 21 is cut off. In this embodiment, the forward voltage VF constitutes the set voltage value of the present invention.
[0029]
On the other hand, the phototransistor 21b arranged on the light receiving side of the photocoupler 21 has a midpoint (divided voltage) between the resistor 23, the resistor 24, and the resistor 25 for dividing the DC voltage (5V DC in the present embodiment) of the secondary circuit. ) Is connected to the emitter ground. The base of the transistor 27 is connected to the middle point (voltage division point) of the resistors 24 and 25, and the collector of the transistor 27 is connected to the DC voltage via the resistor 26.
[0030]
When a current flows through the photodiode 21a of the photocoupler 21, that is, when the voltage value in the voltage waveform supplied to the photocoupler 21 becomes equal to or higher than the forward voltage VF of the light emitting diode 21a, the phototransistor 21b is turned on, and the resistance is reduced. 23, and the midpoint between the resistors 24 and 25 is approximately 0V. When the voltage at the midpoint between the resistors 23, 24 and 25 becomes 0 V, the midpoint between the resistors 24 and 25 also becomes 0 V, and the transistor 27 does not conduct. Therefore, the collector voltage of the transistor 27 is substantially equal to the DC voltage. Therefore, a high-level signal is output from the signal output circuit unit 20 to the control unit 50.
[0031]
On the other hand, when the current of the light emitting diode 21a of the photocoupler 21 is cut off, that is, when the voltage value in the voltage waveform supplied to the photocoupler 21 becomes less than the forward voltage VF of the light emitting diode 21a, the phototransistor on the light receiving side As a result of turning off 21b, a voltage obtained by dividing DC5V is generated at the middle point between the resistor 23, the resistor 24 and the resistor 25. Accordingly, a voltage obtained by dividing DC5V is generated at the midpoint between the resistors 24 and 25, and a voltage is generated between the base and the emitter of the transistor 27. For this reason, since the transistor 27 is turned on, the collector voltage of the transistor 27 decreases to approximately 0 V, so that the signal output circuit unit 20 outputs a low-level signal to the control unit 50.
[0032]
As described above, the signal output circuit unit 20 differs from the control unit 50 depending on whether the voltage value in the voltage waveform supplied to the photocoupler 21 is equal to or higher than the forward voltage VF of the light emitting diode 21a. Although the signals are output, in the present embodiment, the signals output from these signal output circuit units 20 to the control unit 50 constitute the detection signals of the present invention. FIG. 4D shows a detection signal passing through the point B in FIG. 4A.
[0033]
FIG. 5 shows a schematic configuration of the control unit 50 of the power supply device 1. As shown in the figure, the control unit 50 includes a CPU 56, a ROM 54, a RAM 55, a signal receiving unit 51, a recording unit 52, and a timer 53. The ROM 54 stores programs necessary for the operation of the power supply device 1. The RAM 55 is a volatile memory, and temporarily stores data. The recording unit 52 is a non-volatile memory such as an EEPROM, and records setting values and the like necessary for the operation of the power supply device 1. The timer 53 measures an arbitrary period, and is used for calculating a zero cross point described later. The CPU 56 controls the components of the power supply device 1 described above.
[0034]
FIG. 6 shows a voltage waveform formed by the rectifier circuit unit 10. When the AC voltage of the commercial power supply 100 is full-wave rectified by the rectifier circuit unit 10, a pulsating voltage waveform as shown in FIG. At this time, when a normal AC voltage is supplied from the commercial power supply 100, the voltage value changes with time from the reference voltage to the peak voltage, as shown in FIG. Therefore, for example, when the frequency of the commercial power supply is 50 Hz, since one cycle period is 20 msec, the AC voltage passes the reference voltage (0 V) every 10 msec. Therefore, the voltage level of the detection signal output from the signal output circuit unit 20 becomes 0 V (low level) every 10 msec. In the power supply device 1, the AC voltage is normally supplied from the commercial power supply 100 by the control unit 50 determining whether the rectangular wave as illustrated in FIG. 4D is continuously detected. Have confirmed.
[0035]
Here, features of the power supply device 1 of the present invention will be described. As shown in FIG. 6, the power supply device 1 detects the peak voltage of the AC voltage that has been full-wave rectified by the rectifier circuit unit 10, and approximately 1/1 of the peak value at which the detection accuracy becomes the best in relation to the duty ratio. 2 is set as the reference level (set voltage value) of the present invention. In the present embodiment, approximately の of the peak value refers to a range from 50% to 60% of the peak value.
[0036]
By setting the reference level to at least a half or more of the peak value, the period during which the detection signal is output from the signal output circuit unit 20 to the control unit 50, that is, the period of power consumption by the power failure detection function, It has been experimentally confirmed that the period can be suppressed to 70% or less at the maximum in one cycle of the voltage. The value of 70% is a value calculated including a variation in each cycle during a power consumption period corresponding to 67% of one cycle of the AC voltage when the reference level is set to ピ ー ク of the peak value. is there.
[0037]
Next, detection of a zero cross point in the power supply device 1 will be described.
[0038]
FIG. 7 shows a difference between a method of detecting a zero cross point in the conventional power supply device (FIG. 7A) and a method of detecting a zero cross point in the power supply device 1 of the present invention (FIG. 7B). As shown in the figure, in the related art, since the reference level (set voltage value) is set low, a period during which no detection signal is output from the signal output circuit unit 20 to the control unit 50 (a period during which no current flows). However, it was difficult to sample the period during which this current did not flow, but in the present invention, by setting the reference level (set voltage value) high, the period during which this current did not flow was sampled to set the zero cross point. It enables accurate prediction.
[0039]
FIG. 8 shows a method of detecting a zero cross point in the present embodiment. As shown in FIG. 8, T 1 , T 2 , T 3 ,..., T n during which the current shown in FIG. 7 does not flow are sampled n times (1 to n times). Note that the detection signal level at this time is a high level (H). Then, after n times of sampling to calculate the average value T ave period passes no current, to predict the exact zero crossing point of the half value of the T ave using T z. In the present embodiment, counting is performed from the rising edge of the first non-detected detection signal, a portion after T z msec is regarded as a zero cross point, and phase control or the like is performed based on the zero cross point. By doing so, it is possible to detect a zero cross point with higher accuracy than before.
[0040]
FIG. 9 shows a configuration of a power supply device 1 according to the second embodiment of the present invention. According to the configuration of the present embodiment, the AC voltage supplied from the commercial power supply 100 is full-wave rectified by the diode bridge 11, and the electrolytic capacitor 31 is charged by the full-wave rectified voltage waveform. Here, the light emitting diode 21a on the light emitting side of the photocoupler 21 for detecting the AC voltage and the current limiting resistor 33 are connected in parallel with the power thermistor 32 for suppressing the rush current to the electrolytic capacitor 31. In the present embodiment, the same operation as the signal output circuit unit 20 in the first embodiment is performed by the photocoupler 21, the DC 5V, and the resistor 28.
[0041]
The potential of the electrolytic capacitor 31 provided for smoothing the full-wave rectified AC waveform acts to stabilize the peak value of the AC voltage in a DC manner, but is controlled by a power transformer (not shown) arranged at a subsequent stage. Since the power is consumed, the potential is reduced correspondingly to the peak value of the voltage waveform.
[0042]
Therefore, when the voltage value of the voltage waveform exceeds the holding voltage of the electrolytic capacitor 31 due to the temporal transition, the charging current flows toward the electrolytic capacitor 31 through the light emitting diode 21a when the voltage value of the voltage waveform exceeds the holding voltage of the electrolytic capacitor 31. In the present embodiment, a detection signal is output to the control unit 50 during the period in which the charging current flows. Note that the value of the holding voltage of the electrolytic capacitor 31 constitutes the voltage near the peak value of the present invention.
[0043]
FIG. 10 shows a power supply device 1 according to the third embodiment of the present invention. As shown in the figure, a Zener diode 15 is connected in series between the cathodes of the diodes 12 and 13 and the light emitting diode 21a of the photocoupler 21 for detecting the AC voltage.
[0044]
By connecting the Zener diode 15, the detection reference level becomes the higher value of the forward voltage VF of the light emitting diode 21a and the Zener voltage, so that the reference level is increased by the Zener voltage compared to the related art. Accordingly, the period during which a signal is output from the signal output circuit unit 20 to the control unit 50 is shortened, and the power consumed in detecting a power failure can be reduced. Note that the Zener diode 15 in the present embodiment constitutes the blocking means of the present invention.
[0045]
FIG. 11 shows a power supply device 1 according to a fourth embodiment of the present invention. As shown in the figure, the cathodes of the diode 12 and the diode 13 are connected to the base of the transistor 36 via a current limiting resistor 35.
[0046]
The collector of the transistor 36 is connected to the DC voltage source held at the peak value of the AC voltage by the diode bridge 11 and the capacitor 31 via the current limiting resistor 34 and the light emitting diode 21a of the AC voltage detecting photocoupler 21. Is done. Further, the emitter of the transistor 36 is connected to the middle point between the starting resistors 41 and 42 of the control IC 40 for controlling the start / stop of the power supply device 1.
[0047]
In this configuration, the emitter voltage of the transistor 36 is held at a divided voltage obtained by dividing the holding voltage of the electrolytic capacitor 31 at the peak value of the AC voltage by the starting resistor 41, the starting resistor 42, and the starting resistor 43.
[0048]
Therefore, the transistor 36 conducts between the collector and the emitter of the transistor 36 near the peak of the AC voltage at which the base voltage is higher than the reference voltage of the emitter, so that the detection current flows to the light emitting diode 21a, The peak voltage is detected.
[0049]
With this configuration, the detection reference of the AC voltage peak value always corresponds to the division ratio of the supplied AC voltage, so that the fluctuation of the AC voltage suppresses the variation in the detection period, and further increases the reference level. Even if it is set to a high point, the operation state of the commercial power supply 100 can be reliably detected.
[0050]
Here, the control IC 40 of the power supply device always needs starting resistors (41, 42, 43) using the holding voltage of the electrolytic capacitor 31 as a power source in order to supply power when the power is turned on. After the power is turned on, the control IC 40 activates the control IC 40 through the starting resistors (41, 42, 43), switches the transistor 44, generates a secondary side voltage, and at the same time, auxiliaryally magnetically couples with the main winding of the transformer. A constant voltage is generated in the winding, and power supply to the control IC 40 is continued.
[0051]
Here, by using the divided voltage of the starting resistor as a reference level for AC voltage detection, no new power loss occurs when the reference voltage is generated.
[0052]
The voltage applied to the control IC 40 may increase when the transistor 36 is turned on at a voltage value near the AC peak value. However, when the transistor 36 is turned on by controlling the voltage with a constant voltage using the auxiliary winding. To prevent the control IC 40 from being adversely affected.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
[0054]
(1) A power supply device for outputting a predetermined detection signal by detecting a portion having a value higher than a set voltage value in a full-wave rectified voltage waveform after a rectifier performs full-wave rectification of a commercial power supply. By setting the set voltage value to a value equal to or more than half of the peak value of the voltage waveform, the rate of output of the detection signal from the signal output means in one cycle of the voltage waveform can be reduced. It is possible to reduce the power consumption when detecting whether or not the detection signal is output, that is, when detecting a power failure.
[0055]
(2) A power supply device that, after full-wave rectification of a commercial power supply by a rectifying unit, a signal detecting unit detects a portion having a value higher than a set voltage value in a full-wave rectified voltage waveform and outputs a predetermined detection signal. By setting the set voltage value to a value approximately half of the peak value of the voltage waveform, it is possible to optimally detect that the value of the voltage waveform has reached the set voltage value in relation to a duty ratio or the like. This makes it possible to accurately grasp the ratio of the output of the detection signal from the signal output means in one cycle of the voltage waveform, and to reduce the power consumption upon detection of a power failure.
[0056]
(3) When the voltage value of the voltage waveform does not exceed the voltage value near the peak value, the cutoff means cuts off the voltage waveform so as not to be input to the signal output means, thereby outputting a signal in one cycle of the voltage waveform. Since it is possible to further reduce the ratio of the output of the detection signal from the means, it is possible to further reduce the power consumption at the time of detecting the power failure.
[0057]
(4) By setting the voltage value near the peak value in the cut-off means using the charging current of the smoothing capacitor, the power required to form the voltage value near the peak value becomes 0 W, and the power failure occurs Further power saving in detection can be achieved.
[0058]
(5) A period in which the voltage waveform detected by the signal output means indicates a value lower than the set voltage value is measured, and a voltage value of the voltage waveform is calculated using an average value of the measured periods. By calculating the time from when the voltage falls below the set voltage value to when the voltage becomes zero and calculating the theoretical zero cross point, even in a power supply device that detects a voltage peak after rectification, the AC voltage becomes the reference value (0 V). Can be properly calculated, and compared with the conventional method of directly detecting the point at which the AC voltage passes the reference value (0 V), an error corresponding to the hysteresis of the level for detecting the reference value (0 V) is obtained. Does not occur, and the passing point of the reference voltage (0 V) can be correctly recognized.
[0059]
Therefore, a power supply device capable of reliably detecting a power failure while reducing power consumption, a power supply device capable of accurately detecting a zero cross point, and the like, particularly a power supply device suitable for an image forming apparatus are provided. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a power failure detection method in a conventional power supply device.
FIG. 2 is a diagram illustrating a method of detecting a zero cross point in a conventional power supply device.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a fixing lamp phase control method.
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration of a power supply device according to the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram schematically showing a control unit of the power supply device of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a set voltage value in the power supply device of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing characteristics of a method of detecting a zero cross point of the power supply device of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a method of detecting a zero cross point of the power supply device of the present invention.
FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a configuration of a power supply device according to a second embodiment.
FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a configuration of a power supply device according to a third embodiment.
FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a configuration of a power supply device according to a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1-Power supply device 10-Rectifier circuit unit 11-Diode bridge 20-Signal output circuit unit 21-Photo coupler 30-Smoothing circuit unit 50-Control unit 100-Commercial power supply
