JP2006276341A

JP2006276341A - 画像形成装置用電源装置

Info

Publication number: JP2006276341A
Application number: JP2005093850A
Authority: JP
Inventors: Tokuji Yuda; 徳治湯田
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】画像形成時には力率を改善し、高調波電流を低減させた電源電圧を出力し、非画像形成時の出力電力の大小に基づき動作回路を変更させることにより、効率を悪化の抑制を実現させることができる。
【解決手段】画像形成時にはアクティブ・フィルタＡＦの出力に基づき、コンバータ１６，１９からそれぞれ異なる直流電圧を生成して電源電圧Ｖａａ，Ｖｃｃを得る。待機モードの非画像形成時は、アクティブ・フィルタＡＦの出力に基づき、コンバータ１６のみから電源電圧Ｖｃｃを得る。スリープモードの非画像形成時は、アクティブ・フィルタＡＦを介さず、交流電圧に基づき、コンバータ１９のみから電源電圧Ｖｃｃを得る。
【選択図】図１

Description

この発明は、ワールドワイドに対応可能な複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置用電源装置に関する。

従来の画像形成装置用電源装置では、ワールドワイド仕様に対応させるために２コンバータ方式のアクティブ・フィルタを搭載している。このアクティブ・フィルタは、ワールドワイド仕様電源設計に有効なばかりか、力率改善による入力電流の低減、高調波電流対策にも有効な手段として知られている。（例えば、特許文献１）
特許第３４６６３５１号公報

上記した特許文献１の技術は、異なる交流電圧のワールドワイド仕様の要求であったり、非画像形成時に制御用電源電圧の細かいコントロールの要求であったりする近年の画像形成装置においては、全ての非画像形成時モードにアクティブ・フィルタを介さず回路を構成すると、１００Ｖと２００Ｖ入力時の１次側の電圧が異なることによるスイッチング素子やトランスへ負荷率が異なり、これを共通化部品で回路を構成するには無駄が生じる、という問題がある。

この発明の目的は、画像形成時には力率を改善し、高調波電流を低減させた電源電圧を出力し、非画像形成時の出力電力が大小に基づき動作回路を変更させたことにより効率の向上を図る画像形成装置用電源を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の画像形成装置用電源装置は、異なる電圧の交流電源の交流電圧を直流電圧に変換した後、所定の直流電圧を生成するアクティブ・フィルタと、該アクティブフィルタから出力される直流電圧を定電圧化した直流電圧に変換する画像形成時および非画像形成時に必要な第１の直流変換部と、前記アクティブ・フィルタから出力される直流電圧を定電圧化した直流電圧に変換する非画像形成時に必要な第２の直流変換部と、を備えたワールドワイド対応のＤＣ電源装置を有するものにあって、画像形成時には前記アクティブ・フィルタの出力に基づき、前記第１および第２の直流変換部からそれぞれから異なる直流電圧の電源電圧を得る第１の手段と、待機モードの非画像形成時は、前記アクティブ・フィルタの出力に基づき、前記第２の直流変換部のみから電源電圧を得る第２の手段と、スリープモードの非画像形成時は、前記アクティブ・フィルタを介さず、前記交流電圧に基づき、前記第２の直流変換部のみから電源電圧を得る第３の手段と、を具備したことを特徴とする。

この発明によれば、画像形成時には高調波電流を低減して力率を改善させた電源電圧を出力し、非画像形成時には、出力電力の大小に基づき動作回路を変更させることにより、効率を向上させることが可能となる。

以下、この発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、この発明の画像形成装置用電源装置の一実施形態について説明するための概略構成図である。

画像形成装置用の直流電源は、２４Ｖや３８Ｖの画像形成時に必要な主にモータ、クラッチ、ソレノイド等の駆動関連や高圧電源の入力のための駆動系の電源Ｖａａと、主に５Ｖの非画像形成時に必要な制御部やセンサ等のための制御系の電源Ｖｃｃ、その他＋１２Ｖや−１２Ｖ等がある他出力電源となっている。従って、電源Ｖａａは出力容量が大きく、電源Ｖｃｃは出力容量が小さい。

図１において、ＡＦはアクティブ・フィルタであり、アクティブ・フィルタＡＦは交流電源１１からの交流入力を整流する整流回路１２、チョークコイルＬ１、スイッチング素子であるＦＥＴＱ１、ダイオードＤ１、平滑コンデンサＣ１そして制御回路１３で構成される。チョークコイルＬ１の一端は整流回路１２の出力に、他端はダイオードＤ１のアノードに接続する。ダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣ１を介して接地するとともに、アクティブ・フィルタＡＦの出力として供給されるトランス１４の１次巻線Ｔａの一端に接続する。制御回路１３は、トランス１４の１次巻線Ｔａに流れる入力電流波形が正弦波に近付くようにＦＥＴＱ１のオンオフのためのパルス信号のデューティを制御している。

トランス１４は、駆動系電源Ｖａａ用の２次巻線Ｔｂを有し、アクティブ・フィルタＡＦの出力をトランス１４の入力として１次巻線Ｔａの一端に供給する。トランス１４の１次巻線Ｔａの他端は、スイッチング素子であるＦＥＴＱ２のドレインに接続し、このＦＥＴＱ２のゲートは駆動パルス信号のデューティを制御する制御回路１５に接続する。ＦＥＴＱ２のソースは過電流検出用の抵抗Ｒ１を介して接地する。制御回路１５は、電源Ｖａａの出力電圧をフィードバックした信号のレベルを一定に保つように、ＦＥＴＱ２のオンオフのためのパルス信号のデューティを制御するもので、これにより電源Ｖａａの出力が定電圧制御される。

トランス１４の２次巻線Ｔｂの出力側は、整流ダイオードＤ２、転流ダイオードＤ３、チョークコイルＬ２そしてコンデンサＣ２等で構成される、第１の直流変換部であるフォーワード方式のコンバータ１６を介して電源Ｖａａが導出される出力端子１７に接続される。

１８はトランスであり、このトランス１８は１次巻線Ｔｃと駆動系の電源Ｖｃｃ用２次巻線Ｔｃを有し、１次巻線Ｔｃの一端はダイオードＤ１のカソードに接続する。トランス１８の２次巻線Ｔｄの出力側には、第２の直流変換部である整流ダイオードＤ４と平滑コンデンサＣ３からなるコンバータ１９を介して定電圧化された電源Ｖｃｃが導出される出力端子２０に接続される。

トランス１８の１次巻線Ｔｃの他端はスイッチング素子であるＦＥＴＱ３のドレインに接続し、このＦＥＴＱ３のゲートは駆動パルス信号のデューティを制御する制御回路２１に接続する。ＦＥＴＱ３のソースは過電流検出用の抵抗Ｒ２を介して接地する。制御回路２１は、電源Ｖｃｃの出力電圧をフィードバックした信号のレベルを一定に保つように、ＦＥＴＱ３のオンオフのためのパルス信号のデューティを制御するもので、これにより電源Ｖｃｃの出力が定電圧制御されている。

また、交流電源１１はアクティブ・フィルタＡＦ用の整流回路１２までの間にスイッチ２２が設けられるとともに、整流ダイオードＤ５介して平滑コンデンサＣ１が接続される。制御回路１３および１５にはそれぞれオンオフ制御端子２３，２４を、入力１１整流ブリッジ１２間のスイッチへのオンオフ制御端子２５有し、これら制御端子２３〜２５には画像形成装置の図示しない制御部からのオンオフを指示する制御信号が印加され、この信号により制御回路１３、１５および２１がオンオフできるようになっている。

ここで、図１の動作について図２のタイミングチャートとともに説明する。

まず、第１の手段である画像形成時における電源Ｖａａと電源Ｖｃｃついて説明する。画像成形時は、制御端子２３〜２５から図２（ａ）〜（ｂ）に示す制御回路１３、１５をオンさせる制御信号が印加される。制御回路１３、１５のオンにより、チョークコイルＬ１、ＦＥＴＱ１、ダイオードＤ１、平滑コンデンサＣ１そして制御回路１３で構成されたアクティブ・フィルタＡＦが動作し、電源Ｖａａの出力を定電圧制御するＦＥＴＱ２と制御回路１５とによるレギュレータも動作する。

また、アクティブ・フィルタＡＦ動作時の平滑コンデンサＣ１の電圧Ｖｃは、ＦＥＴＱ１のスイッチング動作に基づき、チョークコイルＬ１で電圧調整を図り、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃが交流電源１１の電圧値に関係なく、例えば３８０Ｖの同一電圧に設定することができる。従って、交流電源１１の電圧が１００Ｖ時、２００Ｖ時の場合においても、一定の電圧Ｖｃがトランス１４の１次巻線Ｔａに印加されるとともに、ＦＥＴＱ２と制御回路１５も動作する。ＦＥＴＱ２のスイッチング動作に基づき、電源Ｖｃｃの出力の定電圧制御を行い、所定の電圧を２次巻線Ｔｂから出力端子１７に出力する。

画像形成時上記したように、アクティブ・フィルタＡＦが動作することにより、交流電源１１の交流電圧値の切り換えに関係なく一定電圧をトランス１４，１８のそれぞれの１次巻線に供給でき、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃが交流電源１１の電圧（１００Ｖ／２００Ｖ）に対して高い電圧（３８０Ｖ）であることからラッシュ電流が流れることはない。これにより高調波電流が流れることも解消され高力率の駆動系の図２（ｇ）に示す電源電圧Ｖａａを出力端子１７から、制御系の図２（ｈ）に示す電源電圧Ｖｃｃを出力端子２０からそれぞれ得ることができる。

次に、第２、第３の手段である非画像形成時における電源Ｖａａと電源Ｖｃｃついて説明する。

非画像形成時は、制御系の電源Ｖｃｃからの電力を必要とする場合、図２（ｂ）に示すように制御端子２４から制御回路１５をオフさせる制御信号を印加する。これにより制御回路１５は動作せず、トランス１４は不動作状態となり、出力端子１７には出力が発生しない。

しかしながら、トランス１８側では、画像形成時と同じように、交流電源１１からアクティブ・フィルタＡＦを介してコンデンサＣ１に入力電圧よりも昇圧された電圧が印加される。この電圧が１次巻線Ｔａに印加され、この電圧によりＦＥＴＱ３と制御回路２１は動作しており、所定の電圧を２次巻線Ｔｃから出力端子２０に電源Ｖｃｃとして出力する。この場合、図２（ｇ）に示すように出力端子１７からは電圧が得られない状態となる。

一方、非画像形成時の待機時中でもスリープモードと呼ばれる制御系の電源Ｖｃｃからの電力をさらに抑えた状態に設定する場合、制御端子２３〜２５からの制御信号が図２（ａ）〜（ｃ）に示すように全てオフ状態とする。すると、制御回路１３、１５が不動作状態となるとともにスイッチ２２もオフとなり、制御回路のオフ時における漏洩電流の遮断を実現することができる。このときトランス１８側には交流電源１１より整流ダイオードＤ５を介し平滑コンデンサＣ１に電圧が供給される。

この場合、入力条件により平滑コンデンサＶｃに充電される電圧は異なるが、電源Ｖｃｃの出力電流は少なことから、アクティブ・フィルタＡＦを介さなくても入力電流値や高調波電流、過電流検出用の抵抗Ｒ２の検知レベルについては問題ないレベルである。

この実施形態では、アクティブ・フィルタＡＦとコンバータ１９は画像形成装置の動作に合わせて必要最低限に動作させることができる。また、高調波電流対策を必要とする画像形成に必要な電圧を出力する時は、アクティブ・フィルタＡＦを動作させて力率の改善を行い、高調波電流対策も解消することができる。

さらに、非画像形成動作の待機時を２モードに分け、比較的必要電力の小さいスリープモード時にはアクティブ・フィルタＡＦを介さずに、交流電源１１が整流ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に供給されることになる。コンデンサＣ１の電圧Ｖｃは昇圧用のチョークコイルＬ１の作用を受けないことから、スイッチ２２がオンのときに比べて低くなるが、ワールドワイド対応時における異なる電圧の交流電源１１の影響は大きいにもかかわらず、ノイズの少ない電源電圧を効率よく出力することができ、消費電力を少なくすることができる。

この発明の一実施形態について説明するための回路構成図。図１の動作について説明するためのタイミングチャート。

符号の説明

Ｖａａ，Ｖｃｃ電源
ＡＦアクティブ・フィルタ
Ｑ１〜Ｑ３ＦＥＴ
Ｌ１チョークコイル
Ｃ１コンデンサ
１３，１５，２１制御回路
１４，１８トランス
１６，１９コンバータ
１７，２０出力端子
２２スイッチ
２３〜２５制御端子

Claims

異なる電圧の交流電源の交流電圧を直流電圧に変換した後、所定の直流電圧を生成するアクティブ・フィルタと、該アクティブフィルタから出力される直流電圧を定電圧化した直流電圧に変換する画像形成時および非画像形成時に必要な第１の直流変換部と、前記アクティブ・フィルタから出力される直流電圧を定電圧化した直流電圧に変換する非画像形成時に必要な第２の直流変換部と、を備えたワールドワイド対応のＤＣ電源装置を有する画像形成装置において、
画像形成時には前記アクティブ・フィルタの出力に基づき、前記第１および第２の直流変換部からそれぞれから異なる直流電圧の電源電圧を得る第１の手段と、
待機モードの非画像形成時は、前記アクティブ・フィルタの出力に基づき、前記第２の直流変換部のみから電源電圧を得る第２の手段と、
スリープモードの非画像形成時は、前記アクティブ・フィルタを介さず、前記交流電圧に基づき、前記第２の直流変換部のみから電源電圧を得る第３の手段と、を具備したことを特徴とする画像形成装置用電源装置。