JP2007049832A - 電源装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 二つのスイッチング電源からなる電源装置および画像形成装置において、装置全体の電力変換効率を大きく低下させることなく、二つの電源のスイッチング周波数が重なることにより発生するノイズレベルの増大(端子雑音、放射磁界など)を防止することが可能な電源装置および画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 該スイッチング周波数が負荷に応じて変化する第1のスイッチング電源と、該スイッチング周波数が負荷に応じて変化しない第2のスイッチング電源と、前記第1のスイッチング電源のスイッチング周波数と前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数とを比較する手段と、前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を変更する周波数変更手段と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、複数台のスイッチング電源の運転において、相互のスイッチング周期の干渉によって生じるノイズの低減や解消に関するものである。

スイッチング電源は入力電圧を所定周波数で高速スイッチングして所定の直流電圧を出力する。

スイッチング電源は幅広い電気製品で利用されているが、近年、例えばテレビジョン受像機や画像形成装置等において、装置待機時の消費電力を削減するためにスイッチング電源を二つ持つ構成をとることがある。ここで装置待機時とは、例えばテレビジョン受像機の場合には画面が消灯していてリモコンの起動信号を待ち受けている状態である。また、例えば画像形成装置の場合には、画像形成動作を行っておらず、外部装置等からの画像形成命令を受け付けている状態である。

従来例としては、例えば特許文献１をあげることが出来る。
特登録０３２４０５９１号公報

しかしながら、上記二つのスイッチング電源を持つ構成においては、それぞれのスイッチング電源の周波数が同じになった時に、両者から発生するノイズが重なって該周波数でのノイズレベルが増大する可能性がある。ここでノイズとは、端子雑音および放射磁界である。

一方、それぞれの電源について最適な(効率が高い、小さなトランスで実現できるなど)周波数は決まっているので、それぞれの電源について最適な設計をすると、周波数が重なってしまう可能性がある。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は装置全体の効率などを損なうことなく、二つの電源のスイッチング周波数が重なることによるノイズレベルの増大を防止することが可能な電源装置および画像形成装置を提供することにある。

本発明は上記のような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、該スイッチング周波数が負荷に応じて変化する第1のスイッチング電源と、該スイッチング周波数が負荷に応じて変化しない第2のスイッチング電源と、前記第1のスイッチング電源のスイッチング周波数と前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数とを比較する手段と、前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を変更する周波数変更手段と、を有することを特徴とする電源装置である。

請求項２に記載の発明は、さらに、前記第1のスイッチング電源のスイッチング周波数を検出する第１の周波数検出手段と、前記第2のスイッチング電源の周波数を検出する第2の周波数検出手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置である。

請求項３に記載の発明は、前記第1のスイッチング電源のスイッチング周波数が、前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数に近い値になった時、前記周波数変更手段によって前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を変更することを特徴とした、請求項１または請求項２に記載の電源装置である。

請求項４に記載の発明は、該スイッチング周波数が負荷に応じて変化する第1のスイッチング電源と、該スイッチング周波数が負荷に応じて変化しない第2のスイッチング電源と、前記第1のスイッチング電源のスイッチング周波数と前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数とを比較する手段と、前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を変更する周波数変更手段と、を有することを特徴とした画像形成装置である。

請求項５に記載の発明は、さらに、前記第1のスイッチング電源のスイッチング周波数を検出する第１の周波数検出手段と、前記第2のスイッチング電源の周波数を検出する第2の周波数検出手段と、を有することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置である。

請求項６に記載の発明は、前記第1のスイッチング電源のスイッチング周波数が、前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数に近い値になった時、前記周波数変更手段によって前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を変更することを特徴とした、請求項４または請求項５に記載の画像形成装置である。

請求項７に記載の発明は、前記周波数変更手段によって、画像形成動作時における前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を、非画像形成時における前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数と異なる値に変更することを特徴とした、請求項４または請求項５に記載の画像形成装置である。

以上説明したように、本出願に係わる第1の発明によれば、第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を変更することで、装置全体の効率などを損なうことなく、二つの電源のスイッチング周波数が重なることにより発生するノイズレベルの増大を防止することが可能な電源装置を提供できる。

また、本出願に係わる第２の発明によれば、前記第1のスイッチング電源のスイッチング周波数と前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を検出することができるので、あらかじめ負荷条件とスイッチング周波数との関係が不明な場合でも、ノイズレベルの増大を防止することが可能な電源装置を提供できる。

また、本出願に係わる第３の発明によれば、前記第1のスイッチング電源のスイッチング周波数が前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数に近い値になった時、前記周波数変更手段によって前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を変更することで、装置全体の効率などを損なうことなく、二つの電源のスイッチング周波数が重なることにより発生するノイズレベルの増大を防止することが可能な電源装置を提供できる。

また、本出願に係わる第４の発明によれば、第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を変更することで、装置全体の効率などを損なうことなく、二つの電源のスイッチング周波数が重なることにより発生するノイズレベルの増大を防止することが可能な画像形成装置を提供できる。

また、本出願に係わる第５の発明によれば、前記第1のスイッチング電源のスイッチング周波数と前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を検出することができるので、あらかじめ負荷条件とスイッチング周波数との関係が不明な場合や、選択的に周辺装置が装着される場合においても、ノイズレベルの増大を防止することが可能な画像形成装置を提供できる。

また、本出願に係わる第６の発明によれば、前記第1のスイッチング電源のスイッチング周波数が前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数に近い値になった時、前記周波数変更手段によって前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を変更することで、装置全体の効率などを損なうことなく、二つの電源のスイッチング周波数が重なることにより発生するノイズレベルの増大を防止することが可能な画像形成装置を提供できる。

また、本出願に係わる第７の発明によれば、画像形成動作時に前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を変更することで、装置全体の効率などを損なうことなく、二つの電源のスイッチング周波数が重なることにより発生するノイズレベルの増大を防止することが可能な画像形成装置を提供できる。

（実施例１）
図１から図７までを用いて実施例１を説明する。

なお、複数の図面において同一の符号は、同一の構成であることを示している。

図１は、本発明に関わる画像形成装置の概略図である。

図１において、１０１は画像形成装置、１０２はシート材トレイ、１０３はピックアップローラ、１０４は給紙ローラ、１０５はレジストローラ対、１０６はプロセスカートリッジ、１０７は感光ドラム、１０８はスキャナユニット、１０９はレーザー光源、１１０はポリゴンミラー、１１１は反射ミラー、１１２はスキャナモータ、１１３は定着ローラ、１１４は定着ヒータ、１１５は排紙ローラ対、１１６は制御部、１１７は表示部、１１８は用紙サイズセンサ、１１９は給紙センサ、１２０はレジ前センサ、１２１は定着排紙センサ、１２２は排紙センサ、１２３はメインモータ、１２４は低圧電源、１２５はヒータ駆動回路、１２６は高圧電源、１２７は電源コード、１２８は商用電源コンセント、Ｐはシート材である。

記録紙トレイ１０２上にセットされたシート材Ｐはピックアップローラ１０３の駆動によって１枚だけ記録紙トレイ１０２から送出され、給紙ローラ１０４によってレジストローラ対１０５に搬送される。更にシート材Ｐはレジストローラ対１０５の駆動によって所定のタイミングでプロセスカートリッジ１０６に搬送される。

プロセスカートリッジ１０６はトナー容器、帯電装置、現像装置、感光ドラムで構成されており、電子写真の一連の処理によって未定着トナー像がシート材上に形成される。１０７は感光ドラムであり、帯電装置によって表面感光体への帯電ののち、像路光手段により画像信号に基づいた像露光が行われる。像露光はスキャナユニット１０８内のレーザー光源１０９からのレーザー光を回転するポリゴンミラー１１０、 反射ミラー１１１を経て主走査がなされるもので、感光ドラム１０７の回転（副走査）によって潜像が形成される。ここで、ポリゴンミラー１１０はスキャナモータ１１２によって駆動される。続いてシート材は定着ローラ１１3に搬送され、ここで加熱加圧処理され、シート材Ｐ上のトナーがシート材Ｐに定着される。定着ローラ１１３はその内部に発熱体である定着ヒータ１１４を備えている。また、シート材は更に排紙ローラ対１１５によって画像形成装置１０１本体外に搬送され、一連の記録処理を終える。これらの一連の処理は制御部１１６によって制御される。制御部１１６は、不図示のＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力ポートから構成されている。表示部１１７には、画像形成装置１０１のステータス等各種情報が表示され、使用者に情報を通知する。用紙サイズセンサ１１８は、シート材トレイ１０２に格納されるシート材Ｐの大きさを検出する。

給紙センサ１１９、レジ前センサ１２０、定着排紙センサ１２１、排紙センサ１２２は、それぞれシート材Ｐの通過を検出し、これらセンサの出力によって、制御部はシート材Ｐの搬送状況を知ることができる。

メインモータ１２３は、紙搬送の動力源として各部ローラを駆動する。

低圧電源１２４は、電源コード１２７を介して商用電源コンセント１２８に接続され、制御部１１６、メインモータ１２３、高圧電源１２６などに電力を供給する。高圧電源１２６は、転写や現像など画像形成に必要な高電圧を出力する。ヒータ駆動回路１２５は、定着ヒータ１１４に電力を供給し、発熱させる。

次に、図２を参照して、画像形成装置各部への電力供給の概要を説明する。

図２において、２０１は制御系電源、２０２はパワー系電源、２０３はアクチュエータである。

低圧電源１２４は、制御系電源２０１とパワー系電源２０２とからなる。

制御系電源２０１は、デューティ幅制御の電源ICを使用したフライバック方式のスイッチング電源である。制御系電源２０１のスイッチング周波数は電源ICの所定端子に接続された電気抵抗の抵抗値によって決定され、負荷に依存しない。

パワー系電源２０２は、オンデューティ固定型の電源ICを使用した、擬似共振フライバック方式のスイッチング電源であり、スイッチング周波数は負荷に依存して変化する。この方式をとる理由は、要求される出力電力において、本方式がコスト的・効率的に優位な技術だからである。

アクチュエータとは、電気エネルギーを運動エネルギーに変換するものの総称であり、本実施例においては各部モータ類、ソレノイド、空冷ファン(不図示)などを指す。ここで、各部モータとは、メインモータ、定着モータ、スキャナモータを指す。

制御系電源２０１の出力は、主として制御部１１６に供給されCPUなどの駆動に使われる。

一方、パワー系電源２０２の出力はアクチュエータ２０３および高圧電源１２６に供給される。

また、低圧電源１２４とは別にヒータ駆動回路１２５があり、定着ヒータ１１４に電力を供給している。

次に、図３を参照して、画像形成装置１０１の動作モードを説明する。

本実施例の画像形成装置は、下記の３モードを有している。

１．スリープモード
画像形成を行っておらず、かつ制御部も休止状態になっているモード。スタンバイモードが一定時間続き、かつ外部装置などからの信号が一定時間無い時にスリープモードに入る。外部装置などからの信号により、スタンバイモードに移行する。

２．スタンバイモード
画像形成を行っておらず、外部装置などからのプリント命令を受け付けているモード。プリント命令を受信すると、プリントモードに移行し画像形成を行う。

３．プリントモード
外部装置などからのプリント命令により、画像形成を行っているモード。

各モードにおける制御系電源・パワー系電源の出力状態をまとめると、図３に示す表のようになる。

次に、図４および図５を参照して、制御系電源２０１の周波数切り換え手段について説明する。

図４は、制御系電源の概要図である。

入力たる商用交流電源は整流回路において整流され、直流の電圧となる。該直流電圧の電気的エネルギーはフライバックトランスによって二次側に伝達され、ダイオードとコンデンサからなる平滑回路を介して直流低電圧(本実施例においては3.3V)となって出力される。

一次側から二次側への電気的エネルギーの伝達は、スイッチング素子たるFETが高速でスイッチングすることにより行われる。FETのゲートは電源ICのＧａｔｅ端子に接続されている。電源ＩＣは、図示しないフィードバック回路によって二次側の出力電圧を検知することができ、該出力電圧が所定の値となるように、ＦＥＴのオンデューティを調整する。

制御系電源のスイッチング周波数は、電源ＩＣのＶｆ端子と一次側ＧＮＤとの間に接続される電気抵抗の抵抗値によって定まり、負荷に依存しない。

トランジスタのベースは制御部に接続されており、信号Fchangeにより、トランジスタのオン−オフが切り替わる。

FchangeがＬｏｗの時、制御系電源は図５に示す周波数a(本実施例においては約80ｋＨｚ)を中心としたスイッチング周波数で運転されている。制御系電源は、周波数aの時に最も変換効率が良い。

FchangeがＨｉｇｈになり、トランジスタがオンすると、制御系電源のスイッチング周波数は図５に示すb(本実施例においては約130ｋＨｚ)になる。

図６は、パワー系電源のスイッチング周波数を示す図である。パワー系電源は、負荷に応じてスイッチング周波数が変化する。プリントモードでは図中ｃ（約80ｋＨｚ）を中心とした周波数で動作し、スタンバイモードでは図中ｄ（約120ｋＨｚ）を中心とした周波数で動作する。

次に、図７を参照して、低圧電源のスイッチング周波数変更のタイミングを説明する。

スタンバイモード時、制御系電源は周波数ａで運転されており、最も効率が良い条件にある。パワー系電源は周波数ｂで運転されている。

プリントモードに入ると、パワー系電源のスイッチング周波数がｃになり、制御系電源のスイッチング周波数ａと非常に近い値になる。この時、二つのスイッチング周波数が重なることから、該スイッチング周波数の逞倍周波数のノイズレベルが増大する。ここで、ノイズとは端子雑音および放射磁界である。

このため、制御部１１６は信号FchangeをHighにして、制御系電源のスイッチング周波数を周波数ｂに変更する。制御系電源の変換効率は比較的低下するが、二つのスイッチング周波数が重なることによる、ノイズレベルの増大を防止できる。

プリントモードでは制御系電源の効率よりもパワー系電源およびヒータ駆動回路の効率の方が支配的なので、制御系電源の効率が低下しても、装置全体の電力変換効率はほとんど低下しない。

一方、スタンバイモードでは制御系電源の効率が支配的である。また、画像形成装置のライフサイクルにおいては、スタンバイモードの方がプリントモードよりも長時間存在するのが一般的なので、スタンバイモードにおける制御系電源の効率は高効率にしておく必要がある。

以上説明したように、本実施例では、制御系電源のスイッチング周波数を変更する手段を設けたことで、装置全体としての電力変換効率を低下させることなく、二つのスイッチング周波数が重なることによるノイズレベルの増大を防止できる。

なお、スリープモード中は、パワー系電源が停止しているため、二つのスイッチング周波数が重なることによるノイズレベルの増大は発生しない。

（実施例２）
次に、図８を用いて実施例２を説明する。図８は、本実施例における低圧電源と制御部との接続を示す概略図である。本実施例におけるハードウェア構成は、実施例１における低圧電源１２４を低圧電源８０６に、制御部１１６を制御部８０５にそれぞれ置き換え、さらに、制御系電源８０１のスイッチング周波数を検知して制御部８０５に伝達する周波数検知回路８０３と、パワー系電源８０２のスイッチング周波数を検知して制御部８０５に伝達する周波数検知回路８０４とを設けたものである。

本例においても、制御系電源８０１のスイッチング周波数は電源ICの所定端子に接続された電気抵抗の抵抗値によって決定され、負荷に依存しない。

また、パワー系電源８０２は、オンデューティ固定型の電源ICを使用した擬似共振フライバック方式のスイッチング電源であり、スイッチング周波数は負荷に依存して変化する。

本例におけるスイッチング周波数の変更を、図９を用いて説明する。

制御部８０５は、周波数検知回路８０３および８０４を介して、制御系電源８０１とパワー系電源８０２のスイッチング周波数を常時検出している。

パワー系電源８０２のスイッチング周波数は、負荷条件に応じて変化する。負荷条件によっては図９Ａに示すように、制御系電源８０１のスイッチング周波数と適当な差をもって運転されているが、負荷条件によっては図９Ｂに示すように制御系電源８０１と非常に近い周波数で運転される場合がある。この時、二つのスイッチング周波数が重なることから、該スイッチング周波数の逞倍周波数のノイズレベルが増大する。ここで、ノイズとは端子雑音および放射磁界のことである。

このため、制御部８０１は、制御系電源８０１の中心周波数とパワー系電源８０２の中心周波数との差が所定の閾値以下になったことを検出すると、Fchange信号によって制御系電源８０１のスイッチング周波数を切り換える（図9Ｃ）。

このような制御を行うことで、二つのスイッチング周波数が重なることによるノイズレベルの増大を防止できる。

本実施例における画像形成装置は、例えば大容量給紙トレイやステイプルソータなどの周辺機器を選択的に装着することができる。この時、該周辺機器で必要とされる電力は、パワー系電源８０２より供給される。このため、パワー系電源８０２の負荷条件は周辺機器の接続状況に依存して変化する。

本実施例では制御系電源８０１およびパワー系電源８０２の周波数を検出しているため、周辺機器の接続状況に関わり無く、最適な周波数変更を行うことができる。

また、部品ばらつき等によってスイッチング周波数のばらつきが生じる場合でも、最適な周波数変更を行うことができる。

実施例１に関わる画像形成装置の概略図である。 実施例１に関わる画像形成装置各部への電力供給の概略図である。 実施例1に関わる画像形成装置の動作モードの説明図である。 実施例１に関わる制御系電源の概略図である。 実施例１に関わる制御系電源の周波数を示す図である。 実施例１に関わるパワー系電源の周波数を示す図である。 実施例１に関わるスイッチング周波数変更の説明図である。 実施例２に関わる低圧電源と制御部の概略図である。 実施例２に関わるスイッチング周波数変更の説明図である。

符号の説明

101 画像形成装置
116 制御部
124 低圧電源
126 高圧電源
201 制御系電源
202 パワー系電源
408 トランジスタ
801 制御系電源
802 パワー系電源
805 制御部

Claims (7)

1. 該スイッチング周波数が負荷に応じて変化する第1のスイッチング電源と、該スイッチング周波数が負荷に応じて変化しない第2のスイッチング電源と、前記第1のスイッチング電源のスイッチング周波数と前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数とを比較する手段と、前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を変更する周波数変更手段と、を有することを特徴とした電源装置。
2. さらに、前記第1のスイッチング電源のスイッチング周波数を検出する第１の周波数検出手段と、前記第2のスイッチング電源の周波数を検出する第2の周波数検出手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記第1のスイッチング電源のスイッチング周波数が、前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数に近い値になった時、前記周波数変更手段によって前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を変更することを特徴とした、請求項１または請求項２に記載の電源装置。
4. 該スイッチング周波数が負荷に応じて変化する第1のスイッチング電源と、該スイッチング周波数が負荷に応じて変化しない第2のスイッチング電源と、前記第1のスイッチング電源のスイッチング周波数と前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数とを比較する手段と、前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を変更する周波数変更手段と、を有することを特徴とした画像形成装置。
5. さらに、前記第1のスイッチング電源のスイッチング周波数を検出する第１の周波数検出手段と、前記第2のスイッチング電源の周波数を検出する第2の周波数検出手段と、を有することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記第1のスイッチング電源のスイッチング周波数が、前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数に近い値になった時、前記周波数変更手段によって前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を変更することを特徴とした、請求項４または請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記周波数変更手段によって、画像形成動作時における前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数を、非画像形成時における前記第2のスイッチング電源のスイッチング周波数と異なる値に変更することを特徴とした、請求項４または請求項５に記載の画像形成装置。

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