JP2007151204A - 電源制御装置及び電源制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、より効果的な消費電力の低下を図ることができる電源制御装置及び電源制御方法を提供することにある。
【解決手段】電源制御装置１００は、第１の直流電圧により動作し、かつ第１の直流電圧未満では動作しない第１の負荷ＲＬ₁と、第１の直流電圧未満の第２の直流電圧により動作する第２の負荷ＲＬ₂と、第１の負荷ＲＬ₁が接続される第１の電力供給部１１０と、第１の電力供給部１１０の出力電圧を変換する制御回路１３２を有し、第２の負荷ＲＬ₂が接続される第２の電力供給部１３０と、第２の電力供給部１３０の制御回路１３２を停止させ、第１の電力供給部１１０の出力電圧を第２の直流電圧に設定して第２の負荷ＲＬ₂に供給する省電力制御部１４０と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源制御装置及び電源制御方法に関する。

プリンタ、複写機、ファクシミリ装置などに使用される電源制御装置では、内部回路を駆動する電源として２種類あるいはそれ以上の電源電圧を使用することが一般的である。例えば、マイクロプロセッサ等を含んで構成され、全体の動作制御を行う制御部や画像信号処理その他の機能を実現するロジック回路などは低電圧（例えば５Ｖ）の電源を必要とする一方で、感光体ドラムや紙送り機構などを駆動するためのモータや露光用光源となるレーザ部など比較的に大電力を必要とする機構については、より高電圧（例えば２４Ｖ）の電源を必要とする。

ここで、装置全体の消費電力の低下及び動作効率の向上を図るためには、特許文献１に開示されているように、通常モード時（例えば複写機であれば印刷モード時）において第１の負荷（高電圧系）及び第２の負荷（低電圧系）の両方を動作させ、他方、省電力モード時（例えば複写機であれば印刷待機モード時）において第２の負荷のみを動作させることが有効である。例えば、省電力モード時においては、１次側の出力電圧を、２次側の電圧変換用の制御回路が第２の負荷を動作できるレベルに設定し、該制御回路を介して第２の負荷に電圧を供給する。

しかしながら、この場合、省電力モード時には、１次側の出力電圧を受けて２次側の電圧変換用の制御回路を動作させるため、該制御回路分の電力が消費されてしまうのみならず、１次側の出力電圧を該制御回路の内部のロス分を含むように設定しなければならず、より効果的な消費電力の低下を図ることが難しい場合があった。
特許第３４６５５２９号公報

本発明の目的は、より効果的な消費電力の低下を図ることができる電源制御装置及び電源制御方法を提供することにある。

（１）本発明に係る電源制御装置は、
第１の直流電圧により動作し、かつ前記第１の直流電圧未満では動作しない第１の負荷と、
前記第１の直流電圧未満の第２の直流電圧により動作する第２の負荷と、
前記第１の負荷が接続される第１の電力供給部と、
前記第１の電力供給部の出力電圧を変換する制御回路を有し、前記第２の負荷が接続される第２の電力供給部と、
前記第２の電力供給部の前記制御回路を停止させ、前記第１の電力供給部の出力電圧を前記第２の直流電圧に設定して前記第２の負荷に供給する省電力制御部と、
を含む。

本発明によれば、第２の負荷のみを動作させる場合、第２の電力供給部の制御回路を停止させ、第１の電力供給部の出力電圧を第２の直流電圧に設定して第２の負荷に直接供給する。これによれば、第２の電力供給部の制御回路を停止させるので該制御回路の動作のための電力消費を削減することができる。また、第１の電力供給部の出力電圧を第２の負荷が動作する第２の直流電圧に設定し、そのまま第２の負荷に供給するので、消費電力を可能な限り低下させることができる。

（２）この電源制御装置において、
前記省電力制御部は、前記第１の電力供給部に入力される電圧検出箇所を前記第１の負荷から前記第２の負荷に切り替えることにより、前記第１の電力供給部の出力電圧を前記第２の直流電圧に設定してもよい。

これにより、第１の電力供給部の出力電圧の目標値を切り替えることができる。

（３）この電源制御装置において、
前記省電力制御部は、前記第１の電力供給部を前記第２の負荷に接続させた後、前記第１の電力供給部の出力電圧を前記第２の直流電圧に設定してもよい。

これにより、第１の電力供給部の出力電圧の切り替えを安定して行うことができる。

（４）この電源制御装置において、
前記省電力制御部は、前記第１の電力供給部を前記第２の負荷に接続させた以降に、前記第２の電力供給部の前記制御回路を停止させてもよい。

（５）この電源制御装置において、
前記省電力制御部は、前記第１の電力供給部を前記第２の負荷に接続させるスイッチ素子のオン又はオフの制御を行ってもよい。

（６）この電源制御装置において、
前記スイッチ素子は、電界効果型トランジスタであり、
前記電界効果型トランジスタのゲートに抵抗素子が接続され、
前記電界効果型トランジスタのゲート・ソース間、ゲート・ドレイン間の少なくとも一方に容量素子が接続されていてもよい。

これによれば、スイッチ素子のスイッチング速度を緩やかにして、第１の電力供給部の出力電圧の切り替えを安定して行うことができる。

（７）本発明に係る電源制御方法は、
第１の直流電圧により動作し、かつ前記第１の直流電圧未満では動作しない第１の負荷と、前記第１の直流電圧未満の第２の直流電圧により動作する第２の負荷と、の両方を通常モード時に動作させ、前記第２の負荷を省電力モード時に動作させる電源制御方法であって、
前記通常モード時において、第１の電力供給部の出力電圧を前記第１の直流電圧に設定して前記第１の負荷に供給し、かつ前記第１の電力供給部の出力電圧を第２の電力供給部によって前記第２の直流電圧に変換して前記第２の負荷に供給し、
前記省電力モード時において、前記第１の電力供給部の出力電圧を前記第２の直流電圧に設定して前記第２の負荷に供給し、かつ前記第２の電力供給部の制御回路を停止させる。

本発明によれば、省電力モード時において、第２の電力供給部の制御回路を停止させ、第１の電力供給部の出力電圧を第２の直流電圧に設定して第２の負荷に直接供給する。これによれば、第２の電力供給部の制御回路を停止させるので該制御回路の動作のための電力消費を削減することができる。また、第１の電力供給部の出力電圧を第２の負荷が動作する第２の直流電圧に設定し、そのまま第２の負荷に供給するので、消費電力を可能な限り低下させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（電源制御装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る電源制御装置の回路図である。

電源制御装置１００は、内部回路を駆動するために２種類以上の電源電圧（直流電源電圧）を発生させることができ、例えばプリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置に適用することができる。図１に示す例では、電源制御装置１００は、第１の負荷ＲＬ₁が接続される第１の電力供給部１１０と、第１の電力供給部１１０から電力供給を受け、第２の負荷ＲＬ₂が接続されている第２の電力供給部１３０と、を含む。

第１の負荷ＲＬ₁は、第２の負荷ＲＬ₂よりも高い電圧を受けて動作する。具体的には、第１の負荷ＲＬ₁は、第１の直流電圧（例えば２４Ｖ）により動作し、かつ第１の直流電圧未満では動作しないように設定され、第２の負荷ＲＬ₂は、第１の直流電圧未満の第２の直流電圧（例えば５Ｖ）により動作するように設定されている。例えば、第１の負荷ＲＬ₁は駆動系負荷（例えば感光体ドラムや紙送り機構などを駆動するためのモータ等）であり、第２の負荷ＲＬ₂は制御系負荷（ＭＰＵ，メモリ、その他の信号処理等）であってもよい。

第１の電力供給部１１０は、商用電源から交流電圧（１００Ｖ）を受けて動作する。まず、第１の電力供給部１１０は、ブリッジ１１２により商用電源の交流電圧を全波整流し、平滑用コンデンサ１１４により整流された電圧の脈流波形を平滑化する。そして、第１の制御回路１１６によりスイッチ素子（例えば電界効果型トランジスタ）１１８のオン又はオフの制御が行われ、これにより、平滑用コンデンサ１１４から供給される直流電力を高速にスイッチングして高周波電力に変換し、高周波トランス１２０の１次側（上流側）に電力を供給する。高周波トランス１２０は、１次側と２次側（下流側）を絶縁するとともに、高周波電力を１次側から２次側へ伝達する。そして、２次側に設けられたダイオード１２２及び平滑用コンデンサ１２４により、高周波電力を半波整流し、整流された電圧の脈流波形を平滑化する。こうして、第１の電力供給部１１０により、第１の負荷ＲＬ₁に所定の直流電圧を供給することができる。

第２の電力供給部１３０は、第１の電力供給部１１０から電力供給を受けて動作し、詳しくは２次側に伝達された高周波電力を受けて動作する。第２の電力供給部１３０は、第１の電力供給部１１０の出力電圧を変換する第２の制御回路１３２を含む。例えば、第１の電力供給部１１０が第１の直流電圧（例えば２４Ｖ）を出力する場合、第２の制御回路１３２により第１の直流電圧を第２の直流電圧（例えば５Ｖ）に変換する。第２の制御回路１３２は、第２の電力供給部１３０の出力電圧（例えば５Ｖ）以上の電圧が入力された場合に上記電圧変換動作を行うようになっている。第２の制御回路１３２の例としては、ＤＣ−ＤＣコンバータ、シリーズレギュレータなどが挙げられる。なお、第２の電力供給部１３０の出力側には平滑用コンデンサ１３６が設けられ、第２の負荷ＲＬ₂に所定の直流電圧を供給することができるようになっている。

図１に示す例では、第１の負荷ＲＬ₁に並列して抵抗Ｒ_1A，Ｒ_1Bが接続されており、同様に、第２の負荷ＲＬ₂に並列して抵抗Ｒ_2A，Ｒ_2Bが接続されている。そして、切替スイッチ１２６が第１の負荷ＲＬ₁側に電圧検出箇所を切り替えた場合、抵抗Ｒ_1A，Ｒ_1Bの間のノードＮ₁の電圧が第１の制御回路１１６に入力され、他方、切替スイッチ１２６が第２の負荷ＲＬ₂側にオン状態の場合、抵抗Ｒ_2A，Ｒ_2Bの間のノードＮ₂の電圧が第１の制御回路１１６に入力されるようになっている。第１の制御回路１１６には、予め基準電圧（例えば２Ｖ）が設定されており、ノードＮ₁，Ｎ₂のいずれかの電圧と該基準電圧を比較し、その差に応じてスイッチ素子１１８のオン・オフの比率を変化させ、第１の負荷ＲＬ₁又は第２の負荷ＲＬ₂の出力電圧を目標値に制御している。なお、抵抗Ｒ_1A，Ｒ_1Bの抵抗比、及び抵抗Ｒ_2A，Ｒ_2Bの抵抗比は、それぞれの負荷の出力電圧の目標値（第１の負荷ＲＬ₁であれば第１の直流電圧（例えば２４Ｖ）、第２の負荷ＲＬ₂の場合であれば第２の直流電圧（例えば５Ｖ））に達したときに、第１の制御回路１１６の基準電圧の値と一致するように設定することができる。

図１に示すように、電源制御装置１００は、省電力制御部１４０をさらに含む。省電力制御部１４０は、通常モード（例えば複写機であれば印刷モード）又は省電力モード（例えば複写機であれば印刷待機モード）のいずれかを示す信号に基づいて、第１及び第２の電力供給部１１０，１３０を制御する。

まず、省電力制御部１４０は、第２の制御回路１３２を動作又は停止させる機能を有する。詳しくは、省電力制御部１４０は、通常モード時に第２の制御回路１３２を動作させ、省電力モード時に第２の制御回路１３２を停止させる。なお、第２の制御回路１３２を停止させる場合、その動作と同時にスイッチ素子１３４をオフさせ、第２の電力供給部１３０の全体の制御を停止させてもよい。

また、省電力制御部１４０は、第１の電力供給部１１０を第２の負荷ＲＬ₂に接続させるスイッチ素子１３４のオン又はオフを制御する機能を有する。すなわち、スイッチ素子１３４のオン又はオフを独立して制御することにより、第１の電力供給部１１０の出力電圧を第２の制御回路１３２の制御によらず直接第２の負荷ＲＬ₂に供給するか否かを選択させる。詳しくは、省電力制御部１４０は、省電力モード時にスイッチ素子１３４をオンさせる。

図１に示すように、スイッチ素子１３４は、第２の電力供給部１３０の内部回路の一部であってもよい。この場合、第２の制御回路１３２が動作するとき（すなわち通常モード時のとき）には、スイッチ素子１３４は（例えば第２の制御回路１３２から信号を受けて）オン状態となる。あるいは、スイッチ素子１３４が第２の電力供給部１３０とは別個に設けられる場合には、省電力制御部１４０は、通常モード時においてスイッチ素子１３４をオフさせる。なお、スイッチ素子１３４の例としては、電界効果型トランジスタ、バイポーラトランジスタ等が挙げられる。

さらに、省電力制御部１４０は、第１の電力供給部１１０の出力電圧を第１の直流電圧又は第２の直流電圧に切り替える機能を有する。詳しくは、省電力制御部１４０は、通常モード時において、第１の電力供給部１１０が第１の直流電圧を出力するように切替スイッチ１２６を第１の負荷ＲＬ₁側に接続させ、他方、省電力モード時において、第１の電力供給部１１０が第２の直流電圧を出力するように切替スイッチ１２６を第２の負荷ＲＬ₂側に接続させるように制御する。なお、切替スイッチ１２６による第１の電力供給部１１０の出力電圧の設定変更については、すでに説明した通りである。

（電源制御装置の動作）
図２及び図３は、本発明の実施の形態に係る電源制御装置の動作（電源制御方法）を説明するためのタイミングチャートである。詳しくは、図２は、通常モードから省電力モードへの移行を説明する図であり、図３は、省電力モードから通常モードへの移行を説明する図である。なお、図４は、電源制御装置の回路構成の一部の変形例を示す図である。

電源制御装置１００は、複数の動作モードに分けて制御することができる。以下に示す例では、通常モードの場合、第１及び第２の負荷ＲＬ₁，ＲＬ₂を動作させ、省電力モードの場合、第２の負荷ＲＬ₂のみを動作させる。

まず、通常モードの場合、第１の電力供給部１１０が商用電源から交流電圧を受け、第１の直流電圧（例えば２４Ｖ）を出力する。この場合、第２の電力供給部１３０は、第１の電力供給部１１０の出力電圧である第１の直流電圧を受け、第２の制御回路１３２の動作により第２の直流電圧（例えば５Ｖ）を出力する。これにより、電源制御装置１００は、第１の電力供給部１１０により第１の直流電圧を第１の負荷ＲＬ₁に供給し、第２の電力供給部１３０により第２の直流電圧を第２の負荷ＲＬ₂に供給する。この結果、第１及び第２の負荷ＲＬ₁，ＲＬ₂の両方を動作させることができる。

次に、通常モードから省電力モードへの移行について説明すると、まず、省電力制御部１４０は省電力モードを示す信号を受け、その信号に基づいて第１及び第２の電力供給部１１０，１３０を制御する。詳しくは、省電力制御部１４０は、第２の制御回路１３２の停止、スイッチ素子１３４のオン、及び第１の電力供給部１１０の出力電圧の切り替えの各処理を行う。

具体的には、まず、省電力制御部１４０によりスイッチ素子１３４をオンさせる。図１に示すようにスイッチ素子１３４が第２の電力供給部１３０の一部である場合、すなわち通常モード時に第２の制御回路１３２によりスイッチ素子１３４がすでにオン状態である場合には、一旦、第２の制御回路１３２を停止し、スイッチ素子１３４をオフにした後に省電力制御部１４０によりスイッチ素子１３４を独立してオンにしてもよい。

スイッチ素子１３４がオンすると、第１及び第２の負荷ＲＬ₁，ＲＬ₂の両方に第１の電力供給部１１０の出力電圧が供給されることになるが、スイッチ素子１３４のオンにより、第１の負荷ＲＬ₁の出力電圧はやや低くなり、第２の負荷ＲＬ₂の出力電圧はやや高くなる。その後、切替スイッチ１２６により第１の制御回路１１６の電圧検出箇所を第１の負荷ＲＬ₁から第２の負荷ＲＬ₂に切り替えると、第２の負荷ＲＬ₂の出力電圧は目標の第２の直流電圧（例えば５Ｖ）よりも高くなっているため、第１の制御回路１１６にフィードバックされるノードＮ₂の電圧も高くなり、この結果、第１の制御回路１１６は電力供給を減少させるように動作する。こうして、第１の電力供給部１１０は、より安定して出力電圧を第１の直流電圧から第２の直流電圧に切り替えることができる。

ここで、スイッチ素子１３４のスイッチング速度（オフからオンへの立ち上がり時間）は、緩やかに設定されることが好ましい。例えば、図４に示すように、スイッチ素子１３４が電界効果型トランジスタである場合、ゲートＧに抵抗素子Ｒを接続し、ゲートＧ・ソースＳ間に容量素子Ｃを接続させてもよい。容量素子Ｃは、ゲートＧ・ドレインＤ間に接続させてもよい。これにより、スイッチ素子１３４が緩やかにオンし、第２の負荷ＲＬ₂の出力電圧が確実に高くなる方向に変動するので、より安定して第１の電力供給部１１０の出力電圧を第２の直流電圧に向かって低下させることができる。

なお、また、省電力制御部１４０の各処理の順番は、上述した順番に限定されるものではなく、例えば上述した各処理をほぼ同時に行うこともできる。

次に、省電力モードから通常モードへの移行について説明すると、この場合も上述と同様に、省電力制御部１４０は通常モードを示す信号を受け、その信号に基づいて第１及び第２の電力供給部１１０，１３０を制御する。詳しくは、省電力制御部１４０は、第２の制御回路１３２の動作（復帰）、スイッチ素子１３４のオフ、及び第１の電力供給部１１０の出力電圧の切り替えの各処理を行う。ここでのスイッチ素子１３４のオフとは、省電力制御部１４０がスイッチ素子１３４のみのオンの制御を行わないことを意味し、スイッチ素子１３４が第２の電力供給部１３０の一部としてオンされる場合は含まない。すなわち、図１に示す例では、スイッチ素子１３４が第２の電力供給部１３０の一部として機能するので、通常モードにおいても第２の制御回路１３２によりスイッチ素子１３４はオンされる。なお、省電力制御部１４０の各処理は、ほぼ同時に行うことができる。

本発明に係る実施の形態によれば、省電力モード時において第２の負荷ＲＬ₂のみを動作させる場合、第２の電力供給部１３０の第２の制御回路１３２を停止させ、第１の電力供給部１１０の出力電圧を第２の直流電圧に設定して第２の負荷ＲＬ₂に直接供給する。これによれば、第２の電力供給部１３０の第２の制御回路１３２を停止させるので第２の制御回路１３２の動作のための電力消費を削減することができる。また、第１の電力供給部１１０の出力電圧を第２の負荷ＲＬ₂が動作する第２の直流電圧に設定し、そのまま第２の負荷ＲＬ₂に供給するので、消費電力を可能な限り低下させることができる。また、第２の電力供給部１３０の第２の制御回路１３２がＤＣ−ＤＣコンバータの場合にはスイッチングロスを削減することができ、シリーズレギュレータの場合には入出力電圧差によるロスを削減することができる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

図１は、本発明の実施の形態に係る電源制御装置の回路図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る電源制御装置の動作を説明する図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る電源制御装置の動作を説明する図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る電源制御装置の回路構成の一部の変形例を示す図である。

符号の説明

１００…電源制御装置 １１０…第１の電力供給部 １２６…切替スイッチ
１３０…第２の電力供給部 １３２…第２の制御回路 １３４…スイッチ素子
１４０…省電力制御部

Claims (7)

1. 第１の直流電圧により動作し、かつ前記第１の直流電圧未満では動作しない第１の負荷と、
   前記第１の直流電圧未満の第２の直流電圧により動作する第２の負荷と、
   前記第１の負荷が接続される第１の電力供給部と、
   前記第１の電力供給部の出力電圧を変換する制御回路を有し、前記第２の負荷が接続される第２の電力供給部と、
   前記第２の電力供給部の前記制御回路を停止させ、前記第１の電力供給部の出力電圧を前記第２の直流電圧に設定して前記第２の負荷に供給する省電力制御部と、
   を含む電源制御装置。
2. 請求項１記載の電源制御装置において、
   前記省電力制御部は、前記第１の電力供給部に入力される電圧検出箇所を前記第１の負荷から前記第２の負荷に切り替えることにより、前記第１の電力供給部の出力電圧を前記第２の直流電圧に設定する電源制御装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の電源制御装置において、
   前記省電力制御部は、前記第１の電力供給部を前記第２の負荷に接続させた後、前記第１の電力供給部の出力電圧を前記第２の直流電圧に設定する電源制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の電源制御装置において、
   前記省電力制御部は、前記第１の電力供給部を前記第２の負荷に接続させた以降に、前記第２の電力供給部の前記制御回路を停止させる電源制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の電源制御装置において、
   前記省電力制御部は、前記第１の電力供給部を前記第２の負荷に接続させるスイッチ素子のオン又はオフの制御を行う電源制御装置。
6. 請求項５記載の電源制御装置において、
   前記スイッチ素子は、電界効果型トランジスタであり、
   前記電界効果型トランジスタのゲートに抵抗素子が接続され、
   前記電界効果型トランジスタのゲート・ソース間、ゲート・ドレイン間の少なくとも一方に容量素子が接続されている電源制御装置。
7. 第１の直流電圧により動作し、かつ前記第１の直流電圧未満では動作しない第１の負荷と、前記第１の直流電圧未満の第２の直流電圧により動作する第２の負荷と、の両方を通常モード時に動作させ、前記第２の負荷を省電力モード時に動作させる電源制御方法であって、
   前記通常モード時において、第１の電力供給部の出力電圧を前記第１の直流電圧に設定して前記第１の負荷に供給し、かつ前記第１の電力供給部の出力電圧を第２の電力供給部によって前記第２の直流電圧に変換して前記第２の負荷に供給し、
   前記省電力モード時において、前記第１の電力供給部の出力電圧を前記第２の直流電圧に設定して前記第２の負荷に供給し、かつ前記第２の電力供給部の制御回路を停止させる電源制御方法。
   
   

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