JP2008061420A - 電源装置及び電源供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】負荷変動に拘わらず、負荷に安定的な電圧供給を可能にする。
【解決手段】コンバータ部３１は、制御回路３３の制御に応じたレベルの出力直流電圧を発生する。この直流電圧は配線５７，５８を介して負荷４０の入力端子５５，５６に供給される。出力電圧検出回路３４は、端子５３，５４から配線５９，６０を介して、負荷４０の入力端子５５，５６の電圧を検出する。制御回路３３は出力電圧検出回路３４の検出結果に基づいてコンバータ部３１の出力を定電圧制御する。負荷４０の入力端子５５，５６の電圧に基づいてコンバータ部３１を定電圧制御しており、負荷変動に拘わらず、負荷４０の入力端子５５，５６の電圧を安定的に供給することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機やプリンタ等に好適な電源装置及び電源供給システムに関する。

従来、複写機等においては、スイッチング電源が採用されることがある。スイッチング電源は、ノイズフィルタ、突入電流防止回路、整流平滑回路、フォワード／フライバックコンバータ等によって構成されている。スイッチング電源の出力端は、フレキシブルケーブル、ハーネス等を介してモータやランプ等の負荷に接続される。

特許文献１においては、負荷を安定駆動するために、フォワード／フライバックコンバータの出力端の電圧を検出してフィードバック制御を行うことにより、スイッチング電源の出力電圧を一定にする技術が開示されている。
特開２００４−８８８８７号公報

ところで、プリンタ等においては、例えばヘッドのように、移動する負荷に電力を供給することがある。このため、電源回路の出力端と負荷とを接続する配線としてフレキシブルケーブルが用いられることがあり、また配線の長さは、負荷の配置及び移動距離を考慮して、十分な長さに設定される。例えば、複写機では、１〜３ｍ程度の長さの電源配線が採用されることがある。

ところが、電源配線が比較的長いことから、電源配線による電圧降下分を無視することができなくなってしまう。即ち、重負荷（過負荷）時には、電源配線に流れる電流が大きくなって電源配線による電圧降下が比較的大きくなる。また、軽負荷時には、電源配線に流れる電流は小さく電源配線による電圧降下は比較的小さい。

つまり、従来、特許文献１のように電源回路の出力端の電圧は定電圧制御されているにも拘わらず、実際に負荷の入力端に印加される電圧は、軽負荷時と重負荷時とで変化し、重負荷時には比較的小さい電圧が印加され、軽負荷時には比較的大きい電圧が印加される。このため、負荷を安定に駆動することができないことがあるという問題があった。

本発明は、負荷の入力端に安定的に電圧を供給することを可能にすることができる電源装置及び電源供給システムを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る電源装置は、交流電源を整流する整流手段と、前記整流手段の出力を所定の電圧に電圧制御して出力するコンバータ部と、前記コンバータ部の出力を負荷の入力端子に供給するための出力端子と、前記負荷の入力端子に配線を介して接続される制御入力端子と、前記制御入力端子を介して前記負荷の入力端子の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の検出結果に基づいて前記コンバータ部の出力電圧のレベルを制御する制御手段とを具備したものであり、
本発明の請求項２に係る電源装置は、交流電源を整流する整流手段と、前記整流手段の出力を所定の電圧に電圧制御して出力するコンバータ部と、前記コンバータ部の出力を負荷の入力端子に供給するための出力端子と、前記出力端子の電圧を検出する電圧検出手段と、前記出力端子に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記電圧検出手段の検出結果及び負荷電流検出手段の検出結果に基づいて前記コンバータ部の出力電圧のレベルを制御する制御手段とを具備したものであり、
本発明の請求項３に係る電源供給システムとは、請求項１又は２のいずれか一方に記載の電源装置と、前記出力端子に接続される電源配線と、前記電源配線を介して電圧が供給される前記負荷とを具備したものである。

本発明によれば、負荷の入力端に安定的に電圧を供給することを可能にすることができるという効果を有する。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る電源装置を含む電源供給システムを示すブロック図である。

図１において、電源装置２０には交流電源１０から交流電源電圧が供給される。供給された交流電源電圧はノイズフィルタ２１に与えられる。ノイズフィルタ２１は入力された電源電圧のノイズ分を除去する。ノイズフィルタ２１の出力は突入電流防止回路２２を介して整流平滑部２３に供給される。突入電流防止回路２２は、負荷電流の増大等によって突入電流が発生することを防止する。

突入電流防止回路２２の出力は整流平滑部２３に供給される。整流平滑部２３は例えばダイオードブリッジによって構成された全波整流器及びコンデンサ等によって構成される。整流平滑部２３は、入力された交流電源電圧を整流平滑して、直流電圧を発生する。この直流電圧がフォワード／フライバックコンバータ３０に供給される。

フォワード／フライバックコンバータ３０のコンバータ部３１は、例えば、スイッチングトランジスタとトランスとによって構成される。トランスとしてはフォワードトランス又はフライバックトランスが用いられる。

整流平滑部２３からの直流電圧は、スイッチングトランジスタを介してトランスの１次巻線に供給される。スイッチングトランジスタがオン，オフすることで、トランスの２次巻線には、高周波の交流電圧が発生する。トランスの２次巻線に発生した交流電圧を、ダイオード及びコンデンサの整流平滑回路によって直流に変換する。この直流電圧は、スイッチングトランジスタのオンデューティに応じた実効電圧となる。この直流電圧がコンバータ部３１の出力電圧となる。

コンバータ部３１からの直流電圧は、電源装置２０の出力端子５１，５２を介して出力される。出力端子５１，５２と負荷４０の入力端子５５，５６との間は、夫々配線５７，５８によって接続されている。負荷４０は例えば、複写機のモータやランプやプリンタヘッド等である。配線５７，５８としては、例えば、フレキシブルケーブルや、配線５７，５８を含む各種配線がユニット化されたハーネス等が採用される。これらの配線５７，５８によって、コンバータ部３１によって発生した直流電圧が負荷４０に供給される。

なお、出力端子５１，５２は夫々出力直流電圧のプラス側Ｖｏｕｔ、マイナス側ＧＮＤ用の端子であり、入力端子５５，５６は供給された直流電圧のプラス側Ｖｉｎ＋、マイナス側Ｖｉｎ−用の端子である。

駆動回路３２は、コンバータ部３１内のスイッチングトランジスタを駆動する。制御回路３３は駆動回路３２を制御することで、コンバータ部３１内のスイッチングトランジスタのオンデューティを変化させる。即ち、制御回路３３によって、コンバータ部３１からの出力電圧のレベルを制御することができる。制御回路３３は出力電圧検出回路３４からの検出結果に基づいた制御を行うようになっている。

本実施の形態においては、出力電圧検出回路３４は、制御入力端子５３，５４に接続されており、制御入力端子５３，５４は配線５９，６０を介して負荷４０の入力端子５５，５６に夫々接続されている。即ち、制御入力端子５３，５４には、負荷４０の入力端子５５，５６間の電圧が現れる。出力電圧検出回路３４は、制御入力端子５３，５４を介して負荷４０の入力端子５５，５６間の電圧を検出するようになっており、出力電圧検出回路３４は負荷電流の影響を全く受けない。

出力電圧検出回路３４は、負荷４０の入力端子５５，５６間の電圧に基づく検出結果を制御回路３３に出力する。制御回路３３は、出力電圧検出回路３４からの検出結果に基づいて駆動回路３２を制御し、負荷４０の入力端子５５，５６間の電圧が一定となるように、コンバータ部３１の出力電圧を制御するようになっている。

図２は出力電圧検出回路３４の具体例を示す回路図である。

出力電圧検出回路３４は、例えば図２に示すように、制御入力端子５３，５４間に接続された抵抗Ｒ１，Ｒ２によって構成することができる。抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点には、制御入力端子５３，５４間の電圧を分圧した電圧が現れる。この電圧を検出結果として制御回路３３に出力すればよい。なお、抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は、配線５９，６０の抵抗値に比べて十分に大きい。

次に、このように構成された実施の形態の作用について説明する。

交流電源１０から供給された交流電源電圧は、ノイズフィルタ２１によってノイズが除去され、突入電流防止回路２２によって突入電流が防止される。整流平滑部２３は全波整流によって、交流電圧を脈流に変換し、平滑化して直流電圧を得る。

コンバータ部３１のスイッチングトランジスタは、駆動回路３２に駆動されてオン，オフして、整流平滑部２３からの直流電圧を交流に変化する。これにより、コンバータ部３１のトランスの２次側に交流電圧が発生し、この交流電圧は整流平滑回路によって整流平滑されて直流電圧が得られる。こうして、コンバータ部３１からはスイッチングトランジスタのオンデューティに応じたレベルの直流電圧が発生する。

この直流電圧は、出力端子５１，５２に接続された配線５７，５８によって負荷４０の入力端子５５，５６に供給される。負荷４０は、入力端子５５，５６を介して電力が供給されて、所定の動作を行う。

ここで、負荷４０に負荷変動が生じるものとする。この場合には、図１の破線矢印に示す負荷電流が変化しようとする。そうすると、配線５７，５８の配線抵抗が無視できない場合には、出力端子５１，５２間の電圧が一定である場合でも、入力端子５５，５６間の電圧は変化しようとする。

そこで、本実施の形態においては、出力端子５１，５２間の電圧を用いて電圧を安定化させるための制御を行うのではなく、入力端子５５，５６間の電圧を用いて電圧安定化のための制御を行う。即ち、入力端子５５，５６は、夫々配線５９，６０によって電源装置２０の制御入力端子５３，５４に接続されており、出力電圧検出回路３４は、配線５９，６０を介して入力端子５５，５６間の電圧を直接検出する。

出力電圧検出回路３４は、入力端子５５，５６間の電圧に基づく検出結果を制御回路３３に出力する。制御回路３３は、駆動回路３２を制御してコンバータ部３１内のトランジスタのオンデューティを変化させて、コンバータ部３１からの直流電圧レベルを変化させる。これにより、制御回路３３は、入力端子５５，５６間の電圧が一定となるように、コンバータ部３１の出力直流電圧を制御する。

例えば、負荷４０の重負荷時には、負荷電流が大きくなり、配線５７，５８による電圧降下が大きくなって、入力端子５５，５６間の電圧が小さくなろうとする。この場合には、出力電圧検出回路３４の検出結果の値が例えば小さくなり、制御回路３３は、駆動回路３２にコンバータ部３１の出力電圧のレベルを増大させるように制御する。逆に、負荷４０の軽負荷時には、負荷電流が小さくなり、配線５７，５８による電圧降下も小さくなって、入力端子５５，５６間の電圧が大きくなろうとする。この場合には、出力電圧検出回路３４の検出結果の値が例えば大きくなり、制御回路３３は、駆動回路３２にコンバータ部３１の出力電圧のレベルを減少させるように制御する。こうして、負荷４０の入力端子５５，５６間の電圧を、所定の電圧に安定化させることができる。

このように、本実施の形態においては、定電圧制御のために検出する電圧として、負荷の入力端の電圧を検出するようにしており、負荷の変動に拘わらず、安定した電圧供給が可能である。

図３は本発明の第２の実施の形態に係る電源装置を含む電源供給システムを示すブロック図である。本実施の形態は従来と同様に定電圧制御のために出力端の電圧を検出するものに適用した例である。図３において図１と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

本実施の形態はフォワード／フライバックコンバータ３０に代えてフォワード／フライバックコンバータ８０を用いた電源装置７０を採用すると共に、配線５９，６０を省略した点が第１の実施の形態と異なる。

本実施の形態においても、コンバータ部３１が発生した直流電圧は、出力端子５１，５２に供給され、配線５７，５８によって負荷４０の入力端子５５，５６に供給されるようになっている。フォワード／フライバックコンバータ８０は、出力端子５１，５２間に現れるコンバータ部３１の直流電圧を検出する出力電圧検出回路８４を採用すると共に、負荷電流を検出する負荷電流検出回路８５を有している。また、フォワード／フライバックコンバータ８０は、駆動回路３２を制御する制御回路８３を採用する。

出力電圧検出回路８４は、例えば、出力端子５１，５２間に接続される２つの抵抗によって構成することができ、抵抗分圧による電圧を検出結果として制御回路８３に出力するようになっている。負荷電流検出回路８５は、端子５２に接続された抵抗によって構成することができ、負荷電流に基づく検出結果を制御回路８３に出力する。

制御回路８３は、出力電圧検出回路８４からの出力電圧検出結果に応じて、コンバータ部３１を駆動する駆動回路３２を定電圧制御する。更に、制御回路８３は、負荷電流検出回路８５からの負荷電流検出結果に基づいて定電圧制御の制御値を補正するようになっている。

即ち、制御回路８３は、負荷４０が軽負荷で負荷電流が比較的小さい場合には、出力電圧を低下させる方向に出力電圧検出結果に基づく制御を補正する。また、制御回路８３は、負荷４０が重負荷で負荷電流が比較的大きい場合には、出力電圧を増大させる方向に出力電圧検出結果に基づく制御を補正する。

次に、このように構成された実施の形態の動作について図４のフローチャートを参照して説明する。図４は制御回路８３の制御を説明するためのものである。

駆動回路３２がコンバータ部３１の図示しないスイッチングトランジスタのオンデューティを変化させることにより、コンバータ部３１の出力直流電圧を定電圧制御することは第１の実施の形態と同様である。本実施の形態においては、定電圧制御のための制御値は、出力電圧検出結果と負荷電流の検出結果とを用いて生成する。

図４のステップＳ１において、出力電圧検出回路８４は、出力端子５１，５２間に現れるコンバータ部３１が発生する直流電圧を検出する。出力電圧検出回路８４は、検出結果を制御回路８３に出力する。制御回路８３は、出力電圧検出結果に基づいて、コンバータ部３１の出力直流電圧が所定の定電圧になるようにフィードバック制御するための制御値を生成する（ステップＳ２）。

次のステップＳ３において、負荷電流検出回路８５は、負荷電流を検出する。負荷電流検出結果は制御回路８３に供給される。制御回路８３は、負荷電流検出結果に基づいて制御値を補正する。即ち、制御回路８３はステップＳ４において、負荷電流が所定の基準値よりも大きいか否かを判定する。負荷４０の重負荷時には、負荷電流が比較的大きくなり、負荷電流が所定の基準値よりも大きくなる。この場合には、制御回路８３は、ステップＳ６において、負荷電流に応じて出力電圧を増大させる方向に制御値を補正する。この制御値が駆動回路３２に与えられる（ステップＳ８）。

即ち、重負荷時には、駆動回路３２は制御値に基づいてコンバータ部３１の出力電圧を大きくする方向に変化させる。これにより、コンバータ部３１は、重負荷時に配線５７，５８によって降下する電圧分だけ、出力直流電圧を所定の定電圧よりも高くする。こうして、負荷４０の入力端子５５，５６間には、負荷４０に適した所定の定電圧が供給される。

一方、負荷４０の軽負荷時には、負荷電流が比較的小さくなり、負荷電流が所定の基準値よりも小さくなる。この場合には、制御回路８３は、ステップＳ５において負荷電流が基準値よりも小さいものと判定し、ステップＳ７において、負荷電流に応じて出力電圧を低下させる方向に制御値を補正する。この制御値が駆動回路３２に与えられる（ステップＳ８）。即ち、軽負荷時には、駆動回路３２は制御値に基づいてコンバータ部３１の出力電圧を低下させる方向に変化させる。これにより、コンバータ部３１は、軽負荷時に配線５７，５８による電圧降下の低下分だけ、出力直流電圧を所定の定電圧よりも低くする。こうして、負荷４０の入力端子５５，５６間には、負荷４０に適した所定の定電圧が供給される。

なお、負荷４０が通常の負荷で、負荷電流が基準値の場合には、制御値は出力電圧検出回路８４の検出結果に基づくものとなり、コンバータ部３１は出力電圧が所定の定電圧となるように制御される。

このように、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電源装置を含む電源供給システムを示すブロック図。 出力電圧検出回路３４の具体例を示す回路図。 本発明の第２の実施の形態に係る電源装置を含む電源供給システムを示すブロック図。 第２の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。

符号の説明

２０…電源装置、３０…フォワード／フライバックコンバータ、３１…コンバータ部、３３…制御回路、３４…出力電圧検出回路、４０…負荷、５１〜５６…端子、５７〜６０…配線。

Claims (3)

1. 交流電源を整流する整流手段と、
   前記整流手段の出力を所定の電圧に電圧制御して出力するコンバータ部と、
   前記コンバータ部の出力を負荷の入力端子に供給するための出力端子と、
   前記負荷の入力端子に配線を介して接続される制御入力端子と、
   前記制御入力端子を介して前記負荷の入力端子の電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段の検出結果に基づいて前記コンバータ部の出力電圧のレベルを制御する制御手段と
   を具備したことを特徴とする電源装置。
2. 交流電源を整流する整流手段と、
   前記整流手段の出力を所定の電圧に電圧制御して出力するコンバータ部と、
   前記コンバータ部の出力を負荷の入力端子に供給するための出力端子と、
   前記出力端子の電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記出力端子に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
   前記電圧検出手段の検出結果及び負荷電流検出手段の検出結果に基づいて前記コンバータ部の出力電圧のレベルを制御する制御手段と
   を具備したことを特徴とする電源装置。
3. 請求項１又は２のいずれか一方に記載の電源装置と、
   前記出力端子に接続される電源配線と、
   前記電源配線を介して電圧が供給される前記負荷と
   を具備したことを特徴とする電源供給システム。

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