JP2008072797A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型に構成すると共に、低消費電力で、安全で安定的な電力供給を可能にする。
【解決手段】第２の電源部２０のアクティブフィルタを構成するコイルＬ１に発生する電圧は、ブーストチョークコイルＬ２によって取り出されて、第１の電源部１０の整流回路１２の出力端に供給される。第１の電源部１０の入力電圧として、アクティブフィルタの出力を利用しており、第１の電源部１０の高調波の発生を抑制することができる。第２の電源部２０は、常時動作する電源ではなく、アクティブフィルタによる消費電力の増大を抑制しつつ、第１の電源部１０において高調波が発生することを防止することができる。
【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、入力電圧を整流平滑化するための整流回路及び平滑コンデンサを有すると共に、スイッチングトランジスタ及びトランスによって構成されるフォワード／フライバックコンバータを有する。スイッチングトランジスタによって、入力された直流電圧を高周波の交流に変換してトランスに供給し、トランスの２次側において整流平滑回路によって直流電圧に変換する。スイッチング電源は、スイッチングトランジスタのオンデューティを制御することで、安定的な直流電圧を得るようになっている。

ところで、複写機等においては、制御回路等のＩＣ部品やハードディスク等の比較的小電力で動作する部品に電力を供給すると共に、モータやランプ等の比較的大電力で動作する部品にも電力を供給する必要があり、広いレベル範囲の負荷に対応する必要がある。

そこで、このような機器においては、一般的には、ＩＣ部品等のように比較的小さい電力の供給を常時必要とする部品への電力供給を行うための主電源と、モータ等のように、一時的ではあるが大電力の電力供給が必要な部品への電力供給を行うための副電源とを、備えている。このような２電源構成のスイッチング電源としては、特許文献１に記載のものがある。

なお、情報機器用の安全規格であるＩＥＣ６０９５０等においては、サービスマン等による修理時等において、複写機筐体カバーを開いた場合において、大電力を発生する副電源を停止させるために、インターロックスイッチの採用が提案されている。インターロックスイッチによって、主電源と副電源の電源ラインは絶縁される。
特開２００２−２７７３６号公報

上述したスイッチング電源においては、高調波の発生を防止するために、チョークコイルやアクティブフィルタ等のフィルタを設ける必要がある。複写機等で採用される主電源及び副電源のうち、主電源については出力電力が比較的小さいことから、チョークコイルが高調波防止用として採用されることが多く、副電源については出力電力が比較的大きいことから、アクティブフィルタが高調波防止用として採用されることが多い。特許文献１においても、２電源のうちの一方にアクティブフィルタを採用している。

ところで、複写機等においては、入力の瞬停が生じた場合でも、安定的に電力供給が可能であることが必要である。そこで、平滑コンデンサとして大容量のものを用いることが考えられる。しかしながら、そうすると、チョークコイルのインダクタンスも大きくする必要があり、力率の低下から、平滑コンデンサを更に大きくする必要がある。特に入力電圧が低い環境では、瞬低による電圧変動を考慮して、十分に大きいコンデンサ及びチョークコイルが必要となり、装置が大型化する。

これを回避するためには、高調波対策としては、チョークコイルではなく、アクティブフィルタを用いた方がよい。

一方、負荷変動が大きく、比較的大きな負荷電流が流れる場合には、チョークコイルによる高調波対策では不十分であり、アクティブフィルタを用いた方がよい。なお、イミュニティ規格上では、出力電力が５０ｗ以上の場合には、高調波規格対応が義務付けられている。

これらの理由から、主電源及び副電源を有する２電源のスイッチング電源においては、主電源及び副電源の夫々にアクティブフィルタを設けた方がよい。

しかしながら、常時動作する主電源側にアクティブフィルタを用いると、消費電力が増大してしまうという問題点があった。

本発明は、２電源を比較的小型に構成すると共に、低消費電力で、安全で且つ安定的に電力を供給することができる電源装置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、交流電源からの交流電源電圧が供給される第１の整流手段、前記第１の整流手段の出力を平滑する第１の平滑コンデンサ及び前記第１の平滑コンデンサの出力を所定の定電圧に変換して出力する第１のコンバータ手段を有する第１の電源部と、第２の整流手段、前記第２の整流手段の出力をフィルタリングして直流電圧を発生するアクティブフィルタ及び前記アクティブフィルタの出力を所定の定電圧に変換して出力する第２のコンバータ手段を有する第２の電源部と、前記交流電源からの交流電源電圧の前記第２の整流手段への供給・停止を制御するインターロックスイッチと、前記アクティブフィルタの主巻線に対して絶縁されたブーストチョークと、前記ブーストチョークの出力を整流平滑して前記第１の整流手段の出力端に与える整流平滑手段とを具備したものである。

本発明によれば、２電源を比較的小型に構成すると共に、低消費電力で、安全で且つ安定的に電力を供給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示す回路図である。

図１において、交流電源１１からの交流電源電圧は整流回路１２に供給される。整流回路１２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によって構成される。整流回路１２は、入力された交流電源電圧を整流して、基準電位点と出力端との間に整流出力を出力する。整流回路１２の出力端と基準電位点との間には、平滑用のコンデンサＣ１が並列接続されている。コンデンサＣ１は整流回路１２の出力を平滑して直流電圧を発生する。

コンデンサＣ１の両端には、スイッチングトランジスタＱ１及びフライバックトランスＴ１の１次巻線が接続されている。スイッチングトランジスタＱ１は第１制御部１５によってオン，オフ駆動されて、コンデンサＣ１の両端に発生する直流電圧を、トランスＴ１の１次巻線に供給する。スイッチングトランジスタＱ１がオン，オフすることで、トランスＴ１の２次巻線には、高周波の交流電圧が発生する。

トランスＴ１の２次巻線には、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ２によって構成される整流平滑回路が接続されている。この整流平滑回路は、トランスＴ１の２次巻線に発生した交流電圧を直流に変換する。この直流電圧は、スイッチングトランジスタＱ１のオンデューティに応じた実効電圧を有する。コンデンサＣ２の両端に現れる直流電圧が出力端子から出力される。

ダイオードＤ１及びコンデンサＣ２による整流平滑回路並びにスイッチングトランジスタＱ１及びトランスＴ１によって構成されるコンバータ部と、整流回路１２及びコンデンサＣ１による整流平滑回路とによって、第１の電源部１０が構成される。

第１の電源部１０は、通常使用時においては常時駆動状態であり、例えば、比較的小さい電力を供給することができるようになっている。例えば、第１の電源部１０は、複写機等においては、複写機の動作を制御する制御回路等に電力を供給する主電源として用いることができる。

一方、第２の電源部２０は、通常使用時において常時駆動状態となるものではない。第２の電源部２０は、比較的大きい電力を供給することができるようになっている。例えば、第２の電源部１０は、複写機等においては、複写機の駆動部を動作させるモータ等に電力を供給する副電源として用いることができる。

第２の電源部２０は、高調波対策としてアクティブフィルタを挿入したものである。図１においては、アクティブフィルタとして昇圧チョッパ回路が採用されている。

交流電源１１からの交流電源電圧は、インターロックスイッチＳＷ１を介して第２の電源部２０の整流回路１４にも供給されている。本実施の形態においては、インターロックスイッチＳＷ１によって、第１の電源部１０と第２の電源部２０との間の電源ラインは、相互に基礎絶縁される。

インターロックスイッチＳＷ１は、例えば、機器筐体の開閉に応じてオン，オフするスイッチであり、機械的な接点の物理的な距離が上述した規格ＩＥＣ６０９５０等に応じて設定されている。

整流回路１４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によって構成される。整流回路１４は、入力された交流電源電圧を整流して出力端に出力する。整流回路１４の出力端には、昇圧チョッパ回路によるアクティブフィルタが接続される。

チョッパ回路は、直流電圧が印加される電源端に一端が接続された主巻線としてのコイルＬ１と、コイルＬ１の他端と基準電位点との間にソース・ドレイン路が接続されたトランジスタＱ２とを有している。また、コイルＬ１の他端と基準電位点との間には、ダイオードＤ２及びコンデンサＣ３の直列回路も接続される。トランジスタＱ２は、ゲートに第２制御部１６から制御信号が供給されてオン，オフ制御される。

チョッパ回路は、トランジスタＱ２のオン期間にコイルＬ１にエネルギを蓄えることで、電源端に供給された電圧を昇圧して出力端から出力する。チョッパ回路の出力電圧は、トランジスタＱ２のオンデューティによってレベルが決定され、ダイオードＤ２及びコンデンサＣ３の平滑回路によって平滑されて出力される。昇圧チョッパ回路によってアクティブフィルタが構成されて、高調波の発生が抑制される。

チョッパ回路の出力端であるダイオードＤ２とコンデンサＣ３との接続点は、フォワードトランスＴ２の１次巻線及びスイッチングトランジスタＱ３を介して基準電位点に接続される。スイッチングトランジスタＱ３は第３制御部１７によってオン，オフ駆動されて、チョッパ回路の出力直流電圧を、トランスＴ２の１次巻線に供給する。スイッチングトランジスタＱ３がオン，オフすることで、トランスＴ２の２次巻線には、高周波の交流電圧が発生する。

トランスＴ２の２次巻線には、ダイオードＤ４，Ｄ５が接続され、ダイオードＤ５の両端には、コイルＬ３及びコンデンサＣ４が接続される。これらのダイオードＤ４，Ｄ５、コイルＬ３及びコンデンサＣ４によって整流平滑回路が構成される。この整流平滑回路は、トランスＴ３の２次巻線に発生した交流電圧を直流に変換する。この直流電圧は、スイッチングトランジスタＱ３のオンデューティに応じた実効電圧を有する。コンデンサＣ４の両端に現れる直流電圧が出力端子から出力される。ダイオードＤ４，Ｄ５、コイルＬ３及びコンデンサＣ４による整流平滑回路並びにスイッチングトランジスタＱ３及びトランスＴ２によってコンバータ部が構成される。

本実施の形態においては、アクティブフィルタのコイルＬ１は、ブーストチョークコイルＬ２と共にトランスＴ３を構成する。ブーストチョークコイルＬ２の負極性側の一端は第１の電源部１０の基準電位点に接続され、正極性側の一端は、コンデンサＣ５及びダイオードＤ６を介して第１の電源部１０の整流回路１２の出力端に接続される。また、コイルＬ２の負極性側の一端とダイオードＤ６のアノードとの間には、ダイオードＤ７が接続されている。

コンデンサＣ５及びダイオードＤ６，Ｄ７によって、整流平滑回路が構成される。この整流平滑回路は、コイルＬ２に現れる電圧を整流平滑して、第１の電源部１０の整流回路１２の出力端に供給する。

トランスＴ３は、アクティブフィルタの主巻線であるコイルＬ１の電圧を、ブーストチョークコイルＬ２によって所定の電圧に昇圧して取り出すものである。即ち、トランスＴ３によって、第２の電源部２０のアクティブフィルタに発生する電圧が、第１の電源部１０の入力電圧として、整流回路１２の出力端にオア加算されるようになっている。

コイルＬ１，Ｌ２は磁気結合されており、十分な絶縁性を有する。即ち、第１の電源部１０と第２の電源部２０とは、図１の１点鎖線に示すように、インターロックスイッチＳＷ１及びコイルＬ１，Ｌ２によって十分な絶縁性を確保しながら、電源電圧の供給が可能である。

コイルＬ１，Ｌ２としては、コイル−接点間の絶縁距離を、例えば上述した規格ＩＥＣ６０９５０等に沿って十分確保するようになっている。例えば、コイルＬ１，Ｌ２は、沿面距離として２．０ｍｍ以上に設定される。こうして、第１の電源部１０と第２の電源部２０とは、相互に十分な基礎絶縁性を有する。

なお、図１ではアクティブフィルタとして昇圧チョッパ回路を例に説明したが、降圧チョッパ回路を用いてもよい。

次に、このように構成された実施の形態の作用について図２の波形図を参照して説明する。図２（ａ）は交流電源１１からの入力電圧を示し、図２（ｂ）はインターロックスイッチＳＷ１のオフ時における整流回路１２による整流波形を示し、図２（ｃ）はインターロックスイッチＳＷ１のオン時におけるコンデンサＣ１の端子電圧波形を示し、図２（ｄ）はインターロックスイッチＳＷ１のオン時において整流回路１２の出力端に流れる電流波形を示している。

交流電源１１から供給された交流電源電圧は、第１の電源部１０の整流回路１２に供給されると共に、インターロックスイッチＳＷ１を介して第２の電源部２０の整流回路１４にも供給される。

いま、例えば、機器筐体のカバーが開かれて、インターロックスイッチＳＷ１がオフになっているものとする。この場合には、第２の電源部２０のアクティブフィルタを構成するチョッパ回路には入力電圧が供給されず、整流回路１２には第２の電源部２０からの電圧は供給されない。

整流回路１２は全波整流によって、交流電圧を脈流に変換する。コンデンサＣ１は整流回路１２の出力を平滑化して直流電圧を得る。コンバータ部のスイッチングトランジスタＱ１は、第１制御部１５に駆動されてオン，オフして、コンデンサＣ１からの直流電圧を交流に変化する。これにより、コンバータ部のトランスＴ１の２次側に交流電圧が発生し、この交流電圧はダイオードＤ２及びコンデンサＣ２による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、出力端子にはスイッチングトランジスタＱ１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。

この場合には、第１の電源部１０には、高調波対策用のフィルタは設けられていない。しかし、第１の電源部１０のみが動作する状況、例えば待機状態等では、第１の電源部１０が供給する電力は十分に小さく、フィルタを設けていない場合でも、高調波による悪影響の問題は生じない。

ここで、インターロックスイッチＳＷ１がオンになるものとする。そうすると、交流電源１１からの交流電源電圧が整流回路１４にも供給され、整流回路１４は、整流出力をアクティブフィルタを構成するチョッパ回路に供給する。チョッパ回路のトランジスタＱ２は、第２制御部１６によってオンデューティが制御される。これにより、コンデンサＣ３には、トランジスタＱ２のオンデューティに応じた直流電圧が発生する。

コンバータ部のスイッチングトランジスタＱ３は、第３制御部１７に駆動されてオン，オフして、コンデンサＣ３からの直流電圧を交流に変化する。これにより、コンバータ部のトランスＴ２の２次側に交流電圧が発生し、この交流電圧はダイオードＤ４，Ｄ５、コイルＬ３及びコンデンサＣ４による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、出力端子にはスイッチングトランジスタＱ３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。

第２の電源部２０は、例えば比較的大きな電力を供給することができる。この場合でも、アクティブフィルタが設けられていることから、第２の電源部２０による高調波の発生は抑制される。

本実施の形態においては、第２の電源部２０のアクティブフィルタのコイルＬ１に発生する電圧は、所定の電圧に昇圧されてブーストチョークコイルＬ２の両端に現れる。ブーストチョークコイルＬ２に発生する電圧は、コンデンサＣ５及びダイオードＤ６，Ｄ７によって整流平滑されて、第１の電源部１０の整流回路１２の出力端に供給される。

いま、交流電源部１１からの入力電圧が図２（ａ）に示すものであるものとする。仮に、インターロックスイッチＳＷ１がオフで、整流回路１２にアクティブフィルタからの電圧が供給されない場合には、整流回路１２の出力電流波形は図２（ｂ）に示すものとなる。このように整流回路１２の波形が比較的急峻に立ち上がり立ち下がる脈流であることから、第１の電源部１０において高調波が発生しやすい。

一方、インターロックスイッチＳＷ１がオンの場合には、整流回路１２には、図２（ａ）に示す入力電圧とブーストチョークコイルＬ２からの電圧とがオア加算されて現れる。コイルＬ１，Ｌ２を適宜設定して、ブーストチョークコイルＬ２から整流回路１２に供給する電圧を交流電源１１からの入力電圧よりも高いレベルにすることによって、整流回路１２の出力波形を、図２（ｄ）に示すように、歪の少ない電流波形にすることができる。なお、図２（ｃ）は、コンデンサＣ１に現れる電圧波形を示している。

インターロックスイッチＳＷ１がオンの場合には、整流回路１２から歪の少ない波形が出力されることから、この場合には、高調波の発生が十分に抑制される。

また、第２の電源部２０からの電圧を第１の電源部１０において利用する場合でも、コイルＬ１，Ｌ２は基礎絶縁されており、安全性を確保することができる。

このように、本実施の形態においては、第２の電源部２０のアクティブフィルタの主巻線に生じる電圧をブーストチョークコイルによって取り出して第１の電源部１０の整流回路１２の出力端に供給している。これにより、第１の電源部１０においてアクティブフィルタを設けない場合でも、十分な高調波対策が可能である。第２の電源部２０のアクティブフィルタを利用して第１の電源部の高調波対策を行っており、第１の電源部１０において高調波対策のために大きなサイズのコイル及びコンデンサを設ける必要がなく、装置が大型化することを防止することができる。また、アクティブフィルタは、常時駆動状態とならない第２の電源部２０に設けられており、消費電力が増大することを防止することができる。

なお、コイルＬ１，Ｌ２の設定によっては、交流電源からの入力電圧の影響によって、整流回路１２の出力端に現れる波形に多少の歪が生じることがある。この場合でも、歪量は十分に抑制されており、高調波の発生を抑制することが可能である。

図３は本発明の第２の実施の形態に係る電源装置を示す回路図である。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。

本実施の形態はコンデンサＣ６を付加した点が第１の実施の形態と異なるのみである。コンデンサＣ６は、ダイオードＤ７に並列に設けられている。

ブーストチョークコイルＬ２の整流平滑出力には、高調波ノイズや放射ノイズが混入している。コンデンサＣ６は、これらのノイズ成分を除去する。これにより、第１の電源部１０において高調波の発生を一層抑制することができる。

また、コンデンサＣ６はコンデンサＣ１と並列に挿入されることになり、コンデンサＣ６も平滑動作に寄与することになる。これにより、コンデンサＣ１として比較的小さい容量のものを採用することができ、一層の小型化を図ることができる。

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示す回路図。 実施の形態の動作を説明するための波形図。 本発明の第２の実施の形態に係る電源装置を示す回路図。

符号の説明

１０…第１の電源部、１１…交流電源、１２，１４…整流回路、２０…第２の電源部、Ｑ１〜Ｑ３…トランジスタ、Ｃ１〜Ｃ６…コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ７…ダイオード、Ｌ１〜Ｌ３…コイル。

Claims (2)

1. 交流電源からの交流電源電圧が供給される第１の整流手段、前記第１の整流手段の出力を平滑する第１の平滑コンデンサ及び前記第１の平滑コンデンサの出力を所定の定電圧に変換して出力する第１のコンバータ手段を有する第１の電源部と、
   第２の整流手段、前記第２の整流手段の出力をフィルタリングして直流電圧を発生するアクティブフィルタ及び前記アクティブフィルタの出力を所定の定電圧に変換して出力する第２のコンバータ手段を有する第２の電源部と、
   前記交流電源からの交流電源電圧の前記第２の整流手段への供給・停止を制御するインターロックスイッチと、
   前記アクティブフィルタの主巻線に対して絶縁されたブーストチョークと、
   前記ブーストチョークの出力を整流平滑して前記第１の整流手段の出力端に与える整流平滑手段と
   を具備したことを特徴とする電源装置。
2. 前記整流平滑手段は、前記第１の平滑コンデンサと並列に設けられたノイズ除去用のコンデンサを具備することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

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