JP2008199728A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 誤って定格と異なる外部交流電源に機器を接続しても、過小又は過大な外部交流電源が負荷側に供給されず、機器内部の部品等を破損させ難くする。
【解決手段】 第１のスイッチ部１は外部交流電源Ａの負荷側への供給をオフする。第１の検出部３は外部交流電源Ａが第１の電圧以上の状態であることを検出する。第２のスイッチ部７は第１の検出部３の検出に基づき第１のスイッチ部１をオン動作させてその外部交流電源Ａを負荷側に供給制御する。第２の検出部９は外部交流電源Ａの電圧が第１の電圧より大きい第２の電圧以上の状態であることを検出する。第３のスイッチ部１３は第２の検出部９の検出に基づき第３のスイッチ部７による第１のスイッチ部１をオフ制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は電源装置に係り、例えば複写機、プリンタ、複合機（ＭＦＰ：Multi Function Peripheral）等の画像形成装置に搭載して好適する電源装置の改良に関する。

複写機等の画像形成装置では、外部からの交流電源の供給を受けて動作するものが一般的であり、コスト削減の観点から使用される仕向地に応じ、例えば国内や北米向けに１００Ｖ系、欧州向けには２００Ｖ系の専用電源を搭載することが一般的である。

ところが、１００Ｖ系と２００Ｖ系が混在する仕向地において、１００Ｖ仕向け画像形成装置を誤ってＡＣ２００Ｖのコンセントに接続することにより、破損等の事故が発生することがあった。

これを回避するため、電源装置についての工夫がなされており、例えば特開平８−１８２３１５号公報（特許文献１）等が提案されている。
この特許文献１は、交流を直流に変換する整流・平滑回路と、この整流・平滑回路の直流を交流に変換するスイッチングレギュレータ回路とからなるスイッチング電源装置であり、その整流・平滑回路の出力電圧が下限規定値以下と上限規定値以上の場合はスイッチング制御回路をオフ動作させ、その整流・平滑回路の出力電圧が下限規定値と上限規定値の範囲内にある場合はスイッチング制御回路をオン動作させる入力電圧監視制御回路を備え、過大電圧が入力された時はヒューズを切るのではなく、スイッチングレギュレータ回路の動作を停止してスイッチングレギュレータ回路等を保護するものである。
特開平８−１８２３１５号公報

しかしながら、上述した特許文献１では、過大な電源電圧が入力された場合には、スイッチングレギュレータ回路の動作を停止してスイッチングレギュレータ回路等を保護するものであり、万一、例えばＡＣ１００Ｖ仕様機をＡＣ２００Ｖと言った過大な交流電源に接続した場合、整流・平滑回路の回路部品、例えば整流ダイオードや平滑コンデンサ等の破損等を防ぐために、それらを耐圧の高い部品にする必要があり、コスト高を招き易く改良の余地があった。

また、ＡＣ１００Ｖより過小の交流電源が接続された場合でも、整流平滑回路等に過大な電流が流れ易く、同様の問題が発生する心配がある。

本発明はそのような課題を解決するためになされたもので、誤って定格と異なる外部交流電源に接続しても、機器内部の部品等を破損させ難く、過大な定格部品を使用する必要のない電源装置の提供を目的とする。

そのような課題を解決するために本発明に係る電源装置は、接続された外部交流電源の負荷側への供給をオフする第１のスイッチ部と、その外部電源が第１の電圧以上の状態であることを検出する第１の検出部と、この第１の検出部の検出によってその第１のスイッチ部をオン動作させてその外部電源を負荷側に供給制御する第２のスイッチ部と、その外部電源の電圧がその第１の電圧より大きい第２の電圧以上の状態であることを検出する第２の検出部と、この第２の検出部の検出によってその第２のスイッチ部による第１のスイッチ部をオフ制御する第３のスイッチ部とを具備している。

本発明の電源装置では、上記第２の検出部が、その第２の電圧以上の状態を遅延検出する構成も可能である。

本発明の電源装置では、上記第１のスイッチ部が、その第２のスイッチ部によるオン動作時以外はオフ状態にある構成も可能である。

本発明の電源装置では、上記負荷側がその外部電源の平滑回路である構成も可能である。

本発明の電源装置では、上記第１の電圧が交流１００Ｖであり、上記第２の電圧が交流２００Ｖである構成も可能である。

このような本発明に係る電源装置では、接続された外部交流電源の負荷側への供給を第１のスイッチ部がオフしており、その外部電源が第１の電圧以上の状態を第１の検出部が検出すると、第２のスイッチ部がその第１のスイッチ部をオン動作させてその外部電源を負荷側に供給制御し、その外部電源の電圧がその第１の電圧より大きい第２の電圧以上の状態を第２の検出部が検出すると、第３のスイッチ部がその第２のスイッチ部による第１のスイッチ部をオフ制御するから、誤って定格と異なる外部電源に機器を接続しても、機器内部の部品等を破損させ難く、過大な定格部品を使用する必要もない。

本発明の電源装置において、上記第２の検出部が、その第２の電圧以上の状態を遅延検出する構成では、誤って機器を定格以上の外部電源に接続しても、確実に機器内部の部品等を破損させ難い。

本発明の電源装置では、上記第１のスイッチ部が、その第２のスイッチ部によるオン動作以外はオフ状態にある構成では、誤って機器を定格以上の外部電源に接続しても、確実に機器内部の部品等を破損させ難い。

本発明の電源装置では、上記負荷側がその外部電源の平滑回路である構成では、特に、平滑用電子部品として過大な定格部品を使用する必要がない。

本発明の電源装置では、上記第１の電圧が交流１００Ｖであり、上記第２の電圧が交流２００Ｖである構成では、汎用の機器において容易に実施可能である。

以下、本発明に係る電源装置の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る電源装置の実施の形態を示す回路図である。

図１において、外部交流電源Ａに接続されたブリッジ形整流部Ｄ１の出力端の間には分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路が接続されており、整流部Ｄ１の一方の出力端と抵抗Ｒ１の接続点には抵抗Ｒ３およびＦＥＴトランジスタＱ１のソースが接続されており、抵抗Ｒ３の他端がトランジスタＱ１のゲートに接続されている。トランジスタＱ１と抵抗Ｒ３によって第１のスイッチ部１が形成されている。

トランジスタＱ１のドレインにはサーミスタＴＨを介してトランスＴの一次側Ｔ１の一端および平滑コンデンサＣ１が接続されている。

トランスＴの一次側Ｔ１の他端には、後述するＦＥＴトランジスタＱ２のドレインが接続され、ソースが整流部Ｄ１の他方の出力端すなわち共通電位ラインに接続されている。

トランジスタＱ１は、外部交流電源Ａに接続された時点では、ソースとゲート間に接続された抵抗Ｒ３による電荷の蓄積により、当該トランジスタＱ１のゲートがＨレベルになってオフ状態になっている。

分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点には、ツェナーダイオードＺＤ１を介して抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、コンデンサＣ２およびトランジスタＱ３のベースが接続されており、抵抗Ｒ６およびコンデンサＣ２の他端、並びにトランジスタＱ４のエミッタが共通電位ラインに各々接続されている。

ツェナーダイオードＺＤ１は、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点が第１の電圧としての例えば１００Ｖ以上となったときオン導通し、第１の電圧を検出する第１の検出部３となっている。

抵抗Ｒ６およびコンデンサＣ２は、ツェナーダイオードＺＤ１がオン動作したとき、抵抗Ｒ６およびコンデンサＣ２の時定数でトランジスタＱ３のベース電圧を遅延させてＨレベルにしてトランジスタＱ３をオン動作させる時定数回路５となっている。

トランジスタＱ３は、そのコレクタが保護用ダイオードＤ２を介してトランジスタＱ１のゲートに接続されており、オン動作によってトランジスタＱ１のゲートをＬレベルしてこれをオン動作させる第２のスイッチ部７を形成している。

抵抗Ｒ４の他端には、ツェナーダイオードＺＤ２を介して抵抗Ｒ７およびコンデンサＣ３の並列回路が共通電位ラインに各々接続されており、ツェナーダイオードＺＤ２と抵抗Ｒ７（コンデンサＣ３）の接続点には、トランジスタＱ４のベースが接続されている。

ツェナーダイオードＺＤ２は、ツェナーダイオードＺＤ１の出力側が第２の電圧としての例えば２００Ｖ以上となったときオン導通し、第２の電圧を検出する第２の検出部９となっている。

抵抗Ｒ７およびコンデンサＣ３は、ツェナーダイオードＺＤ２がオン動作したとき、それらの時定数でトランジスタＱ４のベース電圧を遅延させてＨレベルに変化させ、トランジスタＱ４をオンさせる時定数回路１１となっている。

トランジスタＱ４は、コレクタを抵抗Ｒ５の他端に接続し、エミッタを共通電位ラインに各々接続してなり、オン動作してトランジスタＱ３のベースをＬレベルにし、これをオフ動作させる第３のスイッチ部１３として機能している。

トランスＴの二次側Ｔ２の一端には、整流用ダイオードＤを介して平滑コンデンサＣ４、抵抗Ｒ８、Ｒ９の直列回路および負荷１５の一端が接続されており、トランスＴの二次側Ｔ２の他端すなわち共通電位ライン（アース）には、それら平滑コンデンサＣ４、抵抗Ｒ９および負荷１５の他端が各々接続されており、トランスＴの二次側Ｔ２の誘起電流が整流用ダイオードＤおよび平滑コンデンサＣ４によって整流平滑されて負荷１５に供給されるようになっている。

分圧抵抗Ｒ８、Ｒ９の接続点は、制御回路１７に接続されており、制御回路１７がトランジスタＱ２のゲートに接続されている。

制御回路１７は、例えば、抵抗Ｒ８、Ｒ９の接続点の電圧が所定の電圧になるようデユーティー比を変化させたＰＷＭ制御信号をトランジスタＱ２のゲートに出力するもので、抵抗Ｒ８、Ｒ９の接続点の電圧が所定の基準値より小さければ、デユーティー比の大きなＰＷＭ制御信号を、基準値より大きければデユーティー比の小さいＰＷＭ制御信号を出力し、負荷１５に供給する電源電圧を安定化する機能を有している。

すなわち、制御回路１７は、トランスＴの二次側Ｔ２からのフィードバック制御によって負荷１５に供給する電源電圧を安定化する制御機能を有している。

トランジスタＱ２は、ゲートに印加されたＰＷＭ制御信号に応じ、平滑コンデンサＣ１の両端電圧をスイッチングさせ、例えば１００ＫＨｚ程度の高周波信号にしてトランスＴの一次側Ｔ１から二次側Ｔ２に電源電圧を伝送する機能を有している。

次に、上述した電源装置の動作を説明する。

なお、制御回路１７およびトランジスタＱ２による負荷１５への電源電圧の安定化については、本発明の要部ではないから説明を省略する。

まず、１００Ｖ仕様の機器が交流１００Ｖの外部交流電源Ａに接続された場合を説明する。

交流１００Ｖの外部交流電源Ａに接続すると、交流電源がブリッジ形整流部Ｄ１にて全波整流されてＦＥＴトランジスタＱ１のソースに印加されるが、抵抗Ｒ３によってトランジスタＱ１のゲートに電荷が蓄積され、トランジスタＱ１すなわち第１のスイッチ部１がオフ状態となる。

分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点には全波整流電圧１００Ｖが分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２との分圧比に応じた分電圧が生じ、ツェナーダイオードＺＤ１がそれを検出してオン導通し、抵抗Ｒ６とコンデンサＣ２からなる時定数回路５の時定数に従ってコンデンサＣ２が充電され、トランジスタＱ３のベース電圧が遅延されてＨレベルになり、トランジスタＱ３がオン動作する。

なお、ツェナーダイオードＺＤ２はそれを検出しないからオフ状態を維持し、トランジスタＱ４もオフ状態を維持する。

そのため、トランジスタＱ１は、トランジスタＱ３がオン動作により、そのゲートがＬレベルになってオン動作し、整流部Ｄ１からの全波整流電流がサーミスタＴＨを介して平滑コンデンサＣ１で平滑され、トランスＴの一次側Ｔ１に供給される。

すなわち、外部の交流電源電力をオンオフするトランジスタＱ１は、外部交流電源Ａに接続されてから遅れてオン動作する。

この動作は、図２に示すように、ａ点の１００Ｖ以上からｂ点の２００Ｖ未満までの動作範囲である。

次に、１００Ｖ仕様の機器が交流２００Ｖの外部交流電源Ａに接続された場合を説明する。

２００Ｖの外部交流電源Ａを接続すると、トランジスタＱ１すなわち第１のスイッチ部１がオフ状態となり、ツェナーダイオードＺＤ１がそれを検出してオン導通するのは、交流１００Ｖが接続された場合と同様である。

しかし、ツェナーダイオードＺＤ１が全波整流電圧２００Ｖを分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２との分圧比に応じた分電圧を検出してオン導通すると、ツェナーダイオードＺＤ２もそれを検出してオン導通し、抵抗Ｒ７とコンデンサＣ３からなる時定数回路１１の時定数に従ってコンデンサＣ３が充電され、トランジスタＱ４のベース電圧が遅延されてＨレベルになり、トランジスタＱ４がオン動作する。

そのため、トランジスタＱ４のオン動作によってトランジスタＱ３のベースがＬレベルになってトランジスタＱ３がオフ状態となり、トランジスタＱ１のゲートがＨレベルに維持されるから、トランジスタＱ１のオフ状態が維持されて外部のＡＣ電源電力が平滑コンデンサＣ１側に出力されない。

この動作は、図２に示すように、ｂ点の２００Ｖ以上の動作不可範囲である。

さらに、１００Ｖ仕様の機器が１００Ｖ未満の外部交流電源Ａに接続された場合を説明する。

交流１００Ｖ未満の外部交流電源Ａを接続すると、トランジスタＱ１すなわち第１のスイッチ部１がオフ状態となるのは、１００Ｖが接続された場合と同様である。

しかし、ツェナーダイオードＺＤ１がそれを検出せずにオフ状態を維持するから、トランジスタＱ３、Ｑ４がオフ状態のままとなり、トランジスタＱ１のゲートもＨレベルに維持され、トランジスタＱ１から外部のＡＣ電源電力が平滑コンデンサＣ１側に出力されない。

この動作は、図２に示すように、ａ点の１００Ｖ未満の動作不可範囲である。

このように、本発明に係る電源装置は、接続された外部交流電源Ａの負荷側への供給をオフする第１のスイッチ部１と、その外部交流電源Ａが第１の電圧（１００Ｖ）以上の状態を遅延して検出する第１の検出部３と、この第１の検出部３の検出によってその第１のスイッチ部１をオン動作させてその外部交流電源Ａを負荷側に供給制御する第２のスイッチ部７と、その外部交流電源Ａの電圧がその第１の電圧（１００Ｖ）より大きい第２の電圧（２００Ｖ）以上の状態を遅延して検出する第２の検出部９と、この第２の検出部９の検出に基づきその第２のスイッチ部７による第１のスイッチ部１をオフ制御する第３のスイッチ部１３とを具備している。

そのため、第１、第２の検出部（ツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２）３、９を適当に設定すれば、誤って機器を定格と異なる１００Ｖ未満や２００Ｖ以上の外部交流電源に接続しても、過小又は過大な電源電圧が負荷側に供給されないから、機器内部の部品等を破損させ難く、過大な定格部品を使用する必要もなく、破損又は発熱の心配も少ない。

しかも、第１のスイッチ部１は、第２のスイッチ部７によるオン動作時以外はオフ状態にあり、第２の検出部９が外部交流電源電圧２００Ｖ以上の状態を遅延して検出するから、１００Ｖ仕様機器を２００Ｖ以上の外部交流電源Ａに接続しても、第１のスイッチ部１のオフ状態が維持された期間でそれを検出するから、過大な外部交流電源が負荷側に供給されず、上述した効果を得ることが可能である。

このように入力電圧により回路の状態を切り換えることが可能となり、予め設定された入力電圧の範囲で回路を動作させることができるから、使用する電子部品の電流や電圧スペックを限定させることが可能で、規定外の入力に対する電子部品の保護を考慮しなくて良くなるし、耐圧、絶縁対策も簡単にすることが可能である。

特に、本発明の電源装置では、第１のスイッチ部１の出力側の負荷としての平滑回路を形成する平滑コンデンサＣ１につき、過大な定格部品を使用する必要もないから、安価な部品の使用が可能で、コストを低く抑えることが可能である。第１のスイッチ部１を形成するトランジスタＱ１についても同様である。

また、本発明の電源装置における、第１および第２の電圧は交流１００Ｖや２００Ｖに限定されるものではなく、仕向地向けに任意に選定可能であり、これに合わせて第１、第２の検出部（ツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２）３、９を適当に設定すれば良い。

ところで、本発明の電源装置において、上述した第１〜第３のスイッチ部１、７、１３はトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３の構成に限定されないが、第１のスイッチ部１が第２のスイッチ部７によるオン動作時の他はオフ状態にある構成にすれば、誤って機器を定格以上の外部交流電源に接続しても、確実に機器内部の部品等を破損させ難いから好ましい。

さらに、第１、第２の検出部３、９も上述したツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２に限定されず、更に、時定数回路５、１１についても上述した抵抗およびコンデンサ回路に限定されず、任意の電子部品回路で実施可能である。

また、本発明における第１の電圧としての１００Ｖ、第２の電圧としての２００Ｖは、厳格な値ではなく、１〜２Ｖと言った若干の変動値を含むものである。

なお、本発明の電源装置は、画像形成装置に限らず、交流電源から電源を得る種々の電子機器用の電源装置に用いて好適する。

本発明に係る電源装置の実施の形態を示す回路図である。 本発明に係る電源装置の動作を説明する図である。

符号の説明

１ 第１のスイッチ部
３ 第１の検出部
５、１１ 時定数回路
７ 第２のスイッチ部
９ 第２の検出部
１３ 第３のスイッチ部
１５ 負荷
１７ 制御回路
Ａ 外部交流電源（外部電源）
Ｃ１ 平滑コンデンサ
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４ コンデンサ
Ｄ１ 整流部
Ｑ１ トランジスタ
Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４ トランジスタ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９ 抵抗
ＴＨ 抵抗
Ｔ トランス
Ｔ１ 一次側
Ｔ２ 二次側
ＺＤ１、ＺＤ２ ツェナーダイオード

Claims (5)

1. 接続された外部電源の負荷側への供給をオフする第１のスイッチ部と、
   前記外部電源が第１の電圧以上の状態であることを検出する第１の検出部と、
   この第１の検出部の検出によって前記第１のスイッチ部をオン動作させて前記外部電源を負荷側に供給制御する第２のスイッチ部と、
   前記外部電源の電圧が前記第１の電圧より大きい第２の電圧以上の状態であることを検出する第２の検出部と、
   この第２の検出部の検出によって前記第２のスイッチ部による前記第１のスイッチ部をオフ制御する第３のスイッチ部と、
   を具備することを特徴とする電源装置。
2. 前記第２の検出部は、前記第２の電圧以上の状態を遅延検出する請求項１記載の電源装置。
3. 前記第１のスイッチ部は、前記第２のスイッチ部によるオン動作時の他はオフ状態にある請求項１又は２記載の電源装置。
4. 前記負荷側は、前記外部電源の平滑回路である請求項１〜３いずれか１記載の電源装置。
5. 前記第１の電圧が交流１００Ｖであり、前記第２の電圧が交流２００Ｖである請求項１〜４いずれか１記載の電源装置。

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