JP2010115091A - 電源装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力負荷の変動に対応させて電源装置で生じる電力損失の増加を抑制する。
【解決手段】入力した交流電力を整流して出力する整流回路９１の出力側に配置される力率改善回路９Ａと、力率改善回路９Ａと並列に配置され、整流回路９１から出力された直流電圧を平滑化して出力する平滑回路９Ｂとを備え、平滑回路９Ｂを流れる電流値を電流検出部９４で検出し、検出された電流値に応じて力率改善回路９Ａを流れる電流をスイッチ制御回路９３が制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電源装置および画像形成装置に関する。

一般のプリンタや複写機等の画像形成装置では、各部に供給する電力の安定化を図り、高調波の発生を抑制し、力率を改善する力率改善回路（Power Factor Correction）を搭載した電源を使用するものが増えている。
例えば特許文献１には、交流入力電圧を力率改善回路を介して第１のスイッチング電源により第１の二次側電圧を出力する電源と、交流入力電圧を整流平滑して第２のスイッチング電源により第２の二次側電圧を出力する少なくとも２系統の電源を有する画像形成装置が記載されている。

特開２００６−３０４５３４号公報

ここで一般に、画像形成装置においては、例えば画像データの入力状況等に応じて、電源から電力供給される構成部が異なる複数の動作状態を設定して、装置の省電力化を図っている。ところが、力率改善回路を搭載した電源装置を使用する画像形成装置では、複数の動作状態それぞれでの電力負荷が異なってくることから、電源装置に生じる電力損失が何れかの動作状態にて増加する場合がある。
本発明は、電力負荷の変動に対応させて電源装置で生じる電力損失の増加を抑制することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、入力した交流電力を整流して出力する整流回路と、前記整流回路の出力側に配置され、当該整流回路に入力される交流電力の電流波形を正弦波状に制御するとともに当該整流回路から出力された直流電圧を平滑化して出力する力率改善回路と、前記整流回路の出力側に前記力率改善回路と並列に配置され、当該整流回路から出力された直流電圧を平滑化して出力する平滑回路と、前記平滑回路を流れる電流値を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段にて検出された前記電流値に応じて前記力率改善回路を流れる電流を制御する制御手段とを備えた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、前記制御手段は、前記電流検出手段が前記電流値の０からの立ち上がりを検知するのに対応させて前記力率改善回路に流れる電流をオンからオフに制御し、当該電流値の０への立ち下がりを検知するのに対応させて当該力率改善回路に流れる電流をオフからオンに切り換えるように制御することを特徴とする請求項１記載の電源装置である。
請求項３に記載の発明は、前記力率改善回路の出力側に接続された複数の出力電圧変換手段と、当該力率改善回路から一または複数の当該出力電圧変換手段への電力供給を停止する電力供給停止手段とをさらに備え、前記力率改善回路は、直流電圧を生成する直流電圧生成手段と、前記整流回路の出力から並列に分岐しインダクタンス素子を介して当該直流電圧生成手段に電流を供給する複数の電流経路と、当該インダクタンス素子各々に流れる電流をオンオフする複数のオンオフ設定手段と、複数の当該オンオフ設定手段を当該インダクタンス素子に流れる電流をオフさせるように設定するオフ設定手段とを有し、前記電力供給停止手段が一または複数の前記出力電圧変換手段への電力供給を停止した場合に、当該オフ設定手段が一または複数の当該オンオフ設定手段を当該インダクタンス素子の電流をオフさせるように設定することを特徴とする請求項１記載の電源装置である。
請求項４に記載の発明は、前記平滑回路の出力側に接続された出力電圧変換手段をさらに備えるとともに、当該平滑回路は、当該出力電圧変換手段への電力供給をオンオフ切換する電力供給切換手段を有し、前記制御手段は、前記電力供給切換手段が前記平滑回路から前記出力電圧変換手段への電力供給をオンに設定した場合に、前記力率改善回路を流れる電流を制御することを特徴とする請求項１記載の電源装置である。

請求項５に記載の発明は、画像情報に基づき用紙に画像を形成する機能を有する画像形成機能部と、前記画像形成機能部にて行われる画像形成に関連する機能を実行する複数の動作機能部と、前記画像形成機能部および前記動作機能部に電力を供給する電力供給部とを備え、前記電力供給部は、入力した交流電力を整流して出力する整流回路と、前記整流回路の出力側に配置され、当該整流回路に入力される交流電力の電流波形を正弦波状に制御するとともに当該整流回路から出力された直流電圧を平滑化して出力する力率改善回路と、前記整流回路の出力側に前記力率改善回路と並列に配置され、当該整流回路から出力された直流電圧を平滑化して出力する平滑回路と、前記平滑回路を流れる電流値を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段にて検出された前記電流値に応じて前記力率改善回路を流れる電流を制御する制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置である。

請求項６に記載の発明は、前記電力供給部の前記制御手段は、前記電流検出手段が前記電流値の０からの立ち上がりを検知するのに対応させて前記力率改善回路に流れる電流をオンからオフに制御し、当該電流値の０への立ち下がりを検知するのに対応させて当該力率改善回路に流れる電流をオフからオンに切り換えるように制御することを特徴とする請求項５記載の画像形成装置である。
請求項７に記載の発明は、前記画像形成機能部および前記動作機能部の動作状態を設定し、当該動作状態に応じて前記電力供給部から当該画像形成機能部および当該動作機能部に供給する電力を制御する制御機能部をさらに備え、前記電力供給部は、前記力率改善回路の出力側に接続された複数の力率側出力電圧変換手段と、当該力率側出力電圧変換手段への電力供給をオンオフ切換する力率側出力切換手段と、前記平滑回路の出力側に接続された平滑側出力電圧変換手段と、当該平滑側出力電圧変換手段への電力供給をオンオフ切換する平滑側出力切換手段と、前記制御機能部にて設定された前記動作状態に応じて当該力率側出力切換手段と当該平滑側出力切換手段とを制御する切換制御手段とをさらに有することを特徴とする請求項５記載の画像形成装置である。
請求項８に記載の発明は、前記電力供給部の前記制御手段は、前記切換制御手段が前記平滑側出力切換手段をオンに設定した場合に、前記力率改善回路を流れる電流を制御することを特徴とする請求項７記載の画像形成装置である。
請求項９に記載の発明は、前記電力供給部は、前記力率改善回路の出力側に接続された複数の出力電圧変換手段と、当該力率改善回路から一または複数の当該出力電圧変換手段への電力供給を停止する電力供給停止手段とをさらに備え、前記力率改善回路は、直流電圧を生成する直流電圧生成手段と、前記整流回路の出力から並列に分岐しインダクタンス素子を介して当該直流電圧生成手段に電流を供給する複数の電流経路と、当該インダクタンス素子各々に流れる電流をオンオフする複数のオンオフ設定手段と、複数の当該オンオフ設定手段を当該インダクタンス素子に流れる電流をオフさせるように設定するオフ設定手段とを有し、前記制御機能部にて設定された前記動作状態に応じて当該オフ設定手段が一または複数の当該オンオフ設定手段を当該インダクタンス素子の電流をオフさせるように設定することを特徴とする請求項５記載の画像形成装置である。

本発明の請求項１によれば、本発明を採用しない場合に比べて、電力負荷の変動に対応させて電源装置で生じる電力損失の増加を抑制することができる。
本発明の請求項２によれば、本発明を採用しない場合に比べて、電源装置全体を稼働状態に設定した際の電力損失の増加を抑制することができる。
本発明の請求項３によれば、本発明を採用しない場合に比べて、電源装置が低負荷状態にある場合の電力損失の増加を抑制することができる。
本発明の請求項４によれば、本発明を採用しない場合に比べて、電源装置の電力負荷が大きな場合の電力損失の増加を抑制することができる。

本発明の請求項５によれば、本発明を採用しない場合に比べて、画像形成装置に設定される電力負荷の異なる各動作状態における電源装置で生じる電力損失の増加を抑制することができる。
本発明の請求項６によれば、本発明を採用しない場合に比べて、画像形成装置を稼働状態に設定した際の電力損失の増加を抑制することができる。
本発明の請求項７によれば、画像形成装置の動作状態に応じて異なる電圧を供給することができる。
本発明の請求項８によれば、本発明を採用しない場合に比べて、電源装置の電力負荷が大きな場合の電力損失の増加を抑制することができる。
本発明の請求項９によれば、本発明を採用しない場合に比べて、電源装置が低負荷状態にある場合の電力損失の増加を抑制することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
〈画像形成装置の全体説明〉
図１は本実施の形態の電源装置が適用される画像形成装置１の全体構成の一例を示した図である。図１に示す画像形成装置１は、各色の画像データ（画像情報）に基づき画像形成を行う画像形成機能部の一例としての画像形成ユニット２、原稿上の画像を読み取って画像データを生成し画像形成ユニット２に送る動作機能部の一例としての画像読取ユニット３を備えている。また、ユーザからの操作入力の受付やユーザに対する各種情報の表示を行う動作機能部の一例としてのユーザインターフェース（ＵＩ）ユニット４、例えば公衆電話回線を介して画像情報の送受信を行う動作機能部の一例としてのファクシミリ（ＦＡＸ）ユニット５を備えている。

さらに、画像形成装置１は、画像形成ユニット２（画像形成装置本体）に例えば外付けで接続され、画像形成ユニット２に複数の異なる種類の用紙を供給する動作機能部の一例としてのトレイユニット６、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）やフラッシュメモリ等で構成される外部記憶装置であるメモリユニット７を備えている。
また、画像形成装置１は、画像形成装置１全体の動作や通信回線を介した通信等を制御する制御機能部の一例としてのシステム制御ユニット８を備えている。さらには、各部に電力を供給する電源装置および電力供給部の一例としての電力供給ユニット９を備えている。

〈画像形成ユニットの説明〉
図１に示すように、画像形成ユニット２は、一定の間隔を置いて並列的に配置された４つの画像形成モジュール３０Ｙ,３０Ｍ,３０Ｃ,３０Ｋ（以下、画像形成モジュール３０）を備えている。各画像形成モジュール３０には、構成要素の一例である画像形成機構部として、静電潜像を形成してトナー像を保持する感光体ドラム３１、感光体ドラム３１の表面を帯電する帯電器３２、帯電器３２によって帯電された感光体ドラム３１を画像データに基づいて露光する露光器３３、感光体ドラム３１上に形成された静電潜像を現像する現像器３４、転写後の感光体ドラム３１表面を清掃するクリーナ３５が配置されている。
そして、各画像形成モジュール３０は、それぞれがイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナー像を形成する。

さらに、画像形成ユニット２は、画像形成機構部として、各画像形成モジュール３０の感光体ドラム３１にて形成された各色トナー像が多重転写される中間転写ベルト３６、各画像形成モジュール３０による各色トナー像を中間転写ベルト３６に順次転写（一次転写）する一次転写ロール３７、中間転写ベルト３６上に転写された重畳トナー像を記録材（記録紙）である用紙に一括転写（二次転写）する二次転写ロール３８、二次転写されたトナー画像を用紙に定着する定着器３９を備えている。
また、画像形成ユニット２は、用紙を収容する用紙収容容器４１を備えている。さらには、用紙収容容器４１から用紙を用紙搬送経路Ｒ１に繰り出す給紙機構部４２、用紙収容容器４１やトレイユニット６からの用紙搬送経路Ｒ１や両面印刷時に使用する両面搬送路Ｒ２、手差し用紙収容容器４５からの用紙搬送経路Ｒ３に沿って用紙を搬送する用紙搬送機構部４３を備えている。
そして、画像形成ユニット２は、システム制御ユニット８による制御の下で、画像読取ユニット３からの画像データ（画像情報）、システム制御ユニット８が通信手段（後段図２の外部ＬＡＮ１１）を介して取得した印刷ジョブデータ（画像情報）、ＦＡＸユニット５にて受信したファクシミリデータ（画像情報）、メモリユニット７に記憶された画像データ（画像情報）に基づいて、用紙収容容器４１や手差し用紙収容容器４５やトレイユニット６に収容された用紙に画像を形成する。

〈画像形成装置の制御系統および電力供給系統の説明〉
次の図２は、図１に示した画像形成装置１の制御系統と電力供給系統とを説明する図である。本実施の形態では、画像形成ユニット２、画像読取ユニット３、ＵＩユニット４、ＦＡＸユニット５、トレイユニット６、メモリユニット７、システム制御ユニット８、および電力供給ユニット９の各ユニットは、ユニット相互間の通信を実現する１本のバスである機内ＬＡＮ（Local Area Network）１０に接続されている。そして、各ユニットは、この機内ＬＡＮ１０を介してシステム制御ユニット８やその他の各ユニットから送信（ブロードキャスト）される制御信号を受信して、受信した制御信号に対応した処理を実行する。

システム制御ユニット８は、画像形成装置１全体の動作や通信回線を介した通信等を制御する。
すなわち、システム制御ユニット８は、外部ＬＡＮ１１を介して外部機器から送信される信号を受信して、外部機器から自身に向けた印刷ジョブデータを機内ＬＡＮ１０を介して画像形成ユニット２やメモリユニット７に送る。
また、システム制御ユニット８が機内ＬＡＮ１０を介して各ユニット（画像形成ユニット２、画像読取ユニット３、ＵＩユニット４、ＦＡＸユニット５、トレイユニット６、メモリユニット７、電力供給ユニット９）を統合的に制御する。このシステム制御ユニット８が行う制御機能の一つとして、画像形成装置１の電源モードの設定がある。システム制御ユニット８は、画像情報の取得状況に応じて、例えば（i）各ユニットを制御する制御部への制御電力（５Ｖ）だけを供給するスリープモード、（ii）制御電力（５Ｖ）と各ユニットの一部の機構部を稼働する稼働電力（１２Ｖ）とを供給するスタンバイモード、（iii）制御電力（５Ｖ）および各ユニットが機能する際に動作する各機構部を稼働する稼働電力（１２Ｖ,２４Ｖ）を供給するジョブモード等を画像形成装置１に設定して、画像形成装置１の動作状態を制御する。

その際に、画像形成装置１の各ユニット（画像形成ユニット２、画像読取ユニット３、ＵＩユニット４、ＦＡＸユニット５、トレイユニット６、メモリユニット７、システム制御ユニット８）には、電力供給ユニット９から出力される５Ｖの制御電力を供給する第１電力ライン１５と、電力供給ユニット９から出力される１２Ｖの稼働電力を供給する第２電力ライン１６と、電力供給ユニット９から出力される２４Ｖの稼働電力を供給する第３電力ライン１７とが接続されている。そして、システム制御ユニット８は、第１電力ライン１５と、第２電力ライン１６と、および第３電力ライン１７とを介して、電力供給ユニット９から各ユニットへの制御電力（５Ｖ）の供給・停止および各機構部への稼働電力（１２Ｖ,２４Ｖ）の供給・停止を制御する。

〈電力供給ユニットの回路構成の説明〉
次に、電力供給ユニット９の回路構成について説明する。
図３は、電力供給ユニット９の回路構成を示した図である。図３に示したように、本実施の形態の電力供給ユニット９は、商用電源ＰＷから供給される例えば交流電圧１００Ｖを全波整流する整流回路９１の出力端子側に、商用電源ＰＷから供給される入力電流の高調波を低減しながら直流電圧を平滑化して出力するインターリーブ方式の力率改善回路（ＰＦＣ：Power Factor Correction）９Ａと、整流回路９１から出力される直流電圧を平滑化して出力するコンデンサインプット方式の平滑回路９Ｂとが並列に接続されて構成されている。

力率改善回路９Ａの出力（出力端子Ｖｏｕｔ１）側には、力率改善回路９Ａから出力される直流電圧を例えば直流５Ｖの制御電力に変換して第１電力ライン１５に出力する出力電圧変換手段および力率側出力電圧変換手段の一例としての第１ＤＣ/ＤＣコンバータ９５と、力率改善回路９Ａから出力される直流電圧を例えば直流１２Ｖの稼働電力に変換して第２電力ライン１６に出力する出力電圧変換手段および力率側出力電圧変換手段の一例としての第２ＤＣ/ＤＣコンバータ９６とが接続されている。また、力率改善回路９Ａの出力端子Ｖｏｕｔ１と第２ＤＣ/ＤＣコンバータ９６との間には、第２ＤＣ/ＤＣコンバータ９６への電力供給をオンオフする電力供給停止手段および力率側出力切換手段の一例としての第３スイッチＳ３が接続されている。
平滑回路９Ｂの出力（出力端子Ｖｏｕｔ２）側には、平滑回路９Ｂから出力される直流電圧を例えば直流２４Ｖの稼働電力に変換して第３電力ライン１７に出力する出力電圧変換手段および平滑側出力電圧変換手段の一例としての第３ＤＣ/ＤＣコンバータ９７が接続されている。また、平滑回路９Ｂには、整流回路９１から平滑回路９Ｂへの電力供給をオンオフする電力供給切換手段および平滑側出力切換手段の一例としての第４スイッチＳ４が接続されている。

〈力率改善回路の説明〉
電力供給ユニット９に設けられた力率改善回路９Ａでは、整流回路９１に第１インダクタンス素子Ｌ１と第２インダクタンス素子Ｌ２とが並列に接続されている。すなわち、第１インダクタンス素子Ｌ１の一端と第２インダクタンス素子Ｌ２の一端とが整流回路９１のプラス側出力端子に接続されている。そして、第１インダクタンス素子Ｌ１の他端は、第１ダイオード素子Ｄ１のアノードに接続されるとともに、オンオフ設定手段を構成する第１トランジスタ（ＮチャネルＭＯＳトランジスタ）Ｑ１のドレインに接続されている。また、第２インダクタンス素子Ｌ２の他端は、第２ダイオード素子Ｄ２のアノードに接続されるとともに、オンオフ設定手段を構成する第２トランジスタ（ＮチャネルＭＯＳトランジスタ）Ｑ２のドレインに接続されている。
第１トランジスタＱ１および第２トランジスタＱ２のソースは、接地端子ＧＮＤに接続されている。また、第１トランジスタＱ１のゲートは、オフ設定手段を構成する第１スイッチＳ１を介してオンオフ設定手段を構成するＰＦＣ制御回路９２に接続されている。一方、第２トランジスタＱ２のゲートは、オフ設定手段を構成する第２スイッチＳ２を介してオンオフ設定手段を構成するＰＦＣ制御回路９２に接続されている。

第１ダイオード素子Ｄ１および第２ダイオード素子Ｄ２のカソードは、ともに力率改善回路９Ａの出力端子Ｖｏｕｔ１に接続されている。出力端子Ｖｏｕｔ１と接地端子ＧＮＤとの間には、直流電圧生成手段の一例としての第１容量素子Ｃ１が接続されている。さらに、出力端子Ｖｏｕｔ１と接地端子ＧＮＤとの間には、第１抵抗素子Ｒ２と第２抵抗素子Ｒ３とが直列に接続され、第１抵抗素子Ｒ２と第２抵抗素子Ｒ３とで分圧された電圧を出力する端子ＮがＰＦＣ制御回路９２に接続されている。
そして、ＰＦＣ制御回路９２は、端子Ｎの電圧値をＰＦＣ制御回路９２の内部で生成した三角波と比較して、第１トランジスタＱ１および第２トランジスタＱ２のゲートに供給する電圧（ゲート電圧）を個別に制御する。

本実施の形態の力率改善回路９Ａにおいては、第１トランジスタＱ１がオンの間に第１インダクタンス素子Ｌ１にエネルギを蓄積し、第１トランジスタＱ１がオフの間にこの蓄積したエネルギを出力電流として第１ダイオード素子Ｄ１を介して第１容量素子Ｃ１に供給する。さらに、第２トランジスタＱ２がオンの間に第２インダクタンス素子Ｌ２にエネルギを蓄積し、第２トランジスタＱ２がオフの間にこの蓄積したエネルギを出力電流として第２ダイオード素子Ｄ２を介して第１容量素子Ｃ１に供給する。このようにして第１容量素子Ｃ１に出力電流を供給することで、出力端子Ｖｏｕｔ１に直流電圧が生成される。また、第１トランジスタＱ１および第２トランジスタＱ２それぞれのデューティ比を調整することにより、出力端子Ｖｏｕｔ１に生成される直流電圧を昇圧する。

本実施の形態の力率改善回路９Ａにおいては、第１インダクタンス素子Ｌ１を通る電流経路および第２インダクタンス素子Ｌ２を通る電流経路の２つを形成している。それにより、複数（２つ）の電流経路それぞれを流れる電流（Ｉ１）および電流（Ｉ２）の大きさが減少するので、第１トランジスタＱ１および第２トランジスタＱ２として定格電流の小さなトランジスタが使用される。
また、力率改善回路９Ａに設けられたＰＦＣ制御回路９２では、第１トランジスタＱ１および第２トランジスタＱ２のゲートに供給するゲート電圧を制御して、第１トランジスタＱ１および第２トランジスタＱ２のスイッチングの位相を相互にずらす所謂「インターリーブ動作」を行う。そして、第１トランジスタＱ１および第２トランジスタＱ２をインターリーブ動作させる際のスイッチングは、商用電源ＰＷから整流回路９１に供給される電力の入力電圧値が正から負、または負から正へと反転するゼロクロス点を基準にして行う。それによって、第１トランジスタＱ１および第２トランジスタＱ２のスイッチングのタイミングが商用電源ＰＷからの入力電圧のゼロクロス点に同期される。それにより、商用電源ＰＷから整流回路９１への入力電力の位相とともに、商用電源ＰＷから整流回路９１への入力電流（Ｉ５）の波形が調整され、入力電流Ｉ５のリップル成分△Ｉが低減される。その結果として、電力供給ユニット９にて発生する高調波ノイズが低減される。

〈力率改善回路での各種スイッチのオンオフに関する説明〉
また、本実施の形態の力率改善回路９Ａでは、画像形成装置１に設定される電源モードに応じて、第１スイッチＳ１または第２スイッチＳ２をオンオフ制御する。すなわち、電力供給ユニット９に設けられた制御手段の一例であり、オフ設定手段を構成するスイッチ制御回路９３は、システム制御ユニット８から電源モードの設定を指示する制御信号（電源モード制御信号）を取得する。そして、スイッチ制御回路９３は、システム制御ユニット８からの電源モード制御信号に基づき、ＰＦＣ制御回路９２から第１トランジスタＱ１のゲートに供給するゲート電圧のオンオフを第１スイッチＳ１により制御し、またＰＦＣ制御回路９２から第２トランジスタＱ２のゲートに供給するゲート電圧のオンオフを第２スイッチＳ２により制御する。
さらには、スイッチ制御回路９３は、システム制御ユニット８からの電源モード制御信号に基づき、力率改善回路９Ａの出力端子Ｖｏｕｔ１から第２ＤＣ/ＤＣコンバータ９６への電力供給をオンオフする第３スイッチＳ３、および整流回路９１から平滑回路９Ｂへの電力供給をオンオフする第４スイッチＳ４を制御する。この場合のスイッチ制御回路９３は、電力供給停止手段または電力供給切換手段または切換制御手段としても機能する。

上記したように、電力供給ユニット９においては、商用電源ＰＷから整流回路９１への入力電流Ｉ５は、力率改善回路９Ａにより高調波ノイズが低減される。ところが、力率改善回路９Ａでは第１インダクタンス素子Ｌ１や第２インダクタンス素子Ｌ２等の素子に電流を流すために、それらの素子においてエネルギ（電力）の損失（電力損失）も生じる。そのため、システム制御ユニット８にて設定された電源モードが例えば消費電力の小さい制御部への制御電力（５Ｖ）だけを供給するスリープモードであった場合には、力率改善回路９Ａでの電力の損失量が相対的に大きくなる傾向が生じる。

そこで、例えば画像形成装置１にスリープモードが設定された場合には、第２ＤＣ/ＤＣコンバータ９６を動作させる必要がないので、スイッチ制御回路９３は、まず第３スイッチＳ３をオフして第２ＤＣ/ＤＣコンバータ９６への電力供給を停止する。それとともに、スイッチ制御回路９３は、第１スイッチＳ１または第２スイッチＳ２の何れか一方をオフする。例えば、第２スイッチＳ２をオフすると、第２トランジスタＱ２のゲートにゲート電圧が供給されず、第２トランジスタＱ２はオフに設定される。第２トランジスタＱ２がオフの状態では、整流回路９１のプラス側出力端子の電位より、第１容量素子Ｃ１のプラス端子の電位が高いので、電流Ｉ２＝０となり、第２インダクタンス素子Ｌ２において電力損失は生じない。そのため、力率改善回路９Ａでの電力損失は第１インダクタンス素子Ｌ１だけで発生し、かつ第２トランジスタＱ２のドライブ損失がないので、力率改善回路９Ａでの電力損失が低減される。
一方、この場合には、力率改善回路９Ａから第１ＤＣ/ＤＣコンバータ９５へ供給される電力は、第１インダクタンス素子Ｌ１に蓄積されたエネルギを受け取った第１容量素子Ｃ１の電力だけとなる。しかし、制御電力を供給する第１ＤＣ/ＤＣコンバータ９５の電力負荷は小さいため、第１インダクタンス素子Ｌ１からのエネルギだけを蓄えた第１容量素子Ｃ１の電力によっても、第１ＤＣ/ＤＣコンバータ９５で賄われる電力に充分に対応可能である。

また、この場合に、整流回路９１（さらには商用電源ＰＷ）から力率改善回路９Ａへの入力電流Ｉ３は、第１インダクタンス素子Ｌ１を通る電流経路を流れる電流Ｉ１と等しく（Ｉ３＝Ｉ１）なる。そのため、そのリップル成分△Ｉは、第１インダクタンス素子Ｌ１を通る電流経路および第２インダクタンス素子Ｌ２を通る電流経路の２つを用いる場合に比べて大きくはなるが、電力供給ユニット９にて発生する高調波ノイズは、力率改善回路９Ａを用いない場合と比べて低減される。なお、画像形成装置１にスリープモードが設定された場合には、平滑回路９Ｂの第４スイッチＳ４もオフされるので、商用電源ＰＷから整流回路９１への入力電流Ｉ５＝Ｉ３＝Ｉ１となる。そのため、商用電源ＰＷから整流回路９１への入力電流Ｉ５の高調波ノイズが低減される。

次に、例えば画像形成装置１に設定された電源モードが例えば消費電力の比較的大きなスタンバイモードであった場合には、第２ＤＣ/ＤＣコンバータ９６を動作させる必要があるので、スイッチ制御回路９３は、第３スイッチＳ３をオンして第２ＤＣ/ＤＣコンバータ９６への電力供給を行う。それとともに、スイッチ制御回路９３は、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２をオンする。それにより、力率改善回路９Ａ全体で生成された電力を出力端子Ｖｏｕｔ１から第１ＤＣ/ＤＣコンバータ９５および第２ＤＣ/ＤＣコンバータ９６へ供給する。すなわち、その場合には、第１インダクタンス素子Ｌ１および第２インダクタンス素子Ｌ２からのエネルギを蓄えた第１容量素子Ｃ１の電力により、第１ＤＣ/ＤＣコンバータ９５および第２ＤＣ/ＤＣコンバータ９６で賄われる電力に充分に対応可能な設定が構成される。

ここで図４は、（ａ）スタンバイモードが設定された場合の整流回路９１から力率改善回路９Ａへの入力電流Ｉ３と、（ｂ）スリープモードが設定された場合の整流回路９１から力率改善回路９Ａへの入力電流Ｉ３とを示した図である。図４（ａ）に示したように、スタンバイモードが設定された場合には、整流回路９１からの入力電流Ｉ３は、第１インダクタンス素子Ｌ１を通る電流経路を流れる電流Ｉ１および第２インダクタンス素子Ｌ２を通る電流経路を流れる電流Ｉ２が合成されたものとなる。そのため、電流Ｉ３の波形は、そのリップル成分△Ｉが低減される。
一方、図４（ｂ）に示したように、スリープモードが設定された場合には、整流回路９１からの入力電流Ｉ３は、例えば第１インダクタンス素子Ｌ１を通る電流経路を流れる電流Ｉ１だけとなる。そのため、入力電流Ｉ３の波形は、そのリップル成分△Ｉは大きくなるが、電力供給ユニット９にて発生する高調波ノイズは、力率改善回路９Ａを用いない場合と比べて低減される。また、この場合には、力率改善回路９Ａでの電力損失が低減される。さらには、スリープモードでは電力負荷は小さいため、第１インダクタンス素子Ｌ１からのエネルギを蓄えた第１容量素子Ｃ１の電力により、第１ＤＣ/ＤＣコンバータ９５で賄われる電力に充分に対応可能である。

なお、スリープモードが設定された場合に、第２スイッチＳ２に代えて、第１スイッチＳ１をオフしてもよい。第１スイッチＳ１をオフする場合にも、同様に、力率改善回路９Ａでの電力損失が低減される。また、第１ＤＣ/ＤＣコンバータ９５の電力負荷は小さいため、第２インダクタンス素子Ｌ２からのエネルギを蓄えた第１容量素子Ｃ１の電力により、第１ＤＣ/ＤＣコンバータ９５で賄われる電力に充分に対応可能である。
また、本実施の形態の電力供給ユニット９においては、力率改善回路９Ａに第１インダクタンス素子Ｌ１を通る電流経路と第２インダクタンス素子Ｌ２を通る電流経路とを形成したが、さらにこれらに並列させて３つ以上の電流経路を形成した構成を採用してもよい。その場合には、スリープモードが設定された際に、ｎ個の並列した電流経路の中の（ｎ−１）個以下の電流経路において、電流の流れを停止状態に設定することとなる。

〈平滑回路の説明〉
次に、整流回路９１のプラス出力端子側に力率改善回路９Ａと並列に接続されたコンデンサインプット方式の平滑回路９Ｂについて説明する。
本実施の形態の平滑回路９Ｂは、上記の図３に示したように、整流回路９１のプラス側出力端子に第３ダイオード素子Ｄ３のアノードが接続されている。そして、第３ダイオード素子Ｄ３のカソードは、平滑回路９Ｂの出力端子Ｖｏｕｔ２に接続される。さらに、出力端子Ｖｏｕｔ２と接地端子ＧＮＤとの間には、直流電圧生成手段の一例としての第２容量素子Ｃ２が接続されている。
また、第３ダイオード素子Ｄ３のカソード側には平滑回路９Ｂを流れる電流値を検出する電流検出手段の一例としての電流検出部９４が接続されている。
さらには、整流回路９１のプラス側出力端子と第３ダイオード素子Ｄ３のアノードとの間には、上記したように、整流回路９１から平滑回路９Ｂへの電力供給をオンオフする電力供給切換手段および平滑側出力切換手段の一例としての第４スイッチＳ４が接続されている。

そして、本実施の形態の平滑回路９Ｂにおいては、画像形成装置１に設定された電源モードが例えば消費電力の大きなジョブモード以外のスタンバイモードやスリープモードであった場合には、スイッチ制御回路９３は、第４スイッチＳ４をオフに設定する。すなわち、スタンバイモードやスリープモードが設定された場合には、第３ＤＣ/ＤＣコンバータ９７から２４Ｖの稼働電力を第３電力ライン１７に出力する必要はないので、第４スイッチＳ４をオフに設定し、第３ＤＣ/ＤＣコンバータ９７への電力供給を停止状態に設定する。
一方、システム制御ユニット８にてジョブモードが設定された場合には、スイッチ制御回路９３は、第４スイッチＳ４をオンに設定して、第３ＤＣ/ＤＣコンバータ９７への電力供給を行う。

その場合に、第４スイッチＳ４がオンに設定され、整流回路９１から平滑回路９Ｂに電力が供給された場合には、平滑回路９Ｂへの入力電流Ｉ４は、高調波を含んだ電流となる。そのため、通常は、商用電源ＰＷから整流回路９１への入力電流Ｉ５に高調波ノイズが発生する。しかし、その一方で、平滑回路９Ｂは、電流が流れる素子としては第３ダイオード素子Ｄ３だけが配置されているので、平滑回路９Ｂでの電力損失は少ないという利点を有している。
そこで、本実施の形態の電力供給ユニット９においては、画像形成装置１の電源モードがジョブモードに設定された場合に、平滑回路９Ｂに高調波が流れる期間を電流検出手段の一例である電流検出部９４で検出する。そして、この期間の間において、制御手段の一例であるスイッチ制御回路９３は、力率改善回路９Ａの第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２の双方をオフに設定して、力率改善回路９Ａに流れる電流を停止させる。それにより、平滑回路９Ｂが有する電力損失が少ないという利点が活用され、ジョブモード設定時での電力供給ユニット９全体としての電力利用効率を向上させる。それとともに、整流回路９１（さらには商用電源ＰＷ）に流れる電流の高調波ノイズが低減される。

次の図５は、画像形成装置１にジョブモードが設定された場合にスイッチ制御回路９３が各スイッチのオンオフ制御を行う際の処理内容の一例を示すフローチャートである。また、図６は、スイッチ制御回路９３が各スイッチのオンオフ制御を行った際の力率改善回路９Ａへの入力電流および平滑回路９Ｂへの入力電流等の概略波形を示した図である。
図５に示したように、電力供給ユニット９がシステム制御ユニット８からジョブモードを設定する電源モード制御信号を取得すると（Ｓ１０１）、電力供給ユニット９のスイッチ制御回路９３は、平滑回路９Ｂに設けられた第４スイッチＳ４をオンに設定し、力率改善回路９Ａに設けられた第３スイッチＳ３をオンに設定する（Ｓ１０２）。
それにより、整流回路９１から力率改善回路９Ａには、図６（ａ）に示したような入力電流Ｉ３が供給される。この入力電流Ｉ３は、上記したように、第１インダクタンス素子Ｌ１を通る電流経路での電流Ｉ１と第２インダクタンス素子Ｌ２を通る電流経路での電流Ｉ２とが合成されたものである。
一方、整流回路９１から平滑回路９Ｂには、図６（ｂ）に示したような入力電流Ｉ４が供給される。平滑回路９Ｂには、第２容量素子Ｃ２を充電する際の高調波からなる入力電流Ｉ４が流れる。

スイッチ制御回路９３は、平滑回路９Ｂに設けられた電流検出部９４が平滑回路９Ｂへの入力電流Ｉ４の０Ｖからの立ち上がり（図６（ｂ）のＴ１）を検出するのを待機する（Ｓ１０３）。そして、電流検出部９４が入力電流Ｉ４の立ち上がり（図６（ｂ）のＴ１）を検出すると（Ｓ１０３でＹｅｓ）、スイッチ制御回路９３は、力率改善回路９Ａの第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２の双方をオフ（ＯＦＦ）に設定する（Ｓ１０４）。それにより、力率改善回路９Ａへの入力電流Ｉ３は０となる（図６（ａ）参照）。
引き続いて、スイッチ制御回路９３は、電流検出部９４が平滑回路９Ｂへの入力電流Ｉ４の０Ｖへの立ち下がり（図６（ｂ）のＴ２）を検出するのを待機する（Ｓ１０５）。そして、電流検出部９４が入力電流Ｉ４の立ち下がり（図６（ｂ）のＴ２）を検出すると（Ｓ１０５でＹｅｓ）、スイッチ制御回路９３は、力率改善回路９Ａの第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２の双方をオン（ＯＮ）に設定する（Ｓ１０６）。それにより、力率改善回路９Ａへの入力電流Ｉ３は再びＩ１＋Ｉ２となる（図６（ａ）参照）。
そして、ジョブモードが設定された状態が継続される間、スイッチ制御回路９３は、ステップ１０３からステップ１０６の処理を繰り返す。

このように、スイッチ制御回路９３が平滑回路９Ｂへの入力電流Ｉ４の立ち上がりおよび立ち下がりに応じて第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２のオンオフを制御することで、平滑回路９Ｂへの入力電流Ｉ４が立ち上がる（図６（ｂ）のＴ１）までは、商用電源ＰＷから入力される入力電流Ｉ５は、力率改善回路９Ａへの入力電流Ｉ３となる。すなわち、Ｉ５＝Ｉ３となる。一方、入力電流Ｉ４が立ち上がって（図６（ｂ）のＴ１）から立ち下がる（図６（ｂ）のＴ２）までは、商用電源ＰＷからの入力電流Ｉ５は、平滑回路９Ｂへの入力電流Ｉ４となる。すなわち、Ｉ５＝Ｉ４となる。さらに、入力電流Ｉ４が立ち下がった（図６（ｂ）のＴ２）後は、商用電源ＰＷからの入力電流Ｉ５は、再び力率改善回路９Ａへの入力電流Ｉ３となる。すなわち、Ｉ５＝Ｉ３となる。
ここで、図６（ｃ）は、力率改善回路９Ａへの入力電流Ｉ３と平滑回路９Ｂへの入力電流Ｉ４とを合成した合成電流波形を示したものである。スイッチ制御回路９３が図５のフローチャートで示すように第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２のオンオフを制御することで、商用電源ＰＷから入力される入力電流Ｉ５は、図６（ｃ）の合成電流波形と同様な図６（ｄ）に示すような入力電流波形の電流となる。
それにより、平滑回路９Ｂへの入力電流Ｉ４の立ち上がり（図６（ｂ）のＴ１）から立ち下がり（図６（ｂ）のＴ２）までは、平滑回路９Ｂが有する電力損失が少ないという利点が活用され、ジョブモード設定時での電力供給ユニット９全体としての電力利用効率を向上させる。また、商用電源ＰＷから入力される入力電流Ｉ５は、力率改善回路９Ａへの入力電流Ｉ３と平滑回路９Ｂへの入力電流Ｉ４とが合成されるので、図６（ｄ）に示したように、高調波ノイズが低減されることとなる。

以上説明したように、本実施の形態の画像形成装置１では、電源装置の一例としての電力供給ユニット９に力率改善回路９Ａと平滑回路９Ｂとを並列に配置している。そして、画像形成装置１に設定される動作状態（電源モード）に応じて、力率改善回路９Ａおよび平滑回路９Ｂに流れる電流状態を制御する。それにより、画像形成装置１に設定されるスリープモード、スタンバイモード、ジョブモード等といった動作状態各々にて電力供給ユニット９で生じる電力損失の増加を抑制する。

本実施の形態の電源装置が適用される画像形成装置の全体構成の一例を示した図である。 画像形成装置の制御系統と電力供給系統とを説明する図である。 電力供給ユニットの回路構成を示した図である。 （ａ）スタンバイモードが設定された場合の整流回路から力率改善回路への入力電流と、（ｂ）スリープモードが設定された場合の整流回路から力率改善回路への入力電流とを示した図である。 ジョブモードが設定された場合にスイッチ制御回路が各スイッチのオンオフ制御を行う際の処理内容の一例を示すフローチャートである。 スイッチ制御回路が各スイッチのオンオフ制御を行った際の力率改善回路への入力電流および平滑回路への入力電流等の概略波形を示した図である。

符号の説明

１…画像形成装置、２…画像形成ユニット、３…画像読取ユニット、４…ユーザインターフェース（ＵＩ）ユニット、５…ファクシミリ（ＦＡＸ）ユニット、６…トレイユニット、７…メモリユニット、８…システム制御ユニット、９…電力供給ユニット、９Ａ…力率改善回路（ＰＦＣ：Power Factor Correction）、９Ｂ…平滑回路、９１…整流回路、９２…ＰＦＣ制御回路、９３…スイッチ制御回路、９４…電流検出部、９５…第１ＤＣ/ＤＣコンバータ、９６…第２ＤＣ/ＤＣコンバータ、９７…第３ＤＣ/ＤＣコンバータ

Claims (9)

1. 入力した交流電力を整流して出力する整流回路と、
   前記整流回路の出力側に配置され、当該整流回路に入力される交流電力の電流波形を正弦波状に制御するとともに当該整流回路から出力された直流電圧を平滑化して出力する力率改善回路と、
   前記整流回路の出力側に前記力率改善回路と並列に配置され、当該整流回路から出力された直流電圧を平滑化して出力する平滑回路と、
   前記平滑回路を流れる電流値を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段にて検出された前記電流値に応じて前記力率改善回路を流れる電流を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする電源装置。
2. 前記制御手段は、前記電流検出手段が前記電流値の０からの立ち上がりを検知するのに対応させて前記力率改善回路に流れる電流をオンからオフに制御し、当該電流値の０への立ち下がりを検知するのに対応させて当該力率改善回路に流れる電流をオフからオンに切り換えるように制御することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 前記力率改善回路の出力側に接続された複数の出力電圧変換手段と、当該力率改善回路から一または複数の当該出力電圧変換手段への電力供給を停止する電力供給停止手段とをさらに備え、
   前記力率改善回路は、直流電圧を生成する直流電圧生成手段と、前記整流回路の出力から並列に分岐しインダクタンス素子を介して当該直流電圧生成手段に電流を供給する複数の電流経路と、当該インダクタンス素子各々に流れる電流をオンオフする複数のオンオフ設定手段と、複数の当該オンオフ設定手段を当該インダクタンス素子に流れる電流をオフさせるように設定するオフ設定手段とを有し、前記電力供給停止手段が一または複数の前記出力電圧変換手段への電力供給を停止した場合に、当該オフ設定手段が一または複数の当該オンオフ設定手段を当該インダクタンス素子の電流をオフさせるように設定することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
4. 前記平滑回路の出力側に接続された出力電圧変換手段をさらに備えるとともに、当該平滑回路は、当該出力電圧変換手段への電力供給をオンオフ切換する電力供給切換手段を有し、
   前記制御手段は、前記電力供給切換手段が前記平滑回路から前記出力電圧変換手段への電力供給をオンに設定した場合に、前記力率改善回路を流れる電流を制御することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
5. 画像情報に基づき用紙に画像を形成する機能を有する画像形成機能部と、
   前記画像形成機能部にて行われる画像形成に関連する機能を実行する複数の動作機能部と、
   前記画像形成機能部および前記動作機能部に電力を供給する電力供給部とを備え、
   前記電力供給部は、
   入力した交流電力を整流して出力する整流回路と、
   前記整流回路の出力側に配置され、当該整流回路に入力される交流電力の電流波形を正弦波状に制御するとともに当該整流回路から出力された直流電圧を平滑化して出力する力率改善回路と、
   前記整流回路の出力側に前記力率改善回路と並列に配置され、当該整流回路から出力された直流電圧を平滑化して出力する平滑回路と、
   前記平滑回路を流れる電流値を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段にて検出された前記電流値に応じて前記力率改善回路を流れる電流を制御する制御手段と
   を有することを特徴とする画像形成装置。
6. 前記電力供給部の前記制御手段は、前記電流検出手段が前記電流値の０からの立ち上がりを検知するのに対応させて前記力率改善回路に流れる電流をオンからオフに制御し、当該電流値の０への立ち下がりを検知するのに対応させて当該力率改善回路に流れる電流をオフからオンに切り換えるように制御することを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
7. 前記画像形成機能部および前記動作機能部の動作状態を設定し、当該動作状態に応じて前記電力供給部から当該画像形成機能部および当該動作機能部に供給する電力を制御する制御機能部をさらに備え、
   前記電力供給部は、前記力率改善回路の出力側に接続された複数の力率側出力電圧変換手段と、当該力率側出力電圧変換手段への電力供給をオンオフ切換する力率側出力切換手段と、前記平滑回路の出力側に接続された平滑側出力電圧変換手段と、当該平滑側出力電圧変換手段への電力供給をオンオフ切換する平滑側出力切換手段と、前記制御機能部にて設定された前記動作状態に応じて当該力率側出力切換手段と当該平滑側出力切換手段とを制御する切換制御手段とをさらに有することを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
8. 前記電力供給部の前記制御手段は、前記切換制御手段が前記平滑側出力切換手段をオンに設定した場合に、前記力率改善回路を流れる電流を制御することを特徴とする請求項７記載の画像形成装置。
9. 前記電力供給部は、前記力率改善回路の出力側に接続された複数の出力電圧変換手段と、当該力率改善回路から一または複数の当該出力電圧変換手段への電力供給を停止する電力供給停止手段とをさらに備え、
   前記力率改善回路は、直流電圧を生成する直流電圧生成手段と、前記整流回路の出力から並列に分岐しインダクタンス素子を介して当該直流電圧生成手段に電流を供給する複数の電流経路と、当該インダクタンス素子各々に流れる電流をオンオフする複数のオンオフ設定手段と、複数の当該オンオフ設定手段を当該インダクタンス素子に流れる電流をオフさせるように設定するオフ設定手段とを有し、前記制御機能部にて設定された前記動作状態に応じて当該オフ設定手段が一または複数の当該オンオフ設定手段を当該インダクタンス素子の電流をオフさせるように設定することを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。

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