JP2011254592A - 電流共振電源 - Google Patents

Abstract

【課題】 電流共振電源における一次側の過電流を防止する。
【解決手段】 トランスとトランスの一次側のスイッチング素子との間に電圧検知回路を設けて低電圧を検知する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電流共振方式の電源装置に関する。

商用電源から入力される交流電圧（以下、ＡＣ入力電圧）を、整流及び平滑した電圧をスイッチング素子でスイッチングして絶縁型のトランスを介して、安定したＤＣ電圧を出力する電源装置の一例として電流共振方式のスイッチング電源が知られている。

この電流共振方式のスイッチング電源では、一般的に、商用電源からのＡＣ入力電圧の低下を検知するための低電圧検知回路が付加されている。この低電圧検知回路の目的は主に以下の２点である。

第一の目的は、スイッチング素子としてのＦＥＴ、トランス、電流共振用のコンデンサ等の素子を、過電流状態から保護することである。商用電源からの入力ＡＣ電圧が低いほど、トランスの二次側からの出力を一定に維持するために、ＦＥＴのオン時間が長くなるように動作してトランスの一次側の電流が高くなって一次側が過電流状態になる可能性がある。トランスの一次側が過電流状態になると一次側のＦＥＴを含む回路部品が定格（耐圧）を超えて破壊する懸念があり、この過電流状態を検知して動作を停止する等して一次側の回路部品を保護する必要がある。

第二の目的は、スイッチング素子としての２つのＦＥＴに流れる貫通電流を防止するためである。貫通電流とは、ＡＣ入力電圧が低くなり、トランスの二次側からの出力を一定に維持するために、ＦＥＴのオン時間が長くなることにより生じる。ＦＥＴのオン時間が長い場合には、ＦＥＴがオフした後に、オフしたＦＥＴの逆回復電流が発生するため貫通電流が流れる。

なお、電流共振方式のスイッチング電源における低電圧検知方式としては、商用電源からのＡＣ入力電圧を整流平滑後の電圧を分圧した電圧を電源制御ＩＣで検知する方式を採用している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−００６６１４号公報

しかしながら、従来のスイッチング電源における低電圧検知方式では、低電圧検知を行うために、入力ＡＣ電圧の整流平滑後の電圧を分圧して検知するための分圧抵抗を用いている。この分圧抵抗は、合成抵抗として、かつ、整流平滑のための一次平滑コンデンサの＋端子を電圧源として電源が停止状態の場合も通常動作状態の場合も電力を消費する。昨今、電子機器の省電力化が重要となっており、スイッチング電源においても省電力化が求められている。特に停止状態においては一層の省電力化が求められている。上記の従来の低電圧検知回路の構成では、分圧抵抗によって電力を消費しているため、省電力化を実現することは難しい。従って、本発明は、上記の点に鑑み、より省電力化を実現した電流共振方式のスイッチング電源を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の電流共振電源は、トランスと、前記トランスの一次巻線の一端と接続され、直列に配置された二つのスイッチング素子と、前記一次巻線の他端と接続された共振コンデンサと、前記二つのスイッチング素子を交互に動作することにより前記一次巻線と前記共振コンデンサを共振させて、前記トランスの二次巻線に交流電圧を誘起する電流共振電源であって、
前記一次巻線の一端と前記二つのスイッチング素子の間に接続され、前記トランスの一次側に入力される電圧を検知する電圧検知部を備え、前記電圧検知部により検知した電圧に基づき前記スイッチング素子の動作を制御することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、電流共振方式のスイッチング電源において省電力化を実現することが可能になる。

実施例１の電流共振電源の回路図 実施例２の電流共振電源の回路図 実施例３の電流共振電源の回路図 実施例３の電流共振電源で電源制御ＩＣを変更した場合の回路図 実施例４の電流共振電源の回路図 電流共振電源における電流共振回路動作を説明する図 電流共振電源におけるＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７のドレイン電流波形 電流共振電源における貫通電流が流れる場合の電流共振回動作を説明する図 貫通電流が流れる場合のＦＥＴ１０６と１０７のドレイン電流概要図 貫通電流を低減した場合のＦＥＴ１０６と１０７のドレイン電流概要図 本発明の電流共振電源を適用可能な画像形成装置の概略図

次に、上述した課題を解決するための本発明の具体的な構成について、以下に実施例に基づき説明する。なお、以下に示す実施例は一例であって、この発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１に本実施例における電流共振方式のスイッチング電源（以下、電流共振電源という）の回路図を示す。図中の各回路部品（素子）は以下のとおりである。

（図１の各回路部品の説明）
１０１：インレット、１０２：ヒューズ、１０３：コモンモードコイル
１０４：整流ダイオードブリッジ、１０５：一次平滑用のコンデンサ
１０６及び１０７；スイッチング素子としてのＦＥＴ
１０８：電流共振用のコンデンサ
１１０：電源制御ＩＣ
１１２：抵抗、１１３：ダイオード、１１４：コンデンサ、１１５：トランス、１１６：トランス１１５の一次巻線
１１８及び１１９：トランス１１５の二次巻線
１２０及び１２１：整流ダイオード
１２２：平滑用のコンデンサ、１２３：フォトカプラ、１２４：シャントレギュレータ、１２５及び１２６：レギュレーション用の抵抗
１２７：電圧出力部（端子）、１２８：電源に接続される負荷
２０２及び２０３；低電圧検知回路に使用する抵抗
１３１：電源制御ＩＣ１１０の電源を供給するスイッチとしてのトランジスタ
１３２：トランジスタ１３１を制御するフォトカプラ
３０１：電流共振電源部
１３３：電流共振電源部３０１を駆動及び停止させるためのコントロールユニット
５０１：常夜電源部（主要部の概略回路図）
この電流共振電源は、通常動作状態では電流共振電源部３０１と、常夜電源部５０１の両方が動作する。そして、省電力状態では、コントロールユニット１３３が電流共振電源部３０１の電源制御ＩＣへの電力の供給を停止することにより電流共振電源部３０１の動作を停止する、２コンバータ方式と呼ばれるの電源装置である。

（電流共振電源の動作）
次に、電流共振電源部３０１の動作を説明する。電源制御ＩＣ１１０は、電圧出力部１２７から出力する直流電圧が一定となるようにＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７の夫々のゲート端子に付与する制御信号のオン期間とオフ期間を制御している。このＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７はトランス１１６の一次巻線の一端（電源側）に直列に接続されて配置されおり、トランス１１６の一次巻線の他端には電流共振用のコンデンサ１０８が接続されている。また、電源制御ＩＣ１１０を駆動するための電源は、常夜電源部５０１のトランス５１１の補助巻線５１２からの電圧を抵抗１１２とダイオード１１３とコンデンサ１１４からなる整流平滑回路により整流平滑した電圧が供給される。また、この電源制御ＩＣ１１０の駆動用の電源は、コントロールユニット１３３によって、その動作及び停止が制御されている。

この構成において、電源制御ＩＣ１１０に電源が供給されると、電源制御ＩＣ１１０からＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７の各ゲート端子に制御信号が出力し、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７が交互にオン・オフ動作する。つまり、ＦＥＴ１０６がオンするとＦＥＴ１０７がオフし、ＦＥＴ１０７がオンするとＦＥＴ１０６がオフするように動作する。次に、一次平滑用のコンデンサ１０５の電圧がトランス１１５の一次巻線１１６に印加され、一次巻線１１６に交流電流が流れる。図６と図７を使用して、一次巻線１１６における交流電流の流れについて、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７のオン・オフ状態にあわせて説明する。

順序１：図６（ａ）の状態
図６（ａ）の状態は、ＦＥＴ１０６がオン状態、ＦＥＴ１０７がオフ状態である。この状態では、一次平滑用のコンデンサ１０５ → ＦＥＴ１０６ → トランス１１５の一次巻線１１６ → 電流共振用のコンデンサ１０８ → 一次平滑コンデンサ１０５という経路で電流が流れる。

順序２：図６（ｂ）の状態
図６（ａ）の状態から図６（ｂ）の状態に変わると、ＦＥＴ１０６がオフ状態、ＦＥＴ１０７がオフ状態となる。この状態では、ＦＥＴ１０６がオン状態からオフ状態になっても、トランス１１５の一次巻線１１６を流れる電流を維持するように働き、トランス１１５の一次巻線１１６→ 電流共振コンデンサ１０８ → ＦＥＴ１０７に内蔵の寄生ダイオード１０７ａの経路で電流が流れる。

順序３：図６（ｃ）の状態
図６（ｃ）の状態は、ＦＥＴ１０６がオフ状態、ＦＥＴ１０７がオン状態である。この状態は、順序２の状態でＦＥＴ１０７をオン状態にしても、引き続きトランス１１５の一次巻線１１６ → 電流共振用のコンデンサ１０８ → ＦＥＴ１０７に内蔵の寄生ダイオード１０７ａの経路で電流が流れる。

順序４：図６（ｄ）の状態
図６（ｄ）の状態は、図６（ｃ）の状態に引き続き、ＦＥＴ１０６がオフ状態、ＦＥＴ１０７がオン状態である。この状態では、トランス１１５の漏洩インダクタンスと電流共振用のコンデンサ１０８との共振作用により、次第に電流の流れが、電流共振用のコンデンサ１０８ → トランス１１５の一次巻線１１６ → ＦＥＴ１０７の経路に変化する。

順序５：図６（ｅ）の状態
図６（ｅ）の状態は、ＦＥＴ１０６がオフ状態、ＦＥＴ１０７がオフ状態である。この状態は、順序３の状態でＦＥＴ１０７をオフ状態にしても、トランス１１５の一次巻線１１６を流れる電流を維持するように働き、トランス１１５の一次巻線１１６ → ＦＥＴ１０６に内蔵の寄生ダイオード１０６ａ → 一次平滑用のコンデンサ１０５の経路で電流が流れる。

順序６：図６（ｆ）の状態
図６（ｆ）の状態は、ＦＥＴ１０６がオン状態、ＦＥＴ１０７がオフ状態である。この状態は、順序５の状態でＦＥＴ１０６をオン状態にしても、引き続きトランス１１５の一次巻線１１６ → ＦＥＴ１０６に内蔵の寄生ダイオード１０６ａ → 一次平滑用のコンデンサ１０５の経路で電流が流れる。

順序７：再度、図６（ａ）の状態
再度、図６（ａ）の状態になり、引き続きＦＥＴ１０６がオン状態、ＦＥＴ１０７がオフ状態である。この状態では、トランス１１５の漏洩インダクタンスと電流共振用のコンデンサ１０８との共振作用により、次第に電流の流れは、一次平滑用のコンデンサ１０５ → ＦＥＴ１０６ → トランス１１５の一次巻線１１６ → 電流共振用のコンデンサ１０８ → 一次平滑用のコンデンサ１０５の経路に変化する。

以上が、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７のオン・オフ状態の遷移と電流の流れである。

図７は、図６で説明した動作を、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７のドレイン電流波形で示したものである。図７の電流波形において、上記の各状態（順序１〜順序７）との対応関係を示している。

図７に示すようにトランス１１５の一次巻線１１６には、正方向と逆方向に交流電流が流れることになる。これによって、トランス１１５の二次巻線１１８、１１９に交流電圧が誘起され、この誘起電圧は２つの整流ダイオード１２０、１２１と平滑用のコンデンサ１２２とからなる整流平滑回路により整流平滑されて電圧出力部１２７から直流電源電圧が出力される。

また、電圧出力部１２７の電圧は、レギュレーション用の抵抗１２５と抵抗１２６とで分圧され、分圧された電圧がシャントレギュレータ１２４に入力される。そして、この入力される電圧に応じたフィードバック信号が生成され、フォトカプラ１２３を通じて電源制御ＩＣ１１０のＦＢ端子にフィードバックされる。そして、電源制御ＩＣ１１０がフィードバック信号に基づきＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７のスイッチングタイミング（夫々のオン・オフ時間とオン・オフタイミング）を制御することで、安定した直流電圧を電圧出力部１２７から出力することが可能となる。

（低電圧検知の動作）
次に、電流共振電源における低電圧検知回路の動作を説明する。電流共振電源においては、商用電源からの入力ＡＣ電圧が低電圧であることを検知して過電流を防止する機能を有している。

ここで、改めて低電圧検知及び検知の目的を説明すると、第一の目的は、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７、トランス１１５、電流共振用のコンデンサ１０８等の回路素子を過電流状態から保護することである。これは、入力ＡＣ電圧が低いほど、トランスの二次側の出力を一定に維持するように動作するために、トランスの一次側の電流が高くなる。これにより、一次側の回路素子が夫々の回路素子の定格（耐圧）を超えた過電流状態になる懸念があり、この過電流状態から一次側の回路素子を保護するために、スイッチング動作を停止するように制御する。また、第二の目的は、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７に貫通電流が流れることを防止するためである。図８と図９を用いて、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７に貫通電流が流れる際の動作を説明する。

順序１：図８（ａ）の状態
この状態では、ＦＥＴ１０６がオン状態で、図中の矢印の向きの電流が流れる。ただし、入力ＡＣ電圧が低いため、通常動作よりもＦＥＴのオン時間が長くなる。これは、先に説明したとおり入力ＡＣ電圧が通常動作を行う電圧よりも低い電圧の場合に、トランスの二次側の出力を一定に維持しようと電源制御ＩＣが動作するため、ＦＥＴ１０６のオン時間を長くするからである。

順序２：図８（ｂ）の状態
ＦＥＴ１０６のオン時間が長くなるために、共振電流が矢印の向きに変わってしまう。それでもＦＥＴ１０６はオン状態である。なお、このときの電流は、ＦＥＴ１０６に内蔵の寄生ダイオード１０６ａを流れている。

順序３：図８（ｃ）の状態
ＦＥＴ１０６が、オフになっても引き続き電流は、ＦＥＴ１０６に内蔵の寄生ダイオードを矢印の方向に流れている。

順序４：図８（ｄ）の状態
ＦＥＴ１０７がオンすると同時に、ＦＥＴ１０６に内蔵の寄生ダイオード１０６ａは逆回復を始める。ところが、この逆回復時の逆方向の電流によって矢印の方向に貫通電流が流れてしまう。

以上説明したように、入力ＡＣ電圧が通常動作を行う電圧よりも低い電圧である場合に貫通電流が流れることがある。

図９は、上記で説明した貫通電流が流れる際の状態をＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７の夫々のドレイン電流波形で示している。図９に示すとおり入力ＡＣ電圧が低電圧であると、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７のオンの切り換わりで貫通電流が流れることがわかる。

以上説明したように、１．過電流状態による回路素子の破壊を防止すること、２．ＦＥＴに貫通電流を流さないこと、という二つの目的を実現するために、入力ＡＣ電圧が低電圧かを検知する低電圧検知回路を設ける必要がある。

そして、本実施例では低電圧検知回路に特徴がある。本実施例の低電圧検知回路の特徴は、入力ＡＣ電圧の低電圧検知をＦＥＴ１０７のドレイン−ソース間の電圧を検知する点である。ＦＥＴ１０７のドレイン−ソース間電圧を検知すれば、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７がスイッチング動作を行わない限り、検知のための回路が電力を消費しない。つまり、従来の電流共振電源よりも省電力化を実現することが可能となる。

入力ＡＣ電圧の検知を行うために電源制御ＩＣ１１０のＶＳＥＮ端子に入力される電圧は、ＦＥＴ１０７のドレイン−ソース間電圧である。本実施例では、ＦＥＴ１０７のドレイン−ソース間電圧をダイオード２０１、抵抗２０２、抵抗２０３、コンデンサ２０４からなる電圧検知部としての電圧検知回路によって整流平滑及び分圧した電圧としてＶＳＥＮ端子に入力する。なお、通常動作時におけるＦＥＴ１０７のドレイン−ソース間の電圧波形は、一次平滑用のコンデンサ１０５の＋端子電圧をピークとした矩形波であり、ＦＥＴ１０７のスイッチング周期の矩形波となる。

ここで、抵抗２０３の両端に発生する電圧をＶａｃｒとすると、Ｖａｃｒは概ね以下の式に示す電圧となる。
Ｖａｃｒ＝（（Ｒ２０３／（Ｒ２０３＋Ｒ２０２））×Ｖｄｃｈ×オン＿ＤＵＴＹ）／（オン＿ＤＵＴＹ＋Ｒ／Ｒ２０３×オフ＿ＤＵＴＹ） ・・・ 式（１）
Ｒ２０３：抵抗２０３の抵抗値
Ｒ２０２：抵抗２０２の抵抗値
Ｒ：抵抗２０２と抵抗２０３の並列合成抵抗［Ｒ＝Ｒ２０２×Ｒ２０３／（Ｒ２０２＋Ｒ２０３）］
Ｖｄｃｈ：一次平滑コンデンサ１０５の＋端子電圧
オン＿ＤＵＴＹ：ＦＥＴ１０７が、オン状態のときのＤＵＴＹ比
オフ＿ＤＵＴＹ：ＦＥＴ１０７が、オフ状態のときのＤＵＴＹ比
（ただし、ダイオード２０１の順方向電圧を無視した場合の値）

次に、式（１）に関する説明を行う。

仮にダイオード２０１がない場合、つまり、抵抗２０２だけで回路が構成されている場合は、Ｖａｃｒは以下の式に示す電圧になる。
Ｖａｃｒ＝（（Ｒ２０３／（Ｒ２０２＋Ｒ２０３））×Ｖｄｃｈ×オン＿ＤＵＴＹ）／（オン＿ＤＵＴＹ＋ オフ＿ＤＵＴＹ） ・・・ 式（２）
逆に、ダイオード２０１が有る場合、ＦＥＴ１０７がオフ状態のときに、コンデンサ２０４から放電する電位が、Ｒ／Ｒ２０３（抵抗２０２と抵抗２０３の並列合成抵抗／抵抗２０３の抵抗値）分、減少してしまう。そこで、式（２）のオフ＿ＤＵＴＹに、Ｒ／Ｒ２０３を掛けて、式（１）としている。ここで、Ｖｄｃｈ∝入力ＡＣ電圧であるため、Ｖａｃｒ∝入力ＡＣ電圧という関係が成り立っている。

つまり、Ｖａｃｒを検知することは、入力ＡＣ電圧を検知することと同義である。そして、このＶａｃｒを検知して、Ｖａｃｒが低下した時、つまり、入力ＡＣ電圧が低下した時に、電源制御ＩＣ１１０のＶＳＥＮ端子で所定の低電圧を検知するように、抵抗２０２、抵抗２０３、コンデンサ２０４の各定数を決定して低電圧を検知する。

なお、低電圧検知のための入力ＡＣ電圧の閾値（下限値）は、低電圧検知回路が働いた際に、一次側の各回路素子の定格を超える過電流状態を防ぎ、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７の貫通電流を防ぐことができる限界のＡＣ電圧値を設定すればよい。なお、本実施例では、低電圧を検知した際の電源制御ＩＣの動作は、以下のような動作となる。

（低電圧検知及び検知後の動作と本実施例による効果）
入力ＡＣ電源電圧が低下して、一次平滑用のコンデンサ１０５の電圧が低下すると、電源制御ＩＣ１１０のＶＳＥＮ端子の電圧が低くなる。そして、設定された閾値電圧を下回ると、電源制御ＩＣ１１０が、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７の発振動作を停止させる。ＦＥＴによる発振動作を停止することで、上記で説明したような一次側の回路素子の定格を超えるような過電流状態を防ぐことができ、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７に流れる貫通電流を防止することができる。

なお、従来の低電圧検知回路でも低電圧を検知して過電流による素子の破壊や貫通電流が流れることを防止できるが、従来回路では低電圧検知のための分圧抵抗が一次平滑用のコンデンサ１０５の＋端子を電圧源として、通常動作状態、停止状態のいずれの場合も電力を消費する。これに対して本実施例では、電源が動作しない場合は低電圧検知のための回路が電力を消費しないため、通常動作状態、停止状態の双方において低電圧検知のためにの電力消費が低減できる。従って、電流共振電源の省電力化を実現することができる。

本実施例の電流共振電源の回路図を図２に示す。実施例１との違いは、電源制御ＩＣ１１０としてオペアンプを内蔵したＩＣを用いた点である。また、本実施例における回路は、電源制御ＩＣを変更したことに加えて抵抗１３４とツェナーダイオード１３５を追加しているも実施例１とは異なっている。

なお、電源制御ＩＣと追加した抵抗とツェナーダイオード以外は、実施例１で説明したものと同様の回路であり、入力ＡＣ電圧の低電圧検知をＦＥＴ１０７のドレイン−ソース間の電圧で行う点は実施例１と同様である。

図２に示す回路では、電源制御ＩＣ１１０に内蔵されたオペアンプを使用して低電圧検知回路を構成している。このオペアンプは基準電圧とＦＥＴ１０７のドレイン−ソース間電圧とを比較する比較部として機能する。電源制御ＩＣ１１０のオペアンプ１１０ａのＯＰＩＮ＋端子には、抵抗１３４とツェナーダイオード１３５で生成された基準電圧を入力する。またオペアンプ１１０ａのＯＰＩＮ−端子には、実施例１でも示したＦＥＴ１０７のドレイン−ソース間の電圧をダイオード２０１、抵抗２０２、抵抗２０３、コンデンサ２０４で整流平滑及び分圧された電圧Ｖａｃｒを入力する。なお、抵抗１３４、ツェナーダイオード１３５、抵抗２０２、抵抗２０３の夫々の定数は、通常動作時、ＯＰＩＮ＋端子電圧 ＜ ＯＰＩＮ−端子電圧となり、低電圧検知時、ＯＰＩＮ＋端子電圧 ＞ ＯＰＩＮ−端子電圧という関係となるような定数に設定する。

なお、低電圧検知のための入力ＡＣ電圧の閾値（下限値）は、低電圧検知回路が働いた際に、一次側の各回路素子の定格を超える過電流状態を防ぎ、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７の貫通電流を防ぐことができるＡＣ電圧値を設定すればよい。例えばＦＥＴ１０６や１０７の耐圧に基づいて設定することが好ましい。

このように構成すれば、低電圧検知時には、電源制御ＩＣ１１０のＯＰＯＵＴ端子からＨＩ信号が出力される。電源制御ＩＣ１１０のＥＮ２端子にＨＩが入力されると、電源制御ＩＣ１１０がＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７の発振周波数を強制的に高くする。ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７の発振周波数が高くなれば、ＦＥＴ１０６、ＦＥＴ１０７、トランス１１５、電流共振用のコンデンサ１０８を含む、一次側の回路素子に流れる共振電流が減少する。従って、トランスの二次側における電圧出力部１２７の出力電圧は、目標電圧よりも低下することになるが、上記に懸念したトランスの一次側の回路素子の定格を超えるような過電流状態を防ぐことができる。

また、実施例１の図８で説明したように、発振周波数を高くすることによって貫通電流が流れることを防ぐことができる。なぜなら、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７の発振周波数が高くなると、実施例１の図８で説明したような動作ではなく、実施例１にて図６で説明したような通常動作に近い状態になるからである。なお、図１０は発振周波数を高くした状態でのＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７のドレイン電流波形を示している。

図１０に示すとおり、発振周波数を高くすることで、電圧出力部１２７からの電圧は、通常動作時よりも低下することになるがトランスの一次側の回路素子の定格を超えるような過電流状態、及び、貫通電流が流れることを防ぐことができる。

このように、本実施例においても実施例１と同様に、電源が動作しない場合は低電圧検知のための回路が電力を消費しないため、通常動作状態、停止状態の双方において低電圧検知のための消費電力が低減できる。従って、電流共振電源の省電力化を実現することができる。

本実施例の電流共振電源の回路図を図３に示す。実施例１、実施例２では、常夜電源と電流共振電源の２コンバータの構成例を説明した。本実施例は、１コンバータの構成例である点が実施例１、２と異なっている。なお、本実施例は、実施例１と同様に低電圧検知回路をもたせ、更に、電源スイッチのオフ時における省電力化を実現した例である。図３における各回路部品（素子）は以下のとおりである。

（図３の各回路部品の説明）
１１７：トランス１１５の補助巻き線、７０１：電源スイッチ
７０２：起動抵抗、７０３：抵抗、７０４：ダイオード
７０５：トランジスタ、７０６：コンデンサ
図３に示す電源は、電源スイッチ７０１をオンすることで、起動抵抗７０２を通じて電源制御ＩＣ１１０のＶＨ端子に起動電源が供給されて電源が起動を開始する。電源の起動開始後は、補助巻線１１７から電源供給を受ける。次に、電源スイッチ７０１をオフすると、電源スイッチのオフを検知して（検知構成は省略）、電源スイッチ７０１がオフされたことをコントロールユニット１３３が検知する。コントロールユニット１３３は、電源スイッチのオフを検知して、フォトカプラ１３２を動作させてトランジスタ７０５をオフして、電源制御ＩＣ１１０の電源供給が停止されて電源が停止する。

このような電源では、電源スイッチが突然オフにされても、コントロールユニット１３３が電源の停止を決定することができるので、電源が搭載された電子機器においては、様々な処理を実行した後に電源を停止することができる利点がある。また、このような電源においても、電源スイッチオフ時の電力消費を抑えれば、電源及び電源を搭載した装置の省電力化が実現できる。

図３に示した電源であれば、電源スイッチのオフ時には、当然のことながら、ＦＥＴ１０６はオフ状態であるため、低電圧検知回路は実施例１で説明したように電力を消費することがない。さらに、電源の動作時には、実施例１で説明したように、ＦＥＴ１０７のドレイン−ソース間の電圧を利用して、低電圧検知をすることができる。

このように、本実施例で示す１コンバータの電源においても、実施例１と同様に、電源が動作しない場合は低電圧検知のための回路が電力を消費しないため、通常動作状態、停止状態の双方において低電圧検知のための消費電力が低減できる。従って、電流共振電源の省電力化を実現することができる。

なお、本実施例における他の電流共振電源の回路図を図４に示す。図４示す回路は、図３の回路における電源制御ＩＣ１１０を実施例２で適用したオペアンプ１１０ａ内蔵の電源制御ＩＣに変更したものである。なお、低電圧検知回路および、低電圧検知時の電源制御ＩＣ１１０の動作は、実施例３で説明した動作と同じである。また、低電圧検知回路の構成もこれまで説明した実施例と同様である。図４に示す電源においても実施例１と同様に、低電圧検知のための回路が電力を消費しないため、通常動作状態、停止状態の双方において低電圧検知のための消費電力が低減できる。従って、電流共振電源の省電力化を実現することができる。

本実施例の電流共振電源の回路図を図５に示す。本実施例は、低電圧検知回路によって低電圧を検知すると、電源制御ＩＣへの電力供給を停止する構成である。実施例１に対して新たに追加した回路部品としては、コンパレータ４０１、抵抗４０２、ツェナーダイオード４０３、フォトカプラ４０４である。なお、通常動作時の電源動作は実施例１と同じである。

図５において、実施例１と異なる部分は、低電圧検知回路の構成である。本十知れでは、抵抗３０２とツェナーダイオード３０３によって基準電圧が生成されコンパレータ４０１の＋端子に入力される。一方、コンパレータ４０１の−端子には実施例１で示したＦＥＴ１０７のドレイン−ソース間の電圧を電圧検知回路（ダイオード２０１、抵抗２０２、抵抗２０３、コンデンサ２０４）で整流平滑及び分圧された電圧Ｖａｃｒを入力する。

通常動作時は、コンパレータ４０１の＋端子電圧 ＜ コンパレータ４０１−端子電圧となり、低電圧検知時は、コンパレータ４０１の＋端子電圧 ＞ コンパレータ４０１−端子電圧となるように、抵抗３０２、ツェナーダイオード３０３、抵抗２０２、抵抗２０３の定数が設定されている。

低電圧検知回路により低電圧を検知した際には、フォトカプラ３０４を介して、コントロールユニット１３３にはＨＩ信号が入力される。ＨＩ信号が入力されたコントロールユニット１３３は、フォトカプラ１３２を介してトランジスタ１３１をオフして電源制御ＩＣへの電力供給を停止する。これにより、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７の発振動作が停止して過電流を防止することができる。さらに、ＦＥＴ１０６とＦＥＴ１０７に流れる貫通電流を防止することができる。なお、本実施例においても実施例１と同様に、低電圧検知のための回路が電力を消費しないため、通常動作状態、停止状態の双方において低電圧検知のための消費電力が低減できる。従って、電流共振電源の省電力化を実現することができる。

＜電流共振電源の適用例＞
上記の実施例１乃至実施例３で説明した電流共振電源を例えばレーザビームプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置における低電圧電源として適用することができる。画像形成装置における制御部としてのコントローラへの電力供給、また、用紙を搬送する搬送ローラの駆動部としてのモータへの電力供給のための電源として適用可能である。

図１１（ａ）に画像形成装置の一例であるレーザビームプリンタの概略構成を示す。レーザビームプリンタ２００は、画像形成部２１０として潜像が形成される像担持体としての感光ドラム２１１、感光ドラムに形成された潜像をトナーで現像する現像部２１２を備えている。そして感光ドラム２１１に現像されたトナー像をカセット２１６から供給された記録媒体としてのシート（不図示）に転写して、シートに転写したとなー像を定着器２１４で定着してトレイ２１５に排出する。また、図１１（ｂ）に画像形成装置の制御部としてのコントローラと駆動部としてのモータへの電源からの電力供給ラインを示す。前述の電流共振電源は、このような画像形成動作を制御するＣＰＵ３１０有するコントローラへ３００の電力供給、また、画像形成のための駆動部としてのモータ３１２、３１３に電力を供給する低圧電源として適用できる。供給する電力としては、コントローラ３００へは３．３Ｖ、モータへは２４Ｖを供給する。例えばモータ３１２はシートを搬送する搬送ローラを駆動するモータ、モータ３１３は定着器２１４を駆動するモータである。

なお、上記実施例で説明した電流共振電源は、ここで説明した画像形成装置に限らず他の電子機器の低電圧電源としても適用可能である。

１０５ 一次平滑用のコンデンサ
１０６，１０７ ＦＥＴ
１０８ 電流共振用のコンデンサ
１１０ 電源制御ＩＣ
１１５ トランス
１１６ トランス１１５の一次巻線
１１７ トランス１１５の補助巻線
１１８，１１９ トランス１１５の二次巻線
１２０，１２１ 整流ダイオード
１２７ 電圧出力部
１２８ 負荷
１２９，１３０，２０２，２０３ 抵抗
１３１ トランジスタ
１３２ フォトカプラ
１３３ コントロールユニット
２０１ ダイオード
２０４ コンデンサ
３０１ 電流共振電源部

Claims (6)

1. トランスと、前記トランスの一次巻線の一端と接続され、直列に配置された二つのスイッチング素子と、前記一次巻線の他端と接続された共振コンデンサと、前記二つのスイッチング素子を交互に動作することにより前記一次巻線と前記共振コンデンサを共振させて、前記トランスの二次巻線に交流電圧を誘起する電流共振電源であって、
   前記一次巻線の一端と前記二つのスイッチング素子の間に接続され、前記トランスの一次側に入力される電圧を検知する電圧検知部を備え、
   前記電圧検知部により検知した電圧に基づき前記スイッチング素子の動作を制御することを特徴とする電流共振電源。
2. 前記電圧検知部により検知した電圧に基づき前記スイッチング素子の動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の電流共振電源。
3. 前記電圧検知部によって検知された電圧と基準電圧とを比較する比較部を備え、前記比較部からの出力に基づき前記スイッチング素子の動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の電流共振電源。
4. 前記スイッチング素子の動作を制御する制御部を備え、
   前記制御部は前記比較部を含むことを特徴とする請求項３に記載の電流共振電源。
5. 前記電圧検知部は、前記一次巻線の一端と前記二つのスイッチング素子の間に接続されるダイオードとコンデンサと抵抗からなる回路であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の電流共振電源。
6. 像担持体に画像を形成する画像形成手段を備えた画像形成装置において、
   前記画像形成手段による画像形成動作を制御する制御手段と、
   前記制御手段または前記制御手段に電力を供給する電源と、を備え、
   前記電源は、トランスと、前記トランスの一次巻線の一端と接続され、直列に配置された二つのスイッチング素子と、前記一次巻線の他端と接続された共振コンデンサと、前記二つのスイッチング素子を交互に動作することにより前記一次巻線と前記共振コンデンサを共振させて、前記トランスの二次巻線に交流電圧を誘起する電流共振電源であって、
   前記一次巻線の一端と前記二つのスイッチング素子の間に接続され、前記トランスの一次側に入力される電圧を検知する電圧検知部を備え、前記電圧検知部により検知した電圧に基づき前記スイッチング素子の動作を制御することを特徴とする画像形成装置。

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