JP2012039801A - Power supply device and image formation device - Google Patents
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Description
本発明は、電源装置及び画像形成装置に関し、詳細には、主電源部の他に補助電源部を用いた電源装置及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a power supply device and an image forming apparatus, and more particularly to a power supply device and an image forming apparatus that use an auxiliary power supply unit in addition to a main power supply unit.
電子写真プロセスを利用した画像形成装置は、コピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能及びファクシミリ機能等を組み合わせた複合装置に代表されるように、多機能化、複雑化するのに伴って、最大消費電力が増大する傾向にあり、また、電子写真プロセスを利用した画像形成装置は、定着部の立ち上がりまでの待ち時間及び画像形成動作中における定着温度低下による動作の一時中断等のような画像形成装置自体の要因や操作者の待ち時間を削減するために、定着ヒータへの供給電力を増大させる傾向にある。その結果、画像形成装置が、通常動作時に必要とする通常消費電力量が増大してきているだけでなく、最大必要消費電力量も増大してきている。 An image forming apparatus using an electrophotographic process is represented by a composite apparatus combining a copy function, a printer function, a scanner function, a facsimile function, and the like. In addition, an image forming apparatus using an electrophotographic process has an image forming apparatus itself such as a waiting time until the fixing unit rises and a temporary interruption of operation due to a decrease in fixing temperature during the image forming operation. In order to reduce this factor and the waiting time for the operator, the power supplied to the fixing heater tends to increase. As a result, not only the normal power consumption required for the image forming apparatus during normal operation is increasing, but also the maximum required power consumption is increasing.
このように消費電力量が増大する一方で、商用AC電源においては、供給可能電力量の上限が決まっているため、画像形成装置においては、商用AC電源による主電源部に供給される電力量だけでは、最大必要消費電力量をまかなうことができない事態が発生するようになり、従来から、蓄電装置(キャパシタ)を搭載して該蓄電装置を補助電源部として、補助電源からの電力を二次側負荷へ供給することにより、より多くの電力を定着ヒータへ供給する技術が既に知られている。すなわち、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着ヒータはウォームアップ時(定着ヒータが冷めた状態からトナーを定着可能な温度に上昇させる時)、短時間で温度を上昇させるために、定着ヒータへできるだけ多くの電力を与える必要がある。ところが、商用電源から供給することのできる電力には限りがあり、商用電源から供給できる最大電力から画像形成装置で用いられる主にモータやクラッチ等の二次側負荷へ供給する電力を減じた電力が定着ヒータへ供給できる最大電力となる。そこで、商用電源からの電力供給だけではなく、充電可能な蓄電装置(例えば、電気二重層コンデンサのキャパシタ)等の補助電源部からの電力を二次側負荷へ供給することで、より多くの電力を定着ヒータへ供給する技術が既に知られている。 In this way, while the power consumption increases, the upper limit of the suppliable power amount is determined in the commercial AC power source. Therefore, in the image forming apparatus, only the power amount supplied to the main power supply unit by the commercial AC power source is determined. Then, there arises a situation in which the maximum required power consumption cannot be met. Conventionally, a power storage device (capacitor) is mounted, the power storage device is used as an auxiliary power source, and power from the auxiliary power source is secondary-sided. A technique for supplying more electric power to the fixing heater by supplying it to the load is already known. In other words, a fixing heater used in an electrophotographic image forming apparatus is a fixing heater that warms up (when the fixing heater is raised from a cooled state to a temperature at which toner can be fixed) to increase the temperature in a short time. You need to give as much power as possible. However, the power that can be supplied from the commercial power supply is limited, and the power that is supplied from the maximum power that can be supplied from the commercial power supply is reduced by subtracting the power supplied to the secondary load such as the motor and clutch used in the image forming apparatus. Is the maximum power that can be supplied to the fixing heater. Therefore, not only power supply from a commercial power supply but also more power can be supplied by supplying power from an auxiliary power supply unit such as a chargeable power storage device (for example, a capacitor of an electric double layer capacitor) to a secondary load. A technique for supplying the toner to the fixing heater is already known.
そして、従来、画像形成装置の商用電源から直流(DC)電源を生成して負荷に供給するDC電源部(定電圧電源部)と、商用電源を蓄電した蓄電装置を利用した定電流電源部を並列に接続し、この両電源部からの電力を二次側負荷に供給する場合に、負荷へ印加する電圧の安定性を高めるために、定電圧電源部に出力電流の上限指示値(MCD)を設けて、定電圧電源部からは上限指示値以上の電流を出力させない構成とし、定電圧電源部の出力電流の上限指示値以上の電流を定電流電源部によって補って負荷へ供給する技術が開示されている(特許文献1参照)。 Conventionally, a DC power supply unit (constant voltage power supply unit) that generates a direct current (DC) power supply from a commercial power supply of the image forming apparatus and supplies it to a load, and a constant current power supply unit that uses a power storage device that stores the commercial power supply In order to increase the stability of the voltage applied to the load when power is supplied from both power supply units to the secondary load when connected in parallel, the upper limit indication value (MCD) of the output current is supplied to the constant voltage power supply unit. The constant voltage power supply unit is configured to prevent the current exceeding the upper limit instruction value from being output, and the constant current power supply unit supplements the current exceeding the upper limit instruction value of the constant voltage power supply unit to supply the load to the load. It is disclosed (see Patent Document 1).
しかしながら、上記公報記載の従来技術にあっては、電力のより一層効率的な消費を行って、消費電力を削減する上で、改良の必要があった。 However, in the prior art described in the above publication, there is a need for improvement in order to reduce power consumption by performing more efficient power consumption.
すなわち、蓄電装置は、商用AC電源をキャパシタに充電する際に主に電力損失が発生し、定電圧電源部は、交流(AC)から直流(DC)に変換する際に主に電力損失が発生する。そして、この蓄電装置での電力損失と定電圧電源部での電力損失を比較すると、蓄電装置での電力損失の方が定電圧電源部での電力損失よりも遙かに大きいことが知られている。 In other words, the power storage device mainly generates power loss when charging a commercial AC power supply to a capacitor, and the constant voltage power supply unit mainly generates power loss when converting from alternating current (AC) to direct current (DC). To do. Then, comparing the power loss in this power storage device with the power loss in the constant voltage power supply unit, it is known that the power loss in the power storage device is much larger than the power loss in the constant voltage power supply unit. Yes.
ところが、公報記載の従来技術にあっては、定電圧電源部に出力電流の上限指示値を設け、定電圧電源部と並列接続されている蓄電装置を利用した定電流電源部から該定電圧電源部の出力電流の上限指示値以上の電流を補って負荷へ供給しているため、商用電源から供給可能な最大電力を超える電力を負荷が要求していない場合であっても、蓄電装置を利用した定電流電源部から電力供給を行ってしまうため、画像形成装置全体の電力損失が大きくなるおそれがあり、改良の必要があった。 However, in the prior art described in the publication, the constant voltage power supply unit is provided with an upper limit instruction value of the output current, and the constant voltage power supply unit uses a power storage device connected in parallel with the constant voltage power supply unit. Power supply is used even when the load does not require more power than the maximum power that can be supplied from the commercial power supply. Since power is supplied from the constant current power supply unit, the power loss of the entire image forming apparatus may be increased, and improvement is required.
そこで、本発明は、外部電源から直接内部電力を生成する主電源手段の供給可能な最大電力を超える電力のみを蓄電手段を利用した補助電源手段から供給して、電力利用効率を向上させることのできる電源装置及び画像形成装置を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention improves the power utilization efficiency by supplying only the power exceeding the maximum power that can be supplied by the main power supply means that generates internal power directly from the external power supply from the auxiliary power supply means using the power storage means. An object of the present invention is to provide a power supply device and an image forming apparatus that can be used.
本発明は、上記目的を達成するために、外部から供給される電力から主電源手段が所定の定電圧電力を生成して負荷に供給し、この負荷のうち所定の定電圧負荷に流れる負荷電流値を電流検出手段で検出して、検出した該負荷電流値を、電流指示手段が、所定の上限電流値と比較して該負荷電流が該上限電流値を越えている不足分の電流値を示す電流値指示信号を出力して、補助電源手段が、外部から供給される電力を蓄電する蓄電手段の蓄電する蓄電電力から該電流指示手段の出力する該電流値指示信号の示す該負荷電流値の定電流電力を生成して前記所定定電圧負荷に供給し、制御手段が、該主電源手段が外部から供給される電力から生成して全負荷に供給可能な電力から該所定定電圧負荷以外の負荷が必要とする他負荷必要電力を減算した残電力が該所定定電圧負荷の必要とする電力に対して不足していると、該上限電流値を可変させて、該不足分の電力を該補助電源手段に供給させることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the present invention, the main power supply means generates a predetermined constant voltage power from the power supplied from the outside and supplies it to the load, and the load current flowing through the predetermined constant voltage load among the loads The current detection means detects the value, and the current instruction means compares the detected load current value with a predetermined upper limit current value to determine a shortage current value that the load current exceeds the upper limit current value. The load current value indicated by the current value indicating signal output from the current indicating means from the stored power stored in the power storing means for storing the electric power supplied from the outside by the auxiliary power supply means The constant current power is generated and supplied to the predetermined constant voltage load, and the control means generates the power other than the predetermined constant voltage load from the power generated by the main power supply means from the power supplied from the outside. Subtract the power required for other loads required by other loads When the remaining power is insufficient with respect to the power required by the predetermined constant voltage load, the upper limit current value is varied, and the power for the shortage is supplied to the auxiliary power supply means. .
また、本発明は、前記制御手段が、前記外部から供給される電力から生成して、動作状態によって消費電力が大きく変動する変動負荷を含む全負荷に供給可能な電力から前記所定定電圧負荷以外の負荷が必要とする必要電力を減算した電力が該所定定電圧負荷の必要とする電力に不足していると、前記上限電流値を制御して、該不足分の電力を前記補助電源手段に供給させることを特徴としてもよい。 Further, according to the present invention, the control means generates power other than the predetermined constant voltage load from power that can be generated from the power supplied from the outside and can be supplied to all loads including a variable load whose power consumption varies greatly depending on an operating state. When the power obtained by subtracting the necessary power required by the load is insufficient for the power required by the predetermined constant voltage load, the upper limit current value is controlled to supply the insufficient power to the auxiliary power supply means. It is good also as making it supply.
さらに、本発明は、前記主電源手段と前記補助電源手段が、並列に接続され、該主電源手段と該補助電源手段の双方から前記所定定電圧負荷に電力供給が可能であることを特徴としてもよい。 Furthermore, the present invention is characterized in that the main power supply means and the auxiliary power supply means are connected in parallel, and power can be supplied to the predetermined constant voltage load from both the main power supply means and the auxiliary power supply means. Also good.
本発明によれば、外部電源から直接内部電力を生成する主電源手段の供給可能な最大電力を超える電力のみを蓄電手段を利用した補助電源手段から供給して、電力利用効率を向上させることができる。 According to the present invention, only the power exceeding the maximum power that can be supplied by the main power supply means that directly generates internal power from the external power supply is supplied from the auxiliary power supply means using the power storage means, thereby improving the power utilization efficiency. it can.
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の好適な実施例であるので、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明によって不当に限定されるものではなく、また、本実施の形態で説明される構成の全てが本発明の必須の構成要件ではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, since the Example described below is a suitable Example of this invention, various technically preferable restrictions are attached | subjected, However, The range of this invention is unduly limited by the following description. However, not all the configurations described in the present embodiment are essential constituent elements of the present invention.
図1〜図3は、本発明の電源装置及び画像形成装置の一実施例を示す図であり、図1は、本発明の電源装置及び画像形成装置の一実施例を適用した画像形成装置1の電源系統の概略ブロック構成図である。 1 to 3 are diagrams showing an embodiment of a power supply apparatus and an image forming apparatus according to the present invention. FIG. 1 is an image forming apparatus 1 to which an embodiment of the power supply apparatus and the image forming apparatus according to the present invention is applied. It is a schematic block block diagram of the power supply system.
図1において、画像形成装置1は、その電源系統が、図1に示すようにブロック構成されており、主電源スイッチ(SW)2、主電源部3、補助電源部4、入出力制御部5、電流指示器6、定着加熱部7、温度検出部8、5V系負荷9及び24V系負荷10等を備えている。
1, the image forming apparatus 1 has a power supply system configured as shown in FIG. 1, and includes a main power switch (SW) 2, a main power supply unit 3, an auxiliary
主電源スイッチ2には、外部電源である100Vの商用交流電源(商用AC電源)PWが、電源コードを介して供給され、主電源スイッチ2は、オンされることで、商用AC電源PWから主電源部3と補助電源部4に外部電力が供給される。
The main power switch 2 is supplied with 100V commercial AC power (commercial AC power) PW, which is an external power supply, via a power cord, and the main power switch 2 is turned on so that the main power switch 2 is turned on. External power is supplied to the power supply unit 3 and the auxiliary
この画像形成装置1は、図示しないが、給紙ユニット、プリンタユニット、スキャナユニット及びADF(Auto Document Feeder)、操作表示部及び制御部等を備えており、画像形成装置1には、LAN(Local Area Network)等のネットワーク等を介して外部装置が接続されている。画像形成装置1は、操作表示部の操作等に応じて、上記各ユニットを利用して、画像読み取り機能、印刷機能(プリンタ機能)、複写機能(コピー機能)、ファクシミリ通信機能等の各機能を実行する。また、画像形成装置1は、ネットワークを介して外部装置との間で通信して、画像データの送受信を行う。 Although not shown, the image forming apparatus 1 includes a paper feeding unit, a printer unit, a scanner unit, an ADF (Auto Document Feeder), an operation display unit, a control unit, and the like. An external device is connected via a network such as an area network. The image forming apparatus 1 uses the above-described units according to the operation of the operation display unit, etc., to perform various functions such as an image reading function, a printing function (printer function), a copying function (copying function), and a facsimile communication function. Execute. In addition, the image forming apparatus 1 communicates with an external device via a network to transmit and receive image data.
給紙ユニットは、複数の給紙トレイ及び搬送部等を備えており、各給紙トレイには、各種サイズの用紙(記録紙)が、任意の給紙方向で収納される。搬送部は、レジストローラを備え、各給紙トレイに収納されている用紙を選択的に、レジストローラに送って、レジストローラで、タイミング調整した後、プリンタユニットに搬送する。 The paper feed unit includes a plurality of paper feed trays, a transport unit, and the like, and various sizes of paper (recording paper) are stored in each paper feed tray in an arbitrary paper feed direction. The transport unit includes a registration roller, and selectively feeds the paper stored in each paper feed tray to the registration roller, adjusts the timing with the registration roller, and then transports the paper to the printer unit.
プリンタユニットは、例えば、4連ドラム方式(タンデム方式)のフルカラープリンタユニットが用いられており、レーザ露光部、画像形成部、定着部、収納部等を備えている。画像形成部は、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、B(ブラック)の作像ユニットが、転写ベルトにとって並んで配設されており、レーザ露光部から各色の画像データに従って作像ユニットに形成した静電潜像を形成して、この各色の作像ユニット上の静電潜像を各色のトナーで現像してトナー画像を形成する。プリンタユニットは、各色の作像ユニット上のトナー画像を直接用紙に、または、中間転写ベルトを介して、順次重ねあわせて、最終的に用紙上に転写してカラー画像を用紙上に形成し、カラー画像の形成された用紙を、定着部に搬送して、定着部の定着加熱部7で、トナー画像の転写された用紙を加熱・加圧して該トナー画像を定着させ、トナー画像定着後の用紙を排紙トレイに送り出す。なお、画像形成部は、ブラックの作像ユニットのみを用いて、単色黒のみの画像を形成する場合もあり、露光部としては、レーザを用いたものに限るものではなく、例えば、LEDアレイと結像部を備えた露光部であってもよい。 For example, a four-drum (tandem) full-color printer unit is used as the printer unit, and includes a laser exposure unit, an image forming unit, a fixing unit, a storage unit, and the like. In the image forming unit, C (cyan), M (magenta), Y (yellow), and B (black) image forming units are arranged side by side on the transfer belt, and according to the image data of each color from the laser exposure unit. An electrostatic latent image formed on the image forming unit is formed, and the electrostatic latent image on each color image forming unit is developed with each color toner to form a toner image. The printer unit forms a color image on the paper by directly superimposing the toner image on the image forming unit of each color directly on the paper or via an intermediate transfer belt, and finally transferring it onto the paper. The sheet on which the color image is formed is conveyed to the fixing unit, and the toner image is fixed by heating and pressurizing the sheet on which the toner image is transferred by the fixing heating unit 7 of the fixing unit. Send the paper to the paper output tray. Note that the image forming unit may form only a monochrome black image using only a black image forming unit, and the exposure unit is not limited to the one using a laser. The exposure part provided with the image formation part may be sufficient.
そして、上記主電源部(主電源手段)3は、定着電源部21と定電圧電源部22を備えており、定電圧電源部22は、AC/DCコンバータであって、ブリッジ整流器31、24V系負荷10用の絶縁型スイッチング回路32a、整流平滑回路33a、絶縁型誤差増幅器34a、PWM(Pulse Wide Mosulation:パルス幅変調)コントローラ35aと、5V系負荷9用の絶縁型スイッチング回路32b、整流平滑回路33b、絶縁型誤差増幅器34b、PWMコントローラ35b及び24V系負荷10の負荷電流を検出する負荷電流検出部36を備えている。
The main power supply unit (main power supply means) 3 includes a fixing
定着電源部21は、AC制御回路であり、入出力制御部5から与えられる電力指示信号で指定される電力範囲内で、温度検出部8の検出する検出温度信号を使用して、定着部の温度を定着温度に制御するように定着加熱部7への供給電力をフィードバック制御する。
The fixing
定電圧電源部22は、ブリッジ整流器31及び5V系負荷9用の絶縁型スイッチング回路32b及び整流平滑回路33bにより商用AC電源PWをDC(直流)定電圧に変換して5V系負荷9に供給するとともに、整流平滑回路33bから5V系負荷9への直流電圧をFB(フィードバック)信号として、絶縁型誤差増幅器34bを介してPWMコントローラ35bに戻し、PWMコントローラ35bが、FB信号に基づいて絶縁型スイッチング回路32bのスイッチング制御を行う。
The constant voltage
同様に、定電圧電源102は、ブリッジ整流器31及び24V系負荷10の絶縁型スイッチング回路32a及び整流平滑回路33aにより商用AC電源PWをDC(直流)定電圧に変換して、24V系負荷10に供給するとともに、整流平滑回路33aから24V系負荷10への直流電圧をFB(フィードバック)信号として、絶縁型誤差増幅器34aを介してPWMコントローラ35aに戻し、PWMコントローラ35aが、FB信号に基づいて絶縁型スイッチング回路32aのスイッチング制御を行う。
Similarly, the constant voltage power supply 102 converts the commercial AC power supply PW into a DC (direct current) constant voltage by the
補助電源部(補助電源手段)4は、キャパシタ充電器41、キャパシタ42、電圧検出回路43及び定電流電源部44等を備えており、後述する電流指示器6からの電流値指示信号に基づいて24V系負荷10への定電流電力を供給する。上記キャパシタ充電器41及びキャパシタ42は、全体として蓄電手段として機能している。
The auxiliary power supply unit (auxiliary power supply means) 4 includes a capacitor charger 41, a
すなわち、補助電源部4のキャパシタ充電器41には、主電源スイッチ2を介して商用AC電源PWが供給され、キャパシタ充電器41は、キャパシタ42への充電を行って、電圧検出回路43が定電流電源部44への電圧を検出する。定電流電源部44は、電流指示器6からの電流値指示信号に応じた電流の定電流の補助電力を、キャパシタ42に充電された電荷を利用して生成して、負荷電流検出器36を介して24V系負荷10に供給する。なお、補助電源部4のキャパシタ42は、所定の大容量キャパシタであれば、種々の方式のコンデンサを用いることができるが、本実施例では、短時間で充放電が可能で、長寿命である電気二重層コンデンサが用いられている。また、本実施例の補助電源部4は、キャパシタ42として、電気二重層コンデンサを用いたことで、電気二重層コンデンサの特徴として、放電するに従って端子電圧(キャパシタ電圧)が低くなってしまうため、定電流電源部44をキャパシタ42の後流側に配置して、キャパシタ電圧が変動しても、所用電流値を出力できる回路構成となっている。また、負荷電流検出器36は、電流検出用に、数mΩの抵抗R1(図2参照)を用いているため、電圧検出信号(フィードバック信号)取り込み部の後部に負荷電流検出器36の電流センサである抵抗R1を設けた場合には、負荷印加電圧が、この負荷電流値の増減による電流検出用の抵抗R1における電圧降下の増減により、変動する。例えば、負荷電流検出器36の電流検出用の抵抗R1として、10mΩの抵抗を接続し、負荷が5Aから15Aに変化すると、0.1V(10mΩ×(15A−5A))の負荷印加電圧が変動することになる。さらに、仮に主電源部3の外部に負荷電流検出器36の電流検出抵抗R1を付加した場合、配線抵抗の影響により、上記以上の負荷印加電圧変動が発生することとなる。
That is, the commercial AC power supply PW is supplied to the capacitor charger 41 of the auxiliary
そこで、電流検出抵抗付加によるDC負荷印加電圧の変動を防止するため、本実施例の画像形成装置1は、負荷電流検出器36の抵抗R1を通過した後の電圧を、絶縁型誤差増幅器34a及びPWMコントローラ35aによってフィードバックして、フィードバック電圧が目標値に合致するように定電圧制御、すなわち、フィードバック制御する構成としている。
Therefore, in order to prevent the fluctuation of the DC load applied voltage due to the addition of the current detection resistor, the image forming apparatus 1 of this embodiment uses the voltage after passing through the resistor R1 of the load
そして、補助電源部4は、定着加熱部7への供給電力量の増加分を、商用AC電源PWを消費する定電圧電源部22から24V系負荷10への給電電力量から削減して、その削減分を補助電源部4から24∨負荷10への給電で補っている。
Then, the auxiliary
そこで、本実施例の画像形成装置1は、定着加熱部7への供給電力量の増大分(例えば、300W)を考慮して、5V系負荷9(例えば、100W)よりも消費電力量が大きい24V系負荷10(例えば、500W)に補助電源部4から給電する。なお、定着加熱部7への供給電力量の増加分が小さい場合や5V系負荷9の消費電力量が大きい場合には、5V系負荷9に補助電源部4から給電させる構成としてもよい。
In view of this, the image forming apparatus 1 according to the present exemplary embodiment consumes more power than the 5V load 9 (for example, 100 W) in consideration of an increase in the amount of power supplied to the fixing heating unit 7 (for example, 300 W). Power is supplied from the auxiliary
上記入出力制御部(制御手段)5は、図示しないが、CPU(Central Processing Unit )、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、不揮発性RAM及びI/O制御部等を備えており、各部は、データバスと制御バス(アドレスバス)で接続されている。 Although not shown, the input / output control unit (control means) 5 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a nonvolatile RAM, an I / O control unit, and the like. Each unit is connected to a data bus and a control bus (address bus).
I/O制御部には、電流指示器6、補助電源部4、主電源部3、各種センサ部及び負荷9、10等が接続されており、I/O制御部は、画像形成装置1の各センサによる検出信号の読み込み及び24V系負荷10の個々の駆動を制御する。
The I / O control unit is connected to a current indicator 6, an auxiliary
ROMには、エンジン制御プログラムや本発明の電力制御プログラム等の各種プログラム及び必要なデータが格納されており、CPUは、エンジン制御からの制御命令及びROMに格納されているプログラムや不揮発性RAMに格納されたプログラムやデータに従って、RAMをワークメモリとして使用して、各負荷9、10に対する入出力制御及び電源部3、4の制御を行う。不揮発性RAMは、は、各負荷9、10の動作状態、各動作モードにおける消費電力データを格納した消費電力テーブル、各動作モードにおける印刷処理に要する時間データの登録される印刷処理時間テーブル及び出力電流上限値MCDを決定するためのテーブル等を記憶する。
The ROM stores various programs such as an engine control program and the power control program of the present invention, and necessary data. The CPU stores control commands from the engine control, programs stored in the ROM, and non-volatile RAM. In accordance with the stored program and data, the RAM is used as a work memory, and input / output control for the
入出力制御部5は、エンジン制御の画像読み込み、印刷、複写等のプロセス制御、シーケンス制御に伴う指示に従って、センサ及び負荷9、10への入出力制御及び電源制御を行い、各動作モードに応じてシーケンシャルに各負荷9、10を動作させる。
The input / output control unit 5 performs input / output control and power supply control to the sensors and loads 9 and 10 according to instructions accompanying process control and sequence control such as engine control image reading, printing, copying, etc., according to each operation mode. Then, the
また、入出力制御部5は、キャパシタ42の充放電の制御も行い、画像形成装置1の立ち上げ時及び立ち上げ後の所定時間までの期間において、キャパシタ42に蓄電された電力から24V系負荷10に給電する。
The input / output control unit 5 also controls charging / discharging of the
そして、図1において、破線で囲った部分、すなわち、上記主電源部3の定電圧電源部22及び補助電源部4は、その主要回路が、図2に示すように回路構成されている。
In FIG. 1, the portion surrounded by a broken line, that is, the constant voltage
図2においては、主電源部3については、24V系負荷10に接続されている定電圧電源部22の負荷電流検出器(電流検出手段)36は、その負荷電流検出抵抗R1が主電源部3の定電圧電源部22の一部として、主電源部3と同一基板上に搭載されており、負荷電流検出抵抗R1の両端電圧を、定電圧電源部22(主電源部3)とは別の基板に設けた負荷電流検出器36との基板間のインターフェイス信号として、負荷電流検出器36の差動増幅器OP1及び差動増幅器OP1に付随する抵抗(符号省略)等、コネクタ及びハーネスで接続されている。このように構成すると、定電圧電源部22の定電圧フィードバックループの延長(引き延ばし)による定電圧電源部22の電源の出力精度が劣化することを抑制することができ、定電圧電源部22をリモートセンシング対応とすることなく、電源の出力精度を維持して、定電圧電源部22のコストが増大するのを抑制することができる。また、補助電源部4側の機構、すなわち、補助電源部4、電流指示器6、負荷電流検出器36の組み合せをオプション化する場合、補助電源機構を搭載しないときには、主電源部3を変更することなく、補助電源部4、電流指示器6、負荷電流検出器36の差動増幅器OP1及びそれに付随する抵抗を、容易に主電源部3から取り外すことができ、主電源部3のコストを、負荷電流検出抵抗R1の付加分が増加するだけで、補助電源部4等の補助電源機構を接続可能とした主電源部3を安価に構築することができる。
In FIG. 2, for the main power supply unit 3, the load current detector (current detection means) 36 of the constant voltage
主電源部3の定電圧電源部22は、分圧抵抗R2、R3、シャントレギュレータSR及びフォトカプラPC等を備え、負荷電流検出器36の負荷電流検出抵抗R1の後段(DC24V系負荷10側)の電圧を、分圧抵抗R2、R3により分圧して電圧検出信号としてシャントレギュレータSRに入力する。絶縁型誤差増幅器34aは、シャントレギュレータSRによって、電圧検出信号を、基準電圧と比較/増幅し、フォトカプラPCにより絶縁して、PWMコントローラ35aに、定電圧制御のためのフィードバック信号(FB)として出力する。PWMコントローラ35aは、絶縁型スイッチング回路32aの一次側電流をPWM制御して、24V系負荷10に供給する直前の電流検出抵抗R1と24V系負荷10との間の給電ラインの電圧、すなわち、負荷印加電圧を定電圧制御する。
The constant voltage
補助電源部4の定電流電源部44は、昇圧レギュレータ50と出力電流コントローラ60を備えている。昇圧レギュレータ50は、PWMコントローラ51、半導体スイッチTs、リアクトルRt、ダイオードD及びキャパシタC等を備えており、出力電流コントローラ60は、電流検出抵抗R4、差動増幅器OP2、差動増幅器OP3及びバイアス回路K1、K2等を備えている。
The constant current
本実施例の補助電源部4は、キャパシタ42として、上述のように、電気二重層キャパシタを用いているが、電気二重層キャパシタは耐圧が低く、使用上の充電上限電圧が2.5Vであることから、高い電圧を得るためには、多数のキャパシタを直列に接続する必要がある。ところが、小容量のキャパシタを多数直列に接続するよりも、大容量のキャパシタを少数使用する方が、同じ容量を低コストで得ることができる。そこで、本実施例の補助電源部4は、キャパシタ42として、9個以下の電気二重層キャパシタを直列接続したものを用い、24∨に対して不足分を定電流電源部44に昇圧レギュレータ50を設けることで補っている。すなわち、電気二重層キャパシタを9個用いた場合、充電上限電圧は22.5V以下になるため、昇圧レギュレータ50によって1.5∨昇圧して、24∨として、24∨系負荷10に定電流供給する。
As described above, the auxiliary
昇圧レギュレータ50は、PWMコントローラ51の出力PWMパルスによって半導体スイッチTsをオン/オフ制御し、リアクトルRtの蓄電電力を昇圧してダイオードDを介してキャパシタCを高圧充電する。すなわち、半導体スイッチTsがオン(導通)すると、キャパシタ42からリアクトルRt及び半導体スイッチTsに電流が流れ、リアクトルRtが蓄電して、半導体スイッチTsがオフ(非導通)に転換したときに、リアクトルRtの蓄電電力が高圧となって、ダイオードDを通してキャパシタCを高圧充電する。昇圧レギュレータ50は、この半導体スイッチTsのPWMパルス周期のオン/オフの繰り返しにより、キャパシタCの電圧を上昇させて、電流検出抵抗R4及び負荷電流検出器36の電流検出抵抗R1を通して、24V系負荷10に給電する。
The step-up
負荷電流検出器(電流検出手段)36は、この電流検出抵抗R1の両端の電位差を差動増幅器OP1で増幅して、24V系負荷10への負荷電流値に比例する負荷電流信号(アナログ電圧)を発生し、電流指示器6に負荷電流検出値として出力する。
The load current detector (current detection means) 36 amplifies the potential difference between both ends of the current detection resistor R1 with the differential amplifier OP1, and is a load current signal (analog voltage) proportional to the load current value to the
電流指示器(電流指示手段)6は、D/AコンバータCT及び作動増幅器OP4等を備えている。電流指示器6は、入出力制御部5から入力される出力電流上限値(上限電流値)MCDをD/AコンバータCTで上限指示信号(電圧)にアナログ変換し、差動増幅器OP4で、「負荷電流検出値−出力電流上限値MCD」を演算して、演算結果を表す差分電圧を、定電流電源部44に、電流値指示信号(電流指示値)として出力する。
The current indicator (current indicator means) 6 includes a D / A converter CT, an operational amplifier OP4, and the like. The current indicator 6 analog-converts the output current upper limit value (upper limit current value) MCD input from the input / output control unit 5 into an upper limit instruction signal (voltage) by the D / A converter CT. “Load current detection value−output current upper limit value MCD” is calculated, and a differential voltage representing the calculation result is output to the constant current
すなわち、電流指示器6は、24V系負荷10に対する負荷電流検出器36から入力される負荷電流検出値から、入出力制御部5から入力される定電圧電源部22の出力電流上限値MCDを差し引いた差分値を、補助電源部4の定電流電源部44が負担すべき目標電流値として、目標電流値の電流出力を定電流電源部44に電流指示値(目標電流値)として指示する。
That is, the current indicator 6 subtracts the output current upper limit value MCD of the constant voltage
定電流電源部44は、差動増幅器OP2が、電流検出抵抗R4の両端の電位差を増幅して、出力電流値に比例する出力電流信号を生成し、差動増幅器OP3に出力する。差動増幅器OP3は、差動増幅器OP2から入力される出力電流信号の示す出力電流値と電流指示器6から入力される目標電流値(電流指示値)との差分を増幅し、さらに、バイアス回路K2が与える電圧分を加算して、PWMコントローラ51に、PWMパルスのデューティ指示信号として出力する。
In the constant current
PWMコントローラ51は、差動増幅器OP3から入力されるデューティ指示信号で指定されるデューティにPWMパルスのデューティを決定して、半導体スイッチTsを該PWMパルスデューティでオン/オフ駆動する。すなわち、定電流電源部44は、電流指示器6の出力する目標電流値(電流指示値)が高くなって差動増幅器OP3の出力電圧が上昇すると、PWMパルスのデューティを高くし、昇圧レギュレータ50の出力電流値を大きくする。定電流電源部44は、昇圧レギュレータ50の出力電流値が大きくなると、電流検出抵抗R4の電圧降下が大きくなって、電流検出抵抗R4が検出して差動増幅器OP2が出力する出力電流検出信号の出力電流値が上昇し、差動増幅器OP3の出力電圧が低下して、さらに、PWMパルスのデューティが低くなって、昇圧レギュレータ50の出力電流値が低下するという制御を繰り返し行う。すなわち、定電流電源部44は、上述のようなフィードバックPWM制御により、昇圧レギュレータ50の出力電流値が、電流指示器6が与える24∨系負荷10への負荷電流検出器36の検出値から、入出力制御部5が指示する定電圧電源部22の出力電流上限値MCDを減算した差分に相当する値となる。
The
次に、本実施例の作用について説明する。本実施例の画像形成装置1は、商用AC電源PWから直接内部電力を生成する主電源部3の供給可能な最大電力を超える電力を、キャパシタ42を利用した補助電源部4から24∨系負荷10に供給して、電力利用効率を向上させる。
Next, the operation of this embodiment will be described. The image forming apparatus 1 according to the present exemplary embodiment uses a power that exceeds the maximum power that can be supplied from the main power supply unit 3 that directly generates internal power from the commercial AC power supply PW, from the auxiliary
すなわち、画像形成装置1は、外部の商用AC電源PWから供給される電力を入力源に用いた定電圧出力の主電源部3とキャパシタ42を利用した補助電源部4とから負荷9、10及び定着加熱部7へ電力を供給するが、補助電源部4からの電力を供給を、定電圧電源部22による出力電流上限値MCDを超える電力を負荷10が必要としているときにのみ行う。
That is, the image forming apparatus 1 includes
そして、画像形成装置1は、入出力制御部5が、主電源スイッチ2が開から閉(ON)にされたり、画像形成装置1が省エネモード(省電力モード)から待機モードに復帰して、主電源部3の定電圧電源部22が+5Vの出力を開始し、+5V(動作電圧)が入出力制御部5に加わって、入出力制御部5が電源オンリセットパルスに応答して入出力制御部5の初期化が完了すると、入出力制御部5は、図3に示す給電制御を実行する。
In the image forming apparatus 1, the input / output control unit 5 switches the main power switch 2 from open to closed (ON), or the image forming apparatus 1 returns from the energy saving mode (power saving mode) to the standby mode. The constant voltage
すなわち、画像形成装置1の各部に動作電圧が印加された直後の立ち上げ時から定着加熱部7への供給電流、24V系負荷10への負荷電流の遷移は、図3のように示すことができる。 That is, the transition of the supply current to the fixing heating unit 7 and the load current to the 24V system load 10 from the startup immediately after the operating voltage is applied to each part of the image forming apparatus 1 can be shown as in FIG. it can.
図3(a)において、主電源スイッチ2がオンされた直後の定着温度を目標温度に立ち上げる定着リロード期間T1では、画像形成装置1が要求する立ち上げ時間を満足させるために、通常時よりも多大な電力(例えば、1300W)を定着加熱部7に供給し、定着加熱部7をプリントが可能な温度に可能な限り速やかに立ち上げる。このように定着部の定着温度をプリントが可能な温度に立ち上げることを定着リロードという。 In FIG. 3A, in the fixing reload period T1 in which the fixing temperature immediately after the main power switch 2 is turned on is raised to the target temperature, in order to satisfy the starting time required by the image forming apparatus 1, the normal time is exceeded. Also, a large amount of electric power (for example, 1300 W) is supplied to the fixing heating unit 7, and the fixing heating unit 7 is started up as quickly as possible to a temperature at which printing can be performed. Raising the fixing temperature of the fixing unit to a temperature at which printing is possible in this way is called fixing reload.
定着加熱部7は、プリントが可能な温度に一度上昇すると、図3(a)にプリント開始T2として示すように、温度維持のためには、定着加熱部7への供給電流が定着リロード時よりも小さくて済むが、定着リロード終了後のプリント開始時T2は、通紙による定着温度の落ち込みが大きいため、温度が安定するまでの期間は通常プリント時よりも定着加熱部7への電力を増加する必要がある。 Once the fixing heating unit 7 rises to a temperature at which printing can be performed, as shown in FIG. 3A as a print start T2, in order to maintain the temperature, the supply current to the fixing heating unit 7 is higher than that at the time of fixing reload. However, at the start of printing T2 after the completion of fixing reloading, the drop in the fixing temperature due to the paper passing is large, so the power to the fixing heating unit 7 is increased during the period until the temperature stabilizes than during normal printing. There is a need to.
プリント開始後、定着加熱部7の温度が安定してくると、図3(a)にプリント動作時T3として示すように、定着加熱部7の必要電力も低下して安定する。 After the start of printing, when the temperature of the fixing heating unit 7 becomes stable, the required power of the fixing heating unit 7 decreases and stabilizes as shown as T3 in the printing operation in FIG.
また、プリント動作時T3においては、定着加熱部7への供給電流は、商用AC電源PWから供給可能な電流以下であるが、図3(b)に示すように、動作時においては、モータ等の起動により24∨系負荷10の電力消費が増大し、定着加熱部7への供給電流を含めた総合電流値が、図3(c)に示すように、商用AC電源PWの供給可能な電流値を越えてしまうことがある。 In addition, during the printing operation T3, the supply current to the fixing heating unit 7 is equal to or less than the current that can be supplied from the commercial AC power supply PW. However, as shown in FIG. As shown in FIG. 3 (c), the total current value including the supply current to the fixing heating unit 7 is the current that can be supplied from the commercial AC power supply PW. The value may be exceeded.
ところが、補助電源部4のキャパシタ42からの24∨系負荷10への電力供給は、キャパシタ42の充電効率が悪く、主電源部3の定電圧電源部22からの電力供給と比較して、電力損失が大きい。
However, the power supply from the
そこで、本実施例の画像形成装置1は、24∨系負荷10への電力供給において、キャパシタ42からの電力供給によって生じる電力損失低減を目的に、商用AC電源PWが供給可能な電流を超える電流のみをキャパシタ42から24∨系負荷10へ供給するように、入出力制御部5から電流指示器6に出力する出力電流上限値MCDを設定する。
Therefore, in the image forming apparatus 1 according to the present embodiment, the current exceeding the current that can be supplied by the commercial AC power supply PW in order to reduce the power loss caused by the power supply from the
そして、入出力制御部5は、定着加熱部7の温度検出部8から出力される定着温度信号から定着加熱部7が必要とする電流を算出し、負荷電流検出器36に含まれる負荷電流検出抵抗R1によって24∨系負荷10の必要電流を算出する。
The input / output control unit 5 calculates the current required by the fixing heating unit 7 from the fixing temperature signal output from the temperature detection unit 8 of the fixing heating unit 7, and detects the load current included in the load
いま、入出力制御部5は、定着加熱部10が必要とする電流値をA、24∨系負荷10の必要電流をB、商用AC電源PWから供給可能な電流値をXとしたとき、A+B≦Xであると、電力上限電流設定値MCDとして、24∨系負荷10の必要電流Bを設定する。一方、入出力制御部5は、A+B>Xであると、電力上限電流設定値MCDとして、B−(A+B−X)=X−Aを設定する。このようにすると、商用AC電源PWが供給可能な電流を超える電流のみを、補助電源部4のキャパシタ42から24∨系負荷10へ供給するように、上限電流設定値MCDを設定することができる。
Now, the input / output control unit 5 assumes that the current value required by the fixing
このように、本実施例の画像形成装置1は、商用AC電源(外部)PWから供給される電力から主電源部(主電源手段)3が所定の定電圧電力を生成して負荷7、9、10に供給し、この負荷7、9、10のうち所定の定電圧負荷である24∨系負荷10に流れる負荷電流値を負荷電流検出器(電流検出手段)36で検出して、検出した該負荷電流値を、電流指示器(電流指示手段)6が、所定の上限電流値である出力電流上限値MCDと比較して該負荷電流が該出力電流上限値MCDを越えている不足分の電流値を示す電流値指示信号を補助電源部(補助電源手段)4に出力して、補助電源部4が、商用AC電源PWから供給される電力を蓄電するキャパシタ(蓄電手段)42の蓄電する蓄電電力から該電流指示器6の出力する該電流値指示信号の示す該負荷電流値の定電流電力を生成して24∨系負荷10に供給し、入出力制御部(制御手段)5が、該主電源部3が商用AC電源PWから供給される電力から生成して全負荷に供給可能な電力から該24∨系負荷10以外の負荷が必要とする他負荷必要電力を減算した残電力が24∨系負荷10の必要とする電力に対して不足していると、該電流指示器6へ出力する出力電流上限値MCDを制御して、該不足分の電力を補助電源部4に供給させている。
As described above, in the image forming apparatus 1 according to the present embodiment, the main power supply unit (main power supply unit) 3 generates predetermined constant voltage power from the power supplied from the commercial AC power supply (external) PW, and the
したがって、主電源部3の定電圧電源部22からの電力供給と比較して、電力損失の大きいキャパシタ42を利用した電力供給を、外部電源である商用AC電源PWから、直接、画像形成装置1の各負荷に供給する内部電力を生成する主電源部3の供給可能な最大電力を超える電力のみに限定して、電力利用効率を向上させることができる。
Therefore, compared with the power supply from the constant voltage
また、本実施例の画像形成装置1は、入出力制御部5が、商用AC電源PWから供給される電力から生成して、動作状態によって消費電力が大きく変動する変動負荷である定着加熱部7を含む全負荷に供給可能な電力から24∨系負荷10以外の負荷が必要とする必要電力を減算した電力が該24∨系負荷10の必要とする電力に不足していると、出力上限値MCDを制御して、該不足分の電力を補助電源部4に供給させている。
Further, in the image forming apparatus 1 of this embodiment, the input / output control unit 5 generates from the power supplied from the commercial AC power source PW, and the fixing heating unit 7 is a fluctuating load whose power consumption varies greatly depending on the operation state. If the power required for loads other than the 24∨
したがって、負荷として定着加熱部7等の変動の大きい負荷がある場合にも、商用AC電源PWから生成可能な電力を超える電力のみを、補助電源部4で生成して、24V系負荷10に供給することができる。
Therefore, even when there is a load with large fluctuations such as the fixing heating unit 7 as the load, only the power exceeding the power that can be generated from the commercial AC power supply PW is generated by the auxiliary
さらに、本実施例の画像形成装置1は、主電源部3の定電圧電源部22と補助電源部4が、並列に接続され、該主電源部3の定電圧電源部22と補助電源部4の双方から24∨系負荷10に電力供給が可能となっている。
Further, in the image forming apparatus 1 of the present embodiment, the constant voltage
したがって、主電源部3からの電力だけでは不足する分の電力を適切に補助電源部4から供給することができる。
Therefore, it is possible to appropriately supply from the auxiliary
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例で説明したものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 The invention made by the present inventor has been specifically described based on the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to that described in the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. It goes without saying that it is possible.
本発明は、主電源部の他に補助電源部を用いた電源装置及びこの電源装置を備えた複写装置、プリンタ装置、複合装置等の画像形成装置に利用することができる。 The present invention can be used for a power supply device using an auxiliary power supply unit in addition to a main power supply unit, and an image forming apparatus such as a copying apparatus, a printer device, and a composite apparatus including the power supply device.
1 画像形成装置
2 主電源スイッチ(SW)
3 主電源部
4 補助電源部
5 入出力制御部
6 電流指示器
7 定着加熱部
8 温度検出部
9 5V系負荷
10 24V系負荷
PW 商用AC電源
21 定着電源部
22 定電圧電源部
31 ブリッジ整流器
32a 絶縁型スイッチング回路
33a 整流平滑回路
34a 絶縁型誤差増幅器
35a PWMコントローラ
32b 絶縁型スイッチング回路
33b 整流平滑回路
34b 絶縁型誤差増幅器
35b PWMコントローラ
36 負荷電流検出部
41 キャパシタ充電器
42 キャパシタ
43 電圧検出回路
44 定電流電源部
R1 負荷電流検出抵抗
OP1 差動増幅器
R2、R3 分圧抵抗
SR シャントレギュレータ
PC フォトカプラ
50 昇圧レギュレータ
51 PWMコントローラ
Ts 半導体スイッチ
Rt リアクトル
D ダイオード
C キャパシタ
60 出力電流コントローラ
R4 電流検出抵抗
OP2 差動増幅器
OP3 差動増幅器
K1、K2 バイアス回路
1 Image forming apparatus 2 Main power switch (SW)
3 Main
Claims (4)
前記負荷のうち所定の定電圧負荷に流れる負荷電流値を検出する電流検出手段と、
前記負荷電流値を所定の上限電流値と比較して該負荷電流が該上限電流値を越えている不足分の電流値を示す電流値指示信号を出力する電流指示手段と、
外部から供給される電力を蓄電する蓄電手段と、
前記電流値指示信号の示す不足分の電流値の定電流電力を、前記蓄電手段の蓄電する蓄電電力から生成して前記所定定電圧負荷に供給する補助電源手段と、
前記主電源手段が前記外部から供給される電力から生成して全負荷に供給可能な電力から前記所定定電圧負荷以外の負荷が必要とする他負荷必要電力を減算した残電力が該所定定電圧負荷の必要とする電力に対して不足していると、前記上限電流値を可変させて、該不足分の電力を前記補助電源手段に供給させる制御手段と、
を備えていることを特徴とする電源装置。 Main power supply means for generating a predetermined constant voltage power from the power supplied from the outside and supplying it to the load;
Current detection means for detecting a load current value flowing in a predetermined constant voltage load among the loads;
Current indicating means for comparing the load current value with a predetermined upper limit current value and outputting a current value indicating signal indicating a shortage current value where the load current exceeds the upper limit current value;
Power storage means for storing power supplied from outside;
Auxiliary power supply means for generating the constant current power of the shortage current value indicated by the current value instruction signal from the stored power stored in the power storage means and supplying the predetermined constant voltage load;
The remaining power obtained by subtracting the other load required power required by the load other than the predetermined constant voltage load from the power that the main power supply means generates from the power supplied from the outside and can be supplied to the entire load is the predetermined constant voltage. Control means for varying the upper limit current value and supplying the auxiliary power means to the auxiliary power means when the power required by the load is insufficient;
A power supply device comprising:
前記制御手段は、
前記外部から供給される電力から生成して前記変動負荷を含む全負荷に供給可能な電力から前記所定定電圧負荷以外の負荷が必要とする必要電力を減算した電力が該所定定電圧負荷の必要とする電力に不足していると、前記上限電流値を制御して、該不足分の電力を前記補助電源手段に供給させることを特徴とする請求項1記載の電源装置。 The power supply device also supplies power to a variable load whose power consumption varies greatly depending on the operating state,
The control means includes
The power required for the predetermined constant voltage load is the power obtained by subtracting the necessary power required by a load other than the predetermined constant voltage load from the electric power generated from the externally supplied power and supplied to all loads including the variable load. 2. The power supply device according to claim 1, wherein when the electric power is insufficient, the upper limit current value is controlled to supply the shortage of electric power to the auxiliary power supply unit.
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