JP2013096902A - 電源システム、同電源システムを備えた画像形成装置および小容量電源回路 - Google Patents

電源システム、同電源システムを備えた画像形成装置および小容量電源回路 Download PDF

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Abstract

【課題】より省電力化の可能な、ゼロクロス点の検知技術を提供すること。
【解決手段】電源システム１００は、スイッチング電源２０と、制御装置５１と、小容量電源回路３０を備える。制御装置５１は、スイッチング電源２０を、通常モードと、スイッチング電源２０の発振を停止させる省電力モードとに切り換え制御する。小容量電源回路３０は省電力モードにおいて制御装置５１に電力を供給し、第１コンデンサＣ１、第２コンデンサＣ２、および第１コンデンサＣ１の第２電極と第２コンデンサＣ２の第２電極との間に電気的に接続され、両コンデンサに印加される交流電圧を整流する整流回路３１とを含む。小容量電源回路３０は、また、整流回路３１の後段の電流経路ＩＰに接続され、電流経路ＩＰに流れる整流電流Ｉｒｃに基づいて交流電源ＡＣのゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路３４を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源システム、同電源システムを備えた画像形成装置および小容量電源回路に関し、詳しくは、交流電圧のゼロクロス点を検出する技術に関する。
従来、交流電圧のゼロクロス点（ゼロクロスタイミング）を検出する技術として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。その従来技術文献においては、フォトカプラを利用して交流電圧のゼロクロス点を検知する技術が開示されている。
特開２０１０−２３９７７４号公報
しかしながら、上記従来技術文献のように、フォトカプラを利用したゼロクロス点の検知方法では、好適にゼロクロス点を検知できるものの、フォトカプラのフォトダイオードによる消費電力量が無視できる程度に低くはなかった。そのため、より省電力化が可能なゼロクロス点を検知する技術が切望されていた。
本発明は、より省電力化の可能な、ゼロクロス点の検知技術を提供するものである。
本明細書によって開示される電源システムは、交流電源の交流電圧を整流平滑化し、発振を行う通常モードにおいて所定の直流電圧を生成するスイッチング電源と、前記スイッチング電源を、前記通常モードと、前記スイッチング電源の発振を停止させる省電力モードとに切り換え制御する制御装置と、前記省電力モードにおいて前記制御装置に電力を供給する小容量電源回路であって、第１電極および第２電極を有し、当該第１電極が前記交流電源の一端に接続される第１コンデンサと、第１電極および第２電極を有し、当該第１電極が前記交流電源の他端に接続される第２コンデンサと、前記第１コンデンサの前記第２電極と前記第２コンデンサの前記第２電極との間に電気的に接続され、両コンデンサに印加される交流電圧を整流する整流回路とを含む小容量電源回路とを備え、前記小容量電源回路は、前記整流回路の後段の電流経路に接続され、前記電流経路に流れる整流電流に基づいて前記交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路を含む。
上記電源システムにおいて、前記ゼロクロス検出回路は、前記平滑コンデンサと基準電位配線とを結ぶ電流経路に接続されるようにしてもよい。
また、上記電源システムにおいて、前記整流回路に接続される専用電流経路をさらに備え、前記ゼロクロス検出回路は前記専用電流経路に接続されるようにしてもよい。
その場合、前記専用電流経路は、直列接続された二個の分圧抵抗によって構成されるとともに、前記整流回路と前記平滑コンデンサとの間において、前記平滑コンデンサと並列接続され、前記ゼロクロス検出回路は前記二個の分圧抵抗の間に接続されるようにしてもよい。あるいは、前記整流回路と前記平滑コンデンサとの間に接続される抵抗をさらに備え、前記専用電流経路は、前記抵抗の電圧降下によってオン・オフされるスイッチ回路と、前記スイッチ回路と基準電位配線との間に接続された二個の分圧抵抗によって構成され、前記ゼロクロス検出回路は前記二個の分圧抵抗の間に接続されるようにしてもよい。
また、上記電源システムにおいて、前記ゼロクロス検出回路は、ゼロクロス点に対応したゼロクロスパルスを検出し、前記ゼロクロスパルスに基づいて前記ゼロクロス点を検出し、前記制御装置は、前記ゼロクロスパルスが検出されない場合、前記交流電源の電圧が低下した、あるいは前記交流電源が不意にオフされたと判断し、電源異常信号を生成するようにしてもよい。
また、上記電源システムにおいて、前記ゼロクロス検出回路は、ゼロクロス点に対応したゼロクロスパルスを検出し、前記ゼロクロスパルスに基づいて前記ゼロクロス点を検出し、前記制御装置は、前記ゼロクロスパルスのパルス幅が所定パルス幅より短い場合、矩形波の交流電源が入力されたと判断し、矩形波電源異常信号を生成するようにしてもよい。
また、本明細書によって開示される画像形成装置は、通常モードと省電力モードとを有する画像形成装置であって、上記いずれかの電源システムを備える。
また、本明細書によって開示される小容量電源回路は、第１電極および第２電極を有し、当該第１電極が交流電源の一端に接続される第１コンデンサと、第１電極および第２電極を有し、当該第１電極が前記交流電源の他端に接続される第２コンデンサと、前記第１コンデンサの前記第２電極と前記第２コンデンサの前記第２電極との間に電気的に接続され、両コンデンサに印加される交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路の後段の電流経路に接続され、前記電流経路に流れる整流電流に基づいて前記交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路とを備える。
本発明によれば、省電力モードに利用される小容量電源回路の整流電流は、スイッチング電源の整流電流と比べてはるかに小さい。そのため、小容量電源回路に流れる整流電流を利用してゼロクロス検出を行うことによって、より省電力化の可能な、ゼロクロス点の検知を行える。
実施形態１に係る画像形成装置の構成を概略的に示すブロック図 実施形態１に係る電源システムの構成を概略的に示す回路図 実施形態１におけるゼロクロス点の検出を説明するグラフ 実施形態２における小容量電源回路の構成を示す回路図 実施形態３における小容量電源回路の構成を示す回路図 別の整流回路の構成を示す回路図
＜実施形態１＞
実施形態１について図１から図３を参照して説明する。
１．プリンタの説明
図１は、画像形成装置の一例であるプリンタ１の電気的構成を示すブロック図である。プリンタ１は、印刷部２、通信部３ａ、画像メモリ３ｂ、および電源システム１００を含む。電源システム１００は、電源部１０と制御装置５０とを含む。電源部１０はプリンタ１の電源となるものであり、印刷部２、通信部３ａ、画像メモリ３ｂおよび制御装置５０に対して電力を供給する。
印刷部２は、感光ドラム２ａ、感光ドラム２ａの表面を帯電させる帯電プロセスを実行する帯電器２ｂ、感光ドラム２ａの表面に静電潜像を形成する露光プロセスを実行する露光装置２ｃ、感光ドラム２ａの表面に形成された静電潜像に現像剤を付着させて現像剤像を形成する現像プロセスを実行する現像器２ｄ、記録媒体に現像剤像を転写する転写プロセスを実行する転写器２ｅ、記録媒体上に転写された現像剤像を定着させる定着プロセスを実行する定着器２ｆ等から構成されている。
印刷部２は帯電プロセス、露光プロセス、現像プロセス、転写プロセス、定着プロセスを実行して、記録媒体上に印刷データに基づく画像を印刷する印刷処理を実行するものである。通信部３ａはＰＣ等の情報端末装置との間で通信を行うものであり、情報端末装置から印刷指示や印刷データを受信する機能を担う。画像メモリ３ｂは、情報端末装置から受信した印刷データを一時記憶するものである。
上記プリンタ１は、通信部３ａが情報端末装置から印刷指示を受けて印刷データを受信すると、制御装置５０が、印刷部２に帯電プロセス、露光プロセス、現像プロセス、転写プロセス、定着プロセスからなる印刷処理を実行させることで、記録媒体に印刷データに基づく画像を印刷させる。なお、印刷部２の動作電圧は主に２４Ｖであるのに対して、通信部３ａ、画像メモリ３ｂおよび制御装置５０の動作電圧は主に３．３Ｖである。
なお、プリンタ１は、動作モードとして通常モードと省電力モードとを有する。通常モードとは、プリンタ１が印刷指示に応答して即座に印刷処理を実行できる状態、あるいは、印刷処理を実行している状態にあるモードである。そのため、通常モードにおいては、電源システム１００は動作しており、定着器２ｆは定着可能な温度或いは定着可能な温度よりやや低い温度に維持されるように通電制御されている。また、省電力モードとは、印刷指示が所定時間なくプリンタ１が待機状態にあるモードである。省電力モードでは、電源システム１００は、その一部しか動作しておらず、定着器２ｆは通電されていない。
２．電源システムの構成
次に、図２を参照して電源システム１００の構成について説明する。上述したように、電源システム１００は、電源部１０と制御装置５０とを含む。まず、電源システム１００の電源部１０の構成について説明する。電源部１０は、スイッチング電源２０および小容量電源回路３０を含む。
スイッチング電源２０は、整流平滑回路２１、制御ＩＣ２２、電圧発生回路２３、トランス２４、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ１、整流平滑回路２５、電圧検出回路２６、およびＤＣ−ＤＣコンバータ２７、２８を含む。
スイッチング電源２０は、交流電源ＡＣの交流電圧Ｖａｃを整流平滑化し、通常モードにおいて＋２４Ｖ、＋５Ｖおよび＋３．３Ｖの直流電圧を生成する。＋２４Ｖの直流電圧（以下「ＤＣ２４Ｖ」と記す）は第１出力端子ＯＵＴ１から出力され、＋５Ｖの直流電圧（以下「ＤＣ５Ｖ」と記す）は第２出力端子ＯＵＴ２から出力され、＋３．３Ｖの直流電圧（以下「ＤＣ３．３Ｖ」と記す）は第３出力端子ＯＵＴ３から出力される。
整流平滑回路２１は、いわゆるコンデンサインプット型であり、交流電源ＡＣの交流電圧Ｖａｃ（例えば、２４０Ｖ）を整流するブリッジダイオードおよび整流後の電圧を平滑化するコンデンサを含む。整流平滑回路２１の出力は、トランス２４の一次コイルに印加される。
トランジスタＱ１はＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴであり、制御ＩＣ２２からゲートにオン・オフ信号（ＰＷＭ信号）が与えられることにより、オン・オフ動作する。これにより、トランス２４の一次側が発振して、トランス２４の二次コイルに電圧を誘起させる。
また、トランス２４の一次側には電圧発生回路２３が設けられている。電圧発生回路２３は、トランス２４の一次側に設けられた補助コイルに誘起される電圧を整流平滑化して、制御ＩＣ２２用の電源電圧Ｖｃｃを生成する。
整流平滑回路２５はトランス２４の二次コイルに誘起された電圧を整流平滑化してＤＣ２４Ｖを生成する。
電圧検出回路２６は、フォトカプラＰＣ１を含み、スイッチング電源２０のＤＣ２４Ｖ出力の検出レベルに応じて、フォトカプラＰＣ１の発光ダイオードＬＥＤ１を発光させる。フォトカプラＰＣ１は、制御ＩＣ２２のフィードバックポートＦＢに接続されたフォトトランジスタＰＴ１を含む。そのため、発光ダイオードＬＥＤ１の光信号はフォトトランジスタＰＴ１にて電気信号に戻され、ＤＣ２４Ｖ出力の検出値が制御ＩＣ２２のフィードバックポートＦＢにフィードバックされる。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２７は、ＤＣ２４ＶをＤＣ５Ｖに変換して出力し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８は、ＤＣ２４ＶをＤＣ３．３Ｖに変換して出力する。
制御ＩＣ２２は、制御入力ポートＥＮに入力される制御パルス信号Ｓｃｐに応じてトランジスタＱ１へのオン・オフ信号を制御し、トランス２４の一次側の発振を制御する。通常モードにおいては、トランス２４の一次側を発振させて、各ＤＣ電圧を生成し、省電力モードにおいては、トランジスタＱ１へのオン・オフ信号の出力を停止して、トランス２４の一次側の発振を停止させる。すなわち、省電力モードにおいては、スイッチング電源２０からＤＣ電圧は出力されない。なお、プリンタ１の省電力モードから通常モードへの復帰時には、制御装置５０から制御パルス信号Ｓｃｐが制御入力ポートＥＮに入力され、制御パルス信号Ｓｃｐに応じてトランス２４の一次側の発振が開始され、各ＤＣ電圧がスイッチング電源２０から出力される。すなわち、プリンタ１の通常モードにおいてスイッチング電源２０は出力モードとされ、プリンタ１の省電力モードにおいてスイッチング電源２０は出力停止モードとされる。なお、入力ポートＶＨには、スイッチング電源２０の始動時に電源電圧が供給される。
次に、電源システム１００の制御装置５０の構成について説明する。制御装置５０は、ＡＳＩＣ（特定用途向けＩＣ）５１とスイッチング電源制御部５２とを含む。ＡＳＩＣ５１は、プリンタ１の印刷部２を制御するメインブロックＢ１と、主にプリンタ１のモード制御を行うモード制御ブロックＢ２とから構成されている。なお、モード制御の一部はメインブロックＢ１で行うようにしてもよい。また、メインブロックＢ１およびモード制御ブロックＢ２は、ＡＳＩＣ５１で構成されることに限られない。例えば、メインＣＰＵとサブＣＰＵによって構成されてもよい。
メインブロックＢ１の電源ポートＰ１は、スイッチング電源２０のＤＣ−ＤＣコンバータ２８からＤＣ３．３Ｖを受け取る。なお、メインブロックＢ１は通常モード中に限り電力が供給されて動作状態となり、スイッチング電源２０が出力停止モード、すなわち、省電力モードに移行すると、電力の供給が断たれて停止状態になる。
また、メインブロックＢ１は、タイマ５５、メモリ５６を含み、後述するように、ゼロクロス検出回路３４からポートＰ５に入力されるパルス信号Ｐｚｃに基づいて、交流電源ＡＣの交流電圧Ｖａｃのゼロクロス点ＺＰ（図３参照）を検出する。そして、メインブロックＢ１は、ゼロクロス点ＺＰに基づいてゼロクロス信号Ｓｚｃを生成し（図３参照）、ゼロクロス信号Ｓｚｃに基づいて、例えば、定着器２ｆの通電制御を行う。
タイマ５５は、ゼロクロス点ＺＰを検出する際の時間計測に利用される。メモリ５６は、ＲＯＭおよびＲＡＭを含む。ＲＯＭには、ＡＳＩＣ５１が実行する各種プログラムが格納され、ＲＡＭにはプログラムが実行される際の各種データが格納される。
一方、モード制御ブロックＢ２の電源ポートＰ２は、小容量電源回路３０のＤＣ−ＤＣコンバータ３３に接続されており、通常モードおよび省電力モードにおいて小容量電源回路３０から電力供給される。モード制御ブロックＢ２は、プリンタ１のモード切り換えに応じて、スイッチング電源２０を、出力モードと、スイッチング電源２０の発振を停止させる出力停止モードとに切り換え制御する。
すなわち、モード制御ブロックＢ２は、制御ＩＣ２２に対して制御パルス信号Ｓｃｐを出力することにより、スイッチング電源２０を出力モードと出力停止モードとに切り換える。ここで、出力モードとは、トランス２４の一次側を発振させて、スイッチング電源２０を出力状態にするモードであり、通常モードに対応する。一方、出力停止モードは、トランス２４の発振を停止させてスイッチング電源２０の出力を停止させるモードであり、省電力モードに対応する。このように、省電力モードにおいては、スイッチング電源２０の出力が停止されるため、制御装置５０には、すなわち、ＡＳＩＣ５１のモード制御ブロックＢ２およびスイッチング電源動作制御部５２には、小容量電源回路３０から電力が供給される。
スイッチング電源動作制御部５２は、フォトカプラＰＣ２の発光ダイオードＬＥＤ２およびトランジスタＱ２を含む。発光ダイオードＬＥＤ２のアノードは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３からの直流＋３．３Ｖ（以下、ＤＣ３．３ＶＢと記す）の電源ラインに接続されている。
発光ダイオードＬＥＤ２は、スイッチング電源２０の制御ＩＣ２２の制御入力ポートＥＮに接続されたフォトトランジスタＰＴ２と共に、フォトカプラＰＣ２を構成している。そのため、モード制御ブロックＢ２の制御ポートＰ３からトランジスタＱ２のベースに制御パルス信号Ｓｃｐが出力されると、制御パルス信号Ｓｃｐは、フォトカプラＰＣ２を介して光伝送され、制御ＩＣ２２の制御入力ポートＥＮに入力される。
このように、制御装置５０は、詳しくは、ＡＳＩＣ５１のモード制御ブロックＢ２は、省電力モードから通常モードへ切り換える場合、小容量電源回路３０から供給される電力によって、スイッチング電源２０の発振を再開させる制御パルス信号Ｓｃｐを生成し、制御パルス信号Ｓｃｐをスイッチング電源２０に送出する。そのため、省電力モードから通常モードへの切り換えを、省電力モード時に蓄えられた電力を利用して好適に行える。
また、ユーザは、スイッチＳ１によって、モード制御ブロックＢ２にモードの切り換えを指示することができる。
なお、モード制御ブロックＢ２のポートＰ４からは、スイッチング電源２０のＤＣ−ＤＣコンバータ２８の動作をオン・オフ制御する制御信号Ｓｃｏｎが出力される。そして、例えば、通常モードにおいても、小容量電源回路３０から供給されるＤＣ３．３ＶＢの電力で事足りる場合には、ＡＩＳＣ５１は、制御信号Ｓｃｏｎによってスイッチング電源２０のＤＣ−ＤＣコンバータ２８の動作を停止させる。
３．小容量電源回路の構成
次に、小容量電源回路３０について説明する。小容量電源回路３０は省電力モードおよび通常モードにおいて制御装置５０に電力を供給する。詳しくは、小容量電源回路３０は、各モードにおいて、制御装置５０のモード制御ブロックＢ２およびスイッチング電源動作制御部５２に電力を供給する。通常モードにおいては、小容量電源回路３０は、交流電圧Ｖａｃの大きさに応じて、交流電源ＡＣから制御装置５０に電力を供給したり、ダイオードＤ５を介してスイッチング電源２０のＤＣ５Ｖから電力を供給したりする。省電力モードにおいては、小容量電源回路３０は、平滑コンデンサＣ３から制御装置５０に電力を供給する。また、通常モードにおいて交流電源ＡＣのゼロクロス点を検出するための構成を含む。
小容量電源回路３０は、第１コンデンサＣ１、第２コンデンサＣ２、整流回路３１、ツェナーダイオードＺＤ１、平滑コンデンサＣ３、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３、ゼロクロス検出用パルス生成回路３４および蓄電用コンデンサＣ４を含む。
第１コンデンサＣ１は、第１電極Ｃ１ｐ１および第２電極Ｃ１ｐ２を有し、第１電極Ｃ１ｐ１が交流電源ＡＣの一端に接続され、第２電極Ｃ１ｐ２が整流回路３１に接続される。また、第２コンデンサＣ２は、第１電極Ｃ２ｐ１および第２電極Ｃ２ｐ２を有し、第１電極Ｃ２ｐ１が交流電源ＡＣの他端に接続され、第２電極Ｃ２ｐ２が整流回路３１に接続される。
整流回路３１は、第１コンデンサＣ１の第２電極Ｃ１ｐ２と第２コンデンサＣ２の第２電極との間に電気的に接続され、両コンデンサＣ１、Ｃ２に印加される交流電圧Ｖａｃを整流する。実施形態１では、整流回路３１は、４個のダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４からなるブリッジ回路によって構成される。ダイオードＤ１およびダイオードＤ２のカソードは第１接続点Ｎｄ１において接続され、ダイオードＤ１のアノードは第１コンデンサＣ１の第２電極Ｃ１ｐ２に接続され、ダイオードＤ２のアノードは第２コンデンサＣ２の第２電極Ｃ２ｐ２に接続される。
また、ダイオードＤ３およびダイオードＤ４のアノードは第２接続点Ｎｄ２において接続され、ダイオードＤ３のカソードは第１コンデンサＣ１の第２電極Ｃ１ｐ２に接続され、ダイオードＤ４のカソードは第２コンデンサＣ２の第２電極Ｃ２ｐ２に接続される。第２接続点Ｎｄ２は基準電位配線Ｌｇｄに接続される。なお、実施形態１では、電源システム１００はフレーム接地されており、それにより基準電位配線Ｌｇｄも接地され、基準電位配線Ｌｇｄの電位は０Ｖである。
平滑コンデンサＣ３は、整流回路３１に接続され、整流された交流電圧を平滑して平滑電圧Ｖｃｈを生成する。平滑コンデンサＣ３は、ダイオードＤ５を介してスイッチング電源２０のＤＣ５Ｖの出力端（第２出力端子）ＯＵＴ２に電気的に接続される。そのため、プリンタ１の電源投入時には、スイッチング電源２０のＤＣ５Ｖによって平滑コンデンサＣ３および蓄電用コンデンサＣ４に短時間で充電が可能となる。
ダイオードＤ５は平滑コンデンサＣ３からＤＣ−ＤＣコンバータ２７側への逆流を防止するものである。また、ツェナーダイオードＺＤ１は、交流電源ＡＣの交流電圧Ｖａｃが上昇した場合に、平滑電圧Ｖｃｈの上昇を抑制するためのものである。
ＤＣ−ＤＣコンバータ３３は、平滑電圧ＶｃｈをＤＣ３．３ＶＢに変換する。ＤＣ３．３ＶＢは、スイッチング電源動作制御部４０およびモード制御ブロックＢ２の電源ポートＰ２に供給される。すなわち、モード制御ブロックＢ２の電力は、小容量電源回路３０から供給される。
蓄電用コンデンサＣ４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３からのＤＣ３．３ＶＢによって充電される。充電電力は、省電力モードから通常モードに切り換わる際に、フォトカプラＰＣ２のＬＥＤ２の駆動電流に使用される。また、平滑コンデンサＣ３および蓄電用コンデンサＣ４の容量を適宜に選定することによって、省電力モードにおいて、所定電圧の必要に応じた電力量を蓄電することができる。実施形態１では、フォトカプラＰＣ２の発光ダイオードＬＥＤ２を確実に駆動させる電力量を蓄電することができる平滑コンデンサＣ３および蓄電用コンデンサＣ４が用いられる。そのため、スイッチング電源２０を確実に再起動させることができる。
ゼロクロス検出用パルス生成回路（以下、単に、「パルス生成回路」と記す）３４は、整流回路３１の後段の電流経路ＩＰに接続され、電流経路ＩＰに流れる整流電流Ｉｒｃに基づいて交流電源ＡＣのゼロクロス点ＺＰ、すなわちゼロクロスタイミングを検出する。詳しくは、パルス生成回路３４は、ゼロクロス点ＺＰに対応したゼロクロス検出用パルス信号（以下、単に、「パルス信号」と記す）Ｐｚｃを生成し、パルス信号Ｐｚｃに基づいて、ＡＳＩＣ５１のメインブロックＢ１が最終的にゼロクロス点ＺＰを検出する。したがって、ゼロクロス検出用パルス生成回路３４およびメインブロックＢ１が、「ゼロクロス検出回路」に相当する。
パルス生成回路３４は、図２に示されるように、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、ダイオードＤ６、およびＮＰＮトランジスタ（以下、単に「トランジスタ」と記す）Ｑ３を含む。
電流経路ＩＰは、整流回路３１の第１接続点Ｎｄ１から平滑コンデンサＣ３および抵抗Ｒ１を介して基準電位線Ｌｇｄに至る経路であり、整流電流Ｉｒｃが流れる。言い換えれば、電流経路ＩＰは、交流電源ＡＣから出力される交流電流Ｉａｃが交流電源ＡＣに戻る際に、交流電流Ｉａｃが経由する経路となっている。
トランジスタＱ３は、整流電流Ｉｒｃが電流経路ＩＰに流れることによって生成されるベース電流によってスイッチング動作するスイッチングトランジスタとして動作する。すなわち、トランジスタＱ３は、整流電流Ｉｒｃをパルス信号Ｐｚｃに変換する。
詳しくは、トランジスタＱ３のコレクタは抵抗Ｒ２の一端に接続され、ベースが電流経路ＩＰに接続され、エミッタは基準電位線Ｌｇｄに接続される。抵抗Ｒ２はプルアップ抵抗であり、その他端はＤＣ−ＤＣコンバータ２８のＯＵＴ３のＤＣ３．３Ｖに接続されている。
トランジスタＱ３はベースに供給されるベース電流に応じてオン・オフされる。また、パルス信号Ｐｚｃは、トランジスタＱ３のコレクタから出力され、トランジスタＱ３がオン時にはゼロＶとなり、トランジスタＱ３がオフ時に３．３Ｖとなる。ＡＳＩＣ５１は、パルス信号Ｐｚｃのパルス周期Ｔｐを検出し、パルス周期Ｔｐを用いて交流電源ＡＣの交流電圧Ｖａｃのゼロクロス点ＺＰを検出する（図３参照）。
なお、トランジスタＱ３は、ＮＰＮトランジスタに限られない。また、パルス信号Ｐｚｃを生成する構成は、必ずしもトランジスタＱ３および抵抗Ｒ２の構成に限られない。例えば、トランジスタＱ３はＦＥＴであってもよい。その際、整流電流Ｉｒｃをゲート電圧に変換する電流−電圧変換回路を設ければよい。電流−電圧変換回路として、例えば、ボルテージフォロアのオペアンプが使用できる。
４．ゼロクロス点の検出方法
次に、図３を参照して、ゼロクロス点の検出方法を説明する。なお、図３には、交流電源ＡＣの周波数＝５０Ｈｚ、交流電圧Ｖａｃ＝２４０Ｖ（実効値）、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量＝３３００ｐＦ（ピコファラッド）、ダイオードＤ１〜Ｄ４の順電圧降下＝０．６Ｖ、負荷電流＝５０μＡ、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧＝８．２Ｖ、抵抗Ｒ１の抵抗値＝１５ｋΩ、および抵抗Ｒ２の抵抗値＝１０ｋΩとした場合の波形が示される。
図３に示されるように、交流電圧Ｖａｃの増加に伴って、整流電流Ｉｒｃ（平滑コンデンサＣ３に流れる電流）とツェナーダイオードＺＤ１との合計電流である経路電流Ｉｉｐが増加する。図３の時刻ｔ１において、経路電流Ｉｉｐによって抵抗Ｒ１の電圧降下、すなわちトランジスタＱ３のベース−エミッタ間電圧がトランジスタＱ３のオン電圧を超えると、トランジスタＱ３がオンされ、パルス信号Ｐｚｃは０Ｖとなる。時刻ｔ１以後、交流電圧Ｖａｃの変化に伴って、経路電流Ｉｉｐがさらに上昇する。その後、経路電流Ｉｉｐが下降して、時刻ｔ２において抵抗Ｒ１の電圧降下がトランジスタＱ３のオン電圧以下となると、トランジスタＱ３がオフされ、パルス信号Ｐｚｃは、ほぼ３．３Ｖとなる。
ＡＳＩＣ５１のタイマ５５は、図３の時刻ｔ１においてパルス信号Ｐｚｃが０Ｖになると、パルス信号Ｐｚｃが０Ｖである期間Ｋ１（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）の計測を開始する。
また、タイマ５５は、図３の時刻ｔ２においてパルス信号Ｐｚｃが３．３Ｖになると、パルス信号Ｐｚｃが３．３Ｖである期間Ｋ２（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）の計測を開始する。ここで、期間Ｋ１＋期間Ｋ２、すなわち、時刻ｔ１〜時刻ｔ３はパルス信号Ｐｚｃのパルス周期Ｔｐに相当し、タイマ５５は、パルス信号Ｐｚｃのパルス周期Ｔｐを検出する。そして、ＡＳＩＣ５１は、パルス信号Ｐｚｃのパルス周期Ｔｐに基づいてゼロクロス点ＺＰ１を検出する。なお、実施形態１のパルス周期Ｔｐは２０ｍｓ（ミリ秒）となり、交流電圧Ｖａｃの周期と等しい。
パルス周期Ｔｐが、Ｔｐ＝Ｋ１＋Ｋ２の場合、ＡＳＩＣ５１は、図３に示されるゼロクロス点ＺＰ１の時刻ｔ４を、
ｔ４＝ｔ３＋（Ｋ１／２） ……式１
として算出する。
また、ＡＳＩＣ５１は、図３に示されるゼロクロス点ＺＰ２の時刻ｔ６を、
ｔ６＝ｔ５＋（Ｋ２／２） ……式２
として算出する。
ここで、図３の時刻ｔ１およびｔ３は、パルス信号Ｐｚｃの立ち下がりタイミングであり、図３の時刻ｔ２およびｔ５は、パルス信号Ｐｚｃの立ち上がりタイミングである。そのため、言いかえれば、ＡＳＩＣ５１は、パルス信号Ｐｚｃの立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングに基づいて、ゼロクロス点ＺＰを検出する。
以下、同様にして、ゼロクロス点ＺＰ３〜ＺＰ６の時刻ｔ７〜ｔ１０を算出する。そして、ＡＳＩＣ５１は、例えば、ゼロクロス点ＺＰ１〜ＺＰ６の時刻ｔ４、ｔ６〜ｔ１０において立ち上がるゼロクロス信号Ｓｚｃを生成し、ゼロクロス信号Ｓｚｃに基づいて、例えば、定着器２ｆの通電制御を行う。
５．実施形態１の効果
ゼロクロス検出回路を構成するパルス生成回路３４は、省電力モードに利用される小容量電源回路３０に設けられ、小容量電源回路３０の整流電流Ｉｒｃを利用してゼロクロス検出が行われる。小容量電源回路３０の整流電流Ｉｒｃは、スイッチング電源２０の整流電流と比べてはるかに小さい。そのため、小容量電源回路３０に流れる整流電流Ｉｒｃを利用してゼロクロス検出を行うことによって、より省電力化の可能な、ゼロクロス点の検知を行える。ちなみに、実施形態１のゼロクロス検出での消費電力量は、約８０μＷであり、従来のフォトカプラを用いたゼロクロス検出に比べてはるかに小さい。
また、パルス生成回路３４（ゼロクロス検出回路の一例）は、平滑コンデンサＣ３と基準電位配線Ｌｇｄとを結ぶ電流経路ＩＰに接続される。このような電流経路ＩＰは所定の平滑電圧Ｖｃｈを生成するために、必要なものである。そのため、ゼロクロス検出のために、新たにゼロクロス検出のための専用の電流経路を設けることなく、元々必要な経路を利用できる。
＜実施形態２＞
次に、図４を参照して電源システム１００の実施形態２を説明する。図４は、実施形態２における小容量電源回路３０Ａの構成を示す。なお、実施形態１の電源システム１００とは、小容量電源回路においてパルス生成回路３４が設けられる電流経路のみが異なる。そのため、その相違点を説明し、同一構成についてはその説明を省略する。
実施形態２においては、パルス生成回路３４（ゼロクロス検出回路の一例）は、整流電流Ｉｒｃを分流させる専用電流経路ＩＰｓに接続される。詳しくは、図４に示されるように、専用電流経路ＩＰｓは、直列接続された二個の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ３によって構成されるとともに、整流回路３１と平滑コンデンサＣ３との間において、平滑コンデンサＣ３と並列接続される。そして、パルス生成回路３４は二個の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ３の間に接続される。具体的には、パルス生成回路３４のトランジスタＱ３のベースが二個の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ３の間に接続される。そして、整流電流Ｉｒｃの分流Ｉｒｃ１によってトランジスタＱ３がオン・オフされ、実施形態１と同等に、ゼロクロス検出が行われる。
この構成では、ゼロクロスを検出するためのパルス生成回路３４と、平滑回路３５とが、ダイオードＤ７によって分離され、半波整流されたＶｃｈａの電圧によりゼロクロスを検出し、その後、平滑化された電圧Ｖｃｈｂとなる。すなわち、実施形態１と比べ、平滑化された電圧が安定するため、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３で生成される＋３．３ＶＢが、より安定する。
＜実施形態３＞
次に、図５を参照して電源システム１００の実施形態３を説明する。図５は、実施形態３における小容量電源回路３０Ｂの構成を示す。なお、実施形態１の電源システム１００とは、実施形態２と同様に、小容量電源回路においてパルス生成回路３４が設けられる電流経路のみが異なる。そのため、その相違点を説明し、同一構成についてはその説明を省略する。
実施形態３においては、実施形態２と同様に、パルス生成回路３４（ゼロクロス検出回路の一例）は専用電流経路ＩＰｓに接続される。詳しくは、図５に示されるように、整流回路３１と平滑コンデンサＣ３との間に抵抗Ｒ４が接続される。そして、専用電流経路ＩＰｓは、抵抗Ｒ４の電圧降下によってオン・オフされるトランジスタＱ４（スイッチ回路の一例）と、トランジスタＱ４と基準電位配線Ｌｇｄとの間に接続された二個の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ３によって構成される。そして、パルス生成回路３４は二個の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ３の間に接続される。具体的には、パルス生成回路３４のトランジスタＱ３のベースが二個の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ３の間に接続される。
この構成では、整流電流Ｉｒｃが所定電流以上（抵抗Ｒ４の電圧降下が所定以上）のときにのみ、トランジスタＱ４がオンされて、整流電流Ｉｒｃの分流Ｉｒｃ２に基づいてゼロクロス検出が行われる。このように、整流電流Ｉｒｃの電流量が所定量、確保される場合にのみゼロクロス検出が行われるため、ゼロクロス検出の信頼性が向上する。
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施形態１において、ツェナーダイオードＺＤ１および平滑コンデンサＣ３を設ける例を示したがこれに限られず、ツェナーダイオードＺＤ１および平滑コンデンサＣ３のいずれか一方を設けるようにしてもよい。この場合であっても、ゼロクロス検出回路３４は、電流経路ＩＰに流れる整流電流Ｉｒｃに基づいて交流電源のゼロクロス点を検出することができる。
また、平滑コンデンサＣ３が設けられる場合、抵抗Ｒ１およびダイオードＤ６の少なくとも一方が設けられればよい。
（２）実施形態２および実施形態３において、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３および蓄電用コンデンサＣ４が設けられる場合、ツェナーダイオードＺＤ１および平滑コンデンサＣ３は省略されてもよい。
（３）上記各実施形態において、制御装置５０、詳しくは、ＡＳＩＣ５１のメインブロックＢ１は、パルス信号（ゼロクロスパルスに相当）Ｐｚｃが検出されない場合、交流電源ＡＣの電圧Ｖａｃが低下した、あるいは交流電源ＡＣが不意にオフされたと判断し、電源異常信号を生成するようにしてもよい。これは、パルス信号Ｐｚｃが検出されない場合には、交流電源ＡＣの電圧低下、あるいは交流電源ＡＣがオフされたことを検出できることによる。この場合、電源異常が発生した場合、好適に対処できる。
（４）上記各実施形態において、制御装置５０、詳しくは、ＡＳＩＣ５１のメインブロックＢ１は、ゼロクロス信号（ゼロクロスパルスに相当）Ｐｚｃの期間Ｋ１（パルス幅に相当）が所定期間より短い場合、矩形波の交流電源ＡＣが入力されたと判断し、矩形波電源異常信号を生成するようにしてもよい。
これは、交流電源ＡＣの波形が矩形波の場合、パルス信号Ｐｚｃの期間Ｋ１が非常に短くなる。そのため、期間Ｋ１を、矩形波を検出するための所定時間と比較し、期間Ｋ１が所定時間より短い場合、交流電源ＡＣが矩形波であることを検出できることによる。すなわち、パルス信号Ｐｚｃの期間Ｋ１に基づいて、ゼロクロス点ＺＰを検出できるとともに、交流電源ＡＣの波形異常を検出することができる。そのため、矩形波の交流電源ＡＣが入力された場合、好適に対処できる。
（５）上記各実施形態において、平滑コンデンサＣ３を、ダイオードＤ５を介してスイッチング電源２０のＤＣ５Ｖ出力（ＯＵＴ２）に接続する構成は、必ずしも必要な構成ではなく、省略されてもよい。すなわち、平滑コンデンサＣ３はスイッチング電源２０の第２出力端子ＯＵＴ２に接続されなくてもよい。
（６）上記各実施形態において、定電圧回路であるツェナーダイオードＺＤ１は、必ずしも必要な構成ではなく、省略されてもよい。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３３および蓄電用コンデンサＣ４は、必ずしも必要な構成ではなく、省略されてもよい。その際、フォトカプラＰＣ２のＬＥＤ２の駆動電流は、平滑コンデンサＣ３から供給されることとなる。
（７）上記各実施形態において、整流回路３１の構成は、図２等に示される４個のダイオードＤ１〜Ｄ４によって構成されるものに限定されない。例えば、図６に示される整流回路３１Ａのように、二個のダイオードＤ２およびＤ４によって構成されてもよい。
（８）上記各実施形態においては、基準電位配線Ｌｇｄが接地されている例を示したがこれに限られず、本発明は、基準電位配線Ｌｇｄが接地されていない場合にも適用できる。
（９）上記各実施形態において、本明細書によって開示される電源システム１００を画像形成装置に適用した例を示すが、これに限られない。電源システム１００は、通常モードと省電力モードとを有するあらゆる装置に適用できる。
１…プリンタ、２０…スイッチング電源、３０…小容量電源回路、３１…整流回路、３４…ゼロクロス検出用パルス生成回路、５０…制御装置、１００…電源システム、Ｃ１…第１コンデンサ、Ｃ２…第２コンデンサ、Ｃ３…平滑コンデンサ、ＩＰ…電流経路、ＩＰｓ…専用電流経路、Ｉｒｃ…整流電流。

Claims (9)

  1. 交流電源の交流電圧を整流平滑化し、発振を行う通常モードにおいて所定の直流電圧を生成するスイッチング電源と、
    前記スイッチング電源を、前記通常モードと、前記スイッチング電源の発振を停止させる省電力モードとに切り換え制御する制御装置と、
    前記省電力モードにおいて前記制御装置に電力を供給する小容量電源回路であって、
    第１電極および第２電極を有し、当該第１電極が前記交流電源の一端に接続される第１コンデンサと、
    第１電極および第２電極を有し、当該第１電極が前記交流電源の他端に接続される第２コンデンサと、
    前記第１コンデンサの前記第２電極と前記第２コンデンサの前記第２電極との間に電気的に接続され、両コンデンサに印加される交流電圧を整流する整流回路とを含む小容量電源回路とを備え、
    前記小容量電源回路は、前記整流回路の後段の電流経路に接続され、前記電流経路に流れる整流電流に基づいて前記交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路を含む、電源システム。
  2. 請求項１に記載の電源システムにおいて、
    前記ゼロクロス検出回路は、前記平滑コンデンサと基準電位配線とを結ぶ電流経路に接続される、電源システム。
  3. 請求項１に記載の電源システムにおいて、
    前記整流回路に接続される専用電流経路をさらに備え、
    前記ゼロクロス検出回路は前記専用電流経路に接続される、電源システム。
  4. 請求項３に記載の電源システムにおいて、
    前記専用電流経路は、直列接続された二個の分圧抵抗によって構成されるとともに、前記整流回路と前記平滑コンデンサとの間において、前記平滑コンデンサと並列接続され、
    前記ゼロクロス検出回路は前記二個の分圧抵抗の間に接続される、電源システム。
  5. 請求項３に記載の電源システムにおいて、
    前記整流回路と前記平滑コンデンサとの間に接続される抵抗をさらに備え、
    前記専用電流経路は、前記抵抗の電圧降下によってオン・オフされるスイッチ回路と、前記スイッチ回路と基準電位配線との間に接続された二個の分圧抵抗によって構成され、
    前記ゼロクロス検出回路は前記二個の分圧抵抗の間に接続される、電源システム。
  6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電源システムにおいて、
    前記ゼロクロス検出回路は、ゼロクロス点に対応したゼロクロスパルスを検出し、前記ゼロクロスパルスに基づいて前記ゼロクロス点を検出し、
    前記制御装置は、前記ゼロクロスパルスが検出されない場合、前記交流電源の電圧が低下した、あるいは前記交流電源が不意にオフされたと判断し、電源異常信号を生成する、電源システム。
  7. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電源システムにおいて、
    前記ゼロクロス検出回路は、ゼロクロス点に対応したゼロクロスパルスを検出し、前記ゼロクロスパルスに基づいて前記ゼロクロス点を検出し、
    前記制御装置は、前記ゼロクロスパルスのパルス幅が所定パルス幅より短い場合、矩形波の交流電源が入力されたと判断し、矩形波電源異常信号を生成する、電源システム。
  8. 通常モードと省電力モードとを有する画像形成装置であって、
    請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電源システムを備える画像形成装置。
  9. 第１電極および第２電極を有し、当該第１電極が交流電源の一端に接続される第１コンデンサと、
    第１電極および第２電極を有し、当該第１電極が前記交流電源の他端に接続される第２コンデンサと、
    前記第１コンデンサの前記第２電極と前記第２コンデンサの前記第２電極との間に電気的に接続され、両コンデンサに印加される交流電圧を整流する整流回路と、
    前記整流回路の後段の電流経路に接続され、前記電流経路に流れる整流電流に基づいて前記交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路と、
    を備えた小容量電源回路。
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