JP2014087237A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省電力時の出力電圧を低減すること。
【解決手段】スリープ時には出力電圧Ｖａが出力電圧Ｖｂの目標電圧よりも低い電源装置であって、出力電圧Ｖａが所定電圧となるように制御するフィードバック部３０１ｂと、フィードバック部３０１ｂが参照する電圧を、出力電圧Ｖａ及び出力電圧Ｖｂのいずれか一方に切り換える切り換え部４０１と、プリント時には出力電圧Ｖａに切り換え、スリープ時には出力電圧Ｖｂに切り換えるよう切り換え部４０１を制御するＣＰＵ３０３と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、省電力モードを有する画像形成装置の電源装置に関する。

従来、画像形成装置では、ＣＰＵやＡＳＩＣの電源として＋３．３Ｖを必要としている。この＋３．３Ｖを生成するため、ＤＣ−ＤＣコンバータ等のスイッチング電源が用いられている。図８は、従来の画像形成装置の電源装置の構成を示すブロック図であり、電子写真方式の画像形成装置２０１のスイッチング電源２０２及び３．３Ｖ系の制御部２０８を示す。図８では、定着部、高圧電圧回路、駆動部などは省略している。尚、図８の詳細な説明は実施の形態において後述する。

省電力化を実現するスリープ状態を有する画像形成装置では、スリープ時には最低限必要な機能、例えばＣＰＵ２０９のみに電源を供給し、ＦＥＴ２１０をオフすることでＡＳＩＣ２１１、センサ回路２１２、レーザ回路２１３への電源の供給は停止している。スリープ時（省電力状態時）には、出力電圧設定部２０５によりＡＣ−ＤＣコンバータ２０３の出力電圧２０６を、プリント時の＋２４Ｖから＋３．２Ｖに下げている。即ち、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０４の通常時（プリント時）の出力電圧２０７（＋３．３Ｖａ）よりも、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０４に入力される、ＡＣ−ＤＣコンバータ２０３の出力電圧２０６を低くしている。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０４のオンデューティが１００％状態となり、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０４でのスイッチング動作が行われなくなる。したがって、スリープ時においては、スイッチング損失を無くすことで高効率化を図り、かつ低電圧にすることで負荷となるＣＰＵ２０９などの消費電流を低減させ、省電力化を実現している。このようなＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチングを停止させ、入力電圧をスルーして出力電圧とする方式は、例えば特許文献１に記載されている。

特開２００４−２４２３８７号公報

スリープ時（省電力状態時）には、＋３．３Ｖａの電圧を低くすればするほど消費電力を下げることができる。図８の構成において、本願の発明者がスリープ時に、ＡＣ−ＤＣコンバータ２０３からＤＣ−ＤＣコンバータ２０４への出力電圧２０６を変化させ、その電流を測定した結果を図９に示す。図９は、横軸にＤＣ−ＤＣコンバータ２０４への入力電圧（Ｖ）即ち出力電圧２０６、縦軸にＤＣ−ＤＣコンバータ２０４の消費電流（ｍＡ）を示した特性図である。図９に示すように、入力電圧の低下に応じて消費電流も低下していることがわかる。このように、省電力を実現するためには、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０４への出力電圧２０６を低下させ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０４の出力電圧２０７である＋３．３Ｖａの電圧を低下させることが好ましい。しかし、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０４の出力部からスリープ時に機能するＣＰＵ２０９などの部品までの配線抵抗ばらつきや消費電流ばらつきを考慮しているため、実際には高めの電圧が設定されている。そのため、もっと電圧を下げる余地があるにもかかわらずそれが実現できないことで、より一層の省電力化を図れていない。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、省電力時の出力電圧を低減することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明は以下の構成を備える。

（１）交流電圧を変換して第一直流電圧を出力する第一コンバータと、前記第一コンバータが出力した前記第一直流電圧を第二直流電圧に変換する第二コンバータと、を備え、前記第一直流電圧が前記第二直流電圧の目標電圧よりも高い第一モードと前記第一モードよりも供給する電力を低減させるモードであって、前記第一直流電圧が前記第二直流電圧の目標電圧よりも低い第二モードとで稼働することが可能である電源装置であって、前記第一直流電圧が所定電圧となるように制御するフィードバック手段と、前記フィードバック手段が参照する電圧を、前記第一直流電圧及び前記第二直流電圧のいずれか一方に切り換える切換手段と、前記第一モードで稼働しているときには前記第一直流電圧に切り換え、前記第二モードで稼働しているときには前記第二直流電圧に切り換えるよう前記切換手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする電源装置。

（２）交流電圧を変換して第一直流電圧を出力する第一コンバータと、前記第一コンバータが出力した前記第一直流電圧を第二直流電圧に変換し、負荷に供給する第二コンバータと、を備え、前記第一直流電圧が前記第二直流電圧の目標電圧よりも高い第一モードと前記第一モードよりも供給する電力を低減させるモードであって、前記第一直流電圧が前記第二直流電圧の目標電圧よりも低い第二モードとで稼働することが可能である電源装置であって、前記第一直流電圧が所定電圧となるように制御するフィードバック手段と、前記第二モードで稼働しているときに、前記第二直流電圧が前記負荷の動作可能な電圧範囲の中で最も低い電圧となるよう制御する制御手段と、を備えることを特徴とする電源装置。

（３）転写材に画像形成を行う画像形成装置であって、前記（１）又は（２）に記載の電源装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、省電力時の出力電圧を低減することができる。

実施例１の画像形成装置を説明する図 実施例１の画像形成装置の電源供給ブロック図 実施例１の画像形成装置の電源構成図 実施例１の画像形成装置の電源のフィードバック部の詳細図 実施例２の画像形成装置の電源のフィードバック部の詳細図 実施例２の画像形成装置の電源の特性を説明する図、各モードにおける状態を説明する図 実施例３の画像形成装置の電源のフィードバック部の詳細図 従来例の画像形成装置の電源供給ブロック図 従来例の画像形成装置のスリープ時の電圧と消費電流の関係を説明する図

以下本発明を実施するための形態を、実施例により詳しく説明する。

［実施例との比較のための従来の電源装置の構成］
以下に説明する実施例との比較のために、従来の画像形成装置の電源装置の構成を、図８を用いて説明する。図８に、電子写真方式の画像形成装置２０１のスイッチング電源２０２及び３．３Ｖ系の制御部２０８を示す。図８では、定着部、高圧電圧回路、駆動部などは省略している。画像形成装置２０１は、画像形成動作を行う通常のプリント状態と、省電力化を実現するスリープ状態とを有している。ＡＣ−ＤＣコンバータ２０３は、商用電源からの交流入力である交流電圧を得て＋２４Ｖ（プリント時）、及び＋３．２Ｖ（スリープ時）のいずれかの電圧を出力する。どちらの電圧を出力するかについては、出力電圧設定部２０５で設定された論理に基づき行われる。ここで、出力電圧設定部２０５はプリント時の＋２４Ｖを出力するよう設定しているものとする。ＡＣ−ＤＣコンバータ２０３の出力電圧２０６はＤＣ−ＤＣコンバータ２０４に入力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０４は出力電圧２０７（＋３．３Ｖａ）を出力する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０４は、＋３．３Ｖａの電圧値を３．３Ｖになるようスイッチング制御している。ＣＰＵ２０９は、画像形成装置２０１全体の制御を行う。ＦＥＴ２１０は、ＡＳＩＣ２１１、センサ回路２１２、レーザ回路２１３などに供給する＋３．３Ｖｂをオンオフ可能にするために設けられている。尚、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０４が出力した電圧という意味で＋３．３Ｖａを使用し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０４から出力された電圧＋３．３Ｖａを、ＦＥＴ２１０を介して出力した電圧という意味で＋３．３Ｖｂを使用している。

画像形成装置２０１がスリープ状態にあるスリープ時には、最低限必要な機能、例えばＣＰＵ２０９のみに電源が供給されている。スリープ時には、ＣＰＵ２０９からの信号２１４により出力電圧設定部２０５への設定がなされ、ＡＣ−ＤＣコンバータ２０３の出力電圧２０６は＋３．２Ｖとなる。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０４は、出力電圧２０７を＋３．３Ｖに制御しようとするが、入力電圧が＋３．２Ｖのためスイッチング動作のデューティを１００％とした状態になる。ＣＰＵ２０９はＦＥＴ２１０をオフし、スリープ時の機能としては不要なＡＳＩＣ２１１、センサ回路２１２、レーザ回路２１３に供給する＋３．３Ｖｂをオフし、消費電力の低減を図っている。

このように、従来の電源装置では、ＡＣ−ＤＣコンバータ２０３は、プリント時には＋２４Ｖを、スリープ時には＋３．２Ｖを、それぞれ出力電圧２０６としてＤＣ−ＤＣコンバータ２０４に出力している。

（１）画像形成装置
図１は実施例１の電子写真プロセスを用いた画像形成装置の概略構成図であり、例えばレーザプリンタの場合を示している。尚、以下に説明する画像形成装置は一例であり、本実施例の電源装置が搭載される画像形成装置は、これに限定されない。即ち、本実施例の電源装置が搭載される画像形成装置は、通常の画像形成動作を行うプリント状態（プリントモードともいう）と、プリントモードよりも消費電力を低減するスリープ状態（省電力モードともいう）等、複数のモードで稼働可能な装置であればよい。尚、画像形成装置は、省電力状態である場合には、画像形成を停止している。レーザプリンタ本体１０１（以下、本体１０１とする）の構成及び動作について説明する。カセット１０２は、転写材としての記録紙Ｓを収納する。カセット紙有無センサ１０３は、カセット１０２の記録紙Ｓの有無を検知する。また、カセットサイズセンサ１０４は、複数個のマイクロスイッチで構成され、カセット１０２の記録紙Ｓのサイズを検知する。給紙ローラ１０５は、カセット１０２から記録紙Ｓを繰り出す。レジストローラ対１０６は、給紙ローラ１０５の下流に設けられ、後述するトナー像との同期をとって記録紙Ｓを搬送する。また、画像形成部１０８は、レジストローラ対１０６の下流に設けられ、レーザスキャナ部１０７からのレーザ光に基づいて記録紙Ｓ上にトナー像を形成する。尚、本実施例のレーザプリンタは、このレーザスキャナ部１０７と画像形成部１０８により画像形成手段が構成されている。

定着手段としての定着装置１０９は、画像形成部１０８の下流に設けられ、記録紙Ｓ上に形成されたトナー像を熱定着する。定着装置１０９の下流には排紙部の紙搬送状態を検知する排紙センサ１１０、記録紙Ｓを排紙する排紙ローラ１１１、記録の完了した記録紙Ｓを積載する積載トレイ１１２が設けられている。

レーザスキャナ部１０７は、レーザユニット１１３、ポリゴンモータ１１４、結像レンズ群１１５、折り返しミラー１１６等により構成されている。尚、レーザユニット１１３は、後述する外部装置１３１から送信される画像信号（画像信号ＶＤＯ）に基づいて変調されたレーザ光を発光する。ポリゴンモータ１１４は、レーザユニット１１３からのレーザ光を後述する感光ドラム１１７上に走査する。

画像形成部１０８は、公知の電子写真プロセスに必要な、感光ドラム１１７、一次帯電ローラ１１９、現像器１２０、転写帯電ローラ１２１、クリーナ１２２等から構成されている。また、定着装置１０９は、定着フィルム１０９ａ、加圧ローラ１０９ｂ、セラミックヒータ１０９ｃ、サーミスタ１０９ｄ、不図示の不揮発性メモリから構成されている。尚、熱源としてのセラミックヒータ１０９ｃは、定着フィルム１０９ａ内部に設けられている。温度検出手段としてのサーミスタ１０９ｄは、セラミックヒータ１０９ｃの表面温度を検出する。

メインモータ１２３は、給紙ローラ１０５には給紙ローラクラッチ１２４を介して、レジストローラ対１０６にはレジストローラクラッチ１２５を介して駆動力を与えている。さらにメインモータ１２３は、感光ドラム１１７を含む画像形成部１０８の各ユニット、定着装置１０９、排紙ローラ１１１にも駆動力を与えている。そして、エンジンコントローラ１２６は、レーザスキャナ部１０７、画像形成部１０８、定着装置１０９による電子写真プロセスの制御、本体１０１内の記録紙Ｓの搬送制御を行っている。

そして、ビデオコントローラ１２７は、パーソナルコンピュータ等の外部装置１３１と汎用インターフェース（セントロニクス、ＲＳ２３２Ｃ等）１３０で接続されている。ビデオコントローラ１２７は、この汎用インターフェース１３０から送られてくる画像情報をビットデータに展開し、信号線１２８を介してそのビットデータをＶＤＯ信号として、エンジンコントローラ１２６へ送信している。尚、ファン１２９は、画像形成装置１０１内の熱を外部に排出する。

（２）電源装置
上述した本体１０１の各部を動作させるための電源として、スイッチング電源装置が画像形成装置内に備えられている。図２は、前述の各部装置に対しての電源供給マップを示したものである。第一コンバータであるＡＣ−ＤＣコンバータ３０１は、制御手段であるＣＰＵ３０３から指定される信号論理により、その出力電圧Ｖａをプリント時（定常時ともいう）電圧とスリープ時電圧に切り換えている。ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１の出力（第一直流電圧である出力電圧Ｖａ）は第二コンバータであるＤＣ−ＤＣコンバータ３０２に供給される。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２の出力（第二直流電圧である出力電圧Ｖｂ）は、ＣＰＵ３０３の電源として使用されるとともに、制御素子３０４に供給される。尚、本実施例のスイッチング電源１は、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１及びＤＣ−ＤＣコンバータ３０２により構成され、上述したように複数のモードで稼働することが可能である。

制御素子３０４はＣＰＵ３０３からの信号によりオンオフ（図中、ＯＮ／ＯＦＦ）される。制御素子３０４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２からの出力電圧Ｖｂをカセット紙有無センサ１０３、カセットサイズセンサ１０４、排紙センサ１１０、レーザユニット１１３、サーミスタ１０９ｄに供給する。制御素子３０５についても同様に、ＣＰＵ３０３からの信号によりオンオフされ、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１からの出力電圧Ｖａを高圧電圧回路３０７、定着回路３０６、ポリゴンモータ１１４、メインモータ１２３に供給する。画像形成装置１０１のスリープ時には、制御素子３０４、３０５がオフされ、各負荷への電力供給を遮断することで省電力化を図っている。

図３はスイッチング電源１のフィードバック構成を示した図である。ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１内部には、設定手段である出力電圧設定部３０１ａとフィードバック手段であるフィードバック部３０１ｂ（ＦＢと図示）が備えられている。ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１は、出力電圧ＶａをＤＣ−ＤＣコンバータ３０２及び切換手段である切り換え部４０１に出力する。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２は、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１からの出力電圧Ｖａを入力され、ＣＰＵ３０３及び切り換え部４０１に出力電圧Ｖｂを出力する。切り換え部４０１は、フィードバック部３０１ｂに入力するフィードバック情報、即ちフィードバック部３０１ｂが参照する電圧を切り換えている。具体的には、切り換え部４０１は、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１の出力電圧であるＶａとＤＣ−ＤＣコンバータ３０２の出力電圧であるＶｂのいずれか一方を、ＣＰＵ３０３からの信号４０４に基づき切り換えている。ＣＰＵ３０３は、信号４０４を切り換え部４０１に出力し、信号４０３をＡＣ−ＤＣコンバータ３０１の出力電圧設定部３０１ａに出力する。

図４は、このスイッチング電源１におけるＡＣ−ＤＣコンバータ３０１が有するフィードバック部３０１ｂと出力電圧設定部３０１ａの詳細を示した図である。図４において、一次側回路５１２、トランス５１３及びトランス５１３とＤＣ−ＤＣコンバータ３０２の間の平滑回路が、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１に相当する。切り換え部４０１は、トランジスタ５０９、ＦＥＴ５１０、ＦＥＴ５１１を有する。ＣＰＵ３０３から出力された信号４０４は、トランジスタ５０９の制御端子であるベースに入力される。出力電圧設定部３０１ａは、スイッチ素子であるＦＥＴ５０１及びＦＥＴ５０２と、抵抗群である抵抗５０３、抵抗５０４、抵抗５０５を有する。ＣＰＵ３０３から出力された信号４０３は、ＦＥＴ５０１の制御端子であるゲートに入力される。フィードバック部３０１ｂは、シャントレギュレータ５０６、オペアンプ５０７、フォトカプラ５０８を有する。フィードバック部３０１ｂには、切り換え部４０１からフィードバック情報である出力電圧Ｖａ及び出力電圧Ｖｂのいずれか一方が入力される。以下、図４を用いてプリント時とスリープ時のスイッチング電源制御について説明する。

＜プリント時＞
画像形成装置２０１が通常の画像形成動作を行う第一モードであるプリント時には、図２で説明したように、制御素子３０４、３０５はオンされている。そのため、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１の出力電圧Ｖａは高圧電圧回路３０７等へ出力され、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２の出力電圧Ｖｂはカセット紙有無センサ１０３等へ出力されている。このように、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１の出力電圧Ｖａ（＝２４Ｖ）を高圧電圧回路３０７やメインモータ１２３等の電源として使用するため、プリント時では負荷変動を伴っている。この電圧が安定しないと、モータの速度変動や高圧電圧の出力変動を発生させ、画像品質の劣化を招く結果となる。したがって、プリント時には、電圧制御のためのフィードバックをＡＣ−ＤＣコンバータ３０１の出力電圧Ｖａで行い、この出力電圧Ｖａを安定させる必要がある。そのため、ＣＰＵ３０３は、プリント時には信号４０３をローレベルとしてＡＣ−ＤＣコンバータ３０１の出力電圧設定部３０１ａに出力し、信号４０４をハイレベル（＋３Ｖ）として切り換え部４０１に出力する。

切り換え部４０１において、信号４０４がハイレベルであることからトランジスタ５０９のベースはオンレベルとなり、ＦＥＴ５１０はオン、ＦＥＴ５１１はオフとなる。したがって、切り換え部４０１からはＡＣ−ＤＣコンバータ３０１の出力電圧Ｖａが出力される。フィードバック部３０１ｂには切り換え部４０１から電圧Ｖａが出力され、フィードバック部３０１ｂは電圧Ｖａを目標電圧に保つために、一次側回路５１２にフィードバック情報を与えている。

一方、ＣＰＵ３０３はローレベルの信号４０３を出力しており、出力電圧設定部３０１ａのＦＥＴ５０１は、ゲートレベルがローであるためオフとなり、ＦＥＴ５０２はオンとなる。オペアンプ５０７のプラス端子にはシャントレギュレータ５０６の電圧が入力されており、シャントレギュレータ５０６の電圧を１．２５Ｖとすると、オペアンプ５０７のマイナス端子も１．２５Ｖとなる。ＦＥＴ５０２がオンしていることから、抵抗５０５には抵抗５０３と抵抗５０４に流れる電流の合計が流れる。ここで、抵抗５０５の抵抗値を１６３ｋΩ、抵抗５０３の抵抗値を１１０ｋΩ、抵抗５０４の抵抗値を９１００Ωとすると、抵抗５０３と抵抗５０４の合成抵抗値は８４０４．７Ωであるから、１４８．７２６３μＡの電流が流れる。したがって、ＦＥＴ５１０のドレイン端子の電圧が２５．４９Ｖ（＝１．２５＋１６３ｋ×１４８．７２６３μ）になるようにオペアンプ５０７がフォトカプラ５０８を介して一次側回路５１２にフィードバック情報を与えている。即ち、ＣＰＵ３０３がローレベルの信号４０３を出力することで、出力電圧設定部３０１ａは、出力電圧Ｖａの目標電圧値を第一所定電圧である２５．４９Ｖに設定する。

＜スリープ時＞
第二モードであるスリープ時には、必要ない機能への電力供給を遮断するため、負荷変動は抑えられている状態にある。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２の出力目標電圧よりも低い電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ３０２には入力されているため、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２はスイッチングデューティ１００％で動作しており、出力電圧を制御できていない状況になる。そのため、ＣＰＵ３０３は、スリープ時には信号４０３をハイレベル、信号４０４をローレベルとする。このとき、トランジスタ５０９のベースはローであるため、トランジスタ５０９はオフとなり、ＦＥＴ５１０もオフとなる一方、ＦＥＴ５１１はオンとなる。したがって、切り換え部４０１からはＤＣ−ＤＣコンバータ３０２からの出力電圧Ｖｂが出力される。

また、ＦＥＴ５０１は、そのゲートレベルがハイレベルであるためオンとなり、ＦＥＴ５０２はオフとなる。そのため、抵抗５０４には電流が流れず、抵抗５０３（＝１１０ｋΩ）には、１１．３６３６μＡの電流が流れる。したがって、ＦＥＴ５１１のドレイン端子の電圧が３．１０２Ｖ（＝１．２５＋１６３ｋ×１１．３６３６μ）となるようにオペアンプ５０７がフォトカプラ５０８を介して一次側回路５１２にフィードバック情報を与えている。即ち、ＣＰＵ３０３がハイレベルの信号４０３を出力することで、出力電圧設定部３０１ａは、出力電圧Ｖａの目標電圧値を第二所定電圧である３．１０２Ｖに設定する。

例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２からＣＰＵ３０３までの配線抵抗が０．５Ω、スリープ時の電圧Ｖｂの消費電流が７０ｍＡ±３０ｍＡであるとすると、ＣＰＵ３０３までの電圧降下は最大で１００ｍＡ×０．５Ω＝０．０５Ｖとなる。ＣＰＵ３０３の動作電圧範囲を３．０Ｖ〜３．６Ｖとすると、スリープ時にＣＰＵ３０３の動作電圧範囲となるよう電力を供給するためには、電圧降下を考慮すると最低でも３．０５Ｖ以上にする必要がある。

したがって、出力電圧Ｖｂの電圧値は、配線抵抗のばらつき、Ｖｂ消費電流のばらつき、その他にもＤＣ−ＤＣコンバータ３０２出力部のオン抵抗やフィードバック部３０１ｂのばらつき等の影響を含めて考慮する必要がある。従来では、図８に示すようにＤＣ−ＤＣコンバータ３０２の目標電圧に制御されない状態で、入力電圧をフィードバックする構成であったため、上述のばらつきを考慮し、スリープ時にフィードバックする電圧Ｖａの目標値を３．２Ｖ程度にする必要があった。本実施例では、フィードバック部３０１ｂのばらつき以外のばらつきを考慮する必要がなくなるため、スリープ時の電圧Ｖａの目標値を３．１Ｖ程度まで下げることができ、消費電力を低減し省電力化を図ることができる。尚、スリープ時に電圧Ｖａの目標値が３．１Ｖとされ、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１から３．１Ｖの出力電圧Ｖａが出力された場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２はオンデューティが１００％となりスイッチング動作を行わない。また、スリープ時には、流れる電流も少ないため、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２は、入力された電圧３．１ＶをそのままＣＰＵ３０３に出力する。言い換えれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２は、入力電圧をスルーして出力電圧としている。

以上のように、本実施例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２の目標出力電圧よりも低い入力電圧を入力し、スイッチングデューティを１００％とすることでスイッチング損失を低減し、電圧を低下させる場合において、次のような構成とする。即ち、本実施例では、フィードバックする電圧供給源を切り換えることで、より電圧を低下させることが可能となり、一層の省電力化を図ることが可能となる。尚、本実施例における各抵抗の抵抗値やシャントレギュレータの電圧値は一例に過ぎず、これに限定されるものではない。また、本実施例では、切り換え信号である信号４０４と出力設定信号である信号４０３を別々の構成としているが、その論理が同じであれば共通の信号にしてもよい。

以上、本実施例によれば、省電力時の出力電圧を低減することができる。即ち、スリープ時のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｂを安定して低い電圧にすることができ、省電力化を推進することが可能となる。

実施例１では、２つの状態（モードともいう）（スリープ時、プリント時）で制御切り換えを行ったが、本実施例では、更に多いモードに対応する場合について記載する。

（３）電源装置
図５は、本実施例の電源の構成を示した図である。図４と同じ箇所には同じ符号を記してあるため、再度の説明は省略する。図４との違いは、電圧切り換え回路６０１を追加したことである。ＣＰＵ３０３はＰＷＭ信号である信号６０２（以降、ＰＷＭ信号６０２という）を電圧切り換え回路６０１に出力する。電圧切り換え回路６０１は、入力されたパルス信号であるＰＷＭ信号６０２を、抵抗６０３及びコンデンサ６０４で平滑し、トランジスタ６０５のベースに入力する。トランジスタ６０５のエミッタには、トランジスタ６０５のベースから１Ｖｂｅ下がった電位が表れ（ベース−エミッタ電圧）、抵抗６０６の抵抗値と加わる電圧に基づいた電流が抵抗５０３に流し込まれる。この回路を追加することで、抵抗５０３への電流を下げる方向、つまり電圧Ｖｂが下がる方向の制御を行うことができる。

図６（ａ）は本願の発明者が本実施例の電圧切り換え回路６０１を適用したときに測定した特性の一例である。横軸にＰＷＭ信号６０２のデューティ（オンデューティ、以下同様）（Ｄｕｔｙ）（％）、縦軸に電圧Ｖｂ（＋３．３Ｖ電圧（Ｖ））を示したものである。図６（ａ）から、ＣＰＵ３０３が出力するＰＷＭ信号６０２のデューティ（オンデューティ）を増加させることで、電圧Ｖｂが低下することがわかる。画像形成装置２０１には、ほぼオフに近いスリープモードからほとんどオンに近いスリープモードまで複数のモードを有する装置がある。図６（ｂ）にその一例を示す。図６（ｂ）の素子３０４及び素子３０５は、図２における各部装置に対する電源供給マップに記載した制御素子３０４及び制御素子３０５であり、信号４０３、信号４０４は、本実施例の図５に記載の信号である。

図６（ｂ）において、モード１はプリント状態（Ｐｒｉｎｔ）及びスタンバイ状態（Ｓｔａｎｄｂｙ）を示している。モード２はスリープ（Ｓｌｅｅｐ）１モードを示しており、このとき制御素子３０５がオフされ、図２で説明したモータ等への電力供給が遮断されている。モード３はスリープ２モードを示しており、例えば、ユーザが操作可能な箇所のみに電源を供給するモードなどである。このとき制御素子３０４、３０５は、ともにオフとなり、更にＡＣ−ＤＣコンバータ３０１の出力電圧Ｖａは＋３．３Ｖに設定され、フィードバックはＤＣ−ＤＣコンバータ３０２の出力電圧Ｖｂにより行われる。モード４はスリープ３モードを示しており、実施例１のスリープモードと同じ状態であり、ほぼオフ状態を示している。以下、各モードについて説明する。

＜モード１＞
モード１では、制御素子３０４及び制御素子３０５はオンであり、図２のカセット紙有無センサ１０３等や高圧電圧回路３０７等に電力が供給されている。このとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１の出力電圧Ｖａは＋２４Ｖになるように制御されている。また、ＣＰＵ３０３はハイレベルの信号４０４を出力しているため、トランジスタ５０９はオン、ＦＥＴ５１０はオン、ＦＥＴ５１１はオフとなり、切り換え部４０１は電圧Ｖａを出力する。更に、ＣＰＵ３０３は、ローレベルの信号４０３を出力しているため、ＦＥＴ５０１はオフ、ＦＥＴ５０２はオンとなっている。

モード１では、ＣＰＵ３０３は、ＰＷＭ信号６０２のデューティを十分低く設定し、電圧切り換え回路６０１に出力する。そのためトランジスタ６０５のベース電位が低くトランジスタ６０５をオンできず、抵抗６０６を介して出力電圧設定部３０１ａに電流を流しこむことができない。このため、出力電圧設定部３０１ａは、抵抗値が実施例１と同様とすると、電圧Ｖａを２５．４９Ｖに設定することとなる。したがって、電圧ＶｂはＤＣ−ＤＣコンバータ３０２の出力目標電圧（例えば、＋３．４Ｖ）で決まる。

＜モード２＞
モード２では、制御素子３０４はオンであり、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２からカセット紙有無センサ１０３等への電力は供給されている。一方、制御素子３０５はオフであり、ＡＣ−ＤＣコンバータ３０１から高圧電圧回路３０７等への電力の供給は遮断されている。ＣＰＵ３０３はハイレベルの信号４０４を出力しているため、切り換え部４０１は電圧Ｖａを出力する。更に、ＣＰＵ３０３は、ローレベルの信号４０３を出力している。

モード２では、モード１同様にＣＰＵ３０３は、ＰＷＭ信号６０２のデューティを十分低く設定し、電圧切り換え回路６０１に出力する。このため、モード１同様、電圧ＶｂはＤＣ−ＤＣコンバータ３０２の出力目標電圧（例えば、＋３．４Ｖ）で決まる。

＜モード３＞
モード３では、制御素子３０４及び制御素子３０５はオフであり、図８のカセット紙有無センサ１０３等や高圧電圧回路３０７等への電力の供給が遮断されている。ＣＰＵ３０３はローレベルの信号４０４を出力しているため、トランジスタ５０９はオフ、ＦＥＴ５１０はオフ、ＦＥＴ５１１はオンとなり、切り換え部４０１は電圧Ｖｂを出力する。更に、ＣＰＵ３０３は、ハイレベルの信号４０３を出力しているため、ＦＥＴ５０１はオン、ＦＥＴ５０２はオフとなっている。

モード３では、ＣＰＵ３０３は、電圧Ｖｂを３．３Ｖに低下させるために、ＰＷＭ信号６０２のデューティを高く設定する。これにより、電圧切り換え回路６０１から出力電圧設定部３０１ａに電流が流れ込み、図６（ａ）で説明したように、電圧Ｖｂを下げる制御を行う。

この３．３Ｖという電圧値は、モード３における画像形成装置２０１の有効な機能を動作させるために必要な電圧にすれば良く、あくまでも一例である。具体的なデューティについては、予め測定された回路検証に基づく値が好ましく、目標電圧とデューティの関係は検証に基づいてＣＰＵ３０３のＲＯＭに保持されている。また、本実施例においては、フィードバック部３０１ｂへのフィードバック電圧もＶｂに切り替えている。モード３では、制御素子３０５がオフであり電圧Ｖａの負荷変動がほぼ無いため、精度向上のため電圧Ｖｂをフィードバックする構成としている。

＜モード４＞
モード４では、制御素子３０４及び制御素子３０５はオフであり、図２のカセット紙有無センサ１０３等や高圧電圧回路３０７等への電力の供給は遮断されている。ＣＰＵ３０３はローレベルの信号４０４を出力しているため、切り換え部４０１は電圧Ｖｂを出力する。また、ＣＰＵ３０３は、ハイレベルの信号４０３を出力しているため、ＦＥＴ５０１はオン、ＦＥＴ５０２はオフとなっている。

モード４では、ＣＰＵ３０３は、電圧Ｖｂを３．１Ｖに低下させるために、モード３よりもＰＷＭ信号６０２のデューティを高く設定する。これにより、電圧切り換え回路６０１から出力電圧設定部３０１ａに電流が流れ込み、図６（ａ）で説明したように、モード３よりも電圧Ｖｂを下げることができる。具体的なデューティについては、予め測定された回路検証に基づく値が好ましく、目標電圧とデューティの関係は検証に基づいてＣＰＵ３０３のＲＯＭに保持されている。また、フィードバック部３０１ｂへのフィードバック電圧は可能な限り精度良く下げるため、上述したように電圧Ｖｂに切り換える。尚、この３．１Ｖという電圧値についても、あくまでも一例である。

従来であれば、電圧Ｖｂとして複数の電圧を設定できるようにするためには、オペアンプ５０７のマイナス端子に接続される抵抗値を複数有するような回路が必要となり、回路規模の増大、及びコストアップを招いていた。本実施例によれば、少ない回路追加で精度良く電圧Ｖｂに複数の電圧値を設定することが可能となる。特に、本実施例では切り換えモードを４通り（モード１〜モード４）としたが、更に多くする場合にも適用可能である。この場合においても、従来では切り換えるモードを多く有することで切り換え部自体の数も増やす必要があったが、本実施例ではＣＰＵ３０３が出力するＰＷＭ信号６０２のデューティを切り換えればよく、上述した効果を得ることができる。また、モードとＰＷＭ信号のデューティ（％）との対応関係を示す情報は、ＲＯＭ等に記憶しておく。

以上、本実施例によれば、省電力時の出力電圧を低減することができ、より多くのモードを有する場合にも回路規模を増大することなく、容易に対応可能となる。

実施例３では、ＣＰＵ３０３が電圧を監視し、スリープ時の負荷、本実施例では一例としてＣＰＵ３０３が動作可能な電圧範囲のうち最も低い電圧になるよう、電源のフィードバックに対して補正を行う構成である。

（４）電源装置
図７は、本実施例を説明する図である。前述の実施例で用いた図５と同じ箇所には同じ符号を付してあるため、再度の説明は省略する。図５との違いは、切り換え部４０１がなく、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２の出力電圧Ｖｂの入力先がＣＰＵ３０３になっていることである。また、出力電圧Ｖｂの入力先がＣＰＵ３０３となったことに伴い、出力電圧設定部３０１ａの一部がフィードバック部３０１ｂに組み込まれたようになっている。更に、本実施例では、抵抗５０３の抵抗値を１１０ｋΩ、抵抗５０４の抵抗値を１０．５ｋΩ、抵抗５０５の抵抗値を１８２ｋΩとする。その他の値については実施例１と同様とする。

ＣＰＵ３０３にはＡ／Ｄ変換部９０１が備えられており、電圧Ｖｂとシャントレギュレータ９０２の電圧（本実施例では２．５Ｖとする）が入力されている。シャントレギュレータ９０２の電圧はＡ／Ｄ変換部９０１への基準電圧として使用している。ＣＰＵ３０３は、スリープモードに入るべく、信号４０３をハイレベルにする。これにより、ＦＥＴ５０２はオフとなる。抵抗５０３には１１．３６３６μＡ（＝１．２５÷１１０ｋ）の電流が流れ、フィードバック部３０１ｂにより、電圧Ｖａは＋３．３１８Ｖ（＝１．２５＋１８２ｋ×１１．３６３６μ）となるようフィードバック制御が行われる。Ａ／Ｄ変換部９０１に入力された電圧Ｖｂは、シャントレギュレータ９０２の基準電圧Ｖｒｅｆ（＝２．５Ｖ）に基づいて、電圧Ｖｂの絶対値を求める。

例えば、Ａ／Ｄ変換は８ビットで行われるものとし、電圧Ｖｂがデジタル値２５６に相当する場合、基準電圧ＶｒｅｆをＡ／Ｄ変換した結果が１９４だったとする。そうすると、電圧Ｖｂは、
式 Ｖｂ＝２．５÷１９４×２５６
により、３．３Ｖと求められ、ＣＰＵ３０３は電圧Ｖｂを検出する。ＣＰＵ３０３の動作電圧範囲を３．０Ｖ〜３．６Ｖとすると、最も低い３．０Ｖにすることが最も省電力を図ることになる。そのため、スリープ中の電圧Ｖｂの目標電圧値を３．０Ｖに対して少しマージンを持たせた電圧値３．０５Ｖとする。ここで、ＣＰＵ３０３は電圧Ｖｂが目標電圧値より高いと判断し、図６（ａ）で説明したように、電圧Ｖｂを下げるためにＰＷＭ信号６０２のデューティを高くする。例えばＣＰＵ３０３は、デューティを２％高くする。そして、ＣＰＵ３０３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２の出力電圧Ｖｂと基準電圧Ｖｒｅｆとを再度比較し、その結果、電圧Ｖｂが目標電圧３．０５Ｖよりも高い電圧であれば、再度デューティを高くする制御を行う。このように、ＣＰＵ３０３は、検出される電圧Ｖｂが目標電圧３．０５Ｖに低下するまで、ＰＷＭ信号６０２のデューティを高くする制御を繰り返し実行する。

尚、プリント時においては、ＣＰＵ３０３はローレベルの信号４０３を出力する。また、ＣＰＵ３０３は、ＰＷＭ信号６０２のデューティを十分低く設定し、電圧切り換え回路６０１に出力する。そのためトランジスタ６０５のベース電位が低くトランジスタ６０５をオンできず、抵抗６０６を介してフィードバック部３０１ｂに電流を流しこむことができない。この場合、電圧Ｖａは＋２４．９８５Ｖとなるようフィードバック制御が行われる。

以上のように、ＣＰＵ３０３自らがＤＣ−ＤＣコンバータ３０２の出力電圧Ｖｂを監視し、目標電圧になるよう電源のフィードバック部３０１ｂに補正を行う。具体的には、ＣＰＵ３０３は、電圧切り換え回路６０１に出力するＰＷＭ信号６０２のデューティを高くすることで、出力電圧Ｖｂを下げる制御を行う。これにより、スリープ時の負荷、言い換えればスリープ時に機能するデバイスに印加される電圧を、そのデバイスの動作可能な電圧範囲の中で最も低い電圧値にまで低下させることができる。

以上、本実施例によれば、省電力時の出力電圧を低減することができる。

３０１ ＡＣ−ＤＣコンバータ
３０２ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３０３ ＣＰＵ
３０１ａ 出力電圧設定部
３０１ｂ フィードバック部
４０１ 切り換え部

Claims (11)

1. 交流電圧を変換して第一直流電圧を出力する第一コンバータと、
   前記第一コンバータが出力した前記第一直流電圧を第二直流電圧に変換する第二コンバータと、
   を備え、
   前記第一直流電圧が前記第二直流電圧の目標電圧よりも高い第一モードと前記第一モードよりも供給する電力を低減させるモードであって、前記第一直流電圧が前記第二直流電圧の目標電圧よりも低い第二モードとで稼働することが可能である電源装置であって、
   前記第一直流電圧が所定電圧となるように制御するフィードバック手段と、
   前記フィードバック手段が参照する電圧を、前記第一直流電圧及び前記第二直流電圧のいずれか一方に切り換える切換手段と、
   前記第一モードで稼働しているときには前記第一直流電圧に切り換え、前記第二モードで稼働しているときには前記第二直流電圧に切り換えるよう前記切換手段を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする電源装置。
2. 前記所定電圧を、第一所定電圧及び前記第一所定電圧より低い第二所定電圧のいずれか一方に設定する設定手段を備え、
   前記制御手段は、前記第一モードで稼働しているときには前記第一所定電圧に設定し、前記第二モードで稼働しているときには前記第二所定電圧に設定するよう前記設定手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記設定手段は、オンオフするスイッチ素子と、前記スイッチ素子のオンオフの状態に応じて抵抗値を切り換える抵抗群と、を有し、
   前記制御手段は、前記スイッチ素子のオンオフを制御することにより前記設定手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 前記設定手段が前記所定電圧を前記第二所定電圧に設定している場合に、前記第二所定電圧を補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の電源装置。
5. 前記制御手段は、前記補正手段にパルス信号を出力し、
   前記補正手段は、前記パルス信号のオンデューティが高いほど前記第二所定電圧が低くなるように補正することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
6. 交流電圧を変換して第一直流電圧を出力する第一コンバータと、
   前記第一コンバータが出力した前記第一直流電圧を第二直流電圧に変換し、負荷に供給する第二コンバータと、
   を備え、
   前記第一直流電圧が前記第二直流電圧の目標電圧よりも高い第一モードと前記第一モードよりも供給する電力を低減させるモードであって、前記第一直流電圧が前記第二直流電圧の目標電圧よりも低い第二モードとで稼働することが可能である電源装置であって、
   前記第一直流電圧が所定電圧となるように制御するフィードバック手段と、
   前記第二モードで稼働しているときに、前記第二直流電圧が前記負荷の動作可能な電圧範囲の中で最も低い電圧となるよう制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする電源装置。
7. 前記フィードバック手段は、前記第一モードで稼働しているときには前記所定電圧を第一所定電圧とし、前記第二モードで稼働しているときには前記所定電圧を前記第一所定電圧より低い第二所定電圧として制御することを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
8. 前記制御手段は、前記第二直流電圧に基づいて、前記第二所定電圧を補正するよう前記フィードバック手段を制御することを特徴とする請求項７に記載の電源装置。
9. 前記制御手段は、前記フィードバック手段にパルス信号を出力し、
   前記フィードバック手段は、前記パルス信号のオンデューティが高いほど前記第二所定電圧が低くなるように補正することを特徴とする請求項８に記載の電源装置。
10. 転写材に画像形成を行う画像形成装置であって、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電源装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
11. 前記第二モードとは、画像形成を停止した省電力状態であることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。

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