JP2014138502A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】起動抵抗の消費電力を低減しつつ、安価な構成で信号入力用の電流供給路での消費電力も低減すること。
【解決手段】スイッチング素子１０６と、起動抵抗１０５と、抵抗１１６、１１７、１２０、基準電圧１１８、オペアンプ１１９及びフォトカプラ１２２からなるフィードバック回路と、スイッチング素子１０６の発振を開始するために起動抵抗１０５を接続し、スイッチング素子１０６の発振が開始されたあとに起動抵抗１０５の接続を切断する、ＮＰＮ型のトランジスタ１２６、抵抗１２７及びフォトカプラ１２５からなるスイッチ回路と、を備え、スイッチ回路は、フィードバック回路に直列に接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源装置及び画像形成装置に関し、特に、スイッチング電源の消費電力の削減に関する。

近年、電化製品の消費電力削減、省エネルギー化が着目される中で、電化製品で広く利用されているスイッチング電源の省エネルギー技術は、非常に重要となっている。スイッチング電源は、商用交流電源の交流電圧を整流平滑し、生成された直流電圧を高周波でスイッチングし、トランスで所望の電圧に変換するようにしたものである。例えば、従来から容易にかつ低価格で構成可能なスイッチング電源として、自励式フライバック電源が使用されている。自励式フライバック電源の一例を図１（ａ）に示す。尚、図１（ａ）の詳細な説明は、後述する実施の形態において説明する。

図１（ａ）に示すスイッチング電源の回路構成は、ＦＥＴ５０４の発振を開始させるための起動抵抗５０５を備えており、回路の発振が始まると補助巻線Ｎｂに生じる起電圧により起動される制御回路５０６がスイッチング素子５０４をオンさせる。このため、回路の発振が始まったあとは、起動抵抗５０５からの流入電流を必要としなくなる。しかしながら、このような起動抵抗５０５を有するスイッチング電源では、回路の発振が始まっても、常に起動抵抗５０５を介して電流が流れ続けるため、その電流は必要のない電流となり、電源効率を低下させる要因となっている。

このような課題を解決する手段として、回路の発振後に起動抵抗を切断し、起動抵抗の消費電力を低減する構成が提案されている。例えば、特許文献１では、図１（ｂ）に示す構成により、起動抵抗５０５を切断している。図１（ｂ）では、一次整流平滑回路５０２の正端子と起動抵抗５０５との間に、スイッチ等の素子（以下、単にスイッチという）６１０を直列に接続している。そして、スイッチ素子６１０をスイッチ制御回路６１１によりオン、オフさせることで、起動抵抗５０５の切断、接続を行っている。電源起動時には、スイッチ制御回路６１１によりスイッチ素子６１０をオンにすることで起動抵抗５０５を接続し、一次整流平滑回路５０２の正端子側からＦＥＴ５０４に電流が流れ込むようにしている。一方、回路の発振後は、スイッチ制御回路６１１によりスイッチ６１０をオフにすることで、起動抵抗５０５を切断し、起動抵抗５０５で生じる消費電力を低減している。

特開２０００−２７０５４４号公報

しかしながら、図１（ｂ）のような回路構成では、起動抵抗５０５を切断、接続させるためのスイッチ６１０を制御するために、スイッチ制御回路６１１を設け、新たな電流経路（電流供給路ともいう）を必要としている。ここで、素子に信号が入力されていない状態では、素子が動作をしていない（オフしている）状態を、ノーマリーオープンといい、逆に、素子が動作している（オンしている）状態を、ノーマリークローズということとする。上述した回路を簡単に構成するために、通常、リレー等の素子を用いてスイッチのオン、オフを制御する。このような場合、一般的に用いられるスイッチング素子は、信号が入力されていないときはオフ状態にあり、信号が入力されたときにオン状態に移行する、ノーマリーオープンの素子である。このため、ノーマリーオープンの素子を用いる場合には、起動抵抗５０５を切断している間は、常時スイッチング素子に信号を入力し続ける必要がある。その結果、起動抵抗５０５の消費電力を軽減している一方で、新たに設けられた信号入力用の電流経路で消費電力を増加させてしまうという課題が生じる。

また、特許文献１では、信号が入力されていないときはオン状態（スイッチ素子６１０は導通状態）にあり、信号が入力されたときにオフ状態（スイッチ素子６１０は非導通状態）に移行する、ノーマリークローズのスイッチング素子を開示している。そして、その素子を用いることで、スイッチング素子のオン、オフ制御を低消費電力で行うことを提案している。しかしながら、ノーマリークローズのスイッチング素子は、スイッチング素子の起動を開始する時に、起動時であることを検知してスイッチング素子をオフするための信号を入力する回路が必要となり安価に回路を構成することができない。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、起動抵抗の消費電力を低減しつつ、安価な構成で信号入力用の電流供給路での消費電力も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）一次巻線、二次巻線及び補助巻線を有するトランスと、交流電圧を整流平滑して直流電圧を生成し、前記トランスの前記一次巻線に供給する第一の整流平滑手段と、前記トランスの前記一次巻線に接続され、前記一次巻線への電流の供給及び遮断を制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の発振を開始するための起動抵抗と、前記トランスの前記二次巻線に発生した電圧を整流平滑して直流電圧を生成する第二の整流平滑手段と、前記第二の整流平滑手段により生成された直流電圧に基づいて、前記スイッチング素子の発振を制御するフィードバック手段と、前記スイッチング素子の発振を開始するために前記起動抵抗を接続し、前記スイッチング素子の発振が開始されたあとに前記起動抵抗の接続を切断するスイッチ手段と、を備え、前記スイッチ手段は、前記フィードバック手段に直列に接続されていることを特徴とする電源装置。

（２）記録材に画像形成を行う画像形成手段と、前記（１）に記載の電源装置と、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、起動抵抗の消費電力を低減しつつ、安価な構成で信号入力用の電流供給路での消費電力も低減することができる。

実施例との比較のための従来の自励式フライバック電源の回路構成を示す図、実施例１の構成を適用する前の電源装置の回路図 実施例１の電源装置の回路図 実施例２、３の電源装置の回路図 実施例４の画像形成装置の構成を示す図

［従来の電源装置の構成及び動作］
以下の実施例との比較のために、従来の電源装置の構成及び動作を説明する。図１（ａ）は、従来のスイッチング電源としての、自励式フライバック電源の構成を示す回路図である。商用電源５０１から回路に入力される交流電圧は、一次整流平滑回路５０２により直流電圧に変換される。一次整流平滑回路５０２の両端には、トランス５０３の一次巻線Ｎｐとスイッチング素子５０４が直列に接続されている。一次整流平滑回路５０２の正端子と制御回路５０６の間には、ＦＥＴ５０４の発振を開始させるための起動抵抗５０５が接続されており、一次整流平滑回路５０２の正端子側から流れ込む電流によりスイッチング素子５０４をオンするように制御する。スイッチング素子５０４がオンすると、一次巻線Ｎｐが励磁され、それと同時に、一次巻線Ｎｐと同極の補助巻線Ｎｂに電圧が誘起される。補助巻線Ｎｂに誘起される電圧は、制御回路５０６に入力されており、制御回路５０６は、補助巻線Ｎｂに誘起される電圧により起動され、スイッチング素子５０４をオフにする。スイッチング素子５０４がオフすると、各巻線には逆起電力が発生し、トランス５０３の二次側には負荷電流が流れ出す。負荷電流が流れなくなると、各巻線は再度、逆起電力を生じ、補助巻線Ｎｂに生じる起電圧により、制御回路５０６は、再度スイッチング素子５０４をオンする。

また、トランス５０３の一次巻線Ｎｐと異極の二次巻線Ｎｓには二次整流平滑回路５０７が接続されており、トランス５０３の二次側では、二次整流平滑回路５０７で生成された電圧が生じる。出力端５０９に生じた電圧は、フィードバック回路５０８を介して制御回路５０６に入力され、制御回路５０６は、出力端５０９を所望の電圧にするように、スイッチング素子５０４のオン、オフ制御を行う。尚、フィードバック回路５０８には、トランス５０３の一次側と二次側の電気的絶縁を確保する目的で、電気的に接続されないフォトカプラ等の光素子が使用される。自励式フライバック電源では、以上のように補助巻線Ｎｂに生じる起電圧を利用することで回路を発振させ、所望の電圧を得るように動作する。

上述したスイッチング電源の回路構成では、発振を開始させるための起動抵抗５０５が備えられているが、回路の発振が始まると、補助巻線Ｎｂに生じる起電圧により起動された制御回路５０６がスイッチング素子５０４をオンさせる。このため、起動抵抗５０５からの流入電流を必要としなくなる。しかしながら、このような起動抵抗５０５を備えるスイッチング電源では、発振が始まっても常に起動抵抗５０５を介して電流が流れ続けるため、その電流が必要のない電流となり、電源効率を低下させる要因となっている。

（起動抵抗の切断・接続を制御する電源装置の構成及び動作）
図１（ａ）に示すスイッチング電源の課題を解決する手段として、回路の発振後に起動抵抗５０５の接続を切断（以下、単に起動抵抗５０５の切断という）し、起動抵抗５０５の消費電力を低減する構成がある。図１（ｂ）に、このような電源装置の回路図を示す。尚、図１（ａ）と同じ構成には同じ符号を付し、説明は省略する。図１（ｂ）では、一次整流平滑回路５０２の正端子と起動抵抗５０５の間に、スイッチ等の素子６１０（以下、単にスイッチ素子６１０という）を直列に接続している。そして、スイッチ制御回路６１１により、スイッチ素子６１０をオン、オフさせることで、起動抵抗５０５の切断、接続を行っている。電源起動時には、スイッチ制御回路６１１によりスイッチ素子６１０をオンにすることで、起動抵抗５０５を接続し、一次整流平滑回路５０２の正端子側から電流が流れ込むようにしている。一方、回路が発振した後は、スイッチ制御回路６１１によりスイッチ６１０をオフにすることで、起動抵抗５０５を切断し、起動抵抗５０５で生じる消費電力を低減する構成としている。

しかし、上述したように、図１（ｂ）のような回路構成は、起動抵抗５０５を切断している間は、常時スイッチ素子６１０に信号を入力し続ける必要がある。その結果、起動抵抗５０５の消費電力を軽減している一方で、信号入力用の電流供給路で消費電力を増加させてしまう。一方、上述したように、ノーマリークローズのスイッチ素子は一般的ではないため、安価に構成することができない。以下に示す実施例では、起動抵抗の消費電力を低減しつつ、安価な構成で信号入力用の電流供給路での消費電力も低減するという課題を解決するための手段を説明する。

［一般的なスイッチング電源の構成及び動作］
図１（ｃ）に本実施例の構成を適用する前の、一般的なスイッチング電源の回路図を示す。商用電源１００から回路に入力される交流電圧は、フィルタ回路１０１を介し、ブリッジダイオード１０２、平滑コンデンサ１０３で整流され、直流電圧が生成される。尚、上述した図１（ａ）、図１（ｂ）の第一の整流平滑手段である一次整流平滑回路５０２は、フィルタ回路１０１、ブリッジダイオード１０２及び平滑コンデンサ１０３に相当する。平滑コンデンサ１０３の両端には、トランス１０４の一次巻線Ｎｐとスイッチング素子１０６が直列に接続されており、平滑コンデンサ１０３の正端子とスイッチング素子１０６の制御端子であるゲート端子間には、起動抵抗１０５が接続されている。スイッチング素子１０６は、トランス１０４の一次巻線Ｎｐへの電流の供給及び遮断を制御する。また、平滑コンデンサ１０３の負端子とスイッチング素子１０６のゲート端子間には、抵抗１０７が接続されている。平滑コンデンサ１０３の正端子から起動抵抗１０５に流れ込む電流により、スイッチング素子１０６のゲート電圧が上昇し、スイッチング素子１０６にはドレイン電流が流れる。即ち、起動抵抗１０５は、スイッチング素子１０６の発振を開始させるための電流供給路となる。

スイッチング素子１０６にドレイン電流が流れることにより、トランス１０４の一次巻線Ｎｐに電流が流れ、この電流によりトランス１０４は励磁され、更に、一次巻線Ｎｐと同極の補助巻線Ｎｂに電圧が誘起される。その結果、補助巻線Ｎｂに誘起された電圧は、スイッチング素子１０６のゲート電圧を更に上昇させ、補助巻線Ｎｂの電圧が一次巻線Ｎｐとの巻数比で決まる電圧になるまで、スイッチング素子１０６のゲート電圧を上昇させるという正帰還が行われる。尚、上述した図１（ａ）、図１（ｂ）の制御回路５０６は、抵抗１１１、１１２、１０８、コンデンサ１１０、１１３及びトランジスタ１０９に相当する。

一方で、補助巻線Ｎｂの両端は、抵抗１１２、コンデンサ１１３からなる積分回路に接続されており、補助巻線Ｎｂに誘起された電圧によりコンデンサ１１３が充電される。また、補助巻線Ｎｂの一端には、コンデンサ１１０と抵抗１１１が直列に接続されている。コンデンサ１１３は、両端電圧がトランジスタ１０９のベースに印加されるように接続されており、コンデンサ１１３の両端電圧が上昇すると、トランジスタ１０９がオンする。トランジスタ１０９がオンすると、抵抗１０８を介してコレクタ電流が流れるため、スイッチング素子１０６のゲート電圧を低下させ、スイッチング素子１０６をオフさせる。スイッチング素子１０６がオフすると、トランス１０４の各巻線には逆起電力が発生し、一次巻線Ｎｐと異極の二次巻線Ｎｓから、整流ダイオード１１４を介して負荷電流が流れ出す。尚、上述した図１（ａ）、図１（ｂ）の第二の整流平滑手段である二次整流平滑回路５０７は、整流ダイオード１１４及び平滑コンデンサ１１５に相当する。

トランス１０４に蓄えられたエネルギーが負荷電流として消費されていき、整流ダイオード１１４の両端電圧が順方向降下電圧Ｖｆを超える電圧よりも低下すると、負荷電流が流れなくなる。その結果、各巻線には逆起電力が発生し、補助巻線Ｎｂに生じる逆起電圧により、再度スイッチング素子１０６がオンする。スイッチング素子１０６がオンすると、一次巻線Ｎｐに電流が流れるため、トランス１０４の励磁、補助巻線Ｎｂへの誘起が始まる。そして、補助巻線Ｎｂへの誘起と同時にコンデンサ１１３の充電も始まるため、再度トランジスタ１０９がオンとなり、トランス１０４の各巻線には逆起電力が生じる。以降は、上述したような一連の動作を繰り返し、スイッチング素子１０６のオン、オフを繰り返すことになる。

以上の動作を繰り返す中で、トランス１０４の二次側では、一定電圧を作り出すように回路が動作する。トランス１０４の一次側から供給されたエネルギーが二次側に負荷電流として流れ出すと、整流ダイオード１１４、平滑コンデンサ１１５により平滑されて、出力端１２４には直流電圧が発生する。出力端１２４の電圧を抵抗１１６、１１７で分圧した電圧が、オペアンプ１１９の反転入力端子（−端子）に入力され、基準電圧１１８がオペアンプの非反転入力端子（＋端子）に入力されている。そして、オペアンプ１１９の出力をトランス１０４の一次側にフィードバックすることで、出力端１２４が特定の電圧になるように制御している。オペアンプ１１９の出力端子は、抵抗１２０を介して、フォトカプラ１２２のＬＥＤのカソードに接続されており、フォトカプラ１２２のＬＥＤのアノードには、オペアンプ１１９の電源１２１と同電圧の電源１２３が接続されている。尚、上述した図１（ａ）、図１（ｂ）のフィードバック手段であるフィードバック回路５０８は、抵抗１１６、１１７、１２０、基準電圧１１８、オペアンプ１１９及び第一のフォトカプラであるフォトカプラ１２２に相当する。

抵抗１１６、１１７で分圧された電圧が基準電圧１１８より低い場合は、オペアンプ１１９の出力はハイレベルとなるため、フォトカプラ１２２のＬＥＤに電流が流れず、ＬＥＤは点灯しない。この場合、フォトカプラ１２２のフォトトランジスタはオフ状態であるため、以下では、この状態を、フォトカプラ１２２のオフ状態という。抵抗１１６、１１７で分圧された電圧が基準電圧１１８より高い場合は、オペアンプ１１９の出力はローレベルとなるため、フォトカプラ１２２のＬＥＤに電流が流れ、ＬＥＤが点灯する。その結果、フォトカプラ１２２のフォトトランジスタがオンし、コレクタ電流が流れ始める。この場合、フォトカプラ１２２のフォトトランジスタはオン状態であるため、以下では、この状態を、フォトカプラ１２２のオン状態という。このフォトトランジスタのコレクタは、スイッチング素子１０６のゲートに接続されており、エミッタはトランジスタ１０９のベースに接続されている。フォトカプラ１２２のフォトトランジスタに電流が流れると、スイッチング素子１０６のゲート電圧を低下させると同時に、コンデンサ１１３の充電も始まる。コンデンサ１１３が充電され両端電圧が上昇すると、トランジスタ１０９のベースに電流が流れ込み、トランジスタ１０９をオンさせる。以上の動作により、出力のフィードバックがない場合よりも、スイッチング素子１０６が早くオフする、といった帰還動作により、出力端１２４を所定の電圧に制御する。

［本実施例の電源装置の構成及び動作］
上述した動作を行う回路に対し、本実施例の構成を適用した回路図を図２に示す。尚、図１（ｃ）と同一の構成には、同一符号を付し、説明は省略する。図２において、第二のフォトカプラであるフォトカプラ１２５、ＮＰＮ型のトランジスタ１２６、及び起動抵抗１０５と比較して十分に大きい抵抗値をもつ抵抗１２７は、スイッチ手段であるスイッチ回路を構成している。フォトカプラ１２５のＬＥＤのアノードには、図１（ｃ）でフォトカプラ１２２のアノードに接続されていた電源１２３を接続し、フォトカプラ１２５のＬＥＤのカソードとフォトカプラ１２２のＬＥＤのアノードを接続する。これにより、本実施例では、フィードバック回路とスイッチ回路の電流経路（電流供給路ともいう）を同じにしている。

また、抵抗１２７は、フォトカプラ１２５のフォトトランジスタのコレクタと平滑コンデンサ１０３の正端子の間に接続し、フォトトランジスタのエミッタはスイッチング素子１０６のゲートに接続する。トランジスタ１２６のコレクタは起動抵抗１０５と、トランジスタ１２６のエミッタはスイッチング素子１０６のゲートと、トランジスタ１２６のベースはフォトカプラ１２５のフォトトランジスタのコレクタと接続することで、スイッチ回路を構成している。

電源起動時、出力端１２４には電圧が発生していないため、オペアンプ１１９の反転入力端子には基準電圧１１８より低い電圧が入力される。このため、オペアンプ１１９の出力はハイレベルとなり、フォトカプラ１２２及びフォトカプラ１２５のＬＥＤには電流が流れず、フォトトランジスタはオンしない。このため、平滑コンデンサ１０３の正端子側からは、起動抵抗１０５だけでなく抵抗１２７を介してトランジスタ１２６のベースにも電流が流れ込む。その結果、トランジスタ１２６にコレクタ電流が流れ、トランジスタ１２６がオン状態となって、起動抵抗１０５が接続され、スイッチング素子１０６のゲート電圧を上昇させることになる。ここで、素子に信号が入力されていない状態、又は素子に電流が流れていない状態では、素子が動作をしていない（オフしている）状態を、ノーマリーオープンということとする。一方、素子に信号が入力されていない状態、又は素子に電流が流れていない状態では、素子が動作している（オンしている）状態を、ノーマリークローズということとする。そうすると、本実施例のフォトカプラ１２５は、フォトカプラ１２５のＬＥＤに電流が流れていない状態では、フォトカプラ１２５のフォトトランジスタがオフしているため、フォトカプラ１２５はオフしており、ノーマリーオープンの素子といえる。

出力端１２４の電圧が上昇してくると、抵抗１１６、１１７の分圧比で決まる電圧が基準電圧１１８より高くなる。これにより、オペアンプ１１９の出力はローレベルとなるため、フォトカプラ１２２とフォトカプラ１２５のＬＥＤに電流が流れることで、フォトカプラ１２２、１２５がオン状態となる。フォトカプラ１２５がオン状態のとき、トランジスタ１２６はオフ状態となるため、電流は抵抗値の高い抵抗１２７を介して流れることになる。このように、電源起動時には、フォトカプラ１２５がオフ状態であるため、起動抵抗１０５と抵抗１２７に電流が流れ、出力端１２４の電圧が上昇して回路の発振が開始すると、フォトカプラ１２５がオン状態となり、抵抗１２７のみに電流が流れる。即ち、本実施例のスイッチ回路は、抵抗を切り替えているともいえる。また、スイッチ回路は、電源起動時には起動抵抗１０５をスイッチング素子１０６のゲートに接続し、出力端１２４の電圧が上昇して回路の発振が開始すると、起動抵抗１０５をスイッチング素子１０６のゲートから切断しているともいえる。

本実施例の回路構成におけるスイッチング電源は、電源を発振させた状態にしておくと、出力電圧がトランス１０４の巻数比で決まる電圧まで上昇する昇圧回路となっている。スイッチング電源の電源起動後、出力端１２４が目標電圧に到達してからは、オペアンプ１１９の出力は常にローレベルとなるため、オペアンプ１１９は電流をひく方向に動作する。出力端１２４が目標電圧に到達した後は、フォトカプラ１２２、１２５は常にオン状態を維持するため、電流は常に抵抗１２７を流れるようになる、言い換えれば、電流が抵抗１２７を選択して流れるようになる。抵抗にかかる電圧を一定とした場合、抵抗で消費する電力（＝Ｖ^２／Ｒ；Ｖは抵抗にかかる電圧、Ｒは抵抗値）は、抵抗値の大きさに比例して小さくなる。そのため、例えば、抵抗１２７の抵抗値を起動抵抗１０５の抵抗値の２倍にした場合、消費電力はおよそ１／２倍に軽減することができる。

以上のように、抵抗を切り替えるためのスイッチ回路を動作させるための電流経路を、フィードバック回路で使用している電流経路に直列に接続する構成としたため、新たに電流経路を増やす必要がなくなる。尚、抵抗を切り替えるとは、上述したように、スイッチ回路によって、電流が流れる抵抗を、起動抵抗１０５及び抵抗１２７から、抵抗１２７に切り替えることである。これは、スイッチ回路によって、起動抵抗１０５の切断、接続を行っているともいえる。このため、新たに追加する電流経路による余分な消費電力をなくすことができる。即ち、起動抵抗の消費電力を軽減している一方で、信号入力用の電流経路であるスイッチ回路を動作させるための電流経路で消費する電力を増加させてしまうといった課題を解決することができる。そして、電源起動後（即ち、発振開始後）は、抵抗値の高い抵抗に電流を流すことで、消費電力を軽減することができる。また、フィードバック回路とスイッチ回路で使用する２つのフォトカプラは、スイッチング電源でも一般的に使用されているノーマリーオープンのフォトカプラを使用している。このように、フィードバック回路とスイッチ回路で使用する２つのフォトカプラは、一般的に使用されているトランジスタ出力のフォトカプラを使用することができるため、安価で簡単な回路構成で消費電力の削減を実現することができる。尚、本実施例において自励式フライバック電源の一例を用いて説明したが、フィードバック回路とスイッチ回路に同じ電流経路を使用する系においては、この回路構成に限定されない。

以上、本実施例によれば、起動抵抗の消費電力を低減しつつ、安価な構成で信号入力用の電流供給路での消費電力も低減することができる。

［本実施例の電源装置の構成及び動作］
図３（ａ）に、実施例２の電源装置の回路図を示す。尚、図２と同一部分には、同一符号を付し、説明は省略する。本実施例では、ＰＮＰ型のトランジスタ２０１と、フォトカプラ１２５とによりスイッチ回路を構成している。本実施例のスイッチ回路は、図２におけるＮＰＮ型のトランジスタ１２６の代わりにＰＮＰ型のトランジスタを使用した場合の構成となっている。ここで、実施例１同様、抵抗１２７の抵抗値は、起動抵抗１０５の抵抗値よりも高い。低い抵抗値の起動抵抗１０５は、トランジスタ２０１のコレクタとスイッチング素子１０６のゲートの間に接続され、高い抵抗値の抵抗１２７は、トランジスタ２０１のベースとスイッチング素子１０６のソースに接続されている。

電源起動時、出力端１２４には電圧が発生していないため、オペアンプ１１９の反転入力端子には基準電圧１１８より低い電圧が入力される。これにより、オペアンプ１１９の出力はハイレベルとなり、フォトカプラ１２２及びフォトカプラ１２５はオンしないため、平滑コンデンサ１０３の正端子からは、トランジスタ２０１のエミッタ−ベース間と抵抗１２７を介して電流が流れる。抵抗１２７に電流が流れ出すとトランジスタ２０１のコレクタ電流が流れるため、トランジスタ２０１はオン状態となり、起動抵抗１０５を介して電流が流れ、スイッチング素子１０６のゲート電圧を上昇させる。

出力端１２４の電圧が上昇してくると、抵抗１１６、１１７の分圧比で決まる電圧が基準電圧１１８より高くなる。これにより、オペアンプ１１９の出力はローレベルとなるため、フォトカプラ１２２とフォトカプラ１２５のＬＥＤに電流が流れることで、フォトカプラ１２２、１２５がオン状態となる。フォトカプラ１２５がオン状態のとき、トランジスタ２０１はオフ状態になるため、電流は抵抗値の高い抵抗１２７を介して流れることになる。実施例１と同様に、出力端１２４が目標電圧に到達した後は、フォトカプラ１２２、１２５は常にオン状態を維持するため、電流は常に抵抗１２７を流れるようになる、言い換えれば電流が抵抗１２７を選択して流れるようになる。このように、本実施例においても、スイッチ回路は、電源起動時には起動抵抗１０５及び抵抗１２７に電流を流し、発振動作が開始したあとは、抵抗１２７に電流を流すように切り替える。言い換えれば、スイッチ回路は、電源起動時には起動抵抗１０５をスイッチング素子１０６のゲートに接続し、発振動作が開始したあとは、起動抵抗１０５をスイッチング素子１０６のゲートから切断する。

以上のように、スイッチ回路を構成するトランジスタに、ＰＮＰ型のトランジスタを使用した場合においても、起動抵抗の消費電力を低減しつつ、安価な構成で信号入力用の電流供給路での消費電力も低減することができる。

［本実施例の電源装置の構成及び動作］
図３（ｂ）に、実施例３の電源装置の回路図を示す。尚、図２と同一部分には、同一符号を付し、説明は省略する。本実施例のスイッチ回路は、電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴ）３０１、第一抵抗である抵抗１２７、第二抵抗である抵抗３０２及びフォトカプラ１２５により構成される。即ち、本実施例では、図２のトランジスタ１２６の代わりにＦＥＴ３０１を使用した場合の構成となっており、平滑コンデンサ１０３の正端子側の直流電圧を抵抗１２７と抵抗３０２で分圧した電圧が、ＦＥＴ３０１のゲートに印加されるように接続している。また、起動抵抗１０５は、一端が平滑コンデンサ１１３の正端子側に接続され、抵抗１２７は、一端が平滑コンデンサ１１３の正端子側に接続されている。そして、抵抗３０２は、一端がＦＥＴ３０１のゲートに接続され、他端が平滑コンデンサ１０３の負端子側に接続されている。更に、ＦＥＴ３０１では、電流流入端子が起動抵抗１０５の他端に接続され、電流流出端子がスイッチング素子１０６のゲートに接続され、ゲートが抵抗１２７の他端に接続されている。

電源起動時、出力端１２４には電圧が発生していないため、オペアンプ１１９の反転入力端子には基準電圧１１８より低い電圧が入力される。これにより、オペアンプ１１９の出力はハイレベルとなり、フォトカプラ１２２及びフォトカプラ１２５はオンしないため、平滑コンデンサ１０３の正端子側からは、抵抗１２７、抵抗３０２を介して電流が流れる。抵抗１２７と抵抗３０２の分圧で決まる電圧が上昇しＦＥＴ３０１がオンすると、起動抵抗１０５を介して電流が流れるようになり、スイッチング素子１０６のゲート電圧を上昇させる。

出力端１２４の電圧が上昇してくると、抵抗１１６、１１７の分圧比で決まる電圧が基準電圧１１８より高くなる。これにより、オペアンプ１１９の出力はローレベルとなるため、フォトカプラ１２２とフォトカプラ１２５のＬＥＤに電流が流れることで、フォトカプラ１２２、１２５がオン状態となる。フォトカプラ１２５がオン状態のとき、ＦＥＴ３０１はオフ状態となるため、電流は抵抗値の高い抵抗１２７を介して流れることになる。実施例１と同様に、出力端１２４が目標電圧に到達した後は、フォトカプラ１２２、１２５は常にオン状態を維持するため、電流は常に抵抗１２７を流れるようになる、言い換えれば電流が抵抗１２７を選択して流れるようになる。

以上のような回路構成にすることで、実施例１、２と同様に消費電力を軽減することができる。また、この回路構成では、起動抵抗１０５の切り替えに、トランジスタではなくＦＥＴを使用している。トランジスタを使用した場合、抵抗１２７の抵抗値を高くしすぎると、ベース電流が制限されることによりコレクタ電流が低下してしまい、電源を発振できなくなる可能性がある。一方、ＦＥＴは、ゲート電圧の値でオン、オフが制御されるため、抵抗３０２との分圧によりＦＥＴ３０１に入力される電圧を調節でき、抵抗１２７の抵抗値をより高くすることができる。そのため、抵抗１２７で消費する電力を更に削減することができ、実施例１、２より更に消費電力を削減することができる。

以上、本実施例によれば、起動抵抗の消費電力を低減しつつ、安価な構成で信号入力用の電流供給路での消費電力も低減することができる。

実施例１〜３で説明した電源装置は、例えば画像形成装置の低圧電源、即ちコントローラ（制御部）やモータ等の駆動部へ電力を供給する電源として適用可能である。以下に、実施例１〜３の電源装置が適用される画像形成装置の構成を説明する。

［画像形成装置の構成］
画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタを例にあげて説明する。図４に電子写真方式のプリンタ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３００は、静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム３１１、感光ドラム３１１を一様に帯電する帯電部３１７（帯電手段）、感光ドラム３１１に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部３１２（現像手段）を備えている。そして、感光ドラム３１１に現像されたトナー像をカセット３１６から供給された記録材としてのシート（不図示）に転写部３１８（転写手段）によって転写して、シートに転写したトナー像を定着器３１４で定着してトレイ３１５に排出する。この感光ドラム３１１、帯電部３１７、現像部３１２、転写部３１８が画像形成部である。また、レーザビームプリンタ３００は、実施例１〜３で説明した電源装置４００を備えている。尚、実施例１〜３の電源装置４００を適用可能な画像形成装置は、図４に例示したものに限定されず、例えば複数の画像形成部を備える画像形成装置であってもよい。更に、感光ドラム３１１上のトナー像を中間転写ベルトに転写する一次転写部と、中間転写ベルト上のトナー像をシートに転写する二次転写部を備える画像形成装置であってもよい。

レーザビームプリンタ３００は、画像形成部による画像形成動作や、シートの搬送動作を制御する不図示のコントローラを備えており、実施例１〜３に記載の電源装置４００は、例えばコントローラに電力を供給する。また、実施例１〜３に記載の電源装置４００は、感光ドラム３１１を回転するため又はシートを搬送する各種ローラ等を駆動するためのモータ等の駆動部に電力を供給する。即ち、実施例１〜３の電源装置４００の二次巻線Ｎｓから整流ダイオード１１４を介して流れ出した負荷電流は、コントローラや駆動部にて消費される。

本実施例の画像形成装置に搭載された電源装置４００は、起動抵抗１０５を切断、接続するためのスイッチ回路を動作させるための電流経路を、フィードバック回路で使用している電流経路に直列に接続する構成としたため、新たに電流経路を増やす必要がなくなる。このため、新たに電流経路を追加して、余分な消費電力が生じることを避けることができる。即ち、起動抵抗の消費電力を軽減している一方で、信号入力用の電流経路で消費する電力を増加させてしまうといった課題を解決することができる。そして、電源起動後は抵抗値の高い抵抗１２７に電流を流すことで、消費電力を軽減することができる。また、フィードバック回路とスイッチ回路で使用する２つのフォトカプラは、スイッチング電源でも一般的に使用されているノーマリーオープンのフォトカプラを使用している。このように、フィードバック回路とスイッチ回路で使用する２つのフォトカプラは、一般的に使用されているトランジスタ出力のフォトカプラを使用することができるため、安価で簡単な回路構成で消費電力の削減を実現することができる。以上、本実施例によれば、起動抵抗の消費電力を低減しつつ、安価な構成で信号入力用の電流供給路での消費電力も低減することができる。

１０４ トランス
１０５ 起動抵抗
１０６ スイッチング素子
１２２ フォトカプラ
１２５ フォトカプラ
１２６ トランジスタ
１２７ 抵抗

Claims (9)

1. 一次巻線、二次巻線及び補助巻線を有するトランスと、
   交流電圧を整流平滑して直流電圧を生成し、前記トランスの前記一次巻線に供給する第一の整流平滑手段と、
   前記トランスの前記一次巻線に接続され、前記一次巻線への電流の供給及び遮断を制御するスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子の発振を開始するための起動抵抗と、
   前記トランスの前記二次巻線に発生した電圧を整流平滑して直流電圧を生成する第二の整流平滑手段と、
   前記第二の整流平滑手段により生成された直流電圧に基づいて、前記スイッチング素子の発振を制御するフィードバック手段と、
   前記スイッチング素子の発振を開始するために前記起動抵抗を接続し、前記スイッチング素子の発振が開始されたあとに前記起動抵抗の接続を切断するスイッチ手段と、
   を備え、
   前記スイッチ手段は、前記フィードバック手段に直列に接続されていることを特徴とする電源装置。
2. 前記フィードバック手段は、オペアンプと、第一のフォトカプラと、を有し、
   前記オペアンプは、出力端子から前記第二の整流平滑手段により生成された直流電圧に応じた電圧を出力し、
   前記第一のフォトカプラのＬＥＤは、カソードが前記オペアンプの前記出力端子に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記スイッチ手段は、第二のフォトカプラを有し、
   前記第二のフォトカプラのＬＥＤは、カソードが前記第一のフォトカプラのＬＥＤのアノードに接続されていることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 前記スイッチ手段は、ＮＰＮ型のトランジスタと、抵抗と、を有し、
   前記起動抵抗は、一端が前記第一の整流平滑手段の正端子に接続され、
   前記抵抗は、一端が前記第一の整流平滑手段の正端子に接続され、
   前記トランジスタは、コレクタが前記起動抵抗の他端に接続され、エミッタが前記スイッチング素子の制御端子に接続され、ベースが前記抵抗の他端に接続され、
   前記第二のフォトカプラのフォトトランジスタは、コレクタが前記抵抗の他端及び前記トランジスタのベースに接続され、エミッタが前記スイッチング素子の制御端子に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
5. 前記スイッチ手段は、ＰＮＰ型のトランジスタと、抵抗と、を有し、
   前記トランジスタは、エミッタが前記第一の整流平滑手段の正端子に接続され、コレクタが前記起動抵抗の一端に接続され、ベースが前記抵抗の一端に接続され、
   前記起動抵抗は、他端が前記スイッチング素子の制御端子に接続され、
   前記抵抗は、他端が前記第一の整流平滑手段の負端子に接続され、
   前記第二のフォトカプラのフォトトランジスタは、コレクタが前記第一の整流平滑手段の正端子に接続され、エミッタが前記抵抗の一端及び前記トランジスタのベースに接続されていることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
6. 前記抵抗の抵抗値は、前記起動抵抗の抵抗値よりも大きいことを特徴とする請求項４又は５に記載の電源装置。
7. 前記スイッチ手段は、電界効果トランジスタと、第一抵抗と、第二抵抗と、を有し、
   前記起動抵抗は、一端が前記第一の整流平滑手段の正端子に接続され、
   前記第一抵抗は、一端が前記第一の整流平滑手段の正端子に接続され、
   前記第二抵抗は、一端が前記電界効果トランジスタの制御端子に接続され、他端が前記第一の整流平滑手段の負端子に接続され、
   前記電界効果トランジスタは、電流流入端子が前記起動抵抗の他端に接続され、電流流出端子が前記スイッチング素子の制御端子に接続され、制御端子が前記第一抵抗の他端に接続され、
   前記第二のフォトカプラのフォトトランジスタは、コレクタが前記第一抵抗の他端及び前記電界効果トランジスタの制御端子に接続され、エミッタが前記スイッチング素子の制御端子に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
8. 前記第一抵抗の抵抗値は、前記起動抵抗の抵抗値よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の電源装置。
9. 記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電源装置と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

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