JP2014192952A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置が低消費電力状態であるときに、交流電圧を整流した電圧を平滑する平滑手段の消費電力を低減すること。
【解決手段】電解コンデンサ３に直列に接続されたスイッチ素子５と、直列に接続された電解コンデンサ３及びスイッチ素子５に並列に接続され、電解コンデンサ３に比べて容量が小さいコンデンサ４と、動作状態であるときにはスイッチ素子５を導通状態とし、低消費電力状態であるときにはスイッチ素子５を非導通状態とする演算部７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、商用交流電源の整流・平滑電圧を所望の電圧に変圧し、負荷へ電流供給する電源装置及びその電源装置を備える画像形成装置に関し、特に、平滑手段に電解コンデンサを使用するスイッチング電源に関する。

従来、商用交流電源を整流・平滑し、平滑後の電圧を所望の電圧に変圧し、負荷へ電流供給するスイッチング電源が知られている。このようなスイッチング電源では、装置の消費電力が非常に小さい場合や高温環境で使用する等の特別な場合を除き、平滑手段として大きな容量を安価に得やすい電解コンデンサを用いることが多い。例えば、図７に示すようなスイッチング電源がある。図７に示すスイッチング電源は、負荷３８へ電流供給を行う電源部として、整流ブリッジダイオード２、平滑用の電解コンデンサ３、変圧部６を備える。また、スイッチング電源は、負荷２８へ電流供給を行うもう一つの電源部として、整流ブリッジダイオード３０、平滑用の電解コンデンサ２６、変圧部２７を備える。もう１つの電源部は、商用交流電源１との接続部から分岐させ、整流・平滑後に直流電圧を所望の電圧に変圧し、負荷３８よりも消費電流が大きい負荷２８へ電流供給する。尚、変圧部６は、例えば制御系へ３．３Ｖ等の電圧を供給し、変圧部２７はパワー系へ２４Ｖ等の電圧を供給する。このスイッチング電源は、整流ブリッジダイオード３０より上流にスイッチ素子２９を備えている。そして、装置の機能停止状態、待機状態又は小電力を使用する状態においては、ＣＰＵ等の演算部７によって、スイッチ素子２９を非導通状態にする。図７では、整流ブリッジダイオード３０、平滑用の電解コンデンサ２６、変圧部２７を追加することで電解コンデンサ３の容量を小さくし、電解コンデンサ２６のリーク電流を遮断する構成である。これにより、消費電力を低減している。

また、例えば特許文献１では、商用交流電源の整流後、平滑用の電解コンデンサを２個直列接続し、２個の電解コンデンサの接続点と整流ブリッジダイオードとの間にトライアック等のスイッチング手段を設ける構成のスイッチング電源が開示されている。このスイッチング電源では、商用交流電源が１００Ｖ地域の場合にはスイッチング手段を導通状態にすることで倍電圧整流を行い、２００Ｖ地域の場合スイッチング手段を非導通状態にすることで全波整流動作を行う。このようなスイッチング電源では、整流平滑後の電圧を同程度にすることができ、１００Ｖ、２００Ｖ地域の両方で同じ動作をする。また、例えば特許文献２では、商用交流電源の整流平滑後、トランスの一次巻線と第１のスイッチング手段とが直列接続された第１直列回路を備える直流変換装置が開示されている。この直流変換装置は、更に、第１のスイッチング手段の両端又はトランスの一次巻線の両端に接続され、第２のスイッチング手段とコンデンサとが直列に接続された第２直列回路を備えている。そして、二次側の負荷が少ない状態においては第２のスイッチング手段を第１のスイッチング手段が導通状態になる直前の短時間導通状態にしている。

特願２００７−３１６８１１号公報 特開２００５−０４５９６１号公報

近年、装置内のスイッチング電源部は、電力供給以外の機能をもつユニットが動作し、大きな負荷電流を供給しているときの電源効率を向上させることが求められている。更に、装置内の少なくとも１個のユニットが動作せずに動作開始トリガを待っている待機状態や電源オフにおける、消費電力の低減が求められている。電源オフには、次のような２つの状態を指す場合がある。１つは、メカニカルスイッチでハード的に電源ラインを切断することで電力供給を完全に遮断する場合である。もう１つは、実際には商用交流電源から完全には遮断させず、電源オフの状態から復帰するためのトリガを待つ機能だけは停止せず、トリガを待つ以外の機能は停止し、後述する規格以下の電力で待機している状態を指す場合である。復帰するためのトリガは、ユーザからの電源スイッチへのアクセスだけでなく、装置内のタイマーからの復帰信号、リモートコントローラによる電源オン指示もその一例であり、電源オフにおいては消費電力が０Ｗ（ワット）になっていない。例えば、ドイツの規格であるブルーエンジェルでは、１００Ｖ圏で１Ｗ（２００Ｖ圏では２Ｗ）以下、韓国においては０．１Ｗ以下であることを電源オフと規定している。

前述のように平滑手段には電解コンデンサを一般的に用いている。しかしながら電解コンデンサは、構造上リーク電流を発生させ、容量が大きいほどリーク電流が大きくなる傾向があり、個体ばらつきが大きく、温度依存性がある。リーク電流による損失は、商用交流電源を平滑した後の電圧との積であるため、前述の規格に対し無視できない大きな値となっている。例えばリーク電流が１００μＡ、商用交流電源が２２０Ｖ地域ならば、およそ２２０×√２×１００μＡ＝０．０３１Ｗとなり、例えば規格０．１Ｗに対し３１％を占める。

一方、平滑用の電解コンデンサに最低限必要な容量は、装置内のユニットが全て動作したときに流れる最大の電流量に依存し、平滑後の電圧のリップル（リップル電圧という）を所望の範囲内にするために、最大の負荷電流が大きいほど大きくする必要がある。ある規定された電圧以上にリップル電圧が大きくなった場合、次のような課題が発生するおそれがある。例えば、トランスの一次巻線をスイッチングするスイッチング手段を制御する電源ＩＣが誤動作したり、変圧後二次側へ供給される電圧にて規定以上のリップル電圧が発生したり、ユニットが誤動作する等の課題が発生する。よって装置内の全てのユニットが動作したときの最大の負荷電流が大きい装置のスイッチング電源は、平滑用の電解コンデンサの容量が大きくなり、電解コンデンサによるリーク電流によって消費電力が大きくなる。

一方、フィルムコンデンサやセラミックコンデンサは、構造上電解コンデンサと比較してリーク電流が小さい。しかし電解コンデンサと同じ容量をフィルムコンデンサやセラミックコンデンサで得ようとした場合、より大きなスペースとコストを必要とする。また、図７のスイッチング電源では、消費電力を低減することは可能である。しかしながら、整流ブリッジダイオード３０、平滑用の電解コンデンサ２６及び、整流ブリッジダイオード３０への電力供給を制御するスイッチ素子２９を追加する必要があり、更に変圧部２７を追加することによって、大きなスペースとコストを必要とする。また、特許文献１では、平滑用の電解コンデンサの耐圧と容量を切り替える手段を備えることで広い商用交流電源範囲に対応できる電源を提供しているが、平滑用の電解コンデンサのリーク電流による電力消費低減への効果はない。更に、特許文献２では、スイッチング手段によってトランスの一次巻線に流れる電流をスイッチングするときの損失を低減しているが、スイッチング手段よりも上流の平滑用の電解コンデンサのリーク電流による電力消費量は変化しない。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、装置が低消費電力状態であるときに、交流電圧を整流した電圧を平滑する平滑手段の消費電力を低減することを目的とする。

前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）交流電圧を整流する整流手段と、前記整流手段により整流された電圧を平滑する第一の平滑手段と、前記第一の平滑手段により平滑された電圧を変圧する変圧手段と、を備え、前記変圧手段により変圧された電圧を負荷に供給する電源装置であって、前記第一の平滑手段に直列に接続されたスイッチ手段と、直列に接続された前記第一の平滑手段及び前記スイッチ手段に並列に接続され、前記第一の平滑手段に比べて容量が小さい第二の平滑手段と、前記負荷が所定の電力を消費する第一の状態であるときには前記スイッチ手段を導通状態とし、前記負荷が前記第一の状態よりも低い電力を消費する第二の状態であるときには前記スイッチ手段を非導通状態とする制御手段と、を備える電源装置。

（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、装置が低消費電力状態であるときに、交流電圧を整流した電圧を平滑する平滑手段の消費電力を低減することができる。

実施例１のスイッチング電源を説明する回路図 実施例１のスイッチング電源の動作を説明するタイムチャート 実施例２のスイッチング電源を説明する回路図 実施例２のスイッチング電源の動作を説明するタイムチャート 実施例３のスイッチング電源を説明する回路図 実施例４の画像形成装置を説明する図 従来例のスイッチング電源を説明する回路図

以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。尚、以下の実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

［スイッチング電源］
図１は、実施例１の装置に搭載される電源装置としてのスイッチング電源の回路図を示している。ここで、装置とは、例えばテレビやプリンタ等を指し、図１の負荷８とはテレビにおいては例えば映像を出力するユニットを、プリンタにおいては例えば印字動作を行うための記録材を搬送するユニットを指す。また、第一の状態である動作状態とは、映像出力中や印字動作中等、装置内のユニットがある一定以上の電力を消費している状態を指す。更に、第二の状態である低消費電力状態とは、例えばテレビにおいてはリモコンスイッチによる電源オフの状態を指す。また、低消費電力状態とは、プリンタにおいては、ユーザのオペレートパネルによる操作や、プリント後ある所定時間後に消費電力を低減するためにスリープモード等へ遷移した状態を指す。

装置内のスイッチング電源において、商用交流電源（以下、単に商用電源という）１から整流手段である整流ブリッジダイオード２によって整流された電圧のプラス側は、双方向サイリスタ等のスイッチ素子５の一方に接続されている。尚、双方向サイリスタを、以降、トライアックという。一方、スイッチ素子５の他方は、第一の平滑手段である第一の電解コンデンサ３（以下、単に電解コンデンサ３という）のプラス側に接続されている。また、整流ブリッジダイオード２によって整流された電圧のマイナス側は、電解コンデンサ３のマイナス側に接続されている。更に、直列に接続されたスイッチ素子５と電解コンデンサ３に対して、並列に第二の平滑手段である第二のコンデンサ４（以下、単にコンデンサ４という）が接続されている。

変圧部６は、トランスやトランスの一次巻線の電流をスイッチングするＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子、電源ＩＣ、二次側に二次側電圧を整流平滑する整流平滑回路等を備えている。尚、変圧部６の詳細は、後述する実施例３で説明する。そして、変圧部６は、一次側で平滑した電圧を所望の電圧に変圧し、二次側に供給する。このように、変圧部６は、二次側のＣＰＵ等の演算部７や負荷８へ電力を供給する。演算部７は、スイッチ素子５の制御端子に接続され、スイッチ素子５の制御端子に制御信号を出力することにより、スイッチ素子５を導通又は非導通の状態に制御する。

装置の動作状態において、負荷８は大きな電流を使用するため、電解コンデンサ３の平滑電圧にリップルが発生する。リップル電圧は平滑用のコンデンサ容量を大きくするほど低減するが、コンデンサ容量が大きいと高価になる又はより大きなスペースを必要とする。このため、平滑用のコンデンサの容量は、前述のように変圧部６の電源ＩＣの動作を安定させ、変圧後の電圧を規定内に安定させることを可能とする範囲で決定される。また、大きな容量のコンデンサを必要とするため、本実施例のスイッチング電源では、大きな容量を安価に得やすい電解コンデンサ３を備えている。

一方、低消費電力状態においては、負荷８の一部が小さな電流を消費する又は遮断されて全く消費しないため、電解コンデンサ３のような大きな容量を必要としない。電解コンデンサ３のリーク電流による消費電力は、装置の動作状態において負荷８によって消費される総電力と比較すると、非常に小さく無視できる大きさである。しかし、低消費電力状態における総電力と比較すると無視できない大きさになり、装置は動作していないにもかかわらず、商用電源１に接続されている限り、リーク電流による電力は消費され続ける。そこで、本実施例では、装置が低消費電力状態に遷移すると、演算部７が制御信号をスイッチ素子５の制御端子に出力し、スイッチ素子５を非導通状態としている。これにより、電解コンデンサ３のリーク電流による電力消費がなくなる。

［スイッチング電源の動作］
図２は、図１に示す回路の動作を説明するタイムチャートである。図２（ａ）は、商用電源１の電圧を整流ブリッジダイオード２により整流した後の電圧の波形を示す。図２（ｂ）は、コンデンサ４の電圧（平滑電圧）の波形を示し、商用電源１の整流後の波形を破線で示している。図２（ｃ）は、電解コンデンサ３の電圧（平滑電圧）の波形を示し、商用電源１の整流後の波形を破線で示している。図２（ｄ）は、スイッチ素子５の導通又は非導通の状態を示しており、導通状態をオン（ＯＮ）、非導通状態をオフ（ＯＦＦ）として示している。図２（ｅ）は、負荷８に流れる電流（負荷８による消費電流）の波形を示している。いずれも横軸は時間を示している。

図２のタイムチャートを用いて動作を説明する。負荷８の使用電流が非常に小さく、スイッチ素子５が非導通状態の期間（ＯＦＦの期間）においても、コンデンサ４で平滑された電圧には、リップルが発生している。図２（ｂ）に示すように、コンデンサ４の平滑電圧に発生したリップル電圧は、商用電源１の倍の周波数で前述した規定範囲内となっており、必要以上にリップルの低減はなされていない。この理由は、コンデンサ４の容量も電解コンデンサ３の容量と同様の理由で、リップルの発生は容量を大きくした方が低減できるが、リップル電圧が許容される範囲内で小さい容量にすることで、スペースやコストを低減できるからである。コンデンサ４の容量は電解コンデンサ３より小さくすることが可能であるため、仮に電解コンデンサを使用した場合でも、コンデンサ４を電解コンデンサとした場合に発生するリーク電流は、電解コンデンサ３で発生するリーク電流よりも低減することができる。このため、本実施例においては、非導通状態の期間では、コンデンサ４により平滑している。更に、コンデンサ４としてフィルムコンデンサやセラミックコンデンサを使用した場合でも、大きなスペースやコストを発生させることなく、更にリーク電流を低減することができる。

電解コンデンサ３の電圧は、低消費電力状態が長時間保たれた後であれば、リーク電流によって放電し、０Ｖに近い電圧となる。ＣＰＵ等の演算部７は、負荷８の動作命令（不図示）を受けると、スイッチ素子５を導通状態（オン状態）にする。このとき、０Ｖに近い電圧だった電解コンデンサ３へ、コンデンサ４から電荷が急速に移動し、図２（ｂ）に示すように、コンデンサ４の電圧は、短時間だけ低下する。この理由は、商用電源１が０Ｖ程度のときには整流後の電圧が低いため、電解コンデンサ３もコンデンサ４も充電できないからである。また、商用電源１の最大電圧のタイミングで、スイッチ素子５が導通状態になった場合であっても、コンデンサ４から電解コンデンサ３へ急速に充電される。この理由は、商用電源１と電解コンデンサ３の間に、ノイズフィルタ（不図示）や長いパターンによるインピーダンスが存在するからである。しかし、この時間は短い時間である。よってスイッチング電源がＩＣ制御ではなく、例えばリンギングチョークコンバータ（ＲＣＣ）タイプである又は電源がＩＣによる制御であっても、正常な動作を保つことができる。尚、この場合には、正常な動作を保つために、電解コンデンサ３とコンデンサ４の容量、電源方式や負荷８の電流の大きさ、二次側の平滑コンデンサの大きさ、ＩＣの仕様等の条件を調整する。

一度コンデンサ４から電解コンデンサ３へ急速に充電が行われた後は、商用電源１から供給される電流によって、電解コンデンサ３及びコンデンサ４が充電される。この間、平滑用の２つのコンデンサの総容量は、動作状態において規定内のリップルを維持可能な容量であり、且つ、負荷８の電流はまだ小さい状態である。このため、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、電解コンデンサ３及びコンデンサ４のリップル電圧は、非常に小さくなる。スイッチ素子５が導通状態になった後、電解コンデンサ３の充電完了に必要な時間よりも十分に長い、第一の時間である一定時間ｔ１後、負荷８の動作を開始する。図２（ｅ）に示すように負荷８に電流が流れ始めると、電解コンデンサ３とコンデンサ４によって平滑された電圧には、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、許容範囲内のリップルが発生する。このように、時間ｔ１は、電解コンデンサ３が充電されるために必要な時間より十分に長い時間に設定される。これにより、コンデンサ４の平滑電圧が許容されるリップル電圧を越えて長時間低下し、スイッチング電源の動作を不安定にするといった課題を回避することができる。

演算部７は、負荷８の動作停止命令（不図示）を受けると動作していたユニットを停止させる。これにより、図２（ｅ）に示すように、負荷８に流れる電流は減少する。そして、確実に装置の動作が停止し、負荷電流が所定値以下となって低消費電力状態で安定するために必要な、第二の時間である一定時間ｔ２後に、スイッチ素子５を非導通状態にする。時間ｔ２の間は、時間ｔ１の間と同じ理由により、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、電解コンデンサ３及びコンデンサ４の電圧のリップルは、非常に小さくなる。スイッチ素子５を非導通状態にすると、電解コンデンサ３は充電されなくなり、図２（ｃ）に示すように、リーク電流によって放電し電圧が徐々に低下する。時間ｔ２は、負荷８が完全に停止し負荷電流が減少した状態で安定するまでに必要な時間より十分に長い時間に設定される。これにより、負荷電流が減少していないにもかかわらず、電解コンデンサ３が非導通状態になり、コンデンサ４の平滑電圧が許容されるリップル電圧を越えて長時間低下し、スイッチング電源の動作を不安定にするといった課題を回避することができる。このように、時間ｔ１及び時間ｔ２を設定することによって、装置の状態を切り替える際の、スイッチング電源の動作を安定させることができる。

スイッチ素子５が非導通状態になり、電解コンデンサ３の電圧が低下している途中で、再度、演算部７が負荷８の動作命令（不図示）を受けると、スイッチ素子５を導通状態にする。この場合も、上述したように、スイッチ素子５を導通状態としてから時間ｔ１後に、負荷８の動作を開始する。スイッチ素子５が導通状態となったとき、電解コンデンサ３の電圧はまだ０Ｖ近くにまで低下せずに、所定の電圧となった状態である。このため、コンデンサ４から電解コンデンサ３への電荷の移動量は少ない。従って、前述の電解コンデンサ３が０Ｖの状態からスイッチ素子５を導通状態にしたときと比較して、図２（ｂ）に示すようにコンデンサ４の電圧の低下量は少ない。

上述したような回路構成、タイミングで制御を行い、装置の動作状態と低消費電力状態に応じて、平滑するコンデンサを切り替える構成とする。具体的には、装置の動作状態においては、電解コンデンサ３及びコンデンサ４により平滑し、低消費電力状態においては、コンデンサ４のみで平滑する。これにより、スイッチング電源の動作の安定を保持しつつ、低消費電力状態における電力消費量を低減することができる。

以上、本実施例によれば、装置が低消費電力状態であるときに、交流電圧を整流した電圧を平滑する平滑手段の消費電力を低減することができる。

［スイッチング電源］
図３は実施例２のスイッチング電源の回路図の一例を示し、実施例１と同じ構成には同じ符号を付し、説明は省略する。本実施例の装置内のスイッチング電源は、スイッチ素子５と並列に、電解コンデンサ３への充電方向が順方向になるダイオード９と、ダイオード９に対して直列接続の抵抗１０とを備える。即ち、ダイオード９のカソード側が電解コンデンサ３のプラス側に接続され、ダイオード９のアノード側が抵抗１０の一端に接続される。抵抗１０の他端は、整流ブリッジダイオード２によって整流された電圧のプラス側に接続される。ダイオード９は、電解コンデンサ３の平滑電圧に対して十分な耐圧を備え、抵抗１０は、電解コンデンサ３のリーク電流から計算される内部インピーダンスより十分大きな抵抗値を備えている。これにより、本実施例では、電解コンデンサ３のリーク電流を制限することができる。

［スイッチング電源の動作］
図４は、図３に示す回路の動作を説明するタイムチャートであり、図４（ａ）〜図４（ｅ）に示す波形等は、実施例１の図２（ａ）〜図２（ｅ）に示す波形等と同じであるため、説明は省略する。

図４のタイムチャートを用いて動作を説明する。スイッチ素子５が非導通状態のとき、ダイオード９は、電解コンデンサ３への充電方向にのみ抵抗１０で制限された電流を流し、電解コンデンサ３から変圧部６へは電力供給しない。このため、電解コンデンサ３に充電された電荷は放電されず、図４（ｃ）に示すように、スイッチ素子５が非導通状態の期間でも、電解コンデンサ３の電圧は保持される。即ち、図２（ｃ）のグラフで、スイッチ素子５が最初のオフの期間では０Ｖであるのに対し、図４（ｃ）のグラフで、スイッチ素子５がオフの期間では、オンの期間での電圧と同じ程度の電圧となっている。よって実施例１で説明したように、スイッチ素子５が導通状態になった直後においてもコンデンサ４から電解コンデンサ３への充電は行われず、コンデンサ４の電圧低下が発生しない又は非常に小さな電圧低下に抑えることができる。このため、電源方式や負荷８の電流の大きさ、各コンデンサの容量、電源ＩＣの仕様等によらず、安定してスイッチング電源を動作させることができる。

［時間ｔ１及び時間ｔ２の設定について］
ここで、装置によっては低消費電力状態、動作状態の中にも、各々２つ以上の状態を備え、その中で負荷電流の大小が異なる場合があり、このような場合には、負荷電流が安定するまでの時間が異なる場合がある。電解コンデンサ３が充電されるために必要な時間は、低消費電力状態における負荷８に流す電流（以下、負荷電流という）が大きい場合にはより長くなる。このとき、演算部７は負荷電流が小さい場合より時間ｔ１を長く設定することで、スイッチ素子５を導通状態にしてから負荷８の動作を開始させるまでの待ち時間を必要最小限に短縮することができる。例えば、図４（ｅ）に示すように、負荷電流が大きい場合、スイッチ素子５を非導通状態から導通状態に切り替えてから負荷８の動作を開始させるまでの時間は、時間ｔ１である。一方、図４（ｅ）に示すように、負荷電流が小さい場合、スイッチ素子５を非導通状態から導通状態に切り替えてから負荷８の動作を開始させるまでの時間は時間ｔ３である。ここで、時間ｔ１＞時間ｔ３が成り立つ。即ち、スイッチ素子５を非導通状態から導通状態に切り替えてから負荷８の動作を開始させるまでの時間は、負荷電流が大きいほど長く設定する。

また、動作していた負荷８が確実に停止し、負荷電流が減少するために長い時間が必要な場合又は負荷電流が大きな場合、低消費電力状態で安定するまでの時間はより長くなる。このとき、演算部７は、負荷電流が減少するための時間が短い場合又は負荷電流が小さな場合より時間ｔ２を長く設定することで、待ち時間を必要最小限に短縮することができる。例えば、図４（ｅ）に示すように、負荷電流が大きい場合、負荷８の動作終了開始からスイッチ素子５を導通状態から非導通状態に切り替えるまでの時間は、時間ｔ２である。一方、図４（ｅ）に示すように、負荷電流が小さい場合、負荷８の動作終了開始からスイッチ素子５を導通状態から非導通状態に切り替えるまでの時間は時間ｔ４である。ここで、時間ｔ２＞時間ｔ４が成り立つ。即ち、負荷８の動作終了開始からスイッチ素子５を導通状態から非導通状態に切り替えるまでの時間は、負荷電流が大きいほど長く設定する。尚、負荷電流が大きいほど、時間ｔ１又は時間ｔ２を長く設定する構成は、実施例１の構成にも適用可能である。

上述したような回路構成で制御を行うことで、より安定した平滑電圧を得ることができる。よって電源方式や負荷電流によらずスイッチング電源を安定して動作させることができる。また、時間ｔ１及び時間ｔ２を、電解コンデンサ３の充電にかかる時間の長さだけでなく、負荷電流の大きさに基づいて決定することで、装置の状態遷移中の待ち時間を必要最低限に短縮可能となる。本実施例においては、例としてダイオード９を用いて説明を行ったが、整流素子であればよく、ダイオードに限定されない。

以上、本実施例によれば、装置が低消費電力状態であるときに、交流電圧を整流した電圧を平滑する平滑手段の消費電力を低減することができる。

［スイッチング電源］
図５は、実施例３のスイッチング電源を擬似共振フライバック電源の例として示す。本実施例では、実施例１及び実施例２で説明した変圧部６の具体例を示す。尚、実施例１、２で説明した構成には同じ符号を付し、説明は省略する。本実施例の装置内のスイッチング電源においては、商用電源１からノイズフィルタ１１を介し、整流ブリッジダイオード２に接続される。ここで、ノイズフィルタ１１は、例えば、ラインフィルタ、Ｘコンデンサ又はＹコンデンサ等である。また、本実施例では、実施例１と同様に、電解コンデンサ３とスイッチ素子５は直列接続されており、更に、直列に接続されたスイッチ素子５と電解コンデンサ３に対して並列にコンデンサ４が接続されている。そして、実施例２と同様に、直列に接続されたダイオード９と抵抗１０が、スイッチ素子５に対して並列に接続されている。尚、ダイオード９及び抵抗１０のない実施例１の構成に、本実施例を適用してもよい。

整流ブリッジダイオード２によって整流された電圧のプラス側には、起動抵抗１２を経由して電源制御手段である電源ＩＣ１５が接続される。起動抵抗１２からの電流によって起動した電源ＩＣ１５は、電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴとする）１６を導通状態又は非導通状態に制御することで、トランスの一次巻線１８に流れる電流をオン、オフするスイッチング動作を制御する。一次巻線１８のスイッチング動作によって、トランスのコアに蓄えられたエネルギーは、トランスの二次巻線２０へフライバック電圧として伝達された後、二次整流ダイオード２４と二次平滑コンデンサ２５によって整流平滑される。二次側で整流平滑された電圧は、エラーアンプ２３により監視され、フォトカプラ２２を介して電源ＩＣ１５へフィードバックされる。また、演算部７は、フォトカプラ２１を介して、スイッチ素子５を導通状態又は非導通状態に制御する。

電源ＩＣ１５は、フォトカプラ２２を介して入力されたフィードバック電圧とトランスの補助巻線１９によって得られるトランスの一次巻線１８のスイッチングタイミングに応じて、二次側の出力電圧を安定させるために、ＦＥＴ１６のスイッチング動作を制御する。スイッチング動作時には、トランスの一次巻線１８又はＦＥＴ１６には高周波のノイズが発生し、整流ブリッジダイオード２やノイズフィルタ１１を介して商用電源１へ流出し、端子雑音や放射ノイズを増加させることがある。特に、負荷８の電流が大きいときにスイッチング電流が大きいため、スイッチング電圧のリンギングが大きくなる等の理由で、発生するノイズのレベルは大きくなる傾向がある。

一方、電解コンデンサ３は、高周波への応答感度が低いため高周波のノイズを低減する能力も低い。よって高周波への応答感度が高いコンデンサ４に、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサを使用することで、ノイズレベルを低減することができる。更に、トランスの一次巻線１８からコンデンサ４までの配線長をスイッチ素子５までの配線長よりも短く、且つ、ＦＥＴ１６又はＦＥＴ１６に直列接続される電流検出抵抗１７からコンデンサ４までの配線長を、電解コンデンサ３までの配線長よりも短くできる。即ち、電解コンデンサ３が、コンデンサ４よりも大きな容量であり、トランスから遠くに設けざるをえないのに対し、コンデンサ４は、電解コンデンサ３よりも容量が小さく、トランスに近い位置に設けることが可能である。これにより、より小さな閉じた経路、即ち、コンデンサ４、トランスの一次巻線１８、ＦＥＴ１６及び電流検出抵抗１７で形成されるループに高周波のノイズが流れることでノイズが増幅されることを防ぎ、商用電源１へ流出するノイズを低減することができる。

更に、電解コンデンサ３とコンデンサ４間のプラス電圧側の配線上１３又はマイナス電圧側の配線上１４の少なくとも一方に、巻線コイル又はフェライトビーズ等のインダクタを直列に接続する。これにより、商用電源１へのノイズ流出を制限し、コンデンサ４によって形成される閉じた経路（上述したループ）により多くのノイズが流れ、吸収され、ノイズレベルの低減を可能にする。

上述したように、本実施例では、低消費電力状態において商用電源１を平滑するためにセラミックコンデンサ又はフィルムコンデンサであるコンデンサ４を備える。また、コンデンサ４をスイッチングノイズが発生する一次巻線１８、ＦＥＴ１６近傍に備える。また、コンデンサ４と一次巻線１８、ＦＥＴ１６で形成される閉じた経路を小さくする。本実施例では、これらの構成のうち、少なくとも１つの構成を備えることで、発生する高周波ノイズが増幅されることを防止する。更に、本実施例では、コンデンサ４の上流にインダクタを追加することで、ノイズが商用電源１へ流出すること、更に抑制することで、電源装置のノイズレベルを低減することができる。このように、本実施例では、装置が低消費電力状態にあるときに整流された電圧を平滑するコンデンサ４が、ノイズ対策の手段としても機能する。

以上、本実施例によれば、装置が低消費電力状態であるときに、交流電圧を整流した電圧を平滑する平滑手段の消費電力を低減することができる。

上述したように、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。実施例１〜３の演算部７がコントローラに相当し、負荷８がモータ等の駆動部に相当する。尚、電源装置がＣＰＵ等の演算部７を備えている場合には、画像形成装置のコントローラは負荷８に含まれることとなる。また、実施例１〜３の変圧部６の後段に、更にコンバータ等を備える構成の場合には、そのコンバータも負荷８に含まれ、画像形成装置が各種のセンサ等を備える場合には、各種センサ等も負荷８に含まれる。また、実施例１〜３の通常状態は、例えば画像形成装置の印刷モードに相当し、低消費電力状態は、例えば画像形成装置の省電力モードに相当する。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６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６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の演算部７はコントローラに相当し、負荷８は駆動部に相当する。本実施例の画像形成装置は、省電力を実現する待機状態（例えば、省電力モードや待機モード）にある場合に、スイッチ素子５を非導通状態として、消費電力を低減させることができる。また、本実施例の画像形成装置は、上述した時間ｔ１及び時間ｔ２を設けることにより、印刷モードと省電力モード間の状態を切り替える際の、スイッチング電源の動作を安定させることができる。更に、実施例３の電源装置を備える画像形成装置では、コンデンサ４により、ノイズを低減できる。

以上本実施例によれば、画像形成装置が低消費電力状態であるときに、交流電圧を整流した電圧を平滑する平滑手段の消費電力を低減することができる。

２ 整流ダイオードブリッジ
３ 電解コンデンサ
４ コンデンサ
５ スイッチング素子
６ 変圧部
７ 演算部

Claims (11)

1. 交流電圧を整流する整流手段と、
   前記整流手段により整流された電圧を平滑する第一の平滑手段と、
   前記第一の平滑手段により平滑された電圧を変圧する変圧手段と、
   を備え、前記変圧手段により変圧された電圧を負荷に供給する電源装置であって、
   前記第一の平滑手段に直列に接続されたスイッチ手段と、
   直列に接続された前記第一の平滑手段及び前記スイッチ手段に並列に接続され、前記第一の平滑手段に比べて容量が小さい第二の平滑手段と、
   前記負荷が所定の電力を消費する第一の状態であるときには前記スイッチ手段を導通状態とし、前記負荷が前記第一の状態よりも低い電力を消費する第二の状態であるときには前記スイッチ手段を非導通状態とする制御手段と、
   を備える電源装置。
2. 一端が前記整流手段により整流された電圧のプラス側に接続された抵抗と、
   アノードが前記抵抗の他端に接続され、カソードが前記第一の平滑手段に接続された整流素子と、
   を備え、
   直列に接続された前記抵抗及び前記整流素子が、前記スイッチ手段に並列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記制御手段は、前記スイッチ手段を非導通状態から導通状態に切り替えてから、前記負荷の動作を開始させるまでの第一の時間を、前記第一の平滑手段が充電される時間に基づいて決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
4. 前記制御手段は、前記負荷に流れる電流が大きいほど、前記第一の時間を長くすることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
5. 前記制御手段は、前記負荷の動作を停止させてから、前記スイッチ手段を導通状態から非導通状態に切り替えるまでの第二の時間を、前記負荷に流れる電流が所定値以下となった時間に基づいて決定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源装置。
6. 前記制御手段は、前記負荷に流れる電流が大きいほど、前記第二の時間を長くすることを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
7. 前記第一の平滑手段は、電解コンデンサであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電源装置。
8. 前記第二の平滑手段は、セラミックコンデンサ又はフィルムコンデンサであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電源装置。
9. 前記変圧手段は、
   一次巻線、二次巻線及び補助巻線を有するトランスと、
   前記トランスの一次巻線に直列に接続されたスイッチング素子と、
   前記トランスの一次巻線に流れる電流を検出する電流検出抵抗と、
   前記スイッチング素子を導通状態又は非導通状態に制御する電源制御手段と、
   を有し、
   前記第二の平滑手段、前記トランスの一次巻線、前記スイッチング素子及び前記電流検出抵抗により形成される経路の長さが、前記第一の平滑手段、前記スイッチ手段、前記トランスの一次巻線、前記スイッチング素子及び前記電流検出抵抗により形成される経路の長さよりも短いことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電源装置。
10. 前記整流手段により整流された電圧のプラス側であって、前記スイッチ手段と前記第二の平滑手段との間、及び、前記整流手段により整流された電圧のマイナス側であって、前記第一の平滑手段と前記第二の平滑手段との間、の少なくとも一方に、インダクタが接続されることを特徴とする請求項９に記載の電源装置。
11. 記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
    請求項１乃至１０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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