JP2015122881A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁ノイズを抑制すること。
【解決手段】平滑コンデンサ７０３の正極にドレイン端子Ｄが接続されたスイッチ素子１０１と、スイッチ素子１０１のソース端子Ｓに接続されたインダクタ１０２と、スイッチ素子１０１のオン又はオフを制御するスイッチング制御回路１０３と、平滑コンデンサ７０３の負極にソース端子Ｓが接続されたスイッチ素子７０５と、スイッチ素子７０５のドレイン端子Ｄに接続されたインダクタ７０４と、スイッチ素子７０５のオン又はオフを制御するスイッチング制御回路７１７と、を備え、コンデンサ７０６は、スイッチ素子７０５とインダクタ７０４の接続点に接続され、コンデンサ７０７は、スイッチ素子１０１とインダクタ１０２の接続点に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置及び画像形成装置に関し、特に、交流電圧を整流、平滑した直流電圧を絶縁しつつ電力を得る絶縁型ＤＣＤＣコンバータにおいて、絶縁をコンデンサによって行うスイッチングＤＣＤＣコンバータ装置に関する。

交流電源に電気的に接続された一次回路とユーザ可触部に直接接続された二次回路との絶縁を確保しつつ電力を伝達する絶縁型ＤＣＤＣコンバータには、一般的にはトランスが使用される。一方、例えば、特許文献１には、トランスのように電気エネルギーを一旦磁界のエネルギーに変換するのではなく、電界のエネルギーに変換して絶縁を確保する、コンデンサを用いた電力変換方式が提案されている。

特開平０２−０８１２１２号公報

しかし、特許文献１では、出力端子の片方はグランド（以下、ＧＮＤとする）に接続される。このため、絶縁と電力供給を受け持つコンデンサにおいて、片方のコンデンサから流し込んだ電流が他方のコンデンサには、その一部しか流れ込まず、２つのコンデンサについてアンバランスな状態が発生する。この結果、片方のコンデンサから流し込んだ残りの電流は、ＧＮＤを経由して装置外に流れ出てしまうため、電磁妨害（ＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ））、特に、雑音端子電圧に対して種々の対策が必要となる。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、電磁ノイズを抑制することを目的とする。

前述した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平滑手段と、一次側と二次側を絶縁するための第一のコンデンサ及び第二のコンデンサと、を備える電源装置であって、前記平滑手段の一方の極に一端が接続された第一のスイッチ素子と、前記第一のスイッチ素子の他端に接続された第一のインダクタと、前記第一のスイッチ素子のオン又はオフを制御する第一の制御手段と、前記平滑手段の他方の極に一端が接続された第二のスイッチ素子と、前記第二のスイッチ素子の他端に接続された第二のインダクタと、前記第二のスイッチ素子のオン又はオフを制御する第二の制御手段と、を備え、前記第一のコンデンサは、前記第一のスイッチ素子と前記第一のインダクタの接続点に接続され、前記第二のコンデンサは、前記第二のスイッチ素子と前記第二のインダクタの接続点に接続されることを特徴とする電源装置。

（２）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平滑手段と、一次側と二次側を絶縁するための第一のコンデンサ及び第二のコンデンサと、を備える電源装置であって、前記平滑手段の一方の極に一端が接続された第一のスイッチ素子と、前記平滑手段の他方の極に一端が接続された第二のスイッチ素子と、前記第一のスイッチ素子の他端と前記第二のスイッチ素子の他端の間に接続されたインダクタと、前記第一のスイッチ素子のオン又はオフを制御する第一の制御手段と、前記第二のスイッチ素子のオン又はオフを制御する第二の制御手段と、を備え、前記第一のコンデンサは、前記第一のスイッチ素子と前記インダクタの接続点に接続され、前記第二のコンデンサは、前記第二のスイッチ素子と前記インダクタの接続点に接続されることを特徴とする電源装置。

（３）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平滑手段と、一次側と二次側を絶縁するためのトランスと、を備える電源装置であって、前記平滑手段の一方の極に一端が接続された第一のスイッチ素子と、前記平滑手段の他方の極に一端が接続され、他端が前記第一のスイッチ素子の他端に接続された第二のスイッチ素子と、一端が前記第一のスイッチ素子と前記第二のスイッチ素子の接続点に接続され、他端が前記トランスの一次巻線に接続された第一のコンデンサと、一端が前記第二のスイッチ素子の一端に接続され、他端が前記トランスの一次巻線に接続された第二のコンデンサと、前記第一のスイッチ素子及び前記第二のスイッチ素子のオン又はオフ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。

（４）記録材に画像を形成する画像形成手段と、前記（１）乃至（３）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。

本発明によれば、電磁ノイズを抑制することができる。

実施例１の電源装置の構成を示す図 実施例１の電源装置の波形を示す図 実施例２の電源装置の構成を示す図 実施例２の電源装置の波形を示す図 実施例３の電源装置の構成を示す図 実施例３の電源装置の波形を示す図 実施例４の画像形成装置の構成を示す図 従来例の電源装置の構成を示す図、電源装置の波形を示す図

以下、本発明を実施するための形態を、実施例により図面を参照しながら詳しく説明する。

［従来の電源装置］
後述する実施例との比較のために、従来例の電源装置の構成を、図８（Ａ）（ａ）を用いて説明する。商用交流電源７００の交流電圧は、フィルタ回路７０１を介してダイオードブリッジ７０２に入力されて整流され、平滑コンデンサ７０３により平滑される。平滑コンデンサ７０３には、インダクタ７０４、スイッチ素子７０５が接続されている。ラインバイパスコンデンサ（Ｙコンデンサ）（以下、単にコンデンサという）７０６、７０７は、商用交流電源７００に電気的に直接接続される一次回路と、ユーザ可触部に直接接続される二次回路の絶縁を行う。また、コンデンサ７０６、７０７は、一次側から二次側に電力を伝達するコンデンサでもある。

フィルタ回路７０１の内部回路の一例を、図８（Ａ）（ｂ）に示す。フィルタ回路７０１は、アクロス・ザ・ラインコンデンサ７２０、７２４（Ｘコンデンサ）と、ラインバイパスコンデンサ７２２、７２３（Ｙコンデンサ）を有している。また、フィルタ回路７０１は、コモンモードチョークコイル７２１を有している。図８（Ａ）（ｂ）に一点鎖線で示す部分８０２は、二次側であることを示している。また、図８（Ａ）（ａ）の符号７２５は、装置のフレームグランドであることを示し、例えば、インレットから機外にアース接続線のような形で接続される。

コンデンサ７０６、７０７の負荷側（図８（Ａ）（ａ）の一点鎖線８００）と、フィルタ回路７０１のラインバイパスコンデンサ７２２、７２３のＧＮＤ側（図８（Ａ）（ｂ）の一点鎖線８０２）に接続される回路が二次回路となる。その他の回路、即ち、コンデンサ７０６、７０７の商用交流電源７００に接続されている側の回路、及びラインバイパスコンデンサ７２２、７２３の商用交流電源７００に電気的に接続されている部分の回路は、一次回路である。

スイッチング制御回路７１７は、スイッチ素子７０５のゲート端子Ｇに信号を入力することにより、スイッチ素子７０５のオン又はオフを制御している。スイッチング制御回路７１７は、スイッチ素子７０５のゲート端子Ｇにハイレベル信号を出力してスイッチ素子７０５をオンし、ローレベル信号を出力してスイッチ素子７０５をオフする。スイッチング制御回路７１７によりスイッチ素子７０５がオンされると、スイッチ素子７０５に電流が流れ、スイッチ素子７０５のソース端子Ｓとドレイン端子Ｄの電圧が低下する。コンデンサ７０６、７０７に蓄えられていた電荷は、コンデンサ７０９を充電しつつスイッチ素子７０５に流れる。スイッチ素子７０５がオンすると、インダクタ７０４にも電流が流れ始める。インダクタ７０４に流れる電流は、時間とともに増加していき、インダクタ７０４に磁界のエネルギーを蓄積する。

スイッチング制御回路７１７によりスイッチ素子７０５がオフされると、インダクタ７０４に蓄積されたエネルギーは、次の経路で放電される。即ち、インダクタ７０４に蓄積されたエネルギーは、コンデンサ７０６、ダイオードブリッジ７０８（点線枠部）、コンデンサ７０９、ダイオードブリッジ７０８、コンデンサ７０７という経路で放電される。そして、二次回路に配置したコンデンサ７０９にエネルギーが伝達される。このような一連の動作を繰り返して、即ち、スイッチング制御回路７１７がスイッチ素子７０５をオン又はオフ制御することにより、コンデンサ７０９の電圧が上昇していく。コンデンサ７０９の電圧が上昇して抵抗７１４の両端電圧がシャントレギュレータ７１２のＲＥＦ端子電圧を超えると、シャントレギュレータ７１２が導通状態となり電流を流し始める。シャントレギュレータ７１２が電流を流し始めると、フォトカプラのＬＥＤ７１１に電流が流れてＬＥＤ７１１が発光する。

フォトカプラのＬＥＤ７１１は、自身に流れる電流量に応じた光量で発光し、フォトカプラのフォトトランジスタ７１６は、光量に応じた電流を流してスイッチング制御回路７１７に信号として伝達する。スイッチング制御回路７１７は、フォトカプラのフォトトランジスタ７１６に流れる電流に応じて、スイッチ素子７０５をオンにする時間（オン幅）、即ち、ゲート端子Ｇに入力する信号をハイレベルにしている時間を制御している。なお、スイッチング制御回路７１７は、正確には、フォトカプラのフォトトランジスタ７１６に流れる電流を電圧に変換して電流量を検知している。

負荷７１５により電力が消費されていくと、コンデンサ７０９の電圧が低下し、抵抗７１４の両端電圧がシャントレギュレータ７１２のＲＥＦ端子電圧よりも低下する。抵抗７１４の両端電圧がシャントレギュレータ７１２のＲＥＦ端子電圧より低下すると、シャントレギュレータ７１２が非導通状態となり、フォトカプラのＬＥＤ７１１が発光を停止し、フォトトランジスタ７１６に電流が流れなくなる。スイッチング制御回路７１７は、フォトトランジスタ７１６に電流が流れなくなったことにより、スイッチ素子７０５のオン幅を広げ、電力が大きくなるよう制御する。なお、７１０、７１３は抵抗である。

［従来の回路各部の動作波形］
図８（Ｂ）に、図８（Ａ）の電源装置の各部の動作波形を示す。図８（Ｂ）（ａ）の２０１は、スイッチ素子７０５のゲート端子Ｇとソース端子Ｓの間の電圧Ｖｇｓ（Ｖ）である。図８（Ｂ）（ｂ）の２０２は、スイッチ素子７０５のドレイン端子Ｄとソース端子Ｓの間の電圧Ｖｄｓ（Ｖ）である。図８（Ｂ）（ｃ）の２０３は、スイッチ素子７０５のドレイン端子Ｄからコンデンサ７０６へ流れる電流の方向（図８（Ａ）中、右向き矢印方向）を＋方向としたコンデンサ７０６の電流（Ａ）である。また、図８（Ｂ）（ｃ）の２０５は、コンデンサ７０７の電流（Ａ）であり、ＧＮＤ端子からコンデンサ７０７を介してスイッチ素子７０５に流れる方向（図８（Ａ）中、左向き矢印方向）を＋方向とする。図８（Ｂ）（ｃ）の２０４は、ＧＮＤからラインバイパスコンデンサ７２２、７２３を介して一次回路に流れる電流であり、二次回路から一次回路に流れる方向を＋方向としている。図８（Ｂ）（ｄ）の２０６は、スイッチ素子７０５のソース端子ＳからＧＮＤ端子をみた電圧（Ｖ）、即ち、スイッチ素子７０５のソース端子Ｓの電位を基準としたときのＧＮＤ端子の電圧（Ｖ）である。図８（Ｂ）の横軸はいずれも時間（ｔ）である。

スイッチング制御回路７１７によりスイッチ素子７０５がオンされると、スイッチ素子７０５のドレイン端子Ｄとソース端子Ｓの間の電圧は低下する。スイッチング制御回路７１７によりスイッチ素子７０５がオフされると、スイッチ素子７０５のドレイン端子Ｄとソース端子Ｓの間の電圧は、電圧共振を行い正弦波状に振動する。これにより、ＧＮＤ端子の電圧は、コンデンサ７０６と、コンデンサ７０７、７２２、７２３の合成により分圧された電圧となる。従って、図８（Ｂ）（ｄ）の２０６に示すように、スイッチング制御回路７１７のスイッチング制御に伴って、ＧＮＤ端子の電圧は大きく振動する。そして、図８（Ｂ）（ｃ）の２０３に示すコンデンサ７０６から供給された電流は、２０４に示すように殆どがフィルタとして接続したラインバイパスコンデンサ７２２、７２３に流れる。そして、図８（Ｂ）（ｃ）の２０５に示すように、コンデンサ７０７には、２０３と２０４の差分の電流しか流れないことがわかる。このように、図８（Ａ）に示す電源装置では、電流がＧＮＤ端子から一次回路に向かって流れることで、フレームグランド７２５を介して装置外にノイズが伝搬し、ＥＭＩ等の電磁ノイズ対策が必要となる。

［電源装置］
図１は、実施例１の電源装置であるＤＣＤＣコンバータの構成を示す図である。従来例の図８（Ａ）で説明した構成と同じ構成には同じ符号を付し、説明は省略する。本実施例の電源装置は、第二のスイッチ素子１０１（以降、単にスイッチ素子１０１とする）、第二のインダクタ１０２（以降、単にインダクタ１０２とする）、スイッチング制御回路１０３を備えている。なお、本実施例では、スイッチ素子７０５は第一のスイッチ素子であり、インダクタ７０４は第一のインダクタである。スイッチ素子７０５は、平滑コンデンサ７０３の一方の極（本実施例では、負極）に一端（本実施例では、ソース端子Ｓ）が接続され、スイッチ素子７０５の他端（本実施例では、ドレイン端子Ｄ）にインダクタ７０４の一端が接続されている。インダクタ７０４の他端には、平滑コンデンサ７０３の他方の極が接続されている。また、スイッチ素子１０１は、平滑コンデンサ７０３の他方の極（本実施例では、正極）に一端（本実施例では、ドレイン端子Ｄ）が接続され、スイッチ素子１０１の他端（本実施例では、ソース端子Ｓ）にインダクタ１０２の一端が接続されている。インダクタ１０２の他端には、平滑コンデンサ７０３の一方の極が接続されている。また、コンデンサ７０６は、スイッチ素子７０５とインダクタ７０４の接続点に接続され、コンデンサ７０７は、スイッチ素子１０１とインダクタ１０２の接続点に接続されている。

インダクタ１０２には、インダクタ７０４と同じインダクタンスとなるものを使用している。また、スイッチング制御回路１０３は、スイッチ素子１０１とスイッチ素子７０５が同じタイミングで同期してオン又はオフするように、スイッチ素子１０１を制御している。スイッチング制御回路１０３は、スイッチ素子１０１のソース端子Ｓの電圧よりも高い電圧を駆動するための高耐圧ドライバ部と、スイッチ素子１０１のゲート端子Ｇへの電圧供給部と、を備えている。スイッチ素子１０１のゲート端子Ｇへの電圧供給部は、一般的なブートストラップ回路でも良い。

［本実施例の回路各部の動作波形］
図２に図１の電源装置の各部の動作波形を示す。図２（ａ）の２１０は、スイッチ素子７０５のゲート端子Ｇとソース端子Ｓ間電圧Ｖｇｓ（Ｖ）であり、図８（Ｂ）（ａ）の２０１に対応している。図２（ｂ）の２１１は、スイッチ素子１０１のゲート端子Ｇとソース端子Ｓの間の電圧Ｖｇｓ（Ｖ）である。図２（ｃ）の破線で示す２１２はスイッチ素子７０５のドレイン端子Ｄの電圧Ｖｄｓ（Ｖ）であり、図８（Ｂ）（ｂ）の２０２に対応している。図２（ｃ）の実線で示す２１３はスイッチ素子１０１のソース端子Ｓの電圧Ｖｄｓ（Ｖ）である。図２（ｄ）の２１４、２１５は、それぞれコンデンサ７０６、７０７に流れる電流Ｉ（Ａ）であり、＋方向は先に説明した方向と同じように矢印を付した方向である。図２（ｄ）の２１６は、ＧＮＤ端子からフィルタ回路７０１へのラインに流れる電流である。図２（ｄ）の２１４は図８（Ｂ）（ｃ）の２０３に、２１５は図８（Ｂ）（ｃ）の２０５に、２１６は図８（Ｂ）（ｃ）の２０４に、それぞれ対応している。図２（ｅ）の２１７は、スイッチ素子７０５のソース端子Ｓから見たＧＮＤ端子の電圧（Ｖ）であり、図８（Ｂ）（ｄ）の２０６に対応している。図２（ａ）〜図２（ｅ）の横軸はいずれも時間（ｔ）である。

本実施例の図１のように電源装置を構成すると、スイッチ素子７０５とスイッチ素子１０１が同期してオンしたとき、次のようになる。即ち、コンデンサ７０６とインダクタ７０４の接続点の電圧、即ちスイッチ素子７０５のドレイン端子Ｄの電圧は、平滑コンデンサ７０３の負極（−端子ともいう）と同電位になる。また、スイッチ素子１０１のソース端子Ｓの電圧は、平滑コンデンサ７０３の正極（＋端子ともいう）と同電位になる。このため、図２（ｃ）の２１３は、スイッチ素子７０５及びスイッチ素子１０１がオンの区間で、０Ｖとならず所定の電圧となっている。スイッチ素子７０５とスイッチ素子１０１が同期してオフすると、インダクタ７０４及びインダクタ１０２は電流を流し続けようとする。このため、インダクタ７０４とコンデンサ７０６の接続点の電圧は、図２（ｃ）の２１２のように＋側に振動する正弦波状の共振波形となる。また、スイッチ素子１０１のソース端子Ｓの電圧は、図２（ｃ）の２１３のように−側に振動する正弦波状の共振波形を示すようになる。

そして、図２（ｄ）に示すように、コンデンサ７０６の矢印方向に流れた電流２１４とコンデンサ７０７の矢印方向に流れた電流２１５は、ほぼ一致する。そして、ＧＮＤ端子からフィルタ回路７０１へ流れる電流２１６はほぼ０Ａとなっている。このように、本実施例の電源装置では、スイッチ素子７０５及びスイッチ素子１０１のスイッチング動作により流れる電流は、コンデンサ７０６、７０７を介して還流していることがわかる。なお、スイッチ素子７０５及びスイッチ素子１０１がオフすると、電流は、＋方向（７０６→７０８→７０９→７０８→７０７→１０２→７０３）に流れる。その後、電流は、−方向（１０２→７０７→７０８→７０９→７０８→７０６→７０４→７０３）に流れる（図２（ｄ））。

このように、本実施例では、従来例のようなＧＮＤ端子からラインバイパスコンデンサ７２２、７２３を介して一次回路に流れる電流（図８（Ｂ）（ｃ）の２０４）が低減する。また、図２（ｅ）の２１７に示すように、スイッチ素子７０５のソース端子Ｓから見たＧＮＤ端子の電圧は、スイッチ素子７０５及びスイッチ素子１０１のスイッチング動作により振動することなく安定していることがわかる。従って、フレームグランド７２５もスイッチ素子７０５及びスイッチ素子１０１のスイッチング動作の影響を受けず、装置外に放出される電磁ノイズが減少する。

以上説明したように、本実施例の電源装置では、一次回路のスイッチ素子のスイッチング動作により二次回路の電圧であるＧＮＤ端子（７２５）の電圧が変動しないようバランスを取る構成としている。これにより、本実施例では、スイッチング動作に伴う電磁ノイズの発生を抑えることが可能となる。なお、本実施例では、コンデンサ７０６、７０７により伝達された電圧を、ダイオードブリッジ７０８により全波整流する構成で説明を行った。しかし、本実施例の構成は整流の一形態に過ぎず、その他の整流方式を適用してもよい。また、電源装置が一定の出力電圧を得るためのフィードバック制御には、説明の簡略化のために、抵抗７１３、７１４の分圧とシャントレギュレータ７１２のみを用いる構成として説明した。しかし、通常の電源制御と同じく位相補正を行っても良い。

本実施例では、２対のコンデンサに流れる電流（図８（Ｂ）（ｃ）の２０３と２０５）がアンバランスな状態となることを解消する構成としたことにより、片方のコンデンサから流し込んだ電流はもう片方のコンデンサに流れる。従って、従来の電源装置で原理的に発生していた、ＧＮＤを経由して装置外へ流れ出る電流が小さくなり、電磁ノイズを抑制することが可能となる。その結果、ＥＭＩ、特に雑音端子電圧を抑制するためのフィルタを小型化することが可能となり、電源装置を小型、軽量かつ安価に構成することが可能となる。以上、本実施例によれば、電磁ノイズを抑制することができる。

［電源装置］
実施例２の電源装置であるＤＣＤＣコンバータの構成を図３に示す。実施例１と同じ構成には同じ符号を付し、説明を省略する。本実施例の電源装置は、第一のスイッチ素子３０１（以降、単にスイッチ素子３０１とする）、第二のスイッチ素子３０３（以降、単にスイッチ素子３０３とする）、インダクタ３０２を有している。スイッチ素子３０１は、平滑コンデンサ７０３の一方の極（本実施例では、正極）に一端（本実施例では、ドレイン端子Ｄ）が接続されている。スイッチ素子３０３は、平滑コンデンサ７０３の他方の極（本実施例では、負極）に一端（本実施例では、ソース端子Ｓ）が接続されている。インダクタ３０２は、スイッチ素子３０１の他端（本実施例では、ソース端子Ｓ）とスイッチ素子３０３の他端（本実施例では、ドレイン端子Ｄ）の間に接続されている。コンデンサ７０６は、スイッチ素子３０１とインダクタ３０２の接続点に接続され、コンデンサ７０７は、スイッチ素子３０３とインダクタ３０２の接続点に接続されている。

また、スイッチング制御回路１０３は、スイッチ素子３０１のゲート端子Ｇにハイレベル又はローレベルの信号を出力することにより、スイッチ素子３０１のスイッチング動作を制御している。一方、スイッチング制御回路７１７は、スイッチ素子３０３のゲート端子Ｇにハイレベル又はローレベルの信号を出力することにより、スイッチ素子３０３のスイッチング動作を制御している。スイッチ素子３０１、３０３は、実施例１と同様に、互いに同期してオン又はオフするように制御される。

［電源装置の各部の波形］
図３の回路が動作したときの各部の波形を図４に示す。図４（ａ）の４００は、スイッチ素子３０１のゲート端子Ｇ−ソース端子Ｓ間の電圧Ｖｇｓ（Ｖ）である。図４（ｂ）の４０１は、スイッチ素子３０３のゲート端子Ｇ−ソース端子Ｓ間の電圧Ｖｇｓ（Ｖ）である。図４（ｃ）の破線で示す４０２はスイッチ素子３０３のソース端子Ｓの電圧を基準としたドレイン端子Ｄの電圧Ｖｄｓ（Ｖ）、実線で示す４０３はスイッチ素子３０１のドレイン端子Ｄの電圧Ｖｄｓ（Ｖ）である。図４（ｄ）の４０４はコンデンサ７０６に流れる電流を、４０５はコンデンサ７０７に流れる電流を、４０６はＧＮＤ端子からフィルタ回路７０１へ流れる電流を、それぞれ示す。図４（ｅ）の４０７は、スイッチ素子３０３のソース端子から見たＧＮＤ端子の電圧（Ｖ）を示す。図４（ａ）〜図４（ｅ）の横軸はいずれも時間（ｔ）である。

スイッチ素子３０１、３０３がオンすると、インダクタ３０２には電圧が印加されて電流が流れる。スイッチ素子３０３のドレイン端子Ｄの電圧は、平滑コンデンサ７０３の−端子と同電位になる。また、スイッチ素子３０１のソース端子Ｓの電圧は、平滑コンデンサ７０３の＋端子と同電位になる。このため、図４（ｃ）の４０３は、スイッチ素子３０３及びスイッチ素子３０１がオンの区間で、０Ｖとならず所定の電圧となっている。

スイッチ素子３０１、３０３が同時にオフすると、インダクタ３０２は更に電流を流し続けようとするため、コンデンサ７０６、７０７とコンデンサ７０９による共振電圧が発生する。スイッチ素子３０１、３０３がオフすると、インダクタ３０２の両端電圧が上昇するものの、インダクタ３０２の両端電圧は自由振動可能としているため、ＧＮＤ端子の電圧がスイッチング動作の影響で変動しない。従ってコンデンサ７０６に流れた電流の殆どはコンデンサ７０７に流れ、ＧＮＤ端子からフィルタ回路７０１へ流れる電流は殆ど発生しないことがわかる。なお、スイッチ素子３０１、３０３がオフすると、まず、−方向（７０７→７０８→７０９→７０８→７０６→３０２）に電流が流れ、その後、＋方向（７０６→７０８→７０９→７０８→７０７→３０２の方向）に電流が流れる（図４（ｄ））。

実施例１では、コンデンサ７０６、７０７に流れる電流を一致させることにより、電磁ノイズを少なくするために、２つのインダクタの特性を揃える必要があった。本実施例では、使用するインダクタを１個にできるため、部品点数を削減できるだけでなく、使用するインダクタの特性を揃える必要がないというメリットがある。

以上説明したように、一次回路の平滑コンデンサ７０３の−端子、及び＋端子に対し、スイッチングにより二次回路のＧＮＤ端子の電圧が振動しないようバランスを取る構成とした。これにより、スイッチング動作に伴う電磁ノイズの発生を抑えることが可能となる。以上、本実施例によれば、電磁ノイズを抑制することができる。

実施例３の電源装置であるＤＣＤＣコンバータの構成を図５に示す。本実施例では、トランス５０４によって一次側と二次側を絶縁している構成の電源装置で、絶縁の機能を２つのコンデンサ７０６、７０７にも担わせることで、トランス５０４の絶縁距離を短くしたり絶縁のグレードを低くしたりでき、装置の小型化が実現できる。

本実施例の電源装置は、第一のスイッチ素子５０１（以降、単にスイッチ素子５０１とする）、第二のスイッチ素子５０２（以降、単にスイッチ素子５０２とする）、スイッチング制御回路５０３、トランス５０４、ダイオード５０５、５０６を備える。スイッチ素子５０１は、平滑コンデンサ７０３の一方の極（本実施例では、正極）に一端（本実施例では、ドレイン端子Ｄ）が接続されている。スイッチ素子５０２は、平滑コンデンサ７０３の他方の極（本実施例では、負極）に一端（本実施例では、ソース端子Ｓ）が接続され、他端（本実施例では、ドレイン端子Ｄ）がスイッチ素子５０１の他端（本実施例では、ソース端子Ｓ）に接続されている。コンデンサ７０６は、一端がスイッチ素子５０１とスイッチ素子５０２の接続点に接続され、他端がトランス５０４の一次巻線に接続されている。また、コンデンサ７０７は、一端がスイッチ素子５０２の一端（本実施例では、ソース端子Ｓ）に接続され、他端がトランス５０４の一次巻線に接続されている。

スイッチング制御回路５０３は、スイッチ素子５０１のゲート端子Ｇ及びスイッチ素子５０２のゲート端子Ｇにそれぞれハイレベル又はローレベルの信号を出力することにより、スイッチ素子５０１、５０２の両方のスイッチング動作を制御している。なお、実施例１と同じ構成には同じ符号を付し、説明を省略する。本実施例は、電流共振型の電源に、絶縁と電磁ノイズの低減のための２つのコンデンサを適用した例となる。従って、スイッチ素子５０１とスイッチ素子５０２はハーフブリッジ構成とし、スイッチング制御回路５０３は、片方のスイッチ素子がオンの際にはもう片方のスイッチ素子をオフとなるよう動作させている。また、スイッチ素子がオンしたり、オフしたりする遷移時には、双方のスイッチ素子がオフする、いわゆるデッドタイムを設けるのが一般的である。即ち、スイッチ素子５０２がオフしているときにスイッチ素子５０１がオンするが、スイッチ素子５０１のオン幅（オンしている時間）は、スイッチ素子５０２のオフ幅（オフしている時間）よりも短い。

図６に、図５の電源装置の動作波形を示す。図６（ａ）の６０１は、スイッチ素子５０２のゲート端子Ｇ−ソース端子Ｓ間の電圧Ｖｇｓ（Ｖ）である。図６（ｂ）の６０２は、スイッチ素子５０２のドレイン端子Ｄ−ソース端子Ｓ間の電圧Ｖｄｓ（Ｖ）である。図６（ｃ）の６０３はコンデンサ７０６に流れる電流（Ａ）、６０４はコンデンサ７０７に流れる電流（Ａ）である。また、図６（ｃ）の６０５は、ＧＮＤ端子からフィルタ回路７０１へ流れる電流（Ａ）である。スイッチ素子５０１がオフでスイッチ素子５０２がオンのとき、電流はまず＋方向（７０６→５０４→７０７→５０２）に流れ、その後、−方向（７０７→５０４→７０６→５０２）に流れる（図６（ｃ））。また、スイッチ素子５０１がオンでスイッチ素子５０２がオフのとき、電流は、＋方向（７０３→５０１→７０６→５０４→７０７→７０３）に流れる（図６（ｃ））。

また、図６（ｄ）の６０６は、スイッチ素子５０２のソース端子Ｓから見たＧＮＤ端子の電圧Ｖ（Ｖ）である。図６（ｄ）に示すように、ＧＮＤ端子の電圧は、スイッチ素子５０１、５０２がスイッチング動作を行っても、殆ど変動しないことがわかる。図６（ａ）〜図６（ｄ）の横軸はいずれも時間（ｔ）である。

以上説明したように、一次回路の平滑コンデンサ７０３の−端子、及び＋端子に対し、スイッチング動作により二次回路のＧＮＤ端子の電圧が振動しないようバランスを取る構成とした。これにより、スイッチング動作に伴う電磁ノイズの発生を抑えることが可能となる。以上、本実施例によれば、電磁ノイズを抑制することができる。更に、本実施例では、トランスを用いる絶縁型の電源装置でも、絶縁のための２つのコンデンサを用いることにより、例えば、トランスの絶縁距離を短くすることができるため、より小型の電源装置を構成することができる。また、例えば、トランスのバリアテープ幅を少なくすることができ、コイルを巻く部分を広く取れるので、より低損失で小型の電源装置を構成することができる。

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）やセンサ類、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７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１３００は、静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム１３１１、感光ドラム１３１１を一様に帯電する帯電部１３１７（帯電手段）を備えている。また、レーザビームプリンタ１３００は、感光ドラム１３１１に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部１３１２（現像手段）を備えている。そして、感光ドラム１３１１に現像されたトナー像をカセット１３１６から供給された記録材としてのシート（不図示）に転写部１３１８（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１３１４で定着してトレイ１３１５に排出する。この感光ドラム１３１１、帯電部１３１７、現像部１３１２、転写部１３１８が画像形成部である。また、レーザビームプリンタ１３００は、実施例１〜３で説明した電源装置１４００を備えている。尚、実施例１〜３の電源装置１４００を適用可能な画像形成装置は、図７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１３１１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１３００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１４００は、例えばコントローラや不図示のセンサ類に電力を供給する。また、実施例１〜３に記載の電源装置１４００は、感光ドラム１３１１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の負荷７１５は、コントローラやセンサ類、駆動部に相当する。本実施例の画像形成装置は、実施例１〜３で説明した電源装置１４００を備えているため、一次側のスイッチング素子のスイッチング動作により、ＧＮＤ端子（７２５）の電圧が変動しない。即ち、コンデンサ７０６を流れた電流は、ＧＮＤに流れることなくコンデンサ７０７に流れるため、ＧＮＤを介して装置外へ流れ出る電流が低減され、電磁ノイズを抑制することができる。

以上本実施例によれば、電磁ノイズを抑制することができる。また、実施例２の電源装置を備える画像形成装置では、インダクタを一つにすることができ、部品点数を削減できる。更に、実施例３の電源装置を備える画像形成装置では、電源装置を小型化できる。

１０１、７０５ スイッチ素子
１０２、７０４ インダクタ
１０３、７１７ スイッチング制御回路
７０３ コンデンサ
７０６、７０７ ラインバイパスコンデンサ

Claims (10)

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平滑手段と、
   一次側と二次側を絶縁するための第一のコンデンサ及び第二のコンデンサと、
   を備える電源装置であって、
   前記平滑手段の一方の極に一端が接続された第一のスイッチ素子と、
   前記第一のスイッチ素子の他端に接続された第一のインダクタと、
   前記第一のスイッチ素子のオン又はオフを制御する第一の制御手段と、
   前記平滑手段の他方の極に一端が接続された第二のスイッチ素子と、
   前記第二のスイッチ素子の他端に接続された第二のインダクタと、
   前記第二のスイッチ素子のオン又はオフを制御する第二の制御手段と、
   を備え、
   前記第一のコンデンサは、前記第一のスイッチ素子と前記第一のインダクタの接続点に接続され、
   前記第二のコンデンサは、前記第二のスイッチ素子と前記第二のインダクタの接続点に接続されることを特徴とする電源装置。
2. 前記第二のインダクタは、前記第一のインダクタと等しいインダクタンスであることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 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平滑手段と、
   一次側と二次側を絶縁するための第一のコンデンサ及び第二のコンデンサと、
   を備える電源装置であって、
   前記平滑手段の一方の極に一端が接続された第一のスイッチ素子と、
   前記平滑手段の他方の極に一端が接続された第二のスイッチ素子と、
   前記第一のスイッチ素子の他端と前記第二のスイッチ素子の他端の間に接続されたインダクタと、
   前記第一のスイッチ素子のオン又はオフを制御する第一の制御手段と、
   前記第二のスイッチ素子のオン又はオフを制御する第二の制御手段と、
   を備え、
   前記第一のコンデンサは、前記第一のスイッチ素子と前記インダクタの接続点に接続され、
   前記第二のコンデンサは、前記第二のスイッチ素子と前記インダクタの接続点に接続されることを特徴とする電源装置。
4. 前記第一の制御手段及び前記第二の制御手段は、前記第一のスイッチ素子と前記第二のスイッチ素子が同期してオン又はオフするように前記第一のスイッチ素子及び前記第二のスイッチ素子を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。
5. 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平滑手段と、
   一次側と二次側を絶縁するためのトランスと、
   を備える電源装置であって、
   前記平滑手段の一方の極に一端が接続された第一のスイッチ素子と、
   前記平滑手段の他方の極に一端が接続され、他端が前記第一のスイッチ素子の他端に接続された第二のスイッチ素子と、
   一端が前記第一のスイッチ素子と前記第二のスイッチ素子の接続点に接続され、他端が前記トランスの一次巻線に接続された第一のコンデンサと、
   一端が前記第二のスイッチ素子の一端に接続され、他端が前記トランスの一次巻線に接続された第二のコンデンサと、
   前記第一のスイッチ素子及び前記第二のスイッチ素子のオン又はオフ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。
6. 前記制御手段は、前記第一のスイッチ素子をオンするときには前記第二のスイッチ素子をオフし、前記第一のスイッチ素子をオフするときには前記第二のスイッチ素子をオンするように前記第一のスイッチ素子及び前記第二のスイッチ素子を制御することを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
7. 前記第一のコンデンサ及び前記第二のコンデンサは、ラインバイパス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. 前記二次側の出力の一方は、グランドに接続され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. 前記グランドは、フレームグランドであることを特徴とする請求項８に記載の電源装置。
10. 記録材に画像を形成する画像形成手段と、
    請求項１乃至９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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