JP2016021835A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 軽負荷時から重負荷時までの広範囲にわったって高効率な電源装置を提供する。
【解決手段】 トランスの一次巻線の一端に接続され、トランスの一次巻線に流れる電流をスイッチングする二つのスイッチング素子を有する第一のスイッチング手段と、一次巻線の他端に接続された容量素子と、トランスの一次巻線の他端に容量素子を介さずに接続され、トランスの一次巻線に流れる電流をスイッチングする第二のスイッチング手段と、容量素子を介して前記一次巻線に電流が流れる第一の電流経路と、容量素子を介さずに前記一次巻線に電流が流れる第二の電流経路を切り換える切換え手段と、を有し、第一の電流経路に切り換えられた状態で、第一のスイッチング手段が駆動し、第二の電流経路に切り換えられた状態で、前記第二のスイッチング手段が駆動する電源装置。
【選択図】 図1
【解決手段】 トランスの一次巻線の一端に接続され、トランスの一次巻線に流れる電流をスイッチングする二つのスイッチング素子を有する第一のスイッチング手段と、一次巻線の他端に接続された容量素子と、トランスの一次巻線の他端に容量素子を介さずに接続され、トランスの一次巻線に流れる電流をスイッチングする第二のスイッチング手段と、容量素子を介して前記一次巻線に電流が流れる第一の電流経路と、容量素子を介さずに前記一次巻線に電流が流れる第二の電流経路を切り換える切換え手段と、を有し、第一の電流経路に切り換えられた状態で、第一のスイッチング手段が駆動し、第二の電流経路に切り換えられた状態で、前記第二のスイッチング手段が駆動する電源装置。
【選択図】 図1
Description
本発明は、電源装置に関するものであり、特に軽負荷時から重負荷時にわたって高効率で動作する電源装置に関するものである。
従来より、動作を待機している期間において消費電力を低減した省電力モードを有する電源装置が知られている。例えば、レーザービームプリンタのような画像形成装置に用いられる電源装置(以下、コンバータともいう)として、省電力モードを有し、効率の良い制御方式の電源装置が用いられている。このような電源装置の一例としてフライバック方式のコンバータがある。また、より高速な画像形成装置においては大電力が必要となるため、フライバック方式のコンバータに加え、電流共振方式のコンバータ(直列共振コンバータやLLCコンバータとも呼ばれる)も設けた電源装置もある。このように複数のコンバータを設けることによって、画像形成装置において軽負荷から重負荷まで広い範囲で効率よく電力を供給することが可能になる。
しかし、複数のコンバータを有する電源装置は、電源装置が大型化することから電源装置を搭載した装置のさらなる小型化が難しい。昨今、装置をより小型化するとともに省電力化も要求されており、軽負荷から重負荷まで広範囲な電圧を出力するとともに電源装置を小型化する必要がある。特許文献1には、前述した電流共振方式のコンバータの構成が開示されている。そして、電流共振方式のコンバータにおいて出力電圧を低減したバースト動作モードを設けて軽負荷時の電源の効率を向上する方法が開示されている。
前述したように広範囲に電力を出力するために、別途、電流共振方式のコンバータを設けると電源装置の小型化が難しい。また、電流共振方式のコンバータにおいて軽負荷時の効率を向上するためにバースト動作を行うことによって、ある程度の効率を向上することができる。しかし、供給電力が比較的大きな電流共振方式のコンバータにおいては一層の高効率化が難しい。
上記課題を解決するための本発明の電源装置は、トランスと、前記トランスの一次巻線の一端に接続され、前記トランスの一次巻線を駆動する二つのスイッチング素子を有する第一のスイッチング手段と、前記一次巻線の他端に接続された容量素子と、前記トランスの前記一次巻線の他端に前記容量素子を介さずに接続され、前記一次巻線をス駆動する第二のスイッチング手段と、前記容量素子を介して前記一次巻線に電流が流れる第一の電流経路と、前記容量素子を介さずに前記一次巻線に電流が流れる第二の電流経路を切り換える切換え手段と、を有し、前記切換え手段によって前記第一の電流経路に切り換えられた状態で、前記第一のスイッチング手段が駆動し、前記第二の電流経路に切り換えられた状態で、前記第二のスイッチング手段が駆動することを特徴とすることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、画像を形成するための画像形成手段を有する画像形成装置において、前記画像形成装置に電力を供給する電源を有し、前記電源は、トランスと、前記トランスの一次巻線の一端に接続され、前記トランスの一次巻線を駆動する二つのスイッチング素子を有する第一のスイッチング手段と、前記一次巻線の他端に接続された容量素子と、
前記トランスの前記一次巻線の他端に前記容量素子を介さずに接続され、前記一次巻線をス駆動する第二のスイッチング手段と、前記容量素子を介して前記一次巻線に電流が流れる第一の電流経路と、前記容量素子を介さずに前記一次巻線に電流が流れる第二の電流経路を切り換える切換え手段と、を有し、前記切換え手段によって前記第一の電流経路に切り換えられた状態で、前記第一のスイッチング手段が駆動し、前記第二の電流経路に切り換えられた状態で、前記第二のスイッチング手段が駆動することを特徴とすることを特徴とする。
前記トランスの前記一次巻線の他端に前記容量素子を介さずに接続され、前記一次巻線をス駆動する第二のスイッチング手段と、前記容量素子を介して前記一次巻線に電流が流れる第一の電流経路と、前記容量素子を介さずに前記一次巻線に電流が流れる第二の電流経路を切り換える切換え手段と、を有し、前記切換え手段によって前記第一の電流経路に切り換えられた状態で、前記第一のスイッチング手段が駆動し、前記第二の電流経路に切り換えられた状態で、前記第二のスイッチング手段が駆動することを特徴とすることを特徴とする。
以上説明したように、本発明によれば、軽負荷時から重負荷時までの広範囲にわったって高効率で動作し、且つ小型の電源装置を提供できる。
〔実施例1〕
<本実施例の適用例>
まず、本実施例の電源装置が適用される装置の一例として、図11(a)に画像形成装置の一例としてのレーザービームプリンタの概略図を示す。図11(a)において、レーザービームプリンタに接続された不図示のコンピュータからプリント指示信号が送信される。すると、画像形成部3を構成するスキャナユニット21がプリント指示信号と共に送信される画像情報に応じて変調されたレーザ光を所定の極性に帯電された像担持体としての感光体19を走査する。これにより感光体19には静電潜像が形成される。なお、感光体19はレーザ光によって操作されるに帯電ローラ16によって所定の電位に一様に帯電される。この静電潜像に対して現像器17からトナーが供給され、感光体19上に画像情報に応じたトナー画像が形成される。
<本実施例の適用例>
まず、本実施例の電源装置が適用される装置の一例として、図11(a)に画像形成装置の一例としてのレーザービームプリンタの概略図を示す。図11(a)において、レーザービームプリンタに接続された不図示のコンピュータからプリント指示信号が送信される。すると、画像形成部3を構成するスキャナユニット21がプリント指示信号と共に送信される画像情報に応じて変調されたレーザ光を所定の極性に帯電された像担持体としての感光体19を走査する。これにより感光体19には静電潜像が形成される。なお、感光体19はレーザ光によって操作されるに帯電ローラ16によって所定の電位に一様に帯電される。この静電潜像に対して現像器17からトナーが供給され、感光体19上に画像情報に応じたトナー画像が形成される。
一方、給紙部である給紙カセット11に積載されたシート(記録材ともいう)10はピックアップローラ12によって一枚ずつ給紙され、搬送ローラ13によってレジストローラ14に向けて搬送される。さらにシート10は、感光体19上のトナー画像が感光体19と転写ローラ20で形成される転写ニップ部に到達するタイミングに合わせて、レジストローラ14によって搬送される。シート10が転写ニップ部を通過する過程で感光体19上のトナー画像はシート10に転写される。その後、シート10は加熱装置2(定着装置2ともいう)で加熱されてトナー画像がシート10に加熱定着される。その後、トナー画像が定着されたシート10は、排紙部である搬送ローラ26と排紙ローラ27によってプリンタ上部のトレイに排出される。なお、モータ30は、感光体19や加熱装置2を回転駆動するものである。また高圧電源31から帯電ローラ16、現像器17、転写ローラ20に高電圧(バイアスともいう)を印加している。そして、図11(b)に示すとおり、モータ30、高圧電源31、スキャナユニット21、画像形成動作を制御する制御部33の電気回路に電力を供給する電源装置32を有している。
<本実施例の電源装置>
図1は実施例1における電源装置32の概略図である。本実施例の電源装置は、変圧素子としてのトランスの一次側の電流経路を切り換えることにより、電流共振方式とフライバック方式を切り換えることが可能な電源装置である。
図1は実施例1における電源装置32の概略図である。本実施例の電源装置は、変圧素子としてのトランスの一次側の電流経路を切り換えることにより、電流共振方式とフライバック方式を切り換えることが可能な電源装置である。
商用電源100から入力される交流電圧は整流器103で整流され、さらに、一次平滑コンデンサ104で平滑されて供給される。主たる電流経路の切換え手段であるスイッチング素子109がオン状態であり、且つ、スイッチング素子111がオフ状態の場合、電流共振の回路を構成する。具体的には、二つのスイッチング素子105,106、変圧素子としてのトランスの一次巻線であるインダクタンス110、容量素子としてのコンデンサ108でハーフブリッジを構成する。二つのスイッチング素子105と106の間にトランスの一次巻線の一端が接続されており、トランスの一次巻線の他端にはコンデンサ108が接続される構成となっており、このコンデンサ108は電流共振動作時の共振用の容量素子である。この回路は、インダクタンス110への電流をスイッチング素子105,106を交互にスイッチングする電流共振方式の回路となる。本実施例では、インダクタンス110(トランス120の1次巻線)は、一つの素子で形成しているが、共振インダクタンスと励磁インダクタンスを別々に設けた構成でも良い。
一方、主たる電流経路の切換え手段であるスイッチング素子109がオフ状態の場合は、フライバック方式の回路を構成する。この場合、インダクタンス110への電流をスイッチング素子111でスイッチングするフライバックの回路となる。なお、この時は、スイッチング素子105はオン状態、スイッチング素子106はオフ状態である。つまり、スイッチング素子109が各モードでの主たる電流経路の切換え手段である。また、スイッチング素子105が電流共振動作時のハイサイド側のスイッチング手段、スイッチング素子106が電流共振動作時のローサイド側スイッチング手段であり、スイッチング素子111がフライバック動作時のスイッチング手段である。なお、抵抗113はフライバック方式の回路を構成した場合における電流検知抵抗である。また、整流器112は電流共振動作時の電流の逆流を防ぐものである。しかし、インダクタンス110やスイッチング素子111の特性や、一次平滑コンデンサ104の両端電圧、電源負荷等によっては不要な場合もある。
次に、図9を用いて実施例1におけるトランス120の概略構成について説明する。本実施例のEE型のトランス120は、図9(a)のようにトランスコア801の中央磁脚にインダクタンス110(図1参照)を構成する1次巻線802と2次巻線803が巻かれている。図8では省略されているがトランスコア801と1次巻線802と2次巻線803の間にはボビンがあり、各々の巻線は積層されている。この時、中央磁脚のギャップ間の距離を全域にわたって同一にするのではなく一部の距離を変更する。図9(b)において、ギャップ間の距離が小さい小ギャップ部804とギャップ間の距離が大きい大ギャップ部805を有している。これにより小ギャップ部804はインダクタンス110に流れる電流が大きい場合、磁気飽和することでインダクタンス110のL値は小さくなる。図10にトランス120に流れる電流とL値との関係を示す。図10に示すように、点線で囲んだ電流域で大幅にL値が変化するように調整することが可能である。本実施例では、このようなトランスの中央磁脚の一部のギャップ間の距離を調整することにより、二つの動作モードを選択的に切り換えても効率よく動作することが可能になる。
一般に軽負荷時にもある程度の励磁電流を流す必要のある電流共振方式では、軽負荷時における高効率化に限界がある。本例では、軽負荷時にフライバック動作、重負荷時に電流共振動作をさせるように図1で示したように回路を切り換える。電源装置に接続される負荷の変動範囲等にもよるが、軽負荷/重負荷の夫々の動作状態(動作モードともいう)においてインダクタンス110の適切なL値が変化する場合が多い。インダクタンス110のL値が切り替わる電流値と、動作モードを切り換える電流値とを調整して合わせることにより、いずれの動作モードにおいても最適なL値で駆動することができる。本実施例では、フライバック動作のときのL値が電流共振動作のときのL値よりも大きくなるように調整する。したがって、それぞれの動作モード時における電源の負荷に応じて最適なトランス120のコアギャップを調整することでフライバック動作時及び、電流共振動作時の夫々で電源装置の効率を上げることが可能になる。
次に、図1、図2、図3、図4を用いて実施例1における電源装置32及び画像形成装置1の起動手順、動作の切り換え手順を説明する。図2はトランス120の2次側の2次巻線に接続された出力回路と補助巻線222と図1の制御部107との具体的な接続関係、また制御部107の内部回路を示している。図2のフライバック制御部201や電流共振制御部213は一般的に周知の構成であるので、フライバック動作や電流共振動作の説明は省略する。また、実施例1ではフライバック動作と電流共振動作に別々の電源IC(図2の二つの制御部として別々のIC)を用いる場合、二つの制御部が別の電源系統を持つ例で説明する。本実施例のフライバック制御部201は電圧Vccと電圧HQの両方の値がアンド条件で成立しないとスイッチング動作を行わない制御である。また、電流共振制御部213はVp電圧とHL電圧がアンド条件で成立しないとスイッチング動作を行わないように構成されている。フライバック制御部201がスイッチングを行うための条件を示す論理表(表1)を図4(a)、電流共振制御部213がスイッチングを行うための条件を示す論理表(表2)図4(b)に示す。図4(a)に示すように、フライバック動作を行う条件としては、電圧HQと電圧VccがHiの状態である。また、図4(b)に示すように、電流共振動作を行う条件としては、電圧HLと電圧VpがHiの状態である。また、図3に電源投入からフライバック動作への移行、フライバック動作から電流共振動作へ移行、電流共振動作からフライバック動作への移行時の各電圧の時間推移とスイッチング開始タイミングを示す。
まず、電源の投入が開示されてからフライバック動作による出力が安定するまでの流れを説明する。電源スイッチ102がオンされるか、電源スイッチ102がない場合は電源ケーブルが商用電源100から電源装置32に接続される。すると、電源装置32に電流が流れ始め整流器103を介し一次平滑コンデンサ104の両端にDC電圧が発生する。一次平滑コンデンサ104は抵抗101を介して制御部107の端子121より起動回路223へ接続されている。起動回路223はフライバック制御部201の電源電圧Vccを生成し、フライバック制御部201は電圧VccがON閾値、電圧HQがON/OFF閾値を上回ると、制御部107のOQ出力よりスイッチング素子111の駆動を開始する。このタイミングは図3のフライバックスイッチング開始1に対応する。駆動が開始されるとトランスのインダクタンス110に電流が流れ、補助巻線222に電圧が誘起される。補助巻線222に誘起された電圧による電流は整流器221で整流されコンデンサ220に直流電圧(DC電圧)が発生する。この時フォトカプラ219はオフ状態である。PNPトランジスタ203のエミッタ電流はフライバック制御部201の仕様に合わせて電圧VccがON閾値以上を確保でき、この時の電圧Vpは電流共振制御部213がスイッチング動作できない電圧になるよう抵抗216,217,218で調整されている。コンデンサ220からPNPトランジスタ203を介して流れる電流によりコンデンサ202が充電され電圧Vccが起動回路223を切り離すための閾値よりも高くなると起動回路223は一次停止された状態(アイドル状態)となり、消費電力が低減される。このように商用交流電源からの電圧の入力時(電源投入時)など、電源に接続されている負荷が軽い場合はフライバック動作を行う。これにより軽負荷時において高効率化することができる。
なお、トランス120の二次巻線250には、二次巻線に生成した電圧を整流するダイオード251,252、整流した電圧を平滑するコンデンサ257、電圧を検出する抵抗素子258を有している。抵抗素子258の検出信号がフォトカプラ219に供給されてトランスの210の一次側にフィードバックされる。その他、Boot端子に接続されたNPNトランジスタ256及び260、抵抗素子254,255を介してオンオフが制御されるPNOトランジスタ253を有している。
一方でレーザービームプリンタによってシートに画像を形成している状態等、電源に接続されている負荷が重い場合は電流共振動作に切り換える。印刷指示を受けた場合等、電源装置の負荷が重くなることを画像形成装置の制御手段である制御部33が検知する。そして、Boot端子からNPNトランジスタ256,260のベース端子にHi信号が入力され、抵抗254、255を介してNPNトランジスタ256に電流が流れPNPトランジスタ253がオン状態となる。PNPトランジスタ253をオンにすることでフライバック側だけを整流していた動作から両方向への電流を整流する電流共振動作のための整流動作になる。
同時にNPNトランジスタ260にも抵抗258、フォトカプラ219を介して電流が流れ、1次側のフォトカプラ219もオン状態となる。するとOS端子の電圧が上昇し、端子123からの出力でスイッチング素子109はオン状態になる。NPNトランジスタ214にエミッタフォロワで接続されている電圧VpもOS端子の電圧に追従して上昇してON閾値を上回る。電圧Vpが上昇すると定電圧素子209,抵抗210,211での分圧によりオフ状態になっていたNPNトランジスタ212がオン状態に移行し、電圧HQはON/OFF閾値を下回る。また、PNPトランジスタ203はオン状態を維持できなくなり、電圧Vccが低下しOFF閾値を下回る。電圧Vcc、電圧HQの低下は略同時に起こるが、どちらかが先に閾値を下回った時点でフライバック制御部201のスイッチング動作は停止する。
電圧Vccが一定の電圧以下になると定電圧素子204、抵抗素子205と206で分圧された電圧によってオン状態になっていたNPNトランジスタ207がオフ状態へ移行する。そして、電圧HLはON/OFF閾値を上回り、電流共振制御部213は二つのスイッチング素子の駆動を開始する。このタイミングは、図3の電流共振スイッチング開始に対応する。このように画像形成時等、電源の負荷が重い場合は電流共振動作を行う。これにより重負荷時においても電源の高効率化を実現することができる。
次に、画像形成動作を行わずに印刷指示を待機している待機状態(スタンバイモード)や高圧電源等への電力の供給を停止した省電力状態(省電力モードともいう)に移行する手順を説明する。レーザービームプリンタの制御部33がスタンバイモードや省電力モードへの移行を決定すると、Boot端子からNPNトランジスタ256及び260のベース端子にLow信号が入力される。そして、NPNトランジスタ256及び260と、PNPトランジスタ253、フォトカプラ219がオフ状態となる。フォトカプラ219がオフ状態になるとOS端子の電圧が低下する。そして、スイッチング素子109がオフ状態になり、電圧Vpも緩やかに低下していく。OS端子の電圧が低下することでPNPトランジスタ203のベース電流が流れるようになりPNPトランジスタ203のエミッタ電流により電圧Vccが上昇する。そして、定電圧素子204、抵抗素子205と206で分圧した電圧によりオフ状態になっていたNPNトランジスタ207がオン状態へ移行する。そして、電圧HLはON//OFF閾値を下回り、電流共振制御部213はスイッチング素子105及び106のスイッチング動作を停止する。または電圧VpがOFF閾値を下回るのが先の場合は、その時点でスイッチング動作が停止する場合もある。その後、電圧VccはON閾値を上回り、フライバック制御部201はスイッチング素子の駆動を開始する。このタイミングは、図3のフライバックスイッチング開始2に対応する。
以上説明したようにフライバック動作と電流共振動作を切り換える際は、先に現在動作中のスイッチング素子の駆動を停止してから、その後、別のスイッチング素子の駆動を開始するように構成する。これにより電流共振動作における貫通電流などの異常な過電流が回路に流れることなく安全に動作の切り換えを行うことができる。
また、フライバック動作時において、スイッチング素子111のスイッチング動作によりインダクタ110の電流を制御するためにはスイッチング素子105をオン状態に維持する必要がある。本実施例ではスイッチング素子105は電界効果トランジスタ(FETともいう)を用いている。本実施例では一般的なフライバック動作を制御するための制御ICと電流共振動作を制御するための制御ICを別々に設ける構成でもよい。そのため、フライバック制御のための制御部201においてブートストラップ回路等のハイサイド側のFET(スイッチング素子105)のドライバを備えていないことも考えられる。この場合は、別途ブートストラップ回路を追加するか、または、図5に示すような回路を用いてハイサイドFET(スイッチング素子105)をオン状態にすればよい。図5ではスイッチング素子111の最初のスイッチング時に整流素子403を介してスイッチング素子105のゲート端子にもOQ端子の出力を入力してオン状態にする。そして、スイッチング素子105のスイッチング動作によって発生するキックバック電圧を整流素子405、コンデンサ402、定電圧素子404,401で分圧、整流する。そして、整流した電圧をスイッチング素子105のゲート端子に入力してオン状態を継続させる構成である。また、ブートストラップ回路など別の方法でFET105のオン状態を継続する場合は定電圧素子404のアノード側を直接一次平滑コンデンサ104の正極側に接続すればよい。
以上説明したように、トランス120の1次巻線であるインダクタ110への電流経路を複数備える構成とし、主たる電流経路の切換え手段によって電流経路を切り換える。具体的には、電流共振動作を行う場合の第一の電流経路とフライバック動作を行う場合の第一の電流経路に切り換え可能な回路構成とする。すなわち、電源の負荷に応じてトランスの一次側の駆動方式として電流共振方式とフライバック方式を選択的に切り換えることができる、簡易な回路構成で軽負荷から重負荷まで広範囲にわたって高効率で動作する電源を提供することができる。
また、図9で示すようにトランスコアの中央磁脚のギャップ間の一部を調整することにより、フライバック動作時と電流共振動作時でインダクタンス110のL値を調整して更に電源の効率を上げることができる。本実施例では前提としてトランスコアの中央磁脚のギャップ間を調整した構成で説明したが、ギャップ間の一部の距離を変更しない構成であっても上記の切り換え動作によって電源を高効率に動作することができる。
尚、本実施例の説明に使用したPNPトランジスタはPチャンネルFETに置き換えても良いし、NPNトランジスタはNチャンネルFETに置き換えても良い。
〔実施例2〕
図6は実施例2における電源装置32の概略回路図である。商用交流電源100からの交流電圧の入力、一次平滑コンデンサ104の構成、抵抗素子101を介して起動回路223の電流を引いてくる構成は実施例1で説明した図1と同じであるため同一符号を付けて説明は省略する。本実施例では、制御部107が制御部513に置き換わっている。また、スイッチング素子504が主たる電流経路の切換え手段である。スイッチング素子504がオフ状態の場合、スイッチング素子502及び503、インダクタンス110、コンデンサ506でハーフブリッジを構成する。そして、インダクタンス110への電流をスイッチング素子502及び503でスイッチングする電流共振(LLC)の回路を構成している。一方、スイッチング素子504をオン状態の場合、スイッチング素子503でインダクタンス101へ流れる電流をスイッチングするフライバックの回路を構成する。この時、スイッチング素子502はオフ状態であり、フライバック動作時のインダクタンス110へ流れる電流の方向は実施例1とは逆方向である。スイッチング素子503がフライバック動作時と、電流共振動作時のローサイド側のスイッチング素子として兼用されるため、実施例1の構成に比べスイッチング素子を一つ少なくした構成である。
図6は実施例2における電源装置32の概略回路図である。商用交流電源100からの交流電圧の入力、一次平滑コンデンサ104の構成、抵抗素子101を介して起動回路223の電流を引いてくる構成は実施例1で説明した図1と同じであるため同一符号を付けて説明は省略する。本実施例では、制御部107が制御部513に置き換わっている。また、スイッチング素子504が主たる電流経路の切換え手段である。スイッチング素子504がオフ状態の場合、スイッチング素子502及び503、インダクタンス110、コンデンサ506でハーフブリッジを構成する。そして、インダクタンス110への電流をスイッチング素子502及び503でスイッチングする電流共振(LLC)の回路を構成している。一方、スイッチング素子504をオン状態の場合、スイッチング素子503でインダクタンス101へ流れる電流をスイッチングするフライバックの回路を構成する。この時、スイッチング素子502はオフ状態であり、フライバック動作時のインダクタンス110へ流れる電流の方向は実施例1とは逆方向である。スイッチング素子503がフライバック動作時と、電流共振動作時のローサイド側のスイッチング素子として兼用されるため、実施例1の構成に比べスイッチング素子を一つ少なくした構成である。
実施例2においてもフライバック動作と、電流共振動作の夫々の動作時の駆動方法は一般的なものである。次に、図7を用いて動作モードの推移や各動作モードにおける電流経路を説明する。図7は、図5における制御部513及び回路の詳細を示したものである。図5におけるスイッチング素子502は図6におけるFET602に対応し、スイッチング素子503はFET603に対応し、スイッチング素子504はFET615に対応している。
本実施例においても実施例1と同様に起動回路223によって電圧Vccを生成し、コントローラ614はOS端子をLowにし、FET615をオン状態にする。続いてローサイドドライバ613を駆動し、FET603をスイッチングさせてフライバック動作を開始する。スイッチングが開始されると実施例1と同様にコンデンサ220にDC電圧が発生する。この時のフォトカプラ219はオフ状態である。また、誘起電圧によりコンデンサ220にチャージされた電圧を抵抗素子608,609,610,611で分圧し、その分圧比で電圧Vccが決定される。電圧Vccが起動回路223を切り離すための閾値よりも高くなると起動回路223は一時停止された状態(アイドル状態)となり、消費電力が低減される。コントローラ614はボトム検知信号(ZT)やフィードバック信号(FB)、電流検知信号(CS)の入力に基づきスイッチング(オンオフ)のタイミングを決定する。そして、ローサイドドライバ613を通じてFET603のスイッチング(オンオフ)を繰り返す。FET602はその間ハイサイドドライバ612を介してオフ状態にしておくが、寄生ダイオードには電流が流れるため、キックバック電圧は定電圧素子601によって規定している。
次に。電流共振動作モードへの推移を説明する。制御部33からBoot端子へHi信号が入力されることでフライバック動作から電流共振動作に切り替わる。Boot端子へのHi信号の入力によりフォトカプラ219がオン状態になると抵抗素子608,609,610,611で分圧した電圧の比率が変化して電圧Vccが上昇する。電圧Vccが電流共振動作のON/OFF閾値を超えるとコントローラ614はFET615をオフ状態にし、ハイサイドドライバ612、ローサイドドライバ613を通じてFET602及び603をスイッチングして電流共振動作を開始する。コントローラ614は電流検知信号(CS)やフィードバック信号(FB)の入力された値に基づきスイッチング(オンオフ)のタイミングを決定して電流共振動作を継続する。また、入力電圧の異常によりさらに電圧Vccが上昇し、過電圧検知閾値を超えた場合はスイッチングを強制停止する。つまり、本実施例では電圧Vccに対して以下の順列の閾値を設定しており電圧Vccによって動作モードが切り替わるように構成される。具体的には、過電圧検知の閾値>電流共振動作の切り換え閾値>フライバック動作の切り換え閾値>フライバック動作(起動回路223)の閾値の関係になっている。また、この関係において順列には重複がないように設定しており、これによりフライバック動作と電流共振のスイッチングが同時に起こることがないように構成されている。
以上説明したように本実施例においては、実施例1と同様の効果を奏し、さらに、制御部513の電源系統を一つにすること、また一つの電源ICで二つの駆動モードを制御することでさらなる小型化が実現できる。
〔実施例3〕
図8は実施例3における電源装置32の概略回路図である。実施例1、2と同様、商用交流電源100からの交流電圧の入力、一次平滑コンデンサ104までの構成、抵抗素子101を介して起動回路223の電流を用いる構成は実施例1で説明した図1と同じであるので同一符号を付けて説明は省略する。実施例3ではスイッチ701が主たる電流経路の切換え手段であり、一次平滑コンデンサ104との接続先が選択できるようにしたことが特徴である。
図8は実施例3における電源装置32の概略回路図である。実施例1、2と同様、商用交流電源100からの交流電圧の入力、一次平滑コンデンサ104までの構成、抵抗素子101を介して起動回路223の電流を用いる構成は実施例1で説明した図1と同じであるので同一符号を付けて説明は省略する。実施例3ではスイッチ701が主たる電流経路の切換え手段であり、一次平滑コンデンサ104との接続先が選択できるようにしたことが特徴である。
図8において、一次平滑コンデンサ104がコンデンサ704、スイッチング素子702の間に接続された場合は、コンデンサ704が電流共振用のコンデンサとして機能する。そして、インダクタンス110、スイッチング手段702及び703でハーフブリッジを構成する電流共振動作の回路を構成する。一方、一次平滑コンデンサ104がインダクタンス110とコンデンサ704の間に接続された場合は、スイッチング素子703でインダクタンス110に流れる電流を制御する。そして、スイッチング素子702、コンデンサ704でアクティブクランプ回路を形成するフライバック動作の回路を構成する。この時、スイッチング素子102はオフ状態である。なお、コンデンサとスイッチング素子で構成するアクティブクランプ回路は一般的であるので動作の詳細は省略するが、図5の定電圧素子404と整流素子405や図7の定電圧素子601と同様にキックバック電圧を規定することになる。上記のいずれの場合にも、スイッチ701は二つのスイッチング素子で形成しても構わない。なお、動作モードの切り換えや各動作モードにおける制御方法は実施例1や実施例2の方法と同様の制御方法を実施すればよい。
以上説明したように本実施例においては、実施例1と同様の効果を奏し、さらに、動作モードに応じてコンデンサ704を電流共振用のコンデンサとするかアクティブクランプ回路の一部とするか切り換える。これによりスイッチング素子の数を実施例1よりも減らすことができる。
なお、上記の実施例1乃至3では、電源装置を適用する装置としてレーザービームプリンタのような画像形成装置を一例として説明した。しかし、画像形成装置に限らず、コンピュータや他の電子装置においても軽負荷から重負荷迄、出力範囲が変化する装置であれば適用することが可能である。
32 電源装置
108 コンデンサ
120 トランス
105、106、111 スイッチング手段
109 電流経路の切換え手段(スイッチング手段)
108 コンデンサ
120 トランス
105、106、111 スイッチング手段
109 電流経路の切換え手段(スイッチング手段)
Claims (9)
- トランスと、
前記トランスの一次巻線の一端に接続され、前記トランスの一次巻線を駆動する二つのスイッチング素子を有する第一のスイッチング手段と、
前記一次巻線の他端に接続された容量素子と、
前記トランスの前記一次巻線の他端に前記容量素子を介さずに接続され、前記一次巻線を駆動する第二のスイッチング手段と、
前記容量素子を介して前記一次巻線に電流が流れる第一の電流経路と、前記容量素子を介さずに前記一次巻線に電流が流れる第二の電流経路を切り換える切換え手段と、を有し、
前記切換え手段によって前記第一の電流経路に切り換えられた状態で、前記第一のスイッチング手段が駆動し、前記第二の電流経路に切り換えられた状態で、前記第二のスイッチング手段が駆動することを特徴とする電源装置。 - 前記トランスの二次巻線からの出力が第一電圧の場合に、前記切換え手段は前記第一の電流経路に切り換え、前記出力が前記第二の電圧よりも低い第二電圧の場合に、前記切換え手段は前記第二の電流経路の切り換えることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記切換え手段が前記第一の電流経路に切り換えられた状態における、前記第一のスイッチング手段による駆動方式は電流共振方式であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電源装置。
- 前記切換え手段が前記第二の電流経路を選択した状態における、前記第二のスイッチング手段による駆動方式はフライバック方式であ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。
- 前記電源装置への交流電圧の入力時は、前記切換え手段は前記第二の電流経路に切り換え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。
- 前記第一の電流経路に切り換えられた状態における前記トランスのL値は、前記第二の電流経路に切り換えられた状態における前記トランスのL値よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電源装置。
- 画像を形成するための画像形成手段を有する画像形成装置において、
前記画像形成装置に電力を供給する電源を有し、
前記電源は、
トランスと、
前記トランスの一次巻線の一端に接続され、前記トランスの一次巻線を駆動する二つのスイッチング素子を有する第一のスイッチング手段と、
前記一次巻線の他端に接続された容量素子と、
前記トランスの前記一次巻線の他端に前記容量素子を介さずに接続され、前記一次巻線を駆動する第二のスイッチング手段と、
前記容量素子を介して前記一次巻線に電流が流れる第一の電流経路と、前記容量素子を介さずに前記一次巻線に電流が流れる第二の電流経路を切り換える切換え手段と、を有し、
前記切換え手段によって前記第一の電流経路に切り換えられた状態で、前記第一のスイッチング手段が駆動し、前記第二の電流経路に切り換えられた状態で、前記第二のスイッチング手段が駆動することを特徴とする画像形成装置。 - 前記画像形成装置を制御するための制御手段と、
前記画像形成手段を駆動する駆動手段を有し、
前記電源は、前記制御手段又は前記駆動手段に電力を供給することを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。 - 前記画像形成手段を用いて画像を形成している動作状態において、前記切換え手段は前記第一の電流経路に切り換え、画像を形成していない待機状態において、前記切換え手段は前記第二の電流経路の切り換えることを特徴とする請求項7又は8に記載の画像形成装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014145068A JP2016021835A (ja) | 2014-07-15 | 2014-07-15 | 電源装置及び画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2014145068A Pending JP2016021835A (ja) | 2014-07-15 | 2014-07-15 | 電源装置及び画像形成装置 |
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-
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