JP2016039727A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止しつつ、軽負荷時のスイッチング素子のターンオン損失を低減すること。【解決手段】一次巻線、二次巻線及び帰還巻線を有するトランス４０６と、一次巻線に直列に接続され、制御端子に印加される電圧によりトランス４０６への電力の供給をオンオフするＦＥＴ４０４と、を備え、二次巻線から所定の電圧を出力する通常動作状態と、所定の電圧よりも低い電圧を出力する軽負荷状態での動作が可能であり、帰還巻線に発生する電圧により充電されるコンデンサ１０２と、軽負荷状態の場合にはコンデンサ１０２への充電を行うようにコンデンサ１０２を制御するフォトカプラ１０３と、を有し、軽負荷状態の場合に、コンデンサ１０２に充電された電圧をＦＥＴ４０４の制御端子に供給する。【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、特にリンギング・チョーク・コンバータ方式の電源装置における軽負荷時の効率改善に関する。

近年、環境意識の高まりなどにより、電子機器に対しては消費電力を低減することが要求されている。例えばテレビやプリンタなどの電子機器では、一般に実際に動作している時間よりも、ユーザからの操作を待っている待機状態の時間の方が長い場合が多い。そのため、消費電力の低減には待機状態、即ち軽負荷時の電源装置の効率改善が重要となる。

一方、リンギング・チョーク・コンバータ（以下、ＲＣＣという）方式に代表される自励式の電源装置は構成が簡易で、且つ安価であるため、さまざまな電子機器に搭載されている。ＲＣＣ方式の電源装置（以下、ＲＣＣ電源装置という）における軽負荷時の効率を改善する手段としては、例えば特許文献１では、待機時に出力電圧を低下させ、ＲＣＣ電源装置を間欠動作させることにより、効率を改善する手法が提案されている。

特開２０００−２７８９４６号公報

しかしながら、従来のように出力電圧Ｖｏを低下させて、図５に示す電源装置の電界効果トランジスタ４０４（以下、ＦＥＴ４０４という）のオンを、抵抗４０５を介して行う場合、ＦＥＴ４０４のターンオン時の損失が大きくなってしまうという課題がある。なお、図５の詳細は後述する。以下、図６を用いて説明する。

図６は、図５の従来のＲＣＣ電源装置が間欠発振状態で動作している場合の波形を示す図で、上からＦＥＴ４０４のドレイン−ソース端子間電圧（Ｖｄｓ）、ドレイン電流（Ｉｄ）、ゲート−ソース端子間電圧（Ｖｇｓ）の波形を示している。図６に示すように、間欠動作状態においては、ＦＥＴ４０４は巻線Ｎｂに発生する電圧のみではオンすることができないため、抵抗４０５を流れる電流によって、ゲート−ソース端子間容量が充電されることによりオンされる。しかし、一般に軽負荷時の消費電力を低減させるためには、抵抗４０５の抵抗値を大きくする必要があるため、抵抗４０５を流れる電流は小さくなっている。そのため、ＦＥＴ４０４のオンを、抵抗４０５を介して行う場合、ＦＥＴ４０４がターンオンする時間であるターンオン時間が遅くなってしまい、ターンオン時の損失が大きくなってしまう。また、ＦＥＴ４０４のターンオン時にコンデンサ４１４に充電されていた電荷がＦＥＴ４０４の損失として消費されるが、この損失はＦＥＴ４０４のターンオン時のドレイン−ソース端子間電圧Ｖｄｓの二乗に比例して大きくなる。間欠動作状態においては、ＦＥＴ４０４のターンオン時のドレイン−ソース端子間電圧Ｖｄｓは平滑コンデンサ４０３（図６にはＣ４０３と図示）の電位とほぼ等しくなるため、更に損失が大きくなってしまう。以上の理由により、出力電圧Ｖｏを低下させ、ＲＣＣ電源装置を間欠発振状態で動作させるだけでは、軽負荷時の効率改善に対して限界がある。

また、出力電圧Ｖｏを低下させた際にも、巻線Ｎｂに発生する電圧がＦＥＴ４０４のゲート閾値電圧よりも大きくなるように、巻線Ｎｂの巻数を増やすと、出力電圧Ｖｏが通常の電圧を出力している際に巻線Ｎｂに発生する電圧が大きくなってしまう。これにより、回路部品の耐圧を上げる必要が生じてコストアップになってしまうだけでなく、回路が誤動作する可能性もあるため、好ましくない。

本発明はこのような状況のもとでなされたもので、各素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止しつつ、軽負荷時のスイッチング素子のターンオン損失を低減することを目的とする。

前述した課題を解決するため、本発明では次の通りに構成する。

（１）一次巻線、二次巻線及び帰還巻線を有するトランスと、前記一次巻線に直列に接続され、制御端子に印加される電圧により前記トランスへの電力の供給をオンオフするスイッチング素子と、を備え、前記二次巻線から所定の電圧を出力する第一の状態と、前記所定の電圧よりも低い電圧を出力する第二の状態と、で動作することが可能な電源装置であって、前記帰還巻線に発生する電圧により充電される充電手段と、前記第二の状態の場合には前記充電手段への充電を行うように前記充電手段を制御する充電制御手段と、を有し、前記第二の状態の場合に、前記充電手段に充電された電圧を前記スイッチング素子の前記制御端子に供給することを特徴とする電源装置。

（２）記録材に画像を形成するための画像形成手段と、前記画像形成手段に電圧を印加する前記（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、各素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止しつつ、軽負荷時のスイッチング素子のターンオン損失を低減することができる。

実施例１の電源装置の構成を示す回路図 実施例１の電源装置のスイッチング素子の動作波形図 実施例２の電源装置の構成を示す回路図 実施例３の画像形成装置の模式図 従来例の電源装置の構成を示す回路図 従来例の電源装置のスイッチング素子の動作波形図

実施例のリンギング・チョーク・コンバータ（以下、ＲＣＣと略す）方式の電源装置（以下、ＲＣＣ電源装置という）の説明をする前に、比較のために従来のＲＣＣ電源装置について説明する。

［従来のＲＣＣ電源装置の動作］
図５を用いて、後述する実施例１のＲＣＣ電源装置との比較のための従来のＲＣＣ電源装置の動作について説明する。図５は従来のＲＣＣ電源装置の一例を示す回路図である。商用電源４０１から入力される交流電圧は、ブリッジダイオード４０２と平滑コンデンサ４０３によって整流、平滑され、直流電圧に変換される。商用電源４０１が投入（オン）された直後は、巻線Ｎｐに直列に接続されたスイッチング素子であるＦＥＴ４０４はオフ状態である。抵抗４０５を介してＦＥＴ４０４のゲート−ソース端子間容量が直流電圧によって充電され、ＦＥＴ４０４のゲート−ソース端子間電圧がゲート閾値電圧よりも大きくなると、ＦＥＴ４０４はオン状態となる。ＦＥＴ４０４がオンすると、トランス４０６の一次巻線Ｎｐに電圧が印加され、これによって一次巻線Ｎｐと同極性の帰還巻線Ｎｂ、一次巻線Ｎｐと逆極性の二次巻線Ｎｓにも、それぞれ巻数比と極性に応じた電圧が発生する。なお、一次巻線Ｎｐ、帰還巻線Ｎｂ、二次巻線Ｎｓは、以下、単に巻線Ｎｐ、巻線Ｎｂ、巻線Ｎｓという。

ＦＥＴ４０４がオン状態の間、抵抗４０７とフォトカプラ４０８のフォトトランジスタを介して流れる電流及び巻線Ｎｂから抵抗４０９を介して流れる電流によって、コンデンサ４１０が充電される。そして、コンデンサ４１０の電圧がトランジスタ４１１のオン時のベース−エミッタ端子間電圧よりも大きくなると、トランジスタ４１１がオンする。トランジスタ４１１がオンすると、ＦＥＴ４０４のゲート−ソース端子間電圧は、平滑コンデンサ４０３に充電された直流電圧を抵抗４０５と抵抗４１２で分圧した電圧値となる。ここで、抵抗４１２の抵抗値は、抵抗４０５の抵抗値と比較して十分に小さく設定されているため、ＦＥＴ４０４はオフ状態となる。なお、ＦＥＴ４０４がオン状態の間は、巻線Ｎｓには二次側のダイオード４１３に逆バイアスの印加電圧が発生しているため、二次側の巻線Ｎｓには電流が流れない。

一方、ＦＥＴ４０４がオフ状態になると、巻線Ｎｓに発生する電圧の極性が反転するため、ダイオード４１３がオンし、ＦＥＴ４０４がオン状態の間にトランス４０６に蓄えられたエネルギーが二次側に放出される。即ち、トランス４０６の二次側には出力電圧Ｖｏが発生し、負荷には負荷電流Ｉｏが流れる。トランス４０６が二次側にエネルギーを放出している間は、巻線ＮｂにはＦＥＴ４０４のゲート−ソース端子間に逆バイアスの印加電圧が発生しているため、ＦＥＴ４０４がオンすることはない。トランス４０６によるエネルギーの放出が終わると、巻線Ｎｓの電圧は、巻線Ｎｐのインダクタンス値とコンデンサ４１４の容量によって定まる周波数で振動する。この際、振動の振幅は出力電圧Ｖｏによって定まる。

巻線Ｎｂには、巻線Ｎｓと巻線Ｎｂの巻数比（Ｎｂ／Ｎｓ）に比例した電圧が発生するため、巻線Ｎｂに発生する電圧も同じく振動する。このとき、巻線Ｎｂに発生する電圧により、ＦＥＴ４０４のゲート−ソース端子間容量が充電され、ＦＥＴ４０４のゲート電圧が閾値電圧まで上昇すると、再びＦＥＴ４０４はオン状態となる。以上の動作を繰り返すことにより、トランス４０６を介して二次側に電力が供給される。上述したようにトランス４０６に蓄えられたエネルギーが二次側で放出された後、巻線Ｎｂに発生する電圧によってＦＥＴ４０４がオンし、連続してオン／オフを繰り返す。なお、このようにＦＥＴ４０４が連続的にオン／オフされている動作状態を、以下、連続発振状態と呼ぶ。

次に、定電圧制御について説明する。二次側の出力電圧Ｖｏは、通常は抵抗４１５と抵抗４１６によって分圧されて、シャントレギュレータ４１７のＲＥＦ端子に入力されている。そのため、負荷が軽くなり、二次側の消費電力に対して電力の供給量が過剰になることによって出力電圧Ｖｏが上昇すると、シャントレギュレータ４１７のカソード端子（Ｋ）の電圧が低下する。これにより、フォトカプラ４０８の発光ダイオードを流れる電流（以下、電流Ｉｆという）が増加するため、フォトカプラ４０８のフォトトランジスタのコレクタ電流（以下、電流Ｉｃという）も増加する。その結果、コンデンサ４１０の充電時間が短くなり、ＦＥＴ４０４のオン時間が短くなる。ＦＥＴ４０４のオン時間が短くなると、トランス４０６に蓄えられるエネルギーが減少するため、二次側への電力の供給量が減少し、出力電圧Ｖｏの上昇が抑えられ、一定の電圧に保たれる。一方、負荷が重くなり、二次側の消費電力に対して電力の供給量が足りなくなることによって出力電圧Ｖｏが下降すると、シャントレギュレータ４１７のカソード端子（Ｋ）の電圧が上昇し、これにより、電流Ｉｆが減少するため、電流Ｉｃも減少する。その結果、コンデンサ４１０の充電時間が長くなることによって、トランス４０６に蓄えられるエネルギーが増大するため、二次側への電力の供給量が増大し、出力電圧Ｖｏは上昇し、一定の電圧に保たれる。このように図５のＲＣＣ電源装置においては、コンデンサ４１０の充電時間、即ちＦＥＴ４０４のスイッチング周期を可変させることにより、出力電圧Ｖｏを一定に保っている。

続いて、出力電圧Ｖｏを低下させた場合のＲＣＣ電源装置の動作について説明する。図５において、ＲＣＣ電源装置の負荷が軽負荷となると、ＣＰＵ４１８は制御端子からハイレベルの信号を出力し、ＦＥＴ４１９をオンする。ここで、抵抗４２０は抵抗４１５よりも小さい抵抗値に設定されているため、出力電圧Ｖｏが低下する。出力電圧Ｖｏが低下した状態では、トランス４０６に蓄えられたエネルギーが二次側で放出された後、巻線Ｎｂに発生する電圧振動の振幅が小さくなる。このとき、発生する電圧がＦＥＴ４０４のゲート閾値電圧よりも小さくなると、ＦＥＴ４０４は巻線Ｎｂに発生する電圧ではオンすることができないため、連続発振状態を維持することができなくなる。そのため、再び抵抗４０５を流れる電流によりＦＥＴ４０４のゲート−ソース端子間容量が充電され、ＦＥＴ４０４のゲート端子電圧が閾値電圧に達するまでは、ＦＥＴ４０４をオンすることができなくなる。

出力電圧Ｖｏが低下すると、ＲＣＣ電源装置は上述したような動作を行うため、ＦＥＴ４０４の発振周期が長くなる。ＲＣＣ電源装置においては、軽負荷時における回路損失の大部分がＦＥＴ４０４のスイッチング損失であるため、ＦＥＴ４０４のスイッチング回数を減少させることで回路損失を低減させ、効率の改善を実現している。上述したように、トランス４０６に蓄えられたエネルギーが二次側に放出された後、巻線Ｎｂに発生する電圧だけではＦＥＴ４０４がオンできず、抵抗４０５を流れる電流によりゲート−ソース端子間容量が充電されることにより、ＦＥＴ４０４はオンする。なお、出力電圧Ｖｏが低下している際に、ＦＥＴ４０４が間欠的にオンオフされている動作状態を、以下、間欠発振状態と呼ぶ。

以上のように、軽負荷時に出力電圧Ｖｏを低下させ、発振周波数を低下させることで効率の改善を図る従来のＲＣＣ電源装置では、軽負荷時に帰還巻線である巻線Ｎｂに発生する振動電圧では主スイッチング素子であるＦＥＴ４０４をオンすることができない。ＦＥＴ４０４のオンを起動抵抗である抵抗４０５からの充電電流に頼るため、ターンオン時間が遅くなり、ターンオン損失が増大してしまう。また、軽負荷時の出力電圧ＶｏにおいてもＦＥＴ４０４をオンできるように巻線Ｎｂの巻数を増やすと、通常動作時における各素子への印加電圧の増大や、回路の誤動作等が懸念される。

［ＲＣＣ電源装置の構成］
図１は、実施例１のＲＣＣ電源装置の構成の一例を示す回路図であり、図５で説明した従来例と同じ機能である箇所には同じ符号を付している。なお、上述した回路動作と同じ動作については、説明を省略する。図１に示す本実施例のＲＣＣ電源装置と、上述した図５の従来例との相違点は、図１では、図５に比べてダイオード１０１、１０６、コンデンサ１０２、フォトカプラ１０３、抵抗１０４、１０５が追加されている点である。

図１において、充電制御手段であるフォトカプラ１０３の発光ダイオードのアノード端子は、抵抗１０５を介して、ＣＰＵ４１８の出力端子に接続され、カソード端子は、トランス４０６の二次側の低電位側（グランド側）に接続（接地）されている。また、フォトカプラ１０３のフォトトランジスタのエミッタ端子は、トランス４０６の巻線Ｎｂの巻始め側と抵抗４０９との接続点に接続されている。ダイオード１０６のアノード端子は、フォトカプラ１０３のフォトトランジスタのエミッタ端子と接続され、カソード端子は、抵抗、コンデンサを介し、ＦＥＴ４０４の制御端子と、フォトカプラ１０３のフォトトランジスタのコレクタ端子に接続されている。また、充電手段であるコンデンサ１０２の一端は、フォトカプラ１０３のフォトトランジスタのコレクタ端子に接続され、他端はフォトカプラ１０３のフォトトランジスタのエミッタ端子に接続されている。更に、抵抗１０４の一端は、フォトカプラ１０３のフォトトランジスタのコレクタ端子に接続され、他端はダイオード１０１のカソード端子に接続されている。そして、整流素子であるダイオード１０１のアノード端子は、平滑コンデンサ４０３の低電位側（グランド側）に接続されている。

［ＲＣＣ電源装置の軽負荷状態での動作］
まず、電源装置の負荷が軽負荷状態であり、出力電圧Ｖｏが低下している状態（第二の状態）での本実施例のＲＣＣ電源装置の動作について説明する。軽負荷状態では、出力電圧Ｖｏを低下させるため、ＣＰＵ４１８は、制御端子よりＦＥＴ４１９の制御端子にハイレベルを出力し、ＦＥＴ４１９をオンする。前述したように、抵抗４２０は抵抗４１５よりも小さい抵抗値に設定されているため、出力電圧Ｖｏは低下した状態となる。更に、ＣＰＵ４１８は、フォトカプラ１０３の発光ダイオードのアノード端子に抵抗１０５を介して接続されている出力端子からローレベルの制御信号を出力する。その結果、フォトカプラ１０３の発光ダイオードはオフ状態（非導通状態）となり、フォトトランジスタも同様にオフ状態となる。

トランス４０６に蓄えられたエネルギーの二次側への放出が終了すると、各巻線の電圧は振動を開始する。このとき、コンデンサ１０２は、トランス４０６が二次側へエネルギーを放出している間に、巻線Ｎｂに発生した電圧により、ダイオード１０１、抵抗１０４を介して充電され、コンデンサ１０２の端子間電圧は、凡そ以下の式（１）で示される電圧となる。即ち、コンデンサ１０２は、巻線Ｎｓと巻線Ｎｂとの巻線比に比例して巻線Ｎｂに発生した電圧により充電され、ダイオード１０１の順方向電圧分だけ低い端子間電圧を有する。なお、式（１）中のＶ_１０２、Ｖｏｌ、Ｖｆ_１０１は、それぞれ軽負荷時におけるコンデンサ１０２の端子間電圧、軽負荷時における出力電圧Ｖｏ、ダイオード１０１の順方向電圧を示している。

そして、本実施例のＦＥＴ４０４の制御端子であるゲート端子には、巻線Ｎｂに発生している電圧に、上述したコンデンサ１０２の端子間電圧が重畳された、以下の式（２）に示す電圧が印加される。

式（２）より、ＦＥＴ４０４のゲート端子には、図５に示す従来回路と比較して、約２倍の電圧が印加されることがわかる。

図２は、本実施例のＲＣＣ電源装置が間欠発振状態で動作している場合の波形を示す図で、上からＦＥＴ４０４のドレイン−ソース端子間電圧（Ｖｄｓ）、ドレイン電流（Ｉｄ）、ゲート−ソース端子間電圧（Ｖｇｓ）の波形を示している。本実施例では、図２に示すように、出力電圧Ｖｏが低下した状態においても、ＦＥＴ４０４のターンオン時間が遅くなることはなく、スイッチング損失を低減することが可能となる。更に、図２に示すように、巻線Ｎｐの電圧（Ｖｄｓ）が振動している状態でＦＥＴ４０４をオンすることが可能である。そのため、ＦＥＴ４０４がターンオンする際のドレイン−ソース端子間電圧Ｖｄｓ（図２にターンオン時Ｖｄｓと図示）は、平滑コンデンサ４０３の端子間電圧（図２にＣ４０３電圧と図示）よりも低くなる。そして、前述した従来例よりもコンデンサ４１４に充電されている電荷量も少なくなるため、より一層ターンオン損失を低減することが可能となる。

［ＲＣＣ電源装置の通常動作状態での動作］
一方、出力電圧Ｖｏとして所定の電圧を負荷に供給している通常動作状態（第一の状態）では、ＣＰＵ４１８は、フォトカプラ１０３の発光ダイオードのアノード端子に抵抗１０５を介して接続されている出力端子から、ハイレベルの制御信号を出力する。その結果、フォトカプラ１０３の発光ダイオードはオン状態（導通状態）となり、フォトトランジスタも同様にオン状態となる。その結果、コンデンサ１０２には充電が行われず、前述した図５に示す従来回路と同様の動作となるため、各素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止することが可能となる。

以上に述べたように、本実施例においては、軽負荷時に出力電圧を低下させるＲＣＣ方式の電源装置において、出力電圧Ｖｏに応じてコンデンサ１０２への充電の要否を切り換える。これにより、各素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止しながら、出力電圧が低下した場合においてもスイッチング素子の損失を十分に低減することが可能である。

以上説明したように、本実施例によれば、各素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止しつつ、軽負荷時のスイッチング素子のターンオン損失を低減することができる。

実施例１では、ターンオン損失を低減させるために、コンデンサへの充電の要否を、出力電圧に応じてＣＰＵから出力される信号により切り換える例について説明した。実施例２では、コンデンサへの充電の要否をＣＰＵからの信号ではなく、出力電圧に応じて行う例について説明する。

［ＲＣＣ電源装置の構成］
図３は、実施例２のＲＣＣ電源装置の構成の一例を示す回路図であり、図１で説明した実施例１と同じ機能である箇所には同じ符号を付している。なお、上述した回路動作と同じ動作については、説明を省略する。図３に示す本実施例のＲＣＣ電源装置と、図１に示す実施例１のＲＣＣ電源装置との相違点は、図３では、図１に比べてツェナーダイオード３０１、抵抗３０２、トランジスタ３０３が追加され、フォトカプラ１０３、抵抗１０５が削除されている点である。

図３において、コンデンサ１０２の一端はトランジスタ３０３のコレクタ端子に接続され、他端はトランジスタ３０３のエミッタ端子に接続されている。更に、抵抗１０４の一端は、トランジスタ３０３のコレクタ端子に接続され、他端はダイオード１０１のカソード端子に接続されている。そして、ダイオード１０１のアノード端子は、平滑コンデンサ４０３の低電位側（グランド側）に接続されている。ダイオード１０６のアノード端子はトランジスタ３０３のエミッタ端子に接続され、ダイオード１０６のカソード端子は、トランジスタ３０３のコレクタ端子に接続されている。また、トランジスタ３０３のベース端子は抵抗３０２の一端に接続されている。そして、抵抗３０２の他端は、充電制御手段であるツェナーダイオード３０１のアノード端子に接続され、ツェナーダイオード３０１のカソード端子は平滑コンデンサ４０３の低電位側（グランド側）に接続されている。

［ＲＣＣ電源装置の軽負荷状態での動作］
まず、電源装置の負荷が軽負荷状態であり、出力電圧Ｖｏが低下している状態での本実施例のＲＣＣ電源装置の動作について説明する。トランス４０６が二次側にエネルギーを放出している間は、巻線Ｎｂに、ＦＥＴ４０４のゲート−ソース端子間に逆バイアスとなる、巻線Ｎｓと巻線Ｎｂとの巻線比に比例した電圧が発生している。このとき、ツェナーダイオード３０１のツェナー電圧Ｖｚは、以下の式（３）を満足する電圧に設定されている。

そのため、ツェナーダイオード３０１は非導通状態のままであり、トランジスタ３０３はオフ状態となり、その結果、コンデンサ１０２には実施例１と同様に充電が行われ、コンデンサ１０２の端子間電圧は、実施例１の式（１）と同じ電圧となる。そして、トランス４０６に蓄えられたエネルギーが二次側で放出された後、本実施例のＦＥＴ４０４のゲート端子には、巻線Ｎｂに発生している電圧に、上述したコンデンサ１０２の端子間電圧が重畳された電圧が印加される。その結果、実施例１と同様に出力電圧Ｖｏが低下している状態においても、ＦＥＴ４０４のターンオン損失を十分に低減することができる。

［ＲＣＣ電源装置の通常動作状態での動作］
一方、出力電圧Ｖｏが低下していない通常動作状態においても、トランス４０６が二次側にエネルギーを放出している間、巻線Ｎｂには、ＦＥＴ４０４のゲート−ソース端子間に巻線Ｎｓと巻線Ｎｂとの巻線比に比例した逆バイアスの電圧が発生している。このとき、ツェナーダイオード３０１のツェナー電圧Ｖｚは、以下の式（４）を満足する電圧が設定されている。なお、式（４）中のＶｏｈは、通常動作時における出力電圧Ｖｏを示している。

そのため、出力電圧Ｖｏの出力が低下していない場合については、ツェナーダイオード３０１が導通状態となるため、トランジスタ３０３はオン状態となり、コンデンサ１０２には充電が行われない。その結果、素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止することが可能となる。

以上に述べたように本実施例においては、トランス４０６の一次側において出力電圧Ｖｏが低下したことを検知してコンデンサ１０２への充電の有無を切り換えることが可能である。そのため、実施例１と比較して、フォトカプラなどの高価な絶縁素子を使用する必要が無く、電源装置のコストダウンが可能となる。その他の効果については、実施例１と同様である。

以上説明したように、本実施例によれば、各素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止しつつ、軽負荷時のスイッチング素子のターンオン損失を低減することができる。

実施例１、２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、２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５００は、静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム５１１、感光ドラム５１１を一様に帯電する帯電部５１７（帯電手段）、感光ドラム５１１に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部５１２（現像手段）を備えている。そして、感光ドラム５１１に現像されたトナー像をカセット５１６から供給された記録材としてのシート（不図示）に転写部５１８（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５１４で定着してトレイ５１５に排出する。この感光ドラム５１１、帯電部５１７、現像部５１２、転写部５１８が画像形成部である。また、レーザビームプリンタ５００は、実施例１、２で説明した電源装置５５０を備えている。なお、実施例１、２の電源装置５５０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５１１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５００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コントローラ５２０を備えており、実施例１、２に記載の電源装置５５０は、例えばコントローラ５２０に電力を供給する。また、実施例１、２に記載の電源装置５５０は、感光ドラム５１１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。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、軽負荷時）にある場合に、例えばコントローラ５２０のみに電力を供給する等、負荷を軽くして消費電力を低減させることができる。即ち、本実施例の画像形成装置では、軽負荷時には、実施例１、２で説明した電源装置５５０は間欠発振動作を行う。また、本実施例の画像形成装置は、画像形成動作を行う通常動作状態にある場合に、例えばコントローラ５２０やモータ等の駆動系に電力を供給する。即ち、本実施例の画像形成装置では、通常動作状態時には、実施例１、２で説明した電源装置５５０は連続発振動作を行う。なお、実施例１では、充電制御手段であるフォトカプラ１０３を制御するための制御信号を電源装置５５０のＣＰＵ４１８が出力していたが、例えば画像形成装置であるレーザビームプリンタ５００のコントローラ５２０が出力する形態でもよい。

以上説明したように、本実施例によれば、各素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止しつつ、軽負荷時のスイッチング素子のターンオン損失を低減することができる。

１０２ コンデンサ
１０３ フォトカプラ
４０４ ＦＥＴ
４０６ トランス

Claims (11)

1. 一次巻線、二次巻線及び帰還巻線を有するトランスと、
   前記一次巻線に直列に接続され、制御端子に印加される電圧により前記トランスへの電力の供給をオンオフするスイッチング素子と、
   を備え、
   前記二次巻線から所定の電圧を出力する第一の状態と、前記所定の電圧よりも低い電圧を出力する第二の状態と、で動作することが可能な電源装置であって、
   前記帰還巻線に発生する電圧により充電される充電手段と、
   前記第二の状態の場合には前記充電手段への充電を行うように前記充電手段を制御する充電制御手段と、
   を有し、
   前記第二の状態の場合に、前記充電手段に充電された電圧を前記スイッチング素子の前記制御端子に供給することを特徴とする電源装置。
2. 前記第二の状態の場合に、前記スイッチング素子の制御端子には前記帰還巻線に発生した電圧に前記充電手段に充電された電圧を重畳した電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記充電手段は、整流素子と抵抗とコンデンサとを有し、前記スイッチング素子がオフのときに前記帰還巻線に発生する電圧を、前記整流素子と前記抵抗とを介して前記コンデンサに電荷を充電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. 前記充電制御手段はツェナーダイオードであり、
   前記コンデンサの端子は、一端はトランジスタのコレクタ端子に接続され、他端は前記トランジスタのエミッタ端子に接続され、
   前記トランジスタのベース端子は前記ツェナーダイオードと接続され、
   前記ツェナーダイオードは、前記第一の状態の場合には導通状態であり、前記第二の状態の場合には非導通状態であることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
5. 前記ツェナーダイオードのツェナー電圧は、前記第一の状態で前記スイッチング素子がオンのときに前記帰還巻線に発生する電圧よりも低い電圧であり、前記第二の状態で前記スイッチング素子がオフのときに前記帰還巻線に発生する電圧よりも高い電圧であることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
6. 前記充電制御手段はフォトカプラであり、
   前記コンデンサの端子は、一端は前記フォトカプラのフォトトランジスタのコレクタ端子に接続され、他端は前記フォトトランジスタのエミッタ端子に接続され、
   前記フォトカプラの発光ダイオードは、前記第一の状態の場合には導通状態であり、前記第二の状態の場合には非導通状態であることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
7. 前記フォトカプラの発光ダイオードには、前記第一の状態又は前記第二の状態を示す制御信号が入力されることを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
8. 負荷への電力の供給を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記第一の状態又は前記第二の状態を示す前記制御信号を出力することを特徴とする請求項７に記載の電源装置。
9. 記録材に画像を形成するための画像形成手段と、
   前記画像形成手段に電圧を印加する請求項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。
10. 記録材に画像を形成するための画像形成手段と、
    前記画像形成手段に電圧を印加する請求項１乃至７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。
11. 前記画像形成手段を制御し、記録材に画像を形成させるコントローラを有し、
    前記コントローラは、前記電源装置に前記第一の状態又は前記第二の状態を示す制御信号を出力することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。

Images