JP2016082713A - Power source device and image forming apparatus - Google Patents

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富山 正康
Masayasu Tomiyama
正康 富山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce power consumption with a simple configuration.SOLUTION: A power source device includes: a transformer T401; a bridge diode DA401 that rectifies and smooths an AC voltage; a capacitor C401; a main switching element Q401 that is connected to a primary winding Np of the transformer T401 to control supply and interruption of a current to the primary winding Np; a switching element Q402 that controls a switching operation of the main switching element Q401; a starting resistance R401; a switching element Q602 that carries out connection and disconnection of the starting resistance R401 and main switching element A401; and a Zener diode ZD101 that controls the switching element Q602 on the basis of a voltage generated in a feedback winding.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、省電力化のために複数の動作状態が存在する機器に対して電力供給を行う電源装置及びその電源装置を備えた画像形成装置に関し、特にフライバック方式の電源装置に関する。   The present invention relates to a power supply device that supplies power to a device having a plurality of operation states for power saving, and an image forming apparatus including the power supply device, and more particularly to a flyback power supply device.

一般に不連続モードで動作するフライバック方式のコンバータ等のスイッチング電源装置は、トランスの二次巻線に発生する交番電圧を整流平滑することにより、直流出力電圧を生成する。また、二次側の整流平滑回路の後段には、トランスの直流出力電圧(例えばDC24V)から直流電圧(例えばDC3.3VあるいはDC5V等)を生成する降圧コンバータ回路が配置されている場合がある。スイッチング電源装置は、例えばモータ等のように、トランスの直流出力電圧(例えばDC24V等)を直接利用するユニットだけでなく、機器内に配置された他のユニットにも最適な直流電圧(例えばDC3.3VあるいはDC5V等)を供給する。また、DC3.3VやDC5Vの直流出力電圧については、機器が待機状態を保持するためにある程度の電力が消費される。一方、DC24Vの直流出力電圧については、機器が待機動作中の場合には、モータ等の駆動源は動作していないため電力消費は総じて少ない。   In general, a switching power supply device such as a flyback converter operating in a discontinuous mode generates a DC output voltage by rectifying and smoothing an alternating voltage generated in a secondary winding of a transformer. In some cases, a step-down converter circuit that generates a DC voltage (for example, DC 3.3 V or DC 5 V) from the DC output voltage (for example, DC 24 V) of the transformer may be disposed after the secondary side rectifying and smoothing circuit. The switching power supply device is not only a unit that directly uses a DC output voltage (for example, DC 24V) of a transformer, such as a motor, but also a DC voltage (for example, DC3. 3V or DC5V). Further, with respect to the DC output voltage of DC 3.3V or DC 5V, a certain amount of power is consumed in order for the device to maintain the standby state. On the other hand, regarding the DC output voltage of 24V DC, the power consumption is generally small when the device is in the standby operation because the drive source such as the motor is not operating.

また、降圧コンバータ回路の変換効率を考えると、降圧コンバータ回路に入力されるトランスの直流出力電圧が小さい方が、変換効率は上昇する。そのため、機器待機動作中にはモータ等の駆動源の動作が不要であるため、トランスの直流出力電圧を低下させ、降圧コンバータ回路の変換効率を向上させるといった手法が採用される。しかしながら、直流出力電圧を低下させる手法では、制御回路を複数個配置しなければならず、機器のコストアップにつながる。更に、例えば特許文献1では、特に機器待機動作時にスイッチング電源装置の電力変換効率を向上させる手法として、連続発振開始後に起動抵抗を切り離すことで、起動抵抗による損失を低減する回路構成が提案されている。   In consideration of the conversion efficiency of the step-down converter circuit, the conversion efficiency increases as the DC output voltage of the transformer input to the step-down converter circuit is smaller. Therefore, since the operation of a drive source such as a motor is not necessary during the device standby operation, a technique is adopted in which the DC output voltage of the transformer is reduced and the conversion efficiency of the step-down converter circuit is improved. However, in the method of reducing the DC output voltage, a plurality of control circuits must be arranged, leading to an increase in the cost of the device. Further, for example, Patent Document 1 proposes a circuit configuration that reduces the loss due to the starting resistance by separating the starting resistance after the start of continuous oscillation, as a technique for improving the power conversion efficiency of the switching power supply device, particularly during the device standby operation. Yes.

図5は、従来方式のスイッチング電源装置の例として、不連続モードで動作する従来のフライバック方式のコンバータである、リンギングチョークコンバータの回路構成を示す回路図である。図6は、図5の回路の各部動作波形を示す図である。なお、図5、図6の詳細については、後述する。図5のリンギングチョークコンバータでは、帰還巻線Nbからの電圧により主スイッチング素子Q401が連続発振を開始した後は、起動抵抗R401から抵抗R402に流れる電流はすべて無効電流となり、スイッチング電源装置の効率を低下させる要因となる。そこで、これを回避する方法として、主スイッチング素子Q401が連続発振を開始した後に、起動抵抗R401を入力電圧Vinから切り離す手法が提案されている。図7は、この手法により構成された回路を図5のスイッチング電源装置に追加した回路図であり、図7のスイッチング電源装置では、主スイッチング素子Q401が連続発振開始後に、起動抵抗R401による無効電流を削減することが可能となる。なお、図7の回路の詳細については、後述する。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a ringing choke converter, which is a conventional flyback converter that operates in a discontinuous mode, as an example of a conventional switching power supply apparatus. FIG. 6 is a diagram showing an operation waveform of each part of the circuit of FIG. Details of FIGS. 5 and 6 will be described later. In the ringing choke converter of FIG. 5, after the main switching element Q401 starts continuous oscillation due to the voltage from the feedback winding Nb, all the current flowing from the starting resistor R401 to the resistor R402 becomes a reactive current, which increases the efficiency of the switching power supply device. It becomes a factor to reduce. Therefore, as a method for avoiding this, a method of separating the starting resistor R401 from the input voltage Vin after the main switching element Q401 starts continuous oscillation has been proposed. FIG. 7 is a circuit diagram in which a circuit configured by this method is added to the switching power supply apparatus of FIG. 5. In the switching power supply apparatus of FIG. 7, after the main switching element Q401 starts continuous oscillation, the reactive current by the starting resistor R401 is obtained. Can be reduced. Details of the circuit of FIG. 7 will be described later.

特許第3798289号公報Japanese Patent No. 3798289

しかしながら、起動抵抗を切り離す構成のスイッチング電源装置では、次のような課題がある。即ち、図7に示すスイッチング電源装置の回路では、フォトカプラIC601等の高価な素子や周辺回路を追加して、起動抵抗R401を流れる電流を制御するスイッチング素子Q601の導通、非導通制御を行っている。そのため、回路構成にコストがかかるという課題がある。   However, the switching power supply device configured to disconnect the starting resistor has the following problems. That is, in the circuit of the switching power supply device shown in FIG. 7, an expensive element such as a photocoupler IC 601 or a peripheral circuit is added to perform conduction / non-conduction control of the switching element Q601 that controls the current flowing through the starting resistor R401. Yes. Therefore, there is a problem that the circuit configuration is expensive.

本発明はこのような状況のもとでなされたもので、簡易な構成で、消費電力の削減を行うことを目的とする。   The present invention has been made under such circumstances, and an object thereof is to reduce power consumption with a simple configuration.

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。   In order to solve the above-described problems, the present invention has the following configuration.

(1)一次巻線、二次巻線及び帰還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スイッチング動作を制御する制御手段と、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、前記起動抵抗と前記スイッチング素子との接続及び切断を行うスイッチ手段と、前記帰還巻線に発生する電圧に基づいて前記スイッチ手段を制御する第一のフィードバック手段と、を備えることを特徴とする電源装置。   (1) a transformer having a primary winding, a secondary winding, and a feedback winding; and a first rectifying and smoothing unit that rectifies and smoothes an AC voltage to generate a DC voltage and supplies the DC voltage to the primary winding of the transformer; A switching element connected to the primary winding of the transformer and controlling supply and interruption of current to the primary winding, control means for controlling a switching operation of the switching element, and starting oscillation of the switching element A starting resistance for switching, a switching means for connecting and disconnecting the starting resistance and the switching element, and a first feedback means for controlling the switching means based on a voltage generated in the feedback winding, A power supply device comprising:

(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。   (2) An image forming apparatus comprising: an image forming unit that forms an image on a recording material; and the power supply device according to (1).

本発明によれば、簡易な構成で、消費電力の削減を行うことができる。   According to the present invention, power consumption can be reduced with a simple configuration.

実施例1のスイッチング電源装置の構成を示す回路図1 is a circuit diagram illustrating a configuration of a switching power supply device according to a first embodiment. 実施例1のスイッチング電源装置の各部動作波形を示す図The figure which shows the operation | movement waveform of each part of the switching power supply device of Example 1. 実施例2のスイッチング電源装置の構成を示す回路図The circuit diagram which shows the structure of the switching power supply apparatus of Example 2. 実施例4の画像形成装置の模式図Schematic diagram of the image forming apparatus of Example 4 従来例のスイッチング電源装置の構成を示す回路図Circuit diagram showing configuration of conventional switching power supply device 従来例のスイッチング電源装置の各部動作波形を示す図The figure which shows the operation waveform of each part of the switching power supply device of a prior art example 従来例のスイッチング電源装置の構成を示す回路図Circuit diagram showing configuration of conventional switching power supply device

まず、後述する実施例のスイッチング電源装置との比較のために、不連続モードで動作する従来のフライバック方式のコンバータの構成及び動作について説明する。   First, the configuration and operation of a conventional flyback converter that operates in a discontinuous mode will be described for comparison with a switching power supply device of an embodiment to be described later.

[スイッチング電源装置の基本動作及び課題となる動作]
(リンギングチョークコンバータの構成)
不連続モードで動作するフライバック方式のスイッチング電源装置として、図5に示すリンギングチョークコンバータ(以下、単にRCCという)を例に説明する。絶縁トランスT401(以下、トランスT401ともいう)は、入力側の一次巻線Npと出力側の二次巻線Ns、及び一次側の帰還巻線Nbから構成されている。帰還巻線Nbは、主スイッチング素子Q401の制御端子の導通、非導通制御を行うスイッチング素子Q402の駆動用巻線である。入力電圧Vinは、交流電圧源ACからの交流入力電圧がブリッジダイオードDA401で整流され、アルミ電解コンデンサC401(以下、コンデンサC401という)により平滑された直流電圧であり、コンデンサC401の端子間電圧でもある。入力電圧Vinの(+)側(以下、コンデンサC401の正端子である(+)側を指す)は一次巻線Npの一端に、入力電圧の(−)側(以下、コンデンサC401の負端子である(−)側を指す)は主スイッチング素子Q401の電流流出端子に接続されている。入力電圧Vinは、一次巻線Npの一端と主スイッチング素子Q401の電流流出端子の間に印加される。
[Basic operation and problem of switching power supply]
(Configuration of ringing choke converter)
A ringing choke converter (hereinafter simply referred to as RCC) shown in FIG. 5 will be described as an example of a flyback switching power supply device that operates in a discontinuous mode. The insulating transformer T401 (hereinafter also referred to as a transformer T401) includes an input-side primary winding Np, an output-side secondary winding Ns, and a primary-side feedback winding Nb. The feedback winding Nb is a drive winding for the switching element Q402 that controls conduction and non-conduction of the control terminal of the main switching element Q401. The input voltage Vin is a DC voltage obtained by rectifying an AC input voltage from the AC voltage source AC by a bridge diode DA401 and smoothing it by an aluminum electrolytic capacitor C401 (hereinafter referred to as a capacitor C401), and is also a voltage between terminals of the capacitor C401. . The (+) side of the input voltage Vin (hereinafter referred to as the (+) side that is the positive terminal of the capacitor C401) is connected to one end of the primary winding Np on the (−) side of the input voltage (hereinafter referred to as the negative terminal of the capacitor C401). (Pointing to the (−) side) is connected to the current outflow terminal of the main switching element Q401. The input voltage Vin is applied between one end of the primary winding Np and the current outflow terminal of the main switching element Q401.

また、帰還巻線Nbは、一次巻線Npとは同極に、二次巻線Nsとは異極に接続されている。入力電圧Vinの(+)側と主スイッチング素子Q401の制御端子の間には、起動抵抗R401が接続されている。また、主スイッチング素子Q401の制御端子と入力電圧Vinの(−)側との間には、抵抗R402が接続されている。そして、入力電圧Vinを起動抵抗R401と抵抗R402とにより分圧することにより、主スイッチング素子Q401が導通するのに充分な電圧が発生する。主スイッチング素子Q401の制御端子と帰還巻線Nbの一次巻線Npと同極側の端子との間には、コンデンサC402と抵抗R403、R404が接続されている。抵抗R404の両端には、帰還巻線Nb側をカソード端子側にしたダイオードD401が接続されており、主スイッチング素子Q401のターンオン、ターンオフのスピードを調整している。   The feedback winding Nb is connected to the same polarity as the primary winding Np and to a different polarity from the secondary winding Ns. A starting resistor R401 is connected between the (+) side of the input voltage Vin and the control terminal of the main switching element Q401. A resistor R402 is connected between the control terminal of the main switching element Q401 and the (−) side of the input voltage Vin. Then, by dividing the input voltage Vin by the starting resistor R401 and the resistor R402, a voltage sufficient for the main switching element Q401 to conduct is generated. A capacitor C402 and resistors R403 and R404 are connected between the control terminal of the main switching element Q401 and the terminal on the same polarity side as the primary winding Np of the feedback winding Nb. A diode D401 whose feedback winding Nb side is the cathode terminal side is connected to both ends of the resistor R404, and the turn-on and turn-off speeds of the main switching element Q401 are adjusted.

制御手段であるスイッチング素子Q402は、一次巻線Npへの電流の供給および遮断を制御する主スイッチング素子Q401の導通、非導通を制御するために設けられている。スイッチング素子Q402の電流流入端子は、主スイッチング素子Q401の制御端子に、電流流出端子は、入力電圧Vinの(−)側に接続されている。また、スイッチング素子Q402の制御端子と電流流出端子との間には、コンデンサC403が接続されている。帰還巻線Nbの一次巻線Npと同極側の端子とスイッチング素子Q402の制御端子との間には、抵抗R405が接続され、抵抗R405とコンデンサC403とにより時定数回路を構成している。   The switching element Q402 as control means is provided for controlling the conduction and non-conduction of the main switching element Q401 that controls the supply and interruption of the current to the primary winding Np. The current inflow terminal of the switching element Q402 is connected to the control terminal of the main switching element Q401, and the current outflow terminal is connected to the (−) side of the input voltage Vin. Further, a capacitor C403 is connected between the control terminal of the switching element Q402 and the current outflow terminal. A resistor R405 is connected between the terminal on the same polarity side as the primary winding Np of the feedback winding Nb and the control terminal of the switching element Q402, and the resistor R405 and the capacitor C403 constitute a time constant circuit.

フォトカプラIC401のフォトトランジスタの電流流入端子と、主スイッチング素子Q401の制御端子との間には、抵抗R406が接続され、フォトカプラIC401に流れる電流を制限している。フォトカプラIC401のフォトトランジスタの電流流出端子は、スイッチング素子Q402の制御端子に接続されている。絶縁トランスT401の二次巻線Nsの一次巻線Npとの異極側には、整流用のダイオードD402のアノード端子が接続されている。ダイオードD402のカソード端子側と二次巻線Nsの一次巻線Npと同極側との間には、電解コンデンサC404が接続され、ダイオードD402にて整流された交番電圧を平滑している。   A resistor R406 is connected between the current inflow terminal of the phototransistor of the photocoupler IC401 and the control terminal of the main switching element Q401 to limit the current flowing through the photocoupler IC401. The current outflow terminal of the phototransistor of the photocoupler IC 401 is connected to the control terminal of the switching element Q402. An anode terminal of a rectifying diode D402 is connected to a side opposite to the primary winding Np of the secondary winding Ns of the insulating transformer T401. An electrolytic capacitor C404 is connected between the cathode terminal side of the diode D402 and the primary winding Np and the same polarity side of the secondary winding Ns to smooth the alternating voltage rectified by the diode D402.

直流出力電圧Vout(以下、出力電圧Voutともいう)は、抵抗R407、R408によって分圧され、分圧された電圧は、オペアンプIC402の検出端子(+端子)に入力される。オペアンプIC402は、検出端子に入力された分圧電圧を反転入力端子(−端子)に入力された基準電圧と比較する。そして、オペアンプIC402は、比較した結果に基づいて、検知信号である出力端子の電圧を変化させ、抵抗R409を介してフォトカプラIC401の発光ダイオードに流れる電流を制御している。抵抗R410とコンデンサC405は、オペアンプIC402の非反転入力端子(検出端子でもある)と出力端子との間に接続され、位相補償を行うことで、制御時の発振を防止するため付加されている。   The DC output voltage Vout (hereinafter also referred to as output voltage Vout) is divided by resistors R407 and R408, and the divided voltage is input to the detection terminal (+ terminal) of the operational amplifier IC402. The operational amplifier IC 402 compares the divided voltage input to the detection terminal with the reference voltage input to the inverting input terminal (− terminal). The operational amplifier IC 402 changes the voltage of the output terminal, which is a detection signal, based on the comparison result, and controls the current flowing through the light-emitting diode of the photocoupler IC 401 via the resistor R409. The resistor R410 and the capacitor C405 are connected between the non-inverting input terminal (also a detection terminal) of the operational amplifier IC402 and the output terminal, and are added to prevent oscillation during control by performing phase compensation.

(リンギングチョークコンバータの動作)
主スイッチング素子Q401は、起動抵抗R401と抵抗R402により分圧された電圧が制御端子に印加されると、導通状態となる。主スイッチング素子Q401が導通状態になると、一次巻線Npに入力電圧Vinが印加され、帰還巻線Nbには一次巻線Npと同極側を正とする電圧が誘起される。このとき、二次巻線Nsにも電圧が誘起されるが、誘起される電圧はダイオードD402のアノード端子側を負とする電圧であるため、二次側には電圧は伝達されない。
(Operation of ringing choke converter)
The main switching element Q401 becomes conductive when a voltage divided by the starting resistor R401 and the resistor R402 is applied to the control terminal. When the main switching element Q401 becomes conductive, the input voltage Vin is applied to the primary winding Np, and a voltage having a positive polarity on the same polarity side as the primary winding Np is induced in the feedback winding Nb. At this time, a voltage is also induced in the secondary winding Ns. However, since the induced voltage is a voltage with the anode terminal side of the diode D402 being negative, the voltage is not transmitted to the secondary side.

このとき、励磁電流I1pは時間に比例し、主スイッチング素子Q401の導通時間tonが経過した後には、以下の式(1)に従った励磁電流I1pとなる。ここで、Lpは絶縁トランスT401の一次インダクタンスである。

Figure 2016082713
At this time, the excitation current I1p is proportional to time, and after the conduction time ton of the main switching element Q401 has elapsed, it becomes the excitation current I1p according to the following equation (1). Here, Lp is a primary inductance of the insulating transformer T401.
Figure 2016082713

一次巻線Npを流れる電流は、絶縁トランスT401の励磁電流I1pだけであり、絶縁トランスT401には励磁電流I1pの2乗に比例したエネルギーが蓄積される。絶縁トランスT401には、以下に示す式(2)に従って、エネルギーPinが蓄積される。ここで、fは、RCCの発振周波数(Hz)であり、具体的には、主スイッチング素子Q401をオン、オフするスイッチング動作の周波数である。

Figure 2016082713
The current flowing through the primary winding Np is only the exciting current I1p of the insulating transformer T401, and energy proportional to the square of the exciting current I1p is stored in the insulating transformer T401. In the insulation transformer T401, energy Pin is stored according to the following equation (2). Here, f is the oscillation frequency (Hz) of the RCC, specifically, the frequency of the switching operation for turning on and off the main switching element Q401.
Figure 2016082713

その後、抵抗R405及びコンデンサC403により構成される時定数回路のコンデンサC403には、帰還巻線Nbから電荷が充電される。そして、コンデンサC403の両端の電圧がスイッチング素子Q402をオンする閾値より高くなると、スイッチング素子Q402が導通状態となる。そして、スイッチング素子Q402が導通状態となったことにより、主スイッチング素子Q401の制御端子の電圧が低下して、主スイッチング素子Q401は非導通状態となる。   Thereafter, the capacitor C403 of the time constant circuit constituted by the resistor R405 and the capacitor C403 is charged with electric charge from the feedback winding Nb. When the voltage across the capacitor C403 becomes higher than the threshold value for turning on the switching element Q402, the switching element Q402 becomes conductive. Since switching element Q402 becomes conductive, the voltage at the control terminal of main switching element Q401 decreases, and main switching element Q401 becomes nonconductive.

このとき、絶縁トランスT401の各巻線には起動時とは逆極性の電圧が発生し、二次巻線NsにはダイオードD402のアノード端子側を正とする電圧が発生するため、絶縁トランスT401に蓄積されたエネルギーが整流平滑され、二次側に伝達される。そして、上述した式(2)に従って、絶縁トランスT401に蓄えられているエネルギーが二次側にすべて伝達されると、主スイッチング素子Q401は再び導通状態となる。これは、二次側にエネルギーの伝達が終わると、バックスイングによりCカップリング(容量性結合)しているコンデンサC402から、再び主スイッチング素子Q401の制御端子が正方向に電圧を印加されるためである。   At this time, a voltage having a polarity opposite to that at the time of start-up is generated in each winding of the insulating transformer T401, and a voltage having a positive polarity on the anode terminal side of the diode D402 is generated in the secondary winding Ns. The stored energy is rectified and smoothed and transmitted to the secondary side. Then, according to the above-described equation (2), when all of the energy stored in the insulating transformer T401 is transmitted to the secondary side, the main switching element Q401 becomes conductive again. This is because when the transmission of energy to the secondary side ends, the control terminal of the main switching element Q401 is again applied with a voltage in the positive direction from the capacitor C402 that is C-coupled (capacitively coupled) by backswing. It is.

フォトカプラIC401のフォトトランジスタを流れる電流は、出力電圧Voutが高いときに多く流れるので、出力電圧Voutが高いときにはコンデンサC403に電流が多く供給され、コンデンサC403の充電時間が短くなる。コンデンサC403の充電時間が短くなることにより、スイッチング素子Q402の非導通状態から導通状態までの時間が短くなる、即ち、このことは、主スイッチング素子Q401の導通状態の時間である導通時間tonが短くなることを示している。そして、主スイッチング素子Q401の導通時間tonが短くなることによって、絶縁トランスT401に蓄積されるエネルギーが減少し、出力電圧Voutが下がる。一方、出力電圧Voutが低い場合には、逆の動作となる。このような動作を行うことで、RCCは、出力電圧Voutが所定電圧となるように定電圧動作を行っている。以上がリンギングチョークコンバータ(RCC)における基本的な動作になる。   Since a large amount of current flows through the phototransistor of the photocoupler IC 401 when the output voltage Vout is high, a large amount of current is supplied to the capacitor C403 when the output voltage Vout is high, and the charging time of the capacitor C403 is shortened. By shortening the charging time of the capacitor C403, the time from the non-conducting state of the switching element Q402 to the conducting state is shortened. In other words, this means that the conducting time ton, which is the time of the conducting state of the main switching element Q401, is short. It shows that it becomes. As the conduction time ton of the main switching element Q401 is shortened, the energy stored in the insulating transformer T401 is reduced, and the output voltage Vout is lowered. On the other hand, when the output voltage Vout is low, the operation is reversed. By performing such an operation, the RCC performs a constant voltage operation so that the output voltage Vout becomes a predetermined voltage. The above is the basic operation in the ringing choke converter (RCC).

(過電圧保護回路)
また、図5のオペアンプIC403は、ツェナーダイオードZD401から抵抗R411を介して検出した非反転入力端子(+端子)の入力電圧を、反転入力端子(−端子)に入力される基準電圧と比較する。そして、オペアンプIC403は、基準電圧との比較結果に応じて、抵抗R412を介してフォトカプラIC401の発光ダイオード(LED)に流れる電流を制御している。従って、オペアンプIC403は、非反転入力端子の入力電圧である出力電圧Voutの過電圧を検知すると、出力端子の電圧を上げる。これにより、フォトカプラIC401の発光ダイオードに流れる電流が上昇し、同様にフォトトランジスタに流れる電流も上昇する。その結果、コンデンサC403が急速に充電されることにより、スイッチング素子Q402が非導通状態から導通状態となり、主スイッチング素子Q401は非導通状態となる。これにより、出力電圧Voutが異常な電圧になることが防止され、オペアンプIC403は過電圧保護動作を行う目的で配置されている。なお、ツェナーダイオードZD401のツェナー電圧が、過電圧として検知される電圧となる。
(Overvoltage protection circuit)
Further, the operational amplifier IC403 in FIG. 5 compares the input voltage of the non-inverting input terminal (+ terminal) detected from the Zener diode ZD401 via the resistor R411 with the reference voltage input to the inverting input terminal (−terminal). The operational amplifier IC403 controls the current flowing through the light emitting diode (LED) of the photocoupler IC401 via the resistor R412 according to the comparison result with the reference voltage. Therefore, when the operational amplifier IC403 detects an overvoltage of the output voltage Vout that is an input voltage of the non-inverting input terminal, the operational amplifier IC403 increases the voltage of the output terminal. As a result, the current flowing through the light emitting diode of the photocoupler IC 401 increases, and the current flowing through the phototransistor also increases. As a result, the capacitor C403 is rapidly charged, so that the switching element Q402 is changed from the non-conductive state to the conductive state, and the main switching element Q401 is changed to the non-conductive state. This prevents the output voltage Vout from becoming an abnormal voltage, and the operational amplifier IC403 is arranged for the purpose of performing an overvoltage protection operation. Note that the Zener voltage of the Zener diode ZD401 is a voltage detected as an overvoltage.

(リンギングチョークコンバータの動作波形)
図6は、図5のRCCの各部における波形を示したものである。図6(a)は、主スイッチング素子Q401の電流流入端子、電流流出端子間の電圧(ドレイン−ソース間電圧)Vdsの波形、図6(b)は、主スイッチング素子Q401に流れる電流Ipの波形を示している。更に、図6(c)には、整流用のダイオードD402に流れる電流Isの波形を示している。また、図6(a)には、ドレイン−ソース間電圧Vdsの最大値(Vds(max))(破線)、主スイッチング素子Q401の非導通時間であるオフ時間toff、導通時間であるオン時間ton及び発振周期T(=1/f)も示している。なお、発振周波数fは、1/(ton+toff)により算出される。また、図6(b)には、電流Ipのピークの電流Ip(max)(破線)も示している。なお、図6の各図の横軸は、時間(t)を示す。
(Operating waveform of ringing choke converter)
FIG. 6 shows waveforms at various parts of the RCC of FIG. 6A shows the waveform of the voltage (drain-source voltage) Vds between the current inflow terminal and the current outflow terminal of the main switching element Q401, and FIG. 6B shows the waveform of the current Ip flowing through the main switching element Q401. Is shown. FIG. 6C shows the waveform of the current Is flowing through the rectifying diode D402. FIG. 6A shows the maximum value (Vds (max)) (broken line) of the drain-source voltage Vds, the off time toff that is the non-conduction time of the main switching element Q401, and the on time ton that is the conduction time. The oscillation period T (= 1 / f) is also shown. The oscillation frequency f is calculated by 1 / (ton + toff). FIG. 6B also shows a peak current Ip (max) (broken line) of the current Ip. In addition, the horizontal axis of each figure of FIG. 6 shows time (t).

[起動抵抗切り替え回路]
図5で述べたリンギングチョークコンバータ(RCC)では、帰還巻線Nbに誘起された電圧が主スイッチング素子Q401の制御端子に印加される。これにより、主スイッチング素子Q401が連続発振を開始した後は、起動抵抗R401から抵抗R402に流れる電流はすべて無効電流となり、スイッチング電源装置の効率を低下させる要因となる。これを回避する方法として、主スイッチング素子Q401が連続発振を開始した後に、起動抵抗R401を入力電圧Vinから切り離す手法が提案されている。図7は、このための回路である起動抵抗切り替え回路を備えたスイッチング電源装置の回路図である。以下では、図7を参照して、起動抵抗R401を切り離す回路構成及び動作について説明する。なお、図7では、図5の回路と同様の回路については図5と同じ符号を付し、説明は省略する。
[Starting resistance switching circuit]
In the ringing choke converter (RCC) described in FIG. 5, the voltage induced in the feedback winding Nb is applied to the control terminal of the main switching element Q401. As a result, after the main switching element Q401 starts continuous oscillation, all of the current flowing from the starting resistor R401 to the resistor R402 becomes a reactive current, which causes a reduction in the efficiency of the switching power supply device. As a method for avoiding this, there has been proposed a method of separating the starting resistor R401 from the input voltage Vin after the main switching element Q401 starts continuous oscillation. FIG. 7 is a circuit diagram of a switching power supply device including a starting resistance switching circuit which is a circuit for this purpose. Hereinafter, a circuit configuration and operation for disconnecting the starting resistor R401 will be described with reference to FIG. In FIG. 7, circuits similar to those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 5, and description thereof is omitted.

(起動抵抗切り替え回路の構成)
まず、スイッチ手段である起動抵抗切り替え回路の回路構成について説明する。図7において、npn型のトランジスタで構成されるスイッチング素子Q601(第一のトランジスタ)の電流流入端子は起動抵抗R401の一端に接続され、電流流出端子は抵抗R402の一端に接続されている。スイッチング素子Q601の制御端子は、抵抗R601を介して入力電圧Vinの(+)側(コンデンサC401の(+)側)に接続されている。なお、抵抗R601の抵抗値は、起動抵抗R401の抵抗値よりも大きいものとする。スイッチング素子Q601の制御端子には、スイッチング素子Q602の電流流入端子が接続され、スイッチング素子Q602の電流流出端子は抵抗R402の一端に接続されている。また、pnp型のトランジスタで構成されるスイッチング素子Q602(第二のトランジスタ)の電流流入端子と制御端子との間には、抵抗R602が接続されている。スイッチング素子Q602の制御端子は、フォトカプラIC601のフォトトランジスタの電流流入端子に接続され、フォトカプラIC601のフォトトランジスタの電流流出端子は入力電圧Vinの(−)側(コンデンサC401の(−)側)に接続されている。フォトカプラIC601の発光ダイオードのアノード端子は、抵抗R603を介して出力電圧Voutの高電位側に接続され、発光ダイオードのカソード端子は、スイッチング素子Q603の電流流入端子に接続されている。スイッチング素子Q603の電流流出端子は出力電圧Voutの低電位側(グランド側)に接続され、スイッチング素子Q603の制御端子と出力電圧Voutの低電位側との間には電位確定用の抵抗R604が接続されている。また、スイッチング素子Q603の制御端子は、抵抗R605を介して、例えば本電源装置を備えた機器の不図示の制御部(以下、機器制御部という)に接続され、機器制御部からの出力信号に応じて、スイッチング素子Q603は制御される。
(Configuration of starting resistor switching circuit)
First, the circuit configuration of the starting resistance switching circuit which is a switch means will be described. In FIG. 7, a current inflow terminal of a switching element Q601 (first transistor) composed of an npn type transistor is connected to one end of a starting resistor R401, and a current outflow terminal is connected to one end of a resistor R402. The control terminal of the switching element Q601 is connected to the (+) side of the input voltage Vin (the (+) side of the capacitor C401) via the resistor R601. It is assumed that the resistance value of the resistor R601 is larger than the resistance value of the starting resistor R401. The current inflow terminal of the switching element Q602 is connected to the control terminal of the switching element Q601, and the current outflow terminal of the switching element Q602 is connected to one end of the resistor R402. A resistor R602 is connected between the current inflow terminal and the control terminal of the switching element Q602 (second transistor) formed of a pnp transistor. The control terminal of the switching element Q602 is connected to the current inflow terminal of the phototransistor of the photocoupler IC601, and the current outflow terminal of the phototransistor of the photocoupler IC601 is the (−) side of the input voltage Vin (the (−) side of the capacitor C401). It is connected to the. The anode terminal of the light emitting diode of the photocoupler IC 601 is connected to the high potential side of the output voltage Vout via the resistor R603, and the cathode terminal of the light emitting diode is connected to the current inflow terminal of the switching element Q603. The current outflow terminal of the switching element Q603 is connected to the low potential side (ground side) of the output voltage Vout, and a potential determining resistor R604 is connected between the control terminal of the switching element Q603 and the low potential side of the output voltage Vout. Has been. The control terminal of the switching element Q603 is connected to, for example, a control unit (not shown) of a device including the power supply device via a resistor R605, and an output signal from the device control unit is used as an output signal from the device control unit. Accordingly, switching element Q603 is controlled.

(起動抵抗切り替え回路の動作)
次に、起動抵抗切り替え回路の動作について説明する。機器制御部は、出力信号のレベルを変更することによって、スイッチング素子Q603を導通状態又は非導通状態に設定することが可能となる。例えば、リンギングチョークコンバータ(RCC)が起動され、帰還巻線Nbに誘起された電圧により連続発振に達した場合には、機器制御部は、出力信号をハイレベルにする。その結果、スイッチング素子Q603は導通状態となり、フォトカプラIC601の発光ダイオードに順方向電流が流れて、スイッチング素子Q602は導通状態となる。これにより、スイッチング素子Q601は非導通状態となって起動抵抗R401には電流が流れなくなり、起動抵抗R401が主スイッチング素子Q401の制御端子とは接続されていない(切断)状態となる。その結果、起動抵抗R401による無効電流を削減することが可能となる。
(Operation of starting resistor switching circuit)
Next, the operation of the starting resistance switching circuit will be described. The device control unit can set the switching element Q603 to the conductive state or the non-conductive state by changing the level of the output signal. For example, when the ringing choke converter (RCC) is activated and continuous oscillation is reached by the voltage induced in the feedback winding Nb, the device control unit sets the output signal to a high level. As a result, the switching element Q603 is turned on, a forward current flows through the light emitting diode of the photocoupler IC 601, and the switching element Q602 is turned on. As a result, the switching element Q601 becomes non-conductive and no current flows through the starting resistor R401, and the starting resistor R401 is not connected to the control terminal of the main switching element Q401 (disconnected). As a result, the reactive current due to the starting resistor R401 can be reduced.

また、主スイッチング素子Q401の制御端子には、抵抗R601を介して電流が流れる。例えば、抵抗R601の抵抗値が起動抵抗R401の2倍だとすると、抵抗R601での消費電力は、起動抵抗R401での消費電力の半分となり、消費電力を削減することができる。しかしながら、この回路では、フォトカプラIC601等の高価な素子を用いてスイッチング素子Q601の導通、非導通制御を行っており、回路を構成する部品にコストがかかるという課題がある。   In addition, a current flows through the resistance R601 to the control terminal of the main switching element Q401. For example, if the resistance value of the resistor R601 is twice that of the starting resistor R401, the power consumption of the resistor R601 is half that of the starting resistor R401, and the power consumption can be reduced. However, in this circuit, conduction and non-conduction control of the switching element Q601 is performed using an expensive element such as the photocoupler IC 601, and there is a problem that the cost of components constituting the circuit is high.

[電源装置の回路構成と動作]
図1は、実施例1のスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。本実施例と上述した従来例との違いは、本実施例の図1では、帰還巻線Nbに、ダイオードD101、コンデンサC101、抵抗R101で構成される負電圧検出回路が設けられている点である。また、図1において、第一のフィードバック手段である負電圧検出回路は、定電圧ダイオードであるツェナーダイオードZD101を介して、前述した起動抵抗切り替え回路を構成するスイッチング素子Q601の制御端子に接続されている。更に、図1では、従来例の図5、図7において、トランスT401の二次側に設けられていた、出力電圧Voutを直接検出してトランスT401の一次側にフィードバックを行うフィードバック回路(第二のフィードバック手段)が削除されている。以下、図1の回路構成と動作について説明する。なお、図1では、前述した図5、図7の回路と同様の回路には同じ符号を付し、説明を省略する。
[Circuit configuration and operation of power supply unit]
1 is a circuit diagram illustrating a configuration of a switching power supply device according to a first embodiment. The difference between this embodiment and the above-described conventional example is that in FIG. 1 of this embodiment, a negative voltage detection circuit including a diode D101, a capacitor C101, and a resistor R101 is provided in the feedback winding Nb. is there. Further, in FIG. 1, the negative voltage detection circuit as the first feedback means is connected to the control terminal of the switching element Q601 constituting the starting resistance switching circuit described above via the Zener diode ZD101 which is a constant voltage diode. Yes. Further, in FIG. 1, a feedback circuit (second circuit) that is provided on the secondary side of the transformer T401 and directly detects the output voltage Vout and feeds back to the primary side of the transformer T401 in FIGS. Feedback means) has been removed. Hereinafter, the circuit configuration and operation of FIG. 1 will be described. In FIG. 1, the same circuits as those in FIGS. 5 and 7 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

(回路構成)
図1において、帰還巻線Nbの一次巻線Npと同極の端子には、ダイオードD101のカソード端子が接続されている。ダイオードD101のアノード端子は、直列に接続されたコンデンサC101を介して、帰還巻線Nbの一次巻線Npと異極の端子に接続されている。コンデンサC101の両端には抵抗R101が接続され、コンデンサC101に蓄積された電荷を放電し、帰還巻線Nbからの充電電荷とのバランスをとることで、コンデンサC101の両端に発生する電位の安定化を図っている。ダイオードD101のアノード端子は、ツェナーダイオードZD101のアノード端子と接続され、ツェナーダイオードZD101のカソード端子は、スイッチング素子Q602の制御端子に接続されている。ダイオードD101のアノード端子側に生じる帰還巻線Nbの電圧Vbは、ダイオードD101の整流作用により、入力電圧Vinの(−)側の電位を基準にすると、以下に示す式(3)に従って、相対的に電位が下がることになる。ここで、式(3)中のVoutはトランスT401の二次側の出力電圧、Nbは帰還巻線Nbの巻線数、Nsは二次巻線Nsの巻線数を示す。

Figure 2016082713
(Circuit configuration)
In FIG. 1, a cathode terminal of a diode D101 is connected to a terminal having the same polarity as the primary winding Np of the feedback winding Nb. The anode terminal of the diode D101 is connected to a terminal having a polarity different from that of the primary winding Np of the feedback winding Nb via a capacitor C101 connected in series. A resistor R101 is connected to both ends of the capacitor C101. The electric charge accumulated in the capacitor C101 is discharged, and the potential generated at both ends of the capacitor C101 is stabilized by balancing with the charge charged from the feedback winding Nb. I am trying. The anode terminal of the diode D101 is connected to the anode terminal of the Zener diode ZD101, and the cathode terminal of the Zener diode ZD101 is connected to the control terminal of the switching element Q602. The voltage Vb of the feedback winding Nb generated on the anode terminal side of the diode D101 is relative to the potential on the (−) side of the input voltage Vin due to the rectifying action of the diode D101 according to the following equation (3). The electric potential will drop to Here, Vout in Equation (3) is the output voltage on the secondary side of the transformer T401, Nb is the number of turns of the feedback winding Nb, and Ns is the number of turns of the secondary winding Ns.
Figure 2016082713

式(3)より、帰還巻線NbのダイオードD101のアノード端子に発生する電圧Vbは、出力電圧Voutと、帰還巻線Nbの巻線数であるNbと、二次巻線Nsの巻線数であるNsと、により決定される。本実施例の図1のスイッチング電源装置は、この帰還巻線Nbに発生する電圧Vbを用いて、出力電圧Voutの制御を行うところに特徴がある。   From equation (3), the voltage Vb generated at the anode terminal of the diode D101 of the feedback winding Nb is the output voltage Vout, the number Nb of the feedback winding Nb, and the number of the secondary winding Ns. And Ns. The switching power supply device of FIG. 1 of the present embodiment is characterized in that the output voltage Vout is controlled using the voltage Vb generated in the feedback winding Nb.

(回路動作)
起動抵抗R401に接続されたスイッチング素子Q601は、入力電圧Vinが印加されると、抵抗R601を介してスイッチング素子Q601の制御端子に電流が供給され、スイッチング素子Q601は導通状態となる。スイッチング素子Q601が導通状態になると、入力電圧Vinを起動抵抗R401と抵抗R402とにより分圧した電圧が主スイッチング素子Q401の制御端子に印加される。その結果、主スイッチング素子Q401が導通状態になると、トランスT401の一次巻線Npに入力電圧Vinが印加される。主スイッチング素子Q401の導通時間は、スイッチング素子Q402が導通状態になるまでの時間によって制御される。スイッチング素子Q402が導通状態になるまでの時間は、抵抗R405、コンデンサC403で構成される時定数回路により決定される。そして、時定数回路により決定された時間に達すると、スイッチング素子Q402は導通状態となり、逆に、主スイッチング素子Q401は非導通状態に遷移する。主スイッチング素子Q401が非導通状態になると、トランスT401に蓄積されたエネルギーによって二次巻線Nsに発生する電圧により、ダイオードD402が導通状態となり、電解コンデンサC404が充電されることにより、出力電圧Voutは上昇する。
(Circuit operation)
When the input voltage Vin is applied to the switching element Q601 connected to the starting resistor R401, a current is supplied to the control terminal of the switching element Q601 via the resistor R601, and the switching element Q601 becomes conductive. When switching element Q601 becomes conductive, a voltage obtained by dividing input voltage Vin by starting resistor R401 and resistor R402 is applied to the control terminal of main switching element Q401. As a result, when the main switching element Q401 becomes conductive, the input voltage Vin is applied to the primary winding Np of the transformer T401. The conduction time of main switching element Q401 is controlled by the time until switching element Q402 becomes conductive. The time until switching element Q402 is turned on is determined by a time constant circuit including resistor R405 and capacitor C403. When the time determined by the time constant circuit is reached, switching element Q402 becomes conductive, and conversely, main switching element Q401 changes to a non-conductive state. When the main switching element Q401 becomes non-conductive, the diode D402 becomes conductive due to the voltage generated in the secondary winding Ns by the energy accumulated in the transformer T401, and the electrolytic capacitor C404 is charged, whereby the output voltage Vout Will rise.

出力電圧Voutが上昇すると、上述した式(3)で決まる電圧Vbも、負電圧方向に上昇していくことになる。なお、以下では、負電圧の絶対値が大きくなることを「負電圧方向に上昇」、又は「負電圧方向に増加」という。電圧Vbが、負電圧方向に更に上昇し、コンデンサC101に充電された電位がツェナーダイオードZD101のツェナー電圧よりも高くなると、ツェナーダイオードZD101が導通状態となり、電流が流れる。なお、ツェナーダイオードZD101には、例えば上述した式(3)中の出力電圧VoutにDC24Vを設定したときの電圧Vbと略同じ電圧をツェナー電圧とする部品が選択されている。ツェナーダイオードZD101に電流が流れることにより、スイッチング素子Q602の制御端子から電流が流れ、スイッチング素子Q602が導通状態となる。一方、スイッチング素子Q602が導通状態になると、スイッチング素子Q601は非導通状態に移行する。その結果、起動抵抗R401は、主スイッチング素子Q401の制御端子から切り離されることになる。そのため、スイッチング素子Q601が導通状態時には、入力電圧Vinの(+)側から、起動抵抗R401を介して抵抗R402に流れていた電流は、スイッチング素子Q601が非導通状態時には、抵抗R601を介して流れる。そして、抵抗R601の抵抗値は、起動抵抗R401よりも大きいため、抵抗R402との分圧により主スイッチング素子Q401の制御端子に印加される電圧が下がり、主スイッチング素子Q401は非導通状態となる。スイッチング素子Q602が導通状態である期間は、スイッチング素子Q601の非導通状態が維持されるため、主スイッチング素子Q401も非導通状態を維持し、主スイッチング素子Q401は発振動作をしない。   When the output voltage Vout increases, the voltage Vb determined by the above equation (3) also increases in the negative voltage direction. Hereinafter, the increase in the absolute value of the negative voltage is referred to as “rising in the negative voltage direction” or “increasing in the negative voltage direction”. When the voltage Vb further increases in the negative voltage direction and the potential charged in the capacitor C101 becomes higher than the Zener voltage of the Zener diode ZD101, the Zener diode ZD101 becomes conductive and current flows. For the Zener diode ZD101, for example, a component having a Zener voltage that is substantially the same voltage as the voltage Vb when the output voltage Vout in Equation (3) is set to DC24V is selected. When a current flows through the Zener diode ZD101, a current flows from the control terminal of the switching element Q602, and the switching element Q602 becomes conductive. On the other hand, when switching element Q602 becomes conductive, switching element Q601 shifts to a non-conductive state. As a result, the starting resistor R401 is disconnected from the control terminal of the main switching element Q401. Therefore, when the switching element Q601 is in a conductive state, the current flowing from the (+) side of the input voltage Vin to the resistor R402 via the starting resistor R401 flows through the resistor R601 when the switching element Q601 is in a non-conductive state. . Since the resistance value of the resistor R601 is larger than that of the starting resistor R401, the voltage applied to the control terminal of the main switching element Q401 decreases due to voltage division with the resistor R402, and the main switching element Q401 becomes nonconductive. Since the non-conducting state of the switching element Q601 is maintained while the switching element Q602 is in the conducting state, the main switching element Q401 also maintains the non-conducting state, and the main switching element Q401 does not oscillate.

二次側の負荷への負荷電流が流れることにより出力電圧Voutが低下し、帰還巻線Nbに生じる電圧Vbが負電圧方向に低下すると、コンデンサC101に充電される電位が低下する。なお、以下では、負電圧の絶対値が小さくなることを「負電圧方向に低下」という。その結果、コンデンサC101に充電された電位がツェナーダイオードZD101のツェナー電圧よりも低くなると、ツェナーダイオードZD101が非導通状態となる。そして、ツェナーダイオードZD101を経由してスイッチング素子Q602の制御端子に電流が流れなくなるため、スイッチング素子Q602は非導通状態に遷移する。スイッチング素子Q602が非導通状態に遷移すると、入力電圧Vinの(+)側から、抵抗R601を介してスイッチング素子Q601の制御端子に電流が供給され、スイッチング素子Q601は導通状態となる。スイッチング素子Q601が導通状態に遷移すると、起動抵抗R401は、主スイッチング素子Q401の制御端子に接続され、起動抵抗R401を介して、電流が抵抗R402へと流れる。そして、入力電圧Vinを起動抵抗R401と抵抗R402で分圧された電圧が、再び、主スイッチング素子Q401の制御端子に印加されて、主スイッチング素子Q401は導通状態となり、主スイッチング素子Q401の発振動作が再開される。   When the load current flows to the secondary load, the output voltage Vout decreases, and when the voltage Vb generated in the feedback winding Nb decreases in the negative voltage direction, the potential charged in the capacitor C101 decreases. Hereinafter, the decrease in the absolute value of the negative voltage is referred to as “decrease in the negative voltage direction”. As a result, when the potential charged in the capacitor C101 becomes lower than the Zener voltage of the Zener diode ZD101, the Zener diode ZD101 is turned off. Since no current flows to the control terminal of the switching element Q602 via the Zener diode ZD101, the switching element Q602 transitions to a non-conduction state. When switching element Q602 transitions to a non-conducting state, a current is supplied from the (+) side of input voltage Vin to the control terminal of switching element Q601 via resistor R601, and switching element Q601 enters a conducting state. When switching element Q601 transitions to the conductive state, starting resistor R401 is connected to the control terminal of main switching element Q401, and current flows to resistor R402 via starting resistor R401. The voltage obtained by dividing the input voltage Vin by the starting resistor R401 and the resistor R402 is again applied to the control terminal of the main switching element Q401, the main switching element Q401 becomes conductive, and the oscillation operation of the main switching element Q401 is performed. Is resumed.

[電源装置の動作波形]
図2は、図1に示す本実施例のスイッチング電源装置の回路における各部波形を示したものである。図2(a)のVds(Q401)は、主スイッチング素子Q401の電流流入、電流流出端子間の電圧(ドレイン−ソース間電圧)Vdsの波形を、図2(b)のIp(Q401)は、主スイッチング素子Q401に流れる電流Ipの波形を示している。また、図2(c)のIs(D402)は、整流用のダイオードD402に流れる電流Isの波形を、図2(d)のVgs(Q401)は、主スイッチング素子Q401の制御端子に印加される電圧Vgsの波形を示している。更に、図2(e)のVoutは、出力電圧Voutの波形を、図2(f)のVbは、負電圧検出回路に発生する電圧Vbの波形を示している。
[Power supply operation waveforms]
FIG. 2 shows the waveform of each part in the circuit of the switching power supply device of this embodiment shown in FIG. Vds (Q401) in FIG. 2A is the waveform of the voltage (drain-source voltage) Vds between the current inflow and current outflow terminals of the main switching element Q401, and Ip (Q401) in FIG. The waveform of the current Ip flowing through the main switching element Q401 is shown. Further, Is (D402) in FIG. 2C is a waveform of the current Is flowing through the rectifying diode D402, and Vgs (Q401) in FIG. 2D is applied to the control terminal of the main switching element Q401. The waveform of the voltage Vgs is shown. Further, Vout in FIG. 2 (e) represents the waveform of the output voltage Vout, and Vb in FIG. 2 (f) represents the waveform of the voltage Vb generated in the negative voltage detection circuit.

図2(a)の縦軸の「Vds(max)」(破線)は、ドレイン−ソース間電圧Vdsの最大値を示す。また、図2(a)の横軸において、「ton」は、主スイッチング素子Q401の導通時間であるオン時間を、「toff」は、非導通時間であるオフ時間を示し、「T=1/f」は、主スイッチング素子Q401の発振周期T(=1/f)を示している。図2(b)の縦軸の「Ip(max)」(破線)は、電流Ipのピーク電流値を示している。図2(d)の縦軸の「Vgs(cutoff)」(破線)は、主スイッチング素子Q401が導通状態となる閾値電圧を示している。図2(e)の縦軸の「Vout(mean)」(破線)は、出力電圧Voutの平均電圧を示している。図2(f)の「Vb(min)」(破線)は、負電圧検出回路に発生する電圧Vbの負電圧方向の最低電圧(電圧の絶対値が最小)を示している。なお、図2の各図の横軸は、時間(t)を示す。   “Vds (max)” (broken line) on the vertical axis in FIG. 2A indicates the maximum value of the drain-source voltage Vds. In the horizontal axis of FIG. 2A, “ton” indicates an on-time that is a conduction time of the main switching element Q401, “toff” indicates an off-time that is a non-conduction time, and “T = 1 / “f” indicates the oscillation period T (= 1 / f) of the main switching element Q401. “Ip (max)” (broken line) on the vertical axis in FIG. 2B indicates the peak current value of the current Ip. “Vgs (cutoff)” (broken line) on the vertical axis in FIG. 2D indicates a threshold voltage at which the main switching element Q401 becomes conductive. “Vout (mean)” (broken line) on the vertical axis in FIG. 2E indicates the average voltage of the output voltage Vout. “Vb (min)” (broken line) in FIG. 2F indicates the lowest voltage (the absolute value of the voltage is minimum) in the negative voltage direction of the voltage Vb generated in the negative voltage detection circuit. In addition, the horizontal axis of each figure of FIG. 2 shows time (t).

出力電圧Voutは、主スイッチング素子Q401の発振に伴って上昇し、主スイッチング素子Q401の非導通期間に低下する。出力電圧Voutの低下に伴い、電圧Vbが負電圧方向に低下することで、再び主スイッチング素子Q401により発振が始まっているのがわかる。また、主スイッチング素子Q401の制御端子には、ダイオードD401の導通後にトランスT401のリーケージインダクタンスにより共振振動波形が観測される。主スイッチング素子Q401の発振周期は負荷電流によって変化し、負荷電流が増加すると単位時間当たりの発振回数が増加し、負荷電流が低下すると単位時間当たりの発振回数が低下する。負荷電流の増減に伴って発振回数が制御されることで、出力電圧Voutを所定の電圧範囲内に維持することが可能となる。   The output voltage Vout increases with the oscillation of the main switching element Q401, and decreases during the non-conduction period of the main switching element Q401. As the output voltage Vout decreases, the voltage Vb decreases in the negative voltage direction, and it can be seen that oscillation starts again by the main switching element Q401. Further, a resonance vibration waveform is observed at the control terminal of the main switching element Q401 due to the leakage inductance of the transformer T401 after the diode D401 is turned on. The oscillation period of the main switching element Q401 varies depending on the load current. When the load current increases, the number of oscillations per unit time increases, and when the load current decreases, the number of oscillations per unit time decreases. By controlling the number of oscillations as the load current increases or decreases, the output voltage Vout can be maintained within a predetermined voltage range.

以上に述べたように、帰還巻線Nbに発生する電圧Vbを用いてスイッチング素子Q601の導通、非導通状態を制御することで、出力電圧Voutの制御を行うことが可能となる。また、スイッチング素子Q601が非導通状態のときには、起動抵抗R401を回路から切り離すことができる。図1に示す回路構成により、従来例のようにフォトカプラ等の伝達素子、オペアンプ等の高価な素子を用いることなく、機器や降圧コンバータに必要な出力電圧VoutをトランスT401の入力側(一次側)の回路のみの制御で生成することが可能となる。更に、部品の数を削減することができることにより、部品の実装面積を低減させることができ、その結果、電源装置の小型化や、電源装置のコストダウンを実現することができる。なお、本実施例ではリンギングチョークコンバータを用いた回路形式について述べたが、その他の回路、例えば専用ICを用いたフライバック方式等の回路形式においても、帰還巻線の極性に関わらず、適用することができる。   As described above, the output voltage Vout can be controlled by controlling the conduction / non-conduction state of the switching element Q601 using the voltage Vb generated in the feedback winding Nb. Further, when the switching element Q601 is in a non-conductive state, the starting resistor R401 can be disconnected from the circuit. With the circuit configuration shown in FIG. 1, the output voltage Vout required for the device and the step-down converter is transferred to the input side (primary side) of the transformer T401 without using a transmission element such as a photocoupler and an expensive element such as an operational amplifier as in the conventional example. ) Can be generated only by the control of the circuit. Furthermore, since the number of components can be reduced, the mounting area of the components can be reduced, and as a result, the size of the power supply device can be reduced and the cost of the power supply device can be reduced. In this embodiment, the circuit format using the ringing choke converter has been described. However, the present invention can be applied to other circuits, for example, a circuit format such as a flyback system using a dedicated IC regardless of the polarity of the feedback winding. be able to.

以上説明したように、本実施例によれば、簡易な構成で、消費電力の削減を行うことができる。   As described above, according to the present embodiment, power consumption can be reduced with a simple configuration.

[電源装置の回路構成と動作]
図3は、実施例2のスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。本実施例と実施例1との違いは、本実施例の図3では、出力電圧に応じて主スイッチング素子Q401の導通時間を制御する制御回路部と、前述した負電圧検出回路を制御する制御部切り替え回路を追加した点である。制御回路部は、フォトカプラIC302、オペアンプIC303、抵抗R305〜R309、コンデンサC301から構成されている。一方、制御部切り替え回路は、フォトカプラIC301、スイッチング素子Q301、抵抗R301〜R304から構成されている。
[Circuit configuration and operation of power supply unit]
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of the switching power supply device according to the second embodiment. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that in FIG. 3 of the present embodiment, the control circuit unit that controls the conduction time of the main switching element Q401 according to the output voltage and the control that controls the negative voltage detection circuit described above. This is the addition of a part switching circuit. The control circuit unit includes a photocoupler IC302, an operational amplifier IC303, resistors R305 to R309, and a capacitor C301. On the other hand, the control unit switching circuit includes a photocoupler IC 301, a switching element Q301, and resistors R301 to R304.

(制御部切り替え回路の回路構成)
設定手段である制御部切り替え回路の回路構成について説明する。フォトカプラIC301の受光側素子であるフォトトランジスタの電流流入端子は、抵抗R301を介してコンデンサC101の一端に、電流流出端子は同じくコンデンサC101の他端に接続されている。フォトカプラIC301の発光ダイオード(LED)のアノード端子は、抵抗R302を介して、出力電圧Voutと同電位の電解コンデンサC404の(+)端子に接続され、カソード端子は、スイッチング素子Q301の電流流入端子に接続されている。スイッチング素子Q301(第三のトランジスタ)の電流流出端子は、出力電圧Voutの低電位側(グランド側)に接続されている。スイッチング素子Q301の制御端子と電流流出端子との間には電位を確定するために抵抗R303が接続されている。また、スイッチング素子Q301の制御端子は抵抗R304を介して、不図示の機器制御部に接続され、スイッチング素子Q301のオン、オフ状態は、機器制御部からの出力信号により制御される。
(Circuit configuration of control unit switching circuit)
A circuit configuration of the control unit switching circuit as setting means will be described. A current inflow terminal of a phototransistor that is a light receiving side element of the photocoupler IC 301 is connected to one end of a capacitor C101 via a resistor R301, and a current outflow terminal is connected to the other end of the capacitor C101. The anode terminal of the light emitting diode (LED) of the photocoupler IC301 is connected to the (+) terminal of the electrolytic capacitor C404 having the same potential as the output voltage Vout via the resistor R302, and the cathode terminal is the current inflow terminal of the switching element Q301. It is connected to the. The current outflow terminal of the switching element Q301 (third transistor) is connected to the low potential side (ground side) of the output voltage Vout. A resistor R303 is connected between the control terminal of the switching element Q301 and the current outflow terminal in order to determine the potential. The control terminal of the switching element Q301 is connected to a device control unit (not shown) via a resistor R304, and the on / off state of the switching device Q301 is controlled by an output signal from the device control unit.

(制御部切り替え回路の動作)
次に、制御部切り替え回路の動作について説明する。機器制御部からの出力信号がハイレベルの場合には、スイッチング素子Q301は導通状態になり、フォトカプラIC301のLEDが導通状態となることにより、フォトトランジスタも導通状態となる。これにより、コンデンサC101の両端は、抵抗R301を介して接続された状態となるため、出力電圧Voutが上昇しても、負電圧検出回路に発生する電圧Vb、即ちコンデンサC101に充電される電位は、ほぼゼロになる。その結果、ツェナーダイオードZD101は非導通状態となるため、スイッチング素子Q602の制御端子には電流が流れなくなるので、スイッチング素子Q602は非導通状態となり、スイッチング素子Q601は導通状態となる。そのため、起動抵抗R401は主スイッチング素子Q401の制御端子に接続された状態となり、スイッチング素子Q601を介して、起動抵抗R401から抵抗R402に常に電流が流れている状態となる。
(Operation of control unit switching circuit)
Next, the operation of the control unit switching circuit will be described. When the output signal from the device control unit is at a high level, the switching element Q301 is turned on, and the phototransistor IC 301 is turned on, so that the phototransistor is also turned on. As a result, both ends of the capacitor C101 are connected via the resistor R301. Therefore, even if the output voltage Vout increases, the voltage Vb generated in the negative voltage detection circuit, that is, the potential charged in the capacitor C101 is not increased. , Almost zero. As a result, the Zener diode ZD101 is turned off, so that no current flows through the control terminal of the switching element Q602. Therefore, the switching element Q602 is turned off and the switching element Q601 is turned on. Therefore, the starting resistor R401 is connected to the control terminal of the main switching element Q401, and a current always flows from the starting resistor R401 to the resistor R402 via the switching element Q601.

一方、機器制御部の出力信号を出力する端子がハイインピーダンス状態になると、スイッチング素子Q301の制御端子と電流流出端子間に接続された抵抗R303により、スイッチング素子Q301は非導通状態となる。スイッチング素子Q301が非導通状態になることにより、フォトカプラIC301のLEDには電流が流れなくなるため、LEDは非導通状態となり、同様にフォトトランジスタも非導通状態となる。これにより、コンデンサC101の両端は、機器制御部からの出力信号がハイレベルの場合のような、抵抗R301を介して接続された状態にはならない。そのため、出力電圧Voutが上昇すると、ダイオードD101のアノード端子側に発生する電圧Vbも負電圧方向に増加すると共に、コンデンサC101の端子間に充電される電位も増加する。そして、コンデンサC101の充電電位がツェナーダイオードZD101のツェナー電圧よりも高くなると、ツェナーダイオードZD101は導通状態となる。その結果、スイッチング素子Q602の制御端子に電流が流れるので、スイッチング素子Q602は導通状態となり、一方、スイッチング素子Q601は非導通状態となる。そして、スイッチング素子Q601が非導通状態となることで、起動抵抗R401は、主スイッチング素子Q401の制御端子から切り離された状態となる。そのため、スイッチング素子Q601が導通状態時には、入力電圧Vinの(+)側から、起動抵抗R401を介して抵抗R402に流れていた電流は、スイッチング素子Q601が非導通状態時には、抵抗R601を介して流れる。そして、抵抗R601の抵抗値は、起動抵抗R401よりも大きいため、抵抗R402との分圧により主スイッチング素子Q401の制御端子に印加される電圧が下がり、主スイッチング素子Q401は非導通状態となる。   On the other hand, when the terminal that outputs the output signal of the device control unit is in a high impedance state, the switching element Q301 becomes non-conductive due to the resistor R303 connected between the control terminal of the switching element Q301 and the current outflow terminal. Since the switching element Q301 becomes non-conductive, no current flows through the LED of the photocoupler IC 301. Therefore, the LED becomes non-conductive, and the phototransistor also becomes non-conductive. Thus, both ends of the capacitor C101 are not connected via the resistor R301 as in the case where the output signal from the device control unit is at a high level. Therefore, when the output voltage Vout increases, the voltage Vb generated on the anode terminal side of the diode D101 also increases in the negative voltage direction, and the potential charged between the terminals of the capacitor C101 also increases. When the charging potential of the capacitor C101 becomes higher than the Zener voltage of the Zener diode ZD101, the Zener diode ZD101 becomes conductive. As a result, since a current flows through the control terminal of switching element Q602, switching element Q602 is turned on, while switching element Q601 is turned off. Then, when switching element Q601 is turned off, starting resistor R401 is disconnected from the control terminal of main switching element Q401. Therefore, when the switching element Q601 is in a conductive state, the current flowing from the (+) side of the input voltage Vin to the resistor R402 via the starting resistor R401 flows through the resistor R601 when the switching element Q601 is in a non-conductive state. . Since the resistance value of the resistor R601 is larger than that of the starting resistor R401, the voltage applied to the control terminal of the main switching element Q401 decreases due to voltage division with the resistor R402, and the main switching element Q401 becomes nonconductive.

その後、二次側の負荷への負荷電流が流れることにより出力電圧Voutが低下し、帰還巻線Nbに生じる電圧Vbが負電圧方向に低下すると、ツェナーダイオードZD101が非導通状態となる。そして、ツェナーダイオードZD101を経由してスイッチング素子Q602の制御端子に電流が流れなくなるため、スイッチング素子Q602は非導通状態に遷移する。スイッチング素子Q602が非導通状態に遷移すると、入力電圧Vinの(+)側から、抵抗R601を介してスイッチング素子Q601の制御端子に電流が供給され、スイッチング素子Q601は導通状態となる。スイッチング素子Q601が導通状態に遷移すると、起動抵抗R401は、主スイッチング素子Q401の制御端子に接続され、起動抵抗R401を介して、スイッチング素子Q601のコレクタ電流が抵抗R402へと流れる。そして、入力電圧Vinを起動抵抗R401と抵抗R402で分圧された電圧が、再び、主スイッチング素子Q401の制御端子に印加され、主スイッチング素子Q401が導通状態となり、発振動作が再開される。このように、制御部切り替え回路は、負電圧検出回路による出力電圧制御の有効、無効を切り替える回路であるともいえる。   Thereafter, when the output voltage Vout decreases due to the flow of a load current to the secondary load, and the voltage Vb generated in the feedback winding Nb decreases in the negative voltage direction, the Zener diode ZD101 becomes non-conductive. Since no current flows to the control terminal of the switching element Q602 via the Zener diode ZD101, the switching element Q602 transitions to a non-conduction state. When switching element Q602 transitions to a non-conducting state, a current is supplied from the (+) side of input voltage Vin to the control terminal of switching element Q601 via resistor R601, and switching element Q601 enters a conducting state. When switching element Q601 transitions to the conductive state, starting resistor R401 is connected to the control terminal of main switching element Q401, and the collector current of switching element Q601 flows to resistor R402 via starting resistor R401. Then, the voltage obtained by dividing the input voltage Vin by the starting resistor R401 and the resistor R402 is again applied to the control terminal of the main switching element Q401, the main switching element Q401 becomes conductive, and the oscillation operation is resumed. Thus, it can be said that the control unit switching circuit is a circuit that switches between valid and invalid of the output voltage control by the negative voltage detection circuit.

(制御回路部)
本実施例で追加された、出力電圧に応じて主スイッチング素子Q401の導通時間を制御する制御回路部は、上述した従来例の図5、図7のフィードバック制御回路と同様の機能を備えている。即ち、図3のフォトカプラIC302、オペアンプIC303は、図5、図7のフォトカプラIC401、オペアンプIC402に対応する。また、図3の抵抗R305、R309、出力電圧分圧用の抵抗R306、R307は、それぞれ図5、図7の抵抗R409、R406、R407、R408に対応する。更に、図3の位相補償用の抵抗R308、コンデンサC301も、図5、図7に示した抵抗R410、コンデンサC405に対応する。図5、図7のフィードバック制御回路については前述しているので、図3の制御回路部についての説明は省略する。
(Control circuit part)
The control circuit unit for controlling the conduction time of the main switching element Q401 according to the output voltage added in the present embodiment has the same function as the feedback control circuit of FIGS. 5 and 7 of the conventional example described above. . That is, the photocoupler IC 302 and the operational amplifier IC 303 in FIG. 3 correspond to the photocoupler IC 401 and the operational amplifier IC 402 in FIGS. Also, the resistors R305 and R309 and the resistors R306 and R307 for dividing the output voltage in FIG. 3 correspond to the resistors R409, R406, R407, and R408 in FIGS. 5 and 7, respectively. Further, the phase compensation resistor R308 and the capacitor C301 in FIG. 3 also correspond to the resistor R410 and the capacitor C405 shown in FIGS. Since the feedback control circuit of FIGS. 5 and 7 has been described above, the description of the control circuit unit of FIG. 3 is omitted.

以上説明したように、上述した回路構成にすることにより、例えば機器制御部の出力をハイレベル以外の状態に設定すれば、実施例1で述べた帰還巻線Nbに発生する電圧Vbを用いて、スイッチング素子Q601の導通、非導通状態を制御することができる。これにより、スイッチング素子Q601が非導通状態の場合には、起動抵抗R401を回路から切り離すことができると共に、主スイッチング素子Q401も非導通状態となるため、出力電圧Voutの制御を行うことができる。そこで、例えばツェナーダイオードZD101が導通状態となるときの出力電圧Voutの電圧を、図5、図7の過電圧保護回路のツェナーダイオードZD401のツェナー電圧(第一の電圧)と同じ電圧に設定する。これにより、機器制御部の出力を例えばハイインピーダンス状態に設定すると、負電圧検出回路が過電圧保護回路と同様の動作を行うことが可能になり、図5、図7の回路では必要であった過電圧保護回路を削除することが可能となる。その結果、フォトカプラ等の高価な素子を使用することなく、部品数を削減することができるので、実装面積の低減による電源装置の小型化と同時に、電源装置のコストダウンを実現することができる。   As described above, with the circuit configuration described above, for example, if the output of the device control unit is set to a state other than a high level, the voltage Vb generated in the feedback winding Nb described in the first embodiment is used. The conduction / non-conduction state of the switching element Q601 can be controlled. Thereby, when the switching element Q601 is in a non-conductive state, the starting resistor R401 can be disconnected from the circuit, and the main switching element Q401 is also in a non-conductive state, so that the output voltage Vout can be controlled. Therefore, for example, the voltage of the output voltage Vout when the Zener diode ZD101 becomes conductive is set to the same voltage as the Zener voltage (first voltage) of the Zener diode ZD401 of the overvoltage protection circuit of FIGS. Thereby, when the output of the device control unit is set to, for example, a high impedance state, the negative voltage detection circuit can perform the same operation as the overvoltage protection circuit, and the overvoltage required in the circuits of FIGS. The protection circuit can be deleted. As a result, the number of components can be reduced without using an expensive element such as a photocoupler, so that the cost of the power supply device can be reduced while the power supply device can be downsized by reducing the mounting area. .

以上説明したように、本実施例によれば、簡易な構成で、消費電力の削減を行うことができる。   As described above, according to the present embodiment, power consumption can be reduced with a simple configuration.

実施例3では、図3のスイッチング電源装置において、負電圧検出回路による出力電圧Voutの制御目標電圧と、オペアンプIC303による制御目標電圧とを異なる電圧に設定する。そして、スイッチング電源装置を備える機器の動作状態に応じて、制御目標電圧を切り替える例について説明する。具体的には、実施例1、2では制御目標電圧をDC24Vに設定しているが、本実施例では、例えば負電圧検出回路による制御目標電圧をDC10V、オペアンプIC303を用いた制御目標電圧をDC24Vに設定する。   In the third embodiment, the control target voltage of the output voltage Vout by the negative voltage detection circuit and the control target voltage by the operational amplifier IC303 are set to different voltages in the switching power supply device of FIG. And the example which switches a control target voltage according to the operation state of the apparatus provided with a switching power supply device is demonstrated. Specifically, in the first and second embodiments, the control target voltage is set to DC24V, but in this embodiment, for example, the control target voltage by the negative voltage detection circuit is DC10V, and the control target voltage using the operational amplifier IC303 is DC24V. Set to.

更に、本実施例のスイッチング電源装置のトランスT401の二次側である後段には、機器制御部に必要な電圧(例えば3.3V等)を生成する、不図示の降圧コンバータ回路が配置されている。一般に、降圧コンバータ回路は、入力される電圧が低い方が効率はよい。また、本実施例のスイッチング電源装置を備えた機器、例えば画像形成装置のような事務機器においては、画像形成動作を行う画像形成時と、機器が待機状態時にあるときの消費電力を比べると、大きな差がある。本実施例は、このように機器の状態により消費電力が大きく変化し、かつ機器が待機状態時にはモータ等の駆動源が停止しているために、例えばDC24Vのような比較的高い直流出力電圧を必要としない機器が備えるスイッチング電源に、特に有用である。   Further, a step-down converter circuit (not shown) that generates a voltage (for example, 3.3 V, etc.) necessary for the device control unit is disposed in the subsequent stage, which is the secondary side of the transformer T401 of the switching power supply device of this embodiment. Yes. In general, the step-down converter circuit is more efficient when the input voltage is lower. Further, in a device provided with the switching power supply device of the present embodiment, for example, office equipment such as an image forming apparatus, when comparing power consumption when an image forming operation is performed and when the device is in a standby state, There is a big difference. In this embodiment, since the power consumption greatly changes depending on the state of the device as described above, and the drive source such as the motor is stopped when the device is in the standby state, a relatively high direct-current output voltage such as 24 VDC is used. This is particularly useful for a switching power supply provided in a device that is not required.

本実施例では、図3において機器が待機状態にあるときには、機器制御部の出力信号を出力する端子をハイインピーダンス状態にすることにより、負電圧検出回路による制御を有効にし、出力電圧VoutはDC10V(第二の電圧)となるように制御される。これにより、機器の待機時に、後段に配置された降圧コンバータの効率向上を図ることで、機器の消費電力の低減を実現することが可能となる。一方、機器が画像形成動作時のように、通常の動作状態の場合には、機器制御部からハイレベルの出力信号を出力することにより、オペアンプIC303による制御を有効にし、出力電圧VoutがDC24Vとなるように制御する。これにより、機器が通常動作状態のときには、負荷電流の変動による出力電圧Voutの変動を小さくし、所望の出力電圧Voutを維持することが可能なスイッチング電源装置を提供することができる。   In this embodiment, when the device is in the standby state in FIG. 3, the control by the negative voltage detection circuit is enabled by setting the terminal that outputs the output signal of the device control unit to the high impedance state, and the output voltage Vout is DC10V. It is controlled to be (second voltage). As a result, the power consumption of the device can be reduced by improving the efficiency of the step-down converter disposed in the subsequent stage when the device is on standby. On the other hand, when the device is in a normal operation state, such as during an image forming operation, the control by the operational amplifier IC 303 is enabled by outputting a high-level output signal from the device control unit, and the output voltage Vout is 24 VDC. Control to be. Thereby, when the device is in the normal operation state, it is possible to provide a switching power supply device that can reduce the fluctuation of the output voltage Vout due to the fluctuation of the load current and maintain the desired output voltage Vout.

以上説明したように、本実施例によれば、簡易な構成で、消費電力の削減を行うことができる。   As described above, according to the present embodiment, power consumption can be reduced with a simple configuration.

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。   The power supply apparatus described in the first to third embodiments can be applied as, for example, a low-voltage power supply for an image forming apparatus, that is, a power supply that supplies power to a drive unit such as a controller (control unit) or a motor. Hereinafter, the configuration of the image forming apparatus to which the power supply devices of Embodiments 1 to 3 are applied will be described.

[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1〜3で説明した電源装置550を備えている。なお、実施例1〜3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。
[Configuration of Image Forming Apparatus]
A laser beam printer will be described as an example of the image forming apparatus. FIG. 4 shows a schematic configuration of a laser beam printer which is an example of an electrophotographic printer. The laser beam printer 500 includes a photosensitive drum 511 as an image carrier on which an electrostatic latent image is formed, a charging unit 517 (charging unit) that uniformly charges the photosensitive drum 511, and an electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 511. A developing unit 512 (developing unit) that develops an image with toner is provided. The toner image developed on the photosensitive drum 511 is transferred to a sheet (not shown) as a recording material supplied from the cassette 516 by a transfer unit 518 (transfer unit), and the toner image transferred to the sheet is transferred to the fixing unit 514. Then, the toner is fixed and discharged onto the tray 515. The photosensitive drum 511, the charging unit 517, the developing unit 512, and the transfer unit 518 are image forming units. The laser beam printer 500 includes the power supply device 550 described in the first to third embodiments. The image forming apparatus to which the power supply device 550 of the first to third embodiments can be applied is not limited to the one illustrated in FIG. 4, and may be an image forming apparatus including a plurality of image forming units, for example. Further, the image forming apparatus may include a primary transfer unit that transfers a toner image on the photosensitive drum 511 to an intermediate transfer belt and a secondary transfer unit that transfers the toner image on the intermediate transfer belt to a sheet.

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1〜3の機器制御部はコントローラ520に該当する。実施例1〜3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出力電圧Vout(DC24V)の電力を供給する。また、実施例3に記載の電源装置550は、降圧コンバータ回路を介して、例えばコントローラ520にDC3.3V等の電力を供給する。また、コントローラ520は、実施例2、3の制御部切り替え回路に対して、装置の動作状態に応じて、例えば画像形成動作時には通常動作状態を示すハイレベルの制御信号を出力し、待機状態時には制御信号を出力する端子をハイインピーダンス状態に設定する。   The laser beam printer 500 includes a controller 520 that controls an image forming operation by the image forming unit and a sheet conveying operation, and the device control unit of the first to third embodiments corresponds to the controller 520. The power supply device 550 described in the first to third embodiments supplies power of an output voltage Vout (DC 24 V) to a driving unit such as a motor for rotating the photosensitive drum 511 or driving various rollers that convey the sheet. To do. Further, the power supply device 550 described in the third embodiment supplies power such as DC 3.3 V to the controller 520 through the step-down converter circuit. Further, the controller 520 outputs a high-level control signal indicating a normal operation state to the control unit switching circuit of the second and third embodiments according to the operation state of the apparatus, for example, during an image forming operation, and in a standby state. Set the terminal that outputs the control signal to the high impedance state.

以上説明したように、本実施例によれば、簡易な構成で、消費電力の削減を行うことができる。   As described above, according to the present embodiment, power consumption can be reduced with a simple configuration.

Q401 主スイッチング素子
Q402 スイッチング素子
Q602 スイッチング素子
R401 起動抵抗
T401 絶縁トランス
ZD101 ツェナーダイオード
Q401 Main switching element Q402 Switching element Q602 Switching element R401 Starting resistor T401 Insulating transformer ZD101 Zener diode

Claims (17)

一次巻線、二次巻線及び帰還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スイッチング動作を制御する制御手段と、
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、
前記起動抵抗と前記スイッチング素子との接続及び切断を行うスイッチ手段と、
前記帰還巻線に発生する電圧に基づいて前記スイッチ手段を制御する第一のフィードバック手段と、
を備えることを特徴とする電源装置。
A transformer having a primary winding, a secondary winding and a feedback winding;
A first rectifying / smoothing means for rectifying and smoothing an AC voltage to generate a DC voltage and supplying the DC voltage to the primary winding of the transformer;
A switching element that is connected to the primary winding of the transformer and controls the supply and interruption of current to the primary winding;
Control means for controlling the switching operation of the switching element;
A starting resistor for starting oscillation of the switching element;
Switch means for connecting and disconnecting the starting resistor and the switching element;
First feedback means for controlling the switch means based on a voltage generated in the feedback winding;
A power supply apparatus comprising:
前記スイッチ手段は、前記起動抵抗と接続された第一のトランジスタと、第二のトランジスタと、を有し、
前記第二のトランジスタがオフの場合には、前記第一のトランジスタがオンし、前記起動抵抗は前記スイッチング素子と接続され、
前記第二のトランジスタがオンの場合には、前記第一のトランジスタはオフし、前記起動抵抗は前記スイッチング素子と接続されないことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
The switch means includes a first transistor connected to the starting resistor, and a second transistor,
When the second transistor is off, the first transistor is turned on, the starting resistor is connected to the switching element,
2. The power supply device according to claim 1, wherein when the second transistor is on, the first transistor is turned off, and the starting resistor is not connected to the switching element.
一端が前記第一の整流平滑手段の正端子に接続され、他端が前記第二のトランジスタの電流流入端子に接続された抵抗を有し、
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、
前記第一のトランジスタは、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、制御端子が前記抵抗の前記他端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。
Having one end connected to the positive terminal of the first rectifying and smoothing means and the other end connected to the current inflow terminal of the second transistor;
The starting resistor has one end connected to the positive terminal of the first rectifying and smoothing means,
The first transistor has a current inflow terminal connected to the other end of the starting resistor, a current outflow terminal connected to a control terminal of the switching element, and a control terminal connected to the other end of the resistor. The power supply device according to claim 2.
前記第二のトランジスタは、電流流入端子が前記抵抗の前記他端に接続され、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ていることを特徴とする請求項3に記載の電源装置。   The power supply device according to claim 3, wherein the second transistor has a current inflow terminal connected to the other end of the resistor, and a current outflow terminal connected to a control terminal of the switching element. 前記抵抗の抵抗値は、前記起動抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項3又は4に記載の電源装置。   The power supply device according to claim 3, wherein a resistance value of the resistor is larger than the starting resistance. 前記第一のフィードバック手段は、ダイオードと、コンデンサと、定電圧ダイオードと、を有し、
前記ダイオードと前記コンデンサは直列に接続され、
前記ダイオードのカソード端子は、前記帰還巻線の前記一次巻線と同極側に接続され、
前記ダイオードのアノード端子は、前記コンデンサの一端に接続され、
前記コンデンサの他端は、前記帰還巻線の前記一次巻線と異極側に接続され、
前記定電圧ダイオードは、前記第二のトランジスタの制御端子に接続されていることを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の電源装置。
The first feedback means includes a diode, a capacitor, and a constant voltage diode,
The diode and the capacitor are connected in series,
The cathode terminal of the diode is connected to the same polarity side as the primary winding of the feedback winding,
The anode terminal of the diode is connected to one end of the capacitor,
The other end of the capacitor is connected to the primary winding and a different polarity side of the feedback winding,
6. The power supply device according to claim 2, wherein the constant voltage diode is connected to a control terminal of the second transistor.
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を備え、
前記定電圧ダイオードは、前記コンデンサに充電された電圧が、前記第二の整流平滑手段により生成された直流電圧が所定の電圧のときに前記帰還巻線に発生する電圧になると導通状態となり、前記第二のトランジスタをオンすることを特徴とする請求項6に記載の電源装置。
A second rectifying / smoothing means for generating a DC voltage by rectifying and smoothing the voltage generated in the secondary winding of the transformer;
The constant voltage diode becomes conductive when the voltage charged in the capacitor becomes a voltage generated in the feedback winding when the DC voltage generated by the second rectifying and smoothing means is a predetermined voltage, The power supply device according to claim 6, wherein the second transistor is turned on.
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を備え、
前記第二の整流平滑手段により生成された直流電圧を検知し、検知した前記直流電圧に応じた検知信号を前記制御手段に出力する第二のフィードバック手段と、
前記第一のフィードバック手段による前記スイッチ手段の制御の有効または無効を設定する設定手段と、
を備えることを特徴とする請求項6に記載の電源装置。
A second rectifying / smoothing means for generating a DC voltage by rectifying and smoothing the voltage generated in the secondary winding of the transformer;
Second feedback means for detecting a DC voltage generated by the second rectifying and smoothing means and outputting a detection signal corresponding to the detected DC voltage to the control means;
Setting means for setting whether the control of the switch means by the first feedback means is valid or invalid;
The power supply device according to claim 6, further comprising:
前記制御手段は、前記第二のフィードバック手段からの検知信号に基づいて前記スイッチング素子の動作を停止することを特徴とする請求項8に記載の電源装置。   9. The power supply apparatus according to claim 8, wherein the control unit stops the operation of the switching element based on a detection signal from the second feedback unit. 前記設定手段は、第三のトランジスタと、フォトカプラと、を有し、
前記第三のトランジスタは、前記フォトカプラの発光ダイオードと接続され、
前記フォトカプラのフォトトランジスタは、電流流入端子が前記第一のフィードバック手段の前記コンデンサの一端と接続され、電流流出端子が前記コンデンサの他端と接続されていることを特徴とする請求項8又は9に記載の電源装置。
The setting means includes a third transistor and a photocoupler,
The third transistor is connected to a light emitting diode of the photocoupler;
The phototransistor of the photocoupler has a current inflow terminal connected to one end of the capacitor of the first feedback means, and a current outflow terminal connected to the other end of the capacitor. 9. The power supply device according to 9.
前記第三のトランジスタがオフのときには、前記第一のフィードバック手段による前記スイッチ手段の制御が行われ、
前記第三のトランジスタがオンのときには、前記第一のフィードバック手段による前記スイッチ手段の制御は行われないことを特徴とする請求項10に記載の電源装置。
When the third transistor is off, the switch means is controlled by the first feedback means,
11. The power supply device according to claim 10, wherein when the third transistor is on, the switch means is not controlled by the first feedback means.
前記定電圧ダイオードは、前記コンデンサに充電された電圧が、前記第二の整流平滑手段により生成された直流電圧が所定の電圧よりも高い電圧のときに前記帰還巻線に発生する電圧になると導通状態となり、前記第二のトランジスタをオンすることを特徴とする請求項10又は11に記載の電源装置。   The constant voltage diode is conductive when a voltage charged in the capacitor becomes a voltage generated in the feedback winding when a DC voltage generated by the second rectifying and smoothing means is higher than a predetermined voltage. 12. The power supply device according to claim 10, wherein the second transistor is turned on and the second transistor is turned on. 前記定電圧ダイオードは、前記コンデンサに充電された電圧が、前記第二の整流平滑手段により生成された直流電圧が所定の電圧よりも低い電圧のときに前記帰還巻線に発生する電圧になると導通状態となり、前記第二のトランジスタをオンすることを特徴とする請求項10又は11に記載の電源装置。   The constant voltage diode is conductive when the voltage charged in the capacitor becomes a voltage generated in the feedback winding when the DC voltage generated by the second rectifying / smoothing means is lower than a predetermined voltage. 12. The power supply device according to claim 10, wherein the second transistor is turned on and the second transistor is turned on. 記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
請求項1乃至13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。
Image forming means for forming an image on a recording material;
A power supply device according to any one of claims 1 to 13,
An image forming apparatus comprising:
記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
前記画像形成手段を制御するコントローラと、
請求項12に記載の電源装置と、
を備え、
前記コントローラは、前記電源装置が前記第二の整流平滑手段により生成された直流電圧の過電圧の検知を行う場合には前記第三のトランジスタをオンし、過電圧の検知を行わない場合には前記第三のトランジスタをオフすることを特徴とする画像形成装置。
Image forming means for forming an image on a recording material;
A controller for controlling the image forming means;
A power supply device according to claim 12,
With
The controller turns on the third transistor when the power supply device detects an overvoltage of the DC voltage generated by the second rectifying and smoothing means, and turns on the third transistor when the overvoltage is not detected. An image forming apparatus characterized in that three transistors are turned off.
記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
前記画像形成手段を制御するコントローラと、
請求項13に記載の電源装置と、
を備え、
前記コントローラは、画像形成装置の状態に応じて、前記第三のトランジスタの制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
Image forming means for forming an image on a recording material;
A controller for controlling the image forming means;
A power supply device according to claim 13,
With
The image forming apparatus, wherein the controller controls the third transistor in accordance with a state of the image forming apparatus.
前記コントローラは、前記画像形成手段による画像形成時には前記第三のトランジスタをオンし、画像形成を行わない待機状態時には前記第三のトランジスタをオフすることを特徴とする請求項16に記載の画像形成装置。   17. The image formation according to claim 16, wherein the controller turns on the third transistor when the image forming unit forms an image, and turns off the third transistor when the image forming unit does not perform image formation. apparatus.
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