JP2017139900A - Rush current regulation circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチがONされたときの突入電流を規制する突入電流規制回路に関する。 The present invention relates to an inrush current regulating circuit that regulates an inrush current when a switch is turned on.
入力端子と制御端子との間の電位差に応じて導通性を変化させるスイッチ素子の出力端子を通じて負荷に電源電圧を供給する電源装置が広く用いられている。電源装置は、スイッチ素子の入力端子に印加された電圧の上昇過程でスイッチ素子の出力端子から大きな過渡電流(突入電流)が出力される可能性がある。 2. Description of the Related Art A power supply device that supplies a power supply voltage to a load through an output terminal of a switch element that changes continuity according to a potential difference between an input terminal and a control terminal is widely used. In the power supply device, a large transient current (inrush current) may be output from the output terminal of the switch element in the process of increasing the voltage applied to the input terminal of the switch element.
このため、電源装置は、スイッチ素子の導通の開始時にスイッチ素子の導通性を徐々に高める突入電流規制回路を設けて、スイッチ素子の導通開始時に出力端子から取り出される突入電流を規制している。 For this reason, the power supply device is provided with an inrush current regulation circuit that gradually increases the continuity of the switch element at the start of conduction of the switch element, and regulates the rush current taken from the output terminal at the start of conduction of the switch element.
特許文献1には、スイッチ素子としてMOSFETを使用し、充電回路によってスイッチ素子の導通性を制御するようにした突入電流防止回路が示される。 Patent Document 1 discloses an inrush current prevention circuit in which a MOSFET is used as a switch element and the continuity of the switch element is controlled by a charging circuit.
電源装置の電源とスイッチ素子の間にスイッチ(例えば、カバーの開閉と連動してOFF/ON動作するようなもの)を設け、電源自体は作動状態に保ったまま、スイッチのON/OFFによりスイッチ素子を通じた負荷への電力供給を開始する場合がある。 A switch (for example, an OFF / ON operation in conjunction with opening / closing of the cover) is provided between the power supply of the power supply device and the switch element, and the switch is turned on / off while the power supply itself is kept in an operating state. There is a case where power supply to the load through the element is started.
このとき、スイッチをON状態に保ったまま(カバーを閉じたまま)電源を停止状態から作動させると、後述するように、電源の作動状態でスイッチをOFFからONにした場合と同様に、出力端子を通じた負荷への電力供給が遅れてしまう。 At this time, if the power supply is operated from the stop state with the switch kept in the ON state (with the cover closed), as will be described later, the output is the same as when the switch is turned on from the OFF state in the power supply operation state. Power supply to the load through the terminal will be delayed.
本発明は、電源の作動状態でスイッチをOFFからONにした場合の突入電流を確実に規制しつつ、スイッチがON状態のまま電源を停止状態から作動させた際の出力端子を通じた電力供給を早められる突入電流規制回路を提供することを目的としている。 The present invention reliably regulates the inrush current when the switch is turned from OFF to ON while the power is in operation, and supplies power through the output terminal when the power is operated from the stop state while the switch is ON. An object of the present invention is to provide an inrush current regulation circuit that can be advanced.
本発明の突入電流規制回路は、入力端子と制御端子との間の電位差に応じて前記入力端子と出力端子との間の導通性を変化させる第1スイッチ素子と、前記入力端子に印加された電圧で充電されることにより前記電位差を変化させる充電回路と、その導通により前記充電回路を放電させ、その遮断により前記充電回路を充電可能にする第2スイッチ素子と、電源と前記入力端子との間に配置されたスイッチと、前記スイッチの前後の電位差に応じて前記第2スイッチ素子の導通と遮断とを切り替える切替回路と、を備えるものである。 The inrush current regulating circuit of the present invention is applied to the input terminal and the first switch element that changes the continuity between the input terminal and the output terminal according to the potential difference between the input terminal and the control terminal. A charging circuit that changes the potential difference by being charged with a voltage; a second switching element that discharges the charging circuit by its conduction and enables charging of the charging circuit by its interruption; and a power source and an input terminal And a switching circuit that switches between conduction and interruption of the second switch element according to a potential difference before and after the switch.
本発明によると、電源の作動状態でスイッチをOFFからONにした場合の突入電流を確実に規制しつつ、スイッチがON状態のまま電源を停止状態から作動させた際の出力端子を通じた電力供給を早められる突入電流規制回路を提供することができる。 According to the present invention, the power supply through the output terminal when the power supply is operated from the stop state while the switch is in the ON state is reliably regulated while the inrush current when the switch is turned from OFF to ON in the operation state of the power supply. It is possible to provide an inrush current regulation circuit that can speed up the process.
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<実施の形態1>
(画像形成装置)
図1は画像形成装置の電力供給系の説明図である。図1に示すように、画像形成装置10は、商用電源(AC100V)16から電力供給を受けて直流電源11により生成した電源電圧(直流電圧)を、負荷端子15に接続された負荷の一例であるモータ12及び制御部13に供給する。
<Embodiment 1>
(Image forming device)
FIG. 1 is an explanatory diagram of a power supply system of the image forming apparatus. As shown in FIG. 1, the
直流電源11の出力側から平滑コンデンサ106までを「電源ライン」と呼ぶ。平滑コンデンサ106は、電源ラインへ並列に接続され、電源ラインの電圧を平滑して、負荷端子15の電圧を安定化させる。平滑コンデンサ106は、負荷端子15に接続された負荷(12、13)の負荷変動に対する直流電圧の安定化を図っている。モータ12は、平滑コンデンサ106により平滑された電圧で作動する。
A section from the output side of the
スイッチ103がONされたとき、スイッチ素子101の導通性が高い状態で、直流電源11から定常状態の直流電圧が直ちに印加される。このとき、平滑コンデンサ106が充電を完了するまでに、電源ラインに過渡的な電流である「突入電流」が流れてしまう。突入電流は、負荷(12、13)に取り出される定常的な電流よりも大きい電流であって、直流電源11の動作に影響を及ぼすため好ましくない。
When the
そこで、画像形成装置10では、電源ラインに突入電流が流れることを防止することを目的として、突入電流規制回路の一例である突入電流防止回路20が設けられている。
Therefore, the
(突入電流防止回路)
図2は実施の形態1の突入電流防止回路の回路図である。図2に示すように、平滑コンデンサ106は、第1のスイッチ素子101の出力端子(D)に接続されて、負荷端子15に供給する電圧を平滑する。突入電流防止回路20は、直流電源11と負荷端子15の間(電源ライン)に第1のスイッチ素子101を配置している。
(Inrush current prevention circuit)
FIG. 2 is a circuit diagram of the inrush current prevention circuit according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the
第1のスイッチ素子101は、直流電源11を負荷端子15へバイパスする導通FET素子である。第1のスイッチ素子101は、電力制御用半導体素子である導通FET素子を使用している。導通FET素子は、例えばMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。導通FET素子は、直流電源11に接続されるソース(入力端子)Sと、負荷端子15に接続されるドレイン(出力端子)Dと、ゲート(制御端子)Gと、を有する。導通FET素子は、ゲート/ソース間電圧に応じた導通性(抵抗値)でソース/ドレイン間を導通させる。導通FET素子は、ゲート/ソース間電圧が閾値Vthを超えると、ソース/ドレイン間の導通を開始させる。第1のスイッチ素子101のゲート/ソース間電圧は、分圧抵抗105と抵抗112との分圧比で決定される。
The
突入電流防止回路20は、第1のスイッチ素子101のソース/ドレイン間の導通開始時に、充電回路110によりゲート/ソース間電圧を緩やかに変化させる。これにより、第1のスイッチ素子101のソース/ドレイン間の導通性を低く(抵抗を高く)して、突入電流を軽減している。
The inrush
すなわち、スイッチ素子又は第1スイッチ素子の一例である第1のスイッチ素子101は、入力端子(S)と制御端子(G)との間の電位差に応じて、入力端子(S)と出力端子(D)との間の導通性を変化させる。そして、充電回路の一例である充電回路110は、入力端子(S)に印加された電圧で充電されることにより、入力端子(S)と制御端子(G)との間の電位差を変化させる。
That is, the
(充電回路)
充電回路110は、第1のスイッチ素子101のゲート/ソース間に接続されたコンデンサ111及び抵抗105と、ゲート/接地電位間に接続された抵抗112と、で構成される。充電回路110は、直流電源11から電源ラインを通じて直流電圧が印加されたときに、第1のスイッチ素子101のゲート/ソース間の電位差を時定数τ1に応じて緩やかに変化させる。充電回路110は、電源ラインの電圧を時定数τ1に応じてコンデンサ111に充電する。時定数τ1は、ゲート/ソース間の抵抗105の抵抗成分とコンデンサ111の容量成分とにより決定される。
(Charging circuit)
The
第1のスイッチ素子101のソースSと接地電位GNDとの間に直流電源11から印加された直流電圧は、直列接続された抵抗105と抵抗112とに印加される。このとき、コンデンサ111が無ければ、抵抗105と抵抗112とにより直流電圧を分圧した電圧が第1のスイッチ素子101のゲート/ソース間に直ちに印加される。
A DC voltage applied from the
しかし、抵抗105には、コンデンサ111が並列に接続されているため、抵抗105の両端には、コンデンサ111の充電に応じた電圧(充電電圧)が印加される。コンデンサ111は、時定数τ1に応じて徐々に電荷を蓄積して充電電圧を高める。充電電圧の上昇に伴って、抵抗105の両端の電位差が徐々に上昇して、抵抗105と抵抗112との分圧比に応じて直流電圧を分圧した電圧に収束する。抵抗105は、第1のスイッチ素子101のゲート/ソース間に接続されているため、抵抗105の両端電位差が徐々に上昇することにより、第1のスイッチ素子101のゲート/ソース間電圧が徐々に上昇する。
However, since the
第1のスイッチ素子101のゲート/ソース間電圧が徐々に上昇して第1のスイッチ素子101の閾値を越えると、第1のスイッチ素子101のドレイン/ソース間が導通を開始する。第1のスイッチ素子101は、ドレイン/ソース間の導通開始後、ゲート/ソース間電圧の緩やかな上昇に伴って、第1のスイッチ素子101の導通性が徐々に高まる。言い換えれば、ドレイン/ソース間の内部抵抗が徐々に低下する。第1のスイッチ素子101の導通性が徐々に高まることにより、ドレインDから平滑コンデンサ106に印加される電圧は、直流電源11の電源電圧へ向かって緩やかに上昇する。
When the gate / source voltage of the
その後、ゲート/ソース間電圧の上昇に伴って第1のスイッチ素子101の導通性はさらに高まり、コンデンサ111の充電が完了したとき、ソース/ドレイン間の内部抵抗は、ほぼ0Ωになる。
Thereafter, as the gate-source voltage increases, the conductivity of the
このように、充電回路110は、第1のスイッチ素子101の入力端子(S)へ直流電圧が印加されたとき、出力端子(D)から平滑コンデンサ106に印加される電圧を徐々に上昇させる。突入電流は、平滑コンデンサ106の両端に印加される電圧が大きいほど大きくなる。これにより、平滑コンデンサ106への電荷の充電を徐々に行って、第1のスイッチ素子101に流れる突入電流を規制する。
Thus, the charging
(スイッチ)
図3は筐体スイッチの配置の説明図である。図2に示すように、電源装置10Dの突入電流防止回路20は、直流電源11と第1のスイッチ素子101との間にスイッチ103を設けている。スイッチ103は、直流電源11と第1のスイッチ素子101との間の電流を機械的に導通/遮断するメカニカルスイッチである。
(switch)
FIG. 3 is an explanatory diagram of the arrangement of the housing switches. As shown in FIG. 2, the inrush
図3に示すように、画像形成装置10は、筐体10Bから前後に開閉されるカバー10Cの内側に電源装置10Dを配置している。スイッチ103は、画像形成装置10のカバー10Cの開閉と連動してOFF/ON動作するカバースイッチである。スイッチ103は、カバー10Cを開くことにより、図2に示す直流電源11と入力端子(S)との間を遮断し、カバー10Cを閉じることにより直流電源11と入力端子(S)との間を導通させる。
As shown in FIG. 3, the
図2に示すように、突入電流防止回路20は、スイッチ103を設けているので、直流電源11をON状態に保ったまま、スイッチ103をOFFすることにより、第1のスイッチ素子101を通じた負荷端子15への電力供給を停止できる。スイッチの一例であるスイッチ103は、電源の一例である直流電源11と入力端子(S)との間に配置される。
As shown in FIG. 2, since the inrush
突入電流防止回路20は、直流電源11がON状態でスイッチ103の入力側の直流電圧が維持された状態で、スイッチ103が素早くOFF/ONされた場合の突入電流を規制するために、第2のスイッチ素子102及び作動回路120を設けている。
The inrush
すなわち、コンデンサ111が充電完了して第1のスイッチ素子101のソース/ゲート間に閾値を超える電位差が発生している状態で、スイッチ103を素早くOFF/ONすると、第1のスイッチ素子101に突入電流が流れてしまう。ソース/ゲート間に閾値を超える電位差が発生して内部抵抗がほぼ0Ωの導通状態に保たれた第1のスイッチ素子101を通じて平滑コンデンサ106へ一気に電流が流れ込むからである。
That is, when the
すなわち、スイッチ103をOFFした後、コンデンサ111に充電された充電電圧が抵抗112を通じて十分に放電されるまで、第1のスイッチ素子101はソース/ドレイン間が導通した状態に維持される。このため、スイッチ103をONした瞬間に、直流電源11の電源電圧がソースSからドレインDへそのまま導通してしまう。これにより、平滑コンデンサ106に最初から直流電源11の電源電圧が印加されて、第1のスイッチ素子101に突入電流が流れてしまう。
That is, after the
そこで、突入電流防止回路20は、放電回路の一例である第2のスイッチ素子102及び作動回路120を設けて、スイッチ103がOFFされたときには、コンデンサ111に残った充電電圧を強制的に放電させている。第2スイッチ素子の一例である第2のスイッチ素子102は、その導通により充電回路110を放電させ、その遮断により充電回路110を充電可能にする。
Therefore, the inrush
(放電回路)
図2に示すように、作動回路120は、スイッチ103の両端と、第2のスイッチ素子102と、へ接続される。第2のスイッチ素子102は、充電回路110のコンデンサ111へ蓄積された電荷を放電するための半導体素子である。
(Discharge circuit)
As shown in FIG. 2, the
作動回路120は、第1のスイッチ素子のソースSに印加された電圧が低下すると、第2のスイッチ素子102を導通させて、充電回路110のコンデンサ111へ蓄積された電荷を速やかに放電させる。第2のスイッチ素子102は、作動回路120の出力に応じて導通し、抵抗104を経由してコンデンサ111の電荷を時定数τ1よりも小さな時定数τ2で一気に放電させる。
When the voltage applied to the source S of the first switch element decreases, the
コンデンサ111の電荷を放電させることで、第1のスイッチ素子101のソース/ゲート間電圧が0Vとなり、第1のスイッチ素子101のソース/ドレイン間が遮断される。このため、直後に、スイッチ3がONされて直流電源11の直流電圧が第1のスイッチ素子101のソースSへ急に印加されても、ドレインDから平滑コンデンサ106へ電流が流れ込まない。
By discharging the electric charge of the
コンデンサ111の充電電圧が放電された状態であれば、スイッチ103のONにより直流電源11の直流電圧が再投入されたときに、第1のスイッチ素子101のゲートソース間の内部抵抗が高く、平滑コンデンサ106へ流れ込む電流を遮断できる。このため、平滑コンデンサ106に印加される直流電圧が一気に上昇して突入電流を生じさせることがない。
If the charging voltage of the
コンデンサ111に電荷が残っていない状態であれば、スイッチ103がONされた後にコンデンサ111の充電が開始し、第1のスイッチ素子101のゲート/ソース間電圧が時定数τ1によって徐々に上昇する。そして、コンデンサ111の充電電圧の上昇に伴って第1のスイッチ素子101のソース/ゲート間抵抗を緩やかに低下させて、平滑コンデンサ106に印加される電圧を緩やかに高めることができる。
If there is no charge remaining in the
(比較例)
図6は比較例の突入電流防止回路の回路図である。図7は比較例の突入電流防止回路の動作のタイムチャートである。図7中、(a)はスイッチのON/OFF、(b)は直流電源の直流電圧、(c)は第1のスイッチ素子の状態、(d)は第2のスイッチ素子の状態、(e)は充電電圧である。
(Comparative example)
FIG. 6 is a circuit diagram of an inrush current prevention circuit of a comparative example. FIG. 7 is a time chart of the operation of the inrush current prevention circuit of the comparative example. 7, (a) is the ON / OFF state of the switch, (b) is the DC voltage of the DC power supply, (c) is the state of the first switch element, (d) is the state of the second switch element, (e ) Is the charging voltage.
図6に示すように、比較例の突入電流防止回路20Hは、作動回路(120:図2)が電圧検知部203に置き換えられている以外は、実施の形態1と同一に構成されている。このため、図6中、実施の形態1と共通する構成には図2と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
As shown in FIG. 6, the inrush
比較例の突入電流防止回路20Hは、スイッチ103が素早くOFF/ONされた場合でも突入電流を規制できるように電圧検知部203が第2のスイッチ素子102を作動させる。電圧検知部203は、第1のスイッチ素子のソースSに印加された電圧を監視している。
In the inrush
電圧検知部203は、スイッチ103がOFFされて第1のスイッチ素子のソースSの電圧が低下する過程で、第2のスイッチ素子102を導通させて、充電回路110のコンデンサ111を放電させる。コンデンサ111の電荷を放電させることで、第1のスイッチ素子101のソース/ゲート間電圧を第1のスイッチ素子101の閾値電圧よりも低くして、第1のスイッチ素子101のソース/ドレイン間を遮断する。
The
図7の(a)に示すように、スイッチ103がOFFされると、図7の(b)に示すように、第1のスイッチ素子のソースSに引加された直流電圧が低下する。その低下過程で、直流電圧が特定の電圧よりも低くなると、図7の(d)に示すように、第2のスイッチ素子102の遮断(放電解除)が解除されて導通(放電中)に切り替わる。
As shown in FIG. 7A, when the
第2のスイッチ素子102が導通すると、図7の(e)に示すように、コンデンサ111の充電電圧が放電される。第2のスイッチ素子102の導通状態は、図7の(a)に示すように、スイッチ103がONされて、図7の(b)に示すように、第1のスイッチ素子のソースSに引加された直流電圧が特定の電圧を超えるまで維持される。
When the
(直流電源の立上げ時の問題)
比較例の突入電流防止回路20Hは、スイッチ103がONされた状態で、直流電源11を停止状態から作動させた場合も、直流電源11の作動状態でスイッチ103をOFFからONへ切り替えた場合と同様に作動する。
(Problems when starting up DC power supply)
The inrush
図1に示すように、スイッチ103がONされた状態で、画像形成装置10の電源スイッチ18をOFFすると、直流電源11が停止して、第1のスイッチ素子のソースSに印加された電圧が24Vから0Vに低下する。その低下過程でも、図7の(a)に示すように、電圧が特定の電圧よりも低くなると、第2のスイッチ素子102の遮断が解除されて導通に切り替わる。
As shown in FIG. 1, when the
その後、電源スイッチ18をONすると、直流電源11が作動開始して出力電圧が0Vから24Vに立ち上がる。このとき、スイッチ103の出力側(第1のスイッチ素子101のソース)に印加される直流電圧の立ち上がりは、スイッチ103をOFF/ONした場合に比較して緩やかである。このため、コンデンサ111の充電電圧の上昇開始が、スイッチ103をOFF/ONした場合に比較して遅くなり、第1のスイッチ素子のソース/ゲート間の電位差が閾値に達する時期も遅くなる。
Thereafter, when the
図7の(a)に示すように、直流電源11への電力供給を開始して直流電圧を立上げる。直流電圧が所定の電圧を超えると、第2のスイッチ素子102の導通が解除されて遮断に切り替わり、コンデンサ111に直流電圧を充電できるようになる。
As shown in FIG. 7A, the supply of power to the
図7の(d)に示すように、第2のスイッチ素子102が遮断した後に、抵抗105の抵抗とコンデンサ111の容量とに応じた時定数τ1でコンデンサ111に充電電圧が緩やかに充電される。コンデンサ111の充電の進行に伴って第1のスイッチ素子101のソース/ゲート間の電位差が緩やかに上昇し、第1のスイッチ素子101の閾値電圧に達すると第1のスイッチ素子101のソース/ドレイン間の導通が開始する。
As shown in FIG. 7D, after the
図7の(b)に示すように、第1のスイッチ素子101のソース/ドレイン間の導通の開始後、第1のスイッチ素子101のソース/ゲート間電圧が緩やかに上昇して第1のスイッチ素子101のソース/ドレイン間の内部抵抗が緩やかに低下する。これに伴って、平滑コンデンサ106に印加される電圧が緩やかに高まって直流電源11の出力電圧へ収束する。
As shown in FIG. 7B, after the start of conduction between the source and drain of the
図6に示すように、比較例では、電圧検知部203は、第1のスイッチ素子101のソースSに印加された電圧の上昇が、直流電源11のONに伴う出力電圧の立上がりによるものなのか、スイッチ103のONによるものなのか、を判別することができない。
As shown in FIG. 6, in the comparative example, the
このため、比較例では、直流電源11を起動した際の出力電圧の立上がり時において、特定の電圧まで出力電圧が上昇しないと、第2のスイッチ素子102の導通(充電回路110の初期化)を解除できない。このため、突入電流防止回路20Hの負荷端子15に接続された負荷への電力供給の開始が、図7の(b)、(e)に示すように、出力電圧が特定の電圧に達するまでの時間DLだけ遅延し、画像形成装置(10)の起動が遅くなる。
For this reason, in the comparative example, if the output voltage does not rise to a specific voltage when the output voltage rises when the
そこで、実施の形態1では、作動回路120が、第1のスイッチ素子101のソースSに印加された電圧の上昇が、直流電源11のONに伴うものなのか、スイッチ103のONによるものなのか、を判別する。そして、直流電源11のONに伴う電圧の上昇の場合には、スイッチ103のONによる電圧の上昇の場合よりも、コンデンサ111の充電が開始されるタイミングを早くしている。
Therefore, in the first embodiment, whether the increase in the voltage applied to the source S of the
(作動回路)
図4は実施の形態1の突入電流防止回路の詳細な回路図である。図4に示すように、切替回路の一例である作動回路120は、スイッチ103の前後の電位差に応じて第2のスイッチ素子102の導通と遮断とを切り替える。作動回路120は、直流電源11の作動/停止の状態とスイッチ103の導通/遮断の状態とに応じて第2のスイッチ素子102の導通と遮断とを切り替える。
(Operating circuit)
FIG. 4 is a detailed circuit diagram of the inrush current preventing circuit according to the first embodiment. As illustrated in FIG. 4, the
作動回路120は、スイッチ103の前後の電位差に応じて第1のスイッチ素子101の導通の開始時期を変化させる。作動回路120は、スイッチ103の前後の電位差が無い場合には、直流電源11のONによる直流電圧の立上がりであるため、スイッチ103の前後の電位差がある場合よりもコンデンサ111の充電が開始されるタイミングを早くする。
The
作動回路120は、スイッチ103の前後の電位差が無いときは、第2のスイッチ素子102を遮断させている。すなわち、直流電源11が停止していてスイッチ103が導通した状態では、第2のスイッチ素子102を遮断させている。
The
作動回路120は、スイッチ103の前後の電位差が有るときは、第2のスイッチ素子102を導通させている。すなわち、直流電源11が作動していてスイッチ103が遮断した状態では第2のスイッチ素子102を導通させている。
The
作動回路120は、スイッチ103の入力側と出力側の電位差をコンパレータ121で比較する。比較回路の一例であるコンパレータ121は、スイッチ103の前後の電位差で作動して第2のスイッチ素子102の導通と遮断とを切り替える。コンパレータ121は、電源電圧と接地電位の間で作動し、電源電圧が2V以上あれば作動する。
The
コンパレータ121の+端子は、スイッチ103の出力側に接続された抵抗125と抵抗126の直列回路における抵抗125と抵抗126の中間点に接続される。コンパレータ121の−端子は、スイッチ103の入力側に接続されたツェナーダイオード122と抵抗123と抵抗124との直列回路における抵抗123と抵抗124の中間点に接続される。ツェナーダイオード122のツェナー電圧は、第2のスイッチ素子102の導通と遮断とを切り替える閾値電圧に対応している。
The + terminal of the
直流電源11が直流電圧を維持している状態でスイッチ103が遮断している場合、スイッチ103の入力側と出力側の電位差は24Vであって、ツェナーダイオード122のツェナー電圧を超えている。スイッチ103の入力側と出力側の電位差がツェナーダイオード122のツェナー電圧を超えていると、抵抗123と抵抗124との直列回路に電流が流れてコンパレータ121の−端子の電位が+端子の電位よりも高くなる。その結果、コンパレータ121はLowレベル(接地電位)を出力して、第2のスイッチ素子102を導通させる。
When the
スイッチ103が導通している状態で直流電源11が立ち上がる場合、スイッチ103の入力側と出力側の電位差は0Vであって、ツェナーダイオード122のツェナー電圧以下である。スイッチ103の入力側と出力側の電位差がツェナーダイオード122のツェナー電圧以下であると、抵抗123と抵抗124との直列回路に電流が流れず、コンパレータ121の−端子の電位が接地電位になって、+端子の電位よりも低くなる。その結果、コンパレータ121はHighレベルを出力して、第2のスイッチ素子102を遮断させる。
When the
スイッチ素子作動回路の一例である充電回路110、第2のスイッチ素子102、及び作動回路120は、直流電源11の起動時と、スイッチ103のOFF/ON時とで、第1のスイッチ素子101の導通タイミングを異ならせる。直流電源11が停止していてスイッチ103が導通した状態では、直流電源11が作動していてスイッチ103が遮断した状態よりも、入力端子(S)に印加される電圧の上昇過程でソース/ゲート間の電位差が増加し始める電圧を低くする。
The charging
(直流電源の起動時の動作)
図5は実施の形態1の突入電流防止回路の動作のタイムチャートである。図5中、(a)はスイッチのON/OFF、(b)は直流電源の直流電圧、(c)はスイッチの出力側の電圧、(d)は第1のスイッチの導通/遮断、(e)は第2のスイッチ素子の導通/遮断、(f)は充電電圧である。
(Operation when starting DC power supply)
FIG. 5 is a time chart of the operation of the inrush current prevention circuit of the first embodiment. In FIG. 5, (a) is the ON / OFF of the switch, (b) is the DC voltage of the DC power supply, (c) is the voltage on the output side of the switch, (d) is the on / off state of the first switch, ) Is the conduction / cutoff of the second switch element, and (f) is the charging voltage.
図5の(a)に示すように、直流電源11に電力供給が開始されると直流電圧は緩やかに立ち上がる。
As shown in FIG. 5A, when the power supply to the
図5の(e)に示すように、直流電圧の立ち上がりの開始時に第2のスイッチ素子102が遮断(オープン)している。このため、図5の(f)に示すように、直流電圧の立上がり開始時からコンデンサ111の充電が開始する。コンデンサ111の充電電圧が第1のスイッチ素子101の閾値電圧に達すると、第1のスイッチ素子101の導通が開始する。
As shown in FIG. 5E, the
図5の(d)に示すように、第1のスイッチ素子101の導通性が緩やかに高まって第1のスイッチ素子101のドレインDから平滑コンデンサ106に印加される電圧が緩やかに高まって突入電流が防止される。
As shown in FIG. 5D, the continuity of the
(スイッチのOFF/ON時の動作)
図5の(b)に示すように、スイッチ103がOFFされると、第1のスイッチ素子101のソース電位は低下する。その後、スイッチ103がONされると、第1のスイッチ素子101のソース電位は上昇する。
(Operation when the switch is OFF / ON)
As shown in FIG. 5B, when the
図5の(c)に示すように、スイッチ103のOFF後、スイッチ103の入力側(直流電圧)と出力側(ソース電位)の電位差が増大して、コンパレータ121の出力が反転し第2のスイッチ素子102が導通する。
As shown in FIG. 5C, after the
図5の(e)に示すように、第2のスイッチ素子102が遮断(オープン)から導通(ショート)に変化すると、コンデンサ111の充電電圧が急速に放電されて、第1のスイッチ素子101が急速にOFFする。
As shown in FIG. 5 (e), when the
図5の(c)に示すように、スイッチ103のON後、スイッチ103の入力側(直流電圧)と出力側(ソース電位)の電位差が減少して、コンパレータ121の出力が反転し第2のスイッチ素子102が遮断する。
As shown in FIG. 5C, after the
図5の(e)に示すように、第2のスイッチ素子102が導通(ショート)から遮断(オープン)に変化すると、ソース電圧によるコンデンサ111の充電が開始されて充電電圧が次第に高まる。コンデンサ111の充電電圧が第1のスイッチ素子101の閾値電圧に達すると、第1のスイッチ素子101の導通が開始する。
As shown in FIG. 5E, when the
図5の(d)に示すように、第1のスイッチ素子101の導通性が緩やかに高まって第1のスイッチ素子101のドレインDから平滑コンデンサ106に印加される電圧が緩やかに高まって突入電流が防止される。
As shown in FIG. 5D, the continuity of the
図5の(c)に示すように、直流電源11が停止していてスイッチ103が導通した状態でソース/ゲート間の電位差が増加し始めるソース電圧はViである。一方、直流電源11が作動していてスイッチ103が遮断した状態でソース/ゲート間の電位差が増加し始めるソース電圧はVjである。そして、Viは、Vjよりも低い。
As shown in FIG. 5C, the source voltage at which the potential difference between the source and the gate starts increasing when the
実施の形態1では、図5の(f)に示すように、直流電源11の立上がりの最初から、第2のスイッチ素子102の導通(充電回路110の初期化)が解除されている。図7の(a)に示すように、特定の電圧まで直流電圧が上昇するのを待つことなく、コンデンサ111の充電を開始して、第1のスイッチ素子101の導通の開始を早めている。
In the first embodiment, as shown in FIG. 5 (f), the conduction of the second switch element 102 (initialization of the charging circuit 110) is released from the beginning of the rise of the
(実施の形態1の効果)
実施の形態1では、直流電源11の電源投入時から直ちに充電回路110の充電を開始できる。このため、直流電源11の電源投入時に、負荷端子15側の直流電圧が立上がるまでの時間にタイムラグを設ける必要がなく、速やかに負荷(12、13)へ直流電圧を供給開始できる。
(Effect of Embodiment 1)
In the first embodiment, charging of the charging
実施の形態1では、スイッチ103の前後の電位差を検出して、充電回路110の初期化を行うので、直流電源11の出力電圧の立上がりを待つことなく充電回路110を初期化できる。そのため、直流電源11の立上がりと同時に充電回路110の充電を開始できる。
In Embodiment 1, since the potential difference before and after the
実施の形態1では、直流電源11の立上がり時において、突入電流を有効に規制しつつ、直流電源11からの電力供給の遅れを解消して、突入電流防止回路20に接続された負荷(12、13)への電力供給の遅延を軽減することができる。
In the first embodiment, when the
実施の形態1では、突入電流防止回路20を通じた負荷(12、13)への電力供給開始までの時間を短縮できる。画像形成装置10の電源投入時の起動が早くなり画像形成動作の開始を早めることができる。
In the first embodiment, it is possible to shorten the time until the power supply to the load (12, 13) through the inrush
実施の形態1では、スイッチ103の前後の電位差に応じて第2のスイッチ素子102の導通と遮断とを切り替える。直流電源11の作動/停止の状態とスイッチ103の導通/遮断の状態とに応じて第2のスイッチ素子102の導通と遮断とを切り替える。このため、直流電源11の起動時とスイッチ103のON時とで、突入電流の規制性能を損なうことなく、ソース電圧の上昇開始後に第1のスイッチ素子101が導通する時期を異ならせることができる。
In the first embodiment, the
実施の形態1では、スイッチ103の前後の電位差が無いときは第2のスイッチ素子102を遮断させている。直流電源11が停止していてスイッチ103が導通した状態では第2のスイッチ素子102を遮断させている。このため、直流電源11の起動時には直ちに充電回路110の充電を開始させることができる。
In the first embodiment, when there is no potential difference before and after the
実施の形態1では、スイッチ103の前後の電位差が有るときは第2のスイッチ素子102を導通させている。直流電源11が作動していてスイッチ103が遮断した状態では第2のスイッチ素子102を導通させている。このため、スイッチ103がOFFされた際には速やかに充電回路110の充電を放電して第1のスイッチ素子101を遮断させ、次回にスイッチ103がONされたときの突入電流を確実に規制することができる。
In Embodiment 1, when there is a potential difference before and after the
実施の形態1では、アナログ素子のコンパレータ121を使用するため、直流電源11の停止等による低い電源電圧下でも確実に作動回路120を機能させることができる。
In the first embodiment, since the
実施の形態1では、第2のスイッチ素子102の導通と遮断とを切り替える閾値電圧に対応するツェナー電圧のツェナーダイオード122を有するから、閾値電圧で急峻に回路出力を変化させて第2のスイッチ素子102を確実に導通/遮断させることができる。
In the first embodiment, since the
実施の形態1では、直流電源11が停止していてスイッチ103が導通した状態では、直流電源11が作動していてスイッチ103が遮断した状態よりも、入力端子(S)に印加される電圧の上昇過程で電位差が変化し始める電圧を低くする。このため、直流電源11の起動時には直ちに充電回路110の充電を開始させることができる。
In the first embodiment, when the
<その他の実施の形態>
本発明の突入電流規制回路は、実施の形態1における具体的な各部構成、電子部品の組み合わせ、電圧の種類、電圧の正負、半導体素子の特性には限定されない。実施の形態1の構成の一部又は全部を等価な部材に置き換えた別の実施の形態でも実施可能である。
<Other embodiments>
The inrush current regulating circuit of the present invention is not limited to the specific configuration of each part, combination of electronic components, voltage type, voltage positive / negative, and semiconductor element characteristics in the first embodiment. Another embodiment in which a part or all of the configuration of the first embodiment is replaced with an equivalent member is also possible.
第1のスイッチ素子101に使用されるMOSFETは、ソース/ゲート間の電位差で導通するエンハンスメント型には限らない。ソース/ゲート間の電位差で遮断ディプレッション型を採用してもよい。N型チャネル接合型、Pチャネル接合型のいずれでもよい。第1のスイッチ素子101は、MOSFETには限らず、通常のトランジスタ素子であってもよい。ただし、周辺の回路は、トランジスタ素子の種類(特性)に応じて変更する必要がある。
The MOSFET used for the
スイッチ103は、カバー10Cの開閉に応じて導通/遮断するカバースイッチには限定されない。手動操作される電源スイッチでもよく、リードスイッチ、バイメタル接点、リレー接点等に置き換えてもよい。
The
画像形成装置10は、電子写真方式の画像形成プロセスを行うものには限定されない。インクジェットプリンタ、オフセット印刷装置等に置き換えてもよい。
The
電源装置10Dは、直流電源を備えた画像形成装置以外の一般的な装置においても搭載可能である。
The
10:画像形成装置、10B:筐体、10C:カバー、12:モータ、13:制御部、101:第1のスイッチ素子(スイッチ素子、第1スイッチ素子)、102:第2のスイッチ素子(第2スイッチ素子)、103:スイッチ、104、105、112、123、124、125、126、127、128:抵抗、106:平滑コンデンサ、110:充電回路、111:コンデンサ、120:作動回路、121:コンパレータ(比較回路)、122:ツェナーダイオード、D:ドレイン(出力端子)、G:ゲート(制御端子)、S:ソース(入力端子) DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Image forming apparatus, 10B: Housing | casing, 10C: Cover, 12: Motor, 13: Control part, 101: 1st switch element (switch element, 1st switch element), 102: 2nd switch element (1st 2 switch element), 103: switch, 104, 105, 112, 123, 124, 125, 126, 127, 128: resistor, 106: smoothing capacitor, 110: charging circuit, 111: capacitor, 120: operating circuit, 121: Comparator (comparison circuit), 122: Zener diode, D: Drain (output terminal), G: Gate (control terminal), S: Source (input terminal)
Claims (12)
前記入力端子に印加された電圧で充電されることにより前記電位差を変化させる充電回路と、
その導通により前記充電回路を放電させ、その遮断により前記充電回路を充電可能にする第2スイッチ素子と、
電源と前記入力端子との間に配置されたスイッチと、
前記スイッチの前後の電位差に応じて前記第2スイッチ素子の導通と遮断とを切り替える切替回路と、を備えることを特徴とする突入電流規制回路。 A first switch element that changes conductivity between the input terminal and the output terminal according to a potential difference between the input terminal and the control terminal;
A charging circuit that changes the potential difference by being charged with a voltage applied to the input terminal;
A second switch element that discharges the charging circuit by the conduction and enables the charging circuit to be charged by the interruption;
A switch disposed between a power source and the input terminal;
And a switching circuit that switches between conduction and interruption of the second switch element in accordance with a potential difference before and after the switch.
前記入力端子に印加された電圧で充電されることにより前記電位差を変化させる充電回路と、
その導通により前記充電回路を放電させ、その遮断により前記充電回路を充電可能にする第2スイッチ素子と、
電源と前記入力端子との間に配置されたスイッチと、
前記電源の状態と前記スイッチの状態とに応じて前記第2スイッチ素子の導通と遮断とを切り替える切替回路と、を備えることを特徴とする突入電流規制回路。 A first switch element that changes conductivity between the input terminal and the output terminal according to a potential difference between the input terminal and the control terminal;
A charging circuit that changes the potential difference by being charged with a voltage applied to the input terminal;
A second switch element that discharges the charging circuit by the conduction and enables the charging circuit to be charged by the interruption;
A switch disposed between a power source and the input terminal;
An inrush current regulation circuit comprising: a switching circuit that switches between conduction and interruption of the second switch element according to the state of the power source and the state of the switch.
電源と前記入力端子との間に配置されたスイッチと、
前記電源が停止していて前記スイッチが導通した状態では、前記電源が作動していて前記スイッチが遮断した状態よりも、前記入力端子に印加される電圧の上昇過程で前記電位差が変化し始める電圧が低くなるように前記スイッチ素子を作動させるスイッチ素子作動回路と、を備えることを特徴とする突入電流規制回路。 A switch element that changes electrical conductivity between the input terminal and the output terminal according to a potential difference between the input terminal and the control terminal;
A switch disposed between a power source and the input terminal;
In the state where the power supply is stopped and the switch is turned on, the voltage at which the potential difference starts to change in the process of increasing the voltage applied to the input terminal is higher than in the state where the power supply is activated and the switch is cut off. An inrush current regulating circuit, comprising: a switch element operating circuit that operates the switch element so as to be low.
前記電源と、
前記出力端子に接続されて負荷に供給する電圧を平滑する平滑コンデンサと、を備えることを特徴とする電源装置。 Inrush current regulation circuit according to any one of claims 1 to 9,
The power source;
A power supply device comprising: a smoothing capacitor connected to the output terminal for smoothing a voltage supplied to a load.
前記電源と、
前記出力端子に接続された平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサにより平滑された電圧で作動するモータと、を備えることを特徴とする画像形成装置。 Inrush current regulation circuit according to any one of claims 1 to 9,
The power source;
A smoothing capacitor connected to the output terminal;
An image forming apparatus comprising: a motor that operates with a voltage smoothed by the smoothing capacitor.
前記スイッチは、前記カバーを開くことにより前記電源と前記入力端子との間を遮断し、前記カバーを閉じることにより前記電源と前記入力端子との間を導通させるカバースイッチであることを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。 The image forming apparatus has a cover on a housing,
The switch is a cover switch that shuts off the power supply and the input terminal by opening the cover and closes the cover to connect the power supply and the input terminal. The image forming apparatus according to claim 11.
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2016
- 2016-02-04 JP JP2016019874A patent/JP2017139900A/en active Pending
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