JP2017163788A - 電源装置および画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数出力型スイッチング電源装置において、クロスレギュレーションを抑制し、かつ、高効率な電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置は、複数の2次巻線を含む変圧器と、複数の整流部とを備える。複数の整流部の各々は、2次巻線に誘起される交流電圧を整流するための整流素子を含む。複数の整流部のうち第1の整流部は、整流素子の両端に接続され、導通時の電圧降下量が整流素子において生じる導通時の電圧降下量より小さいバイパス素子を含む。電源装置は、第1の整流部に対応する2次巻線に誘起される交流電圧を、整流素子を含む経路において整流する第1のモードと、バイパス素子を含む経路において整流する第2のモードとを切り替える切替手段を含む。切替手段は、負荷へ供給されているそれぞれの電力の大きさを示す情報、および、負荷へ将来的に供給されるそれぞれの電力の大きさを示す情報に基づいて、第1のモードと第2のモードとを切り替える。
【選択図】図3

Description

この開示は、電源装置に関し、より特定的には、2次巻線を複数有するトランスを含むスイッチング電源装置に関する。
2次巻線を複数するトランスを含む複数出力型スイッチング電源には、簡易な構成を実現するために、特定の出力のみ一定電圧となるようにフィードバック制御を行なうものがある。しかしながら、定電圧制御されていない電源系統の出力電圧は、当該出力または他の電源系統の出力に接続される負荷の変動に伴い、変動してしまうクロスレギュレーションが生じることが知られている。
このクロスレギュレーションを抑制する技術に関し、特開2007−37379号公報(特許文献1)は、フィードバックされている第1の直流出力端子と、フィードバックされていない第2の直流出力端子間に、電流制御手段を接続し、第1の直流出力電圧を基準として第2の直流出力電圧の一定比率を差動増幅器の入力端子に接続し、該差動増幅器の出力によって電流制御手段の導通を制御することによって、第2の直流出力電圧の負荷電流が少ない軽負荷時にトランスの漏洩磁束(リーケージ)の影響等による第2の直流出力電圧の急上昇を抑える構成を開示している。
特開2003−319649号公報(特許文献2)は、省エネルギー化の観点から、多出力型スイッチング電源装置であって、同期整流回路にダイオードよりもON電圧が低いFET(Field effect transistor)を用い、動作モード終了後に設定される省エネモードで、同期整流制御回路が同期整流回路のFETをOFFにして、同期整流回路の電流を遮断する構成を開示している。
特開2007−37379号公報 特開2003−319649号公報
しかしながら、特許文献1に開示される技術は、軽負荷時に第2の直流出力電圧端子から第1の直流出力電圧端子へブリーダ電流を流すためのダミー抵抗を備えており、当該抵抗による電力損失が生じる。その結果、電源装置としての効率が下がってしまうという問題がある。
一方、特許文献2に開示される技術は、出力間のダミー抵抗接続が不要なため、該抵抗での電力消費が避けられる。しかしながら、同技術は、フィードバックされていない出力電圧の変動(クロスレギュレーション)を抑制するという観点での制御は行なわれていない。
本開示は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、複数出力型スイッチング電源装置において、クロスレギュレーションを抑制し、かつ、高効率な電源装置を提供することである。
電源装置であって、1次巻線および複数の2次巻線を含む変圧器と、1次巻線と電気的に接続されるスイッチング素子を含むとともに、当該スイッチング素子のスイッチング動作により生じる交流電圧を1次巻線に印加する発振部と、複数の2次巻線とそれぞれ電気的に接続された複数の整流部とを備える。複数の整流部の各々は、対応する2次巻線に誘起される交流電圧を整流して対応する負荷へ供給するための整流素子を含む。複数の整流部のうち第1の整流部は、整流素子の両端に接続され、導通時の電圧降下量が整流素子において生じる導通時の電圧降下量より小さいバイパス素子を含む。電源装置は、複数の整流部のうち1つの整流部から対応する負荷へ供給される電圧の大きさに関連付けられた信号に基づいて、発振部におけるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第1の制御手段と、第1の整流部に対応する2次巻線に誘起される交流電圧を、整流素子を含む経路において整流する第1のモードと、バイパス素子を含む経路において整流する第2のモードとを切り替えるための切替手段とを含む。切替手段は、複数の整流部から対応する負荷へ供給されているそれぞれの電力の大きさを示す情報、および、複数の整流部から対応する負荷へ将来的に供給されるそれぞれの電力の大きさを示す情報、の少なくとも一方に基づく条件が満たされると、第1のモードから第2のモードへと切り替える。
好ましくは、第1の整流部から対応する負荷へ供給されている電流の大きさを検出する電流検出部をさらに備える。切替手段は、電流検出部によって検出された電流値が所定の電流値を上回る場合に、第1のモードから第2のモードへと切り替える。
好ましくは、第1の制御手段により供給される電圧を制御される負荷に対応する整流部とは異なる整流部から、対応する負荷へ供給されている電圧の大きさに関連付けられた信号を検出する電圧検出部さらに備える。切替手段は、電圧検出部によって検出された電圧値が所定の電圧値を下回る場合に、第1のモードから第2のモードへと切り替える。
好ましくは、第1の制御手段は、スイッチング素子にPWM(Pulse Width Modulation)信号を出力することで当該スイッチング素子のオン/オフを制御するPWM制御手段を含む。PWM信号のデューティー比が所定のデューティー比を上回る場合に、第1のモードから第2のモードへと切り替える。
好ましくは、スイッチング素子のスイッチング周波数を検出する周波数検出部をさらに備える。切替手段は、周波数検出部によって検出された周波数が所定の周波数を上回る場合に、第1のモードから第2のモードへと切り替える。
好ましくは、負荷は、指示に応じた動作を行なう装置を含む。切替手段は、指示に対応する負荷のうち、第1の整流部に対応する負荷に含まれる装置の情報に基づいて、指示に対応する負荷に含まれる装置が当該指示に応じた動作を行なう前に、第1のモードと第2のモードとを切り替える。
好ましくは、1次巻線に直列に接続される共振用コンデンサをさらに備える。好ましくは、トランスおよび発振部を含むコンバータは、フライバック方式である。好ましくは、直流電圧を昇圧して発振部に出力する力率改善回路をさらに備える。
好ましくは、第1の制御手段により供給される電圧を制御される負荷に対応する整流部とは異なる整流部のうち少なくとも1つの整流部は、出力電圧間に逆接続されるツェナーダイオードと、ツェナーダイオードの導通に応答して、出力経路を遮断する素子とを含む。
別の局面に従うと、画像形成装置に含まれる電源装置は、1次巻線および複数の2次巻線を含む変圧器と、1次巻線と電気的に接続されるスイッチング素子を含むとともに、当該スイッチング素子のスイッチング動作により生じる交流電圧を1次巻線に印加する発振部と、複数の2次巻線とそれぞれ電気的に接続された複数の整流部とを含む。複数の整流部の各々は、対応する2次巻線に誘起される交流電圧を整流して対応する負荷へ供給するための整流素子を有し、複数の整流部のうち第1の整流部は、整流素子の両端に接続され、導通時の電圧降下量が整流素子において生じる導通時の電圧降下量より小さいバイパス素子を有する。電源装置は、複数の整流部のうち1つの整流部から対応する負荷へ供給される電圧の大きさに関連付けられた信号に基づいて、発振部におけるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第1の制御手段と、第1の整流部に対応する2次巻線に誘起される交流電圧を、整流素子を含む経路において整流する第1のモードと、バイパス素子を含む経路において整流する第2のモードとを切り替えるための切替手段とを含む。切替手段は、複数の整流部から対応する負荷へ供給されているそれぞれの電力の大きさを示す情報、および、複数の整流部から対応する負荷へ将来的に供給されるそれぞれの電力の大きさを示す情報、の少なくとも一方に基づく条件が満たされると、第1のモードから第2のモードへと切り替える。
好ましくは、第1の整流部に対応する負荷に供給される電圧は、他の整流部に対応する負荷に供給される電圧以下であって、電源装置は、第1の整流部に対応する負荷にのみ電力を供給する省エネモードを有する。切替手段は、省エネモードにおいて、第2のモードによる制御を行なう。
一実施形態に従う複数出力型スイッチング電源装置は、クロスレギュレーションを抑制するとともに、電力損失を最小限に抑えることができる。
実施形態に従う画像形成装置の構成例を説明する図である。 実施形態1に従う電源装置の基本構成例を説明するブロック図である。 実施形態1に従うダイオード整流モードおよびFET整流モードについて説明する図である。 実施形態1に従う整流モードの切り替えによるクロスレギュレーションの抑制について説明する図である。 ダイオード整流モードのみを用いた場合、5V系統2次交流電圧のみFET整流モードを用いた場合、24V系統2次交流電圧のみFET整流モードを用いた場合、の24V出力電圧の変動を比較する図である。 実施形態1に従う制御部の機能構成を説明するブロック図である。 実施形態1に従う整流モードの切り替え制御について説明するフローチャートである。 実施形態1に従う電源装置の回路構成例を説明する図である。 実施形態2に従う整流モードの切り替え制御について説明するフローチャートである。 実施形態2に従う電源装置の回路構成例を説明する図である。 実施形態3に従う整流モードの切り替え制御について説明するフローチャートである。 実施形態3に従う電源装置の回路構成例を説明する図である。 実施形態4に従う整流モードの切り替え制御について説明するフローチャートである。 実施形態5に従う整流モードの切り替え制御について説明するフローチャートである。 変形例に従う省エネモード時における制御を説明するフローチャートである。
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。
[A.実施形態1−負荷電流に基づく制御]
以下、実施形態1〜5に、複数出力型スイッチング電源装置において、負荷へ供給されているそれぞれの電力の大きさを示す情報、または、負荷へ将来的に供給されるそれぞれの電力の大きさを示す情報、の少なくとも一方に基づいて、クロスレギュレーションを抑制する構成および制御について説明を行なう。
電力の大きさを示す情報としては、電流値、電圧値、PWM(Pulse Width Modulation)制御におけるデューティー比、PFM(Pulse Frequency Modulation)制御における発振周波数などが挙げられる。実施形態1では、電力の大きさを示す情報の一例として、電流値に基づいてクロスレギュレーションを抑制する構成および制御について説明する。
(a1.画像形成装置100)
図1は、実施形態1に従う画像形成装置100の構成例を説明する図である。図1を参照して、画像形成装置100は、内部の略中央部にベルト部材として中間転写ベルト1を備えている。中間転写ベルト1の下部水平部の下には、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色にそれぞれ対応する4つの作像ユニット2Y、2M、2C、2Kが中間転写ベルト1に沿って並んで配置され、感光体ドラム3Y、3M、3C、3Kをそれぞれ有している。
各感光体ドラム3Y、3M、3C、3Kの周囲には、その回転方向に沿って順に、帯電器4Y、4M、4C、4Kと、プリントヘッド部5Y、5M、5C、5Kと、現像器6Y、6M、6C、6Kと、中間転写ベルト1を挟んで各感光体ドラム3Y、3M、3C、3Kと対向する1次転写ローラ7Y、7M、7C、7Kがそれぞれ配置されている。
中間転写ベルト1の中間転写ベルト駆動ローラ8で支持された部分には、2次転写ローラ9が圧接されており、当該領域で2次転写が行なわれる。2次転写領域後方の搬送路R1の下流位置には、定着ローラ10と、加圧ローラ11とを有する定着装置20が配置されている。
画像形成装置100の下部には、給紙カセット30が着脱可能に配置されている。給紙カセット30内に積載収容された用紙Pは、給紙ローラ31の回転によって最上部のものから1枚ずつ搬送路R1に送り出されることになる。
電源装置70は、本実施形態において、一例として、24V系統負荷81と、5V系統負荷82と接続される。24V系統負荷81は、モーターなどの駆動系などであって、一例として、駆動ローラ8を駆動させるモーターが挙げられる。5V系統負荷82は、CPU(Central Processing Unit)やセンサーなどであって、一例として、後述する制御部90が挙げられる。
電源装置70は、ユーザーの指示に応じた動作を行なう負荷に電力を供給する。たとえば、電源装置70は、定着装置20、外部装置である自動原稿搬送装置200などの各デバイスに電力を供給する。スキャナ65は、原稿を読み取り画像データを生成する画像読み取り部である。なお、本例において、画像形成装置における電源装置としているが、これに限られない。他の局面において、一例として、LED照明装置用の電源装置であって、LEDを点灯させる指示の入力を受ける電源装置であってもよい。
なお、画像形成装置100は、一例として、複数の作像ユニット(2Y、2M、2C、2K)を有する中間転写方式を採用しているがこれに限定されるものではない。画像形成装置は、単一の作像ユニットを備えていてもよいし、ロータリー方式であってもよい。また、他の局面において、画像形成装置は、いわゆるインクジェット方式により画像を形成するものであってもよい。
(a2.電源装置70)
以下に、本実施形態に従う電源装置70について説明を行なう。図2は、実施形態1に従う電源装置70の基本構成を説明するブロック図である。
電源装置70Dは、交流電源入力部71と、整流回路72と、力率改善回路73と、DC/DCコンバータ80と、整流回路76A、76Bと、バイパス部77A、77Bと、電流検出部78A、78Bと、電圧検出部79と、制御部90とを有する。DC/DCコンバータ80は、発振部74と、トランス(変圧器)75とを含む。
整流回路72は、交流電源入力部71に接続されており、交流電源入力部71の交流電圧を直流電圧に変換する。
力率改善回路73は、整流回路72から出力される直流電圧を昇圧する。より具体的には、力率改善回路73は、整流回路72から出力される電流波形が高調波成分を含まないように制御して力率を改善するとともに、平滑化を行なう。
DC/DCコンバータ80は、力率改善回路73から出力される直流電圧を所定の電圧に変換して24V系統負荷81および5V系統負荷82のそれぞれに供給する。より具体的には、発振部74が有するスイッチング素子のスイッチング動作により生じる交流電圧をトランスT1に印加する。トランスT1は、2次巻線を2つ有する。これらの2次巻線には、それぞれの巻線比に応じた交流電圧が誘起される。
制御部90は、発振部74と、バイパス部77A、77Bと、電流検出部78A、78Bと、電圧検出部79とそれぞれ電気的に接続している。制御部90は、電圧検出部79で検出される電圧値が5Vとなるように、言い換えれば、5V系統負荷82に印加される電圧が5V定電圧となるように、発振部74に含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。これは、一般的に5V系統負荷82の方が、24V系統負荷81に比して、入力電圧許容範囲が狭く、出力電圧の精度が求められるためである。本実施形態において、制御部90は、発振部74のスイッチング動作を、オン/オフのデューティー比を調節するPWMによって制御する。
一方、24V系統の出力は、定電圧制御されていない。そのため、24V系統負荷に供給される電圧の大きさは、24V系統負荷81および5V系統負荷82が変動することによって変動してしまう。24V系統の出力電圧の変動(クロスレギュレーション)大きいと、24V系統負荷81として入力電圧許容範囲が広いデバイスを用いなければならず、コストがかかるという問題がある。そこで、以下にこのクロスレギュレーション特性(定電圧制御されていない側の出力電圧変動)を改善する制御について説明を行なう。
(a3.クロスレギュレーションの抑制)
整流回路76A、76Bは、整流素子を含む。一例として、整流素子は、ダイオードとする。バイパス部77A、77Bは、これら整流素子のそれぞれの両端に接続されるスイッチング素子を含む。一例として、バイパス部77A、77Bに用いられるスイッチング素子は、FETであるとする。
制御部90は、トランスT1の2次巻線の各々に誘起される2次電圧を、整流回路76A、76Bを含む経路で整流するダイオード整流モード、およびバイパス部77A、77Bを含む経路で整流するFET整流モードの2種類の整流モードを切り替え可能に構成される。
FET整流モードにおいて、バイパス部77A、77Bに含まれる各々のFETは、発振部74のスイッチング素子のオン/オフに同期するように、制御部90によってオン/オフを制御される。
より具体的には、FET整流モードにおいて、バイパス部77A、77Bに含まれる各々のFETは、当該FETがない場合に対応する整流回路76A、77Bのダイオードが導通する期間にわたってオン状態とされる。
制御部90は、電流検出部78A、78Bによって検出される各負荷電流値に基づいて、ダイオード整流モードと、FET整流モードとを切り替える。これにより、定電圧制御されていない24V系統負荷81への出力電圧の変動、すなわち、クロスレギュレーションを抑制することができる。以下、この理由について説明を行なう。
図3は、実施形態1に従うダイオード整流モードおよびFET整流モードについて説明する図である。図3(a)を参照して、トランスT1は、1次巻線W1と、24V系統負荷へ電圧を供給するための2次巻線W2を有する。ここでは、説明を分かりやすくするために、5V系統負荷へ電圧を供給するための2次巻線についての説明は省略する。なお、当該構成についての詳細は後述する。
ダイオード整流モードにおいて、制御部90は、2次巻線W2に誘起される交流電圧を、整流回路76Aに相当するダイオードD6、D7を含む経路において全波整流する。2次巻線W2に誘起される2次電圧は、ダイオードD6、D7によって電圧降下Vdだけ電圧降下が生じ、その後24V系統負荷に供給される。このとき、ダイオードD6、D7の両端に接続されるFETはオフ状態にされる。
一方、図3(b)に示されるFET整流モードにおいて、制御部90は、2次巻線W2に誘起される交流電圧を、バイパス部77Aに相当するFET素子Q4、Q5を含む経路において全波整流させる。より具体的には、制御部90は、1次巻線W1と電気的に接続される発振部74のオン/オフの切替タイミングに同期して、FET素子Q4およびQ5を、一方がオン状態のときに他方がオフ状態となるように、交互にオン/オフさせる。なお、制御部90は、FET素子Q4およびQ5が同時にオン状態となることのないように、一方をオフ状態にしてから他方をオン状態にするまでの所定期間を設けるように構成されてもよい。
FET整流モードにおける2次巻線W2に誘起される2次電圧は、FET素子Q4、Q5によって電圧降下Vfが生じ、その後24V系統負荷に供給される。このとき、FET素子Q4、Q5による電圧降下Vfは、FET素子Q4、Q5のオン抵抗によって定まる非常に小さい値である。そのため、FET素子Q4、Q5による電圧降下Vfは、ダイオードD6、D7による電圧降下Vdに比して非常に小さい。
制御部90は、この整流モードの違いによる電圧降下量の差(電圧降下Vd−電圧降下Vf)を利用することによって、24V系統負荷に供給される電圧の大きさを制御することができる。
図3(c)は、ダイオード整流モードとFET整流モードとを比較して説明する図である。図3(c)を参照して、上記説明したように、ダイオード整流モードにおける電圧降下量は、用いるダイオードD6、D7の静電容量に依存するが、基本的にFET整流モードにおける電圧降下量よりも大きい。
また、ダイオード整流モードにおいて、ダイオードD6、D7は順方向バイアス電圧が所定値を上回ると自動的に順方向に電流を流す。そのため、ダイオード整流モードにおいて、制御部90による制御は不要である。一方、FET整流モードにおいて、制御部90は、発振部74のオン/オフの切替タイミングをモニタし、当該切替タイミングに同期するようにFET素子Q4、Q5のオン/オフのタイミングを制御する必要がある。
なお、詳細は後述するが、電源装置70は、5V系統負荷に電圧を供給するための2次巻線の側についても、ダイオード整流モード(トランスT1の2次交流電流を整流回路76Bを含む経路で導通するモード)とFET整流モード(トランスT1の2次交流電流をバイパス部77Bを含む経路で導通するモード)とを切り替えるための構成を有する。
(a4.整流モードの切り替え制御)
次に、図4を用いて24V系統負荷および5V系統負荷に流れる負荷電流に応じて整流モードを切り替える制御について説明する。
図4は、5V系統負荷に流れる電流(以下、「5V出力電流」とも称する。)が大きい(たとえば、10A)ときの、24V負荷系統に流れる電流(以下、「24V出力電流」)と、24V負荷系統に供給される電圧(以下、「24V出力電圧」)の関係、および、5V出力電流が小さい(0.05A)ときの、24V出力電流と24V出力電圧の関係をプロットした図である。
図4(a)は、制御部90がFET整流モードを用いず、ダイオード整流モードのみでトランスT1の2次交流電圧を整流した場合の図である。図4(a)を参照し、5V出力電流が10Aの場合、24V出力電圧は、24V出力電流が大きくなるにつれて26.4Vから26.0Vまで変動する。また、5V出力電流が0.05Aである場合、24V出力電圧は、24V出力電流が大きくなるにつれて24.4Vから24.0Vまで変動する。すなわち、本例において、ダイオード整流モードのみを用いた場合、24V出力電圧の変動は、24.0Vから26.4Vまでであって、その変動幅は2.4Vである。
一方、図4(b)は、制御部90がダイオード整流モードとFET整流モードとを切り替えて、トランスT1の2次交流電圧を整流した場合の図である。より具体的には、図4(b)の例において、制御部90は、5V出力電流が2.5Aを超えると、整流回路76Bを用いるダイオード整流モードから、バイパス部77Bを用いるFET整流モードに切り替える。また、制御部90は、24V出力電流が2.5Aを超えると、整流回路76Aを用いるダイオード整流モードから、バイパス部77Aを用いるFET整流モードに切り替える。
図4(b)に示されるように、ダイオード整流モードとFET整流モードとを切り替える構成において、24V出力電圧の変動は、約24.2Vから約25.0Vまでであって、その変動幅は1.0V未満である。
図4(c)は、ダイオード整流モードのみの場合の24V出力電圧(図4(a)に対応)と、ダイオード整流モードとFET整流モードとを切り替える場合の24V出力電圧(図4(b)に対応)とを比較する図である。
図4(c)からも明らかなように、本実施形態に従う電源装置70は、ダイオード整流モードおよびFET整流モードを切り替えることによって、クロスレギュレーション(24V出力電圧の変動)を抑制することができる。当該構成によってクロスレギュレーションを抑制することができる理由として、下記の2つ構成が挙げられる。
1つ目の構成は、定電圧制御されていない24V系統に誘起される2次交流電圧(以下、「24V系統2次交流電圧」とも称する。)の整流モードをダイオード整流モードとFET整流モードとを切り替える構成である。例として、図4(c)の5V出力電流が小さく(0.05A)、24V出力電流が大きい(10A)場合を用いて説明する。
ダイオード整流モードのみによって24V系統2次交流電圧を整流する場合、24V出力電圧は、24V出力電流が大きいことに起因して、24.0Vまで下がる。一方、本実施形態に従う制御部90は、24V出力電流が大きい場合(閾値を超える場合)に、ダイオード整流モードからFET整流モードに切り替えて24V系統2次交流電圧を整流する。これにより、ダイオードによる電圧降下VdとFETによる電圧降下Vfとの差分を利用して、24V出力電圧を24.0Vから24.4Vまで上昇させることができる。
すなわち、本実施形態に従う制御部90は、定電圧制御されていない24V系統2次交流電圧の整流モードを切り替えることで、ダイオードとFETの電圧降下量の差分だけ、24V出力電圧の上下を調節することができる。
2つ目の構成は、定電圧制御されている5V系統に誘起される2次交流電圧(以下、「5V系統2次交流電圧」とも称する。)の整流モードをダイオード整流モードとFET整流モードとを切り替える構成である。例として、図4(c)の5V出力電流が(10A)、24V出力電流が小さい(0.1A)場合を用いて説明する。
ダイオード整流モードのみによって5V系統2次交流電圧を整流する場合、ダイオードによる電圧降下Vdが大きいため、5V系統の電源効率が低い。そのため、PWM制御される発振部74のスイッチング動作のデューティー比は上がる。これを受け、24V出力電圧は26.4Vまで上昇する。
一方、本実施形態に従う制御部90は、5V出力電流が大きい場合(閾値を超える場合)に、ダイオード整流モードからFET整流モードに切り替えて5V系統2次交流電圧を整流する。FETによる電圧降下Vfは、ダイオードによる電圧降下Vdより遥かに小さいため、5V系統の電源効率が上がる。そのため、PWM制御される発振部74のスイッチング動作のデューティー比は下がる。これにより、24V出力電圧を26.4Vから24.8Vまで下げることができる。
すなわち、本実施形態に従う制御部90は、定電圧制御されている5V系統2次交流電圧の整流モードを切り替えることによって、PWM制御される発振部74のデューティー比を上下させ、24V出力電圧の上下を調節することができる。
上記の2つの構成を組み合わせることにより、本実施形態に従う制御部90は、定電圧制御されていない24V出力電圧の変動、すなわち、クロスレギュレーションを抑制することができる。
なお、上記2つの構成のうちいずれか一方の構成を採用する場合であっても、クロスレギュレーションを抑制することができる。図5は、ダイオード整流モードのみを用いた場合、5V系統2次交流電圧のみFET整流モードを用いた場合、24V系統2次交流電圧のみFET整流モードを用いた場合、の24V出力電圧の変動を比較する図である。
図5に示されるように、5V系統2次交流電圧のみFET整流モードを用いた場合、および24V系統2次交流電圧のみFET整流モードを用いた場合の24V出力電圧の変動は、ダイオード整流モードのみを用いる場合の24V出力電圧の変動よりも小さい。すなわち、これらの構成は、単独で用いられる場合であっても、クロスレギュレーションを抑制することができる。
上記一連の制御を実現するための制御部90の機能構成について説明する。図6は、制御部90の機能構成を説明する図である。図6を参照して、制御部90は、その主な機能構成として、メインコントローラ94と、パルス発生回路CC3、CC4と、スイッチSW1〜4と、発振器Osiとを有する。メインコントローラ94は、電流値入力部95と、切替部96、97とから構成される。
発振器Osiは、電圧検出部79から5V出力電圧の入力を受けるとともに、5V出力電圧が5V定電圧となるように、デューティー比を設定するとともに、当該デューティー比に従うPWM信号を発振部74、およびパルス発生回路CC3、CC4に出力する。
パルス発生回路CC3は、入力されたPWM信号に基づいて、対応するバイパス部77Aに含まれるFET素子Q6、Q7に、これらFET素子のゲート電圧以上の電圧パルスを出力する。
パルス発生回路CC4も同様に、入力されたPWM信号に基づいて、対応するバイパス部77Bに含まれるFET素子Q4、Q5に、これらFET素子のゲート電圧以上の電圧パルスを出力する。
FET素子Q4〜Q7は、これら電圧パルスの入力を受け、発振部74のスイッチング素子のオン/オフに同期するように、オン/オフを制御される。
電流値入力部95は、電流検出部78A、78Bからそれぞれ、24V出力電流値、5V出力電流値を取得する。電流値入力部95は、5V出力電流値を切替部96に、24V出力電流値を切替部97にそれぞれ出力する。
切替部96は、記憶部93から、5V閾値電流値Ith5(本例では2.5A)を取得する。切替部96は、電流値入力部95から入力された5V出力電流値が5V閾値電流値Ith5を上回る場合、パルス発生回路CC3の後段に配置されるスイッチSW1およびSW2をオン状態とする。これにより、パルス発生回路CC3からFET素子Q6、Q7に電圧パルスが供給される。すなわち、5V系統2次交流電圧の整流モードがFET整流モードに設定される。
一方、切替部96は、5V出力電流値が5V閾値電流値Ith5以下の場合、スイッチSW1およびSW2をオフ状態とする。これにより、パルス発生回路CC3からFET素子Q6、Q7への電圧パルスの供給が遮断される。すなわち、5V系統2次交流電圧の整流モードがダイオード整流モードに設定される。
切替部97も切替部96と同様の制御を行なう、具体的には、切替部97は、記憶部93から、24V閾値電流値Ith24(本例では2.5A)を取得する。切替部97は、24V出力電流値が24V閾値電流値Ith24を上回る場合、スイッチSW3およびSW4をオン状態とすることで、24V系統2次交流電圧の整流モードをFET整流モードに設定する。一方、切替部96は、24V出力電流値が24V閾値電流値Ith24以下の場合、スイッチSW3およびSW4をオフ状態とすることで、5V系統2次交流電圧の整流モードをダイオード整流モードに設定する。
上記の一連の制御について、図7に示されるフローチャートを用いて説明を行なう。図7は、実施形態1に従う整流モードの切り替え制御について説明するフローチャートである。図7に示される処理は、制御部90に含まれるプロセッサが制御プログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子その他のハードウェアによって実行されてもよい。図7以降に示されるフローチャートにおいても、これらの前提は同じであるとする。
図7を参照して、ステップS10において制御部90は、24V出力電流および5V出力電流の大きさを検出する。より具体的には、制御部90は、図2に示される電流検出部78A、78Bから出力される電流値、すなわち、24V系統負荷81、5V系統負荷82に流れる電流の大きさを取得する。
ステップS12において、制御部90は、5V出力電流の大きさが5V閾値電流値Ith5を上回るか否かを判断する。
制御部90は、5V出力電流が5V閾値電流値Ith5以下であると判断した場合(ステップS12においてNO)、処理をステップS14に進める。
一方、制御部90は、5V出力電流が5V閾値電流値Ith5を上回ると判断した場合(ステップS12においてYES)、処理をステップS16に進める。
ステップS14および16において、制御部90は、24V出力電流の大きさが24V閾値電流値Ith24を上回るか否かを判断する。
制御部90は、ステップS14において24V出力電流が24V閾値電流値Ith24以下であると判断した場合、処理をステップS18に進め、5V系統2次交流電圧および24V系統2次交流電圧の整流モードをダイオード整流モードに設定する。
制御部90は、ステップS14において、24V出力電流が24V閾値電流値Ith24を上回ると判断した場合、処理をステップS20に進め、5V系統2次交流電圧の整流モードをダイオード整流モードに、24V系統2次交流電圧の整流モードをFET整流モードに設定する。
制御部90は、ステップS16において24V出力電流が24V閾値電流値Ith24以下であると判断した場合、処理をステップS20に進め、5V系統2次交流電圧の整流モードをFET整流モードに、24V系統2次交流電圧の整流モードをダイオード整流モードに設定する。
制御部90は、ステップS16において24V出力電流が24V閾値電流値Ith24を上回ると判断した場合、処理をステップS22に進め、5V系統2次交流電圧および24V系統2次交流電圧の整流モードをFET整流モードに設定する。
上記によれば、本実施形態に従う電源装置70は、複数の2次巻線の各々に接続される負荷に流れる電流値を示す情報に基づいて、ダイオード整流モードおよびFET整流モードとを切り替えることができる。これにより、本電源装置70は、定電圧制御されていない24V出力電圧の電圧変動、すなわち、クロスレギュレーションを抑制することができる。
さらに、本電源装置70は、クロスレギュレーションを抑制するにあたって、ダミー抵抗などを設ける構成ではない。したがって、当該抵抗での不要な電力消費を避けることができる。その結果、本電源装置70は、高い電源効率を実現することができる。
(a5.電源装置70の回路構成)
以下に、図8を用いて上記の電源装置を実現するための回路構成例を説明する。図8を参照して、交流電源入力部71が出力する交流電圧は、ダイオードD1〜D4から構成される整流回路72によって全波整流される。
整流回路72の脈流出力は、リアクトルL1と、スイッチング素子Q1と、ダイオードD5と、コンデンサC1から構成される力率改善回路73に入力される。
力率改善制御回路CC1は、スイッチング素子Q1のオン/オフを制御し、力率改善回路73の出力電圧を所定の電圧まで昇圧する。本実施例において、一例として、所定の電圧は、220Vとする。以下に、力率改善回路73の昇圧動作を説明する。スイッチング素子Q1がオン状態のときに、リアクトルL1はエネルギーを蓄える。スイッチング素子Q1がオフ状態のときに、リアクトルL1に蓄えられたエネルギーをダイオードD5を介してコンデンサC1に蓄える。力率改善回路73は、スイッチング素子Q1のオン/オフを繰り返し、昇圧する。
次に、DC/DCコンバータ80の動作について説明する。DC/DCコンバータ80は、スイッチング素子Q2、Q3と、共振用のコンデンサC2と、トランスT1とから構成される直列共振方式に従うDC/DCコンバータである。スイッチング素子Q2およびQ3は、図2における発振部74に対応する。
1次制御回路CC2は、トランスT1の出力電圧が所定の電圧値になるように、PWM制御するスイッチング素子Q2およびQ3のデューティー比を制御する。より具体的には、1次制御回路CC2は、電圧検出部79に相当する抵抗R1およびR2によって分圧される電圧の情報、言い換えれば、5V系統負荷へ供給される電圧の大きさに関連付けられた情報に基づいて、5V出力電圧が5V定電圧となるように、発振器Osiが出力するPWM信号のデューティー比を制御する。このとき、1次制御回路CC2は、スイッチング素子Q2およびQ3を、一方がオン状態のとき、他方がオフ状態となるように制御する。なお、DC/DCコンバータ80は、直列共振方式に限らず、フォワード方式、フライバック方式などあってもよい。
メインコントローラ94は、トランスT1の2次巻線W2に誘起される2次交流電流を、整流回路76Aに相当するダイオードD6、D7を含む経路において整流するか、バイパス部77Aに相当するFET素子Q4、Q5を含む経路において整流するか、を制御する。
メインコントローラ94は、電流検出部78Aに相当する電流検出素子SR1による電圧降下量から24V出力電流の大きさを示す情報IFB24を取得する。メインコントローラ94は、当該情報に基づいて、24V系統2次交流電圧をダイオード整流モードによって整流するか、FET整流モードによって整流するかを決定する。
メインコントローラ94は、FET整流モードによって整流する場合、パルス発生回路CC4の後段に配置されるスイッチSW3およびSW4をオン状態にする。スイッチSW3およびSW4がオン状態にされることで、パルス発生回路CC4から出力される電圧パルスがFET素子Q4およびQ5に供給される。当該電圧パルスは、1次制御回路CC2に含まれる発振器Osiが出力するPWM信号のデューティー比と同じデューティー比になるように出力される。これにより、FET素子Q4およびQ5は、スイッチング素子Q2およびQ3がオン/オフされるタイミングに同期して、オン/オフを制御される。
一方、メインコントローラ94は、ダイオード整流モードによって整流する場合、スイッチSW3およびSW4をオフ状態にする。これにより、24V系統2次交流電圧は、ダイオードD6およびD7によって整流される。
また、制御部90は、トランスT1の2次巻線W3に誘起される交流電圧についても、上記24V系統で行なった制御と同様の制御を行なう。
メインコントローラ94は、電流検出部78Bに相当する電流検出素子SR2による電圧降下量から5V出力電流の大きさを示す情報IFB5を取得する。メインコントローラ94は、当該情報に基づいて、5V系統2次交流電圧をダイオード整流モードによって整流するか、FET整流モードによって整流するかを決定する。
メインコントローラ94は、FET整流モードによって整流する場合、パルス発生回路CC3の後段に配置されるスイッチSW1およびSW2をオン状態にする。スイッチSW1およびSW2がオン状態にされることで、パルス発生回路CC3から出力される電圧パルスがFET素子Q6およびQ7に供給される。当該電圧パルスは、発振器Osiが出力するPWM信号のデューティー比と同じデューティー比になるように出力される。これにより、FET素子Q6およびQ7は、スイッチング素子Q2およびQ3がオン/オフされるタイミングに同期して、オン/オフを制御される。
一方、メインコントローラ94は、ダイオード整流モードによって整流する場合、スイッチSW1およびSW2をオフ状態にする。これにより、5V系統2次交流電圧は、ダイオードD8およびD9によって整流される。
2次巻線W2、W3に誘起された2次交流電圧はそれぞれ、いずれかの整流モードによって整流された後に、コンデンサC3、C4によってそれぞれ平滑化される。
コンデンサC3によって平滑化された電圧は、抵抗R3、トランジスタQ8、ツェナーダイオードZD1とから構成されるアッパーリミッタ回路88に入力される。アッパーリミッタ回路88は、24V系統負荷に過電圧が供給されることを抑制する。
トランジスタQ8のエミッタは、24V出力電圧側に設けられる。抵抗R3の一端は、トランジスタQ8のコレクタに、他端はトランジスタQ8のベースに接続される。ツェナーダイオードZD1は、カソードがトランジスタQ8のベースに接続され、アノードが接地電位に接続される。
コンデンサC3で平滑された後の直流電圧が、ツェナーダイオードZD1のツェナー電位によって定まる所定電圧を上回る場合、ツェナーダイオードZD1に電流が流れる。これにより、アッパーリミッタ回路88は、24V系統負荷に過電圧が供給されることを抑制する。
なお、他の局面において、アッパーリミッタ回路は、図8に示される構成に限られない。出力電圧間に逆接続されるツェナーダイオードと、当該ツェナーダイオードの導通に応答して、出力経路を遮断する素子とを含む構成であればよい。
上記によれば、本実施形態に従う電源装置70は、複数の2次巻線W2、W3の各々に接続される負荷に流れる電流値を示す情報に基づいて、ダイオード整流モードおよびFET整流モードとを切り替えることができる。これにより、本電源装置70は、定電圧制御されていない24V出力電圧の電圧変動、すなわち、クロスレギュレーションを抑制することができる。
さらに、本電源装置70は、クロスレギュレーションを抑制するにあたって、定電圧制御されていない24V系統にダミー抵抗などを設ける構成ではない。したがって、当該抵抗での不要な電力消費を避けることができる。その結果、本電源装置70は、高い電源効率を実現することができる。
[B.実施形態2−定電圧されていない出力電圧に基づく制御]
実施形態1では、負荷電流(5V出力電流、24V出力電流)に基づいて整流モードを切り替える構成について説明を行った。以下、実施形態2−5において、他のパラメーターに基づいて整流モードを切り替える構成について説明を行なう。
本実施形態では、定電圧制御されていない24V出力電圧の大きさに基づいて、整流モードを切り替える構成および制御について説明する。なお、本実施形態に従う電源装置70Aは実施形態1の電源装置70と略同じなので相違する点についてのみ説明する。
(b1.制御の流れ)
図9は、実施形態2に従う整流モードの切り替え制御について説明する図である。図9を参照して、ステップS30において、電源装置70Aに含まれる制御部90Aは、24V出力電圧の大きさを示す情報を取得する。
続いて、ステップS32において、制御部90Aは、5V出力電流の大きさを示す情報を取得する。
ステップS34において、制御部90Aは、24V出力電圧が24V閾値電圧値Vth24を下回るか否かを判断する。24V閾値電圧値Vth24は、一例として、5V出力電流が5V閾値電流値Ith5であるときの、24V出力電圧値とする。制御部90Aは、24V出力電圧が24V閾値電圧値Vth24以上であると判断した場合(ステップS34においてNO)、処理をステップS36に進める。一方、制御部90Aは、24V出力電圧が24V閾値電圧値Vth24を下回ると判断した場合(ステップS34においてYES)、処理をステップS38に進める。
ステップS36および38において、制御部90Aは、5V出力電流の大きさが5V閾値電流値Ith5を上回るか否かを判断する。所定の電流値は、一例として、2.5Aとする。
制御部90Aは、ステップS36において5V出力電流が5V閾値電流値Ith5以下であると判断した場合、処理をステップS40に進め、5V系統2次交流電圧および24V系統2次交流電圧の整流モードをダイオード整流モードに設定する。
制御部90Aは、ステップS36において、5V出力電流が5V閾値電流値Ith5を上回ると判断した場合、処理をステップS42に進め、5V系統2次交流電圧の整流モードをダイオード整流モードに、24V系統2次交流電圧の整流モードをFET整流モードに設定する。
制御部90Aは、ステップS38において5V出力電流が5V閾値電流値Ith5以下であると判断した場合、処理をステップS44に進め、5V系統2次交流電圧の整流モードをFET整流モードに、24V系統2次交流電圧の整流モードをダイオード整流モードに設定する。
制御部90Aは、ステップS38において5V出力電流が5V閾値電流値Ith5を上回ると判断した場合、処理をステップS46に進め、5V系統2次交流電圧および24V系統2次交流電圧の整流モードをFET整流モードに設定する。
上記によれば、本実施形態に従う電源装置70Aは、複数の2次巻線の各々に接続される負荷に供給される電圧値、および電流値を示す情報に基づいて、ダイオード整流モードおよびFET整流モードとを切り替えることができる。これにより、本電源装置70Aは、定電圧制御されていない24V出力電圧の電圧変動、すなわち、クロスレギュレーションを抑制することができる。
さらに、本電源装置70Aは、クロスレギュレーションを抑制するにあたって、ダミー抵抗などを設ける構成ではない。したがって、当該抵抗での不要な電力消費を避けることができる。その結果、本電源装置70Aは、高い電源効率を実現することができる。
(b2.電源装置70Aの回路構成)
以下に、図10を用いて上記の電源装置70Aを実現するための回路構成を説明する。なお、図8に示される電源装置70と同じ参照符号を付している部分については同じであるため、当該部分についての説明は繰り返さない。
図10を参照して、電源装置70Aには、コンデンサC3で平滑化された出力電位と、接地電位との間に配置される抵抗R3およびR4が配置される。メインコントローラ94Aは、抵抗R3およびR4によって分圧される電圧の情報、言い換えれば、24V系統負荷へ供給される電圧の大きさに関連付けられた情報VFB24を取得する。
なお、他の局面において、電源装置70Aは、5V系統2次交流電圧の整流モードを、5V出力電流の代わりに24V出力電圧に基づいて決定してもよい。具体的には、24V出力電圧が24V閾値電圧値Vth24を下回る場合に、24V系統2次交流電圧および5V系統2次交流電圧のいずれか一方をFET整流モードによって整流する。
このとき、24V出力電圧が依然として24V閾値電圧値Vth24を下回る場合、制御部90Aは、24V系統2次交流電圧および5V系統2次交流電圧の整流モードをそれぞれ、ダイオード整流モードからFET整流モードへ、またはFET整流モードからダイオード整流モードへと変更する。
当該状態においても、24V出力電圧が依然として24V閾値電圧値Vth24を下回る場合、制御部90Aは、24V系統2次交流電圧および5V系統2次交流電圧の整流モードを、FET整流モードに設定する。
上記によれば、電源装置70Aは、5V出力電流の大きさを示す情報IFB5を取得するための電流検出素子SR2を設けなくとも、24V出力電圧の出力変動(クロスレギュレーション)を抑制することができる。
[C.実施形態3−1次側スイッチングデューティー比に基づく制御]
発振部74に含まれるスイッチング素子Q2(およびQ3)は、制御部によってPWM制御されている。当該スイッチング素子のオン/オフのデューティー比が大きくなるにつれ、5V出力電流は大きくなる。そこで、本実施形態では、当該スイッチング素子のデューティー比に基づいて、整流モードの切り替えを行なう構成および制御について以下説明を行なう。なお、本実施形態に従う電源装置70Bは実施形態1の電源装置70と略同じなので相違する点についてのみ説明する。
(c1.制御の流れ)
図11は、実施形態3に従う整流モードの切り替え制御について説明する図である。図11を参照して、ステップS50において、電源装置70Bに含まれる制御部90Bは、PWM制御されるスイッチング素子Q2(およびQ3)のデューティー比を検出する。
続いて、ステップS52において、制御部90Bは、24V出力電流の大きさを示す情報を取得する。
ステップS54において、制御部90Bは、スイッチング素子Q2のデューティー比が閾値デューティー比Dthを上回るか否かを判断する。制御部90Bは、スイッチング素子Q2のデューティー比が閾値デューティー比Dth以下であると判断した場合(ステップS54においてNO)、処理をステップS56に進める。一方、制御部90Bは、スイッチング素子Q2のデューティー比が閾値デューティー比Dthを上回ると判断した場合(ステップS54においてYES)、処理をステップS58に進める。
ステップS56および58において、制御部90Bは、24V出力電流の大きさが24V閾値電流値Ith24を上回るか否かを判断する。所定の電流値は、一例として、2.5Aとする。
制御部90Bは、ステップS56において24V出力電流が24V閾値電流値Ith24以下であると判断した場合、処理をステップS60に進め、5V系統2次交流電圧および24V系統2次交流電圧の整流モードをダイオード整流モードに設定する。
制御部90Bは、ステップS56において、24V出力電流が24V閾値電流値Ith24を上回ると判断した場合、処理をステップS62に進め、5V系統2次交流電圧の整流モードをダイオード整流モードに、24V系統2次交流電圧の整流モードをFET整流モードに設定する。
制御部90Bは、ステップS58において24V出力電流が24V閾値電流値Ith24以下であると判断した場合、処理をステップS64に進め、5V系統2次交流電圧の整流モードをFET整流モードに、24V系統2次交流電圧の整流モードをダイオード整流モードに設定する。
制御部90Bは、ステップS58において24V出力電流が24V閾値電流値Ith24を上回ると判断した場合、処理をステップS66に進め、5V系統2次交流電圧および24V系統2次交流電圧の整流モードをFET整流モードに設定する。
上記によれば、本実施形態に従う電源装置70Bは、複数の2次巻線に接続される負荷に供給される電流値、および、トランスT1の1次巻線に接続され、PWM制御されているスイッチング素子Q2(およびQ3)のデューティー比を示す情報に基づいて、ダイオード整流モードおよびFET整流モードとを切り替えることができる。これにより、本電源装置70Bは、定電圧制御されていない24V出力電圧の電圧変動、すなわち、クロスレギュレーションを抑制することができる。
さらに、本電源装置70Bは、クロスレギュレーションを抑制するにあたって、ダミー抵抗などを設ける構成ではない。したがって、当該抵抗での不要な電力消費を避けることができる。その結果、本電源装置70Bは、高い電源効率を実現することができる。
(c2.電源装置70Bの回路構成)
以下に、図12を用いて上記の電源装置70Bを実現するための回路構成を説明する。なお、図8に示される電源装置70と同じ参照符号を付している部分については同じであるため、当該部分についての説明は繰り返さない。
5V系統側2次巻線W3のFET素子Q7とダイオードD9とを分岐する部分に、電圧検出素子SR4が設けられる。メインコントローラ94Bは、電圧検出素子SR4と電気的に接続される。
メインコントローラ94Bは、電圧検出素子SR4によって得られる矩形波状の電圧波形をモニタすることで、スイッチング素子Q2のデューティー比を間接的に取得することができる。また、他の局面において、メインコントローラ94Bは、1次制御回路CC2に含まれる発振器Osiが出力するPWM信号に基づいて、スイッチング素子Q2のデューティー比を取得してもよい。
また、他の局面において、電源装置70Bは、24V系統2次交流電圧の制御モードを設定するにあたって、実施形態2のように、24V出力電圧の大きさに関連付けられた情報VFB24を用いる構成であってもよい。
[D.実施形態4−1次側スイッチング周波数に基づく制御]
上記実施形態1−3では、制御部がトランスT1の1次側巻線に接続されるスイッチング素子Q2(Q3)をPWM制御する構成について説明した。本実施形態において、制御部は、当該スイッチング素子のスイッチング周波数を制御するPFM制御を行なう。
この場合、スイッチング素子Q2のスイッチング周波数(発振周波数)が大きくなるにつれて5V出力電流は大きくなる。そこで、本実施形態では、当該スイッチング素子のスイッチング周波数に基づいて、整流モードの切り替えを行なう構成および制御について以下説明を行なう。なお、本実施形態に従う電源装置70Cは実施形態3の電源装置70Bと略同じなので相違する点についてのみ説明する。
図13は、実施形態4に従う整流モードの切り替え制御について説明するフローチャートである。なお、図11と同じ参照符号を付している部分については同じであるので、その説明は繰り返さない。
図13を参照して、ステップS70において、電源装置70Cに含まれる制御部90Cは、PFM制御されるスイッチング素子Q2(およびQ3)のスイッチング周波数を検出する。
続いて、ステップS72において、制御部90Bは、24V出力電流の大きさを示す情報を取得する。
ステップS74において、制御部90Cは、スイッチング素子Q2のスイッチング周波数が閾値周波数Fthを上回るか否かを判断する。制御部90Cは、スイッチング素子Q2のスイッチング周波数が閾値周波数Fth以下であると判断した場合(ステップS74においてNO)、処理をステップS56に進める。一方、制御部90Cは、スイッチング素子Q2のスイッチング周波数が閾値周波数Fthを上回ると判断した場合(ステップS74においてYES)、処理をステップS58に進める。
上記によれば、本実施形態に従う電源装置70Cは、複数の2次巻線に接続される負荷に供給される電流値、および、トランスT1の1次巻線に接続され、PFM制御されているスイッチング素子Q2(およびQ3)のスイッチング周波数を示す情報に基づいて、ダイオード整流モードおよびFET整流モードとを切り替えることができる。これにより、本電源装置70Cは、定電圧制御されていない24V出力電圧の電圧変動、すなわち、クロスレギュレーションを抑制することができる。
さらに、本電源装置70Cは、クロスレギュレーションを抑制するにあたって、ダミー抵抗などを設ける構成ではない。したがって、当該抵抗での不要な電力消費を避けることができる。その結果、本電源装置70Cは、高い電源効率を実現することができる。
本実施形態に従う電源装置70Cの回路構成は、図12に示される電源装置70Bの構成と同じである。メインコントローラ94Cは、電圧検出素子SR4によって得られる電圧波形をモニタする。これにより、メインコントローラ94Cは、単位期間あたりの矩形波状パルスの数をカウントし、スイッチング素子Q2のスイッチング周波数を示す情報を取得する。
なお、他の局面において、電源装置70Cは、24V系統2次交流電圧の制御モードを設定するにあたって、実施形態2のように、24V出力電圧の大きさに関連付けられた情報VFB24を用いる構成であってもよい。
さらに他の局面において、電源装置70Cは、負荷に流れる電流値に基づいて、PFM制御とPWM制御とを切り替える構成であってもよい。より具体的には、電源装置70Cは、負荷に流れる電流値が所定の電流値以下である場合にPFM制御を行ない、負荷に流れる電流値が所定の電流値より大きい場合にPWM制御を行なう構成であってもよい。これにより、軽負荷時のスイッチング損失を削減することができ、より高効率の電源装置を実現することができる。
[E.実施形態5−指示に基づく制御]
上記実施形態において、制御部は、電源装置が動作している状態において、電流値などのパラメーターなどに基づいて、整流モードを切り替える制御を行なう。本実施形態において、制御部が印刷ジョブなどの指示の入力に基づいて整流モードを切り替える構成および制御について説明を行なう。
ユーザーは、図示しない操作パネルなどを用いて、本実施形態に従う電源装置70Dへ指示を出力する。ここで「指示」とは、画像形成装置100に対する命令(コマンド)をいい、たとえば、設定変更(たとえば、スキャナ65における読み取り解像度の変更)なども含まれる。
24V系統負荷81および5V系統負荷82は、それぞれ、指示に応じた動作を行なう装置を含む。電源装置70Dに含まれる制御部90Dは、ユーザーからの指示の入力を受け、当該指示に応じて動作する装置(たとえば、スキャナ65など)を特定する。このとき、制御部90Dは、動作する装置の中にオプションの装置が含まれているかを判断する。
オプションの装置とは、画像形成装置100に付け加えることができる付属品のことをいう。たとえば、外部装置である自動原稿搬送装置200は、オプションの装置に相当する。
オプションの装置を使用すると、負荷電流が大きくなる。そこで、本実施形態では、当該オプションの装置の使用有無に基づいて、整流モードの切り替えを行なう。
図14は、実施形態5に従う整流モードの切り替え制御について説明する図である。図14を参照して、ステップS100において、制御部90Dは、ジョブ(指示)の入力を受ける。続いて、ステップS102において、制御部90Dは、当該ジョブにおいて5V系オプションの装置を使用するか否かを判断する。5V系オプションの装置の一例として、増設したメモリ、HDD(Hard Disk Drive)などの装置が挙げられる。
制御部90Dは、5V系オプションの装置を使用しないと判断した場合(ステップS102においてNO)、処理をステップS104に進める。一方、5V系オプションの装置を使用すると判断した場合(ステップS102においてYES)、制御部90Dは、処理をステップS106に進める。
制御部90Dは、ステップS104および106において、入力されたジョブにおいて、24V系オプションの装置を使用するか否かを判断する。24V系オプションの装置の一例として、自動原稿搬送装置200、給紙カセット30、製本や綴じ機能などを有する後処理装置(不図示)などの装置が挙げられる。
制御部90Dは、ステップS104において24V系オプションの装置を使用しないと判断した場合、処理をステップS108に進め、5V系統2次交流電圧および24V系統2次交流電圧の整流モードをダイオード整流モードに設定する。
制御部90Bは、ステップS104において、24V系オプションの装置を使用すると判断した場合、処理をステップS110に進め、5V系統2次交流電圧の整流モードをダイオード整流モードに、24V系統2次交流電圧の整流モードをFET整流モードに設定する。
制御部90Dは、ステップS106において、24V系オプションの装置を使用しないと判断した場合、処理をステップS112に進め、5V系統2次交流電圧の整流モードをFET整流モードに、24V系統2次交流電圧の整流モードをダイオード整流モードに設定する。
制御部90Dは、ステップS106において、24V系オプションの装置を使用すると判断した場合、処理をステップS114に進め、5V系統2次交流電圧および24V系統2次交流電圧の整流モードをFET整流モードに設定する。
上記によれば、本実施形態に従う電源装置70Dは、指示に対応する装置のうち、各々の電源系統(5V系統、24V系統)に対応する装置の情報に基づいて、整流モードの切り替えを行なうことができる。これにより、本電源装置70Dは、定電圧制御されていない24V出力電圧の電圧変動、すなわち、クロスレギュレーションを抑制することができる。
上記実施形態1−4に示される電源装置は、負荷への電力供給を開始した後に、負荷に流れる電流の大きさなどに基づいて整流モードの切り替えを行なう。そのため、電力供給を開始してから僅かな時間の間、定電圧制御されていない24V出力電圧の変動が大きくなってしまう。
一方、本電源装置70Dは、負荷に含まれる装置が指示に応じた動作を行なう前(指示に応じた装置へ電力を供給する前)に、整流モードの切り替えを行なうことができる。そのため、本電源装置70Dは、上記実施形態1−4に示される電源装置に比べ、よりクロスレギュレーションを抑制することができる。
なお、他の局面において、制御部90Dは、指示の入力に基づいて、24V出力電流および/または5V出力電流の大きさを予測し、これらの出力電流値がそれぞれの閾値電流値を上回る場合に、各々の2次交流電圧をFET整流モードで整流する構成であってもよい。
[F.変形例]
以下、変形例について、実施形態1に従う電源装置70を用いて説明を行なうが、当該変形例の内容は他の実施形態に従う電源装置にも適用することができる。また、下記に説明される変形例のいかなる組み合わせも、上記実施形態1−5に従う電源装置に適用することができる。
(f1.省エネモード)
画像形成装置100は、電力消費を抑えるための省エネモードを有する。省エネモードとは、他の出力電圧(24V出力電圧)以下の出力電圧が供給される、5V系統負荷にのみ電力を供給するモードのことをいう。
画像形成装置100は、一例として、所定時間(たとえば、3分)ユーザーからの指示の入力がなかった場合に、通常モードから省エネモードに切り替わる。
電源装置70は、画像形成装置100から省エネモードに切り替わったことを示す制御信号の入力を受けると、5V系統2次交流電圧の整流モードを、FET整流モードに設定する。その理由は、当該省エネモード(軽負荷時)において、電源効率を向上させるためである。
図15は、省エネモード時における制御を説明するフローチャートである。図15を参照して、ステップS120において、制御部90は、省エネモードに設定されたか否かを判断する。制御部90は、画像形成装置100から省エネモードに切り替わったことを示す制御信号の入力を受けたと判断した場合(ステップS120においてYES)、ステップS122において、5V系統2次交流電圧の整流モードを、FET整流モードに設定する。一方、省エネモードに設定されていないと判断した場合(ステップS120においてNO)、制御部90は、一連の処理を終了する。
上記によれば、本変形例に従う電源装置は、省エネモード時において、電源効率を向上させることができる。
(f2.電源装置の制御および構成)
上記実施形態において、電源装置70のトランスT1は、1入力に対して2出力の構成を有する。他の局面において、トランスT1は、3以上の出力を有する構成であってもよい。この場合、電源装置70は、少なくとも1の出力が定電圧制御され、少なくとも1の出力が定電圧制御されていなければよい。また、電源装置70の出力は、5V出力を2系統有するなど、出力電圧が重複する構成であってもよい。
また、上記において、電源装置70は、各々の出力に対応する2次巻線にFET整流モード用のFET素子を配置する構成を有しているが、これに限られない。他の局面において、電源装置70は、任意の出力に対応する2次巻線にFET整流モード用のFET素子を配置する構成であってもよい。当該構成においても、定電圧出力制御されていない出力電圧の変動を抑制することができる。
[G.まとめ]
上記実施形態1−4において、電源装置は、各々の電源系統(5V系統、24V系統)に対応する負荷に供給される電流、電圧の大きさ、トランスの1次巻線に接続されるスイッチング素子のデューティー比、スイッチング周波数を示す情報に基づいて、整流モードの切り替えを行なう。言い換えれば、電源装置は、各々の電源系統に対応する負荷へ供給されているそれぞれの電力の大きさを示す情報に基づいて、整流モードの切り替えを行なう。なお、電力の大きさを示す情報は、上記のパラメーターのみに限らず、各々の電源系統に対応する負荷に供給される電力の大きさに影響を及ぼすパラメーターであればよい。
また、上記実施形態5において、電源装置は、指示に対応する装置のうち、各々の電源系統に対応する装置の情報に基づいて、言い換えれば、各々の電源系統に対応する負荷へ将来的に供給されるそれぞれの電力の大きさを示す情報に基づいて、整流モードの切り替えを行なう。
これにより、上記実施形態に従う電源装置は、ダイオード整流モードにおける電圧降下量と、FET整流モードにおける電圧降下量との差分を利用して、定電圧制御されていない電源系統の出力電圧の変動(クロスレギュレーション)を抑制することができる。
また、上記実施形態に従う電源装置は、クロスレギュレーションを抑制するにあたって、ダミー抵抗などを設ける構成ではない。したがって、当該抵抗での不要な電力消費を避けることができる。その結果、上記実施形態に従う電源装置は、高い電源効率を実現することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
70,70A,70B,70C,70D 電源装置、72,76A,76B 整流回路、73 力率改善回路、74 発振部、77A,77B バイパス部、78A 電流検出部、79 電圧検出部、88 アッパーリミッタ回路、90,90A,90B,90C,90D 制御部、96,97 切替部、100 画像形成装置、CC1 力率改善制御回路、CC2 1次制御回路、CC3,CC4 パルス発生回路、D6,D7,D8,D9 ダイオード、Q4,Q5,Q6,Q7 FET素子、T1 トランス。

Claims (12)

  1. 電源装置であって、
    1次巻線および複数の2次巻線を含む変圧器と、
    前記1次巻線と電気的に接続されるスイッチング素子を含むとともに、当該スイッチング素子のスイッチング動作により生じる交流電圧を前記1次巻線に印加する発振部と、
    前記複数の2次巻線とそれぞれ電気的に接続された複数の整流部とを備え、
    前記複数の整流部の各々は、対応する2次巻線に誘起される交流電圧を整流して対応する負荷へ供給するための整流素子を含み、
    前記複数の整流部のうち第1の整流部は、前記整流素子の両端に接続され、導通時の電圧降下量が前記整流素子において生じる導通時の電圧降下量より小さいバイパス素子を含み、
    前記電源装置は、
    前記複数の整流部のうち1つの整流部から対応する負荷へ供給される電圧の大きさに関連付けられた信号に基づいて、前記発振部における前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する第1の制御手段と、
    前記第1の整流部に対応する2次巻線に誘起される交流電圧を、前記整流素子を含む経路において整流する第1のモードと、前記バイパス素子を含む経路において整流する第2のモードとを切り替えるための切替手段とを含み、
    前記切替手段は、前記複数の整流部から対応する負荷へ供給されているそれぞれの電力の大きさを示す情報、および、前記複数の整流部から対応する負荷へ将来的に供給されるそれぞれの電力の大きさを示す情報、の少なくとも一方に基づく条件が満たされると、前記第1のモードから前記第2のモードへと切り替える、電源装置。
  2. 前記第1の整流部から対応する負荷へ供給されている電流の大きさを検出する電流検出部をさらに備え、
    前記切替手段は、前記電流検出部によって検出された電流値が所定の電流値を上回る場合に、前記第1のモードから前記第2のモードへと切り替える、請求項1に記載の電源装置。
  3. 前記第1の制御手段により供給される電圧を制御される負荷に対応する整流部とは異なる整流部から、対応する負荷へ供給されている電圧の大きさに関連付けられた信号を検出する電圧検出部さらに備え、
    前記切替手段は、前記電圧検出部によって検出された電圧値が所定の電圧値を下回る場合に、前記第1のモードから前記第2のモードへと切り替える、請求項1に記載の電源装置。
  4. 前記第1の制御手段は、前記スイッチング素子にPWM(Pulse Width Modulation)信号を出力することで当該スイッチング素子のオン/オフを制御するPWM制御手段を含み、
    前記PWM信号のデューティー比が所定のデューティー比を上回る場合に、前記第1のモードから前記第2のモードへと切り替える、請求項1に記載の電源装置。
  5. 前記スイッチング素子のスイッチング周波数を検出する周波数検出部をさらに備え、
    前記切替手段は、前記周波数検出部によって検出された周波数が所定の周波数を上回る場合に、前記第1のモードから前記第2のモードへと切り替える、請求項1に記載の電源装置。
  6. 前記負荷は、指示に応じた動作を行なう装置を含み、
    前記切替手段は、前記指示に対応する負荷のうち、前記第1の整流部に対応する負荷に含まれる装置の情報に基づいて、前記指示に対応する負荷に含まれる装置が当該指示に応じた動作を行なう前に、前記第1のモードと前記第2のモードとを切り替える、請求項1に記載の電源装置。
  7. 前記1次巻線に直列に接続される共振用コンデンサをさらに備える、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電源装置。
  8. 前記変圧器および前記発振部を含むコンバータは、フライバック方式である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電源装置。
  9. 直流電圧を昇圧して前記発振部に出力する力率改善回路をさらに備える、請求項1〜8のいずれか1項に記載の電源装置。
  10. 前記第1の制御手段により供給される電圧を制御される負荷に対応する整流部とは異なる整流部のうち少なくとも1つの整流部は、
    出力電圧間に逆接続されるツェナーダイオードと、
    前記ツェナーダイオードの導通に応答して、出力経路を遮断する素子とを含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の電源装置。
  11. 電源装置を備える画像形成装置であって、
    前記電源装置は、
    1次巻線および複数の2次巻線を含む変圧器と、
    前記1次巻線と電気的に接続されるスイッチング素子を含むとともに、当該スイッチング素子のスイッチング動作により生じる交流電圧を前記1次巻線に印加する発振部と、
    前記複数の2次巻線とそれぞれ電気的に接続された複数の整流部とを含み、
    前記複数の整流部の各々は、対応する2次巻線に誘起される交流電圧を整流して対応する負荷へ供給するための整流素子を有し、
    前記複数の整流部のうち第1の整流部は、前記整流素子の両端に接続され、導通時の電圧降下量が前記整流素子において生じる導通時の電圧降下量より小さいバイパス素子を有し、
    前記電源装置は、
    前記複数の整流部のうち1つの整流部から対応する負荷へ供給される電圧の大きさに関連付けられた信号に基づいて、前記発振部における前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する第1の制御手段と、
    前記第1の整流部に対応する2次巻線に誘起される交流電圧を、前記整流素子を含む経路において整流する第1のモードと、前記バイパス素子を含む経路において整流する第2のモードとを切り替えるための切替手段とを含み、
    前記切替手段は、前記複数の整流部から対応する負荷へ供給されているそれぞれの電力の大きさを示す情報、および、前記複数の整流部から対応する負荷へ将来的に供給されるそれぞれの電力の大きさを示す情報、の少なくとも一方に基づく条件が満たされると、前記第1のモードから前記第2のモードへと切り替える、画像形成装置。
  12. 前記第1の整流部に対応する負荷に供給される電圧は、他の整流部に対応する負荷に供給される電圧以下であって、
    前記電源装置は、前記第1の整流部に対応する負荷にのみ電力を供給する省エネモードを有し、
    前記切替手段は、前記省エネモードにおいて、前記第2のモードによる制御を行なう、請求項11に記載の画像形成装置。
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