JP2018191390A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御部101は、切替え報知部118により第1の電圧モードから第2の電圧モードに切り替えられることが報知された場合には、FET1のオンデューティを徐々に大きくするように制御する切替え制御モード1に移行し、フィードバック部116により出力される信号のレベルがVth24未満となってから第2の電圧モードに移行し、切替え報知部118により第2の電圧モードから第1の電圧モードに切り替えられることが報知された場合には、FET1のオンデューティを徐々に小さくするように制御する第2の切替え状態に移行し、フィードバック部116により出力される信号のレベルがVth5以上となってから第1の電圧モードに移行する。
【選択図】図1
Description
図1は実施例1のアクティブクランプ方式を用いた電源装置であるスイッチング電源100の概略図を示している。商用電源等の交流電源(不図示)から交流電圧Vac(不図示)が入力されており、全波整流器(ブリッジダイオード等)(不図示)によって整流され、スイッチング電源100の平滑用コンデンサC3には直流電圧Vinが入力されている。スイッチング電源100は、1次側の電解コンデンサC3に入力された電圧Vinから、2次側の電圧Voutへ、安定化した直流電圧を供給する、絶縁型のDC/DCコンバータである。平滑用コンデンサC3の低い側の電位をDCL、高い側の電位をDCHとする。
図2は制御部101による、FET1及びFET2の制御方法の説明図である。図2(A)では、第1の電圧モード(5V出力時、点線で記載)と、第2の電圧モード(24V出力時、実線で記載)における、FB端子電圧と、FET1のオンデューティの関係図を示す。また、第1の電圧モードは、交流電圧Vacが実効値で110Vrms(電圧Vin=155V)の場合と、交流電圧Vacが実効値で120Vrms(電圧Vin=170V)の場合を示している。更に、第2の電圧モードは、交流電圧Vacが実効値で110Vrms(電圧Vin=155V)の場合と、交流電圧Vacが実効値で120Vrms(電圧Vin=170V)の場合を示している。なお、オンデューティとは、FETをオン又はオフさせる1周期に対するオン時間の比率をいう。
図3では、図1のスイッチング電源100の要部を示した簡易図を用いて、FET1及びFET2のボディーダイオードの逆回復時間における貫通電流について説明する。図3(A)左図では、FET1及びFET2は両方とも非導通状態であり、FET2のボディーダイオードD2は導通状態となっている。図3(A)右図は、このように、FET2のボディーダイオードD2の導通中に、FET1がオン状態となり、ボディーダイオードD2の逆回復時間において、貫通電流が流れてしまった場合の説明図である。
図4には、電圧Voutの切替え制御における、スイッチング電源100の状態遷移図を示している。制御部101は、低い電圧Vout(例えば5V)を出力する第1の電圧モードにおいては、FB端子電圧に基づき、FET1のオンデューティを設定している。制御部101は、第1の電圧モードにおいて、STANBY信号がハイレベル状態であることを検知すると〔1〕、第1の電圧モードから、第2の電圧モードに移行するために、第1の切替え状態である切替え制御モード1に遷移する。
図6は実施例1の制御部101による、スイッチング電源100の制御シーケンスを説明するフローチャートである。制御部101は、スイッチング電源100に電圧Vinが供給されるとステップ(以下、Sとする)101以降の制御を開始する。S101で制御部101は、第1の電圧モードでFB端子電圧に応じたFET1のオンデューティで制御を行い、電圧Voutに5Vを出力する状態を継続する。S102で制御部101は、スイッチング電源100の外部から供給されるSTANBY信号がハイレベル状態か否かを判断する。S102で制御部101は、STANBY信号がハイレベル状態であると判断した場合、処理をS103に進め、第1の電圧モードから切替え制御モード1に遷移する。S102で制御部101は、STANBY信号がハイレベル状態ではない、すなわちローレベル状態であると判断した場合、処理をS101に戻し、第1の電圧モードを継続する。
・制御部101は、低い電圧を出力する第1の電圧モードと、高い電圧を出力する第2の電圧モードを有する。
・第1の電圧モードと第2の電圧モードの切替え報知部118を有する。
・制御部101は、第1の電圧モードと第2の電圧モード間の遷移を行うための切替え制御モードを有する。(FB端子電圧による制御を無効化し、FET1のオンデューティを徐々に増減させる制御を行う。)
・制御部101は、FB端子電圧が所定の電圧値以上になった場合や、所定の電圧値以下になった場合に切替え制御モードを終了し、第1の電圧モード又は第2の電圧モードに遷移する。
図7は、制御部101によるFET1及びFET2の制御方法の説明図である。図7(A)では、横軸にFB端子電圧を、縦軸にFETのオンデューティを示し、電圧Vout1が24Vのときを実線で示し、電圧Vout1が5Vのときを破線で示す。また、図2(A)と同様に、それぞれのモード時に異なる入力電圧Vinの場合のグラフを示している。図7(A)では、第1の電圧モード(5V出力時、破線で記載)において、FB端子電圧が、制御部101が有するメモリ(不図示)に記憶された第1のレベルである電圧値FBL1まで低下すると、図7(B)で説明する間欠制御を行う。この点が、実施例1の制御方法と異なる。第1の電圧モードにおいて、電圧Voutの負荷が軽い場合には、図7(B)で説明する間欠制御を行うことで、FET1及びFET2のスイッチング損失を低減し、スイッチング電源100の電源効率を改善することができる。
図8には、電圧Voutの切替え制御モードの説明図を示している。制御部101は、電圧Voutに5Vを出力する第1の電圧モードにおいて、STANBY信号がハイレベル状態であることを検知すると、第1の電圧モードから第2の電圧モードに移行するために切替え制御モード1に遷移する。実施例2で説明する切替え制御モード1は、図8(A)に示すように、第1の制御であるステップ1と第2の制御であるステップ2の2段階の制御に分かれている点に特徴を有している。
そして、制御部101は、切替制御モード2が終了するまでの間、間欠制御を禁止させる期間を継続させる。図8(B)に示すように、第2の電圧モードから切替え制御モード2に遷移した後、FB端子電圧は一点鎖線で示す電圧値FBL1を下回っているが、間欠制御が禁止されているため、FET1のオンデューティは徐々に減少していく。
図9は実施例2の制御部101による、スイッチング電源100の制御シーケンスを説明するフローチャートである。図6のフローチャートと同じ制御に関しては、同一の記号を付けて説明を省略する。S102で制御部101は、STANBY信号がハイレベルであることを検知した場合、第1の電圧モードから切替え制御モード1へ遷移し、処理をS201に進める。S201で制御部101は、FET1のオン時間を徐々に長くする、切替え制御モード1のステップ1の制御を行う。
S210で制御部101は、FET1のオンデューティがMinDuty以下(所定のオンデューティ以下)であると判断した場合、FB端子電圧がVth5以上になっていない場合でも、切替制御モード2を終了し、S211に進める。S211で制御部101は、間欠制御を許可した後に、処理をS101に戻し、第1の電圧モードに遷移する。
・制御部101は、第1の電圧モードにおいて、更に電圧Voutの負荷が低い場合において、電源効率を改善するために間欠制御を行う。
・制御部101は、切替え制御モード1において、周期を長くするステップ1を有する。
・制御部101は、切替え制御モード2において、間欠制御の禁止期間を設ける。
そのため、実施例2の制御方法を用いることで、スイッチング電源の出力のオーバーシュートやアンダーシュートを防止し、また、スイッチング素子に貫通電流が流れることを防止でき、スイッチング電源の信頼性を高めることができる。以上、実施例2によれば、スイッチング電源の出力電圧を変更する制御を行う際に、オーバーシュートやアンダーシュートを防止するとともに、スイッチング素子に貫通電流が流れることを防止することができる。
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10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300は、静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム311、感光ドラム311を一様に帯電する帯電部317(帯電手段)、感光ドラム311に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部312(現像手段)を備えている。そして、感光ドラム311に現像されたトナー像をカセット316から供給された記録材としてのシート(不図示)に転写部318(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314で定着してトレイ315に排出する。この感光ドラム311、帯電部317、現像部312、転写部318が画像形成部である。また、レーザビームプリンタ300は、実施例1、2で説明した電源装置400(スイッチング電源100)を備えている。なお、実施例1、2の電源装置400を適用可能な画像形成装置は、図10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311上のトナー像を中間転写ベルトに転写する1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2次転写部を備える画像形成装置であってもよい。
116 フィードバック部
118 切替え報知部
C2 電圧クランプ用のコンデンサ
C11 コンデンサ
D11 ダイオード
FET1 第1のスイッチング素子
FET2 第2のスイッチング素子
T1 トランス
Claims (12)
- 1次巻線及び2次巻線を有するトランスと、
前記トランスの前記1次巻線に直列に接続された第1のスイッチング素子と、
前記トランスの前記1次巻線に並列に接続された第2のスイッチング素子と、
前記第2のスイッチング素子に直列に接続され、前記第2のスイッチング素子とともに前記トランスの前記1次巻線に並列に接続されたコンデンサと、
前記トランスの前記2次巻線に誘起された電圧を整流平滑する整流平滑手段と、
前記整流平滑手段により整流平滑された電圧に応じた信号を出力するフィードバック手段と、
前記フィードバック手段から出力された前記信号に基づいて、前記整流平滑手段により整流平滑された電圧が所定の電圧となるように前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子のオン又はオフを制御する制御手段と、
を備え、前記所定の電圧が第1の電圧となるように制御される第1の電圧状態と、前記所定の電圧が前記第1の電圧よりも大きい第2の電圧となるように制御される第2の電圧状態とで動作することが可能な電源装置であって、
前記第1の電圧状態と前記第2の電圧状態との切替えを前記制御手段に報知する報知手段を備え、
前記制御手段は、
前記報知手段により前記第1の電圧状態から前記第2の電圧状態に切り替えられることが報知された場合には、前記第1のスイッチング素子のオンデューティを徐々に大きくするように制御する第1の切替え状態に移行し、前記フィードバック手段により出力される前記信号のレベルが第1の値以下となってから前記第2の電圧状態に移行し、
前記報知手段により前記第2の電圧状態から前記第1の電圧状態に切り替えられることが報知された場合には、前記第1のスイッチング素子のオンデューティを徐々に小さくするように制御する第2の切替え状態に移行し、前記フィードバック手段により出力される前記信号のレベルが第2の値以上となってから前記第1の電圧状態に移行する、
又は、
前記報知手段により前記第1の電圧状態から前記第2の電圧状態に切り替えられることが報知された場合には、前記第1のスイッチング素子のオンデューティを徐々に大きくするように制御する第1の切替え状態に移行し、前記フィードバック手段により出力される前記信号のレベルが前記第1の値以上となってから前記第2の電圧状態に移行し、
前記報知手段により前記第2の電圧状態から前記第1の電圧状態に切り替えられることが報知された場合には、前記第1のスイッチング素子のオンデューティを徐々に小さくするように制御する前記第2の切替え状態に移行し、前記フィードバック手段により出力される前記信号のレベルが前記第2の値以下となってから前記第1の電圧状態に移行することを特徴とする電源装置。 - 前記制御手段は、前記第1の切替え状態に移行した後、前記報知手段により前記第1の電圧状態に切り替えられることが報知された場合には、前記第2の電圧状態に移行する前に前記第2の切替え状態に移行してから前記第1の電圧状態に移行することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記制御手段は、前記第2の切替え状態に移行した後、前記報知手段により前記第2の電圧状態に切り替えられることが報知された場合には、前記第1の電圧状態に移行する前に前記第1の切替え状態に移行してから前記第2の電圧状態に移行することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記整流平滑手段により整流平滑された電圧が供給される負荷の状態を検出する検出手段を備え、
前記制御手段は、
前記第1の電圧状態において、前記検出手段により検出された負荷の状態に応じて、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子をともにオフさせるデッドタイムを挟んで前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子を交互にオン又はオフさせるスイッチング動作を行う第1の期間と、前記スイッチング動作を停止させる第2の期間と、を繰り返す間欠動作を制御することが可能であり、
前記報知手段により前記第2の電圧状態から前記第1の電圧状態に切り替えられることが報知された場合には、前記間欠動作を禁止してから前記第2の切替え状態に移行し、前記第2の切替え状態から前記第1の電圧状態に移行した後に前記間欠動作を許可することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電源装置。 - 前記制御手段は、前記第2の切替え状態において、前記第1のスイッチング素子のオンデューティが所定のオンデューティ以下となった場合には、前記第1の電圧状態に移行することを特徴とする請求項4に記載の電源装置。
- 前記制御手段は、
前記第2の電圧状態において、前記第1の期間を繰り返す連続動作を行い、
前記第1の切替え状態において、前記第1のスイッチング素子のオン時間を徐々に長くすることで前記スイッチング動作の周期を徐々に長くする第1の制御を行い、その後、前記第2のスイッチング素子のオン時間を徐々に短くすることで前記周期を徐々に短くする第2の制御を行うことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の電源装置。 - 前記制御手段は、前記第1の制御を行っているときに前記第1のスイッチング素子のオン時間が所定の時間以上となった後に、前記第2の制御を行うことを特徴とする請求項6に記載の電源装置。
- 前記制御手段は、前記第1の電圧状態において、前記信号のレベルが第1のレベルより低くなった場合に前記間欠動作を行い、前記信号のレベルが第2のレベルより高くなった場合に前記連続動作を行うことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の電源装置。
- 前記制御手段は、前記検出手段により検出された前記負荷の状態に基づいて、前記第1の切替え状態、若しくは、前記第2の切替え状態における前記第1のスイッチング素子のオンデューティを変更する速度を可変にすることを特徴とする請求項4から請求項8のいずれか1項に記載の電源装置。
- 前記制御手段は、前記第1の切替え状態、若しくは、前記第2の切替え状態において、制御の後半の期間における前記第1のスイッチング素子のオンデューティを変更する速度を、前記制御の前半の期間に比べて遅くすることを特徴とする請求項4から請求項8のいずれか1項に記載の電源装置。
- 前記制御手段は、前記フィードバック手段により出力された前記信号に基づいて、前記第1のスイッチング素子のオンデューティと前記スイッチング動作の周期を決定しており、前記信号のレベルが同じ場合には、前記第1の電圧状態における前記第1のスイッチング素子のオンデューティは、前記第2の電圧状態における前記第1のスイッチング素子のオンデューティよりも低く、前記第1の電圧状態における前記第1のスイッチング素子のオン時間は、前記第2の電圧状態における前記第1のスイッチング素子のオン時間よりも短いことを特徴とする請求項4から請求項10のいずれか1項に記載の電源装置。
- 記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
請求項1から請求項11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。
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