JP2019083617A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1(a)は、実施例1のスイッチング電源100の構成を示す回路図である。スイッチング電源100には、商用電源である交流電源10から交流電圧が入力され、整流平滑手段であるブリッジダイオードBD1及び平滑用のコンデンサCinで整流、平滑され、入力電圧Vinが生成される。なお、コンデンサCinの低電位側をDCL、高電位側をDCHとする。スイッチング電源100は、コンデンサCinに充電された入力電圧VinをトランスT1の一次側に入力し、絶縁されたトランスT1の二次側に出力電圧Voutを出力する。スイッチング電源100は、出力電圧Voutの電圧値が一定電圧になるように、例えば通常動作時には出力電圧Voutの電圧値を所定の電圧である電圧Vout1(第一の出力電圧)になるように制御する。なお、本実施例のスイッチング電源100の通常動作時での電圧Vout1は、一例として5Vとする。
VFWD=(N2/N1)×Vin・・・(式1)
電圧検知部120は、フォワード電圧VFWDを整流平滑した電圧を、分圧抵抗R121、R122で分圧した電圧VdetをCPU11に出力する。一次巻線P1の巻数N1、補助巻線P2の巻数N2、及び分圧抵抗R121、R122の抵抗値は予め決められている。そのため、CPU11は、電圧Vdetの電圧値により、入力電圧Vinの電圧値を検知することができる。
図1(b)は、CPU11の内部構成を示す機能ブロック図である。CPU11は、ワンチップのマイクロコンピュータであり、CPU11の内部はブロック1とブロック2に分割された構成となっている。ブロック1は、クロック発振部115、タイマー制御部116、PWM出力部117を備えている。一方、ブロック2は、演算制御部111、記憶部112、記憶部113、AD変換部114を備えている。
図2は、交流電源10の電圧値が正常な状態と、低電圧の異常状態における図1(a)のFET1のスイッチング制御を説明するタイミングチャートである。図2(a)は、交流電源10の電圧値が定格内の正常な電圧値の場合の制御である通常制御モード(第一の状態)を説明する図である。図2(a)において、(i)はFET1のゲート端子の入力電圧(ゲート電圧)の電圧波形を示しており、(ii)はFET1のドレイン端子とソース端子間の電圧の電圧波形を示している。また、(iii)はFET1のドレイン端子に流れるドレイン電流の波形を示している。なお、図2(a)の横軸は時間を示す。通常制御モードでは、電源制御部110のCPU11がフィードバック部150からの電圧VFBに基づいて、FET1のオンデューティを制御することで、出力電圧Voutを所定の出力電圧である電圧Vout1に維持する。
図3は、本実施例の電源制御部110のCPU11がスイッチング電源100を制御するときの制御モードの制御シーケンスを示すフローチャートである。図3に示す処理は、スイッチング電源100に交流電源10が印加されると起動され、スイッチング電源100を制御する電源制御部110のCPU11により実行される。
図4(a)は、実施例2のスイッチング電源400の構成を示す回路図である。本実施例のスイッチング電源400は、実施例1で説明したスイッチング電源100に対して、FET2(第二のスイッチング素子)及び電圧共振用のコンデンサC2を用いたアクティブクランプ回路を追加した点が異なる。また、本実施例では、電源制御部110の代わりに電源制御部410を用いており、FET(FET1及びFET2)の制御方法が、スイッチング電源100とは異なる。以下では、実施例1のスイッチング電源100と異なる構成のアクティブクランプ回路、及び電源制御部410について説明することとし、実施例1と同様の回路構成については、同一の符号を用いることにより、ここでの説明を省略する。なお、図4(a)では、交流電源10及びスイッチング電源400のブリッジダイオードBD1を省略している。また、スイッチング電源400の出力電圧Voutは、負荷であるスイッチング電源400が搭載された装置(不図示)の制御部20に供給されることとし、制御部20の構成については、実施例1と同様とし、ここでの説明は省略する。
図4(b)は、CPU13の内部構成を示す機能ブロック図である。CPU13は、ワンチップのマイクロコンピュータであり、CPU13の内部は、実施例1のCPU11と同様に、ブロック1とブロック2に分割された構成となっている。ブロック1は、クロック発振部115、タイマー制御部116、PWM出力部118を備えている。一方、ブロック2は、演算制御部111、記憶部112、記憶部113、AD変換部114を備えている。なお、CPU13では、実施例1のCPU11のPWM出力部117の代わりに、PWM出力部118を用いている。PWM出力部118は、FET1の制御信号D1に加え、FET2の制御信号D2を出力する。CPU13のその他の構成については、実施例1のCPU11と同様であり、同じ構成には同じ符号を付すことで、ここでの説明を省略する。
図5は、交流電源10の電圧値が正常な状態と、低電圧の異常状態における図4(a)のFET1及びFET2のスイッチング制御を説明するタイミングチャートである。図5(a)は、交流電源10の電圧値が定格内の正常な電圧値の場合の制御である通常制御モードを説明する図である。図5(a)では、(i)はFET1のゲート端子の入力電圧(ゲート電圧)の電圧波形を示し、(ii)はFET2のゲート端子の入力電圧(ゲート電圧)の電圧波形を示し、(iii)はFET1のドレイン端子とソース端子間の電圧の電圧波形を示している。また、図5(a)において、(iv)はFET1のドレイン端子に流れるドレイン電流の波形を示している。なお、図5(a)の横軸は時間を示す。
出力電圧Vout=Vin×(N2/N1)×(TON1/T)・・・(式2)
図6は、本実施例の電源制御部410のCPU13がスイッチング電源400を制御するときの制御モードの制御シーケンスを示すフローチャートである。図6に示す処理は、スイッチング電源400がオンされると起動され、スイッチング電源400を制御する電源制御部410のCPU13により実行される。
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挙げて説明する。図7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で説明したスイッチング電源100、400に対応する電源装置500を備えている。なお、実施例1、2の電源装置500を適用可能な画像形成装置は、図7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。
1 FET
11 CPU
120 電圧検知部
150 フィードバック部
Claims (10)
- 交流電源からの交流電圧を整流、平滑して入力電圧を生成する整流平滑手段と、
一次巻線、二次巻線及び補助巻線を有するトランスと、
前記入力電圧が印加される前記トランスの前記一次巻線に接続された第一のスイッチング素子と、
前記トランスの前記二次巻線に誘起される出力電圧に応じたフィードバック電圧を出力するフィードバック手段と、
前記トランスの前記補助巻線に誘起される電圧に基づいて、前記入力電圧を検知する電圧検知手段と、
前記フィードバック電圧及び前記電圧検知手段により検知した前記交流電源の電圧値に基づいて、前記第一のスイッチング素子のオン、オフを行って前記出力電圧を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記電圧検知手段により検知した前記交流電源の電圧値が第一の閾電圧以上の場合には、前記フィードバック電圧に基づいて前記出力電圧が第一の出力電圧となるように前記第一のスイッチング素子を制御する第一の状態に移行し、前記電圧検知手段により検知した前記交流電源の電圧値が前記第一の閾電圧よりも小さい第二の閾電圧未満の場合には、前記出力電圧が前記第一の出力電圧よりも小さい第二の出力電圧になるように前記第一のスイッチング素子を制御する第二の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、前記第二の状態のときには、前記第一のスイッチング素子のスイッチング動作を行う第一の期間と、前記第一のスイッチング素子のスイッチング動作を停止する第二の期間と、を交互に繰り返す間欠動作を行うことで、前記出力電圧を前記第二の出力電圧に制御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、前記第一の期間では、前記第一のスイッチング素子のオン、オフを少なくとも1回以上、行うことを特徴とする請求項2に記載の電源装置。
- 前記制御手段は、前記第二の状態において、前記第一の期間に、前記電圧検知手段により前記交流電源の電圧値の検知を行うことを特徴とする請求項3に記載の電源装置。
- 前記制御手段は、前記第一の状態のときには、前記フィードバック電圧に基づいて前記第一のスイッチング素子のオンデューティを制御することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電源装置。
- 前記電源装置は、前記第一のスイッチング素子のオンデューティに比例して、前記出力電圧を制御可能な電源装置であり、
前記制御手段は、前記第二の状態において、前記第一のスイッチング素子のオンデューティを低く制御することで、前記出力電圧を前記第二の出力電圧にすることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電源装置。 - 前記制御手段は、前記第二の状態の前記第一の期間において、前記電圧検知手段の検知結果に基づき、前記第一のスイッチング素子のオンデューティを制御した後に、前記電圧検知手段によって前記交流電源の電圧値を検知することを特徴とする請求項6に記載の電源装置
- 前記第一のスイッチング素子は、前記トランスの一次巻線に直列に接続され、
前記制御手段は、前記第一の状態において、前記出力電圧が前記第一の出力電圧になるように、前記第一のスイッチング素子のオンデューティを制御する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。 - 前記トランスの一次巻線に並列に接続された第二のスイッチング素子と、
前記第二のスイッチング素子に直列に接続され、前記第二のスイッチング素子とともに前記トランスの一次巻線に並列に接続されるコンデンサと、
を有し、
前記制御手段は、前記第一のスイッチング素子及び前記第二のスイッチング素子がともにオフ状態となる期間を介して、前記第一のスイッチング素子及び前記第二のスイッチング素子を交互にオン状態又はオフ状態に設定し、
前記第一の状態のときには前記出力電圧が前記第一の出力電圧となり、前記第二の状態のときには前記出力電圧が前記第二の出力電圧となるように、前記第一のスイッチング素子のオンデューティを制御することを特徴とする請求項8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9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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