JP2020088951A - 電力変換装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定して動作する電力変換装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１は、絶縁トランス６２、直流電圧源６１、第１のスイッチＳ１、制御回路６４、整流平滑回路６５及び電圧調整回路６６を備える。絶縁トランス６２は、１次巻線Ｌ１と、１次巻線Ｌ１に電磁結合する２次巻線Ｌ２、第１の補助巻線Ｌ３及び第２の補助巻線Ｌ４と、を備える。直流電圧源６１は、１次巻線Ｌ１に直流電圧を出力する。第１のスイッチＳ１は、直流電圧源６１と１次巻線Ｌ１との接続を切り替える。制御回路６４は、第１の補助巻線Ｌ３と接続され、第１のスイッチＳ１を制御する。整流平滑回路６５は、２次巻線Ｌ２に接続され、２次巻線Ｌ２に発生した電流を整流及び平滑し、直流電圧を出力する。電圧調整回路６６は、整流平滑回路６５の出力電圧を調整し、且つ、前記出力電圧の調整に応じて、制御回路６４に第２の補助巻線Ｌ４を接続する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置及び画像形成装置に関する。

電力を変換する電力変換装置が一般的に用いられている。電力変換装置は、トランスを介して、１次側から２次側に電力を供給する。電力変換装置は、１次側にスイッチングＩＣ（制御回路）を備える。スイッチングＩＣは、スイッチング素子をスイッチングすることにより、トランスの１次側に交番電圧を流す。スイッチングＩＣは、トランスと磁界結合した補助巻線に生じる電圧により動作する。電力変換装置は、２次側にシャントレギュレータを備える。シャントレギュレータは、基準電圧端子の電圧に基づいて、２次側から負荷に出力される出力電圧を調整する。即ち、電力変換装置は、シャントレギュレータによって、出力電圧を所定の電圧に調整する。

電力変換装置は、シャントレギュレータの基準電圧端子に接続される抵抗を切り替えることにより、シャントレギュレータの分圧比を切り替える。これにより、電力変換装置は、出力電圧を切り替えることができる。出力電圧が切り替えられた場合、スイッチングＩＣに電圧を供給する補助巻線に生じる電圧も変化する。例えば、補助巻線から供給される電圧が高すぎる（定格以上）である場合、スイッチングＩＣは、過電圧保護機能により停止する。また、例えば、補助巻線から供給される電圧が低すぎる場合、スイッチングＩＣは、低電圧検出機能により停止する。このように、出力電圧の切替によって、スイッチングＩＣが正常に動作しなくなる可能性があるという課題がある。

特開２０１６−１４４３１０号公報

本発明が解決しようとする課題は、安定して動作する電力変換装置及び画像形成装置を提供することである。

実施形態に係る電力変換装置は、絶縁トランス、直流電源、第１のスイッチ、制御回路、整流平滑回路、電圧調整回路を備える。絶縁トランスは、１次巻線と、前記１次巻線に電磁結合する２次巻線、第１の補助巻線、及び第２の補助巻線と、を備える。直流電源は、前記１次巻線に直流電圧を出力する。第１のスイッチは、前記直流電源と前記１次巻線との接続を切り替える。制御回路は、前記第１の補助巻線と接続され前記第１のスイッチを制御する。整流平滑回路は、前記２次巻線に接続され、前記２次巻線に発生した電流を整流及び平滑し、直流電圧を出力する。電圧調整回路は、前記整流平滑回路の出力電圧を調整し、且つ前記出力電圧の調整に応じて、前記制御回路に前記第２の補助巻線を接続する。

図１は、一実施形態に係る画像形成装置の構成の例について説明する為の図である。 図２は、一実施形態に係る電力変換装置の構成の例について説明する為の図である。 図３は、一実施形態に係る電力変換装置の他の構成の例について説明する為の図である。 図４は、一実施形態に係る電力変換装置を備える商品情報処理装置の例について説明する為の図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、一実施形態に係る電力変換回路（電力変換装置）１を備える画像形成装置（電子写真装置）２の構成例を示す説明図である。なお、本実施形態では、電力変換回路１は、画像形成装置２に組み込まれているものと仮定して説明するが、如何なるものに組み込まれてもよい。
画像形成装置２は、例えば、印刷媒体などの記録媒体を搬送しながら画像形成等の各種処理を行うマルチファンクションプリンタ（ＭＦＰ）である。画像形成装置２は、感光ドラムを帯電させ、感光ドラムに対して印刷用の画像データ（印刷データ）に応じた光を照射することにより、感光ドラムに潜像（静電潜像）を形成する。画像形成装置２は、感光ドラムに形成された潜像にトナー（現像剤）を付着させ、感光ドラムにトナー像を形成する。画像形成装置２は、感光ドラムのトナー像を印刷媒体に転写し、トナー像が転写された印刷媒体にヒータによって高熱と圧力を与えることにより、印刷媒体にトナー像を定着させる。

まず、画像形成装置２の構成例について説明する。図１に示されるように、画像形成装置２は、筐体１１、給紙カセット１２、排紙トレイ１３、搬送部１４、画像形成部１５、定着器１６、システムコントローラ１７、及び電源ユニット１８を備える。

筐体１１は、画像形成装置２の本体である。筐体１１は、給紙カセット１２、排紙トレイ１３、搬送部１４、画像形成部１５、定着器１６、システムコントローラ１７、及び電源ユニット１８を収容する。

給紙カセット１２は、印刷媒体Ｐを収容するカセットである。給紙カセット１２は、筐体１１の外部から印刷媒体Ｐを供給可能に構成されている。例えば、給紙カセット１２は、筐体１１から引き出し可能に構成されている。

排紙トレイ１３は、画像形成装置２から排出された印刷媒体Ｐを支持するトレイである。

搬送部１４は、画像形成装置２内で印刷媒体Ｐを搬送する機構である。図１に示されるように、搬送部１４は、給紙搬送路２１及び排紙搬送路２２を備える。

給紙搬送路２１及び排紙搬送路２２は、図示されない複数のガイド、複数のローラ、及び複数のモータにより構成される。給紙搬送路２１及び排紙搬送路２２は、印刷媒体Ｐを挟んだ状態で回転することにより印刷媒体Ｐを移動させるローラを、システムコントローラ１７の制御に基づいて動作するモータが回転させることにより、印刷媒体Ｐを搬送する。

給紙搬送路２１は、給紙カセット１２に収容されている印刷媒体Ｐを画像形成部１５に供給する搬送路である。

排紙搬送路２２は、画像形成部１５により画像が形成され、定着器１６によりトナー像が定着された印刷媒体Ｐを、筐体１１から排出する搬送路である。排紙搬送路２２によって排出された印刷媒体Ｐは、排紙トレイ１３に排出される。

画像形成部１５は、システムコントローラ１７の制御に基づいて、印刷媒体Ｐに画像を形成する構成である。図１に示されるように、画像形成部１５は、感光体３１、帯電器３２、露光器３３、現像器３４、及び転写機構３５を備える。

感光体３１は、円筒状に形成された感光ドラムである。感光体３１は、図示されない駆動機構によって一定の速度で回転される。

帯電器３２は、感光体３１の表面を一様に帯電させる。

露光器３３は、帯電した感光体３１に静電潜像を形成する。露光器３３は、印刷データに基づいて、発光素子などにより感光体３１の表面にレーザ光を照射することによって、感光体３１の表面に静電潜像を形成する。

現像器３４は、トナーを感光体３１の潜像に付着させる。これにより、感光体３１の表面に、トナー像が形成される。

転写機構３５は、感光体３１に形成されたトナー像を、印刷媒体Ｐに転写させる。例えば、転写機構３５は、１次転写ベルト、２次転写ローラ、２次転写対向ローラなどを備える。１次転写ベルトは、感光体３１の表面からトナー像を受け取る。２次転写ローラ及び２次転写対向ローラは、給紙搬送路２１により搬送された印刷媒体に対して、１次転写ベルトを押し当て且つ搬送する。これにより、感光体３１のトナー像が印刷媒体Ｐに転写される。

定着器１６は、印刷媒体Ｐに転写されたトナー像を印刷媒体Ｐに定着させる構成である。図１に示されるように、定着器１６は、ヒートローラ及びプレスローラを備える。

ヒートローラは、印刷媒体Ｐに熱を与える加熱部材である。ヒートローラは、金属により構成されている。ヒートローラは、例えば中空の円筒状に形成されている。ヒートローラの近傍には、電源ユニット１８から高周波電流が供給される誘導コイルが設けられている。誘導コイルは、少なくともヒートローラに磁界を印加することが可能な位置に設けられている。誘導コイルに高周波電流が流れることにより誘導コイルに発生する磁界によって、ヒートローラに渦電流が生じる。この結果、ヒートローラの内部の抵抗成分により、ヒートローラに熱が発生する。これにより、ヒートローラは、高温に熱される。

プレスローラは、印刷媒体Ｐをヒートローラに押し当てる加圧部材である。プレスローラは、図示されないモータにより回転する。プレスローラは、図示されない加圧機構により、ヒートローラに圧力を加える。このように、プレスローラがヒートローラに圧力を加えることにより、ヒートローラとプレスローラとが密着するニップ（定着ニップ）が形成される。プレスローラは、トナー像が転写された印刷媒体Ｐを定着ニップに通過させることにより、印刷媒体Ｐに熱及び圧力を与え、印刷媒体Ｐにトナー像を定着させる。

システムコントローラ１７は、画像形成装置２の制御を行う。システムコントローラ１７は、例えば、プロセッサ４１及びメモリ４２を備える。

プロセッサ４１は、演算処理を実行する演算素子である。プロセッサ４１は、例えばＣＰＵである。プロセッサ４１は、メモリ４２に記憶されているプログラムなどのデータに基づいて種々の処理を行う。プロセッサ４１は、メモリ４２に格納されているプログラムを実行することにより、種々の動作を画像形成装置２に実行させる制御部として機能する。例えば、プロセッサ４１は、メモリ４２に記憶されているプログラムを実行することにより、搬送部１４、画像形成部１５、定着器１６、及び電源ユニット１８を制御する。

メモリ４２は、プログラム及びプログラムで用いられるデータなどを記憶する記憶媒体である。また、メモリ４２は、ワーキングメモリとしても機能する。すなわち、メモリは、プロセッサ４１の処理中のデータ、及びプロセッサ４１が実行するプログラムなどを一時的に格納する。

上記の構成において、システムコントローラ１７のプロセッサ４１は、印刷データに基づいて、搬送部１４、画像形成部１５、定着器１６、及び電源ユニット１８を制御することにより、印刷媒体Ｐにトナー像を転写させ、印刷媒体Ｐにトナー像を定着させる。これにより、印刷媒体Ｐに画像が形成される。

また、プロセッサ４１は、画像形成装置２の動作状態を切り替える。動作状態は、例えば、印刷媒体Ｐに対する画像の形成が可能なレディ状態、および所定の操作の入力を待機するスリープ状態などの状態である。レディ状態は、高電圧が要求される状態である。スリープ状態は、レディ状態に比べて低い電圧で動作可能な状態である。プロセッサ４１は、電源ユニット１８を制御することにより、レディ状態とスリープ状態とを切り替える。プロセッサ４１は、レディ状態とスリープ状態とを切り替える為のスイッチング信号（スリープ信号）を、電源ユニット１８に入力する。

電源ユニット１８は、画像形成装置２の各構成に電力を供給する構成である。図２は、電源ユニット１８の構成について説明する為の説明図である。図２に示されるように、電源ユニット１８は、フィルタ回路５１、整流回路５２、及び電力変換回路１を備える。

フィルタ回路５１は、商用電源ＡＣと、整流回路５２との間に接続される。フィルタ回路５１は、商用電源ＡＣから進入したノイズ、及び整流回路５２に流出するノイズを低減する。フィルタ回路５１は、例えばコンデンサにより構成されている。

整流回路５２は、商用電源ＡＣからフィルタ回路５１を介して入力された交流電圧を、全波整流し、直流電圧を後段の回路に供給する。即ち、整流回路５２は、交流電圧を直流電圧に変換して、電力変換回路１に供給する。整流回路５２は、例えば、複数のダイオードにより構成された全波整流回路（整流器）である。

また、フィルタ回路５１には、定着器１６にも接続されている。これにより、定着器１６の誘導コイルに、交流電圧によって高周波電流が流れる。

電力変換回路１は、負荷に対して任意の電圧値の直流電圧を供給する回路である。電力変換回路１は、電力が供給される１次側と、電力を出力する２次側とを有する。

まず電力変換回路１の１次側の構成について説明する。電力変換回路１は、直流電圧源６１、絶縁トランス６２、及びスイッチ回路６３を１次側の構成として備える。また、電力変換回路１は、力率改善回路をさらに１次側の構成として備える構成であってもよい。

直流電圧源６１は、絶縁トランス６２に直流電圧を供給する回路である。直流電圧源６１は、平滑用コンデンサＣ１を備える。平滑用コンデンサＣ１は、整流回路５２から供給される直流電圧（脈流化された正電圧）により電荷を蓄積するとともに、並列に接続された回路に平滑化した直流電圧を供給する。

絶縁トランス６２は、磁界を発生させる１次側の巻線（１次巻線）Ｌ１と、１次巻線Ｌ１と絶縁され、且つ１次巻線Ｌ１に生じた磁界により励磁される２次側の巻線（２次巻線）Ｌ２とを有する。また、絶縁トランス６２は、１次巻線Ｌ１に生じた磁界により励磁され、スイッチ回路６３に電力を供給する補助巻線Ｌ３、及び補助巻線Ｌ４をさらに有する。即ち、２次巻線Ｌ２、補助巻線Ｌ３、及び補助巻線Ｌ４は、１次巻線Ｌ１と電磁結合する。

スイッチ回路６３は、平滑用コンデンサＣ１から１次巻線Ｌ１に流れる電流を、スイッチングによりオンオフ制御する回路である。スイッチ回路６３は、半導体スイッチＳ１、制御回路６４、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２、平滑用コンデンサＣ２、フォトカプラＰＣ１、及びフォトカプラＰＣ２を備える。

半導体スイッチＳ１は、制御回路６４の制御に基づいて、導通状態を切り替える半導体スイッチである。半導体スイッチＳ１は、制御回路６４の制御に基づいて、平滑用コンデンサＣ１から１次巻線Ｌ１に流れる電流をオンオフする。半導体スイッチＳ１は、例えばｎ型チャネルＦＥＴである。半導体スイッチＳ１のドレイン端子は、１次巻線Ｌ１に接続され、半導体スイッチＳ１のソース端子は、平滑用コンデンサＣ１の低電位側に接続され、半導体スイッチＳ１のゲート端子は、制御回路６４に接続されている。半導体スイッチＳ１は、ドレイン端子−ソース端子間を導通させる導通状態（オン状態）と、ドレイン端子−ソース端子間を非導通にする非導通状態（オフ状態）とを、制御回路６４からゲート端子に入力される制御信号に基づいて切り替える。

制御回路６４は、半導体スイッチＳ１を制御する制御回路である。制御回路６４は、平滑用コンデンサＣ２の高電位側に接続された端子、平滑用コンデンサＣ２の低電位側に接続された端子、半導体スイッチＳ１の制御端子に接続された端子、及びフォトカプラＰＣ１に接続された端子を備える。制御回路６４は、半導体スイッチＳ１に制御信号として高周波のパルス信号を入力する。制御回路６４は、例えば、半導体スイッチＳ１のゲート端子にパルス信号を入力する。これにより、制御回路６４は、半導体スイッチＳ１のオン状態とオフ状態とを高速に切り替える。この結果、平滑用コンデンサＣ１の電位によって、絶縁トランス６２の１次巻線Ｌ１に高周波パルスが供給され、１次巻線Ｌ１により磁界が発生する。

上記の様に、スイッチ回路６３は、直流電圧を高周波パルスに変換するフライバックコンバータとして機能する。なお、スイッチ回路６３は、平滑用コンデンサＣ１の電位によって、絶縁トランス６２の１次巻線Ｌ１に高周波パルスを供給するハーフブリッジコンバータ、またはフルブリッジコンバータなどの他のコンバータ回路として構成されていてもよい。

ダイオードＤ１は、補助巻線Ｌ３に生じた電流を整流する。

ダイオードＤ２は、補助巻線Ｌ４に生じた電流を整流する。

平滑用コンデンサＣ２は、補助巻線Ｌ３及び補助巻線Ｌ４と並列に接続されている。また、平滑用コンデンサＣ２は、制御回路６４と並列に接続されている。即ち、平滑用コンデンサＣ２は、補助巻線Ｌ３に生じた電流、及び補助巻線Ｌ４に生じた電流により電荷を蓄積するとともに、並列に接続された制御回路６４に平滑化した直流電圧を供給する。

フォトカプラＰＣ１は、発光ダイオードＬＥＤ１及びフォトトランジスタＰＴ１を備える。フォトカプラＰＣ１は、発光ダイオードＬＥＤ１のアノードからカソードに電流が流れ、発光ダイオードＬＥＤ１が発光した場合、フォトトランジスタＰＴ１に光が入射し、フォトトランジスタＰＴ１のコレクタ端子−エミッタ端子間が導通する。

フォトカプラＰＣ１の発光ダイオードＬＥＤ１は、電力変換回路１の２次側に設けられ、フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタＰＴ１は、電力変換回路１の１次側に設けられている。フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタＰＴ１のコレクタ端子は、制御回路６４に接続されている。フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタＰＴ１のエミッタ端子は、平滑用コンデンサＣ１の低電位側に接続されている。フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタＰＴ１のコレクタ端子−エミッタ端子間の電圧は、発光ダイオードＬＥＤ１の発光に応じて変化する。

フォトカプラＰＣ２は、発光ダイオードＬＥＤ２及びフォトトランジスタＰＴ２を備える。フォトカプラＰＣ２は、発光ダイオードＬＥＤ２のアノードからカソードに電流が流れ、発光ダイオードＬＥＤ２が発光した場合、フォトトランジスタＰＴ２に光が入射し、フォトトランジスタＰＴ２のコレクタ端子−エミッタ端子間が導通する。

フォトカプラＰＣ２の発光ダイオードＬＥＤ２は、電力変換回路１の２次側に設けられ、フォトカプラＰＣ２のフォトトランジスタＰＴ２は、電力変換回路１の１次側に設けられている。フォトカプラＰＣ２のフォトトランジスタＰＴ２のコレクタ端子は、ダイオードＤ２のカソードに接続されている。フォトカプラＰＣ２のフォトトランジスタＰＴ２のエミッタ端子は、平滑用コンデンサＣ２の高電位側に接続されている。即ち、フォトカプラＰＣ２は、発光ダイオードＬＥＤ２の発光に応じて、ダイオードＤ２を介して、補助巻線Ｌ４と平滑用コンデンサＣ２の高電位側とを導通させる。

次に、電力変換回路１の２次側の構成について説明する。電力変換回路１は、絶縁トランス６２の２次巻線Ｌ２、整流平滑回路６５、及び電圧調整回路６６を２次側の構成として備える。電力変換回路１の２次側の出力端子には、画像形成装置２の種々の構成である負荷（例えば搬送部１４、画像形成部１５、システムコントローラ１７など）が接続される。

２次巻線Ｌ２は、１次巻線Ｌ１により発生した磁界に応じて励磁され、電力を生成する。２次巻線Ｌ２には、１次巻線Ｌ１と２次巻線Ｌ２との巻き数の比に応じた電圧が発生する。

整流平滑回路６５は、２次巻線Ｌ２に生じた電力を整流及び平滑化する回路である。整流平滑回路６５は、ダイオードＤ３、及び平滑用コンデンサＣ３を有する。

ダイオードＤ３は、アノードが２次巻線Ｌ２に接続され、カソードが平滑用コンデンサＣ３の高電位側に接続されている。ダイオードＤ３は、２次巻線Ｌ２に生じた電流を整流し、平滑用コンデンサＣ３に供給する。

平滑用コンデンサＣ３は、ダイオードＤ３から供給された正電圧を平滑化する。平滑用コンデンサＣ３は、並列に接続された回路に直流電圧を供給する。平滑用コンデンサＣ３の高電位側は、電力変換回路１の出力端子に接続されている。即ち、平滑用コンデンサＣ３には、負荷が接続される。平滑用コンデンサＣ３は、平滑化した直流電圧を負荷に供給する。

電圧調整回路６６は、電力変換回路１の出力端子の電圧を調整する回路である。電圧調整回路６６は、平滑用コンデンサＣ３から電流を引き込み、ＧＮＤに流すことにより、電力変換回路１の出力端子の電圧が所定の電圧になるように調整する。電圧調整回路６６は、例えば、シャントレギュレータ６７を備える。電圧調整回路６６は、シャントレギュレータ６７の分圧比に応じて、平滑用コンデンサＣ３の高電位側の電位を引き下げる。

電圧調整回路６６は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６、ダイオードＤ４、フォトカプラＰＣ１の発光ダイオードＬＥＤ１、フォトカプラＰＣ２の発光ダイオードＬＥＤ２、
シャントレギュレータ６７、スイッチＱ１、及びスイッチＱ２を備える。

シャントレギュレータ６７は、電力変換回路１の出力端子の電圧を調整する回路で定電圧レギュレータである。シャントレギュレータ６７は、入力端子、出力端子、及び基準電圧端子を備える。また、シャントレギュレータ６７は、負荷に対して並列、即ち、平滑用コンデンサＣ３の高電位側とＧＮＤとの間に設けられたトランジスタと、誤差アンプとを備える。シャントレギュレータ６７は、基準電圧端子の電位に基づいて、誤差アンプがトランジスタを制御することにより、入力端子から出力端子に電流を流す。

シャントレギュレータ６７の入力端子は、トランジスタのコレクタ端子である。シャントレギュレータ６７の入力端子は、フォトカプラＰＣ１の発光ダイオードＬＥＤ１、及び抵抗Ｒ１の直列接続を介して、平滑用コンデンサＣ３の高電位側に接続されている。

シャントレギュレータ６７の出力端子は、トランジスタのエミッタ端子である。シャントレギュレータ６７の出力端子は、ＧＮＤに接続されている。

シャントレギュレータ６７の基準電圧端子は、誤差アンプの入力端子である。誤差アンプの出力端子は、トランジスタのベース端子に接続されている。シャントレギュレータ６７の基準電圧端子は、抵抗Ｒ２を介して平滑用コンデンサＣ３の高電位側に接続されている。また、シャントレギュレータ６７の基準電圧端子は、抵抗Ｒ３を介してＧＮＤに接続されている。またさらに、シャントレギュレータ６７の基準電圧端子は、抵抗Ｒ４を介して、後述するスイッチＱ１の出力端子（エミッタ端子）に接続されている。

スイッチＱ１及びスイッチＱ２は、半導体スイッチであり、例えばｎｐｎ型トランジスタである。スイッチＱ１及びスイッチＱ２は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴであってもよい。

スイッチＱ１のベース端子（制御端子）は、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との接続点に接続されている。スイッチＱ１のエミッタ端子は、抵抗Ｒ４を介してシャントレギュレータ６７の基準電圧端子に接続されている。スイッチＱ１のコレクタ端子は、平滑用コンデンサＣ３の高電位側に接続されている。

スイッチＱ２のベース端子（制御端子）は、画像形成装置２のシステムコントローラ１７に接続されている。スイッチＱ２のエミッタ端子は、ＧＮＤに接続されている。スイッチＱ２のコレクタ端子は、抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６、ダイオードＤ４、及びフォトカプラＰＣ２の発光ダイオードＬＥＤ２の直列接続を介して、平滑用コンデンサＣ３の高電位側に接続されている。

例えば、スイッチＱ２は、画像形成装置２のシステムコントローラ１７からの信号に基づいて、オンオフが切り替えられる。具体的には、スイッチＱ２は、システムコントローラ１７から入力されたスリープ信号によってオンに切り替えられる。また、スイッチＱ２は、システムコントローラ１７からのスリープを解除することを指示する信号によって、オフに切り替えられる。

上記の構成の電力変換回路１は、スイッチＱ２のオンオフによって、動作する構成が変化する。まず、スイッチＱ２がオフである場合の電力変換回路１の動作について説明する。

（各スイッチの状態）
スイッチＱ２がオフである場合、抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６、ダイオードＤ４、及びフォトカプラＰＣ２の発光ダイオードＬＥＤ２の直列接続に電流が流れない。この為、スイッチＱ１及びフォトカプラＰＣ２のフォトトランジスタＰＴ２もオフとなる。

（シャントレギュレータ６７の動作）
スイッチＱ１がオフである場合、シャントレギュレータ６７の基準電圧端子には、抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ３とが接続されている状態になる。この場合、シャントレギュレータ６７の基準電圧端子の電圧である基準電圧Ｖｒｅｆと、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の分圧比により、電力変換回路１の出力端子から、シャントレギュレータ６７により調整された電圧Ｖｏｕｔ１が出力される。電圧Ｖｏｕｔ１は、Ｖｏｕｔ１＝（１＋Ｒ２／Ｒ３）×Ｖｒｅｆである。

なお、シャントレギュレータ６７に引き込まれる電流により、フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタＰＴ１がオンされる。これにより、１次側において、制御回路６４から、フォトトランジスタＰＴ１を介して、平滑用コンデンサＣ１の低電位側に電流が流れる。なお、フォトトランジスタＰＴ１を流れる電流の電流値は、フォトカプラＰＣ１の発光ダイオードＬＥＤ１を流れる電流、即ちシャントレギュレータ６７に引き込まれる電流によって変化する。

（補助巻線からの電力供給）
１次側では、補助巻線Ｌ３に発生した電流により平滑用コンデンサＣ２の電荷が蓄積され、制御回路６４に電力が供給される。なお、補助巻線Ｌ４と平滑用コンデンサＣ２との間に接続されたフォトカプラＰＣ２のフォトトランジスタＰＴ２がオフである為、補助巻線Ｌ４から平滑用コンデンサＣ２には電力が供給されない状態になる。２次巻線Ｌ２の巻き数がＮ２であり、補助巻線Ｌ３の巻き数がＮ３であるとすると、制御回路６４に印加される電圧ＶＣＣ１は、ＶＣＣ１＝（Ｎ３／Ｎ２）×Ｖｏｕｔ１である。

（制御回路６４の動作）
制御回路６４は、半導体スイッチＳ１を制御することにより、平滑用コンデンサＣ１の電位によって、絶縁トランス６２の１次巻線Ｌ１に高周波パルスを供給させ、１次巻線Ｌ１に磁界を発生させる。

制御回路６４は、フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタＰＴ１を介して、平滑用コンデンサＣ１の低電位側に流れる電流に基づいて、半導体スイッチＳ１に入力するパルス信号のオンオフデューティ比を制御する。上記のように、フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタＰＴ１のエミッタ端子−コレクタ端子間の電圧は、発光ダイオードＬＥＤ１の発光に応じて変化する。即ち、フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタＰＴ１のエミッタ端子−コレクタ端子間の電圧は、２次側の整流平滑回路６５からシャントレギュレータ６７の入力端子に流れる電流に応じて変化する。制御回路６４は、フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタＰＴ１を介して、平滑用コンデンサＣ１の低電位側に流れる電流、若しくは、フォトトランジスタＰＴ１のコレクタ端子−エミッタ端子間の電圧に基づいて、半導体スイッチＳ１に入力するパルス信号のオンオフデューティ比を制御する。
これにより、制御回路６４は、絶縁トランス６２の１次巻線Ｌ１に発生させる磁界の強度を制御する。これにより、２次側に供給する電力を制御する。

次に、スイッチＱ２がオンである場合の電力変換回路１の動作について説明する。
（各スイッチの状態）
スイッチＱ２がオンである場合、抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６、ダイオードＤ４、及びフォトカプラＰＣ２の発光ダイオードＬＥＤ２の直列接続に電流が流れる。この為、スイッチＱ１がオンされる。また、フォトカプラＰＣ２の発光ダイオードＬＥＤ２に電流が流れる為、フォトカプラＰＣ２のフォトトランジスタＰＴ２もオンとなる。

（シャントレギュレータ６７の動作）
スイッチＱ１がオンである場合、シャントレギュレータ６７の基準電圧端子と、平滑用コンデンサＣ３の高電位側との間に、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ４とが並列に接続され、シャントレギュレータ６７の基準電圧端子と、ＧＮＤとの間に、抵抗Ｒ３が接続される。この場合、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ４とが合成抵抗Ｒ０＝Ｒ２×Ｒ４／（Ｒ２＋Ｒ４）となる。この為、電力変換回路１の出力端子から出力される電圧Ｖｏｕｔ２は、Ｖｏｕｔ２＝（１＋Ｒ０／Ｒ３）×Ｖｒｅｆとなる。なお、合成抵抗Ｒ０は、抵抗Ｒ２よりも小さい値になる。このため、シャントレギュレータ６７の分圧比が変わり、電圧Ｖｏｕｔ２が、スイッチＱ１がオフである場合の電圧Ｖｏｕｔ１に比べて小さくなる。

（補助巻線からの電力供給）
１次側では、補助巻線Ｌ４と平滑用コンデンサＣ２との間に接続されたフォトカプラＰＣ２のフォトトランジスタＰＴ２がオンとなっている為、補助巻線Ｌ４から平滑用コンデンサＣ２に電力が供給される状態になる。即ち、補助巻線Ｌ３及び補助巻線Ｌ４に発生した電流により平滑用コンデンサＣ２の電荷が蓄積され、制御回路６４に電力が供給される。

補助巻線Ｌ４の巻き数がＮ４であるとすると、制御回路６４に印加される電圧ＶＣＣ２は、ＶＣＣ２＝［（Ｎ３＋Ｎ４）／Ｎ２］×Ｖｏｕｔ２である。即ち、スイッチＱ２がオフである場合に比べて、補助巻線Ｌ４によって、電圧ＶＣＣ２は、電圧ＶＣＣ１よりも高い電圧に調整される。ＶＣＣ２＞ＶＣＣ１である為、補助巻線Ｌ３及び補助巻線Ｌ４に発生した電流は、補助巻線Ｌ３、補助巻線Ｌ４、ダイオードＤ２、フォトトランジスタＰＴ２、平滑用コンデンサＣ２の高電位側の順に流れる。このように、Ｖｏｕｔ１＞Ｖｏｕｔ２である場合、ＶＣＣ１＜ＶＣＣ２となる。

電力変換回路１は、スイッチＱ２がオフである場合に、ＶＣＣ１の電圧が適正な値になるように、補助巻線Ｌ３の巻き数Ｎ３が調整され、スイッチＱ２がオンである場合に、ＶＣＣ２の電圧が適正な値になるように、補助巻線Ｌ４の巻き数Ｎ４が調整される。これにより、電力変換回路１は、出力電圧が切り替えられた場合であっても、動作に必要な電圧を制御回路６４に供給することができる。

上記したように、電力変換回路１は、絶縁トランス６２により１次側と２次側とが電気的に絶縁した状態で、１次側から２次側に電力を供給する回路である。電力変換回路１は、１次側の構成として、直流電源として機能する平滑用コンデンサＣ１、半導体スイッチＳ１、制御回路６４を備える。絶縁トランス６２は、１次巻線Ｌ１と、１次巻線Ｌ１に電磁結合する２次巻線Ｌ２、補助巻線Ｌ３、及び補助巻線Ｌ４とを備える。制御回路６４は、平滑用コンデンサＣ１と１次巻線Ｌ１との接続を切り替えるスイッチをオンオフ制御することにより、１次巻線Ｌ１に磁界を発生させる。補助巻線Ｌ３は、１次巻線Ｌ１により発生した磁界により励磁され、制御回路６４に電力を供給する。また、補助巻線Ｌ４は、フォトカプラＰＣ２のコレクタ及びエミッタを介して、制御回路６４に接続されている。

また、電力変換回路１は、２次側の構成として、整流平滑回路６５と、シャントレギュレータ６７とを備える。整流平滑回路６５は、２次巻線Ｌ２に接続され、２次巻線Ｌ２に発生した電流を整流及び平滑し、直流電圧を出力する。シャントレギュレータ６７は、抵抗Ｒ２を介して整流平滑回路６５の出力端子に接続され且つ抵抗Ｒ３を介して接地された基準電圧端子の電圧に基づいて、整流平滑回路６５の出力電圧を調整する。

電力変換回路１は、画像形成装置２のシステムコントローラ１７から供給される信号に基づいて、スイッチＱ２を切り替える。スイッチＱ２の導電経路には、フォトカプラＰＣ２のアノード及びカソードが接続されている。また、スイッチＱ２の導電経路には、抵抗Ｒ４を抵抗Ｒ２と並列に接続するスイッチＱ１の制御端子が接続されている。このような構成によると、スイッチＱ２がオンされると、スイッチＱ１がオンされ、シャントレギュレータ６７の基準電圧端子に抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ２とが並列に接続される。この為、整流平滑回路６５の出力端子とシャントレギュレータ６７の基準電圧端子間の抵抗値は、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ２の並列接続の合成抵抗になる。抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ２の並列接続の合成抵抗は、抵抗Ｒ２に比べて抵抗値が低くなる。これに対し、抵抗Ｒ３を介して接地された基準電圧端子の電圧は、抵抗Ｒ３の抵抗値によって定まる固定値である。このように、抵抗Ｒ３を介して接地された基準電圧端子の電圧が固定値であり、且つ整流平滑回路６５の出力端子とシャントレギュレータ６７の基準電圧端子間の抵抗値が減少することにより、電力変換回路１の出力端子から出力される電圧Ｖｏｕｔ２が低下する。

また、スイッチＱ２がオンされると、フォトカプラＰＣ２のアノード−カソード間に電流が流れ、発光ダイオードＬＥＤ２が発光する。これにより、フォトカプラＰＣ２のフォトトランジスタＰＴ２がオンされる。フォトカプラＰＣ２のフォトトランジスタＰＴ２がオンされると、補助巻線Ｌ４が制御回路６４に接続される。これにより、制御回路６４に補助巻線Ｌ３と補助巻線Ｌ４とから電力が供給される状態になる。このように、フォトカプラＰＣ２は、スイッチＱ２の導電経路の電流に応じて、補助巻線Ｌ４を制御回路６４に接続するスイッチとして機能する。即ち、フォトカプラＰＣ２は、導電路（アノード−カソード）の電流の流れに応じて、導電路（コレクタ−エミッタ）を導電させるスイッチである。

このように、電力変換回路１は、出力電圧が低い値に切り替えられた場合に、制御回路６４に接続する補助巻線を増やすことにより、動作に必要な電圧を制御回路６４に供給することができる。これにより、安定して動作する電力変換装置及び画像形成装置を提供することができる。

なお、上記の実施形態では、フォトカプラＰＣ２のアノード−カソードは、スイッチＱ２の導電経路に接続されると説明したが、この構成に限定されない。フォトカプラＰＣ２のアノード−カソードは、スイッチＱ２がオフであるときに電流が流れず、スイッチＱ２がオンであるときに電流が流れる箇所であれば如何なる箇所に接続されていてもよい。

また、上記の実施形態では、スイッチＱ２は、画像形成装置２のシステムコントローラ１７からの信号に基づいて、オンオフが切り替えられると説明したが、この構成に限定されない。スイッチＱ２は、画像形成装置２の外部から切替が可能に配置され、物理的にオンとオフが切り替えられるスイッチとして構成されていてもよい。

また、上記の実施形態では、スイッチＱ２のオンに連動して、フォトカプラＰＣ２のコレクタ端子−エミッタ端子間が導通することにより、制御回路６４に補助巻線Ｌ４を接続する構成であると説明したが、この構成に限定されない。フォトカプラＰＣ２の代わりにリレースイッチ７１が用いられてもよい。

図３は、制御回路６４に補助巻線Ｌ４を接続するスイッチとして、フォトカプラＰＣ２の代わりにリレースイッチ７１が用いられている例を示す。

リレースイッチ７１は、第１の導電路と第２の導電路とを備える。第１の導電路には、コイルが設けられている。第２の導電路には、コイルにより発生した磁界によってオンオフが切り替えられるスイッチが設けられている。図３の例では、第１の導電路が、スイッチＱ２の導電路に接続されており、第２の導電路が、ダイオードＤ２のカソードと平滑用コンデンサＣ２の高電位側とに接続されている。このような構成によると、スイッチＱ２がオフである場合、補助巻線Ｌ４が制御回路６４に接続されず、スイッチＱ２がオンである場合、補助巻線Ｌ４が制御回路６４に接続される。このような構成によっても、図２の例と同様の効果を実現することができる。

なお、上記した実施形態では、スイッチＱ２は、画像形成装置２のシステムコントローラ１７からのスリープ信号によって切り替えられると説明したが、この構成に限定されない。スイッチＱ２は、画像形成装置２のシステムコントローラ１７からの如何なる信号によって切り替えられるものであってもよい。

また、上記の実施形態では、画像形成装置２に電力変換回路１が設けられる例について説明したが、この構成に限定されない。電力変換回路１は、２次側から出力する出力電圧を切り替える装置であれば、如何なるものに用いられてもよい。

図４は、電力変換回路１が商品情報処理装置３に設けられる例を示す。
商品情報処理装置３は、小売店などの店舗において、利用者が購入する商品の一覧を示す商品リストを生成し、商品リストに基づいて決済を行うシステムである。

商品情報処理装置３は、電源ユニット１８及び商品情報処理部８１を備える。商品情報処理部８１は、スキャナ８２、第１のプリンタ８３、第２のプリンタ８４、制御部８５、及びタッチパネル８６を備える。

スキャナ８２は、商品からコード（バーコードまたは二次元コードなど）を取得し、制御部８５に供給する。

第１のプリンタ８３及び第２のプリンタ８４は、制御部８５の制御に基づいて、レシートを印刷する。第２のプリンタ８４は、第１のプリンタ８３に比べて定格電圧が低い。

制御部８５は、種々の処理を実行する処理部である。制御部８５は、プロセッサ８７及びメモリ８８を備える。プロセッサ８７は、演算処理を実行する演算素子である。プロセッサ８７は、例えばＣＰＵとして構成される。プロセッサ８７は、メモリ８８に記憶されているプログラムに基づいて種々の処理を行う。メモリ８８は、プログラム及びデータを記憶する記憶装置である。メモリ８８は、例えば、読み出し専用の不揮発性メモリであるＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びデータを記憶するストレージのいずれか、または複数を備える。

タッチパネル８６は、画面の表示と、操作に基づく操作信号の生成とを行う装置である。タッチパネル８６は、ディスプレイ８９及びタッチセンサ９０を備える。ディスプレイ８９は、制御部８５または図示されないグラフィックコントローラから供給される表示用のデータ（画面データ）に基づいて画面を表示する。タッチセンサ９０は、ディスプレイ８９に表示された画面上において商品情報処理装置３を操作するユーザがタッチした位置を示す操作信号を生成する。

制御部８５は、スキャナ８２により商品から情報を取得し、商品リストを生成する。制御部８５は、商品リストと、利用者がタッチパネルにより入力した情報に基づいて、決済を行う。さらに、制御部８５は、決済の結果を出力する。例えば、制御部８５は、第１のプリンタ８３によって決済の結果をレシートとして出力する。また、例えば、制御部８５は、第２のプリンタ８４によって決済の結果をレシートとして出力する。具体的には、制御部８５は、決済がプリペイドカードまたは電子マネーなどによって行われた場合、第１のプリンタ８３によってレシートを出力する。また、制御部８５は、決済がクレジットカードによって行われた場合、第２のプリンタ８４によってレシートを出力する。

制御部８５は、第１のプリンタ８３と第２のプリンタ８４のどちらでレシートを出力するかに基づいて、電源ユニット１８に信号を入力する。制御部８５からの信号は、電源ユニット１８の電力変換回路１のスイッチＱ２のオンオフに用いられる。例えば、第１のプリンタ８３によりレシートを出力する場合、制御部８５は、スイッチＱ２のオフするように信号を入力する。これにより、電力変換回路１の出力電圧が高電圧に調整される。また、例えば、第２のプリンタ８４によりレシートを出力する場合、制御部８５は、スイッチＱ２のオンするように信号を入力する。これにより、電力変換回路１の出力電圧が低電圧に調整される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…電力変換回路、２…画像形成装置、３…商品情報処理装置、１１…筐体、１２…給紙カセット、１３…排紙トレイ、１４…搬送部、１５…画像形成部、１６…定着器、１７…システムコントローラ、１８…電源ユニット、２１…給紙搬送路、２２…排紙搬送路、３１…感光体、３２…帯電器、３３…露光器、３４…現像器、３５…転写機構、４１…プロセッサ、４２…メモリ、５１…フィルタ回路、５２…整流回路、６１…直流電圧源、６２…絶縁トランス、６３…スイッチ回路、６４…制御回路、６５…整流平滑回路、６６…電圧調整回路、６７…シャントレギュレータ、７１…リレースイッチ、８１…商品情報処理部、８２…スキャナ、８３…プリンタ、８４…プリンタ、８５…制御部、８６…タッチパネル、８７…プロセッサ、８８…メモリ、８９…ディスプレイ、９０…タッチセンサ、Ｃ１…平滑用コンデンサ、Ｃ２…平滑用コンデンサ、Ｃ３…平滑用コンデンサ、Ｄ１…ダイオード、Ｄ２…ダイオード、Ｄ３…ダイオード、Ｄ４…ダイオード、Ｌ１…１次巻線、Ｌ２…２次巻線、Ｌ３…補助巻線、Ｌ４…補助巻線、ＰＣ１…フォトカプラ、ＰＣ２…フォトカプラ、ＬＥＤ１…発光ダイオード、ＬＥＤ２…発光ダイオード、ＰＴ１…フォトトランジスタ、ＰＴ２…フォトトランジスタ、Ｑ１…スイッチ、Ｑ２…スイッチ、Ｒ１…抵抗、Ｒ２…抵抗、Ｒ３…抵抗、Ｒ４…抵抗、Ｒ５…抵抗、Ｒ６…抵抗、Ｓ１…半導体スイッチ。

Claims (5)

1. １次巻線と、前記１次巻線に電磁結合する２次巻線、第１の補助巻線、及び第２の補助巻線と、を備える絶縁トランスと、
   前記１次巻線に直流電圧を出力する直流電源と、
   前記直流電源と前記１次巻線との接続を切り替える第１のスイッチと、
   前記第１の補助巻線と接続され前記第１のスイッチを制御する制御回路と、
   前記２次巻線に接続され、前記２次巻線に発生した電流を整流及び平滑し、直流電圧を出力する整流平滑回路と、
   前記整流平滑回路の出力電圧を調整し、且つ前記出力電圧の調整に応じて、前記制御回路に前記第２の補助巻線を接続する電圧調整回路と、
   を具備する電力変換装置。
2. 前記電圧調整回路は、
   第１の抵抗を介して前記整流平滑回路の出力端子に接続され且つ第２の抵抗を介して接地された基準電圧端子の電圧に基づいて、前記出力電圧を調整するシャントレギュレータと、
   前記基準電圧端子に接続された第３の抵抗と、
   前記第３の抵抗と前記整流平滑回路の出力端子との間に接続された第２のスイッチと、
   前記第２のスイッチを制御する第３のスイッチと、
   前記第３のスイッチの導電経路の電流に応じて前記第２の補助巻線を前記制御回路に接続する第４のスイッチと、
   を具備する請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御回路は、前記整流平滑回路の出力端子から前記シャントレギュレータに流れる電流に基づいて、前記第１のスイッチのオンオフデューティ比を制御する請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記第４のスイッチは、前記第３のスイッチの導電経路にアノード及びカソードが接続され、前記第２の補助巻線にコレクタ端子が接続され、前記制御回路にエミッタ端子が接続されたフォトカプラである請求項２に記載の電力変換装置。
5. 印刷媒体に画像を形成する画像形成部と、
   １次巻線と、前記１次巻線に電磁結合する２次巻線、第１の補助巻線、及び第２の補助巻線と、を備える絶縁トランスと、
   前記１次巻線に直流電圧を出力する直流電源と、
   前記直流電源と前記１次巻線との接続を切り替える第１のスイッチと、
   前記第１の補助巻線と接続され前記第１のスイッチを制御する制御回路と、
   前記２次巻線に接続され、前記２次巻線に発生した電流を整流及び平滑し、直流電圧を前記画像形成部に出力する整流平滑回路と、
   前記整流平滑回路の出力電圧を調整し、且つ前記出力電圧の調整に応じて、前記制御回路に前記第２の補助巻線を接続する電圧調整回路と、
   を具備する画像形成装置。