JP2020184823A - 電力変換装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】損失低減が可能な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２２は、ＰＦＣ回路４２とＤＣＤＣコンバータ４３とＰＦＣ制御回路４４とＤＣＤＣコンバータ制御回路４５と電力供給回路４１とを具備する。ＰＦＣ回路は、インダクタＬ１及び第１のスイッチング素子を有し、入力された脈流電圧を直流電圧に変換して出力する。コンバータは、絶縁トランスＴ１及び第２のスイッチング素子を有し、絶縁トランスの１次側に入力されたＰＦＣ回路の出力電圧を２次側から任意の直流電圧として出力する。電力供給回路は、ＰＦＣ回路が起動しておりＤＣＤＣコンバータが起動していない場合、インダクタＬ１と磁界結合した第１の補助巻線Ｎ１に生じた電圧によりＰＦＣ制御回路に直流電圧を供給し、ＤＣＤＣコンバータが起動している場合、絶縁トランスと磁界結合した第２の補助巻線Ｎ２に生じた電圧によりＰＦＣ制御回路に直流電圧を供給する。
【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。

入力される脈流電圧を直流電圧に変換する力率改善回路（ＰＦＣ回路）と、ＰＦＣ回路の出力電圧を、交流電源から絶縁された任意の直流電圧に変換するＤＣＤＣコンバータとを備える電力変換回路がある。ＤＣＤＣコンバータは、例えば、インダクタ−インダクタ−コンデンサ回路（ＬＬＣ回路）である。このような電力変換回路は、ＰＦＣ回路を制御するＰＦＣ制御回路と、及びＬＬＣ回路を制御するＬＬＣ制御回路とを備える。

ＰＦＣ制御回路は、ＰＦＣ回路内のインダクタと磁界結合した巻線と、平滑用のダイオード及びコンデンサと、を備える電力供給回路から、動作用の直流電圧を取得する。また、ＬＬＣ制御回路は、ＬＬＣ回路内のトランス（例えば絶縁トランス）と磁界結合した巻線と、平滑用のダイオード及びコンデンサと、を備える電力供給回路から、動作用の直流電圧を取得する。

ＰＦＣ回路のインダクタには、脈流電圧により生じた電流が流れるのに対して、ＬＬＣ回路のトランスには、交番電圧により生じた交番電流が流れる。この為、ＰＦＣ制御回路に直流電圧を供給する電源回路は、ＬＬＣ制御回路に直流電圧を供給する電源回路に比べて損失が大きい（変換効率が悪い）という課題がある。

特開２０１８−６８１１７号公報

本発明が解決しようとする課題は、損失低減が可能な電力変換装置及び画像形成装置を提供することである。

一実施形態に係る電力変換装置は、ＰＦＣ回路と、ＤＣＤＣコンバータと、ＰＦＣ制御回路と、ＤＣＤＣコンバータ制御回路と、電力供給回路とを具備する。ＰＦＣ回路は、インダクタ及び第１のスイッチング素子を有し、入力された脈流電圧を直流電圧に変換して出力する。ＤＣＤＣコンバータは、絶縁トランス及び第２のスイッチング素子を有し、前記絶縁トランスの１次側に入力された前記ＰＦＣ回路の出力電圧を、前記絶縁トランスの２次側から任意の直流電圧として出力する。ＰＦＣ制御回路は、前記第１のスイッチング素子を制御する。ＤＣＤＣコンバータ制御回路は、前記第２のスイッチング素子を制御する。電力供給回路は、前記ＰＦＣ回路が起動しており、前記ＤＣＤＣコンバータが起動していない場合、前記インダクタと磁界結合した第１の補助巻線に生じた電圧により前記ＰＦＣ制御回路に直流電圧を供給し、前記ＤＣＤＣコンバータが起動している場合、前記絶縁トランスと磁界結合した第２の補助巻線に生じた電圧により前記ＰＦＣ制御回路に直流電圧を供給する。

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、第１の実施形態に係る電力変換回路の構成の例について説明する為の図である。 図３は、第１の実施形態に係る電力変換回路の動作の例について説明する為の図である。 図４は、第２の実施形態に係る電力変換回路の構成の例について説明する為の図である。 図５は、第２の実施形態に係る電力変換回路の動作の例について説明する為の図である。 図６は、第２の実施形態に係る電力変換回路の他の構成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、一実施形態に係る画像形成装置１の構成例について説明する為の説明図である。画像形成装置１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１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ＬＥＤアレイを走査する固体走査方式のプリンタ（例えばＬＥＤプリンタ）である。

例えば、画像形成装置１は、トナーカートリッジからトナーを受け取り、受け取ったトナーにより印刷媒体に画像を形成する構成を備える。トナーは、単色のトナーであってもよいし、例えばシアン、マゼンダ、イエロー、及びブラック等の色のカラートナーであってもよい。また、トナーは、熱が加えられた場合に消色する消色トナーであってもよい。

図１に示されるように、画像形成装置１は、電源ユニット１１、システムコントローラ１２、表示部１３、操作インタフェース１４、スキャナ１５、搬送モータ１６、プロセスユニット１７、露光器１８、及び定着器１９を備える。

電源ユニット１１は、交流電源ＡＣから供給される交流電力を直流電力に変換し、システムコントローラ１２、表示部１３、操作インタフェース１４、スキャナ１５、搬送モータ１６、プロセスユニット１７、露光器１８、及び定着器１９に供給する。電源ユニット１１は、フィルタ回路２１及び電力変換回路（電力変換装置）２２を備える。

フィルタ回路２１は、電力変換回路２２から交流電源ＡＣへ漏洩するノイズを除去する回路である。フィルタ回路２１は、例えばＥＭＣフィルタである。フィルタ回路２１は、入力端子から入力された商用周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ成分の交流電圧を、出力端子から出力し、電力変換回路２２に供給する。フィルタ回路２１は、出力端子に伝達する電力変換回路２２で発生した高周波ノイズを遮断する。これにより、フィルタ回路２１は、電力変換回路２２で発生した高周波ノイズが入力端子を介して交流電源ＡＣに伝達することを防ぐ。

電力変換回路２２は、フィルタ回路２１を介して交流電源ＡＣから供給された交流電力を直流電力に変換し、出力する回路である。電力変換回路２２の詳細な構成については後述する。

システムコントローラ１２は、画像形成装置１の制御を行う。システムコントローラ１２は、例えば、プロセッサ３１、及びメモリ３２を備える。

プロセッサ３１は、演算処理を実行する演算素子である。プロセッサ３１は、例えばＣＰＵである。プロセッサ３１は、メモリ３２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３１は、メモリ３２に格納されているプログラムを実行することにより、種々の動作を実行可能な制御部として機能する。

メモリ３２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３２は、ワーキングメモリとしても機能する。すなわち、メモリ３２は、プロセッサ３１の処理中のデータ、及びプロセッサ３１が実行するプログラムなどを一時的に格納する。

プロセッサ３１は、メモリ３２に記憶されているプログラムを実行することにより、種々の情報処理を行う。例えば、プロセッサ３１は、電源ユニット１１、スキャナ１５、搬送モータ１６、プロセスユニット１７、露光器１８、及び定着器１９などの動作を制御する為の制御信号を生成する。プロセッサ３１は、制御信号によって、電源ユニット１１、スキャナ１５、搬送モータ１６、プロセスユニット１７、露光器１８、及び定着器１９などの動作を制御する。

表示部１３は、システムコントローラ１２または図示されないグラフィックコントローラなどの表示制御部から入力される映像信号に応じて画面を表示するディスプレイを備える。例えば、表示部１３のディスプレイには、画像形成装置１の種々の設定の為の画面が表示される。

操作インタフェース１４は、図示されない操作部材に接続されている。操作インタフェース１４は、操作部材の操作に応じた操作信号をシステムコントローラ１２に供給する。操作部材は、例えば、タッチセンサ、テンキー、電源キー、用紙フィードキー、種々のファンクションキー、またはキーボードなどである。タッチセンサは、ある領域内において指定された位置を示す情報を取得する。タッチセンサは、表示部１３と一体にタッチパネルとして構成されることにより、表示部１３に表示された画面上のタッチされた位置を示す信号をシステムコントローラ１２に入力する。

スキャナ１５は、イメージセンサ、照明、及び光学素子などを備える。イメージセンサは、光を電気信号（画像信号）に変換する画素がライン状に配列された撮像素子である。イメージセンサは、例えばＣｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ）、Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（ＣＭＯＳ）、または他の撮像素子により構成される。照明は、読取対象物に光を照射する。光学素子は、読取対象物からの光をイメージセンサの画素に結像させるものである。これにより、スキャナ１５は、読取対象物の画像を取得する。

搬送モータ１６は、画像形成装置１による印刷に用いられる印刷媒体を搬送する為の搬送機構を駆動する。搬送機構は、図示されない複数のローラ及び複数のガイドにより構成される。複数のローラは、搬送モータ１６により回転する。搬送モータ１６は、システムコントローラ１２の制御に基づいて、軸を回転させることにより、軸の回転に連動するローラを回転させる。複数のローラは、回転することにより印刷媒体を移動させる。複数のガイドは、印刷媒体の搬送方向を制御する。

プロセスユニット１７は、トナー像を形成する構成である。例えば、プロセスユニット１７は、トナーの種類ごとに設けられる。プロセスユニット１７には、トナーカートリッジが接続される。また、プロセスユニット１７は、感光ドラム、帯電チャージャ、及び現像器を備える。

感光ドラムは、円筒状のドラムと、ドラムの外周面に形成された感光層とを備える感光体である。帯電チャージャは、感光ドラムの表面を一様に帯電させる。現像器は、トナーを感光ドラムに付着させる装置である。

露光器１８は、複数の発光素子を備える。露光器１８は、発光素子から光を、帯電した感光ドラムに照射することにより、感光ドラム上に潜像を形成する。発光素子は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）などである。１つの発光素子は、感光ドラム上の１点に光を照射するように構成されている。複数の発光素子は、感光ドラムの回転軸と平行な方向である主走査方向に配列されている。

露光器１８は、主走査方向に配列された複数の発光素子により感光ドラム上に光を照射することにより、感光ドラム上に１ライン分の潜像を形成する。さらに、露光器１８は、回転する感光ドラムに連続して光を照射することにより、複数ラインの潜像を形成する。

上記の構成において、帯電した感光ドラムの表面に、露光器１８から光が照射されると、静電潜像が形成される。現像器は、感光ドラムの表面に形成された潜像にトナーを付着させる。これにより、感光ドラムの表面にトナー像が形成される。

感光ドラムの表面に形成されたトナー像は、転写ベルト及び転写ローラなどを有する図示されない転写機構によって、印刷媒体の表面に転写される。即ち、プロセスユニット１７、露光器１８、及び転写機構は、印刷媒体にトナー像を形成する画像形成部を構成する。

定着器１９は、トナー像が転写された印刷媒体に、トナー像を定着させる。定着器１９は、ヒータと、ヒータにより加熱される加熱部材と、加熱部材とともに印刷媒体に圧力を加える加圧部材とを有する。定着器１９のヒータは、電源ユニット１１からの通電電力によって発熱し、加熱部材を加熱する。定着器１９のヒータは、例えばハロゲンヒーター、またはＩＨヒータなどである。加圧部材は、図示されないテンション部材から加わる応力によって、加熱部材に対して圧力を加える。加圧部材から加熱部材に圧力が加わることにより、加圧部材と加熱部材とが密着したニップ（定着ニップ）が形成される。加圧部材は、図示されないモータにより回転する。加圧部材は、回転することにより、定着ニップに進入した印刷媒体を移動させるとともに、印刷媒体を加熱部材に押し当てる。

上記の構成により、加圧部材及び加熱部材は、定着ニップを通過する印刷媒体に対して、熱及び圧力を加える。印刷媒体上のトナーは、加熱部材から与えられた熱によって融解し、加熱部材と加圧部材とにより与えられた圧力によって、印刷媒体表面に塗布される。これにより、定着ニップを通過した印刷媒体にトナー像が定着する。

(第１の実施形態）
次に、第１の実施形態に係る電源ユニット１１の電力変換回路２２の詳細な構成について説明する。

図２は、電力変換回路２２の構成例について説明する為の図である。
電力変換回路２２には、フィルタ回路２１を介して交流電源ＡＣが接続される。電力変換回路２２は、交流電源ＡＣの交流電圧を高周波でスイッチングして、任意の直流電圧を画像形成装置１の各負荷に供給する。

電力変換回路２２は、整流回路４１、ＰＦＣ回路４２、ＬＬＣ回路４３、ＰＦＣ制御回路４４、ＬＬＣ制御回路４５、第１の電力供給回路４６、及び第２の電力供給回路４７を備える。即ち、電力変換回路２２は、２ステージ方式の電源回路である。

整流回路４１は、交流電源ＡＣからフィルタ回路２１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４１は、交流電圧を直流電圧（脈流電圧）に変換して、ＰＦＣ回路４２に供給する。整流回路４１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。

ＰＦＣ回路４２は、整流回路４１の出力端子に接続されている。ＰＦＣ回路４２は、インダクタＬ１、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、及び平滑用コンデンサＣ１を備える。

インダクタＬ１は、整流回路４１の一方の出力端子と、ダイオードＤ１のアノードとの間に接続されている。また、ダイオードＤ１のカソードは、平滑用コンデンサＣ１の高電位側端子に接続されている。

スイッチング素子Ｑ１は、ＰＦＣ制御回路４４の制御によりオンオフされる素子である。スイッチング素子Ｑ１は、ＰＦＣ制御回路４４から供給されるゲート信号Ｇ１によりオンオフされる。スイッチング素子Ｑ１は、例えばＳｉＣ、ＧａＮ、酸化ガリウム、またはダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体により構成されたＦＥＴである。また、スイッチング素子Ｑ１は、シリコンにより構成されたＭＯＳＦＥＴであってもよい。スイッチング素子Ｑ１のドレインは、インダクタＬ１とダイオードＤ１のアノードとに接続されている。スイッチング素子Ｑ１のソースは、平滑用コンデンサＣ１の低電位側端子に接続されている。

上記構成によると、ＰＦＣ回路４２は、スイッチング素子Ｑ１のオンオフにより整流回路４１の出力電圧を昇圧し、平滑用コンデンサＣ１に充電する。即ち、平滑用コンデンサＣ１は、整流回路４１の出力電圧が昇圧された電圧を後段の回路であるＬＬＣ回路４３に供給する。

ＬＬＣ回路４３は、ＰＦＣ回路４２の後段に接続されている。ＬＬＣ回路４３は、ＰＦＣ回路４２から供給される直流電圧から、負荷に必要な直流電圧を供給するＤＣＤＣ変換回路（ＤＣＤＣコンバータ）の一種である。ＬＬＣ回路４３は、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ３、インダクタＬ２、共振コンデンサＣ２、巻線Ｌ３、巻線Ｌ４、巻線Ｌ５、ダイオードＤ２、ダイオードＤ３、及び平滑用コンデンサＣ３を備える。また、ダイオードＤ２、及びダイオードＤ３は、ＭＯＳＦＥＴにより同期整流方式で構成されてもよい。

スイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ３は、ＬＬＣ制御回路４５の制御によりオンオフされる素子である。スイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ３は、例えばシリコン製ＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子Ｑ２は、ＬＬＣ制御回路４５から供給されるゲート信号Ｇ２によりオンオフされるハイサイド側スイッチである。スイッチング素子Ｑ３は、ＬＬＣ制御回路４５から供給されるゲート信号Ｇ３によりオンオフされるローサイド側スイッチである。

スイッチング素子Ｑ２のドレイン端子は、ＰＦＣ回路４２の一方の出力端子（平滑用コンデンサＣ１の高電位側端子）に接続されている。スイッチング素子Ｑ３のソース端子は、ＰＦＣ回路４２の他方の出力端子（平滑用コンデンサＣ１の低電位側端子）に接続され、ドレイン端子は、スイッチング素子Ｑ２のソース端子に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ３との接続点と、スイッチング素子Ｑ３のソース端子との間には、インダクタＬ２、共振コンデンサＣ２、巻線Ｌ３の直列が接続されている。

巻線Ｌ３、巻線Ｌ４、及び巻線Ｌ５は、絶縁トランスＴ１を構成する。巻線Ｌ３は、絶縁トランスＴ１の１次側であり、巻線Ｌ４及び巻線Ｌ５は、絶縁トランスＴ１の２次側である。巻線Ｌ４及び巻線Ｌ５は、巻線Ｌ３と絶縁され、且つ巻線Ｌ３に生じた磁界により励磁される。巻線Ｌ４と巻線Ｌ５とは、互いに接続されている。絶縁トランスＴ１は、例えば、巻線Ｌ３と巻線Ｌ４との巻き数比と、巻線Ｌ３と巻線Ｌ５との巻き数比とが等しくなるように構成される。巻線Ｌ４と巻線Ｌ５との接続点は、平滑用コンデンサＣ３の低電位側端子に接続されている。

ダイオードＤ２は、アノードが巻線Ｌ４に接続され、カソードが平滑用コンデンサＣ３の高電位側端子に接続されている。ダイオードＤ３は、アノードが巻線Ｌ５に接続され、カソードが平滑用コンデンサＣ３の高電位側端子に接続されている。

上記のような構成によると、スイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ３が交互にオンオフされ、インダクタＬ２と、共振コンデンサＣ２との共振動作により、巻線Ｌ３に交番電圧が印可される。この結果、巻線Ｌ３にインダクタＬ２と同等の交番電流が流れる。これにより、絶縁トランスＴ１に交番電流に応じて変化する磁界が発生する。巻線Ｌ４及び巻線Ｌ５には、絶縁トランスＴ１内に発生した磁界の変化（磁束の変化）によって、誘起電圧が発生する。誘起電圧によって、巻線Ｌ４及び巻線Ｌ５に交番電流が流れる。具体的には交番電流のうち正の半波部分が巻線Ｌ４に流れ、交番電流のうち負の半波部分が巻線Ｌ５に流れる。すなわち巻線Ｌ４と巻線Ｌ５には、それぞれ半波ずつ逆位相の電流が流れることになる。巻線Ｌ４に生じた電流は、ダイオードＤ２により整流され、平滑用コンデンサＣ３を充電する。巻線Ｌ５に生じた電流は、ダイオードＤ３により整流され、平滑用コンデンサＣ３を充電する。これにより、平滑用コンデンサＣ３に接続された負荷に直流電力（直流電圧ＤＣＶ）が供給される。

ＰＦＣ制御回路４４は、ＰＦＣ回路４２のスイッチング素子Ｑ１をオンオフさせるためのゲート信号Ｇ１を生成し、スイッチング素子Ｑ１のゲートに入力する。ＰＦＣ制御回路４４は、例えば、入力電流が正弦波に近づくようにスイッチング素子Ｑ１をスイッチングさせる。

ＬＬＣ制御回路４５は、ＬＬＣ回路４３のスイッチング素子Ｑ２をオンオフさせるためのゲート信号Ｇ２を生成し、スイッチング素子Ｑ２のゲートに入力する。また、ＬＬＣ制御回路４５は、ＬＬＣ回路４３のスイッチング素子Ｑ３をオンオフさせるためのゲート信号Ｇ３を生成し、スイッチング素子Ｑ３のゲートに入力する。ＬＬＣ制御回路４５は、スイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ３を交互にオンオフさせる。これにより、ＬＬＣ回路４３のインダクタＬ２と共振コンデンサＣ２との共振動作によって、巻線Ｌ３に交番電圧が印加される。この結果、巻線Ｌ３に交番電流が流れ、磁界が発生する。

第１の電力供給回路４６及び第２の電力供給回路４７は、ＰＦＣ制御回路４４及びＬＬＣ制御回路４５に直流電圧を供給する電力供給回路である。第１の電力供給回路４６は、ＰＦＣ回路４２のインダクタＬ１に生じた磁界に基づいて、ＰＦＣ制御回路４４を動作させる為の電圧である直流電圧ＰＦＣＶｃｃをＰＦＣ制御回路４４に供給する。第１の電力供給回路４６は、補助巻線Ｎ１、ダイオードＤ４、平滑用コンデンサＣ４、及びダイオードＤ５を備える。

補助巻線Ｎ１は、ＰＦＣ回路４２のインダクタＬ１と磁界結合した巻線である。インダクタＬ１には、整流回路４１から印加される脈流電圧によって生じる電流が流れる。補助巻線Ｎ１は、インダクタＬ１に流れる電流によって生じる磁界に応じて励磁され、電力を生成する。

ダイオードＤ４は、アノードが補助巻線Ｎ１に接続され、カソードが平滑用コンデンサＣ４の高電位側端子に接続されている。

平滑用コンデンサＣ４は、ダイオードＤ４を介して補助巻線Ｎ１と並列に接続されている。平滑用コンデンサＣ４は、補助巻線Ｎ１に発生した電圧によって生じ、ダイオードＤ４によって整流された電流によって充電される。また、平滑用コンデンサＣ４は、ＰＦＣ制御回路４４の電源入力端子とダイオードＤ５を介して並列に接続されている。

ダイオードＤ５は、アノードが平滑用コンデンサＣ４の高電位側端子に接続され、カソードがＰＦＣ制御回路４４の電源入力端子に接続されている。

上記した構成によると、第１の電力供給回路４６は、補助巻線Ｎ１によってＰＦＣ回路４２から電力を受け取り、受け取った電力を整流及び平滑し、直流電圧ＰＦＣＶｃｃを生成する。第１の電力供給回路４６は、直流電圧ＰＦＣＶｃｃをＰＦＣ制御回路４４の電源入力端子に供給する。

第２の電力供給回路４７は、ＬＬＣ回路４３の絶縁トランスＴ１に生じた磁界に基づいて、ＬＬＣ制御回路４５を動作させる為の電圧である直流電圧ＬＬＣＶｃｃをＬＬＣ制御回路４５に供給するとともに、直流電圧ＬＬＣＶｃｃをＰＦＣ制御回路４４にも供給する。第２の電力供給回路４７は、補助巻線Ｎ２、ダイオードＤ６、平滑用コンデンサＣ５、及びダイオードＤ７を備える。

補助巻線Ｎ２は、ＬＬＣ回路４３の絶縁トランスＴ１と磁界結合した巻線である。絶縁トランスＴ１の巻線Ｌ３には、上記のようにスイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ３のオンオフによって生じた交番電流が流れる。補助巻線Ｎ２は、絶縁トランスＴ１に生じる磁界に応じて励磁され、電力を生成する。

ダイオードＤ６は、アノードが補助巻線Ｎ２に接続され、カソードが平滑用コンデンサＣ５の高電位側端子に接続されている。

平滑用コンデンサＣ５は、ダイオードＤ６を介して補助巻線Ｎ２と並列に接続されている。平滑用コンデンサＣ５は、補助巻線Ｎ２に発生した電圧によって生じ、ダイオードＤ６によって整流された電流によって充電される。また、平滑用コンデンサＣ５は、ＬＬＣ制御回路４５の電源入力端子と並列に接続されている。

上記した構成によると、第２の電力供給回路４７は、補助巻線Ｎ２によってＬＬＣ回路４３から電力を受け取り、受け取った電力を整流及び平滑し、直流電圧ＬＬＣＶｃｃを生成する。第２の電力供給回路４７は、直流電圧ＬＬＣＶｃｃをＬＬＣ制御回路４５の電源入力端子に供給する。

また、ダイオードＤ７は、アノードが平滑用コンデンサＣ５の高電位側端子に接続され、カソードがＰＦＣ制御回路４４の電源入力端子に接続されている。即ち、平滑用コンデンサＣ５は、ダイオードＤ７を介してＰＦＣ制御回路４４の電源入力端子とも並列に接続されている。

上記した構成によると、第２の電力供給回路４７は、直流電圧ＬＬＣＶｃｃをＰＦＣ制御回路４４の電源入力端子にも供給する。なお、第２の電力供給回路４７からの直流電圧ＬＬＣＶｃｃは、直流電圧ＰＦＣＶｃｃ＞直流電圧ＬＬＣＶｃｃである場合、ＰＦＣ制御回路４４に供給されず、直流電圧ＰＦＣＶｃｃ＜直流電圧ＬＬＣＶｃｃである場合、ＰＦＣ制御回路４４に供給される。

次に、電力変換回路２２の動作について説明する。
図３は、電力変換回路２２の動作について説明する為の説明図である。図３の例は、フィルタ回路２１を介して交流電源ＡＣから供給される交流電圧、整流回路４１から供給される脈流電圧、第１の電力供給回路４６からの直流電圧ＰＦＣＶｃｃ、電力変換回路２２の出力である直流電圧ＤＣＶ、第２の電力供給回路４７からの直流電圧ＬＬＣＶｃｃ、及びＰＦＣ制御回路４４に供給される電圧の関係を示す。

タイミングｔ０では、交流電圧が供給されておらず、タイミングｔ１で交流電圧が供給され始めたとする。この場合、整流回路４１により交流電圧が脈流電圧に変換され、ＰＦＣ回路４２に供給され、ＰＦＣ回路４２のインダクタＬ１が導通する。

インダクタＬ１が導通すると、インダクタＬ１に生じる磁界によって、第１の電力供給回路４６の補助巻線Ｎ１に電圧が発生する。発生した電圧は、ダイオードＤ４及び平滑用コンデンサＣ４により整流及び平滑され、タイミングｔ２において直流電圧ＰＦＣＶｃｃとなり、ダイオードＤ５を介してＰＦＣ制御回路４４に供給される。この為、タイミングｔ２において、ＰＦＣ制御回路４４への電圧供給が、直流電圧ＰＦＣＶｃｃになる。なお、この時点では、ＬＬＣ回路４３はまだ起動していない。

次に、ＰＦＣ制御回路４４が起動し、平滑用コンデンサＣ１に高電圧が印加されると、ＬＬＣ回路４３がタイミングｔ３において起動する。ＬＬＣ回路４３が起動すると、絶縁トランスＴ１の１次側から２次側に電力が供給され、電力変換回路２２から直流電圧ＤＣＶが出力される。

電力変換回路２２から直流電圧ＤＣＶが出力されると同時に、絶縁トランスＴ１に生じた磁界によって、第２の電力供給回路４７の補助巻線Ｎ２に電圧が発生する。発生した電圧は、ダイオードＤ６及び平滑用コンデンサＣ５により整流及び平滑され、タイミングｔ３において直流電圧ＬＬＣＶｃｃとなり、ＬＬＣ制御回路４５に供給され、定常動作が開始される。

また、第２の電力供給回路４７からの直流電圧ＬＬＣＶｃｃは、直流電圧ＬＬＣＶｃｃ＞直流電圧ＰＦＣＶｃｃである場合、ＰＦＣ制御回路４４にも供給される。この為、タイミングｔ３において、ＰＦＣ制御回路４４への電圧供給が、直流電圧ＰＦＣＶｃｃから直流電圧ＬＬＣＶｃｃに増加している。なお、第２の電力供給回路４７からの直流電圧ＬＬＣＶｃｃは、ダイオードＤ５によって第１の電力供給回路４６に印加されないように遮断される。また、タイミングｔ３以降の第２の電力供給回路４７から直流電圧ＬＬＣＶｃｃがＰＦＣ制御回路４４に供給される定常動作期間では、第１の電力供給回路４６の直流電圧ＰＦＣＶｃｃが、補助巻線Ｎ１、平滑用コンデンサＣ４、ダイオードＤ４の閉回路から外に供給されない。

第１の電力供給回路４６からの直流電圧ＰＦＣＶｃｃは、インダクタＬ１に印加される脈流電圧と、インダクタＬ１に対する補助巻線Ｎ１の巻き数比とにより決定される。第２の電力供給回路４７からの直流電圧ＬＬＣＶｃｃは、絶縁トランスＴ１の巻線Ｌ３に印加される交番電圧と、巻線Ｌ３に対する補助巻線Ｎ２の巻き数比とにより決定される。この為、直流電圧ＬＬＣＶｃｃ＞直流電圧ＰＦＣＶｃｃとなるように、インダクタＬ１に印加される脈流電圧、インダクタＬ１に対する補助巻線Ｎ１の巻き数比、絶縁トランスＴ１の巻線Ｌ３に印加される交番電圧、巻線Ｌ３に対する補助巻線Ｎ２の巻き数比が設定される。

上記したように、ＰＦＣ回路４２のインダクタＬ１には、脈流電圧により生じた電流が流れるのに対して、ＬＬＣ回路４３の絶縁トランスＴ１には、交番電圧により生じた交番電流が流れる。この為、ＰＦＣ制御回路４４に直流電圧ＰＦＣＶｃｃを供給する第１の電力供給回路４６は、ＬＬＣ制御回路４５に直流電圧ＬＬＣＶｃｃを供給する第２の電力供給回路４７に比べて損失が大きい（変換効率が悪い）。

そこで、第１の実施形態の電力変換回路２２の電力供給回路は、ＰＦＣ回路４２が起動しており、ＬＬＣ回路４３が起動していない場合、インダクタＬ１と磁界結合した第１の補助巻線Ｎ１に生じた電圧により、ＰＦＣ制御回路４４に直流電圧を供給し、ＬＬＣ回路４３が起動している場合、絶縁トランスＴ１と磁界結合した第２の補助巻線Ｎ２に生じた電圧により、ＰＦＣ制御回路４４に直流電圧を供給する。この為に、第２の電力供給回路４７は、定常動作時に直流電圧ＬＬＣＶｃｃ＞直流電圧ＰＦＣＶｃｃとなるように設計される。これにより、第２の電力供給回路４７は、定常動作時に、直流電圧ＬＬＣＶｃｃをＰＦＣ制御回路４４及びＬＬＣ制御回路４５に供給する。また、第１の電力供給回路４６は、定常動作時に直流電圧ＰＦＣＶｃｃを出力しない。この結果、電力変換回路２２における損失を低減させることができる。

また、第１の電力供給回路４６は、ＰＦＣ制御回路４４にカソードが接続されたダイオードＤ５を備える。これにより、第２の電力供給回路４７からの直流電圧ＬＬＣＶｃｃが平滑用コンデンサＣ４に印加されることを防ぐことができる。

また、第２の電力供給回路４７は、ＰＦＣ制御回路４４にカソードが接続されたダイオードＤ７を備える。これにより、第１の電力供給回路４６からの直流電圧ＰＦＣＶｃｃが平滑用コンデンサＣ５に印加されることを防ぐことができる。

例えば、ＰＦＣＶｃｃ＝１５［Ｖ］及びＬＬＣＶｃｃ＝１７［Ｖ］としたときに、ＰＦＣ制御回路４４及びＬＬＣ制御回路４５にそれぞれ５０[ｍＡ]の電流が流れるとする。また、この時の補助巻線Ｎ１から直流電圧ＰＦＣＶｃｃを生成する変換効率が５０％であり、補助巻線Ｎ２から直流電圧ＬＬＣＶｃｃを生成する変換効率が８０％であるとする。この場合の消費電力を算出する。
（１）ＰＦＣ制御回路４４をＰＦＣＶｃｃ＝１５［Ｖ］で駆動し、ＬＬＣ制御回路４５をＬＬＣＶｃｃ＝１７［Ｖ］で駆動する場合
ＰＦＣ制御回路４４における消費電力［Ｗ］＝１５［Ｖ］ｘ５０［ｍＡ］／０．５＝１．５［Ｗ］
ＬＬＣ制御回路４５における消費電力［Ｗ］＝１７［Ｖ］ｘ５０［ｍＡ］／０．８＝１．０６２５［Ｗ］
合計消費電力［Ｗ］＝１．５［Ｗ］＋１．０６２５［Ｗ］＝２．５６２５［Ｗ］
（２）ＰＦＣ制御回路４４及びＬＬＣ制御回路４５をＬＬＣＶｃｃ＝１７［Ｖ］で駆動する場合
ＰＦＣ制御回路４４における消費電力［Ｗ］＝１７［Ｖ］ｘ５０［ｍＡ］／０．８＝１．０６２５［Ｗ］
ＬＬＣ制御回路４５における消費電力［Ｗ］＝１７［Ｖ］ｘ５０［ｍＡ］／０．８＝１．０６２５［Ｗ］
合計消費電力［Ｗ］＝１．０６２５［Ｗ］＋１．０６２５［Ｗ］＝２．１２５［Ｗ］
上記のように、（１）と（２）とで、２．５６２５［Ｗ］−２．１２５［Ｗ］＝０．４３７５［Ｗ］の消費電力差を実現することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る電力変換回路２２Ａの詳細な構成について説明する。

図４は、電力変換回路２２Ａの構成例について説明する為の図である。電力変換回路２２Ａは、第１の電力供給回路４６及び第２の電力供給回路４７の構成が第１の実施形態と異なる。第２の実施形態における第１の電力供給回路４６及び第２の電力供給回路４７をそれぞれ第１の電力供給回路４６Ａ及び第２の電力供給回路４７Ａと称する。また、第１の実施形態と同様の構成の説明は、同じ参照符号を付し説明を省略する。

第１の電力供給回路４６Ａは、補助巻線Ｎ１、ダイオードＤ４、平滑用コンデンサＣ４、及びスイッチ素子ＳＷ１を備える。

スイッチ素子ＳＷ１は、オンされている場合に平滑用コンデンサＣ４とＰＦＣ制御回路４４とを接続し、オフされている場合に平滑用コンデンサＣ４とＰＦＣ制御回路４４とを開放する素子である。スイッチ素子ＳＷ１は、第２の電力供給回路４７Ａの制御によってオンオフされる。スイッチ素子ＳＷ１は、第２の電力供給回路４７Ａからの制御信号がＬレベルである場合にオンになり、第２の電力供給回路４７Ａからの制御信号がＨレベルである場合にオフになるノーマリオンスイッチである。スイッチ素子ＳＷ１は、例えばリレースイッチにより構成されるが、どのようなスイッチにより構成されていてもよい。

第２の電力供給回路４７Ａは、補助巻線Ｎ２、ダイオードＤ６、ダイオードＤ７、平滑用コンデンサＣ５、及び電圧検出回路５１を備える。

電圧検出回路５１は、平滑用コンデンサＣ５の電圧を検出し、検出結果をスイッチ素子ＳＷ１のオンオフを切り替える為の制御信号として第１の電力供給回路４６Ａに出力する回路である。電圧検出回路５１は、平滑用コンデンサＣ５の電圧が予め設定された閾値以上である場合、Ｈレベルの信号をスイッチ素子ＳＷ１に出力する。また、電圧検出回路５１は、平滑用コンデンサＣ５の電圧が予め設定された閾値未満である場合、Ｌレベルの信号をスイッチ素子ＳＷ１に出力する。

図５は、電力変換回路２２Ａの動作について説明する為の説明図である。図５の例は、フィルタ回路２１を介して交流電源ＡＣから供給される交流電圧、整流回路４１から供給される脈流電圧、第１の電力供給回路４６Ａからの直流電圧ＰＦＣＶｃｃ、電力変換回路２２の出力である直流電圧ＤＣＶ、第２の電力供給回路４７Ａからの直流電圧ＬＬＣＶｃｃ、スイッチ素子ＳＷ１のオンオフ、及びＰＦＣ制御回路４４に供給される電圧の関係を示す。

タイミングｔ０では、交流電圧が供給されておらず、タイミングｔ１で交流電圧が供給され始めたとする。この場合、整流回路４１により交流電圧が脈流電圧に変換され、ＰＦＣ回路４２に供給され、ＰＦＣ回路４２のインダクタＬ１が導通する。

インダクタＬ１が導通すると、インダクタＬ１に生じる磁界によって、第１の電力供給回路４６Ａの補助巻線Ｎ１に電圧が発生する。発生した電圧は、ダイオードＤ４及び平滑用コンデンサＣ４により整流及び平滑され、タイミングｔ２において直流電圧ＰＦＣＶｃｃとなる。この時点では、ＬＬＣ回路４３が動作していない為、第２の電力供給回路４７Ａの平滑用コンデンサＣ５が充電されていない。この為、電圧検出回路５１からの制御信号はＬレベルであり、スイッチ素子ＳＷ１は、オンである。この為、平滑用コンデンサＣ４からの直流電圧ＰＦＣＶｃｃは、スイッチ素子ＳＷ１を介してＰＦＣ制御回路４４に供給される。この為、タイミングｔ２において、ＰＦＣ制御回路４４への電圧供給が、直流電圧ＰＦＣＶｃｃになる。

次に、ＰＦＣ制御回路４４が起動し、平滑用コンデンサＣ１に高電圧が印加されると、ＬＬＣ回路４３がタイミングｔ３において起動する。ＬＬＣ回路４３が起動すると、絶縁トランスＴ１の１次側から２次側に電力が供給され、電力変換回路２２から直流電圧ＤＣＶが出力される。

電力変換回路２２から直流電圧ＤＣＶが出力されると同時に、絶縁トランスＴ１に生じた磁界によって、第２の電力供給回路４７Ａの補助巻線Ｎ２に電圧が発生する。発生した電圧は、ダイオードＤ６及び平滑用コンデンサＣ５により整流及び平滑され、タイミングｔ３において直流電圧ＬＬＣＶｃｃとなる。平滑用コンデンサＣ５からの直流電圧ＬＬＣＶｃｃは、ＬＬＣ制御回路４５に供給される。また、平滑用コンデンサＣ５からの直流電圧ＬＬＣＶｃｃは、ダイオードＤ７を介してＰＦＣ制御回路４４に供給される。

またさらに、平滑用コンデンサＣ５の電圧が電圧検出回路５１により検出され、電圧検出回路５１からの制御信号がＨレベルになる。これにより、スイッチ素子ＳＷ１がオフされる。この為、タイミングｔ３において、第１の電力供給回路４６ＡからＰＦＣ制御回路４４への電力供給が行われない状態になる。しかし、上記のように、第２の電力供給回路４７Ａから直流電圧ＬＬＣＶｃｃがＰＦＣ制御回路４４に供給されている為、ＰＦＣ制御回路４４への電圧供給が維持される。

上記したように、第２の実施形態の電力変換回路２２Ａは、ＬＬＣ回路４３が起動した定常動作時に、第２の電力変換回路２２Ａに対して変換効率が悪い第１の電力供給回路４６Ａからの電力供給を、スイッチ素子ＳＷ１によって遮断する。このような構成によっても、第１の実施形態と同様に、電力変換回路２２における損失を低減させることができる。

図６は、スイッチ素子ＳＷ１の変形例について説明する為の説明図である。
図６の例では、第１の電力変換回路２２Ａは、スイッチ素子ＳＷ１の代わりに、フォトカプラＰＣ１と電界効果トランジスタＦＥＴとを有するスイッチ回路ＳＷ２を備える。

スイッチ回路ＳＷ２は、平滑用コンデンサＣ４とＰＦＣ制御回路４４との間に接続され、平滑用コンデンサＣ４とＰＦＣ制御回路４４とを接続する状態と、平滑用コンデンサＣ４とＰＦＣ制御回路４４とを開放する状態とを切り替える回路である。

スイッチ回路ＳＷ２の電界効果トランジスタＦＥＴは、例えばノーマリオンスイッチである。電界効果トランジスタＦＥＴのソースは、平滑用コンデンサＣ４の高電位側端子に接続され、電界効果トランジスタＦＥＴのドレインは、ＰＦＣ制御回路４４に接続されている。即ち、電界効果トランジスタＦＥＴは、オン状態の時に平滑用コンデンサＣ４とＰＦＣ制御回路４４とを接続し、オフ状態の時に平滑用コンデンサＣ４とＰＦＣ制御回路４４とを開放する。

フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタＰＴのエミッタ−コレクタは、電界効果トランジスタＦＥＴのソース−ゲート間に接続されている。具体的には、フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタＰＴのコレクタが平滑用コンデンサＣ４の高電位側端子に接続され、エミッタが電界効果トランジスタＦＥＴのゲートに接続されている。

また、フォトカプラＰＣ１の発光ダイオードＬＥＤのアノード−カソードは、第２の補助巻線Ｎ２に生じた電圧によって電流が流れる電流路に接続されている。具体的には、フォトカプラＰＣ１の発光ダイオードＬＥＤのアノードが平滑用コンデンサＣ５の高電位側端子に接続され、カソードが低電位側端子に接続されている。即ち、フォトカプラＰＣ１の発光ダイオードＬＥＤは、第２の電力供給回路４７Ａの平滑用コンデンサＣ５と並列に接続されている。フォトカプラＰＣ１の発光ダイオードＬＥＤは、平滑用コンデンサＣ５からの電圧が、発光ダイオードＬＥＤの導通可能な電圧を超えた場合に流れる電流によって発光する。

上記の構成によると、電界効果トランジスタＦＥＴは、フォトカプラＰＣ１の発光ダイオードＬＥＤが発光するまで、オン状態を維持する。これにより、平滑用コンデンサＣ４とＰＦＣ制御回路４４とが接続された状態が維持される。

ＬＬＣ回路４３が起動し、定常動作になると、フォトカプラＰＣ１の発光ダイオードＬＥＤが発光する。発光ダイオードＬＥＤが発光すると、フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタＰＴのエミッタ−コレクタが導通し、電界効果トランジスタＦＥＴのゲート−ソース間電圧が、ＦＥＴ駆動電圧の閾値以下になる。この為、電圧電界効果トランジスタＦＥＴがオフ状態になる。これにより、平滑用コンデンサＣ４とＰＦＣ制御回路４４とが開放される。この結果、第１の電力供給回路４６Ａから直流電圧ＰＦＣＶｃｃがＰＦＣ制御回路４４に供給されない状態になり、第２の電力供給回路４７Ａから直流電圧ＬＬＣＶｃｃがＰＦＣ制御回路４４に供給される。これにより、第１の実施形態と同様に、電力変換回路２２における損失を低減させることができる。

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…画像形成装置、１１…電源ユニット、１２…システムコントローラ、１３…表示部、１４…操作インタフェース、１５…スキャナ、１６…搬送モータ、１７…プロセスユニット、１８…露光器、１９…定着器、２１…フィルタ回路、２２…電力変換回路、２２Ａ…電力変換回路、３１…プロセッサ、３２…メモリ、４１…整流回路、４２…ＰＦＣ回路、４３…ＬＬＣ回路、４４…ＰＦＣ制御回路、４５…ＬＬＣ制御回路、４６…第１の電力供給回路、４６Ａ…第１の電力供給回路、４７…第２の電力供給回路、４７Ａ…第２の電力供給回路、５１…電圧検出回路、Ｃ１…平滑用コンデンサ、Ｃ２…共振コンデンサ、Ｃ３…平滑用コンデンサ、Ｃ４…平滑用コンデンサ、Ｃ５…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、Ｄ５…ダイオード、Ｄ６…ダイオード、Ｄ７…ダイオード、Ｌ１…インダクタ、Ｌ２…インダクタ、Ｌ３…巻線、Ｌ４…巻線、Ｌ５…巻線、Ｎ１…補助巻線、Ｎ２…補助巻線、Ｑ１…スイッチング素子、Ｑ２…スイッチング素子、Ｑ３…スイッチング素子、ＳＷ１…スイッチ素子、ＳＷ２…スイッチ回路、Ｔ１…絶縁トランス、ＰＣ１…フォトカプラ。

Claims (5)

1. インダクタ及び第１のスイッチング素子を有し、入力された脈流電圧を直流電圧に変換して出力するＰＦＣ回路と、
   絶縁トランス及び第２のスイッチング素子を有し、前記絶縁トランスの１次側に入力された前記ＰＦＣ回路の出力電圧を、前記絶縁トランスの２次側から任意の直流電圧として出力するＤＣＤＣコンバータと、
   前記第１のスイッチング素子を制御するＰＦＣ制御回路と、
   前記第２のスイッチング素子を制御するＤＣＤＣコンバータ制御回路と、
   前記ＰＦＣ回路が起動しており、前記ＤＣＤＣコンバータが起動していない場合、前記インダクタと磁界結合した第１の補助巻線に生じた電圧により前記ＰＦＣ制御回路に直流電圧を供給し、前記ＤＣＤＣコンバータが起動している場合、前記絶縁トランスと磁界結合した第２の補助巻線に生じた電圧により前記ＰＦＣ制御回路に直流電圧を供給する電力供給回路と、
   を具備する電力変換装置。
2. 前記電力供給回路は、
   第１の補助巻線に生じた電圧により第１の直流電圧を生成し、前記ＰＦＣ制御回路にカソードが接続された第１のダイオードを介して、前記第１の直流電圧を前記ＰＦＣ制御回路に供給する第１の電力供給回路と、
   第２の補助巻線に生じた電圧により前記第１の直流電圧よりも高い第２の直流電圧を生成し、前記ＰＦＣ制御回路にカソードが接続された第２のダイオードを介して、前記第２の直流電圧を前記ＰＦＣ制御回路に供給する第２の電力供給回路と、
   を具備する請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記電力供給回路は、
   前記第２の補助巻線に生じた電圧によってオフされるノーマリオンスイッチを介して、第１の補助巻線に生じた電圧により前記ＰＦＣ制御回路に直流電圧を供給する第１の電力供給回路と、
   第２の補助巻線に生じた電圧により前記ＰＦＣ制御回路に直流電圧を供給する第２の電力供給回路と、
   を具備する請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記ノーマリオンスイッチは、
   前記ＰＦＣ制御回路にドレインが接続された電界効果トランジスタと、
   前記電界効果トランジスタのソース−ゲート間にエミッタ−コレクタが接続され、前記第２の補助巻線に生じた電圧によって流れる電流路にアノード及びカソードが接続されたフォトカプラと、
   を具備する請求項３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、
   インダクタ及び第１のスイッチング素子を有し、入力された脈流電圧を直流電圧に変換して出力するＰＦＣ回路と、
   絶縁トランス及び第２のスイッチング素子を有し、前記絶縁トランスの１次側に入力された前記ＰＦＣ回路の出力電圧を、前記絶縁トランスの２次側から任意の直流電圧として前記画像形成部に出力するＤＣＤＣコンバータと、
   前記第１のスイッチング素子を制御するＰＦＣ制御回路と、
   前記第２のスイッチング素子を制御するＤＣＤＣコンバータ制御回路と、
   前記ＰＦＣ回路が起動しており、前記ＤＣＤＣコンバータが起動していない場合、前記インダクタと磁界結合した第１の補助巻線に生じた電圧により前記ＰＦＣ制御回路に直流電圧を供給し、前記ＤＣＤＣコンバータが起動している場合、前記絶縁トランスと磁界結合した第２の補助巻線に生じた電圧により前記ＰＦＣ制御回路に直流電圧を供給する電力供給回路と、
   を具備する画像形成装置。