JP2021010259A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価に低消費電力時の電力損失を低減すること。【解決手段】スイッチング電源回路１００は、補助巻線Ｐ２に誘起された電圧から電源電圧Ｖ１を生成する第１の電源生成部１４０と、補助巻線Ｐ３に誘起された電圧から電源電圧Ｖ２を生成する第２の電源生成部１５０と、電源電圧Ｖ１を電源電圧Ｖ３に降圧し制御部１０１に供給するシリーズレギュレータＲＥＧ１０５と、電源電圧Ｖ２を電源電圧Ｖ３に降圧し制御部１０１に供給するシリーズレギュレータＲＥＧ１０４と、を備える。スイッチング動作が開始される前には、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５が動作しシリーズレギュレータＲＥＧ１０４は停止し、スイッチング動作が開始された後には、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５が停止しシリーズレギュレータＲＥＧ１０４が動作する。【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置及び画像形成装置に関し、絶縁型ＤＣＤＣコンバータの制御部への電圧供給を、複数の補助電源のうち適した電源に切り替えて行う電源装置に関する。

絶縁型ＤＣＤＣコンバータを動作させるためには、その制御部に、異なる複数の電圧を供給する必要がある。複数の電圧を生成するために、トランスの補助巻線に発生する電圧を整流平滑して電圧を生成し、この電圧を降圧して別の電圧を生成する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。加えて、近年、装置の待機時や停止時のような低消費電力時の電力損失を低減することが要求されている。

特開２０１４−０８２８３１号公報

制御部へ供給される複数の電圧は、スイッチング素子を駆動するための電源電圧１０Ｖ〜２０Ｖや、主にフィードバック制御を行うための電源電圧３．３Ｖ等からなり、互いの電圧値の差が比較的大きい。したがって、従来の構成で降圧した場合は、降圧部での電力損失が大きくなり、低消費電力時においては電力損失が無視できないレベルとなる。降圧部として一般的に使われているリニアレギュレータを使用した場合であれば、この傾向は顕著となる。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、安価に低消費電力時の電力損失を低減することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。

（１）１次巻線、２次巻線、第１の補助巻線及び第２の補助巻線を有するトランスと、前記１次巻線に接続され、スイッチング動作を行うスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する制御手段と、を備え、交流電圧を直流電圧に変換し出力電圧を出力する電源装置であって、前記第１の補助巻線に誘起された電圧から第１の電圧を生成する第１の生成手段と、前記第２の補助巻線に誘起された電圧から前記第１の電圧よりも低い第２の電圧を生成する第２の生成手段と、前記第１の電圧を前記第１の電圧よりも低い第３の電圧に降圧し、前記第３の電圧を前記制御手段に供給する第１の降圧手段と、前記第２の電圧を前記第２の電圧よりも低い第４の電圧に降圧し、前記第４の電圧を前記制御手段に供給する第２の降圧手段と、を備え、前記スイッチング動作が開始される前には、前記第１の降圧手段が動作し前記第２の降圧手段は停止し、前記スイッチング動作が開始された後には、前記第１の降圧手段が停止し前記第２の降圧手段が動作することを特徴とする電源装置。

（２）記録材に画像形成を行う画像形成手段と、前記（１）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。

本発明によれば、安価に低消費電力時の電力損失を低減することができる。

実施例１の電源装置の回路図 実施例１の電源電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の推移及び各期間の動作個所を示す図 実施例２の電源装置の回路図 実施例２の電源電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の推移を説明する図 実施例３の電源装置の回路図 実施例４の電源装置の回路図 実施例４の電源電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の推移を説明する図 実施例５の画像形成装置の構成を示す図

以下、本発明を実施するための形態を、実施例により図面を参照しながら詳しく説明する。

［電源装置］
実施例１の、交流電圧を直流電圧に変換する電源装置の回路について、図１を用いて説明する。なお、図１等の回路図でグランドはＧＮＤと示す。実施例１のスイッチング電源回路１００の方式はアクティブクランプを用いたフライバック電源であるが、一石を使ったフライバック方式でもよい。交流電源１０から出力される交流電圧は、ブリッジダイオードＢＤ１で全波整流され、スイッチング電源回路１００に入力されている。平滑用コンデンサＣ３は整流された電圧の平滑手段として用いられ、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。

スイッチング電源回路１００は、平滑用コンデンサＣ３に充電された入力電圧Ｖｉｎから、トランスＴ１を介して、絶縁された２次側に出力電圧である電源電圧Ｖｏｕｔ１を出力する。実施例１では電源電圧Ｖｏｕｔ１を例えば２４Ｖとする。トランスＴ１は、１次側に１次巻線Ｐ１、第１の補助巻線である補助巻線Ｐ２、第２の補助巻線である補助巻線Ｐ３を、２次側に２次巻線Ｓ１を備えた絶縁型のトランスである。トランスＴの各巻線の黒丸は巻き始め（言い換えれば極性）を示している。１次巻線Ｐ１から２次巻線Ｓ１にはスイッチング動作によってエネルギーを供給している。補助巻線Ｐ２は第１の電圧である電源電圧Ｖ１を生成する第１の生成手段である第１の電源生成部１４０に使用される。補助巻線Ｐ３は第２の電圧である電源電圧Ｖ２を生成する第２の生成手段である第２の電源生成部１５０に、それぞれ使用される。

トランスＴ１の１次巻線Ｐ１と直列に第１スイッチＦＥＴ１が接続され、１次巻線Ｐ１と並列には、電圧クランプ用のコンデンサＣ２と第２スイッチＦＥＴ２とが直列に接続された回路が接続されている。第１スイッチＦＥＴ１及び第２スイッチＦＥＴ２には例えば電界効果トランジスタが用いられる。スイッチング素子である第１スイッチＦＥＴ１と並列には、電圧共振コンデンサＣ１１が接続されている。電圧共振コンデンサＣ１１を設けずに、第１スイッチＦＥＴ１のドレイン端子とソース端子との間の容量を用いてもよい。第１スイッチＦＥＴ１にはボディーダイオードＤ１が、第２スイッチＦＥＴ２にはボディーダイオードＤ２がそれぞれ存在する。

制御手段である制御部１０１は、第１スイッチＦＥＴ１及び第２スイッチＦＥＴ２のオン（導通）オフ（非導通）、すなわちスイッチング動作を制御する。制御部１０１は、ＶＣ端子に入力された後述する電源電圧Ｖ３により動作する。制御部１０１は、第１スイッチＦＥＴ１のオンオフ信号（以下、ＤＲＶ−Ｌ信号という）及び第２スイッチＦＥＴ２のオンオフ信号（以下、ＤＲＶ−Ｈ信号という）を駆動手段である駆動部１０２に出力する。駆動部１０２は、ＤＲＶ−Ｌ信号及びＤＲＶ−Ｈ信号を受け取って、駆動信号ＤＲＶ−Ｌ’を第１スイッチＦＥＴ１のゲート端子に出力し、駆動信号ＤＲＶ−Ｈ’を第２スイッチＦＥＴ２のゲート端子に出力する。駆動部１０２は、第２スイッチＦＥＴ２を駆動するため、コンデンサＣ６及びダイオードＤ６で構成されるチャージポンプ回路によって、電源電圧Ｖ１からＶＨ端子とＧＨ端子との間に電源電圧を生成している。駆動部１０２は、電源電圧Ｖ１により動作する。

スイッチング電源回路１００は、２次側に２次側整流部１２０とフィードバック部１３０とを有している。２次側整流部１２０は、トランスＴ１の２次巻線Ｓ１に生じるフライバック電圧を整流平滑する。２次側整流部１２０は、ダイオードＤ２１及びコンデンサＣ２１を有する。フィードバック手段であるフィードバック部１３０は、２次側に出力される電源電圧Ｖｏｕｔ１を１次側にフィードバックする。

フィードバック部１３０は、電源電圧Ｖｏｕｔ１を所定の一定電圧（以下、目標電圧という）に制御するために用いられる。電源電圧Ｖｏｕｔ１の電圧値は、シャントレギュレータＩＣ５のリファレンス端子ＲＥＦに入力される電圧（すなわち基準電圧）の電源電圧Ｖｏｕｔ１に対する分圧比によって設定される。すなわち分圧抵抗Ｒ５２、Ｒ５３、Ｒ５４によって電源電圧Ｖｏｕｔ１が設定される。電源電圧Ｖｏｕｔ１の値が目標電圧より高くなるとシャントレギュレータＩＣ５のカソード端子Ｋが電流を引き込み、プルアップ抵抗Ｒ５１を介してフォトカプラＰＣ５の２次側ダイオードＰＣ５ｄに電流が流れる。その後フォトカプラＰＣ５の１次側トランジスタＰＣ５ｔが動作すると、コンデンサＣ６から電荷が放電され、制御部１０１のＦＢ端子の電圧が低下する。制御部１０１は、ＦＢ端子の電圧が低下したことで電源電圧Ｖｏｕｔ１が目標電圧より高くなったことを検知する。

また、電源電圧Ｖｏｕｔ１の値が目標電圧より低くなると、フォトカプラＰＣ５は動作せず電源電圧Ｖ３から抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ６に充電電流が流れるため、制御部１０１のＦＢ端子の電圧が上昇する。制御部１０１は、ＦＢ端子の電圧が上昇したことで電源電圧Ｖｏｕｔ１が目標電圧より低くなったことを検知する。このようにして、制御部１０１はＦＢ端子に入力された電圧に基づき、第１スイッチＦＥＴ１及び第２スイッチＦＥＴ２をオンオフすることで、電源電圧Ｖｏｕｔ１を目標電圧に維持するよう制御する。

次に、１次側の制御部１０１、駆動部１０２、フィードバック部１３０に供給される電源について説明する。駆動部１０２に供給される電源は、第１スイッチＦＥＴ１と第２スイッチＦＥＴ２を駆動するため、少なくとも１０Ｖ以上が必要である。ただし電圧の安定性はそれほど必要ないため、補助巻線Ｐ２、Ｐ３に誘起された電圧を整流平滑した状態の電圧をそのまま使える。これらの条件を加味して、駆動部１０２用の電源を次のように生成する。補助巻線Ｐ２に発生した電圧をダイオードＤ４及びコンデンサＣ４により整流平滑して電源電圧Ｖ１を生成する。上述したようにこの回路部が第１の電源生成部１４０である。電源電圧Ｖ１が入力電圧Ｖｉｎの影響を受けにくくするために、第１の電源生成部１４０は、トランスＴ１のフライバック動作を利用して補助巻線Ｐ２から電力を得る構成とする。電源電圧Ｖ１は、第１スイッチＦＥＴ１及び第２スイッチＦＥＴを駆動できる電圧として１２Ｖに設定する。このようにして得られた電源電圧Ｖ１は、駆動部１０２に供給される。

制御部１０１及びフィードバック部１３０に供給される電源は、安定した３．３Ｖ電圧が必要となる。補助巻線Ｐ２、Ｐ３に誘起された電圧を整流平滑した状態の電圧は変動が大きく安定しないため、シリーズレギュレータを設けて安定した電圧を生成する必要がある。ここで注意すべきは、シリーズレギュレータは入出力間の電位差が大きい程、損失が大きくなることである。例えば電源装置の待機時等の軽負荷時のように少しでも無駄な損失を減らしたい場合は、入出力間の電位差ができるだけ小さくなるよう設計すべきである。例えば、電源電圧Ｖ１（実施例１では１２Ｖに設定）を降圧して３．３Ｖ電圧を生成する場合は、入出力間の電位差が１２Ｖ−３．３Ｖ＝８．７Ｖとなり、無駄な損失が比較的大きい。

以上を鑑み、実施例１では、制御部１０１及びフィードバック部１３０用の電源を次のように生成する。補助巻線Ｐ３に発生した電圧をダイオードＤ５とコンデンサＣ５で整流平滑して電源電圧Ｖ２を生成する。上述したようにこの回路部が第２の電源生成部１５０である。第２の電源生成部１５０も第１の電源生成部１４０と同じ理由で、トランスＴ１のフライバック動作を利用して補助巻線Ｐ３から電力を得る構成とする。電源電圧Ｖ２を第２の降圧手段であるシリーズレギュレータＲＥＧ１０４で降圧して第４の電圧である電源電圧Ｖ３を生成する。電源電圧Ｖ３は電源電圧Ｖ２よりも低い。電源電圧Ｖ２は、３．３Ｖにできるだけ近く、かつ、確実に補助巻線Ｐ３から電力を供給できるように、例えば５Ｖ程度に設定する。すなわち、電源電圧Ｖ２は電源電圧Ｖ１よりも低く設定される（Ｖ２＜Ｖ１）。このようにして得られた電源電圧Ｖ３は、制御部１０１及びフィードバック部１３０に供給される。

ここで、スイッチング動作が開始される前は補助巻線Ｐ２、Ｐ３からは電力を得られないため、スイッチング動作が開始される前は別の電力生成手段が必要となる。電力は、制御部１０１用の電源である電源電圧Ｖ３と、駆動部１０２等用の電源である電源電圧Ｖ１の両方に供給する必要がある。実施例１では起動回路１０３と第１の降圧手段であるシリーズレギュレータＲＥＧ１０５を設けてスイッチング動作が開始される前の電力生成手段として利用し対応する。なお、シリーズレギュレータＲＥＧ１０４、ＲＥＧ１０５は、少なくとも一方が、リニアレギュレータである。

起動回路１０３は３端子レギュレータであり、入力端子をＤＣＨに、出力端子を電源電圧Ｖ１に接続する。起動回路１０３は電源電圧Ｖ１が所定の電圧値以下の場合にのみ動作するようにしておく。なお、起動回路１０３は３つ目の端子をＤＣＬに接続する。さらに、電源電圧Ｖ１にシリーズレギュレータＲＥＧ１０５を接続し、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５の出力端子を第３の電圧である電源電圧Ｖ３に接続する。電源電圧Ｖ３は電源電圧Ｖ１よりも低い。これにより、スイッチング動作が開始される前においても、電源電圧Ｖ１と電源電圧Ｖ３の両方に電力を供給することができる。すなわち、スイッチング動作が開始される前においても、電源電圧Ｖ３が供給される制御部１０１及び電源電圧Ｖ１が供給される駆動部１０２が動作することができる。

ここで、実施例１の特徴的な個所であるが、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５の目標電圧を、シリーズレギュレータＲＥＧ１０４の目標電圧より低く設定しておく。実施例１では、シリーズレギュレータＲＥＧ１０４の目標電圧を３．４Ｖ、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５の目標電圧を３．３Ｖに設定する。出力電圧固定のシリーズレギュレータを用いてもよい。スイッチング動作が開始されて補助巻線Ｐ３から電源電圧Ｖ２が供給されると、シリーズレギュレータＲＥＧ１０４が動作を開始する。これにより、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５の出力電圧（電源電圧Ｖ３）が、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５の目標電圧より高い状態となる。そうするとシリーズレギュレータＲＥＧ１０５は常にオフになり、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５から電源電圧Ｖ３への電力供給が強制的に停止される。したがって、スイッチング動作が開始される前に電源電圧Ｖ１と電源電圧Ｖ３へ電力を供給することと、スイッチング動作が開始された後に入出力間の電位差が小さいシリーズレギュレータＲＥＧ１０４によって電源電圧Ｖ３が生成されることとを両立できる。

［電圧推移］
以上の動作を、スイッチング動作の開始前からスイッチング動作が安定するまでの電源電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の電圧推移を示す図２（ａ）と、各期間の動作個所を説明する図２（ｂ）とを用いて、詳細に説明する。図２（ａ）で、（ｉ）は電源電圧Ｖ１の推移を示すグラフ、（ｉｉ）は電源電圧Ｖ２の推移を示すグラフ、（ｉｉｉ）は電源電圧Ｖ３の推移を示すグラフである。図２（ｂ）はスイッチング電源回路１００の要部を示す図であり、期間１から期間５までの各期間で動作している回路部を太線で表記している。これらの期間は図２（ａ）に記載した期間に対応している。なお、図２（ｂ）では見易さのため一部の符号を省略している。

まず、スイッチング電源回路１００に入力電圧Ｖｉｎが入力されると、ＤＣＨから起動回路１０３を介して電源電圧Ｖ１へ電力が供給され始める（期間１）。電源電圧Ｖ１が上昇し電源電圧Ｖ１の値が所定値を超えると、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５の動作が開始される。これにより電源電圧Ｖ３に電力が供給され始め、電源電圧Ｖ３が上昇して、やがてシリーズレギュレータＲＥＧ１０５の目標電圧である３．３Ｖに達する（期間２）。電源電圧Ｖ１が駆動部１０２の最低動作電圧（例えば１０Ｖ）を超えると駆動部１０２が動作を開始し、スイッチング動作が開始されて、補助巻線Ｐ２及び補助巻線Ｐ３から電力が供給され始める。これにより、電源電圧Ｖ２の電圧も上昇する（期間３）。電源電圧Ｖ２の値が所定値を超えると、シリーズレギュレータＲＥＧ１０４の動作が開始され、電源電圧Ｖ３がシリーズレギュレータＲＥＧ１０４の目標電圧である３．４Ｖに引き上げられる。これにより、電源電圧Ｖ３はシリーズレギュレータＲＥＧ１０５の目標電圧である３．３Ｖを上回るため、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５の動作は強制的に停止される（期間４）。

電源電圧Ｖ１が１２Ｖに達すると、起動回路１０３の動作が停止される（期間５）。これにより、電源電圧Ｖ３への電力供給は、入出力の電位差の小さいシリーズレギュレータＲＥＧ１０４のみから供給されることになる。具体的には、シリーズレギュレータＲＥＧ１０４は、入力される電源電圧Ｖ２が５Ｖで出力される電源電圧Ｖ３は３．４Ｖである。一方、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５は、入力される電源電圧Ｖ１が１２Ｖで出力される電源電圧Ｖ３は３．３Ｖである。すなわち、シリーズレギュレータＲＥＧ１０４の入出力の電位差は、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５の入出力の電位差よりも小さい。

以上のように、制御部用の電源を生成するために２つのシリーズレギュレータを配置して、２つのシリーズレギュレータの互いの目標電圧に差をつけることで、スイッチング動作の開始前後で切り替え、安価で、低消費電力時の電力損失を低減できる。なお、実施例１では、制御部１０１、駆動部１０２、起動回路１０３、フィードバック部１３０、第１の電源生成部１４０、第２の電源生成部１５０、シリーズレギュレータＲＥＧ１０４、ＲＥＧ１０５の全て又は一部を、次のように置き換えてもよい。すなわち、これらの回路の全て又は一部を、アナログ回路で構成されたＩＣや、発振器などによって生成されたクロックで動作する演算制御手段（ＣＰＵ、ＡＳＩＣなど）に置き換えてもよい。

以上、実施例１によれば、安価に低消費電力時の電力損失を低減することができる。

［電源装置］
実施例２について説明する。実施例１と異なる点についてのみ説明し、それ以外は説明を省略する。まず、実施例２の電源装置の回路について、図３のスイッチング電源回路２００の回路図を用いて説明する。実施例１の図１で説明した回路に対して、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５の動作を強制的に停止する信号ＲＴを追加した点が異なる。シリーズレギュレータＲＥＧ１０５はＲＴ端子を有し、ＲＴ端子にハイレベルの信号（以下、ＲＴ信号という）が入力されると、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５の降圧動作が停止される。シリーズレギュレータＲＥＧ１０５のＲＴ端子は制御部１０１に接続されており、制御部１０１から出力されるＲＴ信号によってシリーズレギュレータＲＥＧ１０５が制御される。

［電圧推移とＲＴ信号による制御］
次に制御部１０１がＲＴ信号を制御する流れを、図４を用いて説明する。図４の（ｉ）〜（ｉｉｉ）は図２（ａ）の（ｉ）〜（ｉｉｉ）と同様のグラフである。図４の（ｉｖ）は、制御部１０１からシリーズレギュレータＲＥＧ１０５のＲＴ端子に入力されるＲＴ信号の電圧波形を示す。（ｖ）には制御部１０１の動作／停止を示し、（ｖｉ）にはシリーズレギュレータＲＥＧ１０５の動作／停止を示す。また、期間１から期間５は、図２（ｂ）の期間１から期間５に相当する。なお、シリーズレギュレータＲＥＧ１０４が動作を開始するタイミング（期間３から期間４に移行するタイミング）は実施例１と同様である。

期間１では制御部１０１は停止しているため、ＲＴ信号も出力されておらずローレベル（０Ｖ）である。期間２でシリーズレギュレータＲＥＧ１０５が動作を開始し電源電圧Ｖ３が３．３Ｖに達すると、制御部１０１は動作を開始する。そのとき、制御部１０１はローレベルのＲＴ信号を出力している。制御部１０１は、動作を開始したタイミングから所定時間Ｔが経過すると、ハイレベルのＲＴ信号（３．３Ｖ）をシリーズレギュレータＲＥＧ１０５に出力する。すると、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５は強制的に動作が停止された状態となる。これにより、電源電圧Ｖ３への電力供給は、入出力の電位差の小さいシリーズレギュレータＲＥＧ１０４のみから供給されることになる。所定時間Ｔは、電源電圧Ｖ１が１２Ｖに立ち上がるまでに要する時間よりも十分に長く設定すればよい。

以上のように、制御部用電源を生成するために２つのシリーズレギュレータを配置して、スイッチング動作の開始後は一方のシリーズレギュレータの動作を強制的に停止する。これにより、制御部の電源電圧を３．３Ｖ一定に保ちつつ、安価で、低消費電力時の電力損失を低減できる。

以上、実施例２によれば、安価に低消費電力時の電力損失を低減することができる。

［電源装置］
実施例３について説明する。実施例１と異なる点についてのみ説明し、それ以外は説明を省略する。図５において、スイッチング電源回路３００が、実施例１で説明したスイッチング電源回路１００と異なる点は、次の点である。まず、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔ１として異なる２つの電圧、例えば２４Ｖと５Ｖとを切り替えて出力できる点である。次に、第１の生成手段である第１の電源生成部２４０がトランスＴ１のフォワード動作を利用して補助巻線Ｐ２から電力を生成している点である。それぞれについて、以下に説明する。

（目標電圧切り替え部）
まず、実施例３のスイッチング電源回路３００は、切替手段である目標電圧切り替え部１７０を有し、２次側の出力電圧として第１の出力電圧である２４Ｖと第２の出力電圧である５Ｖを切り替えて出力することができる。目標電圧切り替え部１７０は、入力される２４／５ＣＨＧ信号が切り替えられることで、電源電圧Ｖｏｕｔ１に２４Ｖ電圧を出力する状態（第１の状態）と、５Ｖ電圧を出力する状態（第２の状態）の２つの状態を切り替える。電源電圧Ｖｏｕｔ１は、２４／５ＣＨＧ信号がハイレベルのときに２４Ｖ電圧となり、２４／５ＣＨＧ信号がローレベルのときに５Ｖ電圧となる。

スイッチング電源回路３００の負荷として接続される装置は、所定の電力を消費する通常状態（第１のモード）と通常状態よりも消費する電力が低くなる待機状態（第２のモードとを決定する状態制御部（不図示）を有している。装置が通常状態で動作しているときは２４／５ＣＨＧ信号をハイレベルとし、待機状態で動作しているときは２４／５ＣＨＧ信号をローレベルとすることで、省エネルギーを実現している。

２４／５ＣＨＧ信号がハイレベルになると、電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴとする）７１がオン状態となり、抵抗Ｒ７１を介してフォトカプラＰＣ７の２次側ダイオードＰＣ７ｄに電流が流れる。なおＦＥＴ７１のゲート端子とソース端子との間には抵抗Ｒ７２が接続されている。その後フォトカプラＰＣ７の１次側トランジスタＰＣ７ｔが動作すると、コンデンサＣ７から電荷が放電され、制御部１０１の２４ＳＬ端子の電圧はローレベルになる。一方、２４／５ＣＨＧ信号がローレベルになるとフォトカプラＰＣ７は動作せず、電源電圧Ｖ３から、抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ７に充電され、制御部１０１の２４ＳＬ端子の電圧はハイレベルになる。制御部１０１は２４ＳＬ端子の電圧に応じて、目標電圧が２４Ｖか５Ｖかを検知する。

２４／５ＣＨＧ信号は、ＦＥＴ７１のゲート端子に入力されるとともに、フィードバック部１３０へも入力されている。フィードバック部１３０の抵抗Ｒ５４の両端には、目標電圧切り替え部１７０が有するフィードバック電圧切り替え部１７３が接続されている。フィードバック電圧切り替え部１７３は、ＦＥＴ５１、抵抗Ｒ５５、コンデンサＣ５１、ダイオードＤ５１、抵抗Ｒ５６、Ｒ５７を有し、２４／５ＣＨＧ信号は、フィードバック電圧切り替え部１７３を介してフィードバック部１３０に入力される。フィードバック電圧切り替え部１７３は遅延回路を有している。２４／５ＣＨＧ信号がハイレベルになると、ＦＥＴ５１がオン状態になり、抵抗Ｒ５４がショートされる。これにより、シャントレギュレータＩＣ５の基準電圧の電源電圧Ｖｏｕｔ１に対する分圧比が下がり、電源電圧Ｖｏｕｔ１には２４Ｖが出力される状態となる。２４／５ＣＨＧ信号がローレベルになると、ＦＥＴ５１がオフ状態になり、抵抗Ｒ５３と抵抗Ｒ５４とが直列に接続される。これにより、基準電圧の電源電圧Ｖｏｕｔ１に対する分圧比が上がり、電源電圧Ｖｏｕｔ１に５Ｖが出力される状態となる。

（第１の電源生成部）
次に、第１の電源生成部２４０について説明する。実施例３は、電源電圧Ｖｏｕｔ１の目標電圧が２４Ｖと５Ｖの２つ存在する。したがって、実施例１のように、トランスＴ１のフライバック動作を利用して生成した電源（すなわち第１の電源生成部１４０を使用して生成した電源）を、駆動部１０２用に使用することは難しい。例えば、電源電圧Ｖｏｕｔ１の目標電圧が５Ｖのときに第１の電源生成部１４０の出力電圧（電源電圧Ｖ１）を１２Ｖとなるように構成する。そうすると、電源電圧Ｖｏｕｔ１の目標電圧が２４Ｖのとき第１の電源生成部１４０の出力電圧は、１２Ｖ×２４Ｖ／５Ｖ＝５８Ｖとなる。第１の電源生成部１４０の出力電圧が５８Ｖとなると、第１スイッチＦＥＴ１のゲートソース間電圧、及び、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５の入力電圧の定格値を超えてしまう。このため、実施例３では、第１の電源生成部１４０の代わりに、第１の電源生成部２４０を構成する。第１の電源生成部２４０は、トランスＴ１のフォワード動作を利用して補助巻線Ｐ２から電力を得る。補助巻線Ｐ２に発生した電圧はダイオードＤ８及びコンデンサＣ８によって整流平滑され電源電圧Ｖ４が生成される。電源電圧Ｖ４は、入力電圧Ｖｉｎによって１２Ｖ〜２０Ｖの範囲で変動する。このようにして得た電源電圧Ｖ４は、駆動部１０２に供給される。また、起動回路１０３は電源電圧Ｖ４に接続されている。

（フォワード動作とフライバック動作）
ここで、第１の電源生成部２４０として、トランスＴ１のフォワード動作を利用する場合とフライバック動作を利用する場合とで、どちらが適しているかについて説明する。第１の電源生成部２４０の電源電圧Ｖ４は、フォワード動作を利用する場合は入力電圧Ｖｉｎの変動の影響を受け、フライバック動作を利用する場合は電源電圧Ｖｏｕｔ１の変動の影響を受ける。電源電圧Ｖ４の変動幅が小さい方式の方が、設計の自由度が高まる。このため、入力電圧Ｖｉｎの変動量より電源電圧Ｖｏｕｔ１の変動量の方が小さい場合はフライバック動作を利用し、逆に電源電圧Ｖｏｕｔ１の変動量の方が大きい場合はフォワード動作を利用すべきである。その他の回路部の動作については、実施例１と同等である。このように、駆動部用の電源として、トランスＴ１のフォワード動作を利用した電力を使用することで、２次側出力電圧を切り替える構成であっても、安価で、低消費電力時の電力損失を低減できる。

以上、実施例３によれば、安価に低消費電力時の電力損失を低減することができる。

［電源装置］
実施例４について説明する。実施例３と異なる点についてのみ説明し、それ以外は説明を省略する。まず、実施例４の電源装置の回路について、図６を用いて説明する。スイッチング電源回路４００は、実施例３の図５で説明したスイッチング電源回路３００に対して、次の点が異なる。すなわち、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５の動作を強制的に停止する信号ＲＴ１と、シリーズレギュレータＲＥＧ１０４の動作を強制的に停止する信号ＲＴ２を追加した点が異なる。ＲＴ１信号がハイレベルのときにシリーズレギュレータＲＥＧ１０５の降圧動作が停止され、ＲＴ２信号がハイレベルのときにシリーズレギュレータＲＥＧ１０４の降圧動作が停止される。ＲＴ１信号は制御部１０１から出力される。制御部１０１から出力されるＲＴ１信号は、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５のＲＴ１端子に入力される。制御部１０１から出力されるＲＴ１信号は、ＮＯＴ回路ＩＣ４１によって反転され、反転された信号がＲＴ２信号としてシリーズレギュレータＲＥＧ１０４のＲＴ２端子に入力される。なお、ＮＯＴ回路ＩＣ４１は電源電圧Ｖ３により動作する。

［電圧推移とＲＴ１信号及びＲＴ２信号による制御］
（スイッチング動作の開始前後）
次に、スイッチング動作が開始される前からスイッチング動作が安定するまでにおいて、制御部１０１がＲＴ１信号を制御する流れを、図７（ａ）を用いて説明する。図７（ａ）の（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、（ｖｉ）、（ｖｉｉ）は、図４の（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、（ｖ）、（ｖｉ）と同様のグラフである。図７（ａ）の（ｉ）は第１の電源生成部２４０の電源電圧Ｖ４の波形を示し、（ｉｖ）はＲＴ１信号の波形を示し、（ｖ）はＲＴ２信号の波形を示す。図７（ａ）の（ｖｉｉｉ）はシリーズレギュレータＲＥＧ１０４の動作／停止を示す。また、期間１から期間５は、図２（ｂ）の期間１から期間５に相当する。

期間１では制御部１０１は停止しているため、ＲＴ１信号及びＲＴ２信号も出力されておらずローレベル（０Ｖ）である。期間２でシリーズレギュレータＲＥＧ１０５が動作を開始し電源電圧Ｖ３が３．３Ｖに達すると、制御部１０１は動作を開始する。そのとき、制御部１０１はローレベルのＲＴ１信号を出力しており、ＲＴ１信号を反転したＲＴ２信号はハイレベルとなる。すなわち、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５は降圧動作をしており、シリーズレギュレータＲＥＧ１０４は動作を停止している状態である。電源電圧Ｖ３への電力供給は、入出力の電位差の小さいシリーズレギュレータＲＥＧ１０５のみから供給されることになる。

制御部１０１は、動作を開始したタイミングから所定時間Ｔが経過すると、ハイレベルのＲＴ１信号を出力する。これによりＲＴ１信号を反転したＲＴ２信号はローレベルとなる。これにより、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５の降圧動作は停止され、代わりに、シリーズレギュレータＲＥＧ１０４が降圧動作を開始する。電源電圧Ｖ３への電力供給は、入出力の電位差の小さいシリーズレギュレータＲＥＧ１０４のみから供給されることになる。所定時間Ｔは、電源電圧Ｖ４が１２Ｖに立ち上がるまでに要する時間よりも十分に長く設定すればよい。

（出力電圧Ｖｏｕｔ１の切り替え前後）
（出力電圧Ｖｏｕｔ１；５Ｖ→２４Ｖ）
続いて、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔ１を５Ｖから２４Ｖに切り替えたときに、制御部１０１がＲＴ１信号を制御する流れを、図７（ｂ）を用いて説明する。図７（ｂ）の（ｉｉｉ）から（ｉｘ）は、図７（ａ）の（ｉ）〜（ｖ）、（ｖｉｉ）、（ｖｉｉｉ）と同様のグラフである。図７（ｂ）の（ｉ）は２４／５ＣＨＧ信号の波形を示す図、（ｉｉ）は出力電圧Ｖｏｕｔ１の波形を示す図である。

スイッチング電源回路４００の負荷として接続される装置の状態制御部（不図示）によって、２４／５ＣＨＧ信号がローレベルからハイレベルに切り替えられると、電源電圧Ｖｏｕｔ１は５Ｖから２４Ｖに変化する。トランスＴ１のフライバック動作を利用して補助巻線Ｐ３から生成されている電源電圧Ｖ２も、電源電圧Ｖｏｕｔ１の変化に合わせて５Ｖから２４Ｖに切り替わる。

一方、トランスＴ１のフォワード動作を利用して補助巻線Ｐ２から生成されている電源電圧Ｖ４は入力電圧Ｖｉｎに依存するため、電圧の変化はなく、１２Ｖのままとなる。すなわち、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔ１が２４Ｖのときは、シリーズレギュレータＲＥＧ１０４よりシリーズレギュレータＲＥＧ１０５の方が、入出力の電位差が小さいことになる。したがって、２４／５ＣＨＧ信号がローレベルからハイレベルに切り替えられた後、制御部１０１は次のように制御する。すなわち、制御部１０１は、ＲＴ１信号をハイレベルからローレベルに切り替えて、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５を動作状態とし、シリーズレギュレータＲＥＧ１０４を停止状態とする。これにより、電源電圧Ｖ３への電力供給は、入出力の電位差の小さいシリーズレギュレータＲＥＧ１０５のみから供給されることになる。

（出力電圧Ｖｏｕｔ１；２４Ｖ→５Ｖ）
なお、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔ１を２４Ｖから５Ｖに切り替えるときは、反対に、制御部１０１はＲＴ１信号をローレベルからハイレベルに切り替えればよい。すなわち、制御部１０１は、ＲＴ１信号をローレベルからハイレベルに切り替えて、シリーズレギュレータＲＥＧ１０５を停止状態とし、シリーズレギュレータＲＥＧ１０４を動作状態とする。これにより、電源電圧Ｖ３への電力供給は、入出力の電位差の小さいシリーズレギュレータＲＥＧ１０４のみから供給されることになる。以上のように、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔ１に応じて２つのシリーズレギュレータのうち入出力の電位差の小さい方のみを動作させることで、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔ１に係らず常に低電力損失を実現できる。

以上、実施例４によれば、安価に低消費電力時の電力損失を低減することができる。

［レーザビームプリンタの説明］
図８に画像形成装置の一例として、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１０００（以下、プリンタ１０００という）は、感光ドラム１０１０、帯電部１０２０、現像部１０３０を備えている。感光ドラム１０１０は、静電潜像が形成される像担持体である。帯電部１０２０は、感光ドラム１０１０を一様に帯電する。現像部１０３０は、感光ドラム１０１０に形成された静電潜像をトナーにより現像することでトナー像を形成する。感光ドラム１０１０上（像担持体上）に形成されたトナー像をカセット１０４０から供給された記録材としてのシートＰに転写部１０５０によって転写し、シートＰに転写した未定着のトナー像を定着器１０６０によって定着してトレイ１０７０に排出する。この感光ドラム１０１０、帯電部１０２０、現像部１０３０、転写部１０５０が画像形成部である。また、プリンタ１０００は、電源装置１０８０を備え、電源装置１０８０からモータ等の駆動部と状態制御部５０００へ電力を供給している。電源装置１０８０は、実施例１から実施例４のスイッチング電源回路１００からスイッチング電源回路４００のいずれかに相当する。

状態制御部５０００は、ＣＰＵ（不図示）を有しており、画像形成部による画像形成動作やシートＰの搬送動作等を制御している。プリンタ１０００は、プリント動作を終了させると所定時間が経過した後、プリント動作をすぐに実行できるスタンバイ状態に遷移する。更に所定時間が経過した後、プリンタ１０００は待機時の消費電力を低減するため、スタンバイ状態から低消費電力モードであるスリープ状態に遷移する。プリンタ１０００は第２のモードであるスリープ状態やスタンバイ状態、第１のモードであるプリント状態の３つの状態を持ち、いずれかの状態で動作することが可能である。状態制御部５０００がそれぞれの状態に遷移させる。なお、本発明の電源装置を適用することができる画像形成装置は、図８に例示された構成に限定されない。

以上、実施例５によれば、安価に低消費電力時の電力損失を低減することができる。

１０１ 制御部
１４０ 第１の電源生成部
１５０ 第２の電源生成部
ＦＥＴ１ 第１スイッチ素子
ＲＥＧ１０４ シリーズレギュレータ
ＲＥＧ１０５ シリーズレギュレータ
Ｔ トランス

Claims (11)

1. １次巻線、２次巻線、第１の補助巻線及び第２の補助巻線を有するトランスと、
   前記１次巻線に接続され、スイッチング動作を行うスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子を制御する制御手段と、
   を備え、交流電圧を直流電圧に変換し出力電圧を出力する電源装置であって、
   前記第１の補助巻線に誘起された電圧から第１の電圧を生成する第１の生成手段と、
   前記第２の補助巻線に誘起された電圧から前記第１の電圧よりも低い第２の電圧を生成する第２の生成手段と、
   前記第１の電圧を前記第１の電圧よりも低い第３の電圧に降圧し、前記第３の電圧を前記制御手段に供給する第１の降圧手段と、
   前記第２の電圧を前記第２の電圧よりも低い第４の電圧に降圧し、前記第４の電圧を前記制御手段に供給する第２の降圧手段と、
   を備え、
   前記スイッチング動作が開始される前には、前記第１の降圧手段が動作し前記第２の降圧手段は停止し、
   前記スイッチング動作が開始された後には、前記第１の降圧手段が停止し前記第２の降圧手段が動作することを特徴とする電源装置。
2. 前記第１の降圧手段は、前記第２の降圧手段よりも目標電圧が低く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記制御手段は、前記第１の降圧手段から前記第３の電圧が供給されたことに応じて起動し、起動してから所定時間Ｔが経過した後に前記第１の降圧手段を停止させることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
4. 前記第１の生成手段は、前記第１の補助巻線のフライバック動作により電力を供給し、
   前記第２の生成手段は、前記第２の補助巻線のフライバック動作により電力を供給することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電源装置。
5. 前記出力電圧を第１の出力電圧と前記第１の出力電圧よりも低い第２の出力電圧に切り替える切替手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
6. 前記出力電圧を第１の出力電圧と前記第１の出力電圧よりも低い第２の出力電圧に切り替える切替手段を備え、
   前記制御手段は、前記第１の降圧手段から前記第３の電圧が供給されたことに応じて起動し、起動してから所定時間Ｔが経過した後に前記第１の降圧手段を停止させ、前記第２の降圧手段の動作を開始させることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
7. 前記制御手段は、前記切替手段により前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧とを切り替える際に、前記第１の降圧手段と前記第２の降圧手段のうち入力される電圧と出力される電圧との電位差が小さい方の降圧手段を動作させ、大きい方の降圧手段を停止させることを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
8. 前記制御手段は、
   前記切替手段により前記第１の出力電圧から前記第２の出力電圧に切り替える際に、前記第１の降圧手段を停止させ前記第２の降圧手段を動作させるように制御し、
   前記切替手段により前記第２の出力電圧から前記第１の出力電圧に切り替える際に、前記第１の降圧手段を動作させ前記第２の降圧手段を停止させるように制御することを特徴とする請求項７に記載の電源装置。
9. 前記第１の生成手段は、前記第１の補助巻線のフォワード動作により電力を供給し、
   前記第２の生成手段は、前記第２の補助巻線のフライバック動作により電力を供給することを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の電源装置。
10. 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。
11. 画像形成を行う第１のモードと前記第１のモードよりも消費される電力が低い第２のモードとで動作することが可能な画像形成装置であって、
    記録材に前記画像形成を行う画像形成手段と、
    前記第１のモード及び前記第２のモードを制御する状態制御部と、
    請求項５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、
    前記状態制御部は、前記第１のモードのときには前記切替手段により前記第１の出力電圧に切り替え、前記第２のモードのときには前記切替手段により前記第２の出力電圧に切り替えることを特徴とする画像形成装置。

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