JP2022114459A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Hiroshi Oshiryoji
旺示 松野
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Abstract

【課題】次電流の過電流閾値を、負荷増大時、AC電源の瞬断時等において適切に切り替えることができるので、必要以上に過電流検出が行われるのを防止できる電源装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置において、電源部は、PFCパワーデバイス603に流れる一次電流に対し電流検出抵抗間電圧が所定値以上になると過電流と判断するPFC制御回路及び昇圧された一次電圧を平滑するPFC出力電解コンデンサを有するPFC回路と、AC入力電圧がオフになるのを検出し、電流検出抵抗605に電流検出抵抗1009を並列に接続した第1の過電流閾値切替回路130と、一次電圧が電圧値V2まで低下するのを検出し、電流検出抵抗605に電流検出抵抗2008を並列に接続した構成とする第2の過電流閾値切替回路131と、を備える。【選択図】図4

Description

本発明は電源装置に関し、特に過電流検出機能を備えた電源装置、及びこの電源装置を備えた画像形成装置に関する。
従来、停電時にブラウンアウト閾値を低く保って、一次整流/平滑電圧が低下してもブラウンアウト閾値を下回らないようにすることで、短時間停電時の供給電圧を確保する電源装置があった(例えば、特許文献1)。
特開2016-24445号公報(第9,10頁、図9)
しかしながら、一次電流の過電流を防止する過電流閾値を備えた電源装置では、AC電源の瞬断時等での一次電流変動時に、不必要に過電流検出が行われるのを抑止できなかった。
本発明による電源装置は、
AC入力電圧の全波整流電圧を受けて、スイッチング素子をスイッチングしてコイルで昇圧し、前記スイッチング素子に流れる一次電流に対し、該一次電流が流れる電流検出抵抗間電圧が所定値以上になると過電流と判断するPFC制御部と、前記コイルで昇圧された一次電圧を平滑するコンデンサと、前記一次電圧をフィードバックする電圧フィードバック部とを有するPFC回路と、前記AC入力電圧がオフになるのを検出し、前記電流検出抵抗として、第1の電流検出抵抗に第2の電流検出抵抗を並列に接続した構成とする第1の過電流閾値切替回路と、前記一次電圧が第1の基準値まで低下するのを検出し、前記電流検出抵抗として、前記第1の電流検出抵抗に第3の電流検出抵抗を並列に接続した構成とする第2の過電流閾値切替回路とを備え、
前記AC入力電圧がオフになり、且つ前記一次電圧が前記第1の基準値まで低下したとき、前記電流検出抵抗として、前記第1の電流検出抵抗と前記第2の電流検出抵抗と前記第3の電流検出抵抗とを並列に接続した構成とすることを特徴とする。
本発明による別の電源装置は、
AC入力電圧の全波整流電圧を受けて、スイッチング素子をスイッチングしてコイルで昇圧し、前記スイッチング素子に流れる一次電流が閾値を超えたときに過電流と判断するPFC制御部と、前記コイルで昇圧された一次電圧を平滑するコンデンサと、前記閾値を切り替える過電流閾値切替部とを備え、
前記過電流閾値切替部は、前記AC入力電圧がオフになるのを検出し、前記閾値を第1の閾値から該第1の閾値よりも第1の増加分だけ高い第2の閾値に切り替える第1の過電流閾値切替回路と、前記一次電圧が第1の基準値まで低下するのを検出し、前記閾値を第1の閾値から該第1の閾値よりも第2の増加分だけ高い第3の閾値に切り替える第2の過電流閾値切替回路とを備え、
前記AC入力電圧がオフになり、且つ前記一次電圧が前記第1の閾値まで低下したとき、前記閾値を、前記第1の増加分と前記第2の増加分とを加えた第4の閾値に切り替えることを特徴とする。
本発明によれば、一次電流の過電流閾値を、負荷増大時、AC電源の瞬断時等において適切に切り替えることができるので、必要以上に過電流検出が行われるのを防止できる。
本発明による実施の形態1の画像形成装置の要部構成を示す要部構成図である。 画像形成装置の制御系の、電源部、及び制御部の要部構成を示すブロック図である。 図2で説明した電源部の詳細構成を示すブロック図である。 図3で説明した第1の過電流閾値切替回路、第2の過電流閾値切替回路、及び第3の過電流閾値切替回路の詳細構成を示す回路図である。 電源装置の動作過程で、AC入力電圧(A)が100Vのときの、図2、図3のブロック図、及び図4の回路図に示す各部で検出される電圧、電流の変化を示すタイムチャートである。 電源装置の動作過程で、AC入力電圧(A)が230Vのときの、図2、図3のブロック図、及び図4の回路図に示す各部で検出される電圧、電流の変化を示すタイムチャートである。 図2に示す本実施の形態の画像形成装置の制御系に対する比較例として示す画像形成装置の制御系ブロック図である。 図7で説明した電源部の詳細構成を示すブロック図である。 比較例の電源装置の動作過程で、図7、図8のブロック図に示す各部で検出される電圧、電流の変化を示すタイムチャートである。 本発明に基づく実施の形態2の画像形成装置の制御系の、電源装置としての電源部、及び制御部の要部構成を示すブロック図である。 図10で説明した電源部の詳細構成を示すブロック図である。 図11で説明した第1の過電流閾値切替回路、第2の過電流閾値切替回路131、第3の過電流閾値切替回路、AC入力電圧の低下を検出する第4の過電流閾値切替回路、及び長時間のAC入力電圧低下を検出する第5の過電流閾値切替回路(A)の詳細構成を示す回路図である。 電源装置の動作過程で、図10、図11のブロック図、及び図12の回路図に示す各部で検出される電圧、電流、温度の変化を示すタイムチャートである。 図7、図8に示す比較例の電源装置の動作過程で、同様にAC入力電圧(H)が低下した場合に、図7、図8のブロック図に示す各部で検出される電圧、電流、温度の変化を示すタイムチャートである。 本実施の形態3における、第1の過電流閾値切替回路、第2の過電流閾値切替回路、第3の過電流閾値切替回路、第4の過電流閾値切替回路、及びPFCコイルの温度を検出する第5の過電流閾値切替回路(B)の詳細構成を示す回路図である。 電源装置の動作過程で、図15の回路図に示す各部で検出される電圧、電流、温度の変化を示すタイムチャートである。
実施の形態1.
図1は、本発明による実施の形態1の画像形成装置の要部構成を示す要部構成図である。
同図に示すように、画像形成装置100は、給紙部1、画像形成部2、定着部3、及び用紙排出部4に大別される。給紙部1は、記録用紙をセットするための用紙カセット5、記録用紙を1枚に捌いて用紙カセット5から取り出して用紙搬送路(図1に太線で示された略S字状の経路)に送り出すピックアップローラ6,7,8、記録用紙を画像形成部2に搬送するためのレジストローラ9,10を含む。
画像形成部2は、記録用紙の搬送方向の上流側から順に直列に配設された4つのトナー像形成部19K、19Y、19M、19C(特に区別する必要がない場合は単にトナー像形成部19と称す場合がある)、各トナー像形成部19に対応して配置されたLEDヘッド15K、15Y、15M、15C(特に区別する必要がない場合は単にLEDヘッド15と称す場合がある)、及びトナー像形成部19により形成されたトナー像を用紙上面にクーロン力により転写する転写部21を備える。
トナー像形成部19Kはブラック(K)のトナー画像を、トナー像形成部19Yはイエロー(Y)のトナー画像を、トナー像形成部19Mはマゼンタ(M)のトナー画像を、トナー像形成部19Cはシアン(C)のトナー画像をそれぞれ形成する。
各トナー像形成部19は、静電潜像担持体である感光体ドラム11、感光体ドラム11に接触し、感光ドラムl1の表面を均一に高電圧に帯電する帯電ローラ12、感光体ドラム11の上部に配置されたLEDヘッド15によって、感光体ドラム11の表面に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像ローラ13、現像ローラ13に接触してトナーを現像ローラ13へ供給するトナー供給ローラ14、トナーを収容して供給すべく着脱可能に備えられたトナーカートリッジ16等を有する。尚、LEDヘッド15は、帯電された感光体ドラム11表面を選択的に露光して静電潜像を形成する。
転写部21は、給紙部1から搬送された記録用紙を矢印方向に搬送する転写ベルト17と、転写ベルト17を介して各トナー像形成部19の感光体ドラム11に対向して配置された4つの転写ローラ18を備え、クーロン力により、各トナー像形成部19の感光体ドラム11に形成された各色のトナー像を記録用紙に順次重ねて転写する。
定着部3は、定着ローラ31、定着ローラ31の内部に配置された発熱体としてのハロゲンランプ32、定着ローラ31の表面温度を検出する為のサーミスタに代表される温度検出センサ33、及び定着ローラ31に圧接して配置された加圧ローラ34を配置し、熱と圧力により、記録用紙に転写されたトナー像を記録用紙上に定着する。用紙排出部4には、定着が完了した記録用紙を排出する為の排出ローラ41,42が配置されている。
図2は、画像形成装置100の制御系の、電源装置としての電源部120、及び制御部160の要部構成を示すブロック図である。
同図において、電源部120は、スイッチ121、ブリッジダイオード122、PFC回路123、DC-DC変換部124、AC入力電圧の瞬断に対応する第1の過電流閾値切替回路130、AC入力電圧に対応する第3の過電流閾値切替回路132、モータ起動等の電流負荷に対応する第2の過電流閾値切替回路131、ACゼロクロス検出回路126、及びヒータオンオフ回路127にて大別され、商用電源205より出力されるAC電圧にて動作する。スイッチ121は、電源部120の入力部に配置され、商用電源205の入力をオンオフする手動スイッチであるが、装置制御部によりオンオフするスイッチであってもよい。
ヒータオンオフ回路127は、メイン制御部161から出力されるヒータオンオフ信号により、定着部3内部のヒータとしてのハロゲンランプ32(図1)をオンオフさせる回路である。PFC回路123は、AC電圧をDC電圧へ昇圧するAC-DCコンバータを構成し、力率改善を目的とした所謂PFC( Power Factor Correction)と呼ばれる回路である。そしてブリッジダイオード122の出力である全波整流電圧を入力し、昇圧したDC電圧をDC-DC変換部124へ出力する。
DC-DC変換部124は、制御部160へDC電圧を供給する。ここでは、アクチュエータ系へDC24V、ロジック系へDC5Vを供給しているが、電源部120より出力されるDC電圧の種類は制御部160の構成で決定されることが一般的であり、他にDC3.3V出力が一般的である。ACゼロクロス検出回路126は、後述のメイン制御部161へACゼロクロス信号を出力する回路である。
AC入力電圧の瞬断に対応する第1の過電流閾値切替回路(瞬断)130の入力部は、ACゼロクロス検出回路126及びPFC回路123に接続され、出力部はPFC回路123に接続されている。AC入力電圧に対応する第3の過電流閾値切替回路(AC入力電圧)132の入力部は、ACゼロクロス検出回路126及びPFC回路123に接続され、出力部はPFC回路123に接続されている。モータ起動に対応する第2の過電流閾値切替回路(モータ起動)131の入出力部は、共にPFC回路123に接続されている。これらの第1の過電流閾値切替回路130、第2の過電流閾値切替回路131、及び第3の過電流閾値切替回路132は、後述するように、PFC回路123のために過電流閾値を切り替える回路である。
制御部160は、メイン制御部161、ROM162、RAM163、温度検出部164、センサオンオフ回路165、高圧電源166、ヘッド制御部167、及びアクチュエータ駆動部168にて構成される。
メイン制御部161は、プログラムや設定データを保存している不揮発性の記憶部品のROM162に書き込まれたプログラムによって動作する装置である。RAM163は、データ保管、読み出しを行うメモリである。
温度検出部164は、定着部3内部の温度検出センサ33の出力を抵抗分圧し、メイン制御部161へ温度検出信号を出力する。センサオンオフ回路165は、トランジスタで構成され、電源オン時の装置ウォームアップや、ホスト206などの指示により動作する印刷時以外は、基本的に、メイン制御部161よりセンサオフ信号が出力され、後述の各種センサ201に供給する電源をオフしている。高圧電源166は、図1で説明した、画像形成部2の感光体ドラム11や各種ローラへ高圧電圧を印加する電源である。
ヘッド制御部167は、図1で説明した、LEDヘッド15のオンオフを制御する制御部である。アクチュエータ駆動部168は、メイン制御部161より出力されるロジック信号に基づいて、後述するアクチュエータ202へ駆動信号を出力する専用ドライバである。また、給紙部1、画像形成部2、用紙排出部4は、前記した図1での説明の通りである。
各種センサ201は、給紙部1、画像形成部2、定着部3、用紙排出部4に配設された用紙位置検出用の図示しない用紙走行路センサや画像濃度、色ずれ補正用のセンサなどを指す。アクチュエータ202は、アクチュエータ駆動部168により駆動され、給紙部1、画像形成部2、定着部3、用紙排出部4に配設された図示しないモータ、クラッチ、ソレノイドや空冷用のFAN等を指す。
図3は、図2で説明した電源部120の詳細構成を示すブロック図であり、スイッチ121、保護素子500、フィルタ501、突入電流防止回路502、ブリッジダイオード122、PFC回路123、DC-DC変換部124、第1の過電流閾値切替回路(瞬断)130、第2の過電流閾値切替回路(モータ起動)131、第3の過電流閾値切替回路(AC入力電圧)132、ACゼロクロス検出回路126、ヒータオンオフ回路127に大別される。
保護素子500は、過電流保護用のヒューズや雷サージ保護用のバリスタなどで構成される。フィルタ501は、コモン或いはノーマルチョークコイルとコンデンサで構成されることが一般的である。コンデンサはLINE、NEUTRAL間に配置するXコンと、LINE或いはNEUTRALとFG(フレームグラウンド)間に配置するYコンで構成される。突入電流防止回路502は、PFC出力電解コンデンサ604の突入電流を抑制する回路である。安価な構成はサーミスタであるが、サーミスタ高温時に突入電流を抑制できない為、その他に、抵抗とスイッチ素子であるトライアックやリレーを組み合わせた回路を使用する場合もある。ブリッジダイオード122は、4つのダイオードで構成され、一般的に4素子入りのブリッジダイオードと呼ばれる素子を使用することが多い。
PFC回路123は、FETであるスイッチング素子としてのPFCパワーデバイス603、PFCコイル601、第1の電流検出抵抗としての電流検出抵抗605、PFCダイオード602、平滑コンデンサとしてのPFC出力電解コンデンサ604、電圧フィードバック部607、PFC制御部としてのPFC制御回路606で構成される。PFC制御回路606は、ブリッジダイオード122により全波整流されたAC電圧を入力とし、DC電圧へ変換し、昇圧するPFC回路123の制御部であり、専用IC或いはマイコンを使用することが一般的である。昇圧する電圧は、AC入力最大を考慮し、ワールドワイド入力の場合、AC264V×√2+10V=390V程度に設定することが一般的である。
PFC制御回路606は、電圧フィードバック部607の検出結果と電流検出抵抗605の検出結果を入力し、PFCパワーデバイス603のゲート電圧を決定し、出力する。PFCコイル601は昇圧コイルである。FETであるPFCパワーデバイス603は、スイッチングさせるパワーデバイスであり、ゲート入力端子は、PFC制御回路606より入力される。電流検出抵抗605は、PFCパワーデバイス603のドレイン電流を検出する抵抗であり、検出結果はPFC制御回路606へ出力される。
PFCダイオード602は、PFC出力電解コンデンサ604へ出力する整流ダイオードである。PFC出力電解コンデンサ604は、PFC出力電圧を平滑すると共に、電源瞬断時の出力電圧低下を遅延させる。電圧フィードバック部607は、PFC出力電圧を分圧し、検出結果をPFC制御回路606、第1の過電流閾値切替回路130、第2の過電流閾値切替回路131、及び第3の過電流閾値切替回路132へ出力する。尚、ここでは、電圧フィードバック部607の3つの出力電圧値は同一とする。
DC-DC変換部124は、トランス701、メインFET704、スナバ回路703、電源制御部702、電流検出抵抗705、二次整流平滑回路503、電圧フィードバック部504、保護回路505、フィルタ506、DC-DCコンバータ507で構成される。
トランス701は一次、二次側を絶縁させ、また、PFC回路123により出力されたPFC出力電圧を変圧する機能を持つ。メインFET704は、トランス701の一次側巻線に供給する電力をオンオフする。スナバ回路703は、メインFET704のオフ時のサージ電圧を抑制する回路である。ダイオード、抵抗、コンデンサで構成することが多い。電源制御部702は、主に二次側のDC出力電圧のフィードバック結果を元に、メインFET704のゲート電圧オンデューティを決定する。
二次整流平滑回路503は、トランス701の二次側巻線出力電圧を整流/平滑する。ここでは、DC24Vを巻線単一出力としており、整流ダイオードと電解コンデンサを配置する。電圧フィードバック部504は、出力電圧を分圧し、検出結果を電源制御部702へ出力する。保護回路505は、過電圧検出回路や過電流検出回路を搭載している。過電圧保護回路は、ツェナーダイオードとフォトカプラで構成され、過電圧検出時は、一次側の電源制御部702により、ラッチあるいは間欠でスイッチング停止させる。過電流検出回路は、電流検出或いはDC出力電圧垂下検出、ヒューズなどと回路構成は様々である。電源制御部702により一次電流として検出することも可能である。
二次のフィルタ506はLCフィルタである。必ずしも搭載が必要ではないが、リップル電圧やリップルノイズ電圧抑制として使用する。DC-DCコンバータ507は、出力された24Vから5Vへ変換する機能を持つ。
ACゼロクロス検出回路126は、PFC回路123の前段に配置され、整流ダイオード801とフォトカプラ802より構成され、全波整流した電圧信号を、第1の過電流閾値切替回路130及び第3の過電流閾値切替回路132に出力すると共に、メイン制御部161(図2)へ、ゼロクロス点でHiレベル[H]となるパルスのACゼロクロス信号を出力する回路である。
AC入力電圧の瞬断に対応する第1の過電流閾値切替回路(瞬断)130は、ACゼロクロス検出回路126及び電圧フィードバック部607の出力により、PFC回路123の電流検出抵抗605に対する第2の電流検出抵抗としての電流検出抵抗1009(図4参照)の並列接続をオンオフし、過電流閾値を変更する回路である。モータ起動に対応する第2の過電流閾値切替回路(モータ起動)131は、電圧フィードバック部607の出力により、PFC回路123の電流検出抵抗605に対する第3の電流検出抵抗としての電流検出抵抗2008(図4参照)の並列接続をオンオフし、過電流閾値を変更する回路である。AC入力電圧に対応する第3の過電流閾値切替回路(AC入力電圧)132は、ACゼロクロス検出回路126及び電圧フィードバック部607の出力により、PFC回路123の電流検出抵抗605に対する第4の電流検出抵抗としての電流検出抵抗3008(図4参照)の直列接続をオンオフし、過電流閾値を変更する回路である。尚、ここでのACゼロクロス検出回路構成は一例であり、構成は特に限定しない。
図4は、図3で説明した第1の過電流閾値切替回路(瞬断)130、第2の過電流閾値切替回路(モータ起動)131、及び第3の過電流閾値切替回路(AC入力電圧)132の詳細構成を示す回路図である。
第1の過電流閾値切替回路(瞬断)130において、抵抗1004の一端は、抵抗1002を介してACゼロクロス検出回路126の整流ダイオード801のカソード側出力部に接続されると共に、抵抗1003を介して整流ダイオード801のアノード側出力部に接続され、その他端はトランジスタ1001のベースに接続されている。トランジスタ1001は、そのエミッタが、コンデンサ1005を介して抵抗1004の一端に接続されると共に、整流ダイオード801のアノード側出力部に接続され、そのコレクタが抵抗1010を介して電圧フィードバック部607の出力抵抗611に接続されている。トランジスタ1007は、そのベースが抵抗1006を介して出力抵抗611に接続され、そのエミッタがコンデンサ1008を介して出力抵抗611に接続されると共に電流検出抵抗1009を介して電流検出抵抗605の他端に接続され、そのコレクタが電流検出抵抗605の一端、即ちPFCパワーデバイス603のソースに接続されている。
以上の構成で、抵抗1004はトランジスタ1001のベース電流を決定する抵抗であり、抵抗1006はトランジスタ1007のベース電流を決定する抵抗である。後述するように、コンデンサ1005は、AC電源が瞬断するまでトランジスタ1001をオン状態に維持し、コンデンサ1008は抵抗1006と共に、トランジスタ1007のオフタイミングを遅らせる働きをする。またトランジスタ1001がオフになるとトランジスタ1007がオンとなり、電流検出抵抗1009が電流検出抵抗605と並列接続となり、過電流閾値が変更される。
第2の過電流閾値切替回路(モータ起動)131において、トランジスタ2004は、そのベースが、直列に接続されたツェナーダイオード2001と抵抗2002を介して電圧フィードバック部607の出力抵抗612に接続されると共に、抵抗2003を介してエミッタに接続され、そのエミッタが整流ダイオード801のアノード側出力部に直接接続され、コレクタが抵抗2009を介して出力抵抗612に接続されている。トランジスタ2007は、そのベースが抵抗2005を介して出力抵抗612に接続され、そのエミッタがコンデンサ2006を介して出力抵抗612に接続されると共に電流検出抵抗2008を介して電流検出抵抗605の他端に接続され、そのコレクタが電流検出抵抗605の一端、即ちPFCパワーデバイス603のソースに接続されている。
以上の構成で、抵抗2002はトランジスタ2004のベース電流を制限する抵抗であり、抵抗2005はトランジスタ2007のベース電流を決定する抵抗である。後述するように、コンデンサ2006は抵抗2005と共に、トランジスタ2007のオフタイミングを遅らせる働きをする。またトランジスタ2004がオフになるとトランジスタ2007がオンとなり、電流検出抵抗2008が電流検出抵抗605と並列接続となり、過電流閾値が変更される。
第3の過電流閾値切替回路(AC入力電圧)132において、抵抗3003の一端は、ツェナーダイオード3001を介してACゼロクロス検出回路126の整流ダイオード801のカソード側出力部に接続されると共に、抵抗3002を介して整流ダイオード801のアノード側出力部に接続され、その他端はトランジスタ3004のベースに接続されている。トランジスタ3004は、そのエミッタが、コンデンサ3005を介して抵抗3003の一端に接続されると共に、整流ダイオード801のカソード側出力部に接続され、そのコレクタが抵抗3010を介して電圧フィードバック部607の出力抵抗611に接続されている。トランジスタ3007は、そのベースが抵抗3006を介して出力抵抗611に接続され、そのエミッタがコンデンサ3009を介して出力抵抗611に接続されると共に一次側グラウンドに接続され、そのコレクタが電流検出抵抗605の他端に接続され、コレクタ、エミッタ間には電流検出抵抗3008が接続されている。
以上の構成で、抵抗3003はトランジスタ3004のベース電流を制限する抵抗であり、抵抗3006はトランジスタ3007のベース電流を決定する抵抗である。後述するように、コンデンサ3005は抵抗3003と共にトランジスタ3004のオフタイミングを遅らせる働きをし、コンデンサ3009は抵抗3006と共にトランジスタ3007のオフタイミングを遅らせる働きをする。またトランジスタ3004がオンになるとトランジスタ3007がオフとなり、電流検出抵抗3008が電流検出抵抗605と直列接続となり、過電流閾値が変更される。
図5は、本実施の形態の電源装置の動作過程で、AC入力電圧(A)が100Vのときの、図2、図3のブロック図、及び図4の回路図に示す各部で検出される電圧、電流の変化を示すタイムチャートである。同タイムチャート、図3、図4を参照しながら、電源装置の動作について説明する。尚、同タイムチャートの電圧、電流の各信号波形に付された(A)から(G)の符号を、図2、図3、及び図4の該当検出箇所に付す。
図5のタイムチャートに示す各波形は以下の通りである。
・AC入力電圧(A): 商用電源205より出力されるAC電圧、つまり電源部120へ入力されるAC電圧である。ここでは、AC電圧がAC100Vとして説明する。
・ACゼロクロス信号(B): 商用電源205より出力されるAC電圧のゼロクロス点を検出するACゼロクロス検出回路126の出力信号である。
・PFC出力電圧(C): PFC回路123より出力されるDC電圧であり、このDC電圧は、AC入力最大を考慮し、ワールドワイド入力の場合、AC264V×√2+10V=390V程度に昇圧されることが一般的である。
・PFC一次電流(D): PFC回路123のFETであるPFCパワーデバイス603に流れる一次電流であり、この一次電流によって過電流検出を実施している。
・ゲート電圧(E): DC-DC変換部124の電源制御部702より出力される、メインFET704のゲート電圧である。
・DC出力5V(F): DC-DC変換部124のDC-DCコンバータ507より出力されるDC5V出力電圧である。
・DC出力24V(G): DC-DC変換部124より出力されるDC24V出力電圧である。
図5のタイムチャートの横軸は、これらの各信号に共通する時間軸であり、時間経過(時刻t11~時刻t17)に伴って変化する電源装置の動作内容について説明する。
尚、ここでは、AC電圧がAC100Vであるため、第3の過電流閾値切替回路(AC入力電圧)132のツェナーダイオード3001はオフのままとなるように設定されている。これにより、この間、トランジスタ3004はオフを維持し、トランジスタ3007はオンを維持するため、電流検出抵抗3008に電流が流れることなく、電流検出抵抗3008の影響を無視することができる。
時刻t11に、アクチュエータ202の、何れか(或は複数)のモータが起動し、PFC一次電流(D)が上昇し始めると、それに伴ってPFC出力電圧(C)が電圧値V1から低下し始める。その後、時刻t12でPFC出力電圧(C)が電圧値V2まで低下すると、第2の過電流閾値切替回路(モータ起動)131のツェナーダイオード2001がオフとなり、トランジスタ2004がオフとなって、トランジスタ2007がオンとなる。これにより電流検出抵抗2008が電流検出抵抗605と並列接続となり、電流検出抵抗2008にもPFCパワーデバイス(FET)603のスイッチング電流であるPFC一次電流(D)の一部が流れることでPFC制御回路606の過電流閾値がI6からI4に変化する。
その後PFC一次電流(D)は、更に上昇し続けて電流値I5まで達するが、過電流閾値I4を超えることはない。従って、このときの過電流閾値I4は、電流値I5よりも高くなるように設定されるものである。一方PFC出力電圧(C)は、電圧値V3まで低下するが、この電圧値V3はブラウンアウト閾値を下回らない電圧である。尚、ブラウンアウト閾値とは、PFC出力電圧(C)がこの値以下まで低下した時、電源制御部702の指示によってDC-DC変換部124の出力が停止する電圧値である。
時刻t13で、PFC出力電圧(C)が第1の基準値としての電圧値V2まで再度上昇すると、ツェナーダイオード2001がオンしてトランジスタ2004がオンするため、トランジスタ2007に電流が供給されなくなるが、コンデンサ2006が充電されているため、抵抗2005とコンデンサ2006の時定数により、トランジスタ2007のオフするタイミングが時刻t13より遅れる。時定数の設定を百ms程度で設定し、時刻t13から所定時間経過後の時刻t14でトランジスタ2007がオフとなる。このとき電流検出抵抗2008には電流が流れなくなり、PFC制御回路606の過電流閾値がI4からI6に戻る。
次に、時刻t15でAC入力電圧(A)がオフになると、PFC出力電圧(C)は放電を開始し、ACゼロクロス信号(B)はパルスを出力しなくなる。このとき第1の過電流閾値切替回路(瞬断)130のトランジスタ1001はオフとなり、トランジスタ1007はオンとなる。これにより電流検出抵抗1009が電流検出抵抗605と並列接続となり、電流検出抵抗1009にもPFCパワーデバイス(FET)603のスイッチング電流であるPFC一次電流(D)の一部が流れることでPFC制御回路606の過電流閾値がI6からI3に変化する。
尚、コンデンサ3005は、ゼロクロス時にトランジスタ1001がオフするのを防止するための少容量のコンデンサであるため、AC入力電圧(A)オフ時の、トランジスタ1001のオフタイミングに大きな影響を与えない。
時刻t16でPFC出力電圧(C)が電圧値V2まで低下すると、第2の過電流閾値切替回路(モータ起動)131のツェナーダイオード2001がオフとなり、トランジスタ2004がオフとなって、トランジスタ2007がオンとなる。これにより電流検出抵抗2008が電流検出抵抗605と並列接続となり、電流検出抵抗2008にもPFCパワーデバイス(FET)603のスイッチング電流であるPFC一次電流(D)の一部が流れることでPFC制御回路606の過電流閾値がI3からI1に変化する。
最終的に、電流検出抵抗605、電流検出抵抗1009、及び電流検出抵抗2008が並列接続となり、その合成抵抗の値が過電流閾値I1を決定する。
その後、時刻t17でPFC出力電圧(C)が電圧値V4まで低下すると、図示しないブラウンアウト閾値を下回る。このため電源制御部702によってメインFET704のゲート電圧がオフとなり、DC-DC変換部124の出力が停止し、DC出力24V(G)が低下し始める。AC入力電圧(A)が停止しているため、PFC回路123も停止し、PFC一次電流(D)も低下し始める。その後、DC-DCコンバータ507が停止し、DC出力5V(F)が低下して電源オフ状態となる。
一方、PFC出力電圧(C)が、図示しないブラウンアウト閾値を下回る前の時刻t16´の段階でAC入力電圧(A)がオンに復活する場合、PFC一次電流(D)が過電流閾値を超えていないため、PFC制御回路606の正常動作が維持され、PFC出力電圧(C)が、ブラウンアウト閾値以下となるのを防止できる。
尚、PFC制御回路606は、FETであるPFCパワーデバイス603のドレイン電圧を監視し、このドレイン電圧が所定の閾値電圧を超えた時にPFCパワーデバイス603の動作を停止するように動作する。従って、例えば、電流検出抵抗605は、過電流閾値I6の電流が流れるときに前記閾値電圧が発生するように抵抗値が設定され、電流検出抵抗2008は、電流検出抵抗605との並列接続に対して過電流閾値I4の電流が流れるときに前記閾値電圧が発生するように抵抗値が設定され、電流検出抵抗1009は、電流検出抵抗605との並列接続に対して過電流閾値I3の電流が流れるときに前記閾値電圧が発生するように抵抗値が設定される。
図6は、電源装置の動作過程で、AC入力電圧(A)が230Vのときの、図2、図3のブロック図、及び図4の回路図に示す各部で検出される電圧、電流の変化を示すタイムチャートである。同タイムチャート、図3、図4を参照しながら、電源装置の動作について説明する。尚、同タイムチャートの電圧、電流の各信号波形に付された(A)から(G)の符号を、図2、図3、及び図4の該当検出箇所に付す。
図6のタイムチャートに示す各波形の説明は、図5のタイムチャートで記述した各波形の説明と同じなので、ここでの説明は省略する。但しここでのAC入力電圧(A)は、230Vである。
図5のタイムチャートの横軸は、各信号に共通する時間軸であり、時間経過(時刻t21~時刻t26)に伴って変化する電源装置の動作内容について説明する。
ここでは、AC電圧がAC230Vであるため、電源投入後、第3の過電流閾値切替回路(AC入力電圧)132のツェナーダイオード3001はオン/オフを繰り返す。このため、コンデンサ3005の働きにより、この間、トランジスタ3004はオンを維持し、トランジスタ3007はオフを維持するため、電流検出抵抗3008に電流が流れる。従って、時刻t21に至る段階で、電流検出抵抗3008が電流検出抵抗605と直列接続となっており、これらの合成抵抗値によって過電流閾値がI6からI16に代わっている。また点線で示した過電流閾値波形は、前記したAC100Vのときの波形である。尚、ツェナーダイオード3001は、AC電圧がAC100VとAC230Vとの間の第2の基準値としての所定の電圧値を超えるとオン/オフを繰り返すように設定されているものとする。
時刻t21にアクチュエータ202の、何れか(或は複数)のモータが起動し、PFC一次電流(D)が上昇し始めると、それに伴ってPFC出力電圧(C)が電圧値V1から低下し始める。その後、時刻t22でPFC出力電圧(C)が電圧値V2まで低下すると、第2の過電流閾値切替回路(モータ起動)131のツェナーダイオード2001がオフとなり、トランジスタ2004がオフとなって、トランジスタ2007がオンとなる。これにより電流検出抵抗2008が電流検出抵抗605と並列接続となり、電流検出抵抗2008にもPFCパワーデバイス(FET)603のスイッチング電流であるPFC一次電流(D)の一部が流れることでPFC制御回路606の過電流閾値がI16からI14に変化する。
その後PFC一次電流(D)は、更に上昇し続けて電流値I15まで達するが、過電流閾値I14を超えることはない。一方PFC出力電圧(C)は、電圧値V3まで低下するが、この電圧値V3はブラウンアウト閾値を下回らない電圧である。
時刻t23で、PFC出力電圧(C)が電圧値V2まで再度上昇すると、ツェナーダイオード2001がオンしてトランジスタ2004がオンするため、トランジスタ2007に電流が供給されなくなるが、コンデンサ2006が充電されているため、抵抗2005とコンデンサ2006の時定数により、トランジスタ2007のオフするタイミングが時刻t23より遅れる。時定数の設定を百ms程度で設定し、時刻t23から所定時間経過後の時刻t24でトランジスタ2007がオフとなる。このとき電流検出抵抗2008には電流が流れなくなり、PFC制御回路606の過電流閾値がI14からI16に復帰する。
次に、時刻t25でAC入力電圧(A)がオフになると、PFC出力電圧(C)は放電を開始し、ACゼロクロス信号はパルスを出力しなくなる。このとき第1の過電流閾値切替回路(瞬断)130のトランジスタ1001はオフとなり、トランジスタ1007はオンとなる。これにより電流検出抵抗1009が電流検出抵抗605と並列接続となり、電流検出抵抗1009にもPFCパワーデバイス(FET)603のスイッチング電流であるPFC一次電流(D)の一部が流れることでPFC制御回路606の過電流閾値がI16からI13に変化する。
時刻t26でPFC出力電圧(C)が電圧値V2まで低下すると、第2の過電流閾値切替回路(モータ起動)131のツェナーダイオード2001がオフとなり、トランジスタ2004がオフとなって、トランジスタ2007がオンとなる。これにより電流検出抵抗2008が電流検出抵抗605と並列接続となり、電流検出抵抗2008にもPFCパワーデバイス(FET)603のスイッチング電流であるPFC一次電流(D)の一部が流れることでPFC制御回路606の過電流閾値がI13からI11に変化する。
最終的に、並列に接続された電流検出抵抗605、電流検出抵抗1009、及び電流検出抵抗2008と、これらと直列に接続された電流検出抵抗3008の合成抵抗の値が過電流閾値I11を決定する。
その後、時刻t27でPFC出力電圧(C)が電圧値V4まで低下すると、図示しないブラウンアウト閾値を下回る。このため電源制御部702によってメインFET704のゲート電圧がオフとなり、DC-DC変換部124の出力が停止し、(G)DC出力24V(G)が低下し始める。AC入力電圧(A)が停止しているため、PFC回路123も停止し、PFC一次電流(D)も低下し始める。その後、DC-DCコンバータ507が停止し、DC出力5V(F)が低下して電源オフ状態となる。
以上のように、AC入力電圧(A)が230Vになると、100Vの時に比べて必然的にPFC一次電流(D)が減少するが、第3の過電流閾値切替回路(AC入力電圧)132によって、電流検出抵抗3008を電流検出抵抗605と直列に接続して各過電流閾値を下げることにより、100Vの時と同様の閾値切り替え動作を可能としている。
以上のように、本実施の形態の電源部120は、モータ起動などによってPFC出力電圧が所定の電圧値より低くなるのに応じてPFC一次電流の過電流閾値を例えば数百ms以上切り替え、AC入力電圧の電圧波形の有無を監視して商用電源が切れたときにPFC一次電流の過電流閾値を切り替えるため、商用電源の瞬断時(例えば20ms以内の停電時など)には、2段階にわたって過電流閾値を切り替える。従って、これらのタイミングに同期してPFC一次電流が変動しても、必要以上に過電流を検出してしまうのを防止する。更に、AC入力電圧が所定値より高く、PFC一次電流が相対的に減少する場合にも、モータ起動時、電源瞬断時において過電流閾値を適切な値に切り替えるように動作する。
図7は、図2に示す本実施の形態の画像形成装置100の制御系に対する比較例として示す画像形成装置の制御系ブロック図である。
この比較例の制御系が、図2に示す本実施の形態の制御系と主に異なる点は、制御部160からモータ起動信号を受信して動作する過電流閾値切替回路150を備え、代わりに図2に示す、第1の過電流閾値切替回路130、第2の過電流閾値切替回路131、及び第3の過電流閾値切替回路132に相当する回路がない点である。
図8は、図7で説明した電源部320の詳細構成を示すブロック図であり、このブロック図が、図3に示す本実施の形態の電源部120と主に異なる点は、制御部160から受信するモータ起動信号を受けて動作する過電流閾値切替回路150を備え、代わりに図3に示す、第1の過電流閾値切替回路130、第2の過電流閾値切替回路131、及び第3の過電流閾値切替回路132に相当する回路がない点である。
図9は、比較例の電源装置の動作過程で、図7、図8のブロック図に示す各部で検出される電圧、電流の変化を示すタイムチャートである。同タイムチャート、図7、図8を参照しながら、比較例電源装置の動作について説明する。尚、同タイムチャートの電圧、電流の各信号波形に付された(H)から(N)の符号を、図7及び図8の該当検出箇所に付す。
図9のタイムチャートに示す各波形は以下の通りである。
・AC入力電圧(H): 商用電源205より出力されるAC電圧、つまり電源部320へ入力されるAC電圧である。
・モータ起動信号(I): 制御部160から電源部120へ出力される信号であり、ハイ[H]はモータ起動中、ロー[L]は定常動作又は停止を表している。
・PFC出力電圧(J): PFC回路123より出力されるDC電圧であり、このDC電圧は、AC入力最大を考慮し、ワールドワイド入力の場合、AC264V×√2+10V=390V程度に昇圧されることが一般的である。
・DC-DC変換部一次電流(K): DC-DC変換部124のメインFET704に流れる一次電流を示しており、この一次電流によって過電流検出を実施している。
・ゲート電圧(L): DC-DC変換部124の電源制御部702より出力される、メインFET704のゲート電圧である。
・DC出力5V(M): DC-DC変換部124のDC-DCコンバータ507より出力されるDC5V出力電圧である。
・DC出力24V(N): DC-DC変換部124より出力されるDC24V出力電圧である。
図9のタイムチャートの横軸は、これらの各信号に共通する時間軸であり、時間経過(時刻t31~時刻t32)に伴って変化する電源装置の動作内容について説明する。
時刻t31にモータが起動し、DC-DC変換部一次電流(K)が上昇し始めると、それに伴ってPFC出力電圧(J)が電圧値V1から低下し始める。それと同時に、モータ起動信号(I)がロー[L]からハイ[H]になり、過電流閾値切替回路150のフォトカプラ3501及びトランジスタ3502がオンする。これにより電流検出抵抗3503が電流検出抵抗705と並列接続となり、電流検出抵抗3503にもDC-DC変換部一次電流(K)が流れることで電源制御部702の過電流閾値がI26からI24に変化する。
DC-DC変換部一次電流(K)は、モータ起動時に、定常時の電流値I27から電流値I25まで上昇するが、このときの過電流閾値I24を超えることはないため過電流は検出されない。従って、このときの過電流閾値I24は、電流値I25よりも高くなるように設定されるものである。
所定時間経過後の時刻t32にモータが停止されてモータ起動信号(I)がロー[L]になると、過電流閾値切替回路150のフォトカプラ3501及びトランジスタ3502がオフするため、電流検出抵抗3503には電流が流れなくなり、電源制御部702の過電流閾値が、モータ起動時のI24から定常時のI26に戻る。
ここでは電源制御部702が、メインFET704のドレイン電圧を監視し、このドレイン電圧が所定の閾値電圧を超えた時にメインFET704の動作を停止して過電流を抑制するように動作する。従って、電流検出抵抗705及び3503の設定方法は、PFC制御回路606が行うときに説明した電流検出抵抗605、2008、1009の設定方法と同様なので、ここでの説明は省略する。
以上のように、比較例の電源部320は、モータ起動時に制御部160からのモータ起動信号を受けて、DC-DC変換部一次電流の過電流閾値を適時切り替え、モータ起動のタイミングに同期してDC-DC変換部一次電流が変動しても、必要以上に過電流を検出してしまうのを防止する。
実施の形態2.
図10は、本発明に基づく実施の形態2の画像形成装置の制御系の、電源装置としての電源部420、及び制御部160の要部構成を示すブロック図である。
この制御系を採用する画像形成装置が、前記した図2に示す実施の形態1の制御系を採用する画像形成装置100と主に異なる点は、電源部420に、第4の過電流閾値切替回路421と第5の過電流閾値切替回路(A)422が追加された点である。従って、この制御系を採用する画像形成装置が、前記した実施の形態1の画像形成装置100と共通する分部には同符号を付して、或は図面を省いて説明を省略し、異なる点を重点的に説明する。尚、本実施の形態の画像形成装置の要部構成は、制御系の電源部以外において図1に示す実施の形態1の画像形成装置100の要部構成と共通するため、必要に応じて図1を参照する。
図10は、本実施の形態の画像制御装置の制御系の、電源装置としての電源部420、及び制御部160の要部構成を示すブロック図である。前記したように、ここでの電源部420は、図2に示す実施の形態1の制御系の電源部120に対し、第4の過電流閾値切替回路421及び第5の過電流閾値切替回路(A)422が追加された構成を有する。
図11は、図10で説明した電源部420の詳細構成を示すブロック図である。同図に示すように、追加された第4の過電流閾値切替回路421及び第5の過電流閾値切替回路(A)422以外は、後述する一部を除いて前記した実施の形態1の電源部120と同一なので、これ等の同一箇所の説明は省略し、異なる箇所を主に説明する。
先ずPFC回路123における抵抗615、抵抗616は、PFC制御回路606のブラウンアウト電圧抵抗であり、PFC制御回路606のブラウンアウト電圧端子に接続され、ブリッジダイオード122の電圧を、抵抗615と抵抗616の抵抗値の比によって決まるPFCブラウンアウト電圧抵抗比により分圧し、PFC制御回路606のブラウンアウト電圧を生成する。PFC制御回路606は、このブラウンアウト電圧が所定の電圧値以下になると動作を停止する。
図12は、図11で説明した第1の過電流閾値切替回路(瞬断)130、第2の過電流閾値切替回路(モータ起動)131、第3の過電流閾値切替回路(AC入力電圧)132、AC入力電圧の低下を検出する第4の過電流閾値切替回路421、及び長時間のAC入力電圧低下を検出する第5の過電流閾値切替回路(A)422の詳細構成を示す回路図である。これらのうち、追加された第4の過電流閾値切替回路421及び第5の過電流閾値切替回路(A)422について説明する。
第4の過電流閾値切替回路(入力電圧低下)421において、トランジスタ4004のベースは、抵抗4002及びツェナーダイオード4001を介してACゼロクロス検出回路126の整流ダイオード801のカソード側出力部に接続されると共に抵抗4003を介して整流ダイオード801のアノード側出力部に接続されている。トランジスタ4004は、そのエミッタが、整流ダイオード801のカソード側出力部に接続され、そのコレクタが抵抗4009を介して電圧フィードバック部607の出力抵抗612に接続されている。トランジスタ4007は、そのベースが抵抗4005を介して出力抵抗612に接続され、そのエミッタがコンデンサ4006を介して出力抵抗612に接続されると共に電流検出抵抗605の他端に接続され、そのコレクタが第5の電流検出抵抗としての電流検出抵抗4008を介して電流検出抵抗605の一端、即ちPFCパワーデバイス603のソースに接続されている。
以上の構成で、抵抗4002はトランジスタ4004のベース電流を決定する抵抗であり、抵抗4005はトランジスタ4007のベース電流を決定するベース抵抗である。コンデンサ4006は抵抗4005と共に、トランジスタ4007のオフタイミングを遅らせる働きをする。またトランジスタ4004がオフになるとトランジスタ4007がオンとなり、電流検出抵抗4008が電流検出抵抗605と並列接続となり、過電流閾値が変更される。
第5の過電流閾値切替回路(A)(長時間AC入力電圧低下)422において、抵抗5003の一端は、ツェナーダイオード5001を介してACゼロクロス検出回路126の整流ダイオード801のカソード側出力部に接続されると共に抵抗5002を介して整流ダイオード801のアノード側出力部に接続され、その他端はトランジスタ5004のベースに接続されている。トランジスタ5004は、そのコレクタがツェナーダイオード5001のアノードに接続されると共に、そのエミッタが、コンデンサ5005を介して又抵抗5006を介してそれぞれ整流ダイオード801のアノード側出力部に接続される共に抵抗5007を介してトランジスタ5008のベースに接続されている。トランジスタ5008は、そのエミッタが電流検出抵抗605の他端に接続され、そのコレクタが第6の電流検出抵抗としての電流検出抵抗5009を介して電流検出抵抗605の一端、即ちPFCパワーデバイス603のソースに接続されている。
以上の構成で、抵抗5003はトランジスタ5004のベース電流を決定するベース抵抗であり、トランジスタ5004がオフになると、コンデンサ5005の電荷が抵抗5006により放電されてトランジスタ5008のベース電流が低下し、トランジスタ5008がオフになることで電流検出抵抗5009に電流が流れなくなる。即ち電流検出抵抗5009の、電流検出抵抗605との並列状態が解除され、過電流閾値が変更される。
図13は、本実施の形態の電源装置の動作過程で、図10、図11のブロック図、及び図12の回路図に示す各部で検出される電圧、電流、温度の変化を示すタイムチャートである。同タイムチャート、図11、図12を参照しながら、電源装置の動作について説明する。尚、同タイムチャートの電圧、電流、温度の各波形に付された(A)、(P)、(D)、(Q)、(R)の符号を、図10、図11、及び図12の該当検出箇所に付す。
図13のタイムチャートに示す各波形は、以下の通りである。
・AC入力電圧(A):商用電源205より出力されるAC電圧、つまり電源部120へ入力されるAC電圧である。
・AC全波整流電圧(P):商用電源205より出力されるAC電圧をACゼロクロス検出回路126にて全波整流した電圧である。
・PFC一次電流(D):PFC回路123のFETであるPFCパワーデバイス603に流れる一次電流であり、この一次電流によって過電流検出を実施している。
・トランジスタ5008のベース電流(Q):第5の過電流閾値切替回路(A)422のトランジスタ5008のベース電流値を示す。ベース電流がIthよりも小さくなるとトランジスタ5008はオフする。
・PFCコイル601の温度(R):PFC回路123の部品温度の代表としてPFCコイル601の温度を示す。PFCコイル601に流れる電流が大きいほど温度が上昇する。
図13のタイムチャートの横軸は、これらの各信号に共通する時間軸であり、時間経過(時刻t41、t42等)に伴って変化する電源装置の動作内容について説明する。
尚、ここでは、AC電圧をAC100Vとして説明するため、第3の過電流閾値切替回路(AC入力電圧)132のツェナーダイオード3001はオフのままとなるように設定されている。これにより、この間、トランジスタ3004はオフを維持し、トランジスタ3007はオンを維持するため、電流検出抵抗3008に電流が流れることなく、電流検出抵抗3008の影響を無視することができる。
時刻t41にAC入力電圧(A)が低下すると、それに伴ってAC全波整流電圧(P)が低下する。AC入力電圧(A)の低下により、PFC一次電流(D)は電流値I34からI32に増加するが、AC全波整流電圧(P)の低下により第4の過電流閾値切替回路421が動作して過電流閾値も第1の閾値としてのI33から第6の閾値としてのI31へと高くなる。
即ち、AC入力電圧(A)が第3の基準値としての所定の設定値以下まで低下すると、AC全波整流電圧(P)の低下によりツェナーダイオード4001がオフとなり、トランジスタ4004がオフとなって、トランジスタ4007がオンとなる結果、電流検出抵抗4008が電流検出抵抗605と並列接続となり、電流検出抵抗4008にもPFCパワーデバイス(FET)603のスイッチング電流であるPFC一次電流(D)の一部が流れることでPFC制御回路606の過電流閾値がI33からより高いI31に変化する。
これによるPFC回路123の動作継続により、PFC一次電流(D)の電流値がI34からI32に高くなり、PFCコイル601の温度(R)は、AC入力電圧が定格値内での飽和温度Tsutを超えて上昇する。
また、AC全波整流電圧(P)が低下すると、第5の過電流閾値切替回路(A)422のツェナーダイオード5001がオフとなってトランジスタ5004がオフし、コンデンサ5005への電荷の供給がなくなる。これによりコンデンサ5005と抵抗5006の放電によりトランジスタ5008のベース電流(Q)が低下し、時刻t42にてトランジスタ5008がオフすると、電流検出抵抗5009に電流が流れなくなる。即ち電流検出抵抗5009の、電流検出抵抗605との並列状態が解除され、過電流閾値がI31から、I33よりも低い第7の閾値としてのI35に切り替わる。
これにより、電流値I32のPFC一次電流(D)が過電流として検出され、PFC回路123の動作が停止し、PFC一次電流(D)は電流値I36に低下する。また、PFC回路123の動作が停止することでPFCコイル601に流れる電流が停止し、PFCコイル601の温度(R)が部品絶対最大定格温度Tmaxを超えることを防ぐ。
図14は、前記した図7、図8に示す比較例の電源装置の動作過程で、同様にAC入力電圧(H)が低下した場合に、図7、図8のブロック図に示す各部で検出される電圧、電流、温度の変化を示すタイムチャートである。同タイムチャート、図7、図8を参照しながら、このときの比較例電源装置の動作について説明する。尚、同タイムチャートの電圧、電流、温度の各信号波形に付された(H)、(S)、(T)、(U)の符号を、図7及び図8の該当検出箇所に付す。
図14のタイムチャートに示す各波形は、以下の通りである。
・AC入力電圧(H):商用電源205より出力されるAC電圧、つまり電源部320へ入力されるAC電圧を表している。
・AC全波整流電圧(S):商用電源205より出力されるAC電圧をACゼロクロス検出回路126にて全波整流した電圧である。
・PFC一次電流(T):PFC回路123のFETであるPFCパワーデバイス603に流れる一次電流であり、この一次電流によって過電流検出を実施している。
・PFCコイル601の温度(R):PFC回路123の部品温度の代表としてPFCコイル601の温度を示す。PFCコイル601に流れる電流が大きいほど温度が上昇する。
図14のタイムチャートの横軸は、これらの各信号に共通する時間軸であり、時間経過(時刻t51、t52等)に伴って変化する電源装置の動作内容について説明する。
時刻t51にAC入力電圧(H)が低下すると、それに伴ってAC全波整流電圧(S)が低下する。AC入力電圧(H)の低下により、PFC一次電流(D)は電流値I42からI41に増加し、PFCコイル601の温度(R)が、AC入力電圧定格値内での飽和温度Tsutを超えて上昇する。更にAC入力電圧(H)が低下した状態で動作し続けた場合、時刻t52でPFCコイル601の温度(R)が部品絶対最大定格温度Tmaxを超えてしまう。
尚、ここでは簡単のため、時刻t51でPFC一次電流(T)がPFC制御回路606の過電流閾値を超えないものとして説明したが、例えば本実施の形態の第4の過電流閾値切替回路421を備え、前記したようにPFC回路123の過電流閾値を引き上げるように構成した場合も同様である。
以上のように、本実施の形態の電源部は、入力電圧低下の検出時にも第4の過電流閾値切替回路421により過電流閾値変更することで装置の動作を継続できる。更に入力電圧低下が一定時間経過した場合には、第5の過電流閾値切替回路(A)422により、過電流閾値を再度変更し装置を停止させることで、多大な電流が流れる状態で装置が動作を継続することによる部品温度の上昇を防ぐことができるため、耐電流量の小さな小型の部品を用いることができる。
実施の形態3.
図15は、本実施の形態の電源部における、第1の過電流閾値切替回路(瞬断)130、第2の過電流閾値切替回路(モータ起動)131、第3の過電流閾値切替回路(AC入力電圧)132、第4の過電流閾値切替回路421、及びPFCコイル601の温度を検出する第5の過電流閾値切替回路(B)423の詳細構成を示す回路図である。
これ等の過電流閾値切替回路を有する本実施の形態の電源部が、前記した図11に示す実施の形態2の電源部420と主に異なる点は、第5の過電流閾値切替回路(A)(長時間AC入力電圧低下)422に代えて、第5の過電流閾値切替回路(B)(コイル温度検出)423を備えた点である。従って、この電源部を採用する画像形成装置が、前記した実施の形態1の画像形成装置100、或いは実施の形態2の画像形成装置と共通する分部には同符号を付して、或は図面を省いて説明を省略し、異なる点を重点的に説明する。尚、本実施の形態の画像形成装置の要部構成は、制御系の電源部以外において図1に示す実施の形態1の画像形成装置100の要部構成と共通するため、必要に応じて図1を参照する。
第5の過電流閾値切替回路(B)(コイル温度検出)423において、トランジスタ6003は、そのベースが、温度検知手段としてのサーミスタ6001を介して電圧フィードバック部607の出力抵抗612に接続されると共に、抵抗6002を介してエミッタに接続され、そのエミッタが整流ダイオード801のアノード側出力部に直接接続され、コレクタが抵抗6004を介して出力抵抗612に接続されている。サーミスタ6001はPFCコイル601の横に設置され、PFCコイル601の温度を検知する。
トランジスタ6007は、そのベースが抵抗6005を介して出力抵抗612に接続され、そのエミッタがコンデンサ6006を介して出力抵抗612に接続されると共に電流検出抵抗605の他端に接続され、そのコレクタが第6の電流検出抵抗としての電流検出抵抗6008を介して電流検出抵抗605の一端、即ちPFCパワーデバイス603のソースに接続されている。
以上の構成において、PFCコイル601の温度が上昇し、それに伴ってサーミスタ6001の温度が上昇してその抵抗値が低くなると、トランジスタ6003がオンしてトランジスタ6007のベース電流が少なくなるため、トランジスタ6007はオフする。これにより電流検出抵抗6008に電流が流れなくなる。即ち電流検出抵抗6008の、電流検出抵抗605との並列状態が解除され、過電流閾値が変更される。
尚、サーミスタ6001によって温度を検知する部品は、PFCパワーデバイス603に限定されるものではなく、FETであるPFCパワーデバイス603等の、入力AC電圧の低下により温度上昇が懸念される別の部品であっても構わない。
図16は、本実施の形態の電源装置の動作過程で、図15の回路図に示す各部で検出される電圧、電流、温度の変化を示すタイムチャートである。同タイムチャート、図15を参照しながら、電源装置の動作について説明する。尚、同タイムチャートの電圧、電流、温度の各波形に付された(A)、(P)、(D)、(X)、(R)の符号を、図15の該当検出箇所に付す。
図16のタイムチャートに示す各波形は、以下の通りである。
・AC入力電圧(A):商用電源205より出力されるAC電圧、つまり電源部120へ入力されるAC電圧である。
・AC全波整流電圧(P):商用電源205より出力されるAC電圧をACゼロクロス検出回路126にて全波整流した電圧である。
・PFC一次電流(D):PFC回路123のFETであるPFCパワーデバイス603に流れる一次電流であり、この一次電流によって過電流検出を実施している。
・サーミスタ6001の温度(X):第5の過電流閾値切替回路(B)423のサーミスタ6001の温度を示す。サーミスタ6001の温度が上昇し所定の温度としてのTthmaxを超えるとトランジスタ6007がオフとなり、過電流閾値が変更される。
・PFCコイル601の温度(R):PFC回路123(図11)の部品温度の代表としてPFCコイル601の温度を示す。PFCコイル601に流れる電流が大きいほど温度が上昇する。
図16のタイムチャートの横軸は、これらの各信号に共通する時間軸であり、時間経過(時刻t61、t62等)に伴って変化する電源装置の動作内容について説明する。
尚、ここでは、AC電圧をAC100Vとして説明するため、第3の過電流閾値切替回路(AC入力電圧)132のツェナーダイオード3001はオフのままとなるように設定されている。これにより、この間、トランジスタ3004はオフを維持し、トランジスタ3007はオンを維持するため、電流検出抵抗3008に電流が流れることなく、電流検出抵抗3008の影響を無視することができる。
時刻t61にAC入力電圧(A)が低下すると、それに伴ってAC全波整流電圧(P)が低下する。AC入力電圧(A)の低下により、PFC一次電流(D)は電流値I34からI32に増加するが、AC全波整流電圧(P)の低下により第4の過電流閾値切替回路421が動作して過電流閾値も第1の閾値としてのI33から第6の閾値としてのI31へと高くなる。
即ち、AC入力電圧(A)が第3の基準値としての所定の設定値以下まで低下すると、AC全波整流電圧(P)の低下によりツェナーダイオード4001がオフとなり、トランジスタ4004がオフとなって、トランジスタ4007がオンとなる結果、電流検出抵抗4008が電流検出抵抗605と並列接続となり、電流検出抵抗4008にもPFCパワーデバイス(FET)603のスイッチング電流であるPFC一次電流(D)の一部が流れることでPFC制御回路606の過電流閾値がI33からより高いI31に変化する。
これによるPFC回路123の動作継続により、PFC一次電流(D)の電流値がI34からI32に高くなり、PFCコイル601の温度(R)は、AC入力電圧が定格値内での飽和温度Tsutを超えて上昇する。PFCコイル601の温度(R)の上昇に伴い、サーミスタ6001の温度(X)も定格値内での飽和温度Tthsutを超えて上昇する。
時刻t62において、サーミスタ6001の温度(X)がTthmaxに達すると、第5の過電流閾値切替回路(B)423が動作し、過電流閾値がI31から、I33よりも低い第7の閾値としてのI35に切り替わる。即ち、サーミスタ6001の温度が上昇すると抵抗値が低くなってトランジスタ6003がオンしてトランジスタ6007がオフするため、電流検出抵抗6008の、電流検出抵抗605との並列状態が解除されて過電流閾値がI31からI35に切り替わる。
これによりPFC一次電流(D)が過電流として検出され、PFC回路123の動作が停止し、PFC一次電流(D)は電流値I36に低下する。また、PFC回路123の動作が停止することでPFCコイル601に流れる電流が停止し、PFCコイル601の温度(R)が部品絶対最大定格温度Tmaxを超えることを防ぐ。
以上のように、本実施の形態の電源部は、入力電圧低下の検出時にも第4の過電流閾値切替回路421により過電流閾値変更することで装置の動作を継続できる。更に入力電圧低下により増加した一次電流によってPFCコイル601の温度(R)が所定温度を超えて高くなると、第5の過電流閾値切替回路(B)423によってこれを検出し、部品絶対最大定格温度Tmaxに至る前に装置を停止させるので、多大な電流が流れる状態で装置が動作を継続することによる部品温度の上昇を防ぐことができるため、耐電流量の小さな小型の部品を用いることができる。
以上のように、本実施の形態の電源部によれば、商用電源の瞬断時、モータ起動時、更にはAC入力電圧が変わる(例えば100Vと230Vの間で)場合など、装置が異常停止してほしくない場合でPFC一次電流が変動しても、その場に応じて過電流閾値が適切な値に切り替わるため、不必要に過電流を検出して装置が停止してしまうのを防止できる。
また、各場面に応じて過電流閾値が適切な値に切り替わるため、不必要な過電流検出を防止するために過電流閾値を必要以上に高く設定する必要がない。電流閾値を必要以上に高く設定した場合、過電流と判定すべき場合にもこれを許容する頻度が多くなり、トランスの過熱を防ぐためにはトランスのサイズアップが必要となる。しかしながら、本実施の形態の電源部によれば、過電流閾値を常に適切な値に設定でき、適切に判定された過電流時には電流の供給が制限(停止も含む)されるためにトランスが過熱しにくくなり、トランスサイズを必要以上に大きくしなくてもよい。
また、AC入力電圧が一時的に低下してPFC一次電流が増加する場合も、電流閾値を替えて不必要な過電流検出を防止するが、電圧低下時間が長引いた場合、低下後の経過に応じて電源部に負荷がかからない段階で装置を停止できる。
また、比較例回路のようなモータ起動信号が必要なくなるため、信号配信のためのケーブル、パターン、フォトカプラなどが必要なく、構成を簡素化することができる。
前記した実施の形態では、本願発明をプリンタ装置、特にタンデム方式のプリンタ装置に採用した例を示したが、これに限定されるものではなく、他にもMFP(Multi Function Printer)やファクシミリ、複写機等にも利用できる。更に、直流モータ等をオンオフ制御する装置の電源としても利用できる。
1 給紙部、 2 画像形成部、 3 定着部、 4 用紙排出部、 5 用紙カセット、 6 ピックアップローラ、 7 ピックアップローラ、 8 ピックアップローラ、 9 レジストローラ、 10 レジストローラ、 11 感光体ドラム、 12 帯電ローラ、 13 現像ローラ、 14 トナー供給ローラ、 15 LEDヘッド、 16 トナーカートリッジ、 17 転写ベルト、 18 転写ローラ、 19 トナー像形成部、 21 転写部、 31 定着ローラ、 32 ハロゲンランプ、 33 温度検出センサ、 34 加圧ローラ、 41 排出ローラ、 42 排出ローラ、 100 画像形成装置、 120 電源部、 121 スイッチ、 122 ブリッジダイオード、 123 PFC回路、 124 DC-DC変換部、 126 ACゼロクロス検出回路、 127 ヒータオンオフ回路、 130 第1の過電流閾値切替回路、 131 第2の過電流閾値切替回路、 132 第3の過電流閾値切替回路、 150 過電流閾値切替回路、 160 制御部、 161 メイン制御部、 162 ROM、 163 RAM、 164 温度検出部、 165 センサオンオフ回路、 166 高圧電源、 167 ヘッド制御部、 168 アクチュエータ駆動部、 201 各種センサ、 202 アクチュエータ、 205 商用電源、 206 ホスト、 320 電源部、 420 電源部、 421 第4の過電流閾値切替回路、 422 第5の過電流閾値切替回路(A)、 423 第5の過電流閾値切替回路(B)、 500 保護素子、 501 フィルタ、 502 突入電流防止回路、 503 二次整流平滑回路、 504 電圧フィードバック部、 505 保護回路、 506 フィルタ、 507 DC-DCコンバータ、 520 電源部、 601 PFCコイル、 602 PFCダイオード、 603 PFCパワーデバイス、 604 PFC出力電解コンデンサ、 605 電流検出抵抗、 606 PFC制御回路、 607 電圧フィードバック部、 611 出力抵抗、 612 出力抵抗、 615 抵抗、 616 抵抗、 701 トランス、 702 電源制御部、 703 スナバ回路、 704 メインFET、 705 電流検出抵抗、 801 整流ダイオード、 802 フォトカプラ、 1001 トランジスタ、 1002 抵抗、 1003 抵抗、 1004 抵抗、 1005 コンデンサ、 1006 抵抗、 1007 トランジスタ、 1008 コンデンサ、 1009 電流検出抵抗、 1010 抵抗、 2001 ツェナーダイオード、 2002 抵抗、 2003 抵抗、 2004 トランジスタ、 2005 抵抗、 2006 コンデンサ、 2007 トランジスタ、 2008 電流検出抵抗、 2009 抵抗、 3001 ツェナーダイオード、 3002 抵抗、 3003 抵抗、 3004 トランジスタ、 3005 コンデンサ、 3006 抵抗、 3007 トランジスタ、 3008 電流検出抵抗、 3009 コンデンサ、 3010 抵抗、 4001 ツェナーダイオード、 4002 抵抗、 4003 抵抗、 4004 トランジスタ、 4005 抵抗、 4006 コンデンサ、 4007 トランジスタ、 4008 電流検出抵抗、 4009 抵抗、 5001 ツェナーダイオード、 5002 抵抗、 5003 抵抗、 5004 トランジスタ、 5005 コンデンサ、 5006 抵抗、 5007 抵抗、 5008 トランジスタ、 5009 電流検出抵抗、 6001 サーミスタ、 6002 抵抗、 6003 トランジスタ、 6004 抵抗、 6005 抵抗、 6006 コンデンサ、 6007 トランジスタ、 6008 電流検出抵抗。

Claims (19)

  1. AC入力電圧の全波整流電圧を受けて、スイッチング素子をスイッチングしてコイルで昇圧し、前記スイッチング素子に流れる一次電流に対し、該一次電流が流れる電流検出抵抗間電圧が所定値以上になると過電流と判断するPFC制御部と、前記コイルで昇圧された一次電圧を平滑するコンデンサと、前記一次電圧をフィードバックする電圧フィードバック部とを有するPFC回路と、
    前記AC入力電圧がオフになると、前記電流検出抵抗として、第1の電流検出抵抗に第2の電流検出抵抗を並列に接続した構成とする第1の過電流閾値切替回路と、
    前記一次電圧が第1の基準値まで低下するのを検出し、前記電流検出抵抗として、前記第1の電流検出抵抗に第3の電流検出抵抗を並列に接続した構成とする第2の過電流閾値切替回路と
    を備え、
    前記AC入力電圧がオフになり、且つ前記一次電圧が前記第1の基準値まで低下したとき、前記電流検出抵抗として、前記第1の電流検出抵抗と前記第2の電流検出抵抗と前記第3の電流検出抵抗とを並列に接続した構成とすることを特徴とする電源装置。
  2. 前記AC入力電圧が第2の基準値を超えるのを検出し、前記第1の電流検出抵抗に第4の電流検出抵抗値を直列に接続した構成とする第3の過電流閾値切替回路を備えたことを特徴とする請求項1記載の電源装置。
  3. 前記第2の過電流閾値切替回路は、前記一次電圧が前記第1の基準値を超えた際に、前記第1の電流検出抵抗に対する前記第3の電流検出抵抗の並列接続状態を解除するタイミングを遅延することを特徴とする請求項1又は2記載の電源装置。
  4. 前記第2の基準値は、AC100Vより高くAC230Vより低いことを特徴とする請求項2記載の電源装置。
  5. 前記AC入力電圧が第3の基準値以下になると、前記第1の電流検出抵抗に第5の電流検出抵抗を並列に接続した構成とする第4の過電流閾値切替回路と、
    前記第1の電流検出抵抗と第5の電流検出抵抗とが並列に接続された後、所定のタイミングで、前記第1の電流検出抵抗に対して並列に接続されている第6の電流検出抵抗に電流が流れない構成とする第5の過電流閾値切替回路と
    を備えたことを特徴とする請求項1から4までの何れかに記載の電源装置。
  6. 前記第5の過電流閾値切替回路は、前記第1の電流検出抵抗と第5の電流検出抵抗とが並列に接続された後、所定時間経過後に前記第6の電流検出抵抗に電流が流れない構成とすることを特徴とする請求項5記載の電源装置。
  7. 第5の過電流閾値切替回路は、温度検知手段の温度が所定の温度以上になると、前記第6の電流検出抵抗に電流が流れない構成とすることを特徴とする請求項5記載の電源装置。
  8. 前記一次電圧をDC-DC変換するDC-DC変換部を備えたことを特徴とする請求項1から7までの何れかに記載の電源装置。
  9. AC入力電圧の全波整流電圧を受けて、スイッチング素子をスイッチングしてコイルで昇圧し、前記スイッチング素子に流れる一次電流が閾値を超えたときに過電流と判断するPFC制御部と、
    前記コイルで昇圧された一次電圧を平滑するコンデンサと、
    前記閾値を切り替える過電流閾値切替部と
    を備え、
    前記過電流閾値切替部は、
    前記AC入力電圧がオフになると、前記閾値を第1の閾値から該第1の閾値よりも第1の増加分だけ高い第2の閾値に切り替える第1の過電流閾値切替回路と、
    前記一次電圧が第1の基準値まで低下するのを検出し、前記閾値を第1の閾値から該第1の閾値よりも第2の増加分だけ高い第3の閾値に切り替える第2の過電流閾値切替回路と
    を備え、
    前記AC入力電圧がオフになり、且つ前記一次電圧が前記第1の閾値まで低下したとき、前記閾値を、前記第1の増加分と前記第2の増加分とを加えた第4の閾値に切り替えることを特徴とする電源装置。
  10. 前記AC入力電圧が第2の基準値を超えるのを検出し、前記閾値を前記第1の閾値よりも低い第5の閾値に切り替える第3の過電流閾値切替回路を備えたことを特徴とする請求項9記載の電源装置。
  11. 前記第2の過電流閾値切替回路は、前記一次電圧が前記第1の基準値を超えた際に、前記第1の閾値に戻すタイミングを遅延することを特徴とする請求項9又は10記載の電源装置。
  12. 前記第2の基準値は、AC100Vより高くAC230Vより低いことを特徴とする請求項10記載の電源装置。
  13. 前記AC入力電圧が第3の基準値以下になると、前記閾値を前記第1の閾値よりも高い第6の閾値に切り替える第4の過電流閾値切替回路と、
    前記第4の過電流閾値切替回路によって前記閾値が前記第6の閾値に切り替えられた後、所定のタイミングで、前記閾値を前記第1の閾値よりも低い第7の閾値に切り替える第5の過電流閾値切替回路と
    を備えたことを特徴とする請求項9から12までの何れかに記載の電源装置。
  14. 前記第5の過電流閾値切替回路は、前記第6の閾値に切り替えられた後、所定時間経過後に前記第7の閾値に切り替えることを特徴とする請求項13記載の電源装置。
  15. 前記第5の過電流閾値切替回路は、前記第6の閾値に切り替えられた後、温度検知手段の温度が所定の温度以上になると前記第7の閾値に切り替えることを特徴とする請求項13記載の電源装置。
  16. 前記温度検知手段は、前記コイル、又は前記AC入力電圧の低下により部品の最大定格温度を超える恐れのある部品の温度を検知することを特徴とする請求項7又は請求項15記載の電源装置。
  17. 前記一次電圧をDC-DC変換するDC-DC変換部を備えたことを特徴とする請求項9から16までの何れかに記載の電源装置。
  18. 前記AC入力電圧のACゼロクロス点に対応するパルスを出力するACゼロクロス検出回路を有し、
    前記ACゼロクロス検出回路による前記パルスが停止するとオフになったことを検出する請求項1から17までの何れかに記載の電源装置。
  19. 請求項1から18までの何れかに記載の電源装置と、
    給紙部と、
    画像形成部と、
    定着部と、
    用紙排出部と
    を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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