JP2024009458A - 電源装置、画像形成装置および電源装置の異常検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電源装置に搭載されるトランスの特性がばらつく場合にも、使用電圧範囲を狭めることなくトランスが破損する前にトランスに供給される高電圧を検知する。【解決手段】電源装置は、交流電源から供給される第１交流電圧を降圧して第２交流電圧を生成するトランスと、前記第２交流電圧を整流して脈流を生成する整流回路と、前記脈流を平滑化して直流電圧を生成する平滑回路と、前記脈流のゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号回路と、前記直流電圧が電圧閾値を超え、かつ、前記ゼロクロス信号のデューティ比が比率閾値を超えたときに前記第１交流電圧の異常を検知する異常検知部と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、電源装置、画像形成装置および電源装置の異常検知方法に関する。

画像形成装置に搭載される電源装置において、入力電圧のゼロクロス信号のデューティ比に基づいて入力電圧の高電圧を検知し、高電圧を検知した場合、定着装置への電力の供給を停止する手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、電源装置に含まれるトランスの出力電圧は、入力電圧に追従して変化するが、入力電圧が所定以上高い場合、トランスの出力電圧の波形に歪みが発生する場合がある。このため、トランスの出力電圧のゼロクロス信号のデューティ比に基づいて入力電圧の高電圧を検知し、トランスへの電力の供給を停止する場合、個々のトランスの特性のばらつきにより、高電圧の検知点もばらついてしまう。

高電圧の検知点は、トランスが破損するおそれがある破損電圧範囲に含まれることを避けるため、例えば、破損電圧範囲に対して所定の余裕だけ低い電圧に設定される。これにより、電源装置への入力電圧の使用電圧範囲が狭くなるおそれがある。使用電圧範囲を狭めないためには、例えば、トランスの容量を大きくし、破損電圧範囲の最小電圧を上げる必要がある。しかしながら、トランスの容量を大きくする場合、トランスのサイズが大きくなる。これにより、トランスのコストが増加し、基板の実装面積が増大するため、電源装置のコストが増加する。

上記の課題に鑑み、本発明は、電源装置に搭載されるトランスの特性がばらつく場合にも、使用電圧範囲を狭めることなくトランスが破損する前にトランスに供給される高電圧を検知することを目的とする。

上記技術的課題を解決するため、本発明の一形態の電源装置は、交流電源から供給される第１交流電圧を降圧して第２交流電圧を生成するトランスと、前記第２交流電圧を整流して脈流を生成する整流回路と、前記脈流を平滑化して直流電圧を生成する平滑回路と、前記脈流のゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号回路と、前記直流電圧が電圧閾値を超え、かつ、前記ゼロクロス信号のデューティ比が比率閾値を超えたときに前記第１交流電圧の異常を検知する異常検知部と、を有する。

電源装置に搭載されるトランスの特性がばらつく場合にも、使用電圧範囲を狭めることなくトランスが破損する前にトランスに供給される高電圧を検知することができる。

本発明の一実施形態に係る電源装置が搭載される画像形成装置の一例を示す全体構成図である。 図１の電源装置の一例を示すブロック図である。 図２の交流電源部内に設けられるトランス保護機能の一例を示すブロック図である。 図３の平滑回路、ゼロクロス信号回路および異常検知部の一例を示す回路ブロック図である。 図２の交流電源部内に設けられるトランス保護機能の別の例を示すブロック図である。 図４のゼロクロス信号回路が生成するゼロクロス信号の波形の例を示す図である。 入力電圧とゼロクロス信号のデューティ比との関係を示す特性図である。 直流電圧とゼロクロス信号のデューティ比とをそれぞれ利用して入力電圧の高電圧を検知する例を示す図である。 電圧閾値の設定と比率閾値の設定とを組み合わせて入力電圧の高電圧を検知する例を示す図である。 図３のトランスの磁気飽和領域のばらつきの例を示す図である。 図３の異常検知部による入力電圧の異常検知方法の一例を示すフロー図である。

以下、図面を用いて実施形態を説明する。以下では、電圧が伝達される電圧線には、電圧名と同じ符号を使用し、信号が伝達される信号線には、信号名と同じ符号を使用する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

図１は、本発明の一実施形態に係る電源装置が搭載される画像形成装置の一例を示す全体構成図である。図１に示す画像形成装置１は、例えば、複写機能、プリント機能、スキャナ機能およびファクシミリ機能等を有するデジタル複合機（ＭＦＰ：Multi-Function Printer）である。画像形成装置１は、画像形成装置１の操作部のアプリケーション切り替えキー等により、複写機能、プリント機能、スキャナ機能およびファクシミリ機能をそれぞれ実現する動作モードを相互に切り替えることが可能である。画像形成装置１は、複写機能の選択時には複写モードとなり、プリント機能の選択時にはプリントモードとなり、スキャナ機能の選択時にはスキャナモードとなり、ファクシミリ機能の選択時にはファクシミリモードとなる。

また、画像形成装置１は、内部回路の状態に応じて、内部状態が通常モードまたは省エネモード（省電力モード）等に切り替わる。例えば、通常モードは、動作中モード（動作している状態）および待機モード（待機している状態）を有する。

例えば、動作中モードは、画像またはテキストデータ等を紙媒体等に印刷する複写モードまたはプリントモードを含む。プリントモードは、ファクシミリモードにおいて受信データを紙媒体等に印刷する動作を含む。また、動作中モードは、原稿等をスキャンするスキャナモードまたはファクシミリモードにおける送受信動作を含む。内部回路の状態は、画像形成装置１のユーザによる操作部の操作または画像形成装置１内での制御により切り替わる。

例えば、画像形成装置１は、自動原稿送り装置２（ＡＤＦ：Auto Document Feeder）、画像読み取り装置３、書き込みユニット４、プリンタユニット５、操作部１１、制御装置１２および電源装置２０を有する。プリンタユニット５は、感光体ドラム６、現像装置７、搬送ベルト８および定着装置９と、給紙トレイ１０が収納される収納空間とを有する。

電源装置２０は、電源ケーブル３０を介して商用電源４０に接続され、商用電源４０から供給される交流電圧を使用して、例えば、交流電圧および直流電圧を生成して負荷に電力として供給する機能を有する。商用電源４０は、交流電源の一例である。例えば、電力が供給される負荷として、自動原稿送り装置２、画像読み取り装置３、書き込みユニット４、プリンタユニット５および操作部１１等がある。

プリンタユニット５は、画像情報に基づいて紙媒体等に転写するトナー像を作成する。プリンタユニット５は、画像を形成する画像形成部の一例である。以下、画像形成装置１での画像の形成の流れの一例として、動作モードが複写モードに設定されている場合について簡単に説明する。

複写モードでは、複写の対象である原稿束（複数枚の原稿）が自動原稿送り装置２にセットされ、あるいは、複写の対象である原稿が画像読み取り装置３上にセットされる。操作部１１に表示されるスタートボタンが押されると、自動原稿送り装置２は、原稿を１枚ずつ画像読み取り装置３に給送する。画像読み取り装置３は、自動原稿送り装置２から順に送られる原稿の各々または画像読み取り装置３にセットされた原稿の画像情報を読み取る。画像読み取り装置３により読み取られた画像情報は、例えば、制御装置１２に搭載される画像処理部により処理される。

書き込みユニット４は、画像処理部により処理された画像情報を光情報に変換する。感光体ドラム６は、感光体ドラム６に対向する位置に配置される帯電器により一様に帯電された後、書き込みユニット４により変換された光情報を含むレーザ光により露光される。露光により、感光体ドラム６上には静電潜像が形成される。現像装置７は、感光体ドラム６上の静電潜像を現像し、感光体ドラム６上にトナー像を形成する。搬送ベルト８は、トナー像を紙媒体等に転写する。定着装置９は、トナー像を紙媒体等に定着させる。そして、原稿の画像が複写された転写紙は、排出部から排出される。

操作部１１は、ユーザの操作に応じた各種の入力を受け付けるとともに、操作部１１の表示部に各種の情報を表示する。例えば、操作部１１に表示される情報は、入力を受け付けた操作を示す情報、画像形成装置１の動作状況を示す情報、または、画像形成装置１の設定状態を示す情報などである。例えば、操作部１１の制御基板は、電源装置からの直流電圧を受けて常時動作する。このため、操作部１１は、通常モード中だけでなく、省エネモード中にも各種の入力を受け付けることができる。

制御装置１２は、内蔵するＣＰＵ等のコントローラに制御プログラムを実行させることで、プリンタユニット５の制御、通信の制御および操作部１１への入力の制御等、画像形成装置１の全体の動作を制御する。そして、制御装置１２は、画像処理プログラムまたはデータ処理プログラムを実行することで画像処理またはデータ処理を実施し、紙媒体等に転写する画像を形成する。制御装置１２は、例えば、通常モード中に直流電圧を受けて動作し、省エネモード中に動作を停止する。

なお、図１では、電源装置２０が画像形成装置１に搭載される例が示されている。しかしながら、電源装置２０は、例えば、スキャナ、プリンタまたはファクシミリ等の単一の機能を有する画像形成装置に搭載されてもよい。あるいは、電源装置２０は、プロジェクタ、電子黒板、デジタルサイネージ、撮像装置、ＰＣ（Personal Computer）等の電子機器に搭載されてもよい。

図２は、図１の電源装置２０の一例を示すブロック図である。電源装置２０は、交流電源部２００および直流電源部３００を有する。交流電源部２００は、電源ケーブル３０を介して商用電源４０から供給される交流電圧に基づいて、図１の定着装置９等に供給する交流電圧ＡＣを生成する。直流電源部３００は、商用電源４０から供給される交流電圧に基づいて、直流電圧ＤＣを生成する。例えば、直流電圧ＤＣは、図１のプリンタユニット５の他、操作部１１、自動原稿送り装置２、画像読み取り装置３および書き込みユニット４等に供給される。

交流電源部２００は、定着装置９に供給する交流電圧を制御するトライアックおよび後述するトランス保護機能等を含む電源制御部２１０を有する。電源制御部２１０は、商用電源４０から電源制御部２１０への交流電圧の供給経路に設けられるリレー等のスイッチＳＷを介して商用電源４０に接続され、交流電圧ＡＣの負荷への供給を制御する。

スイッチＳＷは、電源装置２０の電源のオン時にオンされ、電源装置２０の電源のオフ時にオフされる。また、画像形成装置１のユーザに対する安全性を確保するため、スイッチＳＷは、プリンタユニット５が収納される画像形成装置１の本体部のカバーが開けられたときにオフされ、カバーが閉められたときにオンされる。なお、直流電源部３００は、スイッチＳＷのオン／オフにかかわらず、商用電源４０から交流電圧を受けている間、直流電圧ＤＣを生成する。

図３は、図２の交流電源部２００内に設けられるトランス保護機能の一例を示すブロック図である。電源制御部２１０は、トランス２１１、整流回路２１２、平滑回路２１３、ゼロクロス信号回路２１４および異常検知部２１５を有する。トランス保護機能は、平滑回路２１３、ゼロクロス信号回路２１４、異常検知部２１５およびスイッチＳＷにより実現される。また、平滑回路２１３、ゼロクロス信号回路２１４および異常検知部２１５は、トランス保護回路として機能する。

トランス２１１は、商用電源４０からの交流電圧ＡＣＩＮを、入力側巻き数と出力側巻き数の比に応じて降圧し、交流電圧ＡＣ１として出力する。例えば、交流電圧ＡＣ１は、トランス出力として定着装置９等に供給される。交流電圧ＡＣＩＮは、第１交流電圧の一例であり、交流電圧ＡＣ１は、第２交流電圧の一例である。以下では、商用電源４０から供給される交流電圧ＡＣＩＮは、入力電圧ＡＣＩＮとも称され、トランス２１１が出力する交流電圧ＡＣ１は、トランス出力電圧ＡＣ１とも称される。

整流回路２１２は、例えば、ダイオードブリッジを含む全波整流回路であり、トランス出力電圧ＡＣ１を整流し、交流電圧ＡＣ２として出力する。整流回路２１２から出力される交流電圧ＡＣ２は、トランス出力電圧ＡＣ１の負電圧側を正電圧側に反転させた脈流となる。

平滑回路２１３は、交流電圧ＡＣ２を平滑化して直流電圧ＡＣＶを生成する。ゼロクロス信号回路２１４は、交流電圧ＡＣ２が電圧α（図６）を通過する毎に電圧値が反転するゼロクロス信号ＺＣＲＳを生成する。

異常検知部２１５は、平滑回路２１３から出力される直流電圧ＡＣＶの値と、ゼロクロス信号回路２１４から出力されるゼロクロス信号ＺＣＲＳとに基づいて、入力電圧ＡＣＩＮの異常を検知した場合、エラー信号ＥＲＲをスイッチＳＷに出力する。なお、異常検知部２１５は、入力電圧ＡＣＩＮの異常を検知した場合、エラー信号ＥＲＲをスイッチＳＷに出力するとともに、図２の操作部１１に設けられる表示部にトランス２１１の異常を示すエラー情報を表示させてもよい。

さらに、異常検知部２１５は、トランス２１１、整流回路２１２および平滑回路２１３の特性に基づいて、直流電圧ＡＣＶからトランス２１１に入力された入力電圧ＡＣＩＮの電圧値を算出可能してもよい。異常検知部２１５は、算出した入力電圧ＡＣＩＮの電圧値が異常の場合、操作部１１の表示部に電圧値の異常を示すエラー情報を電圧値とともに表示させてもよい。また、異常検知部２１５は、入力電圧ＡＣＩＮの電圧値が異常でない場合にも、操作部１１の表示部に入力電圧ＡＣＩＮの電圧値を表示させてもよい。これにより、画像形成装置１のユーザに、入力電圧ＡＣＩＮが正常であることを認識させることができる。

図４は、図３の平滑回路２１３、ゼロクロス信号回路２１４および異常検知部２１５の一例を示す回路ブロック図である。平滑回路２１３は、抵抗素子Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、容量素子Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５およびオペアンプＯＰ１、ＯＰ２を有する。平滑回路２１３は、交流電圧ＡＣ２の高周波成分をカットし、脈動成分のリップルを平滑にすることで直流電圧ＡＣＶを生成する。直流電圧ＡＣＶの値は、商用電源４０からの入力電圧ＡＣＩＮの上昇に応じて上昇する。

ゼロクロス信号回路２１４は、抵抗素子Ｒ９、Ｒ１０およびトランジスタＴｒを有し、エミッタ接地回路として動作する。抵抗素子Ｒ９、Ｒ１０は、交流電圧ＡＣ２の電圧値を分圧した電圧をトランジスタＴｒのベースに供給する。トランジスタＴｒは、ベースでオン電圧以上の電圧を受けた場合にオンする。これにより、コレクタ－エミッタ間が導通し、ゼロクロス信号ＺＣＲＳの電圧は、接地電圧ＧＮＤ（ロウレベル）になる。トランジスタＴｒは、ベースでオン電圧未満の電圧を受けた場合にオフする。これにより、コレクタ－エミッタ間が遮断され、ゼロクロス信号ＺＣＲＳの電圧は、異常検知部２１５のプルアップ抵抗Ｒ２０に接続された電源電圧Ｖｃｃ（ハイレベル）になる。例えば、電源電圧Ｖｃｃは、図２の直流電源部３００により生成される。

電圧αは、トランジスタＴｒのベースにオン電圧が印加されるときの交流電圧ＡＣ２である。すなわち、トランジスタＴｒは、整流回路２１２から電圧α以上の交流電圧ＡＣ２が出力されるときにオンし、整流回路２１２から電圧α未満の交流電圧ＡＣ２が出力されるときにオフする。以上より、ゼロクロス信号回路２１４は、整流回路２１２から出力される交流ＡＣ２の波形の変化に同期して、電圧αをゼロクロス点とするゼロクロス信号ＺＣＲＳを生成することができる。

異常検知部２１５は、プルアップ抵抗Ｒ２０および制御用のＩＣ２１６を有する。ＩＣ２１６は、直流電圧ＡＣＶの値とゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比とに基づいて、入力電圧ＡＣＩＮの異常を検知してエラー信号ＥＲＲをスイッチＳＷに出力し、スイッチＳＷをオフさせる。これにより、トランス２１１への入力電圧ＡＣＩＮの供給が停止されるため、トランス２１１の故障または破壊を抑止することができる。なお、ＩＣ２１６は、ゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比を取得する時間計測手段としてタイマを有する。

図５は、図２の交流電源部内に設けられるトランス保護機能の別の例を示すブロック図である。図３と同じ要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図５に示す電源制御部２１０Ａは、図２の電源制御部２１０の代わりに交流電源部２００に設けられる。

電源制御部２１０Ａは、トランス２１１、整流回路２１２、ゼロクロス信号回路２１４および異常検知部２１５Ａを有する。すなわち、電源制御部２１０は、図３の平滑回路２１３を有しておらず、図３の異常検知部２１５の代わりに異常検知部２１５Ａを有する。

トランス保護機能は、ゼロクロス信号回路２１４、異常検知部２１５ＡおよびスイッチＳＷにより実現される。また、ゼロクロス信号回路２１４および異常検知部２１５Ａは、トランス保護回路として機能する。異常検知部２１５Ａは、ゼロクロス信号回路２１４から出力されるゼロクロス信号ＺＣＲＳの周波数に基づいて、トランス２１１の異常を検知した場合、エラー信号ＥＲＲをスイッチＳＷに出力する。

図６は、図４のゼロクロス信号回路２１４が生成するゼロクロス信号ＺＣＲＳの波形の例を示す図である。ゼロクロス信号ＺＣＲＳの波形において、パルス幅に対応する時間ｔ１およびパルスの周期は、ＩＣ２１６の内部に設けられるタイマにより計測される。ゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比は、式（１）により表される。
ＺＣＲＳのデューティ比＝ｔ１／周期 …（１）

トランス出力電圧ＡＣ１の波形は、使用電圧範囲では商用電源４０からの入力電圧ＡＣＩＮの波形に比例する（図６（ａ）、（ｂ））。入力電圧ＡＣＩＮが高くなり、トランス出力電圧ＡＣ１が使用電圧範囲を超えると、トランス２１１のコアの磁束が飽和し、インダクタンスが下がる。これにより、トランス出力電圧ＡＣ１は、電圧がゼロ点をまたぐゼロクロス点付近で変化量が小さくなり、歪みが発生する（図６（ｃ））。

整流回路２１２から出力される交流電圧ＡＣ２は、トランス２１１から出力されるトランス出力電圧ＡＣ１の波形の負電圧側を反転させた脈流電圧となる。ゼロクロス信号ＺＣＲＳは、交流電圧ＡＣ２が電圧α以上のとき接地電圧ＧＮＤとなり、交流電圧ＡＣ２が電圧α未満のとき電源電圧Ｖｃｃとなる。

トランス出力電圧ＡＣ１の使用電圧範囲内では、トランス出力電圧ＡＣ１が高いほど交流電圧ＡＣ２のゼロクロス点付近での時間当たりの変化量が大きくなる。これにより、交流電圧ＡＣ２が電圧αを下回る時間が短くなり、ゼロクロス信号ＺＣＲＳのハイレベル期間である時間ｔ１が短くなり、ゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比が小さくなる。

トランス出力電圧ＡＣ１がさらに大きくなり使用電圧範囲を超えると（図６（ｃ））、トランス出力電圧ＡＣ１の波形が歪む。これに伴い、交流電圧ＡＣ２の波形も歪み、ゼロクロス点付近での交流電圧ＡＣ２の変化量が小さくなる。これにより、ゼロクロス信号ＺＣＲＳのハイレベル期間である時間ｔ１が長くなり、ゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比が大きくなる。

図７は、入力電圧ＡＣＩＮとゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比との関係を示す特性図である。例えば、トランス２１１の磁気飽和が起きない入力電圧ＡＣＩＮの領域は、線形領域と称される。トランス２１１の磁気飽和が起きる入力電圧ＡＣＩＮの領域は、磁気飽和領域と称される。磁気飽和領域では、図６（ｃ）に示したように、トランス出力電圧ＡＣ１と交流電圧ＡＣ２の波形に歪みが発生する。磁気飽和領域において、入力電圧ＡＣＩＮがさらに高く、一定時間以上の使用によりトランス２１１が破損するおそれがある領域は、トランス破損領域と称される。

通常、トランス２１１は、トランス出力電圧ＡＣ１が歪まない領域で使用される。この実施形態では、異常検知部２１５は、トランス２１１の磁気飽和領域でのトランス出力電圧ＡＣ１の波形の歪みに伴う交流電圧ＡＣ２の波形の歪みを利用して、トランス２１１が破損に至る前の入力電圧ＡＣＩＮの高電圧を検知する。高電圧を検知したい領域は、動作保証電圧より大きく、かつ、トランス２１１が破損する可能性のあるトランス破損領域よりも低い入力電圧ＡＣＩＮの領域である。そのため、式（２）に示すように電圧検知点を定める必要がある。
動作保証電圧＜電圧検知点＜トランス破損領域 …（２）

例えば、トランス２１１の磁気飽和領域内でのトランス出力電圧ＡＣ１の上昇に伴いゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比が大きくなる特性を利用して、ゼロクロス信号ＺＣＲＳの比率閾値が設定される。これにより、トランス２１１が破損に至る前に入力電圧ＡＣＩＮの高電圧を検知することができる。一方、図７に示す線形領域では、入力電圧ＡＣＩＮの上昇に伴いゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比は小さくなる。以下では、ゼロクロス信号ＺＣＲＳの比率閾値は、単に比率閾値とも称される。

このため、トランス２１１が破損に至る前に高電圧が検知されるように比率閾値が設定される場合、動作保証電圧の範囲において、設定された比率閾値以上の領域が存在する。このため、動作保証電圧の範囲においても入力電圧ＡＣＩＮの高電圧が誤検知される場合がある。すなわち、比率閾値を利用して入力電圧ＡＣＩＮの高電圧を検知する場合、入力電圧ＡＣＩＮの高電圧側だけでなく、入力電圧ＡＣＩＮの低電圧側においても高電圧が検知されてしまう。

図８は、直流電圧ＡＣＶとゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比とをそれぞれ利用して入力電圧ＡＣＩＮの高電圧を検知する例を示す図である。図８（ａ）は、入力電圧ＡＣＩＮと直流電圧ＡＣＶとの関係を示す。図８（ｂ）は、図７と同様に、入力電圧ＡＣＩＮとゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比との関係を示す。

図８（ａ）において、直流電圧ＡＣＶは、線形領域では入力電圧ＡＣＩＮの上昇に応じて線形に上昇する。直流電圧ＡＣＶは、磁気飽和領域ではトランス２１１から出力される交流電圧ＡＣ１が歪むことにより、入力電圧ＡＣＩＮの上昇に対する変化量が小さくなる。また、直流電圧ＡＣＶの特性は、トランス２１１の特性のばらつきに起因して２つの破線ＤＬ１ａ、ＤＬ２ａで挟まれる範囲にばらつく。

例えば、破線ＤＬ２ａで示す特性に合わせて、直流電圧ＡＣＶの電圧閾値が、入力電圧ＡＣＩＮが動作保証電圧を超える電圧値Ｖ２に設定されるとする。この場合、異常検知部２１５は、入力電圧ＡＣＩＮが動作保証電圧を超えた電圧値ＶＬａ以上のときに入力電圧ＡＣＩＮの高電圧を検知する。しかしながら、電圧閾値を電圧値Ｖ２に設定した場合、破線ＤＬ１ａに示す特性では、入力電圧ＡＣＩＮの高電圧の検知は、トランス破損領域に含まれる電圧値ＶＨａ以上になってしまう。この場合、入力電圧ＡＣＩＮの高電圧は、電圧値ＶＨａになってから検知されるため、トランス２１１を保護することができない。

また、入力電圧ＡＣＩＮの高電圧がトランス破損領域で検知されることを抑止するため、直流電圧ＡＣＶの電圧閾値が、電圧値Ｖ２より低い電圧値Ｖ１に設定されるとする。この場合、破線ＤＬ２ａで示す特性時に、入力電圧ＡＣＩＮが動作保証電圧の場合にも高電圧が検知されてしまう。電圧値Ｖ１は、トランス２１１の特性のワースト条件下において、トランス２１１の破損領域に上昇する前の入力電圧ＡＣＩＮに対応する直流電圧ＡＣＶの電圧値である電圧閾値の一例である。

このように、直流電圧ＡＣＶの電圧閾値を設定するだけでは、トランス２１１を適切に保護することができない場合がある。直流電圧ＡＣＶの電圧閾値のみを利用して入力電圧ＡＣＩＮの高電圧を検知する場合、トランス２１１の容量を大きくしてトランス破損領域の電圧を上げる必要がある。あるいは、直流電圧ＡＣＶの電圧閾値と動作保証電圧を両方下げる必要がある。以下では、直流電圧ＡＣＶの電圧閾値は、単に電圧閾値とも称される。

図８（ｂ）では、ゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比の特性は、トランス２１１の特性のばらつきに起因して２つの破線ＤＬ１ｂ、ＤＬ２ｂで挟まれる範囲にばらつく。例えば、図８（ｂ）では、ゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比の比率閾値が、破線ＤＬ１ｂの特性に合わせて、入力電圧ＡＣＩＮがトランス破損領域に含まれない電圧ＶＨｂに対応するデューティ比ＤＲに設定されるとする。値ＤＲは、トランス２１１の特性のワースト条件下において、トランス２１１の破損領域に上昇する前の入力電圧ＡＣＩＮに対応するゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比である比率閾値の一例である。

この場合、入力電圧ＡＣＩＮがトランス破損領域の手前の電圧値ＶＨｂを超えたときに入力電圧ＡＣＩＮの高電圧が検知される。このとき、破線ＤＬ２ｂの特性においても、トランス破損領域の手前で入力電圧ＡＣＩＮの高電圧を検知することができる。しかしながら、線形領域において入力電圧ＡＣＩＮが電圧値ＶＬｂより低い場合にも入力電圧ＡＣＩＮの高電圧が検知される場合がある。このため、比率閾値を設定するだけでは、入力電圧ＡＣＩＮの高電圧が誤検知されるおそれがある。

図８（ａ）または図８（ｂ）単独での検知方法は、３つの問題がある。
（１）ゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比の比率閾値を値ＤＲに設定する場合、入力電圧ＡＣＩＮの高電圧の検知の開始電圧が動作保証電圧内に含まれるため、誤検知してしまう。
（２）直流電圧ＡＣＶの閾値を電圧値Ｖ２に設定する場合、入力電圧ＡＣＩＮの高電圧の検知の開始電圧がトランス破損領域に含まれるため、トランス２１１が破損するおそれがある。
（３）直流電圧ＡＣＶの閾値を電圧値Ｖ１に設定する場合、入力電圧ＡＣＩＮの高電圧の検知の開始電圧が動作保証電圧に含まれるため、誤検知してしまう。

図９は、電圧閾値の設定と比率閾値の設定とを組み合わせて入力電圧ＡＣＩＮの高電圧を検知する例を示す図である。図９では、上述した（１）、（２）、（３）により電圧閾値と比率閾値とを設定した場合の入力電圧ＡＣＩＮの高電圧の検知の開始電圧のばらつきが太枠の矢印で示される。

この実施形態では、（１）、（３）が組み合わせられる。この場合、式（３）に示すように、異常検知部２１５は、（１）、（３）の両方を満たした場合、入力電圧ＡＣＩＮの高電圧を検知してエラー信号ＥＲＲをスイッチＳＷに出力する。
直流電圧ＡＣＶ＞Ｖ１ かつ ゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比＞ＤＲ …（３）

（１）において、入力電圧ＡＣＩＮが低電圧側の検知開始電圧以下の場合、高電圧の検知条件を満たす。しかしながら、この電圧範囲では、（１）、（３）の高電圧の検知範囲が重複しないため、異常検知部２１５は、入力電圧ＡＣＩＮの高電圧を検知しない。すなわち、動作保証電圧の範囲内において入力電圧ＡＣＩＮの高電圧の検知を抑止することができる。

（３）において、入力電圧ＡＣＩＮが検知開始電圧以上の場合、高電圧の検知条件を満たす。しかしながら、（１）の高電圧側検知開始電圧までは、（１）、（３）の高電圧の検知範囲が重複しないため、異常検知部２１５は、入力電圧ＡＣＩＮの高電圧を検知しない。入力電圧ＡＣＩＮが（１）の高電圧側検知開始電圧以上になった場合、（１）、（３）の高電圧の検知範囲が重複し、式（３）の条件を満たすため、異常検知部２１５は、入力電圧ＡＣＩＮの高電圧を検知する。そして、異常検知部２１５は、エラー信号ＥＲＲをスイッチＳＷに出力する。

このように、電圧閾値と比率閾値とを組み合わせることで、入力電圧ＡＣＩＮの高電圧の検知範囲を適切に設定することができる。すなわち、異常検知部２１５は、入力電圧ＡＣＩＮが動作保証電圧以上、かつ、トランス破損領域以下の範囲内で入力電圧ＡＣＩＮの異常を検知することができる。したがって、トランス２１１の容量を大きくしてトランス破損領域の電圧を上げる必要はなく、電圧閾値と動作保証電圧を両方下げる必要もない。

図１０は、図３のトランス２１１の磁気飽和領域のばらつきの例を示す図である。トランス２１１の磁気飽和が始まる点（以下、磁気飽和点）はトランス２１１によりばらつきがある。そのため、トランス２１１が破損するおそれがあるトランス破損領域の開始電圧（以下トランス破損点）も磁気飽和点のばらつきに応じてばらつく。図９に示した入力電圧ＡＣＩＮの高電圧の検知方法では、トランス２１１の磁気飽和を検知しているため、検知電圧は、トランスの磁気飽和点のばらつきに応じて変化する。

例えば、磁気飽和点が定格のトランス（ａ）の磁気飽和点に対して低い場合（ばらつき（ｂ））、トランス破損点（ｂ）も定格のトランス（ａ）のトランス破損点（ａ）に比べて低くなる。また、磁気飽和が始まる入力電圧ＡＣＩＮが低くなるため、図９（１）の比率閾値ＤＲを使用した高電圧側検知開始電圧の最小の検知点（ｂ）も、定格のトランス（ａ）での最小の検知点（ａ）より低くなる。

例えば、トランス２１１の特性のばらつきにかかわらず入力電圧ＡＣＩＮの電圧検知点を定電圧に設定する場合、磁気飽和点が小さいトランス２１１では、トランス破損点（ｂ）が定電圧の電圧検知点より低くなるおそれがある。この場合、トランス２１１を保護できない場合がある。そのため、入力電圧ＡＣＩＮの高電圧を検知してトランス２１１を保護するためには、トランス２１１の容量を大きくするか、または、動作保証電圧の上限を下げる必要がある。この実施形態では、トランス破損点が入力電圧ＡＣＩＮの低い側にばらつく場合、検知点も低くなるため、トランス破損点より低い入力電圧ＡＣＩＮで、入力電圧ＡＣＩＮの高電圧（異常）を検知することができる。

一方、磁気飽和点が定格のトランス（ａ）の磁気飽和点に対して高い場合（ばらつき（ｃ））、トランス破損点（ｃ）も定格のトランス２１１のトランス破損点（ａ）に比べて高くなる。また、磁気飽和が始まる入力電圧ＡＣＩＮが高くなるため、比率閾値ＤＲを使用した高電圧側検知開始電圧の最小の検知点（ｃ）も、定格のトランス（ａ）での検知点（ａ）より高くなる。

例えば、入力電圧ＡＣＩＮの電圧検知点を定電圧にする場合、トランス２１１の特性のばらつきを考慮して、例えば、磁気飽和点が低いばらつき（ｂ）に合わせて、余裕を持たせて検知点が設定される。この場合、ばらつき（ｂ）よりトランス破損点が高いトランス２１１では、実際のトランス破損点よりもかなり前に高電圧が検知され、トランス２１１への入力電圧ＡＣＩＮの供給が停止される場合がある。すなわち、入力電圧ＡＣＩＮが異常電圧に到達していないのにもかかわらず、画像形成装置１が停止する場合がある。

これに対して、この実施形態では、個々のトランス２１１の特性に合わせてトランス破損点ぎりぎりまでトランス２１１に入力電圧ＡＣＩＮを供給することができ、電圧検知点を定電圧にする場合に比べて画像形成装置１のダウンタイムを短くすることができる。

このように、この実施形態では、トランス２１１の容量を上げることなく、かつ、入力電圧ＡＣＩＮの高電圧の検知のマージンを確保するために使用電圧範囲を狭くすることなく、トランス２１１を保護することができる。

図１１は、図３の異常検知部２１５による入力電圧ＡＣＩＮの異常検知方法の一例を示すフロー図である。例えば、図１１に示すフローは、画像形成装置１の電源がオンされたときに開始される。

まず、ステップＳ１０において、異常検知部２１５は、スイッチＳＷ（リレー）をオンする。スイッチＳＷのオンにより、トランス２１１への入力電圧ＡＣＩＮの供給が開始され、トランス２１１がトランスの出力電圧ＡＣ１の生成を開始する。平滑回路２１３は、直流電圧ＡＣＶの出力を開始し、ゼロクロス信号回路２１４は、ゼロクロス信号ＺＣＲＳの出力を開始する。

次に、ステップＳ１２において、異常検知部２１５は、ゼロクロス信号回路２１４から出力されるゼロクロス信号ＺＣＲＳを取得する。次に、ステップＳ１４において、異常検知部２１５は、平滑回路２１３から出力される直流電圧ＡＣＶを取得する。

次に、ステップＳ１６において、異常検知部２１５は、ステップＳ１２で取得したゼロクロス信号ＺＣＲＳのパルスの幅の時間ｔ１およびパルスの周期をタイマを使用して計測する。そして、異常検知部２１５は、上述した式（１）を使用して、ゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比を算出する。

次に、ステップＳ１８において、異常検知部２１５は、直流電圧ＡＣＶが電圧閾値Ｖ１より大きいか否かを判定する。直流電圧ＡＣＶが電圧閾値Ｖ１より大きい場合、入力電圧ＡＣＩＮが高電圧である可能性があるため、処理はステップＳ２０に移行される。直流電圧ＡＣＶが電圧閾値Ｖ１以下の場合、入力電圧ＡＣＩＮが高電圧である可能性がないため、処理はステップＳ１２に戻される。

ステップＳ２０において、異常検知部２１５は、ゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比が比率閾値ＤＲより大きいか否かを判定する。デューティ比が比率閾値ＤＲより大きい場合、入力電圧ＡＣＩＮが高電圧であり、トランス２１１が破損するおそれがあるため、処理はステップＳ２２に移行される。デューティ比が比率閾値ＤＲ以下の場合、入力電圧ＡＣＩＮが高電圧でないため、処理はステップＳ１２に戻される。

ステップＳ２２において、異常検知部２１５は、入力電圧ＡＣＩＮの異常（高電圧）を検知する。すなわち、異常検知部２１５は、トランス２１１が破損するおそれがある高電圧が入力電圧ＡＣＩＮとしてトランス２１１に入力されていると判断する。

次に、ステップＳ２４において、異常検知部２１５は、スイッチＳＷ（リレー）をオフし、例えば、操作部１１の表示部に入力電圧ＡＣＩＮの電圧値の異常等を表示させ、図１１に示す処理を終了する。スイッチＳＷのオフにより、画像形成装置１による画像の形成動作は停止される。スイッチＳＷのオフにより、トランス２１１に異常な高電圧が入力されることを抑止できるため、トランス２１１の故障または破損を抑止することができる。また、表示部に異常を表示することで、入力電圧ＡＣＩＮの電圧値の異常等を画像形成装置１のユーザに認識させることができる。

以上、この実施形態では、異常検知部２１５は、直流電圧ＡＣＶの電圧閾値とゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比の比率閾値とに基づいて、入力電圧ＡＣＩＮの異常（高電圧）を検知することができる。これにより、電源装置２０に搭載されるトランス２１１の特性がばらつく場合にも、入力電圧ＡＣＩＮの使用電圧範囲を狭めることなくトランス２１１が破損する前にトランス２１１に供給される高電圧を検知することができる。

異常検知部２１５は、入力電圧ＡＣＩＮの異常を検知した場合、エラー信号ＥＲＲをスイッチＳＷに出力し、スイッチＳＷをオフさせ、トランス２１１への入力電圧ＡＣＩＮの供給を停止させる。これにより、トランス２１１に異常な高電圧が入力されることを抑止することができ、トランス２１１の故障または破壊を抑止することができる。この結果、電源装置２０が搭載される画像形成装置１等の電子機器の故障を抑止することができ、画像形成装置１の信頼性の低下を抑制することができる。

ゼロクロス信号ＺＣＲＳのデューティ比は、入力電圧ＡＣＩＮの動作保証電圧の範囲（線形領域）では、トランス出力電圧ＡＣ１の上昇に伴い小さくなり、トランス２１１の磁気飽和領域内では、トランス出力電圧ＡＣ１の上昇に伴い増加する。しかしながら、電圧閾値Ｖ１と比率閾値ＤＲとを組み合わせて入力電圧ＡＣＩＮの高電圧を検知することで、入力電圧ＡＣＩＮの動作保証電圧の範囲において、入力電圧ＡＣＩＮの高電圧が誤検知されることを抑止することができる。

異常検知部２１５は、入力電圧ＡＣＩＮの異常を検知した場合、操作部１１の表示部に電圧値の異常等を表示させる。これにより、入力電圧ＡＣＩＮの電圧値の異常等をユーザに認識させることができる。

異常検知部２１５は、入力電圧ＡＣＩＮの電圧値が異常でない場合にも、操作部１１の表示部に電圧値を表示させる。これにより、ユーザに、入力電圧ＡＣＩＮの異常が発生していないことを認識させることができる。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１ 画像形成装置
２ 自動原稿送り装置
３ 画像読み取り装置
４ 書き込みユニット
５ プリンタユニット
６ 感光体ドラム
７ 現像装置
８ 搬送ベルト
９ 定着装置
１０ 給紙トレイ
１１ 操作部
１２ 制御装置
２０ 電源装置
３０ 電源ケーブル
４０ 商用電源
２００ 交流電源部
２１０ 電源制御部
２１１ トランス
２１２ 整流回路
２１３ 平滑回路
２１４ ゼロクロス信号回路
２１５ 異常検知部
２１６ ＩＣ
３００ １００、１１０、２００ 電源装置
ＡＣ１ 交流電圧（トランス出力電圧）
ＡＣ２ 交流電圧
ＡＣＩＮ 交流電圧（入力電圧）
ＡＣＶ 直流電圧
ＤＲ 比率閾値
ＥＲＲ エラー信号
ＳＷ スイッチ
Ｖ１、Ｖ１ 電圧閾値
ＺＣＲＳ ゼロクロス信号

特開２０２０－０２４３１５号公報

Claims (7)

1. 交流電源から供給される第１交流電圧を降圧して第２交流電圧を生成するトランスと、
   前記第２交流電圧を整流して脈流を生成する整流回路と、
   前記脈流を平滑化して直流電圧を生成する平滑回路と、
   前記脈流のゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号回路と、
   前記直流電圧が電圧閾値を超え、かつ、前記ゼロクロス信号のデューティ比が比率閾値を超えたときに前記第１交流電圧の異常を検知する異常検知部と、を有する
   電源装置。
2. 前記交流電源から前記トランスへの前記第１交流電圧の供給経路に設けられ、前記異常検知部が前記第１交流電圧の異常を検知したときにオフされるスイッチを有する
   請求項１に記載の電源装置。
3. 前記直流電圧は、前記第１交流電圧の上昇に応じて上昇し、
   前記ゼロクロス信号のデューティ比は、前記第１交流電圧の上昇に応じて小さくなり、前記第１交流電圧のさらなる上昇により前記トランスの磁気飽和が始まった後、前記第１交流電圧の上昇に応じて大きくなり、
   前記電圧閾値は、前記トランスの特性のワースト条件下において、トランスの破損領域に上昇する前の前記第１交流電圧に対応する前記直流電圧の電圧値に設定され、
   前記比率閾値は、前記トランスの特性のワースト条件下において、トランスの破損領域に上昇する前の前記第１交流電圧に対応する前記デューティ比に設定される
   請求項１または請求項２に記載の電源装置。
4. 画像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部に供給する電圧を生成する電源装置と、を有し、
   前記電源装置は、
   交流電源から供給される第１交流電圧を降圧して第２交流電圧を生成するトランスと、
   前記第２交流電圧を整流して脈流を生成する整流回路と、
   前記脈流を平滑化して直流電圧を生成する平滑回路と、
   前記脈流のゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号回路と、
   前記直流電圧が電圧閾値を超え、かつ、前記ゼロクロス信号のデューティ比が比率閾値を超えたときに前記第１交流電圧の異常を検知する異常検知部と、を有する
   画像形成装置。
5. 前記画像形成部の情報を表示する表示部をさらに有し、
   前記異常検知部は、前記第１交流電圧の異常を検知した場合、前記表示部にエラー情報を表示させる
   請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記異常検知部は、前記直流電圧の電圧値と、前記トランス、前記整流回路および前記平滑回路の特性とに基づいて、前記第１交流電圧の電圧値を算出し、算出した電圧値を前記表示部に表示させる
   請求項５記載の画像形成装置。
7. 交流電源から供給される第１交流電圧を降圧して第２交流電圧を生成するトランスを有する電源装置の異常検知方法であって、
   前記第２交流電圧を整流して脈流を生成し、
   前記脈流を平滑化して直流電圧を生成し、
   前記脈流のゼロクロス信号を生成し、
   前記直流電圧が電圧閾値を超え、かつ、前記ゼロクロス信号のデューティ比が比率閾値を超えたときに前記第１交流電圧の異常を検知する
   電源装置の異常検知方法。

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