JP2024014172A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑制しつつ電源装置が故障してしまうことを抑制する電源装置を提供する。【解決手段】電源装置は、過電圧検知回路１２０及び電圧コンバータ制御回路１０４を備える。過電圧検知回路１２０は、ツェナーダイオード１２１、サイリスタ１２３を備え、出力電圧がツェナーダイオード１２１のツェナー電圧よりも高くなるとサイリスタ１２３が導通し、ＦＥＴ１１０がオン状態となる。コンバータ制御回路１０４は、１次巻線１０５ａに流れる電流が所定電流より大きくなると、第１スイッチング素子１０６及び第２スイッチング素子１０７の駆動を停止する。この結果、平滑コンデンサ１１１に蓄積されている電荷が平滑コンデンサ１１１、２次巻線１０５ｃ、ＦＥＴ１１０の順に放電され、出力電圧が過電圧状態になることを抑制する。【選択図】図３

Description

本発明は、電圧を出力する電源装置及び当該電源装置を備える画像形成装置に関する。

従来、商用電源から供給された交流電圧を直流電圧に変換するＡＣＤＣ変換回路を備える電源装置が知られている。電源装置では、出力電圧が過電圧状態になった際に電源装置が故障しないように、保護回路が設けられている。

特許文献１には、電源装置の出力電圧がツェナーダイオードのツェナー電圧よりも高くなると、ツェナーダイオード及びサイリスタのゲート端子に電流が流れることに起因して当該サイリスタに電流が流れる構成が記載されている。特許文献１では、上記構成により、出力電圧が過電圧状態になって電源装置が故障してしまうことが抑制される。

特開２００９－８１９０１号公報

特許文献１の構成においては、サイリスタに大電流が流れる可能性がある。即ち、特許文献１の構成においては、定格電流が高いサイリスタが用いられる必要があり、電源装置のコストが増大してしまう。

上記課題に鑑み、本発明は、電源装置におけるコストを抑制しつつ電源装置が故障してしまうことを抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる電源装置は、
商用電源から出力された交流電圧を整流する整流手段と、
前記整流手段によって整流された電圧を平滑化する第１平滑コンデンサと、
前記第１平滑コンデンサによって平滑化された電圧が印加される第１巻線と、前記第１巻線と絶縁された第２巻線と、備えるトランスと、
ドレイン端子が前記第２巻線の一端に接続され、ソース端子がグラウンドに接続された第１のスイッチング素子と、
前記第１巻線に印加される電圧に起因して前記第２巻線に発生する電圧を平滑化する第２平滑コンデンサであって、一端が前記第２巻線の他端に接続され且つ他端が前記グラウンドに接続された第２平滑コンデンサと、
前記第２平滑コンデンサによって平滑化された電圧を検知する第１検知手段と、
前記第１巻線に接続された第２スイッチング素子と、
前記第１検知手段によって検知された電圧が第１所定電圧に対応する電圧より小さい場合は前記第２スイッチング素子のオン及びオフを制御する制御信号の周波数を減少させ、前記第１検出手段によって検出された電圧が前記第１所定電圧に対応する電圧より大きい場合は前記制御信号の周波数を増大させる制御手段と、
前記第２平滑コンデンサによって平滑化された電圧が第２所定電圧より大きくなると導通するツェナーダイオードと、
カソード端子が前記第１スイッチング素子のゲート端子に接続され且つアノード端子が前記第２巻線の前記他端に接続されたサイリスタと、
前記第１巻線に流れる電流を検知する第２検知手段と、
を有し、
前記サイリスタは、前記ツェナーダイオードが導通したことに応じて導通し、
前記第１スイッチング素子は、前記サイリスタが導通することに応じて導通し、
前記制御手段は、前記第２検知手段によって検知された電流が所定電流より大きい場合は、前記制御信号の出力を停止し、
前記第１スイッチング素子が導通することにより、前記第２平滑コンデンサに蓄電された電荷が、前記第２巻線、前記第１スイッチング素子を介して放電されることを特徴とする。

本発明によれば、電源装置におけるコストを抑制しつつ電源装置が故障してしまうことを抑制することができる。

第１実施形態に係る画像形成装置を説明する断面図である。 前記画像形成装置の制御構成を示すブロック図である。 電源装置の構成を示すブロック図である。 トランスの１次巻線に流れる電流及びトランスの２次巻線に流れる電流を示す図である。

以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の形状及びそれらの相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲が以下の実施の形態に限定される趣旨のものではない。

〔第１実施形態〕
［画像形成装置］
図１は、本実施形態で用いられるシート搬送装置を有するカラーの電子写真方式の複写機（以下、画像形成装置と称する）１００の構成を示す断面図である。なお、画像形成装置は複写機に限定されず、例えば、ファクシミリ装置、印刷機、プリンタ等であっても良い。また、記録方式は、電子写真方式に限らず、例えば、インクジェット等であっても良い。更に、画像形成装置の形式はモノクロ及びカラーのいずれの形式であっても良い。

以下に、図１を用いて、画像形成装置１００の構成および機能について説明する。

画像印刷装置３０１の内部には、記録媒体Ｐを収納するシート収納トレイ９が設けられている。なお、記録媒体とは、画像形成装置によって画像が形成されるものであって、例えば、用紙、樹脂シート、布、ＯＨＰシート、ラベル等は記録媒体に含まれる。

シート収納トレイ９に収納された記録媒体Ｐは、ピックアップローラ１０によって送り出され、搬送ローラ１１によってレジストレーションローラ１２へ搬送される。

ＰＣ等の外部装置から出力された画像信号は、半導体レーザ及びポリゴンミラーを含む光走査装置３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに色成分ごとに入力される。具体的には、外部装置から出力されたイエローに関する画像信号は光走査装置３Ｙに入力され、外部装置から出力されたマゼンタに関する画像信号は光走査装置３Ｍに入力される。また、外部装置から出力されたシアンに関する画像信号は光走査装置３Ｃに入力され、外部装置から出力されたブラックに関する画像信号は光走査装置３Ｋに入力される。なお、以下の説明においては、イエローの画像が形成される構成について説明するが、マゼンタ、シアン、ブラックについても同様の構成である。

感光ドラム１Ｙは、帯電器２Ｙによって外周面が帯電される。感光ドラム１Ｙの外周面が帯電された後、外部装置から光走査装置３Ｙに入力された画像信号に応じたレーザ光が、光走査装置３Ｙからポリゴンミラー等の光学系を経由し、感光ドラム１Ｙの外周面に照射される。この結果、感光ドラム１Ｙの外周面に静電潜像が形成される。

続いて、静電潜像が現像器４Ｙのトナーによって現像され、感光ドラム１Ｙの外周面にトナー像が形成される。感光ドラム１Ｙに形成されたトナー像は、感光ドラム１Ｙと対向する位置に設けられた転写ローラ５Ｙによって転写ベルト６に転写される。

転写ベルト６に転写されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像は、転写ローラ対１５ａ、１５ｂによって記録媒体Ｐに転写される。この転写タイミングに合わせて、レジストレーションローラ１２は記録媒体を転写部としての転写ローラ対１５ａ、１５ｂへ送り込む。

前述の如くして、トナー像が転写された記録媒体Ｐは、定着器１６へ送り込まれ、定着器１６によって加熱加圧されて、トナー像が記録媒体に定着される。このようにして、画像形成装置１００によって記録媒体に画像が形成される。画像が形成された記録媒体は、搬送ローラ１７、１８、１９、２０によって画像形成装置１００の機外へ排出される。

以上が画像形成装置１００の構成および機能についての説明である。

＜画像形成装置の制御構成＞
図２は、画像形成装置１００の制御構成の例を示すブロック図である。図２に示すように、画像形成装置１００には電源装置２００が設けられている。電源装置２００は交流電源（商用電源）ＡＣに接続されており、画像形成装置１００の内部の各種装置は電源装置２００から出力される電力によって稼働する。

システムコントローラ１５１は、図２に示すように、ＣＰＵ１５１ａ、ＲＯＭ１５１ｂ、ＲＡＭ１５１ｃを備えている。また、システムコントローラ１５１は、画像処理部１１２、操作部１５２、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１５３、高圧制御部１５５、モータ制御装置６００、センサ類１５９、ＡＣドライバ１６０と接続されている。システムコントローラ１５１は、接続された各ユニットとの間でデータやコマンドの送受信をすることが可能である。

ＣＰＵ１５１ａは、ＲＯＭ１５１ｂに格納された各種プログラムを読み出して実行することによって、予め定められた画像形成シーケンスに関連する各種シーケンスを実行する。

ＲＡＭ１５１ｃは記憶デバイスである。ＲＡＭ１５１ｃには、例えば、高圧制御部１５６に対する設定値、モータ制御装置６００に対する指令値及び操作部１５２から受信される情報等の各種データが格納される。

システムコントローラ１５１は、画像処理部１１２における画像処理に必要となる、画像形成装置１００の内部に設けられた各種装置の設定値データを画像処理部１１２に送信する。更に、システムコントローラ１５１は、センサ類１５９からの信号を受信して、受信した信号に基づいて高圧ユニット１５６を制御する。

画像形成部としての高圧制御部１５５は、システムコントローラ１５１から出力される制御信号に応じて、高圧ユニット１５６（帯電器２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ、現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ、転写ローラ対１５ａ、１５ｂ等）を駆動する。

モータ制御装置６００は、ＣＰＵ１５１ａから出力された指令に応じて、画像形成装置１００に設けられた負荷を駆動するモータ５０９を駆動する。

Ａ／Ｄ変換器１５３は、定着ヒータ１６１の温度を検出するためのサーミスタ１５４が検出した検出信号を受信し、検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してシステムコントローラ１５１に送信する。システムコントローラ１５１は、Ａ／Ｄ変換器１５３から受信したデジタル信号に基づいてＡＣドライバ１６０の制御を行う。ＡＣドライバ１６０は、定着ヒータ１６１の温度が定着処理を行うために必要な温度となるように定着ヒータ１６１を制御する。なお、定着ヒータ１６１は、定着処理に用いられるヒータであり、定着器１６に含まれる。

システムコントローラ１５１は、使用する記録媒体の種類（以下、紙種と称する）等の設定をユーザが行うための操作画面を、操作部１５２に設けられた表示部に表示するように、操作部１５２を制御する。システムコントローラ１５１は、ユーザが設定した情報を操作部１５２から受信し、ユーザが設定した情報に基づいて画像形成装置１００の動作シーケンスを制御する。また、システムコントローラ１５１は、画像形成装置の状態を示す情報を操作部１５２に送信する。なお、画像形成装置の状態を示す情報とは、例えば、画像形成枚数、画像形成動作の進行状況、画像印刷装置３０１及び原稿給送装置２０１におけるシートのジャムや重送等に関する情報である。操作部１５２は、システムコントローラ１５１から受信した情報を表示部に表示する。

前述の如くして、システムコントローラ１５１は、画像形成装置１００の動作シーケンスを制御する。

［電源装置］
＜電源装置の構成及び動作＞
図３は、電源装置２００の構成を示す図である。電源装置２００は、商用電源から供給される交流電圧を電流共振方式により直流電圧に変換して出力するＡＣＤＣ電源である。電源装置２００は、商用電源ＡＣが接続される１次側の回路と、１次側の回路とは絶縁された２次側の回路と、を備える。画像形成装置１００に設けられた各種負荷は、電源装置２００から出力される電力により動作する。

商用電源ＡＣはダイオードブリッジ１０１に接続され、ダイオードブリッジ１０１の直流出力端子は平滑コンデンサ１０２に接続されている。平滑コンデンサ１０２の後段には、第１スイッチング素子１０６と第２スイッチング素子１０７で構成されたハーフブリッジが、平滑コンデンサ１０２と並列に接続されている。また、第２スイッチング素子１０７には、トランス１０５の１次巻線１０５ａと共振コンデンサ１０８とが直列に接続された共振回路が並列に接続されている。なお、トランス１０５の１次巻線１０５ａと共振コンデンサ１０８とで構成された共振回路は第１スイッチング素子１０６と並列に接続されていてもよい。

トランス１０５は、１次側の回路と２次側の回路との絶縁状態を保ちつつ１次側の電力を２次側に伝えるために用いられる。そのため、トランス１０５の１次巻線１０５ａと２次巻線１０５ｂ、１０５ｃとは、同一のコアに巻かれている。トランス１０５の１次巻線１０５ａのインダクタンスには、２次巻線１０５ｂ、１０５ｃと結合している成分と、２次巻線１０５ｂ、１０５ｃと結合していない成分（漏れインダクタンス）とが含まれる。

トランス１０５の２次巻線１０５ｂの一端は電源装置２００の出力端子に接続され、他端はＦＥＴ１０９のドレイン端子に接続されている。また、トランス１０５の２次巻線１０５ｃの一端は電源装置２００の出力端子に接続され、他端はＦＥＴ１１０のドレイン端子に接続されている。

ＦＥＴ１０９のソース端子及びＦＥＴ１１０のソース端子はグラウンドに接続されている。ＦＥＴ１０９のゲート端子は制御ＩＣ１１７に接続されており、ＦＥＴ１０９の駆動は制御ＩＣ１１７によって行われる。また、ＦＥＴ１１０のゲート端子はダイオード１１８のカソード端子に接続され、ダイオード１１８のアノード端子は制御ＩＣ１１７に接続されている。ＦＥＴ１１０の駆動は制御ＩＣ１１７によって行われる。

平滑コンデンサ１１１の一端は電源装置２００の出力端子に接続され、他端はグラウンドに接続されている。

電源装置２００に入力された交流電圧はダイオードブリッジ１０１によって整流され、その後、平滑コンデンサ１０２によって平滑化される。平滑化によって得られた直流電圧は、起動抵抗１０３を介してコンバータ制御回路１０４に印加される。その結果、コンバータ制御回路１０４に電力が供給される。

コンバータ制御回路１０４は、第１スイッチング素子１０６及び第２スイッチング素子１０７を駆動するためのパルス信号（ＰＷＭ信号）を生成する電圧制御発信器（ＶＯＣ）を備える。第１スイッチング素子１０６及び第２スイッチング素子１０７は、電圧制御発信器から出力されるパルス信号によって駆動される。コンバータ制御回路１０４は、第１スイッチング素子１０６及び第２スイッチング素子１０７をデューティ比５０％で交互に駆動する。即ち、コンバータ制御回路１０４は、第１スイッチング素子１０６がＯＮの場合は第２スイッチング素子１０７がＯＦＦになり、第１スイッチング素子１０６がＯＦＦの場合は第２スイッチング素子１０７がＯＮになるように第１スイッチング素子１０６及び第２スイッチング素子１０７を駆動する。この結果、トランス１０５の１次巻線１０５ａと共振コンデンサ１０８とで構成される共振回路に方形波が印され、トランス１０５の１次巻線１０５ａに交流電流が流れる。

図４は、トランス１０５の１次巻線１０５ａに流れる電流及びトランス１０５の２次巻線１０５ｂ、１０５ｃに流れる電流を示す図である。

第１スイッチング素子１０６がＯＮ状態且つ第２スイッチング素子１０７がＯＦＦ状態であるとき、平滑コンデンサ１０２からの電流Ｉ１が第１スイッチング素子、トランスの１次巻線１０５ａ、共振コンデンサ１０８の順に流れる。このとき、２次側では、２次巻線１０５ｂから整流ダイオード１０９から平滑コンデンサ１１１へと電流Ｉ３が流れる。

一方、第１スイッチング素子１０６がＯＦＦ状態且つ第２スイッチング素子１０７がＯＮ状態であるとき、共振コンデンサ１０８からの電流Ｉ２がトランスの１次巻線１０５ａ、第２スイッチング素子１０７の順に流れる。このとき、２次側では、２次巻線１０５ｃから整流ダイオード１１０から平滑コンデンサ１１１へと電流Ｉ４が流れる。

以上のようにして、第１スイッチング素子１０６及び第２スイッチング素子１０７を駆動することにより、トランス１０５の１次巻線１０５ａに交流電流が流れ、当該交流電流に起因して発生する磁界がトランス１０５のコアを介して２次巻線１０５ｂ、１０５ｃを貫く。２次巻線１０５ｂ、１０５ｃを貫く磁束に起因して２次巻線１０５ｂ、１０５ｃに交流電圧が誘起され、当該誘起された交流電圧に起因して２次巻線１０５ｂ、１０５ｃに交流電流が流れる。２次巻線１０５ｂ、１０５ｃに流れる交流電流は、平滑コンデンサ１１によって整流、平滑化される。その結果、２次側の回路で直流電圧が得られる。平滑コンデンサ１１１の両端電圧が電源装置２００の出力電圧Ｖｏｕｔである。

＜出力電圧Ｖｏｕｔの制御＞
出力電圧Ｖｏｕｔは、フォトカプラ発光部１１６ａに入力される。また、出力電圧Ｖｏｕｔは、抵抗１１２，１１３によって分圧され、シャントレギュレータ１１５に入力される。

シャントレギュレータ１１５は、入力された電圧が基準電圧（第１所定電圧）よりも高い場合はフォトカプラ発光部１１６ａに流れる電流を増加させ、入力された電圧が基準電圧よりも低い場合フォトカプラ発光部１１６ａに流れる電流を減少させる。フォトカプラ発光部１１６ａに電流が流れるとフォトカプラ発光部１１６ａは発光する。フォトカプラ発光部１１６ａから出射された光はフォトカプラ受光部１１６ｂに入射する。フォトカプラ受光部１１６ｂには受光量に応じた電流が流れる。即ち、２次側に設けられたフォトカプラ発光部１１６ａは、１次側の回路と絶縁状態を保ったまま、１次側の回路へ出力電圧Ｖｏｕｔに関する情報を伝達する。なお、本実施形態では、基準電圧は、通常電力モードにおいて必要な電圧（例えば２４Ｖ）に対応する値に設定されている。

コンバータ制御回路１０４は、フォトカプラ受光部１１６ｂに流れる電流に基づいて、第１スイッチング素子１０６、第２スイッチング素子１０７をスイッチングする駆動周波数を制御する。即ち、コンバータ制御回路１０４は、出力電圧Ｖｏｕｔがシャントレギュレータ１１５の基準電圧に対応する値になるように、フォトカプラ受光部１１６ｂに流れる電流に基づいて、第１スイッチング素子１０６、第２スイッチング素子１０７をスイッチングする駆動周波数を制御する。具体的には、コンバータ制御回路１０４は、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧に対応する電圧よりも小さいことがフォトカプラ受光部１１６ｂに流れる電流によって示される場合は駆動周波数を低くする。また、コンバータ制御回路１０４は、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧に対応する電圧よりも大きいことがフォトカプラ受光部１１６ｂに流れる電流によって示される場合は駆動周波数を増大させる。なお、コンバータ制御回路１０４は、トランス１０５に巻かれた補助巻線（不図示）から供給される電力により動作する。

＜過電圧検知回路＞
図３に示すように、本実施形態における電源回路２００は、過電圧検知回路１２０を備える。過電圧検知回路１２０は、ツェナーダイオード１２１、抵抗１２２及びサイリスタ１２３を備える。

出力電圧がツェナーダイオード１２１のツェナー電圧（第２所定電圧）よりも高くなると、ツェナーダイオード１２１に電流が流れ、サイリスタ１２３のゲート端子に電流が流れる。この結果、サイリスタ１２３が導通し、ＦＥＴ１１０のゲート端子にかかる電圧が上昇し、ＦＥＴ１１０が制御ＩＣ１１７の制御にかかわらずオン状態となる。その結果、平滑コンデンサ１１１、２次巻線１０５ｃ、ＦＥＴ１１０の順に電流が流れる。なお、ツェナー電圧は基準電圧よりも大きい電圧である。

このとき、１次巻線１０５ａには比較的大きな電流が流れる。１次巻線１０５ａに流れる電流は、コンデンサ１２５を介してコンバータ制御回路１０４に入力される。

コンバータ制御回路１０４は、１次巻線１０５ａに流れる電流が所定電流より大きくなると、第１スイッチング素子１０６及び第２スイッチング素子１０７の駆動を停止する。この結果、２次巻線１０５ｂ、１０５ｃに第１スイッチング素子１０６及び第２スイッチング素子１０７の駆動に起因する電圧が発生しなくなる。その結果、平滑コンデンサ１１１に蓄電されている電荷が平滑コンデンサ１１１、２次巻線１０５ｃ、ＦＥＴ１１０の順に放電され、出力電圧が過電圧状態になることが抑制される。

以上のように、本実施形態では、出力電圧がツェナーダイオード１２１のツェナー電圧よりも高くなるとサイリスタ１２３が導通し、ＦＥＴ１１０がオン状態となる。この結果、平滑コンデンサ１１１、２次巻線１０５ｃ、ＦＥＴ１１０の順に電流が流れる。このとき、１次巻線１０５ａには比較的大きな電流が流れる。コンバータ制御回路１０４は、１次巻線１０５ａに流れる電流が所定電流より大きくなると、第１スイッチング素子１０６及び第２スイッチング素子１０７の駆動を停止する。この結果、平滑コンデンサ１１１に蓄積されている電荷が平滑コンデンサ１１１、２次巻線１０５ｃ、ＦＥＴ１１０の順に放電され、出力電圧が過電圧状態になることが抑制される。即ち、サイリスタ１２３に大電流が流れることが抑制される。即ち、電源装置におけるコストを抑制しつつ電源装置が故障してしまうことを抑制することができる。

１０１ ダイオードブリッジ
１０２ 平滑コンデンサ
１０４ コンバータ制御回路
１０５ トランス
１０７ 第２スイッチング素子
１１０ ＦＥＴ
１１１ 平滑コンデンサ
１１６ａ、１１６ｂ フォトカプラ
１２１ ツェナーダイオード
１２３ サイリスタ

Claims (3)

1. 商用電源から出力された交流電圧を整流する整流手段と、
   前記整流手段によって整流された電圧を平滑化する第１平滑コンデンサと、
   前記第１平滑コンデンサによって平滑化された電圧が印加される第１巻線と、前記第１巻線と絶縁された第２巻線と、備えるトランスと、
   ドレイン端子が前記第２巻線の一端に接続され、ソース端子がグラウンドに接続された第１のスイッチング素子と、
   前記第１巻線に印加される電圧に起因して前記第２巻線に発生する電圧を平滑化する第２平滑コンデンサであって、一端が前記第２巻線の他端に接続され且つ他端が前記グラウンドに接続された第２平滑コンデンサと、
   前記第２平滑コンデンサによって平滑化された電圧を検知する第１検知手段と、
   前記第１巻線に接続された第２スイッチング素子と、
   前記第１検知手段によって検知された電圧が第１所定電圧に対応する電圧より小さい場合は前記第２スイッチング素子のオン及びオフを制御する制御信号の周波数を減少させ、前記第１検出手段によって検出された電圧が前記第１所定電圧に対応する電圧より大きい場合は前記制御信号の周波数を増大させる制御手段と、
   前記第２平滑コンデンサによって平滑化された電圧が第２所定電圧より大きくなると導通するツェナーダイオードと、
   カソード端子が前記第１スイッチング素子のゲート端子に接続され且つアノード端子が前記第２巻線の前記他端に接続されたサイリスタと、
   前記第１巻線に流れる電流を検知する第２検知手段と、
   を有し、
   前記サイリスタは、前記ツェナーダイオードが導通したことに応じて導通し、
   前記第１スイッチング素子は、前記サイリスタが導通することに応じて導通し、
   前記制御手段は、前記第２検知手段によって検知された電流が所定電流より大きい場合は、前記制御信号の出力を停止し、
   前記第１スイッチング素子が導通することにより、前記第２平滑コンデンサに蓄電された電荷が、前記第２巻線、前記第１スイッチング素子を介して放電されることを特徴とする電源装置。
2. 前記第２所定電圧は、前記第１所定電圧よりも大きい電圧であることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 請求項１に記載の電源装置と、
   記録媒体に画像を形成する画像形成部であって前記電源装置から出力される電力により動作する画像形成部と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。

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