JP3570141B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば画像形成装置のランプ負荷などに電力を供給するスイッチング電源装置に関し、特に、ランプの断線等による負荷の開放または電源装置の故障を検知して原因がいずれであるかを特定できるようにしたスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置などのハロゲン・ランプ点灯用スイッチング電源装置において、ランプ断線検知機能（負荷開放検知）を電源装置内に組み込み断線時に該電源回路を停止させるようにすることが行われている。
例えば、特開平８ー８００３４号公報に示されるスイッチング電源回路は、負荷電流をスイッチング素子の駆動パルス幅などによって検出し、負荷が開放状態になったことを検出して回路動作を停止させ出力をとめるようにしている。
また、特開平８−８００３５号公報に示されるスイッチングレギュレータは、チョークコイルの複巻き線に誘起する電圧を検出して、負荷の断線を検出し、スイッチング素子を駆動するパルス変調制御回路の発振を停止させて、スイッチングレギュレータの出力を０にしている。
【０００３】
これらの、スイッチング電源装置は、負荷の断線を検出してスイッチング電源装置の動作を停止させるものであって、ランプの断線を検出して電源装置を停止させることはできるが、ランプ点灯用電源装置自体に故障が生じたときに、ランプ断線による停止かランプ点灯用電源装置の故障による停止かを判断することができず、修理時にどちらの部品を交換してよいのか判断できないという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来のスイッチング電源装置が有する問題を解決するものであって、例えば、ランプ点灯用スイッチング電源装置において、負荷の開放（ランプの断線）またはスイッチング電源装置自体の故障を検出して、該スイッチング電源装置を停止させるとともに、スイッチング電源装置の停止時に、負荷の断線による停止か電源装置の故障による停止かを判断することができるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、直流電源と負荷への出力端子に直列に接続されたスイッチ素子およびインダクタからなる電圧変換回路と、負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記インダクタに磁気的に結合された巻線を有し電源装置の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記検出した負荷電流と前記検出した出力電圧に基づいて前記スイッチ素子の動作を制御する制御回路からなり、該制御回路を直流電源からの電圧によって起動し、起動後は前記巻き線から駆動電圧を供給してスイッチ素子の動作のデューティを制御して前記負荷への供給電圧を一定にするスイッチング電源装置に、前記出力電圧検出手段の出力を用いて、電源装置から所定の出力電圧が出力されているか否か、及び負荷に異常が発生した結果、当該電源装置から所定の出力電圧が出力されていないかを監視する出力監視手段と、前記出力監視手段の出力である電源装置から所定の出力電圧が出力されているか否か、及び負荷に異常が発生した結果、当該電源装置から所定の出力電圧が出力されていないかに基づいて、故障個所を特定する故障個所特定手段とを設けた。
【０００６】
【作用】
定格負荷以下においてインダクタ（チョークコイル）に流れる電流を臨界電流値以下（不連続モード）となるようにチョークコイルＬ１のインダクタンス値を設定することによって、故障個所特定機能は、寿命などによりハロゲン・ランプなどの負荷が断線し負荷開放状態となったときに、チョークコイルに磁気結合された二次巻線からスイッチング素子制御手段へ供給される電源電圧が不足し、スイッチング動作は停止する。その後、スイッチング電源装置は、起動抵抗等を介した電圧によって再起動動作となり一瞬出力電圧が出力されるが二次巻線から電源が供給されないので停止し、この起動停止を繰り返して間欠動作となる。
【０００７】
スイッチング電源装置を間欠動作させるためのインダクタンス値Ｌ１の条件は、スイッチング電源装置の出力電圧をＶｏとし、スイッチング素子Ｑ１のオフ時間をＴＯＦＦとし、スイッチング電源装置の出力電流をＩｏとすると、下記（１）式で表わされる。
Ｌ１＜｛Ｖｏ×ＴＯＦＦ）｝÷（２×Ｉｏ）……（１）
【０００８】
制御回路へ電源を供給しているチョークコイルＬ１の二次巻線Ｌ２を平滑した第３のコンデンサＣ３の電圧を監視し、この監視信号に基づいて、電源装置が故障したときには、故障個所特定手段は電源装置故障またはランプ断線のいずれかの状態を出力する。
よって、スイッチング電源装置の故障箇所を容易に判別することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１を用いて、本発明にかかるスイッチング電源装置の回路の基本構成を説明する。
本発明にかかるスイッチング電源装置１は、直流電源１０と、電圧変換手段２０と、出力電圧検出手段３０と、負荷電流検出手段４０と、スイッチング素子制御手段５０と、起動手段６０と、出力監視手段７０と、故障個所特定手段８０とから構成される。
スイッチング電源装置１は、交流電源２から電力の供給を受けハロゲンランプなどの負荷３に制御された直流電圧Ｖｏを供給する。
【００１０】
直流電源１０は、ダイオードブリッジＤＢからなる整流回路１１と、該整流回路の直流出力端子間に接続された平滑用コンデンサとして働く第１のコンデンサＣ１１２とを有して構成される。
直流電源１０は、所定の直流電圧Ｖｃ１を出力する。
【００１１】
電圧変換手段２０は、前記直流電源１０の出力と負荷３との間に直列に接続された例えばスイッチングＦＥＴからなる第１のスイッチング素子Ｑ１２１およびチョークコイルＬ１２２と、前記直流電源の出力端子に前記第１のスイッチング素子Ｑ１を介して並列に接続されたフライホイールダイオードとして働く第１のダイオードＤ１２３と、前記直流電源の出力端子に第１のスイッチング素子Ｑ１およびチョークコイルＬ１を介して並列に接続された第２のコンデンサＣ２２４とを有して構成される。
電圧変換手段２０は、制御された所定の電圧をスイッチング電源装置１の出力電圧Ｖｏとして出力する。
【００１２】
出力電圧検出手段３０は、前記チョークコイルＬ１２２の二次巻線Ｌ２３１と、該二次巻線Ｌ２の一方の端子に一方の端子が直列に接続された第２のダイオードＤ２３２と、該第２のダイオードＤ２の他方の端子と前記二次巻線Ｌ２の他方の端子との間に接続された第３のコンデンサＣ３３３とを有して構成される。
出力電圧検出手段３０は、スイッチング電源装置１の出力電圧Ｖｏに見合った検出電圧Ｖｃ３を出力する。
【００１３】
負荷電流検出手段４０は、前記直流電源１０の一方の端子と前記スイッチング素子Ｑ１２１との間に接続された負荷電流検出抵抗として働く第２の抵抗Ｒ２４１と、該第２の抵抗Ｒ２に並列に接続された分圧抵抗として働く第３の抵抗Ｒ３４２と、第４の抵抗Ｒ４４３とを有して構成される。
負荷電流検出手段４０は、負荷電流に見合った負荷電流検出電圧Ｖｒ４を出力する。
【００１４】
スイッチング素子制御手段５０は、前記出力電圧検出手段３０の出力Ｖｃ３と前記負荷電流検出手段４０の出力Ｖｒ４に基づいて前記スイッチング素子Ｑ１２１のデューティを制御する。
【００１５】
起動手段６０は、前記直流電源１０の出力端子間に並列に接続された起動用抵抗として働く第１の抵抗Ｒ１６１と、第１１の抵抗Ｒ１１６３および該第１１の抵抗Ｒ１１に並列に接続された第４のコンデンサＣ４６２とから構成される。
前記第１の抵抗Ｒ１と第１１の抵抗Ｒ１１および第４のコンデンサＣ４の接続点は、第３のダイオードＤ３を介して前記出力電圧検出手段３０の出力に接続されるとともに、前記スイッチング素子制御手段５０に接続される。
【００１６】
出力監視手段７０は、前記出力電圧検出手段３０の出力端子間に並列に接続された第５の抵抗Ｒ５７１とフォトカプラＰＣ１７２を構成するフォトダイオード７２１と、電源Ｖｃｃ１に直列に接続された１次側トランスＴ１７４とフォトカプラＰＣ１７２を構成するフォトトランジスタ７２２とを有して構成される。
【００１７】
故障回路特定手段８０は、電源Ｖｃｃ１と電源Ｖｃｃ２から電圧が供給され、前記出力監視手段７０の１次側トランスＴ１７４と磁気結合された２次側トランスＴ２８１と該２次側トランスＴ２８１に直列に接続された第５のダイオードＤ５１００と第５のコンデンサＣ５８２の直列接続体と、該第５のダイオードＤ５と第５のコンデンサＣ５の接続点に接続された第６の抵抗Ｒ６８３と、前記電源Ｖｃｃ１と第１の出力端子８８とに直列に接続された第４のダイオードＤ４８４と、前記電源Ｖｃｃ２に第７の抵抗Ｒ７８６を介して接続された第２のスイッチング素子Ｑ２８５と、第１の出力端子８８と接地との間に接続された第７のコンデンサＣ７８７と第２の出力端子８９を有して構成される。
前記第６の抵抗Ｒ６の他端が前記トランジスタＱ２のベースに接続される。
【００１８】
以下、図２および図３を用いて、図１に示したスイッチング電源装置１の動作を説明する。
直流電源１０は、交流入力電圧を整流回路１１で全波整流し、平滑コンデンサＣ１１２で平滑して直流電圧Ｖｃ１を得る。
スイッチング素子制御手段５０は、負荷電流ＩＬや交流入力電圧および出力電圧Ｖｏなどの条件によって、第１のスイッチング素子Ｑ１２１の導通時間率（デューティ）を制御することによって、平滑された直流電圧Ｖｃ１をチョッピングし脈流電圧に変換した後、チョーク・コイルＬ１２２、第１のダイオードＤ１２３、および第２のコンデンサＣ２により、スイッチング素子Ｑ１２１の時比率に応じた直流降圧電圧Ｖｏに変換しハロゲン・ランプからなる負荷３に供給する。
【００１９】
第１のスイッチング素子Ｑ１２１のデューティを制御するスイッチング素子制御手段５０の起動時には、起動抵抗Ｒ１６１とＲ１１６３の分圧により第４のコンデンサＣ４６２を充電した充電電圧Ｖｃ４が該制御手段５０へ供給され、該制御手段５０は、所定の周波数で起動する。
起動後は、スイッチング素子制御手段５０には、チョークコイルＬ１２２の二次巻線Ｌ２３１からスイッチング電源装置１の出力電圧Ｖｏに比例した検出電圧Ｖｃ３が供給され、該制御手段５０は、前記出力電圧Ｖｏが所定の値になるように第１のスイッチング素子Ｑ１２１のデューティを制御する。
【００２０】
故障箇所特定機能は、出力監視手段７０と故障箇所特定手段８０から構成される。出力監視手段７０は起動抵抗Ｒ１，Ｒ１１および第４のコンデンサＣ４の影響を受けない第２のダイオードＤ２と第３のダイオードＤ３間に接続されている。故障個所特定手段８０は、正常時と電源装置故障やランプ断線などの異常発生時の動作モードにより発生する各々のモニター信号レベルや種類により判別してモニタ端子Ｔ５およびモニタ端子Ｔ６へ出力する。
【００２１】
図２にスイッチング電源装置１が正常に動作している状態と負荷が断線した状態での、出力電圧Ｖｏ、負荷電流ＩＬ、第３のコンデンサＣ３の端子間電圧Ｖｃ３、第４のコンデンサＣ４の端子間電圧Ｖｃ４、故障個所特定手段８０の第１の出力電圧Ｖｍ１、および第２の出力電圧Ｖｍ２の関係を示す。
【００２２】
スイッチング電源装置１が正常に動作しているときには、出力電圧Ｖｏは、制御された電圧”Ｈｉｇｈ”（以下、”Ｈｉ”と記す）であり、負荷３には所定の負荷電流ＩＬ”Ｈｉ”が流れる。このとき、チョークコイルＬ１２２の二次巻線Ｌ２３１には常に電圧が誘起され第２のダイオードＤ２を通して第３のコンデンサＣ３は所定の電圧Ｖｃ３に充電される。
【００２３】
スイッチング素子制御手段５０は、電源装置１０の出力電圧Ｖｃ１によって起動用抵抗Ｒ１６１，Ｒ１１６３を介して充電された第４のコンデンサＣ４の端子間電圧Ｖｃ４によって起動される。該制御手段５０が起動された後は、制御手段５０は二次巻線Ｌ２に誘起された電圧によって充電された第３のコンデンサＣ３の端子間電圧Ｖｃ３によって駆動される。このときの電圧Ｖｃ３は、スイッチング素子制御手段５０が動作する下限の電圧以上となるように、かつ出力電圧に比例して制御素子が動作するように負荷電流と出力電圧およびチョークコイルＬ１ならびに二次巻線Ｌ２との関係が設定されている。
【００２４】
このとき、出力監視手段７０および故障個所検出手段８０においては、第３のコンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３によってフォトカプラＰＣ１７２のフォトダイオード７２１が動作してフォトトランジスタ７２２は導通する。
したがって、故障個所検出手段８０の第１の出力端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１は”Ｌｏｗ”（以下、Ｌｏと記す）となり、出力監視手段７０の出力に変化が生じないので２次側トランスＴ２８１に電圧が誘起されず第２のスイッチング素子Ｑ２８５は遮断されるので第２の出力端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２は”Ｈｉ”となる。
【００２５】
次ぎに、スイッチング電源装置１が正常に動作している状態で、ランプが断線（負荷が開放）した場合を説明する。
負荷が開放されると、負荷電流ＩＬは”Ｌｏ”となる。チョークコイルＬ１のインダクタンス値は、定格負荷以下においてチョークコイルＬ１に流れる電流が臨界電流値以下（不連続モード）となるように設定されているので、二次巻線Ｌ２を平滑した第３のコンデンサＣ３の端子間電圧Ｖｃ３は、スイッチング素子制御手段５０が動作する下限の電圧以下となり、制御手段５０は停止してスイッチング電源装置１は停止する。
【００２６】
その後、起動抵抗Ｒ１６１とＲ１１６３を介して第４のコンデンサＣ４が充電され電圧Ｖｃ４が、スイッチング素子制御手段５０が動作する下限の電圧以上となると、スイッチング素子制御手段５０が再起動され、スイッチング電源装置１は一瞬出力電圧Ｖｏを発生するが、チョークコイルＬ１２２に流れる電流は臨界電流値以下であるので、二次巻線Ｌ２からは制御手段５０を駆動するに充分な電圧が供給されず、制御手段５０は停止する。
すると、上に述べたとおり、制御手段５０は再起動されその結果制御手段５０は起動停止を繰り返す間欠動作となる。
【００２７】
このようにスイッチング電源装置１が間欠動作すると、二次巻線Ｌ２の誘起電圧を平滑した第３のコンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３はパルス状に発生する。そのパルス電圧はフォトカプラＰＣ１７２のフォトダイオード７２１を間欠動作させ、フォトトランジスタ７２２は間欠的に導通する。
したがって、フォトトランジスタ７２２に印加される電圧Ｖｃｃ１は、第７のコンデンサＣ７で平滑され、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１は”Ｈｉ”となる。
一方、第２のスイッチング素子Ｑ２８５のベースに接続された第５のコンデンサＣ５は出力監視手段７０の出力が間欠的に導通しているので２次側トランスＴ２８１に電圧が誘起されダイオードＤ５を通して充電され、第２のスイッチング素子Ｑ２８５は導通して、モニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２は”Ｌｏ”へ切り替わる。
【００２８】
このように、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｌｏ”のときは電源装置１は正常に動作している状態で、”Ｈｉ”のときは負荷３を含む電源装置１の動作に異常が発生した状態として判別することができる。
また、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｈｉ”で異常状態を示している時に、モニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２が”Ｌｏ”のときは、ランプ断線（負荷開放）と判別できる。
【００２９】
図３を用いて、負荷（ランプ）３は正常であるがスイッチング電源装置１に故障が生じた場合の動作を説明する。
まず、スイッチング素子Ｑ１が短絡し、スイッチング電源装置１がスイッチング動作しなくなった場合に付いて説明する。
このような状態では、電源装置１の出力電圧Ｖｏは、直流電源１０の出力電圧Ｖｃ１となり、過大な負荷電流ＩＬと出力電圧Ｖｃ１によりランプが断線（負荷が開放）する。しかしスイッチング動作しないことから負荷電流ＩＬに変化が生じないので、チョークコイルＬ１２２の二次巻線Ｌ２３１に電圧が誘起されずフォトカプラＰＣ１７２は導通しない。
したがって、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１は”Ｈｉ”のままであり、同じくモニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２も電源装置１が動作しないので”Ｈｉ”のままである。
【００３０】
一方、スイッチング素子制御手段５０が故障したりスイッチング素子Ｑ１２１が破損して電圧変換手段２０が動作しなくなった場合は、スイッチング電源装置１の出力電圧Ｖｏは０となり、負荷電流ＩＬが流れないのでチョークコイルＬ１２２の二次巻線Ｌ２３１に電圧が誘起されずフォトカプラＰＣ１７２は導通しない。
したがって、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１は”Ｈｉ”のままであり、同じくモニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２も電源装置が動作しないので”Ｈｉ”のままである。
【００３１】
このように、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｈｉ”で、かつモニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２が”Ｈｉ”場合は、電源装置１が正常に動作していないことを示しており、電源装置１に異常が発生した状態として判別することができる。
【００３２】
上述したモニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１とモニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２の状態による故障の見分け方を図４に示す。
すなわち、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｌｏ”のときはスイッチング電源装置１は正常に動作している。
モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｈｉ”となり、モニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２が”Ｌｏ”となったときは負荷開放（ランプ断線）の状態であるので、装置が複写機などの画像形成装置であるときには、説明を省略した表示制御手段によって操作パネルにランプ断線を表示するとともに、所定の手続を経てランプ点灯用スイッチング電源装置１の動作を停止させる。
モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｈｉ”となり、モニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２が”Ｈｉ”となったときは電源装置１に故障が生じたときであるので、操作パネルに電源装置故障を表示して、スイッチング電源装置１の動作を停止させる。
【００３３】
図５を用いて、本発明にかかるスイッチング電源装置１の第２の実施の態様を説明する。この第２の実施の態様における故障箇所特定機能を構成する部分以外の基本構成は第１の実施の態様と同様であり、同じ符号は同じ要素を示している。
【００３４】
故障箇所特定機能達成部分の一つである出力監視手段７０は、電源Ｖｃｃ１と電源Ｖｃｃ２から電圧が供給される。該出力監視手段７０は、電源Ｖｃｃ１に接続された第１のフォトカプラＰＣ１７２からなる負荷電流検出部と、電源Ｖｃｃ２に直列接続された１次側トランスＴ１７４と第２のフォトカプラＰＣ２７３からなる出力電圧検出部から構成される。
第１のフォトカプラＰＣ１７２は、フォトダイオード７２１とフォトトランジスタ７２２から構成される。第２のフォトカプラＰＣ２７３は、フォトダイオード７３１とフォトトランジスタ７３２から構成される。
【００３５】
故障回路特定手段８０は、電源Ｖｃｃ３から電圧が供給される。
故障回路特定手段８０は、電源電源Ｖｃｃ２に接続された前記出力監視手段７０の１次側トランスＴ１７４と磁気結合された２次側トランスＴ２８１と該２次側トランスＴ２８１に直列に接続された第５のダイオードＤ５１００と第５のコンデンサＣ５８２の直列接続体と、該第５のダイオードＤ５と第５のコンデンサＣ５の接続点に接続された第６の抵抗Ｒ６８３と、前記電源Ｖｃｃ３に第７の抵抗Ｒ７８６を介して接続された第２のスイッチング素子を構成するトランジスタＱ２８５と、前記フォトカプラ７２のフォトトランジスタ７２２の出力をモニタ端子Ｔ５に出力する第１の出力端子８８と、電源Ｖｃｃ３に第７の抵抗Ｒ７８６を介して接続された第２のスイッチング素子Ｑ２８５の出力をモニタ端子Ｔ６に出力する第２の出力端子８９を有して構成される。
前記第６の抵抗Ｒ６の他端が前記第２のスイッチング素子を形成するトランジスタＱ２のベースに接続される。
【００３６】
出力検出手段９０は、電圧変換手段２０の出力と負荷３との間に接続された電流検出用抵抗Ｒ８９２と、該抵抗Ｒ８９２の後に接続された第３のスイッチング素子Ｑ３９１と、前記スイッチング素子Ｑ３９１の後に接続された第９の抵抗Ｒ９９３と、前記抵抗Ｒ８９２の後に接続された第１０の抵抗Ｒ１０９４とから構成される。
【００３７】
出力監視手段７０の負荷電流検出部は、負荷電流ＩＬを電流検出抵抗Ｒ８９２によって電圧信号に変換して第９の抵抗Ｒ９９３と第３のスイッチング素子Ｑ３９１によって検出する。
出力監視手段７０の出力電圧検出部は、スイッチング電源装置１の出力電圧Ｖｏを第１０の抵抗Ｒ１０９４を通して検出する。
【００３８】
以下、図６および図７を用いて、図５に示したスイッチング電源装置１の動作を説明する。
図６にスイッチング電源装置１が正常に動作している状態と負荷が断線した状態での、出力電圧Ｖｏ、負荷電流ＩＬ、フォトカプラＰＣ１の動作状態、フォトカプラＰＣ２の動作状態、故障個所特定手段８０の第１の出力電圧Ｖｍ１、および第２の出力電圧Ｖｍ２の関係を示す。
【００３９】
スイッチング素子制御手段５０は、直流電源１０の出力電圧Ｖｃ１によって起動用抵抗Ｒ１６１を介して充電された第３のコンデンサＣ３６２の端子間電圧Ｖｃ３によって起動される。該制御手段５０が起動された後は、制御手段５０は二次巻線Ｌ２に誘起された電圧によって充電された第３のコンデンサＣ３の端子間電圧Ｖｃ３によって駆動される。このときの電圧Ｖｃ３は、スイッチング素子制御手段５０が動作する下限の電圧以上となるように、かつ出力電圧に比例して制御素子が動作するように出力電圧と負荷電流およびチョークコイルＬ１ならびに二次巻線Ｌ２との関係が設定されている。
スイッチング電源装置１が正常に動作しているときには、出力電圧Ｖｏは、制御された電圧”Ｈｉ”であり、負荷３には所定の負荷電流ＩＬ”Ｈｉ”が流れる。このとき、出力検出手段９０の第３のスイッチング素子Ｑ３９１は導通し、出力監視手段７０のフォトカプラＰＣ１７２のフォトダイオード７２１は発光する。同様に出力監視手段７０のフォトカプラＰＣ２７３のフォトダイオード７３１は発光する。
【００４０】
したがって、第１のフォトカプラＰＣ１７２のフォトトランジスタ７２２は導通し、故障個所検出手段８０の第１の出力端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１は”Ｌｏ”となる。同様に第２のフォトカプラＰＣ２７３のフォトトランジスタ７３２は導通状態が続き変化が生じないので２次側トランスＴ２に電圧が誘起されず、第２のスイッチング素子Ｑ２８５は遮断されるので第２の出力端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２は”Ｈｉ”となる。
【００４１】
次ぎに、スイッチング電源装置１が正常に動作している状態で、ランプが断線（負荷が開放）した場合を説明する。
負荷が開放されると、負荷電流ＩＬは”Ｌｏ”となる。チョークコイルＬ１のインダクタンス値は、定格負荷以下においてチョークコイルＬ１に流れる電流が臨界電流値以下（不連続モード）となるように設定されているので、二次巻線Ｌ２を平滑した第３のコンデンサＣ３の端子間電圧Ｖｃ３は、スイッチング素子制御手段５０が動作する下限の電圧以下となり、制御手段５０は停止してスイッチング電源装置１は停止する。
【００４２】
その後、起動抵抗Ｒ１６１を介して第３のコンデンサＣ３が充電され電圧Ｖｃ３が、スイッチング素子制御手段５０が動作する下限の電圧以上となると、スイッチング素子制御手段８０が再起動され、スイッチング電源装置１は一瞬出力電圧Ｖｏを発生するが、チョークコイルＬ１２２に流れる電流は臨界電流値以下であるので、二次巻線Ｌ２からは制御手段５０を駆動するに充分な電圧が供給されず、制御手段５０は停止する。
すると、上に述べたとおり、制御手段５０は再起動されその結果制御手段５０は起動停止を繰り返す間欠動作となる。
【００４３】
このようにスイッチング電源装置１が間欠動作すると、出力電圧Ｖｏが間欠的に”Ｈｉ”となるごとに第２のフォトカプラＰＣ２７３のフォトダイオード７３１は間欠的に発光するが、出力電圧Ｖｏが間欠的に”Ｈｉ”となっても抵抗Ｒ８９２に電流が流れないので第１のフォトカプラＰＣ１７２のフォトダイオード７２１は導通しない。
したがって、フォトトランジスタ７２２は導通せず、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１は”Ｈｉ”となる。
一方、フォトトランジスタ７３２は間欠的に導通するので２次側トランスＴ２に誘起された電圧がダイオードＤ５１００を通して第２のスイッチング素子Ｑ２８５のベースに接続された第５のコンデンサＣ５が充電され、第２のスイッチング素子Ｑ２８５は導通して、モニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２は”Ｌｏ”へ切り替わる。
【００４４】
このように、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｌｏ”のときは電源装置１は正常に動作している状態で、”Ｈｉ”のときは負荷３を含む電源装置１の動作に異常が発生した状態として判別することができる。
また、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｈｉ”で異常状態を示している時に、モニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２が”Ｌｏ”のときは、ランプ断線（負荷開放）と判別できる。
【００４５】
図７を用いて、負荷（ランプ）３は正常であるがスイッチング電源装置１に故障が生じた場合の動作を説明する。
まず、スイッチング素子Ｑ１が短絡し、スイッチング電源装置１がスイッチング動作しなくなった場合に付いて説明する。
このような状態では、電源装置１の出力電圧Ｖｏは、直流電源１０の出力電圧Ｖｃ１となり、過大な負荷電流ＩＬと出力電圧Ｖｃ１によりランプが断線（負荷が開放）し負荷電流ＩＬが流れない。したがって、第１のフォトカプラＰＣ１７２のフォトダイオード７２１は動作せず発光しないのでモニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１は”Ｈｉ”となる。
一方、第２のフォトカプラＰＣ２７３のフォトダイオード７３１は直流電源１０の出力電圧Ｖｃ１により発光してフォトトランジスタ７３２が導通するが、導通状態のまま変化しないので２次側トランスＴ２８１に電圧が誘起されず第２のスイッチング素子Ｑ２８５は遮断され、モニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２は”Ｈｉ”となる。
【００４６】
一方、スイッチング素子制御手段５０が故障したりスイッチング素子Ｑ１２１が破損して電圧変換手段２０が動作しなくなった場合は、スイッチング電源装置１の出力電圧Ｖｏは０となり、負荷電流ＩＬが流れない。したがって、第１のフォトカプラＰＣ１７２のフォトダイオード７２２および第２のフォトカプラＰＣ２７３のフォトダイオード７３２はいずれも動作せず発光しない。
したがって、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１は”Ｈｉ”のままであり、同じくモニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２は”Ｈｉ”となる。
【００４７】
このように、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｈｉ”で、かつモニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２が”Ｈｉ”場合は、スイッチング素子制御手段５０が故障したりスイッチング素子Ｑ１２１が破損して電源装置１が正常に動作していないことを示しており、電源装置１に異常が発生したことを判別することができる。
【００４８】
本実施の態様においては、負荷電流検出方法は、スイッチング素子Ｑ１の駆動パルスの幅やチョークコイルＬ１の二次巻線Ｌ２に発生する電圧など負荷電流が検出できる方法であればとくに上記実施態様に限定されるものではない。
また、この実施の態様では、出力電圧検出部は電源装置出力端に接続されているが、出力電圧検出部の接続場所や検出方法についても、正常動作時に電圧が発生し、ランプ断線時に間欠信号が検出できるものであれば上記例に限定されるものではない。
【００４９】
以上の第１の実施の態様および第２の実施の態様については、負荷をハロゲンランプとして説明したが、本発明はこれに限定せず、ランプ点灯装置のように負荷開放と一定負荷しか発生しない可能性のある負荷に対して実施することができる。
また、パルス信号の検出方法はカウンタ回路を用いてもよくまたソフトウェアによる制御などパルス上の電源電圧の発生を検出する機能を満足するのであればその具体的は方法は実施の態様の例に限定されるものではない。また、信号伝達方式もその機能を満たす方式であれば伝達方法は限定されるものではない。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、負荷が開放されたときには、スイッチング電源装置１は間欠的に動作し、出力電圧Ｖｏも間欠的に表れるので、従来技術で問題になっていた負荷の開放と電源装置の故障とを判断することができず、修理時にどちらの部品を交換してよいのかわからないという問題がなくなる。
また、故障個所特定機能はチョークコイルのインダクタンス値の設定以外は、従来の負荷開放検知回路を利用できるので少量の部品追加で構成できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるスイッチング電源装置の構成を示す回路図。
【図２】本発明にかかるスイッチング電源装置の動作特性を説明するタイミングチャート（その１）。
【図３】本発明にかかるスイッチング電源装置の動作特性を説明するタイミングチャート（その２）。
【図４】本発明にかかるスイッチング電源装置のモニタ信号出力と電源装置の状態との論理表。
【図５】本発明にかかるスイッチング電源装置の他の実施の態様の構成を示す回路図。
【図６】本発明にかかるスイッチング電源装置の他の実施の態様の動作特性を説明するタイミングチャート（その１）。
【図７】本発明にかかるスイッチング電源装置の他の実施の態様の動作特性を説明するタイミングチャート（その２）。
【符号の説明】
１ スイッチング電源装置、 ２ 交流電源、 ３ 負荷，ハロゲン・ランプ、 １０ 直流電源、 １１ 整流回路，ダイオード・ブリッジ（ＤＢ）、 １２ 平滑コンデンサ（Ｃ１）、 ２０ 電圧変換手段、 ２１ スイッチング素子（Ｑ１）、 ２２ チョークコイル，インダクタ（Ｌ１）、 ２３ フライホイールダイオード（Ｄ１）、 ２４ 平滑コンデンサ（Ｃ２）、 ３０ 出力電圧検出手段、 ３１ 二次巻線（Ｌ２）、 ３２ ダイオード（Ｄ２）、 ３３ コンデンサ（Ｃ３）、 ４０ 負荷電流検出手段、 ４１ 負荷電流検出用抵抗（Ｒ３）、 ４２，４３ 分圧抵抗（Ｒ３，Ｒ４）、 ５０ スイッチング素子制御手段、 ６０ 起動手段、 ６１ 起動用抵抗（Ｒ１）、 ６２ コンデンサ（Ｃ）４、 ６３ 起動用抵抗（Ｒ１１）、 ７０ 出力監視手段、 ７１ 抵抗（Ｒ５）、 ７２ フォトカプラ（ＰＣ１）、 ７２１ フォトダイオード、 ７２２ フォトトランジスタ、 ７３ フォトカプラ（ＰＣ２）、７４ １次側トランス（Ｔ１）、 ７３１ フォトダイオード、 ７３２ フォトトランジスタ、 ８０ 故障個所特定手段、 ８１ ２次側トランス（Ｔ２）、 ８２ コンデンサ（Ｃ５）、 ８３ 抵抗（Ｒ６）、 ８４ ダイオード（Ｄ４）、 ８５ スイッチング素子（Ｑ２）、 ８６ 抵抗（Ｒ７）、 ８７ コンデンサ（Ｃ７）、 ８８，８９ 出力端子、 ９０ 出力検出手段、 ９１ スイッチング素子（Ｑ３）、 ９２，９３，９４ 抵抗（Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０）、 １００ ダイオード（Ｄ５）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば画像形成装置のランプ負荷などに電力を供給するスイッチング電源装置に関し、特に、ランプの断線等による負荷の開放または電源装置の故障を検知して原因がいずれであるかを特定できるようにしたスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置などのハロゲン・ランプ点灯用スイッチング電源装置において、ランプ断線検知機能（負荷開放検知）を電源装置内に組み込み断線時に該電源回路を停止させるようにすることが行われている。
例えば、特開平８ー８００３４号公報に示されるスイッチング電源回路は、負荷電流をスイッチング素子の駆動パルス幅などによって検出し、負荷が開放状態になったことを検出して回路動作を停止させ出力をとめるようにしている。
また、特開平８−８００３５号公報に示されるスイッチングレギュレータは、チョークコイルの複巻き線に誘起する電圧を検出して、負荷の断線を検出し、スイッチング素子を駆動するパルス変調制御回路の発振を停止させて、スイッチングレギュレータの出力を０にしている。
【０００３】
これらの、スイッチング電源装置は、負荷の断線を検出してスイッチング電源装置の動作を停止させるものであって、ランプの断線を検出して電源装置を停止させることはできるが、ランプ点灯用電源装置自体に故障が生じたときに、ランプ断線による停止かランプ点灯用電源装置の故障による停止かを判断することができず、修理時にどちらの部品を交換してよいのか判断できないという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来のスイッチング電源装置が有する問題を解決するものであって、例えば、ランプ点灯用スイッチング電源装置において、負荷の開放（ランプの断線）またはスイッチング電源装置自体の故障を検出して、該スイッチング電源装置を停止させるとともに、スイッチング電源装置の停止時に、負荷の断線による停止か電源装置の故障による停止かを判断することができるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、直流電源と負荷への出力端子に直列に接続されたスイッチ素子およびインダクタからなる電圧変換回路と、負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記インダクタに磁気的に結合された巻線を有し電源装置の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記検出した負荷電流と前記検出した出力電圧に基づいて前記スイッチ素子の動作を制御する制御回路からなり、該制御回路を直流電源からの電圧によって起動し、起動後は前記巻き線から駆動電圧を供給してスイッチ素子の動作のデューティを制御して前記負荷への供給電圧を一定にするスイッチング電源装置に、前記出力電圧検出手段の出力を用いて、電源装置から所定の出力電圧が出力されているか否か、及び負荷に異常が発生した結果、当該電源装置から所定の出力電圧が出力されていないかを監視する出力監視手段と、前記出力監視手段の出力である電源装置から所定の出力電圧が出力されているか否か、及び負荷に異常が発生した結果、当該電源装置から所定の出力電圧が出力されていないかに基づいて、故障個所を特定する故障個所特定手段とを設けた。
【０００６】
【作用】
定格負荷以下においてインダクタ（チョークコイル）に流れる電流を臨界電流値以下（不連続モード）となるようにチョークコイルＬ１のインダクタンス値を設定することによって、故障個所特定機能は、寿命などによりハロゲン・ランプなどの負荷が断線し負荷開放状態となったときに、チョークコイルに磁気結合された二次巻線からスイッチング素子制御手段へ供給される電源電圧が不足し、スイッチング動作は停止する。その後、スイッチング電源装置は、起動抵抗等を介した電圧によって再起動動作となり一瞬出力電圧が出力されるが二次巻線から電源が供給されないので停止し、この起動停止を繰り返して間欠動作となる。
【０００７】
スイッチング電源装置を間欠動作させるためのインダクタンス値Ｌ１の条件は、スイッチング電源装置の出力電圧をＶｏとし、スイッチング素子Ｑ１のオフ時間をＴＯＦＦとし、スイッチング電源装置の出力電流をＩｏとすると、下記（１）式で表わされる。
Ｌ１＜｛Ｖｏ×ＴＯＦＦ）｝÷（２×Ｉｏ）……（１）
【０００８】
制御回路へ電源を供給しているチョークコイルＬ１の二次巻線Ｌ２を平滑した第３のコンデンサＣ３の電圧を監視し、この監視信号に基づいて、電源装置が故障したときには、故障個所特定手段は電源装置故障またはランプ断線のいずれかの状態を出力する。
よって、スイッチング電源装置の故障箇所を容易に判別することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１を用いて、本発明にかかるスイッチング電源装置の回路の基本構成を説明する。
本発明にかかるスイッチング電源装置１は、直流電源１０と、電圧変換手段２０と、出力電圧検出手段３０と、負荷電流検出手段４０と、スイッチング素子制御手段５０と、起動手段６０と、出力監視手段７０と、故障個所特定手段８０とから構成される。
スイッチング電源装置１は、交流電源２から電力の供給を受けハロゲンランプなどの負荷３に制御された直流電圧Ｖｏを供給する。
【００１０】
直流電源１０は、ダイオードブリッジＤＢからなる整流回路１１と、該整流回路の直流出力端子間に接続された平滑用コンデンサとして働く第１のコンデンサＣ１１２とを有して構成される。
直流電源１０は、所定の直流電圧Ｖｃ１を出力する。
【００１１】
電圧変換手段２０は、前記直流電源１０の出力と負荷３との間に直列に接続された例えばスイッチングＦＥＴからなる第１のスイッチング素子Ｑ１２１およびチョークコイルＬ１２２と、前記直流電源の出力端子に前記第１のスイッチング素子Ｑ１を介して並列に接続されたフライホイールダイオードとして働く第１のダイオードＤ１２３と、前記直流電源の出力端子に第１のスイッチング素子Ｑ１およびチョークコイルＬ１を介して並列に接続された第２のコンデンサＣ２２４とを有して構成される。
電圧変換手段２０は、制御された所定の電圧をスイッチング電源装置１の出力電圧Ｖｏとして出力する。
【００１２】
出力電圧検出手段３０は、前記チョークコイルＬ１２２の二次巻線Ｌ２３１と、該二次巻線Ｌ２の一方の端子に一方の端子が直列に接続された第２のダイオードＤ２３２と、該第２のダイオードＤ２の他方の端子と前記二次巻線Ｌ２の他方の端子との間に接続された第３のコンデンサＣ３３３とを有して構成される。
出力電圧検出手段３０は、スイッチング電源装置１の出力電圧Ｖｏに見合った検出電圧Ｖｃ３を出力する。
【００１３】
負荷電流検出手段４０は、前記直流電源１０の一方の端子と前記スイッチング素子Ｑ１２１との間に接続された負荷電流検出抵抗として働く第２の抵抗Ｒ２４１と、該第２の抵抗Ｒ２に並列に接続された分圧抵抗として働く第３の抵抗Ｒ３４２と、第４の抵抗Ｒ４４３とを有して構成される。
負荷電流検出手段４０は、負荷電流に見合った負荷電流検出電圧Ｖｒ４を出力する。
【００１４】
スイッチング素子制御手段５０は、前記出力電圧検出手段３０の出力Ｖｃ３と前記負荷電流検出手段４０の出力Ｖｒ４に基づいて前記スイッチング素子Ｑ１２１のデューティを制御する。
【００１５】
起動手段６０は、前記直流電源１０の出力端子間に並列に接続された起動用抵抗として働く第１の抵抗Ｒ１６１と、第１１の抵抗Ｒ１１６３および該第１１の抵抗Ｒ１１に並列に接続された第４のコンデンサＣ４６２とから構成される。
前記第１の抵抗Ｒ１と第１１の抵抗Ｒ１１および第４のコンデンサＣ４の接続点は、第３のダイオードＤ３を介して前記出力電圧検出手段３０の出力に接続されるとともに、前記スイッチング素子制御手段５０に接続される。
【００１６】
出力監視手段７０は、前記出力電圧検出手段３０の出力端子間に並列に接続された第５の抵抗Ｒ５７１とフォトカプラＰＣ１７２を構成するフォトダイオード７２１と、電源Ｖｃｃ１に直列に接続された１次側トランスＴ１７４とフォトカプラＰＣ１７２を構成するフォトトランジスタ７２２とを有して構成される。
【００１７】
故障回路特定手段８０は、電源Ｖｃｃ１と電源Ｖｃｃ２から電圧が供給され、前記出力監視手段７０の１次側トランスＴ１７４と磁気結合された２次側トランスＴ２８１と該２次側トランスＴ２８１に直列に接続された第５のダイオードＤ５１００と第５のコンデンサＣ５８２の直列接続体と、該第５のダイオードＤ５と第５のコンデンサＣ５の接続点に接続された第６の抵抗Ｒ６８３と、前記電源Ｖｃｃ１と第１の出力端子８８とに直列に接続された第４のダイオードＤ４８４と、前記電源Ｖｃｃ２に第７の抵抗Ｒ７８６を介して接続された第２のスイッチング素子Ｑ２８５と、第１の出力端子８８と接地との間に接続された第７のコンデンサＣ７８７と第２の出力端子８９を有して構成される。
前記第６の抵抗Ｒ６の他端が前記トランジスタＱ２のベースに接続される。
【００１８】
以下、図２および図３を用いて、図１に示したスイッチング電源装置１の動作を説明する。
直流電源１０は、交流入力電圧を整流回路１１で全波整流し、平滑コンデンサＣ１１２で平滑して直流電圧Ｖｃ１を得る。
スイッチング素子制御手段５０は、負荷電流ＩＬや交流入力電圧および出力電圧Ｖｏなどの条件によって、第１のスイッチング素子Ｑ１２１の導通時間率（デューティ）を制御することによって、平滑された直流電圧Ｖｃ１をチョッピングし脈流電圧に変換した後、チョーク・コイルＬ１２２、第１のダイオードＤ１２３、および第２のコンデンサＣ２により、スイッチング素子Ｑ１２１の時比率に応じた直流降圧電圧Ｖｏに変換しハロゲン・ランプからなる負荷３に供給する。
【００１９】
第１のスイッチング素子Ｑ１２１のデューティを制御するスイッチング素子制御手段５０の起動時には、起動抵抗Ｒ１６１とＲ１１６３の分圧により第４のコンデンサＣ４６２を充電した充電電圧Ｖｃ４が該制御手段５０へ供給され、該制御手段５０は、所定の周波数で起動する。
起動後は、スイッチング素子制御手段５０には、チョークコイルＬ１２２の二次巻線Ｌ２３１からスイッチング電源装置１の出力電圧Ｖｏに比例した検出電圧Ｖｃ３が供給され、該制御手段５０は、前記出力電圧Ｖｏが所定の値になるように第１のスイッチング素子Ｑ１２１のデューティを制御する。
【００２０】
故障箇所特定機能は、出力監視手段７０と故障箇所特定手段８０から構成される。出力監視手段７０は起動抵抗Ｒ１，Ｒ１１および第４のコンデンサＣ４の影響を受けない第２のダイオードＤ２と第３のダイオードＤ３間に接続されている。故障個所特定手段８０は、正常時と電源装置故障やランプ断線などの異常発生時の動作モードにより発生する各々のモニター信号レベルや種類により判別してモニタ端子Ｔ５およびモニタ端子Ｔ６へ出力する。
【００２１】
図２にスイッチング電源装置１が正常に動作している状態と負荷が断線した状態での、出力電圧Ｖｏ、負荷電流ＩＬ、第３のコンデンサＣ３の端子間電圧Ｖｃ３、第４のコンデンサＣ４の端子間電圧Ｖｃ４、故障個所特定手段８０の第１の出力電圧Ｖｍ１、および第２の出力電圧Ｖｍ２の関係を示す。
【００２２】
スイッチング電源装置１が正常に動作しているときには、出力電圧Ｖｏは、制御された電圧”Ｈｉｇｈ”（以下、”Ｈｉ”と記す）であり、負荷３には所定の負荷電流ＩＬ”Ｈｉ”が流れる。このとき、チョークコイルＬ１２２の二次巻線Ｌ２３１には常に電圧が誘起され第２のダイオードＤ２を通して第３のコンデンサＣ３は所定の電圧Ｖｃ３に充電される。
【００２３】
スイッチング素子制御手段５０は、電源装置１０の出力電圧Ｖｃ１によって起動用抵抗Ｒ１６１，Ｒ１１６３を介して充電された第４のコンデンサＣ４の端子間電圧Ｖｃ４によって起動される。該制御手段５０が起動された後は、制御手段５０は二次巻線Ｌ２に誘起された電圧によって充電された第３のコンデンサＣ３の端子間電圧Ｖｃ３によって駆動される。このときの電圧Ｖｃ３は、スイッチング素子制御手段５０が動作する下限の電圧以上となるように、かつ出力電圧に比例して制御素子が動作するように負荷電流と出力電圧およびチョークコイルＬ１ならびに二次巻線Ｌ２との関係が設定されている。
【００２４】
このとき、出力監視手段７０および故障個所検出手段８０においては、第３のコンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３によってフォトカプラＰＣ１７２のフォトダイオード７２１が動作してフォトトランジスタ７２２は導通する。
したがって、故障個所検出手段８０の第１の出力端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１は”Ｌｏｗ”（以下、Ｌｏと記す）となり、出力監視手段７０の出力に変化が生じないので２次側トランスＴ２８１に電圧が誘起されず第２のスイッチング素子Ｑ２８５は遮断されるので第２の出力端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２は”Ｈｉ”となる。
【００２５】
次ぎに、スイッチング電源装置１が正常に動作している状態で、ランプが断線（負荷が開放）した場合を説明する。
負荷が開放されると、負荷電流ＩＬは”Ｌｏ”となる。チョークコイルＬ１のインダクタンス値は、定格負荷以下においてチョークコイルＬ１に流れる電流が臨界電流値以下（不連続モード）となるように設定されているので、二次巻線Ｌ２を平滑した第３のコンデンサＣ３の端子間電圧Ｖｃ３は、スイッチング素子制御手段５０が動作する下限の電圧以下となり、制御手段５０は停止してスイッチング電源装置１は停止する。
【００２６】
その後、起動抵抗Ｒ１６１とＲ１１６３を介して第４のコンデンサＣ４が充電され電圧Ｖｃ４が、スイッチング素子制御手段５０が動作する下限の電圧以上となると、スイッチング素子制御手段５０が再起動され、スイッチング電源装置１は一瞬出力電圧Ｖｏを発生するが、チョークコイルＬ１２２に流れる電流は臨界電流値以下であるので、二次巻線Ｌ２からは制御手段５０を駆動するに充分な電圧が供給されず、制御手段５０は停止する。
すると、上に述べたとおり、制御手段５０は再起動されその結果制御手段５０は起動停止を繰り返す間欠動作となる。
【００２７】
このようにスイッチング電源装置１が間欠動作すると、二次巻線Ｌ２の誘起電圧を平滑した第３のコンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３はパルス状に発生する。そのパルス電圧はフォトカプラＰＣ１７２のフォトダイオード７２１を間欠動作させ、フォトトランジスタ７２２は間欠的に導通する。
したがって、フォトトランジスタ７２２に印加される電圧Ｖｃｃ１は、第７のコンデンサＣ７で平滑され、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１は”Ｈｉ”となる。
一方、第２のスイッチング素子Ｑ２８５のベースに接続された第５のコンデンサＣ５は出力監視手段７０の出力が間欠的に導通しているので２次側トランスＴ２８１に電圧が誘起されダイオードＤ５を通して充電され、第２のスイッチング素子Ｑ２８５は導通して、モニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２は”Ｌｏ”へ切り替わる。
【００２８】
このように、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｌｏ”のときは電源装置１は正常に動作している状態で、”Ｈｉ”のときは負荷３を含む電源装置１の動作に異常が発生した状態として判別することができる。
また、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｈｉ”で異常状態を示している時に、モニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２が”Ｌｏ”のときは、ランプ断線（負荷開放）と判別できる。
【００２９】
図３を用いて、負荷（ランプ）３は正常であるがスイッチング電源装置１に故障が生じた場合の動作を説明する。
まず、スイッチング素子Ｑ１が短絡し、スイッチング電源装置１がスイッチング動作しなくなった場合に付いて説明する。
このような状態では、電源装置１の出力電圧Ｖｏは、直流電源１０の出力電圧Ｖｃ１となり、過大な負荷電流ＩＬと出力電圧Ｖｃ１によりランプが断線（負荷が開放）する。しかしスイッチング動作しないことから負荷電流ＩＬに変化が生じないので、チョークコイルＬ１２２の二次巻線Ｌ２３１に電圧が誘起されずフォトカプラＰＣ１７２は導通しない。
したがって、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１は”Ｈｉ”のままであり、同じくモニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２も電源装置１が動作しないので”Ｈｉ”のままである。
【００３０】
一方、スイッチング素子制御手段５０が故障したりスイッチング素子Ｑ１２１が破損して電圧変換手段２０が動作しなくなった場合は、スイッチング電源装置１の出力電圧Ｖｏは０となり、負荷電流ＩＬが流れないのでチョークコイルＬ１２２の二次巻線Ｌ２３１に電圧が誘起されずフォトカプラＰＣ１７２は導通しない。
したがって、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１は”Ｈｉ”のままであり、同じくモニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２も電源装置が動作しないので”Ｈｉ”のままである。
【００３１】
このように、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｈｉ”で、かつモニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２が”Ｈｉ”場合は、電源装置１が正常に動作していないことを示しており、電源装置１に異常が発生した状態として判別することができる。
【００３２】
上述したモニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１とモニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２の状態による故障の見分け方を図４に示す。
すなわち、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｌｏ”のときはスイッチング電源装置１は正常に動作している。
モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｈｉ”となり、モニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２が”Ｌｏ”となったときは負荷開放（ランプ断線）の状態であるので、装置が複写機などの画像形成装置であるときには、説明を省略した表示制御手段によって操作パネルにランプ断線を表示するとともに、所定の手続を経てランプ点灯用スイッチング電源装置１の動作を停止させる。
モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｈｉ”となり、モニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２が”Ｈｉ”となったときは電源装置１に故障が生じたときであるので、操作パネルに電源装置故障を表示して、スイッチング電源装置１の動作を停止させる。
【００３３】
図５を用いて、本発明にかかるスイッチング電源装置１の第２の実施の態様を説明する。この第２の実施の態様における故障箇所特定機能を構成する部分以外の基本構成は第１の実施の態様と同様であり、同じ符号は同じ要素を示している。
【００３４】
故障箇所特定機能達成部分の一つである出力監視手段７０は、電源Ｖｃｃ１と電源Ｖｃｃ２から電圧が供給される。該出力監視手段７０は、電源Ｖｃｃ１に接続された第１のフォトカプラＰＣ１７２からなる負荷電流検出部と、電源Ｖｃｃ２に直列接続された１次側トランスＴ１７４と第２のフォトカプラＰＣ２７３からなる出力電圧検出部から構成される。
第１のフォトカプラＰＣ１７２は、フォトダイオード７２１とフォトトランジスタ７２２から構成される。第２のフォトカプラＰＣ２７３は、フォトダイオード７３１とフォトトランジスタ７３２から構成される。
【００３５】
故障回路特定手段８０は、電源Ｖｃｃ３から電圧が供給される。
故障回路特定手段８０は、電源電源Ｖｃｃ２に接続された前記出力監視手段７０の１次側トランスＴ１７４と磁気結合された２次側トランスＴ２８１と該２次側トランスＴ２８１に直列に接続された第５のダイオードＤ５１００と第５のコンデンサＣ５８２の直列接続体と、該第５のダイオードＤ５と第５のコンデンサＣ５の接続点に接続された第６の抵抗Ｒ６８３と、前記電源Ｖｃｃ３に第７の抵抗Ｒ７８６を介して接続された第２のスイッチング素子を構成するトランジスタＱ２８５と、前記フォトカプラ７２のフォトトランジスタ７２２の出力をモニタ端子Ｔ５に出力する第１の出力端子８８と、電源Ｖｃｃ３に第７の抵抗Ｒ７８６を介して接続された第２のスイッチング素子Ｑ２８５の出力をモニタ端子Ｔ６に出力する第２の出力端子８９を有して構成される。
前記第６の抵抗Ｒ６の他端が前記第２のスイッチング素子を形成するトランジスタＱ２のベースに接続される。
【００３６】
出力検出手段９０は、電圧変換手段２０の出力と負荷３との間に接続された電流検出用抵抗Ｒ８９２と、該抵抗Ｒ８９２の後に接続された第３のスイッチング素子Ｑ３９１と、前記スイッチング素子Ｑ３９１の後に接続された第９の抵抗Ｒ９９３と、前記抵抗Ｒ８９２の後に接続された第１０の抵抗Ｒ１０９４とから構成される。
【００３７】
出力監視手段７０の負荷電流検出部は、負荷電流ＩＬを電流検出抵抗Ｒ８９２によって電圧信号に変換して第９の抵抗Ｒ９９３と第３のスイッチング素子Ｑ３９１によって検出する。
出力監視手段７０の出力電圧検出部は、スイッチング電源装置１の出力電圧Ｖｏを第１０の抵抗Ｒ１０９４を通して検出する。
【００３８】
以下、図６および図７を用いて、図５に示したスイッチング電源装置１の動作を説明する。
図６にスイッチング電源装置１が正常に動作している状態と負荷が断線した状態での、出力電圧Ｖｏ、負荷電流ＩＬ、フォトカプラＰＣ１の動作状態、フォトカプラＰＣ２の動作状態、故障個所特定手段８０の第１の出力電圧Ｖｍ１、および第２の出力電圧Ｖｍ２の関係を示す。
【００３９】
スイッチング素子制御手段５０は、直流電源１０の出力電圧Ｖｃ１によって起動用抵抗Ｒ１６１を介して充電された第３のコンデンサＣ３６２の端子間電圧Ｖｃ３によって起動される。該制御手段５０が起動された後は、制御手段５０は二次巻線Ｌ２に誘起された電圧によって充電された第３のコンデンサＣ３の端子間電圧Ｖｃ３によって駆動される。このときの電圧Ｖｃ３は、スイッチング素子制御手段５０が動作する下限の電圧以上となるように、かつ出力電圧に比例して制御素子が動作するように出力電圧と負荷電流およびチョークコイルＬ１ならびに二次巻線Ｌ２との関係が設定されている。
スイッチング電源装置１が正常に動作しているときには、出力電圧Ｖｏは、制御された電圧”Ｈｉ”であり、負荷３には所定の負荷電流ＩＬ”Ｈｉ”が流れる。このとき、出力検出手段９０の第３のスイッチング素子Ｑ３９１は導通し、出力監視手段７０のフォトカプラＰＣ１７２のフォトダイオード７２１は発光する。同様に出力監視手段７０のフォトカプラＰＣ２７３のフォトダイオード７３１は発光する。
【００４０】
したがって、第１のフォトカプラＰＣ１７２のフォトトランジスタ７２２は導通し、故障個所検出手段８０の第１の出力端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１は”Ｌｏ”となる。同様に第２のフォトカプラＰＣ２７３のフォトトランジスタ７３２は導通状態が続き変化が生じないので２次側トランスＴ２に電圧が誘起されず、第２のスイッチング素子Ｑ２８５は遮断されるので第２の出力端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２は”Ｈｉ”となる。
【００４１】
次ぎに、スイッチング電源装置１が正常に動作している状態で、ランプが断線（負荷が開放）した場合を説明する。
負荷が開放されると、負荷電流ＩＬは”Ｌｏ”となる。チョークコイルＬ１のインダクタンス値は、定格負荷以下においてチョークコイルＬ１に流れる電流が臨界電流値以下（不連続モード）となるように設定されているので、二次巻線Ｌ２を平滑した第３のコンデンサＣ３の端子間電圧Ｖｃ３は、スイッチング素子制御手段５０が動作する下限の電圧以下となり、制御手段５０は停止してスイッチング電源装置１は停止する。
【００４２】
その後、起動抵抗Ｒ１６１を介して第３のコンデンサＣ３が充電され電圧Ｖｃ３が、スイッチング素子制御手段５０が動作する下限の電圧以上となると、スイッチング素子制御手段８０が再起動され、スイッチング電源装置１は一瞬出力電圧Ｖｏを発生するが、チョークコイルＬ１２２に流れる電流は臨界電流値以下であるので、二次巻線Ｌ２からは制御手段５０を駆動するに充分な電圧が供給されず、制御手段５０は停止する。
すると、上に述べたとおり、制御手段５０は再起動されその結果制御手段５０は起動停止を繰り返す間欠動作となる。
【００４３】
このようにスイッチング電源装置１が間欠動作すると、出力電圧Ｖｏが間欠的に”Ｈｉ”となるごとに第２のフォトカプラＰＣ２７３のフォトダイオード７３１は間欠的に発光するが、出力電圧Ｖｏが間欠的に”Ｈｉ”となっても抵抗Ｒ８９２に電流が流れないので第１のフォトカプラＰＣ１７２のフォトダイオード７２１は導通しない。
したがって、フォトトランジスタ７２２は導通せず、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１は”Ｈｉ”となる。
一方、フォトトランジスタ７３２は間欠的に導通するので２次側トランスＴ２に誘起された電圧がダイオードＤ５１００を通して第２のスイッチング素子Ｑ２８５のベースに接続された第５のコンデンサＣ５が充電され、第２のスイッチング素子Ｑ２８５は導通して、モニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２は”Ｌｏ”へ切り替わる。
【００４４】
このように、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｌｏ”のときは電源装置１は正常に動作している状態で、”Ｈｉ”のときは負荷３を含む電源装置１の動作に異常が発生した状態として判別することができる。
また、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｈｉ”で異常状態を示している時に、モニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２が”Ｌｏ”のときは、ランプ断線（負荷開放）と判別できる。
【００４５】
図７を用いて、負荷（ランプ）３は正常であるがスイッチング電源装置１に故障が生じた場合の動作を説明する。
まず、スイッチング素子Ｑ１が短絡し、スイッチング電源装置１がスイッチング動作しなくなった場合に付いて説明する。
このような状態では、電源装置１の出力電圧Ｖｏは、直流電源１０の出力電圧Ｖｃ１となり、過大な負荷電流ＩＬと出力電圧Ｖｃ１によりランプが断線（負荷が開放）し負荷電流ＩＬが流れない。したがって、第１のフォトカプラＰＣ１７２のフォトダイオード７２１は動作せず発光しないのでモニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１は”Ｈｉ”となる。
一方、第２のフォトカプラＰＣ２７３のフォトダイオード７３１は直流電源１０の出力電圧Ｖｃ１により発光してフォトトランジスタ７３２が導通するが、導通状態のまま変化しないので２次側トランスＴ２８１に電圧が誘起されず第２のスイッチング素子Ｑ２８５は遮断され、モニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２は”Ｈｉ”となる。
【００４６】
一方、スイッチング素子制御手段５０が故障したりスイッチング素子Ｑ１２１が破損して電圧変換手段２０が動作しなくなった場合は、スイッチング電源装置１の出力電圧Ｖｏは０となり、負荷電流ＩＬが流れない。したがって、第１のフォトカプラＰＣ１７２のフォトダイオード７２２および第２のフォトカプラＰＣ２７３のフォトダイオード７３２はいずれも動作せず発光しない。
したがって、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１は”Ｈｉ”のままであり、同じくモニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２は”Ｈｉ”となる。
【００４７】
このように、モニタ端子Ｔ５の出力電圧Ｖｍ１が”Ｈｉ”で、かつモニタ端子Ｔ６の出力電圧Ｖｍ２が”Ｈｉ”場合は、スイッチング素子制御手段５０が故障したりスイッチング素子Ｑ１２１が破損して電源装置１が正常に動作していないことを示しており、電源装置１に異常が発生したことを判別することができる。
【００４８】
本実施の態様においては、負荷電流検出方法は、スイッチング素子Ｑ１の駆動パルスの幅やチョークコイルＬ１の二次巻線Ｌ２に発生する電圧など負荷電流が検出できる方法であればとくに上記実施態様に限定されるものではない。
また、この実施の態様では、出力電圧検出部は電源装置出力端に接続されているが、出力電圧検出部の接続場所や検出方法についても、正常動作時に電圧が発生し、ランプ断線時に間欠信号が検出できるものであれば上記例に限定されるものではない。
【００４９】
以上の第１の実施の態様および第２の実施の態様については、負荷をハロゲンランプとして説明したが、本発明はこれに限定せず、ランプ点灯装置のように負荷開放と一定負荷しか発生しない可能性のある負荷に対して実施することができる。
また、パルス信号の検出方法はカウンタ回路を用いてもよくまたソフトウェアによる制御などパルス上の電源電圧の発生を検出する機能を満足するのであればその具体的は方法は実施の態様の例に限定されるものではない。また、信号伝達方式もその機能を満たす方式であれば伝達方法は限定されるものではない。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、負荷が開放されたときには、スイッチング電源装置１は間欠的に動作し、出力電圧Ｖｏも間欠的に表れるので、従来技術で問題になっていた負荷の開放と電源装置の故障とを判断することができず、修理時にどちらの部品を交換してよいのかわからないという問題がなくなる。
また、故障個所特定機能はチョークコイルのインダクタンス値の設定以外は、従来の負荷開放検知回路を利用できるので少量の部品追加で構成できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるスイッチング電源装置の構成を示す回路図。
【図２】本発明にかかるスイッチング電源装置の動作特性を説明するタイミングチャート（その１）。
【図３】本発明にかかるスイッチング電源装置の動作特性を説明するタイミングチャート（その２）。
【図４】本発明にかかるスイッチング電源装置のモニタ信号出力と電源装置の状態との論理表。
【図５】本発明にかかるスイッチング電源装置の他の実施の態様の構成を示す回路図。
【図６】本発明にかかるスイッチング電源装置の他の実施の態様の動作特性を説明するタイミングチャート（その１）。
【図７】本発明にかかるスイッチング電源装置の他の実施の態様の動作特性を説明するタイミングチャート（その２）。
【符号の説明】
１ スイッチング電源装置、 ２ 交流電源、 ３ 負荷，ハロゲン・ランプ、 １０ 直流電源、 １１ 整流回路，ダイオード・ブリッジ（ＤＢ）、 １２ 平滑コンデンサ（Ｃ１）、 ２０ 電圧変換手段、 ２１ スイッチング素子（Ｑ１）、 ２２ チョークコイル，インダクタ（Ｌ１）、 ２３ フライホイールダイオード（Ｄ１）、 ２４ 平滑コンデンサ（Ｃ２）、 ３０ 出力電圧検出手段、 ３１ 二次巻線（Ｌ２）、 ３２ ダイオード（Ｄ２）、 ３３ コンデンサ（Ｃ３）、 ４０ 負荷電流検出手段、 ４１ 負荷電流検出用抵抗（Ｒ３）、 ４２，４３ 分圧抵抗（Ｒ３，Ｒ４）、 ５０ スイッチング素子制御手段、 ６０ 起動手段、 ６１ 起動用抵抗（Ｒ１）、 ６２ コンデンサ（Ｃ）４、 ６３ 起動用抵抗（Ｒ１１）、 ７０ 出力監視手段、 ７１ 抵抗（Ｒ５）、 ７２ フォトカプラ（ＰＣ１）、 ７２１ フォトダイオード、 ７２２ フォトトランジスタ、 ７３ フォトカプラ（ＰＣ２）、７４ １次側トランス（Ｔ１）、 ７３１ フォトダイオード、 ７３２ フォトトランジスタ、 ８０ 故障個所特定手段、 ８１ ２次側トランス（Ｔ２）、 ８２ コンデンサ（Ｃ５）、 ８３ 抵抗（Ｒ６）、 ８４ ダイオード（Ｄ４）、 ８５ スイッチング素子（Ｑ２）、 ８６ 抵抗（Ｒ７）、 ８７ コンデンサ（Ｃ７）、 ８８，８９ 出力端子、 ９０ 出力検出手段、 ９１ スイッチング素子（Ｑ３）、 ９２，９３，９４ 抵抗（Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０）、 １００ ダイオード（Ｄ５）。
Claims (5)
- 直流電源と負荷への出力端子に直列に接続されたスイッチ素子およびインダクタからなる電圧変換回路と、負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記インダクタに磁気的に結合された巻線を有し電源装置の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記検出した負荷電流と前記検出した出力電圧に基づいて前記スイッチ素子の動作を制御する制御回路からなり、該制御回路を直流電源からの電圧によって起動し、起動後は前記巻き線から駆動電圧を供給してスイッチ素子の動作のデューティを制御して前記負荷への供給電圧を一定にするスイッチング電源装置において、前記出力電圧検出手段の出力を用いて、電源装置から所定の出力電圧が出力されているか否か、及び負荷に異常が発生した結果、当該電源装置から所定の出力電圧が出力されていないかを監視する出力監視手段と、前記出力監視手段の出力である電源装置から所定の出力電圧が出力されているか否か、及び負荷に異常が発生した結果、当該電源装置から所定の出力電圧が出力されていないかに基づいて、故障個所を特定する故障個所特定手段とを有することを特徴とするスイッチング電源装置。
- 負荷開放時に前記インダクタに流れる電流を臨界電流値以下となるように前記インダクタの値を設定し、起動動作と起動後の動作の停止の繰返しによって前記制御回路を間欠動作させて間欠出力電圧を得るようにしたことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
- 故障個所特定手段は、スイッチング電源装置が間欠動作したことによって、負荷開放を特定することを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源装置。
- 負荷は、ランプである請求項１ないし請求項３のいずれか記載のスイッチング電源装置。
- 故障個所特定手段の出力に基づいて、故障個所を表示する機能を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか記載のスイッチング電源装置。
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