JP3661472B2 - Power supply - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器用の電源装置に関し、特に、電子機器の主として駆動機構に第１の出力電圧を供給すると共に当該電子機器の主制御部には第２の出力電圧を供給し、所定の出力電圧を必要としない場合には、第１の出力電圧を下げることが可能な電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子機器用の電源装置には、商用電源を一次側とし電子機器の駆動機構等を二次側とする変圧器と、その変圧器の一次側に配置される交流生成用スイッチングトランジスタとを有する、スイッチング電源が一般的に用いられている（特開平５−１３７３３１号公報、特開平６−１６５４８９号公報、特開平８−３００７７５号公報参照）。例えば、かかる電源装置をプリンタの電源部に安定化電源として用いる場合には、上記交流生成用スイッチングトランジスタのスイッチング動作を制御することにより、プリンタの駆動機構及び主制御部への供給電力を調節する。
【０００３】
かかる電源装置では、例えばプリンタの駆動機構（パワー系）に供給する４２Ｖの出力電圧と主制御部（ロジック系）に供給する５Ｖの電圧を持つというように、複数の出力電圧を有するものがある。
【０００４】
かかる電源装置の第１の従来例として、図７に示すように、上述したパワー系に供給する４２Ｖの出力電圧は、商用電源（ＡＣ）４０の入力から一次電源回路ＰＳ１で生成し、その一次電源回路ＰＳ１の４２Ｖの出力を用いて二次電源回路ＰＳ２がロジック系に供給する５Ｖの出力電圧を生成する、直列型の構成を採用するものがある。
【０００５】
また、上記電源装置の第２の従来例として、図９に示すように、第１の電源回路ＰＳ１´がパワー系に供給する出力電圧とは独立して、第２の電源回路ＰＳ２´がロジック系に供給する出力電圧を商用電源（ＡＣ）４０´の入力から生成する、並列型の構成を有するものもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した第１及び第２の従来例に共通する問題として、上記したパワー系（４２Ｖ）につながる素子には、常時４２Ｖに近い電圧が印加されているため、このパワー系に接続されている供給先回路ではＩＣ等の半導体素子における損失があり、特に抵抗類は電圧の二乗に比例した電力を無駄に失っている、という問題点がある。
【０００７】
また、第１の従来例に特有の問題であるが、例えば、二次電源回路ＰＳ２が５Ｖの出力電圧を生成するものでは、二次電源回路ＰＳ２における入出力電圧差が３７Ｖ（＝４２Ｖ−５Ｖ）と大きくなる結果、スイッチングトランジスタ等のスイッチング動作に伴う損失電力が大きい、という問題点がある。
【０００８】
さらに、やはり第１の従来例に特有の問題であるが、二次電源回路ＰＳ２内の制御ＩＣ乃至は制御部自体にも、一次電源回路ＰＳ１の４２Ｖの出力から内部動作電流が供給されるため、その制御ＩＣ乃至は制御部を駆動する電力は、動作電流×入力電圧（＝４２Ｖ）となり、常時多大な電力を消費することになる、という問題点もある。
【０００９】
以下、これらの問題を生じる要因等につき、図面を参照して具体的に説明しておく。図７は、一次電源回路ＰＳ１とその出力を入力とする二次電源回路ＰＳ２からなる、従来の直列型の複数出力電圧の電源装置をプリンタの電源部に安定化電源として用いた場合を示すブロック図であり、図中の電圧値は、インクジェットプリンタにおけるその代表的な値を記してある。
【００１０】
出力（端子）１に接続される供給先回路／素子の動作状態に目を向けてみると、プリンタの印字中や紙送り動作中においてはキャリッジモータや紙送りモータ等のモータ類、各モータのドライバ回路、印字ヘッド、ヘッド駆動回路等が動作している（定常時）ため、これらが必要とする定格電圧（＝４２Ｖ）を安定供給する必要がある。
【００１１】
しかし、印字や紙送り動作を行わない、プリンタの待機状態においては、各モータや印字ヘッドへの電圧供給が不要となる場合も多々あり、インクジェットプリンタにおいても、各モータ、印字ヘッドともに駆動されておらず電圧供給は不要であることが多い。
【００１２】
図８は、図７のブロック図のうち、リンギングチョークコンバータ（以下、ＲＣＣと呼ぶ）回路方式の一次電源回路ＰＳ１の定電圧制御検出回路部と、二次電源回路ＰＳ２の制御ＩＣとスイッチング回路とを抜粋した回路図である。
【００１３】
図８の回路構成では、図中のツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧を越えると、フォトカプラＰｃの２次側の発光素子を構成するフォトダイオードＰＤ１から、スイッチング動作を抑制する信号である制御信号Ｓ１が、フォトカプラＰｃの一次側の受光素子を構成するフォトトランジスタＰＴ１で受信され、一次側制御回路ＣＣが交流生成用スイッチングトランジスタＱ４４を制御することにより、出力電圧を安定的に維持している。このとき、ツェナーダイオードＺＤ１により定まる一次電源回路ＰＳ１の出力設定電圧は常時４２Ｖに固定されているため、出力（端子）１に接続される供給先回路／素子（各モータ、各モータのドライバ回路、印字ヘッド、ヘッド駆動回路など）の駆動状態に関わらず、４２Ｖが常時出力され、二次電源回路ＰＳ２はこの４２Ｖを入力として５Ｖを生成するため、二次電源回路ＰＳ２内の制御ＩＣ５０には高い電圧が印加される結果、その内部損失が大きくなってしまう。例えば、制御ＩＣ５０の動作電流を仮に１０ｍＡであるとすると、４２Ｖ×１０ｍＡ＝４２０ｍＷの電力を常時消費することになる。
【００１４】
また、出力（端子）１が接続された負荷抵抗Ｒ１を例えば仮に１ｋΩとすると、（４２Ｖ）2 ／１ｋΩ＝１．７６４Ｗの電力を常時消費することになる。
【００１５】
本発明の第１の目的は、一次電源回路と、該一次電源回路の出力を入力とする二次電源回路を備える電源装置であって、前記一次電源回路の出力電圧（パワー系電圧）の供給先回路又は素子における損失、二次電源回路におけるスイッチング損失電力、及び二次電源回路内の制御ＩＣ乃至は制御部を駆動する電力を低減することができる電源装置を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の第２の目的は、第１及び第２の出力電圧を有する、上述した並列型の電源装置であって、電子機器の動作状態に応じて、パワー系電圧の供給先回路又は素子における損失を軽減し得る電源装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するため、本発明では、上述した直列型の電源装置構成において、一次電源回路の出力電圧を下げることを可能な構成にするようにした。
【００１８】
従って、例えば、プリンタの待機状態のように一次電源回路の出力電圧（パワー系電圧）の供給先回路／素子（モータ、モータドライバ回路、ヘッド、ヘッド駆動回路など）が定常時定格電圧を必要としない時に、同一次電圧の出力設定を下げることにより、一次電源出力電圧（パワー系電圧）の供給先回路 / 素子の損失を低減することができる。
【００１９】
また、二次電源回路の入出力電圧差を小さく抑え、同二次電源回路のスイッチング損失電力を低減する。
【００２０】
さらに、二次電源回路内の制御ＩＣ／制御部の供給電圧を下げ、駆動電力を軽減することができる。
【００２１】
即ち、本発明の電源システムにおいては、変圧器と、該変圧器の入力側に接続されスイッチング動作により該変圧器の出力側の出力電圧を第１の電圧に制御するための制御回路と、切替信号に応じて前記制御回路の動作状態を切り替える切替手段と、を有する一次電源回路と、該一次電源回路の出力電圧を入力しスイッチング動作により第２の電圧を出力する二次電源回路と、を備える電源システムであって、前記制御回路の動作および停止の繰り返しにより前記出力電圧を下げるモードを備える。
【００２２】
そして、前記出力電圧に応じて前記切替信号を出力する切替信号出力手段を備え、前記切替信号出力手段は、前記モードにおいて、前記出力電圧が前記第１の電圧を下回る電圧のときに前記制御回路を停止状態にするための切替信号を出力することを特徴とする。
【００２３】
これにより、通常動作時の設定電圧未満の所定電圧に出力電圧が達した時に制御回路を停止させ、且つ所定電圧に達した時に動作させることを繰り返すことにより出力電圧を下げることができる。
【００２４】
またそのように制御され実現される前記モードでは、制御回路を動作させたときの一次電源回路のスイッチング損失を減少させるとともに二次電源回路の入力電圧が下がる結果、二次電源回路のスイッチング損失も減少させることができる。
【００２５】
また、本発明の電源システムでは、前記一次電源回路の出力はパワー系の供給先に供給され、前記二次電源回路の出力はロジック系の供給先に供給されることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の電源システムでは、前記パワー系の供給先に電力供給の必要がないときは、前記モードを実行することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の電源システムでは、前記制御回路はスイッチングトランジスタと１次側制御回路で構成され、前記切替手段はフォトダイオードとフォトトランジスタとからなるフォトカプラで構成され、前記制御回路を停止状態にするための切替信号により前記フォトダイオードが発光するとともに前記フォトトランジスタは導通し、該フォトトランジスタに接続される前記１次側制御回路は、前記スイッチングトランジスタの動作を停止させることを特徴とする。
【００２８】
尚、上記第２の目的を達成するため、本発明では、上述した並列型の電源装置構成としても良い。
【００２９】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、図１及び図２に上述した図７及び図８をも併せ参照して、本発明の第１の実施形態について述べる。
【００３０】
本実施形態では、本発明に係る、上述した直列型の電源装置をインクジェットプリンタの電源部に安定化電源として用いる例に適用した。また、その一次電源回路には、図８に示した従来例と同様に、電源回路の構成部品が少ないという利点からプリンタ等の電子機器用の電源回路に多く用いられているＲＣＣ回路方式のものを採用した。この形式の電源回路を用いたプリンタでは、プリンタの駆動機構及び主制御部への電力供給を調節する場合、上述したように、変圧器の２次側に配置した発光素子及び一次側に配置した受光素子を含むフォトカプラを用い、２次側の発光素子からの光制御信号を一次側の受光素子で受信し、この一次側の受光素子が出力する信号に基づいて、交流生成用スイッチングトランジスタを制御する（上記特開平８−３００７７５号公報参照）。
【００３１】
図１に、本実施形態に係る電源装置における一次電源回路の定電圧制御検出回路部と、二次電源回路の制御ＩＣとスイッチング回路とを抜粋して示す。即ち、本実施形態の電源装置では、一次電源回路ＰＳ１（図７参照）の定電圧制御検出回路部は、図１に示すように、商用電源［ＡＣ］４０（図７参照）を１次側としプリンタの駆動機構等（図示せず）を２次側とする変圧器４３と、変圧器４３の１次側に配置される交流生成用スイッチングトランジスタＱ４４とを有する。この電源回路は、制御信号用フォトカプラＰｃを備え、この制御信号用フォトカプラＰｃは、変圧器４３の２次側に配置された発光素子としてのフォトダイオードＰＤ１及び１次側に配置した受光素子としてのフォトトランジスタＰＴ１を含んでいる。そして、２次側のフォトダイオードＰＤ１からの制御信号Ｓ１を１次側のフォトトランジスタＰＴ１で受光し、このフォトトランジスタＰＴ１が導通することにより、１次側制御回路ＣＣが交流生成用スイッチングトランジスタＱ４４を制御する。
【００３２】
同図からも明らかなように、本実施形態の特徴は、図８に示した従来の電源装置における定電圧制御検出回路部に、一次電源回路の出力電圧の設定を下げる機能（本実施形態の回路構成としては、主としてツェナーダイオードＺＤ２と切替トランジスタＱ１により構成される）を追加した点にある。
【００３３】
即ち、従来例では単一のツェナーダイオードＺＤ１を用いていたのを、本実施形態では、図１に示すように、ツェナーダイオードＺＤ１に直列にツェナーダイオードＺＤ２を接続し、２段構成としたものである。そして、ツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２の陽極にバイポーラトランジスタから成る切替トランジスタＱ１のコレクタ、エミッタをそれぞれ接続している。切替トランジスタＱ１のベースは切替え信号の入力端子Ｔｍｉに接続されており、この入力端子Ｔｍｉには、切替え信号Ｓｃのパルスが入力される。
【００３４】
図１の回路構成における一次電源回路ＰＳ１（図７参照）の出力電圧は、切替信号Ｓｃが“Ｌ”のときは切替トランジスタＱ１は遮断状態なので、ツェナーダイオードＺＤ１（ツェナー電圧は１０Ｖ）とツェナーダイオードＺＤ２（ツェナー電圧は３２Ｖ）それぞれのツェナー電圧の和である１０Ｖ＋３２Ｖ＝４２Ｖに設定されている。これに対して、切替信号Ｓｃが“Ｈ”のときは切替トランジスタＱ１が導通状態なので、ツェナーダイオードＺＤ２はバイパスされる結果、ツェナーダイオードＺＤ１のみのツェナー電圧である１０Ｖに設定される。このように、例えば、ツェナーダイオードＺＤ１としてツェナー電圧１０Ｖのものを、ツェナーダイオードＺＤ２としてツェナー電圧３２Ｖのものを選ぶと、切替信号Ｓｃが“Ｌ”のときは一次電源回路ＰＳ１（図７参照）の出力電圧は、図８の回路例とまったく同じ４２Ｖに、切替信号Ｓｃが“Ｈ”のときは１０Ｖに、それぞれ設定され、しかも各々は安定的に電圧供給される。
【００３５】
一方、二次電源回路ＰＳ２内の制御ＩＣ５０の動作電流乃至消費電力に着目してみると、制御ＩＣ５０の動作電流を図８の場合と同じ１０ｍＡであるとすると、切替信号Ｓｃが“Ｌ”のときは、４２Ｖ×１０ｍＡ＝４２０ｍＷの電力消費量となるが、切替信号Ｓｃが“Ｈ”のときは、１０Ｖ×１０ｍＡ＝１００ｍＷの電力消費量となり、その電力損失を略１／４に削減することができる。
【００３６】
また、出力（端子）１に接続された１ｋΩの負荷抵抗Ｒ１は、切替信号Ｓｃが“Ｈ”のときは（１０Ｖ）2 ／１ｋΩ＝０．１Ｗの電力消費となり、その電力損失を略１／１７に削減することもできる。
【００３７】
図２は、二次電源回路ＰＳ２のスイッチング素子のスイッチング損失電力の発生要因を示した図であり、同図に示すように、スイッチング損失電力は同素子にかかる電圧Ｖｃｅと流れる電流Ｉｃとの切替り期間の重なりにより生じるので、流れる電流Ｉｃが同一条件であれば、素子にかかる電圧Ｖｃｅが小さいほどスイッチング損失電力を小さく抑えることができる。図１に示した回路構成においては、二次電源回路ＰＳ２のスイッチング素子にかかる電圧Ｖｃｅは、切替信号Ｓｃが“Ｌ”のときは４２Ｖであるのに対して切替信号Ｓｃが“Ｈ”のときは１０Ｖに低減されるので、そのスイッチング損失電力も概算で１／４程度に抑制することを期待できる。
【００３８】
従って、プリンタ待機状態のように一次電源回路ＰＳ１の出力電圧（パワー系電圧）の供給先回路／素子（各モータ、各モータのドライバ回路、印字ヘッド、ヘッド駆動回路など）が定常時定格電圧を必要としない時には、切替信号Ｓｃを“Ｈ”にすることにより、同一次電源回路ＰＳ１の出力電圧の設定を下げることで、二次電源回路ＰＳ２の入出力電圧差を小さく抑え、同二次電源回路ＰＳ２のスイッチング損失電力と制御ＩＣ５０乃至制御回路の駆動電力を大幅に軽減することができる。
【００３９】
以上、第１の実施形態では、プリンタ待機状態のように一次電源回路ＰＳ１の出力電圧（パワー系電圧）の供給先回路／素子（各モータ、各モータのドライバ回路、印字ヘッド、ヘッド駆動回路など）が定常時定格電圧を必要としない時には、切替信号Ｓｃを“Ｈ”にすることにより、同一次電源回路ＰＳ１の出力電圧の設定を１０Ｖに下げ、１０Ｖ一定の電圧に維持しておく例について述べた。
【００４０】
しかしながら、本発明の他の実施形態として、そのようなプリンタ待機状態等において、電源装置が動作状態と停止状態の２つのモードを繰り返すことにより、一次電源回路ＰＳ１の平均的な出力電力を下げる態様も考えられる。
【００４１】
以下、かかる機能を有する本発明の第２の実施形態に係る電源装置について、図面を参照して詳細に説明する。この第２の実施形態でも、本発明の電源装置をインクジェットプリンタの電源部に安定化電源として用いる例に適用した。
【００４２】
図３には、本実施形態の電源装置の主要部である一次電源回路の定電圧制御検出回路部と二次電源回路の制御ＩＣとスイッチング回路とが抜粋して示されている。本実施形態の電源装置も、一般的なＲＣＣ方式のものであり、その基本的構成は公知のものと同様であり、従来例や第１の実施形態で述べたところと異なるものでもない。
【００４３】
即ち、本実施形態では、一次電源回路の定電圧制御検出回路部は、図３に示すように、商用電源［ＡＣ］（図示せず）を１次側としプリンタの駆動部等（図示せず）を２次側とする変圧器４３と、変圧器４３の１次側に配置される交流生成用スイッチングトランジスタＱ４４とを有する。この電源装置は、制御信号用フォトカプラＰｃを備え、この制御信号用フォトカプラＰｃは、変圧器４３の２次側に配置された発光素子としてのフォトダイオードＰＤ１及び１次側に配置した受光素子としてのフォトトランジスタＰＴ１を含んでいる。そして、２次側のフォトダイオードＰＤ１からの制御信号Ｓ１を１次側のフォトトランジスタＰＴ１で受光し、このフォトトランジスタＰＴ１が導通することにより、１次側制御回路ＣＣが交流生成用スイッチングトランジスタＱ４４を制御する。また、図中のツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧（４２Ｖ）を越えると、上述した制御信号用フォトカプラＰｃの２次側のフォトダイオードＰＤ１からスイッチング動作を抑制する信号である制御信号Ｓ１が発せられ、１次側のフォトトランジスタＰＴ１で受光され、１次側制御回路ＣＣが上記交流生成用スイッチングトランジスタＱ４４を制御することにより、出力電圧を安定的に維持している。尚、二次電源回路ＰＳ２は、図８に述べた従来例や図１に述べた第１の実施形態のものと全く同様である。
【００４４】
本実施形態の電源装置が図８に述べた従来例と相違するのは、図８の回路構成に停止信号用フォトカプラＰｓと切替えトランジスタＱ１を追加した点である。本実施形態の特徴は、電源装置に上述した動作状態と停止状態の２つのモードを繰り返させるため、上述した制御信号Ｓ１とは別に、停止信号Ｓ２によりスイッチング動作を任意に停止させる点にある。
【００４５】
即ち、この定電圧制御検出回路部は、上述した構成に加え、停止信号用フォトカプラＰｓと切替えトランジスタＱ１を有している。停止信号用フォトカプラＰｓは、変圧器４３の２次側に配置された発光素子としてのフォトダイオードＰＤ２及び１次側に配置した受光素子としてのフォトトランジスタＰＴ２を含んでいる。そして、２次側のフォトダイオードＰＤ２からの停止信号Ｓ２を１次側のフォトトランジスタＰＴ２で受光し、このフォトトランジスタＰＴ２が導通することにより、１次側制御回路ＣＣが交流生成用スイッチングトランジスタＱ４４のスイッチング動作を停止させる。また、切替えトランジスタＱ１は、エミッタ接地のバイポーラトランジスタから成り、そのコレクタは抵抗を介してフォトダイオードＰＤ２の陰極に接続され、そのベースは切替え信号の入力端子Ｔｍｉに接続されている。この入力端子Ｔｍｉには、切替信号Ｓｃのパルスが入力される。
【００４６】
さて、上記定電圧制御検出回路部の動作を説明すれば、図３の回路構成において、入力端子Ｔｍｉに入力される切替信号Ｓｃが“Ｌ”のときは切替トランジスタＱ１は遮断状態なので、停止信号用フォトカプラＰｓのフォトダイオードＰＤ２は停止信号Ｓ２を発せず、出力（端子）１に現われる本電源装置の出力電圧はツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧で定まる。本実施形態では、インクジェットプリンタの印字ヘッドに加える電圧を考慮して、ＺＤ１としてツェナー電圧４２Ｖのものを選択している。従って、切替信号Ｓｃが“Ｌ”のときは出力設定電圧は４２Ｖに設定され、安定的に出力（端子）１へ電圧供給されるので、プリンタの動作状態において、印字ヘッド等のプリンタ機構部に４２Ｖの定電圧が供給される。一方、切替信号Ｓｃが“Ｈ”のときは切替トランジスタＱ１は導通状態となり停止信号用フォトカプラＰｓのフォトダイオードＰＤ２から停止信号Ｓ２が発せられ、この停止信号Ｓ２を１次側のフォトトランジスタＰＴ２で受光し、このフォトトランジスタＰＴ２が導通することにより、１次側制御回路ＣＣが交流生成用スイッチングトランジスタＱ４４のスイッチング動作を停止させる。
【００４７】
図４は、図３の回路の出力電圧の時間変化を示した模式図であり、出力（端子）１の電圧は切替信号の“Ｌ”、“Ｈ”に応じて上昇、下降を繰り返す時間変化を示す。図４では、切り替え方法として以下の３つの例を示している。
【００４８】
図４に示すように、切替方法１は、出力電圧が４２Ｖに達した後しばらくして切替信号が“Ｌ”から“Ｈ”へ切り替わる制御例である。切替方法２は、出力電圧が４２Ｖに達した時点で切替信号が“Ｌ”から“Ｈ”へ切り替わる制御例である。切替方法３は、出力電圧が４２Ｖに達する以前に切替信号が“Ｌ”から“Ｈ”へ切り替わる制御例である。
【００４９】
上述したように、切替方法１は、出力電圧が４２Ｖに達した後しばらくして切替信号が“Ｌ”から“Ｈ”へ切り替わる制御例を表している。即ち、図４に示すように、期間１になり切替信号がそれまでの“Ｌ”から“Ｈ”に変わると停止信号用フォトカプラＰｓのフォトダイオードＰＤ２から停止信号Ｓ２が発せられ、この停止信号Ｓ２を１次側のフォトトランジスタＰＴ２で受光し、このフォトトランジスタＰＴ２が導通することにより、１次側制御回路ＣＣが交流生成用スイッチングトランジスタＱ４４のスイッチング動作を停止させる。このときの出力電圧の時間変化は、負荷に接続されたインピーダンスと出力側のコンデンサ容量によって定まる特性で時間とともに下降していく。
【００５０】
ある時間が経過し、期間２になり切替信号がそれまでの“Ｈ”から“Ｌ”に変わると停止信号用フォトカプラＰｓのフォトダイオードＰＤ２からの停止信号Ｓ２は発せられなくなる。この時点で出力電圧は出力電圧設定値である４２Ｖを下回る過小電圧状態となり、スイッチング動作を抑制する制御信号Ｓ１は発せられず、１次側制御回路ＣＣは交流生成用スイッチングトランジスタＱ４４に最大限のスイッチング動作をさせる。このときの出力電圧の時間変化は、負荷に接続されたインピーダンスと出力側のコンデンサ容量とスイッチング素子の電流制限値によって定まる特性で時間とともに上昇していく。出力電圧が出力電圧設定値である４２Ｖに達すると、１次側制御回路ＣＣは軽負荷状態でのスイッチング動作へと移行する。これが期間３である。
【００５１】
図５は、切替方法１,２,３の場合の電源装置電力損失と出力電力との関係を説明する図である。電源装置電力損失と出力電力との関係は図５のＯ点からＣ点、Ａ点、を通りＢ点に達する特性線を示す。ここで、Ｏ点は停止時の動作点、Ａ点は軽負荷時の動作点、Ｂ点は最大動作時の動作点、Ｐａは軽負荷時の出力電力、Ｐｂは最大動作時の出力電力、である。
【００５２】
本実施形態のように、電源装置が停止状態と最大動作状態の２つの状態のみを繰り返すときの平均電力損失は、図５中のＯ点とＢ点を結ぶ直線上にあり、出力電力が軽負荷時Ｐａの場合の平均電力損失は図中のＬ点となる。Ｌ点は線分ＯＢを停止状態と最大動作状態の時間比の逆数比で内分した点となる。さらに、停止状態と最大動作状態に軽負荷状態を加えた３つの状態を繰り返す場合の平均電力損失は、Ｌ点とＡ点を結ぶ線分ＬＡを、停止状態と最大動作状態の時間和と軽負荷状態の時間との比の逆数比で内分したＭ点となる。 ここで、仮に、図４の期間１〜３の時間比率を４：１：１として図５に当てはめてみると、Ｌ点は線分ＯＢを１：４に内分する点であり、Ｍ点は線分ＬＡを１：（４＋１）に内分する点となり、電力損失Ｍ点を軽負荷時の電力損失Ａ点よりも小さくすることができることは明らかである。
【００５３】
切替方法２は、出力電圧が４２Ｖに達した時点で切替信号が“Ｌ”から“Ｈ”へ切り替わる制御例を表している。これは切替方法１において、期間３＝０とおくことと等価である。ここで、仮に、図４の期間１〜３の時間比率を４：１：０として図５に当てはめてみると、Ｌ点は線分ＯＢを１：４に内分する点となり、電力損失Ｌ点を軽負荷時の電力損失Ａ点よりも小さくすることができることは明らかである。
【００５４】
切替方法３は、出力電圧が４２Ｖに達する以前に切替信号が“Ｌ”から“Ｈ”へ切り替わる制御例を表している。期間４になり切替信号がそれまでの“Ｌ”から“Ｈ”に変わると停止信号用フォトカプラＰｓのフォトダイオードＰＤ２から停止信号Ｓ２が発せられ、１次側制御回路ＣＣは交流生成用スイッチングトランジスタＱ４４のスイッチング動作を停止する。このときの出力電圧の時間変化は、負荷に接続されたインピーダンスと出力側のコンデンサ容量によって定まる特性で時間とともに下降していく。
【００５５】
ある時間が経過し、期間５になり切替信号がそれまでの“Ｈ”から“Ｌ”に変わると停止信号用フォトカプラＰｓのフォトダイオードＰＤ２からの停止信号Ｓ２は発せられなくなる。この時点で出力電圧は出力電圧設定値である４２Ｖを下回る過小電圧状態となり、スイッチング動作を抑制する制御信号Ｓ１は発せられず、１次側制御回路は最大限のスイッチング動作をする。このときの出力電圧の時間変化は、負荷に接続されたインピーダンスと出力側のコンデンサ容量とスイッチング素子の電流制限値によって定まる特性で時間とともに上昇していく。
【００５６】
出力電圧が出力電圧設定値である４２Ｖに達する前に切替信号がそれまでの“Ｌ”から“Ｈ”に変わると、停止信号用フォトカプラＰｓのフォトダイオードＰＤ２から停止信号Ｓ２が発せられ、先の動作を繰り返し行う。
【００５７】
ここで、仮に、図４の期間４、５の時間比率を４：１として図５に当てはめてみると、Ｌ点は線分ＯＢを１：４に内分する点となり、電力損失Ｌ点を軽負荷時の電力損失Ａ点よりも小さくすることができることは明らかである。
【００５８】
なお、切り替え信号は時間をパラメータとして生成してもよいし、出力電圧を検出しその電圧に応じて適切に生成してもよい。出力電圧を検出しその電圧に応じて適切に生成する方が制御しやすい。また、切替信号が“Ｌ”の継続時間、“Ｈ”の継続時間は一定である必要もない。
【００５９】
尚、上述した切替方法１〜３のうちでは、切替方法３が最も好適である。本発明では一次電源回路ＰＳ１の出力電圧が低い方が効果的であり、切替方法３は一次電源回路ＰＳ１の出力電圧を、切替方法１及び２に比べ、より低い状態で遷移させる切替方法だからである。
【００６０】
以上に述べた第２の実施形態において、本発明者は、図３の回路と同様の回路を試作し、この試作回路にて実測したところ、プリンタ待機状態の消費電力を、従来の６９％（４．４５Ｗ→３．０６Ｗ）に、同じく電源の電力損失を従来の４８％（２．６９Ｗ→１．２９Ｗ）に削減できることを確認できた。
【００６１】
次に、図６に上述した図９及び図１０をも併せ参照して、本発明の第３の実施形態について述べる。本実施形態では、本発明に係る、上述した並列型の電源装置をインクジェットプリンタの電源部に安定化電源として用いる例に適用した。また、その電源回路には、従来例及び第１及び第２の実施形態と同様に、ＲＣＣ回路方式のものを採用した。
【００６２】
図９及び図１０は、本実施形態の理解を容易にするため、従来の一般的な並列型の電源装置の構成を示すものである。図９は、従来の一般的な並列型の電源装置の基本構成を示したブロック図であり、図中の電圧値はインクジェットプリンタの代表的な値を記してある。図１０は、従来の一般的な並列型の電源装置における第１の電源回路の定電圧制御検出回路部を抜粋した回路図である。各部の機能や定電圧に制御する原理は、図１に示した第１の実施形態のものと同じである。
【００６３】
図６は、本実施形態に係る並列型の電源装置の第１の電源回路ＰＳ１´の定電圧制御検出回路部を抜粋した回路図である。同図からも明らかなように、本実施形態の特徴は、図１０に示した従来の並列型の電源装置における定電圧制御検出回路部に、第１の電源回路ＰＳ１´の出力電圧の設定を下げる機能（本実施形態の回路構成としては、主としてツェナーダイオードＺＤ１２と切替トランジスタＱ１１により構成される）を追加した点にある。
【００６４】
本実施形態の電源装置においても、図６に示すように、ツェナーダイオードＺＤ１１に直列にツェナーダイオードＺＤ１２を接続して２段構成とし、ツェナーダイオードＺＤ１１、ＺＤ１２の陽極に切替トランジスタＱ１１のコレクタ、エミッタをそれぞれ接続したのは、上述した第１の実施形態のものと同様である。
【００６５】
さて、図６の回路構成における第１の電源回路ＰＳ１´の出力電圧は、切替信号Ｓｃが“Ｌ”のときは切替トランジスタＱ１１は遮断状態なので、ツェナーダイオードＺＤ１１（ツェナー電圧は１０Ｖ）とツェナーダイオードＺＤ１２（ツェナー電圧は３２Ｖ）それぞれのツェナー電圧の和である１０Ｖ＋３２Ｖ＝４２Ｖに設定されている。これに対して、切替信号Ｓｃが“Ｈ”のときは切替トランジスタＱ１１が導通状態なので、ツェナーダイオードＺＤ１２はバイパスされる結果、ツェナーダイオードＺＤ１１のみのツェナー電圧である１０Ｖに設定される。このように、例えば、ツェナーダイオードＺＤ１１としてツェナー電圧１０Ｖのものを、ツェナーダイオードＺＤ１２としてツェナー電圧３２Ｖのものを選ぶと、切替信号Ｓｃが“Ｌ”のときは一次電源回路ＰＳ１の出力電圧は、図１０の回路例とまったく同じ４２Ｖに、切替信号Ｓｃが“Ｈ”のときは１０Ｖに、それぞれ設定され、しかも各々は安定的に電圧供給される。
【００６６】
従って、プリンタ待機状態のように第１の電源回路ＰＳ１´の出力電圧（パワー系電圧）の供給先回路／素子（各モータ、各モータのドライバ回路、印字ヘッド、ヘッド駆動回路など）が定常時定格電圧を必要としない時には、切替信号Ｓｃを“Ｈ”にすることにより、同第１の電源回路ＰＳ１´の出力電圧の設定を下げることで、パワー系電圧の供給先回路／素子の損失を低減することができる。
【００６７】
因みに、出力（端子）１に接続された１ｋΩの負荷抵抗Ｒ１１は、切替信号Ｓｃが“Ｌ”のときは（４２Ｖ）2 ／１ｋΩ＝１．７６４Ｗの電力消費量であるのに対し、切替信号Ｓｃが“Ｈ”のときは（１０Ｖ）2 ／１ｋΩ＝０．１Ｗの電力消費量となり、その電力損失を略１／１７に削減することが可能である。
【００６８】
尚、以上のような並列型の電源装置についても、他の実施形態として、上述した第２の実施形態と同様に、プリンタ待機状態等において、電源装置が動作状態と停止状態の２つのモードを繰り返すことにより、第１の電源回路ＰＳ１´の平均的な出力電力を下げる態様も考え得るのは勿論である。
【００６９】
以上、本発明を特定の実施形態について述べたが、本発明はこれらに限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で他の実施形態についても適用される。
【００７０】
例えば、第１及び第３の実施形態では、２つのツェナーダイオードを直列に接続し、例えば、プリンタが待機状態に入ったときに、切替信号により切替トランジスタを導通させ、一方のツェナーダイオードをバイパスされるようにして、一次又は第１の電源回路の出力電圧の設定を下げる構成を採用し、また第２の実施形態では、電源装置が動作状態と停止状態の２つのモードを繰り返すことにより、一次電源回路の出力電力を下げる構成を採用しているが、他の回路構成乃至は手段により、一次又は第１の電源回路の出力電圧を下げるようにしてもよい。
【００７１】
尚、上述した実施形態では、インクジェットプリンタを例に本発明を説明したが、レーザプリンタなど他のプリンタはもとより、広く他の電子機器にも適用し得るのは勿論である。
【００７２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１〜４記載の発明によれば、直列型の電源装置構成において、一次電源回路の出力電圧を下げることが可能なので、例えば、プリンタの待機状態のように一次電源回路の出力電圧（パワー系電圧）の供給先回路／素子（モータ、モータドライバ回路、ヘッド、ヘッド駆動回路など）が定常時定格電圧を必要としない時に、同一次電圧の出力設定を下げることにより、一次電源出力電圧（パワー系電圧）の供給先回路／素子の損失を低減し、また、二次電源回路の入出力電圧差を小さく抑え、同二次電源回路のスイッチング損失電力を低減し、さらに、二次電源回路内の制御ＩＣ／制御部の供給電圧を下げ、駆動電力を軽減することができる。
【００７３】
一方、請求項８〜１０記載の発明によれば、並列型の電源装置構成において、パワー系の出力電圧を下げることが可能なので、例えば、プリンタの待機状態のように、パワー系の出力電圧の供給先回路／素子（モータ、モータドライバ回路、ヘッド、ヘッド駆動回路など）が定常時定格電圧を必要としない時に、パワー系の出力電圧を下げることにより、パワー系出力電圧の供給先回路／素子の損失を低減し得る。
【００７４】
また、請求項５乃至７記載の発明によれば、更に、停止状態と動作状態の２つのモードを繰り返すことにより一次電源回路の平均的な出力電圧を下げることで、例えば、プリンタ待機状態の消費電力や電源の電力損失を従来よりも大幅に削減することも可能である。これから省エネの時代になり、プリンタ業界のみならず電源回路業界がこぞって省エネ技術確立に向かう傾向が予測されることに鑑みれば、その工業的価値は極めて大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る直列型の電源装置における一次電源回路の定電圧制御検出回路部と、二次電源回路の制御ＩＣとスイッチング回路とを抜粋して示す図である。
【図２】 一般的な直列型の電源装置における二次電源回路のスイッチング素子のスイッチング損失電力の発生要因を示した図である。
【図３】 本発明の第２の実施形態に係る直列型の電源装置における一次電源回路の定電圧制御検出回路部と、二次電源回路の制御ＩＣとスイッチング回路とを抜粋して示す図である。
【図４】 図３に示した一次電源回路の出力電圧の時間変化を示した模式図であり、一次電源回路の出力電圧は、切替信号の“Ｌ”、“Ｈ”に応じて上昇、下降を繰り返す時間変化を示す。
【図５】 切替方法１〜３の場合の電源装置電力損失と出力電力との関係を説明するための図である。
【図６】 本発明の第３の実施形態に係る並列型の電源装置の第１の電源回路の定電圧制御検出回路部を抜粋した回路図である。
【図７】 従来の一般的な直列型の電源装置の基本構成を示したブロック図である。
【図８】 従来の一般的な直列型の電源装置における一次電源回路の定電圧制御検出回路部と、二次電源回路の制御ＩＣとスイッチング回路とを抜粋した回路図である。
【図９】 従来の一般的な並列型の電源装置の基本構成を示したブロック図である。
【図１０】 従来の一般的な並列型の電源装置における第１の電源回路の定電圧制御検出回路部を抜粋した回路図である。
【符号の説明】
ＰＳ１ 一次電源回路
ＰＳ２ 二次電源回路
ＰＳ１´ 第１の電源回路
ＰＳ２´ 第２の電源回路
ＺＤ１，ＺＤ１１ ツェナーダイオード
ＺＤ２，ＺＤ１２ ツェナーダイオード
ＰＤ１ フォトダイオード
Ｓ１ 制御信号
ＰＴ１ フォトトランジスタ
４０ 商用電源（ＡＣ）
４０´ 商用電源（ＡＣ）
４３ 変圧器
Ｑ４４ 交流生成用スイッチングトランジスタ
Ｐｃ 制御信号用フォトカプラ
ＣＣ １次側制御回路
Ｑ１，Ｑ１１ 切替トランジスタ
ＰＤ２ フォトダイオード
ＰＴ２ フォトトランジスタ
Ｔｍｉ 入力端子
Ｓｃ 切替信号[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply device for an electronic device, and in particular, supplies a first output voltage mainly to a drive mechanism of the electronic device and supplies a second output voltage to a main control unit of the electronic device. The present invention relates to a power supply apparatus that can lower the first output voltage when the output voltage is not required.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a power supply device for an electronic device includes a transformer having a commercial power source as a primary side and a drive mechanism of the electronic device as a secondary side, and an AC generation switching transistor disposed on the primary side of the transformer. In general, a switching power supply is used (see JP-A-5-137331, JP-A-6-165589, and JP-A-8-300775). For example, when such a power supply device is used as a stabilized power supply in a printer power supply unit, the power supplied to the printer drive mechanism and the main control unit is adjusted by controlling the switching operation of the AC generating switching transistor. .
[0003]
Some of these power supply devices have a plurality of output voltages, for example, having an output voltage of 42V supplied to the drive mechanism (power system) of the printer and a voltage of 5V supplied to the main control unit (logic system). .
[0004]
As a first conventional example of such a power supply device, as shown in FIG. 7, an output voltage of 42V supplied to the power system described above is generated by the primary power supply circuit PS1 from the input of the commercial power supply (AC) 40, and the primary Some employ a series configuration in which the secondary power supply circuit PS2 generates a 5V output voltage supplied to the logic system using the 42V output of the power supply circuit PS1.
[0005]
Further, as a second conventional example of the power supply device, as shown in FIG. 9, the second power supply circuit PS2 ′ is a logic independent of the output voltage supplied to the power system by the first power supply circuit PS1 ′. Some have a parallel configuration in which an output voltage supplied to the system is generated from an input of a commercial power supply (AC) 40 '.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As a problem common to the first and second conventional examples described above, since a voltage close to 42 V is constantly applied to the element connected to the power system (42 V), the supply connected to the power system is connected. In the previous circuit, there is a loss in a semiconductor element such as an IC, and in particular, there is a problem that the resistors lose useless power proportional to the square of the voltage.
[0007]
Further, as a problem peculiar to the first conventional example, for example, when the secondary power supply circuit PS2 generates an output voltage of 5V, the input / output voltage difference in the secondary power supply circuit PS2 is 37V (= 42V-5V). As a result, there is a problem that the loss power accompanying the switching operation of the switching transistor or the like is large.
[0008]
Furthermore, although it is also a problem peculiar to the first conventional example, the internal operating current is supplied from the 42V output of the primary power supply circuit PS1 to the control IC or the control unit itself in the secondary power supply circuit PS2. The power for driving the control IC or the control unit is operating current × input voltage (= 42 V), and there is a problem that a large amount of power is always consumed.
[0009]
Hereinafter, factors causing these problems will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 7 is a block diagram showing a case where a conventional series-type multiple output voltage power supply device including a primary power supply circuit PS1 and a secondary power supply circuit PS2 receiving the output thereof is used as a stabilized power supply in a power supply unit of a printer. The voltage values in the figure are representative values in the ink jet printer.
[0010]
Looking at the operating state of the supply destination circuit / element connected to the output (terminal) 1, the motors such as the carriage motor and the paper feed motor during the printing of the printer and the paper feed operation, Since the driver circuit, the print head, the head drive circuit, and the like are operating (in a steady state), it is necessary to stably supply the rated voltage (= 42 V) required by these.
[0011]
However, there are many cases where voltage supply to each motor and print head is not required when the printer is in a standby state where printing and paper feeding operations are not performed. In an inkjet printer, each motor and print head are both driven. In many cases, voltage supply is unnecessary.
[0012]
FIG. 8 shows a constant voltage control detection circuit unit of the primary power supply circuit PS1 of the ringing choke converter (hereinafter referred to as RCC) circuit type, a control IC and a switching circuit of the secondary power supply circuit PS2 in the block diagram of FIG. FIG.
[0013]
In the circuit configuration of FIG. 8, when the Zener voltage of the Zener diode ZD1 in the figure is exceeded, the control signal S1 that is a signal for suppressing the switching operation is generated from the photodiode PD1 that constitutes the secondary side light emitting element of the photocoupler Pc. The output voltage is stably maintained by the phototransistor PT1 that constitutes the light receiving element on the primary side of the photocoupler Pc, and the primary side control circuit CC controls the switching transistor Q44 for AC generation. At this time, since the output setting voltage of the primary power supply circuit PS1 determined by the Zener diode ZD1 is always fixed at 42V, the supply destination circuit / element connected to the output (terminal) 1 (each motor, the driver circuit of each motor, Regardless of the drive state of the print head, head drive circuit, etc., 42V is always output, and the secondary power supply circuit PS2 generates 5V by using this 42V as an input, so it is high for the
[0014]
Further, assuming that the load resistance R1 to which the output (terminal) 1 is connected is, for example, 1 kΩ, (42V)2 /1kΩ=1.64W of power is always consumed.
[0015]
A first object of the present invention is a power supply device including a primary power supply circuit and a secondary power supply circuit that receives an output of the primary power supply circuit, and supplies an output voltage (power system voltage) of the primary power supply circuit. It is an object of the present invention to provide a power supply device capable of reducing the loss in the previous circuit or element, the switching power loss in the secondary power supply circuit, and the power for driving the control IC or control unit in the secondary power supply circuit.
[0016]
A second object of the present invention is the above-described parallel type power supply apparatus having the first and second output voltages, wherein the power system voltage supply destination circuit or the An object of the present invention is to provide a power supply device capable of reducing loss in an element.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object, the present invention is configured such that the output voltage of the primary power supply circuit can be lowered in the above-described series-type power supply device configuration.
[0018]
Therefore, for example, the supply destination circuit / element (motor, motor driver circuit, head, head drive circuit, etc.) of the output voltage (power system voltage) of the primary power supply circuit needs the rated voltage during normal operation as in the standby state of the printer. When not, reduce the primary voltage output setting to supply the primary power supply output voltage (power system voltage) supply circuit. / The loss of the element can be reduced.
[0019]
In addition, the input / output voltage difference of the secondary power supply circuit is kept small, and the switching loss power of the secondary power supply circuit is reduced.
[0020]
Furthermore, the supply voltage of the control IC / control unit in the secondary power supply circuit can be lowered to reduce the drive power.
[0021]
That is, in the power supply system of the present invention, a transformer, a control circuit that is connected to the input side of the transformer and controls the output voltage on the output side of the transformer to the first voltage by a switching operation, and a switching circuit Switching means for switching the operation state of the control circuit according to a signal, and a secondary power supply circuit that inputs an output voltage of the primary power supply circuit and outputs a second voltage by a switching operation. The power supply system includes a mode in which the output voltage is lowered by repeatedly operating and stopping the control circuit.
[0022]
And a switching signal output means for outputting the switching signal in accordance with the output voltage, wherein the switching signal output means is configured to control the control circuit when the output voltage is lower than the first voltage in the mode. The switching signal for making the stop state is output.
[0023]
As a result, the output voltage can be lowered by repeatedly stopping the control circuit when the output voltage reaches a predetermined voltage lower than the set voltage during normal operation and operating when the output voltage reaches the predetermined voltage.
[0024]
Further, in the mode that is controlled and realized as described above, the switching loss of the primary power supply circuit when the control circuit is operated is reduced and the input voltage of the secondary power supply circuit is lowered, so that the switching loss of the secondary power supply circuit is also reduced. Can be reduced.
[0025]
In the power supply system of the present invention, the output of the primary power supply circuit is supplied to a power supply destination, and the output of the secondary power supply circuit is supplied to a logic supply destination.
[0026]
In the power supply system of the present invention, when the power supply destination does not need to supply power, the mode is executed.
[0027]
In the power supply system of the present invention, the control circuit includes a switching transistor and a primary side control circuit, and the switching unit includes a photocoupler including a photodiode and a phototransistor, and the control circuit is stopped. The photodiode emits light in response to a switching signal for switching, the phototransistor is turned on, and the primary side control circuit connected to the phototransistor stops the operation of the switching transistor.
[0028]
In order to achieve the second object, the present invention may have the above-described parallel power supply configuration.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8 described above with reference to FIGS.
[0030]
In the present embodiment, the above-described series power supply device according to the present invention is applied to an example in which the power supply unit of an inkjet printer is used as a stabilized power supply. In addition, the primary power supply circuit is of the RCC circuit type that is often used in power supply circuits for electronic devices such as printers because of the advantage that the number of components of the power supply circuit is small as in the conventional example shown in FIG. It was adopted. In a printer using this type of power supply circuit, when adjusting the power supply to the drive mechanism and main control unit of the printer, as described above, the light emitting element disposed on the secondary side of the transformer and the primary side are disposed. Using a photocoupler including a light receiving element, the light control signal from the secondary side light emitting element is received by the primary side light receiving element, and based on the signal output from the primary side light receiving element, the alternating current generating switching transistor is Control (refer to the above-mentioned JP-A-8-300775).
[0031]
FIG. 1 shows an excerpt of the constant voltage control detection circuit unit of the primary power supply circuit, the control IC of the secondary power supply circuit, and the switching circuit in the power supply device according to the present embodiment. That is, in the power supply device of the present embodiment, the constant voltage control detection circuit unit of the primary power supply circuit PS1 (see FIG. 7) is connected to the commercial power supply [AC] 40 (see FIG. 7) on the primary side as shown in FIG. And a
[0032]
As can be seen from the figure, the feature of the present embodiment is that the constant voltage control detection circuit section in the conventional power supply device shown in FIG. As a circuit configuration, a Zener diode ZD2 and a switching transistor Q1) are mainly added.
[0033]
That is, in the conventional example, a single zener diode ZD1 is used. In this embodiment, as shown in FIG. 1, a zener diode ZD2 is connected in series with the zener diode ZD1 to form a two-stage configuration. is there. The collector and emitter of the switching transistor Q1 made of a bipolar transistor are connected to the anodes of the zener diodes ZD1 and ZD2, respectively. The base of the switching transistor Q1 is connected to a switching signal input terminal Tmi, and a pulse of the switching signal Sc is input to the input terminal Tmi.
[0034]
The output voltage of the primary power supply circuit PS1 (see FIG. 7) in the circuit configuration of FIG. 1 is that when the switching signal Sc is “L”, the switching transistor Q1 is in the cut-off state. ZD2 (the Zener voltage is 32V) is set to 10V + 32V = 42V which is the sum of the respective Zener voltages. On the other hand, when the switching signal Sc is “H”, since the switching transistor Q1 is in a conducting state, the Zener diode ZD2 is bypassed, so that the Zener voltage of the Zener diode ZD1 alone is set to 10V. Thus, for example, when the Zener diode ZD1 having a Zener voltage of 10V and the Zener diode ZD2 having a Zener voltage of 32V are selected, when the switching signal Sc is “L”, the primary power supply circuit PS1 (see FIG. 7). The output voltage is set to 42 V, which is exactly the same as the circuit example of FIG. 8, and is set to 10 V when the switching signal Sc is “H”, and each is stably supplied with voltage.
[0035]
On the other hand, when attention is paid to the operating current or power consumption of the
[0036]
The load resistor R1 of 1 kΩ connected to the output (terminal) 1 is (10V) when the switching signal Sc is “H”.2 / 1 kΩ = 0.1 W of power consumption, and the power loss can be reduced to approximately 1/17.
[0037]
FIG. 2 is a diagram showing the generation factor of the switching loss power of the switching element of the secondary power supply circuit PS2. As shown in FIG. 2, the switching loss power is switched between the voltage Vce applied to the element and the flowing current Ic. Therefore, if the flowing current Ic is the same, the switching loss power can be reduced as the voltage Vce applied to the element is smaller. In the circuit configuration shown in FIG. 1, the voltage Vce applied to the switching element of the secondary power supply circuit PS2 is 42V when the switching signal Sc is “L”, whereas when the switching signal Sc is “H”. Can be expected to suppress the switching power loss to about 1/4.
[0038]
Therefore, the supply circuit / element (each motor, the driver circuit of each motor, the print head, the head drive circuit, etc.) of the output voltage (power system voltage) of the primary power supply circuit PS1 has a rated voltage at steady state as in the printer standby state. When not required, the switching signal Sc is set to “H” to lower the setting of the output voltage of the primary power supply circuit PS1, thereby suppressing the input / output voltage difference of the secondary power supply circuit PS2 and reducing the secondary power supply. The switching power loss of the circuit PS2 and the driving power of the
[0039]
As described above, in the first embodiment, the output voltage (power system voltage) supply destination circuit / element (each motor, the driver circuit of each motor, the print head, the head drive circuit, etc.) of the primary power supply circuit PS1 as in the printer standby state. When the rated voltage at the steady state is not required, by setting the switching signal Sc to “H”, the setting of the output voltage of the primary power supply circuit PS1 is lowered to 10V and maintained at a constant voltage of 10V. Stated.
[0040]
However, as another embodiment of the present invention, in such a printer standby state or the like, the power supply apparatus repeats two modes of an operation state and a stop state, thereby reducing the average output power of the primary power supply circuit PS1. Is also possible.
[0041]
Hereinafter, a power supply device according to a second embodiment of the present invention having such a function will be described in detail with reference to the drawings. Also in the second embodiment, the power supply device of the present invention is applied to an example in which the power supply unit of the inkjet printer is used as a stabilized power supply.
[0042]
FIG. 3 shows an excerpt of the constant voltage control detection circuit section of the primary power supply circuit, the control IC of the secondary power supply circuit, and the switching circuit, which are the main parts of the power supply device of this embodiment. The power supply apparatus of this embodiment is also of a general RCC system, and its basic configuration is the same as that of a known one, and is not different from that described in the conventional example or the first embodiment.
[0043]
That is, in this embodiment, the constant voltage control detection circuit unit of the primary power supply circuit has a commercial power source [AC] (not shown) as the primary side as shown in FIG. ) As a secondary side, and an AC generation switching transistor Q44 disposed on the primary side of the
[0044]
The power supply device of this embodiment is different from the conventional example described in FIG. 8 in that a stop signal photocoupler Ps and a switching transistor Q1 are added to the circuit configuration of FIG. The feature of this embodiment is that the switching operation is arbitrarily stopped by the stop signal S2 separately from the control signal S1 described above in order to cause the power supply device to repeat the two modes of the operation state and the stop state described above.
[0045]
That is, the constant voltage control detection circuit section includes a stop signal photocoupler Ps and a switching transistor Q1 in addition to the above-described configuration. The stop signal photocoupler Ps includes a photodiode PD2 as a light emitting element disposed on the secondary side of the
[0046]
Now, the operation of the constant voltage control detection circuit unit will be described. In the circuit configuration of FIG. 3, when the switching signal Sc input to the input terminal Tmi is “L”, the switching transistor Q1 is in the cut-off state. The photodiode PD2 of the photocoupler Ps does not generate the stop signal S2, and the output voltage of the power supply device appearing at the output (terminal) 1 is determined by the Zener voltage of the Zener diode ZD1. In the present embodiment, in consideration of the voltage applied to the print head of the ink jet printer, ZD1 having a Zener voltage of 42V is selected. Therefore, when the switching signal Sc is “L”, the output setting voltage is set to 42 V and the voltage is stably supplied to the output (terminal) 1. Therefore, in the printer operating state, the printer mechanism unit such as the print head is used. A constant voltage of 42V is supplied. On the other hand, when the switching signal Sc is “H”, the switching transistor Q1 becomes conductive, and a stop signal S2 is emitted from the photodiode PD2 of the stop signal photocoupler Ps. The stop signal S2 is generated by the primary phototransistor PT2. When the light is received and the phototransistor PT2 is turned on, the primary side control circuit CC stops the switching operation of the AC generation switching transistor Q44.
[0047]
FIG. 4 is a schematic diagram showing the time change of the output voltage of the circuit of FIG. 3, and the voltage of the output (terminal) 1 repeats rising and falling according to the switching signals “L” and “H”. Indicates. FIG. 4 shows the following three examples of switching methods.
[0048]
As shown in FIG. 4, the
[0049]
As described above, the
[0050]
When a certain time elapses and
[0051]
FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the power supply device power loss and the output power in the case of the switching
[0052]
As in this embodiment, the average power loss when the power supply device repeats only the two states of the stopped state and the maximum operating state is on a straight line connecting the points O and B in FIG. The average power loss in the case of Pa at load is point L in the figure. The point L is a point obtained by internally dividing the line segment OB by the reciprocal ratio of the time ratio between the stopped state and the maximum operating state. Furthermore, the average power loss in the case of repeating the three states of adding the light load state to the stop state and the maximum operation state is the light loss of the line segment LA connecting the L point and the A point with the time sum of the stop state and the maximum operation state. The point M is internally divided by the reciprocal ratio of the ratio to the load time. Here, if the time ratio of
[0053]
The
[0054]
The switching method 3 represents a control example in which the switching signal is switched from “L” to “H” before the output voltage reaches 42V. When the period 4 is reached and the switching signal changes from “L” to “H”, the stop signal S2 is generated from the photodiode PD2 of the stop signal photocoupler Ps, and the primary side control circuit CC is the AC generating switching transistor. The switching operation of Q44 is stopped. The time change of the output voltage at this time decreases with time with a characteristic determined by the impedance connected to the load and the capacitance of the capacitor on the output side.
[0055]
When a certain time elapses and the period 5 is reached and the switching signal is changed from “H” to “L”, the stop signal S2 from the photodiode PD2 of the stop signal photocoupler Ps cannot be generated. At this time, the output voltage becomes an undervoltage state lower than the output voltage setting value of 42 V, and the control signal S1 for suppressing the switching operation is not issued, and the primary side control circuit performs the maximum switching operation. The time change of the output voltage at this time increases with time with a characteristic determined by the impedance connected to the load, the output side capacitor capacity, and the current limit value of the switching element.
[0056]
If the switching signal changes from “L” to “H” before the output voltage reaches the output voltage setting value of 42V, a stop signal S2 is emitted from the photodiode PD2 of the stop signal photocoupler Ps, Repeat the operation.
[0057]
Here, if the time ratio of periods 4 and 5 in FIG. 4 is set to 4: 1 and applied to FIG. 5, point L becomes a point that internally divides line segment OB into 1: 4, and power loss L point is It is clear that the power loss can be made smaller than the point A at the time of light load.
[0058]
The switching signal may be generated using time as a parameter, or may be generated appropriately according to the output voltage detected. It is easier to control if the output voltage is detected and appropriately generated according to the voltage. Further, the duration of the switching signal “L” and the duration of “H” need not be constant.
[0059]
Of the switching
[0060]
In the second embodiment described above, the present inventor made a prototype of a circuit similar to the circuit of FIG. 3 and measured it with this prototype circuit. 4.45W → 3.06W), it was confirmed that the power loss of the power source can be reduced to 48% (2.69W → 1.29W).
[0061]
Next, the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9 and FIG. In the present embodiment, the parallel power supply device according to the present invention is applied to an example in which the power supply unit of the inkjet printer is used as a stabilized power supply. As the power supply circuit, an RCC circuit type was adopted as in the conventional example and the first and second embodiments.
[0062]
FIG. 9 and FIG. 10 show the configuration of a conventional general parallel type power supply apparatus in order to facilitate understanding of the present embodiment. FIG. 9 is a block diagram showing a basic configuration of a conventional general parallel type power supply apparatus, and the voltage values in the figure are representative values of the ink jet printer. FIG. 10 is a circuit diagram excerpting the constant voltage control detection circuit portion of the first power supply circuit in a conventional general parallel type power supply apparatus. The function of each part and the principle of controlling to a constant voltage are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
[0063]
FIG. 6 is a circuit diagram in which the constant voltage control detection circuit unit of the first power supply circuit PS1 ′ of the parallel power supply device according to the present embodiment is extracted. As can be seen from the figure, the feature of this embodiment is that the output voltage of the first power supply circuit PS1 ′ is set in the constant voltage control detection circuit section in the conventional parallel type power supply device shown in FIG. The lowering function (the circuit configuration of this embodiment is mainly composed of a Zener diode ZD12 and a switching transistor Q11) is added.
[0064]
Also in the power supply device of the present embodiment, as shown in FIG. 6, a Zener diode ZD12 is connected in series with the Zener diode ZD11 to form a two-stage configuration, and the collector and emitter of the switching transistor Q11 are connected to the anodes of the Zener diodes ZD11 and ZD12. Each connection is the same as in the first embodiment described above.
[0065]
The output voltage of the first power supply circuit PS1 ′ in the circuit configuration of FIG. 6 is that the switching transistor Q11 is cut off when the switching signal Sc is “L”, so that the Zener diode ZD11 (the Zener voltage is 10V) and the Zener diode ZD12 (the Zener voltage is 32V) is set to 10V + 32V = 42V, which is the sum of the Zener voltages. On the other hand, when the switching signal Sc is “H”, since the switching transistor Q11 is in a conducting state, the Zener diode ZD12 is bypassed, so that the Zener voltage of the Zener diode ZD11 alone is set to 10V. Thus, for example, when the Zener diode ZD11 having a Zener voltage of 10V is selected and the Zener diode ZD12 having a Zener voltage of 32V is selected, when the switching signal Sc is "L", the output voltage of the primary power supply circuit PS1 is The voltage is set to 42 V, which is exactly the same as that of the circuit example 10, and is set to 10 V when the switching signal Sc is “H”, and each is stably supplied with voltage.
[0066]
Accordingly, when the output destination (power system voltage) supply circuit / element (each motor, driver circuit of each motor, print head, head drive circuit, etc.) of the output voltage (power system voltage) of the first power supply circuit PS1 ′ is stationary as in the printer standby state. When the rated voltage is not required, the switching signal Sc is set to “H” to lower the setting of the output voltage of the first power supply circuit PS1 ′, thereby reducing the loss of the power system voltage supply destination circuit / element. Can be reduced.
[0067]
Incidentally, the load resistor R11 of 1 kΩ connected to the output (terminal) 1 is (42V) when the switching signal Sc is “L”.2 / 1kΩ = 1.764W power consumption, but when the switching signal Sc is "H" (10V)2 / 1 kΩ = 0.1 W, and the power loss can be reduced to approximately 1/17.
[0068]
As for the parallel type power supply apparatus as described above, as another embodiment, in the printer standby state or the like, the power supply apparatus has two modes of operation state and stop state as in the second embodiment described above. Of course, it is possible to consider a mode in which the average output power of the first power supply circuit PS1 ′ is lowered by repeating the process.
[0069]
As mentioned above, although this invention was described about specific embodiment, this invention is not limited to these, It applies also about other embodiment within the range described in the claim.
[0070]
For example, in the first and third embodiments, two Zener diodes are connected in series. For example, when the printer enters a standby state, the switching transistor is turned on by a switching signal, and one Zener diode is bypassed. In this way, the configuration in which the setting of the output voltage of the primary or first power supply circuit is lowered is adopted, and in the second embodiment, the power supply device repeats the two modes of the operation state and the stop state, thereby Although a configuration for reducing the output power of the power supply circuit is adopted, the output voltage of the primary or first power supply circuit may be reduced by other circuit configuration or means.
[0071]
In the above-described embodiment, the present invention has been described by taking an inkjet printer as an example. However, it is needless to say that the present invention can be widely applied to other electronic devices as well as other printers such as a laser printer.
[0072]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the first to fourth aspects of the invention, the output voltage of the primary power supply circuit can be lowered in the series type power supply device configuration. When the supply circuit / element (motor, motor driver circuit, head, head drive circuit, etc.) of the output voltage (power system voltage) of the primary power supply circuit does not require the rated voltage during normal operation, set the output of the same primary voltage. By lowering, the loss of the primary power supply output voltage (power system voltage) supply destination circuit / element is reduced, the input / output voltage difference of the secondary power supply circuit is kept small, and the switching power loss of the secondary power supply circuit is reduced. In addition, the driving power can be reduced by lowering the supply voltage of the control IC / control unit in the secondary power supply circuit.
[0073]
On the other hand, according to the eighth to tenth aspects of the present invention, the output voltage of the power system can be lowered in the configuration of the parallel type power supply apparatus. For example, as in the standby state of the printer, the output voltage of the power system can be reduced. When the supply destination circuit / element (motor, motor driver circuit, head, head drive circuit, etc.) does not require the rated voltage during normal operation, the supply circuit / element of the power output voltage is reduced by lowering the output voltage of the power system. Loss can be reduced.
[0074]
Further, according to the fifth to seventh aspects of the present invention, the average output voltage of the primary power supply circuit is further lowered by repeating two modes of the stop state and the operation state, for example, consumption in the printer standby state. It is also possible to significantly reduce the power loss of the power and the power source than before. In view of the fact that the era of energy saving will be entered, and not only the printer industry but also the power supply circuit industry are predicted to tend toward establishing energy saving technologies, the industrial value is extremely large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an excerpt of a constant voltage control detection circuit unit of a primary power supply circuit, a control IC of a secondary power supply circuit, and a switching circuit in the series type power supply device according to the first embodiment of the present invention. is there.
FIG. 2 is a diagram showing a cause of generation of switching loss power of a switching element of a secondary power supply circuit in a general series type power supply device.
FIG. 3 is a diagram showing excerpts of a constant voltage control detection circuit unit of a primary power supply circuit, a control IC of a secondary power supply circuit, and a switching circuit in a series type power supply device according to a second embodiment of the present invention. is there.
4 is a schematic diagram showing a change over time in the output voltage of the primary power supply circuit shown in FIG. 3, and the output voltage of the primary power supply circuit rises and falls according to the switching signals “L” and “H”. The time change which repeats is shown.
FIG. 5 is a diagram for explaining a relationship between power supply device power loss and output power in switching
FIG. 6 is a circuit diagram excerpting a constant voltage control detection circuit unit of a first power supply circuit of a parallel power supply device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a basic configuration of a conventional general series power supply device.
FIG. 8 is a circuit diagram in which a constant voltage control detection circuit unit of a primary power supply circuit, a control IC and a switching circuit of a secondary power supply circuit are extracted in a conventional general series power supply device.
FIG. 9 is a block diagram showing a basic configuration of a conventional general parallel type power supply device.
FIG. 10 is a circuit diagram excerpting a constant voltage control detection circuit section of a first power supply circuit in a conventional general parallel type power supply apparatus.
[Explanation of symbols]
PS1 Primary power circuit
PS2 Secondary power circuit
PS1 ′ first power supply circuit
PS2 'second power supply circuit
ZD1, ZD11 Zener diode
ZD2, ZD12 Zener diode
PD1 photodiode
S1 control signal
PT1 Phototransistor
40 Commercial power supply (AC)
40 'Commercial power (AC)
43 Transformer
Q44 Switching transistor for AC generation
Photocoupler for Pc control signal
CC primary control circuit
Q1, Q11 switching transistor
PD2 photodiode
PT2 phototransistor
Tmi input terminal
Sc switching signal
Claims (5)
切替信号に応じて前記制御回路の動作状態を切り替える切替手段と、を有する一次電源回路と、A switching means for switching the operation state of the control circuit in response to a switching signal, and a primary power supply circuit,
該一次電源回路の出力電圧を入力しスイッチング動作により第２の電圧を出力する二次電源回路と、を備える電源システムであって、A secondary power supply circuit that inputs an output voltage of the primary power supply circuit and outputs a second voltage by a switching operation, and a power supply system comprising:
前記制御回路の動作及び停止の繰り返しにより前記出力電圧を下げるモードを備える電源システムにおいて、In a power supply system having a mode for reducing the output voltage by repeating the operation and stop of the control circuit,
前記出力電圧に応じて前記切替信号を出力する切替信号出力手段を備え、Comprising a switching signal output means for outputting the switching signal according to the output voltage;
前記切替信号出力手段は、前記モードにおいて、前記出力電圧が前記第１の電圧を下回る電圧のときに前記制御回路を停止状態にするための切替信号を出力することを特徴とする電源システム。The switching signal output means outputs a switching signal for stopping the control circuit when the output voltage is lower than the first voltage in the mode.
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