JP4225451B2 - Overcurrent protection method, power supply device and image forming apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランスの1次側に介挿したスイッチング回路をPWMパルスに応答してスイッチングして、トランスの2次側に所望電圧を発生するスイッチング電源装置の過電流保護制御,これを実施する電源装置、および、これを内蔵する画像形成装置に関する。
【0002】
【従来技術】
例えば、商用交流を入力し、整流平滑後の直流電圧を高周波数(例えば100KHz前後)でスイッチングして、トランスの1次巻線に印加して、トランスの2次巻線に誘起した電圧を整流して直流電圧を出力するスイッチング電源が、多くの電気機器に用いられている。この電源の出力電圧は、これを検出してスイッチングの比率すなわちPWMパルスのデューティを制御することで、定電圧に安定化する。この制御を行う方法として、従来はアナログ回路によるスイッチングON/OFF制御が行われていた。また、一般にスイッチング電源では、制御の最適化のため、入力電圧や負荷電流の変動に応じて、電源回路の動作モードを変更する場合がある。従来のアナログ方式では、動作モード切替えを行わせるにはハードウェアとしての制御回路を複数用意しなければならず、回路構成が著しく複雑になるという特徴があった。最近はこれをデジタル制御により、例えばデジタルシグナルプロセッサ(DSP)を用いて行うことにより、解決している。
【0003】
特開2000−14144号公報に開示の、DSPによるPWM制御の電源装置では、トランス2次側の出力回路を流れる電流値を検出し、検出値が所定値を越えると、スイッチングを強制的に停止させるラッチ回路と、DSPが発生するPWMパルスをスイッチングドライバに与える信号ラインに介挿したアンドゲートと、スイッチングがオフ状態に移行すると前記ラッチ回路をリセットするリセット回路とを備え、過電流検出信号でラッチ回路をセットして、そのセット時出力で、アンドゲートを閉じ、その後のPWMパルスのスイッチオンレベルへの変化に同期してリセット回路が前記ラッチ回路をリセットする。この、トランス2次側の過電流に応答してトランス1次側のスイッチングをオフにする過電流保護は、PWMパルスの1周期内のスイッチングオン期間に行われるパルスバイパルスの過電流保護である。出力回路には、もう一組の電流検出回路と電圧検出回路があり、それらの検出信号が、PWMパルスの周期よりも長い制御周期でデジタル変換してDSPに読み込まれ、PWMパルスのデューティの決定に参照される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パルスバイパルス過電流保護のために出力回路に流れる電流値を検出する回路は、トランスの2次側に備えられている。過電流保護の遅れなく検出することはできても、トランスの2次側に備えられているために、電流検出信号にレベルシフトが発生し、1次側のスイッチング素子に流れる電流値を正確に検出できないという問題があった。これにより、パルスバイパルスの過電流保護の信頼性が損なわれる。
【0005】
また、トランスの1次側のスイッチングドライバおよび2次側に備わる過電流検出回路とDSPとの間を、アンドゲート,セット回路およびリセット回路で接続するので、回路接続が複雑である。
【0006】
本発明は、デジタル制御方式でも、1次側で過電流を検出し、トランスの1次側と2次側で発生するレベルシフトによる影響を受けず、電源装置の過電流保護の信頼性を高めることを第1の目的とし、過電流検出回路とDSPなどのデジタル制御回路との間の接続を簡単にし、デジタル制御のため高速に制御が可能となるため、スイッチング電源の切換えパルス(周波数100KHz)ごとに電源の停止,再開の制御が可能なパルスバイパルスの制御を行うことを第2の目的とする。過電流保護の信頼性が高い、出力系統が複数のスイッチング電源装置を提供することを第3の目的とし、その電源回路とDSPとの間の接続を簡略にすることを第4の目的とし、これらに加えて出力系統毎に、過電流保護をすることを第5の目的とする。また画像形成装置の電源装置を過電流保護の信頼性が高いものとすることを第6の目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
(1)トランス(TR11),該トランスの1次巻線にPWMパルスに応答してスイッチング給電する1次側回路(DRIVE11,FET11),該トランスの2次巻線に発生する電圧を整流し負荷に給電する2次側回路(D11,D12)、および、前記PWMパルスを発生するデジタル処理のパルス発生器(65)とそれにPWMパルスを規定するデータを与えるCPU(61)を含むデジタル信号処理装置(48)、を備える電源装置(41)の、
前記1次側回路のオン電流を電流検出抵抗(R11)に通して該抵抗に定電圧 (Vc) を、該電流検出抵抗とは別の抵抗 (R12) およびダイオード (D13) を介して該定電圧から前記電流検出抵抗へ通電可につないで、前記別の抵抗 (12) とダイオード (D13) の間の電圧に比例する電圧を、発光素子(LD11)と光電変換素子(PT41)を含むフォトカプラ(49)の該発光素子に通電する発光ドライバ(Tr11)に印加して、該光電変換素子(PT41)の受光信号を過電流信号(PDPINT=L)として、前記デジタル信号処理装置(48)に与え、該デジタル信号処理装置(48)の前記パルス発生器(65)が該過電流信号(PDPINT=L)に応答してそのスイッチングオン出力を止める、過電流保護方法(図4〜図13)。
【0008】
なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素又は対応事項の記号を、参考までに付記した。以下も同様である。
【0009】
作用及び効果
これによれば、トランス(TR11)の1次側回路のオン電流を検出して、それが過電流の時にはパルス発生器(65)がそのスイッチングオン出力を止める。1次側の電流検出信号は、レベルシフトなく得ることができるので、信頼性が高い過電流保護を容易に実現できる。1次側回路とデジタル信号処理装置(48)とがフォトカプラ(49)で、電流通電に関して絶縁分離されているので、両者間の電位の干渉はなく、信頼性が高い過電流保護を容易に実現できる。過電流信号に応答してパルス発生器(65)がスイッチングオン出力を止めるので、電源回路とデジタル信号処理装置(48)との間の接続は簡略になる。
【0010】
1次側回路のオン電流が低い間はそれが流れる抵抗(R11)の電圧が低く、発光ドライバ(Tr11)の制御信号入力端の電圧が、ダイオード(D13)を順方向に伝播し該方向に電流が流出しこれにより抵抗(R11)の電圧と同程度に低く、発光ドライバ(Tr11)は発光素子(LD11)に通電しない。
【0011】
1次側回路のオン電流が過大になるとそれが流れる抵抗(R11)の電圧が上昇するが、これはダイオード(D13)に逆方向に加わるので、1次側回路のオン電流は発光ドライバ(Tr11)の制御信号入力端に流入しない。すなわち、ダイオード(D13)が、発光ドライバ(Tr11)の制御信号入力端に過大電流あるいは過電圧が加わるのを阻止する。しかし、ダイオード(D13)のカソード側に抵抗(R11)の高い電圧が加わるので、定電圧(Vc)の印加による発光ドライバ(Tr11)の制御信号入力端から抵抗(R11)への電流の流出が止まり、該制御信号入力端の電圧が上昇しこれに応答して発光ドライバ(Tr11)が発光素子(LD11)に通電し、発光素子(LD11)が発光する。
【0012】
発光ドライバ(Tr11)周りの比較的に簡易な電気回路によって、発光ドライバ(Tr11)の制御信号入力端に、1次側回路のオン電流が過大か否をあらわす2値的な電圧変化が現れ、しかも、発光ドライバ(Tr11)に過電圧が加わることはない。
【0013】
【発明の実施の形態】
(2)前記過電流信号 (PDPINT=L) は前記デジタル信号処理装置 (48) に対する割込み信号であり、前記パルス発生器 (65) が該割込み信号に応答してそのスイッチングオン出力を止め、その後前記CPUが前記パルス発生器によるパルス出力を再開し、前記デジタル信号処理装置がパルスバイパルスにて前記1次側回路のスイッチング給電の保護制御を行う、上記(1)に記載の過電流保護方法。
【0014】
これによれば、トランス(TR11)の1次側回路のオン電流を検出して、それが過電流の時にはパルス発生器(65)がそのスイッチングオン出力を止める。1次側の電流検出信号は、レベルシフトなく得ることができるので、信頼性が高いパルスバイパルスの過電流保護を容易に実現できる。1次側回路とデジタル信号処理装置(48)とがフォトカプラ(49)で、電流通電に関して絶縁分離されているので、両者間の電位の干渉はなく、信頼性が高いパルスバイパルスの過電流保護を容易に実現できる。過電流信号に応答してパルス発生器(65)がスイッチングオン出力を止めるので、電源回路とデジタル信号処理装置(48)との間の接続は簡略になる。
【0015】
(3)トランス(TR11),該トランスの1次巻線にPWMパルスに応答してスイッチング給電する1次側回路(DRIVE11,FET11),該トランスの2次巻線に発生する電圧を整流し負荷に給電する2次側回路(D11,D12)、および、前記PWMパルスを発生するデジタル処理のパルス発生器(65)とそれにPWMパルスを規定するデータを与えるCPU(61)を含むデジタル信号処理装置(48)、を備える電源装置(41)の、
前記1次側回路のオン電流を電流検出抵抗(R11)に通して該抵抗に定電圧 (Vc) を、該電流検出抵抗とは別の抵抗 (R12) およびダイオード (D13) を介して該定電圧から前記電流検出抵抗へ通電可につないで、前記別の抵抗 (R12) とダイオード (D13) の間の電圧に比例する電圧を、前記デジタル信号処理装置(48)に与え、該デジタル信号処理装置において該電圧をデジタルデータに変換し、該デジタルデータが設定値以上のとき過電流信号(PDPINT=L)を発生し、前記パルス発生器が該過電流信号に応答してそのスイッチングオン出力を止める(図15の72-75)、過電流保護方法(図14〜図18)。
【0016】
これによれば、1次側オン電流検出手段(R11)がトランス(TR11)の1次側の電流を電圧に変換し、デジタル信号処理装置(48)のA/D変換手段(72)が該電圧をデジタルデータに変換し、比較手段(73)が、該デジタルデータが表す値が設定値以上になると過電流信号(PDPINT=L /PDPINT1=L)を発生し、パルス発生器(65)がそれに応答してスイッチングオン出力を止める。1次側の電流検出信号である、前記電圧は、レベルシフトなく得ることができるので、信頼性が高いパルスバイパルスの過電流保護を容易に実現できる。過電流信号に応答してパルス発生器(65)がスイッチングオン出力を止めるので、電源回路とデジタル信号処理装置(48)との間の接続は簡略になる。A/D変換手段(72)および比較手段(73)が、デジタル信号処理装置(48)にあるので、1次側回路が簡略になり、電源回路とデジタル信号処理装置(48)との間の接続が簡略になる。
【0017】
1次側回路のオン電流が低い間はそれが流れる抵抗(R11)の電圧が低く、抵抗分圧回路(R12-R14)の分圧端の電圧が、ダイオード(D13)を順方向に伝播し該方向に電流が流出しこれにより抵抗(R11)の電圧と同程度に低い。1次側回路のオン電流が過大になるとそれが流れる抵抗(R11)の電圧が上昇するが、これはダイオード(D13)に逆方向に加わるので、1次側回路のオン電流は抵抗分圧回路(R12-R14)の分圧端に流入しない。すなわち、ダイオード(D13)が、抵抗分圧回路(R12-R14)の分圧端に過大電流あるいは過電圧が加わるのを阻止する。しかし、ダイオード (D13)のカソード側に抵抗(R11)の高い電圧が加わるので、定電圧(Vc)の印加による抵抗分圧回路(R12-R14)の分圧端から抵抗(R11)への電流の流出が止まり、該分圧端の電圧が上昇する。
【0018】
比較的に簡易な電気回路によって、抵抗分圧回路(R12-R14)に、1次側回路のオン電流のレベルに対応する電圧が現れ、しかも、抵抗分圧回路(R12-R14)に過電圧が加わることはない。
【0019】
(4)前記CPU(61)が前記過電流信号(PDPINT=L)に応答して、前記パルス発生器(65)がスイッチングオン出力を止めた後に、該パルス発生器(65)にPWMパルス発生を再開させる、上記(3)の過電流保護方法。
【0020】
これによりPWMパルスのスイッチングオン期間に過電流検出に応答して通電を停止し、そして次の周期のPWMパルス出力を行うパルスバイパルスの通電および過負荷保護が実現できる。すなわち、通電の安定性と過負荷保護機能が高いパルスバイパルスの通電保護制御が実現できる。
【0021】
(5)前記パルス発生器(65)は、前記過電流信号(PDPINT=L)に応答してPWMパルス出力ポートをハイインピーダンスとしてこれを保持し;前記CPU(61)が前記過電流信号(PDPINT=L)に応答して割込み処理を開始してこの割込み処理により、前記パルス発生器がスイッチングオン出力を止めた後に、パルス発生器のハイインピーダンスの保持を解除し前記レジスタにPWMパルス出力のためのデータを設定する;上記(1)乃至(4)のいずれかの過電流保護方法。
【0022】
PWMパルスは例えば100KHzの高周波であり、デジタル信号処理装置(48)のパルス発生器(65)は、例えばDSPのイベントマネジャであって過電流信号(PDPINT=L)が発生してから、CPU(61)の動作周波数の3〜4クロックサイクルの遅延後に、PWMパルス出力ポートをハイインピーダンス(PWMパルス出力遮断)としてこれを保持する。この処理は非常に早い。したがって1次回路が実質上遅れなくスイッチングオフになる。
【0023】
しかしCPU(61)は、過電流信号(PDPINT=L)に応答して、割り込み処理に進み、そこでパルス発生器(65)のレジスタにPWMパルス出力のためのデータを設定する。過電流信号(PDPINT=L)が発生してから、上述のソフト割込みのプログラムによってパルス発生器(65)にPWMパルス出力のためのデータを設定し終わるまでに数μsecの時間が経過する。
【0024】
これにより、100KHzのPWMパルスの1周期の半分を超える程度の、PWMパルス(のスイッチオンレベル)の出力の遅れを生じ、この期間が、PWMパルスの1周期内のオフ期間に重なり、パルスバイパルスの過電流保護によって1パルスのオン出力が遮断されても、PWMパルスの一周期の間の、オン出力を遮断した本来のオン期間に続くオフ期間が経過する前後に、上記PWMパルス出力のためのデータ設定によって新たな一周期のパルス通電が始まる。すなわち前の一周期に略連続するかたちで、次の1周期からPWMパルスの出力が再開される。
【0025】
したがって、電源回路とデジタル信号処理装置(48)との間に、PWMパルス遮断のためのゲートや、遮断を保持するラッチおよびそれを解除するリセット回路を介挿する必要はなく、電源回路とデジタル信号処理装置(48)との間の接続が簡略になる。
【0026】
(6)トランス(TR11);
該トランスの1次巻線にPWMパルスに応答してスイッチング給電する1次側回路(DRIVE11,FET11);
該トランスの2次巻線に発生する電圧を整流し負荷に給電する2次側回路(D11,D12);
前記1次側回路のオン電流を検出する電流検出抵抗(R11);
定電圧ライン (Vc) と前記電流検出抵抗との間を接続する、前記電流検出抵抗とは別の抵抗 (R12) とダイオード (D13) との直列回路であって、前記定電圧ラインから前記別の抵抗および前記ダイオードをこの順に通して前記定電圧ラインの定電圧を前記電流検出抵抗へ向けて通電可に印加する直列回路 (R12,D13) ;
発光素子 (LD11) と光電変換素子 (PT41) を含み、該発光素子の発光による該光電変換素子の光電変換信号を過電流信号 (PDPINT=L/PDPINT1=L) として発生するフォトカプラ (49) ;
前記別の抵抗 (R12) とダイオード (D13) の間の電圧が上昇すると前記発光素子 (LD11) に通電して発光させる発光ドライバ (Tr11) ;および、
前記PWMパルスを発生し前記過電流信号に応答してPWMパルス出力を止めるパルス発生器(65)および該パルス発生器にPWMパルス出力のためのデータを与えるCPU、を含むデジタル信号処理装置(48);
を備える電源装置(図4〜図13)。
【0027】
これによれば、1次側オン電流検出手段(R11)がトランス(TR11)の1次側の電流を電圧に変換し、該電圧が設定値以上になると過電流信号(PDPINT=L /PDPINT1=L)が発生し、パルス発生器(65)がそれに応答してスイッチングオン出力を止める。1次側の電流検出信号である前記電圧は、レベルシフトなく得ることができるので、信頼性が高いパルスバイパルスの過電流保護を容易に実現できる。過電流信号に応答してパルス発生器(65)がスイッチングオン出力を止めるので、電源回路とデジタル信号処理装置(48)との間の接続は簡略になる。
【0028】
1次側回路とデジタル信号処理装置(48)とがフォトカプラ(49,50)で、電流通電に関して絶縁分離されているので、両者間の電位の干渉はなく、信頼性が高いパルスバイパルスの過電流保護を容易に実現できる。デジタル信号処理装置(48)の、過電流信号(PDPINT=L/PDPINT1=L,PDPINT2=L)ラインとの接続が簡略になる。
【0029】
(7)前記電源装置は、前記トランス (TR11/TR21) ,1次側回路 (DRIVE11,FET11/DRIVE21,FET21) ,2次側回路 (D11,D12/D21,D22) ,電流検出抵抗 (R11/R21) ,直列回路 (R12,D13/R22,D23) ,発光素子 (LD11/LD21) および発光ドライバ (Tr11/Tr21) をそれぞれが備える第1および第2回路 (46,47) を備え;前記フォトカプラ (49,50) の光電変換素子 (PT41) は、第1および第2回路の発光素子 (D11/D21) のいずれからも受光し;前記デジタル信号処理装置(48)の、前記パルス発生器(65)は、第1および第2回路に与える第1および第2のPWMパルスを発生し、前記光電変換素子 (PT41) からの過電流信号(PDPINT=L)に応答して第1および第2のPWMパルス出力を止めるものであり、前記CPUは、第1および第2のPWMパルス出力のためのデータを前記パルス発生器(65)に与える;上記(6)に記載の電源装置(図4〜図11)。
【0030】
これによれば、一組のデジタル信号処理装置(48)で第1回路(46)および第2回路(47)を制御して、それらから同時に別個の負荷に給電することができる。各回路(46,47)に関して、上記(6)に記述した作用,効果が実現できる。
【0031】
(8)前記電源装置は、前記トランス (TR11/TR21) ,1次側回路 (DRIVE11,FET11/DRIVE21,FET21) ,2次側回路 (D11,D12/D21,D22) ,電流検出抵抗 (R11/R21) ,直列回路 (R12,D13/R22,D23) ,フォトカプラ (49/50) および発光ドライバ (Tr11/Tr12) をそれぞれが備える第1および第2回路 (46,47) を備え;前記デジタル信号処理装置(48)の、前記パルス発生器(65)は、第1および第2回路に与える第1および第2のPWMパルスを発生し第1回路からの第1の過電流信号(PDPINT1=L)に応答して第1のPWMパルス出力を止め、第2回路からの第2の過電流信号(PDPINT2=L)に応答して第2のPWMパルス出力を止めるものであり、前記CPUは、第1および第2のPWMパルス出力のためのデータを前記パルス発生器に与える;上記(6)に記載の電源装置(図4,図12,図13)。
【0032】
これによれば、一組のデジタル信号処理装置(48)で第1回路(46)および第2回路(47)を制御して、それらから同時に別個の負荷に給電することができる。各回路(46,47)に関して、上記(6)に記述した作用,効果が、個別に実現できる。上記(7)では、第1回路(46)および第2回路(47)の一方が1次側過負荷になると、両回路ともに1次側通電を遮断してしまうが、この実施態様(8)では、一方が1次側過負荷になるとその1次側通電を遮断するが、他方の通電は継続する。第1回路(46)と第2回路(47)の独立性が高い。
【0033】
(9)トランス(TR11);
該トランスの1次巻線にPWMパルスに応答してスイッチング給電する1次側回路(DRIVE11,FET11);
該トランスの2次巻線に発生する電圧を整流し負荷に給電する2次側回路(D11,D12);
前記1次側回路のオン電流を検出する電流検出抵抗(R11);
定電圧ライン (Vc) と前記電流検出抵抗との間を接続する、前記電流検出抵抗とは別の抵抗 (R12) とダイオード (D13) との直列回路であって、前記定電圧ラインから前記別の抵抗および前記ダイオードをこの順に通して前記定電圧ラインの定電圧を前記電流検出抵抗へ向けて通電可に印加する直列回路 (R12,D13) ;および、
前記別の抵抗 (R12) とダイオード (D13) の間の電圧に比例する電圧をデジタルデータに変換するA/D変換手段 (72) ,該デジタルデータが表す値が設定値以上になると過電流信号(PDPINT1)を発生する比較手段(73),前記PWMパルスを発生し前記過電流信号に応答してPWMパルス出力を止めるパルス発生器(65)、および、該パルス発生器にPWMパルス出力のためのデータを与えるCPU、を含むデジタル信号処理装置(48);
を備える電源装置(図14〜図18)。
【0034】
これによれば、1次側オン電流検出手段(R11)がトランス(TR11)の1次側の電流を電圧に変換し、比較手段が該電圧が設定値以上になると過電流信号(PDPINT=L /PDPINT1=L)を発生し、パルス発生器(65)がそれに応答してスイッチングオン出力を止める。A/D変換手段(72,74)および比較手段(73,75)が、デジタル信号処理装置(48)にあるので、1次側回路が簡略になり、電源回路とデジタル信号処理装置(48)との間の接続が更に簡略になる。
【0035】
(10)前記電源装置は、前記トランス (TR11/TR21) ,1次側回路 (DRIVE11,FET11/DRIVE21,FET21) ,2次側回路 (D11,D12/D21,D22) ,電流検出抵抗 (R11/R21) ,直列回路 (R12,D13/R22,D23) および比較手段 (73/75) をそれぞれが備える第1および第2回路 (46,47) を備え;前記デジタル信号処理装置(48)の、前記パルス発生器(65)は、第1および第2回路に与える第1および第2のPWMパルスを発生し第1および第2回路からの過電流信号のいずれにも応答して第1および第2のPWMパルス出力を止めるものであり、前記CPUは、第1および第2のPWMパルス出力のためのデータを前記パルス発生器に与える;上記(9)に記載の電源装置(図17)。
【0036】
これによれば、一組のデジタル信号処理装置(48)で第1回路(46)および第2回路(47)を制御して、それらから同時に別個の負荷に給電することができる。各回路(46,47)に関して、上記(9)に記述した作用,効果が実現できる。
【0037】
(11)前記電源装置は、前記トランス (TR11/TR21) ,1次側回路 (DRIVE11,FET11/DRIVE21,FET21) ,2次側回路 (D11,D12/D21,D22) ,電流検出抵抗 (R11/R21) ,直列回路 (R12,D13/R22,D23) および比較手段 (73/75) をそれぞれが備える第1および第2回路 (46,47) を備え;前記デジタル信号処理装置(48)の、前記パルス発生器(65,71)は、第1および第2回路に与える第1および第2のPWMパルスを発生し、第1回路からの第1の過電流信号に応答して第1のPWMパルス出力を止め、第2回路からの第2の過電流信号に応答して第2のPWMパルス出力を止めるものであり、前記CPUは、第1および第2のPWMパルス出力のためのデータを前記パルス発生器に与える;上記(9)に記載の電源装置(図14〜図16,図18)。
【0038】
これによれば、一組のデジタル信号処理装置(48)で第1回路(46)および第2回路(47)を制御して、それらから同時に別個の負荷に給電することができる。各回路(46,47)に関して、上記(9)に記述した作用,効果が、個別に実現できる。上記(10)では、第1回路(46)および第2回路(47)の一方が1次側過負荷になると、両回路ともに1次側通電を遮断してしまうが、この実施態様(11)では、一方が1次側過負荷になるとその1次側通電を遮断するが、他方の通電は継続する。第1回路(46)と第2回路(47)の独立性が高い。
【0039】
(12)前記パルス発生器 (65,71) は、第1回路 (46) からの第1の過電流信号 (PDPINT1) に応答して第1のPWMパルス出力 (PWM11) を止め、第2回路 (47) からの第2の過電流信号 (PDPINT2) に応答して第1および第2のPWMパルス出力 (PWM11,PWM21) を止める;上記(8)又は(11)に記載の電源装置(図13,図16)。
【0040】
(13)第1回路(46)は、電力消費が大きい高負荷に給電するための高い直流電圧(24V)を出力する高パワー電源回路であり、第2回路(47)は、電力消費が小さい制御回路および素子に給電するための低い直流電圧(5V,5VE)を出力する低パワー電源回路である、上記(7),(8),(10),(11)又は(12)の電源装置。
【0041】
これによれば、電力消費が大きい高負荷および電力消費が小さい制御回路および素子を含む機器又は電気回路に、すべての所要電力を同時に給電できる。
【0042】
(14)前記第2回路(47)は、省エネ待機時には負荷がオフされる電圧出力端(5V)と、省エネ待機時にも負荷が継続してオンである省エネ待機給電端(5VE)を有する、上記(13)の電源装置。
【0043】
電力消費が大きい高負荷および電力消費が小さい制御回路および素子を含み省エネルギ待機機能がある機器又は電気回路に、すべての所要電力を給電できる。
【0044】
(15)前記CPU(61)が前記過電流信号(PDPINT/PDPINT1,PDPINT2)に応答して、前記パルス発生器(65/65,71)がスイッチングオン出力を止めた後に、該パルス発生器にPWMパルス発生を再開させる;上記(6),(7),(8),(9),(10),(11),(12),(13)又は(14)の電源装置。
【0045】
これによりPWMパルスのスイッチングオン期間に過電流検出に応答して通電を停止し、そして次の周期のPWMパルス出力を行うパルスバイパルスの通電および過負荷保護が実現する。すなわち、通電の安定性と過負荷保護機能が高いパルスバイパルスの通電保護制御が実現する。
【0046】
(16)前記パルス発生器(65/65,71)は、前記過電流信号(PDPINT=L/PDPINT1=L, PDPINT2=L)に応答してPWMパルス出力ポートをハイインピーダンスとしてこれを保持し;前記CPU(61)が前記過電流信号に応答して割込み処理を開始してこの割込み処理により、前記パルス発生器がスイッチングオン出力を止めた後に、パルス発生器のハイインピーダンスの保持を解除し前記レジスタにPWMパルス出力のためのデータを設定する;上記(15)の電源装置。
【0047】
PWMパルスは例えば100KHzの高周波であり、デジタル信号処理装置(48)のパルス発生器(65/65,71)は、例えばDSPのイベントマネジャであって過電流信号が発生してから、CPU(61)の動作周波数の3〜4クロックサイクルの遅延後に、PWMパルス出力ポートをハイインピーダンスとしてこれを保持する出力禁止フラグ(1ビットデータ)を設定し(H=1とし)、PWMパルスの周期およびパルスデューティを定めるデータを格納するレジスタをクリアする。この処理は非常に早い。したがって1次回路が実質上遅れなくスイッチングオフになる。
【0048】
しかしCPU(61)は、過電流信号に応答して、割り込み処理に進み、そこでパルス発生器の出力禁止フラグを解除(0にクリア)し、そしてパルス発生器のレジスタにPWMパルス出力のためのデータを設定する。過電流信号が発生してから、上述のソフト割込みのプログラムの実行を開始するまでに数μsecの時間遅れがあり、更に、該割込み処理でパルス発生器にPWMパルス出力を再開させるのに数μsecの時間が経過する。
【0049】
これにより、100KHzのPWMパルスの1周期の半分を超える程度の、PWMパルス(のスイッチオンレベル)の出力の遅れを生じ、この期間が、PWMパルスの1周期内のオフ期間に重なり、パルスバイパルスの過電流保護によって1パルスのオン出力が遮断されても、前の一周期に略連続するかたちで、次の1周期からPWMパルスの出力が再開される。
【0050】
したがって、電源回路とデジタル信号処理装置(48)との間に、PWMパルス遮断のためのゲートや、遮断を保持するラッチおよびそれを解除するリセット回路を介挿する必要はなく、電源回路とデジタル信号処理装置(48)との間の接続が簡略になる。
【0051】
(17)上記(6)乃至(16)のいずれかに記載の電源装置(41);および、該電源装置から給電され、画像データが表す画像を形成する画像形成手段(42, 43);を含む画像形成装置(PTR)。
【0052】
電源装置(41)が上記(6)乃至(16)に記載した作用,効果を発揮し、これにより、画像形成手段(42,43)の過負荷保護の信頼性と安定性が向上する。
【0053】
(18)上記(14)の電源装置(41);該電源装置から給電され画像データが表す画像を形成する画像形成手段(42,43);ならびに、省エネ待機時には、前記電源装置の第1回路(46)から画像形成手段(42,43)への給電、および、第2回路(47)の電圧出力端(5V)から画像形成手段(42,43)への給電を遮断するスイッチ手段(44);を含む画像形成装置(PTR)。
【0054】
上記(14)の電源装置(41)が省エネ待機給電端(5VE)を有するので、省エネ待機のためにスイッチ手段(44)を開放(遮断)しても、省エネ待機時にも給電が必要な制御回路および素子には、該給電端(5VE)から給電でき、画像形成装置(PTR)の省エネ待機設計が容易である。
【0055】
(19)更に、外部から与えられる印刷情報を画像データに変換して前記画像形成手段(43)に与えるプリンタコントローラ(20)を含む上記(17)又は(18)の画像形成装置。これによれば、パソコン,ファクシミリなどのホストからの印刷情報をプリントアウトできる。
【0056】
(20)更に、原稿画像を読取って画像データを生成して前記画像形成手段(43)に与える原稿スキャナ(SCR)を含む上記(17),(18)又は(19)の画像形成装置。これによれば、原稿画像のコピーができる。
【0057】
(21)過電流検出した入力ポート先に応じて出力停止するPWM出力ポート先は、DSP内のデータを書換えることでソフト的に設定できること(図18)を特徴とする上記(23)又は(24)のスイッチング電源装置。
【0058】
これによれば、過電流を検出した入力ポート先に応じて、出力停止するPWM出力ポート先をDSP内のデータをソフト的に書き換えるので、スイッチング電源基板の配線レイアウト上の制約がなく、自由に、過電流信号入力ポート又は電流検出信号を印加するA/D入力ポートと、PWMパルス出力ポートの対応を設定することが可能となる効果がある。
【0059】
また、柔軟な1次側過電流保護制御を実現する効果もある。具体的には、基本電圧出力用のスイッチング素子が過電流を発生した場合、該スイッチング素子のスイッチングON/OFF停止はもちろんのこと、他の出力電圧回路のスイッチング素子のスイッチングON/OFFも同時に停止させる。過電流が該他の出力電圧回路のスイッチング素子で発生した場合は、このスイッチング素子のスイッチングON/OFFのみ停止させるという、柔軟な過電流保護制御が可能となる効果がある。
【0060】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明により明らかになろう。
【0061】
【実施例】
−第1実施例−
図1の(a)に、本発明の一実施例のスイッチング電源装置を組み込んだ画像形成装置の概要を示す。この画像形成装置は、カラープリンタPTRに画像スキャナSCR,自動原稿供給装置ADF,ソータ11及びその他を組付けたものであり、パーソナルコンピュータ(以下PCと表現)等のホストPCaから、IEEE1284−I/Fを通じて、画像情報である印刷データが与えられるとそれをプリントアウト(画像出力)できるシステム構成である。図1の(a)に示す画像形成装置は複合機能があるデジタルカラー複写機であり、それ自身で、原稿のコピ−を生成することもできる。
【0062】
図1の(b)に、図1の(a)に示すデジタルカラー複写機の一部をなすプリンタPTRの機構概要を示す。この実施例のプリンタPTRは、電子写真方式のレーザ走査型のカラープリンタであり、プリンタ機構,給紙装置(バンク),両面給紙装置,及び後処理装置(ソータ)11によって構成されている。プリンタPTRのレーザ走査器3には、Bk(黒),Y(イエロ−),M(マゼンタ),C(シア)の各色の成分に分解された画像データが、各色単位で与えられる。各色単位が1画像形成単位である。
【0063】
単色記録のときには、上記4色の内の一色の画像データがレーザ走査器3に与えられる。感光体1は定速度で回転駆動され、メインチャージャ2にて荷電され帯電位はクエンチングランプQLで適正電位に調整される。そして帯電面に、レーザ走査器3が画像データで変調したレーザを走査投射する。これにより、画像データに対応する静電潜像が感光体1に形成される。この静電潜像が、回転位置決め方式の現像装置4の、画像形成指定色(例えばBk)に対応する色の現像トナーを有する現像器(Bk)にて現像されて顕像すなわちトナー像となる。トナー像は、転写チャージャ5にて転写ベルト6に転写され、そして、転写分離チャージャ8にて、レジストローラ7で送り込まれる転写紙に転写され、トナー像を担持する転写紙は、搬送ベルト9で定着器10に送り込まれる。
【0064】
定着器10は加熱,加圧により転写紙上のトナー像を転写紙に固定する。定着を終えた転写紙は、ソータ11に排出される。トナー像の転写を終えた感光体面はクリーニング装置12でクリーニングされる。転写ベルト6の転写を終えた面はクリーニングブレード13で拭われる。14は、Pセンサと呼ばれる、感光体面上のトナー濃度を検出する反射型の光センサ、15は転写ベルト6の基準位置を示すマークを検出する反射型の光センサ、16は定着ローラの温度を検出する温度センサである。
【0065】
2色以上のカラー重ね記録(最も代表的なものはフルカラー記録)のときには、上述の、感光体1上へのトナー像の形成と転写ベルト6への転写が、各色分繰返えされて転写ベルト6上において各色トナー像が重ねて転写され、所要色分の重ね転写を終えてから、転写紙に転写される。
【0066】
図2に、図1に示す画像形成装置の電気システムの概要を示す。プリンタコントローラ20には、カラープリンタPTR,オペレータに対する表示とオペレータからの機能設定入力制御を行う操作パネルOPB、スキャナSCRおよび自動原稿供給装置ADFならびにパソコンPCaが接続したIEEE1284セントロI/F 30が接続されている。
【0067】
なお、図2においては、図1に示すプリンタPTRの、画像形成プロセスの進行のために給電が必要な要素を一括してエンジン負荷42として示し、画像形成プロセスの制御その他プリンタ内の制御をする装置をエンジンコントローラ43として示した。
【0068】
プリンタコントローラ20は、メインプロセッサであるCPU21,システムバス制御及び画像処理等を行うASIC(Application Specific IC)22,CPU21の制御プログラムが格納されているROM23,電源OFF時にもデータの保持が可能なNVRAM24,ホストPCaからの受信データをIEEE1284セントロI/F 30を介して一時格納及び受信データに基づいて形成された画像イメージデータの格納が可能なDRAM(画像メモリ)25,文字形状をあらわすイメージデータが格納され、画像形成時に文字データをイメージデータに変換するフォントROM26,操作パネルOPBをコントロール/通信する操作パネルI/F27,スキャナI/F28,エンジンコントローラ43との通信及び画像データの送信を行うエンジンI/F29,IEEE1284準拠の通信が可能なIEEE1284−I/F 30、及び、ホストPCaからIEEE1284−I/F 30に与えられているHLH信号の変化を検出して、変化があったときにASI22を介してCPU21に知らせるホストON/OFF検知回路31、を含む。
【0069】
ホストON/OFF検知回路31は、ホストPCaのHLH信号(H:ホスト電源ON/L:ホスト電源OFF)が、L(ホスト電源OFF)からH(ホストが電源ON)に変化(ホスト電源がONに変化)した時、及び、HからLに変化(ホスト電源がOFFに変化)したときに、これをASI22を介してCPU21に知らせる。
【0070】
プリンタコントローラ20は、外部装置であるホストPCaからの画像情報である印刷データ及びプリント指示するコマンドを解析し、印刷データを出力画像データとして印刷できる状態にビットマップ展開し、印刷モードをコマンドから解析し動作を決定している。その印刷データ及びコマンドをIEEE1284−I/F30を通じて受信し動作する。また、これらならびにプリンタコントーラ20を介して、機内で保持又は生成する、印刷データ,原稿読取りデータ,これらを出力用に処理した出力画像データ、および、それらを圧縮した圧縮データ、をホストPCaに転送することができる。
【0071】
原稿スキャナSCRは、原稿の表面に対するランプ照射の反射光をミラー及びレンズにより受光素子に集光する。受光素子(本実施例ではCCD)は、スキャナSCR内のセンサー・ボード・ユニット(以下単にSBUと称す)にあり、CCDに於いて電気信号に変換された画像信号は、SBU上でデジタル信号すなわち読取った画像データに変換された後、プリンタコントーラ20に出力される。スキャナSCRに装着された自動原稿供給装置ADFは、スキャナSCRに対して原稿を給,排する。
【0072】
プリンタコントローラ20には、システムバス制御,画像メモリアクセス制御およびDRAM25からの作像を行う制御等を行う画像処理ASIC22がある。スキャナSCRの読取り画像データは、ASIC22に転送され、ASIC22が、光学系及びディジタル信号への量子化に伴う信号劣化(スキャナ系の信号劣化:スキャナ特性による読取り画像データの歪)を補正し、該画像データをDRAM25に書込む。又は、ASIC22内部のプリンタ出力のための処理系で出力画像データに変換して、エンジンI/F28を介してプリンタPTRに与える。
【0073】
すなわち、ASIC22には、読取り画像データをDRAM25に蓄積して再利用するジョブと、メモリに蓄積しないで、プリンタPTRに作像出力するジョブとがある。DRAM25に蓄積する一例としては、1枚の原稿を複数枚複写する場合、スキャナSCRを1回だけ動作させ、読取り画像データをDRAM25に蓄積し、蓄積データを複数回読み出す使い方がある。DRAM25を使わない例としては、1枚の原稿を1枚だけ複写する場合、読取り画像データをそのままプリンタ出力用に処理すれば良いので、DRAM25への書込みを行う必要はない。
【0074】
まず、DRAM25を使わない場合、ASIC22に於いてCCDによる輝度データを面積階調に変換するための画質処理を行う。画質処理後の面積階調に変化された信号はプリンタPTRに与えられ、プリンタPTR内において、画像メモリを介して書込み制御に与えられる。書込み制御は、ドット配置に関する後処理及びドットを再現するためのパルス制御を、作像ユニット3に対して行い、転写紙上に再生画像を形成する。
【0075】
DRAM25に蓄積する場合は、ASIC22が、DRAM25のアクセス制御,外部ホストPCaのプリント用データの展開(文字コ−ド/キャラクタビット変換),メモリ有効活用のための画像データの圧縮を行う。データ圧縮後DRAM25へ蓄積し、蓄積データを必要に応じて読み出す。読み出しデータは伸張し、本来の画像データに戻し、画質処理を行い、プリンタPTRに出力する。すなわち、転写紙上に顕像(トナー像)を形成する。
【0076】
画像データの流れに於いて、ASIC22のバス制御により、デジタル複写機の複合機能を実現する。各ジョブ、例えばコピー機能およびプリンタ出力機能において、スキャナSCR,ASIC22及びプリンタPTRへの共通バス使用権の割り振りを、ASIC22が制御する。
【0077】
次に、プリンタPTRおよびプリンタコントローラ20の省エネモードについて説明する。プリンタPTR内には、AC商用電源からDC電源を生成するスイッチング電源装置41があり、ここで生成したDC電源を、エンジンコントローラ43,プリンタコントローラ20およびエンジン負荷42へ供給する。
【0078】
ここで、スイッチング電源装置41で生成したDC電源には、エンジンコントローラ43にてON/OFF制御可能な+5Vおよび+24Vと、図示しない元電源スイッチであるメインSWがONであれば、常にON状態となる+5VEが存在し、+5Vおよび+24Vはエンジンコントローラ43、エンジン負荷42に、+5VEはエンジンコントローラ43とプリンタコントローラ20に供給されている。通常動作時すなわち動作モードでは、+5V,+24Vおよび+5VEすべてON状態であるが、省エネモード時には、エンジンコントローラ43より、スイッチ44をOFF(OPEN)とさせ、+5Vおよび+24Vの電源供給をストップさせ、プリンタコントローラ20及びエンジンコントローラ43の一部のみの、+5VEの電源供給としている。
【0079】
スイッチング電源装置41からプリンタコントローラ20に供給される電源+5VEは、プリンタコントローラ20内の電源ON/OFF34に引きこまれている。電源ON/OFF34には、2個の電源ON/OFFリレー(以下では単に電源リレー)と、それらを選択的にON/OFFするリレードライバがあり、電源ON/OFFコントローラ33が、各リレードライバに、ON(スイッチ閉)/OFF(スイッチ開)指示信号を与える。各電源リレーのスイッチ接片は電源装置41から電源+5VEが供給される給電線に接続されているが、各電源リレーのスイッチ接点には、給電線PS1,PS2が接続されている。
【0080】
給電線PS1は、CPU21,ASIC22、プログラムROM23およびホストON/OFF検知回路31、ならびに、操作パネルI/F27のキー操作検知回路に給電する。この給電により、ホストON/OFF検知回路31は、ホストPCaの各HLH信号の論理和が、LからHに変化(ホスト電源がONに変化)したこと、及び、該論理和がHからLに変化(ホスト電源がOFFに変化)したことを、ASI22を介してCPU21に知らせることができる。同様に、操作パネルI/F27はキー操作があったことをCPU21に知らせることができる。ASIC22の、これらの報知信号をCPU21に与える信号ラインおよび電気回路が、給電線PS1から給電される。CPU21及びプログラムROM23も給電線PS1から給電されるので、給電線PS1を+5VEに接続する第1電源リレーがONである限り、CPU21はプログラムROM23のプログラムにしたがって動作する。
【0081】
電源装置41に商用交流を給電する元電源スイッチすなわちメインSWがONになって、電源装置41が電源+5VEを発生すると、電源ON/OFF34内にある図示しない電源オンリセット回路がリセット信号を発生し、電源ON/OFF34が自身をリセット(初期化)し、これにより、第1給電線PS1に接続した第1電源リレーのみをONにする。これによって電源ON/OFFコントローラ33,CPU21,ASIC22,プログラムROM23および操作パネルI/F27(の中の、キー操作検知回路)に電源+5VEが加わり、それぞれが電源オンリセット動作をして、自身を初期化する。
【0082】
図3に、スイッチング電源装置41の回路構成の概要を示す。100V商用交流電圧が交流入力端子IN1,IN2から直流変換回路45に印加される。直流変換回路45には、100V商用交流ラインの高周波ノイズが電源装置41に入るのを遮断し、しかも電源装置41が発生する高周波ノイズが商用交流ラインに漏出するのを防ぐ入力フィルタがある。交流電圧はこの入力フィルタを通して、全波整流ダイオードブリッジDB1と平滑コンデンサC1で構成される整流平滑回路に印加される。
【0083】
また、交流電圧は抵抗R1とリレーRA1からなる起動回路にも加わる。交流電圧が加わると、リレーRA1の、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)で構成されたデジタル制御部48の、電圧入力端子Vccと、バッテリB1に接続したダイオードD32との間の、リレー接点が閉じ、これによりデジタル制御部48が起動して、第1電源回路46のドライバDRIVE11に第1PWMパルスを出力し、第2電源回路47のドライバDRIVE21に第2PWMパルスを出力する。これにより、第1電源回路46および第2電源回路47が動作状態になり、それぞれ、24V程度および5V程度の電圧を発生する。
【0084】
直流変換回路45が変換した直流電圧は、第1電源回路46および第2電源回路47のトランスTR11およびTR21の1次巻線に印加される。スイッチング素子であるFET11およびFET21がオンになると、直流変換回路45から、各1次巻線,各スイッチング素子ならびに各電流値検出回路ISEN11およびISEN21を介して、1次側グランドGに電流が流れる。
【0085】
図4に、電流値検出回路ISEN11およびISEN21の構成を示す。第1電源回路46のスイッチング素子FET11は、該回路46が主に動力負荷に給電するためのDC24Vを出力する高負荷出力用であるので、2個のFETを並列接続したものとなっている。FET11に流れる電流が、電流検出用の抵抗R11に流れ、抵抗R11の電圧が、1次電流に比例する。抵抗R11に並列に接続されたコンデンサC12は、高周波ノイズをバイパスする。
【0086】
トランスTR11の図示しない巻線に接続された図示しない定電圧回路が発生する定電圧Vcが、比較回路(D13,R12−R14)の、抵抗R12,R13,R14の直列回路に加わっている。抵抗R12とR13のあいだが、ダイオードD13で抵抗R11に接続され、ダイオードD13のカソードに、抵抗11の電圧すなわち電流検出信号が加わる。抵抗R13とR14の間には、LEDドライバであるトランジスタTr11のベースが接続されている。抵抗R15,絶縁カプラ49の発光ダイオードLD11および抵抗R16の直列回路に定電圧Vcが加わり、発光ダイオードLD11にトランジスタTr11のコレクタが接続されている。
【0087】
比較回路の抵抗R12とR13の間の電位は、抵抗11の電圧すなわち電流検出信号レベルと同程度である。トランスTR11の1次巻線の電流すなわちFET11を流れる1次電流値が小さい時には、トランジスタTr11のベース電位が低いので、トランジスタTr11が実質上オフで、発光ダイオードLD11は実質上発光しない。FET11を流れる1次電流値が過電流になると、比較回路の抵抗R12とR13の間の電位(抵抗11の電圧)が上昇して、トランジスタTr11のベース電位が上昇してトランジスタTr11が導通し、発光ダイオードLD11が発光する。
【0088】
この光は、絶縁カプラ49内の、図5に示すフォトトランジスタPT41を照らし、これによりフォトトランジスタPT41が、オフからオンに転ずる。フォトトランジスタPT41のコレクタは抵抗R41を通して定電圧Vccに接続しており、コレクタに接続した信号線が過電流検出信号線であり、これが、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)で構成されたデジタル制御部(以下ではDSPと表記)48の、割込み入力ポートIint1に接続されているので、第1電源回路46のトランスTR11の1次側電流が設定値を超える過電流になると、過電流検出信号線(DSPの割込み入力ポートIint1)が、高レベルH(Vcc)から低レベルL(2次側グランド電位)に低下する。この低レベルLは、割込み要求レベルである。
【0089】
再度図3を参照する。第2電源回路47は、制御回路や制御素子に定低電圧5Vを与える低出力のものであるので、FET21は1個のFETである。この第2電源回路47には、定電圧出力端(5V)と、省エネルギ待機時にも5Vを給電する省エネ給電端(5VE)がある。
【0090】
第2電源回路47のFET21に直列に、電流検出用の抵抗R21が接続されている。この抵抗R21を含む電流値検出回路ISEN21の回路構成と回路動作は、前述の電流値検出回路ISEN11と同じである。
【0091】
この実施例では、電流値検出回路ISEN21の発光ダイオードLD21が発生する光も、フォトトランジスタPT41を照らすので、第2電源回路47のトランスTR21の1次側電流が設定値を超える過電流になると、過電流検出信号線(DSPの割込み入力ポートIint1)が、高レベルH(Vcc)から、割込み要求レベルである低レベルL(2次側グランド電位)に低下する。
【0092】
再度図3を参照する。第1電源回路46のドライブ回路DRIV11は、DSP48のスイッチングON/OFF信号である第1のPWMパルスを出力するPWM出力ポートPWM11につながっている。DRIV11,トランスTR11およびスイッチング素子FET11によって、1次側スイッチ回路が構成され、直流変換回路45の出力電圧をPWMパルスに応答したスイッチングによりチョッピングして、トランスTR11の1次巻線にパルス通電する。
【0093】
トランスTR11の2次側には、2次巻線に誘起したパルス状電圧を直流に変換して出力する出力回路がある。出力回路は、ダイオードD11,D12、チョークコイルCH11、2次側の過電流を検出する2次側過電流検出回路ISEN12、出力電圧検出回路VSEN11および平滑コンデンサC11により構成される。
【0094】
2次側過電流検出回路ISEN12は、第1電源回路46の出力回路に流れる電流を、その大小に応じた電圧(2次電流検出信号)に変換して出力するよう構成され、ISEN12から出力された電圧(2次電流検出信号)は、DSP48のA/D変換入力ポートIf11に印加する。
【0095】
出力電圧検出回路VSEN11は、第1電源回路46の出力電圧Vout11(24V)の電圧に比例する電圧を、DSP48のA/D変換入力ポートVf11に印加する。
【0096】
また、第2電源回路47のトランスTR21の2次側の出力回路も第1電源回路46のものと同様な構成であるが、更に、DSP48に給電するための電源を設けている。これはトランスTR21の3次巻線に接続したダイオードD31とコンデンサC31および定電圧回路CV31ならびに逆流防止のダイオードD33で構成している。DSP48の電源端子VccとGND間には、バッテリーB1とダイオードD32、更に、起動用回路のリレーRA1により閉駆動されるリレー接片で開閉される接点、の直列回路が接続している。
【0097】
図5に、DSP48の構成を示す。この例では、イベントマネジャをPWMパルス発生器65に用いている。これには、複数のPWMパルス出力ポートがあり、CPU61が、各出力ポート宛ての、PWMパルスおよびパルスデューティを規定するデータを、PWMパルス発生器65内のパルス生成制御用のレジスタにロードする。このロードがあるとPWMパルス発生器65は、レジスタのデータで規定されるPWMパルスを発生して、PWMパルス出力ポートから出力する。この実施例では、2つのPWMパルス出力ポートPWM11およびPWM21から、スイッチングドライバDRIVE11およびDRIVE21に、各PWMパルスを出力する。各PWMパルスの周期およびデューティを規定するデータは、CPU61がパルス発生器65に設定する。
【0098】
DSP48内のA/D変換器68には、第1電源回路46の出力電流(If11),出力電圧(Vf11)および回路温度(TEM)をあらわすフィードバック信号と、第2電源回路47の出力電流(If21)および出力電圧(Vf21)を表すフィードバック信号が、印加される。A/D変換器68は、インターフェイス67を介したCPU61の制御(指示)のもとに、指定された入力チャンネルに加わっているフィードバック信号をデジタルデータに変換して、自身の出力レジスタにラッチし、変換完了信号を発生する。
【0099】
CPU61はこの変換完了信号に応答して、フィードバックデジタルデータ(A/D変換データ)を読み込んで、電源回路の出力電圧を設定電圧(24V,5V)とするためのPWMパルスデューティの演算と、それを規定するデータの、パルス発生器65への書込み、もしくは、電源回路の出力電流の異常検出又は第1電源回路46の過熱異常検出を行う。
【0100】
CPU61の、上述の動作或いは処理を行うプログラムは、EEPROM62に書きこまれている。RAM63は、データの一時的な保持或いは保存に用いられる。
【0101】
再度図3を参照する。商用交流電圧がオンになると、すなわちIN1,IN2から入力すると、ダイオードブリッジDB1で整流された直流電圧により、抵抗R1を介して起動回路のリレーRA1に電流が流れ、バッテリB1の電圧をDSP48の電源電圧入力端Vccに印加するための接点RA1がオンする。これにより、DSP48に動作電圧が供給され、DSP48が起動し、CPU61が、EEPROM62のプログラムにしたがって、図6の(a)に示す制御動作を行う。
【0102】
すなわち、図6の(a)を参照するとCPU61は、それに動作電圧が加わると、その内外のレジスタおよび入出力ポートを待機状態とし(初期化:ステツプ1)、そしてパルス発生器65に与えるPWMパルス(の周期およびデューティ)を規定するデータを格納する出力レジスタであるPWMレジスタに、初期値(PWMパルス周期,24V出力のためのデューティを規定する第1基準値、および、5V出力のためのデューティを規定する第2基準値)を書込む(ステツプ2)。これらのデータは、EEPROM62の、CPU動作プログラム上に書き込まれている。なお、以下においてカッコ内にステップ番号又は記号を記入する時には、ステップという語を省略して、ステップ番号又は記号のみを記入する。
【0103】
次にCPU61は、パルス発生器65の割込みレジスタをリセットして、パルス発生器65のPWMパルス生成制御用のレジスタに、PWMレジスタのデータを書き込む(3)。パルス発生器65はこの書込みがあつたデータに基づいたPWMパルスの生成(出力)を開始する。なお、パルス発生器65の割込み信号ラインPDPINTのレベルがLになるとパルス発生器65がそのPWMパルス出力ポートをハイインピーダンス(出力回路遮断)にしこれによりFET(11/21)がオフになり、パルス発生器65がその内部の出力禁止フラグを、禁止を表す1とし、この1がある間はハイインピーダンスを継続するが、パルス発生器65の割込みレジスタをリセットするとは、この出力禁止フラグの1をクリアして、禁止解除を表す0にする事を意味する。
【0104】
次にCPU61は、200μsec時限のプログラムタイマをスタートして(4)、そのタイムオーバに応答するタイマ割込みを許可する(5)。CPU61は更に、パルス発生器65の割込み信号ラインPDPINTのレベルHからLへの変化に応答する外部割込みを許可する(6)。そして、CPU61への動作電圧がなくなるまで、すなわち、商用交流の給電が止まるまで、割込みの発生を待つ無限ループに入る(7)。
【0105】
次に図6の(b)を参照する。その後、200μsecタイマがタイムオーバするとCPU61は、図6の(b)に示すタイマ割り込み(TII)に進んで、200μsecタイマを再スタートし(21)、A/D変換器68の、入力電圧チャンネルを、No.0に設定してA/D変換器68にA/D変換を指示し(22)、A/D変換の完了に応答する割込みを許可する(23)。A/D変換器68は、入力ポートNo.0のアナログ信号すなわち第2電源回路47の出力電圧をあらわすフィードバック信号(Vf21)のデジタル変換を開始し、これを終了すると終了信号(変換データ読取りレディ)を発生する。CPU61は、この終了信号に応答して、図7に示すA/D変換終了割込み(ADI)に進む。
【0106】
図7に示す割込み(AD1)でCPU61は、いま終えたA/D変換の入力ポート(チャンネル)に対応して(31−34)、それがNo.0であったときには「5V出力制御」(35)を、No.1であったときには「24V出力制御」(36)を、No.2であったときには「5V2次側過電流保護」(37)を、No.3であったときには「24V2次側過電流保護」(38)を、No.4であったときには「過熱保護制御」(38)を、実行する。
【0107】
図8に、「5V出力制御」(35)の内容を示す。これに進むとCPU61は、レジスタVf21にA/D変換器68が変換したデータ(第2電源回路47の出力電圧データ)を読み込んで(41)、それが設定値Rf5V以上(過電圧)であるかをチェックする(42)。設定値Rf5V未満であると、今回読みこんだ出力電圧データの、5Vに対する誤差量を算出して誤差量をPWMパルスデューティに変換し、このパルスデューティを規定するデータを算出して(43)、それをCPU61の内部又はRAM63に定めたPWMレジスタに更新書込みして、PWMレジスタのデータをパルス発生器65のPWMパルス生成制御用のレジスタに書き込む(44)。これにより、パルス発生器65がパルス出力ポートPWM21に出力するPWMパルスが、前記出力電圧の誤差量を0にするためのデューティに変わる。これが、第2電源回路47の出力電圧のフィードバック制御である。
【0108】
第2電源回路47の出力電圧が設定値Rf5V以上(過電圧)であったときには、CPU61は、PWMレジスタにPWMデューティ0%のデータを書込む(47)。これにより、パルス発生器65のパルス出力がすべてとまり、FET11およびFET21がオフになる。次いでCPU61は、それ自身に許可している割込みをすべて禁止する(48)。これにより、CPU61が動作停止状態(無限ループ)となり、交流電圧が1度遮断されてもう一度投入されるまで、DSP48が動作を停止し、第1電源回路46および第2電源回路47共に、動作を停止し出力がなくなる。
【0109】
上述の過電圧ではなく、上記のようにPWMパルス(PWM21)のデューティを更新した時には、CPU61は、A/D変換入力チャンネルのNo.1を指定してA/D変換器68にA/D変換を指示し(45)、A/D変換の完了に応答する割込みを許可する(46)。A/D変換器68は、入力ポートNo.1のアナログ信号すなわち第1電源回路46の出力電圧をあらわすフィードバック信号(Vf11)のデジタル変換を開始し、これを終了すると終了信号(変換データ読取りレディ)を発生する。CPU61は、この終了信号に応答して、図7に示すA/D変換終了割込み(ADI)に進み、そして図7のステップ32から「24V出力制御」(36)に進む。
【0110】
図9に、「24V出力制御」(36)の内容を示す。この内容は、上述の「5V出力制御」(35)と同様であり、第1電源回路46の出力電圧を設定値24Vにするように、第1電源回路46のドライバFET11に与えるPWMパルス(PWM11)のデューティを、同様にフィードバック制御する(51−54)。第1電源回路46の出力電圧が過電圧であると、DSP48は第1電源回路46および第2電源回路47の駆動を停止して、制御動作を停止する(57,58)。第1電源回路46の出力電圧が過電圧ではなく、PWMパルス(PWM11)のデューティを更新した時には、CPU61は、A/D変換入力チャンネルのNo.2を指定してA/D変換器68にA/D変換を指示し(55)、A/D変換の完了に応答する割込みを許可する(56)。A/D変換器68は、入力ポートNo.2のアナログ信号すなわち第2電源回路47の出力電流をあらわすフィードバック信号(If21)のデジタル変換を開始し、これを終了すると終了信号(変換データ読取りレディ)を発生する。CPU61は、この終了信号に応答して、図7に示すA/D変換終了割込み(ADI)に進み、そして図7のステップ33から「5V2次側過電流保護」(37)に進む。
【0111】
図10に、「5V2次側過電流保護」(37)の内容を示す。これに進むとCPU61は、レジスタIf21にA/D変換器68が変換したデータ(第1電源回路46の出力電流データ)を読み込んで(61)、それが設定値Rf5Vi以上(過電流)であるかをチェックする(62)。設定値Rf5Vi以上であるとそこでDSP48は第1電源回路46および第2電源回路47の駆動を停止して、制御動作を停止する(65,66)。過電流でないときには、CPU61は、A/D変換入力チャンネルのNo.3を指定してA/D変換器68にA/D変換を指示し(63)、A/D変換の完了に応答する割込みを許可する(64)。A/D変換器68は、入力ポートNo.3のアナログ信号すなわち第1電源回路46の出力電流をあらわすフィードバック信号(If11)のデジタル変換を開始し、これを終了すると終了信号(変換データ読取りレディ)を発生する。CPU61は、この終了信号に応答して、図7に示すA/D変換終了割込み(ADI)に進み、そして図7のステップ34から「24V2次側過電流保護」(38)に進む。
【0112】
「24V2次側過電流保護」(38)の内容は、上述の「5V2次側過電流保護」(37)の内容と同様である。この「24V2次側過電流保護」(38)で第2電源回路47の出力電流(If11)が正常であるとCPU61は、A/D変換入力チャンネルのNo.4を指定してA/D変換器68にA/D変換を指示し、A/D変換の完了に応答する割込みを許可する。A/D変換器68は、入力ポートNo.4のアナログ信号すなわち第1電源回路46に備わったサーミスタTHの温度検出信号(THM)のデジタル変換を開始し、これを終了すると終了信号(変換データ読取りレディ)を発生する。CPU61は、この終了信号に応答して、図7に示すA/D変換終了割込み(ADI)に進み、そして図7のステップ34から「過熱保護制御」(39)に進む。
【0113】
図11に、「過熱保護制御」(39)の内容を示す。これに進むとCPU61は、レジスタTEMにA/D変換器68が変換したデータ(サーミスタTHの温度検出データ)を読み込んで(81)、それが設定値RfTEM以上(過温度)であるかをチェックする(82)。設定値RfTEM以上であるとそこでDSP48は第1電源回路46および第2電源回路47の駆動を停止して、制御動作を停止する(85,86)。過温度でないときには、CPU61は、A/D変換入力チャンネルのNo.0を指定してA/D変換器68にA/D変換を指示し(83)、A/D変換の完了に応答する割込みを許可する(84)。A/D変換器68は、入力ポートNo.0のアナログ信号すなわち第2電源回路47の出力電圧をあらわすフィードバック信号(Vf21)のデジタル変換を開始し、これを終了すると終了信号(変換データ読取りレディ)を発生する。CPU61は、この終了信号に応答して、図7に示すA/D変換終了割込み(ADI)に進み、そして図7のステップ31ら「5V出力制御」(35)に進む。この「5V出力制御」(35)の内容は前述の通りである。
【0114】
このように、フィードバック信号の読み込み(A/D変換)と、PWMパルスデューテイの更新,出力過電流の検出および過熱検出を、所定順で繰返すが、これらの一連、すなわち図6の(b)のステップ22,23および図7に示す「A/D変換終了割込み」(AD1)のステップ31−39、を実行するに要する時間は200μsec未満であるので、この一連の処理は、200μsecタイマがタイムオーバする前に完了する。そして、200μsecタイマがタイムオーバすると、CPU61は、図6の(b)に示すタイマ割り込み(TII)を再度実行する。これにより、CPU61の制御周期は、実質上200μsecである。なお、PWMパルスは100KHz程度の周波数である。
【0115】
CPU61の以上の制御動作により、DSP48は、ポートVf21に入力する出力電圧回路VSEN21の出力電圧値が所定の電圧となるよう、スイッチング素子FET21をON/OFFするPWMパルスを生成し、ドライブ回路DRIV21に出力する。ドライブ回路DRIV21を介して、スイッチング素子FET21がON/OFF駆動され、トランスTR21が励磁される。そして、2次コイル,3次コイルに誘起した交流電圧が、それぞれ整流平滑され、直流電圧(5V,5VE,Vcc)が出力される。DSP48は常に、出力電圧値(Vf21)が所定の電圧値5Vとなるよう、スイッチングON/OFFのONデューティ演算と、該デューティのパルス出力を続ける。
【0116】
また、同様に、ポートVf11に入力する出力電圧回路VSEN11の出力電圧値が所定の電圧24Vとなるよう、スイッチング素子FET11をON/OFFするスイッチング信号をDSP48が演算し、ドライブ回路DRIV11に出力する。ドライブ回路DRIV11を介して、スイッチング素子FET11がON/OFFされ、トランスTR11が励磁される。DSP48は常に、出力電圧値(Vf11)所定の電圧値24Vとなるよう、スイッチングON/OFFのONデューティ演算と、該デューティのパルス出力を続ける。
【0117】
ここでスイッチング素子FET11又はFET21に過電流が流れたときの動作フローを説明する。
【0118】
図6の(c)に、FET11又はFET21に過電流が流れたときの、CPU61の外部割込み処理(PDI)の内容を示す。すでに説明したが、FET11又はFET21に過電流が流れると、図4に示す発光ダイオードLD11またはLD21が発光し、図5に示すフォトトランジスタP41が導通して、DSP48の割り込み入力ポートIint1の信号PDPINTが、高レベルHから、割込み要求レベルのLに転ずる。するとパルス発生器65(イベントマネジャ)が、CPU61の動作周波数の3〜4クロックサイクルの遅延後、PWM出力ポートPWM11およびPWM21をハード的にハイインピーダンス状態としてこれを保持する出力禁止フラグ(1ビットデータ)を設定し(H=1とし)、PWMパルスの周期およびパルスデューティを定めるデータを格納するレジスタをクリアする。これにより、PWM出力ポートPWM11およびPWM21はスイッチングON/OFF停止の状態(出力遮断)になる。これによりドライブ駆動回路DRIV11,DRIVE21の出力もOFF状態に移行し、スイッチング素子FET11およびFET21は、OFFになる。
【0119】
CPU61は、図6の(c)の外部割込み(PDI)に進むが、この割込みのプログラムの実行を開始するまで数μsの時間遅れがある。そしてこの割込み処理では、パルス発生器65の出力禁止フラグを解除(0にクリア)し(25)、そしてパルス発生器65のレジスタにPWMパルス出力のためのデータを設定して、パルス出力を開始する(26)。この割込みプログラムの実行に数μsの時間がかかる。以上の処理にて、パルスバイパルスにて1次側のスイッチング素子FET11,FET21に流れる過電流を正確に検出し、保護制御を行い、スイッチング電源装置、特にスイッチング素子の破壊,損傷を防ぐことができる。
【0120】
−第2実施例−
第2実施例で用いるDSP48の構成を図12に示す。この第2実施例のスイッチング電源装置41の、第1電源回路46および第2電源回路47の構成は、図3および図4に示すものと同様である。しかし、第1電源回路46の1次電流検出回路ISEN11の発光ダイオードLD11は、図12に示す第1の絶縁カプラ49に結合してそのフォトトランジスタPT41に光を照射する。第2電源回路47の1次電流検出回路ISEN21の発光ダイオードLD21は、第2の絶縁カプラ50に結合してそのフォトトランジスタPT51に光を照射する。
【0121】
なお、上述の第1実施例では、過電流検出時の入力ポートが1つ(Iint1)のみのため、どれか1つのスイッチング素子により過電流が発生しただけでも、全てのPWM出力を出力停止し、駆動回路DRIVE11,DRIVE21をOFFしてしまう。
【0122】
これに対して、第2実施例では、DSP48に複数の過電流検出の入力ポートIint1,Iint2を備え、これらに個別に過電流信号を与えることで、マルチ出力のスイッチング電源において、駆動回路DRIVE11,DRIVE21単位にスイッチング素子の過電流保護を図ったものである。すなわち第2実施例は、PWMポート(PWM11,PWM21)と同数の1次側電流値検出回路(ISEN11+49,ISEN21+50)と、前記1次側電流値検出回路の過電流検出信号を入力する入力ポート(Iint1,Iint2)を有している。
【0123】
図12に示すDSP48は、2つのパルス発生器65および71を備えている。これらの機能は、前述の、図5に示すパルス発生器と同様である。CPU61の制御動作の大要は、前述の第1実施例のものと同じである。しかし、細かくは、DRIVE11に与えるPWMパルス(PWM11)を規定するデータはパルス発生器65のみに設定し、外部割込み信号PDPINT1=Lが発生したときには、割込1によって、パルス発生器65のみに、前述の割込み処理(PDI:図6の(c))を行う。同様に、DRIVE21に与えるPWMパルス(PWM21)を規定するデータはパルス発生器71のみに設定し、外部割込み信号PDPINT2=Lが発生したときには、割込2によって、パルス発生器71のみに、前述の割込み処理(PDI:図6の(c))を行う。
【0124】
−第3実施例−
図13に、第3実施例で用いるDSP48を示す。これは、図12に示すDSP48にオアゲート76を付加したものである。パルス発生器71には、第2電源回路47の1次側過電流信号(PDPINT2=L)のみが印加されるが、パルス発生器65には、第1電源回路46の1次側過電流信号(PDPINT1=L)に加えて、オアゲート76を通して第2電源回路47の1次側過電流信号(PDPINT2=L)も印加される。これにより、24V出力の第1電源回路46が1次側過電流になると、第1電源回路46のスイッチング素子FET11がオフになるが、第2電源回路47のスイッチング素子FET21はオンを継続する。
【0125】
しかし、5V出力の第2電源回路47が1次側過電流になると、第2電源回路47および第1電源回路46のスイッチング素子FET21およびFET11が共にオフになる。これに合わせてCPU61は、第2電源回路47が1次側過電流になると、それに応答してパルス発生器71および65に対して前述の割込み処理(PDI:図6の(c))を行うが、第1電源回路46が1次側過電流になると、それに応答してパルス発生器65のみに対して前述の割込み処理(PDI:図6の(c))を行う。
【0126】
オアゲート76の付加により、このように柔軟な1次側過電流保護制御を実現できる。この実施例では、第2電源回路47が基本電圧出力用であり、そのスイッチング素子FET21が過電流を発生した場合、該スイッチング素子のスイッチングON/OFF停止はもちろんのこと、動力用の第1電源回路46のスイッチング素子FET11のスイッチングON/OFFも同時に停止させる。過電流が第1電源回路46のスイッチング素子FET11で発生した場合は、このスイッチング素子FET11のスイッチングON/OFFのみ停止させるという、柔軟な過電流保護制御が実現する。
【0127】
−第4実施例−
第4実施例では、図14に示す1次側電流検出回路ISEN11およびISEN21を用いる。これらの検出回路ISEN11,ISEN21は、1次側電流レベルを表すアナログ検出信号(電流信号)を出力し、図15に示すDSP48のA/D変換入力ポートId11,Id21に与える。
【0128】
図15に示すDSP48では、ポートId11の電流信号をA/D変換器72がデジタルデータに変換してその出力ラッチにラッチし、このラッチと同時に変換終了信号をデジタル比較器73に与える。A/D変換器72は、第1のPWMパルス(PW11)Aが、スイッチングオンを指示するレベルにある間、上述の変換動作を高速で繰返す。同様に、ポートId21の電流信号をA/D変換器74がデジタルデータに変換してその出力ラッチにラッチし、このラッチと同時に変換終了信号をデジタル比較器75に与える。A/D変換器74は、第2のPWMパルス(PW21)Bが、スイッチングオンを指示するレベルにある間、上述の変換動作を高速で繰返す。
【0129】
CPU61が、デジタル比較器73には、第1電源回路46の1次側過電流判定用の第1閾値Rf24Vpiを表すデータを設定(ラッチ)し、デジタル比較器75には、第2電源回路47の1次側過電流判定用の第2閾値Rf5Vpiを表すデータを設定(ラッチ)する。
【0130】
デジタル比較器73は、定常的にHの判定出力を発生しているが、A/D変換器72が変換終了信号を与えたときのA/D変換器72の変換データが第1閾値Rf24Vpi以上であるときのみ、その判定出力をLにきりかえる。このLが、割込み要求信号PDPINT1=Lとしてパルス発生器65およびCPU61に与えられ、これら65,61が、図12に示す第2実施例のものと同様に動作する。
【0131】
同様に、デジタル比較器75は、定常的にHの判定出力を発生しているが、A/D変換器74が変換終了信号を与えたときのA/D変換器74の変換データが第2閾値Rf5Vpi以上であるときのみ、その判定出力をLに切換える。このLが、割込み要求信号PDPINT2=Lとしてパルス発生器71およびCPU61に与えられ、これら71,61が、図12に示す第2実施例のものと同様に動作する。
【0132】
この第4実施例では、電流値検出回路ISEN11,ISEN21からの電圧値換算出力を常にDSP48のId11,Id21端子に入力し、DSP48内部でハード的に、CPU61の、EEPROMに格納した動作プログラム上に設定されている第1閾値Rf24Vpi,第2閾値Rf5Vpiと比較している。これらの閾値Rf24Vpi,Rf5Vpiは、DSP48の動作プログラム上に設定された閾値レジスタにあり、これを書き換えることで閾値変更ができる構成となっている。
【0133】
−第5実施例−
図16に、第5実施例で用いるDSP48を示す。これは、図15に示すDSP48にオアゲート76を付加したものである。パルス発生器71には、第2電源回路47の1次側過電流信号(PDPINT2=L)のみが印加されるが、パルス発生器65には、第1電源回路46の1次側過電流信号(PDPINT1=L)に加えて、オアゲート76を通して第2電源回路47の1次側過電流信号(PDPINT2=L)も印加される。これにより、24V出力の第1電源回路46が1次側過電流になると、第1電源回路46のスイッチング素子FET11がオフになるが、第2電源回路47のスイッチング素子FET21はオンを継続する。
【0134】
しかし、5V出力の第2電源回路47が1次側過電流になると、第2電源回路47および第1電源回路46のスイッチング素子FET21およびFET11が共にオフになる。これに合わせてCPU61は、第2電源回路47が1次側過電流になると、それに応答してパルス発生器71および65に対して前述の割込み処理(PDI:図6の(c))を行うが、第1電源回路46が1次側過電流になると、それに応答してパルス発生器65のみに対して前述の割込み処理(PDI:図6の(c))を行う。
【0135】
−第6実施例−
図17に、第6実施例で用いるDSP48を示す。これは、図15に示すDSP48にオアゲート76を付加し、パルス発生器を一個65にしたものであるが、第1電源回路46の1次側過電流信号(PDPINT1=L)および第2電源回路47の1次側過電流信号(PDPINT2=L)のいずれも、オアゲート76を通して、パルス発生器65に与えるようにした。1次側過電流信号(PDPINT1=L,PDPINT2=L)を発生する機能は、図15に示すDSP48と同様であるが、CPU61の制御動作は図6〜図11に示す第1実施例のものと同様である。
【0136】
−第7実施例−
図18に、第7実施例で用いるDSP48を示す。これは、図15に示すDSP48にデータセレクタ(選択ゲート)77−80を付加したものであり、これらのセレクタの入力のいずれをセレクタの出力にするかは、CPU61が各セレクタに与える選択指定データで定まる。これにより、過電流検出した入力ポート先(Id11,Id21)に応じて出力停止するPWM出力ポート先(PWM11,PWM21)は、DSP48内の、選択指定データを書換えることでソフト的に設定できる。したがって、スイッチング電源基板の配線レイアウト上の制約がなく、自由に、電流検出信号を印加するA/D入力ポートId11,Id21(又は過電流信号入力ポートIint1,Iint2)と、PWMパルス出力ポートPW11,PW21の対応を設定することが可能である。
【0137】
また、柔軟な1次側過電流保護制御を実現できる。例えば、基本電圧出力用のスイッチング素子が過電流を発生した場合、該スイッチング素子のスイッチングON/OFF停止はもちろんのこと、他の出力電圧回路のスイッチング素子のスイッチングON/OFFも同時に停止させる。過電流が該他の出力電圧回路のスイッチング素子で発生した場合は、このスイッチング素子のスイッチングON/OFFのみ停止させるという、柔軟な過電流保護制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)は本発明の第1実施例の電源装置41を装備したプリンタPTRを含む画像形成装置の外観を示す斜視図、(b)はプリンタPTRの画像形成機構の概要を示すブロック図である。
【図2】 図1の(a)に示す画像形成装置の電気系統の概要を示すブロック図である。
【図3】 図2に示す第1実施例のスイッチング電源装置41の構成を示すブロック図である。
【図4】 図3に示す1次電流検出回路ISEN11およびISEN21の構成を示す電気回路図である。
【図5】 図3に示すデジタル制御部48の構成を示すブロック図である。
【図6】 図5に示すCPU61の制御動作を示すフローチャートであり、(a)はメインルーチンを、(b)および(c)は割込み処理を示す。
【図7】 図5に示すCPU61の、A/D変換器68のA/D変換終了に応答する割込み処理を示すフローチャートである。
【図8】 図7に示す「5V出力制御」(35)の内容を示すフローチャートである。
【図9】 図7に示す「24V出力制御」(36)の内容を示すフローチャートである。
【図10】 図7に示す「5V2次側過電流保護」(37)の内容を示すフローチャートである。
【図11】 図7に示す「過熱保護制御」(39)の内容を示すフローチャートである。
【図12】 第2実施例で用いるDSP48の構成を示すブロック図である。
【図13】 第3実施例で用いるDSP48の構成を示すブロック図である。
【図14】 第4実施例で用いる1次側電流検出回路ISEN11,ISEN21の構成を示す電気回路図である。
【図15】 第4実施例で用いるDSP48の構成を示すブロック図である。
【図16】 第5実施例で用いるDSP48の構成を示すブロック図である。
【図17】 第6実施例で用いるDSP48の構成を示すブロック図である。
【図18】 第7実施例で用いるDSP48の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
PCa:パソコン PTR:カラープリンタ
OPB:操作パネル SCR:原稿スキャナ
ADF:自動原稿供給装置 1:感光体
2:メインチャージャ 3:レーザ走査器
4:現像装置 5:転写チャージャ
6:転写ベルト 7:レジストローラ
8:転写分離チャージャ 9:搬送ベルト
10:定着器 11:ソータ
12:クリーニング装置 13:クリーニングブレード
14:光センサ 15:光センサ
16:温度センサ 41:スイッチング電源装置
PS1〜PS3:給電線 IN1,IN2:交流入力端子
45:直流変換回路 DB1:全波整流ダイオードブリッジ
RA1:リレー 46:第1電源回路
DRIVE11:ドライバ 47:第2電源回路
DRIVE21:ドライバ
ISEN11,ISEN21:電流値検出回路
VSEN11,VSEN21:出力電圧検出回路
ISEN12,ISEN22:2次側過電流検出回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention implements an overcurrent protection control of a switching power supply device that switches a switching circuit inserted on the primary side of the transformer in response to a PWM pulse to generate a desired voltage on the secondary side of the transformer. The present invention relates to a power supply device and an image forming apparatus incorporating the same.
[0002]
[Prior art]
For example, commercial AC is input, the rectified and smoothed DC voltage is switched at a high frequency (for example, around 100 KHz), applied to the primary winding of the transformer, and the voltage induced in the secondary winding of the transformer is rectified. Switching power supplies that output a DC voltage are used in many electrical devices. The output voltage of the power supply is stabilized to a constant voltage by detecting this and controlling the switching ratio, that is, the duty of the PWM pulse. As a method for performing this control, conventionally, switching ON / OFF control using an analog circuit has been performed. In general, in a switching power supply, the operation mode of the power supply circuit may be changed in accordance with fluctuations in the input voltage or load current in order to optimize control. The conventional analog method has a feature that a plurality of control circuits as hardware must be prepared for switching the operation mode, and the circuit configuration becomes extremely complicated. Recently, this has been solved by performing digital control, for example, using a digital signal processor (DSP).
[0003]
In the PWM control power supply device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-14144, the current value flowing through the output circuit on the secondary side of the transformer is detected, and when the detected value exceeds a predetermined value, switching is forcibly stopped. And an AND gate inserted in a signal line for supplying a PWM pulse generated by the DSP to the switching driver, and a reset circuit for resetting the latch circuit when switching is turned off. The latch circuit is set, and the AND gate is closed with the output at the time of setting, and the reset circuit resets the latch circuit in synchronization with the subsequent change of the PWM pulse to the switch-on level. The overcurrent protection that turns off the switching on the primary side of the transformer in response to the overcurrent on the secondary side of the transformer is a pulse-by-pulse overcurrent protection that is performed during the switching on period within one cycle of the PWM pulse. . The output circuit has another set of current detection circuit and voltage detection circuit, and these detection signals are digitally converted with a control period longer than the period of the PWM pulse and read into the DSP to determine the duty of the PWM pulse. To be referenced.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, a circuit for detecting the value of the current flowing in the output circuit for pulse-by-pulse overcurrent protection is provided on the secondary side of the transformer. Although it can be detected without delay of overcurrent protection, it is provided on the secondary side of the transformer, so that a level shift occurs in the current detection signal, and the current value flowing through the switching element on the primary side is accurately determined. There was a problem that it could not be detected. This impairs the reliability of pulse-by-pulse overcurrent protection.
[0005]
In addition, since the switching driver on the primary side of the transformer and the overcurrent detection circuit provided on the secondary side and the DSP are connected by an AND gate, a set circuit, and a reset circuit, circuit connection is complicated.
[0006]
The present invention detects the overcurrent on the primary side even in the digital control system, and is not affected by the level shift generated on the primary side and the secondary side of the transformer, and improves the reliability of the overcurrent protection of the power supply device. The first purpose is to simplify the connection between the overcurrent detection circuit and a digital control circuit such as a DSP, and to enable high-speed control for digital control. Switching pulse of the switching power supply (frequency 100 kHz) A second object is to perform pulse-by-pulse control capable of stopping and restarting the power supply every time. The third object is to provide a switching power supply with a plurality of output power systems with high reliability of overcurrent protection, and the fourth object is to simplify the connection between the power supply circuit and the DSP, In addition to these, a fifth object is to provide overcurrent protection for each output system. A sixth object is to make the power supply device of the image forming apparatus highly reliable in overcurrent protection.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
(1) Transformer (TR11), primary side circuit (DRIVE11, FET11) that supplies switching power to the primary winding of the transformer in response to PWM pulses, rectifies the voltage generated at the secondary winding of the transformer, and loads A digital signal processing device including a secondary circuit (D11, D12) for supplying power to the power supply, a digital processing pulse generator (65) for generating the PWM pulse, and a CPU (61) for supplying data defining the PWM pulse to the digital processing pulse generator (65) (48), comprising a power supply device (41),
The on-current of the primary circuitCurrent detectionThrough the resistor (R11)To constant voltage (Vc) A resistor different from the current detection resistor (R12) And diode (D13) The other resistance is connected to the current detection resistor via the constant voltage. (12) And diode (D13) A voltage proportional to the voltage betweenApplied to the light emitting driver (Tr11) energizing the light emitting element of the photocoupler (49) including the light emitting element (LD11) and the photoelectric conversion element (PT41),TheLight reception signal of photoelectric conversion element (PT41)OverAs a current signal (PDPINT = L), it is given to the digital signal processing device (48), and the pulse generator (65) of the digital signal processing device (48) responds to the overcurrent signal (PDPINT = L). Overcurrent protection method to stop the switching-on output(FIGS. 4 to 13).
[0008]
In addition, in order to make an understanding easy, the code | symbol of the corresponding element or the corresponding matter of the Example shown in drawing and mentioned later in parentheses is added for reference. The same applies to the following.
[0009]
Action and effect
According to this, the on-current of the primary circuit of the transformer (TR11) is detected, and when it is an overcurrent, the pulse generator (65) stops its switching-on output. Since the primary side current detection signal can be obtained without level shift, the reliability is high.ExcessCurrent protection can be easily realized. The primary side circuit and digital signal processing device (48) are isolated by photocoupler (49), and there is no potential interference between them, and the reliability is high.ExcessCurrent protection can be easily realized. Since the pulse generator (65) stops switching-on output in response to the overcurrent signal, the connection between the power supply circuit and the digital signal processor (48) is simplified.
[0010]
While the on-current of the primary circuit is low, the voltage of the resistor (R11) through which it flows is low, and the voltage at the control signal input terminal of the light-emitting driver (Tr11) propagates forward in the diode (D13) in that direction. The current flows out, so that the voltage of the resistor (R11) is as low as that of the resistor (R11), and the light emitting driver (Tr11) does not pass through the light emitting element (LD11).
[0011]
When the on-current of the primary circuit becomes excessive, the voltage of the resistor (R11) through which it flows increases, but this is applied in the reverse direction to the diode (D13), so the on-current of the primary circuit is the light emitting driver (Tr11 ) Does not flow into the control signal input terminal. That is, the diode (D13) prevents an excessive current or an overvoltage from being applied to the control signal input terminal of the light emitting driver (Tr11). However, since a high voltage of the resistor (R11) is applied to the cathode side of the diode (D13), current outflow from the control signal input terminal of the light emitting driver (Tr11) to the resistor (R11) due to application of the constant voltage (Vc) Then, the voltage at the control signal input terminal rises, and in response thereto, the light emitting driver (Tr11) energizes the light emitting element (LD11), and the light emitting element (LD11) emits light.
[0012]
A relatively simple electric circuit around the light emitting driver (Tr11) causes a binary voltage change at the control signal input terminal of the light emitting driver (Tr11) to indicate whether the on-current of the primary side circuit is excessive, In addition, no overvoltage is applied to the light emitting driver (Tr11).
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(2)The overcurrent signal (PDPINT = L) Is the digital signal processing device (48) An interrupt signal for the pulse generator (65) Stops the switching-on output in response to the interrupt signal, and then the CPU restarts the pulse output by the pulse generator, and the digital signal processor performs pulse-by-pulse switching power supply of the primary circuit. The protection control is performed as described in (1) above.Overcurrent protection method.
[0014]
According to this, the on-current of the primary circuit of the transformer (TR11) is detected, and when it is an overcurrent, the pulse generator (65) stops its switching-on output. Since the primary-side current detection signal can be obtained without level shift, highly reliable pulse-by-pulse overcurrent protection can be easily realized. The primary circuit and digital signal processor (48) are isolated by photocoupler (49) with respect to current conduction, so there is no potential interference between them, and pulse-by-pulse overcurrent with high reliability. Protection can be realized easily. Since the pulse generator (65) stops switching-on output in response to the overcurrent signal, the connection between the power supply circuit and the digital signal processor (48) is simplified.
[0015]
(3) Transformer (TR11), primary side circuit (DRIVE11, FET11) that supplies switching power to the primary winding of the transformer in response to PWM pulses, rectifies the voltage generated at the secondary winding of the transformer, and loads A digital signal processing device including a secondary circuit (D11, D12) for supplying power to the power supply, a digital processing pulse generator (65) for generating the PWM pulse, and a CPU (61) for supplying data defining the PWM pulse to the digital processing pulse generator (65) (48), comprising a power supply device (41),
The on-current of the primary circuitCurrent detectionThrough the resistor (R11)To constant voltage (Vc) A resistor different from the current detection resistor (R12) And diode (D13) The other resistance is connected to the current detection resistor via the constant voltage. (R12) And diode (D13) A voltage proportional to the voltage betweenThe digital signal processing device (48), the digital signal processing device converts the voltage into digital data, the digital data is more than a set valueOverburdenGenerates a current signal (PDPINT = L)The pulse generator stops the switching-on output in response to the overcurrent signal.(72-75 in Fig. 15), overcurrent protection method(FIGS. 14 to 18).
[0016]
According to this, the primary-side on-current detection means (R11) converts the primary-side current of the transformer (TR11) into a voltage, and the A / D conversion means (72) of the digital signal processing device (48) The voltage is converted into digital data, and the comparison means (73) generates an overcurrent signal (PDPINT = L / PDPINT1 = L) when the value represented by the digital data exceeds the set value, and the pulse generator (65) In response, the switching-on output is stopped. Since the voltage, which is a primary-side current detection signal, can be obtained without level shift, highly reliable pulse-by-pulse overcurrent protection can be easily realized. Since the pulse generator (65) stops switching-on output in response to the overcurrent signal, the connection between the power supply circuit and the digital signal processor (48) is simplified. Since the A / D conversion means (72) and the comparison means (73) are provided in the digital signal processing device (48), the primary circuit is simplified, and the circuit between the power supply circuit and the digital signal processing device (48) is simplified. Connection is simplified.
[0017]
While the on-state current of the primary side circuit is low, the voltage of the resistor (R11) through which it flows is low, and the voltage at the voltage dividing end of the resistance voltage divider (R12-R14) propagates forward in the diode (D13). A current flows in this direction, which is as low as the voltage of the resistor (R11). When the on-current of the primary circuit becomes excessive, the voltage of the resistor (R11) through which it flows increases, but this is applied in the reverse direction to the diode (D13), so the on-current of the primary circuit is a resistance voltage divider circuit. Does not flow into the partial pressure end of (R12-R14). That is, the diode (D13) prevents an excessive current or an overvoltage from being applied to the voltage dividing end of the resistance voltage dividing circuit (R12-R14). But,diode (D13)Since a voltage with a high resistance (R11) is applied to the cathode side of the resistor, the outflow of current from the voltage dividing end of the resistance voltage dividing circuit (R12-R14) to the resistance (R11) due to the application of the constant voltage (Vc) stops. The voltage at the voltage dividing end rises.
[0018]
With a relatively simple electric circuit, a voltage corresponding to the on-current level of the primary side circuit appears in the resistance voltage dividing circuit (R12-R14), and an overvoltage is generated in the resistance voltage dividing circuit (R12-R14). There is no participation.
[0019]
(4) After the CPU (61) responds to the overcurrent signal (PDPINT = L) and the pulse generator (65) stops switching on output, the pulse generator (65) generates a PWM pulse. , Above (3) Overcurrent protection method.
[0020]
Thus, energization of the pulse-by-pulse and overload protection for stopping the energization in response to the overcurrent detection during the PWM pulse switching-on period and outputting the PWM pulse of the next cycle can be realized. In other words, pulse-by-pulse energization protection control with high energization stability and overload protection function can be realized.
[0021]
(5) The pulse generator (65) sets the PWM pulse output port to high impedance in response to the overcurrent signal (PDPINT = L) and holds it; the CPU (61) holds the overcurrent signal (PDPINT). = L), interrupt processing is started, and after this interrupt processing stops the switching-on output, the high-impedance holding of the pulse generator is released and PWM pulses are output to the register. The overcurrent protection method according to any one of (1) to (4) above.
[0022]
The PWM pulse has a high frequency of, for example, 100 KHz. The pulse generator (65) of the digital signal processing device (48) is, for example, an event manager of a DSP, and an overcurrent signal (PDPINT = L) is generated. After a delay of 3 to 4 clock cycles of the operation frequency of 61), the PWM pulse output port is set to high impedance (PWM pulse output cutoff) and this is held. This process is very fast. Therefore, the primary circuit is switched off substantially without delay.
[0023]
However, in response to the overcurrent signal (PDPINT = L), the CPU (61) proceeds to interrupt processing, where data for PWM pulse output is set in the register of the pulse generator (65). After the overcurrent signal (PDPINT = L) is generated, a time of several μsec elapses until the data for PWM pulse output is set in the pulse generator (65) by the above-described soft interrupt program.
[0024]
This causes a delay in the output of the PWM pulse (switch-on level) exceeding about one half of one cycle of the 100 KHz PWM pulse, and this period overlaps with the off period within one cycle of the PWM pulse. Even if the ON output of one pulse is cut off by the overcurrent protection of the pulse, the PWM pulse output of the PWM pulse output before and after the OFF period following the original ON period in which the ON output is cut off during one cycle of the PWM pulse elapses. Therefore, a new period of pulse energization is started by setting the data for this purpose. That is, the output of the PWM pulse is restarted from the next period in a manner that is substantially continuous with the previous period.
[0025]
Therefore, it is not necessary to insert a gate for PWM pulse interruption, a latch for holding interruption, and a reset circuit for releasing it between the power supply circuit and the digital signal processing device (48). Connection with the signal processing device (48) is simplified.
[0026]
(6) Transformer (TR11);
Primary circuit (DRIVE11, FET11) that supplies switching power to the primary winding of the transformer in response to PWM pulses;
Secondary circuit that rectifies the voltage generated in the secondary winding of the transformer and supplies power to the load (D11, D12);
The on-current of the primary circuitDetect current detection resistor(R11);
Constant voltage line (Vc) And a resistor different from the current detection resistor. (R12) And diode (D13) A series circuit that passes the other resistor and the diode from the constant voltage line in this order and applies the constant voltage of the constant voltage line toward the current detection resistor in an energizable manner. (R12, D13) ;
Light emitting element (LD11) And photoelectric conversion element (PT41) A photoelectric conversion signal of the photoelectric conversion element due to light emission of the light emitting element is an overcurrent signal (PDPINT = L / PDPINT1 = L) Photocoupler generated as (49) ;
Said another resistance (R12) And diode (D13) When the voltage between is increased, the light emitting element (LD11) LED driver that emits light when energized (Tr11) ;and,
A digital signal processor (48) including a pulse generator (65) that generates the PWM pulse and stops the PWM pulse output in response to the overcurrent signal, and a CPU that supplies the pulse generator with data for PWM pulse output. );
WithPower supply(FIGS. 4 to 13).
[0027]
According to this, the primary side on-current detection means (R11) converts the primary side current of the transformer (TR11) into a voltage,The electricityWhen the pressure exceeds the set value, an overcurrent signal (PDPINT = L / PDPINT1 = L) is generated, and the pulse generator (65) stops switching-on output in response. Since the voltage that is the primary side current detection signal can be obtained without level shift, pulse-by-pulse overcurrent protection with high reliability can be easily realized. Since the pulse generator (65) stops switching-on output in response to the overcurrent signal, the connection between the power supply circuit and the digital signal processor (48) is simplified.
[0028]
Primary circuit and digital signal processor (48)photoSince the couplers (49, 50) are isolated from each other in terms of current flow, there is no potential interference between them, and pulse-by-pulse overcurrent protection with high reliability can be easily realized. The connection of the digital signal processor (48) with the overcurrent signal (PDPINT = L / PDPINT1 = L, PDPINT2 = L) lines is simplified.
[0029]
(7)The power supply device includes the transformer (TR11 / TR21) Primary side circuit (DRIVE11, FET11 / DRIVE21, FET21) Secondary side circuit (D11, D12 / D21, D22) , Current detection resistor (R11 / R21) , Series circuit (R12, D13 / R22, D23) , Light emitting element (LD11 / LD21) And light emitting driver (Tr11 / Tr21) First and second circuits each comprising (46,47) A photocoupler (49,50) Photoelectric conversion element (PT41) Is a light-emitting element of the first and second circuits (D11 / D21) Receiving light from any of the above;The pulse generator (65) of the digital signal processing device (48) is:Give to first and second circuitGenerating first and second PWM pulses, andPhotoelectric conversion element (PT41) FromOver current signalissue(PDPINT = L)According toIn response, the first and second PWM pulse outputs are stopped, and the CPU receives data for the first and second PWM pulse outputs.The pulse generator(65)IngiveAs described in (6) abovePower supply (4 to 11).
[0030]
According to this, the first circuit (46) and the second circuit (47) can be controlled by a set of digital signal processing devices (48), and power can be supplied simultaneously to separate loads from them. With respect to each circuit (46, 47), the operation and effect described in (6) above can be realized.
[0031]
(8)The power supply device includes the transformer (TR11 / TR21) Primary side circuit (DRIVE11, FET11 / DRIVE21, FET21) Secondary side circuit (D11, D12 / D21, D22) , Current detection resistor (R11 / R21) , Series circuit (R12, D13 / R22, D23) ,Photo coupler (49/50) And light emitting driver (Tr11 / Tr12) First and second circuits each comprising (46,47) Comprising:The pulse generator (65) of the digital signal processing device (48) is:Give to first and second circuitGenerate first and second PWM pulsesFrom the first circuitIn response to the first overcurrent signal (PDPINT1 = L), the first PWM pulse output is stopped,From the second circuitThe CPU stops the second PWM pulse output in response to the second overcurrent signal (PDPINT2 = L), and the CPU stores data for the first and second PWM pulse outputs.To the pulse generatorgiveAs described in (6) abovePower supply(Fig. 4, Fig. 12, Fig. 13).
[0032]
According to this, the first circuit (46) and the second circuit (47) can be controlled by a set of digital signal processing devices (48), and power can be supplied simultaneously to separate loads from them. With respect to each circuit (46, 47), the operation and effect described in (6) above can be realized individually. In the above (7), when one of the first circuit (46) and the second circuit (47) is overloaded on the primary side, the primary side energization is interrupted in both circuits, but this embodiment (8) Then, when one side becomes a primary overload, the primary side energization is cut off, but the other energization continues. The independence of the first circuit (46) and the second circuit (47) is high.
[0033]
(9) Transformer (TR11);
Primary circuit (DRIVE11, FET11) that supplies switching power to the primary winding of the transformer in response to PWM pulses;
Secondary circuit that rectifies the voltage generated in the secondary winding of the transformer and supplies power to the load (D11, D12);
The on-current of the primary circuitDetect current detection resistor(R11);
Constant voltage line (Vc) And a resistor different from the current detection resistor. (R12) And diode (D13) A series circuit that passes the other resistor and the diode from the constant voltage line in this order and applies the constant voltage of the constant voltage line toward the current detection resistor in an energizable manner. (R12, D13) ;and,
Said another resistance (R12) And diode (D13) A / D conversion means for converting voltage proportional to the voltage between the two to digital data (72) , The value represented by the digital dataComparing means (73) for generating an overcurrent signal (PDPINT1) when the value exceeds a set value, a pulse generator (65) for generating the PWM pulse and stopping the PWM pulse output in response to the overcurrent signal, and Digital signal processing device including a CPU for supplying data for PWM pulse output to a pulse generator (48);
WithPower supply(FIGS. 14 to 18).
[0034]
According to this, the primary-side on-current detection means (R11) converts the primary-side current of the transformer (TR11) into a voltage, and when the comparison means exceeds the set value, the overcurrent signal (PDPINT = L / PDPINT1 = L) and the pulse generator (65) stops the switching-on output in response. Since the A / D conversion means (72, 74) and the comparison means (73, 75) are provided in the digital signal processing device (48), the primary circuit is simplified, and the power supply circuit and the digital signal processing device (48) are provided. The connection between is further simplified.
[0035]
(10)The power supply device includes the transformer (TR11 / TR21) Primary side circuit (DRIVE11, FET11 / DRIVE21, FET21) Secondary side circuit (D11, D12 / D21, D22) , Current detection resistor (R11 / R21) , Series circuit (R12, D13 / R22, D23) And comparison means (73/75) First and second circuits each comprising (46,47) Comprising:The pulse generator (65) of the digital signal processing device (48) is:Give to first and second circuitGenerate first and second PWM pulses to generate first and secondFrom the circuitThe first and second PWM pulse outputs are stopped in response to any of the overcurrent signals, and the CPU outputs data for the first and second PWM pulse outputs.To the pulse generatorgiveAs described in (9) abovePower supply(Fig. 17).
[0036]
According to this, the first circuit (46) and the second circuit (47) can be controlled by a set of digital signal processing devices (48), and power can be supplied simultaneously to separate loads from them. With respect to each circuit (46, 47), the operation and effect described in (9) above can be realized.
[0037]
(11)The power supply device includes the transformer (TR11 / TR21) Primary side circuit (DRIVE11, FET11 / DRIVE21, FET21) Secondary side circuit (D11, D12 / D21, D22) , Current detection resistor (R11 / R21) , Series circuit (R12, D13 / R22, D23) And comparison means (73/75) First and second circuits each comprising (46,47) Comprising:In the digital signal processor (48), the pulse generator (65, 71)Give to first and second circuitGenerating first and second PWM pulses;From the first circuitIn response to the first overcurrent signal, the first PWM pulse output is stopped,From the second circuitThe CPU stops the second PWM pulse output in response to the second overcurrent signal, and the CPU stores data for the first and second PWM pulse outputs.To the pulse generatorgiveAs described in (9) abovePower supply(FIGS. 14-16, 18).
[0038]
According to this, the first circuit (46) and the second circuit (47) can be controlled by a set of digital signal processing devices (48), and power can be supplied simultaneously to separate loads from them. With respect to each circuit (46, 47), the functions and effects described in (9) above can be realized individually. In the above (10), when one of the first circuit (46) and the second circuit (47) is overloaded on the primary side, both circuits cut off the primary side energization. Then, when one side becomes a primary overload, the primary side energization is cut off, but the other energization continues. The independence of the first circuit (46) and the second circuit (47) is high.
[0039]
(12)The pulse generator (65,71) Is the first circuit (46) First overcurrent signal from (PDPINT1) In response to the first PWM pulse output (PWM11) Stop the second circuit (47) Second overcurrent signal from (PDPINT2) First and second PWM pulse outputs in response to (PWM11, PWM21) According to (8) or (11) abovePower supply(FIGS. 13 and 16).
[0040]
(13) The first circuit (46) is a high power power supply circuit that outputs a high DC voltage (24V) for supplying power to a high load that consumes a large amount of power, and the second circuit (47) has a low power consumption. (7), (8), which is a low power power supply circuit that outputs a low DC voltage (5 V, 5 VE) for supplying power to the control circuit and the elements.(10),The power supply device according to (11) or (12).
[0041]
According to this, all the required power can be fed simultaneously to a device or an electric circuit including a control circuit and an element having a high load and a low power consumption with a large power consumption.
[0042]
(14) The second circuit (47) has a voltage output terminal (5V) at which the load is turned off at the time of energy saving standby, and an energy saving standby power supply terminal (5VE) at which the load is continuously turned on at the time of energy saving standby. (13) The power supply device.
[0043]
All the required power can be supplied to a device or an electric circuit having an energy saving standby function including a control circuit and an element having a high power consumption and a high load and a low power consumption.
[0044]
(15) After the CPU (61) responds to the overcurrent signal (PDPINT / PDPINT1, PDPINT2) and the pulse generator (65/65, 71) stops switching on output, the pulse generator The PWM pulse generation is resumed; the power supply device according to (6), (7), (8), (9), (10), (11), (12), (13) or (14).
[0045]
As a result, energization is stopped in response to overcurrent detection in the PWM pulse switching-on period, and pulse-by-pulse energization and overload protection for outputting the PWM pulse of the next cycle are realized. That is, the pulse-by-pulse energization protection control with high energization stability and overload protection function is realized.
[0046]
(16) The pulse generator (65/65, 71) maintains the PWM pulse output port as a high impedance in response to the overcurrent signal (PDPINT = L / PDPINT1 = L, PDPINT2 = L); The CPU (61) starts an interrupt process in response to the overcurrent signal, and by this interrupt process, after the pulse generator stops switching-on output, the high-impedance holding of the pulse generator is canceled and the Data for PWM pulse output is set in the register; the power supply device according to (15) above.
[0047]
The PWM pulse has a high frequency of, for example, 100 KHz, and the pulse generator (65/65, 71) of the digital signal processing device (48) is, for example, a DSP event manager. ) After a delay of 3 to 4 clock cycles of the operating frequency, the PWM pulse output port is set to high impedance and an output inhibition flag (1 bit data) is set (H = 1) to set the PWM pulse cycle and pulse. Clear the register that stores the data that determines the duty. This process is very fast. Therefore, the primary circuit is switched off substantially without delay.
[0048]
However, the
[0049]
This causes a delay in the output of the PWM pulse (switch-on level) exceeding about one half of one cycle of the 100 KHz PWM pulse, and this period overlaps with the off period within one cycle of the PWM pulse. Even if the ON output of one pulse is interrupted by the overcurrent protection of the pulse, the output of the PWM pulse is restarted from the next one cycle in a manner that is substantially continuous with the previous one cycle.
[0050]
Therefore, it is not necessary to insert a gate for PWM pulse interruption, a latch for holding interruption, and a reset circuit for releasing it between the power supply circuit and the digital signal processing device (48). Connection with the signal processing device (48) is simplified.
[0051]
(17) The power supply device (41) according to any one of (6) to (16); and image forming means (42, 43) that is fed from the power supply device and forms an image represented by image data; Including image forming device (PTR).
[0052]
The power supply device (41) exhibits the actions and effects described in the above (6) to (16), thereby improving the reliability and stability of overload protection of the image forming means (42, 43).
[0053]
(18) The power supply device (41) according to (14); image forming means (42, 43) for forming an image represented by image data supplied from the power supply device; and the first circuit of the power supply device during energy saving standby Switch means (44) for cutting off the power supply from the (46) to the image forming means (42, 43) and the power supply from the voltage output terminal (5V) of the second circuit (47) to the image forming means (42, 43). ); An image forming apparatus (PTR).
[0054]
Since the power supply device (41) of (14) above has an energy saving standby power feeding end (5VE), even if the switch means (44) is opened (shut off) for energy saving standby, control that requires power supply even during energy saving standby Power can be supplied to the circuit and the element from the power supply end (5VE), and the energy-saving standby design of the image forming apparatus (PTR) is easy.
[0055]
(19) The image forming apparatus according to (17) or (18), further comprising a printer controller (20) that converts print information given from outside into image data and gives the image data to the image forming means (43). According to this, print information from a host such as a personal computer or a facsimile can be printed out.
[0056]
(20) The image forming apparatus according to (17), (18) or (19) further including an original scanner (SCR) that reads an original image, generates image data, and supplies the image data to the image forming means (43). According to this, a document image can be copied.
[0057]
(21The PWM output port destination that stops output according to the input port destination that has detected overcurrent can be set by software by rewriting the data in the DSP (FIG. 18). (23) or (24) above Switching power supply.
[0058]
According to this, since the data in the DSP is rewritten to the PWM output port destination where the output is stopped according to the input port destination where the overcurrent is detected, there is no restriction on the wiring layout of the switching power supply board, and it can be freely done. There is an effect that it is possible to set the correspondence between the overcurrent signal input port or the A / D input port to which the current detection signal is applied and the PWM pulse output port.
[0059]
Also, there is an effect of realizing flexible primary overcurrent protection control. Specifically, when the switching element for basic voltage output generates an overcurrent, not only the switching ON / OFF of the switching element but also the switching ON / OFF of the switching elements of other output voltage circuits are simultaneously stopped. Let When an overcurrent is generated in the switching element of the other output voltage circuit, there is an effect that flexible overcurrent protection control can be performed such that only switching ON / OFF of the switching element is stopped.
[0060]
Other objects and features of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the drawings.
[0061]
【Example】
-1st Example-
FIG. 1A shows an outline of an image forming apparatus incorporating a switching power supply device according to an embodiment of the present invention. This image forming apparatus has a color printer PTR and an image scanner SCR, an automatic document feeder ADF, a
[0062]
FIG. 1B shows an outline of the mechanism of a printer PTR that forms part of the digital color copying machine shown in FIG. The printer PTR of this embodiment is an electrophotographic laser scanning color printer, and includes a printer mechanism, a paper feeding device (bank), a double-side paper feeding device, and a post-processing device (sorter) 11. The
[0063]
At the time of monochromatic recording, image data of one of the four colors is given to the
[0064]
The fixing
[0065]
When two or more colors are overlaid (most typical is full-color recording), the above-described toner image formation on the
[0066]
FIG. 2 shows an outline of the electrical system of the image forming apparatus shown in FIG. The
[0067]
In FIG. 2, the elements of the printer PTR shown in FIG. 1 that require power supply for the progress of the image forming process are collectively shown as the engine load 42, and control of the image forming process and other controls in the printer are performed. The device is shown as an
[0068]
The
[0069]
The host ON /
[0070]
The
[0071]
The document scanner SCR condenses the reflected light of the lamp irradiation on the surface of the document on a light receiving element by a mirror and a lens. The light receiving element (CCD in this embodiment) is in a sensor board unit (hereinafter simply referred to as SBU) in the scanner SCR, and an image signal converted into an electrical signal in the CCD is a digital signal, After being converted into the read image data, it is output to the
[0072]
The
[0073]
In other words, the
[0074]
First, when the
[0075]
When storing in the
[0076]
In the flow of image data, the composite function of the digital copying machine is realized by the bus control of the
[0077]
Next, the energy saving mode of the printer PTR and the
[0078]
Here, if the DC power generated by the switching
[0079]
The power + 5VE supplied from the switching
[0080]
The power supply line PS1 supplies power to the
[0081]
When the main power switch for supplying commercial alternating current to the
[0082]
FIG. 3 shows an outline of the circuit configuration of the switching
[0083]
Further, the AC voltage is also applied to a starting circuit composed of a resistor R1 and a relay RA1. When an AC voltage is applied, the relay contact between the voltage input terminal Vcc of the
[0084]
The DC voltage converted by the
[0085]
FIG. 4 shows the configuration of the current value detection circuits ISEN11 and ISEN21. Since the switching element FET11 of the first
[0086]
A constant voltage Vc generated by a constant voltage circuit (not shown) connected to a winding (not shown) of the transformer TR11 is added to a series circuit of resistors R12, R13, R14 of the comparison circuit (D13, R12-R14). Between the resistors R12 and R13, the diode D13 is connected to the resistor R11, and the voltage of the
[0087]
The potential between the resistors R12 and R13 of the comparison circuit is approximately the same as the voltage of the
[0088]
This light illuminates the phototransistor PT41 shown in FIG. 5 in the insulating
[0089]
Refer to FIG. 3 again. Since the second
[0090]
A resistor R21 for current detection is connected in series with the
[0091]
In this embodiment, the light generated by the light emitting diode LD21 of the current value detection circuit ISEN21 also illuminates the phototransistor PT41. Therefore, when the primary current of the transformer TR21 of the second
[0092]
Refer to FIG. 3 again. The drive circuit DRIV11 of the first
[0093]
On the secondary side of the transformer TR11, there is an output circuit that converts a pulse voltage induced in the secondary winding into a direct current and outputs it. The output circuit includes diodes D11 and D12, choke coil CH11, secondary side overcurrent detection circuit ISEN12 that detects secondary side overcurrent, output voltage detection circuit VSEN11, and smoothing capacitor C11.
[0094]
The secondary side overcurrent detection circuit ISEN12 is configured to convert the current flowing through the output circuit of the first
[0095]
The output voltage detection circuit VSEN11 applies a voltage proportional to the output voltage Vout11 (24V) of the first
[0096]
Further, the output circuit on the secondary side of the transformer TR21 of the second
[0097]
FIG. 5 shows the configuration of the
[0098]
The A / D converter 68 in the
[0099]
In response to this conversion completion signal, the
[0100]
A program for performing the above-described operation or processing of the
[0101]
Refer to FIG. 3 again. When the commercial AC voltage is turned on, that is, input from IN1 and IN2, the current flows to the relay RA1 of the starting circuit via the resistor R1 by the DC voltage rectified by the diode bridge DB1, and the voltage of the battery B1 is supplied to the power supply of the
[0102]
That is, referring to FIG. 6A, when the operating voltage is applied to the
[0103]
Next, the
[0104]
Next, the
[0105]
Reference is now made to FIG. Thereafter, when the 200 μsec timer expires, the
[0106]
In response to the interrupt (AD1) shown in FIG. 7, the
[0107]
FIG. 8 shows the content of “5V output control” (35). When proceeding to this, the
[0108]
When the output voltage of the second
[0109]
When the duty of the PWM pulse (PWM 21) is updated as described above instead of the above-described overvoltage, the
[0110]
FIG. 9 shows the content of “24V output control” (36). This content is the same as the above-mentioned “5V output control” (35), and the PWM pulse (PWM11) given to the
[0111]
FIG. 10 shows the content of “5V secondary side overcurrent protection” (37). When proceeding to this, the
[0112]
The content of “24V secondary side overcurrent protection” (38) is the same as the content of “5V secondary side overcurrent protection” (37) described above. If the output current (If11) of the second
[0113]
FIG. 11 shows the content of “overheat protection control” (39). When proceeding to this, the
[0114]
As described above, the reading of the feedback signal (A / D conversion), the updating of the PWM pulse duty, the detection of the output overcurrent, and the detection of overheating are repeated in a predetermined order. These series, that is, FIG. 6B. 7 and
[0115]
Through the above control operation of the
[0116]
Similarly, the
[0117]
Here, an operation flow when an overcurrent flows through the switching element FET11 or FET21 will be described.
[0118]
FIG. 6C shows the contents of the external interrupt processing (PDI) of the
[0119]
The
[0120]
-Second Example-
The configuration of the
[0121]
In the first embodiment described above, since only one input port (Iint1) is detected at the time of overcurrent detection, output of all PWM outputs is stopped even if an overcurrent is generated by any one switching element. Then, the drive circuits DRIVE11 and DRIVE21 are turned off.
[0122]
On the other hand, in the second embodiment, the
[0123]
The
[0124]
-Third Example-
FIG. 13 shows a
[0125]
However, when the 5V output second
[0126]
By adding the
[0127]
-Fourth embodiment-
In the fourth embodiment, primary side current detection circuits ISEN11 and ISEN21 shown in FIG. 14 are used. These detection circuits ISEN11 and ISEN21 output an analog detection signal (current signal) representing the primary side current level, and supply it to the A / D conversion input ports Id11 and Id21 of the
[0128]
In the
[0129]
The
[0130]
The digital comparator 73 constantly generates an H determination output, but the conversion data of the A /
[0131]
Similarly, the digital comparator 75 constantly generates a determination output of H, but the conversion data of the A /
[0132]
In the fourth embodiment, the voltage value converted outputs from the current value detection circuits ISEN11 and ISEN21 are always input to the Id11 and Id21 terminals of the
[0133]
-Fifth embodiment-
FIG. 16 shows a
[0134]
However, when the 5V output second
[0135]
-Sixth Example-
FIG. 17 shows a
[0136]
-Seventh Example-
FIG. 18 shows a
[0137]
Further, flexible primary overcurrent protection control can be realized. For example, when the switching element for basic voltage output generates an overcurrent, not only the switching ON / OFF stop of the switching element but also the switching ON / OFF of the switching elements of other output voltage circuits are simultaneously stopped. When an overcurrent is generated in the switching element of the other output voltage circuit, flexible overcurrent protection control can be performed in which only switching ON / OFF of the switching element is stopped.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view showing an external appearance of an image forming apparatus including a printer PTR equipped with a
FIG. 2 is a block diagram showing an outline of an electrical system of the image forming apparatus shown in FIG.
3 is a block diagram showing a configuration of a switching
4 is an electric circuit diagram showing a configuration of primary current detection circuits ISEN11 and ISEN21 shown in FIG. 3;
5 is a block diagram showing a configuration of a
6 is a flowchart showing a control operation of a
7 is a flowchart showing an interrupt process of the
FIG. 8 is a flowchart showing the content of “5V output control” (35) shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a flowchart showing the content of “24V output control” (36) shown in FIG. 7;
FIG. 10 is a flowchart showing the contents of “5V secondary side overcurrent protection” (37) shown in FIG. 7;
FIG. 11 is a flowchart showing the contents of “overheat protection control” (39) shown in FIG. 7;
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of a
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a
FIG. 14 is an electric circuit diagram showing a configuration of primary side current detection circuits ISEN11 and ISEN21 used in the fourth embodiment.
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of a
[Explanation of symbols]
PCa: PC PTR: Color printer
OPB: Operation panel SCR: Document scanner
ADF: Automatic document feeder 1: Photoconductor
2: Main charger 3: Laser scanner
4: Development device 5: Transfer charger
6: Transfer belt 7: Registration roller
8: Transfer separation charger 9: Conveyor belt
10: Fixing device 11: Sorter
12: Cleaning device 13: Cleaning blade
14: Optical sensor 15: Optical sensor
16: Temperature sensor 41: Switching power supply
PS1 to PS3: Feed line IN1, IN2: AC input terminal
45: DC converter circuit DB1: Full-wave rectifier diode bridge
RA1: Relay 46: First power supply circuit
DRIVE11: Driver 47: Second power supply circuit
DRIVE21: Driver
ISEN11, ISEN21: Current value detection circuit
VSEN11, VSEN21: Output voltage detection circuit
ISEN12, ISEN22: Secondary side overcurrent detection circuit
Claims (20)
前記1次側回路のオン電流を電流検出抵抗に通して該抵抗に定電圧を、該電流検出抵抗とは別の抵抗およびダイオードを介して該定電圧から前記電流検出抵抗へ通電可につないで、前記別の抵抗とダイオードの間の電圧に比例する電圧を、発光素子と光電変換素子を含むフォトカプラの該発光素子に通電する発光ドライバに印加して、該光電変換素子の受光信号を過電流信号として、前記デジタル信号処理装置に与え、該デジタル信号処理装置の前記パルス発生器が該過電流信号に応答してそのスイッチングオン出力を止める、過電流保護方法。A transformer, a primary side circuit that supplies switching power to the primary winding of the transformer in response to a PWM pulse, a secondary side circuit that rectifies a voltage generated in the secondary winding of the transformer and supplies power to a load; and A digital signal processing device including a digital processing pulse generator for generating a PWM pulse and a CPU for providing data defining the PWM pulse to the digital processing pulse generator,
Wherein a constant voltage to the resistor through the on-current of the primary circuit the current detection resistor, by connecting the constant-voltage through another resistor and diode and said current sense resistor energizing friendly to the current detection resistor , a voltage proportional to the voltage between said further resistor and a diode, is applied to the light emitting driver for energizing the light emitting element of a photocoupler including a light emitting element and the photoelectric conversion element, a light reception signal of the photoelectric conversion element over An overcurrent protection method in which a current signal is supplied to the digital signal processing device, and the pulse generator of the digital signal processing device stops its switching-on output in response to the overcurrent signal.
前記1次側回路のオン電流を電流検出抵抗に通して該抵抗に定電圧を、該電流検出抵抗とは別の抵抗およびダイオードを介して該定電圧から前記電流検出抵抗へ通電可につないで、前記別の抵抗とダイオードの間の電圧に比例する電圧を、前記デジタル信号処理装置に与え、該デジタル信号処理装置において該電圧をデジタルデータに変換し、該デジタルデータが設定値以上のとき過電流信号を発生し、前記パルス発生器が該過電流信号に応答してそのスイッチングオン出力を止める、過電流保護方法。A transformer, a primary side circuit that supplies switching power to the primary winding of the transformer in response to a PWM pulse, a secondary side circuit that rectifies a voltage generated in the secondary winding of the transformer and supplies power to a load; and A digital signal processing device including a digital processing pulse generator for generating a PWM pulse and a CPU for providing data defining the PWM pulse to the digital processing pulse generator,
Wherein a constant voltage to the resistor through the on-current of the primary circuit the current detection resistor, by connecting the constant-voltage through another resistor and diode and said current sense resistor energizing friendly to the current detection resistor , a voltage proportional to the voltage between said further resistor and a diode, provided in the digital signal processing apparatus, the voltage is converted into digital data in the digital signal processor,-out preparative the digital data is larger than a predetermined value the overcurrent signal is generated, the pulse generator Ru stop its switching oN output in response to the overcurrent signal, the overcurrent protection method.
該トランスの1次巻線にPWMパルスに応答してスイッチング給電する1次側回路;
該トランスの2次巻線に発生する電圧を整流し負荷に給電する2次側回路;
前記1次側回路のオン電流を検出する電流検出抵抗;
定電圧ラインと前記電流検出抵抗との間を接続する、前記電流検出抵抗とは別の抵抗とダイオードとの直列回路であって、前記定電圧ラインから前記別の抵抗および前記ダイオードをこの順に通して前記定電圧ラインの定電圧を前記電流検出抵抗へ向けて通電可に印 加する直列回路;
発光素子と光電変換素子を含み、該発光素子の発光による該光電変換素子の光電変換信号を過電流信号として発生するフォトカプラ;
前記別の抵抗とダイオードの間の電圧が上昇すると前記発光素子に通電して発光させる発光ドライバ;および、
前記PWMパルスを発生し前記過電流信号に応答してPWMパルス出力を止めるパルス発生器および該パルス発生器にPWMパルス出力のためのデータを与えるCPU、を含むデジタル信号処理装置;
を備える電源装置。Transformer ;
A primary circuit for switching power supply to the primary winding of the transformer in response to a PWM pulse ;
A secondary circuit for rectifying the voltage generated in the secondary winding of the transformer and supplying power to the load ;
A current detection resistor for detecting an on-current of the primary side circuit ;
A series circuit of a resistor and a diode different from the current detection resistor, connected between a constant voltage line and the current detection resistor, wherein the other resistor and the diode are passed in this order from the constant voltage line. a series circuit of indicia addition to energizing friendly towards the constant voltage of the constant voltage line to the current detection resistor Te;
A photocoupler including a light emitting element and a photoelectric conversion element, and generating a photoelectric conversion signal of the photoelectric conversion element by light emission of the light emitting element as an overcurrent signal;
A light emitting driver for energizing the light emitting element to emit light when a voltage between the another resistor and the diode increases; and
A digital signal processing device comprising: a pulse generator that generates the PWM pulse and stops the PWM pulse output in response to the overcurrent signal ; and a CPU that supplies the pulse generator with data for PWM pulse output ;
A power supply device comprising:
該トランスの1次巻線にPWMパルスに応答してスイッチング給電する1次側回路;
該トランスの2次巻線に発生する電圧を整流し負荷に給電する2次側回路;
前記1次側回路のオン電流を検出する電流検出抵抗;
定電圧ラインと前記電流検出抵抗との間を接続する、前記電流検出抵抗とは別の抵抗とダイオードとの直列回路であって、前記定電圧ラインから前記別の抵抗および前記ダイオードをこの順に通して前記定電圧ラインの定電圧を前記電流検出抵抗へ向けて通電可に印加する直列回路;
および、
前記別の抵抗とダイオードの間の電圧に比例する電圧をデジタルデータに変換するA/D変換手段,該デジタルデータが表す値が設定値以上になると過電流信号を発生する比較手段,前記PWMパルスを発生し前記過電流信号に応答してPWMパルス出力を止めるパルス発生器、および、該パルス発生器にPWMパルス出力のためのデータを与えるCPU、を含むデジタル信号処理装置;
を備える電源装置。Trance;
A primary circuit for switching power supply to the primary winding of the transformer in response to the PWM pulse;
A secondary circuit for rectifying the voltage generated in the secondary winding of the transformer and supplying power to the load;
A current detection resistor for detecting an on-current of the primary side circuit;
A series circuit of a resistor and a diode other than the current detection resistor, connected between a constant voltage line and the current detection resistor, wherein the other resistor and the diode are passed in this order from the constant voltage line. A series circuit for applying a constant voltage of the constant voltage line toward the current detection resistor so as to be energized;
and,
A / D conversion means for converting a voltage proportional to the voltage between the other resistor and the diode into digital data, a comparison means for generating an overcurrent signal when a value represented by the digital data exceeds a set value, and the PWM pulse A digital signal processor comprising: a pulse generator that generates a pulse and stops PWM pulse output in response to the overcurrent signal ; and a CPU that provides the pulse generator with data for PWM pulse output ;
A power supply device comprising:
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