JP4281657B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置に関し、特に、漏電検出装置を備えた電源装置に関する。

近年、安全性向上の要求が年々厳しくなってきている。通常、電源装置には、発煙、発火や感電などの危険に結びつく異常動作に対して安全を保つための保護回路が設けられている。このような保護回路は、異常を検知して、電源装置の動作を緊急に停止させたり、電源装置の入力電流をヒューズやリレーで遮断するものである。

特に大きな電力を消費する複写機やファクシミリ、プリンターなどの画像形成装置に用いられる電源装置では、感電防止を目的とした漏電対策の要求が高い。この漏電対策は、負荷側である抵抗分を有する不完全短絡があった場合でも、電源を安全に停止するように考えられているものである。

一般的には、このような機器が設置された設備には、設備全体として漏電ブレーカが取り付けられているものであるが、最近はコンピュータによるネットワーク化、システム化が進んでいるため、このようなブレーカを落とすことが重大な損失に結びつく虞がある。したがって、機器に専用の漏電ブレーカを搭載することが比較的多くなってきている。

一方、省エネルギーを目的としてパワーマネージメントを行なうために、電源装置を複数台装備して、必要な電力のみを別々に効率よく供給する電力システムを搭載した機器が多くなってきている。ことに、複写機やファクシミリ、プリンターなどの画像形成装置では、通電されている殆どの時間が待機状態であり、この待機時間での電力消費を最低限に抑えることが電力消費を抑えるための鍵となっている。

画像形成装置の電源構成は、画像形成装置の制御を行なうコントローラ回路に電力を供給する比較的低圧の直流電源回路と、モーターなど画像形成に必要な負荷へ電力を供給する電力回路の複数の電源から構成される場合が多い。

図４は、従来の画像形成装置用の電源装置の構成を示すブロック図である。

商用電源の入力端子１，２は、漏電ブレーカ３１に接続された後、電源スイッチ３２を介して、待機用の電源を供給する直流電源回路３３に接続されると共に、リレーなどのスイッチ素子３８を経て画像形成装置の定着装置などの交流（ＡＣ）負荷（電力回路３９）に接続される。

直流電源回路３３から出力される直流電圧は制御部３４を含む制御用の機器に供給される。制御部３４は、画像形成装置全体の動作を制御すると共に、安全確保や省エネを目的として電源入力の接続や遮断を制御する。

例えば、制御部３４は、省エネを目的に待機時には待機時に必要な回路のみを動作させ、その他の回路への電源は遮断するようにする。また、動作開始時には、定着装置などのＡＣ負荷への電源入力をオン／オフするスイッチ素子３８に対して電源オン／オフ信号を出力する。さらに動作終了時やＡＣ負荷である定着装置の温度が異常上昇した場合には、スイッチ素子３８をオフする電源オフ信号を出力して、ＡＣ負荷への電源入力を遮断して機器の動作を停止させる。

しかし、この従来の電源装置では、感電防止や火災防止などのための漏電検出を漏電ブレーカによって行っているので、常に漏電ブレーカに駆動用電力を供給することが必要であり、このため、漏電ブレーカ内部に専用の駆動用電源を設けたり、交流電源を漏電ブレーカに供給するようにしているので、漏電ブレーカ内部で常時電力消費が発生することになっている。

このような不都合を解消して省エネルギーを図るために、漏電ブレーカの電源を、負荷に対する電力調整を行なう電力変換器の制御回路の電源から取った例が知られている（特許文献１参照。）。

しかし、この方法では、漏電発生時に電力回路の負荷にかかる電力が遮断されることにはなるが、画像形成装置のように別途に直流電源が働いているような場合には、電力遮断を共通にすると、直流電源も一緒に切断されて制御回路などの動作に支障を来たすことになるし、電力遮断を電力回路側に限ると直流電源側に関連する漏電は無視されてしまうことになる。また、漏電ブレーカの動作時に大きな電流が流れると、電力変換器の制御回路に不具合が発生するなどの問題を引き起こしかねない。
特開２００３−８７９６０号公報

従来の電源装置では、漏電による感電の防止や火災防止の目的に漏電ブレーカなどを用いているため、コストが高くなり、サイズも大きくなるという問題があった。さらに、待機時の消費電力をゼロに近づけるためには、漏電ブレーカの消費電力が問題になる。

これを避けるようにした特許文献１の方法では、漏電発生時に負荷にかかる電力が遮断されることにはなるが、直流電源側の問題が残り、また、電力変換器の制御回路に不具合を発生する虞があるなどの危険が残る。

本発明はこのような問題を解決して、漏電による事故防止を主な目的とし、さらに、他の回路に支障を発生することなく、安全性と省エネルギー性能の向上を実現することが可能な電源装置の実現を課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、交流電源を入力源とし直流電圧に変換する直流電源回路と、前記交流電源を入力源とし交流電力を制御する電力回路とを有する電源装置において、前記電力回路及び／又は前記直流電源回路の内部若しくは外部に設けられ漏電を検出する漏電検出手段と、前記電力回路への前記交流電源の入力、及び前記漏電検出手段への動作用電源の入力を制御する制御手段と、前記直流電源回路と前記漏電検出手段との間に設けられ、前記制御手段からの電気信号によって前記直流電源回路から前記漏電検出手段への動作用電源の供給をオン／オフ制御する第１のスイッチ手段と、前記電力回路の入力側に設けられ、前記第１のスイッチ手段のオン動作により駆動可能となって前記制御手段からの電気信号によって前記交流電源の前記電力回路への供給をオン／オフ制御する第２のスイッチ手段とを具備し、前記制御手段は、前記電力回路への電力供給が必要な時に前記第１のスイッチ手段をオン状態にして前記直流電源回路から前記漏電検出手段への動作用電源を供給し、前記電力回路への電力供給が必要でない時、及び前記漏電検出手段が異常な漏電を検出したとき、前記第１のスイッチ手段をオフ状態にして前記漏電検出手段への動作用電源供給を停止し、かつ前記第２のスイッチ手段をオフ状態にして前記電力回路への電力供給を停止することを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、交流電源を入力源とし直流電圧に変換する直流電源回路と、前記交流電源を入力源とし交流電力を制御する電力回路とを有する電源装置において、前記電力回路及び／又は前記直流電源回路の内部若しくは外部に設けられ漏電を検出する漏電検出手段と、前記電力回路への前記交流電源の入力、及び前記漏電検出手段への動作用電源の入力を制御する制御手段と、前記電力回路の入力側に設けられ、前記制御手段からの電気信号によって前記交流電源の前記電力回路への供給をオン／オフ制御するスイッチ手段と、前記直流電源回路及び前記電力回路の入力側に設けられ、前記交流電源の入力を遮断する入力遮断手段とを具備し、前記制御手段は、前記電力回路への電力供給が必要な時に前記漏電検出手段の動作用電源を前記直流電源回路から供給し、前記直流電源回路からの供給が停止された場合には前記交流入力源から前記動作用電源を供給する制御を行うとともに、前記漏電検出手段が異常な漏電を検出したとき、前記スイッチ手段をオフ状態にして前記電力回路への電力供給を停止するとともに、前記スイッチ手段がオフ状態になって前記電力回路への電力供給が停止されても引き続き前記漏電検出手段が異常な漏電を検出している場合は、前記入力遮断手段を駆動して前記直流電源回路及び前記電力回路を交流電源から切り離すことを特徴とする。

本発明は、以上のように構成し、漏電ブレーカの代わりに零相変流器（ＺＣＴ）などの小型で廉価な漏電検出手段を必要な電力回路にのみ設け、かつその動作電力を必要なときだけ供給し、異常漏電が検出された場合は、電力回路への交流電源供給を停止するようにする。
このようにして、漏電検出手段に対して直流電源回路から効率の良い低めの直流電圧を動作用電源に利用し、かつ、電力回路に電力が供給されているときのみ動作用電源を供給することで、機器の待機時など電力回路への電力供給が必要でないときは漏電検出手段への動作用電源の供給を停止して、消費電力を低減し、省エネルギー効果を向上させることができる。

また、電力回路以外に漏電対策が必要な場合で電力回路への電力供給を停止しても漏電が続く場合は、入力遮断手段を駆動させて交流電源を遮断するようにする。
かかる構成において、異常時に直流電源回路からの電源供給が停止した場合には、交流電源入力から動作用電源を供給して漏電検出を行うことで、高い安全性を確保できる。

これにより、漏電対策にかかる費用を低減し、かつ、漏電対策用の消費電力を少なくすることができ、安全性と省エネルギー性能の向上を図ることができる。

本発明の電源装置を、図面を参照に詳細に説明する。

図１は、本発明にかかる電源装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。この実施の形態は画像形成装置に内蔵されて用いられる電源装置である。

図１において、電源装置は、図示しない商用交流電源に接続される電源入力端子１，２、漏れ電流を検出する零相変流器（ＺＣＴ）１１、電源をオン、オフする電源スイッチ１２、商用交流電源を入力源とし直流電圧に変換する直流電源回路１３、後述の電力回路１９への商用交流電源の入力を制御する制御部１４、漏電の検出を行う漏電検出部１５、漏電検出部１５の漏電検出出力に基づき異常を検出する異常検出部１６、直流電源回路１３から漏電検出部１５への動作用電源をオン、オフするスイッチ素子１７、電力回路１９に対する商用交流電源の供給をオン、オフするスイッチ素子１８、商用交流電源を入力源とし交流電力を制御する電力回路１９を具備して構成される。

画像形成装置の電源入力端子１、２は商用交流電源に接続されている。この電源入力端子１、２は漏れ電流を検知する零相変流器（ＺＣＴ）１１と電源スイッチ１２と図示しないノイズフィルタなどを介して、直流電源回路１３に接続されるとともに、リレーやトライアックなどで構成されたスイッチ素子１８を介して電力回路１９に接続されている。

直流電源回路１３及び電力回路１９は、ＦＥＴやトライアックなどのスイッチング回路、トランス、コンバータ、ダイオードブリッジ、整流平滑回路などで構成されている。

直流電源回路１３からは、直流電圧Ｖｏｕｔ１が出力され、画像形成装置内部の制御回路、モータ駆動回路などに供給される。なお、直流電源回路１３が複数の直流電圧を出力するようにしても良い。

また、直流電源回路１３は、１次−フレーム間が強化絶縁構造であって、漏電が発生しにくい構造であるものとする。

一方、電力回路１９は部品の構成上１次−フレーム間を強化絶縁構造にするのが難しく、基礎絶縁構造であるか、強化絶縁構造であっても稼働部があって漏電の危険性が有る回路と仮定する。

零相変流器１１、漏電検出部１５、異常検出部１６は、１次回路で感電の危険となる漏れ電流を検出する回路である。

直流電源回路１３及び電力回路１９に供給されている交流電源の行きの電流と帰りの電流の電流差を零相変流器１１で検知し、さらに、この電流差を漏電検出部１５の増幅器で増幅し、その値がある基準を越えたとき、異常検出部１６で異常漏電と判定する。

漏電検出部１５及び異常検出部１６の動作用電源として、直流電源回路１３から、効率の良い低めの直流電圧が供給される。

スイッチ素子１７は制御部１４からのオン信号によりオン動作し、直流電源回路１３から漏電検出部１５及び異常検出部１６へ動作用電源を供給すると共に、その動作用電源で電力回路１９のスイッチ素子１８を働かせて、電力回路１９へ電源入力端子１、２からの商用交流電源を供給する。

したがって、制御部１４からのオフ信号によって、スイッチ素子１７が開くと、漏電検出部１５などの動作用電源が断たれると共に、スイッチ素子１８も切断されて電力回路１９へ商用交流電源も切断される。

従来の漏電ブレーカでは、通常、その動作用電源を入力電源から直接供給するようになっているが、この実施の形態では効率の良い低めの直流電圧を動作用電源に利用し、かつ、電力回路１９に電力が供給されているときのみ動作用電源を供給することで、機器の待機時など電力回路１９への電力供給が必要でないときは漏電検出部１５及び異常検出部１６への動作用電源の供給を停止して、消費電力を低減し、省エネルギー効果の向上を図っている。

漏電検出部１５と異常検出部１６で異常を検出したとき、制御部１４はスイッチ素子１７へオフ信号を出力し、スイッチ素子１７、スイッチ素子１８が切断されて電力回路１９の入力が遮断され、異常漏電が発生した電力回路１９への電源供給を簡単な回路で瞬時に停止することができる。

図２は、本発明の電源装置の他の実施の形態を示すブロック図である。この実施の形態は基本的には図１に示す実施の形態と同じであり、図２で図１と共通な部分については説明を省略する。

この実施の形態が、図１に述べた形態と異なる点は、交流電源の入力段にヒューズなどの入力遮断装置２２と、その入力遮断装置２２を制御部１４から駆動するスイッチ手段２１を設けた点、制御部１４内にタイマー回路２０を設けた点、及び漏電検出部１５の動作用電源が直流電源回路１３から供給されなくなった場合に、交流電源入力から動作用電源を得るためのダイオードブリッジ２３などの整流回路を設けた点である。

図１の場合と同様に、交流電源の行きの電流と帰りの電流の電流差を零相変流器１１で検知し、この電流差を漏電検出部１５の増幅器で増幅し、その値がある基準を越えたとき、異常検出部１６で異常漏電と判定する。これにより、制御部１４はスイッチ素子１８をオフにして電力回路１９への電力供給を遮断する。

その後、タイマー回路２０で所定時間を測定した後、異常な漏電が流れ続けているかどうかを、零相変流器１１、漏電検出部１５及び異常検出部１６で再度検知する。このとき、やはり異常状態が続いていると判定された場合には、制御部１４はスイッチ２１を働かせて入力電源を短絡させ、ヒューズ２２を溶断させて入力を遮断する。

なお、漏電検出部１５は通常は、直流電源回路１３から効率の良い低い直流電圧を動作用電源として供給を受けるが、異常時に直流電源回路１３からの電源供給が停止した場合には、交流電源入力をダイオードブリッジ２３で整流したものを動作用電源とすることで、高い安全性を確保することができる。

図３は、本発明の電源装置のさらに他の実施の形態の構成を示すブロック図である。この実施の形態では、先の各実施の形態と基本的な構成は同じであるが、２つの直流電源回路１３−１及び１３−２と電力回路１９を中心に電源装置が構成されている。

今、直流電源回路１３−２と電力回路１９が絶縁構造が強化されていず、漏電の危険がある回路であるとすると、直流電源回路１３−２の入力段に零相変流器１１−１とスイッチ素子１８−１を、電力回路１９の入力段に零相変流器１１−２とスイッチ素子１８−２を設置する。零相変流器１１−１は直流電源回路１３−２に関連する漏電を検出し、零相変流器１１−２は電力回路１９に関連する漏電を検出する。これらの零相変流器１１−１、１１−２の出力を漏電検出部１５に接続し、異常検出部１６で異常が検出された場合、制御部１４よりオフ信号を送って異常が検出された側のスイッチ素子１８−１、１８−２をオフにして漏電を防止する。

これにより、より細やかな漏電検出とそれに対する対処ができ、より安全に漏電などの異常に対応することができる。

以上のように、本発明によると、比較的廉価に漏電を検出して感電や発煙、発火などに対する安全対策を実現することができ、かつ、そのための消費電力を抑えることができるので、複写機やファクシミリ、プリンターなどの画像形成装置の電源装置をはじめ、その他の複合電源装置の安全対策として有効であり、産業上の広い分野での利用の可能性が考えられる。

本発明の電源装置の一実施の形態の構成を示すブロック図。 本発明の電源装置の他の実施の形態の構成を示すブロック図。 本発明の電源装置のさらに他の実施の形態の構成を示すブロック図。 従来の画像形成装置用の電源装置の構成を示すブロック図。

符号の説明

１，２ 電源入力端子
１１ 零相変流器（ＺＣＴ）
１２ 電源スイッチ
１３ 直流電源回路
１４ 制御部
１５ 漏電検出部
１６ 異常検出部
１７ スイッチ素子
１８ スイッチ素子
１９ 電力回路
２０ タイマー回路
２１ スイッチ手段
２２ 入力遮断装置
２３ ダイオードブリッジ
３１ 漏電ブレーカ
３２ 電源スイッチ
３３ 直流電源回路
３４ 制御部
３６ 異常検出部
３８ スイッチ素子
３９ 電力回路

Claims (2)

1. 交流電源を入力源とし直流電圧に変換する直流電源回路と、前記交流電源を入力源とし交流電力を制御する電力回路とを有する電源装置において、
   前記電力回路及び／又は前記直流電源回路の内部若しくは外部に設けられ漏電を検出する漏電検出手段と、
   前記電力回路への前記交流電源の入力、及び前記漏電検出手段への動作用電源の入力を制御する制御手段と、
   前記直流電源回路と前記漏電検出手段との間に設けられ、前記制御手段からの電気信号によって前記直流電源回路から前記漏電検出手段への動作用電源の供給をオン／オフ制御する第１のスイッチ手段と、
   前記電力回路の入力側に設けられ、前記第１のスイッチ手段のオン動作により駆動可能となって前記制御手段からの電気信号によって前記交流電源の前記電力回路への供給をオン／オフ制御する第２のスイッチ手段と
   を具備し、
   前記制御手段は、前記電力回路への電力供給が必要な時に前記第１のスイッチ手段をオン状態にして前記直流電源回路から前記漏電検出手段への動作用電源を供給し、前記電力回路への電力供給が必要でない時、及び前記漏電検出手段が異常な漏電を検出したとき、前記第１のスイッチ手段をオフ状態にして前記漏電検出手段への動作用電源供給を停止し、かつ前記第２のスイッチ手段をオフ状態にして前記電力回路への電力供給を停止する
   ことを特徴とする電源装置。
2. 交流電源を入力源とし直流電圧に変換する直流電源回路と、前記交流電源を入力源とし交流電力を制御する電力回路とを有する電源装置において、
   前記電力回路及び／又は前記直流電源回路の内部若しくは外部に設けられ漏電を検出する漏電検出手段と、
   前記電力回路への前記交流電源の入力、及び前記漏電検出手段への動作用電源の入力を制御する制御手段と、
   前記電力回路の入力側に設けられ、前記制御手段からの電気信号によって前記交流電源の前記電力回路への供給をオン／オフ制御するスイッチ手段と、
   前記直流電源回路及び前記電力回路の入力側に設けられ、前記交流電源の入力を遮断する入力遮断手段と
   を具備し、
   前記制御手段は、前記電力回路への電力供給が必要な時に前記漏電検出手段の動作用電源を前記直流電源回路から供給し、前記直流電源回路からの供給が停止された場合には前記交流入力源から前記動作用電源を供給する制御を行うとともに、前記漏電検出手段が異常な漏電を検出したとき、前記スイッチ手段をオフ状態にして前記電力回路への電力供給を停止するとともに、前記スイッチ手段がオフ状態になって前記電力回路への電力供給が停止されても引き続き前記漏電検出手段が異常な漏電を検出している場合は、前記入力遮断手段を駆動して前記直流電源回路及び前記電力回路を交流電源から切り離す
   ことを特徴とする電源装置。

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