JP4857812B2 - Power system - Google Patents
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Description
本発明は、入力される交流電力を直流に変換して負荷に供給する電源システムに関する。 The present invention relates to a power supply system that converts input AC power into DC and supplies it to a load.
商用電源等の交流電源からの交流電力を直流に変換する電源システムにおける交流−直流(AC−DC)変換部には、一般にコンデンサインプット方式が利用されている。しかし、この方式における力率は0.5〜0.6程度と低い。このため、力率の改善を図るとともに、入力電流の高調波成分を減少させるべく、昇圧チョッパ型力率改善回路(PFC(Power Factor Correction)回路)を用い、入力電流を入力電圧と相似の正弦波化する方法が採用されている。この方法によれば、力率を0.9以上にすることができる。 Generally, a capacitor input system is used for an AC-DC (AC-DC) conversion unit in a power supply system that converts AC power from an AC power source such as a commercial power source into DC. However, the power factor in this method is as low as about 0.5 to 0.6. Therefore, in order to improve the power factor and reduce harmonic components of the input current, a boost chopper type power factor correction circuit (PFC (Power Factor Correction) circuit) is used, and the input current is a sine similar to the input voltage. The wave method is adopted. According to this method, the power factor can be 0.9 or more.
図20は、PFC回路を用いた従来の電源システムの回路図である。図20に示す電源システム500は、商用電源700からの交流電力を直流に変換して負荷620に供給するものであり、PFC回路510、整流器540及びDC−DCコンバータ550により構成される。これらのうち、PFC回路510は、PFC回路制御IC512、抵抗R1〜R5、チョークコイルL1、トランジスタQ1、ダイオードD1及び平滑コンデンサC1により構成される。
FIG. 20 is a circuit diagram of a conventional power supply system using a PFC circuit. A
図21(a)は電源システム500における波形(入力電圧Vin、入力電流Iin、入力電力Pinと出力電圧Vo、出力電流Io、出力電力Po)を示し、図21(b)は入力電力Pi及び出力電力Poに応じた平滑コンデンサC1の充放電と、当該平滑コンデンサC1のリップル電圧Vr1及び電流Icを示す図である。図21(a)に示すように、PFC回路510によって入力電圧Vinと入力電流Iinとが同期して正弦波状に変化するため、一定電圧に制御された出力電力Poに対して、入力電力Pinの変化が大きく、結果として出力リップル電圧が大きくなる。また、図21(b)に示すように、コンデンサC1は、入力電力Pinが出力電力Poを超える場合に充電を行い、入力電力Pinが出力電力Poを下回る場合に放電を行う。
FIG. 21A shows waveforms (input voltage Vin, input current Iin, input power Pin and output voltage Vo, output current Io, output power Po) in the
例えば、特許文献1に示す技術のように、スイッチングのオン・オフの時比率を一定に制御する電源の前段にPFC回路が適用されると、出力リップル電圧が大きく、特に、画像形成装置のモーターやCCDの駆動、ゼログラフィーの帯電及び現像等を行う高圧電源を負荷とする場合には、リップル成分による出力電圧の変化が画像に影響するという問題があった。
For example, when a PFC circuit is applied in front of a power source that controls the switching on / off time ratio to be constant as in the technique shown in
このようなリップル成分を減らす方法として、PFC回路内の平滑コンデンサの容量を大きくすることが挙げられる。また、リップル成分を減らす他の方法として、特許文献2に示す技術がある。図22は、特許文献2に示す従来の電源システムの回路図である。図22に示す電源システム501は、図20に示す電源システムと比較すると、新たに、PFC回路510内にPFC回路制御IC512、スイッチ513と、当該スイッチ513の切り替え動作によってPFC回路制御IC512に接続されるインバータ514及び切り替え信号発生器515とを有する。この電源システム501では、正弦波化する電流指令信号の凸部の一部を反転制御する方法が用いられている。
しかし、PFC回路内の平滑コンデンサの容量を大きくする方法では、電源システムの大型化を招くとともに、容量が大きいために起動時間が長くなってしまう等の別の問題が生じてしまう。 However, the method of increasing the capacity of the smoothing capacitor in the PFC circuit causes an increase in the size of the power supply system and causes other problems such as an increase in startup time due to the large capacity.
また、特許文献2に示す方法では、PFC回路の制御部が複雑になる等の問題がある。また、図22に示すように商用電源700からの交流電力を直流に変換して負荷630に供給する他の電源装置である第2の電源装置560と組み合わせて使用する場合、入力電流Iin1が凹形状で、第2の電源装置560の入力電流Iin2が凸形状になり、特にコンデンサインプット方式の電源と組み合わせた場合は、全体の入力電流Iinにおいて高調波成分が増加する傾向にあった。また、PFC回路の後段に、DC−DCコンバータを搭載した場合には、高調波成分は増加しないものの、PFC回路の負荷電流が増加し、その結果、出力リップル電圧が増大するという問題があった。
Further, the method disclosed in
本発明の目的は、上述した問題を解決するものであり、力率改善回路の出力リップル電圧及び高調波成分を低減した電源システムを提供するものである。 An object of the present invention is to solve the above-described problem, and to provide a power supply system in which output ripple voltage and harmonic components of a power factor correction circuit are reduced.
本発明の電源システムは、 交流電源から供給される交流電力を整流する整流器と、前記整流器の出力電力を入力して、該入力した電力の電圧を昇圧すると共に直流電力に変換する第1の力率改善回路と、前記第1の力率改善回路によって昇圧された電圧の電圧値を電圧変換して第1の負荷に供給するコンバータとを備える第1の電源装置と、
前記整流器の出力電力を入力して、該入力した電力の電圧を平滑化して直流電力に変換し、さらに変換された直流電力の電圧を電圧変換して第2の負荷に供給する第2の電源装置と、を備え、
前記第1の力率改善回路は、前記整流器の出力電力を入力して、該入力した電力の電圧を分圧する分圧抵抗と、前記分圧抵抗によって分圧された電圧を入力して、入力した電圧をクランプするクランプ回路と、前記第1の電源装置に流れる電流と、前記第2の電源装置に流れる電流とを合成した合成電流の電流値を検出する電流検出抵抗と、前記整流器で整流された電圧を入力して、入力した電圧を直流電圧に変換する変換器と、前記クランプ回路によってクランプされた電圧と、前記電流検出抵抗で検出された電流値とを入力して、前記電流検出抵抗によって検出された電流値の波形が前記クランプされた電圧の波形と相似する波形となるように、前記変換器を制御する制御回路とを備えることを特徴とする。
The power supply system of the present invention includes a rectifier that rectifies AC power supplied from an AC power supply, and a first power that receives the output power of the rectifier, boosts the voltage of the input power, and converts it into DC power. A first power supply device comprising: a rate improving circuit; and a converter for converting the voltage value of the voltage boosted by the first power factor improving circuit and supplying the voltage to the first load;
A second power supply for inputting the output power of the rectifier, smoothing the voltage of the input power to convert it to DC power, and further converting the voltage of the converted DC power to voltage and supplying it to the second load An apparatus ,
The first power factor correction circuit receives the output power of the rectifier, inputs a voltage dividing resistor that divides the voltage of the input power, and a voltage divided by the voltage dividing resistor, A clamp circuit that clamps the generated voltage, a current detection resistor that detects a current value of a combined current obtained by synthesizing the current flowing through the first power supply device and the current flowing through the second power supply device, and rectification by the rectifier The current detection is performed by inputting a converter that converts the input voltage into a DC voltage, a voltage clamped by the clamp circuit, and a current value detected by the current detection resistor. And a control circuit that controls the converter so that the waveform of the current value detected by the resistor is similar to the waveform of the clamped voltage.
この構成によれば、第1の力率改善回路の出力リップル電圧を抑えることができ、更には、力率の悪化や高調波電流の増加を抑えることが可能となる。 According to this configuration, the output ripple voltage of the first power factor correction circuit can be suppressed, and further, it is possible to suppress the deterioration of the power factor and the increase of the harmonic current.
また、本発明の電源システムにおいて、前記第2の電源装置は、前記整流器の出力電力を入力して電圧を平滑する、ダイオード及びコンデンサを備える平滑回路を有し、前記平滑回路は、前記ダイオードの後段であって前記コンデンサの前段に、前記第2の電源装置の出力リップル電圧を低減するためのチョークコイルを備える。 Further, in the power supply system of the present invention, the second power supply device includes a smoothing circuit including a diode and a capacitor that receives the output power of the rectifier and smoothes the voltage, and the smoothing circuit includes the diode of the diode. A choke coil for reducing the output ripple voltage of the second power supply device is provided in a subsequent stage and in front of the capacitor.
この構成によれば、第2の電源装置の入力電流の導通角が広がり、更に出力リップル電圧を低減することが可能となる。 According to this configuration, the conduction angle of the input current of the second power supply device is widened, and the output ripple voltage can be further reduced.
また、本発明の電源システムにおいて、前記第2の電源装置は、前記整流器の出力電力を入力して電圧を平滑するダイオードと、前記ダイオードで平滑された電圧を入力して、該入力した電圧を平滑して前記第2の電源装置の出力リップル電圧を低減する部分平滑回路とを備える平滑回路を備える。 Further, in the power supply system of the present invention, the second power supply device receives a diode smoothed by inputting the output power of the rectifier and a voltage smoothed by the diode, and the inputted voltage is A smoothing circuit including a partial smoothing circuit that smoothes and reduces an output ripple voltage of the second power supply device.
この構成によれば、第2の電源装置の入力電流の導通角が広がり、更に出力リップル電圧を低減することが可能となる。 According to this configuration, the conduction angle of the input current of the second power supply device is widened, and the output ripple voltage can be further reduced.
また、本発明の電源システムにおいて、前記第2の電源装置は、前記整流器の出力電力を入力するダイオードと、該ダイオードに入力される電流の導通角を制御する位相制御回路とを備える。 In the power supply system of the present invention, the second power supply device includes a diode that inputs the output power of the rectifier and a phase control circuit that controls a conduction angle of a current input to the diode .
この構成によれば、第2の電源装置の入力電流の導通角が90度以上の場合に、出力リップル電圧を低減することが可能となる。 According to this configuration, the output ripple voltage can be reduced when the conduction angle of the input current of the second power supply device is 90 degrees or more.
また、本発明の電源システムにおいて、前記第2の電源装置は、前記整流器の出力電力を入力し、入力した電力の電圧を該電圧よりも低い電圧に変換して前記第2の負荷に出力することで、前記第2の電源装置に電流が流れる期間を調整する降圧チョッパ回路を備える。 In the power supply system of the present invention, the second power supply device receives the output power of the rectifier, converts the voltage of the input power to a voltage lower than the voltage, and outputs the voltage to the second load. Thus, a step-down chopper circuit for adjusting a period during which a current flows in the second power supply device is provided.
この構成によれば、交流電源からの電圧が出力電圧よりも高い期間にのみ、第2の電源装置に電流が流れるようにすることができ、第2の電源装置の入力電流の導通角を広くして、更にリップル電圧を低減することが可能とある。 According to this configuration, only when the voltage from the AC power supply is higher than the output voltage, current can flow through the second power supply device, and the conduction angle of the input current of the second power supply device can be widened. Thus, it is possible to further reduce the ripple voltage.
また、本発明の電源システムにおいて、前記変換器から前記コンバータに出力される電圧のリップル電圧を検出するリップル検出回路と、前記リップル検出回路で検出されるリップル電圧に応じて、前記降圧チョッパ回路の出力電圧を制御する制御回路と、を備える。 In the power supply system of the present invention, a ripple detection circuit that detects a ripple voltage of the voltage output from the converter to the converter, and the step-down chopper circuit according to the ripple voltage detected by the ripple detection circuit. And a control circuit for controlling the output voltage.
また、本発明の電源システムにおいて、前記変換器から前記コンバータに出力される電圧のリップル電圧を検出するリップル検出回路を備え、前記第2の電源装置は、上位装置から通知される、前記第2の負荷の動作モードを通知する信号と、前記リップル検出回路の検出したリップル電圧と基準値との比較結果と、前記第1の力率改善回路の入力電圧がゼロとなるタイミングを通知するゼロクロス信号とに応じて、前記交流電源から供給される交流電力の半周期における動作期間を調整する第2の力率改善回路を備える。 The power supply system according to the present invention further includes a ripple detection circuit that detects a ripple voltage of a voltage output from the converter to the converter, and the second power supply device is notified from a host device. Zero cross signal for notifying the operation mode of the load, the comparison result between the ripple voltage detected by the ripple detection circuit and the reference value, and the timing when the input voltage of the first power factor correction circuit becomes zero And a second power factor correction circuit for adjusting an operation period in a half cycle of AC power supplied from the AC power source .
また、本発明の電源システムにおいて、前記クランプ回路は、前記負荷の動作に応じて、前記クランプ回路がクランプする電圧を調整する。 In the power supply system of the present invention, the clamp circuit adjusts a voltage clamped by the clamp circuit according to the operation of the load.
この構成によれば、負荷の動作に応じて、クランプ電圧を調整して出力リップル電圧を抑えることで、第1の電源装置の出力電圧の変化によって負荷の動作に影響を及ぼすことが抑制される。 According to this configuration, the clamp voltage is adjusted according to the operation of the load to suppress the output ripple voltage, thereby suppressing the influence on the operation of the load due to the change in the output voltage of the first power supply device. .
本発明によれば、第1の力率平滑回路の出力リップル電圧を抑えることができ、更には、力率の悪化や高調波電流の増加を抑えることが可能となる。 According to the present invention, the output ripple voltage of the first power factor smoothing circuit can be suppressed, and further, the deterioration of the power factor and the increase of the harmonic current can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る電源システムを用いた画像形成装置の構成を示す図である。図1における画像形成装置内の電源システム100は、ドライブモータ、スキャナモータ、ファン等の駆動系負荷120に電力を供給する第1電源装置1と、コントローラ、画像処理装置、FAX等のCPUを含む制御系負荷130に電力を供給する第2電源装置2とにより構成される。駆動系負荷120における負荷電力は、画像形成装置が画像出力しているときに大きく、待機状態では小さくなる。一方、制御系負荷130における負荷電力は、待機状態と画像出力中とで大きな差はないが、省エネルギーのモードに移行すると小さくなる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an image forming apparatus using a power supply system according to an embodiment of the present invention. A
図2は、電源システム100の基本的な回路図である。図1に示す電源システム100において、第1電源装置1は、商用電源200から供給される交流電力を直流に変換して駆動系負荷120に供給するものであり、PFC回路10と、整流器40及びDC−DCコンバータ50によって構成される。これらのうち、PFC回路10は、電圧検出回路12、電流検出回路14、クランプ回路16、PFC制御回路18、出力電圧検出回路20、チョークコイルL1、トランジスタQ1、ダイオードD1及び平滑コンデンサC1により構成される。一方、第2電源装置2は、商用電源200から供給される電力を制御系負荷130に供給するものであり、ダイオード3及びDC−DCコンバータ62により構成され、商用電源200からDC−DCコンバータ62への入力電流経路がPFC回路10内の電流検出回路14及びダイオードD3を経由するように接続されている。
FIG. 2 is a basic circuit diagram of the
PFC回路10内のクランプ回路16は、入力電圧波形のピーク値を設定されたクランプ電圧に抑える。これにより、PFC回路10の出力リップル電圧を抑えることができ、更には、力率の悪化や高調波電流の増加を抑えることが可能となる。また、平滑コンデンサC1の容量を大きくする必要がないため、装置の大型化やPFC回路10の起動時間が増加することもない。
The
以下、電源システム100の実施例を説明する。
Hereinafter, an embodiment of the
(第1実施例)
図3は、第1実施例における電源システムの回路図である。整流器40は、商用電源200からの交流電力に対して、全波整流方式による整流を行い、PFC回路10へ供給する。
(First embodiment)
FIG. 3 is a circuit diagram of the power supply system in the first embodiment. The
PFC回路10は、抵抗R2及びR3からなる電圧検出回路と、ツェナーダイオードD2からなるクランプ回路21と、抵抗R1からなる電流検出回路と、抵抗R4及びR5からなる出力電圧検出回路と、PFC制御回路を構成するPFC回路制御IC22と、チョークコイルL1、トランジスタQ1、ダイオードD1及び平滑コンデンサC1からなる昇圧コンバータとによって構成される。
The
このPFC回路10は、出力電圧を入力電圧より高い電圧に昇圧するとともに、入力電流を入力電圧と相似の正弦波にすることによって力率を改善する。クランプ回路21は、入力電圧検出回路の後段に接続されており、当該入力電圧検出回路を構成する抵抗R2及びR3によって分圧された入力電圧波形のピーク値付近をクランプし、補正した基準電圧をPFC回路制御IC22に入力させている。PFC回路制御IC22は、この基準電圧に基づいて、PFC回路10の入力電流を制御する。
The
PFC回路10によって昇圧された電圧は、後段のDC−DCコンバータ50に入力される。DC−DCコンバータ50は、入力電圧を駆動系負荷120の動作に必要な電圧まで絶縁、降圧し、当該駆動系負荷120に供給する。DC−DCコンバータ50は、一般的なフライバックコンバータ、フィードフォワードコンバータ、プッシュプルコンバータ、ハープブリッジコンバータ等を適宜選択して使用することが可能である。
The voltage boosted by the
第2電源装置2内のDC−DCコンバータ62は、前段のダイオードD3及び平滑コンデンサC2からなる平滑回路によって平滑された電圧を入力し、制御系負荷130の動作に必要な電圧まで絶縁、降圧し、当該制御系負荷130に供給する。DC−DCコンバータ50と同様、DC−DCコンバータ62も回路形式は問わない。
The DC-
第2電源装置2の入力側は、整流器40の+出力側と、PFC回路10内の電流検出回路を構成する抵抗R1の出力側とに接続されている。これにより、図4(a)に示すように、抵抗R1における電流は、PFC回路10の入力電流Iin1と第2電源装置2の入力電流Iin2とを合成したものとなり、PFC回路制御IC22は、この合成電流の波形が、基準電圧の波形と相似になるように制御する。その結果、入力電流Iin1の波形は、整流器40の出力である全体の入力電流Iinから第2電源装置2の入力電流Iin2を減算した波形となる。
The input side of the second
ここで、PFC回路10の出力リップル電圧は、入力電圧のピークと入力電流のピークとが一致し、そのピーク値が大きいことに起因して発生する。図4(b)は、PFC回路10の入力電圧Vin、入力電流Iin1、入力電力Pi及び出力電力Poと、平滑コンデンサC1の電流Ic及びリップル電圧Vrを示す。PFC回路10の入力電流Iin1は、クランプ回路21及び第2電源装置2の電流により、ピーク部分が凹んだ波形となっている。このため、入力電力Pinのピーク値は小さくなり、その結果、PFC回路10の出力リップル電圧も小さくすることが可能となる。
Here, the output ripple voltage of the
(第2実施例)
図5は、第2実施例における第2電源装置2の回路図である。なお、本実施例においては、電源システム100における第2電源装置2以外の部分は、第1実施例と同様である。本実施例では、ダイオードD3及び平滑コンデンサC2からなる平滑回路にチョークコイルL2が挿入されている。これにより、力率が改善され、第2の電源装置2の入力電流Iin2の導通角が広がり、図6の実線に示すような各部の波形となり、第1実施例の場合(図6の点線)よりも更に出力リップル電圧を低減することが可能である。
(Second embodiment)
FIG. 5 is a circuit diagram of the second
(第3実施例)
図7は、第3実施例における第2電源装置2の回路図である。なお、本実施例においても、電源システム100における第2電源装置2以外の部分は、第1実施例と同様である。本実施例では、ダイオードD3、D4、D5、D6とコンデンサC2、C3からなる平滑回路が用いられている。これらのうち、ダイオードD4、D5、D6とコンデンサC2、C3とによって部分平滑回路が構成される。これにより、第2電源装置2の入力電流Iin2の導通角は第2実施例よりも広くなり、図8に示すような各部の波形となり、更に出力リップル電圧を低減することが可能である。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a circuit diagram of the second
(第4実施例)
図9は、第4実施例における第2電源装置2の回路図である。なお、本実施例においても、電源システム100における第2電源装置2以外の部分は、第1実施例と同様である。本実施例においては、第2電源装置は、ダイオードD3と位相制御回路64とにより構成される。この場合、制御系負荷130としては、画像形成装置の定着装置の熱源である、ハロゲンヒーターやセラミックヒータ等が挙げられ、第2電源装置2の入力電流Iin2の導通角が90度以上の場合に、図10に示すような各部の波形となり、出力リップル電圧を低減することが可能である。
(Fourth embodiment)
FIG. 9 is a circuit diagram of the second
(第5実施例)
図11は、第5実施例における第2電源装置2の回路図である。なお、本実施例においても、電源システム100における第2電源装置2以外の部分は、第1実施例と同様である。本実施例においては、第2電源装置2は、ダイオードD3、D4、コンデンサC2、C3、トランジスタQ2、チョークコイルL2と、トランジスタQ2によるスイッチングを制御する制御回路65により構成される降圧チョッパ回路である。この降圧チョッパ回路は、入力電力を断続させ、入力電圧より低い電圧を出力する。このため、商用電源200からの交流電圧が出力電圧よりも高い期間にのみ電流が流れることになる。これにより、入力電流Iin2の導通角は広くなり、図12に示すような各部の波形となり、更にリップル電圧を低減することが可能である。
(5th Example)
FIG. 11 is a circuit diagram of the second
(第6実施例)
図13は、第6実施例における電源システム100の回路図である。本実施例では、第1実施例と比較すると、クランプ回路21がツェナーダイオードD2、D3とスイッチSWとにより構成される点が異なる。
(Sixth embodiment)
FIG. 13 is a circuit diagram of the
ツェナーダイオードD2の降伏電圧は、ツェナーダイオードD3の降伏電圧よりも大きくなるように設定されている。また、スイッチSWは、切り替え信号発生器23からの切り替え信号に基づいて、ツェナーダイオードD3の接続、非接続を切り替える。具体的には、画像形成装置を制御するCPUは、当該画像形成装置が動作モードのときに切り替え信号発生器23に切り替え信号を発生させる制御を行う。切り替え信号発生器23は、この制御により切り替え信号を発生し、スイッチSWは、ツェナーダイオードD3を接続させる。
The breakdown voltage of the Zener diode D2 is set to be larger than the breakdown voltage of the Zener diode D3. The switch SW switches connection / disconnection of the Zener diode D <b> 3 based on the switching signal from the
これにより、画像形成装置が動作モードの場合に、出力リップル電圧を小さくし、出力電圧の変化によって当該画像形成装置が形成する画像に影響を及ぼすことが抑制される。図14は、クランプ回路21において、ツェナーダイオードD2によるクランプが行われる場合(図14(a))と、ツェナーダイオードD3によるクランプが行われる場合(図14(b))とにおける、PFC回路10の入力電流Iin1、第2電源装置2の入力電流Iin2、整流器40の出力である全体の入力電流Iinを示す図である。これらの図に示すように、ツェナーダイオードD3が接続され、当該ツェナーダイオードD3によるクランプが行われる場合には、ツェナーダイオードD2によるクランプが行われる場合よりも、全体の入力電流Iinの波形がつぶれた形になるため、相対的に力率は低下し、高調波成分が増加する。但し、画像形成装置が動作モードの場合には、大電流を必要とする負荷が動作しており、基本波電流が大きくなるため、画像形成装置全体の電流に対して高調波成分の増加は相対的に小さいものとなり、装置全体としては無視することができる。
Accordingly, when the image forming apparatus is in the operation mode, the output ripple voltage is reduced, and the change in the output voltage is prevented from affecting the image formed by the image forming apparatus. FIG. 14 shows the
(第7実施例)
図15は、第7実施例における電源システム100の回路図である。本実施例では、第1実施例と比較すると、第1電源装置1内のPFC回路10の出力リップル電圧を検出するリップル検出回路34を有するとともに、第2電源装置2におけるDC−DCコンバータ62の前段に降圧チョッパ回路が構成されている点が異なる。降圧チョッパ回路は、ダイオードD3、D4、コンデンサC2、C3、トランジスタQ2、チョークコイルL2、抵抗R6、R7、電圧指示回路35、アンプAP、トランジスタQ2によるスイッチングを制御する制御回路65により構成される。
(Seventh embodiment)
FIG. 15 is a circuit diagram of the
降圧チョッパ回路の出力電圧は、リップル検出回路34によって検出されるPFC回路10の出力リップル電圧に応じて、電圧指示回路35、アンプAP及び制御回路36によって制御される。具体的には、降圧チョッパ回路の出力電圧は、PFC回路10の出力リップル電圧が高い場合には低くなり、PFC回路10の出力リップル電圧が高い場合には低くなるように調整される。
The output voltage of the step-down chopper circuit is controlled by the
図16は、PFC回路10の入力電圧Vin、第2電源装置2の入力電流Iin2、PFC回路10の入力電流Iin1、入力電力Pi及び出力電力Po、平滑コンデンサC1の電流Ic及びリップル電圧Vrを示す。実線は降圧チョッパ回路の出力電圧Vout2が高い場合であり、点線は低い場合である。第2電源装置2の入力電流Iin2の導通角は、PFC回路10の出力リップル電圧が高い場合には広く、PFC回路10の出力リップル電圧が低い場合には狭く調整され、その結果、PFC回路10の出力リップル電圧はほぼ一定の値になる。この場合、降圧チョッパ回路の出力電圧Vout2は変化するが、後段のDC−DCコンバータ62により調整され、制御系負荷130には一定の電圧が供給される。
FIG. 16 shows the input voltage Vin of the
(第8実施例)
図17は、第8実施例における電源システム100の回路図である。本実施例では、第7実施例と比較すると、第2電源装置2におけるDC−DCコンバータ62の前段にPFC回路が構成されている点が異なる。
(Eighth embodiment)
FIG. 17 is a circuit diagram of the
第2電源装置2内のPFC回路は、電圧検出回路63、電流検出回路64、PFC制御回路66、出力電圧検出回路68、当該PFC回路の動作及び停止の操作を外部から可能とするオン・オフ端子T1、トランジスタQ3、ダイオードD4及び平滑コンデンサC5により構成される。オン・オフ端子T1は、オン・オフ信号発生器70からの信号に基づいて、オン、オフを調整する。具体的には、オン・オフ信号発生器70は、画像形成装置を制御するCPUからの動作モードの切り替えを通知する信号(動作モード切替信号)、PFC回路10の入力電圧Vinからタイミングをとるゼロクロス信号、及び、リップル検出回路24によって検出されるPFC回路10の出力リップル電圧と基準値との比較結果に基づいて、商用電源200からの交流電圧の半周期における第2電源装置2内のPFC回路の動作期間を調整すべく、オン・オフ端子T1の切替を制御する。
The PFC circuit in the second
図18は、第8実施例におけるPFC回路10の入力電圧Vin、第2電源装置2の入力電流Iin2、PFC回路10の入力電流Iin1、入力電力Pi及び出力電力Po、平滑コンデンサC1の電流Ic及びリップル電圧Vrを示す。実線は第2電源装置2内のPFC回路の動作期間が長い場合であり、点線は短い場合である。第2電源装置2内のPFC回路の出力電圧は変化するが、後段のDC−DCコンバータ62により調整され、制御系負荷130には一定の電圧が供給される。
18 shows the input voltage Vin of the
(第9実施例)
図19は、第9実施例における電源システム100の回路図である。本実施例では、複数の第2電源装置2〜2nが構成されている。第2電源装置2〜2nは、同一の構成でも良く、上述した各実施例に挙げた第2電源装置2を複数組み合わせてもよい。PFC回路10には、第2電源装置2〜2nの入力電流Iin2〜Iinnの合成電流を、整流器40の出力である全体の入力電流Iinから差し引いた電流Iin1が流れ、当該PFC回路10の出力リップル電圧が低減される。
(Ninth embodiment)
FIG. 19 is a circuit diagram of the
このように、本実施形態の電源システム100は、第1電源装置1内のPFC回路10の出力リップル電圧を低減させることができ、第2電源装置2が追加される場合にも、システム全体の大型化や回路を追加することなく、力率の悪化や高調波電流の増加を抑えることが可能となる。また、平滑コンデンサC1の容量を大きくする必要がないため、PFC回路10の起動時間が増加することもない。
As described above, the
以上、説明したように、本発明に係る電源システムは、力率改善回路の出力リップル電圧及び高調波成分を低減することができ、電源システムとして有用である。 As described above, the power supply system according to the present invention can reduce the output ripple voltage and harmonic components of the power factor correction circuit, and is useful as a power supply system.
1 第1電源装置
2 第2電源装置
10 PFC回路
12 電圧検出回路
14 電流検出回路
16 クランプ回路
18 PFC制御回路
20 出力電圧検出回路
40 整流器
50 DC−DCコンバータ
100 電源システム
120 駆動系負荷
130 制御系負荷
200 商用電源
L1 チョークコイル
Q1 トランジスタ
D1、D3 ダイオード
C1 平滑コンデンサ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記整流器の出力電力を入力して、該入力した電力の電圧を平滑化して直流電力に変換し、さらに変換された直流電力の電圧を電圧変換して第2の負荷に供給する第2の電源装置と、を備え、
前記第1の力率改善回路は、前記整流器の出力電力を入力して、該入力した電力の電圧を分圧する分圧抵抗と、前記分圧抵抗によって分圧された電圧を入力して、入力した電圧をクランプするクランプ回路と、前記第1の電源装置に流れる電流と、前記第2の電源装置に流れる電流とを合成した合成電流の電流値を検出する電流検出抵抗と、前記整流器で整流された電圧を入力して、入力した電圧を直流電圧に変換する変換器と、前記クランプ回路によってクランプされた電圧と、前記電流検出抵抗で検出された電流値とを入力して、前記電流検出抵抗によって検出された電流値の波形が前記クランプされた電圧の波形と相似する波形となるように、前記変換器を制御する制御回路とを備えることを特徴とする電源システム。 A rectifier that rectifies AC power supplied from an AC power supply; a first power factor correction circuit that inputs the output power of the rectifier, boosts the voltage of the input power, and converts the input power into DC power; and A first power supply device comprising: a converter that converts the voltage value of the voltage boosted by the power factor correction circuit of 1 and converts the voltage value to the first load;
A second power supply for inputting the output power of the rectifier, smoothing the voltage of the input power to convert it to DC power, and further converting the voltage of the converted DC power to voltage and supplying it to the second load An apparatus ,
The first power factor correction circuit receives the output power of the rectifier, inputs a voltage dividing resistor that divides the voltage of the input power, and a voltage divided by the voltage dividing resistor, A clamp circuit that clamps the generated voltage, a current detection resistor that detects a current value of a combined current obtained by synthesizing the current flowing through the first power supply device and the current flowing through the second power supply device, and rectification by the rectifier The current detection is performed by inputting a converter that converts the input voltage into a DC voltage, a voltage clamped by the clamp circuit, and a current value detected by the current detection resistor. A power supply system comprising: a control circuit that controls the converter so that a waveform of a current value detected by a resistor has a waveform similar to the waveform of the clamped voltage .
前記リップル検出回路で検出されるリップル電圧に応じて、前記降圧チョッパ回路の出力電圧を制御する制御回路と、を備えることを特徴とする請求項5に記載の電源システム。 A ripple detection circuit for detecting a ripple voltage of a voltage output from the converter to the converter;
The power supply system according to claim 5 , further comprising: a control circuit that controls an output voltage of the step-down chopper circuit in accordance with a ripple voltage detected by the ripple detection circuit .
前記第2の電源装置は、上位装置から通知される、前記第2の負荷の動作モードを通知する信号と、前記リップル検出回路の検出したリップル電圧と基準値との比較結果と、前記第1の力率改善回路の入力電圧がゼロとなるタイミングを通知するゼロクロス信号とに応じて、前記交流電源から供給される交流電力の半周期における動作期間を調整する第2の力率改善回路を備えることを特徴とする請求項1に記載の電源システム。 A ripple detection circuit for detecting a ripple voltage of a voltage output from the converter to the converter;
The second power supply device is notified by a host device of a signal notifying the operation mode of the second load, a comparison result between a ripple voltage detected by the ripple detection circuit and a reference value, and the first power supply device . depending of the zero-crossing signal input voltage of the power factor correction circuit notifies the timing becomes zero, and a second power factor correction circuit for adjusting the operation period of the half cycle of the AC power supplied from the AC power source The power supply system according to claim 1.
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