JP5101996B2 - スイッチング電源装置及びこれを搭載する画像形成装置 - Google Patents
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Description
従来から、スイッチング電源装置を搭載したシステム機器及び電子機器においては、上述した待機モード時の省電力化、高信頼性化、低価格化を図るために種々の技術が提案されている(例えば、特許文献1乃至3参照)。
特許文献1には、メカニカルリレーでオン・オフ制御する、複数電源を用いて待機モード時の省エネルギを達成する技術が開示されている。特許文献2には、同様に、メカニカルリレーでオン・オフ制御する、複数電源を用いて力率改善回路の起動時間を短縮し、動作を安定化する技術が開示されている。
また、特許文献3には、複数電源を用いて、待機モード時は第1の電源回路のスイッチング動作を停止して、待機モードの電力低減を実現する技術が開示されている。
しかし、待機モードでは第1の電源回路は商用電源が接続されないため、内部のコンデンサは空の状態となっている。そのため、待機モードから通常モードへ復帰する際、開閉器を閉じて商用電源を供給した時点から第1の電源回路の各部は充電を開始するため、出力電圧が安定し、システム全体が安定動作できるまでに遅れ時間が発生する。ユーザが操作を開始してから、目的の処理が終了するまでの時間に加算され、ユーザの待ち時間が長くなるという課題があった。
また、開閉器はメカニカルリレーを搭載することが一般的であり、メカニカルリレー特有の問題で故障が多いと言う課題があった。開閉器をサイリスタとフォトカプラの半導体リレーを搭載することも可能であるが、メカニカルリレーに比較してコスト高という課題がある。
さらに、第1の電源回路と力率改善回路のPWM制御回路の補助電源(VCC)とその起動回路を、それぞれ独立に構成する必要があり、部品点数が多くなり、コスト高となるという課題があった。
しかし、瞬断や瞬停等が補助電源回路の出力を維持している間に復旧した場合、第1の電源回路は過電流保護機能で動作停止状態を維持したままとなり、第1の電源の出力は停止状態となる。そのため電源を搭載した、システム機器・電子機器などは機能停止に陥り、障害となる。
また、頻度は少ないが、商用電源の異常状態の発生と復旧のタイミングによっては、突入電流防止等の破損を伴う可能性があり、その場合は電源装置故障となり深刻な障害となるおそれがある。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、故障しにくく、待機モード時の消費電力が少なく、しかも待機モードから通常モードへの復帰時間を大幅に短縮するスイッチング電源装置、及びこれを搭載する画像形成装置を提供することにある。
また、請求項2に記載の発明は、前記第2の電源回路は、2次側に少なくとも1つの出力と1次側に少なくとも2つの出力を有するスイッチングトランスを有し、前記1次側の出力の1つを整流して前記第2の電源回路のPWM制御回路に電力を供給し、前記1次側の出力のもう1つを整流して前記電源制御回路を経由して、前記第1の電源回路の前記PWM制御回路及び前記力率改善回路のPWM制御回路に補助電源を供給する請求項1に記載のスイッチング電源装置を特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、前記抵抗器の値を数Ω乃至数百Ωに設定する請求項3記載のスイッチング電源装置を特徴とする。
また、請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項記載のスイッチング電源装置を搭載する画像形成装置を特徴とする。
その結果、待機モードから通常モードへの遷移時間が短いスイッチング電源装置を提供でき、該スイッチング電源装置を搭載する、システム機器、電子機器においてはユーザが操作を開始してから、目的の処理が終了するまでの待ち時間を短縮し、ユーザ満足度を向上させることができる。
図1は本発明によるスイッチング電源装置の実施の形態を示す回路図である。図1において、スイッチング電源装置20は、大まかに、商用電源1、第1の整流回路2、突入防止回路3、力率改善回路4、第1の電源回路6、第2の電源回路7、1次側電源制御回路8、2次側電源制御回路9、第1の負荷10、第2の負荷11、放電回路12、オン・オフ信号端子13から構成されている。
かかるスイッチング電源装置20では、商用電源1からの入力を整流回路2で整流して、突入防止回路3を経由して、力率改善回路4に接続する。この力率改善回路4はPWM制御回路44でFET42をスイッチング制御して、力率改善回路4の出力コンデンサ51に昇圧し出力する。
出力コンデンサ51に接続された、第1の電源回路6はPWM制御回路63でFET62をスイッチング制御し、トランス61の1次巻き線61−P1の電流をオン・オフして2次巻き線61−S1に電力を誘起させ、2次側の整流器であるダイオード66、コイル67、コンデンサ68で整流平滑して出力(Vaa)を第1の負荷10に電力として供給する。
ここで、各PWM制御回路44、63には電圧の帰還制御回路、過電流保護回路及び過電圧保護回路を搭載するが、本発明の重要事項ではないため、説明を省略する。
誘起した電力を、ダイオード79とコンデンサ80で整流平滑して出力を第2の負荷11に供給する。スイッチングトランス76の1次側巻き線76−P2をダイオード78で整流してPWM制御回路75の補助電源を供給する。
さらに、スイッチングトランス76の1次側巻き線76−P3をダイオード81で整流して、電源制御回路8、9がオンの場合は、力率改善回路4及び第1の電源回路6のPWM制御回路44、63の補助電源(VCC)へ供給させて、力率改善回路4及び第1の電源回路6は、スイッチング動作し、第1の負荷10に電力を供給する。
ここで、オン・オフ信号がオフの場合、フォトカプラPC1、PC2、PC3は発光を停止し、各フォトカプラで受光側のトランジスタPC1、PC2、PC3はオフとなり、電源制御回路8の抵抗内蔵トランジスタ82はオフする。
それによって、力率改善回路4及び第1の電源回路6のPWM制御回路44、63の補助電源VCCは供給を停止され、力率改善回路4及び第1の電源回路6の動作を停止して、第1の負荷10の電力が遮断されるように構成される。
第2の電源回路7の平滑コンデンサ71と力率改善回路4の出力コンデンサ51をダイオード121と抵抗器122で構成する放電回路12で接続するように構成される。
さらに、第1の電源回路6には、コンデンサ64、抵抗器65を、第2の電源回路7には、ダイオード72、抵抗器73、コンデンサ74を含んでいる。ここでは、また、電源制御回路8には、抵抗内蔵トランジスタ82側のフォトカプラPC1を、電源制御回路9には、抵抗器92を含んでいる。
このように構成されたスイッチング電源装置において、オン・オフ信号端子13のオン・オフ信号がオフ状態からオン状態に遷移した場合、この遷移を電源制御回路9の論理IC91で受け、フォトカプラPC1、PC2、PC3の発光側に電流を流すため、電源制御回路8のPC1の受光側トランジスタはオンし、抵抗内蔵トランジスタ82がオンする。
その結果、力率改善回路4及び第1の電源回路6のPWM制御回路44、63の補助電源VCCが供給され、力率改善回路4及び第1の電源回路6は、動作を開始する。
この時、力率改善回路4の出力コンデンサ51は力率改善回路4及び第1の整流回路2を経由して、商用電源1に接続された状態であるため、この商用電源1を整流したピーク電圧付近まで充電された状態であり、出力コンデンサ51の空の状態から短時間で第1の電源回路6の出力電圧を安定に供給できる。さらに、補助電源VCCは第2の電源回路7から安定な電圧が供給されるため、短時間で第1の負荷10に安定した電圧を供給可能となる。
1次側のもう1つの出力76−P3は電源制御回路8を経由して、第1の電源回路6のPWM制御回路63及び力率改善回路4のPWM制御回路44に補助電源VCCを供給する。
その結果、3回路のPWM制御回路44、63、75にスイッチングトランス76の2つの出力から供給できるため、1回路分だけ部品を削減できる。さらに、第1の電源回路6のPWM制御回路63及び力率改善回路4のPWM制御回路44は個別の起動回路も不要で、さらに部品を削減できる効果がある。
このオフ状態により、力率改善回路4の抵抗器46、47、49、50は各接続点との接続がフォトカプラでオフされるため、電力ロスは削減され、待機モードの消費電力を充分少なくすることができる。
通常モードで動作中に、商用電源1が瞬断、瞬停など電圧異常で、第1の電源回路6の入力電圧が低下した場合、第2の電源回路7の平滑コンデンサ71からダイオード121と抵抗器122からなる放電回路12を通して、力率改善回路4の出力コンデンサ51へ放電する。
放電回路12の抵抗器122は数Ω〜数百Ωとし、平滑コンデンサ71からの放電時間を調節して、第1の電源回路6の出力停止から、第2の電源回路7の停止時間を調節して適切に設定できる。
上述した本発明によるスイッチング電源装置の実施の形態において、フォトカプラPC1、PC2、PC3の発光側を直列に接続してあるが、並列に接続して各フォトカプラに電流調整用の抵抗器を接続しても、電源制御回路8、9の機能は変わらない。
また、上述のごとく、フォトカプラは3個で説明したが、電源装置の要求仕様、電源装置を搭載するシステム機器、及び電子機器の特徴に合わせて、フォトカプラの使用個数は増減可能である。
デジタル複写機30は、図1に示したような、第1の電源回路6及び第2の電源回路7を含むスイッチング電源装置により、待機モード時にも第2の電源回路7から安定な補助電源が供給されるため、待機モードから通常モードに移行する際、短時間で安定な動作を行なえる。
その結果、デジタル複写機30は、待機モードから通常モードへの遷移時間を短くすることできる。このように、本発明によるスイッチング電源装置を搭載するデジタル複写機30においては、ユーザが操作を開始してから、目的の処理を終了するまでの待ち時間を短縮し、ユーザの満足度を向上できる。
Claims (5)
- 通常動作モードと待機モードを有する第1の負荷を駆動するための第1の電源回路と、待機モードを持たない第2の負荷を駆動するための第2の電源回路を備えたスイッチング電源装置において、
前記第1の電源回路は、第1の整流回路と突入電流防止回路に接続された力率改善回路からなる直列回路を介して商用電源に接続され、前記第2の電源回路は第2の整流回路を介して前記商用電源に接続されていると共に、
前記第2の電源回路の1次側回路から整流して得た補助電源をオン・オフする電源制御回路を備え、
前記待機モードにおいて、前記補助電源を前記電源制御回路でオフすることによって、前記力率改善回路及び前記第1の電源回路のPWM制御回路の動作を停止して前記第1の負荷への電源供給を停止させるよう構成され、
フォトカプラと論理ICで構成され、発光素子側が同時にオン・オフされるように構成した複数のフォトカプラを有し、該フォトカプラの1つは前記電源制御回路の抵抗内蔵トランジスタのオン・オフを行ない、前記フォトカプラの残りは前記力率改善回路の電圧検出抵抗器との各接続点の接続をオン・オフし、前記補助電源のオフ時に、前記電圧検出抵抗器の各接続点もオフすることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記第2の電源回路は、2次側に少なくとも1つの出力と1次側に少なくとも2つの出力を有するスイッチングトランスを有し、前記1次側の出力の1つを整流して前記第2の電源回路のPWM制御回路に電力を供給し、前記1次側の出力のもう1つを整流して前記電源制御回路を経由して、前記第1の電源回路の前記PWM制御回路及び前記力率改善回路のPWM制御回路に補助電源を供給することを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。
- 前記第2の電源回路の平滑コンデンサと前記力率改善回路の出力コンデンサをダイオードと抵抗器により構成する放電回路で接続することを特徴とする請求項1または2記載のスイッチング電源装置。
- 前記抵抗器の値を数Ω乃至数百Ωに設定することを特徴とする請求項3記載のスイッチング電源装置。
- 請求項1乃至4のいずれか1項記載のスイッチング電源装置を搭載することを特徴とする画像形成装置。
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