JP5488647B2

JP5488647B2 - 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

Info

Publication number: JP5488647B2
Application number: JP2012136582A
Authority: JP
Inventors: 石男島下
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2027-11-07
Also published as: JP2012196135A

Description

本発明は、複写機、レーザプリンタのようなＯＡ機器等に使用されるスイッチング電源装置及びこれを搭載するＯＡ機器である画像形成装置に関するものである。

スイチング電源装置、システム機器、電子機器及びその制御方法、とくに、複数の電源回路を備えたスイッチング電源装置及びそれを搭載した、システム機器及び電子機器において、待機モード時の省電力化、高信頼性化、低価格化が望まれている。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。

しかしながら、特許文献１においては、通常モードと待機モードを有する第１の電源回路と待機モードを持たない第２の電源回路で電源装置を構成し、待機モード時、第１の負荷に電力提供を停止する手段として、開閉器を設けて第１の電源回路と商用電源を遮断している。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。

特許文献２において、力率改善回路及び第１の電源回路のＰＷＭ制御回路に電力を供給する補助電源（第２の電源回路）を備えているが、直流駆動リレー（開閉器）も備え、第１の電源回路のオン・オフは前記直流駆動リレー（開閉器）で商用電源の接続を開閉して行なっているため、動作中に商用電源に瞬断や瞬停等の異常が発生した場合、力率改善回路及び第１の電源回路の入力電圧は低下し、第１の電源回路の過電流保護機能で、動作を停止する。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。

特許文献３において、複数の電源回路を有し、力率改善回路及び第１の電源回路及のＰＷＭ制御回路を発振停止させることで、待機モードの消費電力低減に一定の効果があることが解説されている。しかし、力率改善回路内の抵抗器や各種部品による電力ロスが発生することで待機モード時の消費電力低減に限界があることが指摘されている。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。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、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、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、第２の電源回路は第２の整流回路を介して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１次側電源制御回路及び２次側電源制御回路を備え、前記２次側電源制御回路は、前記力率改善回路の抵抗と、前記商用電源に接続された回路との接続を、オン・オフする電源制御回路であり、前記待機モードにおいて、前記補助電源を前記１次側電源制御回路及び２次側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ことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に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。

本発明によれば、力率改善回路の出力コンデンサは力率改善回路及び第１の整流回路を経由して、商用電源に接続された状態であるため、該商用電源を整流したピーク電圧付近まで充電された状態であり、第１の電源回路及び力率改善回路のＰＷＭ制御回路に電力を供給する補助電源は第２の電源回路の１次側回路から整流して得る。このため、待機モード時でも第２の電源回路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、第１の電源回路及び力率改善回路のＰＷＭ制御回路は短時間で安定な動作を行なえる。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。

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。本発明によるスイッチング電源装置を搭載し得るシステム機器として画像形成装置であるデジタル複写機の全体構成を説明する概略図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。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。

第１の電源回路６は、商用電源１に接続された第１の整流回路２と突入電流防止回路３に接続された力率改善回路４からなる直列回路を介して商用電源１に接続される。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。

一方、第２の電源回路７は第２の整流回路７０を経由して商用電源１に接続され、平滑コンデンサ７１を充電し、ＰＷＭ制御回路７５でＦＥＴ７７をスイッチング制御して、スイッチングトランス７６の１次側巻き線７６−Ｐ１の電流をオン・オフして２次巻き線７６−Ｓ１に電力を誘起させる。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。

電源制御回路８、９は第２の負荷１１に接続されたシステム制御ユニット（図示せず）からオン・オフ信号をオン・オフ信号端子１３、論理ＩＣ９１で受けて、電源制御回路９のフォトカプラＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３の発光側をオン・オフ制御する。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。

上述した突入防止回路３には、サイリスタ３１、温度ヒューズ入り抵抗器３２、抵抗器３３、ダイオード３４を含んでいる。また、力率改善回路４には、コイル４１、ダイオード４３、コンデンサ４５、電圧検出抵抗器４６、４７、４８、４９、５０を含んでいる。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。

第２の電源回路７は、２次側に少なくとも１つの出力７６−Ｓ１と１次側に少なくとも２つの出力７６−Ｐ２、７６−Ｐ３を有するスイッチングトランス７６を有している。１次側の１つの出力７６−Ｐ２を、第２の電源回路７のＰＷＭ制御回路７５に電力として供給する。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。

また、オン・オフ信号端子１３でオン・オフ信号をオフ状態にし、第１の負荷１０への電力供給を停止する場合、電源制御回路９のフォトカプラＰＣ２、ＰＣ３の発光も停止し、各受光側トランジスタはオフ状態となる。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。

この放電によって、第２の電源回路７の動作を停止させる。結果的に、第１の電源回路６のＰＷＭ制御回路６３への補助電源ＶＣＣの供給は無くなり、ＰＷＭ制御回路６３はリセットされ、入力電圧低下で過電流を検出した場合でも、リセットされ、商用電源１が正常に復旧した時点で、正常に再起動が行なわれる。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。

図２は本発明によるスイッチング電源装置を搭載し得るシステム機器として画像形成装置であるデジタル複写機の全体構成を説明する概略図である。図２において、デジタル複写機３０は、原稿を載置する原稿載置台３５と、この原稿載置台３５上の原稿画像を読み取る走査光学系３６と、画像データを書き込むレーザ書き込み部３７と、このレーザ書き込み部３７のレーザ光を受けて静電潜像を形成する感光体３８と、この感光体３８を一様に帯電する帯電チャージャ３９と、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、ＢＫ（ブラック）の４色を有し、感光体３８の静電潜像を現像する現像装置５２とを含んでいる。

また、デジタル複写機３０は、記録媒体を巻き付ける転写ドラム５３と、現像されたトナー像を記録媒体に転写するための転写チャージャ５４と、感光体３８上の未転写のトナーを除去するクリーニング装置５５と、記録媒体上のトナー像の定着を行なう定着装置５６と、定着された記録媒体を排紙するための排紙トレイ５７と、記録媒体を給紙する給紙装置５８とを含んでいる。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。

１商用電源、２整流回路、３突入電流防止回路、４力率改善回路、６第１の電源回路、７第２の電源回路、８電源制御回路、９電源制御回路、１０第１の負荷、１１第２の負荷、１２放電回路、４４ＰＷＭ制御回路、４６、４７、４８、４９、５０電圧検出抵抗器、５１出力コンデンサ、６１トランス、６１−Ｐ１１次側回路（１次側巻き線）、６１−Ｓ１２次側回路（２次側巻き線）、６３ＰＷＭ制御回路、７０第２の整流回路、７１平滑コンデンサ、７５ＰＷＭ制御回路、７６スイッチングトランス、７６−Ｐ１１次側回路（１次側巻き線）、７６−Ｐ３１次側回路（１次側巻き線）、７６−Ｓ１２次側回路（２次側巻き線）、８２抵抗内蔵トランジスタ、９１論理ＩＣ、１２１ダイオード、１２２抵抗器、ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３フォトカプラ、ＶＣＣ補助電源

特開２００６−１２９６５１公報特開２００４−７２８１４公報特許第３４６６３５１号明細書

Claims

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１次側電源制御回路及び２次側電源制御回路を備え、
前記２次側電源制御回路は、前記力率改善回路の抵抗と、前記商用電源に接続された回路との接続を、オン・オフする電源制御回路であり、
前記待機モードにおいて、前記補助電源を前記１次側電源制御回路及び２次側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ことを特徴とするスイッチング電源装置。
請求項１に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。