JP5701292B2 - 電流共振電源 - Google Patents
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Description
まず、図7に示す回路図を用いて電流共振方式の電源装置(以下、電流共振電源装置という)の基本的な動作について説明する。図中の101はインレット、102はヒューズ、103はコモンモードコイル、104は整流ダイオードブリッジ、105は1次平滑コンデンサ、106と107はスイッチング素子としてのFETである。また、108は電流共振用のコンデンサ、109は電流検知用の抵抗、110は電源の動作を制御する制御IC、111は起動抵抗、112は抵抗、113はダイオード、114はコンデンサ、115はトランス、116はトランス115の1次巻線、117はトランス115の補助巻線、118と119はトランス115の2次巻線、120と121は整流ダイオード、122は平滑コンデンサ、123はフォトカプラ、124はシャントレギュレータ、125と126はレギュレーション抵抗、127は電圧出力部、128は電源装置に接続される負荷である。
1次平滑コンデンサ105→FET106→トランス115の1次巻線116→電流共振コンデンサ108→電流検出抵抗109→1次平滑コンデンサ105の経路で電流が流れる。
(状態2)FET106がオン→オフ状態でFET107がオフ状態
次に、FET106がオン状態からオフ状態になっても、トランス115の1次巻線116を流れる電流を維持しようと働くため、トランス115の1次巻線116→電流共振コンデンサ108→FET107に内蔵の寄生ダイオードの経路で電流が流れる。
(状態3)FET106がオフ状態でFET107がオフ→オン状態
次に、状態2の状態でFET107をオン状態にしても、引き続きトランス115の1次巻線116→電流共振コンデンサ108→FET107の経路で電流が流れる。ただし、トランス115の漏洩インダクタンスと電流共振コンデンサ108との共振作用により、次第に電流の流れは、電流共振コンデンサ108→トランス115の1次巻線116→FET107の経路に変化する。
(状態4)FET106がオフ状態でFET107がオフ状態
次に、状態3のまま、FET107をオフ状態にしても、トランス115の1次巻線116を流れる電流は維持しようと働き、トランス115の1次巻線116→FET106に内蔵の寄生ダイオード→1次平滑コンデンサ105の経路で電流が流れる。
(状態5)FET106がオフ→オン状態、FET107がオフ状態
Icd=(Ccd/(Ccd+Cr))×I ・・・ 式1
Cr:電流共振コンデンサ108の静電容量
Ccd:コンデンサ201の静電容量
そして、過電流検出回路として、入力AC電圧補正回路を無視し、電流検出回路だけの動作を考えた場合には、この電流Icdによって、抵抗205の両端に発生する電圧をVcdは、以下の式2で示される。
Vcd=Icd×Rcd ・・・ 式2
Rcd:抵抗205の抵抗値
(ただし、OCP端子以降の抵抗成分を無視した場合。)
なお、電流Iのピーク値をIpeakとした場合、Ipeakは以下の式3、式4、式5で表すことができる。
Ipeak=Vdch/X 式(3)
Vdch:Vdch:1次電解コンデンサ105の+端子電圧
X:トランス115の漏洩インダクタンスと電流共振コンデンサ108の合成リアクタンス
そして、
X=2×Π×f×Lr−1/(2×Π×f×Cr) ・・・ 式(4)
f:電源制御IC110で制御されるスイッチングFET106、107のスイッチング周波数
Lr:トランス115の漏洩インダクタンス
Cr:電流共振コンデンサ108の容量
つまり、
Ipeak
= Vdch/(2×Π×f×Lr−1/(2×Π×f×Cr))・・・式5
となる。
Vacr=((R205/(R205+R302))×Vdch×オン_DUTY)/(オン_DUTY+R/R205×オフ_DUTY)・・・式6
R205:抵抗205の抵抗値
R302:抵抗302の抵抗値
R:抵抗205と抵抗302の合成抵抗
Vdch:1次電解コンデンサ105の+端子電圧
オン_DUTY:スイッチングFET107がオン状態のときのDUTY比
オフ_DUTY:スイッチングFET107がオフ状態のときのDUTY比(ただし、 ダイオード301の順方向電圧は無視した場合。)
Vacr=((R205/(R205+R302))×Vdch×オン_DUTY)/(オン_DUTY+オフ_DUTY)・・・式7
Vocp≒Vcd+Vacr ・・・式8
・波形401
入力AC電圧が高く、入力AC電圧補正回路有りの場合のVocpの波形である。
・波形402
入力AC電圧が高く、入力AC電圧補正回路無しの場合のVocpの波形である。
・波形403
入力AC電圧が低く、入力AC電圧補正回路有りの場合のVocpの波形である。
・波形404
入力AC電圧が低く、入力AC電圧補正回路無しの場合のVocpの波形である。
波形401は、波形402に入力AC補正電圧が加算された波形となっている。この際の補正量は、入力AC電圧が高いため大きくなる。一方、波形403は、波形404に入力AC補正電圧が加算された波形となっている。この際の補正量は、入力AC電圧が低いため小さくなる。そして、入力AC補正電圧が加算された波形401と波形403の電圧は同じ値になる。このように、Vocpが入力AC電圧によらず一定になるようにすることで負荷128の電流が常に一定で過電流保護動作をかけることが可能となるのである。
上記の実施例1乃至実施例3で説明した電流共振電源を例えば、レーザビームプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置における低電圧電源として適用することができる。画像形成装置における制御部としてのコントローラへの電力供給、また、各種駆動部としてのモータに電力供給するための電源として適用可能である。
106、107 FET
108 電流共振コンデンサ
109 電流検知抵抗
110 電源制御IC
115 トランス
116 トランス115の1次巻線
117 トランス115の補助巻線
118、119 トランス115の2次巻き線
120、121 整流ダイオード
127 電圧出力部
128 負荷
201 電流検出コンデンサ
202、203、301 ダイオード
204 コンデンサ
205、302 抵抗
Claims (10)
- 直列に接続された二つのスイッチング素子と、前記二つのスイッチング素子の接続点と1次巻線の一端が接続されたトランスと、前記1次巻線の他端と接続された共振コンデンサと、前記二つのスイッチング素子を交互に動作することにより前記1次巻線と前記共振コンデンサを共振させて、前記トランスの2次巻線に交流電圧を誘起する電流共振電源であって、
前記1次巻線の他端と前記共振コンデンサとの間に接続され、前記トランスの1次側に流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記1次巻線の一端と前記二つのスイッチング素子の前記接続点の間、及び前記電流検出回路に接続され、前記トランスの1次側の入力電圧の変化に応じて前記電流検出回路によって検出される電流を補正する電流補正回路と、を有し、
前記電流補正回路によって補正された電流に応じた値が閾値以上になると前記二つのスイッチング素子の動作を停止することを特徴とする電流共振電源。 - 前記二つのスイッチング素子の動作を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記補正された電流に応じた値が閾値以上である場合に、前記二つのスイッチング素子の動作を停止することを特徴とする請求項1に記載の電流共振電源。 - 前記トランスは、前記制御部に電圧を供給するための補助巻線を有し、
前記トランスの一次側の入力電圧のオフを検知して、前記補助巻線から前記制御部への電圧供給をオフする電圧供給制御部を有することを特徴とする請求項2に記載の電流共振電源。 - 前記トランスの一次側の入力電圧をオンオフし、且つ、前記電圧供給制御部の起動電圧の供給をオンオフするスイッチを有し、
前記電圧供給制御部は、前記スイッチのオフを検知して前記補助巻線から前記制御部への電圧の供給をオフすることを特徴とする請求項3に記載の電流共振電源。 - 前記電流検出回路は、二つのコンデンサと二つのダイオードと一つの抵抗素子を接続した回路であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電流共振電源。
- 前記電流補正回路は、一つのダイオードと一つの抵抗素子と一つのコンデンサを接続した回路であり、該一つのコンデンサは、前記電流検出回路の前記二つのコンデンサのうちの1つと共有されることを特徴とする請求項5項に記載に電流共振電源。
- 他の電源で生成した電圧を、前記制御部の電源電圧として供給するためのスイッチを有し、
外部からの信号に応じて、前記スイッチをオフして前記制御部への電源電圧を供給を停止することを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の電流共振電源。 - 前記電流検出回路は、前記電流共振電源に入力される交流電圧に反比例した第一の値を検出し、前記電流補正回路は、前記入力される交流電圧に比例した第2の値を検出し、前記第1の値と前記第2の値を加算した値を、前記補正された電流に応じた値として検出することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電流共振電源。
- 画像を形成するための画像形成装置において、
前記画像形成装置に電力を供給する電流共振電源を有し、
前記電流共振電源は、
直列に接続された二つのスイッチング素子と、前記二つのスイッチング素子の接続点と1次巻線の一端が接続されたトランスと、前記1次巻線の他端と接続された共振コンデンサと、前記二つのスイッチング素子を交互に動作することにより前記1次巻線と前記共振コンデンサを共振させて、前記トランスの2次巻線に交流電圧を誘起し、
前記1次巻線の他端と前記共振コンデンサとの間に接続され、前記トランスの1次側に流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記1次巻線の一端と前記二つのスイッチング素子の前記接続点の間、及び前記電流検出回路に接続され、前記トランスの1次側の入力電圧の変化に応じて前記電流検出回路によって検出される電流を補正する電流補正回路と、を有し、
前記電流補正回路によって補正された電流に応じた値が閾値以上になると前記二つのスイッチング素子の動作を停止する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記画像形成装置の動作を制御する制御手段と、
前記画像形成装置を駆動する駆動手段を有し、
前記電流共振電源は、前記制御手段又は前記駆動手段に電力を供給することを特徴とする請求項9に記載の画像形成装置。
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