JP5748526B2 - スイッチング電源 - Google Patents

Description

本発明は機器に電力を供給するスイッチング電源に関する。

図９に従来のスイッチング電源の構成を示す。図９（ａ）において、商用交流電源から入力された交流電圧（ＡＣ）は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４からなるダイオードブリッジで整流され、一次電解コンデンサＣ１で平滑される。ＡＣの電圧をＡＣ１２０Ｖｒｍｓとすると、Ｃ１の端子電圧Ｖｈは、おおむねＤＣ１７０Ｖ程度となる。Ｖｈは、トランスＴ１の一次巻線を介してスイッチング素子であるＦＥＴ１に供給される。一方Ｖｈは、ＰＷＭコントローラＣＯＮＴ１にも供給される。ＣＯＮＴ１は、Ｖｈが規定値（ここではＤＣ５０Ｖ）以上になると、ＦＥＴ１のゲート端子にパルス信号ＯＵＴを供給する。ＦＥＴ１は、このパルス信号ＯＵＴによってスイッチングを開始する。ＦＥＴ１がスイッチングを開始すると、トランスＴ１の二次巻線にパルス電圧が誘起される。このパルス電圧は、二次整流ダイオードＤ５で整流され、二次平滑コンデンサＣ２によって平滑される。以上のようにして、Ｃ２の端子電圧Ｖｏｕｔは、おおむね一定の電圧（本例ではＤＣ２４Ｖ）となる。

次に、このスイッチング電源の動作について説明する。スイッチング電源の出力電圧Ｖｏｕｔは、機器に搭載される各モジュールに供給される。機器の各モジュールとは、例えば、機器の動作を制御するＣＰＵやＡＳＩＣからなる制御装置ＣＯＮＴ２や、モータやソレノイド等の能動デバイスであるアクチュエータＭである。制御装置ＣＯＮＴ２からアクチュエータＭには、制御信号ＭＴＲが供給される。制御装置ＣＯＮＴ２はＭＴＲ信号をＨｉｇｈレベル（以下、Ｈレベルという）にしてアクチュエータＭを駆動する。逆に、ＭＴＲ信号をＬｏｗレベル（以下、Ｌレベルという）としてアクチュエータＭを停止させる。このようなスイッチング電源の構成については、特許文献１に開示されている。

特開平１０−６６３３４号公報

前述のスイッチング電源では、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をＯＦＦした際に以下に説明するような課題がある。図９（ｂ）を用いてスイッチＳＷ１，ＳＷ２をＯＦＦした際の動作を説明する。図９（ｂ）において、時刻ｔ１でＳＷ１，ＳＷ２がＯＦＦされると、商用交流電源ＡＣからの電力供給（交流電圧）が断たれる。時刻ｔ１以降、スイッチング電源は一次電解コンデンサＣ１に蓄積された電力（電荷）によって動作する。コンデンサＣ１の端子電圧Ｖｈは、ＤＣ１７０Ｖから徐々に低下していく。このＶｈが規定値（ここではＤＣ５０Ｖ）を下回った時刻ｔ２で、ＰＷＭコントローラＣＯＮＴ１がＯＵＴ信号の出力を停止する。するとスイッチング電源の出力電圧Ｖｏｕｔが低下し、電源（機器）はＯＦＦ状態となる。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間ｔ２−ｔ１は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をＯＦＦしているにも関わらず、スイッチング電源の出力電圧Ｖｏｕｔが発生していることになる。また、時間ｔ２−ｔ１は、スイッチング電源の出力電力が小さいほど長くなる。具体的には、制御装置ＣＯＮＴ２と、アクチュエータＭが消費する電力が小さいほど、時間ｔ２−ｔ１は長くなる。

昨今、機器の待機時の消費電力の低減がより求められている。待機時、アクチュエータＭを停止し、制御装置ＣＯＮＴ２も省電力モードにするなどの工夫がなされており、待機電力は非常に小さい。従って、前述した時間ｔ２−ｔ１は非常に長くなる。例えば、この時間ｔ２−ｔ１が数十秒になることもある。

ここで、例えば機器がＰＣやその他の情報機器であれば、ユーザがＰＣ等のメモリを増設する場合がある。増設するメモリや、情報機器自身の信頼性を確保するためも、メモリを増設する場合にはＶｏｕｔが零になっているときに行うことが望ましい。これはＶｏｕｔが零になっていない状態でメモリを増設しようとすると、電荷が残った状態（通電した状態）でメモリが増設される（活線挿抜とも呼ばれる）ため、メモリが破壊される可能性がある。したがって、この活線挿抜を回避する必要がある。

そこで、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をＯＦＦしてからメモリの増設を行うようにすればよいが、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をＯＦＦしてもすぐにＶｏｕｔは低下しない。Ｖｏｕｔが低下するまでの時間ｔ２−ｔ１は、ユーザがメモリを増設することができず、Ｖｏｕｔが零になるまで（一次電解コンデンサＣ１に蓄積された電荷が零になるまで）待たなければならない。これでは、メモリ増設時に時に待ち時間が発生するためユーザビリティが良くない。

この待ち時間は、メモリ増設時に限らず、例えば、サービスマンによる機器のメンテナンス時や、機器の再起動が必要な場合等、種々の場面でユーザビリティが低下する要因となる。

この課題を解決するために、図１０に示す機器が提案されている。図１０において、商用交流電源ＡＣからの交流電圧は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点を介して、ダイオードＤ６、抵抗Ｒ７、フォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤ側に供給されている。ＰＣ−Ａのフォトトランジスタ側は、ＣＯＮＴ２にＡＮＳ信号として供給される構成である。この回路の動作波形を図１１に示す。図１１において、商用交流電源ＡＣからの交流電圧が正極性の場合、フォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤ側に電流が流れ、ＡＮＳ信号がＬレベルとなる。逆に、商用交流電源ＡＣからの交流電圧が負極性の場合、フォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤ側に電流が流れず、ＡＮＳ信号がＨレベルとなる。つまり、このＡＮＳ信号は、商用交流電源ＡＣからの交流電圧の周波数に同期したパルス信号であり、ダイオードＤ６、抵抗Ｒ７、フォトカプラＰＣ−Ａからなるこの回路は、周波数検知回路とも呼ばれる。

さて、この周波数検知回路によって時刻ｔ１でスイッチＳＷ１，ＳＷ２がオフされ、機器への商用交流電源ＡＣからの交流電圧の供給が断たれると、ＡＮＳ信号は、Ｈレベルに固定される。ＡＮＳ信号が規定時間以上、Ｈレベルを出力した場合、制御装置ＣＯＮＴ２は、商用交流電源ＡＣからの交流電圧の供給が停止されたことを判断する。しかし、この周波数検知回路による交流電圧の供給停止の検知方法（ＡＣ−ＯＦＦ検知方法ともいう）では、商用交流電源ＡＣからの交流電圧の正極性の半波において、常にフォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤ電流が流れる。これは、機器の待機時においてもフォトカプラＰＣ−Ａが電力を消費してしまうことを意味する。これでは機器の待機時のような省電力動作を意図した状態において消費電力を十分に低減できないという課題が生じる。

本発明は、上記課題を鑑みて、商用交流電源からの交流電圧の停止を検知するとともに、待機時における電源の消費電力をより低減することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明のスイッチング電源は、商用交流電源からの交流電圧を整流及び平滑した直流電圧が入力される一次巻線と、前記一次巻線に入力される前記直流電圧をスイッチングすることにより電圧が誘起される二次巻線を有するトランスと、前記トランスの前記二次巻線に誘起した電圧を整流及び平滑した直流電圧を出力するスイッチング電源において、商用交流電源からの交流電圧を整流する整流手段と、前記整流手段が整流した電圧を平滑して直流電圧として蓄積する蓄積手段と、前記スイッチング電源から出力される直流電圧が供給される制御手段からの指示に応じて第一パルス信号を生成する第一のフォトカプラと、前記第一パルス信号に応答して前記蓄積手段の電圧が供給されることにより、第二パルス信号を生成する第二のフォトカプラと、前記第二のフォトカプラにより生成された前記第二パルス信号を検出した場合に、前記制御手段に前記第二パルス信号を出力し、前記前記商用交流電源からの交流電圧がオフされたことにより、前記第二パルス信号を検出しない場合に、前記第二パルス信号の前記制御手段への出力を停止する検出手段とを有することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、画像形成手段と、前記画像形成手段を駆動する駆動手段と、前記駆動手段の動作を制御する制御手段と、商用交流電源からの交流電圧を整流及び平滑した直流電圧が入力される一次巻線と、前記一次巻線に入力される前記直流電圧をスイッチングすることにより電圧が誘起される二次巻線を有するトランスと、前記トランスの前記二次巻線に誘起した電圧を整流及び平滑した直流電圧を出力するスイッチング電源、を備え、前記スイッチング電源は、商用交流電源からの交流電圧を整流する整流手段と、前記整流手段が整流した電圧を平滑して直流電圧として蓄積する蓄積手段と、前記スイッチング電源から出力される直流電圧が供給される前記制御手段からの指示に応じて第一パルス信号を生成する第一のフォトカプラと、前記第一パルス信号に応答して前記蓄積手段の電圧が供給されることにより、第二パルス信号を生成する第二のフォトカプラと、前記第二のフォトカプラにより生成された前記第二パルス信号を検出した場合に、前記制御手段に前記第二パルス信号を出力し、前記第二パルス信号を検出しない場合に、前記第二パルス信号の前記制御手段への出力を停止する検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記応答信号の入力が停止された場合に前記交流電圧がオフされたと判断することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、商用交流電源からの交流電圧の停止を検知するとともに、待機時における電源の消費電力をより低減することができる。

実施例１のスイッチング電源回路 実施例１のスイッチング電源の動作波形 実施例２のスイッチング電源回路 実施例２のスイッチング電源の動作波形 従来の周波数検知回路、ヒータ駆動回路、スイッチング電源回路 従来のフォトカプラの動作波形 実施例３の周波数検知回路、ヒータ駆動回路、スイッチング電源回路 実施例４のスイッチング電源回路及び動作波形 従来のスイッチング電源 従来のスイッチング電源 従来のスイッチング電源の動作波形 スイッチング電源の適用例を示す図

次に、上述した課題を解決するための本発明の具体的な構成について、以下に実施例に基づき説明する。なお、以下に示す実施例は一例であって、この発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１は、実施例１のスイッチング電源の構成を示す図である。本例の特徴は、機器のスイッチング電源のスイッチがＯＦＦされたことを検出する検出回路（以下、ＡＣ−ＯＦＦ検出回路ともいう）として消費電力を低減した回路を設けた点である。本例のＡＣ−ＯＦＦ検出回路によって、スイッチのＯＦＦを検出した場合、機器のアクチュエータを駆動させてスイッチング電源の出力電力を増加させる。これにより、スイッチがＯＦＦされてからスイッチング電源の出力電圧が低下して機器がＯＦＦするまでの時間を短縮することができる。以下に本例のスイッチング電源の動作について詳細に説明する。

図１において、商用交流電源ＡＣからの交流電圧は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して、ダイオードブリッジ（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）で整流され、一次電解コンデンサＣ１で平滑される。本例において交流電圧の値をＡＣ１２０Ｖｒｍｓとすると、直流電圧を蓄積する素子としての一次電解コンデンサＣ１の端子電圧Ｖｈは、ＤＣ１７０Ｖ程度になる。端子電圧Ｖｈは、商用交流電源ＡＣから入力された電圧を変圧するトランスＴ１の一次巻線を介してスイッチング素子であるＦＥＴ１（電界効果トランジスタ）に供給される。一方、端子電圧Ｖｈは、ＰＷＭコントローラＣＯＮＴ１（以下、コントローラＣＯＮＴ１という）にも供給される。このコントローラＣＯＮＴ１は、端子電圧Ｖｈが規定値（本例ではＤＣ５０Ｖ）以上になると、ＦＥＴ１のゲート端子にパルス信号ＯＵＴを供給する。ＦＥＴ１は、これによりスイッチング動作を開始する。ＦＥＴ１がスイッチングを行うと、トランスＴ１の二次巻線にパルス電圧が誘起される。このパルス電圧は、二次整流ダイオードＤ５で整流され、二次平滑コンデンサＣ２によって平滑される。以上のようにして、二次平滑コンデンサＣ２の端子電圧Ｖｏｕｔは、略一定の電圧（本例ではＤＣ２４Ｖ）となる。

次に、本例のスイッチング電源を搭載した機器の動作を説明する。スイッチング電源の出力電圧Ｖｏｕｔは、機器の各モジュールの電源となる。機器の各モジュールとは、例えば、ＣＰＵやＡＳＩＣからなる制御部ＣＯＮＴ２や、モータやソレノイド等の能動デバイスであるアクチュエータＭであり、スイッチング電源からの電圧がこれらに供給される。制御部ＣＯＮＴ２からアクチュエータＭには、制御信号ＭＴＲが供給されている。制御部ＣＯＮＴ２は制御信号ＭＴＲをＨｉｇｈレベルにすることでアクチュエータＭを駆動する。逆に、制御信号ＭＴＲをＬｏｗレベルとすることでアクチュエータＭを停止させる。

次に、本例の特徴であるＡＣ−ＯＦＦ検知回路の構成を詳細に説明する。まず、スイッチング電源の一次側のＡＣ−ＯＦＦ検知回路の構成を説明する。商用交流電源ＡＣからの交流電圧は、抵抗Ｒ１，Ｒ２によって分圧される。従って、ダイオードＤ６のアノードには交流電圧が供給される。この交流電圧は、ダイオードＤ６及びコンデンサＣ３によって整流平滑され直流電圧Ｖｐとなる。直流電圧Ｖｐは、第一のフォトカプラＰＣ−Ｔ（フォトトランジスタ側）を介して抵抗Ｒ３、第二のフォトカプラＰＣ−Ａ（ＬＥＤ側）に供給される。一方、第一のフォトカプラＰＣ−ＴのＬＥＤ側、及び第二のフォトカプラＰＣ−Ａのフォトトランジスタ側は、スイッチング電源の二次側に接続されている。

スイッチング電源の二次側には、二次側で生成された直流電圧が供給される制御部ＣＯＮＴ２に一次側で検知した電圧を供給し、かつ、制御部ＣＯＮＴ２からの信号に応じて動作するＡＣ−ＯＦＦ検知回路がもうけられている。二次側のＡＣ−ＯＦＦ検知回路は、抵抗Ｒ４とそれに直接に接続された第一のフォトカプラＰＣ−ＴのＬＥＤ、制御部ＣＯＮＴ２からのＴＲＩＧ信号（信号線）に応じて駆動するＦＥＴ２、抵抗Ｒ５とそれに直列に接続された第二のフォトカプラＰＣ−Ａのフォトトランジスタ、制御部ＣＯＮＴ２にパルス電圧としてのＡＮＳ信号（信号線）が接続されている。

制御部ＣＯＮＴ２は、ＴＲＩＧ信号をＨｉｇｈレベル（以下、Ｈレベルという）とすることでＦＥＴ２をＯＮし、第一のフォトカプラＰＣ−ＴのＬＥＤを発行させ、第１のフォトカプラＰＣ−ＴのフォトトランジスタをＯＮさせる。逆にＴＲＩＧ信号をＬレベルとすることで、第一のフォトカプラＰＣ−ＴのフォトトランジスタをＯＦＦさせる。また、制御装置ＣＯＮＴ２には、ＡＮＳ信号が供給されている。第二のフォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤが発光した場合には、ＡＮＳ信号がＬｏｗレベル（以下、Ｌレベルという）になる。逆に第二のフォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤが消灯した場合、ＡＮＳ信号がＨレベルになる。制御部ＣＯＮＴ２は、ＴＲＩＧ信号を規定周波数、規定デューティーでＨレベルとし、第一のフォトカプラＰＣ−Ｔのフォトトランジスタを周期的にＯＮさせる。なお、以下の動作で説明するが、図２中のｔ１１〜１３、ｔ１４〜１６、ｔ１７〜１９、ｔ２０〜２２、ｔ２３〜２５、ｔ２６〜２７の期間、第一のフォトカプラＰＣ−ＴをＯＮさせている。

次に、図２を用いてＡＣ−ＯＦＦ検知回路の動作を詳細に説明する。図２において、時刻ｔ１０では、スイッチＳＷ１とＳＷ２がＯＮされ、機器に商用交流電源ＡＣから交流電圧が供給されている。よって、コンデンサＣ３は直流電圧Ｖｐに充電されている。

時刻ｔ１１において、制御部ＣＯＮＴ２が第一のフォトカプラＰＣ−ＴのフォトトランジスタをＯＮさせると、『Ｃ３』→『第一のフォトカプラＰＣ−Ｔのフォトトランジスタ側』→『Ｒ３』→『ＰＣ−ＡのＬＥＤ側』→『Ｃ３』の経路（図２中の破線で示した経路）で電流が流れ、コンデンサＣ３に充電された端子電圧が放電される。

このとき、第二のフォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤが発光し、ＡＮＳ信号がＬレベルとなる。制御部ＣＯＮＴ２は、ＡＮＳ信号がＬレベルとなったことを検出して、スイッチＷ１とＳＷ２がＯＮされていると判断する。ここでコンデンサＣ３の端子電圧は、第一のフォトカプラＰＣ−ＴのフォトトランジスタがＯＮしている間に放電され零となる（図２の時刻ｔ１２）。

時刻ｔ１３において、制御部ＣＯＮＴ２が第一のフォトカプラＰＣ−ＴのフォトトランジスタをＯＦＦさせると、コンデンサＣ３に抵抗Ｒ１およびダイオードＤ６を介して商用交流電源ＡＣからの交流電圧が供給される。よってコンデンサＣ３は、再度、直流電圧Ｖｐに充電される。

以降、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がＯＮされて、機器に商用交流電源ＡＣから電力が供給されている間（図２のｔ１４〜１６、ｔ１７〜１９、ｔ２０〜２２の期間）、同様の動作が繰り返される。すなわち、制御部ＣＯＮＴ２は、ＴＲＩＧ信号をＨレベルにした際、ただちにＡＮＳ信号がＬレベルとなることを検知して、機器に商用交流電源ＡＣから電力が供給されていると判断することができる。

さて、時刻ｔ１において、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がＯＦＦされ、商用交流電源ＡＣからの交流電圧の供給が停止された場合、コンデンサＣ３の充電は停止される。従って、コンデンサＣ３の端子電圧は上述したような電力供給時の値Ｖｐに至らず、低い電圧でホールドされることとなる（ｔ１〜ｔ２３の期間）。

そして、時刻ｔ２３において、制御部ＣＯＮＴ２が第一のフォトカプラＰＣ−ＴのフォトトランジスタをＯＮさせると、『Ｃ３』→『Ｒ３』→『第二のフォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤ側』→『Ｃ３』の経路（図２中の破線で示した経路）で電流が流れ、コンデンサＣ３の端子電圧が放電されて零となる。このとき、第二のフォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤが発光し、ＡＮＳ信号がＬレベルとなる。

さらに、時刻ｔ２５において、制御部ＣＯＮＴ２が第一のフォトカプラＰＣ−ＴのフォトトランジスタをＯＦＦさせるものの、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がＯＦＦされているため、コンデンサＣ３の端子電圧は零のままである。従って、時刻ｔ２６において制御部ＣＯＮＴ２が第一のフォトカプラＰＣ−ＴのフォトトランジスタをＯＮさせても、第二のフォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤは発光せず、ＡＮＳ信号がＨレベルのままとなる。ここで、制御部ＣＯＮＴ２は、ＴＲＩＧ信号をＨレベルにしたにもかかわらず、ＡＮＳ信号がＨレベルのままであることを検出して、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がＯＦＦされたと判断することができる。

つまり、図１で示した回路において、第一のフォトカプラと第二のフォトカプラによるパルス信号生成部による信号の伝達動作によって、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦの判断ができる。具体的には、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がＯＮした状態であれば、ＡＮＳ信号としてパルス電圧が検出され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がＯＦＦするとＡＮＳ信号としてパルス電圧が検出されなくなるため、これによりスイッチＳＷ１，ＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦの判断ができる。

制御部ＣＯＮＴ２は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がＯＦＦされたことを検出すると、アクチュエータＭの駆動を指示する信号であるＭＴＲ信号をＨレベルにしてアクチュエータＭを駆動する。すると、スイッチング電源の出力電力が増加するため、一次電解コンデンサＣ１の端子電圧Ｖｈは、ＤＣ１７０Ｖから急速に低下する。端子電圧Ｖｈが規定値（本例ではＤＣ５０Ｖ）を下回った時刻ｔ２で、コントローラＣＯＮＴ１がＯＵＴ信号を停止する。すると、スイッチング電源の出力電圧Ｖｏｕｔが低下し、機器はＯＦＦ状態となる。

以上、説明したように、上記で説明したｔ２−ｔ１の期間（時間）を短くすることができ、スイッチのＯＦＦを即座に検知して短時間でスイッチング電源をＯＦＦすることができる。

さらに、商用交流電源ＡＣからの交流電圧が機器に供給されているか否かを、第一のフォトカプラＰＣ−Ｔのフォトトランジスタによって生成されたパルス電圧によって行う。このパルス電圧を低いデューティー、かつ、低い周波数に設定することで、従来の周波数検知回路を使用した構成よりも、電力消費を低減することができる。なお、このパルス電圧のデューティーや周波数は低減する消費電力のレベル等、スイッチング電源の仕様や機器の仕様に応じて適宜設定することができる。

（実施例２）
図３に実施例２のスイッチング電源を示す。本例の特徴は、実施例１のＡＣ−ＯＦＦ検知回路の一次側に、抵抗Ｒ６、トランジスタＴｒ１、ツェナーダイオードＺＤ１からなる定電圧回路を追加した点である。実施例１で説明したＡＣ−ＯＦＦ検知回路では、商用交流電源ＡＣからの交流電圧が変動した場合、コンデンサＣ３の充電電圧が変動する。これにより、フォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤに流れる電流も変動することになる。商用交流電源ＡＣとして、例えば、ＡＣ１１５Ｖの地域と、ＡＣ２３０Ｖの地域の両方で使用可能な機器にスイッチング電源を適用する場合、商用交流電源ＡＣからの交流電圧が変動してもフォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤに流れる電流を適正に制限する必要がある。なお、ＡＣ１１５Ｖの地域であっても、商用交流電源ＡＣの電圧変動が多きい地域であれば同様の対策が必要になる。

本例では、このような商用交流電源ＡＣの電圧変動に対応すべく電流制限用の回路として定電圧回路を追加して、フォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤに流れる電流を適正な値に制限している。以下に、本例のＡＣ−ＯＦＦ検知回路の構成及び動作について詳細に説明する。なお、スイッチング電源の動作については、実施例１と同様であるため、その説明を省略する。

図３において、商用交流電源ＡＣからの交流電圧は、抵抗Ｒ１とＲ２によって分圧される。従って、ダイオードＤ６のアノードには交流電圧が供給される。この交流電圧は、ダイオードＤ６及びコンデンサＣ３によって整流平滑され直流電圧Ｖｐとなる。直流電圧Ｖｐは、第一のフォトカプラＰＣ−Ｔのフォトトランジスタ側を介して、抵抗Ｒ６、トランジスタＴｒ１、ツェナーダイオードＺＤ１からなる定電圧回路に供給される。定電圧回路の出力電圧は、抵抗Ｒ３、第二のフォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤ側に供給される。一方、第一のフォトカプラＰＣ−ＴのＬＥＤ側、及び第二のフォトカプラＰＣ−Ａのフォトトランジスタ側は、スイッチング電源の二次側に接続されている。

制御部ＣＯＮＴ２は、ＴＲＩＧ信号をＨレベルにしてＦＥＴ２をＯＮし、第一のフォトカプラＰＣ−ＴのＬＥＤを発行させ、第一のフォトカプラＰＣ−ＴのフォトトランジスタをＯＮさせる。逆にＴＲＩＧ信号をＬレベルにして、第一のフォトカプラＰＣ−ＴのフォトトランジスタをＯＦＦさせる。また、制御部ＣＯＮＴ２には、ＡＮＳ信号が供給されている。第二のフォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤが発光した場合には、ＡＮＳ信号がＬレベルになる。逆に第二のフォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤが消灯した場合、ＡＮＳ信号がＨレベルになる。

制御部ＣＯＮＴ２は、ＴＲＩＧ信号を規定周波数及び規定デューティーでＨレベルとし、第一のフォトカプラＰＣ−Ｔのフォトトランジスタを周期的にＯＮさせる。（以下に説明する、図２中のｔ１１〜１３、ｔ１４〜１６、ｔ１７〜１９、ｔ２０〜２２、ｔ２３〜２５、ｔ２６〜２７の夫々の期間、第一のフォトカプラＰＣ−ＴをＯＮさせる。）
次に、図４を用いて本例のＡＣ−ＦＦ検知回路の動作を説明する。まず、時刻ｔ４０では、スイッチＳＷ１とＳＷ２がＯＮされ、機器に商用交流電源ＡＣ供給されている状態である。よって、コンデンサＣ３は直流電圧Ｖｐに充電されている。

時刻ｔ４１において、制御部ＣＯＮＴ２が第一のフォトカプラＰＣ−ＴのフォトトランジスタをＯＮさせると、『Ｃ３』→『ＰＣ−Ｔのフォトトランジスタ側』→『Ｔｒ１』→『Ｒ３』→『ＰＣ−ＡのＬＥＤ側』→『Ｃ３』のループ（図４中の破線）で電流が流れ、コンデンサＣ３の端子電圧が放電される。このとき、第二のフォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤが発光し、ＡＮＳ信号がＬレベルとなる。ここで、第二のフォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤに流れる電流は、定電圧回路の出力電圧と、Ｒ３の定数で決定され略一定の値に制限される。

制御部ＣＯＮＴ２は、ＡＮＳ信号がＬレベルとなったことを検出して、スイッチＳＷ１及びＳＷ２がＯＮされたと判断する。コンデンサＣ３の端子電圧は、第一のフォトカプラのＰＣ−ＴのフォトトランジスタがＯＮしている間に放電されて低下する。

時刻ｔ４２において、制御部ＣＯＮＴ２が第一のフォトカプラＰＣ−ＴのフォトトランジスタをＯＦＦさせると、コンデンサＣ３に抵抗Ｒ１及びダイオードＤ６を介して商用交流電源ＡＣの電力が供給される。よってコンデンサＣ３は、再度、直流電圧Ｖｐに充電される。

以降、スイッチＳＷ１及びＳＷ２がＯＮされた状態で、機器に商用交流電源ＡＣから交流電圧が供給されている間（図４のｔ４３〜４４、ｔ４５〜４６、ｔ４７〜４８）、同様の動作が繰り返される。この動作状態においては、制御部ＣＯＮＴ２は、ＴＲＩＧ信号をＨレベルにした際、ただちにＡＮＳ信号がＬレベルとなれば、商用交流電源ＡＣが供給されていると判断することができる。

さて、時刻ｔ１において、スイッチＳＷ１とＳＷ２がＯＦＦされ、商用交流電源ＡＣからの交流電圧の供給が停止された場合、コンデンサＣ３の充電は停止される。従って、コンデンサＣ３の端子電圧はＶｐに至らず、低い電圧でホールドされる（図４のｔ１〜ｔ４９）。時刻ｔ４９において、制御部ＣＯＮＴ２が第一のフォトカプラＰＣ−ＴのフォトトランジスタをＯＮさせると、『Ｃ３』→『ＰＣ−Ｔのフォトトランジスタ側』→『Ｔｒ１』→『Ｒ３』→『ＰＣ−ＡのＬＥＤ側』→『Ｃ３』の経路（図４中の破線）で電流が流れてコンデンサＣ３の端子電圧が放電されて零となる。この時、第二のフォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤが発光し、ＡＮＳ信号がＬレベルとなる。さらに時刻ｔ５０において、制御部ＣＯＮＴ２が第一のフォトカプラＰＣ−ＴのフォトトランジスタをＯＦＦさせるが、スイッチＳＷ１とＳＷ２がＯＦＦされているため、コンデンサＣ３の端子電圧は零のままになる。従って、時刻ｔ５１において制御部ＣＯＮＴ２がＰＣ−ＴのフォトトランジスタをＯＮさせても、第二のフォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤは発光せず、ＡＮＳ信号がＨレベルのままとなる。

制御部ＣＯＮＴ２は、ＴＲＩＧ信号をＨレベルにしたにもかかわらず、ＡＮＳ信号がＨレベルのままであることを検出して、スイッチＳＷ１及びＳＷ２がＯＦＦされたと判断することができる。制御部ＣＯＮＴ２は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２がＯＦＦされたことを検出すると、アクチュエータＭの駆動信号ＭＴＲをＨレベルにしてアクチュエータを駆動する。すると、スイッチング電源の出力電力が増加して、一次電解コンデンサＣ１の端子電圧Ｖｈは、ＤＣ１７０Ｖから急速に低下する。端子電圧Ｖｈが規定値（本例ではＤＣ５０Ｖ）を下回った時刻ｔ２で、コントローラＣＯＮＴ１がＯＵＴ信号を停止する。するとスイッチング電源の出力電圧Ｖｏｕｔが低下し、機器はＯＦＦ状態となる。

以上説明したように、本例によれば、上述の従来の回路構成よりも、ｔ２−ｔ１の期間（時間）を短縮することができる。また、本例によれば、商用交流電圧ＡＣからの交流電圧が供給されているか否かの判断を、第一のフォトカプラＰＣ−Ｔのフォトトランジスタによって生成されたパルス電圧によって行う。この構成によれば、パルス電圧を低いデューティー、かつ、低周波数に設定すれば、より消費電力を低減することができる。

（実施例３）
次に、実施例３について図５、図６、図７を用いて説明する。本例は、商用交流電圧ＡＣからの交流電圧の周波数を検知する周波数検知回路を有する機器にスイッチング電源を適用した例である。周波数検知回路とスイッチング電源を有する機器の一例として、記録材としての用紙に画像を形成する画像形成装置がある。画像形成装置としては電子写真方式のレーザビームプリンタ等がある。

図５に、レーザビームプリンタの定着装置に適用されるヒータ駆動回路と周波数検知回路を示す。図５において、ヒータＲｈの駆動回路は、リレーＲＬ１、トライアックＳＲ１、抵抗Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０、フォトトライアックＳＲから構成される。また周波数検知回路は、ダイオードＤ６、抵抗Ｒ７、フォトカプラＰＣ−Ａから構成される。また、ダイオードブリッジ（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）の後段にスイッチング電源回路がある。

まず、ヒータＲｈの駆動回路の動作を説明する。商用交流電源ＡＣからの交流電圧は、リレーＲＬ１の接点側を介して、ヒータＲｈに供給される。リレーＲＬ１のコイル側には、抵抗Ｒ６を介して、制御装置ＣＯＮＴ２よりＲＬＤ信号が供給されている。制御装置ＣＯＮＴ２がＲＬＤ信号をＨｉｇｈレベル（以下、Ｈレベルという）にするとＲＬ１の接点が導通し、逆に制御装置ＣＯＮＴ２がＲＬＤ信号をＬｏｗレベル（以下、Ｌレベル）にするとリレーＲＬ１の接点が開放される。機器の動作状態では、制御装置ＣＯＮＴ２によって、ＲＬ１の接点は導通され、機器の待機状態では、ＲＬ１の接点は開放される。

ヒータＲｈは、トライアックＳＲ１に接続される。トライアックＳＲ１には、抵抗Ｒ８，Ｒ９、フォトトライアックＰＳＲ１が接続される。フォトトライアックＰＳＲ１には、抵抗Ｒ１０を介して、制御装置ＣＯＮＴ２よりＦＳＲＤ信号が供給されている。

制御装置ＣＯＮＴ２がＦＳＲＤ信号をＨレベルにするとトライアックＳＲ１がＯＮし、逆に制御装置ＣＯＮＴ２がＦＳＲＤ信号をＬレベルにするとトライアックＳＲ１がＯＦＦする。したがって、リレーＲＬ１の接点が導通した状態で、制御装置ＣＯＮＴ２がＦＳＲＤ信号をＨレベルにすると、トライアックＳＲ１がＯＮしてヒータＲｈが発熱する。逆に制御装置ＣＯＮＴ２がＦＳＲＤ信号をＬレベルにするとトライアックＳＲ１がＯＦＦしてヒータＲｈの発熱は停止する。制御装置ＣＯＮＴ２は、トライアックＳＲ１を適宜ＯＮ／ＯＦＦして、被過熱対の温度が一定となるように制御を行う。

次に、周波数検知回路の動作を説明する。商用交流電源ＡＣからの交流電圧は、リレーＲＬ１の接点を介して、ダイオードＤ６、抵抗Ｒ７、フォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤ側に供給されている。フォトカプラＰＣ−Ａのフォトトランジスタ側は、制御装置ＣＯＮＴ２にＡＮＳ信号として供給されている。

リレーＲＬ１の接点が導通した状態において、図６に示すとおり、商用交流電源ＡＣが正極性の場合、フォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤ側に電流が流れ、ＡＮＳ信号がＬレベルとなる。逆に、商用交流電源ＡＣからの電圧が負極性の場合、フォトカプラＰＣ−ＡのＬＥＤ側に電流が流れず、ＡＮＳ信号がＨレベルとなる。

従って、このＡＮＳ信号は、商用交流電源ＡＣからの交流電圧の周波数情報を示す信号である。制御装置ＣＯＮＴ２は、ＡＮＳ信号によって得られた周波数情報に基づいて、ヒータＲｈの点灯タイミングを制御する。なお、スイッチング電源の動作は実施例１と同様であるため、その説明を省略する。

図６に、図５に示したレーザ―ビームプリンタに、ＡＣ−ＯＦＦ検知回路を適用した場合の構成を示す。なお、ＡＣ−ＯＦＦ検知回路の動作は、実施例１と同様であるため、その説明を省略する。

上記の周波数検知回路のフォトカプラ（ＰＣ−Ａ）と、実施例１で説明したＡＣ−ＯＦＦ検知回路のフォトカプラを兼用したことが本例の特徴である。フォトカプラを兼用しているため安価な回路構成になる。

本例では、フォトカプラを兼用しているため、リレーＲＬ１の接点が導通している場合、すなわち機器の動作状態では、フォトカプラＰＣ−Ａは周波数検知回路用のフォトカプラとして動作し、逆にリレーＲＬ２の接点が開放している場合、すなわち機器の待機状態では、フォトカプラＰＣ−ＡはＡＣ−ＯＦＦ検知回路用のフォトカプラとして動作する。

本例によれば、安価な回路構成でヒータ駆動回路、周波数検知回路を備えた画像形成装置にスイッチング電源を適用することができる。

（実施例４）
次に、実施例４について図８、図９を用いて説明する。図８は、従来のスイッチング電源回路である。商用交流電源ＡＣからスイッチング電源に供給される交流電圧には、サージ電圧と呼ばれる瞬時に過大な電圧が重畳されることがある。このような過大電圧は、送電線への落雷などで発生し、スイッチング電源内の回路素子にダメージを与えることもある。そこで、スイッチング電源の商用交流電圧の入力ライン間にコンデンサ（Ｘコンデンサとも呼ばれる）Ｃｘを接続し、これらの過大電圧を吸収して機器のスイッチング電源を保護する対策が一般的になされている。また、このＸコンデンサＣｘを設けた場合、ＸコンデンサＣｘを放電するための放電抵抗ＲｘをＣｘと並列に接続することが一般的である。

図９は、実施例４のスイッチング電源回路である。本例では、ＡＣ−ＯＦＦ検知回路の抵抗Ｒ１，Ｒ２が、上記で説明したＸコンデンサの放電抵抗Ｒｘの役割を兼用している点が特徴である。このように構成することで、放電抵抗Ｒｘを別途設ける必要がないため安価な回路構成になる。

（スイッチング電源の適用例）
上記の実施例１乃至４で説明したスイッチング電源を、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。以下にその適用例を説明する。スイッチング電源は、画像形成装置における用紙を搬送する搬送ローラの駆動部であるモータや、その他、アクチュエータ類への電力供給のための電源として適用可能である。

図１２（ａ）に画像形成装置の一例であるレーザビームプリンタの概略構成を示す。レーザビームプリンタ２００は、画像形成部２１０として潜像が形成される像担持体としての感光ドラム２１１、感光ドラムに形成された潜像をトナーで現像する現像部２１２を備えている。そして感光ドラム２１１に現像されたトナー像をカセット２１６から供給された記録媒体としてのシート（不図示）に転写して、シートに転写したトナー像を定着器２１４で定着してトレイ２１５に排出する。また、図１２（ｂ）画像形成装置の駆動部としてのモータへの電源からの電力供給ラインを示す。上記のスイッチング電源は、このような画像形成動作を制御するＣＰＵ３１０有するコントローラへ３００の電力供給、また、画像形成のための駆動部としてのモータ３１２及びモータ３１３に電力を供給する低圧電源として適用できる。供給する電力として、モータに２４Ｖを供給する。例えばモータ３１２はシートを搬送する搬送ローラを駆動するモータ、モータ３１３は定着器２１４を駆動するモータである。レーザビームプリンタのような画像形成装置は、画像形成を実行している動作状態と、画像形成を実行しておらず、消費電力を低減するためにモータ等への電力の供給をオフする休止状態とに切り換えることができる。例えば、休止状態に切り換えられた場合において、上記で説明したスイッチング電源装置を適用すれば、休止状態における消費電力を更に低減することができる。なお、上記実施例１，２で説明した疑似共振電源は、ここで示した画像形成装置に限らず他の電子機器の低電圧電源としても適用可能である。

ＡＣ 商用交流電源
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５ 抵抗
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ ダイオードブリッジ
Ｄ５，Ｄ６ ダイオード
Ｃ１ 一次電解コンデンサ
Ｃ２ 電解コンデンサ
Ｃ３ コンデンサ
ＰＣ−Ａ，ＰＣ−Ｔ フォトカプラ
ＣＯＮＴ１ ＰＷＭコントローラ
ＣＯＮＴ２ 制御装置
ＦＥＴ１，ＦＥＴ２ 電解効果トランジスタ

Claims (8)

1. 商用交流電源からの交流電圧を整流及び平滑した直流電圧が入力される一次巻線と、前記一次巻線に入力される前記直流電圧をスイッチングすることにより電圧が誘起される二次巻線を有するトランスと、前記トランスの前記二次巻線に誘起した電圧を整流及び平滑した直流電圧を出力するスイッチング電源において、
   商用交流電源からの交流電圧を整流する整流手段と、
   前記整流手段が整流した電圧を平滑して直流電圧として蓄積する蓄積手段と、
   前記スイッチング電源から出力される直流電圧が供給される制御手段からの指示に応じて第一パルス信号を生成する第一のフォトカプラと、
   前記第一パルス信号に応答して前記蓄積手段の電圧が供給されることにより、第二パルス信号を生成する第二のフォトカプラと、
   前記第二のフォトカプラにより生成された前記第二パルス信号を検出した場合に、前記制御手段に前記第二パルス信号を出力し、前記前記商用交流電源からの交流電圧がオフされたことにより、前記第二パルス信号を検出しない場合に、前記第二パルス信号の前記制御手段への出力を停止する検出手段と
   を有することを特徴とするスイッチング電源。
2. 前記蓄積手段から前記第二のフォトカプラに供給される電流を制限する電流制限手段を有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。
3. 更に、前記商用交流電源からの交流電圧の周波数を検知する周波数検知手段を有し、
   前記検知手段は、前記周波数検知手段で検知した周波数を前記制御手段に供給することを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源。
4. 更に、前記交流電圧を分圧する抵抗素子を有し、
   前記整流手段は、前記交流電圧を前記抵抗素子で分圧した電圧を整流することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスイッチング電源。
5. 前記商用交流電源からの過大電圧を吸収するコンデンサを備え、
   前記抵抗素子は前記コンデンサに蓄積された電圧を放電するための放電抵抗であることを特徴とする請求項４に記載のスイッチング電源。
6. 画像形成手段と、
   前記画像形成手段を駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段の動作を制御する制御手段と、
   商用交流電源からの交流電圧を整流及び平滑した直流電圧が入力される一次巻線と、前記一次巻線に入力される前記直流電圧をスイッチングすることにより電圧が誘起される二次巻線を有するトランスと、前記トランスの前記二次巻線に誘起した電圧を整流及び平滑した直流電圧を出力するスイッチング電源、を備え、
   前記スイッチング電源は、
   商用交流電源からの交流電圧を整流する整流手段と、前記整流手段が整流した電圧を平滑して直流電圧として蓄積する蓄積手段と、
   前記スイッチング電源から出力される直流電圧が供給される前記制御手段からの指示に応じて第一パルス信号を生成する第一のフォトカプラと、
   前記第一パルス信号に応答して前記蓄積手段の電圧が供給されることにより、第二パルス信号を生成する第二のフォトカプラと、
   前記第二のフォトカプラにより生成された前記第二パルス信号を検出した場合に、前記制御手段に前記第二パルス信号を出力し、前記第二パルス信号を検出しない場合に、前記第二パルス信号の前記制御手段への出力を停止する検出手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記第二パルス信号の入力が停止された場合に前記交流電圧がオフされたと判断することを特徴とする画像形成装置。
7. 更に、前記商用交流電源からの交流電圧の周波数を検知する周波数検知手段を有し、
   前記検知手段は、前記周波数検知手段で検知した周波数を前記制御手段に供給することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記駆動手段は、画像形成のために駆動されるアクチュエータであることを特徴とする請求項６または７に記載の画像形成装置。

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