JP6003416B2 - 電源装置、および電源装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、外部電源から供給される電力を用いる主電源、および内部の蓄積手段の電力を用いる補助電源を備えた電源装置、および電源装置の制御方法に関する。

近年、電子写真プロセスを利用した複写機、プリンタ、ファクシミリおよびこれらを組み合わせた複合機などの画像形成装置は多機能化しており、これに伴って構造も複雑化し、最大消費電力が増大する傾向となっている。

また、定着装置の立ち上がりまでの待ち時間、プリントやコピー動作中における定着温度低下による動作の一時中断など、画像形成装置自体の要因や操作者の待ち時間を少なくするため、定着ヒータへの供給電力を増大する傾向となっている。

一方で、外部電源である商用電源には供給可能な電力の上限が決まっており、商用電源から電力を供給する主電源のみでは最大消費電力の枠を越えるため、内部の蓄電手段の電力を用いる補助電源を用い、この２つの電源を切換えてシステムへ電力を供給する画像形成装置がある（たとえば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に記載された発明では、蓄電手段の電力出力回路、すなわち負荷への給電回路を定電圧電源で構成しているので、切換回路で、定電圧電源であるＡＣ／ＤＣ電源（主電源）の出力と、同じく定電圧電源である補助電源の出力とを、負荷に切換給電する場合には、２つの定電圧電源の出力電圧差により切換時に電圧変動が発生する。

上記電圧変動が発生すると、電力を受けているモータの動作が不安定になり、モータが停止したり、回転むらが発生したりする問題がある。モータの回転むらは、画像形成装置の画像異常を生じさせてしまう。例としてカラー画像形成装置の場合、色ズレが生じてしまう。

この問題に対応した電源装置として、外部電源から供給される電力を負荷に定電圧出力で給電する主電源と、前記負荷を流れる電流値を検出する負荷電流検出手段と、前記負荷を流れる電流値と前記主電源の出力電流値の上限指示値から、前記上限指示値を超える電流を補うための制御信号を発生する制御信号発生手段と、内部の蓄電手段の電力を前記制御信号に応じて前記負荷に定電流出力で給電する補助電源とを備えた電源装置がある（たとえば、特許文献２参照）。

この特許文献２の電源装置によれば、主電源からの電力と補助電源からの電力の両方を同時に負荷に供給可能にすることで、一方から他方への給電切換えをなくし、切換えによる電圧変動を無くすことができる。

しかしながら、上記に示される特許文献２に記載された電源装置にあっては、停電などにより外部電源からの給電が停止した場合には、制御信号発生手段が制御信号を発生できなくなるため、補助電源による給電も停止してしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外部電源を電力供給源として負荷に定電圧出力で給電する主電源と、内部の蓄電手段を電力供給源として前記負荷に定電流出力で給電する補助電源とを備え、主電源の出力電流値の上限指示値を超える分の負荷電流を補助電源が給電する電源装置において、外部電源からの電力供給が停止しても負荷への給電を可能にすることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、外部電源を電力供給源として負荷に定電圧出力で給電する主電源と、内部の蓄電手段を電力供給源として前記負荷に給電する定電流出力と定電圧出力の切換えが可能な補助電源と、前記負荷を流れる電流値を検出する負荷電流検出器と、前記主電源の出力電流の上限値を出力する電流上限値指示部と、前記負荷電流検出器により検出された前記負荷を流れる電流値と、前記電流上限値指示部により与えられる前記主電源の出力電流値の上限値とから、前記上限値を超える分の負荷電流を前記補助電源が定電流出力で給電する定電流／定電圧切換え電源と、前記外部電源からの電力供給の停止を検出する停電検出部と、前記停電検出部より検出される停電検出信号にしたがい停電発生を監視する停電監視部と、前記停電監視部が前記停電検出部により前記外部電源からの電力供給が停止されたと判断したとき、前記定電流／定電圧切換え電源を定電流出力から定電圧出力に切換える出力切換部と、次回の起動に備えた処理、および各種データの保護処理を含むシャットダウン処理を実行するシャットダウン処理部と、停電から復帰した後に、つぎの停電発生に備え、前記蓄電手段による蓄電動作を行う復帰制御部と、を備え、前記復帰制御部は、前記シャットダウン処理部がシャットダウン処理に必要な電力のみ前記蓄電手段に蓄電することを特徴とする。

本発明は、外部電源を電力供給源として負荷に定電圧出力で給電する主電源と、内部の蓄電手段を電力供給源として前記負荷に定電流出力で給電する補助電源とを備え、主電源の出力電流値の上限値を超える分の負荷電流を補助電源が給電する電源装置において、外部電源からの電力供給が停止しても負荷への給電が可能になるという効果を奏する。

図１は、実施の形態の画像形成装置であるフルカラーデジタル複合機能複写機の構成およびその使用環境を示す説明図である。 図２は、図１におけるカラープリンタの機構を示す説明図である。 図３は、第１の実施の形態の電源装置の構成を示すブロック図である。 図４は、図３における入出力制御部の構成を示すブロック図である。 図５は、図３における定電圧電源、定電流／定電圧切換え電源、負荷電流検出器、および電流指示器の詳細構成を示す説明図である。 図６は、図３における第二電源の電圧遷移と装置の各状態の関係を示すタイミングチャートである。 図７は、第１の実施の形態にかかる動作を示すフローチャートである。 図８は、第２の実施の形態の電源装置の構成を示すブロック図である。 図９は、図８における定電圧電源、定電流／定電圧切換え電源、負荷電流検出器、および電流指示器の詳細構成を示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる電源装置、および電源装置の制御方法の一実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
<画像形成装置の構成および使用環境>
図１は、本発明の実施の形態の画像形成装置であるフルカラーデジタル複合機能複写機の構成およびその使用環境を示す説明図である。

このフルカラーデジタル複合機能複写機ＭＦ１は、自動原稿送り装置（ＡＤＦ）１２０と、操作ボード１１０と、カラースキャナ１００と、カラープリンタ２００の各ユニットで構成されている。なお、操作ボード１１０と、ＡＤＦ１２０付きのカラースキャナ１００は、カラープリンタ２００から分離可能なユニットであり、カラースキャナ１００は、動力機器ドライバやセンサ入力およびコントローラを有する制御ボードを有して、エンジンコントローラと直接または間接に通信を行いタイミング制御されて原稿画像の読取りを行う。制御部２２０はカラープリンタ２００の全体制御を実行するものである。

また、このフルカラーデジタル複合機能複写機ＭＦ１は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）に接続されており、ＰＣから送信された印刷データに基づいてカラー画像を印刷することができる。さらに、このフルカラーデジタル複合機能複写機ＭＦ１は、ＰＢＸ（構内交換機）を介してＰＮ（公衆回線）に接続されており、ＰＮから受信したファクシミリデータなどに基づいて画像を印刷することができる。

<カラープリンタ２００の機構>
図２は、図１におけるカラープリンタ２００の機構を示す説明図である。カラープリンタ２００はレーザプリンタである。カラープリンタ２００においては、マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），イエロー（Ｙ）および黒（ブラック：Ｋ）の各色の画像を形成するための４組の作像ユニットａ−ｄが、第１転写ベルト２０８の移動方向（図中の左から右方向）に沿ってこの順に配置されている。すなわち、カラープリンタ２００は４連ドラム方式（タンデム方式）のフルカラー画像形成装置である。

回転可能に支持され矢印方向に回転する感光体２０１の外周部には、除電装置、クリーニング装置、帯電装置２０２および現像装置２０４が設けられている。帯電装置２０２と現像装置２０４との間には、露光装置２０３から発せられる光情報の入るスペースが確保されている。感光体２０１は４個（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）あるが、それぞれ周囲に設けられる画像形成用の部品構成は同じであり、現像装置２０４が扱う色材（トナー）の色が異なる。

各感光体２０１（４個）の一部が第１転写ベルト２０８に接している。ベルト状の感光体も採用可能である。第１転写ベルト２０８は矢印方向に移動可能に、回転する支持ローラおよび駆動ローラ間に支持、張架されていて、裏側（ループの内側）には、第１転写ローラが感光体２０１の近傍に設けられている。ベルトループの外側に、第１転写ベルト用のクリーニング装置が設けられている。第１転写ベルト２０８により転写紙（用紙）又は第２転写ベルトにトナー像を転写した後に、その表面に残留する不要のトナーを拭い去る。

露光装置２０３は公知のレーザ方式で、フルカラー画像形成に対応した光情報を、一様に帯電された感光体表面に潜像として照射する。ＬＥＤアレイと結像手段から成る露光装置も採用できる。

第１転写ベルト２０８の右方には、第２転写ベルト２１５が設けられている。第１転写ベルト２０８と第２転写ベルト２１５は接触し、予め定められた転写ニップを形成する。第２転写ベルト２１５は矢印方向に移動可能に、支持ローラおよび駆動ローラ間に支持、張架されていて、裏側（ループの内側）には、第２転写手段が設けられている。

ベルトループの外側に、第２転写ベルト用のクリーニング装置、チャージャ等が設けられている。このクリーニング装置は、用紙にトナーを転写した後、残留する不要のトナーを拭い去る。

転写紙（用紙）は、図の下方の給紙カセット２０９，２１０に収納されており、最上の用紙が給紙ローラで１枚ずつ、複数の用紙ガイドを経てレジストローラ２３３に搬送される。第２転写ベルト２１５の上方に、定着器２１４、排紙ガイド２２４、排紙ローラ２２５、排紙スタック２２６が設けられている。

第１転写ベルト２０８の上方で、排紙スタック２２６の下方には、補給用のトナーが収納できる収納部２２７が設けてある。トナーの色はマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの四色があり、カートリッジの形態にしてある。粉体ポンプ等により対応する色の現像装置２０４に適宜補給される。

ここで両面印刷のときの各部の動作を説明する。まず、感光体２０１による作像が行われる。すなわち、露光装置２０３の作動により、不図示のＬＤ光源からの光は、不図示の光学部品を経て、帯電装置２０２で一様に帯電された感光体２０１のうち、作像ユニットａの感光体上に至り、書き込み情報（色に応じた情報）に対応した潜像を形成する。感光体２０１上の潜像は現像装置２０４で現像され、トナーによる顕像が感光体２０１の表面に形成され保持される。このトナー像は、第１転写手段により、感光体２０１と同期して移動する第１転写ベルト２０８の表面に転写される。感光体２０１の表面の、残存するトナーがクリーニング装置でクリーニングされ、除電装置で除電され感光体２０１の表面は、次の作像サイクルに備える。

第１転写ベルト２０８は、表面に転写されたトナー像を坦持し、矢印の方向に移動する。作像ユニットｂの感光体２０１に、別の色に対応する潜像が書き込まれ、対応する色のトナーで現像され顕像となる。この像は、すでに第１転写ベルト２０８に乗っている前の色の顕像に重ねられ、最終的に４色重ねられる。なお、単色（黒のみ）を形成する場合もある。

このとき、第１転写ベルト２０８と同期して第２転写ベルト２１５が矢印方向に移動しており、第２転写手段の作用で、第２転写ベルト２１５の表面に、第１転写ベルト２０８の表面に作像された画像が転写される。いわゆるタンデム形式である４個の作像ユニットａ−ｄの各感光体２０１上で画像が形成されながら、第１転写ベルト２０８および第２転写ベルト２１５が移動し、作像が進められるので、その時間を短縮できる。

第１転写ベルト２０８が所定の位置まで移動すると、用紙の別の面に作像されるべきトナー画像が、前述したような工程で再度感光体２０１により作像され、給紙が開始される。すなわち、給紙カセット２０９又は２１０内の最上部にある用紙が引き出され、レジストローラ２３３に搬送される。そして、レジストローラ２３３を経て、第１転写ベルト２０８と第２転写ベルト２１５の間に送られる用紙の片側の面に、第１転写ベルト２０８表面のトナー像が、第２転写手段により転写される。

さらに用紙は上方に搬送され、第２転写ベルト２１５表面のトナー像が、チャージャにより用紙のもう一方の面に転写される。転写に際して、用紙は画像の位置が正規のものとなるよう、タイミングがとられて搬送される。

上記のステップで両面にトナー像が転写された用紙は、定着ローラ２３０を内蔵する定着器２１４に送られ、用紙上のトナー像（両面）が一度に溶融，定着され、排紙ガイド２２４を経て排紙ローラ２２５により本体フレーム上部の排紙スタック２２６に排出される。

図２に示すように、排紙部２２４−２２６を構成した場合、両面画像のうち後から用紙に転写される面（頁）、すなわち第１転写ベルト２０８から用紙に直接転写される面が下面となって、排紙スタック２２６に載置されるから、頁揃えをしておくには２頁目の画像を先に作成し、第２転写ベルト２１５にそのトナー像を保持し、１頁目の画像を第１転写ベルト２０８から用紙に直接転写する。第１転写ベルト２０８から直接に用紙に転写される画像は、感光体表面で正像にし、第２転写ベルト２１５から用紙に転写されるトナー像は、感光体表面で逆像（鏡像）になるよう露光される。このような頁揃えのための作像順、並びに、正、逆像（鏡像）に切り換える画像処理も、コントローラ上でのメモリに対する画像データの読書き制御によって行っている。

第２転写ベルト２１５から用紙に転写した後、ブラシローラ、回収ローラ、ブレード等を備えたクリーニング装置が、第２転写ベルト２１５に残留する不要のトナーや紙粉を除去する。

以上が、「両面転写モード」を設定した両面印刷モードの作像プロセスである。両面印刷の場合には、常にこの作像プロセスで印刷が行われる。

片面印刷の場合には、「第２転写ベルト２１５による片面転写モード」と「第１転写ベルト２０８による片面転写モード」の２つがあり、前者の第２転写ベルト２１５を用いる片面転写モードを設定した場合には、第１転写ベルト２０８に３色又は４色重ねもしくは単色黒で形成された顕像が、第２転写ベルト２１５に転写され、そして用紙の片面に転写される。用紙の他面には画像転写はない。この場合、排紙スタック２２６に排出された印刷済用紙の上面に印刷画面がある。

後者の第１転写ベルト２０８を用いる片面転写モードを設定した場合には、第１転写ベルト２０８に３色又は４色重ねもしくは単色黒で形成された顕像が、第２転写ベルト２１５には転写されずに、用紙の片面に転写される。用紙の他面には画像転写はない。この場合は、排紙スタック２２６に排出された印刷済用紙の下面に印刷画面がある。

<第１の実施の形態の電源装置の構成>
図３は、本発明の第１の実施の形態の電源装置の構成を示すブロック図である。この電源装置は、図１に示すフルカラーデジタル複合機能複写機ＭＦ１に設けられる。

主電源ＳＷ（スイッチ）２８のオンにより、商用ＡＣ電源２７が主電源２９および補助電源３２に供給される。その商用ＡＣ電源２７から、主電源２９の、ＡＣ制御回路である定着電源３１および定電圧電源３０、並びに補助電源３２のキャパシタ充電器３８に商用ＡＣ電圧が印加される。定着電源３１は、入出力制御部２０から与えられる電力指示信号（出力電流上限値）で指定される電力範囲内で、温度検出器７０から与えられる定着温度を表す検出信号を使用して定着加熱装置３６の温度をフィードバック制御する。

主電源２９の、第一電源である定電圧電源３０は、ブリッジ整流器８０、絶縁型スイッチング回路８１および整流平滑回路８２により、商用ＡＣ（交流）をＤＣ（直流）に変換し、絶縁型誤差増幅器８３を介してＰＷＭコントローラ８４に与えられる電圧検出信号を使用した定電圧フィードバック制御で、５Ｖと２４Ｖの２系統のＤＣ定電圧を発生して、５Ｖ系負荷３４と２４Ｖ系負荷３５に出力する。このとき、２４Ｖ系の電圧検出信号（フィードバック（ＦＢ）信号）は、負荷電流検出器３３の後段より絶縁型誤差増幅器８３ａに与えられる。

詳細は後述するが、負荷電流検出器３３は、電源ラインに数ｍΩの電流検出抵抗６０（図５参照）を直列に介挿しているため、仮に、電圧検出信号（フィードバック信号）取り込み部の後部に負荷電流検出器３３の電流センサである電流検出抵抗６０を設けた場合には、負荷印加電圧が、負荷電流値の増減による電流検出抵抗６０の電圧降下の増減により、変動してしまう。

たとえば負荷電流検出器３３の電流検出抵抗６０に１０ｍΩの抵抗を接続し、負荷が５Ａから１５Ａに変化した場合には、０．１Ｖ（１０ｍΩ×（１５Ａ−５Ａ））の変動が発生することとなる。さらに、仮に主電源２９の外部に負荷電流検出器３３の電流検出抵抗６０を付加した場合には、配線抵抗の影響により、これ以上の負荷印加電圧変動が発生することとなる。以上の電流検出抵抗６０の付加によるＤＣ負荷印加電圧の変動を防止するため、電流検出抵抗６０を介した後の電圧を定電圧電源３０にフィードバックして、フィードバック電圧が目標値に合致するように定電圧制御すなわちフィードバック制御する構成としている。

補助電源３２は、この実施の形態では、キャパシタ充電器３８、それによって充電されるキャパシタ３７、および、キャパシタ３７の電力を２４Ｖ系負荷３５への給電ラインに定電流出力する第二電源である定電流／定電圧切換え電源２６で構成される。

補助電源３２を用いて２４Ｖ系負荷３５に給電するのは、定着加熱装置３６への供給電力量の増大分を、ＡＣ電力を消費する第一電源（定電圧電源３０）から２４Ｖ系負荷３５への給電電力量から節減し、その分を補助電源３２から２４Ｖ系負荷３５への給電で肩代わりさせる必要があるためである。

そのため本実施の形態では、定着加熱装置３６への供給電力量の増大分（たとえば３００Ｗ）を考慮し、５Ｖ系負荷３４（たとえば１００Ｗ）より消費電力量が大きい２４Ｖ系負荷３５（たとえば５００Ｗ）に補助電源３２から給電する構成としている。ただし、定着加熱装置３６への供給電力量の増大分が小さい場合や、５Ｖ系負荷３４の消費電力量が大きい場合には、５Ｖ系負荷３４に補助電源３２を給電させる構成とすることも可能である。

負荷電流検出器３３は、定電圧電源３０（第一電源）および定電流／定電圧切換え電源２６（第二電源）が同時に供給する電流値の和である２４Ｖ系負荷電流値を検出して電流検出信号を、電流指示器６４に与える。また、電流指示器６４には、入出力制御部２０が、定電圧電源３０の出力電流上限値を指定する電流上限値指示データを与える。電流指示器６４は２４Ｖ系負荷３５を流れる負荷電流値より上限指示値を減算した値（＝定電流／定電圧切換え電源２６の出力電流指示値）を示す電流指示信号（制御信号）を定電流／定電圧切換え電源２６に与える。

定電流／定電圧切換え電源２６は、電流指示器６４からの上記電流指示信号が指示する電流値を目標値とする定電流制御によって、キャパシタ３７の電力を２４Ｖ系負荷ラインに定電流で給電する。停電検出部９０は商用ＡＣ電源ラインの停電を検出するものである。この停電検出部９０が停電を検出した際は入出力制御部２０へその情報を与える。このとき、入出力制御部２０は、定電流／定電圧切換え電源２６の出力を定電圧出力に切換える制御を行う。

補助電源３２のキャパシタ３７は電気二重層キャパシタ等の大容量キャパシタで構成する。電気二重層キャパシタ以外にもいろいろと選択可能だが、本実施の形態では、短時間での充放電が可能で、長寿命である電気二重層キャパシタを用いた。電気二重層キャパシタの特徴として放電するに従い端子電圧（キャパシタ電圧）が低くなってしまうため、定電流／定電圧切換え電源２６をキャパシタ３７の後段に配置することにより、キャパシタ電圧の変動にかかわらず所用電流値を出力するようにした。

<入出力制御部２０の構成>
図４は、図３における入出力制御部２０の構成を示すブロック図である。入出力制御部２０は、エンジン制御部１０からの制御命令ならびに、ＲＯＭ２２に格納されたプログラムや不揮発性ＲＡＭ２４に格納されたプログラムやデータに従って、各負荷に対する入出力制御および電源装置の制御を行うＣＰＵ２１と、ＣＰＵ２１を動作させるためのプログラムを格納するＲＯＭ２２と、ＣＰＵ２１のワークメモリとして使用されるＲＡＭ２３と、各負荷の動作状態や各動作モードにおける消費電力データを格納した消費電力テーブルや各動作モードにおける印刷処理に要する時間データを格納した印刷処理時間テーブルなどを記憶する不揮発性ＲＡＭ２４と、フルカラーデジタル複合機能複写機ＭＦ１（図１）の各種センサ５１６の入力読み込みおよび負荷３４，３５の個々の駆動を制御するＩ／Ｏ制御部２５と、を備えている。

入出力制御部２０は、エンジン制御部１０の画像読み込み、印刷、複写等のプロセス制御、シーケンス制御に伴う指示に従って、センサおよび負荷への入出力制御および電源制御を行っており、各動作モードに応じてシーケンシャルに各負荷を動作させる。また、入出力制御部２０は、充電オン／オフ指示信号により、キャパシタ３７の充放電の制御も行っており、装置の立ち上げ時、および立ち上げ後所定の時間までの期間は、キャパシタ３７に蓄積された電力から、２４Ｖ系負荷３５に給電する。このとき商用ＡＣ電源２７からの供給電力に対して生じる余裕分によって、定着加熱装置３６への供給電力量を増大する。

また、入出力制御部２０は、停電検出部９０からの信号により停電と判断した場合に、定電流／定電圧切換え電源２６に定電流制御から定電圧制御への切換え指示を送る。

<定電圧電源、定電流／定電圧切換え電源、負荷電流検出器、および電流指示器の詳細>
図５は、図３における入出力制御部２０、定電圧電源３０、定電流／定電圧切換え電源２６、負荷電流検出器３３、および電流指示器６４の詳細構成を示す説明図である。

入出力制御部２０は、図４にも示したように、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３を備える。ＣＰＵ２１は、停電監視部１１、電流上限値指示部１２、出力切替指示部１３、シャットダウン処理部１４、復帰制御部１５の機能を有する。

停電状態監視部１１は、停電検出部９０から送られる停電発生の有無を知らせる信号にしたがい停電発生を監視する。電流上限値指示部１２は、電流指示器６４に対して定電圧電源３０の出力電流の上限値を指定する上限指示データを送る。出力切替指示部１３は、停電状態監視部１１により停電を検出した際に、定電流／定電圧切換え電源２６の出力を定電圧出力に切り換える制御を行う。シャットダウン処理部１４は、次回の起動に備えた処理、および各種データの保護処理といったシャットダウン処理を実行する。復帰制御部１５は、停電から復帰した後に、つぎの停電発生に備えた充電動作を行う。

主電源２９の定電圧電源３０は、負荷電流検出器３３に含まれる電流検出抵抗６０の後段（２４Ｖ系負荷３５側）の電圧を、分圧抵抗８５，８６により分圧した電圧検出信号を、シャントレギュレータ８７により、基準電圧と比較および増幅を行い、フォトカプラ８８により絶縁してＰＷＭコントローラ８４ａに、定電圧制御のためのフィードバック信号として与える。これにより２４Ｖ系負荷３５に供給する直前、すなわち電流検出抵抗６０と２４Ｖ系負荷３５との間の給電ラインの電圧、すなわち負荷印加電圧を定電圧制御する。

補助電源３２のキャパシタ３７である電気二重層キャパシタは耐圧が低く、使用上の充電上限電圧は２．５Ｖである。そのため高い電圧を得るためには、何個も直列に接続する必要がある。しかし、小容量のキャパシタを直列に多数接続する構成よりも大容量のキャパシタを少なく使った方が、同じ容量を低コストで得ることができる。

２４Ｖ系負荷３５に給電するために、電気二重層キャパシタを直列数９個以下で用いる場合は、充電上限電圧は２２．５Ｖ以下になるので、昇圧レギュレータを用いて定電流／定電圧切換え電源２６を構成する必要がある。

そこで本実施の形態では、定電流／定電圧切換え電源２６の昇圧レギュレータ４０で、キャパシタ３７の出力を昇圧して定電流出力する。昇圧レギュレータ４０の半導体スイッチ４１は、ＰＷＭコントローラ４２から出力されるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）パルスのＨ（ハイ）期間に導通（オン）し、Ｌ（ロウ）期間は非導通（オフ）となる。スイッチ４１が導通すると、キャパシタ３７からリアクトル４３およびスイッチ４１に電流が流れ、リアクトル４３が蓄電し、スイッチ４１が非導通に転換したときにリアクトル４３の蓄電電力が高圧となってダイオード４４を通してキャパシタ４５を高圧充電する。スイッチ４１のＰＷＭパルス周期のオン／オフの繰り返しにより、キャパシタ４５の電圧が上昇し、電流検出抵抗４７を通して、また、負荷電流検出器３３の電流検出抵抗６０を通して、２４Ｖ系負荷３５に給電する。

負荷電流検出器３３は、電流検出抵抗６０の両端電位差を差動増幅器６１で増幅して、負荷電流値に比例する負荷電流信号（アナログ電圧）を発生し、電流指示器６４に出力（印加）する。

電流指示器６４は、入出力制御部２０の電流上限値指示部１２が与える電流上限値指示データをＤ／Ａコンバータ６５で上限指示信号（電圧）にアナログ変換し、差動増幅器６６で、「負荷電流検出値−上限指示値」を演算し、演算結果を表す差分電圧を、定電流／定電圧切換え電源２６に、電流指示信号として出力する。

すなわち、電流指示器６４は、負荷電流検出器３３から、入出力制御部２０の電流上限値指示部１２が指示する定電圧電源３０の出力電流上限値を差し引いた差分値を、定電流／定電圧切換え電源２６が負担すべき目標値として、その分の電流出力を定電流／定電圧切換え電源２６に指示する。

定電流／定電圧切換え電源２６は、出力電流コントローラ４６の電流検出抵抗４７の両端の電位差を差動増幅器４８で増幅して、出力電流値に比例する出力電流信号を発生し、差動増幅器５０に与える。そして差動増幅器５０は、出力電流信号から、電流指示器６４が与える目標電流値の差分を増幅し、さらに、バイアス回路４９が与える電圧分を加算して、ＰＷＭコントローラ４２に、ＰＷＭパルスのデューティ指示信号として与える。

ＰＷＭコントローラ４２は、デューティ指示信号で指定されるデューティに、半導体スイッチ４１をオン／オフ駆動するＰＷＭパルスのデューティを定める。すなわち、電流指示器６４の出力信号が高くなって差動増幅器５０の出力電圧が上昇すると、ＰＷＭパルスのデューティを高くする。これにより昇圧レギュレータ４０の出力電流値が増大する。

これにより電流検出抵抗４７の電圧降下が増大し、出力電流検出信号のレベルが上昇して差動増幅器５０の出力電圧が低下すると、ＰＷＭパルスのデューティが低くなる。これにより昇圧レギュレータ４０の出力電流値が低下する。

このようなフィードバックＰＷＭ制御により、昇圧レギュレータ４０の出力電流値が、電流指示器６４が与える、２４Ｖ系負荷３５の負荷電流検出値から、入出力制御部２０が指示する定電圧電源３０の出力電流上限値を減算した差分に相当する値となる。

次に負荷電流検出器３３の搭載構成の詳細を説明する。負荷電流検出器３３の電流検出抵抗６０は、主電源２９の定電圧電源３０の一部として同一基板上に搭載し、電流検出抵抗６０の両端の電圧を基板間のインターフェイス信号として、定電圧電源３０（主電源２９）とは別の基板に設けた負荷電流検出器３３の差動増幅器６１およびそれに付随する抵抗等と、コネクタおよびハーネスで接続している。

この構成とすることで、定電圧電源３０の定電圧フィードバックループの延長（引き延ばし）による該電源の出力精度の劣化を最小限にした。すなわち、定電圧電源３０のリモートセンシング対応による定電圧電源３０のコストの増大を抑えた。また、補助電源システム（補助電源３２、電流指示器６４、負荷電流検出器３３の組合せ）のオプション化を考えた場合に、補助電源システムなしとする場合には、主電源システム（主電源２９）を変更しなくても、補助電源３２、電流指示器６４、負荷電流検出器３３の差動増幅器６１およびそれに付随する抵抗は、容易に主電源システムから取り外すことができるので、主電源システム（主電源２９）のコストは、電流検出抵抗６０の付加分増加するだけとなり、補助電源システムの接続を可とした主電源システムとすることによる格別なコスト上昇は殆ど生じない。

これに対し、仮に、前記のように補助電源システムを装備しない場合も主電源２９を、電流検出抵抗６０を装備するものとした場合には、補助電源システムの接続されていない電源装置においても電流検出抵抗６０による電力消費が発生する。

待機時等の軽負荷時には、さらに小さな値となるが、これに対応する場合は、電流検出抵抗６０は非実装として代わりにジャンパー線を接続する構成とする。これによれば、軽度の変更でよく、主電源２９の構成の複雑化を防止できる。また、補助電源システム非搭載時の主電源２９のコストを更に低減することができる。

また、差動増幅器６１およびそれに付随する抵抗等を含む負荷電流検出器３３の全体を、主電源２９の定電圧電源３０の一部として同一基板上に搭載し、差動増幅器６１の出力する負荷電流信号を基板間のインターフェイス信号として、定電圧電源３０（主電源２９）とは別の基板に設けた電流指示器６４と、コネクタおよびハーネス等で接続する構成とすることもできる。

この構成によれば、前述の構成に比べ、差動増幅器６１およびそれに付随する抵抗分、主電源２９のコストは増大するが、ほぼ同一の効果を得ることができ、また、増幅された信号の受け渡しによりノイズ耐量を増すことができる。すなわち、電流検出機能の安定性を向上させることができる。

停電が発生した場合、停電検出部９０により停電が検出され、その情報が入出力制御部２０へ送られる。入出力制御部２０の停電状態監視部１１は切換え回路５５へ切換え信号を送り、切換え回路５５は定電流制御としていた第二電源（定電流／定電圧切換え電源２６）の出力を定電圧制御出力となるように切換える。

なお、定電圧制御を行うための出力電圧コントローラ５６の構成は、たとえば絶縁型誤差増幅器８３ｂに示すように、分圧抵抗により分圧した電圧検出信号を、シャントレギュレータにより、基準電圧と比較／増幅し、フォトカプラにより絶縁してＰＷＭコントローラ４２に、定電圧制御のためのフィードバック信号として与える構成としても良い。

また、切換え回路５５は第二電源（定電流／定電圧切換え電源２６）の定電流制御による出力、定電圧制御による出力のどちらか一方の出力をＰＷＭコントローラ４２に送る手段であれば良く、スイッチ部品、たとえばリレー素子などで構成される。

<第二電源の電圧遷移と各状態の関係>
図６は、図３における第二電源の電圧遷移と装置の各状態の関係を示すタイミングチャートである。この図６は、装置状態に応じたキャパシタ３７の蓄電遷移を示したものであり、横軸に時間、縦軸に装置のキャパシタ３７の蓄電電圧を示す。また、図７は、第１の実施の形態にかかる動作を示すフローチャートである。

図６において、「オフモード」とは、次の(ａ)又は(ｂ)の動作が行われるまで、定着加熱装置３６の発熱体（たとえば、ハロゲンヒータ）への電力供給を停止している状態（次回の定着可能状態への復帰に備えて定着加熱装置３６の発熱体への電力供給を停止している状態）をいう。(ａ)ユーザが画像形成装置本体の電源スイッチ（主電源スイッチ２８ではない）を押してオンさせる。(ｂ)画像形成信号等の外部信号が入力される。

「待機時」とは、画像形成装置が画像形成動作を実行していない状態であって、定着加熱装置３６を定着可能な温度よりも低い所定の温度に維持している状態、もしくは画像形成装置が画像形成動作を実行していない状態であって、主電源２９から定着加熱装置３６の発熱体への電力供給がされていない状態をいう。「復帰時」とは、待機時から、定着加熱装置３６の定着ローラの表面温度を定着加熱装置３６の発熱体への電力供給によって所定温度まで昇温させるときをいう。

操作者の動作指示（タイミングＡ）があると装置の立ち上げ（復帰）動作を開始する。このとき定着加熱装置３６の立ち上げ時間の短縮のため、蓄電電力を使用するのでキャパシタ電圧は、起動時間の短縮対応機能の動作可能範囲の下限（タイミングＢ）まで下降する（放電期間Ｉ）。また、このときキャパシタ３７から供給される電力量は数１００Ｗと大きく、補助電源３２からの電力供給を行う期間内において一定の電力をシステムに供給する場合、キャパシタ３７は放電するに従い端子電圧が低くなってしまうため、時間の経過とともにキャパシタ３７の出力電流が大きくなる。構成回路には、導通電流に制限があるため、所定電圧以下では使用しないように設定されている。つまりは、動作可能範囲で狙いの起動時間を満足できる補助電源３２の容量を確保するようにキャパシタ３７の容量を設定している。

そして、オフモード以降は、起動時間の短縮のために補助電力が必要なタイミングＦにてキャパシタ３７が満充電状態となるように充電動作を実施する（充電期間Ｉ）。ここで、オフモードに移行するタイミングＣと起動時間短縮のために補助電源３２からの電力供給が必要なタイミングＦに差があるのは、定着加熱装置３６は蓄熱によりオフモードに移行した後しばらくの間は、補助電源３２からの電力供給が必要なしに狙いの立ち上げ時間で立ち上がることができるためである。また、キャパシタ３７は自己放電作用があり、蓄電電圧が低いときの方が消費電力が小さくなるため、必要時のみ電力を蓄積させておくようにすると、省エネルギー効果を高めることができるためである。

次に停電時の動作について説明する。図７に示すフローチャートにおいて、停電検出部９０は停電の有無を検出する（ステップＳ１１）。ここで停電検出部９０が停電を検出すると（ステップＳ１１，ＹＥＳ）（図６のタイミングＤ）、停電状態監視部１１に停電であることを示す信号を送る（ステップＳ１２）。続いて、入出力制御部２０の出力切換指示部１３は、前述したように第二電源（定電流／定電圧切換え電源２６）が、定電流制御から定電圧制御に切り替わるように制御を行う（ステップＳ１３）。この定電流制御から定電圧制御の切換え後にキャパシタ３７からの電力が負荷へと供給されるが、ここではシステム内に格納されるデータを安全に保護するためのシャットダウン時について補足する。

続いて、入出力制御部２０のシャットダウン処理部１４は次回の起動に備えた処理、および各種データの保護処理といったシャットダウン処理を実行する（ステップＳ１４）。このとき、入出力制御部２０のシャットダウン処理部１４はキャパシタ３７の電力を使用して動作するため、キャパシタ３７の電圧は、起動時間の短縮対応機能の動作可能範囲の下限よりもさらに低い電圧に設定された停電対応機能の動作可能範囲の下限まで下降する（放電期間II）。

このとき、シャットダウン処理で消費される電力は、数１０Ｗ以下と小さく、起動時間の短縮対応機能の動作可能範囲の下限よりもさらに低い電圧でキャパシタ３７の電力を使用しても回路に負荷を与えることがないため、起動時間の短縮対応機能の動作可能範囲とは別に停電対応機能の動作可能範囲を設定している。

そして、停電から復帰したか否かを判断し（ステップＳ１５）、ここで、復帰制御部１５により、タイミングＥで停電から復帰した後（ステップＳ１５、Ｙｅｓ）は、次の停電発生に備え、充電動作（充電期間II）を実施する（ステップＳ１６）。充電期間Ｉの充電動作で説明したように、オフモードに移行した後しばらくの間は、補助電源３２からの電力供給が必要なしに狙いの立ち上げ時間で立ち上がることが可能なため、充電期間IIではシャットダウン処理に必要な電力のみ蓄積するように、起動時間の短縮対応機能の動作可能範囲の下限よりも低い充電電圧設定値IIまで充電する。

ここで充電電圧設定値IIの決め方について詳述する（計算例を示す。）。たとえばシャットダウン処理に必要な電力を１０Ｗ（制御電圧５Ｖ×消費電流２Ａ）とし、キャパシタ３７の放電回路の導通電流の制限値を５Ａとすると、シャットダウン処理で使用できるキャパシタ電圧の下限値は２Ｖと決定され、キャパシタ３７の容量を７５Ｆ（６００Ｆ×８本）とすると、このときの残エネルギーは１５０Ｊとなる。

また、シャットダウン処理に必要な時間を１２０秒とすると、シャットダウン処理で消費される電力量は、５Ｖ×２Ａ×１２０ｓ＝１２００Ｊとなる。これに上述したエネルギー（１５０Ｊ）を加えた１３５０Ｊのエネルギーが蓄えられていることとなる電圧、すなわち６Ｖ（１／２×Ｃ（キャパシタ容量）×Ｖ（キャパシタ電圧）^２＝Ｗ（蓄電エネルギー）より）以上のキャパシタ３７の電圧を維持している場合のみ、正常にシャットダウン処理を実施することが可能となる。この電圧を充電電圧設定値IIとする。

上記の計算例では、シャットダウン処理で消費される電力、および処理時間のばらつき、蓄電電圧の検出ばらつき、キャパシタ３７の自己放電作用による電圧低下等を考慮せず、充電電圧設定値IIを定めたが、前記も考慮し設定すると、より安定した停電対応機能とすることができる。

（第２の実施の形態）
<第２の実施の形態の電源装置の構成>
図８は、本発明の第２の実施の形態の電源装置の構成を示すブロック図である。この図において、図３と同一部分又は対応部分には、図３と同じ参照符号が付されている。

本実施の形態は、ハードウェアにより定電流出力から定電圧出力への切換えを制御する構成であり、停電検出部９０からの停電の有無を示す検出情報を入出力制御部２０へは送らずに直接定電流／定電圧切換え電源２６へ送る構成としている。ハードウウェア構成とすることで、図３に示す構成のようなソフトウェア処理の介在が不要となるため、停電時により早く電源を切換えることができる。

<定電圧電源、定電流／定電圧切換え電源、負荷電流検出器、および電流指示器の詳細>
図９は、図８における定電圧電源３０、定電流／定電圧切換え電源２６、負荷電流検出器３３、および電流指示器６４の詳細構成を示す説明図である。

停電検出部９０からの出力は直接切換え回路５５へ送られる。そのため、入出力制御部２０におけるソフトウェア処理時間を不要として電源を切換えることができる。ここではハードウェアによる切換え構成を示しており、その他の動作詳細に関しては、図５の構成と同様のため省略する。

ところで、本実施の形態で実行されるプログラムは、ＲＯＭ２２に予め組み込まれて提供するものとしているが、これに限定されるものではない。本実施の形態で実行されるプログラムを、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録してコンピュータプログラムプロダクトとして提供してもよい。

また、本実施の形態で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、本実施の形態で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。

本実施の形態で実行されるプログラムは、上述した停電状態監視部１１、電流上限値指示部１２、出力切換指示部１３、シャットダウン処理部１４、復帰制御部１５を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ２１（プロセッサ）が上記記録媒体からプログラムを読み出して実行することにより上記各部がＲＡＭ２３等の主記憶装置上にロードされ、停電状態監視部１１、電流上限値指示部１２、出力切換指示部１３、シャットダウン処理部１４、復帰制御部１５が主記憶装置上に生成されるようになっている。

なお、上述した実施の形態では、画像形成装置について例を挙げて説明したがこれに限らず他の装置であってもよい。たとえば、プロジェクタ、タブレット端末などの情報処理装置へ適用することも可能である。

１１ 停電状態監視部
１２ 電流上限値指示部
１３ 出力切換指示部
１４ シャットダウン処理部
１５ 復帰制御部
２０ 入出力制御部
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２３ ＲＡＭ
２６ 定電流／定電圧切換え電源
２７ 商用ＡＣ電源
２９ 主電源
３０ 定電圧電源
３２ 補助電源
３３ 負荷電流検出器
３５ ２４Ｖ系負荷
３７ キャパシタ
４６ 出力電流コントローラ
５５ 切換え回路
６４ 電流指示器
９０ 停電検出部

特開２００４−２３６４９２号公報 特開２００７−２３６１５９号公報

Claims (4)

1. 外部電源を電力供給源として負荷に定電圧出力で給電する主電源と、
   内部の蓄電手段を電力供給源として前記負荷に給電する定電流出力と定電圧出力の切換えが可能な補助電源と、
   前記負荷を流れる電流値を検出する負荷電流検出器と、
   前記主電源の出力電流の上限値を出力する電流上限値指示部と、
   前記負荷電流検出器により検出された前記負荷を流れる電流値と、前記電流上限値指示部により与えられる前記主電源の出力電流値の上限値とから、前記上限値を超える分の負荷電流を前記補助電源が定電流出力で給電する定電流／定電圧切換え電源と、
   前記外部電源からの電力供給の停止を検出する停電検出部と、
   前記停電検出部より検出される停電検出信号にしたがい停電発生を監視する停電監視部と、
   前記停電監視部が前記停電検出部により前記外部電源からの電力供給が停止されたと判断したとき、前記定電流／定電圧切換え電源を定電流出力から定電圧出力に切換える出力切換部と、
   次回の起動に備えた処理、および各種データの保護処理を含むシャットダウン処理を実行するシャットダウン処理部と、
   停電から復帰した後に、つぎの停電発生に備え、前記蓄電手段による蓄電動作を行う復帰制御部と、
   を備え、
   前記復帰制御部は、前記シャットダウン処理部がシャットダウン処理に必要な電力のみ前記蓄電手段に蓄電することを特徴とする電源装置。
2. 外部電源を電力供給源として負荷に定電圧出力で給電する主電源と、
   内部の蓄電手段を電力供給源として前記負荷に給電する定電流出力と定電圧出力の切換えが可能な補助電源と、
   前記負荷を流れる電流値を検出する負荷電流検出器と、
   前記主電源の出力電流の上限値を出力する電流上限値指示部と、
   前記負荷電流検出器により検出された前記負荷を流れる電流値と、前記電流上限値指示部により与えられる前記主電源の出力電流値の上限値とから、前記上限値を超える分の負荷電流を前記補助電源が定電流出力で給電する定電流／定電圧切換え電源と、
   前記外部電源からの電力供給の停止を検出する停電検出部と、
   前記停電検出部により検出された停電検出信号により前記定電流／定電圧切換え電源の出力を定電圧出力に切り換える切換え回路と、
   次回の起動に備えた処理、および各種データの保護処理を含むシャットダウン処理を実行するシャットダウン処理部と、
   停電から復帰した後に、つぎの停電発生に備え、前記蓄電手段による蓄電動作を行う復帰制御部と、
   を備え、
   前記復帰制御部は、前記シャットダウン処理部がシャットダウン処理に必要な電力のみ前記蓄電手段に蓄電することを特徴とする電源装置。
3. 前記蓄電手段は、電気二重層キャパシタであることを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
4. 外部電源を電力供給源として負荷に定電圧出力で給電する主電源と、内部の蓄電手段を電力供給源として前記負荷に給電する定電流出力と定電圧出力の切換えが可能な補助電源と、前記負荷を流れる電流値を検出する負荷電流検出器と、前記主電源の出力電流の上限値を出力する電流上限値指示部と、前記負荷電流検出器により検出された前記負荷を流れる電流値と、前記電流上限値指示部により与えられる前記主電源の出力電流値の上限値とから、前記上限値を超える分の負荷電流を前記補助電源が定電流出力で給電する定電流／定電圧切換え電源と、前記外部電源からの電力供給の停止を検出する停電検出部と、を有する電源装置の制御方法であって、
   前記停電検出部より検出される停電検出信号にしたがい停電発生を監視する停電監視工程と、
   前記停電監視工程において前記停電検出部により前記外部電源からの電力供給が停止されたと判断したとき、前記定電流／定電圧切換え電源を定電流出力から定電圧出力に切換える出力切換工程と、
   次回の起動に備えた処理、および各種データの保護処理を含むシャットダウン処理を実行するシャットダウン処理工程と、
   停電から復帰した後に、つぎの停電発生に備え、前記蓄電手段による蓄電動作を行う復帰制御工程と、
   を含み、
   前記復帰制御工程は、前記シャットダウン処理工程でシャットダウン処理に必要な電力のみ前記蓄電手段に蓄電することを特徴とする電源装置の制御方法。

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