JP6075827B2

JP6075827B2 - スイッチング電源装置及び画像形成装置

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Description

本発明はスイッチング電源装置及び画像形成装置に関し、特にリンギング・チョーク・コンバータ（以下ＲＣＣと略す）方式の電源装置における軽負荷時の効率改善に関する。

近年、環境意識の高まりなどにより、電子機器に対しては消費電力を低減することが要求されている。例えばテレビやプリンタ等の電子機器では、一般に実際に動作している状態よりも、ユーザからの操作を待っている待機状態の方が時間的に長い場合が多い。そのため、消費電力の低減には待機状態、即ち軽負荷時の電源装置の効率改善が重要となる。

一方、リンギング・チョーク・コンバータ（以下、ＲＣＣとする）方式に代表される自励式の電源装置は構成が簡易であり、且つ安価であるため、さまざまな電子機器に搭載されている。ＲＣＣ方式の電源装置（以下、ＲＣＣ電源装置とする）における軽負荷時の効率を改善する手段としては、例えば特許文献１では、待機時に出力電圧を低下させＲＣＣ電源装置を間欠動作させることにより、効率を改善する手法が提案されている。

特開２０００−２７８９４６号公報

しかしながら、従来のように出力電圧Ｖｏを低下させて、後述する図１のＦＥＴ４０４のオンを、抵抗４０５を介して行う場合、ＦＥＴ４０４のターンオン時の損失が大きくなってしまうという課題がある。以下、図５を用いて説明する。

図５は従来（例えば、後述する図１）のＲＣＣ電源装置が間欠発振状態で動作している場合の波形で、上からＦＥＴ４０４のドレイン−ソース間電圧（Ｖｄｓ）、ドレイン電流（Ｉｄ）、ゲート・ソース間電圧（Ｖｇｓ）の波形を示す図である。図５に示すように、間欠動作状態においては、ＦＥＴ４０４は巻線Ｎｂに発生する電圧のみではオンすることができないため、抵抗４０５を流れる電流によって、ゲート・ソース間容量が充電されることによりオンされる。しかし、一般に軽負荷時の消費電力を低減させるためには、抵抗４０５を大きくする必要があるため、抵抗４０５を流れる電流は非常に小さくなっている。そのため、ＦＥＴ４０４のオンを、抵抗４０５を介して行う場合、ＦＥＴ４０４のターンオン時間が非常に遅くなってしまい、ターンオン時の損失が大きくなってしまう。また、ＦＥＴ４０４のターンオン時にコンデンサ４１４に充電されていた電荷がＦＥＴ４０４の損失として消費されるが、この損失はＦＥＴ４０４ターンオン時のＶｄｓの２乗に比例して大きくなる。間欠動作状態においては、ＦＥＴ４０４ターンオン時のＶｄｓはコンデンサ４０３（図５にはＣ４０３と図示）の電位とほぼ等しくなるため、更に損失が大きくなってしまう。以上の理由により、出力電圧Ｖｏを低下させ、ＲＣＣ電源装置を間欠発振状態で動作させるだけでは軽負荷時の効率改善に対して限界がある。

また、出力電圧Ｖｏを低下させた際にも巻線Ｎｂに発生する電圧がＦＥＴ４０４のゲート閾値電圧よりも大きくなるように巻線Ｎｂの巻数を増やすと、出力電圧Ｖｏが通常の電圧を出力している際に巻線Ｎｂに発生する電圧が大きくなってしまう。これにより、回路部品の耐圧を上げる必要が生じてコストアップにつながってしまうだけでなく、回路が誤動作し破壊してしまう可能性もあるため、好ましくない。

本発明はこのような状況のもとでなされたもので、軽負荷時に出力電圧を低下させる電源装置において、各素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止しつつ、軽負荷時のスイッチング素子のターンオン損失を低減することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明は以下の構成を備える。

（１）一次巻線、二次巻線及び帰還巻線を有するトランスと、前記一次巻線に直列に接続され、制御端子が前記帰還巻線に接続され、前記帰還巻線に発生する電圧に応じてターンオンするスイッチング素子と、を備え、所定の負荷状態の際には前記トランスから所定の電圧を出力し、前記所定の負荷状態よりも軽い負荷状態の際には前記所定の電圧よりも低い電圧を出力する自励式のスイッチング電源装置であって、前記帰還巻線は、第一の巻線と、前記第一の巻線の巻数よりも巻数が大きい第二の巻線と、を有し、前記所定の電圧を出力する際には前記スイッチング素子の前記制御端子に前記第一の巻線を接続し、前記所定の電圧よりも低い電圧を出力する際には前記制御端子に前記第二の巻線を接続するように切り換える切り換え手段を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
（２）一次巻線、二次巻線及び帰還巻線を有するトランスと、前記一次巻線に直列に接続され、制御端子が前記帰還巻線に接続され、前記帰還巻線に発生する電圧に応じてターンオンするスイッチング素子と、を備え、所定の負荷状態の際には前記トランスから所定の電圧を出力し、前記所定の負荷状態よりも軽い負荷状態の際には前記所定の電圧よりも低い電圧を出力する自励式のスイッチング電源装置であって、前記帰還巻線は、センタータップ部を有し、前記所定の電圧を出力する際には前記スイッチング素子の前記制御端子に前記センタータップ部を接続し、前記所定の電圧よりも低い電圧を出力する際には前記制御端子に前記帰還巻線の端部を接続するように切り換える切り換え手段を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
（３）記録材に画像形成を行う画像形成装置であって、前記（１）又は前記（２）に記載のスイッチング電源装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、軽負荷時に出力電圧を低下させる電源装置において、各素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止しつつ、軽負荷時のスイッチング素子のターンオン損失を低減することができる。

実施例１の比較のための従来のＲＣＣ電源装置の回路図実施例１のＲＣＣ電源装置の回路図実施例１のＲＣＣ電源装置のスイッチング素子の動作波形を示す図、実施例２のＲＣＣ電源装置の回路図実施例３の画像形成装置の構成を示す図従来例のＲＣＣ電源装置のスイッチング素子の動作波形を示す図

以下本発明を実施するための形態を、実施例により詳しく説明する。

本実施例のリンギング・チョーク・コンバータ（以下、ＲＣＣと略す）方式の電源装置（以下、ＲＣＣ電源装置という）の説明をする前に、比較のために従来のＲＣＣ電源装置について説明する。

［従来のＲＣＣ電源装置の動作］
図１を用いて本実施例のＲＣＣ電源装置との比較のための従来のＲＣＣ電源装置の動作について説明する。図１は従来のＲＣＣ電源装置の一例を示す回路図である。商用電源４０１はブリッジダイオード４０２と平滑コンデンサ４０３によって整流され、直流電圧に変換される。商用電源４０１が投入された直後は、巻線Ｎｐに直列に接続されたスイッチング素子であるスイッチングＦＥＴ４０４（以下、単にＦＥＴ４０４とする）はオフ状態であるが、抵抗４０５を介してＦＥＴ４０４のゲート・ソース間容量が直流電圧によって充電される。そして、ＦＥＴ４０４のゲート・ソース間電圧が閾値電圧よりも大きくなると、ＦＥＴ４０４はオン状態となる。

ＦＥＴ４０４がオンすると、トランス４０６の巻線Ｎｐに電圧が印加され、これによって巻線Ｎｐと同極性の帰還巻線（以下、単に巻線という）Ｎｂ、巻線Ｎｐと逆極性の巻線Ｎｓにも、それぞれ巻数比と極性に応じた電圧が発生する。ここで、トランス４０６は一次巻線である巻線Ｎｐと、二次巻線である巻線Ｎｓと、帰還巻線である巻線Ｎｂを有し、一次側と二次側を絶縁するものである。

ＦＥＴ４０４がオンである間、抵抗４０７とフォトカプラ４０８のトランジスタを介して流れる電流及び巻線Ｎｂから抵抗４０９を介して流れる電流によってコンデンサ４１０が充電される。コンデンサ４１０の電圧がトランジスタ４１１のオン時のベース・エミッタ間電圧よりも大きくなりトランジスタ４１１がオンすると、ＦＥＴ４０４のゲート・ソース間電圧は直流電圧を抵抗４０５と抵抗４１２で分圧した値となる。ここで、抵抗４１２の抵抗値は抵抗４０５の抵抗値と比較して十分に小さく設定されているため、ＦＥＴ４０４はオフされる。尚、ＦＥＴ４０４がオンの間は巻線Ｎｓには二次側のダイオード４１３に逆バイアスを印加する電圧が発生しているため、二次側の巻線Ｎｓには電流が流れない。

一方、ＦＥＴ４０４がオフすると巻線Ｎｓの電圧が反転するため、ダイオード４１３がオンし、ＦＥＴ４０４がオンの間にトランス４０６に蓄えられたエネルギーが二次側に放出される。トランス４０６が二次側にエネルギーを放出している間、巻線ＮｂにはＦＥＴ４０４のゲート・ソース間に逆バイアスを印加する電圧が発生しているため、ＦＥＴ４０４がオンすることは無い。トランス４０６によるエネルギーの放出が終わると、巻線Ｎｓの電圧は巻線Ｎｐのインダクタンス値とコンデンサ４１４の容量によって定まる周波数で振動する。この際、振動の振幅は出力電圧Ｖｏによって定まる。

巻線Ｎｂには巻線Ｎｓと巻線Ｎｂの巻数比Ｎｂ／Ｎｓに比例した電圧が発生するため、巻線Ｎｂに発生する電圧も同じく振動する。このとき、巻線Ｎｂに発生する電圧により、ＦＥＴ４０４のゲート・ソース間容量が充電され、ＦＥＴ４０４のゲート電圧が閾値電圧まで上昇すると、再びＦＥＴ４０４はオン状態となる。以上の動作を繰り返すことにより、トランス４０６を介して二次側に電力を供給している。上述したようにトランス４０６に蓄えられたエネルギーが二次側で放出された後、巻線Ｎｂに発生する電圧がＦＥＴ４０４の制御端子であるゲート端子に印加されることによってＦＥＴ４０４がオンし、連続してオンオフを繰り返している。尚、このようにＦＥＴ４０４が連続的にオンオフされている動作状態を、以下、連続発振状態と呼ぶ。

以下、定電圧制御について説明する。二次側の出力電圧Ｖｏは、通常は抵抗４１５と抵抗４１６によって分圧されてシャントレギュレータ４１７のＲＥＦ端子に入力されている。よって、負荷が軽くなり二次側の消費電力に対して電力の供給量が過剰になることによって出力電圧Ｖｏが上昇すると、シャントレギュレータ４１７のカソード端子（Ｋ）の電圧が低下する。これにより、フォトカプラ４０８の発光ダイオードを流れる電流（以下Ｉｆと呼ぶ）が増加するため、フォトカプラ４０８のコレクタ電流（以下Ｉｃと呼ぶ）が増加しコンデンサ４１０の充電時間が短くなり、ＦＥＴ４０４のオン時間が短くなる。ＦＥＴ４０４のオン時間が短くなると、トランス４０６に蓄えられるエネルギーが減少するため、電力の供給量が減少し、電圧は一定に保たれる。一方、負荷が重くなり二次側の消費電力に対して電力の供給量が足りなくなることによって出力電圧Ｖｏが下降すると、シャントレギュレータ４１７のカソード端子の電圧が上昇する。これにより、電流Ｉｆが減少するためコレクタ電流Ｉｃが減少し、コンデンサ４１０の充電時間が長くなることによって電力の供給量を増大させるため、電圧は一定に保たれ所定の電圧を出力することができる。このように図１のＲＣＣ電源装置においては、コンデンサ４１０の充電時間、即ちＦＥＴ４０４のスイッチング周期を可変させることにより、出力電圧を一定に保っている。

以下、出力電圧Ｖｏを低下させた場合のＲＣＣ電源装置の動作について説明する。図１においてＲＣＣ電源装置の負荷が軽負荷となると、ＣＰＵ４１８がＣＰＵ４１８の制御端子からハイレベルの信号を出力し、ＦＥＴ４１９をオンする。ここで、抵抗４２０は抵抗４１５よりも小さい抵抗値に設定されているため、出力電圧Ｖｏが低下する。出力電圧Ｖｏが低下した状態では、トランス４０６に蓄えられたエネルギーが二次側で放出された後、巻線Ｎｂに発生する電圧振動の振幅が小さくなる。このとき、発生する電圧がＦＥＴ４０４のゲート閾値電圧よりも小さくなると、ＦＥＴ４０４は巻線Ｎｂに発生する電圧ではオンすることができないため、連続発振状態を維持することができなくなる。そのため、ＦＥＴ４０４は再び抵抗４０５を介してゲート・ソース間容量が充電され、ゲート電圧が閾値電圧に達するまではオンすることができなくなる。

出力電圧Ｖｏが低下すると、ＲＣＣ電源装置は上述のような動作を行うため、ＦＥＴ４０４の発振周期が長くなる。ＲＣＣ電源装置においては、軽負荷時における回路損失の大部分がＦＥＴ４０４のスイッチング損失であるため、ＦＥＴ４０４のスイッチング回数を減少させることで回路損失を低減させ、効率の改善を実現している。上述のようにトランス４０６に蓄えられたエネルギーが二次側で放出された後、巻線Ｎｂに発生する電圧によってＦＥＴ４０４がオンできず、抵抗４０５を介してオンする。尚、出力電圧Ｖｏが低下している際に、ＦＥＴ４０４が間欠的にオンオフされている動作を、以下、間欠発振状態と呼ぶ。

以上のように、軽負荷時に出力電圧を低下させ、発振周波数を低下させることで効率の改善を図る従来のＲＣＣ電源装置では、軽負荷時に帰還巻線である巻線Ｎｂに発生する振動電圧では主スイッチング素子であるＦＥＴ４０４をオンできない。ＦＥＴ４０４のオンを起動抵抗である抵抗４０５からの充電電流に頼るため、ターンオン時間が遅くなり、ターンオン損失が増大してしまう。また、軽負荷時の出力電圧ＶｏにおいてもＦＥＴ４０４をオンできるように巻線Ｎｂの巻数を増やすと、通常動作時における各素子への印加電圧の増大や、回路の誤動作等が懸念される。

［本実施例のＲＣＣ電源装置の動作］
図２は実施例１のＲＣＣ電源装置の一例を示す回路図である。図１で説明した従来例と同じ機能である箇所には同符号を付与してある。尚、上述した動作と同じ動作についての説明は省略する。本実施例のＲＣＣ電源装置における従来例との相違点は、トランジスタ１０１、ダイオード１０２、フォトカプラ１０３、抵抗１０４〜１０５、補助巻線Ｎｂ２が追加される点である。尚、図２の巻線Ｎｂ１（第一の巻線）は図１の巻線Ｎｂと同等の巻数となっており、巻線Ｎｂ２（第二の巻線）の巻数は巻線Ｎｂ１の巻線よりも大きくなっている（巻線Ｎｂ２の巻数＞巻線Ｎｂ１の巻数）。以下、本実施例における動作について詳細に説明する。

（軽負荷状態での動作）
まず、ＲＣＣ電源装置の負荷が軽負荷状態であり、出力電圧Ｖｏが低下している状態について説明する。トランス４０６に蓄えられたエネルギーの二次側への放出が終了すると、各巻線の電圧は振動を開始する。

このとき、出力電圧Ｖｏを低下させるため、ＣＰＵ４１８の制御端子はハイレベルの状態になっており、抵抗１０５を介してフォトカプラ１０３の発光ダイオードには電流が流れ、フォトカプラ１０３のトランジスタにはコレクタ電流が流れる。フォトカプラ１０３にコレクタ電流が流れると、抵抗１０４を介してトランジスタ１０１がオンとなるため、巻線Ｎｂ２に発生している電圧がＦＥＴ４０４のゲートに印加される。ここで、巻線Ｎｂ２は巻線Ｎｂ１よりも巻数が大きいため、巻線Ｎｂ２に発生する電圧は巻線Ｎｂ１に発生する電圧よりも大きくなり、ダイオード１０２は導通することができない。即ち、出力電圧Ｖｏが低下している状態（モード）においては、帰還巻線Ｎｂ２が選択され、ＦＥＴ４０４のゲートに電圧が印加される。巻線Ｎｂ２に発生する電圧は巻線Ｎｂ１に発生する電圧よりも大きいため、従来例とは異なり、帰還巻線Ｎｂ２に発生する電圧でＦＥＴ４０４をオンすることができる。

図３（ａ）は本実施例のＲＣＣ電源装置が間欠発振状態で動作している場合の波形で、上からＦＥＴ４０４のドレイン−ソース間電圧（Ｖｄｓ）、ドレイン電流（Ｉｄ）、ゲート・ソース間電圧（Ｖｇｓ）の波形を示す図である。本実施例では、図３（ａ）に示すように出力電圧Ｖｏが低下した状態においてもＦＥＴ４０４のターンオン時間が遅くなることは無く、スイッチング損失を低減することが可能となる。更に図３（ａ）に示すように、巻線Ｎｐの電圧が振動している状態でＦＥＴ４０４をオンすることが可能であるため、ＦＥＴ４０４がターンオンする際のＶｄｓ（ターンオン時Ｖｄｓ）は一次平滑コンデンサ４０３に充電されている電圧よりも低くなる。そして、コンデンサ４１４に充電されている電荷量も少なくなるため、より一層ターンオン損失を低減することが可能となる。

（通常動作状態での動作）
一方、出力電圧Ｖｏが低下していない通常動作状態においては、ＣＰＵ４１８はハイレベルの信号を出力せず、トランジスタ１０１がオフ状態となるため、巻線Ｎｂ２よりも巻数が少なく従来の巻線Ｎｂと同じ巻数の巻線Ｎｂ１が選択される。これにより、出力電圧Ｖｏが低下していない状態では、従来のＲＣＣ電源装置と同様の動作となり、各素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止することが可能となる。即ち、本実施例においては、フォトカプラ１０３が、トランジスタ１０１のオン、オフを決定している。そして、トランジスタ１０１がオンの場合は巻線Ｎｂ２に切り換えられ、トランジスタ１０１がオフの場合は巻線Ｎｂ１に切り換えられる。このように、本実施例では、トランジスタ１０１、ダイオード１０２及びフォトカプラ１０３が切り換え部（切り換え手段）を構成している。また、本実施例では、ＣＰＵ４１８（検知手段）が出力電圧Ｖｏを検知しているといえる。

以上に述べたように、本実施例においては、軽負荷時に出力電圧を低下させるＲＣＣ方式の電源装置において、出力電圧に応じて使用する補助巻線を切り換える構成とする。これにより本実施例によれば、軽負荷時に出力電圧を低下させる電源装置において、各素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止しつつ、軽負荷時のスイッチング素子のターンオン損失を低減することができる。

［本実施例のＲＣＣ電源装置の動作］
図３（ｂ）は実施例２のＲＣＣ電源装置の一例を示す回路図である。実施例１と同じ機能である箇所には同符号を付与してある。尚、実施例１の動作と同じ動作についての説明は省略する。実施例１のＲＣＣ電源装置との相違点は、ツェナーダイオード３０１、コンデンサ３０２、トランジスタ３０３、３０４、抵抗３０５〜３０８及び帰還巻線Ｎｂ３にセンタータップを設けた点である。尚、帰還巻線Ｎｂ３の巻数は実施例１における帰還巻線Ｎｂ２の巻数と等しく、センタータップ部の巻線Ｎｂ３−１の巻数は実施例１における巻線Ｎｂ１の巻数と等しい。以下、本実施例における動作について詳細に説明する。

（軽負荷状態での動作）
まず、ＲＣＣ電源装置の負荷が軽負荷状態であり、出力電圧Ｖｏが低下している状態について説明する。トランス４０６に蓄えられたエネルギーの二次側への放出が終了すると、各巻線の電圧は振動を開始する。このとき、コンデンサ３０２には、トランス４０６が二次側へエネルギーを放出している間におおよそ以下で示される電位Ｖ_３０２の電荷が充電されている。

尚、式中のＶｏｌ、Ｖｆ_３０１はそれぞれ軽負荷時における出力電圧Ｖｏ及びツェナーダイオード３０１の順方向電圧を示している。Ｎｓは巻線Ｎｓの巻数、Ｎｂ３は巻線Ｎｂ３の巻数である。また、ツェナーダイオード３０１のツェナー電圧Ｖｚ_３０１は以下の様に設定されている。

そのため、各巻線の電圧が振動している間ツェナーダイオード３０１は常にオフ状態となる。ツェナーダイオード３０１がオフ状態である場合、トランジスタ３０４はオフ、トランジスタ１０１、３０３はオンとなり、帰還巻線Ｎｂ３の両端に発生する電圧がＦＥＴ４０４の制御端子であるゲート端子に印加される。帰還巻線Ｎｂ３の巻数は実施例１における巻線Ｎｂ２の巻数と等しいため、ＦＥＴ４０４をオンすることができる。このように本実施例のＲＣＣ電源装置も、実施例１と同様に出力電圧Ｖｏが低下している状態においてもＦＥＴ４０４のターンオン損失を十分に低減することができる。

（通常動作状態での動作）
一方、出力電圧Ｖｏの出力が低下していない場合の動作について説明する。出力電圧Ｖｏが低下していない場合、コンデンサ３０２には以下に示す電位Ｖ_３０２の電荷が充電されている。

尚、式中のＶｏｈは通常動作時における出力電圧Ｖｏを示している（尚、Ｖｏｈ＞Ｖｏｌ）。ここで、ツェナーダイオード３０１のツェナー電圧Ｖｚ_３０１は以下の様に設定されている。

よって、出力電圧Ｖｏの出力が低下していない場合に関しては、ツェナーダイオード３０１が導通するため、トランジスタ３０４はオン、トランジスタ１０１、３０３はオフとなる。そして、ＦＥＴ４０４のゲート端子には、センタータップを通じて巻線Ｎｂ３−１の両端に発生する電圧が印加される。巻線Ｎｂ３−１の巻数は実施例１における巻線Ｎｂ１の巻数と等しく、巻線Ｎｂ３の巻線より少ないため、各素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止することが可能となる。即ち、本実施例においては、トランジスタ３０３及びトランジスタ３０４が、トランジスタ１０１のオン、オフを決定している。そして、トランジスタ１０１がオンの場合は巻線Ｎｂ３（Ｎｂ３−１＋Ｎｂ３−２）に切り換えられ、トランジスタ１０１がオフの場合は巻線Ｎｂ３−１に切り換えられる。このように、本実施例では、トランジスタ１０１、ダイオード１０２及びトランジスタ３０３、３０４が切り換え部（切り換え手段）を構成している。また、本実施例では、ツェナーダイオード３０１（検知手段）とコンデンサ３０２（検知手段）が出力電圧Ｖｏを検知しているといえる。

以上に述べたように本実施例においては、トランス４０６の一次側において出力電圧Ｖｏが低下したことを検出して選択する帰還巻線を切り換えることが可能である。このため、実施例１と比較して、回路の一次−二次間の距離を確保するためのフォトカプラ１０３などの高価な絶縁素子を使用する必要が無い。更に、本実施例では、センタータップの利用により、巻線Ｎｂ３（巻線Ｎｂ３−１と巻線Ｎｂ３−２の巻数の和）が実施例１の巻線Ｎｂ２の巻数と等しく、帰還巻線の巻数の総数も削減することが可能であるため、電源装置のコストダウンが可能となる。このように本実施例によれば、軽負荷時に出力電圧を低下させる電源装置において、各素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止しつつ、軽負荷時のスイッチング素子のターンオン損失を低減することができる。

実施例１及び２で説明したＲＣＣ電源装置は、例えば画像形成装置の低圧電源、即ちコントローラ（制御部）やモータ等の駆動部へ電力を供給する電源として適用可能である。以下に、実施例１及び２のＲＣＣ電源装置が適用される画像形成装置の構成を説明する。

［画像形成装置の構成］
画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタを例にあげて説明する。図４に電子写真方式のプリンタ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１３００は、静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム１３１１、感光ドラム１３１１を一様に帯電する帯電部１３１７（帯電手段）を備えている。またレーザビームプリンタ１３００は、感光ドラム１３１１に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部１３１２（現像手段）を備えている。そして、感光ドラム１３１１に現像されたトナー像をカセット１３１６から供給された記録材としてのシート（不図示）に転写部１３１８（転写手段）によって転写して、シートに転写したトナー像を定着器１３１４で定着してトレイ１３１５に排出する。この感光ドラム１３１１、帯電部１３１７、現像部１３１２、転写部１３１８が画像形成部である。また、レーザビームプリンタ１３００は、実施例１及び２で説明した、図４には不図示のＲＣＣ電源装置を備えている。尚、実施例１及び２のＲＣＣ電源装置を適用可能な画像形成装置は、図４に例示したものに限定されず、例えば複数の画像形成部を備える画像形成装置であってもよい。更に、感光ドラム１３１１上のトナー像を中間転写ベルトに転写する一次転写部と、中間転写ベルト上のトナー像をシートに転写する二次転写部を備える画像形成装置であってもよい。

レーザビームプリンタ１３００は、画像形成部による画像形成動作や、シートの搬送動作を制御する不図示のコントローラを備えており、実施例１及び２に記載のＲＣＣ電源装置は、例えばコントローラに電力を供給する。また、実施例１及び２に記載のＲＣＣ電源装置は、感光ドラム１３１１を回転するため又はシートを搬送する各種ローラ等を駆動するためのモータ等の駆動部に電力を供給する。即ち、実施例１及び２の負荷（図１〜図３参照）は、コントローラや駆動部に相当する。本実施例の画像形成装置は、省電力を実現する待機状態（例えば、省電力モードや待機モード等の軽負荷状態）にある場合に、例えばコントローラのみに電力を供給する等、負荷を軽くして消費電力を低減させることができる。即ち、本実施例の画像形成装置では、省電力モード時に、実施例１及び２で説明したＲＣＣ電源装置が出力電圧Ｖｏを低下させて間欠発振状態となる。そして、画像形成装置が省電力モードで稼働している際には、実施例１及び２で説明した構成によって、ターンオン損失を一層低減することができる。また、出力電圧Ｖｏが低下していない通常動作時においては、ＲＣＣ電源装置の各素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止することが可能となる。

以上本実施例によれば、軽負荷時に出力電圧を低下させる画像形成装置の電源装置において、各素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止しつつ、軽負荷時のスイッチング素子のターンオン損失を低減することができる。

［その他の実施例］
・実施例１のＲＣＣ電源装置では、トランス４０６が補助巻線として巻数の異なる２つの巻線Ｎｂ１、Ｎｂ２を有し、フォトカプラ１０３を介してＣＰＵ４１８によってトランジスタ１０１のオン、オフを決定し、巻線Ｎｂ１又は巻線Ｎｂ２を切り換える構成とした。しかし、トランス４０６が２つの巻線Ｎｂ１及び巻線Ｎｂ２を補助巻線として有する構成に、実施例２のツェナーダイオード３０１、コンデンサ３０２及びトランジスタ３０３、３０４を適用してもよい。即ち、トランジスタ３０３、３０４によってトランジスタ１０１のオン、オフを決定し、巻線Ｎｂ１又は巻線Ｎｂ２を切り換える構成としてもよい。この場合、巻線Ｎｂ２の黒丸印が付された側の端部にツェナーダイオード３０１を接続する。

・実施例２のＲＣＣ電源装置では、トランス４０６の補助巻線Ｎｂ３がセンタータップ部を有し、トランジスタ３０３、３０４によってトランジスタ１０１のオン、オフを決定し、巻線Ｎｂ３の端部又はセンタータップ部を切り換える構成とした。しかし、トランス４０６の補助巻線Ｎｂ３がセンタータップ部を有する構成に、実施例１のフォトカプラ１０３を適用してもよい。即ち、フォトカプラ１０３を介してＣＰＵ４１８によってトランジスタ１０１のオン、オフを決定し、巻線Ｎｂ３の端部又はセンタータップ部を切り換える構成としてもよい。

・実施例１〜３では、ＲＣＣ電源装置がＣＰＵ４１８を備え、軽負荷時にＣＰＵ４１８がハイレベルの制御信号を出力する構成とした。しかし、実施例１又は２のＲＣＣ電源装置を例えば実施例３のように画像形成装置等の電子機器に搭載する場合、画像形成装置等の電子機器が備える制御部等のＣＰＵが、軽負荷時にＲＣＣ電源装置に対してハイレベルの制御信号を出力する構成としてもよい。

以上その他の実施例においても、軽負荷時に出力電圧を低下させる電源装置において、各素子への過大な電圧の印加や回路の誤動作を防止しつつ、軽負荷時のスイッチング素子のターンオン損失を低減することができる。

１０１トランジスタ
１０２ダイオード
１０３フォトカプラ
４０４スイッチング素子
４０６トランス
４１８ＣＰＵ

Claims

一次巻線、二次巻線及び帰還巻線を有するトランスと、
前記一次巻線に直列に接続され、制御端子が前記帰還巻線に接続され、前記帰還巻線に発生する電圧に応じてターンオンするスイッチング素子と、
を備え、
所定の負荷状態の際には前記トランスから所定の電圧を出力し、前記所定の負荷状態よりも軽い負荷状態の際には前記所定の電圧よりも低い電圧を出力する自励式のスイッチング電源装置であって、
前記帰還巻線は、第一の巻線と、前記第一の巻線の巻数よりも巻数が大きい第二の巻線と、を有し、
前記所定の電圧を出力する際には前記スイッチング素子の前記制御端子に前記第一の巻線を接続し、前記所定の電圧よりも低い電圧を出力する際には前記制御端子に前記第二の巻線を接続するように切り換える切り換え手段を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
前記第二の巻線の端部に直列に接続されたツェナーダイオードと、前記ツェナーダイオードに直列に接続されたコンデンサと、を有する検知手段を備え、
前記切り換え手段は、前記検知手段により検知した電圧に応じて前記第一の巻線又は前記第二の巻線に切り換え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。
前記所定の電圧よりも低い電圧を出力する際には、前記第一の巻線に発生する電圧は前記スイッチング素子のゲート電圧の閾値電圧より低く、前記第二の巻線に発生する電圧は前記閾値電圧よりも高いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスイッチング電源装置。
前記軽い負荷状態において、前記一次巻線が振動している間に前記スイッチング素子がオンされることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
一次巻線、二次巻線及び帰還巻線を有するトランスと、
前記一次巻線に直列に接続され、制御端子が前記帰還巻線に接続され、前記帰還巻線に発生する電圧に応じてターンオンするスイッチング素子と、
を備え、
所定の負荷状態の際には前記トランスから所定の電圧を出力し、前記所定の負荷状態よりも軽い負荷状態の際には前記所定の電圧よりも低い電圧を出力する自励式のスイッチング電源装置であって、
前記帰還巻線は、センタータップ部を有し、
前記所定の電圧を出力する際には前記スイッチング素子の前記制御端子に前記センタータップ部を接続し、前記所定の電圧よりも低い電圧を出力する際には前記制御端子に前記帰還巻線の端部を接続するように切り換える切り換え手段を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
前記帰還巻線の端部に直列に接続されたツェナーダイオードと、前記ツェナーダイオードに直列に接続されたコンデンサと、を有する検知手段を備え、
前記切り換え手段は、前記検知手段により検知した電圧に応じて前記制御端子の前記センタータップ部への接続又は前記帰還巻線の端部への接続を切り換えることを特徴とする請求項５に記載のスイッチング電源装置。
前記所定の電圧よりも低い電圧を出力する際には、前記帰還巻線の一端と前記センタータップ部との間に発生する電圧は前記スイッチング素子のゲート電圧の閾値電圧より低く、前記帰還巻線の一端と前記帰還巻線の他端との間に発生する電圧は前記閾値電圧よりも高いことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のスイッチング電源装置。
前記軽い負荷状態において、前記一次巻線が振動している間に前記スイッチング素子がオンされることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
記録材に画像形成を行う画像形成装置であって、
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置を備えることを特徴とする画像形成装置。