JP6207256B2 - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置及び画像形成装置に関し、特に、整流素子（ダイオード）の逆回復電流による素子の破壊を防止する技術に関する。

交流電源から各種機器に供給された電圧を全波整流回路及び平滑回路を介して直流電圧に変換し、変換された直流電圧をスイッチングコンバータやインバータに入力する整流平滑装置が幅広く用いられている。また、例えば、特許文献１では、整流装置の力率を改善する構成が開示されている。この構成では、全波整流回路の交流入力端に夫々アノード端子が接続され、カソード端子が夫々互いに接続された二つの整流ダイオードと、カソード端子に接続されるスイッチ素子と、を用いて整流装置の力率を改善している。更に、特許文献１に開示された整流装置では、ダイオードの逆回復電流による素子破壊が懸念されるため、例えば、特許文献２のように、所定のタイミングでスイッチ素子の導通を禁止する方法が開示されている。

また、回路動作上スイッチ素子の導通を禁止すると課題が生じる場合や、スイッチ素子を有さない構成の場合には全波整流回路にファストリカバリ特性を有するダイオードブリッジを用いる等の対応を行い、素子破壊を防止する場合が多い。

特開２００７−２７４８１８号公報 特開２０１１−１３５６９４号公報

ここで、図６−１、図６−２に整流平滑装置の例を示し、図７に図６−１、図６−２に記載の商用交流電源１０１の電圧、平滑コンデンサ１０６の両端電圧、商用交流電源１０１から整流平滑装置に入力される電流の波形を示す。なお、図６−１、図６−２には、電流の流れる経路（以下、電流ルートともいう）を太い実線で示す。また、図７では、平滑コンデンサ１０６に商用交流電源１０１から充電される区間、及びその後の逆回復動作区間を、区間１、区間２、区間３に分割している。なお、図６−１、図６−２、図７の詳細な説明は後述する。

ダイオード１０３及びダイオード１０５が逆回復動作を終了すると、図６−２（ｄ）に示す区間３に移行する。図６−２（ｄ）に示す区間３では、図６−２（ｃ）に示す区間２で順方向に電流が流れていたダイオード１０８が、逆回復動作を行う。図６−２（ｄ）に示す区間３は、商用交流電源１０１のライン間がダイオード１０７及びダイオード１０８で橋絡されるため、図７（ｃ）に示すような過大な電流が流れる。この過大な電流により、ダイオード１０７及びダイオード１０８が破壊される可能性がある。そのため、従来は全波整流回路１１１を逆回復動作に要する時間がほぼ等しいダイオードで揃えたり、ファストリカバリ特性を有したダイオードブリッジを用いたりする等の対策を行っていた。そのため、使用できる素子に制約が生じるとともにコストアップの要因となっていた。また、スイッチ素子の導通を禁止する専用の回路を設けることによるコストアップも考えられる。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、安価な構成で、整流素子の逆回復動作時の素子破壊を防止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）第一ラインと第二ラインを介して供給される交流電圧を整流する整流部と、前記整流部により整流された電圧を平滑する平滑コンデンサと、を備え、前記平滑コンデンサから出力される電圧を負荷に供給する電源装置であって、前記第一ラインにカソード端子が接続された第一ダイオードと、前記第二ラインにカソード端子が接続された第二ダイオードと、一端が前記第一ダイオードのアノード端子に接続された第一電流制限素子と、一端が前記第二ダイオードのアノード端子に接続された第二電流制限素子と、を備え、前記第一電流制限素子の他端と前記第二電流制限素子の他端とが接続されたことを特徴とする電源装置。
（２）第一ラインと第二ラインを介して供給される交流電圧を整流する整流部と、前記整流部により整流された電圧を平滑する平滑コンデンサと、を備え、前記平滑コンデンサから出力される電圧を負荷に供給する電源装置であって、前記第一ラインにカソード端子が接続された第一ダイオードと、前記第二ラインにカソード端子が接続された第二ダイオードと、一端が前記第一ダイオードのアノード端子及び前記第二ダイオードのアノード端子のいずれか一方に接続された電流制限素子と、を備え、前記第一ダイオードのアノード端子及び前記第二ダイオードのアノード端子のうち前記電流制限素子と接続されていない方のダイオードのアノード端子と前記電流制限素子の他端とが接続され、前記電流制限素子と接続されていない方のダイオードのアノード端子と前記電流制限素子の他端との接続点に一端が接続された抵抗を備えたことを特徴とする電源装置。
（３）記録材に画像形成を行う画像形成手段と、前記（１）又は前記（２）に記載の電源装置と、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、安価な構成で、整流素子の逆回復動作時の素子破壊を防止することができる。

実施例１の整流平滑装置の構成及び電流ルートを示す図 実施例１の整流平滑装置の構成及び電流ルートを示す図 実施例１の整流平滑装置の電流及び電圧の波形を示す図 実施例２の整流平滑装置の構成及び電流ルートを示す図 実施例２の整流平滑装置の構成及び電流ルートを示す図 実施例３の整流平滑装置の構成及び電流ルートを示す図 実施例３の整流平滑装置の構成及び電流ルートを示す図 実施例４の画像形成装置の構成を示す図 従来例の整流平滑装置の構成及び電流ルートを示す図 従来例の整流平滑装置の構成及び電流ルートを示す図 従来例の整流平滑装置の電流及び電圧を示す図

以下、本発明を実施するための形態を、実施例により図面を参照しながら詳しく説明する。

［ダイオードの逆回復動作時の電流の流れ］
ダイオードの逆回復動作（リカバリ動作）により素子破壊が発生するメカニズムを説明する。図６−１、図６−２は、整流平滑装置の構成と、電流が流れる経路を説明する図である。なお、図６−１、図６−２には、電流が流れる経路（以下、電流ルートともいう）を太い実線で示す。また、図７（ａ）は図６−１、図６−２の商用交流電源１０１の電圧波形、図７（ｂ）は平滑コンデンサ１０６の両端電圧波形、図７（ｃ）は商用交流電源１０１から整流平滑装置に入力される電流波形をそれぞれ示す。図７では、平滑コンデンサ１０６に商用交流電源１０１から充電される区間及びその後の逆回復動作区間を、区間１、区間２、区間３に分割して示している。なお、区間２及び区間３は区間１に比べて十分短い時間であるが、各区間の様子を分かりやすく図示するために、便宜的に実際の時間関係とは異なるスケールで示している。また、以下の説明では、第一ラインであるＬＩＶＥの方が第二ラインであるＮＥＵＴＲＡＬより電圧が高い区間の動作を説明する。なお、ＬＩＶＥの方がＮＥＵＴＲＡＬより電圧が高い区間を正の半波といい、ＮＥＵＴＲＡＬの方がＬＩＶＥより電圧が高い区間を負の半波とする。負の半波の期間においても、正の半波の期間と同様のメカニズムにより、以下に説明する素子破壊が生じる可能性がある。

図６−１（ａ）には区間１、図６−１（ｂ）、図６−２（ｃ）には区間２、図６−２（ｄ）には区間３に流れる電流ルートを示す。図６−１（ａ）に示す区間１は、平滑コンデンサ１０６の両端電圧よりも商用交流電源１０１の電圧の方が高いため、商用交流電源１０１から全波整流回路１１１を介して平滑コンデンサ１０６に充電が行われる。ダイオード１０２、１０３、１０４、１０５は全波整流回路１１１を構成する整流素子である。このとき、電流ルート上のダイオード１０３及びダイオード１０５に流れる電流は順方向である。区間１において平滑コンデンサ１０６の充電が行われ、平滑コンデンサ１０６の両端電圧とダイオード１０３及びダイオード１０５の順方向電圧の和が商用交流電源１０１の電圧と等しくなると、平滑コンデンサ１０６の充電動作は終了する。

その後、図６−１（ｂ）に示す区間２に移行し、ダイオード１０３及びダイオード１０５は、逆回復動作を開始する。逆回復動作中はダイオード１０３及びダイオード１０５の逆方向に電流が流れ、図６−１（ｂ）に太い実線で示す電流ルートで電流が流れる。ダイオード１０３及びダイオード１０５は、逆回復のスピードに差があるため、どちらか一方が先に逆回復動作を終える。ダイオード１０３及びダイオード１０５のいずれか一方が逆回復動作を終えたとき、スイッチ素子１１０が導通していなければ、ダイオード１０３及びダイオード１０５の逆回復動作は終了する。なお、スイッチ素子１１０は、例えば図６−１、図６−２に示すようにトランジスタであるものとする。スイッチ素子１１０の制御端子（トランジスタの場合にはベース端子）には、不図示の制御回路から信号が入力されており、不図示の制御回路によってスイッチ素子１１０の導通（オン）又は非導通（オフ）が制御されているものとする。

しかし、例えばダイオード１０５がダイオード１０３より先に逆回復動作を終え、且つスイッチ素子１１０が導通している場合、図６−２（ｃ）に示す電流ルートでダイオード１０３の逆回復動作が継続される。具体的には、商用交流電源１０１のＮＥＵＴＲＡＬからダイオード１０８、抵抗１０９、スイッチ素子１１０、平滑コンデンサ１０６、ダイオード１０３、商用交流電源１０１のＬＩＶＥの経路で電流が流れる。この場合、抵抗１０９により電流制限がなされ、ダイオード１０３の素子破壊を防止している。その後、ダイオード１０３も逆回復動作を終了すると、図６−２（ｃ）に示す電流ルートでの電流は流れなくなり、図６−２（ｄ）に示す区間３に移行する。図６−２（ｄ）に示す区間３では、図６−２（ｃ）に示す区間２で順方向に電流が流れていたダイオード１０８が、逆回復動作を行う。図６−２（ｄ）に示す区間３は、商用交流電源１０１のＬＩＶＥとＮＥＵＴＲＡＬのライン間がダイオード１０７及びダイオード１０８で橋絡されるため、図７（ｃ）の区間３に示すような過大な電流が流れる。この過大な電流により、ダイオード１０７及びダイオード１０８が破壊される可能性がある。そのため、従来は全波整流回路１１１を逆回復動作に要する時間がほぼ等しいダイオードで揃えたり、ファストリカバリ特性を有したダイオードブリッジを用いたりする等の対策を行っていた。

なお、負の半波期間での電流ルートは、以下のようになる。図６−１（ａ）では、商用交流電源１０１のＮＥＵＴＲＡＬからダイオード１０４の順方向、平滑コンデンサ１０６、ダイオード１０２の順方向、商用交流電源１０１のＬＩＶＥ、の経路で電流が流れる。また、図６−１（ｂ）は、ダイオード１０２及びダイオード１０４が逆回復動作を行う区間となる。図６−１（ｂ）では、商用交流電源１０１のＬＩＶＥ、ダイオード１０２、平滑コンデンサ１０６、ダイオード１０４、商用交流電源１０１のＮＥＵＴＲＡＬ、の経路で電流が流れる。そして、例えば、ダイオード１０２が先に逆回復動作を終え、且つスイッチ素子１１０が導通している場合、図６−２（ｃ）では、次のような電流ルートとなる。即ち、商用交流電源１０１のＬＩＶＥ、ダイオード１０７、抵抗１０９、スイッチ素子１１０、平滑コンデンサ１０６、ダイオード１０４、商用交流電源１０１のＮＥＵＴＲＡＬ、の経路で電流が流れる。そして、ダイオード１０４の逆回復動作も終了すると、図６−２（ｄ）では、ダイオード１０７の逆回復動作のため、商用交流電源１０１のＮＥＵＴＲＡＬ、ダイオード１０８、ダイオード１０７、商用交流電源１０１のＬＩＶＥ、の経路で電流が流れる。

［整流平滑回路及び電圧検知回路の構成］
図１−１、図１−２は実施例１の整流平滑回路及び電圧検知回路を示す図である。本実施例の整流平滑回路は、商用交流電源２０１、フィルタ部２０６、整流部２１１、平滑コンデンサ２１２、電圧検知回路３２５を備える。フィルタ部２０６は、機器内で発生する電流ノイズ及び電圧ノイズが機器外に出ることを低減する機能を有している。フィルタ部２０６は、Ｘコンデンサ２０２、コモンモードチョークコイル２０３、Ｙコンデンサ２０４及びＹコンデンサ２０５から構成される。整流部２１１は、商用交流電源２０１から供給される電圧を全波整流する機能を有する。整流部２１１は、ダイオード２０７、２０８、２０９、２１０から構成される。整流部２１１は、ダイオードブリッジでも、ディスクリートダイオード４点で構成しても構わない。平滑コンデンサ２１２は、整流部２１１で生成された全波整流電圧を平滑する機能を有する。平滑コンデンサ２１２で平滑された電圧は、不図示の負荷（例えば、スイッチングコンバータやインバータ等）に接続される。

電圧検知回路３２５は、第一ダイオード、第二ダイオードであるダイオード３１３、３１４、抵抗３１５、３１６、３１７、３１８、３１９、コンデンサ３２２、３２３、電圧検知部３２４を有する。商用交流電源２０１の電圧は、正の半波の期間では、ダイオード３１３、抵抗３１５、抵抗３１８の電流ルートでコンデンサ３２２に充電される。負の半波の期間では、ダイオード３１４、抵抗３１６、抵抗３１８の電流ルートでコンデンサ３２２に充電される。抵抗３１５、３１６及び３１８は電流制限抵抗であり、抵抗３１７はコンデンサ３２２の放電抵抗である。

より詳細には、整流部２１１の交流入力端に、ダイオード３１３及びダイオード３１４のアノード端子がそれぞれ接続されている。そして、ダイオード３１３のカソード端子は第一電流制限素子である抵抗３１５の一端と接続され、ダイオード３１４のカソード端子は第二電流制限素子である抵抗３１６の一端と接続されている。また、抵抗３１５の他端と抵抗３１６の他端とが接続され、その接続点は抵抗３１８の一端に接続されている。なお、従来例の図６−１、図６−２等に示した回路図では、本実施例の抵抗３１５及び抵抗３１６に相当する抵抗が接続されておらず、ダイオード１０７のカソード端子とダイオード１０８のカソード端子とが、直接接続されている点において異なる。

抵抗３１９及びコンデンサ３２３で平滑された電圧Ｖｉｎは、電圧検知部３２４に入力される。商用交流電源２０１の電圧が低下すると、コンデンサ３２２への充電電流が低下し、電圧検知部３２４に入力される電圧Ｖｉｎは低下する。一方、商用交流電源２０１の電圧が上昇すると、コンデンサ３２２への充電電流が増加し、電圧検知部３２４に入力される電圧Ｖｉｎは上昇する。

電圧検知部３２４により検知した電圧Ｖｉｎは、例えば商用交流電源２０１の停電検知に用いることができる。例えば、停電により商用交流電源２０１から機器への電力供給が遮断された場合や、機器の動作中に誤って電源ケーブルが抜かれた場合等（以下、停電等という）に、機器は停電等を検知することが望ましい。なぜなら、停電等が発生した場合、機器に搭載されたハードディスクの物理的破壊を防止するためや、データを安全に退避するための処理（以下、停電時処理という）を実行する必要があるからである。電圧検知部３２４により検知した電圧Ｖｉｎは、例えば不図示のフォトカプラ等で絶縁を施した後に、機器に搭載された不図示のＣＰＵに入力され、ＣＰＵによって所定の停電時処理が行われることが想定される。また、停電時に平滑コンデンサ２１２に蓄えられた電荷の消費を抑えるため、電圧検知部３２４により検知された電圧Ｖｉｎの情報に基づいて、平滑コンデンサ２１２の負荷となるスイッチングコンバータの動作を停止してもよい。また、電圧検知部３２４に供給されている直流電圧Ｖｃｃは、商用交流電源２０１の電圧を直接整流平滑した電圧でもよいし、不図示のトランス等で変圧した後に整流平滑した直流電圧でもよい。

［整流平滑回路の動作］
図２は、本実施例の整流平滑回路の動作波形を示す図である。詳細には、図２（ａ）は商用交流電源２０１の電圧波形を示す図、図２（ｂ）は平滑コンデンサ２１２の両端電圧の波形を示す図、図２（ｃ）は商用交流電源２０１から整流平滑回路に流れる電流の波形を示す図である。いずれも横軸は時間を示している。ここで、図２では、平滑コンデンサ２１２が商用交流電源２０１から充電される区間及びその後のダイオードの逆回復動作区間を、区間１、区間２、区間３に分割して示している。また、図１−１（ａ）〜図１−２（ｄ）には、図２に示す区間１、区間２、区間３に対応して、本実施例の整流平滑回路及び電圧検知回路３２５に流れる電流の経路（電流ルート）を、太い実線で示している。以下、各区間について説明する。

（区間１：図１−１（ａ））
図１−１（ａ）に示す区間１は、平滑コンデンサ２１２の両端電圧よりも商用交流電源２０１の電圧の方が高くなっている区間である。このため、商用交流電源２０１からフィルタ部２０６及び整流部２１１を介して平滑コンデンサ２１２に充電が行われる。このとき、負の半波の期間では、電流ルート上のダイオード２１０及び２０７に流れる電流は順方向である。具体的には、図１−１（ａ）では、商用交流電源２０１のＮＥＵＴＲＡＬからダイオード２１０の順方向、平滑コンデンサ２１２、ダイオード２０７の順方向、商用交流電源２０１のＬＩＶＥ、の経路で電流が流れる。区間１において平滑コンデンサ２１２への充電が行われ、平滑コンデンサ２１２の両端電圧とダイオード２１０及び２０７の順方向電圧の和が商用交流電源２０１の電圧と等しくなると、平滑コンデンサ２１２の充電動作は終了する。

（区間２：図１−１（ｂ）、図１−２（ｃ））
その後、区間２に移行し、ダイオード２１０及びダイオード２０７は逆回復動作を開始する。ダイオード２１０及びダイオード２０７の逆回復動作中は、ダイオード２１０及びダイオード２０７の逆方向に電流が流れ、図１−１（ｂ）に示す電流ルートで電流が流れる。具体的には、図１−１（ｂ）では、商用交流電源２０１のＬＩＶＥからダイオード２０７の逆方向、平滑コンデンサ２１２、ダイオード２１０の逆方向、商用交流電源２０１のＮＥＵＴＲＡＬ、の経路で電流が流れる。ダイオード２１０及びダイオード２０７は、逆回復のスピードに差があるため、どちらか一方が先に逆回復動作を終える。

例えば、ダイオード２０７がダイオード２１０より先に逆回復動作を終えた場合、図１−２（ｃ）に示す電流ルートでダイオード２１０の逆回復動作が継続される。具体的には、図１−２（ｃ）では、商用交流電源２０１のＬＩＶＥからダイオード３１３の順方向、抵抗３１５、抵抗３１８、抵抗３１７、平滑コンデンサ２１２、ダイオード２１０の逆方向、商用交流電源２０１のＮＥＵＴＲＡＬ、の経路で電流が流れる。本実施例では、抵抗３１５及び抵抗３１８が図１−２（ｃ）の電流ルート上に存在するため、電流が制限される。これにより、区間２においてダイオード３１３の素子破壊を防ぐことができる。

（区間３：図１−２（ｄ））
その後、ダイオード２０７に続きダイオード２１０も逆回復動作を終了すると、図１−２（ｃ）に示す電流ルートでの電流は流れなくなり、区間３に移行する。区間３では、区間２で順方向に電流が流れていたダイオード３１３が逆回復動作を行う。区間３の電流ルートを図１−２（ｄ）に示す。具体的には、図１−２（ｄ）では、商用交流電源２０１のＮＥＵＴＲＡＬからダイオード３１４の順方向、抵抗３１６、抵抗３１５、ダイオード３１３の逆方向、商用交流電源２０１のＬＩＶＥ、の経路で電流が流れる。本実施例では、抵抗３１５及び抵抗３１６が区間３の電流ルート上に存在するため、電流が制限される。これにより、区間３においてダイオード３１３及び３１４の素子破壊を防ぐことができる。

（正の半波の期間の場合）
なお、正の半波の期間では、図１−１（ａ）において、商用交流電源２０１のＬＩＶＥ、ダイオード２０８の順方向、平滑コンデンサ２１２、ダイオード２０９の順方向、商用交流電源２０１のＮＥＵＴＲＡＬ、の経路で電流が流れる。また、ダイオード２０８及びダイオード２０９の逆回復動作時には、図１−１（ｂ）において、次のような電流ルートとなる。即ち、商用交流電源２０１のＮＥＵＴＲＡＬ、ダイオード２０９の逆方向、平滑コンデンサ２１２、ダイオード２０８逆方向、商用交流電源２０１のＬＩＶＥ、の経路で電流が流れる。ダイオード２０８及びダイオード２０９は、逆回復のスピードに差があるため、どちらか一方が先に逆回復動作を終える。また、ダイオード２０９の方が先に逆回復動作を終えた場合には、図１−２（ｃ）において、次のような電流ルートとなる。即ち、商用交流電源２０１のＮＥＵＴＲＡＬ、ダイオード３１４の順方向、抵抗３１６、抵抗３１８、抵抗３１７、平滑コンデンサ２１２、ダイオード２０８の逆方向、商用交流電源２０１のＬＩＶＥ、の経路で電流が流れる。ダイオード２０９の逆回復動作も終了し、ダイオード３１４の逆回復動作が開始されると、図１−２（ｄ）において、次のような電流ルートとなる。即ち、商用交流電源２０１のＬＩＶＥ、ダイオード３１３の順方向、抵抗３１５、抵抗３１６、ダイオード３１４の逆方向、商用交流電源２０１のＮＥＵＴＲＡＬ、の経路で電流が流れる。

ここで、従来例では、ダイオード１０７及びダイオード１０８に、抵抗３１５及び抵抗３１６に相当する抵抗が接続されていないため、図７（ｃ）に示す電流波形では、区間３で大きな電流が流れていた。このため、従来例では、ダイオード１０７やダイオード１０８の素子破壊を防止できなかった。一方、本実施例では、ダイオード３１３のカソード端子に抵抗３１５が、ダイオード３１４のカソード端子に抵抗３１６が、それぞれ接続されている。このため、抵抗３１５及び抵抗３１６が流れる電流を制限するため、図２（ｃ）に示す電流波形では、区間３で大きな電流が流れず、ダイオード３１３やダイオード３１４の素子破壊を防止することができる。また、電圧検知回路３２５が有する抵抗３１５及び抵抗３１６を電流制限用の抵抗としているため、逆回復動作を禁止する専用の回路を設ける必要もない。

以上、本実施例によれば、安価な構成で、整流素子の逆回復動作時の素子破壊を防止することができる。

［整流平滑回路及び電圧検知回路の構成］
図３−１、図３−２に実施例２の整流平滑回路及び電圧検知回路の構成を示す。本実施例の整流平滑回路は、商用交流電源２０１、フィルタ部２０６、整流部２１１、平滑コンデンサ２１２、電圧検知回路３２６を備える。なお、フィルタ部２０６、整流部２１１、平滑コンデンサ２１２の構成は、実施例１と同じであるため、同じ符号を付し、説明を省略する。また、以下の説明は負の半波の期間における動作であるが、実施例１と同様に正の半波の期間においても同様の効果を得ることができるため、説明を省略する。

本実施例の電圧検知回路３２６は、実施例１の電圧検知回路３２５から抵抗３１６を削除して、ダイオード３１４のカソード端子と、電流制限素子である抵抗３１５の他端を短絡した構成である。なお、実施例１の電圧検知回路３２５から抵抗３１６ではなく抵抗３１５を削除して、ダイオード３１３のカソード端子と、抵抗３１６の他端を短絡した構成としてもよい。電圧検知回路３２６の他の構成は、実施例１の電圧検知回路３２５と同じであるため、同じ符号を付し、説明を省略する。また、本実施例においても、実施例１と同様に、区間１、区間２、区間３に分けて説明する。図３−１（ａ）は区間１の電流ルート、図３−１（ｂ）、図３−２（ｃ）は区間２の電流ルート、図３−２（ｄ）は区間３の電流ルートを、それぞれ太い実線で示している。なお、図３−１（ａ）の区間１、図３−１（ｂ）の区間２、図３−２（ｃ）の区間２については、実施例１で説明した図１−１（ａ）〜図１−２（ｃ）と同じであるため、説明を省略する。

本実施例の構成では、ダイオード３１３のカソード端子には抵抗３１５が接続されているが、ダイオード３１４のカソード端子には抵抗３１５に相当する抵抗が接続されていない。このため、正の半波の期間にコンデンサ３２２を充電する場合と、負の半波の期間にコンデンサ３２２を充電する場合とで、時定数が異なる。しかし、図３−２（ｃ）及び図３−２（ｄ）に示す電流ルート上に抵抗３１５が必ず存在するため、ダイオード３１３及びダイオード３１４の逆回復電流による素子破壊を防ぐことができる。即ち、図３−２（ｄ）に示すように、ダイオード３１４の逆回復動作中であっても、抵抗３１５が電流制限抵抗として機能する。また、電圧検知回路３２６が有する抵抗３１５を電流制限用の抵抗としているため、逆回復動作を禁止する専用の回路を設ける必要もない。

以上、本実施例によれば、安価な構成で、整流素子の逆回復動作時の素子破壊を防止することができる。

［整流平滑回路及び電圧検知回路の構成］
図４−１、図４−２に実施例３の整流平滑回路及び放電部であるアクティブ放電回路を示す。本実施例の整流平滑回路は、商用交流電源２０１、フィルタ部２０６、整流部２１１、平滑コンデンサ２１２、アクティブ放電回路２１９を備える。なお、フィルタ部２０６、整流部２１１、平滑コンデンサ２１２の構成は、実施例１と同じであるため、同じ符号を付し、説明を省略する。

本実施例のアクティブ放電回路２１９は、アクティブ放電回路２１９よりも前段に接続されたフィルタ部２０６のＸコンデンサ２０２の電荷を、所定時間内に放電する機能を有している。これは、機器から電源ケーブルが抜かれた際や、機器につながる電源ケーブルが一般コンセントから抜かれた際に、ユーザの感電を防止するための機能である。

アクティブ放電回路２１９は、ダイオード２１３及びダイオード２１４、スイッチ素子２１７、電圧検知回路２１８、抵抗２１５、２１６から構成される。電圧検知回路２１８は、商用交流電源２０１から機器に電圧が供給されているか又は遮断されているかを検知する。例えば、ＬＩＶＥ−ＮＥＵＴＲＡＬ間（以下、ライン間ともいう）の電圧が交流電圧か直流電圧かを検知する。商用交流電源２０１から機器に電圧が供給されている場合、ライン間は交流電圧になる。一方、商用交流電源２０１から機器への電圧の供給が遮断（停止）されている場合、ライン間の電圧は、Ｘコンデンサ２０２に蓄えられた電荷による直流電圧となる。なお、電圧検知回路２１８に供給される直流電圧Ｖｃｃは、商用交流電源２０１の電圧を直接整流平滑した電圧でも構わないし、トランス等で変圧した後に整流平滑した電圧でも構わない。本実施例では、電圧検知回路２１８は商用交流電源２０１とフィルタ部２０６の間に接続されている。しかし、商用交流電源２０１から機器に電圧が供給されているか又は遮断されているかを検知できる構成であれば、どこに接続してもよい。

また、アクティブ放電回路２１９において、整流部２１１の交流入力端に、ダイオード２１３及びダイオード２１４のカソード端子がそれぞれ接続されている。そして、ダイオード２１３のアノード端子は抵抗２１６の一端と接続され、ダイオード２１４のアノード端子は抵抗２１５の一端と接続されている。また、抵抗２１６の他端と抵抗２１５の他端とが接続され、その接続点はスイッチ素子２１７の一端に接続されている。なお、スイッチ素子２１７の他端は、整流部２１１の出力端に接続されている。

スイッチ素子２１７は、電圧検知回路２１８の検知結果に基づいて接続又は遮断される。スイッチ素子２１７は、商用交流電源２０１から機器に電圧が供給されている状態、即ち交流電圧を検知している場合には非導通である。一方、電圧検知回路２１８により直流電圧が検知され、商用交流電源２０１から機器への電圧の供給が遮断された状態では、スイッチ素子２１７は導通する。そして、スイッチ素子２１７が導通することにより、アクティブ放電回路２１９は、Ｘコンデンサ２０２に蓄えられた電荷を放電する。

ここで、正の半波の期間に商用交流電源２０１から機器への電圧の供給が遮断された場合、Ｘコンデンサ２０２に蓄えられた電荷は、次の電流ルートで放電される。即ち、Ｘコンデンサ２０２に蓄えられた電荷は、ダイオード２０８の順方向、スイッチ素子２１７、抵抗２１５、ダイオード２１４の順方向、の電流ルートで放電される。一方、負の半波の期間に商用交流電源２０１から機器への電圧の供給が遮断された場合、Ｘコンデンサ２０２に蓄えられた電荷は、次の電流ルートで放電される。即ち、Ｘコンデンサ２０２に蓄えられた電荷は、ダイオード２１０の順方向、スイッチ素子２１７、抵抗２１６、ダイオード２１３の順方向、の電流ルートで放電される。本実施例では、スイッチ素子２１７としてリレーを用いているが、トランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等、別のスイッチング素子を用いてもよい。

［整流平滑回路の動作］
本実施例の整流平滑回路の動作波形は図２で説明した動作波形と同様であるため、以下、図２を用いて説明する。平滑コンデンサ２１２に商用交流電源２０１から充電される区間、及びその後の逆回復動作区間を、区間１、区間２、区間３に分割している。また、図４−１（ａ）に区間１、図４−１（ｂ）、図４−２（ｃ）に区間２、図４−２（ｄ）に区間３における本実施例の整流平滑回路に流れる電流の電流ルートを太い実線で示す。

（区間１：図４−１（ａ））
図４−１（ａ）に示す区間１は、平滑コンデンサ２１２の両端電圧よりも商用交流電源２０１の電圧の方が高いため、商用交流電源２０１からフィルタ部２０６及び整流部２１１を介して平滑コンデンサ２１２に充電が行われる。このとき、正の半波の期間では、電流ルート上のダイオード２０８及びダイオード２０９に流れる電流は順方向である。具体的には、図４−１（ａ）では、商用交流電源２０１のＬＩＶＥからダイオード２０８の順方向、平滑コンデンサ２１２、ダイオード２０９の順方向、商用交流電源２０１のＮＥＵＴＲＡＬ、の経路で電流が流れる。区間１において平滑コンデンサ２１２への充電が行われ、平滑コンデンサ２１２の両端電圧とダイオード２０８及びダイオード２０９の順方向電圧の和が、商用交流電源２０１の電圧と等しくなると、平滑コンデンサ２１２の充電動作は終了する。

（区間２：図４−１（ｂ）、図４−２（ｃ））
その後区間２に移行すると、ダイオード２０８及びダイオード２０９は、逆回復動作を開始する。逆回復動作中はダイオード２０８及びダイオード２０９の逆方向に電流が流れ、図４−１（ｂ）に示す電流ルートで電流が流れる。具体的には、図４−１（ｂ）では、商用交流電源２０１のＮＥＵＴＲＡＬからダイオード２０９の逆方向、平滑コンデンサ２１２、ダイオード２０８の逆方向、商用交流電源２０１のＬＩＶＥ、の経路で電流が流れる。ダイオード２０８及びダイオード２０９は、逆回復のスピードに差があるため、どちらか一方が先に逆回復動作を終える。このとき、アクティブ放電回路２１９のスイッチ素子２１７が導通していなければ、即ち、商用交流電源２０１から電圧が供給されている状態であれば、ダイオード２０８及びダイオード２０９の逆回復動作は終了する。

しかし、例えば、ダイオード２０８がダイオード２０９より先に逆回復動作を終え、且つこのときスイッチ素子２１７が導通している場合、図４−２（ｃ）に示す電流ルートでダイオード２０９の逆回復動作が継続される。具体的には、図４−２（ｃ）では、商用交流電源２０１のＮＥＵＴＲＡＬからダイオード２０９の逆方向、平滑コンデンサ２１２、スイッチ素子２１７、抵抗２１６、ダイオード２１３の順方向、商用交流電源２０１のＬＩＶＥ、の経路で電流が流れる。ここで、スイッチ素子２１７が導通する場合とは、上述したように、商用交流電源２０１から機器への電圧の供給が停止され、電圧検知回路２１８が直流電圧を検知してスイッチ素子２１７を導通させた場合がある。また、商用交流電源２０１から機器への電圧の供給が行われているにもかかわらず、電圧検知回路２１８の誤動作やスイッチ素子２１７の誤動作によって、スイッチ素子２１７が導通する場合等もある。

本実施例では、ダイオード２０９の逆回復動作時にスイッチ素子２１７が導通した場合でも、抵抗２１６が図４−２（ｃ）に太い実線で示す電流ルート上に存在するため、電流が制限される。これにより、整流素子の逆回復期間である区間２において、スイッチ素子２１７が導通した場合であっても、ダイオード２１３及びスイッチ素子２１７の素子破壊を防ぐことができる。

（区間３：図４−２（ｄ））
その後、ダイオード２０８に続きダイオード２０９も逆回復動作を終了すると、図４−２（ｃ）に示す電流ルートでの電流は流れなくなり、区間３に移行する。区間３では、区間２で順方向に電流が流れていたダイオード２１３が逆回復動作を行う。図４−２（ｄ）に、区間３の逆回復動作時の電流ルートを示す。具体的には、図４−２（ｄ）では、商用交流電源２０１のＬＩＶＥからダイオード２１３の逆方向、抵抗２１６、抵抗２１５、ダイオード２１４の順方向、商用交流電源２０１のＮＥＵＴＲＡＬ、の経路で電流が流れる。本実施例では、抵抗２１５及び抵抗２１６が区間３の電流ルート上に存在するため、電流が制限される。これにより、区間３においてダイオード２１３及びダイオード２１４の素子破壊を防ぐことができる。本実施例の区間３においても、図２（ｃ）に示すように、抵抗２１５及び抵抗２１６によって、商用交流電源２０１から機器に入力される電流が制限されている。また、アクティブ放電回路２１９が有する抵抗２１５及び抵抗２１６を電流制限用の抵抗としているため、逆回復動作を禁止する専用の回路を設ける必要もない。

（負の半波の期間の場合）
なお、正の半波の期間の動作を説明したが負の半波の期間においても同様の効果が得られる。詳細には、負の半波の期間では、図４−１（ａ）において、商用交流電源２０１のＮＥＵＴＲＡＬ、ダイオード２１０の順方向、平滑コンデンサ２１２、ダイオード２０７の順方向、商用交流電源２０１のＬＩＶＥ、の電流ルートで電流が流れる。また、ダイオード２０７及びダイオード２１０の逆回復動作時には、図４−１（ｂ）において電流ルートは次のようになる。即ち、商用交流電源２０１のＬＩＶＥ、ダイオード２０７の逆方向、平滑コンデンサ２１２、ダイオード２１０の逆方向、商用交流電源２０１のＮＥＵＴＲＡＬ、の電流ルートで電流が流れる。また、ダイオード２１０の方が先に逆回復動作を終え、ダイオード２０７の逆回復動作時にスイッチ素子２１７が導通した場合、図４−２（ｃ）において電流ルートは次のようになる。即ち、商用交流電源２０１のＬＩＶＥ、ダイオード２０７の逆方向、平滑コンデンサ２１２、スイッチ素子２１７、抵抗２１５、ダイオード２１４の順方向、商用交流電源２０１のＮＥＵＴＲＡＬ、の電流ルートで電流が流れる。そして、ダイオード２１４の逆回復動作が開始されると、図４−２（ｄ）において電流ルートは次のようになる。即ち、商用交流電源２０１のＮＥＵＴＲＡＬ、ダイオード２１４の逆方向、抵抗２１５、抵抗２１６、ダイオード２１３の順方向、商用交流電源２０１のＬＩＶＥ、の電流ルートで電流が流れる。

［図４−１、図４−２の変形例］
図４−１、図４−２のアクティブ放電回路２１９において、抵抗２１５と抵抗２１６の接続点と、スイッチ素子２１７との間に、Ｘコンデンサ２０２の放電抵抗として機能する抵抗が接続されている場合には、実施例２の構成を適用することが可能である。即ち、抵抗２１５と抵抗２１６の接続点と、スイッチ素子２１７との間に、抵抗が接続されている場合には、抵抗２１５及び抵抗２１６のいずれか一方を削除してもよい。具体的には、抵抗２１５を削除して、ダイオード２１４のアノード端子と抵抗２１６の他端を接続したり、抵抗２１６を削除して、ダイオード２１３のアノード端子と抵抗２１５の他端を接続したりした構成としてもよい。

以上、本実施例によれば、安価な構成で、整流素子の逆回復動作時の素子破壊を防止することができる。

実施例１〜３で説明した整流平滑回路は、例えば画像形成装置の電源装置の整流平滑回路として適用可能である。即ち、実施例１〜３で説明した平滑コンデンサ２１２により平滑された電圧が、画像形成装置に搭載されたスイッチングコンバータ等の電源装置に供給される構成として適用可能である。以下に、実施例１〜３の整流平滑回路が適用される電源装置を搭載す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５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１〜３で説明した整流平滑回路を有する電源装置１４００を備えている。尚、実施例１〜３の整流平滑回路を有する電源装置１４００を適用可能な画像形成装置は、図５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。

以上、本実施例によれば、画像形成装置が備える電源装置に適用された整流平滑回路において、安価な構成で、整流素子の逆回復動作時の素子破壊を防止することができる。

２１１ 整流部
２１２ 平滑コンデンサ
３１３、３１４ ダイオード
３１５、３１６ 抵抗

Claims (12)

1. 第一ラインと第二ラインを介して供給される交流電圧を整流する整流部と、
   前記整流部により整流された電圧を平滑する平滑コンデンサと、
   を備え、前記平滑コンデンサから出力される電圧を負荷に供給する電源装置であって、
   前記第一ラインにカソード端子が接続された第一ダイオードと、
   前記第二ラインにカソード端子が接続された第二ダイオードと、
   一端が前記第一ダイオードのアノード端子に接続された第一電流制限素子と、
   一端が前記第二ダイオードのアノード端子に接続された第二電流制限素子と、
   を備え、
   前記第一電流制限素子の他端と前記第二電流制限素子の他端とが接続されたことを特徴とする電源装置。
2. 前記第一ラインと前記第二ラインの間であって、前記第一ダイオード及び前記第二ダイオードとの接続点よりも前段に接続されたＸコンデンサを有するフィルタ部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記第一ダイオードと、前記第二ダイオードと、前記第一電流制限素子と、前記第二電流制限素子と、前記交流電圧を検知する電圧検知手段と、前記第一電流制限素子の他端と前記第二電流制限素子の他端との接続点に接続され、前記電圧検知手段の検知結果に基づいて接続又は遮断されるスイッチ素子と、を有する放電部を備え、
   前記第一電流制限素子及び前記第二電流制限素子は、前記スイッチ素子が接続されている場合に、前記Ｘコンデンサに蓄えられた電荷の放電を行うことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 前記スイッチ素子は、前記電圧検知手段により前記交流電圧が供給されている場合に遮断され、前記電圧検知手段により前記交流電圧が供給されていない場合に接続されることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
5. 前記第一電流制限素子及び前記第二電流制限素子は、抵抗であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電源装置。
6. 第一ラインと第二ラインを介して供給される交流電圧を整流する整流部と、
   前記整流部により整流された電圧を平滑する平滑コンデンサと、
   を備え、前記平滑コンデンサから出力される電圧を負荷に供給する電源装置であって、
   前記第一ラインにカソード端子が接続された第一ダイオードと、
   前記第二ラインにカソード端子が接続された第二ダイオードと、
   一端が前記第一ダイオードのアノード端子及び前記第二ダイオードのアノード端子のいずれか一方に接続された電流制限素子と、
   を備え、
   前記第一ダイオードのアノード端子及び前記第二ダイオードのアノード端子のうち前記電流制限素子と接続されていない方のダイオードのアノード端子と前記電流制限素子の他端とが接続され、
   前記電流制限素子と接続されていない方のダイオードのアノード端子と前記電流制限素子の他端との接続点に一端が接続された抵抗を備えたことを特徴とする電源装置。
7. 前記第一ラインと前記第二ラインの間であって、前記第一ダイオード及び前記第二ダイオードとの接続点よりも前段に接続されたＸコンデンサを有するフィルタ部を備えることを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
8. 前記第一ダイオードと、前記第二ダイオードと、前記電流制限素子と、前記抵抗と、前記交流電圧を検知する電圧検知手段と、前記抵抗の他端に接続され、前記電圧検知手段の検知結果に基づいて接続又は遮断されるスイッチ素子と、を有する放電部を備え、
   前記電流制限素子及び前記抵抗は、前記スイッチ素子が接続されている場合に、前記Ｘコンデンサに蓄えられた電荷の放電を行うことを特徴とする請求項７に記載の電源装置。
9. 前記スイッチ素子は、前記電圧検知手段により前記交流電圧が供給されている場合に遮断され、前記電圧検知手段により前記交流電圧が供給されていない場合に接続されることを特徴とする請求項８に記載の電源装置。
10. 前記電流制限素子は、抵抗であることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の電源装置。
11. 前記整流部は、ダイオードブリッジであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電源装置。
12. 記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
    請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電源装置と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。

Images