JP6406798B2 - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流電源を入力源とし、ゼロクロス検知回路を有する電源装置、及びその電源装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機やプリンタに搭載され、トナー像を加熱・加圧して記録材に定着させる定着装置では、商用交流電源から供給される交流電圧を、双方向サイリスタ等を用いて位相制御して、電力供給する方法が広く用いられている。位相制御に際して、位相制御の基準となるタイミングである、交流電圧が０Ｖになるタイミング（以下、「ゼロクロス」と称する）が使用されており、そのため、ゼロクロスを正確に検知する必要がある。また、ゼロクロスを検知するゼロクロス検知回路を駆動するための電源装置には、電源装置のトランスの一次側に誘起された電圧が使用されている。例えば、特許文献１で提案されているゼロクロス検知回路においては、入力される交流電圧のゼロクロスの正確な検知を行う必要があり、トランスの一次側の補助巻線に誘起される電圧（以下、「補助巻線電圧」ともいう）を使用している。

特開２００３−１９９３４３号公報

昨今、環境問題に端を発し、電子機器の待機時における消費電力の低減が強く求められている。そのため、電子機器が省エネルギー状態（待機時）に移行した場合には、電子機器に搭載された電源装置においても、消費電力の低減が必要となる。ところが、前述した特許文献１のゼロクロス回路は、電源回路が省エネルギー状態（待機時）に移行した場合でも、電力を消費している。そのため、電源装置が待機時の電力を低減するには、ゼロクロス検知回路で使用する一次側の補助巻線電圧を遮断、停止する必要がある。ところが、そのためには、多数の部品が必要となり、コストがかかるという課題がある。

本発明はこのような状況のもとでなされたものであり、簡単な構成により、動作モードに応じて、ゼロクロス検知回路への電力供給の制御を行うことを目的とする。

前述した課題を解決するため、本発明では次のとおりに構成する。

（１）一次側に設けられた一次巻線と補助巻線、二次側に設けられた二次巻線を有し、前記一次側と前記二次側が絶縁されたトランスと、前記一次巻線に接続されており、前記二次巻線から出力される出力電圧を制御するためにスイッチング動作を行うスイッチング素子と、前記トランスに入力される交流電源の交流電圧のゼロクロスを検知する検知手段と、前記トランスの前記補助巻線に誘起される電圧を整流及び平滑する整流平滑手段と、前記整流平滑手段と前記検知手段との間に接続され、前記整流平滑手段によって整流及び平滑された第一電圧が所定の電圧より大きい場合に、前記検知手段に電力を供給し、前記所定の電圧より小さい場合に前記検知手段への電力の供給を停止する供給制御素子と、前記整流平滑手段によって整流及び平滑された電圧が電源電圧として供給され、前記トランスの二次巻線から出力される出力電圧と、前記一次巻線に流れる電流に従い、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記補助巻線に生成され、前記整流平滑手段で整流及び平滑される前の交流電圧に基づき、前記トランスの回生終了を判断して前記スイッチング素子をオフ状態からオン状態に切り換えることを特徴とする電源装置。

（２）記録材に画像形成を行う画像形成手段を有する画像形成装置であって、前記画像形成装置に電力を供給する電源装置を備え、前記電源装置は、一次側に設けられた一次巻線と補助巻線、二次側に設けられた二次巻線を有し、前記一次側と前記二次側が絶縁されたトランスと、前記一次巻線に接続されており、前記二次巻線から出力される出力電圧を制御するためにスイッチング動作を行うスイッチング素子と、前記トランスに入力される交流電源の交流電圧のゼロクロスを検知する検知手段と、前記トランスの前記補助巻線に誘起される電圧を整流及び平滑する整流平滑手段と、前記整流平滑手段と前記検知手段との間に接続され、前記整流平滑手段によって整流及び平滑された第一電圧が所定の電圧より大きい場合に、前記検知手段に電力を供給し、前記所定の電圧より小さい場合に前記検知手段への電力の供給を停止する供給制御素子と、前記整流平滑手段によって整流及び平滑された電圧が電源電圧として供給され、前記トランスの二次巻線から出力される出力電圧と、前記一次巻線に流れる電流に従い、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記補助巻線に生成され、前記整流平滑手段で整流及び平滑される前の交流電圧に基づき、前記トランスの回生終了を判断して前記スイッチング素子をオフ状態からオン状態に切り換えることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、簡単な構成により、動作モードに応じて、ゼロクロス検知回路への電力供給の制御を行うことができる。

実施例１の電源装置の回路構成を示す図 実施例１、２のゼロクロス検知回路の回路構成を示す図 実施例１の電源装置の通常モード時、省電力モード時における電流、電圧波形を示す図 実施例１の動作モードによるゼロクロス電源電圧の変化を示す図 実施例２の電源装置の回路構成を示す図 実施例２の電源装置の通常モード時、省電力モード時における電流、電圧波形を示す図 実施例２の動作モードによるゼロクロス電源電圧の変化を示す図 実施例３のレーザビームプリンタの概略構成を示す図

以下に、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

［電源装置の回路構成］
図１は、実施例１のゼロクロス検知回路を有する電源装置の回路構成を示す図である。図１は、フライバック方式のスイッチング電源の回路を示しており、図中左下の破線枠線部がゼロクロス検知回路１０１である。交流電源１００は、ライブ側ライン（図中、ＬＩＶＥと表示）とニュートラル側ライン（図中、ＮＥＵＴＲＡＬと表示）間に交流電圧を出力している。交流電源１００より入力された交流電圧は、ブリッジダイオード１０２により全波整流され、電解コンデンサ１０３により平滑化される。そして、入力された交流電圧は、電解コンデンサ１０３に概ね一定の直流電圧Ｖｐとして充電される。電解コンデンサ１０３で平滑された直流電圧の電位のうち、電位が高い側をＤＣＨ、電位が低い側をＤＣＬとする。

一次側と二次側を絶縁するトランス１０４ａには、一次巻線１０５ａ、二次巻線１０６ａの他に、補助巻線１０７ａが巻回されており、二次巻線１０６ａは一次巻線１０５ａとは巻回方向が逆方向（いわゆるフライバック結合）となるよう構成されている。また、補助巻線１０７ａも、一次巻線１０５ａとは巻回方向が逆方向（いわゆるフライバック結合）となるよう構成されている。

そして、電源制御ＩＣ１１２を起動させるため、起動抵抗を介して、電源制御ＩＣ１１２の起動端子ＨＶに電圧が供給され、電源制御ＩＣ１１２が起動される。電源制御ＩＣ１１２は、二次側の出力電圧Ｖｏｕｔを一定に保つために、スイッチング動作を行うＮチャネル型の電界効果トランジスタ１１０（以下、「ＦＥＴ１１０」という）のオン・オフ状態を制御するＩＣである。

一次巻線１０５ａの一端はＤＣＨ側に接続され、他端はＦＥＴ１１０のドレイン端子に接続されている。また、ＦＥＴ１１０のゲート端子は電源制御ＩＣ１１２のＧＡＴＥ端子と接続され、ソース端子はＤＣＬ側に接続されている。

電源制御ＩＣ１１２は、Ｖｃｃ、ＧＮＤ、ＧＡＴＥ、ＨＶ、ＩＳ、ＦＢ、ＺＣの各端子を有している。電源入力端子であるＶｃｃ端子には、補助巻線１０７ａに誘起された電圧をダイオードと電解コンデンサにより構成された整流平滑回路１１１により生成された電圧Ｖｈが入力される。また、電圧Ｖｈは、後述するゼロクロス検知回路１０１を駆動するゼロクロス電源としても使用される。ＧＡＴＥ端子は、抵抗を介して、ＦＥＴ１１０のゲート端子に接続され、ハイレベル／ローレベルの出力を行うことにより、ＦＥＴ１１０のオン・オフ状態を制御する。ＨＶ端子は高電圧端子である。電源装置の起動時のように電源制御ＩＣ１１２のＶｃｃ端子への入力電圧が低い場合に、ＨＶ端子に入力された電圧により、電源制御ＩＣ１１２内部の起動回路から必要な電圧が供給され、電源制御ＩＣ１１２は、起動時の動作を開始する。電源制御ＩＣ１１２がＦＥＴ１１０をオン状態からオフ状態にするタイミングは、ＩＳ端子の入力電圧やＦＢ端子の入力電圧に基づいて決定される。

トランス１０４ａの二次巻線１０６ａに誘起された電圧は、ダイオードと電解コンデンサから構成された整流平滑回路１０８により、整流、平滑されて、直流の出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。シャントレギュレータ１１５は、出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、導通・非導通状態となる。シャントレギュレータ１１５のｒｅｆ（リファレンス）端子には、トランス１０４ａの出力電圧Ｖｏｕｔを、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂ、又は抵抗Ｒａと並列接続された抵抗Ｒｂ、Ｒｃで分圧された電圧が入力される。ｒｅｆ端子への入力電圧が所定電圧よりも高ければ、シャントレギュレータ１１５は導通状態となり、逆に所定電圧よりも低ければ、非導通状態となる。

シャントレギュレータ１１５が導通状態になると、トランス１０４ａの二次側に設けられたフォトカプラ１１４のＬＥＤ（発光ダイオード）に電流が流れ、ＬＥＤが発光する。トランス１０４ａの一次側に設けられたフォトカプラ１１４のフォトトランジスタは、フォトカプラ１１４のＬＥＤが発光しているかどうかにより、オン・オフ状態が制御され、発光しているとオン状態、消灯しているとオフ状態となる。そして、電源制御ＩＣ１１２のＦＢ端子には、フォトカプラ１１４のフォトトランジスタの一端が接続され、シャントレギュレータ１１５、フォトカプラ１１４を介して、トランス１０４ａの出力電圧Ｖｏｕｔに比例した電圧が入力されるように構成されている。

また、電源制御ＩＣ１１２のＩＳ端子には、トランス１０４ａの一次巻線１０５ａに流れる電流により、ＦＥＴ１１０のソース端子に接続された電流検出抵抗の両端に生じた電圧が入力されるように構成されている。電源制御ＩＣ１１２は、ＩＳ端子の入力電圧の上限値がＦＢ端子の入力電圧に比例した電圧値となるように決定する。また、電源制御ＩＣ１１２のＺＣ端子には、補助巻線１０７ａに誘起された電圧Ｖｎｈが入力される。電源制御ＩＣ１１２は、ＺＣ端子に入力される電圧Ｖｎｈからトランス１０４ａの回生終了を検出し、ＦＥＴ１１０をオフ状態からオン状態にする。

［動作モードの切り替え制御］
図１において、ＣＰＵ１１７は、図１に示す電源装置が搭載された機器である外部装置の制御素子である。ＣＰＵ１１７は、機器の動作状態に応じた動作モードを設定するために、電源装置からの出力電圧Ｖｏｕｔを制御する／ＰＳＡＶＥ信号（パワーセーブ信号）を出力する。機器の動作状態には、通常動作状態である通常モード（第一の動作モード）と、電力消費量を低減させる動作状態である省電力モード（第二の動作モード）がある。そして、ＣＰＵ１１７は、機器が通常モードで動作しているときには、／ＰＳＡＶＥ信号をハイレベルにし、機器が省電力モードで動作しているときには、／ＰＳＡＶＥ信号をローレベルにする。

／ＰＳＡＶＥ信号は、ＣＰＵ１１７からＦＥＴ１１６に出力される。通常モードの場合には、ＣＰＵ１１７がハイレベルの／ＰＳＡＶＥ信号を出力すると、ＦＥＴ１１６はオンし、その結果、抵抗Ｒｂと抵抗Ｒｃが並列接続される。そして、シャントレギュレータ１１５のｒｅｆ端子には、出力電圧Ｖｏｕｔを抵抗Ｒａと並列接続された抵抗Ｒｂ、Ｒｃで分圧した電圧が入力される。シャントレギュレータ１１５のｒｅｆ端子の入力電圧をＶｒｅｆとすると、通常モードの出力電圧Ｖｏｕｔ−ｈは、概ね次の式（１）で表される。

式（１）中の（Ｒｂ／／Ｒｃ）は、抵抗Ｒｂと抵抗Ｒｃを並列接続したときの抵抗値であり、以下の式（２）で表される。

一方、省電力モードの場合には、ＣＰＵ１１７がローレベルの／ＰＳＡＶＥ信号を出力すると、ＦＥＴ１１６はオフし、その結果、抵抗Ｒｃは抵抗Ｒｂから切り離されることになる。そのため、シャントレギュレータ１１５のｒｅｆ端子に入力される電圧Ｖｒｅｆは、出力電圧Ｖｏｕｔを抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂで分圧した電圧となる。したがって、省電力モードの出力電圧Ｖｏｕｔ−ｌは、概ね次の式（３）で表される。

抵抗Ｒｂと抵抗Ｒｃを並列接続したときの合成抵抗値は、抵抗Ｒｂの抵抗値よりも小さくなる。その結果、通常モードの場合と、省電力モードの場合の出力電圧Ｖｏｕｔの算出式（１）、（３）から、省電力モードの場合の出力電圧Ｖｏｕｔ−ｌは、通常モードの場合の出力電圧Ｖｏｕｔ−ｈと比べて、低下することになる。

［ゼロクロス検知回路］
次に、ゼロクロス検知回路１０１について説明する。図２は、図１に示したゼロクロス検知回路１０１の回路構成を示した図である。図２において、破線枠部がゼロクロス検知回路１０１であり、トランジスタＱ１、フォトカプラＰＣ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、コンデンサＣ１から構成されている。ゼロクロス検知回路１０１を駆動するゼロクロス電源は、定電圧素子であるツェナーダイオード１１３を介して、整流平滑回路１１１から供給される直流電圧Ｖｈである。整流平滑回路１１１からゼロクロス検知回路１０１への電力供給路に設けられたツェナーダイオード１１３のカソード側は、整流平滑回路１１１に接続され、アノード側はゼロクロス検知回路１０１に接続されている。

交流電源１００から入力される交流電圧において、ニュートラル側ライン（図中、ＮＥＵＴＲＡＬと表示）の電位がライブ側ライン（図中、ＬＩＶＥと表示）の電位より高い場合には、抵抗Ｒ２を介してＤＣＬ側に電流が流れる。抵抗Ｒ２を介した電流がトランジスタＱ１のベース端子に流れると、トランジスタＱ１はオン状態となる。抵抗Ｒ３及びコンデンサＣ１は、トランジスタＱ１の動作タイミングの調整に用いられる。トランジスタＱ１がオン状態になると、ゼロクロス電源からの電圧は、抵抗Ｒ４を介してトランジスタＱ１へと流れる。そのため、フォトカプラＰＣ１のＬＥＤに印加される電圧が低下し、消灯状態となり、フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタはオフ状態となる。フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタがオフ状態になると、電圧ＶＣＣに接続されたプルアップ抵抗Ｒ５を介して、ハイレベルのゼロクロス信号が出力される。

一方、ニュートラル側ラインの電位がライブ側ラインの電位より低い場合には、抵抗Ｒ１を介してＤＣＬ側に電流が流れ、抵抗Ｒ２には電流が流れないため、トランジスタＱ１はオフ状態となる。そして、トランジスタＱ１がオフ状態になると、フォトカプラＰＣ１のＬＥＤには、ゼロクロス電源である直流電圧Ｖｈに接続されたプルアップ抵抗Ｒ４を介して電流が流れるため、フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタはオン状態となる。フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタがオン状態になると、出力されるゼロクロス信号の電圧が低下し、ゼロクロス信号はローレベルになる。

［通常モード、省電力モードにおける動作］
通常モード、省電力モードにおける図１の電源装置の動作について、図３を参照しながら説明する。図３は、図１の電源装置において、通常モード時、省電力モード時の電源装置における電流、電圧波形を示した図であり、図３（ａ）は通常モード時、図３（ｂ）は省電力モード時における波形を示し、横軸は時間を示している。図３（ａ）、図３（ｂ）は同一回路素子における電流、電圧波形を示しており、Ｖｄｓは、ＦＥＴ１１０のドレイン端子−ソース端子間の電圧波形であり、Ｉｄは、ＦＥＴ１１０のドレイン電流の波形を示す。Ｖｎｈは、補助巻線１０７ａに誘起される電圧波形を示し、Ｖｈは、整流平滑回路１１１の電解コンデンサの両端に生じる電圧波形、Ｉｆは、トランス１０４ａの二次側に設けられた整流平滑回路１０８のダイオードを流れる電流波形を示している。また、図中の「オフ期間」は、ＦＥＴ１１０がオフ状態の期間、「オン期間」は、オン状態の期間を示す。

（通常モードにおける動作）
電源制御ＩＣ１１２は、ＦＥＴ１１０のゲート端子にハイレベル信号を出力し、ＦＥＴ１１０をオン状態にすると、一次巻線１０５ａを介して、コンデンサ１１８に蓄積された電荷が放電され、ＦＥＴ１１０にドレイン電流Ｉｄが流れる。これにより、トランス１０４ａの一次巻線１０５ａに磁気エネルギーが蓄えられる。そして、電源制御ＩＣ１１２がＦＥＴ１１０のゲート端子への出力信号をハイレベルからローレベルにすると、ＦＥＴ１１０はオフ状態となる。その結果、図３（ａ）に示すように、ＦＥＴ１１０のドレイン電流Ｉｄは瞬時に零となり、それまでＦＥＴ１１０に流れていた一次巻線電流はコンデンサ１１８に流入し、コンデンサ１１８を充電する。その結果、ＦＥＴ１１０のドレイン端子−ソース端子間電圧Ｖｄｓは、図３（ａ）のオフ期間に示すように上昇を始める。

一方、ＦＥＴ１１０がオフ状態になると、トランス１０４ａの二次巻線１０６ａに誘起された電圧は、整流平滑回路１０８のダイオードとコンデンサにより、整流、平滑されて、直流の出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。このとき、ダイオードに流れる電流Ｉｄの波形は、図３（ａ）に示すような三角波となる。その後、トランス１０４ａの二次側の回生が終了して、整流平滑回路１０８のダイオードに電流が流れなくなり、再度ＦＥＴ１１０がオンすると、ＦＥＴ１１０のドレイン端子−ソース端子間電圧Ｖｄｓは、図３（ａ）のオン期間に示すように、緩やかに下降を始める。

また、ＦＥＴ１１０がオフ状態になると、補助巻線１０７ａに誘起される交流電圧Ｖｎｈには、図３（ａ）に示すように、オフ期間には正のパルス電圧が誘起され、オン期間になると緩やかに下降を始める。また、整流平滑回路１１１には、補助巻線１０７ａに誘起される交流電圧Ｖｎｈが入力され、整流・平滑された結果、図３（ａ）に示すように、電圧がＶ１の直流電圧Ｖｈが出力され、ゼロクロス電源として、ゼロクロス検知回路１０１に供給される。

トランス１０４ａの回生が終了すると、電源制御ＩＣ１１２は、ＦＥＴ１１０をオン状態にして、上述した動作を繰り返し、図３（ａ）のオン期間に示す動作波形となる。

（省電力モードにおける動作）
図３（ｂ）は、省電力モード時の電源装置における電流、電圧波形を示した図である。省電力モードにおける図１の電源装置の動作は、上述した通常モードの場合と同様である。図１の電源装置では、トランス１０４ａの二次側の電圧である出力電圧Ｖｏｕｔを監視して、トランス１０４ａの一次側にフィードバックを行っている。省電力モード時のように二次側の負荷１０９が小さい場合には、図３（ｂ）に示すように、二次側の整流平滑回路１０８のダイオードに流れる電流Ｉｄは緩やかに減少していく。そのため、ＦＥＴ１１０のオン状態の時間（オン期間）が短くなり、逆にオフ状態の時間（オフ期間）は長くなる。その結果、トランス１０４ａの二次側の負荷１０９が小さい省電力モードでは、図３（ｂ）に示すように、補助巻線１０７ａに誘起される交流電圧Ｖｎｈは、通常モード時に比べて、その電圧値が小さくなる。そのため、整流平滑回路１１１が出力する電圧Ｖｈの電圧値Ｖ２は、通常モード時の電圧値Ｖ１に比べて小さくなる。

［ゼロクロス検知回路への電力供給制御］
図４は、図１の電源装置の動作モードが省電力モードから通常モードに移行したときの、整流平滑回路１１１から供給されるゼロクロス電源電圧である直流電圧Ｖｈの電圧の変化を示す図である。ゼロクロスの正確な検知を行う必要があるため、ゼロクロス検知回路１０１は、トランス１０４ａの一次側の電圧である、補助巻線１０７ａに誘起される交流電圧Ｖｎｈを整流平滑回路１１１によって整流平滑された直流電圧Ｖｈを使用している。図４に示すように、省電力モードにおけるゼロクロス電源の電圧はＶ２であるが、通常モードに移行すると、電圧はＶ１に上昇する。逆に、電源装置の動作モードが通常モードから省電力モードに移行した場合には、ゼロクロス電源の電圧は、Ｖ１からＶ２へ下降する。そこで、図１のツェナーダイオード１１３には、次の関係式を満足するツェナー電圧を有するツェナーダイオードを使用している。
Ｖ１＞ツェナー電圧（スレッショルド）＞Ｖ２

本実施例において、通常モードから省電力モードに移行した時に、二次側の負荷１０９が小さくなることにより、整流平滑回路１１１により整流平滑された直流電圧Ｖｈが小さくなる。整流平滑回路１１１により整流平滑された直流電圧Ｖｈの変動に対して、上述したツェナー電圧を有するツェナーダイオード１１３を使うと、省電力モードでは整流平滑回路１１１により生成された直流電圧Ｖｈのゼロクロス検知回路１０１への供給を遮断できる。これにより、省電力モードにおけるゼロクロス検知回路１０１の消費電力を低減することができる。また、通常モード時には、ツェナーダイオード１１３を介して、整流平滑回路１１１により生成された直流電圧Ｖｈがゼロクロス検知回路１０１へ供給され、入力される交流電圧のゼロクロスの正確な検知を行うことができる。

以上説明したように、本実施例によれば、簡単な構成により、動作モードに応じて、ゼロクロス検知回路への電力供給の制御を行うことができる。本実施例のツェナーダイオードは、整流平滑回路からゼロクロス検知回路への電力供給路の接続制御を行っている。すなわち、通常モードでは電力供給路を接続して整流平滑回路からゼロクロス検知回路への電力供給を行い、省電力モードでは電力供給路を切断して整流平滑回路からゼロクロス検知回路への電力供給を遮断する。また、本実施例では、定電圧素子としてツェナーダイオードを使用して説明をしたが、環境温度や製造ばらつきによる動作電圧の条件が満足されるのであれば、例えばバリスタ等の定電圧素子を使用してもよい。バリスタを使用する場合には、バリスタ電圧がゼロクロス検知回路への電力供給を制御する電圧となる。

実施例２では、実施例１で説明したトランスの補助巻線の巻線方向を変更した電源装置について説明する。

［電源装置の回路構成］
図５は、本実施例のゼロクロス検知回路を有する電源装置の回路構成を示す図である。実施例１の図１の回路図と比べ、図５の回路図では、トランス１０４ｂの補助巻線１０７ｂの巻線方向が図１のトランス１０４ａの補助巻線１０７ａとは逆になっている点が異なる。トランス１０４ｂの一次巻線１０５ｂと二次巻線１０６ｂの極性は、実施例１と同様に逆になっており、この電源装置はフライバック型となっている。更に、前述したように、トランス１０４ｂの一次巻線１０５ｂと補助巻線１０７ｂは、極性が同じになっており、補助巻線１０７ｂはフォワード巻となっている。また、図５において、トランス１０４ｂについては、実施例１の図１のトランス１０４ａと区別するため、符号の末尾をａからｂに変更しているが、その他の回路については、図１と同様であり、同一の符号を付している。補助巻線１０７ｂの巻線方向を除いて、図５に示す電源装置の回路構成は、実施例１の図１と同様であり、回路構成についての説明を省略する。

［通常モード、省電力モードにおける動作］
次に、通常モード、省電力モードにおける図５の電源装置の動作について、図６を参照しながら説明する。図６は、図５の電源装置において、通常モード時、省電力モード時の電源装置における電流、電圧波形を示した図であり、図６（ａ）は通常モード時、図６（ｂ）は省電力モード時における波形を示している。図６（ａ）、図６（ｂ）は同一回路素子における電流、電圧波形を示しており、Ｖｄｓは、ＦＥＴ１１０のドレイン端子−ソース端子間の電圧波形であり、Ｉｄは、ＦＥＴ１１０のドレイン電流の波形を示す。Ｖｎｈは、補助巻線１０７ｂに誘起される電圧波形を示し、Ｖｈは、整流平滑回路１１１の電解コンデンサの両端に生じる電圧波形、Ｉｆは、トランス１０４ｂの二次側に設けられた整流平滑回路１０８のダイオードを流れる電流波形を示している。また、図中の「オフ期間」は、ＦＥＴ１１０がオフ状態の期間、「オン期間」は、オン状態の期間を示す。

（通常モードにおける動作）
図６（ａ）は、通常モード時の電源装置における電流、電圧波形を示した図である。通常モードにおける図５の電源装置の動作は、実施例１において説明した通常モードの場合と同様なので、説明を省略する。本実施例では、トランス１０４ｂの補助巻線１０７ｂの巻線方向が実施例１とは逆方向となっている。そのため、ＦＥＴ１１０がオフ状態になるオフ期間において、補助巻線１０７ｂに誘起される交流電圧Ｖｎｈには、図６（ａ）に示すように、負のパルス電圧が誘起され、ＦＥＴ１１０がオン状態になるオン期間には、緩やかに上昇を始める。また、補助巻線１０７ｂに誘起された交流電圧Ｖｎｈは、整流平滑回路１１１に入力され、整流・平滑された結果、図６（ａ）に示すように電圧がＶ３の直流電圧Ｖｈが出力され、ゼロクロス電源として、ゼロクロス検知回路１０１に供給される。

（省電力モードにおける動作）
図６（ｂ）は、省電力モード時の電源装置における電流、電圧波形を示した図である。省電力モードにおける図５の電源装置の動作は、通常モードの場合と同様に、実施例１において説明した通常モードの場合と同様なので、説明を省略する。本実施例では、トランス１０４ｂの補助巻線１０７ｂの巻線方向が実施例１とは逆方向となっている。そのため、通常モードと同様に、補助巻線１０７ｂに誘起される交流電圧Ｖｎｈには、図６（ｂ）に示すように、ＦＥＴ１１０がオフ状態になると負のパルス電圧が誘起され、オン状態になると緩やかに上昇を始める。図５の電源装置では、トランス１０４ｂの二次側の電圧である出力電圧Ｖｏｕｔを監視して、トランス１０４ｂの一次側にフィードバックを行っている。省電力モード時のように二次側の負荷１０９が小さい場合には、図６（ｂ）に示すように、二次側の整流平滑回路１０８のダイオードに流れる電流Ｉｄは緩やかに減少していく。そのため、ＦＥＴ１１０のオン状態の時間（オン期間）が短くなり、逆にオフ状態の時間（オフ期間）は長くなる。その結果、トランス１０４ｂの二次側の負荷１０９が小さくなる省電力モードでは、図６（ｂ）に示すように、補助巻線１０７ｂに誘起される交流電圧Ｖｎｈも、通常モード時に比べて、電圧値が小さくなる。そのため、整流平滑回路１１１が出力する電圧Ｖｈの電圧値Ｖ４は、通常モード時の電圧値Ｖ３に比べて小さくなる。

［ゼロクロス検知回路への電力供給制御］
図７は、図５の電源装置の動作モードが省電力モードから通常モードに移行したときの、整流平滑回路１１１から供給されるゼロクロス電源電圧である直流電圧Ｖｈの電圧の変化を示す図である。図７に示すように、省電力モードにおけるゼロクロス電源の電圧はＶ４であるが、通常モードに移行すると、電圧はＶ３に上昇する。逆に、電源装置の動作モードが通常モードから省電力モードに移行した場合には、ゼロクロス電源の電圧は、Ｖ３からＶ４へ下降する。そこで、図５のツェナーダイオード１１３には、次の関係式を満足するツェナー電圧を有するツェナーダイオードを使用している。
Ｖ３＞ツェナー電圧（スレッショルド）＞Ｖ４
これにより、電源装置が通常モードで動作している場合には、ツェナーダイオード１１３が導通状態となり、ゼロクロス検知回路１０１にゼロクロス電源電圧Ｖｈが供給される。その結果、ゼロクロス検知回路１０１は、入力される交流電圧のゼロクロスの正確な検知を行うことができる。一方、省電力モード時には、ツェナーダイオード１１３は非導通状態となるため、ゼロクロス検知回路１０１には電力が供給されず、ゼロクロス検知回路１０１における消費電力の削減を行うことができる。

以上説明したように、本実施例によれば、簡単な構成により、動作モードに応じて、ゼロクロス検知回路への電力供給の制御を行うことができる。実施例１や本実施例では、電源装置の動作モードとして、通常モードと省電力モードの２つのモードを有する場合について説明したが、２つの動作モードに限定されるものではない。近年、省電力モードを複数のモードに細分化し、段階的に状態移行（モード移行）させることが行われている。このような場合においても、ゼロクロス検知回路への電力供給を遮断させるゼロクロス電源電圧に応じたツェナー電圧を有するツェナーダイオードを選択することにより、上述した実施例と同様の効果が得られる。

実施例１、２で説明した電源装置は、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、２の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８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３００は、静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム３１１、感光ドラム３１１を一様に帯電する帯電部３１７（帯電手段）、感光ドラム３１１に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部３１２（現像手段）を備えている。そして、感光ドラム３１１に現像されたトナー像をカセット３１６から供給された記録材としての記録材（不図示）に転写部３１８（転写手段）によって転写して、記録材に転写したトナー像を定着器３１４で定着してトレイ３１５に排出する。この感光ドラム３１１、帯電部３１７、現像部３１２、転写部３１８が画像形成部である。また、レーザビームプリンタ３００は、実施例１、２で説明した電源装置４００を備えている。なお、実施例１、２の電源装置を適用可能な画像形成装置は、図８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３１１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記録材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３００は、画像形成部による画像形成動作や、記録材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、２に記載の電源装置は、例えば図１、５のＣＰＵ１１７に相当するコントローラに電力を供給する。また、実施例１、２に記載の電源装置は、感光ドラム３１１を回転するため又は記録材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や、記録材にトナー像を加熱定着させる定着装置に電力を供給する。即ち、実施例１、２の負荷は、コントローラや駆動部、定着装置に相当する。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）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、２で説明した電源装置は、ゼロクロス検知回路への電力供給を遮断することにより、消費電力を低減することができる。

以上説明したように、本実施例によれば、簡単な構成により、動作モードに応じて、ゼロクロス検知回路への電力供給の制御を行うことができる。

１０１ ゼロクロス検知回路
１０４ａ トランス
１０７ａ 補助巻線
１１１ 整流平滑回路
１１３ ツェナーダイオード

Claims (12)

1. 一次側に設けられた一次巻線と補助巻線、二次側に設けられた二次巻線を有し、前記一次側と前記二次側が絶縁されたトランスと、
   前記一次巻線に接続されており、前記二次巻線から出力される出力電圧を制御するためにスイッチング動作を行うスイッチング素子と、
   前記トランスに入力される交流電源の交流電圧のゼロクロスを検知する検知手段と、
   前記トランスの前記補助巻線に誘起される電圧を整流及び平滑する整流平滑手段と、
   前記整流平滑手段と前記検知手段との間に接続され、前記整流平滑手段によって整流及び平滑された第一電圧が所定の電圧より大きい場合に、前記検知手段に電力を供給し、前記所定の電圧より小さい場合に前記検知手段への電力の供給を停止する供給制御素子と、
   前記整流平滑手段によって整流及び平滑された電圧が電源電圧として供給され、前記トランスの二次巻線から出力される出力電圧と、前記一次巻線に流れる電流に従い、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記補助巻線に生成され、前記整流平滑手段で整流及び平滑される前の交流電圧に基づき、前記トランスの回生終了を判断して前記スイッチング素子をオフ状態からオン状態に切り換えることを特徴とする電源装置。
2. 前記供給制御素子は、定電圧素子であることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記定電圧素子は、カソードが前記整流平滑手段に接続され、アノードが前記検知手段に接続されたツェナーダイオードであることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 前記ツェナーダイオードのツェナー電圧は、前記トランスの二次側から所定電圧を出力している状態のときに前記整流平滑手段が出力する電圧より低く、前記トランスの二次側から前記所定電圧より低い電圧を出力している状態のときに前記整流平滑手段が出力する電圧より高いことを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
5. 前記定電圧素子は、バリスタであることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
6. 前記バリスタのバリスタ電圧は、前記トランスの二次側から所定電圧を出力している状態のときに前記整流平滑手段が出力する電圧より低く、前記トランスの二次側から前記所定電圧より低い電圧を出力している状態のときに前記整流平滑手段が出力する電圧より高いことを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
7. 前記補助巻線は、前記トランスの一次巻線と巻回方向が同じであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電源装置。
8. 前記補助巻線は、前記トランスの一次巻線と巻回方向が異なることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電源装置。
9. 前記トランスの二次側から前記所定電圧を出力している状態とは、通常モードであり、前記トランスの二次側から前記所定電圧より低い電圧を出力している状態とは、省電力モードであることを特徴とする請求項４または６に記載の電源装置。
10. 記録材に画像形成を行う画像形成手段を有する画像形成装置であって、
    前記画像形成装置に電力を供給する電源装置を備え、
    前記電源装置は、
    一次側に設けられた一次巻線と補助巻線、二次側に設けられた二次巻線を有し、前記一次側と前記二次側が絶縁されたトランスと、
    前記一次巻線に接続されており、前記二次巻線から出力される出力電圧を制御するためにスイッチング動作を行うスイッチング素子と、
    前記トランスに入力される交流電源の交流電圧のゼロクロスを検知する検知手段と、
    前記トランスの前記補助巻線に誘起される電圧を整流及び平滑する整流平滑手段と、
    前記整流平滑手段と前記検知手段との間に接続され、前記整流平滑手段によって整流及び平滑された第一電圧が所定の電圧より大きい場合に、前記検知手段に電力を供給し、前記所定の電圧より小さい場合に前記検知手段への電力の供給を停止する供給制御素子と、
    前記整流平滑手段によって整流及び平滑された電圧が電源電圧として供給され、前記トランスの二次巻線から出力される出力電圧と、前記一次巻線に流れる電流に従い、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、前記補助巻線に生成され、前記整流平滑手段で整流及び平滑される前の交流電圧に基づき、前記トランスの回生終了を判断して前記スイッチング素子をオフ状態からオン状態に切り換えることを特徴とする画像形成装置。
11. 前記画像形成装置の動作を制御するコントローラを備え、
    前記電源装置は、前記コントローラに電力を供給することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
12. 前記画像形成装置を駆動するためのモータを備え、
    前記電源装置は、前記モータに電力を供給することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。

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