JP6422199B2 - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、商用交流電源を入力源とする電源装置、及びその電源装置を備えた画像形成装置に関する。
各種電子機器に備えられて、商用交流電源を入力して電子機器内で使用される所要の直流電圧を出力する電源装置が幅広く利用されている。このような電源装置としては、スイッチングコンバータ部を備えたものが知られている。スイッチングコンバータ部を備えた電源装置では、商用交流電源入力部の後段に整流平滑回路を設けて直流電圧を生成する。そして、スイッチングコンバータ部（ＤＣ−ＤＣコンバータ部）は、この直流電圧をスイッチング素子のオン・オフ動作によりチョッピングした後に平滑し、最終的に安定した所要の直流電圧を出力する。
従来、複写機、プリンタ等の電子機器では、日本国内及び北米向けには入力電圧がＡＣ１００Ｖ系（例えば、ＡＣ１００Ｖ〜１２０Ｖ）、欧州向けには入力電圧がＡＣ２００Ｖ系（例えば、ＡＣ２２０Ｖ〜２４０Ｖ）の専用電源装置を用いることが一般的である。この専用電源装置の整流平滑部には、一般的にアルミ電解コンデンサが用いられることが多い。アルミ電解コンデンサも、ＡＣ１００Ｖ系の地域、ＡＣ２００Ｖ系の地域毎に最適な部品が選択されている場合が多く、例えばＡＣ１００Ｖ系電源装置には耐電圧が２００Ｖｄｃ、ＡＣ２００Ｖ系電源装置には耐電圧が４００Ｖｄｃのものが使用されている。
アルミ電解コンデンサは、耐電圧以上の電圧が印加されると、リーク電流が増加することにより内部圧力が上昇し、最終的には圧力弁が動作して、電解液を含む高圧のガスが噴き出す、いわゆる「開弁」という現象に至る。アルミ電解コンデンサに使用される電解液は導電性であるため、アルミ電解コンデンサから噴き出した電解液によって、部品間や回路パターン間等でショート（短絡）が発生し、回路故障を招くことがある。
電源装置は、商用交流電源からアルミ電解コンデンサの耐電圧以上の電圧が入力された場合でも、装置が故障しないように保護されなければならず、そのためにはアルミ電解コンデンサの開弁を発生させないことが望ましい。これまでに、商用交流電源からの過電圧印加に対して電源装置を保護する手段が提案されている。例えば、特許文献１や特許文献２では、スイッチングコンバータ部に入力電圧を監視する入力電圧監視部を設けて、検知された電圧が所定値以上の場合にはスイッチ素子（リレー、トライアック等）をオフする保護手段が提案されている。また、特許文献３では入力電圧平滑用のアルミ電解コンデンサに印加される電圧を検知し、検知した電圧が所定値以上の場合には、回路に過大な電流を流して入力部のヒューズを溶断させる手段が提案されている。
特開２００９−２１９３１６号公報 特開２００９−２８４５６１号公報 特許第４６１２８５５号公報
新興国の電源事情は先進国に比べて良くない場合が多く、その結果、電子機器に過電圧が印加される頻度が高くなる。そのため、過電圧印加時の電子機器の保護を確保しつつも過電圧状態が解消されると過電圧印加時の保護が解除され、給電が可能な状態に戻る、復帰型の保護手段が望ましい。また、電子機器の省エネルギー化に対する要求は日に日に高くなっており、過電圧印加時の復帰型保護と省エネルギー化の両立が求められている。
しかしながら、前述した従来技術では、過電圧印加時の復帰型保護と省エネルギー化のうち、どちらか一方は満足できるが、両方ともは満足できていないという課題があった。例えば、特許文献１、２の電源装置では、過電圧印加時の保護手段は復帰型である。ところが、過電圧保護回路の搭載に伴い、スイッチ素子をオンするための電力消費、入力電圧監視部での電力消費が発生するため、待機時（スリープモード等）の消費電力は増加している。そのため、待機時には、スイッチ素子をオンするための電力消費、入力電圧監視部での電力消費が、電子機器全体の消費電力に対して相対的に大きくなり、省エネルギー化を図る際に無視できないものとなる。また、特許文献３は、過電圧印加時にヒューズを溶断させる保護手段なので、過電圧状態が解除されても機器を元の状態に復帰させることはできない。
本発明はこのような状況のもとでなされたもので、入力電圧の異常を検知すると過電圧保護を作動させ、その後復帰する復帰型の保護を行うと共に、待機時の消費電力を低減させることを目的とする。
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）交流電源から入力される交流電圧を整流する第一の整流手段と、前記第一の整流手段で整流された電圧を平滑する第一の平滑手段と、一次側と二次側が絶縁されており、前記第一の平滑手段で平滑され、前記一次側に供給された電圧を第一の電圧に変換して前記二次側から出力するために駆動される第一のトランスと、を備え、前記変換した前記第一の電圧を出力する第一の電源部と、前記交流電源から入力される前記交流電圧を整流する第二の整流手段と、前記第二の整流手段で整流された電圧を平滑する第二の平滑手段と、前記第二の平滑手段で平滑された電圧を前記第一の電圧とは異なる第二の電圧に変換するために駆動される第二のトランスと、を備え、前記変換した前記第二の電圧を出力する第二の電源部と、前記第二の電源部の前記第二の整流手段に前記交流電圧を供給するオン状態と、前記第二の電源部の前記第二の整流手段に前記交流電圧の供給を停止するオフ状態に切り換わるスイッチと、前記第一の電源部の前記第一のトランスの前記二次側から出力される前記第一の電圧が供給されると前記スイッチを前記オン状態に切り換え、前記第一の電圧が供給されなくなると前記スイッチを前記オフ状態に切り換える状態切換手段と、前記第一の電源部の前記第一の平滑手段で平滑された電圧が所定電圧以上か否かを検知する検知手段と、前記検知手段が前記第一の電源部の前記第一の平滑手段で平滑された電圧が前記所定電圧以上であることを検知した場合に、前記第一の電源部の前記第一のトランスの駆動を停止して前記第一の電圧の出力を停止させることにより、前記スイッチを前記オフ状態にして、前記第二の電源部の前記第二の整流手段への前記交流電圧の供給を停止するように前記状態切換手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする電源装置。
（２）交流電源から入力される交流電圧を整流する第一の整流手段と、前記第一の整流手段で整流された電圧を平滑する第一の平滑手段と、前記第一の平滑手段で平滑された電圧を第一の電圧に変換するために駆動される第一のトランスと、を備え、前記変換した前記第一の電圧を出力する第一の電源部と、前記交流電源から入力される前記交流電圧を整流する第二の整流手段と、前記第二の整流手段で整流された電圧を平滑する第二の平滑手段と、前記第二の平滑手段で平滑された電圧を前記第一の電圧とは異なる第二の電圧に変換するために駆動される第二のトランスと、を備え、前記変換した前記第二の電圧を出力する第二の電源部と、前記第二の電源部の前記第二の整流手段に前記交流電圧を供給するオン状態と、前記第二の電源部の前記第二の整流手段に前記交流電圧の供給を停止するオフ状態に切り換わるスイッチと、前記第一の電源部の前記第一のトランスの前記二次側から出力される前記第一の電圧が供給されると前記スイッチを前記オン状態に切り換え、前記第一の電圧が供給されなくなると前記スイッチを前記オフ状態に切り換える状態切換手段と、前記第二の電源部の前記第二の平滑手段で平滑された電圧が所定電圧以上か否かを検知して、前記所定電圧以上であると検知した場合に、前記第一の電源部の前記第一のトランスの駆動を停止するための第一信号と前記第二の電源部の前記第二のトランスの駆動を停止するための第二信号を出力する検知手段と、を備え、前記検知手段から前記第一信号と前記第二信号が出力された場合に、前記第一信号に従い前記第一の電源部の前記第一のトランスの駆動が停止され、前記第一の電圧の出力が停止することにより、前記状態切換手段によって前記スイッチが前記オフ状態に切り換わり、且つ、前記第二信号に従い前記第二の電源部の前記第二のトランスの駆動が停止され、前記第二の電圧の出力が停止することを特徴とする電源装置。
（３）シート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、前記画像形成を行うための電力を供給する電源装置を備え、前記電源装置は、交流電源から入力される交流電圧を整流する第一の整流手段と、前記第一の整流手段で整流された電圧を平滑する第一の平滑手段と、一次側と二次側が絶縁されており、前記第一の平滑手段で平滑され、前記一次側に供給された電圧を第一の電圧に変換して前記二次側から出力するために駆動される第一のトランスと、を備え、前記変換した前記第一の電圧を出力する第一の電源部と、前記交流電源から入力される前記交流電圧を整流する第二の整流手段と、前記第二の整流手段で整流された電圧を平滑する第二の平滑手段と、前記第二の平滑手段で平滑された電圧を前記第一の電圧とは異なる第二の電圧に変換するために駆動される第二のトランスと、を備え、前記変換した前記第二の電圧を出力する第二の電源部と、前記第二の電源部の前記第二の整流手段に前記交流電圧を供給するオン状態と、前記第二の電源部の前記第二の整流手段に前記交流電圧の供給を停止するオフ状態に切り換わるスイッチと、前記画像形成装置が画像形成動作中の状態の場合に前記スイッチをオン状態に切り換え、前記画像形成装置が待機している状態の場合に前記スイッチをオフ状態に切り換える状態切換手段であって、前記第一の電源部の前記第一のトランスの前記二次側から出力される前記第一の電圧が供給されると前記スイッチを前記オン状態に切り換え、前記第一の電圧が供給されなくなると前記スイッチを前記オフ状態に切り換える状態切換手段と、前記第一の電源部の前記第一の平滑手段で平滑された電圧が所定電圧以上か否かを検知する検知手段と、前記検知手段が前記第一の電源部の前記第一の平滑手段で平滑された電圧が前記所定電圧以上であることを検知した場合に、前記第一の電源部の前記第一のトランスの駆動を停止して前記第一の電圧の出力を停止させることにより、前記スイッチを前記オフ状態にして、前記第二の電源部の前記第二の整流手段への前記交流電圧の供給を停止するように前記状態切換手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
（４）シート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、前記画像形成を行うための電力を供給する電源装置を備え、前記電源装置は、交流電源から入力される交流電圧を整流する第一の整流手段と、前記第一の整流手段で整流された電圧を平滑する第一の平滑手段と、前記第一の平滑手段で平滑された電圧を第一の電圧に変換するために駆動される第一のトランスと、を備え、前記変換した前記第一の電圧を出力する第一の電源部と、前記交流電源から入力される前記交流電圧を整流する第二の整流手段と、前記第二の整流手段で整流された電圧を平滑する第二の平滑手段と、前記第二の平滑手段で平滑された電圧を前記第一の電圧とは異なる第二の電圧に変換するために駆動される第二のトランスと、を備え、前記変換した前記第二の電圧を出力する第二の電源部と、前記第二の電源部の前記第二の整流手段に前記交流電圧を供給するオン状態と、前記第二の電源部の前記第二の整流手段に前記交流電圧の供給を停止するオフ状態に切り換わるスイッチと、前記画像形成装置が画像形成動作中の状態の場合に前記スイッチをオン状態に切り換え、前記画像形成装置が待機している状態の場合に前記スイッチをオフ状態に切り換える状態切換手段であって、前記第一の電源部の前記第一のトランスの前記二次側から出力される前記第一の電圧が供給されると前記スイッチを前記オン状態に切り換え、前記第一の電圧が供給されなくなると前記スイッチを前記オフ状態に切り換える状態切換手段と、前記第二の電源部の前記第二の平滑手段で平滑された電圧が所定電圧以上か否かを検知して、前記所定電圧以上であると検知した場合に、前記第一の電源部の前記第一のトランスの駆動を停止するための第一信号と前記第二の電源部の前記第二のトランスの駆動を停止するための第二信号を出力する検知手段と、を備え、前記検知手段から前記第一信号と前記第二信号が出力された場合に、前記第一信号に従い前記第一の電源部の前記第一のトランスの駆動が停止され、前記第一の電圧の出力が停止することにより、前記状態切換手段によって前記スイッチが前記オフ状態に切り換わり、且つ、前記第二信号に従い前記第二の電源部の前記第二のトランスの駆動が停止され、前記第二の電圧の出力が停止することを特徴とする画像形成装置。
本発明によれば、入力電圧の異常を検知すると過電圧保護を作動し、その後復帰する復帰型の保護を行うことができると共に、待機時の消費電力を低減させることができる。
実施例１の電源装置の構成を示す回路図 実施例１の電源装置が商用交流電源から電力供給された際の動作を示すフローチャート アルミ電解コンデンサの開弁についての印加電圧と印加時間の関係を示す図 実施例２の電源装置の構成を示す回路図 実施例２の電源装置が商用交流電源から電力供給された際の動作を示すフローチャート 実施例３の電源装置の構成を示す回路図 実施例３の電源装置が商用交流電源から電力供給された際の動作を示すフローチャート 実施例４の画像形成装置の模式図
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
実施例１では、商用交流電源の入力電圧が過電圧の場合に、保護すべき非常夜電源の入力電圧平滑用コンデンサの両端電圧を、スイッチ素子の前段（商用交流電源側から見てスイッチ素子より前段）で監視する方法について説明する。
［電源装置の構成］
図１は、画像形成装置等の電子機器に備えられる、本実施例の電源装置の構成を示す回路図である。図１に示すように、本実施例の電源装置は、破線枠部で示された３つのコンバータ、すなわち常夜電源部２００、非常夜電源部３００、非常夜電源部４００を有している。
（常夜電源部）
第一の電源部である常夜電源部２００は、第一の電圧である電圧Ｖｏｕｔ１を出力する電源部である。常夜電源部２００は、インレット１０１、ヒューズ１０２を介して、不図示の商用交流電源から電力供給され、電源装置が待機状態（スリープモード等）にある場合でも、商用交流電源からの給電が遮断されない。常夜電源部２００は、ダイオードブリッジ２０１と平滑コンデンサ２０２で構成される整流平滑部を有し、その後段にスイッチングコンバータ部を有している。入力電圧平滑用の平滑コンデンサ２０２の耐電圧（以下、「耐圧」という）は、過電圧に対応するため、非常夜電源部３００、４００の入力電圧平滑用のアルミ電解コンデンサ３０２、４０２の耐圧より十分大きくする必要がある。そのため、平滑コンデンサ２０２には、高耐圧のフィルムコンデンサ、もしくは耐圧が十分に高いアルミ電解コンデンサが用いられる。常夜電源部２００は、機器の待機時の電力を供給することに特化した、数Ｗ〜十数Ｗ程度の小容量電源部であるため、平滑コンデンサ２０２は低容量でも構わない。そのため、低容量・高耐圧の特徴を持つフィルムコンデンサや、小サイズで安価な高耐圧アルミ電解コンデンサを使用することができる。
常夜電源部２００のスイッチングコンバータ部は、トランス２０８、スイッチング用のＦＥＴ２０７を有し、その動作は電源ＩＣ２０５により制御される。電源ＩＣ２０５は、Ｖｃｃ端子に入力された電源電圧により動作する。電圧Ｖｒｅｇ１は、例えばトランス２０８の補助巻線に誘起される電圧であり、コンデンサ２１２は、Ｖｃｃ端子に入力される電圧の平滑用コンデンサである。ダイオード２０６はＦＥＴ２０７のボディーダイオードであり、コンデンサ２１５は共振用コンデンサであり、ダイオード２０９は二次整流ダイオードであり、コンデンサ２１０は二次平滑用コンデンサである。平滑コンデンサ２０２の後段には、バリスタ２０３と抵抗２０４で構成される過電圧検知回路２１１が設けられている。待機時の省電力化を図るため、過電圧検知回路２１１は、所定電圧以下では電力消費がなく、所定電圧以上の電圧が印加されると動作する回路にする必要がある。また、使用するバリスタ２０３は、非常夜電源部３００、４００の入力電圧平滑用のアルミ電解コンデンサ３０２、４０２の耐圧より低いバリスタ電圧を有するものを選択する。
（非常夜電源）
非常夜電源部３００、４００は、インレット１０１、ヒューズ１０２、スイッチ素子１０３を介して、不図示の商用交流電源から電力供給され、電源装置が待機状態（スリープモード等）にある場合には、商用交流電源からの給電は遮断される。不図示の商用交流電源から非常夜電源部３００、４００への電力供給路上に設けられたスイッチ素子１０３は、本実施例を含む全ての実施例において、双方向サイリスタ（以下、「トライアック」という）を用いているが、リレーでも実現可能である。なお、以下では、スイッチ素子であるトライアック１０３の導通している状態を「オン」又は「オン状態」とし、非導通の状態を「オフ」又は「オフ状態」という。
第二の電源部である非常夜電源部３００は、第二の電圧である電圧Ｖｏｕｔ２を出力する電源部である。電圧Ｖｏｕｔ２は、例えば５Ｖ等の制御系に使用される電源電圧である。非常夜電源部３００は、ダイオードブリッジ３０１とアルミ電解コンデンサ３０２で構成される整流平滑部を有し、その後段に、スイッチングコンバータ部を有する。スイッチングコンバータ部には、常夜電源部と同様、疑似共振型のフライバック電源を使用している。スイッチングコンバータ部は、スイッチング用のＦＥＴ３０４、ＦＥＴ３０４のボディーダイオード３０３、トランス３０５、二次整流ダイオード３０６、二次平滑コンデンサ３０７、共振用のコンデンサ３０８から構成されている。スイッチングコンバータ部では、出力電圧Ｖｏｕｔ２をトランス３０５の一次側にフィードバックして、不図示の制御ＩＣを用いて出力電圧の調整を行うが、本実施例と直接的に関係のない部分なので、説明を省略する。
非常夜電源部４００は、電圧Ｖｏｕｔ３を出力する電源部である。電圧Ｖｏｕｔ３は、例えば２４Ｖ等のアクチュエーター等で使用される電源電圧である。非常夜電源部４００は、ダイオードブリッジ４０１とアルミ電解コンデンサ４０２で構成される整流平滑部を有し、その後段にスイッチングコンバータ部を有する。スイッチングコンバータ部には、トランス４１０を双方向で励磁する、電流共振型のハーフブリッジコンバータを使用している。スイッチングコンバータ部は、スイッチング用のＦＥＴ４０４、４０５、ＦＥＴ４０４、４０５のボディーダイオード４０６、４０７、電圧共振コンデンサ４０８、電流共振コンデンサ４０９、トランス４１０から構成されている。更に、スイッチングコンバータ部は、二次整流用のダイオード４１１、４１２、平滑用のアルミ電解コンデンサ４１３を有している。スイッチングコンバータ部では、出力電圧Ｖｏｕｔ３をトランス４１０の一次側にフィードバックして、不図示の制御ＩＣを用いて出力電圧の調整を行うが、本実施例とは直接的に関係ないので、説明を省略する。
また、フォトトライアックカプラ１０４は、トライアック１０３のオン・オフの制御を行う。フォトトライアックカプラ１０４には、ゼロクロス回路が内蔵されており、商用交流電源からの入力電圧が０ボルト付近で生成されるゼロクロス信号に同期して、トライアック１０３のＴ２端子からＧ端子へ電力を供給することにより、トライアック１０３をオンする。ゼロクロス回路を内蔵したフォトトライアックカプラ１０４を用いて、トライアック１０３をゼロクロス信号に同期させてオンさせることにより、非常夜電源部３００、４００の突入電流を防止することができる。また、トランジスタ１０８は、後述する不図示のコントローラから出力されるＳＴＡＴＵＳ信号によりオン・オフ状態が制御され、トランジスタ１０８がオン状態のときに、フォトトライアックカプラ１０４のＬＥＤ部が導通状態となる。なお、抵抗１０５、１０６は電流制限抵抗、抵抗１０７はノイズによる誤動作防止抵抗である。
［入力電圧正常時の電源装置の動作］
図２は、本実施例の電源装置が商用交流電源から電力供給された際の動作を示すフローチャートである。まず、商用交流電源から定格電圧範囲内の正常な電圧が入力された場合の電源装置の動作について、図１、２を用いて説明する。
図２のステップ１０１（以下、「Ｓ１０１」のように記す）では、商用交流電源からインレット１０１、ヒューズ１０２を介して、常夜電源部２００に電力の供給（以下、「給電」という）が開始される。このとき、トライアック１０３はオフしているため、非常夜電源部３００、４００には、商用交流電源からの給電は行われない。給電が開始されると、常夜電源部２００のＦＥＴ２０７はスイッチング動作を開始し、トランス２０８を介して二次側に電力を供給する。Ｓ１０２では、過電圧検知回路２１１が、商用交流電源からの入力電圧が定格電圧範囲内かどうかを監視する。ここでは、商用交流電源からの入力電圧は定格電圧範囲内であり、過電圧を検知されないので、Ｓ１０３に進む。
Ｓ１０３では、常夜電源部２００のトランス２０８の二次側に誘起された電圧は、ダイオード２０９、平滑コンデンサ２１０を介して整流平滑され、常夜電源部２００は電圧Ｖｏｕｔ１を出力する。Ｓ１０４では、常夜電源部２００の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、ＣＰＵ等のコントローラ（不図示）に供給されて、コントローラ（不図示）が起動される。そして、コントローラ（不図示）は、所定の立ち上げ処理を行った後に、トライアック１０３をオンするために、ハイレベルのＳＴＡＴＵＳ信号を出力する。Ｓ１０５では、ハイレベルのＳＴＡＴＵＳ信号が入力されたトランジスタ１０８はオン状態となり、フォトトライアックカプラ１０４のＬＥＤ部が導通状態となる。前述したように、フォトトライアックカプラ１０４には、ゼロクロス回路が内蔵されているため、ＬＥＤ部が導通状態となった直後のゼロクロス信号で、フォトトライアックカプラ１０４はオンする。これにより、トライアック１０３はＴ２端子からＧ端子へ電流が流れてオンする。Ｓ１０６では、トライアック１０３がオンし導通状態となると、不図示の商用交流電源からインレット１０１、ヒューズ１０２、トライアック１０３を介して、非常夜電源部３００と非常夜電源部４００に給電が開始される。Ｓ１０７では、非常夜電源部３００、４００は、それぞれの整流平滑部及びスイッチングコンバータ部を介して、電圧Ｖｏｕｔ２、Ｖｏｕｔ３を出力する。
非常夜電源部３００のスイッチングコンバータ部の動作は、上述した常夜電源部２００と同様のため、説明を省略する。非常夜電源部４００は、ダイオードブリッジ４０１、アルミ電解コンデンサ４０２で整流平滑された電圧をＦＥＴ４０４、４０５で交互にスイッチングし、トランス４１０を介して二次側に電力を供給する。トランス４１０の二次側に誘起された電圧は、ダイオード４１１、４１２、及び平滑用のアルミ電解コンデンサ４１３を介して整流平滑された後、非常夜電源部４００は電圧Ｖｏｕｔ３を出力する。
［入力電圧とコンデンサの耐圧との関係］
本実施例の電源装置は、商用交流電源の入力電圧、各電源部の耐圧や検知回路の検知電圧が以下の関係となるように設計されている。すなわち、常夜電源部２００の平滑コンデンサ２０２の耐圧をＶ１、非常夜電源部３００、４００のアルミ電解コンデンサ３０２、４０２の耐圧をＶ２、過電圧検知回路２１１の検知電圧をＶ３とする。そして、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３と商用交流電源の定格電圧のピーク値Ｖｉｎ＿ｐｅａｋは、以下の式（１）を満足するように設定されている。なお、非常夜電源部３００、４００のアルミ電解コンデンサ３０２、４０２の耐圧が異なる場合には、低い方の耐圧をＶ２とする。
Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖｉｎ＿ｐｅａｋ （１）
例えば、平滑コンデンサ２０２を６３０Ｖのフィルムコンデンサとし、バリスタ２０３のバリスタ電圧を１８０Ｖ、非常夜電源部３００、４００のアルミ電解コンデンサ３０２、４０２の耐圧を２００Ｖ、商用交流電源の定格電圧を１００−１２０Ｖとする。これらの電圧値を上記式（１）に代入すると、以下の式（２）となる。
６３０Ｖ＞２００Ｖ＞１８０Ｖ＞１４１．４Ｖ−１６９．７Ｖ （２）
しかし、バリスタ、ツェナーダイオード等の過電圧を検知する素子のバラツキ等により、非常夜電源部３００、４００のアルミ電解コンデンサ３０２、４０２の耐圧Ｖ２が過電圧検知電圧Ｖ３に対して、Ｖ２＞Ｖ３の大小関係を満足できない場合がある。その場合には、アルミ電解コンデンサに印加される電圧と印加時間の関係を考慮し、保護回路の動作時間において、電解コンデンサの開弁に至らない十分に低い電圧をＶ３に設定する。すなわち、アルミ電解コンデンサの耐圧以下で保護できない場合には、アルミ電解コンデンサが開弁に至る電圧以下で、アルミ電解コンデンサを保護するということである。
アルミ電解コンデンサの耐圧は、寿命の観点で規定されており、耐圧以上の電圧が印加されると、直ちにコンデンサの開弁に至るわけではない。図３は、アルミ電解コンデンサの開弁についての印加電圧と印加時間の関係を示す図であり、横軸は、電解コンデンサへの印加電圧（単位：Ｖ（ボルト））、縦軸は、電解コンデンサが開弁するまでの印加時間（単位：ｈｒｓ（時間））を示す。図３は、２００Ｖ耐圧のアルミ電解コンデンサを例にとり、印加電圧と印加時間の関係を簡単に表わした特性カーブの一例であり、実際の設計に際しては、使用するアルミ電解コンデンサ毎に特性カーブを確認する必要がある。
図３のグラフに示すように、２００Ｖ耐圧のアルミ電解コンデンサは、耐圧と等しい２００Ｖの電圧を印加されてもすぐには開弁に至らず、非常に長い時間（１時間程度）継続して印加されて、初めて開弁に至る。また、図３より、印加電圧が高いほど、開弁までの印加時間は短くなる。そこで、バリスタ、ツェナーダイオード等の過電圧を検知する素子のバラツキ等により、Ｖ２＞Ｖ３の関係を満足できない場合、以下の関係を満足できるようにする。すなわち、過電圧検知からトライアック１０３がオフするまでの時間をｔ１とし、図３のグラフから時間ｔ１継続して印加し続けると、アルミ電解コンデンサが開弁する電圧Ｖａを求める。そして、余裕を持って下記の式（３）を満足できるように、過電圧検知回路２１１の検知電圧Ｖ３を設定する。
Ｖａ＞Ｖ３＞Ｖ２ （３）
その結果、式（３）に示す関係式を満足すれば、過電圧検知回路２１１の検知電圧Ｖ３が、非常夜電源部３００、４００のアルミ電解コンデンサ３０２、４０２の耐圧Ｖ２を超える場合でも、アルミ電解コンデンサ３０２、４０２を保護することができる。
［過電圧入力時の電源装置の動作］
（正常状態から過電圧が入力された場合の動作）
次に、商用交流電源から定格電圧範囲内の電圧が電源装置に入力されている状態において、商用交流電源に何らかの異常が生じ、過電圧が電源装置に印加された場合の動作について、図１、２を用いて説明する。
Ｓ１０８では、過電圧検知回路２１１が、商用交流電源からの入力電圧が定格電圧範囲内かどうかを監視する。そして、過電圧検知回路２１１が過電圧を検知しない場合には、Ｓ１０９に進む。Ｓ１０９では、非常夜電源部３００、４００は、それぞれの整流平滑部及びスイッチングコンバータ部を介して、電圧Ｖｏｕｔ２、Ｖｏｕｔ３を出力する。Ｓ１１０では、商用交流電源の給電が継続しているかどうかを判断し、給電が継続している場合にはＳ１０８の処理に戻り、商用交流電源からの給電が停止された場合には、Ｓ１２５に進み、後述する給電停止時の処理を行う。
一方、Ｓ１０８において、過電圧検知回路２１１が過電圧を検知した場合には、Ｓ１２０に進む。Ｓ１２０では、過電圧検知回路２１１が過電圧を検知すると、バリスタ２０３が導通状態となり、バリスタ２０３と抵抗２０４で分圧された所定値以上の電圧が、電源ＩＣ２０５のＺＣＤ端子に入力される。Ｓ１２１では、電源ＩＣ２０５は、ＺＣＤ端子に所定値以上の電圧が所定時間（例えば１００μｓの間）継続して入力されると、スイッチングコンバータ部をシャットダウンさせシャットダウン状態を保持させる（以下、この状態を「シャットダウンラッチ」という）。電源ＩＣ２０５がシャットダウンラッチすると、トランス２０８を介して、二次側への電力供給が行われなくなり、常夜電源部２００に接続された負荷が平滑コンデンサ２１０に蓄えられた電荷を消費して、出力電圧Ｖｏｕｔ１が垂下する。Ｓ１２２では、出力電圧Ｖｏｕｔ１が低下すると、フォトトライアックカプラ１０４のＬＥＤ部に電流が流れなくなり、フォトトライアックカプラ１０４、トライアック１０３が順次オフする。そして、トライアック１０３がオフすると、不図示の商用交流電源から非常夜電源部３００、４００への給電が遮断される。なお、本実施例では、トライアック１０３はラッチモードでオフするため、商用交流電源の入力の過電圧が解消された後も、商用交流電源からの給電が継続されている間は、トライアック１０３のオフ状態が継続される。
Ｓ１２３では、商用交流電源の給電が継続しているかどうかを判断し、給電が継続している場合にはＳ１２４に進み、商用交流電源からの給電が停止された場合には、Ｓ１２５に進み、後述する給電停止時の処理を行う。Ｓ１２４では、電源ＩＣ２０５のシャットダウンラッチを継続し、Ｓ１２３に戻る。
Ｓ１２５では、商用交流電源から電源装置への給電が遮断された後、電源ＩＣ２０５はＶｃｃ端子電圧が所定電圧以下かどうかを判断し、所定電圧以下になるまでＳ１２５の処理を繰り返し、所定電圧以下になったことを検知するとＳ１２６に進む。Ｓ１２６では、電源ＩＣ２０５は、上述したシャットダウンラッチの解除を行い、処理を終了する。そして、再度、商用交流電源から電源装置への給電が開始されると、上述した電源装置の起動操作が行われる。
なお、電源ＩＣ２０５が過電圧検知時にシャットダウンのラッチ動作を行っている理由は、より確実に電源装置を過電圧から保護するためである。すなわち、過電圧検知時にラッチ動作を行わない場合には、商用交流電源から過電圧印加〜保護動作〜商用交流電源の過電圧解除〜保護解除〜商用交流電源から再び過電圧印加〜保護動作と、何度もアルミ電解コンデンサに過電圧が加わるケースが想定される。このような場合には、僅かずつアルミ電解コンデンサの内部圧力が上昇し、最終的に開弁に至ることがある。そこで、このような事態を生じさせないため、本実施例ではシャットダウン状態をラッチする動作を行うことにより、過電圧保護を行っている。なお、前述した式（２）、又は式（３）を満足する設計であれば、過電圧が繰り返し電源装置に印加されるという特異な場合を除いては、過電圧から電源装置を保護することができる。そのため、本実施例におけるラッチ動作による保護は、必須ではなく、あくまでも保護の確実性を高めるための手段である。
（電源投入時に過電圧が入力された場合の動作）
次に、商用交流電源に電源装置を接続した際に、既に商用交流電源の入力電圧が過電圧の場合、又はＡＣ１００Ｖ用の電源装置をＡＣ２００Ｖ系（ＡＣ２２０Ｖ−２４０Ｖ）の商用交流電源に誤って接続した場合の動作について、図１、２を用いて説明する。
この場合は、Ｓ１０１において、商用交流電源に電源装置を接続し、常夜電源部２００に給電が開始された直後に、過電圧が検知される。すなわち、Ｓ１０２にて、過電圧検知回路２１１は、商用交流電源からの入力電圧が定格電圧範囲内かどうかを監視する。そして、過電圧検知回路２１１が過電圧を検知した場合には、Ｓ１３０に進む。Ｓ１３０では、過電圧検知回路２１１が過電圧を検知すると、バリスタ２０３が導通状態となり、バリスタ２０３と抵抗２０４で分圧された所定値以上の電圧が、電源ＩＣ２０５のＺＣＤ端子に入力される。Ｓ１３１では、常夜電源部２００は、一旦スイッチングを開始するが、所定時間後（例えば１００μｓ後）に、前述した電源ＩＣ２０５のＺＣＤ端子のシャットダウンラッチ機能が動作して、スイッチングコンバータ部の動作が停止する。電源ＩＣ２０５がシャットダウンラッチすると、スイッチングコンバータ部の動作がすぐに停止するので、出力電圧Ｖｏｕｔ１は出力されない。Ｓ１３２では、常夜電源部２００から出力電圧Ｖｏｕｔ１が出力されないので、トライアック１０３はオンしない。その結果、非常夜電源部３００、４００へは給電がされず、過電圧から保護することができる。Ｓ１２３以降の処理、すなわちシャットダウンラッチ状態から電源装置を復帰させる方法は、上述した通りなので説明を省略する。
［待機時の動作］
次に、電源装置の待機時の動作を説明する。待機時には、コントローラ（不図示）がＳＴＡＴＵＳ信号をローレベルに落とすことにより、トランジスタ１０８をオフさせる。その結果、フォトトライアックカプラ１０４及びトライアック１０３がオフする。これにより、待機時には、トライアック１０３の後段に配置された非常夜電源部３００、４００への給電が遮断され、消費電力を低減できる。そして、電源装置は、待機時には、常夜電源部２００の出力電圧Ｖｏｕｔ１のみを供給し、コントローラ（不図示）等の必要最低限の負荷にのみ給電を行う。また、本実施例では、過電圧検知回路２１１では、商用交流電源からの入力電圧がバリスタ２０３の動作電圧に達するまでは電力が消費されず、バリスタ２０３の動作電圧を超える過電圧が印加されて、初めて電力を消費する。そのため、本実施例では、待機時には、スイッチ素子であるトライアック１０３をオンするための電力消費と、過電圧検知回路２１１の電力消費がないため、従来例に比べて省電力を実現できる。
以上説明したように、本実施例によれば、入力電圧の異常を検知すると過電圧保護を作動し、その後復帰する復帰型の保護を行うことができると共に、待機時の消費電力を低減させることができる。待機時に電力を消費しない過電圧検知回路を有し、商用交流電源から電源装置に過電圧が印加された際、トライアックを非導通にすることで電源装置を過電圧から保護し、商用交流電源の過電圧が解除された際には電源装置を正常に復帰させることができる。また、待機時にはトライアックを非導通にし、非常夜電源への給電を遮断することで待機時の省電力を実現できる。
本実施例では、バリスタ２０３を用いて電圧検知を行っているが、ツェナーダイオード等の定電圧素子を用いて電圧検知を行ってもよい。つまり、電圧検知のための素子としては、所定電圧以上の電圧が印加された場合にのみ動作する回路素子を適用することができる。また、本実施例のスイッチングコンバータ部では、疑似共振型のフライバック電源を用いたが、本実施例はこの電源方式に限ったものではなく、ＲＣＣ（リンギング・チョーク・コンバータ）方式やＰＷＭ（パルス幅変調）方式等の他の電源方式でも構わない。同様に、本実施例のスイッチングコンバータ部では、電流共振型のハーフブリッジコンバータを用いたが、この方式に限らず、他の電源方式を用いても構わない。更に、本実施例では、スイッチングコンバータ部の制御に電源ＩＣを用いているが、本実施例はこれに限定されるものではなく、ディスクリート部品で構成する等、別の方法でも実現可能である。
実施例２では、商用交流電源の入力電圧が過電圧の場合に、保護すべき非常夜電源部の入力電圧平滑用コンデンサの両端電圧を、スイッチ素子の後段（商用交流電源側から見てスイッチ素子より後段）で監視する方法について説明する。
本実施例の電源構成は、商用交流電源の入力電圧が過電圧であるか否かは、スイッチ素子がオンされてから検知する回路構成なので、必ず一度は、非常夜電源部の入力電圧平滑用コンデンサに過電圧が入力されてから、保護機能が動作することになる。
前述した実施例１の回路構成では、商用交流電源に機器を接続した際に既に商用交流電源が過電圧状態であった場合等では、一度も非常夜電源部の入力電圧平滑用コンデンサに過電圧が印加されることなく保護機能が動作するので、この点が本実施例とは異なる。そのため、実施例１では、商用交流電源から電源装置に給電が開始されると、まず過電圧か否かが検知されるのに対し、本実施例に記載の電源装置では、スイッチ素子がオンされた後に過電圧か否かが検知される。
［電源装置の構成］
図４は、画像形成装置等の電子機器に備えられる、本実施例の電源装置の構成を示す回路図である。図４に示すように、本実施例の電源装置は、破線枠部で示された３つのコンバータ、すなわち常夜電源部２００、コンバータ４００ａ、ＰＦＣ回路６００を有している。なお、常夜電源部２００、及びトライアック１０３及びその周辺回路は、実施例１の図１と同一のため、説明を省略する。
（非常夜電源部）
非常夜電源部は、ＰＦＣ回路６００（破線枠部）（以下、「非常夜電源部６００」ともいう）と、その後段に設けられたコンバータ４００ａ（破線枠部）（以下、「非常夜電源部４００ａ」ともいう）により構成されている。ＰＦＣ回路６００は、ダイオードブリッジ６０１、フィルムコンデンサ６０９、チョークコイル６０２、スイッチング用のＦＥＴ６０４、ＦＥＴ６０４のボディーダイオード６０５、回生ダイオード６０３、平滑用のアルミ電解コンデンサ６０６から構成されている。ＰＦＣ回路６００は、商用交流電源から入力される電圧を昇圧し、力率を改善する機能を有する。ＰＦＣ回路６００の出力電圧Ｖｏｕｔ４は、本実施例では例えば４００Ｖ前後である。ＰＦＣ回路６００の出力電圧Ｖｏｕｔ４は、コンバータ４００ａに入力され、出力電圧Ｖｏｕｔ３が生成される。
コンバータ４００ａのスイッチングコンバータ部は、実施例１の図１の非常夜電源部４００のスイッチングコンバータ部と同様の回路構成であり、同一符号を付して、説明を省略する。コンデンサ４１５は、電源ＩＣ４１４のＣｓｓ端子に接続されるコンデンサであり、ソフトスタートを司る。電源ＩＣ４１４は、Ｖｃｃ端子に動作に必要な電圧が入力されると、制御動作を開始する。コンデンサ４１６は、Ｖｃｃ端子の入力電圧の平滑用コンデンサである。Ｖｃｃ端子に入力される電圧Ｖｒｅｇ２には、ＰＦＣ回路６００のチョークコイル６０２の補助巻線に生成される電圧、又はトランス４１０の補助巻線に誘起される電圧が用いられる。なお、ＰＦＣ回路６００では、出力電圧Ｖｏｕｔ４のフィードバック電圧を不図示のＰＦＣ制御ＩＣ等で制御して出力電圧の調整を行い、コンバータ４００ａでは、出力電圧Ｖｏｕｔ３を一次側にフィードバックして、電源ＩＣ４１４を用いて出力電圧の調整を行う。出力電圧の調整動作については、本実施例と直接的に関係のない部分なので、説明を省略する。なお、非常夜電源部４００ａのスイッチングコンバータ部の電源方式は、本実施例の電流共振型のハーフブリッジコンバータに限らず、他の電源方式を用いても構わない。
（過電圧保護回路）
常夜電源部２００は、出力電圧Ｖｏｕｔ１の電圧を監視し、所定電圧以上になると常夜電源部２００と非常夜電源部４００ａの動作を停止させるＯＶＰ回路７００を有している。例えば、出力電圧Ｖｏｕｔ１の正常な場合の電圧値が５Ｖとすると、回路に異常が生じる等により出力電圧Ｖｏｕｔ１の電圧値が７Ｖ程度まで上昇すると、ＯＶＰ回路７００が動作する。
ＯＶＰ回路７００は、電圧監視用のツェナーダイオード７０１、電流制限抵抗２１３、７０２、７０４、フォトカプラ２１４（２１４−ａ、２１４−ｂ）、７０３で構成されている。そして、常夜電源部２００の出力電圧Ｖｏｕｔ１が、電圧監視用のツェナーダイオード７０１の降伏電圧（ツェナー電圧）以上になり、ツェナーダイオード７０１が導通状態になると、ＯＶＰ回路７００が動作する。ツェナーダイオード７０１が導通すると、フォトカプラ２１４のＬＥＤ部（２１４−ａ）が導通状態となり、フォトカプラ２１４のフォトトランジスタ（２１４−ｂ）がオンすることにより、抵抗２１３を介して電圧Ｖｃｃが電源ＩＣ２０５のＺＣＤ端子に入力される。ＺＣＤ端子は、実施例１で説明したようにシャットダウンラッチ機能を有し、電源ＩＣ２０５は常夜電源部２００のスイッチングコンバータ部をシャットダウンラッチさせる。また、ツェナーダイオード７０１が導通することにより、フォトカプラ７０３のＬＥＤ部が導通状態となって、フォトカプラ７０３のフォトトランジスタがオン状態となる。そして、電源ＩＣ４１４のＶｃｃ端子に入力される電圧が、抵抗７０４を介して、Ｃｓｓ端子に入力される。電源ＩＣ４１４のＣｓｓ端子は、電源ＩＣ２０５のＺＣＤ端子と同様に、所定の電圧が印加されると、電源ＩＣ４１４の動作をシャットダウンラッチさせる機能を有している。
常夜電源部２００の出力電圧Ｖｏｕｔ１が過剰な電圧となった場合に、常夜電源部２００の動作だけでなく、非常夜電源部４００ａの動作も停止させる機能は「保護協調機能」と呼ばれ、片電源を防止するためのものである。出力電圧Ｖｏｕｔ１は、制御系の負荷に供給され、出力電圧Ｖｏｕｔ３は、アクチュエーター等に供給されている。そのため、出力電圧Ｖｏｕｔ１がＯＶＰ回路７００によりシャットダウンされた際、出力電圧Ｖｏｕｔ３も直ちにシャットダウンさせないと、アクチュエーター等のドライバ等が片電源により破壊される恐れがある。
ところで、非常夜電源部４００ａ、６００の前段に設けられたトライアック１０３は、駆動電源に常夜電源部２００の出力電圧Ｖｏｕｔ１を使用している。そのため、出力電圧Ｖｏｕｔ１がＯＶＰ回路７００によりシャットダウンされた際には、非常夜電源部６００、４００への不図示の商用交流電源からの給電は遮断され、出力電圧Ｖｏｕｔ３は垂下する。すなわち、常夜電源部２００の出力電圧Ｖｏｕｔ１が、ＯＶＰ回路７００によるシャットダウンにより垂下すると、トライアック１０３はオフする。そして、ＰＦＣ回路６００のアルミ電解コンデンサ６０６、コンバータ４００ａのアルミ電解コンデンサ４１３に蓄えられた電荷を負荷が消費してしまうと、出力Ｖｏｕｔ３は垂下する。しかし、負荷がアルミ電解コンデンサ６０６、４１３に蓄えられた電荷を消費してしまうまでには、数百ｍｓｅｃ（ミリ秒）〜数ｓｅｃ（秒）の時間を要する場合があり、その間は、コンバータ４００ａのみが動作している片電源状態が継続されることとなる。そのため、常夜電源部２００の出力電圧Ｖｏｕｔ１に対してＯＶＰ回路７００が動作した際には、すぐにコンバータ４００ａの出力電圧Ｖｏｕｔ３の出力を垂下させる保護協調機能を設けている。
（過電圧検知回路）
商用交流電源から過電圧が印加された際に、ＰＦＣ回路６００のアルミ電解コンデンサ６０６を保護するために、過電圧検知回路５００が設けられている。過電圧検知回路５００は、分圧抵抗６０７、６０８、電圧監視用のツェナーダイオード５０１、電流制限抵抗５０２、５０３、フォトカプラ５０４から構成されている。過電圧検知回路５００は、アルミ電解コンデンサ６０６の両端電圧を監視し、過電圧を検知すると、常夜電源部２００、非常夜電源部４００ａの動作をシャットダウンラッチさせることにより、過電圧から回路を保護する。図４において、フォトカプラ５０４のＬＥＤ部の一端は、コンバータ４００ａの低圧側（ＤＣＬ）に接続されている。
［電源装置の動作］
図５は、本実施例の電源装置が商用交流電源から電力供給された際の動作を示すフローチャートである。まず、商用交流電源から定格電圧範囲内の正常な電圧が入力された場合の電源装置の動作について、図４、５を用いて説明する。
（入力電圧が正常時の動作）
Ｓ２０１では、商用交流電源からインレット１０１、ヒューズ１０２を介して、常夜電源部２００に給電が開始される。Ｓ２０２では、給電が開始されると、常夜電源部２００のＦＥＴ２０７はスイッチング動作を開始し、常夜電源部２００は、電圧Ｖｏｕｔ１を出力する。Ｓ２０３では、出力電圧Ｖｏｕｔ１は、ＣＰＵ等のコントローラ（不図示）に供給されることにより、コントローラ（不図示）が起動され、所定の立ち上げ処理を行った後に、トライアック１０３をオンするために、ハイレベルのＳＴＡＴＵＳ信号を出力する。Ｓ２０４では、ハイレベルのＳＴＡＴＵＳ信号が入力されたトランジスタ１０８はオン状態となり、続いてフォトトライアックカプラ１０４のＬＥＤ部が導通状態となった直後のゼロクロス信号で、フォトトライアックカプラ１０４がオンする。これにより、トライアック１０３はＴ２端子からＧ端子へ電流が流れてオンする。Ｓ２０５では、トライアック１０３がオンし、導通状態となると、不図示の商用交流電源からインレット１０１、ヒューズ１０２、トライアック１０３を介して、非常夜電源部６００と非常夜電源部４００ａに給電が開始される。Ｓ２０６では、商用交流電源から非常夜電源部６００への給電により、非常夜電源部６００の平滑用のアルミ電解コンデンサ６０６に電荷が充電される。
Ｓ２０７では、過電圧検知回路５００は、分圧抵抗６０７、６０８により分圧されたアルミ電解コンデンサ６０６の両端電圧に基づいて、商用交流電源からの入力電圧は定格電圧範囲内かどうかを監視する。そして、過電圧が検知された場合にはＳ２１０に進み、過電圧が検知されない場合にはＳ２０８に進む。Ｓ２０８では、非常夜電源部６００、４００ａは、それぞれ電圧Ｖｏｕｔ４、Ｖｏｕｔ３を出力する。Ｓ２０９では、商用交流電源の給電が継続しているかどうかを判断し、給電が継続している場合にはＳ２０７の処理に戻り、商用交流電源からの給電が停止された場合には、Ｓ２１５に進み、後述する給電停止時の処理を行う。
（入力電圧が過電圧時の動作）
Ｓ２０７において、過電圧検知回路５００は、分圧抵抗６０７、６０８により分圧されたアルミ電解コンデンサ６０６の両端電圧に基づいて、商用交流電源からの入力電圧が過電圧かどうかの検知を行う。分圧抵抗６０７、６０８により分圧された電圧が電圧監視用のツェナーダイオード５０１の降伏電圧（ツェナー電圧）以上になると、ツェナーダイオード５０１が導通状態となって、過電圧が検知され、Ｓ２１０に進む。Ｓ２１０では、ツェナーダイオード５０１が導通すると、フォトカプラ５０４のＬＥＤ部が導通状態となり、フォトカプラ５０４のフォトトランジスタがオンすることにより、フォトカプラ２１４、７０３がオン状態となる。そして、その結果、常夜電源部２００の電源ＩＣ２０５のＺＣＤ端子、及び非常夜電源部４００ａの電源ＩＣ４１４のＣｓｓ端子に所定値以上の電圧が入力される。これにより、Ｓ２１１では、常夜電源部２００の電源ＩＣ２０５及び非常夜電源部４００ａの電源ＩＣ４１４はシャットダウンラッチを行い、その結果、出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ３が垂下する。Ｓ２１２では、常夜電源部２００の出力電圧Ｖｏｕｔ１が低下すると、フォトトライアックカプラ１０４のＬＥＤ部に電流が流れなくなり、トライアック１０３がオフする。そして、トライアック１０３がオフすると、非常夜電源部６００、４００ａへの給電が遮断される。なお、トライアック１０３はラッチモードでオフするため、商用交流電源の入力の過電圧が解消された後も、商用交流電源からの給電が継続されている間は、トライアック１０３のオフ状態が継続される。
Ｓ２１３では、商用交流電源の給電が継続しているかどうかを判断し、給電が継続している場合にはＳ２１４に進み、商用交流電源からの給電が停止された場合には、Ｓ２１５に進み、後述する給電停止時の処理を行う。Ｓ２１４では、電源ＩＣ２０５、及び電源ＩＣ４１４のシャットダウンラッチを継続し、Ｓ２１３に戻る。
Ｓ２１５では、商用交流電源から電源装置への給電が遮断された後、電源ＩＣ２０５はＶｃｃ端子電圧が所定電圧以下かどうかを判断し、所定電圧以下になるまでＳ２１５の処理を繰り返し、所定電圧以下になったことを検知するとＳ２１６に進む。Ｓ２１６では、電源ＩＣ２０５及び電源ＩＣ４１４は、上述したシャットダウンラッチの解除を行い、処理を終了する。そして、再度、商用交流電源から電源装置への給電が開始されると、上述した電源装置の起動操作が行われる。
［入力電圧とコンデンサの耐圧との関係］
本実施例の電源装置は、商用交流電源の入力電圧、各電源部の耐圧や検知回路の検知電圧が以下の関係となるように設計されている。すなわち、常夜電源部２００の平滑コンデンサ２０２の耐圧をＶ１、ＰＦＣ回路６００のアルミ電解コンデンサ６０６の耐圧をＶ２、過電圧検知回路５００の検知電圧をＶ３とする。そして、ＰＦＣ回路６００の通常動作時に発生する瞬時的なアルミ電解コンデンサ６０６の両端電圧（オーバーシュート電圧等）をＶ４とすると、Ｖ１〜Ｖ４と商用交流電源の定格電圧のピーク値Ｖｉｎ＿ｐｅａｋは、以下の式（４）を満足するように設定されている。
Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ４＞Ｖｉｎ＿ｐｅａｋ （４）
例えば、平滑コンデンサ２０２を６３０Ｖのフィルムコンデンサとし、ＰＦＣ回路６００のアルミ電解コンデンサ６０６の耐圧を４５０Ｖ、過電圧検知回路５００の検知電圧（抵抗分圧前のアルミ電解コンデンサ両端電圧）を４４０Ｖとする。更に、瞬時的なアルミ電解コンデンサ６０６の両端電圧Ｖ４を４３０Ｖ、商用交流電源の定格電圧を１００−１２０Ｖとし、これらの電圧値を上記式（４）に代入すると、以下の式（５）となる。
６３０Ｖ＞４５０Ｖ＞４４０Ｖ＞４３０Ｖ＞１４１．４Ｖ−１６９．７Ｖ （５）
しかし、過電圧を検知する素子（バリスタ、ツェナーダイオード等）のバラツキ等により、アルミ電解コンデンサ６０６の耐圧Ｖ２が過電圧検知回路５００の検知電圧Ｖ３に対してＶ２＞Ｖ３の大小関係を満足できない場合がある。この場合には、実施例１同様に、図３に示されるアルミ電解コンデンサの開弁についての印加電圧と印加時間の関係を基に、過電圧検知回路の検知電圧Ｖ３を設定する。図３より、過電圧検知からトライアック１０３がオフするまでの時間をｔ２とし、ｔ２時間継続して過電圧を印加し続けるとアルミ電解コンデンサが開弁する電圧Ｖｂを求める。そして、余裕を持って、以下の式（６）を満足できるように、過電圧検知電圧Ｖ３を設定する。なお、電圧Ｖｂ及び時間ｔ２は図３に図示していないが、これらの関係は図３に図示の電圧Ｖａと時間ｔ１の関係と同様である。
Ｖｂ＞Ｖ３＞Ｖ２ （６）
その結果、式（６）に示す大小関係を満足すれば、過電圧検知電圧Ｖ３が、ＰＦＣ回路６００の出力電圧平滑用のアルミ電解コンデンサ６０６の耐圧Ｖ２を超える場合でも、アルミ電解コンデンサを保護することができる。
［待機時の動作］
待機時には、実施例１同様にトライアック１０３がオフされるため、商用交流電源からＰＦＣ回路６００への電力供給が遮断される。その結果、ＰＦＣ回路６００、コンバータ４００ａ、及び過電圧検知回路５００での電力消費がなくなり、待機時の消費電力を低減させることができる
以上説明したように、本実施例によれば、入力電圧の異常を検知すると過電圧保護を作動し、その後復帰する復帰型の保護を行うことができると共に、待機時の消費電力を低減させることができる。
実施例３では、実施例１とは異なる方法により、商用交流電源の入力電圧をスイッチ素子の前段（商用交流電源側から見てスイッチ素子より前段）で監視する方法について説明する。本実施例に示す電源装置の動作は、概して実施例１に示す電源装置と同じであるが、商用交流電源から電源装置に過電圧が印加された際の動作が異なっている。実施例１に示す電源装置では、過電圧印加時のシャットダウン動作を電源ＩＣで行っていたのに対し、本実施例に示す電源装置では外部回路にて行っている。そのため、本実施例に示す電源装置は、実施例１に示す電源装置とは過電圧検知時の動作が異なる。
［電源装置の構成］
図６は、画像形成装置等の電子機器に備えられる、本実施例の電源装置の構成を示す回路図である。図６に示すように、本実施例の電源装置は、破線枠部で示された３つのコンバータ、すなわち常夜電源部２００、非常夜電源部３００、非常夜電源部４００を有している。なお、常夜電源部２００、非常夜電源部３００、４００の回路構成及び動作は、実施例１と同様なので説明を省略する。また、トライアック１０３及びその周辺回路は、実施例１の図１と同一のため、説明を省略する。
（駆動電圧生成回路）
駆動電圧生成回路９００（破線枠部）は、常夜電源部２００のトランス２０８の補助巻線９０４に誘起された電圧を、抵抗９０１、ダイオード９０３、コンデンサ９０２で整流平滑し、トライアック駆動電圧を生成する。駆動電圧生成回路９００は、フォトカプラ１１３を介してトライアック１０３に生成した駆動電圧を供給し、トライアック１０３をトリガモード２とトリガモード３で動作させる。
（ラッチ回路）
過電圧検知状態を保持するラッチ回路８１０（破線枠部）は、トランジスタ８００、８０１、抵抗８０２〜８０７、フォトカプラ８０８で構成されている。商用交流電源の過電圧検知は、過電圧検知回路２１１で行われ、過電圧検知回路２１１のバリスタ２０３が所定電圧以上を検知すると、バリスタ２０３が導通し、ラッチ回路８１０に電圧が入力される。ラッチ回路８１０に電圧が入力され、トランジスタ８０１がオンすると、トランジスタ８００がオンする。一旦トランジスタ８００がオンすると、トランジスタ８００、８０１は、過電圧検知回路２１１の状態に関わらずオン状態を保持し、フォトカプラ８０８をオンし続ける。フォトカプラ８０８がオンすると、ＰＲＯＴＥＣＴ信号はローレベルになる。すると、ＰＲＯＴＥＣＴ信号はトランジスタ１０８のベース端子に入力されているので、ＰＲＯＴＥＣＴ信号がローレベルになることにより、トランジスタ１０８はオフ状態となる。その結果、フォトカプラ１１３がオフ状態となって、トライアック１０３に駆動電圧生成回路９００で生成されたトライアック駆動電圧が供給されなくなり、トライアック１０３はオフし、非常夜電源部３００、４００への給電が遮断される。
［電源装置の動作］
図７は、本実施例の電源装置が商用交流電源から電力供給された際の動作を示すフローチャートである。以下に、本実施例の電源装置の動作について、図６、７を用いて説明する。本実施例の電源装置の動作は概して実施例１の電源装置と同様なので、実施例１と重複する動作については、詳しい説明を省略する。
Ｓ３０１では、商用交流電源からインレット１０１、ヒューズ１０２を介して、常夜電源部２００に給電が開始される。このとき、トライアック１０３はオフしているため、非常夜電源部３００、４００には、商用交流電源からの給電は行われない。Ｓ３０２では、常夜電源部２００に給電が開始されると、常夜電源部２００のＦＥＴ２０７はスイッチング動作を開始し、常夜電源部２００は、電圧Ｖｏｕｔ１を出力する。そして、電圧Ｖｏｕｔ１が出力されると、駆動電圧生成回路９００はトライアック駆動電圧を出力する。
Ｓ３０３では、過電圧検知回路２１１が商用交流電源からの入力電圧を監視し、入力電圧が定格電圧範囲内であればＳ３０４に進み、過電圧が検知された場合にはＳ３３０に進む。Ｓ３０４では、不図示のコントローラはハイレベルのＳＴＡＴＵＳ信号を出力する。Ｓ３０５では、ハイレベルのＳＴＡＴＵＳ信号により、トランジスタ１０８、フォトカプラ１１３が順次オンされ、トライアック１０３がオンする。そして、Ｓ３０６では、トライアック１０３がオンすることにより、非常夜電源部３００、４００に不図示の商用交流電源からの給電が開始される。その結果、Ｓ３０７では、非常夜電源部３００は電圧Ｖｏｕｔ２を出力し、非常夜電源部４００は電圧Ｖｏｕｔ３を出力する。
Ｓ３０８では、過電圧検知回路２１１は、商用交流電源からの入力電圧が過電圧かどうかを監視し、過電圧が検知されない場合にはＳ３０９に進み、過電圧が検知された場合にはＳ３２０に進む。Ｓ３０９では、非常夜電源部３００、４００は、それぞれ電圧Ｖｏｕｔ２、Ｖｏｕｔ３を出力する。Ｓ３１０では、商用交流電源の給電が継続しているかどうかを判断し、給電が継続している場合にはＳ３０８の処理に戻り、商用交流電源からの給電が停止された場合には、Ｓ３２５に進み、後述する給電停止時の処理を行う。
Ｓ３２０では、ラッチ回路８１０に所定の電圧が入力される。その結果、Ｓ３２１では、トランジスタ８００、８０１がオン状態となって、フォトカプラ８０８がオンし、ローレベルのＰＲＯＴＥＣＴ信号が出力される。トランジスタ１０８のベース端子にローレベルのＰＲＯＴＥＣＴ信号が入力されると、トランジスタ１０８がオフし、その結果、フォトカプラ１１３がオフ状態となる。Ｓ３２２では、フォトカプラ１１３がオフ状態となることにより、トライアック１０３がオフする。これにより、非常夜電源部３００、４００への商用交流電源からの給電が遮断される。なお、トライアック１０３はラッチモードでオフするため、商用交流電源の入力の過電圧が解消された後も、商用交流電源からの給電が継続されている間は、トライアック１０３のオフ状態が継続される。
Ｓ３２３では、商用交流電源の給電が継続しているかどうかを判断し、給電が継続している場合にはＳ３２４に進み、商用交流電源からの給電が停止された場合には、Ｓ３２５に進み、後述する給電停止時の処理を行う。Ｓ３２４では、ラッチ回路８１０のシャットダウンラッチ状態を継続し、Ｓ３２３に戻る。
Ｓ３２５では、商用交流電源から電源装置への給電が遮断された後、電源ＩＣ２０５はＶｃｃ端子電圧が所定電圧以下かどうかを判断し、所定電圧以下になるまでＳ３２５の処理を繰り返し、所定電圧以下になったことを検知するとＳ３２６に進む。Ｓ３２６では、Ｖｃｃ端子電圧が所定電圧以下になることにより、ラッチ回路８１０のラッチ状態が解除され、処理を終了する。そして、再度、商用交流電源から電源装置への給電が開始されると、上述した電源装置の起動操作が行われる。
また、商用交流電源に電源装置を接続した際に、既に商用交流電源の入力電圧が過電圧状態であった場合には、Ｓ３０３において、過電圧検知回路２１１により過電圧が検知され、Ｓ３３０に進む。Ｓ３３０では、ラッチ回路８１０に所定の電圧が入力される。その結果、Ｓ３３１では、トランジスタ８００、８０１がオン状態となって、フォトカプラ８０８がオンし、ローレベルのＰＲＯＴＥＣＴ信号が出力される。トランジスタ１０８のベース端子にローレベルのＰＲＯＴＥＣＴ信号が入力されると、トランジスタ１０８がオフし、その結果、フォトカプラ１１３がオフ状態のままとなる。Ｓ３３２では、フォトカプラ１１３がオフ状態のままなので、トライアック１０３はオンせず、オフ状態のままである。その結果、商用交流電源から非常夜電源部３００、４００には給電されない。そして、Ｓ３２３以降の処理については、上述した通りなので、説明を省略する。
本実施例の電源装置では、商用交流電源の入力電圧、各電源部の耐圧や検知回路の検知電圧は、実施例１同様に、式（１）、又は式（２）を満足するように設定されている。また、待機時の動作は実施例１と同様なので、説明を省略する。
以上説明したように、本実施例によれば、入力電圧の異常を検知すると過電圧保護を作動し、その後復帰する復帰型の保護を行うことができると共に、待機時の消費電力を低減させることができる。なお、本実施例の電源装置では、商用交流電源に対して十分耐圧の高い常夜電源部を有し、過電圧印加時にも常夜電源部を動作させることが可能である。そのため、例えば、商用交流電圧が機器に印加され、保護回路が動作したことを機器内に設けた記憶装置に記憶させたり、過電圧保護回路動作中、過電圧が発生したことをオペレーションパネルやブザー等を用いてユーザーに報知することも可能である。
実施例１〜３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１〜３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３１０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シート（不図示）に転写部３１８（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３１０は、実施例１〜３で説明した電源装置３５０を備えている。なお、実施例１〜３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３１０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１〜３に記載の電源装置は、例えばコントローラに電力を供給する。また、実施例１〜３に記載の電源装置は、感光ドラム３１１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。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、スリープモード等）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。
以上説明したように、本実施例によれば、入力電圧の異常を検知すると過電圧保護を作動し、その後復帰する復帰型の保護を行うことができると共に、待機時の消費電力を低減させることができる。
１０３ トライアック
２００ 常夜電源部
２０５ 電源ＩＣ
２１１ 過電圧検知回路
３００、４００ 非常夜電源部

Claims (8)

  1. 交流電源から入力される交流電圧を整流する第一の整流手段と、前記第一の整流手段で整流された電圧を平滑する第一の平滑手段と、一次側と二次側が絶縁されており、前記第一の平滑手段で平滑され、前記一次側に供給された電圧を第一の電圧に変換して前記二次側から出力するために駆動される第一のトランスと、を備え、前記変換した前記第一の電圧を出力する第一の電源部と、
    前記交流電源から入力される前記交流電圧を整流する第二の整流手段と、前記第二の整流手段で整流された電圧を平滑する第二の平滑手段と、前記第二の平滑手段で平滑された電圧を前記第一の電圧とは異なる第二の電圧に変換するために駆動される第二のトランスと、を備え、前記変換した前記第二の電圧を出力する第二の電源部と、
    前記第二の電源部の前記第二の整流手段に前記交流電圧を供給するオン状態と、前記第二の電源部の前記第二の整流手段に前記交流電圧の供給を停止するオフ状態に切り換わるスイッチと、
    前記第一の電源部の前記第一のトランスの前記二次側から出力される前記第一の電圧が供給されると前記スイッチを前記オン状態に切り換え、前記第一の電圧が供給されなくなると前記スイッチを前記オフ状態に切り換える状態切換手段と、
    前記第一の電源部の前記第一の平滑手段で平滑された電圧が所定電圧以上か否かを検知する検知手段と、
    前記検知手段が前記第一の電源部の前記第一の平滑手段で平滑された電圧が前記所定電圧以上であることを検知した場合に、前記第一の電源部の前記第一のトランスの駆動を停止して前記第一の電圧の出力を停止させることにより、前記スイッチを前記オフ状態にして、前記第二の電源部の前記第二の整流手段への前記交流電圧の供給を停止するように前記状態切換手段を制御する制御手段と、
    を備えたことを特徴とする電源装置。
  2. 前記制御手段は、前記第一の電源部の前記第一の平滑手段で平滑された電圧が前記所定電圧より小さくなったことを検知すると、前記第一の電源部の前記第一のトランスの駆動を開始して前記第一の電圧を出力させることにより、前記スイッチを前記オン状態にして、前記第二の電源部の前記第二の整流手段に前記交流電圧を供給するように前記状態切換手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  3. 前記検知手段は、定電圧素子を有し、前記定電圧素子をオンするための電圧は、前記第一の電源部の前記第一の平滑手段の耐圧及び前記第二の電源部の前記第二の平滑手段の耐圧より低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
  4. 前記状態切換手段は、外部から入力される状態指示信号に応じて前記スイッチを前記オン状態と前記オフ状態に切り換え可能であり、前記電源装置の待機時において前記状態指示信号に応じて前記スイッチをオフ状態に切り換えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電源装置。
  5. 交流電源から入力される交流電圧を整流する第一の整流手段と、前記第一の整流手段で整流された電圧を平滑する第一の平滑手段と、前記第一の平滑手段で平滑された電圧を第一の電圧に変換するために駆動される第一のトランスと、を備え、前記変換した前記第一の電圧を出力する第一の電源部と、
    前記交流電源から入力される前記交流電圧を整流する第二の整流手段と、前記第二の整流手段で整流された電圧を平滑する第二の平滑手段と、前記第二の平滑手段で平滑された電圧を前記第一の電圧とは異なる第二の電圧に変換するために駆動される第二のトランスと、を備え、前記変換した前記第二の電圧を出力する第二の電源部と、
    前記第二の電源部の前記第二の整流手段に前記交流電圧を供給するオン状態と、前記第二の電源部の前記第二の整流手段に前記交流電圧の供給を停止するオフ状態に切り換わるスイッチと、
    前記第一の電源部の前記第一のトランスの前記二次側から出力される前記第一の電圧が供給されると前記スイッチを前記オン状態に切り換え、前記第一の電圧が供給されなくなると前記スイッチを前記オフ状態に切り換える状態切換手段と、
    前記第二の電源部の前記第二の平滑手段で平滑された電圧が所定電圧以上か否かを検知して、前記所定電圧以上であると検知した場合に、前記第一の電源部の前記第一のトランスの駆動を停止するための第一信号と前記第二の電源部の前記第二のトランスの駆動を停止するための第二信号を出力する検知手段と、を備え、
    前記検知手段から前記第一信号と前記第二信号が出力された場合に、前記第一信号に従い前記第一の電源部の前記第一のトランスの駆動が停止され、前記第一の電圧の出力が停止することにより、前記状態切換手段によって前記スイッチが前記オフ状態に切り換わり、且つ、前記第二信号に従い前記第二の電源部の前記第二のトランスの駆動が停止され、前記第二の電圧の出力が停止することを特徴とする電源装置。
  6. 前記第一の平滑手段及び前記第二の平滑手段は、アルミ電解コンデンサであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電源装置。
  7. シート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、
    前記画像形成を行うための電力を供給する電源装置を備え、
    前記電源装置は、
    交流電源から入力される交流電圧を整流する第一の整流手段と、前記第一の整流手段で整流された電圧を平滑する第一の平滑手段と、一次側と二次側が絶縁されており、前記第一の平滑手段で平滑され、前記一次側に供給された電圧を第一の電圧に変換して前記二次側から出力するために駆動される第一のトランスと、を備え、前記変換した前記第一の電圧を出力する第一の電源部と、
    前記交流電源から入力される前記交流電圧を整流する第二の整流手段と、前記第二の整流手段で整流された電圧を平滑する第二の平滑手段と、前記第二の平滑手段で平滑された電圧を前記第一の電圧とは異なる第二の電圧に変換するために駆動される第二のトランスと、を備え、前記変換した前記第二の電圧を出力する第二の電源部と、
    前記第二の電源部の前記第二の整流手段に前記交流電圧を供給するオン状態と、前記第二の電源部の前記第二の整流手段に前記交流電圧の供給を停止するオフ状態に切り換わるスイッチと、
    前記画像形成装置が画像形成動作中の状態の場合に前記スイッチをオン状態に切り換え、前記画像形成装置が待機している状態の場合に前記スイッチをオフ状態に切り換える状態切換手段であって、前記第一の電源部の前記第一のトランスの前記二次側から出力される前記第一の電圧が供給されると前記スイッチを前記オン状態に切り換え、前記第一の電圧が供給されなくなると前記スイッチを前記オフ状態に切り換える状態切換手段と、
    前記第一の電源部の前記第一の平滑手段で平滑された電圧が所定電圧以上か否かを検知する検知手段と、
    前記検知手段が前記第一の電源部の前記第一の平滑手段で平滑された電圧が前記所定電圧以上であることを検知した場合に、前記第一の電源部の前記第一のトランスの駆動を停止して前記第一の電圧の出力を停止させることにより、前記スイッチを前記オフ状態にして、前記第二の電源部の前記第二の整流手段への前記交流電圧の供給を停止するように前記状態切換手段を制御する制御手段と、
    を備えたことを特徴とする画像形成装置。
  8. シート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、
    前記画像形成を行うための電力を供給する電源装置を備え、
    前記電源装置は、
    交流電源から入力される交流電圧を整流する第一の整流手段と、前記第一の整流手段で整流された電圧を平滑する第一の平滑手段と、前記第一の平滑手段で平滑された電圧を第一の電圧に変換するために駆動される第一のトランスと、を備え、前記変換した前記第一の電圧を出力する第一の電源部と、
    前記交流電源から入力される前記交流電圧を整流する第二の整流手段と、前記第二の整流手段で整流された電圧を平滑する第二の平滑手段と、前記第二の平滑手段で平滑された電圧を前記第一の電圧とは異なる第二の電圧に変換するために駆動される第二のトランスと、を備え、前記変換した前記第二の電圧を出力する第二の電源部と、
    前記第二の電源部の前記第二の整流手段に前記交流電圧を供給するオン状態と、前記第二の電源部の前記第二の整流手段に前記交流電圧の供給を停止するオフ状態に切り換わるスイッチと、
    前記画像形成装置が画像形成動作中の状態の場合に前記スイッチをオン状態に切り換え、前記画像形成装置が待機している状態の場合に前記スイッチをオフ状態に切り換える状態切換手段であって、前記第一の電源部の前記第一のトランスの前記二次側から出力される前記第一の電圧が供給されると前記スイッチを前記オン状態に切り換え、前記第一の電圧が供給されなくなると前記スイッチを前記オフ状態に切り換える状態切換手段と、
    前記第二の電源部の前記第二の平滑手段で平滑された電圧が所定電圧以上か否かを検知して、前記所定電圧以上であると検知した場合に、前記第一の電源部の前記第一のトランスの駆動を停止するための第一信号と前記第二の電源部の前記第二のトランスの駆動を停止するための第二信号を出力する検知手段と、を備え、
    前記検知手段から前記第一信号と前記第二信号が出力された場合に、前記第一信号に従い前記第一の電源部の前記第一のトランスの駆動が停止され、前記第一の電圧の出力が停止することにより、前記状態切換手段によって前記スイッチが前記オフ状態に切り換わり、且つ、前記第二信号に従い前記第二の電源部の前記第二のトランスの駆動が停止され、前記第二の電圧の出力が停止することを特徴とする画像形成装置。
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