JP6630106B2 - 電源装置、記録装置、及び制御方法 - Google Patents
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Description
図1は本発明の代表的な実施形態であるA0やB0サイズなどの大きなサイズの記録媒体を用いるインクジェット記録装置の外観斜視図である。
図3は実施例1に従う電源装置91の構成を示すブロック図である。
(1)通常モード時の動作
通常モード時、電流電圧変換制御部17のスイッチ24は、フォトカプラ(PC)16からの信号によってフォトカプラ11からのフィードバック信号を選択し、これに基づいたフィードバック制御が行なわれる。当業者であれば、アナログフィードバック制御に関する動作原理はもとより、一巡特性に代表される最適な設計手法は熟知しているので、ここでは、平衡状態における各構成要素の静定状態と、変位が生じた時の補正動作の向きのみを説明する。
バーストモード時、電流電圧変換制御部17のスイッチ24は、フォトカプラ16からの信号によってフォトカプラ15からのフィードバック信号を選択し、これに基づいたフィードバック制御が行なわれる。
そして、制御電圧(Vc)が0.5Vに達すると、発振器3は最高周波数(fmax)である333KHzで発振を開始する。この発振周波数によりトランス5の二次側に励起される電圧は基準電圧源9の出力電力(Vref2)に対して十分小さい値となっている。制御電圧(Vc)がさらに上昇し、例えば。2Vに達した時は、発振器3の発振周波数は低下して、例えば、83KHzになっている。この発振周波数によりトランス5の二次側に励起される電圧は基準電圧源9の出力電圧を上回る電圧となっており、二次側整流器6を介して二次側コンデンサ7への充電が行なわれる。二次側コンデンサ7への充電によって二次側電圧18が上昇し続ける中、制御電圧(Vc)も上昇を続ける。これにより、発振器3の発振周波数は低下し続けてトランス5の二次側に励起される電圧も徐々に高まるため、それと連動して二次側電圧18の上昇は継続する。
・ラッチ回路14の初期状態がローレベル出力の場合
エラーアンプ10のオフセット電圧と比較器12のオフセット電圧との差によっては、通常モードからバーストモードに切り替わった直後のラッチ回路14の初期状態がローレベル出力であることが考えられる。この場合、前記説明とは動作が異なり、バーストモードに切り替わった直後からコンデンサ23への充電が開始され、二次側電圧18は、基準電圧源9の出力電圧(Vref2)まで低下する前に上昇へと転じる。なお、基準電圧源8の出力電圧(Vref1)を超えて比較器12の出力信号がハイレベルになったあとの動作は前記の説明と同じである。
既述の通り、二次側に電源装置以外の電源供給源が存在しない場合は、フォトカプラ16は必然的に励起できないため、本構成の中では自動的にバーストモード、即ち、フォトカプラ15が選択された状態で始動することになる。この初期状態では二次側コンデンサ7、コンデンサ23の電荷は共に0で、従って二次側電圧18、電流電圧変換制御部17の制御電圧(Vc)も共に0である。比較器13とラッチ回路14のそれぞれの出力はローレベル、フォトカプラ15はオフ状態でその出力電流は0となっている。
ラッチ回路14がローレベルを出力している場合
バーストモードでコンデンサ23が充電している期間中に通常モードに切り替わり、短時間のうちに再びバーストモードに切り替わった場合、次のような初期状態が生じ得る。即ち、コンデンサ23の放電が不十分で、例えば、電圧2.5Vを維持していて、かつ、ラッチ回路14がローレベルを出力している状態である。この初期状態でバーストモードが開始されると、制御電圧(Vc)は2.5Vとなり、発振器3は、例えば、発振周波数67KHzで発振を開始する。するとトランス5の二次側にはこの発振周波数に相当する電圧が励起されるが、その電圧は基準電圧源8の出力電圧よりは低い。通常モード時には二次側コンデンサ7は基準電圧源8からの出力電圧とほぼ等しい電圧値になっているので充電は始まらず、負荷電流によって二次側コンデンサ7の放電が行なわれ、二次側電圧18は基準電圧源8の出力電圧から徐々に低下する。一方で、それと同時にコンデンサ23は電流源21によって充電されるため、制御電圧(Vc)は2.5Vから徐々に上昇する。それに伴いトランス5の二次側に励起される電圧(正確には整流用ダイオードのVfも含む)が、低下の過程にある二次側電圧18を上回った段階で、二次側電圧18は上昇に転じる。このあとの動作は前記の説明と同じである。
TB=(3.0−1.5)/100×2200×10-6/0.05
TB=0.66[ms]
である。
tB= 20×10-6×20
tB= 0.4[ms]
である。ただし、発振周波数(fosc)は50KHzとする。
TB=(30−13)×2200×10-6/0.05
TB=748[ms]
となる。
図6は電流共振型スイッチング電源の発振周期と二次側電圧の関係を示す図である。
この実施例の最後に以上説明した電源装置を用いた記録装置の動作についてフローチャートを参照して説明する。
このように二出力型電流共振スイッチング電源を本願の記録装置に用いることが好適であるが、最後にこの実施例の変型例として、以下に二出力構成である故に生じ得る問題とその解決方法について説明する。
この場合、二次側整流器6での電圧降下量が急減するため、二次側電圧18は若干のオーバシュートを生じる。するとエラーアンプ10の作用によって、発振器3は大幅に発振周波数(fosc)を高めるか、あるいは発振動作を停止させる。もし、二次側コンデンサ7の電圧保持作用によってこの状態が継続すると、二次側電圧29が所定の要求電圧を割る可能性が生じる。この現象に対する対策として、例えば、通常モード時には、比較器12、13の出力を利用し、これらの比較器の出力信号がローレベルとなった時はフォトカプラ11を強制的にオフするように構成してもよい。比較器12の出力がこの目的に利用できるのは、既述の通り、その目標値を通常状態から換算した値より低く設定しているためである。このように比較器12、13の出力を利用すれば別に電圧検出回路を設けずに低コストで上記の課題を解決できる。
上昇速度に対する制限が不十分な場合、二次側電圧29はオーバシュートも無く規定の電圧範囲に収まっても、二次側電圧18がオーバシュートしてしまう場合が考えられる。もちろん、発振制御電圧の上昇速度を低く抑えるように設計することが第一であるが、例えば、この課題を解決するためにエラーアンプ10の出力を利用してラッチ回路14を強制的にセットするように構成してもよい。
6 二次側整流器、7 二次側コンデンサ、8、9 基準電圧源、10 エラーアンプ、
11、15、16 フォトカプラ、12、13 比較器、14 ラッチ回路、
17 電流電圧変換制御部、18 二次側電圧、19 負荷
Claims (16)
- 電流共振型スイッチング電源を備え、第1のモード又は第2のモードで動作する電源装置であって、
入力された交流電圧を整流して得られた直流電圧を一次側に入力し、前記一次側に入力された直流電圧とは異なる電圧を二次側より出力する、電流共振回路を含むトランスと、
前記トランスに対して発振動作を行う発振器と、
第1の基準電圧を出力する第1の基準電圧源と、
前記第1の基準電圧より低い第2の基準電圧を出力する第2の基準電圧源と、
外部から入力される前記第1のモードと前記第2のモードの切り替えを指示する切替信号に従って、前記第1のモードでは前記第1の基準電圧と前記トランスからの出力電圧との差分に従い、前記発振器の発振動作のタイミングと前記トランスの二次側に励起される電圧を変化させる発振周波数とを制御し、前記第2のモードでは前記第1の基準電圧と前記トランスからの出力電圧との比較の結果と前記第2の基準電圧と前記トランスからの出力電圧との比較の結果とに従い、前記発振器の発振動作のタイミングと前記トランスの二次側に励起される電圧を変化させる発振周波数とを制御する制御部とを有することを特徴とする電源装置。 - 前記トランスの二次側により出力された電圧を整流する第1の整流器と、
前記第1の整流器により整流された電圧を平滑する第1のコンデンサと、
前記第1の基準電圧と前記第1のコンデンサにより平滑され第1の負荷に出力される出力電圧との差分に従って、異なる電流を出力するアンプと、
前記第1のコンデンサにより平滑された出力電圧と前記第1の基準電圧とを比較する第1の比較器と、
前記第1のコンデンサにより平滑された前記出力電圧と前記第2の基準電圧とを比較する第2の比較器と、
前記第1の比較器からの比較の結果と前記第2の比較器からの比較の結果とを入力するラッチ回路とをさらに有し、
前記制御部は、前記第1のモードでは前記アンプからの出力を入力、または、前記第2のモードでは前記ラッチ回路からの出力を入力することにより前記発振器の発振動作と発振周波数と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。 - 前記第1の基準電圧より低く、前記第2の基準電圧より高い第3の基準電圧を出力する第3の基準電圧源をさらに有し、
前記第1の比較器は、前記第1のコンデンサにより平滑された前記出力電圧と、前記第1の基準電圧に代えて前記第3の基準電圧とを比較することを特徴とする請求項2に記載の電源装置。 - 前記トランスの二次側により出力された電圧を整流する第2の整流器と、
前記第2の整流器により整流された電圧を平滑する第2のコンデンサとをさらに有し、
前記第2のコンデンサにより平滑された電圧は第2の負荷に出力され、
前記第1の比較器と前記第2の比較器はそれぞれ、前記第1のコンデンサにより平滑された前記出力電圧に代えて、前記第2のコンデンサにより平滑された出力電圧を入力することを特徴とする請求項3に記載の電源装置。 - 前記第1の負荷に出力される電圧は、前記第2の負荷に出力される電圧より高いことを特徴とする請求項4に記載の電源装置。
- 前記第1のモードでは、前記発振周波数を制御するために前記制御部で生成される制御信号の電圧は予め定められた範囲の中で安定し、
前記第2のモードでは、前記制御信号の電圧は0Vから予め定められた電圧値との間で変動することを特徴とする請求項4又は5に記載の電源装置。 - 前記発振器の発振周波数は、前記制御信号の電圧に従って変化し、
前記制御信号の電圧が第1の閾値未満の場合、前記発振器は発振を停止し、
前記制御信号の電圧が前記第1の閾値である場合、前記発振器は最高周波数で発振を行い、前記制御信号の電圧が高くなるにつれて、前記発振周波数が最低周波数へと低下することを特徴とする請求項6に記載の電源装置。 - 前記発振周波数が高い場合、前記トランスの二次側に励起される電圧は小さく、前記発振周波数が低い場合、前記トランスの二次側に励起される電圧は大きいことを特徴とする請求項7に記載の電源装置。
- 請求項5乃至8のいずれか1項に記載の電源装置を用いた記録装置であって、
記録媒体を搬送する搬送手段と、
前記記録媒体に記録を行う記録ヘッドと、
前記搬送手段と前記記録ヘッドの動作を制御する制御手段と、
前記制御手段に電圧を出力するDC−DCコンバータとを有し、
前記第1の負荷は前記搬送手段と前記記録ヘッドとを含み、
前記第2の負荷は前記DC−DCコンバータを含むことを特徴とする記録装置。 - 前記記録装置に交流電源を投入した場合、前記電源装置を前記第2のモードで動作させて、前記制御手段を初期化し、該初期化の後、前記電源装置を前記第1のモードで動作させるよう切替える切替手段をさらに有することを特徴とする請求項9に記載の記録装置。
- 前記切替手段は、印刷命令の入力を待ち合わせ、予め定められた時間に前記印刷命令の入力がない場合には、前記電源装置を前記第2のモードに切替えることを特徴とする請求項10に記載の記録装置。
- 前記第1のモードにおける単位時間の消費電力は前記第2のモードにおける単位時間の消費電力よりも大きいことを特徴とする請求項9に記載の記録装置。
- 電流共振型スイッチング電源を備え、第1のモード又は第2のモードで動作し、入力された交流電圧を整流して得られた直流電圧を一次側に入力し、前記一次側に入力された直流電圧とは異なる電圧を二次側より出力する、電流共振回路を含むトランスと、第1の基準電圧を出力する第1の基準電圧源と、前記第1の基準電圧より低い第2の基準電圧を出力する第2の基準電圧源とを備える電源装置の制御方法であって、
前記トランスに対して発振器により発振動作を行う発振工程と、
外部から入力される前記第1のモードと前記第2のモードの切り替えを指示する切替信号に従って、前記第1のモードでは前記第1の基準電圧と前記トランスからの出力電圧との差分に従い、前記発振器の発振動作のタイミングと前記トランスの二次側に励起される電圧を変化させる発振周波数とを制御し、前記第2のモードでは前記第1の基準電圧と前記トランスからの出力電圧との比較の結果と前記第2の基準電圧と前記トランスからの出力電圧との比較の結果とに従い、前記発振器の発振動作のタイミングと前記トランスの二次側に励起される電圧を変化させる発振周波数とを制御する制御工程とを有することを特徴とする制御方法。 - 電流共振型スイッチング電源を備え、第1のモード又は第2のモードで動作する電源装置であって、
入力された交流電圧を整流して得られた直流電圧を一次側に入力し、前記一次側に入力された直流電圧とは異なる電圧を二次側より出力する、電流共振回路を含むトランスと、
前記トランスに対して発振動作を行う発振器と、
前記トランスの二次側により出力された電圧を整流する第1の整流器と、
前記第1の整流器により整流された電圧を平滑する第1のコンデンサと、
前記トランスの二次側により出力された電圧を整流する第2の整流器と、
前記第2の整流器により整流された電圧を平滑する第2のコンデンサと、
第1の基準電圧を出力する第1の基準電圧源と、
前記第1の基準電圧より低い第2の基準電圧を出力する第2の基準電圧源と、
前記第1の基準電圧より低く、前記第2の基準電圧より高い第3の基準電圧を出力する第3の基準電圧源と、
前記第2のコンデンサにより平滑された出力電圧と前記第3の基準電圧とを比較する第1の比較器と、
前記第2のコンデンサにより平滑された前記出力電圧と前記第2の基準電圧とを比較する第2の比較器と、
外部から入力される前記第1のモードと前記第2のモードの切り替えを指示する切替信号に従って、前記第1のモードでは前記第1の基準電圧と前記第1のコンデンサにより平滑された出力電圧との差分に従い、前記発振器の発振動作のタイミングと前記トランスの二次側に励起される電圧を変化させる発振周波数とを制御し、前記第2のモードでは前記第1の比較器の比較結果と、前記第2の比較器の比較結果とに従い、前記発振器の発振動作のタイミングと前記トランスの二次側に励起される電圧を変化させる発振周波数とを制御する制御部とを有することを特徴とする電源装置。 - 前記第1のモードにおける電力消費量は、前記第2のモードにおける電力消費量よりも多いことを特徴とする請求項14に記載の電源装置。
- 請求項14又は15に記載の電源装置を用いた記録装置であって、
記録媒体を搬送する搬送手段と、
前記記録媒体に記録を行う記録ヘッドとを備えることを特徴とする記録装置。
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