JP6692517B2

JP6692517B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP6692517B2
Application number: JP2017039909A
Authority: JP
Inventors: 貞博松浦
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2020-05-13
Anticipated expiration: 2037-03-02
Also published as: JP2018148648A

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

一般的に、スイッチング電源は、定常負荷に電源効率が最大となるように設計されており、待機時にはスイッチング周波数を下げることによりスイッチング損失を低減させて高効率化を図っているが、スイッチング周波数を下げることによってトランスから可聴音が聞こえることがある。

また、あるスイッチング電源は、スイッチング周波数を負荷に応じて制御しつつ、出力電圧の誤差に応じてスイッチングを停止することで間欠制御をし、軽負荷時や機器の待機時における消費電力を削減している（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−２２５６４９号公報

しかしながら、上述のように間欠制御を行った場合でも、負荷の変動によって、間欠運転の周波数（つまり、スイッチング期間と、停止期間後の次のスイッチング期間との間の周期の逆数）が変動するため、スイッチング周波数に応じて発生する高周波音の音程が変動し、異音が認知されることがある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、内蔵のスイッチング電源における軽負荷時の消費電力を低くしつつ、異音の発生を抑制する画像形成装置を得ることを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、スイッチング電源部と、前記スイッチング電源部により直流電源電圧を印加される負荷とを備える。前記スイッチング電源部は、絶縁トランスと、前記絶縁トランスの１次巻線に接続されたスイッチング素子を所定基準周波数のパルス幅制御でオンオフ制御するスイッチング制御回路と、基準電圧に対する出力電圧の誤差電圧を検出する誤差電圧検出回路と、前記誤差電圧を前記スイッチング制御回路に伝達する誤差伝達回路とを備える。そして、前記スイッチング制御回路は、前記誤差電圧が、第１閾値以下でありかつ第２閾値より高い場合に、前記基準周波数より低い固定周波数の矩形波である固定周波数信号を生成し、（ａ）前記誤差電圧が前記第１閾値以下でありかつ前記第２閾値より高い範囲内で変動している場合、固定バーストモードで前記スイッチング素子をオンオフ制御し、（ｂ）前記誤差電圧が、前記第１閾値以下でありかつ前記第２閾値より高い範囲と前記第２閾値以下の範囲とに交互に入るように前記第２閾値の周辺で変動している場合、変動バーストモードで前記スイッチング素子をオンオフ制御する。前記固定バーストモードでは、前記スイッチング制御回路は、前記固定周波数信号がローレベルではないときに前記スイッチング素子を停止させることで、間欠的に前記スイッチング素子を停止させ、前記変動バーストモードでは、前記スイッチング制御回路は、前記誤差電圧が前記第１閾値以下でありかつ前記第２閾値より高い範囲内のときには、前記固定周波数信号がローレベルではないときに前記スイッチング素子を停止させることで、間欠的に前記スイッチング素子を停止させ、前記誤差電圧が前記第２閾値以下の範囲内のときには、前記スイッチング素子のオンオフ制御を停止する。ここで、前記固定周波数は、前記絶縁トランスの機械的共振周波数および前記共振周波数の整数倍の周波数以外の周波数となるように設定される。

本発明によれば、内蔵のスイッチング電源における軽負荷時の消費電力を低くしつつ、異音の発生を抑制する画像形成装置が得られる。

本発明の上記又は他の目的、特徴および優位性は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から更に明らかになる。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成を示すブロック図である。図２は、図１におけるスイッチング制御回路の一例を示す回路図である。図３は、負荷電流と誤差電圧との関係を説明する図である。図４は、図１に示す画像形成装置における固定バーストモードでの間欠運転を説明する図である。図５は、図１に示す画像形成装置における変動バーストモードでの間欠運転を説明する図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成を示すブロック図である。

図１に示す画像形成装置は、プリンター、複合機などであって、スイッチング電源部１、負荷２、および負荷３を備える。

スイッチング電源部１は、交流の商用電源に接続され、商用電源の電力に基づいて、直流電圧で電力を負荷２，３に供給する電源装置である。

負荷２，３は、スイッチング電源部１により直流電源電圧を印加される負荷である。負荷２は、スイッチング電源部１により印加される直流電源電圧に基づいて、第１動作モードで動作し、第２動作モードで動作しない負荷である。負荷３は、スイッチング電源部１により印加される直流電源電圧に基づいて、第１動作モードおよび第２動作モードで動作する負荷である。ここでは、第１動作モードは、通常運転モードであり、第２動作モードは、スリープモードである。負荷２は、例えば画像形成装置内の露光装置、現像装置、定着器などを含み、負荷３は、例えば画像形成装置内のネットワークインターフェイスなどを含む。

スイッチング電源部１は、商用電源などに接続されるダイオードブリッジＤＢと、ダイオードブリッジＤＢの出力端に接続される平滑コンデンサーＣと、平滑コンデンサーＣに接続される絶縁トランスＴＲと、絶縁トランスＴＲの１次巻線に接続されたスイッチング素子Ｑ（バイポーラートランジスター、電界効果トランジスターなど）と、スイッチング素子Ｑをオンオフ制御するスイッチング制御回路１１と、絶縁トランスＴＲの２次巻線に接続された整流平滑回路１２と、誤差電圧検出回路１３と、誤差伝達回路１４と、絶縁トランスＴＲの１次巻線に接続されたスナバー回路１５と、絶縁トランスＴＲの１次巻線の導通電流を検出する電流検出抵抗Ｒｓとを備える。

誤差電圧検出回路１３は、所定の基準電圧に対する出力電圧Ｖｏｕｔの誤差電圧を検出する。誤差伝達回路１４は、その誤差電圧をスイッチング制御回路１１に伝達する。なお、誤差伝達回路１４では、絶縁トランスのＴＲの２次側に接続される部分と１次側に接続される部分の間は絶縁されている。

スイッチング制御回路１１は、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧になるように、誤差電圧に応じたデューティでスイッチング素子Ｑの制御信号を生成する。

また、スイッチング制御回路１１は、その誤差電圧が閾値Ｖｔｈ１以下でありかつ閾値Ｖｔｈ２より高い場合、固定バーストモードでスイッチング素子Ｑをオンオフ制御し、その誤差電圧が閾値Ｖｔｈ２以下である場合、スイッチング素子Ｑのオンオフ制御を停止する。この固定バーストモードでは、スイッチング制御回路１１は、固定周波数で間欠的にスイッチング素子を停止させる。上述の固定周波数は、このオンオフ制御の周波数（ここではＰＷＭ制御の基準周波数）より低い周波数とされる。なお、閾値Ｖｔｈ１は、閾値Ｖｔｈ２より高い。なお、スイッチング制御回路１１は、電流検出抵抗Ｒｓの両端電圧に基づいて過電流保護を行う。

負荷３に含まれるネットワークインターフェイスは、ネットワークに接続され、ネットワークから受信した要求に応じた処理を実行する。そのため、処理に応じた負荷電流がスイッチング電源部１から負荷３へ供給される。そして、第２動作モードでは、誤差電圧が閾値Ｖｔｈ１以下になるように、閾値Ｖｔｈ１が設定される。つまり、第２動作モードでは、軽負荷となるが、負荷電流が変動する。ただし、その負荷電流に対応する誤差電圧が閾値Ｖｔｈ１以下になるように、閾値Ｖｔｈ１が設定される。

また、固定バーストモードの固定周波数は、絶縁トランスＴＲの機械的な共振周波数およびその共振周波数の整数倍の周波数以外の周波数となるように設定される。

さらに、閾値Ｖｔｈ１および閾値Ｖｔｈ２は、絶縁トランスＴＲから可聴音が発生しないように、絶縁トランスＴＲに応じて設定されている。

図２は、図１におけるスイッチング制御回路１１の一例を示す回路図である。

スイッチング制御回路１１は、ＰＷＭ信号生成回路２１、比較回路２２，２３、固定周波数信号生成回路２４、および出力回路２５を備える。

ＰＷＭ信号生成回路２１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧になるように、誤差電圧（スイッチング制御回路１１のＦＢ端子の電圧）に応じたデューティでＰＷＭ信号Ｏｕｔ１を生成し、出力する。

比較回路２２は、誤差電圧が閾値Ｖｔｈ１以下である場合、比較回路２２の出力電圧をハイレベルとし、そうではない場合、比較回路２２の出力電圧をローレベルとする。

例えば図２に示すように、比較回路２２では、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２による分圧回路が、電源電圧レベル＋Ｖｃｃとグランドレベルとの間の電圧から閾値Ｖｔｈ１の電圧を生成し、比較器としてのオペアンプＯＰ１が、閾値Ｖｔｈ１と誤差電圧とを比較し、反転回路Ｎ１がその比較結果を反転させる。なお、電源電圧＋Ｖｃｃは、例えば、３次巻線の出力電圧を整流・平滑して生成された電圧から、ツェナーダイオードなどにより一定化された電圧から生成される。

比較回路２３は、誤差電圧が閾値Ｖｔｈ２以下である場合、比較回路２３の出力電圧をハイレベルとし、そうではない場合、比較回路２３の出力電圧Ｏｕｔ３をローレベルとする。

例えば図２に示すように、比較回路２３では、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２による分圧回路が、電源電圧レベル＋Ｖｃｃとグランドレベルとの間の電圧から閾値Ｖｔｈ２の電圧を生成し、比較器としてのオペアンプＯＰ２が、閾値Ｖｔｈ２と誤差電圧とを比較し、反転回路Ｎ２がその比較結果を反転させる。

固定周波数信号生成回路２４は、誤差電圧が閾値Ｖｔｈ１以下でありかつ閾値Ｖｔｈ２より高い場合、上述の固定周波数の矩形波を固定周波数信号として生成し出力する。

例えば図２に示すように、固定周波数信号生成回路２４は、比較回路２２の出力電圧がハイレベルである場合、上述の固定周波数の矩形波を生成し、固定周波数信号Ｏｕｔ２として出力する。

出力回路２５は、（ａ）誤差電圧が閾値Ｖｔｈ１より高い場合、ＰＷＭ信号Ｏｕｔ１を出力し、（ｂ）誤差電圧が閾値Ｖｔｈ１以下でありかつ閾値Ｖｔｈ２より高い場合、比較回路２３の出力電圧Ｏｕｔ３は常にローレベルであるため、固定周波数信号Ｏｕｔ２がローレベルであるときには、ＰＷＭ信号Ｏｕｔ１を出力し、そうでないときにはローレベルの信号を出力し、（ｃ）誤差電圧が閾値Ｖｔｈ２以下である場合、比較回路２３の出力電圧Ｏｕｔ３は常にハイレベルであるため、ローレベルの信号を出力する。

例えば図２に示すように、出力回路２５では、論理和回路ＯＲが、ＰＷＭ信号Ｏｕｔ１、固定周波数信号Ｏｕｔ２、および比較回路２３の出力電圧Ｏｕｔ３の論理和を演算し、反転回路Ｎ３は、論理和回路ＯＲの演算結果を反転する。

次に、上記画像形成装置の動作について説明する。

図３は、負荷電流と誤差電圧との関係を説明する図である。負荷２，３に流れる負荷電流が増加すると、出力電圧Ｖｏｕｔが、基準電圧から低下する。そのため、図３に示すように、誤差電圧が増加する。その後、負荷電流が減少すると、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇し、誤差電圧が減少する。そのため、軽負荷時には、誤差電圧は比較的小さくなり、閾値Ｖｔｈ１以下になったり、閾値Ｖｔｈ２以下になったりする。特に、当該画像形成装置がスリープモードで動作している場合には、負荷電流が小さいが変動するため、上述の異音が発生しやすい。

図４は、図１に示す画像形成装置における固定バーストモードでの間欠運転を説明する図である。

例えば図４に示すように、誤差電圧が、閾値Ｖｔｈ１より高い場合、固定周波数信号Ｏｕｔ２は、継続的にローレベルとなり、また、比較回路２３の出力電圧Ｏｕｔ３も、継続的にローレベルとなり、スイッチング制御回路１１は、ＰＷＭ信号Ｏｕｔ１をスイッチング素子Ｑに出力する。

そして、軽負荷で負荷が変動している場合、例えば図４に示すように、誤差電圧が、閾値Ｖｔｈ１以下でありかつ閾値Ｖｔｈ２より高い範囲内で変動しているときに、固定周波数信号Ｏｕｔ２は、固定周波数で間欠的にローレベルとなり、固定周波数信号Ｏｕｔ２がハイレベルである期間では、スイッチング制御回路１１は、ローレベルの信号をスイッチング素子Ｑに継続に出力し、固定周波数信号Ｏｕｔ２がローレベルである期間では、スイッチング制御回路１１は、ＰＷＭ信号Ｏｕｔ１をスイッチング素子Ｑに出力する。

図５は、図１に示す画像形成装置における変動バーストモードでの間欠運転を説明する図である。

例えば図５に示すように、誤差電圧が、閾値Ｖｔｈ２の周辺で変動している場合、誤差電圧が、継続的に、閾値Ｖｔｈ１以下となり、固定周波数信号Ｏｕｔ２は、固定周波数の矩形波となる。他方、誤差電圧が、閾値Ｖｔｈ２以下である期間では、比較回路２３の出力電圧Ｏｕｔ３がハイレベルとなり、スイッチング制御回路１１は、ローレベルの信号をスイッチング素子Ｑに継続的に出力し、誤差電圧が閾値Ｖｔｈ２より高い期間では、比較回路２３の出力電圧Ｏｕｔ３がローレベルとなり、スイッチング制御回路１１は、固定周波数信号Ｏｕｔ２がローレベルであるときにＰＷＭ信号Ｏｕｔ１をスイッチング素子Ｑに出力する。

このように絶縁トランスＴＲの異音が発生しやすい負荷状態（図４）では、固定バーストモードとなり、異音の発生が抑制され、それより軽い負荷状態（図５）では、変動バーストモードとなり、消費電力がより抑制される。

以上のように、上記実施の形態によれば、スイッチング電源部１において、スイッチング制御回路１１は、絶縁トランスＴＲの１次巻線に接続されたスイッチング素子Ｑをオンオフ制御する。誤差電圧検出回路１３は、基準電圧に対する出力電圧の誤差電圧を検出し、誤差伝達回路１４は、その誤差電圧をスイッチング制御回路１１に伝達する。そして、スイッチング制御回路１１は、その誤差電圧が閾値Ｖｔｈ１以下でありかつ閾値Ｖｔｈ２より高い場合、固定バーストモードでスイッチング素子Ｑをオンオフ制御し、その誤差電圧が閾値Ｖｔｈ２以下である場合、スイッチング素子のオンオフ制御を停止する。固定バーストモードでは、スイッチング制御回路１１は、固定周波数で間欠的にスイッチング素子Ｑを停止させる。

これにより、軽負荷において、絶縁トランスＴＲの異音が発生しやすい負荷状態の場合には、絶縁トランスＴＲの異音が発生しにくい固定周波数で間欠運転を実行することで、画像形成装置に内蔵のスイッチング電源における軽負荷時の消費電力を低くしつつ、異音の発生が抑制される。

なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。

例えば、上記実施の形態では、スイッチング電源部１は、フライバック方式のスイッチング電源であるが、別の方式（シングルフォワード方式、プッシュプル方式など）のスイッチング電源でもよい。

本発明は、例えば、画像形成装置に適用可能である。

１スイッチング電源部
２負荷（第１負荷の一例）
３負荷（第２負荷の一例）
１１スイッチング制御回路
１３誤差電圧検出回路
１４誤差伝達回路

Claims

スイッチング電源部と、
前記スイッチング電源部により直流電源電圧を印加される負荷とを備え、
前記スイッチング電源部は、絶縁トランスと、前記絶縁トランスの１次巻線に接続されたスイッチング素子を所定基準周波数のパルス幅制御でオンオフ制御するスイッチング制御回路と、基準電圧に対する出力電圧の誤差電圧を検出する誤差電圧検出回路と、前記誤差電圧を前記スイッチング制御回路に伝達する誤差伝達回路とを備え、
前記スイッチング制御回路は、前記誤差電圧が、第１閾値以下でありかつ第２閾値より高い場合に、前記基準周波数より低い固定周波数の矩形波である固定周波数信号を生成し、（ａ）前記誤差電圧が前記第１閾値以下でありかつ前記第２閾値より高い範囲内で変動している場合、固定バーストモードで前記スイッチング素子をオンオフ制御し、（ｂ）前記誤差電圧が、前記第１閾値以下でありかつ前記第２閾値より高い範囲と前記第２閾値以下の範囲とに交互に入るように前記第２閾値の周辺で変動している場合、変動バーストモードで前記スイッチング素子をオンオフ制御し、
前記固定バーストモードでは、前記スイッチング制御回路は、前記固定周波数信号がローレベルではないときに前記スイッチング素子を停止させることで、間欠的に前記スイッチング素子を停止させ、
前記変動バーストモードでは、前記スイッチング制御回路は、前記誤差電圧が前記第１閾値以下でありかつ前記第２閾値より高い範囲内のときには、前記固定周波数信号がローレベルではないときに前記スイッチング素子を停止させることで、間欠的に前記スイッチング素子を停止させ、前記誤差電圧が前記第２閾値以下の範囲内のときには、前記スイッチング素子のオンオフ制御を停止し、
前記固定周波数は、前記絶縁トランスの機械的共振周波数および前記共振周波数の整数倍の周波数以外の周波数となるように設定されること、
を特徴とする画像形成装置。
前記負荷は、前記スイッチング電源部により直流電源電圧を印加され、第１動作モードで動作し、第２動作モードで動作しない第１負荷と、前記スイッチング電源部により直流電源電圧を印加され、前記第１動作モードおよび前記第２動作モードで動作する第２負荷とを含み、
前記第２負荷は、ネットワークインターフェイスを含み、
前記ネットワークインターフェイスは、ネットワークに接続され、前記ネットワークから受信した要求に応じた処理を実行し、
前記処理に応じた負荷電流が前記スイッチング電源部から前記第２負荷へ供給され、
前記第２動作モードでは、前記誤差電圧が前記第１閾値以下であること、
を特徴とする請求項１記載の画像形成装置。