JP7301527B2 - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents
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(2)記録材に画像形成を行う画像形成手段と、前記(1)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。
図1は、実施例1のスイッチング電源装置100の構成を示す回路図である。スイッチング電源装置100(図中、一点鎖線で囲まれた枠部)は、インレット101から入力される交流電圧をブリッジダイオード102で整流し、電解コンデンサ105によって直流電圧に平滑するコンデンサインプット型スイッチング電源装置である。電解コンデンサ105は、ブリッジダイオード102により整流された直流電圧を平滑する平滑手段であり、電解コンデンサ105の低電位側をDCL(グランドと同電位)、高電位側をDCHとする。本実施例のスイッチング電源装置100は、電解コンデンサ105に充電された入力電圧から、トランス104の絶縁された二次側に出力電圧Voを出力する。
次に、電源制御IC103による出力電圧Voの制御について説明する。電源制御IC103のOut端子からFET106のゲート端子に出力される制御信号のハイレベル又はローレベルは、Cs端子の入力電圧及びFB端子の入力電圧によって決定される。Cs端子には、FET106がオン状態時にドレイン端子に流れる電流により電流検知抵抗134の両端に生じる電圧が入力される。そのため、Cs端子の入力電圧は、トランス104に供給される入力電力とも言い換えることができる。また、スイッチング電源装置100は、トランス104の出力電圧Voの目標電圧値と、実際の出力電圧値との偏差をフォトカプラ113によって一次側に伝達するフィードバック部147(詳細は後述)を有している。フィードバック部147は、出力電圧Voの変動に応じて、電源制御IC103のFB端子の入力電圧を変化させる。電源制御IC103は、Cs端子の入力電圧がFB端子の入力電圧に等しくなった際にローレベル信号、それ以外はハイレベル信号を出力し、FB端子に入力される電圧に基づいてFET106のオン・オフ状態を制御する。これにより、トランス104への入力電力が制御され、その結果、出力電圧Voの電圧値が制御される。
フィードバック手段であるフィードバック部147は、出力電圧Voの電圧値を検知し、出力電圧Voの目標電圧値との偏差情報を電源制御IC103に通知する。フィードバック部147は、DC24Vの出力電圧を監視する第一の回路部145と、DC6Vを監視する第二の回路部146から構成されている。第一の回路部145は、出力電圧Voを分圧する分圧抵抗129、130、フォトカプラ113のLEDに流れる電流を制限する電流制限抵抗128、シャントレギュレータ116から構成されている。一方、第二の回路部146は、FET117、コンパレータ118、コンパレータ118に基準電圧を供給するツェナーダイオード119、出力電圧Voを分圧する抵抗132、133、電流制限抵抗131、171、172から構成されている。FET117は、フォトカプラ113の二次側LEDを駆動する。また、コンパレータ118は、2つの入力端子(+端子、-端子)に入力される電圧の大小を比較し、比較結果を出力する。
続いて、トランス104の過熱状態を検知する検知手段である過熱保護回路136について説明する。本実施例の過熱保護回路136では、温度検知素子として、温度上昇に対して抵抗値が減少する負の温度係数を有するNTCチップサーミスタ(以下、サーミスタという)126を用いている。図2は、サーミスタ126の温度特性を示すグラフであり、縦軸は抵抗値[単位:kΩ]を示し、横軸は温度[単位:℃]を示す。図2に示すように、サーミスタ126の抵抗値は、温度上昇に伴い、指数関数的に減少していることが分かる。
(回路基板の構成)
続いて、本実施例のスイッチング電源装置100の回路基板の構成について説明する。本実施例の回路基板は、前述したように、各製品モデルにおいて共通である。図4(a)は、回路基板157の半田(ハンダ)面側を示した図である。また、図4(a)は、図1で説明した回路構成のうち、トランス104、整流用のSBD107、サーミスタ126、抵抗141~144、コンデンサ150が実装される回路基板157の一部を切り出して示した図である。図4(a)において、斜線部分が配線パターン(回路パターン)であり、チップ型であるサーミスタ126、コンデンサ150は、半田面側に表面実装される。サーミスタ126は、トランス104からSBD107に流れる配線パターン156を阻害しないようにしつつ、SBD107の設置位置159の近傍に配置される。また、回路基板157には、SBD107のスナバ回路用のリード型の抵抗141、142、143、144を実装するための実装部である穴(スルーホールともいう)151、152、153、154が設けられている。これにより、抵抗141、142、143、144の順に、サーミスタ126の近傍から徐々に離してスナバ回路用の抵抗を実装することができる。また、図4(a)に示す回路基板157において、トランス104及びサーミスタ126が実装される位置は決められている。抵抗141~144は、SBD107と同様に、発熱素子であり、サーミスタ126の温度検知に影響を与える。そのため、スイッチング電源装置100が使用される製品モデルに応じて、抵抗141~144のいずれかの抵抗が使用されることになる。
図4(b)は、画像形成装置の製品モデルAの場合の回路基板157の部品の実装状態を示す図であり、回路基板157の部品が実装される部品面を示している。図4(b)では、スナバ回路用の抵抗として、抵抗141が穴151を介して、サーミスタ126が実装された回路基板157の裏側の部品面に実装されている。サーミスタ126と、発熱源である整流用のSBD107とスナバ回路用の抵抗141が実装されている回路基板157上の距離は、過熱保護回路136の閾値温度に影響する。そのため、以下に述べる製品モデルAにおけるサーミスタ126の検知温度のバラツキを考慮して、過熱保護回路136が過熱状態を検知する閾値温度を決定し、その後、回路基板157上のスナバ回路用の抵抗の実装位置を決定する。
図4(c)は、画像形成装置の製品モデルBの場合の回路基板157の部品の実装状態を示す図であり、回路基板の部品が実装される部品面を示している。図4(c)では、スナバ回路用の抵抗として、抵抗144が穴154を介して、サーミスタ126が実装された回路基板157の裏側の部品面に実装されている。上述した製品モデルAと同様に、製品モデルBにおいても、サーミスタ126と、発熱源であるSBD107と抵抗144が実装されている回路基板157上の距離は、過熱保護回路136の閾値温度に影響する。そのため、以下に述べる製品モデルBにおけるサーミスタ126の温度バラツキを考慮して過熱保護回路136が動作する閾値温度を決定し、その後、回路基板157上のスナバ回路用の抵抗の実装位置を決定する。
続いて、本実施例のスイッチング電源装置100の回路基板の構成について説明する。本実施例の回路基板も、実施例1と同様に、各製品モデルにおいて共通である。図5(a)は、回路基板158の半田(ハンダ)面側を示した図である。図5(a)は、図1で説明した回路構成のうち、トランス104、整流用のSBD207、サーミスタ126、抵抗241~243を実装するためのスルーホール251~253、コンデンサ150が実装される回路基板158の一部を切り出して示した図である。図5(a)において、斜線部分が配線パターン(回路パターン)であり、チップ型であるサーミスタ126、コンデンサ150は、半田面側に実装される。サーミスタ126は、トランス104からSBD107に流れる配線パターンを阻害しないようにしつつ、SBD207の設置位置159の近傍に配置する。また、回路基板158には、SBD207のスナバ回路用のチップ型の抵抗241~243を実装するための実装部である穴(スルーホール)251、252、253が設けられている。図5(a)に示すパターン上のスルーホール251、252、253を通して、チップ型の抵抗241、242(不図示)、243を回路基板158の裏側の部品面に実装できるランドパターン261、262、263(図5(b)参照)が設けられている。これにより、抵抗241、242、243の順に、サーミスタ126の近傍から徐々に離してスナバ回路用の抵抗を実装することができる。また、図5(a)に示す回路基板において、トランス104及びサーミスタ126が実装される位置は決められている。抵抗241~243は、SBD207と同様に、発熱素子であり、サーミスタ126の温度検知に影響を与える。そのため、スイッチング電源装置100が使用される製品モデルに応じて、抵抗241~243のいずれかの抵抗が使用されることになる。
図5(b)は、画像形成装置の製品モデルCの場合の回路基板158の部品の実装状態を示す図であり、回路基板158の部品が実装される部品面を示している。図5(b)では、スナバ回路用の抵抗として、抵抗241がランドパターン261を介して、回路基板158の裏側の部品面に実装されている。製品モデルCは、印刷エンジンである画像形成部の他に、スキャナ、給紙カセットが追加増設された製品モデルである。そのため、スイッチング電源装置100から、モータ負荷(エンジン)160、モータ負荷(増設スキャナ)161や、モータ負荷(増設給紙カセット)162などへの電力供給が必要となり、トランス104の二次側の電力供給量が大きい。そのため、図5(b)に示すように、製品モデルCで使用するスイッチング電源装置100の回路基板158では、整流用のSBD207に、パッケージが大きく、順方向電圧Vfの特性値が低い高価な部品が用いられている。
図5(c)は、画像形成装置の製品モデルDの場合の回路基板158の部品の実装状態を示す図であり、回路基板158の部品が実装される部品面を示している。図5(c)では、スナバ回路用の抵抗として、抵抗243がランドパターン263を介して、回路基板158の裏側の部品面に実装されている。製品モデルDは、印刷エンジンである画像形成部のみが設置され、スキャナ、給紙カセットは増設されていない製品モデルである。そのため、スイッチング電源装置100からの電力供給がモータ負荷(エンジン)160だけであるため、トランス104の二次側の電力供給量が小さいため、SBD208には、パッケージが小さく、順方向電圧Vfの特性値が高い安価な部品が用いられている。
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挙げて説明する。図6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300は、実施例1、2で説明したスイッチング電源装置100、200である電源装置500を備えている。なお、電源装置500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。
104 トランス
106 FET(電界効果トランジスタ)
107 SBD(ショットキーバリアダイオード)
136 過熱保護回路
141~144 抵抗
151~154 穴(スルーホール)
157 回路基板
Claims (15)
- 一次巻線及び二次巻線を有するトランスと、
前記トランスの前記一次巻線に直列に接続されたスイッチング素子と、
前記トランスの前記二次巻線に接続された整流素子と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作によって前記トランスに電力が供給された際に、前記整流素子の温度を検知するための検知手段と、
前記整流素子に並列に接続された抵抗素子と、
が実装された回路基板を備え、
前記抵抗素子は、前記回路基板上における複数の実装部のうち、選択された所定の実装部に実装され、
前記検知手段は、前記トランスの二次巻線からの出力電圧を分圧する分圧回路を有し、
前記分圧回路は、温度により抵抗値が変化する温度検知素子を含み、
前記温度検知素子は、サーミスタであり、
前記整流素子は、ショットキーバリアダイオードであり、
前記抵抗素子は、前記ショットキーバリアダイオードのスナバ回路用の抵抗であり、
前記複数の実装部は、前記サーミスタからの距離が異なるように前記回路基板に設けられた複数のスルーホールであり、
前記抵抗素子は、前記トランスの二次巻線からの出力電圧が供給される負荷が軽いほど前記複数のスルーホールの中から前記サーミスタから離れたスルーホールに実装され、前記負荷が重いほど前記複数のスルーホールの中から前記サーミスタに近いスルーホールに実装されることを特徴とする電源装置。 - 前記所定の実装部とは、前記電源装置が搭載される装置の構成に応じて選択され、前記装置の構成は、負荷が異なる第一の構成と第二の構成を含み、前記第一の構成と前記第二の構成とで、前記所定の実装部が異なることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記分圧回路は、前記温度検知素子に接続された分圧抵抗素子を含み、
前記検知手段は、前記出力電圧を前記分圧回路で分圧した電圧に基づいて前記整流素子の過熱状態を検知すると、過熱検知信号を制御手段に出力し、
前記制御手段は、入力された前記過熱検知信号に応じて、前記スイッチング素子をオフし、前記出力電圧の生成を遮断することを特徴とする請求項1又は2に記載の電源装置。 - 前記サーミスタが検知する温度に応じて、前記検知手段が過熱状態を検知する温度は、所定の温度であることを特徴とする請求項3に記載の電源装置。
- 前記ショットキーバリアダイオードは、前記負荷の状態に応じて放熱のためのヒートシンクが取り付けられ、
前記抵抗は、前記ヒートシンクの有無に応じて、実装される前記スルーホールの位置を変更することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電源装置。 - 前記抵抗素子は、リード型の抵抗であり、
前記抵抗素子は、前記サーミスタが実装された前記回路基板の面の裏側の面に実装されることを特徴とする請求項5に記載の電源装置。 - 前記抵抗素子は、前記ショットキーバリアダイオードのスナバ回路用のチップ型の抵抗であることを特徴とする請求項4に記載の電源装置。
- 前記抵抗素子は、前記サーミスタが実装された前記回路基板の面の裏側の面に実装されることを特徴とする請求項7に記載の電源装置。
- 制御手段から出力される、前記トランスの二次巻線からの出力電圧を切り替える切替え信号に応じて、前記スイッチング素子を制御して、前記二次巻線に第一の出力電圧又は前記第一の出力電圧よりも低い第二の出力電圧を誘起することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の電源装置。
- 前記出力電圧と前記出力電圧に対応する目標電圧との偏差に応じた情報を前記制御手段に出力するフィードバック手段を備え、
前記フィードバック手段は、前記出力電圧が前記第一の出力電圧の場合に動作し、前記第一の出力電圧と前記第一の出力電圧に対応する目標電圧との偏差に応じた前記情報を出力する第一の回路部と、前記出力電圧が前記第二の出力電圧の場合に動作し、前記第二の出力電圧と、前記第二の出力電圧に対応する目標電圧との偏差に応じた前記情報を出力する第二の回路部と、を有し、
前記制御手段は、前記フィードバック手段から出力される前記情報に基づいて、前記スイッチング素子をオン状態又はオフ状態に制御することを特徴とする請求項9に記載の電源装置。 - 前記切替え信号は、外部から入力されることを特徴とする請求項10に記載の電源装置。
- 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。 - 前記画像形成装置として、画像形成手段、読取手段、給紙手段を含む第一の構成と、前記画像形成装置として、画像形成手段を含む第二の構成を含み、前記第一の構成と前記第二の構成とで、前記所定の実装部が異なることを特徴とする請求項12に記載の画像形成装置。
- 前記第一の構成における、前記トランスの二次巻線からの出力電圧が供給される負荷は、前記第二の構成における前記負荷より大きいことを特徴とする請求項13に記載の画像形成装置。
- 前記画像形成手段を制御するコントローラを有し、
前記コントローラは、前記出力電圧を第一の電圧又は前記第一の電圧とは異なる第二の電圧に切り替えるために切替え信号を出力することを特徴とする請求項14に記載の画像形成装置。
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