JP7363325B2 - 電源装置、画像形成装置、及び電源装置の入力過電圧保護方法 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置、画像形成装置、及び電源装置の入力過電圧保護方法に関する。

特許文献１には、過電圧から平滑コンデンサを保護する目的で、交流を整流する整流部と、整流部から出力された電圧を平滑する平滑部（以下「平滑コンデンサ」）と、整流部と平滑コンデンサとを接続又は切断を切り替える切替部と、平滑コンデンサに印加される電圧の過電圧を検出する過電圧検出部と、過電圧検出部で過電圧を検出した場合、切替部で整流部と平滑コンデンサとの接続状態を開放する切替制御部と、を有する電源装置が開示される。特許文献１に開示される電源装置は、平滑コンデンサに印加される過電圧を検出したときに整流部と平滑コンデンサとの接続状態を開放する構成を採用する。

しかしながら、特許文献１に開示される電源装置では、平滑コンデンサへの電圧の印加が開始されてから当該電圧が過電圧と判定される値に達するまでには一定時間を要する。そのため、当該時間中に平滑コンデンサの耐圧を超える電圧が瞬間的に印加されていたとしても、当該時間が経過するまでは、整流部と平滑コンデンサとの接続状態を開放できず、平滑コンデンサの劣化が進行する可能性があるという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑み、平滑コンデンサの劣化の進行を抑制できる。

上記課題に鑑み、本発明に係る電源装置は、交流を整流する整流回路と、前記整流回路で整流された電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサへの突入電流の流入を防止する突入電流防止回路とを備える。電源装置は、前記整流回路と前記平滑コンデンサとの間に設けられる抵抗器に印加される電圧を検出する検出回路を備える。電源装置は、前記検出回路で検出される電圧が電圧判定値未満の場合、前記整流回路へ前記平滑コンデンサを接続し、前記検出回路で検出される電圧が前記電圧判定値以上の場合、前記検出回路を駆動源として前記整流回路への前記平滑コンデンサの接続を開放して前記平滑コンデンサへの電流の流入を遮断する遮断回路を備える。電源装置は、前記遮断回路が前記整流回路への前記平滑コンデンサの接続を開放した後、駆動源としての前記検出回路に前記検出回路の動作のための電圧を印加することで前記遮断回路による遮断状態を保持させる遮断保持回路を備える。

本発明によれば、平滑コンデンサの劣化の進行を抑制できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る電源装置の構成例を示す図である。 図１に示す検出回路及び突入電流防止回路の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１に係る電源装置の動作を説明するためのフローチャートである。 遮断保持回路が閉状態のときに流れる電流の経路を示す図である。 比較例に係る電源装置の構成例を示す図である。 比較例に係る電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２に係る電源装置の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２に係る電源装置の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る電源装置の構成例を示す図である。 図１１に示す検出回路及び突入電流防止回路の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る電源装置の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態１～３の第１変形例に係る電源装置の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１～３の第２変形例に係る電源装置の構成例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施の形態１に係る電源装置、画像形成装置、及び電源装置の入力過電圧保護方法の構成例を示す図である。図２は図１に示す検出回路及び突入電流防止回路の構成例を示す図である。

電源装置１００－１は、例えば商用電源から供給される単相交流を直流に変換して負荷に入力する電力変換装置である。負荷は、例えば直流電圧を交流電圧に変換するインバータ８である。なお、負荷は、直流電圧を入力する装置又は機械であればよく、インバータ８以外にも、例えば、直流電圧を所望の電圧値の直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータでもよい。

電源装置１００－１は、直流電圧を交流電圧に変換する機能として、電源プラグ２、整流回路９、正極側直流母線Ｐ、負極側直流母線Ｎ、及び平滑コンデンサ３を備える。

また電源装置１００－１は、突入電流防止回路６、及び過電圧抑制部２０を備える。過電圧は、平滑コンデンサ３の耐圧を超える異常な値の電圧であり、過電圧が平滑コンデンサ３に印加されると、平滑コンデンサ３の劣化が進行する可能性がある。

電源プラグ２は、例えば商用電源からの単相交流電圧が供給されるコンセント１に差し込まれる差し込みプラグである。電源プラグ２は、例えば、ユーザの手で把持されるハウジングと、ハウジングから突出する金属製の２つの平栓刃と、２つの平栓刃の一方に接続される第１交流配線２ａと、２つの平栓刃の他方に接続される第２交流配線２ｂとを備える。

整流回路９は、例えば４つのダイオードを組み合わせて構成される単相全波整流回路である。なお、整流回路９は、４つのダイオードを組み合わせた構成に限定されず、金属酸化膜半導体電界効果型トランジスタであるＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）を組み合わせて構成してもよい。

整流回路９は、第１交流配線２ａが接続される第１入力端子９ａと、第２交流配線２ｂが接続される第２入力端子９ｂと、正極側直流母線Ｐが接続される第１出力端子９ｃと、突入電流防止回路６及び検出回路４に接続される第２出力端子９ｄとを備える。第１入力端子９ａ及び第２入力端子９ｂは、第１交流配線２ａ及び第２交流配線２ｂを介してコンセント１と電気的に接続される。第１出力端子９ｃは、正極側直流母線Ｐを介して、遮断保持回路７の一端７ａと平滑コンデンサ３の一端とに接続される。

突入電流防止回路６は、平滑コンデンサ３への突入電流の流入を防止する回路である。図２に示すように、突入電流防止回路６は、例えば、コンセント１に電源プラグ２が差し込まれた直後に平滑コンデンサ３に流入する突入電流を減衰させる抵抗器６ａと、抵抗器６ａに並列接続されるリレー部６ｂとを備える。例えば、コンセント１に電源プラグ２が差し込まれた時点から一定時間（例えば数十ｍｓ～数百ｍｓ）が経過するまでは、リレー部６ｂがオープン状態のため、抵抗器６ａに電流が流れる。これにより、突入電流が抑制される。そして、当該時間が経過して突入電流が抑制されると、リレー部６ｂがクローズ状態となる。これにより、抵抗器６ａのインピーダンスよりも低いインピーダンスの電流経路が形成される。従って、負荷の定常運転時の電流が抵抗器６ａに流れることによる電力損失を抑制できる。

なお、突入電流防止回路６の具体的な構成例は、例えば特許第５９３３０３８号公報、特許第６０８１０３９号公報などに開示される通り公知であるため、以下では、その詳細な説明を割愛する。

過電圧抑制部２０は、突入電流に起因して平滑コンデンサ３に印加される電圧を抑制するための機能である。過電圧抑制部２０は、遮断回路５、遮断保持回路７、及び検出回路４を備える。

遮断回路５は、平滑コンデンサ３への突入電流の流入を遮断するための開閉機構である。遮断回路５は、例えば負極側直流母線Ｎに設けられる。

遮断回路５の一端５ａは、負極側直流母線Ｎを介して、平滑コンデンサ３の一端とインバータ８とに接続される。遮断回路５の他端５ｂは、負極側直流母線Ｎを介して突入電流防止回路６に接続される。また遮断回路５の他端５ｂは、配線３０を介して検出回路４に接続される。遮断回路５は、例えば、スイッチ５ｃと、スイッチ５ｃを駆動するソレノイド５ｄとを有する。スイッチ５ｃは、例えば検出回路４からの駆動信号を入力していないときにはクローズ状態であり、当該駆動信号を入力するとオープン状態になるノーマリクローズのスイッチである。

このように構成される遮断回路５は、検出回路４で検出される電圧が電圧判定値未満の場合、スイッチ５ｃを駆動せずに、整流回路９への平滑コンデンサ３の電気的な接続を保持する。電圧判定値は、例えば１００Ｖ系電源の場合には２００Ｖ、２００Ｖ系電源の場合には４１８Ｖである。

また遮断回路５は、検出回路４で検出される電圧が電圧判定値以上の場合、検出回路４を駆動源として駆動信号を入力することで、スイッチ５ｃをオープン状態、すなわち遮断状態にする。これにより、整流回路９への平滑コンデンサ３の電気的な接続状態が開放され、平滑コンデンサ３への電流の流入が遮断される。

なお、遮断回路５によるオープン状態が保持される時間は、突入電流が抑制されるまでの時間（例えば数十ｍｓ～数百ｍｓ程度）である。当該時間が経過した後、検出回路４からの駆動信号の出力が停止することで、スイッチ５ｃはクローズ状態に復帰する。なお、遮断回路５は、平滑コンデンサ３への突入電流の流入を遮断できるものであればよく、ソレノイド式に開閉機構に限定されず、半導体スイッチング素子で構成してもよい。

遮断保持回路７は、遮断回路５におけるオープン状態、すなわち遮断状態を保持するための電力を検出回路４に供給する開閉機構である。遮断保持回路７の一端７ａは、直流母線（例えば正極側直流母線Ｐ）に接続される。遮断保持回路７の他端７ｂは、検出回路４に接続される。

遮断保持回路７は、例えば、スイッチ７ｃと、スイッチ７ｃを駆動するソレノイド７ｄとを有する。スイッチ７ｃは、例えば検出回路４からの駆動信号を入力していないときにはオープン状態であり、当該駆動信号を入力するとクローズ状態になるノーマリオープンのスイッチである。ソレノイド７ｄは、例えば検出回路４からの駆動信号を入力すると電磁力を発生するコイルと、当該コイルの電磁力でスイッチ７ｃを駆動するプランジャとを備える。

このように構成される遮断保持回路７は、検出回路４で検出される電圧が電圧判定値未満の場合、検出回路４からの駆動信号を入力しないため、スイッチ７ｃをオープン状態に保持し、検出回路４への電力供給は行わない。

また、遮断保持回路７は、検出回路４で検出される電圧が電圧判定値以上の場合、検出回路４からの駆動信号を入力することで、スイッチ７ｃをクローズ状態に制御する。これにより、遮断回路５及び配線３０経由で検出回路４に電力が供給されなくとも、遮断保持回路７経由で検出回路４に電力が供給される。

検出回路４は、遮断保持回路７の動作を制御するための駆動源であると共に、遮断回路５のスイッチ５ｃのオープン状態を保持するための駆動源でもある。検出回路４は、例えば、電圧検出部４ａ、記憶部４ｄ、電源部４ｂ、演算部４ｃを備える。

電圧検出部４ａは、突入電流防止回路６の抵抗器６ａの両端に印加される電圧を検出し、当該電圧の値を示す電圧情報を演算部４ｃに入力する。

記憶部４ｄは、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などで構成されるメモリである。記憶部４ｄには、演算部４ｃの判定部４ｃ１で利用される電圧判定値の他、演算部４ｃが有する判定部４ｃ１、駆動信号生成部４ｃ２などの機能を実現するためのプログラムが格納されている。演算部４ｃが当該プログラムを読み出して実行することにより、判定部４ｃ１、駆動信号生成部４ｃ２などの機能が実現される。判定部４ｃ１及び駆動信号生成部４ｃ２の詳細は後述する。

電源部４ｂは、配線３０の一端に接続される。配線３０の他端は、負極側直流母線Ｎに接続される。これにより、電源部４ｂは、配線３０を介して、負極側直流母線Ｎと電気的に接続される。また、電源部４ｂは、遮断保持回路７の他端７ｂに接続される。これにより、電源部４ｂは、遮断保持回路７を介して、正極側直流母線Ｐと電気的に接続される。従って、電源部４ｂには、配線３０又は遮断保持回路７を介して、電力が供給される。電源部４ｂは、配線３０の一端に接続されると共に、遮断保持回路７の他端７ｂに接続される。これにより、電源部４ｂは、遮断保持回路７を介して、正極側直流母線Ｐと電気的に接続される。従って、電源部４ｂには、遮断保持回路７を介して、電力が供給される。

遮断回路５及び遮断保持回路７は、検出回路４の駆動信号生成部４ｃ２によって、互いに相補的に動作するように制御されるため、例えば、遮断回路５のスイッチ５ｃがクローズ状態のときには、配線３０経由で電源部４ｂに電力が供給される。また、遮断回路５のスイッチ５ｃがオープン状態のときには、遮断保持回路７経由で電源部４ｂに電力が供給される。電源部４ｂは、これらの電力により、電圧検出部４ａ及び演算部４ｃを駆動する電力を生成する。

演算部４ｃは、判定部４ｃ１及び駆動信号生成部４ｃ２を備える。

判定部４ｃ１は、例えば、記憶部４ｄに記憶される電圧判定値と、電圧検出部４ａからの電圧情報とを入力する。判定部４ｃ１は、例えば、電圧情報と電圧情報から推定される電圧値とを対応付けた電圧テーブルを保持し、電圧情報を入力すると当該電圧テーブルを参照して、電圧情報に対応する電圧値を求める。そして、判定部４ｃ１は、当該電圧値と記憶部４ｄに記憶される電圧判定値と比較することで、電圧値が電圧判定値未満であるか、又は、電圧値が電圧判定値以上であるかを判定する。

判定の結果、判定部４ｃ１は、電圧値が電圧判定値未満の場合には、判定情報を駆動信号生成部４ｃ２に入力せず、電圧値が電圧判定値以上の場合には判定情報を駆動信号生成部４ｃ２に入力する。判定情報は、平滑コンデンサ３に印加される電圧が異常な値に達したことを示す情報である。

駆動信号生成部４ｃ２は、判定情報を入力したとき、電源部４ｂから供給される電力を利用して、駆動信号を生成する。駆動信号は、遮断回路５のソレノイド５ｄと、遮断保持回路７のソレノイド７ｄとのそれぞれのコイルを励磁するための直流電圧である。

次に図３～図５を参照して電源装置１００－１の動作を説明する。

図３は本発明の実施の形態１に係る電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図３の横軸は時間である。図３には上から順に、コンセント１に印加される電圧の波形と、コンセント１に電源プラグ２が差し込まれる前後の状態と、平滑コンデンサ３に印加される電圧と、突入電流防止回路６に印加される電圧と、検出回路４で検出される電圧と、駆動信号のレベルと、遮断回路５のスイッチ５ｃの状態と、遮断保持回路７のスイッチ７ｃの状態とが示される。

コンセント１に印加される破線の電圧は、正常時の電圧値、すなわちコンセント１から発生する通常の電圧の値を表す。実線の電圧は、異常時の電圧値、すなわちコンセント１から発生する異常な電圧の値を表す。

電源プラグ２がコンセント１に差し込まれる前の状態は「ＯＦＦ」、電源プラグ２がコンセント１に差し込まれた後の状態は「ＯＮ」とされる。

駆動信号「Ｌｏｗ」は、駆動信号が生成されていないときの駆動信号生成部４ｃ２の出力レベル又は、駆動信号が出力されていない状態を表す。駆動信号「Ｈｉｇｈ」は、駆動信号が生成されるときの駆動信号生成部４ｃ２の出力レベル、又は駆動信号が出力されている状態を表す。

時刻ｔ１は、電源プラグ２がコンセント１に差し込まれたタイミングである。時刻ｔ２は、突入電流防止回路６に印加される電圧が電圧判定値に達したタイミングを表す。当該タイミングは、駆動信号のレベルがローレベルからハイレベルに変化するタイミングに等しい。また、当該タイミングは、遮断回路５のスイッチ５ｃがクローズからオープンに変化した時点に等しく、また遮断保持回路７のスイッチ７ｃがオープンからクローズに変化した時点に等しい。

図４は本発明の実施の形態１に係る電源装置の動作を説明するためのフローチャートである。図４に示すステップＳ１が実行されるタイミングは、例えば、直流母線に電圧が印加されておらず、遮断回路５のスイッチ５ｃがクローズ、かつ、遮断保持回路７のスイッチ７ｃがオープンのときである。

時刻ｔ１でコンセント１に電源プラグ２が挿入されたとき（ステップＳ１）、検出回路４では突入電流に起因する電圧が検出される（ステップＳ２）。また、検出回路４では、検出された電圧が電圧判定値以上であるか否かが判定される（ステップＳ３）。

検出された電圧が電圧判定値未満の場合（ステップＳ３，Ｎｏ）、すなわち図３に示す時刻ｔ１から時刻ｔ２に達するまでの期間では、検出回路４は、遮断回路５のスイッチ５ｃをクローズ状態に保持しつつ、遮断保持回路７のスイッチ７ｃをオープン状態に保持するため、駆動信号の生成を実施しない（ステップＳ３１）。

検出された電圧が電圧判定値以上の場合（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、すなわち図３に示す時刻ｔ２に達したとき、検出回路４は、遮断回路５のスイッチ５ｃをオープン状態にさせ、また遮断保持回路７のスイッチ７ｃをクローズ状態にさせるため、駆動信号を生成する（ステップＳ４）。

ステップＳ４の処理によって電源装置１００－１に流れる電流の経路を図５に示す。図５は遮断保持回路が閉状態のときに流れる電流の経路を示す図である。

遮断回路５のスイッチ５ｃがオープン状態、かつ、遮断保持回路７のスイッチ７ｃがクローズ状態となることで、整流回路９で整流された電流Ａは、図５の太実線で示すように、遮断保持回路７を介して検出回路４に流れる。これにより、時刻ｔ２以降においては、平滑コンデンサ３に対して、平滑コンデンサ３の耐圧を超えるような高い電圧が印加されることを防止できる。

図４に戻り、例えばスイッチ５ｃがオープン状態になったことに気がついたユーザがコンセント１の抜き差しを行った場合、ステップＳ２以降の処理が繰り返される（ステップＳ５）。

次に図６及び図７を参照して、電源装置１００－１の比較例の構成及び動作について説明する。以下では、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分について述べる。

図６は比較例に係る電源装置の構成例を示す図である。比較例に係る電源装置１００Ａは、電源装置１００－１の検出回路４、遮断保持回路７、及び配線３０の代わりに、検出回路４Ａを備える。

検出回路４Ａは平滑コンデンサ３に並列接続され、平滑コンデンサ３に印加される電圧を検出する。検出回路４Ａは、平滑コンデンサ３に印加される電圧が、電圧判定値未満であるか電圧判定値以上であるかを判定する。すなわち、検出回路４Ａは、突入電流防止回路６に印加される電圧の代わりに、平滑コンデンサ３に印加される電圧に基づき、突入電流に起因する電圧が、電圧判定値以上であるか否かを判定する。

そして、検出回路４Ａは、図２に示す駆動信号生成部４ｃ２と同様の機能を有する。
具体的には、検出回路４Ａは、平滑コンデンサ３に印加される電圧が電圧判定値以上であると判定すると、遮断回路５のスイッチ５ｃをオープン状態にするための駆動信号を生成する。

図７は比較例に係る電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図７の横軸は時間である。図７には上から順に、コンセント１に印加される電圧の波形と、コンセント１に電源プラグ２が差し込まれる前後の状態と、平滑コンデンサ３に印加される電圧と、突入電流防止回路６に印加される電圧と、検出回路４Ａで検出される電圧と、駆動信号のレベルと、遮断回路５のスイッチ５ｃの状態とが示される。

平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃは下記（１）式によって表される。Ｃは、平滑コンデンサ３の静電容量、ｉは平滑コンデンサ３に流れる電流である。

Ｖｃ（ｔ）＝（１／Ｃ）×∫ｉ（ｔ）・ｄｔ・・・（１）

（１）式から分かるように、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃは、平滑コンデンサ３に流れる電流の積分値に比例して増加する。そのため、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃは、図７に示すように、平滑コンデンサ３の充電が開始された時刻ｔ１から徐々に上昇し、時刻ｔ１から一定時間経過後の時刻ｔ２で、電圧判定値と同等の値に達する。従って、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に、平滑コンデンサ３の耐圧を超えるような過電圧が瞬間的に印加されていたとしても、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃが電圧判定値に達するまでには一定時間を要する。

従って、比較例に係る電源装置１００Ａでは、この一定時間中に過電圧が瞬間的に印加されていたとしても、整流回路９と平滑コンデンサ３との接続状態を即座に開放できず、平滑コンデンサ３の劣化が進行する可能性がある。

これに対して実施の形態１に係る電源装置１００－１は、突入電流防止回路６に印加される電圧を利用して、遮断回路５などを制御できる。そのため、平滑コンデンサ３の耐圧を超える電圧が瞬間的に印加された時点で、遮断回路５などを制御して、平滑コンデンサ３に流入する電流を遮断できる。従って、平滑コンデンサ３の劣化の進行を抑制できる。

その結果、電源装置１００－１の信頼性が向上し、品質の高い電源装置１００－１をユーザに提供できると共に、メンテナンスコストの大幅な低減が可能になる。また、平滑コンデンサ３の劣化に起因する電圧変動が抑制さるため、負荷の安定した動作を保証できる。

なお、電源装置１００－１は、突入電流防止回路６の抵抗器６ａに印加される電圧を利用しているが、直流母線にシャント抵抗を設けて、このシャント抵抗の両端に発生する電圧を利用してもよい。この場合、直流母線の任意の場所に電圧検出用のシャント抵抗を設けることができるため、電源装置１００－１の設計条件に自由度を持たせることができる。

また、電源装置１００－１は、シャント抵抗の代わりに、突入電流防止回路６の抵抗器６ａ（突入電流防止回路６に設けられる抵抗体）を利用する構成とすることで、シャント抵抗を別途設けることなく、突入電流を抑制するための抵抗器６ａを利用できる。従って、電源装置１００－１の構成が簡素化され、電源装置１００－１の信頼性が向上すると共に、電源装置１００－１の製造コストの上昇を抑制できる。

実施の形態２
図８は本発明の実施の形態２に係る電源装置の構成例を示す図である。以下では、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分について述べる。

実施の形態２に係る電源装置１００－２は、電源装置１００－１の構成に加えて、平滑コンデンサ３に並列接続される抵抗器１０を備える。抵抗器１０の一端は平滑コンデンサ３の一端と正極側直流母線Ｐとに接続され、抵抗器１０の他端は平滑コンデンサ３の他端と負極側直流母線Ｎとに接続される。

次に図９、図１０を参照して電源装置１００－２の動作を説明する。

図９は本発明の実施の形態２に係る電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図９の横軸は時間である。図９には上から順に、コンセント１に印加される電圧の波形と、コンセント１に電源プラグ２が差し込まれる前後の状態と、平滑コンデンサ３に印加される電圧と、突入電流防止回路６に印加される電圧と、検出回路４で検出される電圧と、駆動信号のレベルと、遮断保持回路７のスイッチ７ｃの状態と、遮断回路５のスイッチ５ｃの状態とが示される。

図１０は本発明の実施の形態２に係る電源装置の動作を説明するためのフローチャートである。図１０のフローチャートでは、ステップＳ４とステップＳ５の間にステップＳ４１が追加されている。なお、他のステップの処理は、実施の形態１で述べた動作と同様のため、説明を割愛する。

ステップＳ４において判定情報に基づき駆動信号が生成されると、スイッチ５ｃがオープンになる。これにより、平滑コンデンサ３への充電が停止され、かつ、抵抗器１０による平滑コンデンサ３の放電が行われる（ステップＳ４１）。すなわち、平滑コンデンサ３に蓄えられた電荷が抵抗器１０で消費される。

これにより、図９において符号Ａで示す矢印のように、平滑コンデンサ３の電圧は徐々に低下する。

平滑コンデンサ３の充電時の電圧Ｖｃの電圧変化率ｄＶｃ／ｄｔは、（２）式のように表わされる。Ｉｃは放電電流、Ｃは平滑コンデンサ３の静電容量である。

ｄＶｃ／ｄｔ＝Ｉｃ／Ｃ・・・（２）

そして、時刻ｔ２から一定時間が経過すると、平滑コンデンサ３の電荷が全て放電されるため、平滑コンデンサ３の電圧は、時刻ｔ１以前の電圧値と同等の値になる。

このように平滑コンデンサ３の電圧が低下するときにユーザが電源装置１００－２の異常に気づき、時刻ｔ３で、コンセント１から電源プラグ２を抜き出すと、抵抗器１０によって平滑コンデンサ３が放電されて、検出回路４で検出される電圧が電圧判定値未満に低下する。そして、時刻ｔ４で、再びコンセント１へ電源プラグ２が差し込まれると、平滑コンデンサ３の電圧が低下しているため、再度突入電流が流れる。従って、平滑コンデンサ３の電圧が再び上昇する。このとき、平滑コンデンサ３の電圧は、時刻ｔ２～時刻ｔ３までの間に十分低下しているため、時刻ｔ２の時点での電圧値に上乗せされることがない。その後、平滑コンデンサ３の電圧が上昇し、時刻ｔ５で電圧判定値に達すると、駆動信号がＬｏｗからＨｉｇｈに変化することで、スイッチ５ｃがオープンになる。

実施の形態２に係る電源装置１００－２によれば、ユーザが電源装置１００－２の異常に気づき、電源プラグ２の抜き差しが行われた場合でも、抵抗器１０で平滑コンデンサ３の電荷を放電された後の電源再投入行為であるため、平滑コンデンサ３の耐圧を超えるような高い電圧が印加されることを抑制できる。従って、実施の形態１の効果に加えて、ユーザによる電源プラグ２の抜き差し操作に対してロバストな構造を得ることができる。

実施の形態３
図１１は本発明の実施の形態３に係る電源装置の構成例を示す図である。以下では、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分について述べる。なお実施の形態３の構成は実施の形態２に組み合わせることも可能である。

実施の形態３に係る電源装置１００－３の過電圧抑制部２０は、検出回路４に代えて、検出回路４Ｂを備える。また実施の形態３に係る電源装置１００－３は、表示手段１１を備える。

表示手段１１は、例えば電源装置１００－３に設定される情報、電源装置１００－３の運転状態情報などを表示する、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイなどである。

次に図１２を参照して検出回路４Ｂなどの構成について説明する。

図１２は図１１に示す検出回路及び突入電流防止回路の構成例を示す図である。図２の検出回路４との相違点は、検出回路４Ｂは、検出回路４の構成に加えて、表示制御部４ｅを備えることである。

次に図１３を参照して電源装置１００－３の動作を説明する。

図１３は本発明の実施の形態３に係る電源装置の動作を説明するためのフローチャートである。図１３のフローチャートでは、ステップＳ４とステップＳ５の間にステップＳ４２が追加されている。なお、他のステップの処理は、実施の形態１で述べた動作と同様のため、説明を割愛する。

ステップＳ４において判定情報に基づき駆動信号が生成されると、ステップＳ４２において、演算部４ｃの表示制御部４ｅは、当該判定情報に基づき、平滑コンデンサ３に異常な値の電圧が印加されたことを示す報知情報を生成し、表示手段１１に入力する。表示手段１１は、表示制御部４ｅからの報知情報に基づき、平滑コンデンサ３に異常な値の電圧が印加されていることを報知する表示を行う。当該表示は、例えば、表示手段１１の画面に異常を知らせるアイコンを点灯させることで行われる。

実施の形態３の電源装置１００－３によれば、平滑コンデンサ３に異常な値の電圧が印加されたことを表示手段１１に表示できるため、異常電圧が印加されたことを、表示手段１１を通じてユーザに報知できる。従って、ユーザは平滑コンデンサ３に異常な値の電圧が印加されたことを知得できる。そのため、例えば、ユーザは、過去における、異常な値の電圧の発生回数などを記録しておき、電源装置１００－３の次の定期点検の際、劣化が進行している可能性がある平滑コンデンサ３を早めに交換するなどの処置を行うことで、故障による電源装置１００－３の動作停止を未然に防ぐことが可能である。

図１４は本発明の実施の形態１～３の第１変形例に係る電源装置の構成例を示す図である。第１変形例に係る電源装置１００Ｂでは、突入電流防止回路６が、電源プラグ２の第２交流配線２ｂに設けられている。

第１変形例に係る電源装置１００Ｂは、実施の形態１～３の過電圧抑制部２０に代えて、過電圧抑制部２０Ａを備える。過電圧抑制部２０Ａは、過電圧抑制部２０の構成に加えて、検出回路４用の整流回路１２を備える。

整流回路１２は、例えば４つのダイオードを組み合わせて構成される単相全波整流回路である。なお、整流回路９は、４つのダイオードを組み合わせた構成に限定されず、ＭＯＳＦＥＴを組み合わせて構成してもよい。

整流回路１２の第１入力端子１２ａは、突入電流防止回路６と整流回路９の第２入力端子９ｂとの間に接続される。整流回路１２の第２入力端子１２ｂは、第２交流配線２ｂに接続される。整流回路１２の第１出力端子１２ｃは、検出回路４と遮断保持回路７の他端７ｂとに接続される。整流回路１２の第２出力端子１２ｄは、検出回路４と遮断保持回路７のソレノイド７ｄと遮断回路５の５ｄとに接続される。整流回路１２で整流された電流は、検出回路４に流れる。

電源装置１００Ｂによれば、突入電流防止回路６が電源プラグ２と整流回路９との間に配置されるため、整流回路１２を必要とする。すなわち、突入電流防止回路６を電源プラグ２と整流回路９との間に配置した場合、突入電流が整流されていないため、電圧検出に当たり、別途整流回路１２が必要になる。

これに対して実施の形態１～３に係る電源装置１００－１～１００－３のように、整流回路９と平滑コンデンサ３との間に突入電流防止回路６を設けることにより、突入電流が整流回路９で整流されるため、整流回路１２が不要になる。従って、電源装置１００－１～１００－３の構成が簡素化され、電源装置１００－１～１００－３の信頼性が向上し、品質の高い電源装置１００－１～１００－３をユーザに提供できると共に、メンテナンスコストの大幅な低減が可能になる。

図１５は本発明の実施の形態１～３の第２変形例に係る電源装置の構成例を示す図である。第２変形例に係る電源装置１００Ｃは、検出回路４Ｃを備える。検出回路４Ｃは、検出判定部４０及び電源部４１を備える。検出判定部４０は、２つの抵抗器Ｒ１，Ｒ２を直接接続して構成される直列接続体を備える。当該直列接続体の一端は、遮断保持回路７と配線３０に接続される。当該直列接続体の他端は、整流回路９とソレノイド５ｄとソレノイド７ｄとに接続される。

抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２との分圧比によって、所定の電圧値（電圧判定値）が設定される。具体的には、例えば、直列接続体の両端に印加される電圧をＥ、抵抗器Ｒ１に印加される電圧をＶ１、抵抗器Ｒ２に印加される電圧をＶ２、抵抗器Ｒ１の抵抗値をｒ１、抵抗器Ｒ２の抵抗値をｒ２としたとき、Ｖ２の値は（３）式のように表される。

Ｖ２＝Ｅ・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）・・・（３）

抵抗器Ｒ２に印加される電圧Ｖ２は、スイッチ５ｃ及びスイッチ７ｃに印加される。そのため、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２との分圧比によって電圧判定値が設定され、この電圧判定値以上の電圧Ｖ２が発生すると、スイッチ５ｃ及びスイッチ７ｃを動作させることができる。すなわち、スイッチ５ｃ及びスイッチ７ｃを、オープン状態からクローズ状態に変化させ、又はクローズ状態からオープン状態に変化させる。

電源部４１は、一端が２つの抵抗器Ｒ１，Ｒ２の接続点４０ａに接続され、他端が整流回路９に接続される。電源部４１は、抵抗器Ｒと並列接続され、さらにソレノイド５ｄ及びソレノイド７ｄを並列に接続される。異常突入電流が流れた時は、配線３０を介して電源部４１に電力供給が行われ、スイッチ５ｃ動作後はスイッチ７ｃを介して電源部４１に電力供給が行われる。

第２変形例に係る電源装置１００Ｃによれば、抵抗器などの汎用の回路部品を利用して検出回路４Ｃを製造できるため、図２に示す演算部４ｃ、記憶部４ｄなどを必要とせず、構造を簡素化できる。従って、電源装置１００Ｃの信頼性が向上し、品質の高い電源装置１００Ｃをユーザに提供できる。

なお、実施の形態１～３に係る電源装置１００－１～１００－３は、画像形成装置に設けることも可能である。

実施の形態１～３に係る電源装置１００－１～１００－３の入力過電圧保護方法は、電源装置が、コンセントに電源プラグが挿入されたとき、交流を整流する整流回路と当該整流回路で整流された電圧を平滑する平滑コンデンサとの間に設けられる抵抗器に印加される電圧を検出するステップと、検出された前記電圧が電圧判定値以上になったとき、前記整流回路への前記平滑コンデンサの接続を開放して前記平滑コンデンサへの電流の流入を遮断する遮断回路を遮断状態にさせるステップと、を含む。これにより、既存の突入電流防止回路６を利用して、平滑コンデンサ３に流入する電流を遮断でき、平滑コンデンサ３の劣化の進行を抑制できる。

１ ：コンセント
２ ：電源プラグ
２ａ ：第１交流配線
２ｂ ：第２交流配線
３ ：平滑コンデンサ
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ ：検出回路
４ａ ：電圧検出部
４ｂ ：電源部
４ｃ ：演算部
４ｃ１ ：判定部
４ｃ２ ：駆動信号生成部
４ｄ ：記憶部
４ｅ ：表示制御部
５ ：遮断回路
５ａ ：一端
５ｂ ：他端
５ｃ ：スイッチ
５ｄ ：ソレノイド
６ ：突入電流防止回路
６ａ ：抵抗器
６ｂ ：リレー部
７ ：遮断保持回路
７ａ ：一端
７ｂ ：他端
７ｃ ：スイッチ
７ｄ ：ソレノイド
８ ：インバータ
９ ：整流回路
９ａ ：第１入力端子
９ｂ ：第２入力端子
９ｃ ：第１出力端子
９ｄ ：第２出力端子
１０ ：抵抗器
１１ ：表示手段
１２ ：整流回路
１２ａ ：第１入力端子
１２ｂ ：第２入力端子
１２ｃ ：第１出力端子
１２ｄ ：第２出力端子
２０，２０Ａ ：過電圧抑制部
３０ ：配線
４０ ：検出判定部
４０ａ ：接続点
４１ ：電源部
１００－１，１００－２，１００－３，１００Ａ，１００Ｂ ：電源装置
Ｎ ：負極側直流母線
Ｐ ：正極側直流母線
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗器

特開２０１６‐１６３５３７号公報

Claims (7)

1. 交流を整流する整流回路と、
   前記整流回路で整流された電圧を平滑する平滑コンデンサと、
   前記平滑コンデンサへの突入電流の流入を防止する突入電流防止回路と、
   前記整流回路と前記平滑コンデンサとの間に設けられる抵抗器に印加される電圧を検出する検出回路と、
   前記検出回路で検出される電圧が電圧判定値未満の場合、前記整流回路へ前記平滑コンデンサを接続し、前記検出回路で検出される電圧が前記電圧判定値以上の場合、前記検出回路を駆動源として前記整流回路への前記平滑コンデンサの接続を開放して前記平滑コンデンサへの電流の流入を遮断する遮断回路と、
   前記遮断回路が前記整流回路への前記平滑コンデンサの接続を開放した後、駆動源としての前記検出回路に前記検出回路の動作のための電圧を印加することで前記遮断回路による遮断状態を保持させる遮断保持回路と、
   を備える電源装置。
2. 前記抵抗器は、前記突入電流防止回路に設けられる抵抗体である請求項１に記載の電源装置。
3. 前記平滑コンデンサに並列接続され前記平滑コンデンサの電荷を放電する抵抗器を備える請求項１又は２に記載の電源装置。
4. 前記検出回路で検出される電圧が前記電圧判定値以上の場合、前記平滑コンデンサに異常な値の電圧が印加されていることを報知する表示手段を備える請求項１～３の何れか一項に記載の電源装置。
5. 前記突入電流防止回路は、前記整流回路と前記平滑コンデンサとの間に設けられる請求項１～４の何れか一項に記載の電源装置。
6. 請求項１～５の何れか一項に記載の電源装置を備えた画像形成装置。
7. 電源装置が、
   コンセントに電源プラグが挿入されたとき、交流を整流する整流回路と当該整流回路で整流された電圧を平滑する平滑コンデンサとの間に設けられる抵抗器に印加される電圧を検出回路で検出するステップと、
   検出された前記電圧が電圧判定値未満の場合、前記平滑コンデンサへの電流の流入を遮断する遮断回路を非遮断状態にさせて前記整流回路へ前記平滑コンデンサを接続するステップと、
   検出された前記電圧が電圧判定値以上になったとき、前記整流回路への前記平滑コンデンサの接続を開放して前記遮断回路を遮断状態にさせるステップと、
   前記遮断回路が前記整流回路への前記平滑コンデンサの接続を開放した後、駆動源としての前記検出回路に前記検出回路の動作のための電圧を印加することで前記遮断回路による遮断状態を保持させるステップと、
   を含む電源装置の入力過電圧保護方法。

Images