JP7374617B2 - 電源装置および画像記録装置 - Google Patents
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Description
一次側と二次側とを有する電源装置であって、
前記一次側に設けられた第1の巻線と、
前記二次側に設けられた第2の巻線と、
前記一次側に設けられ、前記第2の巻線に供給される電力に対応する電力が供給される第3の巻線と、
前記第1の巻線から送り出している電力の電力値を検知して、該電力値に応じた電圧値のピーク値を検知する電力検知部と、
前記電力検知部が検知した電圧値のピーク値と、あらかじめ設定された電圧閾値とを比較する第1の比較部と、
前記第1の比較部における比較の結果に基づいて、第1の基準電圧と第2の基準電圧とのいずれか一方を選択するスイッチと、
前記スイッチが選択した前記第1の基準電圧または前記第2の基準電圧と前記第3の巻線の出力電圧の電圧値に基づく値との差分と、前記第1の巻線の交流電源と接続されていない側の一端の電圧値とを比較する第2の比較部と、
前記第2の比較部における比較の結果に基づいて、前記二次側への電力供給を制御する制御部とを有する。
ブロック219は、低電圧(8.5V)で動作可能な構成要素を有する第1のブロックである。ブロック220は、電源ユニット201が通常状態の電圧(32V)を出力している時のみ駆動できるブロックである。
ブロック219に含まれるSOC202は、画像記録装置の各構成要素の制御に必要なロジック回路や、外部インタフェース(外部I/F)などを1チップに集積化したSOC(System on Chip)である。SOC202は、CPU203と、I/F207,209,210,217と、GPIO(General Purpose I/O)208と、データ処理ブロック205と、外部I/F部206と、クロックジェネレータ204とを搭載する。CPU203は、画像記録装置の各構成要素を制御する制御部である。I/F207,209,210,217は、外部デバイスとのインタフェース機能を有する。GPIO208は、外部ポートを制御する。データ処理ブロック205は、画像処理などを行う。外部I/F部206は、外部装置からプリントデータを受け取る。クロックジェネレータ204は、各構成要素にクロックを供給する。これらの各構成要素は、互いに内部バスを介して接続されている。SOC202は、I/O用の3.3V電源と内部ロジック用の1.1V電源とを必要とする。この3.3Vおよび1.1Vの電源は、DCDCコンバーター218が生成する。また、ブロック219は、ROM211と、RAM212とを有する。ROM211は、CPU203が実行するプログラムを記憶する記憶デバイスである。RAM212は、プログラム実行のワークエリアやデータバッファとして用いられる記憶デバイスである。
ブロック220は、記録ヘッド214と、モータドライバ216とを有する。記録ヘッド214は、各吐出口に設けられたヒーターを加熱することで液体滴を吐出する。モータドライバ216は、モータ114,116を駆動するキャリッジ駆動モータドライバである。また、記録ヘッド214の電源ラインと、モータドライバ216の電源ラインとのそれぞれには、電源ユニット201からの電源の供給を切断できるように、それぞれスイッチ213とスイッチ215とが設けられている。
一次巻線TR-1のダイオードブリッジB1と接続されていない一端はスイッチQ1および抵抗器R1を介して接地されている。ピーク電流検出部307は、スイッチQ1と抵抗器R1との接続点のピーク電流値を検出して出力する。電力計算部308は、ピーク電流検出部307からの出力と、PWM制御ブロック305が制御するスイッチQ1のONとOFFとの周期とに基づいて、一次巻線TR-1から送り出している電力の電力値を検知し、電圧値(電力値に比例した電圧値)として出力する。ピーク検出部309は、入力の電力情報の過去1秒間のピーク値を検出する。具体的には、ピーク検出部309は、電力計算部308から出力されてきた電圧値に基づいて、その電圧値の過去1秒間のピーク値を検出して出力する。ピーク電流検出部307と電力計算部308とピーク検出部309とから電力検知部102を構成する。比較器304は、ピーク検出部309から出力された電圧値のピーク値と、あらかじめ設定された電圧閾値Vthとを比較する第1の比較部である。スイッチSWは、比較器304における比較処理の結果に基づいて、第1の基準電圧である基準電圧Vref1と第2の基準電圧である基準電圧Vref2とのいずれか一方を選択する。具体的には、ピーク検出部309が出力した電力値のピーク値が電圧閾値Vthを超えると、スイッチSWは基準電圧Vref1を選択する。また、ピーク検出部309が出力した電力値のピーク値が電圧閾値以下(Vth以下)となると、スイッチSWは基準電圧Vref2を選択する。この基準電圧Vref1および基準電圧Vref2は、電源ユニット201が出力する基準電圧値であって、それらの電圧値に出力が設定された電圧源を用いて発生するものである。スイッチSWの切り替えによって、画像記録装置の状態を、省電力状態と通常状態との間で切り替えることができる。
出力電圧検出部301は、補助巻線TR-3の出力電圧に基づく値を算出する。具体的には、補助巻線TR-3と二次巻線TR-2との巻数比と、補助巻線TR-3の出力電圧の電圧値とに基づいて、二次巻線TR-2の出力電圧の電圧値を算出する。これは、補助巻線TR-3の出力電圧は、二次巻線TR-2の出力電圧が補助巻線TR-3と二次巻線TR-2との巻数比に応じて変換された値になるためである。具体的には、二次巻線TR-2の出力電圧がV2であり、補助巻線TR-3と二次巻線TR-2との巻数比が1:2である場合、補助巻線TR-3の出力電圧V3は、V2×(1/2)となる。出力電圧検出部301は、この関係に基づいて、二次巻線TR-2の出力電圧の電圧値を算出する。誤差アンプ303は、スイッチSWが選択した基準電圧と、出力電圧検出部301が算出した電圧値との差分を増幅して出力する。比較器302は、誤差アンプ303の出力と、スイッチQ1と抵抗器R1との接続点の電圧値とを比較する第2の比較部である。比較器302は、比較の結果をPWM制御ブロック305へ出力する。PWM制御ブロック305は、比較器302から出力されてきた比較処理の結果に基づいて、二次側への電力供給を制御する。具体的には、PWM制御ブロック305は、一次巻線TR-1へのエネルギーの蓄積および二次巻線TR-2および補助巻線TR-3へのエネルギーの放出のタイミングを制御し、PWM制御におけるデューティを制御する。なお、出力電圧検出部301は、補助巻線TR-3の出力電圧に基づく値として、二次巻線TR-2の出力電圧の電圧値を算出したが、この形態に限定されない。例えば、出力電圧検出部301は、補助巻線TR-3の出力電圧に基づく値として、単に、補助巻線TR-3の出力電圧を特定しても良い。そして、誤差アンプ303は、スイッチSWが選択した基準電圧と、出力電圧検出部301が特定した補助巻線TR-3の出力電圧との差分を増幅して出力しても良い。この場合、基準電圧等の値は、補助巻線TR-3の出力電圧が二次巻線TR-2の出力電圧に変換されないことが考慮されたものになる。
時間t1からt2にかけて、二次巻線TR-2および補助巻線TR-3には負の電圧が現れ、二次巻線TR-2と接続されたダイオードD1および補助巻線TR-3と接続されたダイオードD2によって、二次巻線TR-2および補助巻線TR-3には電流は流れない。また、出力電圧検出部301は入力が高インピーダンスであるため、電流が流れ込むことはない。
続いて、時間t2にスイッチQ1のゲート電圧の信号レベルがLowとなると、二次巻線TR-2および補助巻線TR-3の電圧極性が反転し、トランスに蓄積されたエネルギーがダイオードD1およびダイオードD2それぞれを経由してコンデンサC2およびコンデンサC3それぞれを充電する。この期間においては、
二次巻線TR-2=出力電圧+ダイオードD1の順方向電圧
となり、ダイオードD1に流れる電流の減少とともに、二次巻線TR-2にかかる電圧は下降していく。時間t3で、エネルギーの放出が終了すると、ダイオードD1およびダイオードD2には電流が流れなくなるため、二次巻線TR-2にかかる電圧の値と出力電圧であるコンデンサC2にかかる電圧の値とが等しくなる。二次巻線TR-2にかかる電圧と補助巻線TR-3にかかる電圧とはそれらの巻線比の比例電圧であるため、出力電圧検出部301は、補助巻線TR-3の電圧の値から出力電圧の値を検出することができる。出力電圧検出部301は、時間t3の時点で補助巻線TR-3の電圧の値から出力電圧の値を推定して出力する。
出力電圧検出部301の出力と、基準電圧である基準電圧Vref1と基準電圧Vref2とからスイッチSWが選択した基準電圧との差分が、誤差アンプ303で増幅され、比較器302に入力される。比較器302は、誤差アンプ303からの出力と、抵抗器R1のスイッチQ1と接続されている一端の電圧値とを比較する。比較器302は、それらが互いに等しい場合、所定の一致信号を出力する。PWM制御ブロック305は、比較器302から一致信号が出力されてくると、スイッチSWをOFFに設定するために信号レベルがLowである電圧を出力する。この一致信号は、PWM制御ブロック305と比較器302との双方で、比較器302における比較の結果が互いに等しいものであることを認識できる信号であれば良く、そのフォーマット等については規定しない。このような動作により、出力電圧検出部301の出力の値と基準電圧Vref1とが互いに等しくなるようにフィードバック動作が行われ、出力電圧が安定化される。また、基準電圧Vref1の設定によって、出力電圧を設定することができる。
E=(1/2)×L×Ipeak 2
となる。ここで、Lは、トランスのインダクタンスであり、Ipeakはトランスに流れるのこぎり歯状の電流のピーク値である。したがって、このエネルギーが単位時間に送られた回数に基づいて出力電力が算出される。電力計算部308は、ピーク電流検出部307が検出したピーク電流情報とPWM制御ブロック305が制御するスイッチQ1のスイッチングの周期情報とに基づいて、電源装置が出力している電力を算出し、電圧を示す値として出力する。電力計算部308から出力された電圧値は、ピーク検出部309に入力される。ピーク検出部309は、電力計算部308から出力されてきた電圧値に基づいて、その電圧値のピーク値を検出して出力する。ピーク検出部309は、例えば、過去1秒間のピーク値を検出して出力する。ピーク検出部309から出力されたピーク値は、比較器304で電圧閾値Vthと比較される。電圧閾値Vthは、その電圧値に出力が設定された電圧源を用いて発生するものである。
これにより送り出し電力の値が過去1秒間にわたり2W以下である場合、ピーク検出部309の出力は2W以下となるため、比較器304から出力される信号のレベルはLowとなり、スイッチSWが基準電圧Vref2を選択し、出力電圧は8.5Vとなる。同様の比較および選択に基づいて、送り出し電力の値が3Wを超えると、出力電圧は32Vとなる。こうすることで、1次側からの送り出し電力の値がおよそ2.5Wよりも大きいか否かを、画像記録装置が待機状態か否かの判断基準として出力電圧を切り替えることができる。すなわち、1次側からの送り出し電力の値が2W以下の場合は画像記録装置が待機状態であると判断して出力電圧を8.5Vに下げ、装置としての消費電力を削減することができる。
続いて、急激な負荷の軽減に電源ユニット201およびDCDCコンバーター218が応答して安定状態になるまでの時間ウェイトする(ステップS3)。ここでは、1秒間ウェイトする。すると、2W以下となった電圧に応じた消費電力の状態が1秒間経過したことになり、比較器304における電源内部のピーク検出部309の出力と電圧閾値Vthとの比較の結果を示す信号のレベルがLowとなる。その結果、スイッチSWが、基準電圧Vref2を選択し、出力電圧が8.5Vになる。このようにして、画像記録装置は、待機状態への移行が完了する(ステップS4)。
続いて、電源ユニット201およびDCDCコンバーター218が応答して安定状態になるまでの時間ウェイトする(ステップS13)。ここでは、1秒間ウェイトする。すると、3Wを超えた電圧に応じた消費電力の状態が1秒間経過したことになり、比較器304における電源内部のピーク検出部309の出力と電圧閾値Vthとの比較の結果を示す信号のレベルがHighとなる。その結果、スイッチSWが、基準電圧Vref1を選択し、出力電圧が32Vになる。
続いて、CPU203はGPIO208を介してスイッチ213,215をONとし、記録ヘッド214およびモータドライバ216を駆動可能な状態とする(ステップS14)。このようにして、画像記録装置は、待機状態から通常状態への復帰(移行)が完了する(ステップS15)。ステップS15の処理が完了した後、記録ヘッド214やモータドライバ216の駆動を開始することで、電源が通常状態に確実に復帰した後に記録ヘッド214やモータドライバ216の駆動を開始できる。
まず、特許文献1に記載された絶縁型スイッチング電源装置は、絶縁型スイッチング電源装置が電源を供給している装置の状態を、その供給電力を制御するスイッチングの周期に基づいて判定している。例えば、スイッチングの周期が所定値以上であれば、装置が省電力状態であると判定する。また、スイッチングの周期には限度があるため、出力電圧をさらに下げるためには、そのスイッチングのON-OFF駆動を間欠的に実行し、間欠的に実行されているか否かに基づいて、装置の状態を判定する。スイッチングのON-OFF駆動が間欠的に実行されている場合、装置が省電力状態であると判定する。しかしながら、例えば、消費電力が減少し、一旦、間欠駆動が開始されると、省電力状態であると判定され、省電力状態ではないと判定されることはない。間欠駆動が開始された後にさらに消費電力が減ると、スイッチングの周期は50usで変わらずに、間欠の間隔(歯抜けの期間)が長くなる。つまり、間欠動作で周期50usであるという点で変化がないため、判定のポイントを設定することができない。
一方で、本発明においては上述したように、供給電力に基づいて、装置が省電力状態であるか通常状態であるかを判定する。そのため、特許文献1に記載された電源装置と比較して本発明の電源装置は、電力が供給される装置が省電力状態であると判定する電力の設定可能範囲が広い。
102 電力検知部
302,304 比較器
Claims (19)
- 一次側と二次側とを有する電源装置であって、
前記一次側に設けられた第1の巻線と、
前記二次側に設けられた第2の巻線と、
前記一次側に設けられ、前記第2の巻線に供給される電圧に対応する電圧が供給される第3の巻線と、
前記第1の巻線から送り出している電力の電力値を検知して、該電力値に応じた電圧値のピーク値を検知する電力検知部と、
前記電力検知部が検知した電圧値のピーク値と、あらかじめ設定された電圧閾値とを比較する第1の比較部と、
前記第1の比較部における比較の結果に基づいて、第1の基準電圧と第2の基準電圧とのいずれか一方を選択するスイッチと、
前記スイッチが選択した前記第1の基準電圧または前記第2の基準電圧と前記第3の巻線の出力電圧の電圧値に基づく値との差分と、前記第1の巻線の一端に一端が接続される第2のスイッチの他端である所定の接続点の電圧値とを比較する第2の比較部と、
前記電力検知部が検知した電力値に応じた電圧値と、あらかじめ設定された保護閾値とを比較する第3の比較部と、
前記第2の比較部における比較の結果と前記第3の比較部における比較の結果とに基づいて、前記二次側への電力供給を制御する制御部とを有する電源装置。 - 請求項1に記載の電源装置において、
前記第1の比較部は、前記電圧閾値についてヒステリシス特性を持つ電源装置。 - 請求項1または請求項2に記載の電源装置において、
前記第3の巻線の出力電圧の電圧値に基づく値は、前記第3の巻線と前記第2の巻線との巻数比と、前記第3の巻線の出力電圧の電圧値とに基づいて算出される値である電源装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の電源装置において、
前記第1の比較部は、前記電力検知部が検知した電圧値のピーク値が前記電圧閾値を超えると、前記第1の基準電圧を選択し、前記電力検知部が検知した電圧値のピーク値が前記電圧閾値以下となると、前記第1の基準電圧よりも小さな値である前記第2の基準電圧を選択する電源装置。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の電源装置において、
前記スイッチは、前記電力検知部が検知した電圧値のピーク値が、前記電圧閾値以下である状態から、前記電圧閾値を超える状態となった場合、所定のタイミングを経過してから、前記第1の比較部における結果に基づいて、前記第1の基準電圧と前記第2の基準電圧とのいずれか一方を選択する電源装置。 - 請求項1から5のいずれ1項に記載の電源装置において、
前記二次側への電力の供給の制御は、前記第1の巻線へのエネルギーの蓄積および前記第2の巻線へのエネルギーの放出のタイミングの制御である電源装置。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の電源装置において、
前記電源装置は、交流電源を直流電源へ変換する絶縁型の装置である電源装置。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載の電源装置において、
前記電力検知部、前記第1の比較部、前記スイッチ、前記第2の比較部、および前記制御部は、前記一次側に設けられる電源装置。 - 画像記録装置であって、
媒体へ記録を行う記録ヘッドと、
前記記録ヘッドへ電力を供給し、一次側と二次側とを有する電源装置とを有し、
前記電源装置は、
前記一次側に設けられた第1の巻線と、
前記二次側に設けられた第2の巻線と、
前記一次側に設けられ、前記第2の巻線に供給される電圧に対応する電圧が供給される第3の巻線と、
前記第1の巻線から送り出している電力の電力値を検知して、該電力値に応じた電圧値のピーク値を検知する電力検知部と、
前記電力検知部が検知した電圧値のピーク値と、あらかじめ設定された電圧閾値とを比較する第1の比較部と、
前記第1の比較部における比較の結果に基づいて、第1の基準電圧と第2の基準電圧とのいずれか一方を選択するスイッチと、
前記スイッチが選択した前記第1の基準電圧または前記第2の基準電圧と前記第3の巻線の出力電圧の電圧値に基づく値との差分と、前記第1の巻線の一端に一端が接続される第2のスイッチの他端である所定の接続点の電圧値とを比較する第2の比較部と、
前記電力検知部が検知した電力値に応じた電圧値と、あらかじめ設定された保護閾値とを比較する第3の比較部と、
前記第2の比較部における比較の結果と前記第3の比較部における比較の結果とに基づいて、前記二次側への電力供給を制御する制御部とを有する画像記録装置。 - 請求項9に記載の画像記録装置において、
当該画像記録装置の外部とのインタフェースを持つ外部I/F部を有し、
前記制御部と前記外部I/F部とを第1のブロックに含み、前記記録ヘッド、前記記録ヘッドを搭載したキャリッジを移動させるキャリッジ駆動モータと、前記媒体を搬送する搬送ローラを駆動する搬送モータとを第2のブロックに含み、
前記第1のブロックは、前記第2のブロックよりも低い電圧で動作可能なブロックである画像記録装置。 - 請求項9または請求項10に記載の画像記録装置において、
前記スイッチは、前記電力検知部が検知した電圧値のピーク値が、前記電圧閾値以下である状態から、前記電圧閾値を超える状態となった場合、所定のタイミングを経過してから、前記第1の比較部における結果に基づいて、前記第1の基準電圧と前記第2の基準電圧とのいずれか一方を選択する画像記録装置。 - 請求項9から11のいずれか1項に記載の画像記録装置において、
前記記録ヘッドを搭載したキャリッジを移動させるキャリッジ駆動モータをさらに有し、
前記制御部は、前記記録ヘッドと、前記媒体を搬送する搬送ローラを駆動する搬送モータと、前記キャリッジ駆動モータとを制御する画像記録装置。 - 請求項9から12のいずれか1項に記載の画像記録装置において、
前記第1の比較部は、前記電圧閾値についてヒステリシス特性を持つ画像記録装置。 - 請求項9から13のいずれか1項に記載の画像記録装置において、
前記第3の巻線の出力電圧の電圧値に基づく値は、前記第3の巻線と前記第2の巻線との巻数比と、前記第3の巻線の出力電圧の電圧値とに基づいて算出される値である画像記録装置。 - 請求項9から14のいずれか1項に記載の画像記録装置において、
前記第1の比較部は、前記電力検知部が検知した電圧値のピーク値が前記電圧閾値を超えると、前記第1の基準電圧を選択し、前記電力検知部が検知した電圧値のピーク値が前記電圧閾値以下となると、前記第1の基準電圧よりも小さな値である前記第2の基準電圧を選択する画像記録装置。 - 請求項9から15のいずれ1項に記載の画像記録装置において、
前記二次側への電力の供給の制御は、前記第1の巻線へのエネルギーの蓄積および前記第2の巻線へのエネルギーの放出のタイミングの制御である画像記録装置。 - 請求項9から16のいずれか1項に記載の画像記録装置において、
前記電源装置は、交流電源を直流電源へ変換する絶縁型の装置である画像記録装置。 - 請求項9から17のいずれか1項に記載の画像記録装置において、
前記電力検知部、前記第1の比較部、前記スイッチ、前記第2の比較部、および前記制御部は、前記一次側に設けられる画像記録装置。 - 一次側と二次側とを有する電源装置における電力供給を制御する方法であって、
前記一次側に設けられた第1の巻線から送り出している電力の電力値を検知して、該電力値に応じた電圧値のピーク値を検知する処理と、
前記検知した電圧値のピーク値と、あらかじめ設定された電圧閾値とを第1の比較部により比較する第1の比較処理と、
前記第1の比較処理における比較の結果に基づいて、第1の基準電圧と第2の基準電圧とのいずれか一方を選択する処理と、
前記選択した前記第1の基準電圧または前記第2の基準電圧と、前記一次側に設けられ、前記二次側に設けられた第2の巻線に供給される電圧に対応する電圧が供給される第3の巻線の出力電圧の電圧値に基づく値との差分と、前記第1の巻線の一端に一端が接続される第2のスイッチの他端である所定の接続点の電圧値とを第2の比較部により比較する第2の比較処理と、
前記検知した電力値に応じた電圧値と、あらかじめ設定された保護閾値とを比較する第3の比較処理と、
前記第2の比較処理における比較の結果と前記第3の比較処理における比較の結果とに基づいて、前記二次側への電力供給を制御する処理とを行う方法。
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