JP7374617B2 - 電源装置および画像記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置および画像記録装置に関する。

近年、トランスを用いて交流電源を直流電源へ変換する絶縁型の電源装置において、例えば、特許文献１に記載されているような、二次側へ出力すべき電圧を一次側の動作状態に基づいて判定する技術が考えられている。

特許第６２１３０８７号公報

特許文献１に記載された技術においては、一次側の一次巻線への蓄電と一次巻線からの放電とをスイッチングする周期や、そのスイッチング周期が間欠駆動になっているかどうかに基づいて、二次側へ出力する電圧を制御している。そのため、二次側へ出力すべき電圧の判定を行うための基準が限定されてしまい、装置への必要な供給電力に応じた出力電圧を判定することが困難となってしまうという問題点がある。

本発明の目的は、上述したような、装置への必要な供給電力に応じた出力電圧を判定することが困難となってしまうという課題を解決する電源装置および画像記録装置を提供することにある。

本発明の電源装置は、
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。

本発明によれば、装置への必要な供給電力に応じた出力電圧を判定することができる。

本発明の画像記録装置の外観の一例を示す図である。 本発明の画像記録装置の電気系統の一例を示すブロック図である。 電源ユニットの内部構成の一例を示すブロック図である。 スイッチの制御の一例を説明するためのタイムチャートである。 比較器における電圧閾値についてヒステリシス特性を示す図である。 待機状態へ移行する際の制御を説明するためのフローチャートである。 通常状態へ復帰する際の制御を説明するためのフローチャートである。 電源ユニットの内部構成の他の例を示すブロック図である。

以下に、本発明について図面を参照して説明する。以下では、本発明を適用する電源装置を有する装置として、インクジェット方式によって印刷を行う画像記録装置を例に挙げて説明する。なお、画像記録装置が利用する記録方式は、インクジェット方式に限定されず、電子写真方式や熱昇華方式等であっても良い。また、本発明を適用する電源装置を有する装置は画像記録装置に限定されず、電源装置により自身に電力を供給する装置であれば良い。図１は、本発明の画像記録装置の外観の一例を示す図である。本発明の画像記録装置は図１に示すように、記録ヘッド１０８と、インクタンク１２３と、キャリッジ１１９と、ＣＲモータ１１４と、伝達機構１２０と、給紙機構１２１と、搬送ローラ１２２と、紙搬送モータ１１６とを有する。記録ヘッド１０８は、液体を吐出して記録を行う。記録ヘッド１０８は、例えば、インクジェット方式に従ってインクを吐出するものであっても良い。インクタンク１２３は、記録ヘッド１０８にインクを供給するためのインクの貯蔵タンクである。記録ヘッド１０８および色別の複数のインクタンク１２３は、キャリッジ１１９に搭載されている。キャリッジ１１９は、キャリッジ駆動モータであるＣＲモータ１１４によって発生する駆動力が伝達機構１２０を用いて伝えられ、図１中、矢印Ａ方向に往復移動する。給紙機構１２１は、給紙された用紙Ｐを記録時に記録位置まで搬送する。その記録位置において、記録ヘッド１０８を走査させて、記録ヘッド１０８から用紙Ｐに記録用の液体を吐出させて記録を行う。搬送ローラ１２２は、記録媒体である用紙Ｐを搬送する。紙搬送モータ１１６は、搬送ローラ１２２を駆動する搬送モータである。記録ヘッド１０８の走査と走査との間で、用紙Ｐは搬送される。ＣＲモータ１１４や紙搬送モータ１１６の駆動、記録データの制御、記録データの記録ヘッド１０８への転送制御などは後述のＣＰＵの制御によって実行される。

図２は、本発明の画像記録装置の電気系統の一例を示すブロック図である。本発明の画像記録装置は図２に示すように、電源ユニット２０１と、ＤＣＤＣコンバーター２１８と、ブロック２１９，２２０とを有する。電源ユニット２０１は、商用交流電源を直流電源へ変換する絶縁型の電源装置である。電源ユニット２０１が変換した直流電源は、画像記録装置内部へ供給される。電源ユニット２０１の出力電圧は、通常時は３２Ｖであり、待機状態では８．５Ｖである。ＤＣＤＣコンバーター２１８は、ブロック２１９へ、電源電圧である３．３Ｖおよび１．１Ｖを供給する。一般的にＤＣＤＣコンバーターの変換効率は、入出力電位差が小さいほど高い。すなわち、画像記録装置が待機状態である時には電源ユニット２０１からの出力電圧を８．５Ｖに下げることで、ＤＣＤＣコンバーター２１８の変換効率を向上させ、待機状態での画像記録装置の消費電力を低減させている。
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。

図３は、図２に示した電源ユニット２０１の内部構成の一例を示すブロック図である。図３において、一次巻線ＴＲ－１と二次巻線ＴＲ－２の間の二重線に対して左側が、電源ユニット２０１の一次側であり、二重線に対して右側が、電源ユニット２０１の二次側である。ここで、一次側とは、商用電源に接続し二次側とは絶縁されている回路を示し、二次側とは、商用電源に直接接続しておらず、一次側とは絶縁されている回路を示す。図３に示すように、商用電源から供給される電流は、図２に示した電源ユニット２０１に設けられたダイオードブリッジＢ１で整流され、コンデンサＣ１を充電する。この電圧は、ＰＷＭ制御ブロック３０５の制御によるスイッチＱ１のスイッチングによって数十ｋＨｚの周波数（周期）でスイッチングされる。また、電源ユニット２０１にはトランスが具備され、一次側には一次巻線ＴＲ－１と補助巻線ＴＲ－３とが設けられており、二次側には二次巻線ＴＲ－２が設けられている。補助巻線ＴＲ－３は、二次巻線ＴＲ－２との巻数比が所定の値である。本実施形態では具体的には、補助巻線ＴＲ－３は、二次巻線ＴＲ－２との巻数比が１：２となっている。スイッチＱ１がＯＮとなっている期間に、一次巻線ＴＲ－１にエネルギーが蓄積され、スイッチＱ１がＯＦＦとなっている期間に、二次巻線ＴＲ－２および補助巻線ＴＲ－３にエネルギーが放出される。このとき、ＰＷＭ制御ブロック３０５は、スイッチＱ１をＯＮとする時間幅（デューティ）を制御することで、エネルギーの蓄積量を制御し、二次側の出力電圧の安定化を図る。ＰＷＭ制御ブロック３０５とスイッチＱ１とで、タイミング制御部１０１を構成する。ＯＳＣ３０６は、ＰＷＭ制御ブロック３０５へ所定の周波数のクロックを供給する発振器である。
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。

以下に、図３に示した電源装置におけるスイッチング動作について説明する。図４は、図３に示したスイッチＱ１の制御の一例を説明するためのタイムチャートである。スイッチＱ１は、ＰＷＭ制御ブロック３０５から出力されてきたゲート電圧の信号レベルがＨｉｇｈのときＯＮとなり、ゲート電圧の信号レベルがＬｏｗのときＯＦＦとなるスイッチである。時間ｔ１にスイッチＱ１のゲート電圧の信号レベルがＨｉｇｈとなると、一次巻線ＴＲ－１に電流が流れる。すると、トランスにエネルギーが蓄積される。一次巻線ＴＲ－１に流れる電流は、時間ｔ２でスイッチＱ１のゲート電圧の信号レベルがＬｏｗとなるまで徐々に増加し、抵抗器Ｒ１にはのこぎり歯状の電流が流れ、図４に示すように、抵抗器Ｒ１のスイッチＱ１と接続されている一端には電流に比例した電圧波形が現れる。
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。

さらに、本発明においては、図３に示したように一次側の基準電圧となる閾値を２つ設け、それらを切り替えることで出力電圧の切り替えを実現する。電源装置から電源が供給される装置（例えば、図２に示した画像記録装置）が待機状態であることを一次側で検出して、検出した結果に基づいて基準電圧を切り替えることにより、二次側からのフォトカプラ等によるフィードバック用素子なしに出力電圧の切り替えを実現する。このとき、電源装置から電源が供給される装置が待機状態であるかどうかの判断に、一次側（一次巻線）から送り出している電力の量を用いる。出力電圧を切り替える目的は、待機電力の削減である。

以下、基準電圧である基準電圧Ｖｒｅｆ１と基準電圧Ｖｒｅｆ２との切り替えについて説明する。本形態においては、基準電圧Ｖｒｅｆ１を３２Ｖとし、基準電圧Ｖｒｅｆ２を８．５Ｖとする。この値は、画像記録装置が通常動作状態である場合、電源装置の出力電圧を３２Ｖとし、画像記録装置が待機状態である場合は、電源装置の出力電圧を８．５Ｖとするためである。電力計算部３０８は、一次巻線ＴＲ－１から送り出している電力量に対応する電圧を算出するブロックである。トランスに蓄積されるエネルギーＥは、
Ｅ＝（１／２）×Ｌ×Ｉ_peak ²
となる。ここで、Ｌは、トランスのインダクタンスであり、Ｉ_peak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。

図５は、図３に示した比較器３０４における電圧閾値についてヒステリシス特性を示す図である。図３に示した比較器３０４は、ヒステリシス特性を持たせた比較器である。本形態においては、電圧閾値Ｖｔｈを２．５Ｗ相当の電圧とし、ヒステリシス幅を０．５Ｗとする。そのため、ピーク検出部３０９から出力されたピーク値に相当する電力値が３Ｗを超えると比較器３０４はＨｉｇｈレベルの信号を出力し、ピーク検出部３０９から出力されたピーク値に相当する電力値が比較器３０４は２Ｗを下回るとＬｏｗレベルの信号を出力する。

比較器３０４の出力はスイッチＳＷと接続され、スイッチＳＷは、比較器３０４から出力された信号のレベルがＨｉｇｈである場合、基準電圧Ｖｒｅｆ１（出力は３２Ｖ）を選択する。一方、スイッチＳＷは、比較器３０４から出力された信号のレベルがＬｏｗである場合、基準電圧Ｖｒｅｆ２（８．５Ｖ）を選択する。
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。

以下に、比較器３０４にヒステリシス特性を設けている理由を説明する。画像記録装置が待機状態へ遷移する時、また待機状態から通常状態へ復帰する時にＣＰＵ２０３は動作している。ＣＰＵ２０３が行う処理には、周期的に行う処理がある。この処理は、画像記録装置の状態を一定周期で監視する処理や、外部Ｉ／Ｆ部２０６の状態を監視する処理などである。このような周期的な処理に合わせて消費電力が変動する。比較器３０４にヒステリシス特性を設けず、Ｖｔｈ＝（２．５Ｗ相当の電圧値）とした場合、遷移の途中で消費電力に応じた電圧値が２．５Ｗ相当の電圧値付近になった時に比較器３０４の出力がＣＰＵ２０３の消費変動の影響を受けてしまう。具体的には、比較器３０４から出力される信号のレベルがＨｉｇｈ→Ｌｏｗ→Ｈｉｇｈ→Ｌｏｗというように不安定になる。そこで、２つの閾値を具備するヒステリシス特性を設けることで、このような不安定な動作を回避できる。

ところで、画像記録装置が待機状態から通常状態へ移行して、記録ヘッドの準備動作（予備的な吐出）を行ったり、印刷用紙を印字位置まで搬送したりするには、電源の出力電圧が通常状態（本実施例では３２Ｖ）になっている必要がある。これを確実にするための制御について、以下に説明する。

図６は、画像記録装置が通常状態から待機状態へ移行する際の制御の一例を説明するためのフローチャートである。印刷が一定期間行われない等、画像記録装置内部で待機状態へ移行する条件を満たすと、待機状態へ移行する処理が開始される（ステップＳ１）。まず、画像記録装置が具備する構成要素が省電力状態に設定される（ステップＳ２）。例えば、ブロック２２０に含まれる記録ヘッド２１４、モータドライバ２１６およびモータ１１４，１１６は駆動されていないため、ＣＰＵ２０３は、ＧＰＩＯ２０８を介してスイッチ２１３，２１５をＯＦＦにして、記録ヘッド２１４およびモータドライバ２１６への電源供給を停止する。また、ブロック２１９に含まれるクロックジェネレータ２０４が出力しているクロックをブロック単位で停止または周波数の低減を行う。また、ＲＡＭ２１２へのアクセスを制限して、ＲＡＭ２１２をセルフリフレッシュ状態とする。このような処理によって、画像記録装置の消費電力が下がり、消費電力に応じた電圧値が２Ｗ相当の電圧値以下になる。
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）。

図７は、画像記録装置が待機状態から通常状態へ復帰する際の制御の一例を説明するためのフローチャートである。画像記録装置が待機状態である場合に外部Ｉ／Ｆ部２０６が所定の信号を受け取り、通常状態へ復帰する条件を満たすと、待機状態から通常状態へ復帰（移行）する処理が開始される（ステップＳ１１）。まず、ＣＰＵ２０３は、クロックジェネレータ２０４を制御し、クロックジェネレータ２０４から各構成要素へのクロックの供給を通常状態とする（ステップＳ１２）。具体的には、例えば、待機状態においてブロック単位でクロック供給の停止または供給しているクロックの周波数の低減を行っている各構成要素へのクロック供給を元に戻す。これにより、ＳＯＣ２０２の消費電力が増加し、電源ユニット２０１からの供給電力に応じた出力電圧が３Ｗ相当の電圧値を超える。
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。

以上説明したように、電源を構成し、かつ待機状態への移行シーケンスの制御、待機状態から通常状態へ復帰するシーケンスを構成する。これにより、フォトカプラなどのフィードバック用素子を設けずに待機時の電源出力電圧を下げることができ、待機時の消費電力を削減することができる。

図８は、図２に示した電源ユニット２０１の内部構成の他の例を示すブロック図である。本例は、電力計算部３０８からの出力を電圧値切り替え機能と過電流保護機能とに兼用するものである。図８に示す構成においては、図３に示した構成に比較器３１０を追加した構成となっている。比較器３１０は、電圧形式で電力計算部３０８から出力された電圧値と、あらかじめ設定された保護閾値Ｖｏｃｐとを比較する第３の比較部である。保護閾値Ｖｏｃｐ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。比較器３１０は、電圧形式で電力計算部３０８から出力された電圧値が、あらかじめ設定された保護閾値Ｖｏｃｐ以下である場合、出力する信号のレベルをＨｉｇｈとする。一方、比較器３１０は、電圧形式で電力計算部３０８から出力された電圧値が、あらかじめ設定された保護閾値Ｖｏｃｐを超えるものである場合、出力する信号のレベルをＬｏｗとする。ＰＷＭ制御ブロック３０５は、比較器３１０における比較処理の結果に基づいて、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へのエネルギーの放出のタイミングを制御する。具体的には、比較器３１０における比較の結果が、電圧形式で電力計算部３０８から出力された電圧値が保護閾値Ｖｏｃｐを超えるものである場合、ＰＷＭ制御ブロック３０５は、Ｌｏｗレベルの信号をラッチする。ＰＷＭ制御ブロック３０５は、Ｌｏｗレベルの信号をラッチしている間は、スイッチＱ１に対して出力する信号のレベルをＬｏｗとし、スイッチＱ１を用いたスイッチング動作を行わない。一方、比較器３１０における比較が、電圧形式で電力計算部３０８から出力された電圧値が保護閾値Ｖｏｃｐ以下である場合、ＰＷＭ制御ブロック３０５は、スイッチＱ１に対してレベルがＨｉｇｈとなる信号を出力する。これにより、過電流保護が実現できる。ＡＣ電源から切断されない限り記憶は保持され、出力は停止される。このようにして、出力の電力が所定値を超えた時に出力を停止させることができる。ここで出力電圧は一定であるため、電流値が所定値を超えた時に停止することとなる。すなわち、過電流保護動作を実現できる。例えば、３２Ｖの出力時に出力９６Ｗで比較器３１０が動作するように保護閾値Ｖｏｃｐを設定しておく。９６Ｗ÷３２Ｖ＝３Ａとなり、３Ａの過電流保護機能が実現できる。このように、簡単な回路の追加で過電流保護機能を実現できる。

以下に、本発明と引用文献１に記載された先行技術との差異について説明する。
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。

なお、本発明の電源装置である電源ユニット２０１を画像記録装置へ搭載した例を挙げて説明したが、電力を用いて動作する他の装置（例えば、通信装置や情報処理装置等）に本発明の電源装置を搭載しても良いことは言うまでもない。

印刷装置（プリンタ）やＴＶなどの待機状態の比率が高い装置の待機電力削減に利用可能である。

１０１ タイミング制御部
１０２ 電力検知部
３０２，３０４ 比較器

Claims (19)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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。
16. 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。
17. 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。
18. 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。
19. 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。

Images