JP2016224337A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
実施例1では、電源装置を備える電子機器として、画像形成装置を用いて説明する。図1は、本実施例の電源装置及び画像形成装置の電力供給システムの主要部分の全体構成を示した図である。商用電源である交流電源1の交流電圧は、画像形成装置100に供給される。交流電源1は、電源装置である低電圧電源101に入力される。低電圧電源101は、整流部102と、3.3Vを出力する第一の電源である直流電源103と、24Vを出力する第二の電源である直流電源104と、直流電源103の出力電流を検出するための検出手段である電流検出部108とを有している。整流部102は、全波整流回路と一次平滑コンデンサを含み、交流電源1から入力された交流電圧を整流、平滑し、一次直流電圧105を出力する。直流電源103は、整流部102から入力された一次直流電圧105から、3.3Vの出力電圧106を生成する。直流電源104は、整流部102から入力された一次直流電圧105から、24Vの出力電圧107を生成する。
次に画像形成装置の構成を説明する。図2は、本実施例の画像形成装置100の概要を説明する図である。給紙カセット601に積載された記録紙619は、ピックアップローラ602によって給紙カセット601から搬送路上に給紙され、給紙ローラ603によってレジストレーションローラ604に向けて搬送される。更に記録紙619は、レジストレーションローラ604によって所定のタイミングでプロセスカートリッジ605へ搬送される。記録紙619を搬送する際には、モータやソレノイド等のアクチュエータ109が動作する。
次に、低電圧電源101の構成を説明する。図3は、低電圧電源101の構成を説明する図である。本実施例では、フライバック型電源と、電流共振型電源の例を説明する。尚、図1で説明した構成と同じ構成には同じ符号を付している。整流部102は、全波整流回路2と一次平滑コンデンサ3を有している。また、直流電源103は、フライバック型のスイッチング電源、直流電源104は電流共振型のスイッチング電源で構成されている。尚、直流電源103が電流共振型、直流電源104がフライバック型のスイッチング電源であってもよく、本実施例は、どのような型の電源であってもよい。
直流電源103は、直列に配置された絶縁トランス31とMOS−FETのスイッチング素子32(以下、FET32という)が、一次平滑コンデンサ3の両端と並列に接続される。絶縁トランス31は、一次巻線31aと二次巻線31bを有している。FET32は、制御回路30から制御端子に入力された信号によって、オン又はオフの制御が行われる。絶縁トランス31の二次巻線31bには、ダイオード33と平滑コンデンサ34とからなる整流平滑回路が接続されている。この整流平滑回路は、絶縁トランス31の二次巻線31bに誘起された電圧(オン/オフ制御されたパルス電圧)を半波整流し平滑して、出力電圧106を出力する。
一次平滑コンデンサ3の両端には、MOS−FETのスイッチング素子8、9(以下、FET8、FET9という)の直列回路が接続されている。FET8の制御端子には、制御回路7から信号VQ1gsが入力され、FET9の制御端子には、制御回路7から信号VQ2gsが入力される。FET9には、絶縁トランス11が並列に接続されている。絶縁トランス11の一次巻線11aは、励磁インダクタンス12とリーケージインダクタンス13で等価的に表され、リーケージインダクタンス13と電流共振コンデンサ14により直列共振回路が構成されている。また、電圧共振コンデンサ10がFET9に並列に接続されている。
直流電源104のオン又はオフについて説明する。直流電源104のオン又はオフは、制御部110のCPU111によりON/OFF信号115の状態を変更することで、制御回路7のON端子の入力レベルを制御している。制御回路7は、ON端子がハイレベルになるとオン状態となり、FET8、9のスイッチング動作を行い、ON端子がローレベルになるとオフ状態となり、FET8、9のスイッチング動作を停止させる。
ここで、直流電源103の出力端子に構成された電流検出部108について説明する。電流検出部108は、電流検出抵抗42と、オペアンプ43、抵抗44、45、コンデンサ46を有する非反転増幅回路で構成されている。直流電源103の出力端子から出力された電流は、CPU111や、外部接続回路112、画像コントローラ113に供給され、出力端子47のGND1ラインを経由し、電流検出抵抗42を介して絶縁トランス31の二次巻線31bへと帰還する。電流検出抵抗42の両端(GND1−GND2)は、帰還した電流により、「GND1>GND2」の電位差を生じ、生じた電位差は帰還電流が大きいほど大きくなる。また、オペアンプ43の基準電圧はGND2に接続されており、オペアンプ43の出力電圧は、非反転入力端子電圧に対し、抵抗44、45の比率により増幅された電圧となる。
Vi=((R44+R45)/R44)×Io×R42・・・(1)
この電流検出部108の出力電圧Viは、オペアンプ43の出力端子からCPU111のAD入力端子に検出結果114として出力される。CPU111は、予め設定された電圧(以下、冷却閾値(所定値)と記す)と、電流検出部108の出力電圧Viとを比較し、直流電源104の動作状態(ON/OFF)や、冷却ファン630の駆動に用いる直流電源116の出力電圧を決定する。
稼働状態の出力電圧Vi>冷却閾値>待機状態の出力電圧Vi
となる。このようにして、CPU111は、冷却ファン630が停止している状態であっても、直流電源104の温度上昇が定格温度以下となるように制御している。
待機状態の出力電圧Vi>冷却閾値
という状態になる。このような状態では、FET32やダイオード33等の半導体素子の温度が瞬時に上昇する。よって、冷却ファン630によって直流電源103を即座に冷却する必要がある。
冷却ファン630の駆動電圧について、図4、図5を用いて説明する。図4は、冷却ファン630の駆動電圧の設定方法を説明する図である。図5は、冷却ファン630の駆動電圧の設定に関わる各部の状態を説明する図である。図5(a)は、電流検出部108の出力電圧Viと画像形成装置100の動作状態を示し、冷却閾値を破線で示す。図5(b)は、直流電源104のオン又はオフの状態(ON/OFFと図示)と画像形成装置100の動作状態を示す。図5(c)は、直流電源116から出力される冷却ファン630の駆動電圧と画像形成装置100の動作状態を示す。図5(d)は、設定信号119と画像形成装置100の動作状態を示す。横軸はいずれも時間を示す。
次に各部の詳細動作について、図5も交えて説明する。まず、画像形成装置100の稼働状態では、画像形成動作に必要なアクチュエータ109等を駆動する必要がある。そのため、図5(b)に示すように、CPU111は、直流電源104をオン状態とする。更にこの状態では、アクチュエータ109等を駆動していること、図5(a)に示す電流検出部108の出力電圧Viは、所定値より大きい、即ち「Vi>冷却閾値」の関係を満たすことから、直流電源104及び直流電源103の冷却が必要となる。そのため、CPU111は、図5(d)に示すように、設定信号119をハイレベル(Hiと図示)とする。これにより、電圧設定部118のデジタルトランジスタ71はオン状態となり、直流電源116のトランジスタ74のベース端子には、24V電源を抵抗72と抵抗73で分圧した電圧が入力され、トランジスタ74をオンさせるために必要なベース電流が流れる。これにより、トランジスタ74はオン状態となる。設定信号119がハイレベルである間、トランジスタ74はオン状態を保持する。よって、図5(c)に示すように、コイル76とコンデンサ78からなる平滑回路を経由した直流電源116の出力は24Vとなり、冷却ファン630の駆動電圧として、冷却ファン630に供給される。24Vの駆動電圧が供給された冷却ファン630は、冷却ファン630が回転可能な回転速度の中で最大の回転速度(以下、全速と記す)で回転する。
図6に、本実施例の画像形成装置100の状態遷移図を示す。尚、図6の状態遷移は、後述する実施例2、実施例3にも適用される。本実施例では、上述してきたように、稼働状態、複数の外部デバイスが接続されていない待機状態(複数外部デバイス未接続状態と図示)、複数の外部デバイスが接続された待機状態の3つの状態が存在する。そして、状態遷移には次のT1〜T3の3つの遷移があり、現在の状態からいずれの状態へも遷移するようにされている。
T1:待機状態から稼働状態に遷移する。
遷移条件:画像形成に関するデータがホストコンピュータ等から送信される
T2:稼働状態、又は複数の外部デバイスが接続された待機状態から、省エネルギー効果が最も高い複数の外部デバイスが接続されていない待機状態に遷移する。
遷移条件:Vi≦冷却閾値
T3:稼働状態、又は複数の外部デバイスが接続されていない待機状態から、複数の外部デバイスが接続された待機状態に遷移する。
遷移条件:Vi>冷却閾値
図7は実施例2の電源装置である低電圧電源101及び画像形成装置100の電力供給システムの主要部分の全体構成を示したものである。図7において、図1に示した実施例1の回路構成の各部に付した符号と同一符号で示されるものは、同じ機能を有する構成要素を示している。図7は、実施例1で示した図1に比べると、電圧設定部118と直流電源116が削除され、低電圧電源101に電圧設定部117が追加され、CPU111から電圧設定部117へ出力される駆動電圧設定信号(以下、設定信号という)120が追加されている。また、本実施例では、冷却ファン630は、直流電源104から駆動電圧を供給されることによって回転する。その他は実施例1の構成と同じ構成である。
図8には、図7における電源装置である低電圧電源101の構成を示している。図8において、図3で説明した構成と同じ構成には同じ符号を付し、説明を省略する。図8において、CPU111から出力される設定信号120は、電圧設定部117のFET54のゲート端子に入力される。本実施例では、このFET54のオン/オフ状態によって、直流電源104の出力電圧107の切り替えを実現している。本実施例の電圧設定部117は、シャントレギュレータ19のリファレンス端子に分圧した電圧を入力するための抵抗51、52を含んでいる。本実施例では、直列に接続された抵抗53とFET54が、抵抗52に並列に接続されている。
2.5×(50k+(10.5k//13k))/(10.5k//13k))=24[V]
尚、「10.5k//13k」は、抵抗53と抵抗52が並列に接続されているときの合成抵抗値を表す。
2.5×(50k+13k)/13k=12[V]
本実施例では、以上のようにして、直流電源104の出力電圧107の切り替え、待機状態における冷却ファン630の駆動電圧を変更している。
図9は、本実施例の冷却ファン630の駆動電圧の設定に関わる各部の状態を説明する図であり、図9(a)は図5(a)に、図9(b)は図5(b)にそれぞれ対応している。図9(c)は、直流電源104の出力電圧107、即ち、本実施例の冷却ファン630の駆動電圧を示す。図9(d)は、CPU111から電圧設定部117に出力される設定信号120を示す。以下、図7、図8、図9を参照して本実施例の電源装置及び電力供給システムについて具体的に説明する。尚、本実施例において、実施例1と異なるのは、複数の外部デバイスが接続された待機状態の動作のみである。よって、その他の実施例1と同様の構成、動作については説明を省略し、複数の外部デバイスが接続された待機状態の動作について説明する。また、画像形成装置100が稼働状態のとき、CPU111からハイレベルのON/OFF信号115が出力され、直流電源104はオン状態となっており、かつ、CPU111からハイレベルの設定信号120が出力され、出力電圧107は24Vとなっている。更に、画像形成装置100の待機状態では、CPU111はローレベルの設定信号120を出力しているが、ローレベルのON/OFF信号115が出力されており、直流電源104はオフ状態となっている。
図10(a)は実施例3の電源装置である低電圧電源101及び画像形成装置100の電力供給システムの主要部分の全体構成を示したものである。図10(a)において、図1及び図7に示した回路構成の各部に付した符号と同一符号で示されるものは、同じ機能を有する構成要素を示しており、重複する説明は省略する。図10(a)は、実施例2で示した図7に比べると、外部接続回路112への電力供給の構成が変更されている。具体的には、直流電源103の出力電圧106と外部接続回路112の間にダイオード121が接続されている。ダイオード121は、アノード端子が電流検出部108に接続され、カソード端子が外部接続回路112に接続されている。また、図10(a)では、図7に比べると、直流電源104が外部接続回路112に接続されている。直流電源104と外部接続回路112の間には、直列に配置されたスイッチ124とダイオード122が接続されている。また、スイッチ124には、CPU111からスイッチ124をオン又はオフするための制御信号125が入力されている。ダイオード122は、カソード端子が外部接続回路112に接続され、アノード端子がスイッチ124の一端に接続されている。スイッチ124の他端は、直流電源104に接続されている。このように、本実施例では、外部接続回路112は、直流電源103と直流電源104のどちらからでも電力供給が可能な状態となっている。尚、ダイオード121及びダイオード122と接続される外部接続回路112の電力供給ラインに、符号123を付している。
図10(b)は、図10(a)における外部接続回路112への電力供給の回路構成を示している。図10(b)には、図10(a)のスイッチ124の詳細な回路図を示している。本実施例では、FET201のオン又はオフにより、スイッチ124のスイッチ動作を実現している。スイッチ124は、FET201、抵抗203、204、コンデンサ202を有している。FET201は、ソース端子に直流電源104が接続され、ドレイン端子にダイオード122のアノード端子が接続されている。また、FET201のソース端子とゲート端子の間には抵抗203が接続されている。FET201のソース端子とゲート端子の間にはコンデンサ202も接続されている。FET201のゲート端子には、抵抗204を介してCPU111から制御信号125が入力されている。
図11は、本実施例における外部接続回路112の電力供給ライン123の設定に関する各部の状態を説明する図である。図11(a)は図9(a)に対応し、図11(c)は図9(c)に対応しているため、説明を省略する。図11(b)は、電力供給ライン123に供給される電圧を示し、図11(d)は、CPU111の制御信号125の状態を示している。本実施例において、実施例2と同様の構成、動作については説明を省略し、異なる動作についてのみ説明する。
2.5×(50k+50k)/50k=5[V]
2.5×(50k+(50k//6.5k))/(50k//6.5k))=24[V]
ここで、「50k//6.5k」は、並列に接続された抵抗52と抵抗53の合成抵抗値を示す。
104 直流電源
108 電流検出回路
111 CPU
630 冷却ファン
Claims (10)
- 第一の負荷に電力を供給する第一の電源と、
第二の負荷に電力を供給する第二の電源と、
前記第一の電源及び前記第二の電源が動作している第一の状態と、前記第一の電源が動作し、前記第二の電源が停止している第二の状態とで動作することが可能な画像形成装置であって、
少なくとも前記第一の電源を冷却する冷却手段と、
前記第一の電源から供給される電流を検出する検出手段と、
前記第二の状態において、前記検出手段の検出結果に基づいて前記冷却手段の動作を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記第二の状態において前記検出手段の検出結果が所定値を超えた場合に、前記第一の状態における前記冷却手段の回転速度である第一の速度よりも小さい回転速度である第二の速度で、前記冷却手段を回転させることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記冷却手段に電力を供給する第三の電源を備え、
前記制御手段は、前記第一の状態では前記冷却手段が前記第一の速度で回転するように前記第三の電源の電圧を設定し、前記第二の状態で前記冷却手段を回転させる場合には前記冷却手段が前記第二の速度で回転するように前記第三の電源の電圧を設定することを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。 - 前記第二の電源は、前記冷却手段に電力を供給し、
前記制御手段は、前記第一の状態では前記冷却手段が前記第一の速度で回転するように前記第二の電源の電圧を設定し、前記第二の状態で前記冷却手段を回転させる場合には、前記第二の電源を動作させ、前記冷却手段が前記第二の速度で回転するように前記第二の電源の電圧を設定することを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。 - 外部デバイスが接続される接続部を備え、
前記接続部は、前記第一の電源の電力を前記外部デバイスに供給することを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記第二の状態において前記検出手段の検出結果が所定値を超えた場合であっても、前記冷却手段を回転させないことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記第二の状態において前記検出手段の検出結果が前記所定値を超えた場合に、前記第一の状態における前記第二の電源の出力電圧よりも低い出力電圧で、前記第二の電源を動作させることを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
- 外部デバイスが接続される接続部を備え、
前記接続部は、前記第一の状態においては前記第一の電源の電力を前記外部デバイスに供給し、前記第二の状態において前記検出手段の検出結果が前記所定値を超えた場合には前記第二の電源の電力を前記外部デバイスに供給することを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。 - 前記制御手段は、前記第二の状態において前記検出手段の検出結果が前記所定値以下の場合には、前記冷却手段の回転を停止させることを特徴とする請求項2から請求項8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記冷却手段は、前記第二の電源からの電力に基づき動作し、
前記制御手段は、前記第二の状態において、前記検出手段の検出結果に基づき、前記第二の電源を動作するように制御して、前記第二の電源から前記冷却手段に電力を供給することを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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