JP2018126037A - 電源装置および電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】突入電流を制限する電流制限素子を有する電源装置における消費電力をさらに削減すること。
【解決手段】電源装置はＡＣ／ＤＣコンバータと複数のＤＣ／ＤＣコンバータを有している。第一ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０の出力電力は第二ＤＣ／ＤＣコンバータ２８０の出力電力よりも少ない。ＡＣ／ＤＣコンバータは突入電流を電流制限素子２６１により低減する低減回路２６０を有している。前記電流制限素子と並列にバイパス素子２６２が接続されている。前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータには前記バイパス素子を駆動する駆動信号を生成する駆動回路が設けられている。スイッチ素子２９１は前記電流制限素子での消費電力が前記バイパス素子の駆動電力を超える状態では前記バイパス素子に駆動信号を供給し、前記電流制限素子での消費電力が前記バイパス素子の駆動電力を超えない状態では前記バイパス素子に駆動信号を供給しない。
【選択図】図３

Description

本発明は、突入電流を制限する電流制限素子を有した電源装置および電気機器に関する。

電源装置はトランスの一次側に平滑用のコンデンサを有しているが、このコンデンサに商用電源から大きな突入電流が流れる可能性がある。そこで、突入電流を制限するために電流制限抵抗が設けられる。電流制限抵抗によって突入電流が低減されるが、商用電源が電源装置に接続されている限りにおいて電流制限抵抗は常に電力を消費してしまう。そこで、特許文献１によれば、電流制限抵抗であるサーミスタと並列にバイパス素子であるトライアックを設けることが提案されている。突入電流が発生しない期間においては電流がサーミスタを迂回してトライアックを流れるため、電力消費が削減される。

特開平４−３７２５８０号公報

ところで、画像形成装置などの電気機器は消費電力の異なる複数の動作モードを有しているが、動作モードに応じて負荷に流れる電流は異なる。そのため、電源装置は、負荷に流れる電流が少ないときに電源効率の良いコンバータと、負荷に流れる電流が多いときに電源効率の良いコンバータとを有してもよい。このような複数のコンバータはそれぞれ突入電流を低減する低減回路を必要とするため、その低減回路として特許文献１に記載された低減回路が採用されることがある。しかし、特許文献１は、電流制限抵抗により消費される電力が、バイパス素子を駆動するために必要となる電力よりも多いことを前提としている。したがって、電流制限抵抗により消費される電力が、バイパス素子を駆動するために必要となる電力よりも少なければ、消費電力の削減効果が生じない。そこで、本発明は、突入電流を制限する電流制限素子を有する電源装置における消費電力をさらに削減することを目的とする。

本発明によれば、たとえば、
第一整流回路と第一平滑回路とを有し、交流電圧を直流電圧に変換する第一ＡＣ／ＤＣコンバータと、
トランスを用いて前記第一ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧のレベルを変換する第一ＤＣ／ＤＣコンバータと、
第二整流回路と第二平滑回路とを有し、交流電圧を直流電圧に変換する第二ＡＣ／ＤＣコンバータと、
前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータよりも出力電力が大きく、かつ、前記第二ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧のレベルを変換する第二ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第二ＡＣ／ＤＣコンバータに設けられ、電流制限素子と、当該電流制限素子と並列接続されたバイパス素子とを有し、前記第二ＡＣ／ＤＣコンバータに交流電源からの電力が供給るときに前記第二平滑回路に流れ込もうとする突入電流を前記電流制限素子により低減する低減回路と、
前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータに設けられ、前記バイパス素子を駆動する駆動信号を生成する駆動回路と、
前記電流制限素子で消費される電力が前記バイパス素子を駆動させるために必要となる電力を超える状態では、前記バイパス素子に前記駆動信号を供給し、前記電流制限素子で消費される電力が前記バイパス素子を駆動させるために必要となる電力を超えない状態では、前記バイパス素子に前記駆動信号を供給しない第一スイッチ素子と
を有することを特徴とする電源装置を提供する。

本発明によれば、突入電流を制限する電流制限素子を有する電源装置における消費電力がさらに削減される。

画像形成装置を示す概略断面図 画像形成装置の電源系統を示す図 電源装置の詳細を示す回路図 動作モードとリモート信号との関係を示す図 画像形成装置の電源系統を示す図 電源装置の詳細を示す回路図

＜実施例１＞
●画像形成装置
図１は電源装置から電力を供給されて動作する電気機器の一例である画像形成装置１００を示す。画像形成装置１００は原稿読取装置１２０とプリンタ部１４０とを有する複写機である。なお、原稿読取装置１２０は省略されてもよい。プリンタ部１４０は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーを用いてそれぞれトナー画像を形成する四つの像形成ステーションを有している。参照番号の末尾に付与されたｙ、ｍ、ｃ、ｋの文字はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックを意味している。この色を示す文字は、四つのステーションに共通する事項が説明される際には、省略される。感光体ドラム１０１は静電潜像やトナー画像を担持する像担持体である。作像装置１０２は感光体ドラム１０１の表面を一様の電位となるように帯電させる帯電器と、トナーを静電潜像に付着させて現像してトナー画像を生成する現像器とを有している。露光装置１０３は、一様に帯電した感光体ドラム１０１の表面に光Ｅを照射して静電潜像を形成する。一次転写器１０４は、感光体ドラム１０１に担持されているトナー画像を中間転写体１０５に転写する。中間転写体１０５は無端状のベルトであり、駆動ローラ１０６によって駆動されて回転する。中間転写体１０５上にはそれぞれ異なる色のトナー画像が重畳的に転写され、多色画像が形成される。中間転写体１０５はトナー画像を二次転写部に搬送する。

給紙カセット１０８はシートＰを収容する収容庫である。ピックアップローラ１０９はシートＰをピックアップして搬送路へ送り出す。搬送ローラ１１０、１１３はシートＰをさらに下流側に搬送する。レジストローラ１１１は、トナー画像が二次転写部に到着するタイミングと、シートＰが二次転写部に到着するタイミングとを調整して、シートＰを二次転写部に供給する。

二次転写部は、中間転写体１０５と二次転写ローラ１０７とによって構成されている。二次転写ローラ１０７は、中間転写体１０５とともにシートＰを挟持しながら搬送することで、中間転写体１０５が担持しているトナー画像をシートＰに転写する。定着器１１２は、トナー画像とシートＰとに熱と圧力を加え、トナー画像をシートＰ上に定着させる。排紙ローラ１１４は、シートＰを排出する。

操作部１１５は、操作者に対して情報を表示する表示装置と、操作者により入力される情報を受け付ける入力装置とを有している。電源スイッチ１１６は、画像形成装置１００の動作の開始や停止を指示するためのスイッチである。演算回路１３０は、画像形成装置１００の全体を制御するＣＰＵなどを含む。電源装置１５０は、商用電源から供給された交流電圧を直流電圧に変換し、各種の負荷に供給する。負荷は、たとえば、演算回路１３０、モータ、センサー、高圧電源などである。高圧電源は帯電電圧を帯電器に供給したり、現像電圧を現像器に供給したり、一次転写電圧を一次転写器１０４に供給したり、二次転写ローラ１０７に二次転写電圧を供給したりする。

●画像形成装置の電力系統
図２が示すように、商用電源２９５から電力の供給を受ける電源装置１５０は、小電力電源２０１と大電力電源２０２とを有している。小電力電源２０１と大電力電源２０２はそれぞれＡＣ／ＤＣコンバータとその後段に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータとを有している。画像形成装置１００は複数の動作モードを有しているが、複数の動作モードはそれぞれ必要とする電力が異なることがある。小電力の動作モードで電源効率が高くなる単独の電源だけでは、大電力の動作モードにおいて電源効率が低下する。一方で、大電力の動作モードで電源効率が高くなる単独の電源だけでは、小電力の動作モードにおいて電源効率が低下する。そこで、大電力の動作モードでは大電力電源２０２に電力を供給させ、小電力の動作モードでは大電力電源２０２を停止させることで、電源装置１５０の全体として電源効率が向上する。なお、小電力電源２０１は常時動作していてもよい。小電力電源２０１は演算回路１３０、ロジック回路１３１およびセンサー１３２に電力を供給する電源回路である。ロジック回路１３１は、モータの駆動やセンサーを制御する論理回路の集合体である。センサー１３２は、操作者の操作を検知するためのセンサーであり、たとえば、操作部１１５に設けられている。

ダイオードブリッジ２１０は、商用電源２９５から供給された交流を整流する整流回路である。平滑コンデンサ２３０は、ダイオードブリッジ２１０から出力される電圧を平滑する平滑回路である。このようにダイオードブリッジ２１０と平滑コンデンサ２３０はＡＣ／ＤＣコンバータを形成している。パワーサーミスタ２２０は、ダイオードブリッジ２１０と平滑コンデンサ２３０との間に設けられ、突入電流を制限する電流制限素子である。平滑コンデンサ２３０の後段に絶縁タイプ(トランスを使用)の小電力コンバータ２４０が接続されている。小電力コンバータ２４０はＤＣ／ＤＣコンバータである。小電力コンバータ２４０の出力電圧は演算回路１３０、ロジック回路１３１およびセンサー１３２に供給される。これらは負荷の一例に過ぎない。

大電力電源２０２は、駆動回路１３３、高圧電源１３４および露光装置１０３などに電力を供給する電源回路である。ダイオードブリッジ２５０は、商用電源２９５から供給された交流を整流する整流回路である。平滑コンデンサ２７０は、ダイオードブリッジ２５０から出力される電圧（脈流）を平滑する平滑回路である。このようにダイオードブリッジ２５０と平滑コンデンサ２７０はＡＣ／ＤＣコンバータを形成している。低減回路２６０は、ダイオードブリッジ２５０と平滑コンデンサ２７０との間に設けられ、突入電流を制限する電流制限素子を含む回路である。平滑コンデンサ２７０の後段には絶縁タイプの大電力コンバータ２８０が接続されている。大電力コンバータ２８０はＤＣ／ＤＣコンバータである。大電力コンバータ２８０の出力電圧は、駆動回路１３３、高圧電源１３４、露光装置１０３等に供給される。駆動回路１３３は、搬送ローラ１１０を駆動するモータやピックアップローラ１０９を駆動するソレノイドなどを駆動する回路である。高圧電源１３４は作像装置１０２や一次転写器１０４、二次転写ローラ１０７に印加する高電圧を生成する電源回路である。これらの負荷は主に画像形成が実行されるときに動作する負荷であり、演算回路１３０などと比較して多くの電力を必要とする。

●画像形成装置の動作モード
（１）ＯＦＦモードは、操作者が電源スイッチ１１６を操作したときに画像形成装置１００が遷移する動作モードである。ＯＦＦモードでは、画像形成装置１００が備える様々な機能のうちほとんどの機能が停止し、演算回路１３０などの最小限の機能にだけ電力が供給される。

（２）スリープモードは、画像形成装置１００において画像が形成されない時間が所定時間を超えると、消費電力を削減するために画像形成装置１００が遷移する動作モードである。なお、操作部１１５を通じてスリープモードへの遷移が操作者により指示されてもよい。画像形成装置１００がスリープモードに遷移すると、操作者がジョブの実行を指示してからジョブが開始されるまでの時間が比較的に長くなる。スリープモードから画像形成を実行可能なモードに遷移する際に、画像形成装置１００は、準備処理を実行する。たとえば、画像形成装置１００は、トナー画像の濃度調整などを実行したり、搬送路にシートＰが残量しているかどうかをチェックしたりする。そのため、ジョブが開始されるまでの待ち時間が長くなる。

（３）スタンバイモードは、操作者がジョブの実行を指示してからジョブが開始されるまでの時間が比較的に短い動作モードである。スタンバイモードでは、すぐに画像形成を開始できるようにするために、スリープモードと比較して多くの機能に電力が供給される。つまり、スタンバイモードの消費電力は、スリープモードの消費電力よりも多い。ただし、スタンバイモードでの消費電力は、以下で説明されるジョブモードの消費電力よりは少ない。
（４）ジョブモードは、プリント、スキャン、コピーなどのジョブが実行される動作モードである。ジョブモードの消費電力は他のモードの消費電力よりも多い。

小電力電源２０１は、電源装置１５０が商用電源に接続されているときは常時動作している。一方、大電力電源２０２は、演算回路１３０から出力される制御信号に基づき、動作したり、停止したりする。

●コンバータの回路構成
図３は小電力コンバータ２４０と大電力コンバータ２８０とを説明する図である。小電力電源２０１では、平滑コンデンサ２３０が充電されると、平滑コンデンサ２３０の両端電圧はＶａとなる。平滑コンデンサ２３０が充電されている間は、突入電流がパワーサーミスタ２２０により低減される。第一制御回路２４１は電圧Ｖａを供給されることで動作を開始する。

小電力コンバータ２４０の第一制御回路２４１が動作を開始すると、第一制御回路２４１はＦＥＴ２４２のゲート端子にスイッチング信号を出力する。スイッチング信号によりＦＥＴ２４２はスイッチングを行い、トランス２４３の一次巻線２４３ａへの電圧印加がオンオフされる。トランス２４３は、一次巻線２４３ａへの電圧印加がオンオフされると、二次巻線２４３ｂ、補助巻線２４３ｃ、補助巻線２４３ｄにそれぞれ巻数比に比例した交流電圧を発生する。補助巻線２４３ｃに発生した交流電圧はダイオード２４６で整流され、さらにコンデンサ２４７で平滑されて、直流の電圧Ｖｂに変換される。つまり、補助巻線２４３ｃ、ダイオード２４６およびコンデンサ２４７は電圧Ｖｂを生成する電源回路２１２を形成している。第一制御回路２４１に電源回路２１２からの電圧Ｖｂが供給されると、第一制御回路２４１は、平滑コンデンサ２３０からの電力供給を遮断する。なお、第一制御回路２４１内の電圧Ｖａに直列なラインに設けられている不図示の半導体スイッチをＯＦＦすることで平滑コンデンサ２３０からの電力供給が遮断される。つまり、第一制御回路２４１は、動作に使用する電圧の供給を電圧Ｖａから電圧Ｖｂに切り替え、動作を継続する。なお、電圧Ｖｂはスイッチ素子２９０を介して第二制御回路２８１にも供給される。なお、電圧Ｖａと電圧Ｖｂとが乖離している場合、電圧Ｖａを電圧Ｖｂに降圧する降圧回路が設けられる。

補助巻線２４３ｄに発生した交流電圧はダイオード２４８で整流され、さらに、平滑コンデンサ２４９で平滑され、直流の電圧Ｖｃに変換される。電圧Ｖｃはスイッチ素子２９１を介してサイリスタ２６２に供給される。つまり、補助巻線２４３ｄ、ダイオード２４８および平滑コンデンサ２４９は、サイリスタ２６２を駆動するための電圧Ｖｃを生成する電源回路２１１を形成している。

二次巻線２４３ｂに発生した交流電圧はダイオード２４４で整流され、コンデンサ２４５で平滑され、所定の直流電圧に変換される。所定の直流電圧は負荷である演算回路１３０、ロジック回路１３１およびセンサー１３２に供給される。演算回路１３０は小電力コンバータ２４０から供給される電圧で動作する。演算回路１３０は、画像形成装置１００の動作モードに応じた第一リモート信号Ｓｉｇ１と第二リモート信号Ｓｉｇ２を出力する。

図４（Ａ）が示すように、画像形成装置１００がＯＦＦモードまたはスリープモードに遷移すると、演算回路１３０は第一リモート信号Ｓｉｇ１と第二リモート信号Ｓｉｇ２をオフに設定する。第一リモート信号Ｓｉｇ１がオンからオフに切り替わると、スイッチ素子２９１は導通から非導通に切り替わる。スイッチ素子２９１が導通から非導通に切り替わると、サイリスタ２６２も導通から非導通に切り替わる。つまり、低減回路２６０において、電流はサイリスタ２６２に代えて抵抗２６１を通過するようになる。第二リモート信号Ｓｉｇ２がオンからオフに切り替わると、スイッチ素子２９０が導通から非導通に切り替わる。これにより、大電力コンバータ２８０の第二制御回路２８１が電源を失い、動作を停止する。このように動作モードがＯＦＦモードまたはスリープモードであるときに、大電力コンバータ２８０も動作を停止する。これにより、スタンバイモードやジョブモードに比べて画像形成装置１００の消費電力が大幅に削減される。なお、大電力コンバータ２８０が停止すると、抵抗２６１で消費される電力は、サイリスタ２６２を導通させるために必要となる電力よりも少なくなる。よって、ＯＦＦモードやスリープモードではサイリスタ２６２のゲートに印加される第一リモート信号Ｓｉｇ１がオンからオフに切り替えられる。

図４（Ａ）が示すように、画像形成装置１００がスタンバイモードに遷移すると、演算回路１３０は第一リモート信号Ｓｉｇ１をオフに設定し、第二リモート信号Ｓｉｇ２をオンに設定する。第一リモート信号Ｓｉｇ１がオンからオフになると、スイッチ素子２９１は導通から非導通に切り替わる。これにより、サイリスタ２６２が導通から非導通に切り替わる。第二リモート信号Ｓｉｇ２がオンのときに、スイッチ素子２９０は導通する。つまり、電圧Ｖｂが大電力コンバータ２８０の第二制御回路２８１に供給され、第二制御回路２８１が動作を開始する。第二制御回路２８１はスイッチング素子であるＦＥＴ２８２およびＦＥＴ２８３を駆動し、トランス２８４の一次巻線２８４ａに交流電圧を印加する。なお、ＦＥＴ２８２およびＦＥＴ２８３、トランス２８４、コンデンサ２８５、ダイオード２８６およびダイオード２８７は、ＬＬＣ電流共振タイプの電源回路を形成している。二次巻線２８４ｂ、２８４ｃに発生した交流電圧はダイオード２８６およびダイオード２８７で整流され、コンデンサ２８８で平滑される。大電力コンバータ２８０が生成した直流電圧は、負荷である駆動回路１３３、高圧電源１３４、露光装置１０３などに供給される。このように動作モードがスタンバイモードのときに、大電力コンバータ２８０は動作して、出力電圧を負荷に供給する。負荷に電流が流れることで、トランス２８４の一次側にも電流が流れるが、この電流はサイリスタ２６２に代えて、電流制限素子である抵抗２６１を通過する。ただし、スタンバイモードにおいて負荷に流れる電流はジョブモードにおいて負荷に流れる電流よりも少ない。そのため、スタンバイモードにおいて一次側に流れる電流はジョブモードにおいて一次側に流れる電流よりも少ない。しかも、スタンバイモードにおいて抵抗２６１で消費される電力は、サイリスタ２６２を導通させるために必要となる電力よりも少ない。よって、サイリスタ２６２に電力を供給せずに、抵抗２６１に一次側の電流を通過させることで、低減回路２６０における電力損失が減少する。

図４（Ａ）が示すように、動作モードがジョブモードであるときに、演算回路１３０は第一リモート信号Ｓｉｇ１をオンに設定し、第二リモート信号Ｓｉｇ２をオンに設定する。第一リモート信号Ｓｉｇ１がオンになると、スイッチ素子２９１が導通する。これにより、電圧Ｖｃがサイリスタ２６２に供給され、サイリスタ２６２が導通する。サイリスタ２６２の導通抵抗は抵抗２６１の抵抗値よりもずっと小さいため、電流がサイリスタ２６２を通過する。第二リモート信号Ｓｉｇ２がオンになると、スイッチ素子２９０が導通する。これにより電圧Ｖｂが第二制御回路２８１に供給される。第二制御回路２８１は大電力コンバータ２８０が所定の直流電圧を負荷に出力するように駆動信号をＦＥＴ２８２とＦＥＴ２８３にそれぞれ供給する。このように動作モードがジョブモードであるときに、大電力コンバータ２８０は動作して出力電圧を負荷に供給する。大電力コンバータ２８０が負荷へ供給する電力が多くなると、トランス２４３の一次側に流れる電流が増大する。仮に、ジョブモードでの一次側電流が抵抗２６１に流れたとすると、抵抗２６１が消費する電力がサイリスタ２６２を導通させるために必要となる電力を上回ってしまう。そのため、抵抗２６１に代えてサイリスタ２６２に一次側電流を通過させることで、低減回路２６０での電力損失が小さくなる。

抵抗２６１はパワーサーミスタであってもよい。サイリスタ２６２は導通抵抗が抵抗２６１の抵抗値より小さいトライアックでもよいし、リレーであってもよい。低減回路２６０は正の電圧側に設けられているが、負の電圧側に設けられていてもよい。あるいは、低減回路２６０が、商用電源２９５とダイオードブリッジ２５０との間に配置されてもよい。小電力コンバータ２４０と大電力コンバータ２８０のそれぞれのコンバータ方式には制約はなく、図３に示した方式とは異なる方式が採用されてもよい。ダイオードブリッジ２５０と平滑コンデンサ２７０の間に力率改善回路が設けられてもよい。図３において、サイリスタ２６２を導通させる第一リモート信号Ｓｉｇ１と、大電力コンバータ２８０を動作させる第二リモート信号Ｓｉｇ２は、それぞれ独立した信号である。スタンバイモードにおいて抵抗２６１が消費する電力がサイリスタ２６２を導通するために必要となる電力を上回るケースでは、これらが共通信号とされてもよい。つまり、スタンバイモードにおいてサイリスタ２６２が導通することで、低減回路２６０で電力損失が小さくなる。

＜実施例２＞
実施例１では、小電力電源２０１と大電力電源２０２がそれぞれ一次側に整流回路、平滑回路および突入電流の低減回路を有していた。実施例２では、小電力電源２０１と大電力電源２０２が一次側の整流回路、平滑回路および突入電流の低減回路を共有することに一つの特徴がある。また、実施例１と実施例２とでは画像形成装置１００が有する動作モードが異なっている。

図５は実施例２の電源系統を示している。図５において図２と共通する機能には同一の参照符号が付与されており、実施例１における説明が援用される。図５が示すように、小電力電源２０１と大電力電源２０２とが、ダイオードブリッジ２１０、低減回路２６０および平滑コンデンサ２３０を共有している。これにより部品点数が削減され、製造コストが減少する。

実施例２にかかる画像形成装置１００は、すでに説明されたＯＦＦモード、スタンバイモードおよびジョブモードに加え、以下のような複数の動作モードを有している。第一スリープモードは実施例１におけるスリープモードと同様の動作モードである。第二スリープモードは、画像形成装置１００において画像が形成されない時間が所定時間を超えると、消費電力を削減するために画像形成装置１００が遷移する動作モードである点で第一スリープモードと同じである。ただし、第二スリープモードでは、演算回路１３０とそれに接続されるオプション機器で大きな電力が使用される。オプション機器としては、たとえば、ＵＳＢ機器や課金システム、ファクシミリ回路などがある。演算回路１３０はオプション機器を制御するために電力を消費する。つまり、第二スリープモードの消費電力は第一スリープモードの消費電力よりも多い。

図６は実施例２の電源装置１５０を詳細に示している。図６において図３と共通する機能には同一の参照符号が付与されており、実施例１における説明が援用される。商用電源２９５から供給される交流電圧はダイオードブリッジ２１０により全波整流され、平滑コンデンサ２３０を充電する。商用電源２９５から交流電圧の供給が開始された直後においては演算回路１３０が動作を開始していないため、第一リモート信号Ｓｉｇ１はオフであり、スイッチ素子２９１もオフである。したがって、低減回路２６０のサイリスタ２６２には駆動信号が供給されず、非導通となる。その結果、平滑コンデンサ２３０に流れ込もうとする突入電流は抵抗２６１を通過して減少する。平滑された電圧Ｖａにより第一制御回路２４１が動作を開始する。これにより、小電力電源２０１から電力が供給され、演算回路１３０も動作を開始する。

図４（Ｂ）が示すように、演算回路１３０は動作モードに応じて第一リモート信号Ｓｉｇ１と第二リモート信号Ｓｉｇ２を出力する。動作モードがＯＦＦモードまたは第一スリープモードであるときに、演算回路１３０は第一リモート信号Ｓｉｇ１をオフに設定し、第二リモート信号Ｓｉｇ２もオフに設定する。第一リモート信号Ｓｉｇ１がオフであるため、スイッチ素子２９１が非導通となり、サイリスタ２６２が非導通となる。第二リモート信号Ｓｉｇ２もオフであるため、スイッチ素子２９０が非導通となり、第二制御回路２８１は動作を停止する。このようにＯＦＦモードと第一スリープモードのときにはサイリスタ２６２が非導通となり、大電力コンバータ２８０の動作が停止する。これはＯＦＦモードと第一スリープモードにおける消費電力の節約効果をもたらす。

図４（Ｂ）が示すように、動作モードが第二スリープモードであるときに、演算回路１３０は第一リモート信号Ｓｉｇ１をオンに設定し、第二リモート信号Ｓｉｇ２をオフに設定する。第一リモート信号Ｓｉｇ１がオンであるため、スイッチ素子２９１は導通する。つまり、平滑コンデンサ２４９などにより生成された電圧Ｖｃがスイッチ素子２９１を介してサイリスタ２６２に供給され、サイリスタ２６２が導通する。また、第二リモート信号Ｓｉｇ２がオフでるため、スイッチ素子２９０が非導通となる。これにより、コンデンサ２４７などにより生成された電圧Ｖｂが第二制御回路２８１に供給されなくなる。つまり、大電力コンバータ２８０が停止する。これは第二スリープモードにおける消費電力の節約効果をもたらす。このように第二スリープモードにおいて小電力コンバータ２４０は動作しているが、大電力コンバータ２８０は停止する。第二スリープモードでは、第一スリープモードと比較して、通信回路等が動作しているために、より多くの電力を消費する。つまり、抵抗２６１が消費する電力がサイリスタ２６２を導通させために必要となる電力を上回る。よって、演算回路１３０はサイリスタ２６２を導通させることで、抵抗２６１の代わりに電流を流し、低減回路２６０における損失を低減する。

図４（Ｂ）が示すように動作モードがスタンバイモードまたはジョブモードであるときに、演算回路１３０は第一リモート信号Ｓｉｇ１をオンに設定し、第二リモート信号Ｓｉｇ２もオンに設定する。第一リモート信号Ｓｉｇ１がオンであるため、スイッチ素子２９１が導通する。つまり、電圧Ｖｃがサイリスタ２６２のゲートに供給され、サイリスタ２６２が導通する。これにより、電流は抵抗２６１に代えてサイリスタ２６２を通過するようになる。つまり、低減回路２６０における損失が減少する。第二リモート信号Ｓｉｇ２がオンになると、スイッチ素子２９０が導通する。これにより電圧Ｖｂが第二制御回路２８１に供給され、第二制御回路２８１が動作を開始する。つまり、大電力コンバータ２８０が負荷に対して電力の供給を開始する。このようにスタンバイモードやジョブモードでは、大電力コンバータ２８０が動作するため、他の動作モードよりも多くの電流が低減回路２６０を通過することになる。仮にこの電流が抵抗２６１に流れると抵抗２６１が消費する電力がサイリスタ２６２を導通させるために必要となる電力を上回ってしまう。そこで、抵抗２６１に代わってサイリスタ２６２が電流を通過させることで、低減回路２６０における損失が減少する。

＜まとめ＞
図３や図６などに示したように、ダイオードブリッジ２１０は第一整流回路の一例である。平滑コンデンサ２３０は第一平滑回路の一例である。ダイオードブリッジ２１０と平滑コンデンサ２３０は交流電源から供給された交流電圧を直流電圧に変換する第一ＡＣ／ＤＣコンバータを形成している。商用電源２９５は交流電源の一例である。小電力コンバータ２４０はトランス２４３を用いて第一ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧のレベルを変換する第一ＤＣ／ＤＣコンバータの一例である。ダイオードブリッジ２５０は第二整流回路の一例である。平滑コンデンサ２７０は第二平滑回路の一例である。ダイオードブリッジ２５０と平滑コンデンサ２７０は商用電源２９５から供給された交流電圧を直流電圧に変換する第二ＡＣ／ＤＣコンバータの一例である。大電力コンバータ２８０は小電力コンバータ２４０よりも出力電力が大きく、かつ、第二ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧のレベルを変換する第二ＤＣ／ＤＣコンバータの一例である。低減回路２６０は、第二ＡＣ／ＤＣコンバータに設けられ、電流制限素子と、当該電流制限素子と並列接続されバイパス素子とを有する低減回路の一例である。低減回路２６０は、第二ＡＣ／ＤＣコンバータに商用電源２９５からの電力供給されるときに平滑コンデンサ２７０に流れ込もうとする突入電流を電流制限素子により低減する低減回路の一例である。抵抗２６１は電流制限素子の一例である。サイリスタ２６２はバイパス素子の一例である。電源回路２１１は小電力コンバータ２４０に設けられ、サイリスタ２６２を駆動する駆動信号を生成する駆動回路の一例である。スイッチ素子２９１は、抵抗２６１で消費される電力がサイリスタ２６２を駆動させるために必要となる電力を超えるかまたは超えようとする状態では、サイリスタ２６２に駆動信号を供給する第一スイッチ素子の一例である。スイッチ素子２９１は、抵抗２６１で消費される電力がサイリスタ２６２を駆動させるために必要となる電力を超えていない状態（超える可能性がない状態）では、サイリスタ２６２に駆動信号を供給しない。とりわけ、本実施例によれば、バイパス素子であるサイリスタ２６２の駆動信号が、小電力コンバータ２４０内の電源回路２１１により生成される。そのため、突入電流を制限する電流制限素子を有する電源装置１５０における消費電力がさらに削減される。

図３などに示したように、電源回路２１１は、補助巻線２４３ｄやダイオード２４８、平滑コンデンサ２４９により構成されてもよい。補助巻線２４３ｄは小電力コンバータ２４０に設けられたトランス２４３の第一補助巻線の一例である。ダイオード２４８は、補助巻線２４３ｄに発生した交流を整流する整流素子の一例である。平滑コンデンサ２４９は、ダイオード２４８により生成された脈流を平滑する平滑素子の一例である。このような簡単な回路素子によりサイリスタ２６２を駆動することが可能となる。

演算回路１３０は、小電力コンバータ２４０から供給された電力により動作するコントローラの一例である。演算回路１３０は、抵抗２６１で消費される電力がサイリスタ２６２を駆動させるために必要となる電力を超える状況が生じると、スイッチ素子２９１を導通させてサイリスタ２６２に駆動信号を供給する。また、演算回路１３０は、抵抗２６１で消費される電力がサイリスタ２６２を駆動させるために必要となる電力を超える状況が生じていなければ、スイッチ素子２９１を非導通にすることでサイリスタ２６２に駆動信号を供給しない。このように、演算回路１３０は、低減回路２６０での消費電力が少なくなるようにスイッチ素子２９１を切り替える。

図４（Ａ）や図４（Ｂ）などを用いて説明したように、演算回路１３０は、大電力コンバータ２８０の負荷の動作モードに応じてスイッチ素子２９１を制御してもよい。これにより、動作モードに応じて低減回路２６０で消費される電力が削減される。とりわけ、画像形成装置１００は、消費電力の異なる複数の動作モードを有しているため、電源効率の観点から複数のコンバータを有する電源装置１５０を必要とする。また、各コンバータについて突入電流を低減する回路が設けられる。とりわけ、大電力コンバータ２８０の低減回路２６０については小電力コンバータ２４０からサイリスタ２６２の駆動電圧を供給することで、突入電流を低減しつつ、消費電力を削減することが可能となる。

電源回路２１２は、小電力コンバータ２４０に設けられ、トランス２４３の第二補助巻線である補助巻線２４３ｃに発生する交流電圧を整流および平滑して電源電圧を生成する電源回路の一例である。第二制御回路２８１は、大電力コンバータ２８０に設けられ、小電力コンバータ２４０の電源回路から電源電圧を供給されると大電力コンバータ２８０を起動する制御回路の一例である。第二制御回路２８１は、小電力コンバータ２４０の電源回路から電源電圧の供給が遮断されると大電力コンバータ２８０を停止する。スイッチ素子２９０は、演算回路１３０が大電力コンバータ２８０の負荷の動作モードに応じて出力する切替信号に基づき電源回路２１２からの電源電圧を第二制御回路２８１に供給するか供給しないかを切り替える第二スイッチ素子の一例である。図４（Ａ）が示すように、負荷の動作モードがスリープモードおよびスタンバイモードであるときに駆動信号はオフレベルとなる。負荷の動作モードがスリープモードであるときに切替信号はオフレベルとなる。負荷の動作モードがスタンバイモードであるときに切替信号はオンレベルとなる。

パワーサーミスタ２２０は、第一ＡＣ／ＤＣコンバータにおいてダイオードブリッジ２１０と平滑コンデンサ２３０との間に設けられた抵抗素子の一例である。パワーサーミスタ２２０は、商用電源２９５からの電力が第一ＡＣ／ＤＣコンバータに供給されたときに平滑コンデンサ２３０に流れ込もうとする突入電流を低減する。これにより、平滑コンデンサ２３０に流れ込もうとする突入電流が効率よく削減される。とりわけ、小電力コンバータ２４０に接続される負荷が消費する電力は少ないため、パワーサーミスタ２２０で消費される電力も少ない。よって、バイパス素子をパワーサーミスタ２２０に並列接続する必要はない。これにより、バイパス素子やこれを駆動する駆動回路も不要となるため、製造コストが削減される。

図５や図６に示したように、第一ＡＣ／ＤＣコンバータと第二ＡＣ／ＤＣコンバータは同一のＡＣ／ＤＣコンバータであってもよい。このようにＡＣ／ＤＣコンバータを一つにまとめることで、製造コストが削減される。この場合にも低減回路２６０での消費電力が少なくなるようにバイパス素子が有効化されたり、無効化されたりする。

電流制限素子の一例として抵抗素子である抵抗２６１が説明された。しかし、電流制限素子はパワーサーミスタなどであってもよい。バイパス素子の一例として、サイリスタ２６２が説明された。しかし、バイパス素子はトライアックまたはリレーなど、電流制限素子よりも抵抗が小さい状態と抵抗がほぼ無限大となる状態とを切り替え可能な素子であればよい。

電気機器の一例として画像形成装置１００が説明された。しかし、電気機器は、電源装置１５０と、電源装置１５０から電力を供給されて動作する負荷とを有していればよい。演算回路１３０は、ＣＰＵと、ＣＰＵにより実行される制御プログラムを記憶する記憶装置とを有していてもよい。ＣＰＵは、画像形成装置１００の動作モードを監視しており、動作モードに対応した第一リモート信号Ｓｉｇ１と第二リモート信号Ｓｉｇ２とを出力してもよい。また、記憶装置は図４（Ａ）や図４（Ｂ）に示したような動作モードと制御信号と関係を保持したテーブルなどを記憶していてもよい。ＣＰＵは、画像形成装置１００の動作モードが変わるたびにテーブルを参照して、動作モードに対応する制御信号を出力してもよい。

１５０…電源装置、２１１…電源回路、２４０…小電力コンバータ、２６０…低減回路、２８０…大電力コンバータ、２９１…スイッチ素子、２９５…商用電源

Claims (14)

1. 第一整流回路と第一平滑回路とを有し、交流電圧を直流電圧に変換する第一ＡＣ／ＤＣコンバータと、
   トランスを用いて前記第一ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧のレベルを変換する第一ＤＣ／ＤＣコンバータと、
   第二整流回路と第二平滑回路とを有し、交流電圧を直流電圧に変換する第二ＡＣ／ＤＣコンバータと、
   前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータよりも出力電力が大きく、かつ、前記第二ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧のレベルを変換する第二ＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記第二ＡＣ／ＤＣコンバータに設けられ、電流制限素子と、当該電流制限素子と並列接続されたバイパス素子とを有し、前記第二ＡＣ／ＤＣコンバータに交流電源からの電力が供給されるときに前記第二平滑回路に流れ込もうとする突入電流を前記電流制限素子により低減する低減回路と、
   前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータに設けられ、前記バイパス素子を駆動する駆動信号を生成する駆動回路と、
   前記電流制限素子で消費される電力が前記バイパス素子を駆動させるために必要となる電力を超える状態では、前記バイパス素子に前記駆動信号を供給し、前記電流制限素子で消費される電力が前記バイパス素子を駆動させるために必要となる電力を超えない状態では、前記バイパス素子に前記駆動信号を供給しない第一スイッチ素子と
   を有することを特徴とする電源装置。
2. 前記駆動回路は、
   前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータに設けられた前記トランスの第一補助巻線と、
   前記第一補助巻線に発生した交流を整流する整流素子と、
   前記整流素子により生成された脈流を平滑する平滑素子と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータから供給された電力により動作するコントローラをさらに有し、
   前記コントローラは、前記電流制限素子で消費される電力が前記バイパス素子を駆動させるために必要となる電力を超える状態では、前記第一スイッチ素子を導通させて前記バイパス素子に前記駆動信号を供給し、前記電流制限素子で消費される電力が前記バイパス素子を駆動させるために必要となる電力を超えない状態では、前記第一スイッチ素子を非導通にすることで前記バイパス素子に前記駆動信号を供給しないことを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
4. 前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータから供給された電力により動作するコントローラをさらに有し、
   前記コントローラは、前記第二ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷の動作モードに応じて前記第一スイッチ素子を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
5. 前記負荷は画像形成装置であることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
6. 前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータに設けられ、前記トランスの第二補助巻線に発生する交流電圧を整流および平滑して電源電圧を生成する電源回路と、
   前記第二ＤＣ／ＤＣコンバータに設けられ、前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータの前記電源回路から前記電源電圧を供給されると前記第二ＤＣ／ＤＣコンバータを起動し、前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータの前記電源回路から前記電源電圧の供給が遮断されると前記第二ＤＣ／ＤＣコンバータを停止する制御回路と、
   前記コントローラが前記第二ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷の動作モードに応じて出力する切替信号に基づき前記電源回路からの電源電圧を前記制御回路に供給するか供給しないかを切り替える第二スイッチ素子と
   をさらに有することを特徴とする請求項３ないし５のいずれか一項に記載の電源装置。
7. 前記負荷の動作モードがスリープモードおよびスタンバイモードであるときに前記駆動信号はオフレベルとなり、
   前記負荷の動作モードが前記スリープモードであるときに前記切替信号はオフレベルとなり、
   前記負荷の動作モードが前記スタンバイモードであるときに前記切替信号はオンレベルとなることを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
8. 前記第一ＡＣ／ＤＣコンバータは、前記第一整流回路と前記第一平滑回路との間に設けられ、前記交流電源が前記第一ＡＣ／ＤＣコンバータに接続されたときに前記第一平滑回路に流れ込もうとする突入電流を低減する抵抗素子をさらに有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の電源装置。
9. 前記第一ＡＣ／ＤＣコンバータと前記第二ＡＣ／ＤＣコンバータは同一のＡＣ／ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の電源装置。
10. 整流回路と平滑回路とを有し、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、
    トランスを用いて前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧のレベルを変換する第一ＤＣ／ＤＣコンバータと、
    前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータよりも出力電力が大きく、かつ、前記ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧のレベルを変換する第二ＤＣ／ＤＣコンバータと、
    前記ＡＣ／ＤＣコンバータに設けられ、電流制限素子と、当該電流制限素子と並列接続されたバイパス素子とを有し、前記ＡＣ／ＤＣコンバータに交流電源からの電力が供給されるときに前記平滑回路に流れ込もうとする突入電流を前記電流制限素子により低減する低減回路と、
    前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータに設けられ、前記バイパス素子を駆動する駆動信号を生成する駆動回路と、
    前記電流制限素子で消費される電力が前記バイパス素子を駆動させるために必要となる電力を超える状態では前記バイパス素子に前記駆動信号を供給し、前記電流制限素子で消費される電力が前記バイパス素子を駆動させるために必要となる電力を超えない状態では前記バイパス素子に前記駆動信号を供給しないスイッチ素子と
    を有することを特徴とする電源装置。
11. 前記電流制限素子は、抵抗素子またはパワーサーミスタであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の電源装置。
12. 前記バイパス素子は、サイリスタ、トライアックまたはリレーであることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の電源装置。
13. 第一ＤＣ／ＤＣコンバータと、
    前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータよりも出力電力の大きい第二ＤＣ／ＤＣコンバータと、
    交流電源が接続されたときに発生する突入電流を低減する低減回路を備え、前記第二ＤＣ／ＤＣコンバータに直流電圧を供給するＡＣ／ＤＣコンバータと、を有し、
    前記第一ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記低減回路を駆動する電力を生成する電源回路を有していることを特徴とする電源装置。
14. 請求項１ないし１３のいずれか一項に記載された電源装置と、前記電源装置から電力を供給されて動作する負荷とを有する電気機器。