JP2024085623A

JP2024085623A - 電源装置および電子機器

Info

Publication number: JP2024085623A
Application number: JP2022200229A
Authority: JP
Inventors: 展也立川; 敦岡田; 龍馬池本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Filing date: 2022-12-15
Publication date: 2024-06-27

Abstract

【課題】ＤＣＤＣコンバータの内蔵ＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦ速度の高速化に伴う電圧発生によるＤＣＤＣコンバータの入力電源端子の破壊を防ぐ。
【解決手段】商用電源から供給される交流電源を直流電源に変換する電源装置において、直流電圧を降圧する前段の電圧変換部と、前記前段の電圧変換部の後段に設けられ、前記前段の電圧変換部からの出力電圧を更に降圧する後段の電圧変換部と、前記前段の電圧変換部と前記後段の電圧変換部とを制御する電源制御部と、を備え、前記電源制御部は、前記後段の電圧変換部の監視結果に基づいて、前記前段の電圧変換部の出力電圧を低下させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電源装置および電子機器に関する。

複合機、プリンタといった画像形成装置を一例とする電子機器は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＳｏＣ（System on a Chip）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）といった多様なデバイスを搭載しているため、多数種の電源を必要としている。このような電子機器は、消費電力の低減を目的として、ＤＣ（直流）電圧を別のＤＣ（直流）電圧に変換するＤＣＤＣコンバータを複数使用する。

近年、ＤＣＤＣコンバータは、精度向上のために、スイッチング周波数が上昇している。そのため、ＤＣＤＣコンバータは、内蔵ＦＥＴ（Field Effect Transistor）のＯＮ／ＯＦＦ速度が遅いままでは効率が悪くなることから、併せて内蔵ＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦ速度を高速化する傾向にある。ところが、ＤＣＤＣコンバータは、内蔵ＦＥＴの高速なスイッチングにより、電流の高速変動（ｄＩ／ｄｔ）が発生すると、Ｖ＝Ｌ×ｄＩ／ｄｔの式に従い、寄生インダクタンスの影響を受けやすく、意図せぬ電圧が発生しやすくなる。このように寄生インダクタンスの影響を受けて発生する意図せぬ電圧は、ＤＣＤＣコンバータの入力電源端子を破壊させてしまう、という問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＤＣＤＣコンバータの内蔵ＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦ速度の高速化に伴う電圧発生によるＤＣＤＣコンバータの入力電源端子の破壊を防ぐことを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、商用電源から供給される交流電源を直流電源に変換する電源装置において、直流電圧を降圧する前段の電圧変換部と、前記前段の電圧変換部の後段に設けられ、前記前段の電圧変換部からの出力電圧を更に降圧する後段の電圧変換部と、前記前段の電圧変換部と前記後段の電圧変換部とを制御する電源制御部と、を備え、前記電源制御部は、前記後段の電圧変換部の監視結果に基づいて、前記前段の電圧変換部の出力電圧を低下させる、ことを特徴とする。

本発明によれば、ＤＣＤＣコンバータの内蔵ＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦ速度の高速化に伴う電圧発生によるＤＣＤＣコンバータの入力電源端子の破壊を防ぐことができる、という効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態にかかる画像形成装置の構成の一例を示す図である。図２は、画像形成装置が有する電源供給ラインの一例を示す図である。図３は、ＤＣ電源部のハードウェア構成を示す図である。図４は、第二のＤＣＤＣコンバータの動作例を示す説明図である。図５は、閾値電圧値を例示的に示す図である。図６は、電源制御部による出力電圧調整処理の流れを示すフローチャートである。図７は、第２の実施の形態にかかる電源制御部による出力電圧調整処理の流れを示すフローチャートである。図８は、第３の実施の形態にかかるＤＣＤＣコンバータの動作例を示す説明図である。図９は、電源制御部による出力電圧調整処理の流れを示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、電源装置および電子機器の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態にかかる電子機器は、複写機能、プリンタ機能、ファクシミリ機能といった複数の機能を１つの装置で実現させた複合機（ＭＦＰ：Multi-Function Peripheral）と称される画像形成装置１００である。

画像形成装置１００は、操作部が有するアプリケーション切替キーをユーザが操作することで、複写機能、プリンタ機能、ファクシミリ機能等の中から実行する機能を選択する。画像形成装置１００は、複写機能が選択された場合には、複写モードに遷移し、プリンタ機能が選択された場合には、プリンタモードに遷移し、ファクシミリ機能が選択された場合には、ファクシミリモードに遷移する。例えば、画像形成装置１００は、パーソナルコンピュータ等の外部装置から送信される印刷ジョブを受信する。そして、プリンタ機能が選択されてプリンタモードに遷移している場合、外部装置から受信した印刷ジョブに従って印刷処理を実行する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる画像形成装置１００の構成の一例を示す図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、自動原稿送り装置（ＡＤＦ：Auto Document Feeder）１０１と、画像読取装置１０２と、プリンタユニット１０３と、を備える。

ＡＤＦ１０１は、原稿を供給するための原稿給紙トレイ、当該原稿給紙トレイから原稿を取り出すピックアップローラ、原稿給紙トレイから取り出された原稿を１枚ずつ分離して画像読取装置１０２に供給する分離ローラ、画像読取装置１０２により読み取られた原稿が排出される排出トレイ等を有する。

画像読取装置１０２は、ＡＤＦ１０１から供給される原稿が移動するコンタクトガラス、当該コンタクトガラスを通して原稿に光を照射する光源、原稿から反射した光を受光して電気信号に変換する光電変換素子等を有する。画像読取装置１０２は、その他に、複数の反射ミラー、集光レンズ、光電変換素子から出力される電気信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータ等を有する。本実施の形態では、画像読取装置１０２は、原稿から反射した光を電気信号に変換する反射型の装置としたが、原稿を透過した光を電気信号に変換する透過型の装置としても良い。

プリンタユニット１０３は、電子写真方式により用紙に画像を形成する。具体的には、プリンタユニット１０３は、書込みユニット１０４、感光体ドラム１０５、現像ユニット１０６、搬送ベルト１０７、および定着ユニット１０８を有する。書込みユニット１０４は、エンジン制御部２０４（図２参照）から入力される画像データに基づいて、感光体ドラム１０５の表面に対して光を照射して、その表面に静電潜像を形成する。感光体ドラム１０５は、その表面が、帯電器により一様に帯電されているものとする。現像ユニット１０６は、感光体ドラム１０５の表面に形成された静電潜像にトナーを付着させて現像化して、トナー像を形成する。

感光体ドラム１０５の表面に形成されたトナー像は、搬送ベルト１０７により搬送される用紙等の記録媒体に転写される。定着ユニット１０８は、トナー像が転写された用紙に熱および圧力を加えて、トナー像を用紙に定着させる。トナー像が定着された用紙は、排紙トレイに排出される。

ここで、画像形成装置１００において複写機能を実行する場合の動作例について説明する。原稿の束がＡＤＦ１０１の原稿給紙トレイにセットされ、操作部を用いて複写開始の指示が入力されると、原稿給紙トレイにセットされた原稿の束が、ピックアップローラによって取り出され、分離ローラにより分離されて１枚ずつ順に画像読取装置１０２のコンタクトガラス上に搬送される。画像読取装置１０２は、コンタクトガラス上に送られた原稿に光を照射し、原稿で反射した光を、光電変換素子によって電気信号に変換し、当該電気信号をＡ／Ｄコンバータによりデジタルデータに変換して、画像データとして出力する。

画像読取装置１０２から出力される画像データは、エンジン制御部２０４（図２参照）に送られ、シェーディング補正やガンマ補正等の各種画像処理が施され、書込みユニット１０４に画像情報として出力される。書込みユニット１０４は、エンジン制御部２０４（図２参照）から入力される画像データに基づいて、感光体ドラム１０５の表面に光を照射して静電潜像を形成する。その後、感光体ドラム１０５は、現像ユニット１０６によりトナーが付着されて、その表面にトナー像が形成される。

感光体ドラム１０５の表面に形成されたトナー像は、搬送ベルト１０７により搬送される用紙に押し付けられて転写される。感光体ドラム１０５の表面に残ったトナーは、クリーニングユニットにより除去される。トナー像が転写された用紙は、搬送ベルト１０７により定着ユニット１０８に搬送される。定着ユニット１０８は、用紙に熱を加えてトナーを溶かし、圧力を加えてトナーを用紙に定着させる。トナー像が定着された用紙は、排紙トレイに排出される。

図２は、画像形成装置１００が有する電源供給ラインの一例を示す図である。

図２に示すように、画像形成装置１００が有する電源供給ラインは、ＡＣ制御部２０１と、ＤＣ電源部２０２と、コントローラ部２０３と、エンジン制御部２０４と、を有する。ＡＣ制御部２０１は、商用電源Ｓ（外部電源の一例）から供給される交流電源（以下、ＡＣ電源と言う。電力の一例）を、定着ユニット１０８およびＤＣ電源部２０２に供給する。定着ユニット１０８は、ＡＣ制御部２０１から供給されるＡＣ電源を、当該定着ユニット１０８が有するヒータ（以下、定着ヒータと言う）に供給して、用紙に対する加熱を制御するオンオフ制御を実行する。

ＤＣ電源部２０２（電源装置の一例）は、ＡＣ制御部２０１を介して商用電源Ｓから供給されるＡＣ電源を、直流電源（以下、ＤＣ電源と言う）に変換して、画像形成装置１００の各部（例えば、コントローラ部２０３、画像読取装置１０２、プリンタユニット１０３、給紙搬送部２０５）に供給する。給紙搬送部２０５は、搬送ベルト１０７を含み、用紙を搬送する機構である。

コントローラ部２０３は、操作部を含み、ＤＣ電源部２０２から供給されるＤＣ電源により駆動する。エンジン制御部２０４は、ＤＣ電源部２０２から供給されるＤＣ電源を、画像読取装置１０２、プリンタユニット１０３、給紙搬送部２０５等の負荷部に供給して、当該負荷部を駆動させる。

図３は、ＤＣ電源部２０２のハードウェア構成を示す図である。

図３に示すように、ＤＣ電源部２０２は、ＡＣ制御部２０１を介して商用電源Ｓから供給されるＡＣ（交流）電源をＤＣ（直流）電源に変換して出力するコンバータ１１０と、当該コンバータ１１０から出力されるＤＣ電源を所定電圧のＤＣ電源に変換する第一のＤＣＤＣコンバータ１１１および第二のＤＣＤＣコンバータ１１２と、電源制御部１１３と、を備える。第一のＤＣＤＣコンバータ１１１および第二のＤＣＤＣコンバータ１１２は、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor；ＦＥＴ）などの高速スイッチング素子を内蔵する。第一のＤＣＤＣコンバータ１１１および第二のＤＣＤＣコンバータ１１２は、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ周期をコントロールすることで任意の電圧を得る。

ＤＣ電源部２０２は、上述した画像形成装置１００の各部（例えば、コントローラ部２０３、画像読取装置１０２、プリンタユニット１０３、給紙搬送部２０５）に含まれるものであって、ＤＲＡＭやＲＯＭといったメモリ、Ethernet（登録商標） PHY、無線ＬＡＮ、その他オプションといった様々なデバイス１２０～１２２を接続する。デバイス１２０～１２２は、例えば３．３Ｖや１．８Ｖといった低電圧の電源にて駆動する。

第一のＤＣＤＣコンバータ１１１（前段の電圧変換部の一例）は、コンバータ１１０から２４Ｖ等の比較的高い電圧供給を受け、５Ｖ等の低電圧に降圧する。また、第一のＤＣＤＣコンバータ１１１は、出力電圧を微調整するフィードバック回路を搭載している。

第二のＤＣＤＣコンバータ１１２（後段の電圧変換部の一例）は、低電圧の降圧ＤＣＤＣコンバータを使用する。第二のＤＣＤＣコンバータ１１２は、第一のＤＣＤＣコンバータ１１１の後段に設けられる。第二のＤＣＤＣコンバータ１１２は、第一のＤＣＤＣコンバータ１１１から受けた５Ｖ等の低電圧を、各デバイス１２０～１２２の仕様に合った電源電圧に降圧し、各デバイス１２０～１２２に供給する。

ところで、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２で使用する低電圧の降圧ＤＣＤＣコンバータは、軽負荷時にはスイッチング損失を減少させるために、負荷電流の大きさによってＰＷＭ（Pulse Width Modulation（パルス幅変調））モードやＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation（パルス周波数変調））モードといったように、内蔵ＦＥＴのスイッチング周波数を調整する機能を有する。第二のＤＣＤＣコンバータ１１２は、モードの遷移状態によってその特性も変化する。

ここで、図４は第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の動作例を示す説明図である。

図４に示すように、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２は、負荷電流が大きい時には、必要な電圧を安定的に供給するためにＰＷＭモード（一定周期）でスイッチング動作を行う。このようにＰＷＭモード（一定周期）でスイッチング動作を行う場合、出力電圧（Ｖｏｕｔ）のリップル（電圧変化）は比較的安定する。

一方で、図４に示すように、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２は、負荷電流が小さい時、すなわち軽負荷時には、スイッチング損失を減少させるため、出力電圧（Ｖｏｕｔ）を監視しながら、ＰＦＭモード（周期変動）のように周波数を変化させる。このように出力電圧（Ｖｏｕｔ）を監視しながら、ＰＦＭモード（周期変動）のように周波数を変化させるスイッチング動作を行う場合、出力電圧（Ｖｏｕｔ）のリップル（電圧変化）が大きくなる。また、ＰＦＭモード（周期変動）のように周波数を変化させるスイッチング動作を行う場合、過渡的な電流変化も大きく、寄生インダクタンスによる意図せぬ電圧が発生しやすくなる。このように寄生インダクタンスの影響を受けて発生する意図せぬ電圧は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の入力電源端子を破壊させてしまう。

なお、ずっと低負荷状態であり、ＰＦＭモードのままであればスイッチング回数も多くなくデバイス故障につながる可能性もそこまで高くならないが、ＰＷＭモードとＰＦＭモードをまたぐような負荷電流の変化が多く発生しているようなケースでは高速なスイッチング周波数でＰＦＭモードの動きをするため、過電圧となる回数が増加するため故障が発生しやすい。

ユーザの使用環境は様々であるため、省エネモードやスタンバイモードといったそれぞれの状態においても、各デバイスの負荷電流は異なる。また、ＰＷＭモードとＰＦＭモードとの切り替えをまたぐ画像形成装置１００と、そうでない画像形成装置１００と、のようなデバイスのばらつきを考慮する必要がある。

そこで、本実施形態では、電源制御部１１３が、画像形成装置１００がＰＦＭモードで動作しているか否かを、実動作を監視することで判断するようにしたものである。

電源制御部１１３は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２を監視し、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧（Ｖｏｕｔ）の検知を行う。また、電源制御部１１３は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の監視結果に基づいて、第一のＤＣＤＣコンバータ１１１の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を低下させる。なお、電源制御部１１３は、第一のＤＣＤＣコンバータ１１１および第二のＤＣＤＣコンバータ１１２のスイッチング周波数に合わせて制御を実施する必要があるため、応答性の高い（処理能力の高い）ＣＰＵ（Central Processing Unit）やマイクロコンピュータを使用する。

本実施形態においては、電源制御部１１３は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧（Ｖｏｕｔ）の変化を検出した場合に、第一のＤＣＤＣコンバータ１１１の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を低下させることで、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の入力端子の破壊を防ぐ。

具体的には、電源制御部１１３は、図４に示すように、ＰＷＭモードで動作している場合には、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧（Ｖｏｕｔ）が下回らないような電圧値である閾値電圧値Ｘを設定しておく。

ここで、図５は閾値電圧値Ｘを例示的に示す図である。図５に示すように、電源制御部１１３は、ＰＷＭモード時の変化電圧幅の最小値（Ｍｉｎ）と最大値（Ｍａｘ）とを下回らないような電圧値である閾値電圧値Ｘを設定する。また、閾値電圧値Ｘは、デバイス電源規格値の最小値（Ｍｉｎ）、および、ＰＦＭモード時の変化電圧幅の最小値（Ｍｉｎ）を上回る値となっている。

次に、電源制御部１１３による出力電圧調整処理の流れについて説明する。

ここで、図６は電源制御部１１３による出力電圧調整処理の流れを示すフローチャートである。図６に示すように、まず、電源制御部１１３は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を監視する（ステップＳ１）。

電源制御部１１３は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧（Ｖｏｕｔ）が閾値電圧値Ｘを下回ったかを判定する（ステップＳ２）。

電源制御部１１３は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧（Ｖｏｕｔ）が閾値電圧値Ｘを下回っていないと判定した場合（ステップＳ２のＮｏ）、引き続き第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧を監視する（ステップＳ１）。

一方、電源制御部１１３は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧（Ｖｏｕｔ）が閾値電圧値Ｘを下回ったと判定した場合（ステップＳ２のＹｅｓ）、ＰＦＭモードであるとして、第一のＤＣＤＣコンバータ１１１のフィードバック回路のＦＢ（FeedBack）端子の値を調節して出力電圧（Ｖｏｕｔ）を下げる（ステップＳ３）。電源制御部１１３は、第一のＤＣＤＣコンバータ１１１のＦＢ端子の値を調節して出力電圧（Ｖｏｕｔ）を下げることで、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の入力電圧を下げることができる。

なお、電源制御部１１３は、ＦＢ端子の値の調節方法として、直接電圧を印加する方法でもよく、複数の抵抗を用意して分圧方法を選択する方法でもよい。また、電源制御部１１３は、複数用意された第一のＤＣＤＣコンバータ１１１から一つの第一のＤＣＤＣコンバータ１１１を選択的に切り替えることで出力電圧（Ｖｏｕｔ）を調整するようにしてもよい。

このように本実施形態によれば、出力電圧（Ｖｏｕｔ）のリップル（電圧変化）が大きくなるＰＦＭモードであることを実動作の監視によって判断した場合に、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の入力電圧を下げるようにした。これにより、ＤＣＤＣコンバータの内蔵ＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦ速度の高速化に伴う電圧発生によるＤＣＤＣコンバータの入力電源端子の破壊を防ぐことができる。

なお、電源制御部１１３は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧（Ｖｏｕｔ）が閾値電圧値Ｘを下回っていないと判定した場合（ステップＳ２のＮｏ）、すなわち第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧が閾値電圧値Ｘを上回っている場合に、第一のＤＣＤＣコンバータ１１１の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を上昇させる制御を実行するようにしてもよい。例えば、第一のＤＣＤＣコンバータ１１１から生成された電源をそのまま供給されているデバイス（例えばＵＳＢオプション等）が存在するケースがある。このような場合においては、第一のＤＣＤＣコンバータ１１１の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を下げたままでいるよりも、必要性に追従させて、第一のＤＣＤＣコンバータ１１１の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を上昇させる制御を実行する方が安定動作に寄与することができる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。

第２の実施の形態は、第１の実施の形態とは、電源制御部１１３が一定回数以上のＰＷＭモードとＰＦＭモードとの切り替えが発生したかを判別するようにして、故障リスクの高い負荷条件に合わせた適切な構成を提供するようにした点が異なる。以下、第２の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

ＤＣＤＣコンバータは、瞬間的な電圧印加ではなく、過電圧が長時間印加されることにより、故障が発生しやすい。さらには、ＤＣＤＣコンバータは、ＰＦＭモードであっても低い負荷電流が安定して継続している場合には故障発生しにくいが、ＰＷＭモードとＰＦＭモードとの切り替えをまたぐような負荷電流変化をする場合には故障が発生しやすい。言い換えれば、ＤＣＤＣコンバータは、ＰＷＭモードとＰＦＭモードとの切り替え時は過渡応答性が悪くなるとともに、意図せぬ故障発生の要因となる可能性がある。

そこで、第２の実施の形態においては、ＰＷＭモードとＰＦＭモードとの切り替えをまたぐような負荷電流変化をする場合を考慮し、故障リスクの高い負荷条件に合わせた適切な構成を提供する。

ここで、図７は第２の実施の形態にかかる電源制御部１１３による出力電圧調整処理の流れを示すフローチャートである。図７に示すように、まず、電源制御部１１３は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を監視する（ステップＳ１）。

電源制御部１１３は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧（Ｖｏｕｔ）が閾値電圧値Ｘを下回っていないと判定した場合（ステップＳ２のＮｏ）、引き続き第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を監視する（ステップＳ１）。

一方、電源制御部１１３は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧（Ｖｏｕｔ）が閾値電圧値Ｘを下回ったと判定した場合（ステップＳ２のＹｅｓ）、経過時間をカウントするタイマーをスタートさせるとともに（ステップＳ１１）、カウントを“１”インクリメントする（ステップＳ１２）。

電源制御部１１３は、ステップＳ１２でカウントした回数が一定時間内（例えば１ｓ（秒）以内）に規定回数を超えたかを否かを判定する（ステップＳ１３）。

電源制御部１１３は、ステップＳ１２でカウントした回数が一定時間内（例えば１ｓ（秒）以内）に規定回数を超えていない場合（ステップＳ１３のＮｏ）、引き続き第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を監視する（ステップＳ１）。

一方、電源制御部１１３は、ステップＳ１２でカウントした回数が一定時間内（例えば１ｓ（秒）以内）に規定回数を超えた場合（ステップＳ１３のＹｅｓ）、一定回数以上のＰＷＭモードとＰＦＭモードとの切り替えが発生したものとして、第一のＤＣＤＣコンバータ１１１のフィードバック回路のＦＢ端子の値を調節して出力電圧（Ｖｏｕｔ）を下げる（ステップＳ３）。電源制御部１１３は、このように第一のＤＣＤＣコンバータ１１１のＦＢ端子の値を調節して出力電圧（Ｖｏｕｔ）を下げることで、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の入力電圧を下げることができる。

このように本実施形態によれば、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧が閾値電圧値Ｘを下回った回数が一定時間内に規定回数を超えた場合に、一定回数以上のＰＷＭモードとＰＦＭモードとの切り替えが発生したものとして、第一のＤＣＤＣコンバータ１１１のＦＢ端子の値を調節して出力電圧値を下げることで、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の入力電圧を下げるようにした。これにより、ＰＷＭモードとＰＦＭモードとの切り替えをまたぐような負荷電流変化をする場合を考慮することができ、故障リスクの高い負荷条件に合わせた適切な構成を提供することができる。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。

第３の実施の形態は、第１の実施の形態とは、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２のスイッチング素子の電圧（Ｖｓｗ）を監視するようにした点が異なる。以下、第２の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

第１の実施の形態では、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧（Ｖｏｕｔ）がＰＷＭモードで動作している場合には下回らないような電圧値である閾値電圧値Ｘを設定するようにした。一方、負荷電流の変化が早く、ＤＣＤＣコンバータの動作が追従できない場合に、ＰＦＭモードのまま高速でスイッチング動作をするケースがある。この場合、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の出力電圧（Ｖｏｕｔ）の低下による判定が難しくなる。そこで、第３の実施の形態においては、電源制御部１１３は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２のスイッチング素子の電圧（Ｖｓｗ）を監視することで、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の動作状態の判定を行うようにしたものである。

ここで、図８は第３の実施の形態にかかるＤＣＤＣコンバータの動作例を示す説明図である。

図８に示すように、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２は、負荷電流が大きい時には、必要な電圧を安定的に供給するためにＰＷＭモード（一定周期）でスイッチング動作を行う。このようにＰＷＭモード（一定周期）でスイッチング動作を行う場合、出力電圧（Ｖｏｕｔ）のリップル（電圧変化）は比較的安定する。

一方で、図８に示すように、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２は、負荷電流が小さい時、すなわち軽負荷時には、スイッチング損失を減少させるため、出力電圧（Ｖｏｕｔ）を監視しながら、ＰＦＭモード（周期変動）のように周波数を変化させる。このように出力電圧（Ｖｏｕｔ）を監視しながら、ＰＦＭモード（周期変動）のように周波数を変化させるスイッチング動作を行う場合、出力電圧（Ｖｏｕｔ）のリップル（電圧変化）が大きくなる。また、ＰＦＭモード（周期変動）のように周波数を変化させるスイッチング動作を行う場合、過渡的な電流変化も大きく、寄生インダクタンスによる意図せぬ電圧が発生しやすくなる。このように寄生インダクタンスの影響を受けて発生する意図せぬ電圧は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の入力電源端子を破壊させてしまう。

そこで、本実施形態では、電源制御部１１３は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２のスイッチング動作に用いるスイッチング素子の電圧を監視し、スイッチング素子の電圧変化によって、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の入力電圧を小さくする制御を実行する。

具体的には、電源制御部１１３は、負荷電流の変化が早く、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の動作が追従できない場合において、ＰＦＭモードのまま高速でスイッチング動作をする場合、図８に示すように、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２のスイッチング素子の電圧（Ｖｓｗ）について一定周期以上の電圧変化を検知可能な電圧値である閾値電圧値Ｙを設定しておく。

ここで、図９は電源制御部１１３による出力電圧調整処理の流れを示すフローチャートである。図９に示すように、まず、電源制御部１１３は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２のスイッチング素子の電圧（Ｖｓｗ）を監視する（ステップＳ２１）。

電源制御部１１３は、閾値電圧値Ｙを用い、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２のスイッチング素子の電圧（Ｖｓｗ）において一定周期以上の電圧変化があったかを判定する（ステップＳ２２）。

電源制御部１１３は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２のスイッチング素子の電圧（Ｖｓｗ）において一定周期以上の電圧変化はないと判定した場合（ステップＳ２２のＮｏ）、引き続き第二のＤＣＤＣコンバータ１１２のスイッチング素子の電圧（Ｖｓｗ）を監視する（ステップＳ２１）。

一方、電源制御部１１３は、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２のスイッチング素子の電圧（Ｖｓｗ）において一定周期以上の電圧変化があったと判定した場合（ステップＳ２２のＹｅｓ）、ＰＦＭモードであるとして、第一のＤＣＤＣコンバータ１１１のフィードバック回路のＦＢ端子の値を調節して出力電圧（Ｖｏｕｔ）を下げる（ステップＳ２３）。電源制御部１１３は、このように第一のＤＣＤＣコンバータ１１１のＦＢ端子の値を調節して出力電圧（Ｖｏｕｔ）を下げることで、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の入力電圧を下げることができる。

このように本実施形態によれば、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２のスイッチング素子の電圧を監視することによって、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の入力電圧を小さくする制御を実行することにより、ＰＦＭモードのまま高速でスイッチング動作をする場合において、第二のＤＣＤＣコンバータ１１２の動作状態の判定を確実に行うことができる。

上述したように、電源制御部１１３は、第一のＤＣＤＣコンバータ１１１および第二のＤＣＤＣコンバータ１１２のスイッチング周波数に合わせて制御を実施する必要があるため、応答性の高い（処理能力の高い）ＣＰＵやマイクロコンピュータを使用する。本実施形態の電源制御部１１３で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

また、本実施形態の電源制御部１１３で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の電源制御部１１３で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

また、本実施形態の電源制御部１１３で実行されるプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

なお、上記実施の形態では、本発明の電子機器を、コピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能およびファクシミリ機能のうち少なくとも２つの機能を有する複合機と称される画像形成装置１００に適用した例を挙げて説明するが、複写機、プリンタ、スキャナ装置、ファクシミリ装置等の画像形成装置であればいずれにも適用することができる。

なお、電子機器は、通信機能を備えた装置であれば、画像形成装置に限られない。電子機器は、例えば、ＰＪ（Projector：プロジェクタ）、ＩＷＢ（Interactive White Board：相互通信が可能な電子式の黒板機能を有する白板）、デジタルサイネージ等の出力装置、ＨＵＤ（Head Up Display）装置、産業機械、撮像装置、集音装置、医療機器、ネットワーク家電、自動車（Connected Car）、ノートＰＣ（Personal Computer）、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、ゲーム機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、デジタルカメラ、ウェアラブルＰＣまたはデスクトップＰＣ等であってもよい。

１００電子機器
１１１前段の電圧変換部
１１２後段の電圧変換部
１１３電源制御部
１２０～１２２デバイス
２０２電源装置

特開２０１７－０２８９１２号公報特開２０１５－０９７４４７号公報

Claims

商用電源から供給される交流電源を直流電源に変換する電源装置において、
直流電圧を降圧する前段の電圧変換部と、
前記前段の電圧変換部の後段に設けられ、前記前段の電圧変換部からの出力電圧を更に降圧する後段の電圧変換部と、
前記前段の電圧変換部と前記後段の電圧変換部とを制御する電源制御部と、
を備え、
前記電源制御部は、前記後段の電圧変換部の監視結果に基づいて、前記前段の電圧変換部の出力電圧を低下させる、
ことを特徴とする電源装置。
前記電源制御部は、前記後段の電圧変換部の出力電圧のリップルの大きさに基づき、ＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）モードで動作していると判定した場合に、前記前段の電圧変換部の出力電圧を低下させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記電源制御部は、前記後段の電圧変換部の出力電圧がＰＷＭ（Pulse Width Modulation）モード時の変化電圧幅の最小値と最大値とを下回らないような閾値電圧値を下回ったと判定した場合に、前記ＰＦＭモードで動作していると判定する、
ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
前記電源制御部は、前記後段の電圧変換部の出力電圧がＰＷＭ（Pulse Width Modulation）モード時の変化電圧幅の最小値と最大値とを下回らないような閾値電圧値を下回った回数が一定時間内に規定回数を超えたと判定した場合に、前記ＰＦＭモードで動作していると判定する、
ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
前記電源制御部は、前記後段の電圧変換部の出力電圧がＰＷＭ（Pulse Width Modulation）モード時の変化電圧幅の最小値と最大値とを下回らないような閾値電圧値を上回っていると判定した場合に、前記前段の電圧変換部の出力電圧を上昇させる、
ことを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
前記電源制御部は、前記後段の電圧変換部のスイッチング動作に用いるスイッチング素子の電圧変化に基づき、ＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）モードで動作していると判定した場合に、前記前段の電圧変換部の出力電圧を低下させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
請求項１ないし６の何れか一項に記載の電源装置と、
前記電源装置から電圧の供給を受けるデバイスと、
を備えることを特徴とする電子機器。