JP5424663B2 - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トランスによって一次側と二次側とを絶縁し、一次側でのスイッチング動作で二次側に電力を伝達する電源装置およびその制御方法に関するものである。例えば、商用電力を供給源としてコンセントから交流のＡＣ１００Ｖを入力し、一次側で整流と平滑化を行って直流のＤＣ電圧化し、一次側のスイッチング動作によって二次側へスイッチングトランスを介して電力を伝達する電源装置に関する。

電源装置は、ＡＣ−ＤＣ変換装置としてＡＣラインからの交流電圧を変換してＤＣ電圧を生成し、その他の装置や接続されているユニットに供給するものがある。ＡＣ入力電圧をＤＣ化して出力するＡＣ−ＤＣ変換部には、スイッチング方式が広く使用されている。これらの装置では、入力と出力を一次側巻線と二次側巻線で磁気結合するようにコア材と組み合わせて構成したスイッチングトランスを使用している場合がある。スイッチングトランスには前述のように巻線が使用されており、銅線等の導電性材料に絶縁皮膜を付加して使用している。また、一次側と二次側との巻線は絶縁されている。

また、電源装置には、ＤＣ電圧の出力とともに、ＡＣラインの交流電圧が０Ｖ付近をクロスするタイミングを出力するゼロクロス信号回路を有するものもある。例えば、ゼロクロス信号を基準として、ＡＣラインに接続されているＡＣ負荷への通電を開始する制御で用いる。例えば、ＡＣ負荷としては、ＡＣモータや発熱体を有するヒータや、さらに接続した構成のＡＣ−ＤＣ電源等がある。

このようなゼロクロス回路を有する電源装置の場合、ＡＣからＤＣへの変換効率はゼロクロス回路の消費電力を低減することで向上する。そのため、ＡＣラインに接続されている負荷の制御のためにゼロクロス信号によるタイミングが必要な場合にゼロクロス回路への電力供給を開始し、ゼロクロス信号によるタイミングが不要な状態でゼロクロス回路への電力供給を停止する。このことが変換効率の向上につながる。

そして、通常の動作からスタンバイモードやスリープモード等の低消費電力状態に遷移する機能を有した電源装置も存在する。このような例として、特許文献１のように、低消費電力状態にてＡＣラインからゼロクロス回路への電力供給を遮断するリレーを配設している装置がある。
特開2003-199336号公報

しかしながら、上記特許文献１では、スタンバイモードやスリープモード等の低消費電力状態にてゼロクロス回路への電力供給をリレーで遮断する制御と、スイッチング動作の制御との２系統の制御を必要とする。従って、２系統を同時に制御する場合は、無駄な制御構成になるという問題があった。

また、補助電源として複数のコンバータを接続し複数のトランスを有する構成とした場合、各々のトランスの補助巻き線からの出力を平滑化する際に常に電力を消費するので、複数のトランスでそれぞれ電力を消費するという問題が発生する。

本発明は、複数のコンバータ動作状態を切り換え可能な構成において、コンバータの動作状態および停止状態を切り換えると同時に、ゼロクロス回路の動作状態および停止状態を１系統の制御で切り換える。このため、複数のコンバータの補助巻き線を削減して補助巻き線からの出力を整流する際の電力消費を低減し、ゼロクロス回路の電力消費を低減する電源装置を提供する。

また、ＡＣラインからの入力電圧の半波を整流して半波電圧としてゼロクロス回路に供給する構成で、ゼロクロス回路の動作および停止状態を切り換える際に同時に半波電圧の供給を切り換える。これにより、ゼロクロス回路に入力する半波電圧を降下させる際の電力消費を低減する電源装置を提供する。

上記目的を達成するため、本発明の電源装置は、一次側に主巻線と補助巻線を有し、二次側に出力巻線を有し、入力される交流電圧を整流及び平滑した電圧が当該主巻線に印加される第一トランスと、前記第一トランスの主巻線にパルス電圧を印加するために、前記第一トランスの主巻線に接続されたスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第一制御部と、を有し、前記第一トランスの出力巻線から第一電圧を出力する第一コンバータと、一次側に主巻線を有し、二次側に出力巻線を有し、前記整流及び平滑した電圧が当該主巻線に印加される第二トランスと、前記第一トランスの補助巻線に誘起された電圧が供給され、かつ、前記第二トランスの主巻線にパルス電圧を印加するために、前記第二トランスの主巻線に接続されたスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第二制御部と、を有し、前記第二トランスの出力巻線から第二電圧を出力する第二コンバータと、前記第一トランスの補助巻線に誘起された電圧が供給され、かつ、入力される前記交流電圧のゼロクロスタイミングに応じたゼロクロス信号を出力するゼロクロス信号出力部と、を備え、前記第二コンバータは、前記第一電圧の負荷への供給を停止したことに応じて、前記第一トランスの補助巻線に誘起された電圧の前記第二制御部への供給を停止し、かつ、前記第一トランスの補助巻線に誘起された電圧の前記ゼロクロス信号出力部への供給を停止するための切換部を備えたことを特徴とする。

また、本発明の画像形成装置は、画像を形成するための画像形成手段と、前記画像形成手段を駆動する駆動手段と、前記画像形成手段と前記駆動手段に電力を供給する電源と、を有し、前記電源は、一次側に主巻線と補助巻線を有し、二次側に出力巻線を有し、入力される交流電圧を整流及び平滑した電圧が当該主巻線に印加される第一トランスと、前記第一トランスの主巻線にパルス電圧を印加するために、前記第一トランスの主巻線に接続されたスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第一制御部と、を有し、前記第一トランスの出力巻線から第一電圧を出力する第一コンバータと、一次側に主巻線を有し、二次側に出力巻線を有し、前記整流及び平滑した電圧が当該主巻線に印加される第二トランスと、前記第一トランスの補助巻線に誘起される電圧が供給され、かつ、前記第二トランスの主巻線にパルス電圧を印加するために、前記第二トランスの主巻線に接続されたスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第二制御部と、を有し、前記第二トランスの出力巻線から第二電圧を出力する第二コンバータと、前記第一トランスの補助巻線に誘起される電圧が供給され、かつ、入力される前記交流電圧のゼロクロスタイミングに応じたゼロクロス信号を出力するゼロクロス信号出力部と、を備え、前記第二コンバータは、前記第一電圧の負荷への供給を停止したことに応じて、前記第一トランスの補助巻線に誘起された電圧の前記第二制御部への供給を停止し、かつ、前記第一トランスの補助巻線に誘起された電圧の前記ゼロクロス信号出力部への供給を停止するための切換部を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、コンバータの動作状態および停止状態を切り換えると同時に、ゼロクロス回路の動作状態および停止状態を切り換える。このため、複数のコンバータの補助巻き線を削減して補助巻き線からの出力を整流する際の電力消費を低減し、ゼロクロス回路の電力消費を低減することが可能となる。

また、半波電圧の供給をゼロクロス回路の動作状態および停止状態に合わせて切り換えることができ、さらにゼロクロス回路に入力する半波電圧を降下させる際の電力消費を低減することが可能となる。

以下に、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

＜本実施形態の電源装置の適用例＞
図１は、本発明の実施形態に係る電源装置の構成例と、電源装置に接続する負荷の構成例を示すブロック図である。

１０は、入力電源である商用電源等の交流（ＡＣ）供給源からの入力電圧を直流（ＤＣ）電圧に整流する整流部である。１１は、第１のコンバータ部（ＣＮＶ１）であり、前述の直流電圧化された電圧をスイッチング方式で降圧してＶｃｃ１を生成する。１２は、第２のコンバータ部（ＣＮＶ２）であり、前述の直流電圧化された電圧をスイッチング方式で降圧してＶｃｃ２を生成する。１３は、交流供給源からの電圧のゼロクロスタイミングを検知してＺＲＸ信号を出力するゼロクロス信号出力部（ＺＲＸ）である。かかるＣＮＶ１が第１の制御電力供給手段、ＣＮＶ２が第２の制御電力供給手段、ＺＲＸがゼロクロス信号電力供給手段に相当する。

１４は、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）であり、前述のゼロクロス信号出力部１３からのＺＲＸ信号を入力して、制御対象であるＡＣ負荷１５の動作タイミング設定や制御を行う。また、中央演算処理ユニット１４は、ＤＣ電圧を供給されて動作するＤＣ負荷（ＤＣ回路）１６および１７の動作制御も行うものである。１４ａは、ＣＰＵ１４内に設置されているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）であり、ＣＰＵ１４による制御の内容が記録されており、その内容をもとにＣＰＵ１４が演算処理を実行する。１４ｂはＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）であり、ＣＰＵ１４の演算処理におけるデータの一時的な保持や、演算で使用するメモリ領域を有するものである。

ＡＣ負荷１５には、交流供給源からの電力ラインＡＣ_ＬとＡＣ_Ｎが接続されており、ＣＰＵ１４によって制御される。ＡＣ負荷１５への通電は、ＡＣ電圧がゼロボルトの時点で通電することで電流の変化を小さくし突入電流を低減するために、ゼロクロス信号出力部１３からのＺＲＸ信号を基に通電タイミングを制御する。１６，１７はＶｃｃ２を電力源とするＤＣ負荷（ＤＣ回路）であり、ＣＰＵ１４によって制御される。例えば、ＤＣ負荷（ＤＣ回路）は、ＤＣモータ等の出力ユニットや、ＤＣ電源で動作するセンサ等の入力ユニットである。

１８はＳＷ（スイッチ）であり、ユーザの操作によってＶｃｃ１電圧を第１のコンバータ部１１から出力するかどうかを選択可能とするものである。第１のコンバータ部１１からは、ＩＣ Ｖｃｃとして第２のコンバータ部１２へ動作用の直流電力が供給され、第２のコンバータ部１２からはゼロクロス信号出力部１３にゼロクロス信号生成電力ＺＲＸ_ＰＳが供給されている。

なお、破線矢印の／ＣＮＶ２＿ＯＮ信号は、ＣＰＵ１４が省電力モードでＨｉｇｈとして第２のコンバータ部１２及びゼロクロス信号出力部１３を停止させる信号であり、実施形態２乃至４で使用される。また、省電力モードではＡＣ負荷１５の動作もＣＰＵ１４により停止する。

例えば、本実施形態の電源装置を画像形成装置に適用した場合には、ＡＣ負荷１５としては定着装置などが考えられ、定着装置のヒータへの電力供給はＣＰＵ１４からの指示によりトライアックの動作に対応して停止されることになる。また、ＤＣ負荷（ＤＣ回路）１６及び１７としては、例えば、用紙を搬送するモータや用紙を検知するセンサ類が考えられる。本実施形態の電源装置は、プリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置に適用することで、著しい効果を奏することも可能である。

［実施形態１］
以下に、本発明の実施形態１について、図を参照して説明する。

＜実施形態１の電源装置の回路構成例＞
図２は、実施形態１に係る電源装置の回路構成例を示す図である。

図２で１００は商用電源等の交流供給源、１０１はブリッジ整流回路である。平滑用コンデンサ１０２は、全波整流後のＤＣ電圧が印加されて電圧を平滑するものである。

（第１のコンバータ部１１−１）
１０３は電源ＩＣであり、第１のコンバータ部１１−１のスイッチング動作を制御する。本実施形態では電源ＩＣを例とするが、個別に部品を組み合わせて構成する方法もある。電源ＩＣ１０３は、スイッチング素子１０４のスイッチング制御（ＯＮ/ＯＦＦ制御）を行う。また、電源ＩＣ１０３は、ＳＴ端子に接続されたＤＣ電圧によって起動する。スイッチング動作のスイッチング素子として、本実施形態ではＭＯＳＦＥＴを例にするが特に限定するものではない。１０５はスイッチング素子１０４に接続されている電流検知抵抗である。スイッチング素子１０４のスイッチング時の電流を検知し、必要であれば電源ＩＣ１０３にてスイッチングのタイミングを制御するために用いる。

１０６（１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ）はスイッチングトランスである。１０６ａは一次側のメイン巻線である。整流後のＤＣＨとＤＣＬ間の電圧が、電源ＩＣ１０３で制御されるスイッチング素子１０４によってパルス状に印加される。１０６ｂは２次側出力のＶｃｃ１出力巻線である。１０６ｃは電源ＩＣ１０３に動作電力を供給する補助巻線である。電源ＩＣ１０３は、前述のＳＴ端子からの起動後にスイッチングを行い、補助巻線１０６ｃからの出力によって動作を継続するものとする。ダイオード１０７は補助巻線１０６ｃからの出力を半波整流するダイオードであり、１０８は平滑コンデンサである。平滑化された電圧はＩＣ Ｖｃｃとなり、電源ＩＣ１０３に供給される。

ダイオード１０９は１０６ｂ巻線からの出力を整流するダイオードであり、１１０aおよび１１０ｂは平滑コンデンサである。平滑化された電圧は２次側に配設されたＳＷ１８のＯＮ状態でＦＥＴ１９がＯＮすることによって、Ｖｃｃ１として出力される。ＳＷ１８のＯＦＦ状態では、ＦＥＴ１９がＯＦＦすることによって、Ｖｃｃ１の出力が停止する。１１１はチョークコイルであり、平滑コンデンサ１１０ｂへの電流ピーク値を低減する。

本実施形態では、フォトカプラ１１２、シャントレギュレータ１１３、抵抗１１４および１１５は、Ｖｃｃ１の電位を安定させるための電圧フィードバック（Ｆｅｅｄ Ｂａｃｋ）回路である。また、フォトカプラ１１２は一次側と二次側とを絶縁して分離し、発光部の発光状態によって二次側からＶｃｃ１の電圧出力状態を一次側の電源ＩＣ１０３のＦＢ端子に伝達する。ただし、Ｖｃｃ１の電圧フィードバック回路に関しては、特に方法や構成を限定するものではない。

（第２のコンバータ部１２−１）
１２０は電源ＩＣであり、第２のコンバータ部１２−１のスイッチング動作を制御する。電源ＩＣ１２０は、スイッチング素子１２１のスイッチング制御（ＯＮ/ＯＦＦ制御）を行う。本実施形態では、スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴを例とするが特に限定するものではない。１２２は、スイッチング素子１２１に接続されている電流検知抵抗である。スイッチング素子１２１のスイッチング時の電流を検知し、必要であれば電源ＩＣ１２０にてスイッチングのタイミングを制御するために用いる。

１２３（１２３ａ、１２３ｂ）はスイッチングトランスである。１２３ａは一次側のメイン巻線である。整流後のＤＣＨとＤＣＬ間の電圧が、電源ＩＣ１２０で制御されるスイッチング素子１２１によってパルス状に印加される。１２３ｂは２次側出力のＶｃｃ２出力巻線である。

ダイオード１２４は、巻線１２３ｂからの出力を整流するダイオードであり、１２５ａおよび１２５ｂは平滑コンデンサである。平滑化された電圧はＶｃｃ２となる。１２６はチョークコイルであり、平滑コンデンサ１２５ｂへの電流ピーク値を低減する。

１２７はスイッチ素子であり、第１のコンバータ部１１−１からのＩＣ Ｖｃｃを電源ＩＣ１２０に動作電力として供給するか停止するかを切り換える。また、同時にゼロクロス信号出力部１３−１にゼロクロス信号生成電力ＺＲＸ_ＰＳとして供給するか停止するかを切り換える。本実施形態では、スイッチ素子１２７はＭＯＳＦＥＴを用いているが、スイッチ手段については特に限定するものではない。１２８はフォトカプラであり、第２のコンバータ部１２−１の１次側と２次側とを絶縁して分離し、発光側の通電によってスイッチ素子１２７を制御する。

フォトカプラ１２９、シャントレギュレータ１３０、抵抗１３１および１３２は、Ｖｃｃ２の電位を安定させるための電圧フィードバック回路である。また、フォトカプラ１２９は一次側と二次側とを絶縁して分離し、発光部の発光状態によって二次側から、Ｖｃｃ２の電圧出力状態を一次側の電源ＩＣ１２０のＦＢ端子に伝達する。ただし、Ｖｃｃ２の電圧フィードバック回路に関しては、特に方法や構成を限定するものではない。

ここで、ＳＷ１８のＯＮ状態でＶｃｃ１が出力されると、フォトカプラ１２８の発光側素子が通電され、スイッチ素子１２７がＯＮ状態となる。そのため、第１のコンバータ部１１−１からのＩＣ Ｖｃｃを電源ＩＣ１２０に動作電力として供給し、電源ＩＣ１２０が動作してＶｃｃ２が出力される。また同時に、ゼロクロス信号出力部１３−１にゼロクロス信号生成電力ＺＲＸ_ＰＳが供給される。

ＳＷ１８のＯＦＦ状態では、Ｖｃｃ１の出力が停止してフォトカプラ１２８の発光側素子の通電が停止し、スイッチ素子１２７がＯＦＦ状態となる。そのため、第１のコンバータ部１１−１から１２０電源ＩＣ１２０へのＩＣ Ｖｃｃ供給が停止し、１２０電源ＩＣが停止して、Ｖｃｃ２の出力が停止する。また同時に、ゼロクロス信号出力部１３−１へのゼロクロス信号生成電力ＺＲＸ_ＰＳが停止する。

（ゼロクロス信号出力部１３−１）
１３９はダイオードであり、ＡＣ供給源のライン電圧の半波を生成し、抵抗１４０を介してスイッチ素子１４１に半波入力の電圧を供給しＯＮ/ＯＦＦ状態を生成する。スイッチ素子１４１がＯＮ状態の場合、フォトカプラ１４２の発光側素子がＯＦＦ状態となり、ＺＲＸ信号がＨｉｇｈ状態となってＣＰＵ１４に出力される。スイッチ素子１４１がＯＦＦ状態の場合、フォトカプラ１４２の発光側素子がＯＮ状態となり、ＺＲＸ信号がＬｏｗ状態となってＣＰＵ１４に出力される。その切り替わりのポイントが、ＡＣ供給源からの交流電圧の０Ｖをクロスするタイミングであり、ゼロクロス信号ＺＲＸとしてＣＰＵ１４に出力される。ＣＰＵ１４はこの切り替わりポイントを検知してゼロクロスタイミングとして、前述の図１で示したＡＣ負荷１５のＡＣ電力の通電タイミングを制御する。

＜実施形態１の電源装置の動作手順例＞
図３は、実施形態１に係る電源装置の動作を表すフローチャートを示したものである。なお、図３は図２の回路の動作手順を示すものであるが、その一部をソフトウエアのプログラム制御に置き換えることも可能である。

まず、ステップＳ１００で商用電源等の交流（ＡＣ）供給源から電力を入力し、ステップＳ１０１で第１のコンバータ部１１−１の電源ＩＣ１０３が起動してスイッチング動作を開始する。

ステップＳ１０２でユーザによってＳＷ１８がＯＮされれば、ステップＳ１０３に進み、ＦＥＴ１９をＯＮ状態とし、ステップＳ１０４にてＶｃｃ１が出力される。Ｖｃｃ１の出力によって、ステップＳ１０５にてフォトカプラ１２８の発光部がＯＮ状態となり、受光部のトランジスタがＯＮ状態となる。次に、ステップＳ１０６にて第２のコンバータ部１２−１の電源ＩＣ１２０が起動し、同時にＺＲＸ_ＰＳが出力される。次に、ステップＳ１０７にてＶｃｃ２が出力されつつ、ゼロクロス信号出力部１３−１からＺＲＸ信号が出力される。

もしステップＳ１０２にてＳＷ１８がＯＦＦ状態となった場合、ステップＳ１０８にてＦＥＴ１９がＯＦＦ状態となり、ステップＳ１０９でＶｃｃ１の出力が停止する。次に、ステップＳ１１０にてフォトカプラ１２８がＯＦＦし、ステップＳ１１１にて電源ＩＣ１２０が停止して、同時にＺＲＸ_ＰＳ出力も停止する。そして、ステップＳ１１２にてＶｃｃ２の出力が停止しつつ、ＺＲＸ信号の出力も停止する。これらステップＳ１００からＳ１１２のステップは、繰り返し実行されているものとする。

＜従来の電源装置の回路構成例＞
図４は、本発明の構成と比較するために、従来例の電源装置を表した図である。なお、図２と同様の構成要素は同じ参照番号を付与している。

本発明と異なる構成として上記特許文献１を例にする。従来例では、ゼロクロス回路における電力消費を低減した構成を、リレー１１７ａおよび１１７ｂと、ゼロクロス信号出力部１３’として示した。第１のコンバータ部１１’の構成は、基本点に第１のコンバータ部１１−１と同じである。

リレー１１７ａおよび１１７ｂは、ＣＰＵ１４のＤＲＶ信号の出力によって、ゼロクロス信号出力部１３’へのＡＣラインからの入力を低消費電力状態では遮断し、電力消費を低減する構成となっている。

第２のコンバータ部１２’の抵抗１３４とダイオード１３５、コンデンサ１３６は、トランス補助巻き線１２３ｃからの電圧出力を平滑化する構成である。

ゼロクロス信号出力部１３’において、ＡＣラインの電圧がダイオード１３９で半波整流された電圧は、抵抗１４０を介してツェナーダイオード１４３に印加される。そして、フォトカプラ１４２の発光側素子のＯＮ/ＯＦＦ状態が切り替わることで、ゼロクロス信号ＺＲＸがＣＰＵ１４に出力される。ＡＣラインの電圧は１００Ｖ系の商用電源であれば、ダイオード１３９で半波整流されたピーク電圧は約１４０Ｖとなり、フォトカプラ１４２の発光素子に入力するためには抵抗１４０とツェナーダイオード１４３にて電圧を降下させる必要がある。この際、フォトカプラ１４２の発光側電流を数十ミリアンペアと設定しても数１０Ｖから１００Ｖ程度降下した電圧との積である電力消費は数Ｗとなり、無駄な電力消費となる。

そのため、従来例は、前述したようにリレー１１７ａ、１１７ｂによって低消費電力状態ではＡＣラインからの入力を遮断し、ゼロクロス信号出力部１３’への電力供給を停止する構成となっている。ＣＰＵ１４にて低消費電力状態に遷移する場合でゼロクロス信号ＺＲＸの出力が不要である場合、ＤＲＶ出力をＬｏｗ出力にすることで、リレー１１７ｂの励磁部ＲＬの通電を停止して、ＡＣラインからの入力を遮断する。ゼロクロス信号ＺＲＸの出力が必要である場合、ＤＲＶ出力をＨｉｇｈ出力にすることで、リレー１１７ｂの励磁部ＲＬに通電して、ＡＣラインからの電圧をゼロクロス信号出力部１３’へ入力する。

さらに、複数のコンバータを接続した場合を考慮すると、第２のコンバータ部１２’のスイッチングトランス１２３ｃ補助巻き線からの電力を電源ＩＣ１２０が消費する構成をとる場合がある。補助巻き線１２３ｃからの出力を抵抗１３４とダイオード１３５、コンデンサ１３６で平滑化する際に数ワットの電力消費が発生し損失となる。もし複数コンバータの各々のトランス補助巻き線と、出力電圧を平滑化する回路を構成した場合、その合計で無駄な電力消費が発生することとなる。

＜実施形態１の効果＞
以上述べたように、図２と図３で示した本発明の実施形態１では、コンバータの動作状態および停止状態を切り換えると同時に、ゼロクロス回路の動作状態および停止状態を１系統の制御で切り換えることができる。そのため、複数のコンバータの補助巻き線を削減し、補助巻き線からの出力を整流する際の電力消費を低減することが可能となる。

［実施形態２］
以下に、本発明の実施形態２について、図を参照して説明する。

＜実施形態２の電源装置の回路構成例＞
図５は、前述の図２の構成にさらにスイッチ素子と制御信号/ＣＮＶ２_ＯＮを追加した構成の、本発明の実施形態２の電源装置の回路構成例を示した図である。

本実施形態２は、ＳＷ１８がＯＮ状態での、スタンバイモードやスリープモード等の低消費電力状態を考慮したものである。なお、図５で図２と同様の構成要素は同じ参照番号を付与している。図５の第１のコンバータ１１−２、ゼロクロス信号出力部１３−２は、基本的に図２の第１のコンバータ１１−１、ゼロクロス信号出力部１３−１と同様である。

第２のコンバータ１２−２のスイッチ素子１３３は、ＣＰＵ１４からの/ＣＮＶ２_ＯＮ信号を用いて第２のコンバータ部１２−２の動作と、ゼロクロス信号出力部１３−２への電力供給を制御する。

（/ＣＮＶ２_ＯＮ信号がＬｏｗ状態の場合）
/ＣＮＶ２_ＯＮ信号がＬｏｗ状態の場合、スイッチ素子１３３がＯＮ状態となり、フォトカプラ１２８の発光側素子が通電され、スイッチ素子１２７がＯＮ状態となる。かつ、ゼロクロス信号出力部１３−２にゼロクロス信号生成電力ＺＲＸ_ＰＳが供給される。また、第１のコンバータ部１１−２からのＩＣ Ｖｃｃが電源ＩＣ１２０に動作電力として供給され、電源ＩＣ１２０が動作し、Ｖｃｃ２が出力される。

ダイオード１３９と抵抗１４０からのＡＣ電圧の半波がトランジスタ１４１に供給されて、トランジスタ１４１が半波ごとにＯＮ状態とＯＦＦ状態を繰り返す。フォトカプラ１４２の受光側がＯＮ状態とＯＦＦ状態を繰り返し、ゼロクロス信号出力部１３−２からＣＰＵ１４にＺＲＸ信号が出力される。

（/ＣＮＶ２_ＯＮ信号がＨｉｇｈ状態の場合）
/ＣＮＶ２_ＯＮ信号がＨｉｇｈ状態の場合、スイッチ素子１３３がＯＦＦ状態となり、フォトカプラ１２８の発光側素子の通電が停止し、スイッチ素子１２７がＯＦＦ状態となる。かつ、ゼロクロス信号出力部１３−２へのゼロクロス信号生成電力ＺＲＸ_ＰＳの供給が停止する。また、第１のコンバータ部１１−２からのＩＣ Ｖｃｃの供給が停止し、電源ＩＣ１２０が停止して、Ｖｃｃ２の出力が停止する。ダイオード１３９からのＡＣ電圧の半波が供給されてもフォトカプラ１４２の受光側はＯＦＦ状態となり、ゼロクロス信号出力部１３−２からのＺＲＸ信号はＨｉｇｈ状態のままとなる。

＜実施形態２の電源装置の動作手順例＞
図６は、実施形態２に係る電源装置の動作を表すフローチャートを示したものである。なお、図６は図５の回路の動作手順を示すものであるが、その一部をソフトウエアのプログラム制御に置き換えることも可能である。なお、図３と同じ参照番号は、同様の処理を示す。

ステップＳ１００からＳ１１２のステップは、図３で説明した内容と同じである。以下、ＣＰＵ１４が電源装置を含めて負荷の動作状態をスタンバイモードやスリープモード等の低消費電力状態からＶｃｃ２を出力する場合を説明する。

ステップＳ１０４でＶｃｃ１が出力された状態から、ステップＳ１１３でＣＰＵ１４内の処理によって/ＣＮＶ２_ＯＮ出力をＬｏｗ状態にする。その場合、ステップＳ１１４にてスイッチ素子１３３であるトランジスタがＯＮし、以降のステップでＶｃｃ２の出力とＺＲＸ信号の出力を開始する。

もしステップＳ１１３でＣＰＵ１４内の処理によって/ＣＮＶ２_ＯＮ出力をＨｉｇｈ状態にする。その場合、低消費電力状態に遷移するため、ステップＳ１１５にてスイッチ素子１３３であるトランジスタがＯＦＦし、以降のステップでＶｃｃ２の出力とＺＲＸ信号の出力が停止する。

これらステップＳ１００からＳ１１５のステップは繰り返し実行されているものとする。

＜実施形態２の効果＞
以上述べたように、図５と図６で示した本発明の実施形態２では、第２のコンバータ部の動作および停止状態を切り換える際と、ゼロクロス回路の動作および停止状態を同時に切り換えることができる。そのため、ゼロクロス回路に入力するゼロクロス信号生成電力の消費を低減することが可能となる。

［実施形態３］
以下に、本発明の実施形態３について、図を参照して説明する。

＜実施形態３の電源装置の回路構成例＞
図７は、本発明の実施形態３に係る電源装置の回路構成例を示す図である。

前述の実施形態２の図５で示した構成に、ゼロクロス信号出力部１３−３において、トランジスタ１４１への半波入力選択のためスイッチ素子であるトランジスタ１４４，１４５および抵抗等の部品を追加した構成である。ＺＲＸ信号を生成するために駆動するトランジスタ１４１の動作電力を供給もしくは停止することができる構成であり、さらに電力消費を低減することができる構成である。なお、図７の第１のコンバータ１１−３、第２のコンバータ１２−３は、基本的に図５の第１のコンバータ１１−２、第２のコンバータ１２−２と同様である。

（/ＣＮＶ２_ＯＮ信号がＬｏｗ状態の場合）
/ＣＮＶ２_ＯＮ信号がＬｏｗ状態の場合、スイッチ素子１３３がＯＮ状態となり、フォトカプラ１２８の発光側素子が通電され、スイッチ素子１２７がＯＮ状態となる。かつ、ゼロクロス信号出力部１３−３にゼロクロス信号生成電力ＺＲＸ_ＰＳが供給される。第１のコンバータ部１１−３からのＩＣ Ｖｃｃが電源ＩＣ１２０に動作電力として供給され、電源ＩＣ１２０が動作しＶｃｃ２が出力される。また同時に、トランジスタ１４４，１４５がＯＮ状態となり、ダイオード１３９と抵抗１４０からのＡＣ電圧の半波がトランジスタ１４１に供給されて、トランジスタ１４１が半波ごとにＯＮ状態とＯＦＦ状態を繰り返す。フォトカプラ１４２の受光側がＯＮ状態とＯＦＦ状態を繰り返し、ゼロクロス信号出力部１３−３からＣＰＵ１４にＺＲＸ信号が出力される。

（/ＣＮＶ２_ＯＮ信号がＨｉｇｈ状態の場合）
/ＣＮＶ２_ＯＮ信号がＨｉｇｈ状態の場合、スイッチ素子１３３がＯＦＦ状態となり、フォトカプラ１２８の発光側素子の通電が停止し、スイッチ素子１２７がＯＦＦ状態となる。かつ、ゼロクロス信号出力部１３−３へのゼロクロス信号生成電力ＺＲＸ_ＰＳの供給が停止する。第１のコンバータ部１１−３からのＩＣ Ｖｃｃの供給が停止し、電源ＩＣ１２０が停止して、Ｖｃｃ２の出力が停止する。また同時に、トランジスタ１４４，１４５がＯＦＦ状態となり、ダイオード１３９からのＡＣ電圧の半波が供給されても、半波入力が遮断されてトランジスタ１４１が駆動しない状態となる。つまり、この状態ではＶｃｃ２の出力が停止し、かつＺＲＸ信号を生成するスイッチ素子１４１やトランジスタ１４４の不要な動作が停止して電力消費を低減することが可能となる。また、ダイオード１３９と抵抗１４０による電圧降下によって発生する電力消費を低減することが可能となる。また、従来例のようなメカニカルなリレー１１７を使用しないので接点寿命の影響を受けずまたリレーコイル１１７ｂに電力を消費させることが無くなる。

＜実施形態３の電源装置の動作手順例＞
図８は、実施形態３に係る電源装置の動作を表すフローチャートを示したものである。なお、図８は図７の回路の動作手順を示すものであるが、その一部をソフトウエアのプログラム制御に置き換えることも可能である。なお、図６と同じ参照番号は、同様の処理を示す。

ステップＳ１００からステップＳ１１５のステップは、前述の実施形態２の図６で説明した内容と同じである。

ＣＰＵ１４が電源装置を含めて負荷の動作状態をスタンバイモードやスリープモード等の低消費電力状態から、Ｖｃｃ２を出力する場合を説明する。

ステップＳ１０４でＶｃｃ１が出力された状態から、ステップＳ１１３でＣＰＵ１４内の処理によって/ＣＮＶ２_ＯＮ出力をＬｏｗ状態にする。その場合、ステップＳ１１４にてスイッチ素子であるトランジスタ１３３がＯＮし、ステップＳ１０５でフォトカプラ１２８がＯＮする。そして、ステップＳ１０６で電源ＩＣ１２０が起動し、ＺＲＸ_ＰＳが出力され、次の、ステップＳ１１６にてスイッチ素子であるトランジスタ１４４，１４５がＯＮ状態となる。トランジスタ１４４，１４５がＯＮ状態となることで、ＡＣラインからの半波電圧がトランジスタ１４１に供給され、フォトカプラ１４２の動作によってＺＲＸ信号がＣＰＵ１４に出力される。

もしステップＳ１１３でＣＰＵ１４内の処理によって/ＣＮＶ２_ＯＮ出力をＨｉｇｈ状態にする。その場合、低消費電力状態に遷移するため、ステップＳ１１５にてスイッチ素子であるトランジスタ１３３がＯＦＦし、ステップＳ１１０で１２８フォトカプラがＯＦＦする。そして、ステップＳ１１１で電源ＩＣ１２０が停止して、ＺＲＸ_ＰＳの出力が停止し、次の、ステップＳ１１７にてスイッチ素子であるトランジスタ１４４，１４５がＯＦＦ状態となる。そして、以降のステップでＶｃｃ２の出力とＺＲＸ信号の出力が停止する。トランジスタ１４４，１４５がＯＦＦ状態となることで、ＡＣラインからの半波電圧がトランジスタ１４１に供給されない。そのため、フォトカプラ１４２の動作を停止することによって、ＺＲＸ信号の出力が不要なスタンバイモードやスリープモード等の低消費電力状態で消費電力の低減を行うことができる。

これらステップＳ１００からＳ１１７のステップは、繰り返し実行されているものとする。

＜実施形態３の効果＞
以上述べたように、ゼロクロス回路の動作および停止状態を切り換える際に同時に半波電圧の供給を切り換えることができ、ゼロクロス回路に入力する半波電圧を降下させる際の電力消費を低減することが可能となる。

［実施形態４］
以下に、本発明の実施形態４について、図を参照して説明する。

＜実施形態４の電源装置の回路構成例＞
図９は、本発明の実施形態３に係る電源装置の回路構成例を示す図である。

前述の実施形態３で示した図７の構成で、スイッチ素子であるトランジスタ１４４，１４５および抵抗等の部品を、フォトリレー１４６および抵抗で置き換えた構成である。ＺＲＸ信号を生成するために駆動するトランジスタ１４１の動作電力を供給もしくは停止することができる構成である。従って、前述した従来例のようにＣＰＵ１４からの制御端子であるＤＲＶ出力を別途設けることなく、/ＣＮＶ２_ＯＮ出力を用いて１３ゼロクロス信号出力部での電力消費を低減することができる構成である。なお、図９の第１のコンバータ１１−４、ゼロクロス信号出力部１３−４は、基本的に図７の第１のコンバータ１１−３、ゼロクロス信号出力部１３−３と同様である。

（/ＣＮＶ２_ＯＮ信号がＬｏｗ状態の場合）
/ＣＮＶ２_ＯＮ信号がＬｏｗ状態の場合、スイッチ素子１３３がＯＮ状態となり、フォトカプラ１２８の発光側素子が通電され、スイッチ素子１２７がＯＮ状態となる。かつ、１３ゼロクロス信号出力部１３−４にゼロクロス信号生成電力ＺＲＸ_ＰＳが供給される。第１のコンバータ部１１−４からのＩＣ Ｖｃｃが電源ＩＣ１２０に動作電力として供給され、電源ＩＣ１２０が動作し、Ｖｃｃ２が出力される。また同時に、スイッチ素子１３３がＯＮ状態となることでＶｃｃ１がフォトリレー１４６に供給されてＯＮ状態となる。そして、ダイオード１３９と抵抗１４０からのＡＣ電圧の半波がトランジスタ１４１に供給されて、トランジスタ１４１が半波ごとにＯＮ状態とＯＦＦ状態を繰り返す。フォトカプラ１４２の受光側がＯＮ状態とＯＦＦ状態を繰り返し、ゼロクロス信号出力部１３−４からＣＰＵ１４にＺＲＸ信号が出力される。

（/ＣＮＶ２_ＯＮ信号がＨｉｇｈ状態の場合）
/ＣＮＶ２_ＯＮ信号がＨｉｇｈ状態の場合、スイッチ素子１３３がＯＦＦ状態となり、フォトカプラ１２８の発光側素子の通電が停止し、スイッチ素子１２７がＯＦＦ状態となる。かつ、ゼロクロス信号出力部１３−４へのゼロクロス信号生成電力ＺＲＸ_ＰＳの供給が停止する。第１のコンバータ部１１−４からのＩＣ Ｖｃｃの供給が停止し、電源ＩＣ１２０が停止して、Ｖｃｃ２の出力が停止する。また同時に、Ｖｃｃ１の供給が停止してフォトリレー１４６がＯＦＦ状態となり、ダイオード１３９からのＡＣ電圧の半波が供給されてもトランジスタ１４１が駆動しない状態となる。

＜実施形態４の効果＞
つまり、この状態ではＶｃｃ２の出力が停止し、かつＺＲＸ信号を生成するスイッチ素子であるトランジスタ１４１の不要な動作が停止して電力消費を低減することが可能となる。また、ダイオード１３９と抵抗１４０による電圧降下によって発生する電力消費を低減することが可能となる。また、フォトリレー１４６のようなスイッチ素子を用いることで、図４で示した従来例のような機械式接点を有するリレーより劣化が少なく、長寿命化を図ることが可能となる。

本実施形態に係る電源装置を有する装置のブロック例を示す図である。 実施形態１に係る電源装置の回路構成例を示す図である。 実施形態１に係る電源装置の動作例を表すフローチャートである。 従来例の電源装置の回路ブロックを示す図である。 実施形態２に係る電源装置の回路構成例を示す図である。 実施形態２に係る電源装置の動作例を表すフローチャートである。 実施形態３に係る電源装置の回路構成例を示す図である。 実施形態３に係る電源装置の動作例を表すフローチャートである。 実施形態４に係る電源装置の回路構成例を示す図である。

１０…整流部
１１…第１のコンバータ部（ＣＮＶ１）
１２…第２のコンバータ部（ＣＮＶ２）
１３…ゼロクロス信号出力部
１４…中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）
１５…ＡＣ負荷
１６、１７…ＤＣ負荷
１８…スイッチ（ＳＷ）
１００…交流供給源
１０１…ブリッジ整流回路
１０２…平滑用コンデンサ
１０３、１２０…電源ＩＣ
１０４、１２１…スイッチング素子
１０６、１２３…スイッチングトランス
１１２、１２９、１２８、１４２…フォトカプラ
１４１、１４４、１４５…スイッチ素子
１４６…スイッチ素子（フォトリレー）

Claims (6)

1. 一次側に主巻線と補助巻線を有し、二次側に出力巻線を有し、入力される交流電圧を整流及び平滑した電圧が当該主巻線に印加される第一トランスと、前記第一トランスの主巻線にパルス電圧を印加するために、前記第一トランスの主巻線に接続されたスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第一制御部と、を有し、前記第一トランスの出力巻線から第一電圧を出力する第一コンバータと、
   一次側に主巻線を有し、二次側に出力巻線を有し、前記整流及び平滑した電圧が当該主巻線に印加される第二トランスと、前記第一トランスの補助巻線に誘起された電圧が供給され、かつ、前記第二トランスの主巻線にパルス電圧を印加するために、前記第二トランスの主巻線に接続されたスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第二制御部と、を有し、前記第二トランスの出力巻線から第二電圧を出力する第二コンバータと、
   前記第一トランスの補助巻線に誘起された電圧が供給され、かつ、入力される前記交流電圧のゼロクロスタイミングに応じたゼロクロス信号を出力するゼロクロス信号出力部と、を備え、
   前記第二コンバータは、前記第一電圧の負荷への供給を停止したことに応じて、前記第一トランスの補助巻線に誘起された電圧の前記第二制御部への供給を停止し、かつ、前記第一トランスの補助巻線に誘起された電圧の前記ゼロクロス信号出力部への供給を停止するための切換部を備えたことを特徴とする電源装置。
2. 前記第一電圧を負荷に供給している状態で、外部からの指示に応じて前記第二コンバータの切換部を動作させ、前記第一トランスの補助巻線に誘起された電圧の前記第二制御部及び前記ゼロクロス信号出力部への供給を停止させるスイッチ制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記交流電圧の前記ゼロクロス信号出力部への前記入力を遮断する遮断部をさらに備え、前記スイッチ制御部からの信号に応じて前記遮断部が動作して前記交流電圧の前記ゼロクロス信号出力部への入力が遮断されることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 画像を形成するための画像形成手段と、
   前記画像形成手段を駆動する駆動手段と、
   前記画像形成手段と前記駆動手段に電力を供給する電源と、を有し、
   前記電源は、
   一次側に主巻線と補助巻線を有し、二次側に出力巻線を有し、入力される交流電圧を整流及び平滑した電圧が当該主巻線に印加される第一トランスと、前記第一トランスの主巻線にパルス電圧を印加するために、前記第一トランスの主巻線に接続されたスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第一制御部と、を有し、前記第一トランスの出力巻線から第一電圧を出力する第一コンバータと、
   一次側に主巻線を有し、二次側に出力巻線を有し、前記整流及び平滑した電圧が当該主巻線に印加される第二トランスと、前記第一トランスの補助巻線に誘起された電圧が供給され、かつ、前記第二トランスの主巻線にパルス電圧を印加するために、前記第二トランスの主巻線に接続されたスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第二制御部と、を有し、前記第二トランスの出力巻線から第二電圧を出力する第二コンバータと、
   前記第一トランスの補助巻線に誘起された電圧が供給され、かつ、入力される前記交流電圧のゼロクロスタイミングに応じたゼロクロス信号を出力するゼロクロス信号出力部と、を備え、
   前記第二コンバータは、前記第一電圧の負荷への供給を停止したことに応じて、前記第一トランスの補助巻線に誘起された電圧の前記第二制御部への供給を停止し、かつ、前記第一トランスの補助巻線に誘起された電圧の前記ゼロクロス信号出力部への供給を停止するための切換部を備えたことを特徴とする画像形成装置。
5. 前記第一コンバータから前記画像形成手段に電力を供給し、前記第二コンバータから前記駆動手段に電力を供給することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記画像形成手段は、記録材に画像を定着する定着手段を含み、前記駆動手段は記録材を搬送するためのモータを含むことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。

Images