JP6161374B2 - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
まず、後述する実施例との比較のために、従来の電源装置の電源回路に過電圧保護回路を加えた回路構成と動作について、図8を用いて説明する。図8は、破線枠部の過電圧保護回路を備えた、従来の電源回路の構成を示す回路図である。なお、図8において、商用交流電源、及び交流電圧を整流するブリッジダイオード等から構成される交流電圧の入力部は省略されている。
図8において、電源回路は、平滑用のコンデンサC101、起動抵抗R101、スイッチング素子であるFET(電界効果トランジスタ)Q101、電源制御用の電源IC11、トランスT101、ダイオードD101、コンデンサC102を備える。また、電源回路は、二次整流用のダイオードD102、二次平滑用のコンデンサC103、抵抗R102、R104、R105、R106、第一のフィードバック手段であるシャントレギュレータIC12を備える。フォトカプラPC101のLED部はトランスT101の二次側、フォトトランジスタ部は一次側に配され、フォトトランジスタ部は、抵抗R102を介して電源IC11に接続されている。また、抵抗R107はトランジスタQ102のコレクタ端子に接続され、抵抗R108の一端はトランジスタQ102のベース端子に接続され、他端はMODE端子に接続され、出力電圧変更回路を構成している。一次側と二次側を絶縁するトランスT101には、一次巻線Np、二次巻線Nsの他に、補助巻線Nbが巻回されており、二次巻線Nsは一次巻線Npとは巻回方向が逆方向(いわゆるフライバック結合)となるよう構成されている。また、補助巻線Nbも、一次巻線Npとは巻回方向が逆方向(いわゆるフライバック結合)となるよう構成されている。図8に示す電源回路を備える電源装置は、電源装置が搭載される機器の状態に従って、通常モードと省エネルギーモードである待機モードの2つの状態を有し、この2つの状態をMODE端子からの信号により切り替え可能である。
図8において、不図示の商用交流電源から交流電圧(AC電圧)が印加されると、不図示のダイオードブリッジにより整流された電圧によって、コンデンサC101の充電が行われる。コンデンサC101の電圧が上昇すると、起動抵抗R101を介して、電源制御用の電源IC11に電力が供給され、電源IC11はFET Q101をオンする。FET Q101がオンすると、トランスT101の一次巻線Npに電流が流れ、トランスT101のNp巻線に印加された電圧によって、二次巻線Ns、補助巻線Nbにも電圧が誘起される。補助巻線Nbに誘起された電圧は、ダイオードD101によって、電流が流れないよう阻止され、二次巻線Nsの電圧も同じく、ダイオードD102によって電流が流れないようになっている。電源IC11の内部回路により定められる所定の時間が経過した後に、FET Q101はオフする。すると、一次巻線NpのFET Q101のドレイン端子の電圧が上昇する。一方、二次巻線Nsには、ダイオードD102を通じて、コンデンサC103を充電する方向に電流が流れてコンデンサC103が充電され、コンデンサC103の電圧が上昇していく。電源IC11の内部回路により定まる所定の時間経過後、FET Q101はオン状態となり、コンデンサC101から再びトランスT101に電流が供給される。電源IC11により所定時間経過後にFET Q101がオフすると、再び二次巻線Nsに誘起される電圧により、ダイオードD102を通じて、コンデンサC103が充電され、出力電圧Voが出力される。
図1は、実施例1の電源装置が有する電源回路の回路構成を示す回路図である。図1は前述した従来例の電源回路である図8を、本実施例に合わせて変更した回路図である。変更した点は、図8のMODE端子からの入力がハイレベルのときに抵抗R106と並列接続されてシャントレギュレータIC12のREF端子への入力電圧を変更する出力電圧変更回路を、図1では破線枠部へ移動し、ダイオードD103を削除した点である。なお、図1では、破線枠部の回路素子は図8と同様であるが、図8との違いを示すため、トランジスタQ202、抵抗R207、R208と符号を変更し、その他の回路については、図8と同様なので、同一の符号を付して説明を省略する。
図2は、実施例2の電源装置が有する電源回路の回路構成を示す回路図である。図2は、実施例1の図1の回路を自励式コンバータであるRCC(リンギング・チョーク・コンバータ)に適用した例を示す。図2においては、図1において電源IC11が配置されていた周辺回路が異なるが、トランスT301の二次側の回路については、図1の回路とほぼ同様の回路である。図2は図1と同様の回路ではあるが、図中の回路素子の符号は新たに付け直している。また、図1では、起動抵抗はR101だけであったが、図2においては、2つの起動抵抗R301、R302が設けられ、フォトカプラPC301により起動抵抗の接続切替制御が行われる点が図1と異なる。以下に、図2を参照して、本実施例における回路構成、動作について説明する。
図2において、電源回路は、電解コンデンサC301(以下、コンデンサC301という)、トランスT301、第一の起動抵抗R301、第二の起動抵抗R302、フォトカプラPC301を備える。なお、起動抵抗R302の抵抗値は、起動抵抗R301よりも大きいものとする。また、電源回路は、FET Q301、トランジスタQ302、Q303、抵抗R303、R304、R305、R306、R307、R308、コンデンサC302、C303、C304を備える。更に、電源回路は、フォトカプラPC302、PC303、ダイオードD301、D302、D304を備える。
図2において、不図示の商用交流電源から交流電圧(AC電圧)が印加されると、不図示のダイオードブリッジにより整流された電圧によって、コンデンサC301の充電が行われ、コンデンサC301の電圧が上昇する。電源回路の起動直後には、出力電圧Voが上昇していないため、フォトカプラPC301のLED部は点灯せず、その結果、フォトカプラPC301のフォトトランジスタ部はオフ状態である。そのため、起動抵抗R302による電流がトランジスタQ303のベース−エミッタ間に流れ、トランジスタQ303はオン状態となる。この結果、コンデンサC301からFET Q301への電流経路上の起動抵抗R301に流れる電流により、FET Q301のゲート端子に電圧が印加され、FET Q301がオンする。FET Q301がオンすると、トランスT301の一次巻線Npに、電流が流れ始める。すると、トランスT301の補助巻線Nbに、更にFET Q301のゲート端子の電圧を高くする方向に、電圧が発生する。この電圧により、抵抗R304を通じてコンデンサC304が充電される。コンデンサC304の両端電圧は、トランジスタQ302のベース−エミッタ間にも印加される。そのため、コンデンサC304の充電が開始されて、所定時間経過すると、トランジスタQ302をオンするのに充分なベース電圧が発生し、トランジスタQ302がオンする。
図3は、実施例3の電源装置が有する電源回路の回路構成を示す回路図である。図3は、実施例2の電源回路である図2の回路に、破線部の独立した過電圧保護回路を更に追加した回路図である。前述したように、基本的な電源回路をより安全なものとするために、保護回路を追加する必要がある。そして、追加する保護回路としては、一旦、過電圧を検知したら出力電圧Voを通常時の出力電圧より低下させた電圧に保持するタイプが望ましい。そこで、本実施例では、図3の破線部に示す第三検知部として機能する第三の保護回路を追加することによって、この機能を実現している。本実施例で追加した図3の破線部の回路は、コンパレータIC43、ツェナーダイオードVZ403、VZ405、ダイオードD405、D406、D407、抵抗R419、R420、R421、R422から構成されている。なお、図中、電圧Vdは図示しない電圧系統で、出力電圧Voから生成される電圧値がVo以下の直流電圧を想定している。
図4は、実施例4の電源装置が有する電源回路の回路構成を示す回路図である。図4は、実施例1の電源回路である図1の回路に、破線部の過電流保護機能を有する回路を追加した回路図である。本実施例で追加した破線部の回路は、PNP型のトランジスタQ503、電流検知用の抵抗R513、抵抗R514、ダイオードD503、D504から構成されている。電流検知用の抵抗R513は、出力電流を電圧に変換し、PNP型のトランジスタQ503のベース、エミッタ間に電位差を生じさせるように動作する。抵抗R513に流れる電流により生じる電圧がトランジスタQ503の動作電圧Vbe以上になると、トランジスタQ503はオン状態となる。これにより、抵抗R106、及び抵抗R112、R208に流れる電流が増加することにより、シャントレギュレータIC12のREF端子の入力電圧、及びコンパレータIC13の反転入力端子(−)の入力電圧が上昇する。その結果、フォトカプラPC101、PC102を介して電源IC11に入力されるフィードバック信号に基づいて、電源IC11は電源回路の発振を抑制する。例えば、抵抗R513の抵抗値が0.3Ωの場合、抵抗R513を流れる電流が約2Aになったときには、抵抗R513の両端には、約0.6Vの電圧が発生して、ベース・エミッタ間の電位差が0.6Vとなるので、トランジスタQ503がオン状態となる。すると、シャントレギュレータIC12のREF端子の入力電圧とコンパレータIC13の反転入力端子(−)の入力電圧が上昇する。そのとき、出力電圧がシャントレギュレータIC12によって制御されている場合は、シャントレギュレータIC12によって電源回路の発振が抑制され、出力電圧が低下する。また、コンパレータIC13によって制御されている場合は、コンパレータIC13によって電源回路の発振が停止され、出力電圧が低下する。
図5は、実施例5の電源装置が有する電源回路の回路構成を示す回路図である。図5は、実施例1の電源回路である図1の回路に、破線部の回路を追加した回路図である。実施例1で示した回路の定数設定では、コンパレータIC13により構成されるフィードバック回路の制御電圧は、約3.3Vと約30Vの2種類の出力電圧である。本実施例では、破線部の回路を追加することにより、実施例1では2種類であった出力電圧を3種類に増やすことができる。本実施例で追加した破線部の回路は、トランジスタQ602、Q603、抵抗R608、R613、R614、R615から構成されている。また、抵抗R614、615を介して、トランジスタQ602、Q603にそれぞれ信号を出力するMODE1端子、MODE2端子が設けられている。
図6は、実施例6の電源装置が有する電源回路の回路構成を示す回路図である。図6は、実施例1の電源回路である図1の回路に、破線部の回路を追加した回路図である。破線部の回路を追加することにより、実施例1では通常モード時は30V、待機モード時は24Vへと値が変化していた過電圧保護の動作開始電圧を変化させないようにすることができる。
画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタを例にあげて説明する。図7に電子写真方式のプリンタの一例であるレーザビームプリンタの概略構成を示す。レーザビームプリンタ300は、静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム311、感光ドラム311を一様に帯電する帯電部317(帯電手段)、感光ドラム311に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部312(現像手段)を備えている。そして、感光ドラム311に現像されたトナー像をカセット316から供給された記録材としての記録材(不図示)に転写部318(転写手段)によって転写して、記録材に転写したトナー像を定着器314で定着してトレイ315に排出する。この感光ドラム311、帯電部317、現像部312、転写部318が画像形成部である。また、レーザビームプリンタ300は、実施例1〜6で説明した電源装置400を備えている。なお、実施例1〜6の電源装置を適用可能な画像形成装置は、図7に例示したものに限定されず、例えば複数の画像形成部を備える画像形成装置であってもよい。更に、感光ドラム311上のトナー像を中間転写ベルトに転写する一次転写部と、中間転写ベルト上のトナー像を記録材に転写する二次転写部を備える画像形成装置であってもよい。
IC12 シャントレギュレータ
IC13 コンパレータ
Q101 FET
T101 トランス
Claims (10)
- 一次側と二次側を絶縁するトランスと、
前記トランスの一次側に流れる電流をスイッチングするためのスイッチング手段と、
前記スイッチング手段の動作を制御することにより、前記トランスの二次側の出力電圧を制御する制御手段と、
前記トランスの二次側からの出力電圧を検知し、検知した前記出力電圧に応じた第一信号を前記制御手段に供給する第一検出手段と、
前記トランスの二次側からの出力電圧に応じた出力値と閾値を比較し、比較結果に基づく第二信号を前記制御手段に供給し、外部信号に応じて前記第二信号の前記制御手段への供給状態を切り換える第二検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記外部信号として第一の値が入力される通常モードの場合には、前記第一検出手段からの前記第一信号に従い、前記トランスの二次側からの出力電圧の目標値が第一目標電圧になるように前記スイッチング手段の動作を制御し、前記外部信号として前記第一の値とは異なる第二の値が入力される省エネルギーモードの場合には、前記第二検出手段からの前記第二信号に従い、前記トランスの二次側からの出力電圧の目標値が前記第一目標電圧より低い第二目標電圧になるように、前記スイッチング手段の動作を制御し、
前記制御手段は、前記通常モードにおいて、前記第二検出手段からの前記第二信号に従って過電圧を検知し、前記省エネルギーモードにおいて、前記第一検出手段からの前記第一信号に従って過電圧を検知することを特徴とする電源装置。 - 前記外部信号として前記第一の値が入力されている前記通常モードの場合、前記第二目標電圧は前記第一目標電圧よりも高い目標電圧であり、過電圧を検知するための目標電圧に切り替えられることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 更に前記外部信号とは異なる他の外部信号が入力され、前記外部信号の値と前記他の外部信号の値とに従い、前記第二目標電圧は、前記第一目標電圧よりも低く前記第二目標電圧よりも高い第三目標電圧に切り替えられ、前記制御手段は、前記トランスの二次側からの出力電圧の目標値が前記第三目標電圧になるように、前記スイッチング手段の動作を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の電源装置。
- 前記スイッチング手段への電流経路に第一の起動抵抗と、前記第一の起動抵抗よりも抵抗値が大きい第二の起動抵抗と、を有し、
前記通常モードの場合には前記第一の起動抵抗を介して前記スイッチング手段に電流を流し、前記省エネルギーモードの場合には前記第二検出手段によって前記第一の起動抵抗及び前記第二の起動抵抗を流れる電流を切り替えること特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 前記トランスの二次側の出力電流を検知し、検知した電流に応じて検知信号を出力する電流検知手段を更に有し、
前記制御手段は、前記電流検知手段からの検知信号に基づいて前記スイッチング手段の動作を停止することを特徴とする請求項1又は2に記載の電源装置。 - 前記制御手段は、前記第一検出手段からの前記第一信号及び前記第二検出手段からの前記第二信号に基づいて、前記スイッチング手段の動作を停止することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の電源装置。
- 前記第一検出手段は、シャントレギュレータを含むことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の電源装置。
- 前記第二検出手段は、コンパレータを含むことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の電源装置。
- 記録材に画像形成を行う画像形成手段を有する画像形成装置であって、
前記画像形成装置に電力を供給する電源装置を有し、前記電源装置は、
一次側と二次側を絶縁するトランスと、
前記トランスの一次側に流れる電流をスイッチングするためのスイッチング手段と、
前記スイッチング手段の動作を制御することにより、前記トランスの二次側の出力電圧を制御する制御手段と、
前記トランスの二次側からの出力電圧を検知し、検知した前記出力電圧に応じた第一信号を前記制御手段に供給する第一検出手段と、
前記トランスの二次側からの出力電圧に応じた出力値と閾値を比較し、比較結果に基づく第二信号を前記制御手段に供給し、外部信号に応じて前記第二信号の前記制御手段への供給状態を切り換える第二検出手段と、を有し、
前記制御手段は、前記外部信号として第一の値が入力される通常モードの場合には、前記第一検出手段からの前記第一信号に従い、前記トランスの二次側からの出力電圧の目標値が第一目標電圧になるように前記スイッチング手段の動作を制御し、前記外部信号として前記第一の値とは異なる第二の値が入力される省エネルギーモードの場合には、前記第二検出手段からの前記第二信号に従い、前記トランスの二次側からの出力電圧の目標値が前記第一目標電圧より低い第二目標電圧になるように、前記スイッチング手段の動作を制御し、
前記制御手段は、前記通常モードにおいて、前記第二検出手段からの前記第二信号に従って過電圧を検知し、前記省エネルギーモードにおいて、前記第一検出手段からの前記第一信号に従って過電圧を検知することを特徴とする画像形成装置。 - 前記画像形成装置の動作を制御するコントローラを備え、
前記電源装置は、前記コントローラに電力を供給することを特徴とする請求項9に記載の画像形成装置。
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