JP7421341B2 - 電源装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
交流電源から入力された交流を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、
前記平滑回路に入力される突入電流から前記整流回路を保護する保護回路と、
前記突入電流が発生しうる期間において前記保護回路を短絡せず、前記突入電流が発生しない期間において前記保護回路を短絡する短絡回路と、
前記平滑回路により生成される一次側電圧を印加される一次巻線と、所定の巻線比に応じた二次側電圧を生成する二次巻線と、前記一次巻線に対して磁気的に結合される補助巻線と、を有するトランスと、
前記短絡回路が動作を開始するタイミングに対して前記補助巻線に接続される負荷が動作を開始するタイミングを遅延させる遅延回路と、
前記二次側電圧が目標電圧となるように前記一次巻線に流れる電流をスイッチングするスイッチング素子と、
前記二次側電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、
前記突入電流が発生しうる期間において前記短絡回路に前記出力電圧を供給せず、前記突入電流が発生しない期間において前記短絡回路に前記出力電圧を供給する制御回路と、
前記制御回路から出力される信号に応じて前記出力電圧を前記保護回路に供給するか否かをスイッチする第一スイッチと、を有し、
前記短絡回路は、前記出力電圧により駆動され、
前記制御回路は、前記出力電圧を供給されて動作を開始すると、前記信号の出力を開始するように構成されており、
前記第一スイッチは、前記信号に基づきOFFからONに切り替わり、前記保護回路に前記出力電圧を供給するように構成されていることを特徴とする電源装置を提供する。
図1が示すように、電源装置1は商用電源2から供給される交流電圧を直流電圧に変換して出力するAC/DCコンバータである。電源装置1は、第1コンバータ10aと第2コンバータ10bを備えている。電源装置1は、たとえば、画像形成装置に電力を供給する電源として採用されてもよい。画像形成装置などの電気機器は、機器が稼働している状態のように消費電力の多い通常モードと、機器が稼働しておらず、一部の電力供給が停止され、通常モードよりも消費電力の少ない省電力モードとを有している。そこで、第1コンバータ10aは、両方のモードで動作する待機電源として機能してもよい。第2コンバータ10bは、待機モードでは停止しており、通常モードでは動作する主電源として機能してもよい。したがって、第1コンバータ10aは電源装置1が商用電源2と接続されているときは常に動作をし、電気機器を制御するメインコントローラ5に電力を供給する。電気機器が省電力モードであるときは、第2コンバータ10bは停止している。電気機器が通常モードで動作しているときは、第2コンバータ10bは、メインコントローラ5からの信号を受けて動作を開始し、電気機器に必要な電力を供給する。
電源装置1は交流電圧を直流電圧に変換するAC/DC変換部を有している。AC/DC変換部に設けられたブリッジダイオードD1は交流を整流する整流回路(整流器または整流素子)として機能する。コンデンサC1は、電解コンデンサなどであり、ブリッジダイオードD1の出力電流(脈流)を平滑する平滑回路(平滑素子)として機能する。脈流がコンデンサC1に流れ込むことで、コンデンサC1が充電される。コンデンサC1の両端電圧が低い状態で電源装置1に交流電圧が入力されると、商用電源2からコンデンサC1に大電流(突入電流)が流れうる。そこで、ブリッジダイオードD1とコンデンサC1との間には電流制限素子R0が設けられている。電流制限素子R0によって大電流(突入電流)がコンデンサC1に流れ込むことが制限される。これにより、ブリッジダイオードD1やその前段に設けられる不図示のヒューズが保護される。電流制限素子R0は、たとえば、抵抗素子やサーミスタであってもよい。
コンデンサC1の後段には、第1コンバータ10aと第2コンバータ10bとが接続されている。第1コンバータ10aはDC/DCコンバータである。
スイッチQ3がOFFからONになると、補助巻線W3、ダイオードD3およびコンデンサC3により生成された電圧Vsubが電源電圧Vccとして、コンバータコントローラ4bに供給される。これにより、スイッチング素子Q4のスイッチングが開始され、第2コンバータ10bの二次側に出力電圧Vout2が生成される。
第2コンバータ10bは、コンデンサC1により生成された直流電圧を出力電圧Vout2に変換するDC/DCコンバータである。コンバータコントローラ4bは、第2コンバータ10bの出力電圧Vout2を目標電圧に制御する制御回路である。
第1コンバータ10aの二次側に設けられた負荷と、補助巻線W3の電力供給能力とは比例する。二次側負荷が軽い場合、出力電圧Vout1を維持するために必要となるスイッチング素子Q1のデューティ比は小さくなってしまう。よって、補助巻線W3にも電力が供給されにくくなる。第1コンバータ10aの二次側負荷が軽い場合、補助巻線W3の電力供給能力が不足するため、第2コンバータ10bが動作できないか、または、起動と停止を繰り返すかもしれない。そこで、実施例1では、第1コンバータ10aの二次側負荷を増加させるために、突入電流低減回路3のリレーRLが出力電圧Vout1により駆動される。これにより、補助巻線W3の電力供給能力が増加する。なお、第2コンバータ10bをさらに安定的に動作させるために、コンバータコントローラ4bの動作開始タイミングが遅延回路6により遅延されてもよい。
実施例1では、第2コンバータ10bを動作させるために、メインコントローラ5からの外部信号である動作開始信号RMTが必要であった。実施例2では、第2コンバータ10bを動作させるための動作開始信号RMTが省略される。なお、第1コンバータ10aは待機電源である必要はない。第2コンバータ10bは主電源である必要もない。
実施例1および実施例2では、補助巻線W3の負荷がコンバータコントローラ4a、4bであった。図5が示すように、実施例3では補助巻線W3の負荷としてPFCコントローラ51を用いられている。なお、実施例3において、実施例1、2と共通する事項には同一参照符号が付与され、その説明は省略される。
[観点1]
ブリッジダイオードD1は、交流電源(例:商用電源1)から入力された交流を整流する整流回路の一例である。コンデンサC1は整流回路の出力を平滑する平滑回路の一例である。突入電流低減回路3は平滑回路に入力される突入電流から整流回路などを保護する保護回路の一例である。リレーRLは、突入電流が発生しうる期間において保護回路を短絡せず、突入電流が発生しない期間において保護回路を短絡する短絡回路の一例である。トランスT1は、平滑回路により生成される一次側電圧を印加される一次巻線と、所定の巻線比に応じた二次側電圧を生成する二次巻線と、一次巻線に対して磁気的に結合され、負荷を駆動する補助巻線とを有するトランスの一例である。スイッチング素子Q1は二次側電圧が目標電圧となるように一次巻線に流れる電流をスイッチングするスイッチング素子の一例である。ダイオードD2およびコンデンサC2は二次側電圧を整流平滑して出力電圧(例:Vout1)を生成する整流平滑回路として機能する。短絡回路は、出力電圧(例:Vout1)により駆動される。これにより、トランスの二次側負荷が増加し、補助巻線の電力供給能力が増加する。つまり、部品数およびコストの増加を招かずに、補助巻線の電力供給能力が安定化する。
遅延回路6は、短絡回路が動作を開始するタイミングに対して、補助巻線に接続される負荷が動作を開始するタイミングを遅延させる遅延回路の一例である。これにより、より確実に、負荷を安定して起動することが可能となる。図2、4、6が示すように、リレーRL1が作動してから補助巻線の電力供給能力が十分に上昇するまでにはある程度の時間が必要となる。よって、この時間以上にわたり遅延回路6が負荷の動作開始を遅延させることで、負荷が安定して起動するようになる。
メインコントローラ5は、突入電流が発生しうる期間において短絡回路に出力電圧を供給せず、突入電流が発生しない期間において短絡回路に出力電圧を供給する制御回路として機能する。よって、突入電流が発生しうる期間においては、保護回路が作動する。一方、突入電流が発生しない期間においては、保護回路が作動しない。
スイッチQ2(例:半導体スイッチ)は、制御回路から出力される信号に応じて出力電圧を保護回路に供給するか否かをスイッチする第一スイッチの一例である。制御回路は、出力電圧を供給されて動作を開始すると、信号の出力を開始してもよい。第一スイッチは、信号に基づきOFFからONに切り替わり、保護回路に出力電圧を供給してもよい。
信号(例:ON信号)は、補助巻線により生成された電力を供給されて動作する負荷を起動する信号(例:RMT)として兼用されてもよい。スイッチQ3(例:半導体スイッチ)は、信号が入力されると、補助巻線により生成された電力を負荷に供給するよう動作する第二スイッチの一例である。
遅延回路6は、信号が第一スイッチに入力されるタイミングに対して信号が第二スイッチに入力されるタイミングを遅延させる。これにより、短絡回路が動作を開始するタイミングに対して負荷が動作を開始するタイミングが遅延する。
フォトカプラP3は、制御回路と、第二スイッチとの間に設けられたフォトカプラの一例である。フォトカプラP3は、トランスT1の一次側に設けられた回路群とトランスT1の二次側に設けられた回路群とを絶縁する。遅延回路6は、制御回路とフォトカプラとの間、または、フォトカプラと第二スイッチとの間に設けられてもよい。
負荷は二次側電圧を目標電圧に維持するようにスイッチング素子を制御するコントローラ(例:コンバータコントローラ4b)であってもよい。PFC回路50はトランスT1の一次側に接続された力率改善回路の一例である。この場合、負荷は力率改善回路を制御するコントローラ(例:PFCコントローラ51)であってもよい。
ダイオードD3およびコンデンサC3は補助巻線W3に生じた電力に基づき負荷に供給される負荷電圧(例:Vsub、Vcc)を生成する生成回路として機能する。遅延回路6は、負荷電圧が負荷に供給されるタイミングを遅延させることで、短絡回路が動作を開始するタイミングに対して負荷が動作を開始するタイミングを遅延させる。
遅延回路6は、短絡回路が動作を開始するタイミングに対して力率改善回路が動作を開始するタイミングを遅延させてもよい。
ダイオードD3およびコンデンサC3は補助巻線W3に生じた電力に基づき力率改善回路の動作電圧を生成する生成回路として機能する。遅延回路6は、動作電圧が力率改善回路に供給されるタイミングを遅延させることで、短絡回路が動作を開始するタイミングに対して力率改善回路が動作を開始するタイミングを遅延させる。
保護回路は、突入電流を減少させる抵抗素子(例:電流制限素子R0)を有してもよい。短絡回路は、抵抗素子に並列に接続されたリレーRLを有してもよい。リレーRLは、突入電流が発生しうる期間において抵抗素子を短絡せず、突入電流が発生しない期間において抵抗素子を短絡する。リレーRLは、短絡回路の一例である。したがって、リレーRLと同等の機能を有し、かつ、リレーRLと同等の電力を消費し、且つ一次・二次間の絶縁を確保できる他のスイッチ素子が採用されてもよい。
画像形成装置は、電源装置から出力電圧を供給されて動作する電気機器の一例である。図7は電子写真方式の画像形成装置70を示している。給紙カセット71は記録材Pを収納する収納手段である。給紙ローラ74は記録材Pを搬送路へ送り出して画像形成部77に供給する供給手段である。搬送路には記録材Pを搬送する搬送ローラ対75やレジストローラ対76が設けられている。画像形成部77には静電潜像やトナー画像を担持する感光ドラム81が設けられている。帯電ローラ82は感光ドラム81の表面を一様に帯電させる。露光部83は入力画像に対応した画像信号でレーザ光を変調し、レーザ光を偏向する。これによりレーザ光は感光ドラム81の表面を走査し、静電潜像が形成される。現像ローラ85はトナーを用いて静電潜像を現像し、トナー画像を形成する。転写ローラ86は感光ドラム81により搬送されてきたトナー画像を記録材Pに転写する。定着器87は記録材Pを搬送しながら、記録材Pに転写されたトナー画像に熱と圧力を加え、記録材Pにトナー画像を定着させる。排紙ローラ79は、定着器87によってトナー画像を定着された記録材Pを排紙する。
Claims (11)
- 交流電源から入力された交流を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、
前記平滑回路に入力される突入電流から前記整流回路を保護する保護回路と、
前記突入電流が発生しうる期間において前記保護回路を短絡せず、前記突入電流が発生しない期間において前記保護回路を短絡する短絡回路と、
前記平滑回路により生成される一次側電圧を印加される一次巻線と、所定の巻線比に応じた二次側電圧を生成する二次巻線と、前記一次巻線に対して磁気的に結合される補助巻線と、を有するトランスと、
前記短絡回路が動作を開始するタイミングに対して前記補助巻線に接続される負荷が動作を開始するタイミングを遅延させる遅延回路と、
前記二次側電圧が目標電圧となるように前記一次巻線に流れる電流をスイッチングするスイッチング素子と、
前記二次側電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、
前記突入電流が発生しうる期間において前記短絡回路に前記出力電圧を供給せず、前記突入電流が発生しない期間において前記短絡回路に前記出力電圧を供給する制御回路と、
前記制御回路から出力される信号に応じて前記出力電圧を前記保護回路に供給するか否かをスイッチする第一スイッチと、を有し、
前記短絡回路は、前記出力電圧により駆動され、
前記制御回路は、前記出力電圧を供給されて動作を開始すると、前記信号の出力を開始するように構成されており、
前記第一スイッチは、前記信号に基づきOFFからONに切り替わり、前記保護回路に前記出力電圧を供給するように構成されていることを特徴とする電源装置。 - 前記信号は、前記補助巻線により生成された電力を供給されて動作する前記負荷を起動する信号として兼用されることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記信号が入力されると、前記補助巻線により生成された電力を前記負荷に供給するよう動作する第二スイッチをさらに有することを特徴とする請求項2に記載の電源装置。
- 前記遅延回路は、前記信号が前記第一スイッチに入力されるタイミングに対して前記信号が前記第二スイッチに入力されるタイミングを遅延させることで、前記短絡回路が動作を開始するタイミングに対して前記負荷が動作を開始するタイミングを遅延させるように構成されていることを特徴とする請求項3に記載の電源装置。
- 前記制御回路と、前記第二スイッチとの間に設けられたフォトカプラであって、前記トランスの一次側に設けられた回路群と前記トランスの二次側に設けられた回路群とを絶縁するフォトカプラをさらに有し、
前記遅延回路は、前記制御回路と前記フォトカプラとの間、または、前記フォトカプラと前記第二スイッチとの間に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の電源装置。 - 前記補助巻線に接続される負荷は前記二次側電圧を前記目標電圧に維持するように前記スイッチング素子を制御するコントローラであることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の電源装置。
- 前記補助巻線に生じた電力に基づき前記負荷に供給される負荷電圧を生成する生成回路をさらに有し、
前記遅延回路は、前記負荷電圧が前記負荷に供給されるタイミングを遅延させることで、前記短絡回路が動作を開始するタイミングに対して前記負荷が動作を開始するタイミングを遅延させることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 交流電源から入力された交流を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、
前記平滑回路に入力される突入電流から前記整流回路を保護する保護回路と、
前記突入電流が発生しうる期間において前記保護回路を短絡せず、前記突入電流が発生しない期間において前記保護回路を短絡する短絡回路と、
前記平滑回路により生成される一次側電圧を印加される一次巻線と、所定の巻線比に応じた二次側電圧を生成する二次巻線と、前記一次巻線に対して磁気的に結合される補助巻線と、を有するトランスと、
前記短絡回路が動作を開始するタイミングに対して前記補助巻線に接続される負荷が動作を開始するタイミングを遅延させる遅延回路と、
前記二次側電圧が目標電圧となるように前記一次巻線に流れる電流をスイッチングするスイッチング素子と、
前記二次側電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、
前記トランスの一次側に接続された力率改善回路と、を有し、
前記短絡回路は、前記出力電圧により駆動され、
前記補助巻線に接続される負荷は前記力率改善回路を制御するコントローラであり、
前記遅延回路は、前記短絡回路が動作を開始するタイミングに対して前記力率改善回路が動作を開始するタイミングを遅延させることを特徴とする電源装置。 - 前記補助巻線に生じた電力に基づき前記力率改善回路の動作電圧を生成する生成回路をさらに有し、
前記遅延回路は、前記動作電圧が前記力率改善回路に供給されるタイミングを遅延させることで、前記短絡回路が動作を開始するタイミングに対して前記力率改善回路が動作を開始するタイミングを遅延させるように構成されていることを特徴とする請求項8に記載の電源装置。 - 前記保護回路は、前記突入電流を減少させる抵抗素子を有し、
前記短絡回路は、前記抵抗素子に並列に接続されたリレーを有し、
前記リレーは、前記突入電流が発生しうる期間において前記抵抗素子を短絡せず、前記突入電流が発生しない期間において前記抵抗素子を短絡することを特徴とする請求項1ないし9のいずれか一項に記載の電源装置。 - 請求項1ないし10のいずれか一項に記載された電源装置と、
前記電源装置から前記出力電圧を供給されて動作し、記録媒体に画像を形成させる画像形成手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
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