JP7421341B2

JP7421341B2 - 電源装置および画像形成装置

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Publication number: JP7421341B2
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Inventors: 巧巳森山
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Description

本発明は電源装置および画像形成装置に関する。

一般に電源装置はトランスにより入力電圧を出力電圧に変換する。電源装置に用いられるトランスの中には、一次巻線と二次巻線に加えて、補助巻線を有するトランスも存在する。補助巻線により生成された電力は、トランスの一次側に設けられた負荷を駆動するために使用されることがある（特許文献１、２）。

特開平１１－０３２４８０号公報特開２０１９－００４５４１号公報

ところで、補助巻線の電力供給能力はトランスの二次側に接続される負荷の大きさに比例する。そのため、二次側負荷が軽い場合、補助巻線の電力供給能力が不足し、補助巻線に接続された一次側負荷を安定的に駆動することが出来なくなる。二次側負荷を疑似的に増加させるために、二次側負荷に対して並列にダミー抵抗（ブリーダー抵抗）を設けることが考えられる。しかし、これは、部品数の増加や電源装置のコストアップを招くだろう。そこで、本発明は、部品数およびコストの増加を招きにくくしつつ、かつ、補助巻線の電力供給能力を安定化させることが可能な電源装置を提供する。

本発明は、たとえば、
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。

本発明によれば、部品数およびコストの増加を招きにくくなり、かつ、補助巻線の電力供給能力が安定化する。

電源装置の回路図電圧と信号の変化を示すタイミングチャート電源装置の回路図電圧と信号の変化を示すタイミングチャート電源装置の回路図電圧と信号の変化を示すタイミングチャート画像形成装置の概略図

以下、添付図面を参照して実施形態が詳しく説明される。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一または同様の構成に同一の参照番号が付され、重複した説明は省略される。

［実施例１］
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。

●ＡＣ／ＤＣ変換部
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。

ところで、少なくとも電源装置１へ交流電圧が入力された直後の期間など、突入電流が発生しやすい期間（コンデンサＣ１の充電期間）において、電流制限素子Ｒ０は機能すればよい。その一方で、突入電流が発生しない期間においては、電流制限素子Ｒ０が電力を消費してしまうため、電源装置１の効率が低下する。そこで、突入電流が発生しない期間においては、リレーＲＬが電流制限素子Ｒ０を短絡させる。電流制限素子Ｒ０（保護回路）とリレーＲＬ（短絡回路）は突入電流低減回路３を形成している。

●第１コンバータ
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。

第１コンバータ１０ａでは、ブリッジダイオードＤ１とコンデンサＣ１により生成された直流電圧が、起動抵抗Ｒ１を介してコンバータコントローラ４ａに供給される。コンバータコントローラ４ａは、第１コンバータ１０ａの出力電圧Ｖｏｕｔ１を目標電圧に制御する制御回路である。

コンデンサＣ１の一端はトランスＴ１の一次巻線Ｗ１ａの一端に接続されている。コンデンサＣ１の他端はスイッチング素子Ｑ１のソースに接続されている。スイッチング素子Ｑ１のドレインは一次巻線Ｗ１ａの他端に接続されている。スイッチング素子Ｑ１のゲートはコンバータコントローラ４ａに接続されている。コンデンサＣ１に所定の電圧が充電されることで起動したコンバータコントローラ４ａはスイッチング素子Ｑ１のゲートに対してスイッチング信号の出力を開始する。スイッチング素子Ｑ１が一次巻線Ｗ１ａに印加された入力電圧をスイッチングすることで、一次巻線Ｗ１ａには交流電流が流れる。この交流電流によってトランスＴ１の巻線比に応じた交流電圧が二次巻線Ｗ２ａに発生する。第１コンバータ１０ａの二次側にはダイオードＤ２とコンデンサＣ２とが配置されている。ダイオードＤ２は、二次巻線Ｗ２ａに発生した交流を整流して脈流を生成する整流回路として機能する。コンデンサＣ２は、ダイオードＤ２から出力される脈流を平滑して直流を生成する。コンデンサＣ２の両端電圧が第１コンバータ１０ａの出力電圧Ｖｏｕｔ１となる。

抵抗Ｒ２、Ｒ３、シャントレギュレータＳ１およびフォトカプラは出力電圧Ｖｏｕｔ１をコンバータコントローラ４ａにフィードバックするフィードバック回路を形成している。フォトカプラは発光ダイオードＰ１ａとフォトトランジスタＰ１ｂとにより構成され、第一コンバータ１０ａ（トランスＴ１）の一次側と二次側とを絶縁している。抵抗Ｒ２、Ｒ３は、出力電圧Ｖｏｕｔ１を分圧し、出力電圧Ｖｏｕｔ１に比例した検知電圧を生成する分圧回路を形成している。検知電圧はシャントレギュレータＳ１に入力される。検知電圧が基準電圧より高い場合、シャントレギュレータＳ１は発光ダイオードＰ１ａに流す電流を増加させる。一方、検知電圧が基準電圧より低い場合、シャントレギュレータＳ１は発光ダイオードＰ１ａに流す電流を減少させる。発光ダイオードＰ１ａに電流が流れると発光ダイオードＰ１ａが発光する。フォトトランジスタＰ１ｂには、発光ダイオードＰ１ａの光量に応じた電流が流れる。これにより第１コンバータ１０ａの出力電圧Ｖｏｕｔ１がフォトカプラを介してコンバータコントローラ４ａにフィードバックされる。コンバータコントローラ４ａは第１コンバータ１０ａの出力電圧Ｖｏｕｔ１が目標電圧となるように、スイッチング素子Ｑ１に供給されるスイッチング信号のデューティ比を制御する。スイッチング素子Ｑ１は、たとえば、ＭＯＳＦＥＴなどであってもよい。第１コンバータ１０ａの出力電圧Ｖｏｕｔ１が目標電圧よりも低ければ、より多くの電力がトランスＴ１の二次側に供給される必要がある。そこで、コンバータコントローラ４ａはスイッチング素子Ｑ１がＯＮとなる時間を増加し、トランスＴ１の一次巻線Ｗ１ａに流れる電流が増加する。トランスの一次巻線Ｗ１ａおよび二次巻線Ｗ２ａと同一のコアに補助巻線Ｗ３ａが巻かれている。スイッチング素子Ｑ１のスイッチングが開始されると同時に補助巻線Ｗ３にも電圧が発生する。この電圧によってダイオードＤ３に電流が流れ、コンデンサＣ３が充電される。つまり、コンデンサＣ３の両端に直流電圧が生成される。コンデンサＣ３の両端電圧がコンバータコントローラ４ａの電力供給源となる。コンバータコントローラ４ａに対してコンデンサＣ３から十分な直流電圧が供給されると、コンバータコントローラ４ａは、起動抵抗Ｒ１を介して供給されていた電力を遮断する。これにより、起動抵抗Ｒ１には電流が流れなくなるため、低消費電力化が達成される。

補助巻線Ｗ３により生成される電力は、第２コンバータ１０ｂのコンバータコントローラ４ｂにも供給される。電気機器が通常モードで動作する場合、メインコントローラ５はフォトカプラＰ３を介してスイッチＱ３にＯＮ信号を出力する。スイッチＱ３は、トランジスタなどの半導体スイッチであってもよい。

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。

メインコントローラ５が出力したＯＮ信号は更にスイッチＱ２をＯＦＦからＯＮに切り替える。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔ１がリレーＲＬに印加され、電流制限素子Ｒ０が短絡される。スイッチＱ２は、トランジスタなどの半導体スイッチであってもよい。

●第二コンバータ
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。

コンデンサＣ１の一端は、第２コンバータ１０ｂのトランスＴ２の一次巻線Ｗ１ｂの一端に接続されている。コンデンサＣ１の他端は、第２コンバータ１０ｂのスイッチング素子Ｑ４のソースに接続されている。スイッチング素子Ｑ４のドレインは一次巻線Ｗ１ｂの他端に接続されている。スイッチング素子Ｑ４のゲートはコンバータコントローラ４ｂに接続されている。コンデンサＣ３の充電が完了し、かつ、メインコントローラ５がＯＮ信号を出力することで起動したコンバータコントローラ４ｂはスイッチング素子Ｑ４のゲートに対してスイッチング信号の出力を開始する。スイッチング素子Ｑ４が一次巻線Ｗ１ｂに印加された入力電圧をスイッチングすることで、一次巻線Ｗ１ｂには交流電流が流れる。この交流電流によってトランスＴ２の巻線比に応じた交流電圧が二次巻線Ｗ２ｂに発生する。第２コンバータ１０ｂの二次側にはダイオードＤ４とコンデンサＣ５とが配置されている。ダイオードＤ４は、二次巻線Ｗ２ｂに発生した交流を整流して脈流を生成する整流回路として機能する。コンデンサＣ５は、ダイオードＤ４から出力される脈流を平滑して直流を生成する。コンデンサＣ５の両端電圧が第２コンバータ１０ｂの出力電圧Ｖｏｕｔ２となる。

抵抗Ｒ４、Ｒ５、シャントレギュレータＳ２およびフォトカプラは出力電圧Ｖｏｕｔ２をコンバータコントローラ４ｂにフィードバックするフィードバック回路を形成している。フォトカプラは発光ダイオードＰ２ａとフォトトランジスタＰ２ｂとにより構成され、第２コンバータ１０ｂの一次側と二次側とを絶縁している。抵抗Ｒ４、Ｒ５は、出力電圧Ｖｏｕｔ２を分圧し、出力電圧Ｖｏｕｔ２に比例した検知電圧を生成する分圧回路を形成している。検知電圧が基準電圧より高い場合、シャントレギュレータＳ２は発光ダイオードＰ２ａに流す電流を増加させる。一方、検知電圧が基準電圧より低い場合、シャントレギュレータＳ２は発光ダイオードＰ２ａに流す電流を減少させる。発光ダイオードＰ２ａに電流が流れると発光ダイオードＰ２ａが発光する。フォトトランジスタＰ２ｂには、発光ダイオードＰ２ａの光量に応じた電流が流れる。これにより第２コンバータ１０ｂの出力電圧Ｖｏｕｔ２がフォトカプラを介してコンバータコントローラ４ｂにフィードバックされる。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が目標電圧となるように、スイッチング素子Ｑ４に供給されるスイッチング信号のデューティ比を制御する。第２コンバータ１０ｂの出力電圧Ｖｏｕｔ２が目標電圧よりも低ければ、より多くの電力がトランスＴ２の二次側に供給される必要がある。そこで、スイッチング素子Ｑ４がＯＮとなる時間が増加され、トランスＴ２の一次巻線Ｗ２ａに流れる電流も増加する。第二コンバータ１０ｂには負荷Ｌｄ２が接続されている。

●第１コンバータ１０ａの二次側負荷の増加と遅延回路６の機能
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の電源装置１の詳細が図２のタイミングチャートを参照して説明される。図２において、ＲＭＴは、上述されたスイッチＱ３（Ｑ２）のＯＮ信号のことであり、ここでは、動作開始信号と呼ばれてもよい。Ｖｓｕｂは、補助巻線Ｗ３などにより生成された電圧である。Ｖｃｃは、コンバータコントローラ４ｂの電源電圧である。Ｖｏｕｔ２は第２コンバータ１０ｂの出力電圧である。

時刻ｔ０で、商用電源２は電源装置１に交流電圧をすでに入力している。したがって、第１コンバータ１０ａは出力電圧Ｖｏｕｔ１を出力している。しかし、第二コンバータ１０ｂの負荷Ｌｄ２である電気機器は省電力モードで動作している。そのため、第２コンバータ１０ｂは停止している。省電力モードにおける待機電力の改善のため、リレーＲＬも停止している。電気機器が省電力モードにあるときは電源装置１への入力電流が少ない。よって、電流制限素子Ｒ０で消費される電力も少ない。ここで、リレーＲＬで消費される電力を考慮すると、電気機器が省電力モードのときはリレーＲＬを遮断することで、待機電力が改善されうる。これは、電流制限素子Ｒ０で消費される電力よりもリレーＲＬで消費される電力が多くなりうるからである。そのため、待機モードのときはリレーＲＬが遮断される。電気機器が省電力モードから通常モードに遷移すると、第二コンバータ１０ｂが動作を開始する。このとき、電流制限素子Ｒ０で消費される電力よりもリレーＲＬで消費される電力が少なくなる。電流制限素子Ｒ０での損失を低減するために、リレーＲＬが導通する。よって、第２コンバータ１０ｂの動作と停止を切り替える外部信号と、リレーＲＬの導通と遮断を切り替える外部信号とが同一の信号により兼用可能となる。

時刻ｔ１で電気機器が通常モードへの移行を開始する。メインコントローラ５はＯＮ信号（動作開始信号ＲＭＴ）を出力し、第２コンバータ１０ｂに動作を開始させる。それと並行して、ＯＮ信号がスイッチＱ２をＯＮに切り替えるため、出力電圧Ｖｏｕｔ１がリレーＲＬをＯＮにする。出力電圧Ｖｏｕｔ１がリレーＲＬを駆動することで、第１コンバータ１０ａの二次側負荷が増加する。たとえば、約０．５Ｗほど負荷が増加する。前述されたように、第１コンバータ１０ａの出力電圧Ｖｏｕｔ１は、コンバータコントローラ４ａにフィードバックされる。そのため、二次側負荷が増加すると、スイッチング素子Ｑ１のデューティ比が増加され、出力電圧Ｖｏｕｔ１が目標電圧に維持される。スイッチング素子Ｑ１のデューティ比が大きくなると、トランスＴ１の二次巻線Ｗ２ａに供給される電力が増えるとともに、補助巻線Ｗ３に供給される電力も増える。補助巻線Ｗ３の電圧は無制御状態である。そのため、補助巻線Ｗ３の負荷が一定である状態では、二次側負荷に比例して補助巻線Ｗ３の電圧が上昇する。

時刻ｔ２でコンバータコントローラ４ｂに電源電圧Ｖｃｃが供給される。つまり、時刻ｔ１でＯＮ信号（動作開始信号ＲＭＴ）が出力されているが、コンバータコントローラ４ｂに電源電圧Ｖｃｃが供給されるタイミングは時刻ｔ２である。これは、遅延回路６が動作開始信号ＲＭＴを遅延させているからである。ここでは、スイッチＱ３に入力される動作開始信号ＲＭＴが遅延されているが、メインコントローラ５などからコンバータコントローラ４ｂに入力されるイネーブル信号が遅延回路６によって遅延されてもよい。

図２が示すように、時刻ｔ１と比較して時刻ｔ２では、補助巻線Ｗ３の電力供給能力が上昇している。これはリレーＲＬが出力電圧Ｖｏｕ１により駆動されているからである。その結果、時刻ｔ２以降では、第２コンバータ１０ｂを安定して動作させることが可能となる。

このように、リレーＲＬを第１コンバータ１０ａの二次側負荷を増やすために用いることで、トランスＴ１の二次側にダミー抵抗などを設ける必要性が低下する。リレーＲＬの動作に要する時間は、たとえば、数十ミリ秒程度である。したがって、第２コンバータ１０ｂの起動時間の遅延は問題にならない。

遅延回路６は入力された信号を遅延させて出力する回路である。リレーＲＬが動作を開始した後に第２コンバータ１０ｂが動作を開始するように、遅延回路６がもたらす遅延時間は予め設定される。

実施例１の電源装置１は、第１コンバータ１０ａと第２コンバータ１０ｂを有している。しかし、電源装置１に設けられるコンバータの個数は３つ以上であってもよい。また、補助巻線Ｗ３から２個以上のコンバータコントローラに電力が供給されてもよい。いずれの場合であっても、時刻ｔ１に第１コンバータ１０ａの出力電圧Ｖｏｕｔ１でリレーＲＬが駆動されればよい。さらに、時刻ｔ２に補助巻線Ｗ３から２個以上のコンバータコントローラに電力が供給されるように、遅延回路６が設けられる。

実施例１では電気機器の一例として画像形成装置が言及されたが、電気機器はこれに限られない。図１では遅延回路６が電源装置１の一次側に設けられているが、二次側に設けられてもよい。たとえば、メインコントローラ５とフォトカプラＰ３との間に遅延回路６が設けられてもよい。

［実施例２］
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。

図３は実施例２の電源装置１を示す。図３に示された回路構成のうち、図１においてすでに説明された回路構成には同一の参照符号が付与され、その説明は省略される。

図３が示すように、第一コンバータ１０ａには負荷Ｌｄ１が接続されている。また、電源装置１にはメインコントローラ５およびフォトカプラＰ３が設けられていない。また、リレーＲＬには、出力電圧Ｖｏｕｔ１が直接的に供給されている。つまり、負荷Ｌｄ１とリレーＲＬは第一コンバータ１０ａに対して並列に接続されている。さらに、電源装置１にはスイッチＱ２、Ｑ３も省略されている。遅延回路６は、電圧Ｖｓｕｂの供給経路に配置されている。つまり、遅延回路６は、電圧Ｖｓｕｂの供給を直接的に遅延させる。

図４では動作開始信号ＲＭＴに代えて、出力電圧Ｖｏｕｔ１が示されている。時刻ｔ０で商用電源２から電源装置１に交流電圧が入力される。これにより、コンデンサＣ１が充電される。コンデンサＣ１が所定の電圧まで充電されると、第１コンバータ１０ａが動作を開始する。第１コンバータ１０ａが動作を開始した後は、電流制限素子Ｒ０は必要ない。これは、コンデンサＣ１の充電が完了すると、コンデンサＣ１に突入電流が流れないためである。そこで、電流制限素子Ｒ０での電力損失を減らすためにリレーＲＬが短絡される。具体的には、第１コンバータ１０ａが出力電圧Ｖｏｕｔ１の出力を開始すると、出力電圧Ｖｏｕｔ１がリレーＲＬに印加され、リレーＲＬがオン（短絡状態（導通状態））となる。電流は、電流制限素子Ｒ０を迂回して、リレーＲＬを流れるため、電流制限素子Ｒ０が電力を消費しなくなる。リレーＲＬの短絡状態を維持するためには、リレーＲＬに出力電圧Ｖｏｕｔ１が印加され続けなければならない。つまり、リレーＲＬは、第１コンバータ１０ａの負荷を増加させる。これにより、補助巻線Ｗ３の電力供給能力が増加する。

時刻ｔ２でコンバータコントローラ４ｂに電源電圧Ｖｃｃが供給される。電源電圧Ｖｃｃは、遅延回路６により電圧Ｖｓｕｂを遅延させることで生成された電圧である。時刻ｔ２では、リレーＲＬによって補助巻線Ｗ３からの電力供給能力が上昇している。そのため、第２コンバータ１０ｂは電源電圧Ｖｃｃによって安定して動作する。このように、リレーＲＬが第１コンバータ１０ａの二次側負荷を増加させるために用いられる。したがって、二次側にダミー抵抗を設けることなく、補助巻線Ｗ３の電力供給能力を上昇させることが可能となる。

［実施例３］
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。

ＰＦＣ回路５０は力率改善回路である。ＰＦＣ回路５０の前段には、ブリッジダイオードＤ１から出力される脈流を整流するコンデンサＣ６が設けられている。ＰＦＣ回路５０は、コイルＬ１、ダイオードＤ５、スイッチング素子Ｑ５で構成される昇圧回路を有している。コイルＬ１の一端はコンデンサＣ６の一端に接続されている。コイルＬ１の他端はダイオードＤ５のアノードと、スイッチング素子Ｑ５のドレインに接続されている。ダイオードＤ５のカソードは抵抗Ｒ６の一端とコンデンサＣ１の一端とに接続されている。コンデンサＣ６の他端は、スイッチング素子Ｑ５のソースと抵抗Ｒ７の他端とコンデンサＣ１の他端とに接続されている。抵抗Ｒ７の一端と抵抗Ｒ６の他端はＰＦＣコントローラ５１の検知電圧入力端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ５のゲートはＰＦＣコントローラ５１の制御信号出力端子に接続されている。

ＰＦＣ回路５０は入力電流の多い電源装置１の力率を改善するとともに、高調波を低減することができる。ＰＦＣ回路５０の出力電圧（コンデンサＣ１の両端電圧）ＶＰＦＣを安定させるために、フィードバック制御が採用されている。出力電圧ＶＰＦＣは抵抗Ｒ６、Ｒ７により分圧され、出力電圧ＶＰＦＣに比例した検知電圧に変換される。検知電圧はＰＦＣコントローラ５１に入力される。ＰＦＣコントローラ５１は、フィードバックされた検知電圧と基準電圧とを比較する。また、ＰＦＣコントローラ５１は、ダイオードＤ７、Ｄ８、および抵抗Ｒ８、Ｒ９を用いて入力電圧波形を検知する。ダイオードＤ７のアノードは、商用電源２のニュートラル側に接続されている。ダイオードＤ８のアノードは、商用電源２のライブ側に接続されている。ダイオードＤ７のカソード、およびダイオードＤ８のカソードは、抵抗Ｒ８の一端に接続されている。抵抗Ｒ８の他端は、抵抗Ｒ９の一端とＰＦＣコントローラ５１の入力端子に接続されている。抵抗Ｒ９の他端は接地されている。ダイオードＤ７、Ｄ８はそれぞれ交流を整流する。抵抗Ｒ８、Ｒ９はダイオードＤ７、Ｄ８により生成された電圧を分圧して入力電圧波形を生成し、ＰＦＣコントローラ５１に出力する。ＰＦＣコントローラ５１は、フィードバックされた検知電圧と基準電圧の偏差が減少し、かつ、入力電流波形が入力電圧波形と相似した正弦波になるように、スイッチング素子Ｑ５のゲートに供給される制御信号のデューティ比を制御する。

図６が示すように、ＰＦＣコントローラ５１は、補助巻線Ｗ３、コンデンサＣ３およびダイオードＤ３により生成された電圧Ｖｓｕｂを供給されて動作する。ここで、電圧Ｖｓｕｂは遅延回路６を介して遅延されてＰＦＣコントローラ５１に供給される。

図６では出力電圧Ｖｏｕｔ２に代えて電圧ＶＰＦＣが示されている。時刻ｔ０で電源装置１に商業電源２から交流電圧が入力される。これにより、コンデンサＣ１が充電される。コンデンサＣ１が所定の電圧まで充電されると、第１コンバータ１０ａが動作を開始する。第１コンバータ１０ａが動作を開始した後は、電流制限素子Ｒ０が必要ない。これは、コンデンサＣ１の充電が完了すると、コンデンサＣ１に突入電流が流れないためである。そこで、電流制限素子Ｒ０での電力損失を減らすためにリレーＲＬが短絡される。具体的には、第１コンバータ１０ａが出力電圧Ｖｏｕｔ１の出力を開始すると、出力電圧Ｖｏｕｔ１がリレーＲＬに印加され、リレーＲＬがオン（短絡状態（導通状態））となる。電流は、電流制限素子Ｒ０を迂回して、リレーＲＬを流れるため、電流制限素子Ｒ０が電力を消費しなくなる。リレーＲＬの短絡状態を維持するためには、リレーＲＬに出力電圧Ｖｏｕｔ１が印加され続けなければならない。リレーＲＬを駆動するために消費される電力は、たとえば、約０．５Ｗである。つまり、リレーＲＬは、第１コンバータ１０ａの負荷を増加させる。これにより、補助巻線Ｗ３の電力供給能力が増加する。

時刻ｔ２でＰＦＣコントローラ５１に電源電圧Ｖｃｃが供給される。電源電圧Ｖｃｃは、電圧Ｖｓｕｂを遅延回路６により遅延させることで生成された電圧である。これにより、ＰＦＣコントローラ５１およびＰＦＣ回路５０が動作を開始する。なお、遅延回路６によって遅延される信号はＰＦＣコントローラ５１のイネーブル信号であってもよい。

時刻ｔ２では、リレーＲＬによって補助巻線Ｗ３の電力供給能力が上昇している。そのため、ＰＦＣ回路５０は電源電圧Ｖｃｃ（電圧Ｖｓｕｂ）により安定して動作できる。このように、リレーＲＬが第１コンバータ１０ａの二次側負荷を増加させるため、二次側ダミー抵抗が不要となる。

実施例３では、電源装置１に交流電圧が入力されることで自動的に第１コンバータ１０ａとＰＦＣ回路５０が動作を開始する。しかし、電気機器のメインコントローラ５から供給される外部信号により、ＰＦＣ回路５０の動作と停止が切り替えられてもよい。たとえば、電気機器が省電力モードに設定されているときはＰＦＣ回路５０が停止してもよい。これにより、電力損失が低減される。省電力モードでは電源装置１へ供給される入力電流が少ない。よって、ＰＦＣ回路５０が動作しなくても、力率や高調波は問題とならない。また、実施例１と同様に、電気機器が省電力モードのときは、リレーＲＬが動作を停止するように構成されてもよい。電気機器が通常モードに移行すると、メインコントローラ５は、ＰＦＣ回路５０を動作させる信号を出力してもよい。この場合、メインコントローラ５は、リレーＲＬの動作を開始させることで、補助巻線Ｗ３の電力供給能力を上昇させる。遅延回路６の作用によって、ＰＦＣ回路５０が遅れて動作を開始することで、ＰＦＣ回路５０が安定して動作できる。

実施例３では第１コンバータ１０ａのみが記載されているが、さらに一つ以上のコンバータが設けられてもよい。この場合、補助巻線Ｗ３は、ＰＦＣコントローラ５１に加えて、一つ以上のコンバータを制御するコンバータコントローラに電力を供給してもよい。

＜まとめ＞
［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。

［観点２］
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。

［観点３］
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。

［観点４］
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。

［観点５、６］
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。

［観点７］
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。

［観点８］
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。

［観点９、１１］
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。

［観点１０］
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。

［観点１２］
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。

［観点１３］
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。

［観点１４］
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。

［観点１５］
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。

電源装置１は、感光ドラム８１、搬送ローラ対７５、レジストローラ対７６および排紙ローラ７９などを駆動するモータに直流電圧（例：Ｖｏｕｔ２）を供給する。メインコントローラ５は、画像形成装置７０による画像形成を制御する。メインコントローラ５は、画像形成装置７０の電力モードが通常モードか、または、省電力モードかに応じて、電源装置１の動作を制御する。画像形成部７７は電源装置１から出力電圧を供給されて動作し、記録媒体に画像を形成する画像形成手段の一例である。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項が添付される。

１：電源装置、Ｄ１：ブリッジダイオード、Ｃ１：コンデンサ、Ｒ０：電流制限素子、ＲＬ：リレー、Ｔ１：トランス、Ｑ１：スイッチング素子

Claims

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。