電源装置及び画像形成装置
【課題】同期整流方式のスイッチング電源において、簡単な回路構成で、負荷の状態によらず正しく同期整流動作を実行する。
【解決手段】簡単な回路構成で回路規模を小さくし、かつ、負荷の状態によらず同期整流動作を正しく実行して消費電力を低減するために、トランスの二次側の同期整流用のＦＥＴのオン時間を一定値で制御する。
【解決手段】簡単な回路構成で回路規模を小さくし、かつ、負荷の状態によらず同期整流動作を正しく実行して消費電力を低減するために、トランスの二次側の同期整流用のＦＥＴのオン時間を一定値で制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期整流方式のスイッチング電源装置、その電源装置を搭載した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器装置の省電力化に伴い、電源装置の動作の効率化が要求されている。動作の効率化を実現した電源装置の一例として、特許文献１に記載の電源装置が提案されている。このような従来の電源装置の構成例を図８に示す。図８において、１は直流電源、２は主スイッチング素子としての電界効果トランジスタＭＯＳ−ＦＥＴ（以下、ＦＥＴともいう）を制御する制御回路、４は主スイッチング素子としてのＦＥＴ、５はトランスである。６は第２のスイッチング素子であるＦＥＴ、７は平滑コンデンサ、８は電圧が供給される負荷、９は出力電圧検出回路、１０はＦＥＴ６に寄生するボディダイオード、１１はＦＥＴ６の駆動回路、１２はＦＥＴ６の電流検出回路である。
【０００３】
直流電源１からの入力電圧は、制御回路２および駆動回路３で制御されるＦＥＴ４を導通する（オンする）ことでトランス５の１次巻線ｎ１に励磁エネルギとして蓄積される。一方、ＦＥＴ４を非導通する（オフする）タイミングでトランス５の１次巻線ｎ１に励磁されたエネルギは２次巻線ｎ２に変換され、ボディダイオード１０と電流検知回路１２を通して負荷に供給される。電流検知回路１２は電流が流れたことを検出すると駆動回路１１にオン信号を送出し、ＦＥＴ６をオンする。また、電流検知回路１２は自身に流れている電流が所定値以下になると電流が流れ終ったと判断し、今度は駆動回路１２にオフ信号を送出してＦＥＴ６をオフする。ボディダイオード１０の順方向電圧による損失に対してＦＥＴ６による損失は非常に低い。このため、ボディダイオード１０に流れる電流をＦＥＴ６側に切り替えるように制御することで、効率の向上を図っていた。このような方式は同期整流方式と呼ばれており、ＦＥＴ６は同期整流用のＦＥＴとも呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１１５７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例では次のような課題があった。上記の同期整流方式の場合、動作の効率を向上するために同期整流用のＦＥＴのオンオフを検知する回路を設ける構成であり、この検知回路は複雑になる。従って、回路規模が大きくなり、コストアップを招いていた。また、二次巻線に流れる電流をカレントトランスで検知し、検知した電流によってＦＥＴのオンオフ制御を行う場合、軽負荷時では二次巻線に流れる電流量が僅かであり、カレントトランスから出力される電流も非常に小さくなってしまいＦＥＴのオンオフを正しく制御できない状態になる。ＦＥＴのオンオフが正しく制御（駆動）されないと、効率の低下、また、消費電力が増大する可能性がある。このような軽負荷時（軽負荷状態）は、動作を待機しているスタンバイ状態や消費電力を低減する省エネモード（スリープモードともいう）を指し、所謂、電子機器におけるデフォルトの状態である。このデフォルトの状態は、電子装置において一日の中でかなりの時間を占める状態であり、ＦＥＴのオンオフ動作による消費電力の増加や損失が電子機器のトータルの消費電力に大きく影響する。
【０００６】
従って、本発明は、上記の点に鑑み、同期整流方式のスイッチング電源において、簡単な回路構成で回路規模を小さくし、かつ、負荷の状態によらず同期整流動作を正しく実行して消費電力を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の電源装置は、トランスの一次側に入力される電圧をスイッチングする第一スイッチング部と、前記第一スイッチング部の駆動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第一制御部と、前記トランスの二次側に接続され、前記トランスの二次側に発生する電圧に応じて駆動する第二スイッチング部と、前記トランスの二次側の出力電圧を低下させる低電圧出力モード時において、前記トランスの二次側の出力電圧の立ち上がりに応じて駆動を開始し、予め設定した時間経過後に駆動を停止するように第二スイッチング部の駆動を制御する第二制御部とを有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の画像形成装置は、記録材に画像を形成するための画像形成部と、前記画像形成部の動作を制御する制御部と、前記制御部に電圧を供給する電源と、を備え、前記電源は、トランスの一次側に入力される電圧をスイッチングする第一スイッチング部と、前記第一スイッチング部の駆動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第一制御部と、前記トランスの二次側に接続され、前記トランスの二次側に発生する電圧に応じて駆動する第二スイッチング部と、前記トランスの二次側の出力電圧を低下させる低電圧出力モード時において、前記トランスの二次側の出力電圧の立ち上がりに応じて駆動を開始し、予め設定した時間経過後に駆動を停止するように第二スイッチング部の駆動を制御する第二制御部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な回路構成で回路規模を小さくし、かつ、負荷の状態によらず同期整流動作を正しく実行して消費電力を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の電源装置の回路図
【図２】実施例１の回路の動作波形
【図３】実施例２の回路の動作波形
【図４】実施例２の電源装置の回路図
【図５】実施例２の動作を示すフロチャート
【図６】実施例３の電源装置の回路図
【図７】実施例３の回路の動作波形
【図８】従来の回路図
【図９】本発明の電源装置の適用例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、上述した課題を解決するための本発明の具体的な構成について、以下に実施例に基づき説明する。なお、以下に示す実施例は一例であって、この発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００１２】
実施例１について以下に説明する。
図１は本発明の実施例１に係る電源装置の回路図であり、図２はその動作波形の一部を示した図である。以下、図１と図２を基にして、本実施例１の詳細説明を行う。
【００１３】
１０１は直流電圧電源であり、コンセント（商用電源）から供給されてダイオードブリッジ（不図示）で全波整流されたＡＣ電圧をコンデンサ（不図示）で平滑することで直流電圧が得られる。１０２は制御部としての制御ＩＣであり、第一のスイッチング素子としてのＭＯＳ−ＦＥＴ１０３（以下、ＦＥＴという）のオンオフ動作を制御する。１０４は一次側と二次側の絶縁を取りつつ一次側のエネルギを二次側に変換するトランスであり、一次巻線のインダクタンスをＬｐ、二次巻線のインダクタンスはＬｓである。１０５はＦＥＴ１０３の電流を検知する電流検知用の抵抗、１２０は二次側の平滑コンデンサ、１２１は第二のスイッチング素子としてのＭＯＳ−ＦＥＴ（以下、ＦＥＴという）であり、二次側の電圧を整流する同期整流用のＦＥＴである。１２２は同じく二次側電圧を整流するためのダイオード（ボディダイオードともいう）、１２３は電子機器の動作を制御する制御ＩＣ（ＣＰＵ）である。なお、８は電圧が出力される負荷である。
【００１４】
電源装置が起動する際は、不図示の起動回路により制御ＩＣ１０２がＦＥＴ１０３の駆動を開始する（オンする）。ＦＥＴ１０３がオンされるとトランス１０４の一次側、および、電流検知抵抗１０５に電流が流れるとともに、トランス１０４の一次巻き線に流れるピーク電流をＩｐとした場合、以下の式１で示されるエネルギＥ１が蓄積される。
Ｅ１＝１／２Ｌｐ×Ｉｐ２ ・・・（式１）
このピーク電流Ｉｐは電流検知抵抗によって電圧に変換され、制御ＩＣ１０２により一定値に制御される。このため入力電圧が変化してもトランス１０４に蓄積されるエネルギは略同じ値になる。例えば、１００Ｖ系の電圧が入力される場合、入力電圧がＡＣ８５Ｖの時はピーク電流の傾きが立つ（単位時間あたりの変化量が大きい）ためＦＥＴ１０３の駆動時間（オン時間ともいう）が短くなる。一方、入力電圧がＡＣ１４０Ｖ時では電流の傾きが緩やかになる（単位時間あたりの変化量が小さい）ためＦＥＴ１０３のオン時間は長くなる。このように入力電圧が異なっていても電流の流れている時間が異なるだけでピーク電流値は同じである。
【００１５】
一方、二次巻線に蓄積されるエネルギＥ２は、二次巻線に発生するピーク電流をＩｓとすると、以下の式２で示される。
Ｅ２＝１／２Ｌｓ×Ｉｓ２ ・・・（式２）
フライバック方式の電源の場合は、トランスの一次側で発生したエネルギと二次側に変換するエネルギが等しいため、トランス１０４の二次巻線に流れる電流は、入力電圧によらずに一定時間流れることになる。本実施例１においては、トランスの一次側の電流のピーク値に基づいて出力を制御する方式が前提となる。
【００１６】
入力電圧が一定の場合、ＦＥＴ１０３のオン時間も一定であり、また、トランスの二次側の電流のオン時間も一定になる。そして、負荷８の状態の変化（負荷が大きい／小さい）に対応するため、オフ時間を変化させて周波数を可変する。つまり負荷の状態が変化したとしても、トランスの二次側に電流が流れている時間は一定となる。
【００１７】
図１の電源装置において、負荷８に対する出力電圧が大きい場合、例えば、２４Ｖを出力している場合（重負荷時ともいう）は、二次側の電解コンデンサ１２０の出力側の電圧を検知してトランス１０４の一次側にフィードバックして、ＦＥＴ１０３の駆動を制御することに負荷に対して一定の電圧（２４Ｖ）が出力するように制御される。なお、出力電圧が大きい場合とは、電子装置が動作を実行している状態であり、通常出力モードとも呼ばれる。
【００１８】
一方、図２は、出力電圧が小さい場合、例えば、３．３Ｖを出力している場合（軽負荷時ともいう）の動作波形を示している。図２において、２０１はＦＥＴ１０３に流れる電流波形、２０２はＦＥＴ１０３のドレイン−ソース間の電圧波形、２０３はトランスの二次側の電流波形、２０４は同期整流用のＦＥＴ１２１のドレイン−ソース間の電圧波形を示したものである。このように、ＦＥＴ１２１のドレイン−ソース間の電圧の立ち下がりとトランスの二次側の電流の流れ始めは同じタイミングになる。この立ち下りのタイミングを制御ＩＣ１２３で検出して、ＩＣ１２３がＦＥＴ１２１ゲート端子をハイレベルにしてＦＥＴ１２１を駆動する（オンする）。
【００１９】
具体的には、ダイオード１２２のカソード端子に入力される電圧をＩＣ１２３で検知して、その電圧の立下りタイミングを検知して、検知したタイミングでＦＥＴ１２１を駆動するように制御する。
【００２０】
また、ＦＥＴ１２１をオフするタイミングについては、本実施例１の方式がピーク電流を固定する方式を前提としているため、前述したようにオフ時間も固定となり、この時間を制御ＩＣ１２３に予め記憶させておく。ＩＣ１２３に予め記憶した一定時間経過後（オフ時間経過後）、ＦＥＴ１２１のゲート端子をローレベルにしてＦＥＴ１２１をオフする。このオフ時間は予め設定された一定時間であり、本実施例では４μｓに設定している。なお、このオフ時間は使用する回路や素子の特性に応じて適宜設定すればよい。
【００２１】
なお、上記のＩＣ１２３への電力は、トランス１０４の二次側からの電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ（不図示）から供給されているものとする。
【００２２】
また、出力電圧が小さい場合（軽負荷時）とは、電子装置が動作を実行せず、待機している状態であり、低電圧出力モードとも呼ばれる。
【００２３】
以上、説明したように、同期整流方式の電源でトランスの一次側のピーク電流を固定する方式において、トランスの二次巻線の出力電圧の立ち下りを検出して、二次側の同期整流用ＦＥＴの駆動を開始し、予め記憶した時間経過後に同期整流用のＦＥＴの駆動を停止するように制御する。これにより負荷の状態（大きさ）に関わらず安定して二次側の同期整流用のＦＥＴを正しく動作することができる。
【００２４】
なお、本実施例１では二次側の整流用ダイオード１２２をＦＥＴ１２１と個別に設ける構成したが、同期整流用のＦＥＴが備えるボディダイオードを利用することも可能である。
【実施例２】
【００２５】
次に、実施例２について説明する。前述の実施例１では、トランスの一次側のピーク電流を固定する方式で、トランスの二次巻線の出力の立ち下りを検出して、二次側の同期整流用のＦＥＴの駆動を制御した。本実施例では、この実施例１の構成におけるトランスのインダクタンスのばらつきによる効率の低下を軽減する方式を提案する。
【００２６】
実施例１で説明した構成では、例えば、トランスの一次側および二次側インダクタンスのばらつきや一次側の電流の検出回路である抵抗のばらつき等により、制御ＩＣに記憶した時間と実際に二次側のＦＥＴ１２１に電流が流れる時間に差が生じる可能性がある。特に、負荷がより大きい（重負荷ともいう）場合は、トランスの一次側に電流が流れ始めても、トランスの二次側のＦＥＴ１２１を駆動し続けてしまう可能性がある。このような場合、一次側のＦＥＴ６を再びオンする時、つまり、二次側巻線の巻き始め側に電圧が発生した時に、二次側のＦＥＴ１２１が駆動し続けている状態になる。この状態では、二次側の電解コンデンサ１２０のマイナス側が逆方向にバイアスされて、二次側の電解コンデンサ１２０を劣化させる可能性がある。更には、電源の効率を低下させてしまう可能性もある。
【００２７】
上記の記憶した時間と実際の時間に差が生じた時における、一次側の電流と二次側の電流の関係を図３に示す。３０１ａは軽負荷時におけるトランスの一次側の電流，３０２ｂはトランスの二次側の電流を示しており、破線の区間がオフ時間となる。一方、３０２ａが重負荷時におけるトランスの一次側の電流、３０２ｂが二次側の電流を示しており、二次側の電流がマイナス側に流れる期間（塗りつぶした三角形の領域）がトランスの一次側のＦＥＴと二次側のＦＥＴの駆動タイミングの重複期間である。この重複期間が生じると効率が低下する。なお同期整流方式ではなく、ダイオード整流方式であれば整流動作を終えた時点で自動的にオフするためこのような重複期間は略存在しない（ダイオードの逆回復時間は除く）。
【００２８】
本実施例では、上記のようにトランスの一次側のＦＥＴと二次側のＦＥＴの駆動タイミングが重複しないようにするために、負荷が大きい重負荷状態では同期整流動作を行わずにダイオード整流とし、オフ時間が十分に確保できる軽負荷状態で同期整流動作を行うように制御する。これにより、重負荷時における効率の低下を回避することができる。なお、オフ時間が十分に確保できている軽負荷の場合には、制御ＩＣに記憶した時間と実際にトランスの二次側のＦＥＴを駆動する時間に多少の差が生じても、トランスの一次側のＦＥＴが再びオンするまでの時間に余裕があり、上記のような効率の低下に陥ることはない。
【００２９】
なお、オフ時間が確保できる軽負荷状態とは、電子機器では動作を待機している待機状態（例えば、スタンバイ状態やスリープ状態（省電力状態）、実施例１で説明した出力電圧が３．３Ｖの状態）である。一方、電子機器が動作状態であれば軽負荷状態に比べて負荷が大きい重負荷状態（実施例１で説明した出力電圧が２４Ｖの状態）になる。電子機器では待機状態の時間の方が、動作状態（稼動している状態）に比べて長いため、電子機器のトータル消費電力を低下するには、この待機状態における消費電力を低下することが重要である。
【００３０】
以下に、本実施例の動作について説明する。回路構成については実施例１（図１）の回路構成と略同様であるが、図４に示すように、二次側に整流用のダイオード１２４を追加している点が異なる。本実施例において実施例１と異なる動作は、トランスの二次側のＦＥＴ１２１の駆動動作である。電子機器は、当然のことながら稼動状態のときに重負荷状態となり、機器が停止しているスタンバイ状態や機器の消費電力を下げたスリープ状態の時に軽負荷状態になる。本実施例では、電子機器の状態（モード）に応じてトランスの二次側のＦＥＴの動作を制御することを特徴とする。具体的には、重負荷状態においてはＦＥＴ１２１を駆動させずに、ダイオード１２４によってダイオード整流動作に切り換える点が特徴である。
【００３１】
図５のフロチャートに基づき具体的な動作について説明する。まず、ステップ４０１において、電子機器が稼動状態であるか否かを検知する。例えば、電子機器が動作を開始したときを稼動状態、それ以外を非稼動状態と定義することができる。例えば、動作を開始したタイミングで、装置が稼動状態に入ったと判断すればよい。電子機器が稼動状態の場合（Ｓ４０１がＹｅｓの場合）、重負荷状態であると判断し、制御ＩＣ１２３は同期整流用のＦＥＴ１２１の動作（制御）は行わず、整流動作はダイオード１２２で行うようにする。つまり、制御ＩＣ１２３はＦＥＴ１２１を駆動しないようにする。ＦＥＴ１２１の駆動制御を行わない場合、トランスの二次側の電圧は自動的にダイオード１２４で整流されるように動作する。この場合は、トランスの一次側に電流が流れている期間、二次巻線の巻き始め側を正極とする電圧が発生するが、ダイオード１２４でブロックされるため、負荷８側に電流は流れない。そして、一次側の電流が流れ終わった時点で今度は二次巻線の巻き終わり側を正極とする電圧が発生し、負荷８（および電解コンデンサ１２０）からダイオード１２４→トランス１０４の二次巻線というルートで電流が流れる。この時はダイオード１２４の順方向と電流の方向が同一であるためダイオード１２４で電流がブロックされることはない。一方、ステップ４０１がＮｏの場合、つまり電子機器がスタンバイ状態、または、スリープ状態に遷移した場合は、ステップ４０２において二次巻線の出力の立ち下がりエッジが来るまで待機する。立ち下がりエッジを検出すると（Ｓ４０２がＹｅｓの場合）、ステップ４０３において、ＦＥＴ１２１のゲート端子をハイレベルにして、ＦＥＴ１２１をオンさせる。次にステップ４０４においてタイマをセットする。このとき設定するタイマ値は実施例１で説明したトランスに二次側に電流が流れている時間と同じ値かもしくは若干小さめの値とする。若干小さめに設定する理由は、仮に二次側に電流が流れる時間よりも実際流れる時間がばらつき等で大きくなった場合に、二次側の平滑コンデンサ１２０から電流を逆流させてしまう可能性があり、エネルギを無駄に浪費してしまう可能性があるからである。ステップ４０５では、タイマがゼロになるまで待機し、タイマがゼロになった時点で、ステップ４０６にてＦＥＴ１２１のゲート端子をローレベルに設定し、ＦＥＴ１２１をオフさせる。
【００３２】
以上説明したように、電子機器が稼動状態である重負荷時は、同期整流方式ではなくダイオード整流方式とし、電子機器がスタンバイ状態、あるいは、スリープ状態の時に二次巻線の出力電圧の立ち下りを検出して同期整流用のＦＥＴの駆動を制御する。これにより、一次側のＦＥＴと二次側のＦＥＴの駆動タイミングが重複せずに駆動制御することができ、消費電力を抑えた同期整流動作が可能になる。
【００３３】
なお、スリープ状態における更なる低消費電力化を図るため、スリープ状態で出力電圧を下げる電源装置に適用する場合は。電源の切り替え信号を基にしてダイオード整流と同期整流の切り替えを行うことができる。
【実施例３】
【００３４】
次に実施例３について説明する。前述の実施例１、実施例２では、トランスの二次側のＦＥＴの駆動を電子機器の制御部（ＣＰＵ）で制御していた。本実施例は、制御部ではなく駆動回路を用いて二次側のＦＥＴの駆動を制御する構成を特徴とする。
【００３５】
以下、図６の回路図と図７の動作波形に基づき本実施例の構成について説明する。なお、図６において、実施例１（図１）と同じ構成要素については同一符号を付け、その説明は省略する。
【００３６】
図６において、１３０は補助巻線であってトランスの二次側のＦＥＴ１２１のゲート端子に電圧を供給するためのものである。Ｃ１３１はコンデンサであり、一端が補助巻線１３０の巻き終わり側に接続され、他端が二次側のＦＥＴ１２１のゲート端子に接続されている。１３２は抵抗であり、一端が二次側のＦＥＴ１２１のゲート端子に接続してあり、他端が補助巻線１３０の巻き始め側と二次側の出力のグランド側に接続してある。また、抵抗１３２と並列にダイオード１３３が、そのカソード側を二次側のＦＥＴ１２１のゲート端子に接続されている。このような回路構成で、一次側のＦＥＴ１０３がオフすると、補助巻線１３０の巻き終わり側を正極とする電圧が一定期間発生し、コンデンサ１３１を通して二次側のＦＥＴ１２１のゲート端子に電圧が供給され始める。コンデンサ１３１と抵抗１３２は微分回路を形成しており、二次側のＦＥＴ１２１に供給される電圧は徐々に減衰する。ダイオード１３３は二次側のＦＥＴ１２１のゲート−ソース間の電圧が耐圧を超えないようにするために接続している。
【００３７】
図７はＦＥＴ１２１のゲート端子に印加される電圧波形を示したものである。なお、縦軸は電圧値（Ｖ）示し、横軸は時間（ｔ）を示している。電圧の減衰曲線が二次側のＦＥＴ１２１のオン電圧であるＶｔｈを下回るタイミングが二次側のＦＥＴ１２１のオン期間になる。このオン期間が所定値になるようにコンデンサ１３１と抵抗１３２の値を調整する。このようにオン期間を所定値にして同期整流動作が可能になる。
【００３８】
以上、説明したように、トランスに補助巻線を追加し、補助巻線の出力をコンデンサと抵抗による微分回路を通して二次側のＦＥＴのゲート端子に供給する。これにより、二次側のＦＥＴを一定時間オンすることができ、実施例１と同様に安定して正確な同期整流動作を実現することができる。
【００３９】
なお、本実施例のようにハード的な回路を構成して同期整流用のＦＥＴを駆動制御した場合でも、実施例１や２と同様な動作を実現することが可能である。例えば、二次側のＦＥＴがオフするタイミングを二次側の電流がゼロになるタイミングよりも前（短く）設定し、二次側のＦＥＴのオフ直前でダイオード整流に切り替えるように制御すれば、各素子がばらついたとしても一次側のＦＥＴと二次側のＦＥＴの駆動タイミングを重複しないよう制御できる。
【００４０】
また、実施例２の構成と同様に、整流用のダイオードを追加して、重負荷時においてダイオード整流に切り換える構成にすることも可能である。
【００４１】
＜電源装置の適用例の説明＞
次に、上記で説明した実施例１〜実施例３の電源装置を適用した装置の一例を図９に基づき説明する。上記の実施例１乃至実施例３で説明した電流共振電源を例えばレーザビームプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置における低電圧電源として適用することができる。画像形成装置における制御部としてのコントローラへの電力供給、また、用紙を搬送する搬送ローラの駆動部としてのモータへの電力供給のための電源として適用可能である。
【００４２】
図９Ａに画像形成装置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２００は、画像形成部２１０として潜像が形成される像担持体としての感光ドラム２１１、感光ドラムに形成された潜像をトナーで現像する現像部２１２を備えている。そして感光ドラム２１１に現像されたトナー像をカセット２１６から供給された記録媒体としてのシート（不図示）に転写して、シートに転写したトナー像を定着器２１４で定着してトレイ２１５に排出する。また、図９Ｂに画像形成装置の制御部としてのコントローラと駆動部としてのモータへの電源からの電力供給ラインを示す。前述の電流共振電源は、このような画像形成動作を制御するＣＰＵ３１０有するコントローラへ３００の電力供給、また、画像形成のための駆動部としてのモータ３１２、３１３に電力を供給する低圧電源として適用できる。供給する電力としては、コントローラ３００へは３．３Ｖ、モータへは２４Ｖを供給する。例えばモータ３１２はシートを搬送する搬送ローラを駆動するモータ、モータ３１３は定着器２１４を駆動するモータである。
【００４３】
このように画像形成装置の低電圧電源として適用した場合、画像形成動作を実行している状態の画像形成動作時は、モータに対して２４Ｖを出力する状態であり、画像形成動作を実行せずに、動作を待機している省電力時は、コントローラに３．３Ｖを出力している状態である。
【００４４】
なお、上記実施例１乃至３で説明した電源装置は、ここで説明した画像形成装置に限らず他の電子機器の低電圧電源としても適用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期整流方式のスイッチング電源装置、その電源装置を搭載した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器装置の省電力化に伴い、電源装置の動作の効率化が要求されている。動作の効率化を実現した電源装置の一例として、特許文献１に記載の電源装置が提案されている。このような従来の電源装置の構成例を図８に示す。図８において、１は直流電源、２は主スイッチング素子としての電界効果トランジスタＭＯＳ−ＦＥＴ（以下、ＦＥＴともいう）を制御する制御回路、４は主スイッチング素子としてのＦＥＴ、５はトランスである。６は第２のスイッチング素子であるＦＥＴ、７は平滑コンデンサ、８は電圧が供給される負荷、９は出力電圧検出回路、１０はＦＥＴ６に寄生するボディダイオード、１１はＦＥＴ６の駆動回路、１２はＦＥＴ６の電流検出回路である。
【０００３】
直流電源１からの入力電圧は、制御回路２および駆動回路３で制御されるＦＥＴ４を導通する（オンする）ことでトランス５の１次巻線ｎ１に励磁エネルギとして蓄積される。一方、ＦＥＴ４を非導通する（オフする）タイミングでトランス５の１次巻線ｎ１に励磁されたエネルギは２次巻線ｎ２に変換され、ボディダイオード１０と電流検知回路１２を通して負荷に供給される。電流検知回路１２は電流が流れたことを検出すると駆動回路１１にオン信号を送出し、ＦＥＴ６をオンする。また、電流検知回路１２は自身に流れている電流が所定値以下になると電流が流れ終ったと判断し、今度は駆動回路１２にオフ信号を送出してＦＥＴ６をオフする。ボディダイオード１０の順方向電圧による損失に対してＦＥＴ６による損失は非常に低い。このため、ボディダイオード１０に流れる電流をＦＥＴ６側に切り替えるように制御することで、効率の向上を図っていた。このような方式は同期整流方式と呼ばれており、ＦＥＴ６は同期整流用のＦＥＴとも呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１１５７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例では次のような課題があった。上記の同期整流方式の場合、動作の効率を向上するために同期整流用のＦＥＴのオンオフを検知する回路を設ける構成であり、この検知回路は複雑になる。従って、回路規模が大きくなり、コストアップを招いていた。また、二次巻線に流れる電流をカレントトランスで検知し、検知した電流によってＦＥＴのオンオフ制御を行う場合、軽負荷時では二次巻線に流れる電流量が僅かであり、カレントトランスから出力される電流も非常に小さくなってしまいＦＥＴのオンオフを正しく制御できない状態になる。ＦＥＴのオンオフが正しく制御（駆動）されないと、効率の低下、また、消費電力が増大する可能性がある。このような軽負荷時（軽負荷状態）は、動作を待機しているスタンバイ状態や消費電力を低減する省エネモード（スリープモードともいう）を指し、所謂、電子機器におけるデフォルトの状態である。このデフォルトの状態は、電子装置において一日の中でかなりの時間を占める状態であり、ＦＥＴのオンオフ動作による消費電力の増加や損失が電子機器のトータルの消費電力に大きく影響する。
【０００６】
従って、本発明は、上記の点に鑑み、同期整流方式のスイッチング電源において、簡単な回路構成で回路規模を小さくし、かつ、負荷の状態によらず同期整流動作を正しく実行して消費電力を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の電源装置は、トランスの一次側に入力される電圧をスイッチングする第一スイッチング部と、前記第一スイッチング部の駆動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第一制御部と、前記トランスの二次側に接続され、前記トランスの二次側に発生する電圧に応じて駆動する第二スイッチング部と、前記トランスの二次側の出力電圧を低下させる低電圧出力モード時において、前記トランスの二次側の出力電圧の立ち上がりに応じて駆動を開始し、予め設定した時間経過後に駆動を停止するように第二スイッチング部の駆動を制御する第二制御部とを有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の画像形成装置は、記録材に画像を形成するための画像形成部と、前記画像形成部の動作を制御する制御部と、前記制御部に電圧を供給する電源と、を備え、前記電源は、トランスの一次側に入力される電圧をスイッチングする第一スイッチング部と、前記第一スイッチング部の駆動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第一制御部と、前記トランスの二次側に接続され、前記トランスの二次側に発生する電圧に応じて駆動する第二スイッチング部と、前記トランスの二次側の出力電圧を低下させる低電圧出力モード時において、前記トランスの二次側の出力電圧の立ち上がりに応じて駆動を開始し、予め設定した時間経過後に駆動を停止するように第二スイッチング部の駆動を制御する第二制御部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な回路構成で回路規模を小さくし、かつ、負荷の状態によらず同期整流動作を正しく実行して消費電力を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の電源装置の回路図
【図２】実施例１の回路の動作波形
【図３】実施例２の回路の動作波形
【図４】実施例２の電源装置の回路図
【図５】実施例２の動作を示すフロチャート
【図６】実施例３の電源装置の回路図
【図７】実施例３の回路の動作波形
【図８】従来の回路図
【図９】本発明の電源装置の適用例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、上述した課題を解決するための本発明の具体的な構成について、以下に実施例に基づき説明する。なお、以下に示す実施例は一例であって、この発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００１２】
実施例１について以下に説明する。
図１は本発明の実施例１に係る電源装置の回路図であり、図２はその動作波形の一部を示した図である。以下、図１と図２を基にして、本実施例１の詳細説明を行う。
【００１３】
１０１は直流電圧電源であり、コンセント（商用電源）から供給されてダイオードブリッジ（不図示）で全波整流されたＡＣ電圧をコンデンサ（不図示）で平滑することで直流電圧が得られる。１０２は制御部としての制御ＩＣであり、第一のスイッチング素子としてのＭＯＳ−ＦＥＴ１０３（以下、ＦＥＴという）のオンオフ動作を制御する。１０４は一次側と二次側の絶縁を取りつつ一次側のエネルギを二次側に変換するトランスであり、一次巻線のインダクタンスをＬｐ、二次巻線のインダクタンスはＬｓである。１０５はＦＥＴ１０３の電流を検知する電流検知用の抵抗、１２０は二次側の平滑コンデンサ、１２１は第二のスイッチング素子としてのＭＯＳ−ＦＥＴ（以下、ＦＥＴという）であり、二次側の電圧を整流する同期整流用のＦＥＴである。１２２は同じく二次側電圧を整流するためのダイオード（ボディダイオードともいう）、１２３は電子機器の動作を制御する制御ＩＣ（ＣＰＵ）である。なお、８は電圧が出力される負荷である。
【００１４】
電源装置が起動する際は、不図示の起動回路により制御ＩＣ１０２がＦＥＴ１０３の駆動を開始する（オンする）。ＦＥＴ１０３がオンされるとトランス１０４の一次側、および、電流検知抵抗１０５に電流が流れるとともに、トランス１０４の一次巻き線に流れるピーク電流をＩｐとした場合、以下の式１で示されるエネルギＥ１が蓄積される。
Ｅ１＝１／２Ｌｐ×Ｉｐ２ ・・・（式１）
このピーク電流Ｉｐは電流検知抵抗によって電圧に変換され、制御ＩＣ１０２により一定値に制御される。このため入力電圧が変化してもトランス１０４に蓄積されるエネルギは略同じ値になる。例えば、１００Ｖ系の電圧が入力される場合、入力電圧がＡＣ８５Ｖの時はピーク電流の傾きが立つ（単位時間あたりの変化量が大きい）ためＦＥＴ１０３の駆動時間（オン時間ともいう）が短くなる。一方、入力電圧がＡＣ１４０Ｖ時では電流の傾きが緩やかになる（単位時間あたりの変化量が小さい）ためＦＥＴ１０３のオン時間は長くなる。このように入力電圧が異なっていても電流の流れている時間が異なるだけでピーク電流値は同じである。
【００１５】
一方、二次巻線に蓄積されるエネルギＥ２は、二次巻線に発生するピーク電流をＩｓとすると、以下の式２で示される。
Ｅ２＝１／２Ｌｓ×Ｉｓ２ ・・・（式２）
フライバック方式の電源の場合は、トランスの一次側で発生したエネルギと二次側に変換するエネルギが等しいため、トランス１０４の二次巻線に流れる電流は、入力電圧によらずに一定時間流れることになる。本実施例１においては、トランスの一次側の電流のピーク値に基づいて出力を制御する方式が前提となる。
【００１６】
入力電圧が一定の場合、ＦＥＴ１０３のオン時間も一定であり、また、トランスの二次側の電流のオン時間も一定になる。そして、負荷８の状態の変化（負荷が大きい／小さい）に対応するため、オフ時間を変化させて周波数を可変する。つまり負荷の状態が変化したとしても、トランスの二次側に電流が流れている時間は一定となる。
【００１７】
図１の電源装置において、負荷８に対する出力電圧が大きい場合、例えば、２４Ｖを出力している場合（重負荷時ともいう）は、二次側の電解コンデンサ１２０の出力側の電圧を検知してトランス１０４の一次側にフィードバックして、ＦＥＴ１０３の駆動を制御することに負荷に対して一定の電圧（２４Ｖ）が出力するように制御される。なお、出力電圧が大きい場合とは、電子装置が動作を実行している状態であり、通常出力モードとも呼ばれる。
【００１８】
一方、図２は、出力電圧が小さい場合、例えば、３．３Ｖを出力している場合（軽負荷時ともいう）の動作波形を示している。図２において、２０１はＦＥＴ１０３に流れる電流波形、２０２はＦＥＴ１０３のドレイン−ソース間の電圧波形、２０３はトランスの二次側の電流波形、２０４は同期整流用のＦＥＴ１２１のドレイン−ソース間の電圧波形を示したものである。このように、ＦＥＴ１２１のドレイン−ソース間の電圧の立ち下がりとトランスの二次側の電流の流れ始めは同じタイミングになる。この立ち下りのタイミングを制御ＩＣ１２３で検出して、ＩＣ１２３がＦＥＴ１２１ゲート端子をハイレベルにしてＦＥＴ１２１を駆動する（オンする）。
【００１９】
具体的には、ダイオード１２２のカソード端子に入力される電圧をＩＣ１２３で検知して、その電圧の立下りタイミングを検知して、検知したタイミングでＦＥＴ１２１を駆動するように制御する。
【００２０】
また、ＦＥＴ１２１をオフするタイミングについては、本実施例１の方式がピーク電流を固定する方式を前提としているため、前述したようにオフ時間も固定となり、この時間を制御ＩＣ１２３に予め記憶させておく。ＩＣ１２３に予め記憶した一定時間経過後（オフ時間経過後）、ＦＥＴ１２１のゲート端子をローレベルにしてＦＥＴ１２１をオフする。このオフ時間は予め設定された一定時間であり、本実施例では４μｓに設定している。なお、このオフ時間は使用する回路や素子の特性に応じて適宜設定すればよい。
【００２１】
なお、上記のＩＣ１２３への電力は、トランス１０４の二次側からの電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ（不図示）から供給されているものとする。
【００２２】
また、出力電圧が小さい場合（軽負荷時）とは、電子装置が動作を実行せず、待機している状態であり、低電圧出力モードとも呼ばれる。
【００２３】
以上、説明したように、同期整流方式の電源でトランスの一次側のピーク電流を固定する方式において、トランスの二次巻線の出力電圧の立ち下りを検出して、二次側の同期整流用ＦＥＴの駆動を開始し、予め記憶した時間経過後に同期整流用のＦＥＴの駆動を停止するように制御する。これにより負荷の状態（大きさ）に関わらず安定して二次側の同期整流用のＦＥＴを正しく動作することができる。
【００２４】
なお、本実施例１では二次側の整流用ダイオード１２２をＦＥＴ１２１と個別に設ける構成したが、同期整流用のＦＥＴが備えるボディダイオードを利用することも可能である。
【実施例２】
【００２５】
次に、実施例２について説明する。前述の実施例１では、トランスの一次側のピーク電流を固定する方式で、トランスの二次巻線の出力の立ち下りを検出して、二次側の同期整流用のＦＥＴの駆動を制御した。本実施例では、この実施例１の構成におけるトランスのインダクタンスのばらつきによる効率の低下を軽減する方式を提案する。
【００２６】
実施例１で説明した構成では、例えば、トランスの一次側および二次側インダクタンスのばらつきや一次側の電流の検出回路である抵抗のばらつき等により、制御ＩＣに記憶した時間と実際に二次側のＦＥＴ１２１に電流が流れる時間に差が生じる可能性がある。特に、負荷がより大きい（重負荷ともいう）場合は、トランスの一次側に電流が流れ始めても、トランスの二次側のＦＥＴ１２１を駆動し続けてしまう可能性がある。このような場合、一次側のＦＥＴ６を再びオンする時、つまり、二次側巻線の巻き始め側に電圧が発生した時に、二次側のＦＥＴ１２１が駆動し続けている状態になる。この状態では、二次側の電解コンデンサ１２０のマイナス側が逆方向にバイアスされて、二次側の電解コンデンサ１２０を劣化させる可能性がある。更には、電源の効率を低下させてしまう可能性もある。
【００２７】
上記の記憶した時間と実際の時間に差が生じた時における、一次側の電流と二次側の電流の関係を図３に示す。３０１ａは軽負荷時におけるトランスの一次側の電流，３０２ｂはトランスの二次側の電流を示しており、破線の区間がオフ時間となる。一方、３０２ａが重負荷時におけるトランスの一次側の電流、３０２ｂが二次側の電流を示しており、二次側の電流がマイナス側に流れる期間（塗りつぶした三角形の領域）がトランスの一次側のＦＥＴと二次側のＦＥＴの駆動タイミングの重複期間である。この重複期間が生じると効率が低下する。なお同期整流方式ではなく、ダイオード整流方式であれば整流動作を終えた時点で自動的にオフするためこのような重複期間は略存在しない（ダイオードの逆回復時間は除く）。
【００２８】
本実施例では、上記のようにトランスの一次側のＦＥＴと二次側のＦＥＴの駆動タイミングが重複しないようにするために、負荷が大きい重負荷状態では同期整流動作を行わずにダイオード整流とし、オフ時間が十分に確保できる軽負荷状態で同期整流動作を行うように制御する。これにより、重負荷時における効率の低下を回避することができる。なお、オフ時間が十分に確保できている軽負荷の場合には、制御ＩＣに記憶した時間と実際にトランスの二次側のＦＥＴを駆動する時間に多少の差が生じても、トランスの一次側のＦＥＴが再びオンするまでの時間に余裕があり、上記のような効率の低下に陥ることはない。
【００２９】
なお、オフ時間が確保できる軽負荷状態とは、電子機器では動作を待機している待機状態（例えば、スタンバイ状態やスリープ状態（省電力状態）、実施例１で説明した出力電圧が３．３Ｖの状態）である。一方、電子機器が動作状態であれば軽負荷状態に比べて負荷が大きい重負荷状態（実施例１で説明した出力電圧が２４Ｖの状態）になる。電子機器では待機状態の時間の方が、動作状態（稼動している状態）に比べて長いため、電子機器のトータル消費電力を低下するには、この待機状態における消費電力を低下することが重要である。
【００３０】
以下に、本実施例の動作について説明する。回路構成については実施例１（図１）の回路構成と略同様であるが、図４に示すように、二次側に整流用のダイオード１２４を追加している点が異なる。本実施例において実施例１と異なる動作は、トランスの二次側のＦＥＴ１２１の駆動動作である。電子機器は、当然のことながら稼動状態のときに重負荷状態となり、機器が停止しているスタンバイ状態や機器の消費電力を下げたスリープ状態の時に軽負荷状態になる。本実施例では、電子機器の状態（モード）に応じてトランスの二次側のＦＥＴの動作を制御することを特徴とする。具体的には、重負荷状態においてはＦＥＴ１２１を駆動させずに、ダイオード１２４によってダイオード整流動作に切り換える点が特徴である。
【００３１】
図５のフロチャートに基づき具体的な動作について説明する。まず、ステップ４０１において、電子機器が稼動状態であるか否かを検知する。例えば、電子機器が動作を開始したときを稼動状態、それ以外を非稼動状態と定義することができる。例えば、動作を開始したタイミングで、装置が稼動状態に入ったと判断すればよい。電子機器が稼動状態の場合（Ｓ４０１がＹｅｓの場合）、重負荷状態であると判断し、制御ＩＣ１２３は同期整流用のＦＥＴ１２１の動作（制御）は行わず、整流動作はダイオード１２２で行うようにする。つまり、制御ＩＣ１２３はＦＥＴ１２１を駆動しないようにする。ＦＥＴ１２１の駆動制御を行わない場合、トランスの二次側の電圧は自動的にダイオード１２４で整流されるように動作する。この場合は、トランスの一次側に電流が流れている期間、二次巻線の巻き始め側を正極とする電圧が発生するが、ダイオード１２４でブロックされるため、負荷８側に電流は流れない。そして、一次側の電流が流れ終わった時点で今度は二次巻線の巻き終わり側を正極とする電圧が発生し、負荷８（および電解コンデンサ１２０）からダイオード１２４→トランス１０４の二次巻線というルートで電流が流れる。この時はダイオード１２４の順方向と電流の方向が同一であるためダイオード１２４で電流がブロックされることはない。一方、ステップ４０１がＮｏの場合、つまり電子機器がスタンバイ状態、または、スリープ状態に遷移した場合は、ステップ４０２において二次巻線の出力の立ち下がりエッジが来るまで待機する。立ち下がりエッジを検出すると（Ｓ４０２がＹｅｓの場合）、ステップ４０３において、ＦＥＴ１２１のゲート端子をハイレベルにして、ＦＥＴ１２１をオンさせる。次にステップ４０４においてタイマをセットする。このとき設定するタイマ値は実施例１で説明したトランスに二次側に電流が流れている時間と同じ値かもしくは若干小さめの値とする。若干小さめに設定する理由は、仮に二次側に電流が流れる時間よりも実際流れる時間がばらつき等で大きくなった場合に、二次側の平滑コンデンサ１２０から電流を逆流させてしまう可能性があり、エネルギを無駄に浪費してしまう可能性があるからである。ステップ４０５では、タイマがゼロになるまで待機し、タイマがゼロになった時点で、ステップ４０６にてＦＥＴ１２１のゲート端子をローレベルに設定し、ＦＥＴ１２１をオフさせる。
【００３２】
以上説明したように、電子機器が稼動状態である重負荷時は、同期整流方式ではなくダイオード整流方式とし、電子機器がスタンバイ状態、あるいは、スリープ状態の時に二次巻線の出力電圧の立ち下りを検出して同期整流用のＦＥＴの駆動を制御する。これにより、一次側のＦＥＴと二次側のＦＥＴの駆動タイミングが重複せずに駆動制御することができ、消費電力を抑えた同期整流動作が可能になる。
【００３３】
なお、スリープ状態における更なる低消費電力化を図るため、スリープ状態で出力電圧を下げる電源装置に適用する場合は。電源の切り替え信号を基にしてダイオード整流と同期整流の切り替えを行うことができる。
【実施例３】
【００３４】
次に実施例３について説明する。前述の実施例１、実施例２では、トランスの二次側のＦＥＴの駆動を電子機器の制御部（ＣＰＵ）で制御していた。本実施例は、制御部ではなく駆動回路を用いて二次側のＦＥＴの駆動を制御する構成を特徴とする。
【００３５】
以下、図６の回路図と図７の動作波形に基づき本実施例の構成について説明する。なお、図６において、実施例１（図１）と同じ構成要素については同一符号を付け、その説明は省略する。
【００３６】
図６において、１３０は補助巻線であってトランスの二次側のＦＥＴ１２１のゲート端子に電圧を供給するためのものである。Ｃ１３１はコンデンサであり、一端が補助巻線１３０の巻き終わり側に接続され、他端が二次側のＦＥＴ１２１のゲート端子に接続されている。１３２は抵抗であり、一端が二次側のＦＥＴ１２１のゲート端子に接続してあり、他端が補助巻線１３０の巻き始め側と二次側の出力のグランド側に接続してある。また、抵抗１３２と並列にダイオード１３３が、そのカソード側を二次側のＦＥＴ１２１のゲート端子に接続されている。このような回路構成で、一次側のＦＥＴ１０３がオフすると、補助巻線１３０の巻き終わり側を正極とする電圧が一定期間発生し、コンデンサ１３１を通して二次側のＦＥＴ１２１のゲート端子に電圧が供給され始める。コンデンサ１３１と抵抗１３２は微分回路を形成しており、二次側のＦＥＴ１２１に供給される電圧は徐々に減衰する。ダイオード１３３は二次側のＦＥＴ１２１のゲート−ソース間の電圧が耐圧を超えないようにするために接続している。
【００３７】
図７はＦＥＴ１２１のゲート端子に印加される電圧波形を示したものである。なお、縦軸は電圧値（Ｖ）示し、横軸は時間（ｔ）を示している。電圧の減衰曲線が二次側のＦＥＴ１２１のオン電圧であるＶｔｈを下回るタイミングが二次側のＦＥＴ１２１のオン期間になる。このオン期間が所定値になるようにコンデンサ１３１と抵抗１３２の値を調整する。このようにオン期間を所定値にして同期整流動作が可能になる。
【００３８】
以上、説明したように、トランスに補助巻線を追加し、補助巻線の出力をコンデンサと抵抗による微分回路を通して二次側のＦＥＴのゲート端子に供給する。これにより、二次側のＦＥＴを一定時間オンすることができ、実施例１と同様に安定して正確な同期整流動作を実現することができる。
【００３９】
なお、本実施例のようにハード的な回路を構成して同期整流用のＦＥＴを駆動制御した場合でも、実施例１や２と同様な動作を実現することが可能である。例えば、二次側のＦＥＴがオフするタイミングを二次側の電流がゼロになるタイミングよりも前（短く）設定し、二次側のＦＥＴのオフ直前でダイオード整流に切り替えるように制御すれば、各素子がばらついたとしても一次側のＦＥＴと二次側のＦＥＴの駆動タイミングを重複しないよう制御できる。
【００４０】
また、実施例２の構成と同様に、整流用のダイオードを追加して、重負荷時においてダイオード整流に切り換える構成にすることも可能である。
【００４１】
＜電源装置の適用例の説明＞
次に、上記で説明した実施例１〜実施例３の電源装置を適用した装置の一例を図９に基づき説明する。上記の実施例１乃至実施例３で説明した電流共振電源を例えばレーザビームプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置における低電圧電源として適用することができる。画像形成装置における制御部としてのコントローラへの電力供給、また、用紙を搬送する搬送ローラの駆動部としてのモータへの電力供給のための電源として適用可能である。
【００４２】
図９Ａに画像形成装置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２００は、画像形成部２１０として潜像が形成される像担持体としての感光ドラム２１１、感光ドラムに形成された潜像をトナーで現像する現像部２１２を備えている。そして感光ドラム２１１に現像されたトナー像をカセット２１６から供給された記録媒体としてのシート（不図示）に転写して、シートに転写したトナー像を定着器２１４で定着してトレイ２１５に排出する。また、図９Ｂに画像形成装置の制御部としてのコントローラと駆動部としてのモータへの電源からの電力供給ラインを示す。前述の電流共振電源は、このような画像形成動作を制御するＣＰＵ３１０有するコントローラへ３００の電力供給、また、画像形成のための駆動部としてのモータ３１２、３１３に電力を供給する低圧電源として適用できる。供給する電力としては、コントローラ３００へは３．３Ｖ、モータへは２４Ｖを供給する。例えばモータ３１２はシートを搬送する搬送ローラを駆動するモータ、モータ３１３は定着器２１４を駆動するモータである。
【００４３】
このように画像形成装置の低電圧電源として適用した場合、画像形成動作を実行している状態の画像形成動作時は、モータに対して２４Ｖを出力する状態であり、画像形成動作を実行せずに、動作を待機している省電力時は、コントローラに３．３Ｖを出力している状態である。
【００４４】
なお、上記実施例１乃至３で説明した電源装置は、ここで説明した画像形成装置に限らず他の電子機器の低電圧電源としても適用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスの一次側に入力される電圧をスイッチングする第一スイッチング部と、
前記第一スイッチング部の駆動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第一制御部と、
前記トランスの二次側に接続され、前記トランスの二次側に発生する電圧に応じて駆動する第二スイッチング部と、
前記トランスの二次側の出力電圧を低下させる低電圧出力モード時において、前記トランスの二次側の出力電圧の立ち上がりに応じて駆動を開始し、予め設定した時間経過後に駆動を停止するように第二スイッチング部の駆動を制御する第二制御部と
を有することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記低電圧出力モード時よりも高い電圧を出力する通常出力モード時において、前記トランスの二次側の出力電圧に応じたオン期間になるように、前記第一スイッチング部が駆動することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記トランスの二次側にダイオードを備え、
前記第二制御部は、前記通常出力モードにおいて、前記第二スイッチング部を停止することにより、前記ダイオードによって前記トランスの二次側の電圧が整流されることを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
更に、前記トランスの二次側に補助巻線を備え、
前記補助巻線からの電圧が前記二次側制御部に供給されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記第二制御部は、コンデンサと抵抗からなる微分回路を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記第二スイッチング部の駆動をオフするタイミングを、前記トランスの二次側の電流が流れ終る前に設定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載の電源装置。
【請求項７】
前記第二スイッチング部はＭＯＳ−ＦＥＴであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの項に記載の電源装置。
【請求項８】
記録材に画像を形成するための画像形成部と、
前記画像形成部の動作を制御する制御部と、
前記制御部に電圧を供給する電源と、を備え、
前記電源は、
トランスの一次側に入力される電圧をスイッチングする第一スイッチング部と、
前記第一スイッチング部の駆動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第一制御部と、
前記トランスの二次側に接続され、前記トランスの二次側に発生する電圧に応じて駆動する第二スイッチング部と、
前記トランスの二次側の出力電圧を低下させる低電圧出力モード時において、前記トランスの二次側の出力電圧の立ち上がりに応じて駆動を開始し、予め設定した時間経過後に駆動を停止するように第二スイッチング部の駆動を制御する第二制御部を有することを特徴
とする画像形成装置。
【請求項９】
前記低電圧出力モード時よりも高い電圧を出力する通常出力モード時において、前記トランスの二次側の出力電圧に応じたオン期間になるように、前記第一スイッチング部が駆動することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
前記トランスの二次側にダイオードを備え、
前記第二制御部は、前記通常出力モードにおいて、前記第二スイッチング部を停止することにより、前記ダイオードによって前記トランスの二次側の電圧が整流されることを特徴とする請求項８または９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記通常出力モードとは、前記画像形成部によって画像形成を実行している動作状態であり、前記低電圧出力モードとは、前記画像形成部による画像形成を実行せずに待機している省電力状態であることを特徴とする請求項８乃至９のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項１】
トランスの一次側に入力される電圧をスイッチングする第一スイッチング部と、
前記第一スイッチング部の駆動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第一制御部と、
前記トランスの二次側に接続され、前記トランスの二次側に発生する電圧に応じて駆動する第二スイッチング部と、
前記トランスの二次側の出力電圧を低下させる低電圧出力モード時において、前記トランスの二次側の出力電圧の立ち上がりに応じて駆動を開始し、予め設定した時間経過後に駆動を停止するように第二スイッチング部の駆動を制御する第二制御部と
を有することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記低電圧出力モード時よりも高い電圧を出力する通常出力モード時において、前記トランスの二次側の出力電圧に応じたオン期間になるように、前記第一スイッチング部が駆動することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記トランスの二次側にダイオードを備え、
前記第二制御部は、前記通常出力モードにおいて、前記第二スイッチング部を停止することにより、前記ダイオードによって前記トランスの二次側の電圧が整流されることを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
更に、前記トランスの二次側に補助巻線を備え、
前記補助巻線からの電圧が前記二次側制御部に供給されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記第二制御部は、コンデンサと抵抗からなる微分回路を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記第二スイッチング部の駆動をオフするタイミングを、前記トランスの二次側の電流が流れ終る前に設定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載の電源装置。
【請求項７】
前記第二スイッチング部はＭＯＳ−ＦＥＴであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの項に記載の電源装置。
【請求項８】
記録材に画像を形成するための画像形成部と、
前記画像形成部の動作を制御する制御部と、
前記制御部に電圧を供給する電源と、を備え、
前記電源は、
トランスの一次側に入力される電圧をスイッチングする第一スイッチング部と、
前記第一スイッチング部の駆動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第一制御部と、
前記トランスの二次側に接続され、前記トランスの二次側に発生する電圧に応じて駆動する第二スイッチング部と、
前記トランスの二次側の出力電圧を低下させる低電圧出力モード時において、前記トランスの二次側の出力電圧の立ち上がりに応じて駆動を開始し、予め設定した時間経過後に駆動を停止するように第二スイッチング部の駆動を制御する第二制御部を有することを特徴
とする画像形成装置。
【請求項９】
前記低電圧出力モード時よりも高い電圧を出力する通常出力モード時において、前記トランスの二次側の出力電圧に応じたオン期間になるように、前記第一スイッチング部が駆動することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
前記トランスの二次側にダイオードを備え、
前記第二制御部は、前記通常出力モードにおいて、前記第二スイッチング部を停止することにより、前記ダイオードによって前記トランスの二次側の電圧が整流されることを特徴とする請求項８または９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記通常出力モードとは、前記画像形成部によって画像形成を実行している動作状態であり、前記低電圧出力モードとは、前記画像形成部による画像形成を実行せずに待機している省電力状態であることを特徴とする請求項８乃至９のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１１４９７８（Ｐ２０１２−１１４９７８Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５９２９２（Ｐ２０１０−２５９２９２）
【出願日】平成２２年１１月１９日（２０１０．１１．１９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１９日（２０１０．１１．１９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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