図面 (/)

この項目の情報は公開日時点(2014年7月28日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

入力電圧の異常を検知すると過電圧保護を作動し、その後復帰する復帰型の保護を行うことができると共に、待機時の消費電力を低減させることができる。

解決手段

交流電源から電力供給され、電圧Vout1を出力する常夜電源部200と、交流電源から電力供給され、電圧Vout2、Vout3を出力する非常夜電源部300、400と、常夜電源部の電圧Vout1により動作し、交流電源から非常夜電源部への電力供給路上に設けられ非常夜電源部への電力の供給と遮断を行うトライアック103と、交流電源から常夜電源部に所定電圧以上の電圧が入力されたことを検知する過電圧検知回路211と、過電圧検知回路が過電圧を検知した場合に、常夜電源部の電圧Vout1の出力を停止させることにより、非常夜電源部への電力供給を遮断するようにトライアック103を制御する電源IC205と、を備える。

概要

背景

種電子機器に備えられて、商用交流電源を入力して電子機器内で使用される所要直流電圧を出力する電源装置幅広く利用されている。このような電源装置としては、スイッチングコンバータ部を備えたものが知られている。スイッチングコンバータ部を備えた電源装置では、商用交流電源入力部の後段整流平滑回路を設けて直流電圧を生成する。そして、スイッチングコンバータ部(DC−DCコンバータ部)は、この直流電圧をスイッチング素子オンオフ動作によりチョッピングした後に平滑し、最終的に安定した所要の直流電圧を出力する。

従来、複写機プリンタ等の電子機器では、日本国内及び北米向けには入力電圧がAC100V系(例えば、AC100V〜120V)、欧州向けには入力電圧がAC200V系(例えば、AC220V〜240V)の専用電源装置を用いることが一般的である。この専用電源装置の整流平滑部には、一般的にアルミ電解コンデンサが用いられることが多い。アルミ電解コンデンサも、AC100V系の地域、AC200V系の地域毎に最適な部品が選択されている場合が多く、例えばAC100V系電源装置には耐電圧が200Vdc、AC200V系電源装置には耐電圧が400Vdcのものが使用されている。

アルミ電解コンデンサは、耐電圧以上の電圧印加されると、リーク電流が増加することにより内部圧力が上昇し、最終的には圧力弁が動作して、電解液を含む高圧ガスが噴き出す、いわゆる「開弁」という現象に至る。アルミ電解コンデンサに使用される電解液は導電性であるため、アルミ電解コンデンサから噴き出した電解液によって、部品間や回路パターン間等でショート短絡)が発生し、回路故障を招くことがある。

電源装置は、商用交流電源からアルミ電解コンデンサの耐電圧以上の電圧が入力された場合でも、装置が故障しないように保護されなければならず、そのためにはアルミ電解コンデンサの開弁を発生させないことが望ましい。これまでに、商用交流電源からの過電圧印加に対して電源装置を保護する手段が提案されている。例えば、特許文献1や特許文献2では、スイッチングコンバータ部に入力電圧を監視する入力電圧監視部を設けて、検知された電圧が所定値以上の場合にはスイッチ素子リレートライアック等)をオフする保護手段が提案されている。また、特許文献3では入力電圧平滑用のアルミ電解コンデンサに印加される電圧を検知し、検知した電圧が所定値以上の場合には、回路に過大な電流を流して入力部のヒューズ溶断させる手段が提案されている。

概要

入力電圧の異常を検知すると過電圧保護を作動し、その後復帰する復帰型の保護を行うことができると共に、待機時の消費電力を低減させることができる。交流電源から電力供給され、電圧Vout1を出力する常夜電源部200と、交流電源から電力供給され、電圧Vout2、Vout3を出力する非常夜電源部300、400と、常夜電源部の電圧Vout1により動作し、交流電源から非常夜電源部への電力供給路上に設けられ非常夜電源部への電力の供給と遮断を行うトライアック103と、交流電源から常夜電源部に所定電圧以上の電圧が入力されたことを検知する過電圧検知回路211と、過電圧検知回路が過電圧を検知した場合に、常夜電源部の電圧Vout1の出力を停止させることにより、非常夜電源部への電力供給を遮断するようにトライアック103を制御する電源IC205と、を備える。

目的

本発明はこのような状況のもとでなされたもので、入力電圧の異常を検知すると過電圧保護を作動させ、その後復帰する復帰型の保護を行うと共に、待機時の消費電力を低減させることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

交流電源から電力供給され、第一の電圧を出力する第一の電源部と、前記交流電源から電力供給され、前記第一の電圧とは異なる第二の電圧を出力する第二の電源部と、前記第一の電源部の前記第一の電圧により動作し、前記交流電源から前記第二の電源部への電力供給路上に設けられ前記第二の電源部への電力の供給と遮断を行うスイッチ手段と、前記交流電源から前記第一の電源部に所定電圧以上の電圧が入力されたことを検知する検知手段と、前記検知手段が前記第一の電源部に前記所定電圧以上の電圧が入力されたことを検知した場合に、前記第一の電源部の前記第一の電圧の出力を停止させることにより、前記第二の電源部への電力供給を遮断するように前記スイッチ手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする電源装置

請求項2

前記制御手段は、前記検知手段が前記所定電圧以上の電圧が入力されたことを検知すると、前記交流電源からの電力供給が停止するまで、前記第一の電源部の前記第一の電圧の出力を停止させることにより、前記第二の電源部への電力供給を遮断するように前記スイッチ手段を制御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

前記検知手段は、前記交流電源から前記第一の電源部に入力される電圧が前記所定電圧以上の場合には動作して、電力を消費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。

請求項4

前記検知手段は、定電圧素子を有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の電源装置。

請求項5

交流電源から電力供給され、第一の電圧を出力する第一の電源部と、前記交流電源から電力供給され、前記第一の電圧とは異なる第二の電圧を出力する第二の電源部と、前記第一の電源部の第一の電圧により動作し、前記交流電源から前記第二の電源部への電力供給路上に設けられ前記第二の電源部への電力の供給と遮断を行うスイッチ手段と、前記交流電源から前記第二の電源部に所定電圧以上の電圧が入力されたことを検知する検知手段と、前記検知手段が前記第二の電源部に前記所定電圧以上の電圧が入力されたことを検知した場合に、前記第一の電源部の前記第一の電圧の出力及び前記第二の電源部の前記第二の電圧の出力を停止させることにより、前記第二の電源部への電力供給を遮断するように前記スイッチ手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする電源装置。

請求項6

前記制御手段は、前記交流電源からの電力供給が停止するまで、前記第一の電源部の前記第一の電圧の出力及び前記第二の電源部の前記第二の電圧の出力を停止させることにより、前記第二の電源部への電力供給を遮断するように前記スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項5に記載の電源装置。

請求項7

前記第一の電源部に設けられ、前記交流電源の入力電圧を平滑する平滑コンデンサの耐圧をV1、前記第二の電源部に設けられ、前記交流電源の入力電圧を平滑する平滑コンデンサの耐圧をV2、前記検知手段が検知する入力電圧の前記所定電圧をV3、前記交流電源の電圧のピーク値をV4としたときに、V1>V2>V3>V4の関係を満足する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。

請求項8

前記第二の電源部は、複数の第二の電源部を含み、前記V2は、前記複数の第二の電源部に設けられた前記平滑コンデンサの耐圧のうち、最も小さい耐圧であることを特徴とする請求項7に記載の電源装置。

請求項9

前記平滑コンデンサの耐圧である前記V2と前記検知手段が検知する入力電圧の所定電圧である前記V3がV3>V2の関係となる場合には、前記平滑コンデンサが所定時間後に開弁する電圧をVaとすると、Va>V3>V2の関係を満足することを特徴とする請求項7又は8に記載の電源装置。

請求項10

前記平滑コンデンサは、アルミ電解コンデンサであることを特徴とする請求項7ないし9のいずれか1項に記載の電源装置。

請求項11

シート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、請求項1ないし10のいずれか1項に記載の電源装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

技術分野

0001

本発明は、商用交流電源入力源とする電源装置、及びその電源装置を備えた画像形成装置に関する。

背景技術

0002

種電子機器に備えられて、商用交流電源を入力して電子機器内で使用される所要直流電圧を出力する電源装置が幅広く利用されている。このような電源装置としては、スイッチングコンバータ部を備えたものが知られている。スイッチングコンバータ部を備えた電源装置では、商用交流電源入力部の後段整流平滑回路を設けて直流電圧を生成する。そして、スイッチングコンバータ部(DC−DCコンバータ部)は、この直流電圧をスイッチング素子オンオフ動作によりチョッピングした後に平滑し、最終的に安定した所要の直流電圧を出力する。

0003

従来、複写機プリンタ等の電子機器では、日本国内及び北米向けには入力電圧がAC100V系(例えば、AC100V〜120V)、欧州向けには入力電圧がAC200V系(例えば、AC220V〜240V)の専用電源装置を用いることが一般的である。この専用電源装置の整流平滑部には、一般的にアルミ電解コンデンサが用いられることが多い。アルミ電解コンデンサも、AC100V系の地域、AC200V系の地域毎に最適な部品が選択されている場合が多く、例えばAC100V系電源装置には耐電圧が200Vdc、AC200V系電源装置には耐電圧が400Vdcのものが使用されている。

0004

アルミ電解コンデンサは、耐電圧以上の電圧印加されると、リーク電流が増加することにより内部圧力が上昇し、最終的には圧力弁が動作して、電解液を含む高圧ガスが噴き出す、いわゆる「開弁」という現象に至る。アルミ電解コンデンサに使用される電解液は導電性であるため、アルミ電解コンデンサから噴き出した電解液によって、部品間や回路パターン間等でショート短絡)が発生し、回路故障を招くことがある。

0005

電源装置は、商用交流電源からアルミ電解コンデンサの耐電圧以上の電圧が入力された場合でも、装置が故障しないように保護されなければならず、そのためにはアルミ電解コンデンサの開弁を発生させないことが望ましい。これまでに、商用交流電源からの過電圧印加に対して電源装置を保護する手段が提案されている。例えば、特許文献1や特許文献2では、スイッチングコンバータ部に入力電圧を監視する入力電圧監視部を設けて、検知された電圧が所定値以上の場合にはスイッチ素子リレートライアック等)をオフする保護手段が提案されている。また、特許文献3では入力電圧平滑用のアルミ電解コンデンサに印加される電圧を検知し、検知した電圧が所定値以上の場合には、回路に過大な電流を流して入力部のヒューズ溶断させる手段が提案されている。

先行技術

0006

特開2009−219316号公報
特開2009−284561号公報
特許第4612855号公報

発明が解決しようとする課題

0007

新興国の電源事情先進国に比べて良くない場合が多く、その結果、電子機器に過電圧が印加される頻度が高くなる。そのため、過電圧印加時の電子機器の保護を確保しつつも過電圧状態が解消されると過電圧印加時の保護が解除され、給電が可能な状態に戻る、復帰型の保護手段が望ましい。また、電子機器の省エネルギー化に対する要求は日に日に高くなっており、過電圧印加時の復帰型保護と省エネルギー化の両立が求められている。

0008

しかしながら、前述した従来技術では、過電圧印加時の復帰型保護と省エネルギー化のうち、どちらか一方は満足できるが、両方ともは満足できていないという課題があった。例えば、特許文献1、2の電源装置では、過電圧印加時の保護手段は復帰型である。ところが、過電圧保護回路の搭載に伴い、スイッチ素子をオンするための電力消費、入力電圧監視部での電力消費が発生するため、待機時(スリープモード等)の消費電力は増加している。そのため、待機時には、スイッチ素子をオンするための電力消費、入力電圧監視部での電力消費が、電子機器全体の消費電力に対して相対的に大きくなり、省エネルギー化を図る際に無視できないものとなる。また、特許文献3は、過電圧印加時にヒューズを溶断させる保護手段なので、過電圧状態が解除されても機器を元の状態に復帰させることはできない。

0009

本発明はこのような状況のもとでなされたもので、入力電圧の異常を検知すると過電圧保護を作動させ、その後復帰する復帰型の保護を行うと共に、待機時の消費電力を低減させることを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

前述した課題を解決するため、本発明では次のとおりに構成する。

0011

(1)交流電源から電力供給され、第一の電圧を出力する第一の電源部と、前記交流電源から電力供給され、前記第一の電圧とは異なる第二の電圧を出力する第二の電源部と、前記第一の電源部の前記第一の電圧により動作し、前記交流電源から前記第二の電源部への電力供給路上に設けられ前記第二の電源部への電力の供給と遮断を行うスイッチ手段と、前記交流電源から前記第一の電源部に所定電圧以上の電圧が入力されたことを検知する検知手段と、前記検知手段が前記第一の電源部に前記所定電圧以上の電圧が入力されたことを検知した場合に、前記第一の電源部の電圧の出力を停止させることにより、前記第二の電源部への電力供給を遮断するように前記スイッチ手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする電源装置。

0012

(2)交流電源から電力供給され、第一の電圧を出力する第一の電源部と、前記交流電源から電力供給され、前記第一の電圧とは異なる第二の電圧を出力する第二の電源部と、前記第一の電源部の第一の電圧により動作し、前記交流電源から前記第二の電源部への電力供給路上に設けられ前記第二の電源部への電力の供給と遮断を行うスイッチ手段と、前記交流電源から前記第二の電源部に所定電圧以上の電圧が入力されたことを検知する検知手段と、前記検知手段が前記第二の電源部に前記所定電圧以上の電圧が入力されたことを検知した場合に、前記第一の電源部の前記第一の電圧の出力及び前記第二の電源部の前記第二の電圧の出力を停止させることにより、前記第二の電源部への電力供給を遮断するように前記スイッチ手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする電源装置。

0013

(3)シート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(1)又は前記(2)に記載の電源装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

発明の効果

0014

本発明によれば、入力電圧の異常を検知すると過電圧保護を作動し、その後復帰する復帰型の保護を行うことができると共に、待機時の消費電力を低減させることができる。

図面の簡単な説明

0015

実施例1の電源装置の構成を示す回路図
実施例1の電源装置が商用交流電源から電力供給された際の動作を示すフローチャート
アルミ電解コンデンサの開弁についての印加電圧と印加時間の関係を示す図
実施例2の電源装置の構成を示す回路図
実施例2の電源装置が商用交流電源から電力供給された際の動作を示すフローチャート
実施例3の電源装置の構成を示す回路図
実施例3の電源装置が商用交流電源から電力供給された際の動作を示すフローチャート
実施例4の画像形成装置の模式図

0016

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

0017

実施例1では、商用交流電源の入力電圧が過電圧の場合に、保護すべき非常夜電源入力電圧平滑用コンデンサ両端電圧を、スイッチ素子の前段(商用交流電源側から見てスイッチ素子より前段)で監視する方法について説明する。

0018

[電源装置の構成]
図1は、画像形成装置等の電子機器に備えられる、本実施例の電源装置の構成を示す回路図である。図1に示すように、本実施例の電源装置は、破線枠部で示された3つのコンバータ、すなわち常夜電源部200、非常夜電源部300、非常夜電源部400を有している。

0019

(常夜電源部)
第一の電源部である常夜電源部200は、第一の電圧である電圧Vout1を出力する電源部である。常夜電源部200は、インレット101、ヒューズ102を介して、不図示の商用交流電源から電力供給され、電源装置が待機状態(スリープモード等)にある場合でも、商用交流電源からの給電が遮断されない。常夜電源部200は、ダイオードブリッジ201と平滑コンデンサ202で構成される整流平滑部を有し、その後段にスイッチングコンバータ部を有している。入力電圧平滑用の平滑コンデンサ202の耐電圧(以下、「耐圧」という)は、過電圧に対応するため、非常夜電源部300、400の入力電圧平滑用のアルミ電解コンデンサ302、402の耐圧より十分大きくする必要がある。そのため、平滑コンデンサ202には、高耐圧のフィルムコンデンサ、もしくは耐圧が十分に高いアルミ電解コンデンサが用いられる。常夜電源部200は、機器の待機時の電力を供給することに特化した、数W〜十数W程度の小容量電源部であるため、平滑コンデンサ202は低容量でも構わない。そのため、低容量・高耐圧の特徴を持つフィルムコンデンサや、小サイズで安価な高耐圧アルミ電解コンデンサを使用することができる。

0020

常夜電源部200のスイッチングコンバータ部は、トランス208、スイッチング用のFET207を有し、その動作は電源IC205により制御される。電源IC205は、Vcc端子に入力された電源電圧により動作する。電圧Vreg1は、例えばトランス208の補助巻線誘起される電圧であり、コンデンサ212は、Vcc端子に入力される電圧の平滑用コンデンサである。ダイオード206はFET207のボディーダイオードであり、コンデンサ215は共振用コンデンサであり、ダイオード209は二次整流ダイオードであり、コンデンサ210は二次平滑用コンデンサである。平滑コンデンサ202の後段には、バリスタ203と抵抗204で構成される過電圧検知回路211が設けられている。待機時の省電力化を図るため、過電圧検知回路211は、所定電圧以下では電力消費がなく、所定電圧以上の電圧が印加されると動作する回路にする必要がある。また、使用するバリスタ203は、非常夜電源部300、400の入力電圧平滑用のアルミ電解コンデンサ302、402の耐圧より低いバリスタ電圧を有するものを選択する。

0021

(非常夜電源)
非常夜電源部300、400は、インレット101、ヒューズ102、スイッチ素子103を介して、不図示の商用交流電源から電力供給され、電源装置が待機状態(スリープモード等)にある場合には、商用交流電源からの給電は遮断される。不図示の商用交流電源から非常夜電源部300、400への電力供給路上に設けられたスイッチ素子103は、本実施例を含む全ての実施例において、双方向サイリスタ(以下、「トライアック」という)を用いているが、リレーでも実現可能である。なお、以下では、スイッチ素子であるトライアック103の導通している状態を「オン」又は「オン状態」とし、非導通の状態を「オフ」又は「オフ状態」という。

0022

第二の電源部である非常夜電源部300は、第二の電圧である電圧Vout2を出力する電源部である。電圧Vout2は、例えば5V等の制御系に使用される電源電圧である。非常夜電源部300は、ダイオードブリッジ301とアルミ電解コンデンサ302で構成される整流平滑部を有し、その後段に、スイッチングコンバータ部を有する。スイッチングコンバータ部には、常夜電源部と同様、疑似共振型フライバック電源を使用している。スイッチングコンバータ部は、スイッチング用のFET304、FET304のボディーダイオード303、トランス305、二次整流ダイオード306、二次平滑コンデンサ307、共振用のコンデンサ308から構成されている。スイッチングコンバータ部では、出力電圧Vout2をトランス305の一次側にフィードバックして、不図示の制御ICを用いて出力電圧の調整を行うが、本実施例と直接的に関係のない部分なので、説明を省略する。

0023

非常夜電源部400は、電圧Vout3を出力する電源部である。電圧Vout3は、例えば24V等のアクチュエーター等で使用される電源電圧である。非常夜電源部400は、ダイオードブリッジ401とアルミ電解コンデンサ402で構成される整流平滑部を有し、その後段にスイッチングコンバータ部を有する。スイッチングコンバータ部には、トランス410を双方向で励磁する、電流共振型ハーフブリッジコンバータを使用している。スイッチングコンバータ部は、スイッチング用のFET404、405、FET404、405のボディーダイオード406、407、電圧共振コンデンサ408、電流共振コンデンサ409、トランス410から構成されている。更に、スイッチングコンバータ部は、二次整流用のダイオード411、412、平滑用のアルミ電解コンデンサ413を有している。スイッチングコンバータ部では、出力電圧Vout3をトランス410の一次側にフィードバックして、不図示の制御ICを用いて出力電圧の調整を行うが、本実施例とは直接的に関係ないので、説明を省略する。

0024

また、フォトトライアックカプラ104は、トライアック103のオン・オフの制御を行う。フォトトライアックカプラ104には、ゼロクロス回路が内蔵されており、商用交流電源からの入力電圧が0ボルト付近で生成されるゼロクロス信号に同期して、トライアック103のT2端子からG端子へ電力を供給することにより、トライアック103をオンする。ゼロクロス回路を内蔵したフォトトライアックカプラ104を用いて、トライアック103をゼロクロス信号に同期させてオンさせることにより、非常夜電源部300、400の突入電流を防止することができる。また、トランジスタ108は、後述する不図示のコントローラから出力されるSTATUS信号によりオン・オフ状態が制御され、トランジスタ108がオン状態のときに、フォトトライアックカプラ104のLED部が導通状態となる。なお、抵抗105、106は電流制限抵抗、抵抗107はノイズによる誤動作防止抵抗である。

0025

[入力電圧正常時の電源装置の動作]
図2は、本実施例の電源装置が商用交流電源から電力供給された際の動作を示すフローチャートである。まず、商用交流電源から定格電圧範囲内の正常な電圧が入力された場合の電源装置の動作について、図1、2を用いて説明する。

0026

図2のステップ101(以下、「S101」のように記す)では、商用交流電源からインレット101、ヒューズ102を介して、常夜電源部200に電力の供給(以下、「給電」という)が開始される。このとき、トライアック103はオフしているため、非常夜電源部300、400には、商用交流電源からの給電は行われない。給電が開始されると、常夜電源部200のFET207はスイッチング動作を開始し、トランス208を介して二次側に電力を供給する。S102では、過電圧検知回路211が、商用交流電源からの入力電圧が定格電圧範囲内かどうかを監視する。ここでは、商用交流電源からの入力電圧は定格電圧範囲内であり、過電圧を検知されないので、S103に進む。

0027

S103では、常夜電源部200のトランス208の二次側に誘起された電圧は、ダイオード209、平滑コンデンサ210を介して整流平滑され、常夜電源部200は電圧Vout1を出力する。S104では、常夜電源部200の出力電圧Vout1は、CPU等のコントローラ(不図示)に供給されて、コントローラ(不図示)が起動される。そして、コントローラ(不図示)は、所定の立ち上げ処理を行った後に、トライアック103をオンするために、ハイレベルのSTATUS信号を出力する。S105では、ハイレベルのSTATUS信号が入力されたトランジスタ108はオン状態となり、フォトトライアックカプラ104のLED部が導通状態となる。前述したように、フォトトライアックカプラ104には、ゼロクロス回路が内蔵されているため、LED部が導通状態となった直後のゼロクロス信号で、フォトトライアックカプラ104はオンする。これにより、トライアック103はT2端子からG端子へ電流が流れてオンする。S106では、トライアック103がオンし導通状態となると、不図示の商用交流電源からインレット101、ヒューズ102、トライアック103を介して、非常夜電源部300と非常夜電源部400に給電が開始される。S107では、非常夜電源部300、400は、それぞれの整流平滑部及びスイッチングコンバータ部を介して、電圧Vout2、Vout3を出力する。

0028

非常夜電源部300のスイッチングコンバータ部の動作は、上述した常夜電源部200と同様のため、説明を省略する。非常夜電源部400は、ダイオードブリッジ401、アルミ電解コンデンサ402で整流平滑された電圧をFET404、405で交互にスイッチングし、トランス410を介して二次側に電力を供給する。トランス410の二次側に誘起された電圧は、ダイオード411、412、及び平滑用のアルミ電解コンデンサ413を介して整流平滑された後、非常夜電源部400は電圧Vout3を出力する。

0029

[入力電圧とコンデンサの耐圧との関係]
本実施例の電源装置は、商用交流電源の入力電圧、各電源部の耐圧や検知回路検知電圧が以下の関係となるように設計されている。すなわち、常夜電源部200の平滑コンデンサ202の耐圧をV1、非常夜電源部300、400のアルミ電解コンデンサ302、402の耐圧をV2、過電圧検知回路211の検知電圧をV3とする。そして、V1、V2、V3と商用交流電源の定格電圧ピーク値Vin_peakは、以下の式(1)を満足するように設定されている。なお、非常夜電源部300、400のアルミ電解コンデンサ302、402の耐圧が異なる場合には、低い方の耐圧をV2とする。
V1>V2>V3>Vin_peak (1)

0030

例えば、平滑コンデンサ202を630Vのフィルムコンデンサとし、バリスタ203のバリスタ電圧を180V、非常夜電源部300、400のアルミ電解コンデンサ302、402の耐圧を200V、商用交流電源の定格電圧を100−120Vとする。これらの電圧値を上記式(1)に代入すると、以下の式(2)となる。
630V>200V>180V>141.4V−169.7V (2)

0031

しかし、バリスタ、ツェナーダイオード等の過電圧を検知する素子バラツキ等により、非常夜電源部300、400のアルミ電解コンデンサ302、402の耐圧V2が過電圧検知電圧V3に対して、V2>V3の大小関係を満足できない場合がある。その場合には、アルミ電解コンデンサに印加される電圧と印加時間の関係を考慮し、保護回路動作時間において、電解コンデンサの開弁に至らない十分に低い電圧をV3に設定する。すなわち、アルミ電解コンデンサの耐圧以下で保護できない場合には、アルミ電解コンデンサが開弁に至る電圧以下で、アルミ電解コンデンサを保護するということである。

0032

アルミ電解コンデンサの耐圧は、寿命の観点で規定されており、耐圧以上の電圧が印加されると、直ちにコンデンサの開弁に至るわけではない。図3は、アルミ電解コンデンサの開弁についての印加電圧と印加時間の関係を示す図であり、横軸は、電解コンデンサへの印加電圧(単位:V(ボルト))、縦軸は、電解コンデンサが開弁するまでの印加時間(単位:hrs(時間))を示す。図3は、200V耐圧のアルミ電解コンデンサを例にとり、印加電圧と印加時間の関係を簡単に表わした特性カーブの一例であり、実際の設計に際しては、使用するアルミ電解コンデンサ毎に特性カーブを確認する必要がある。

0033

図3グラフに示すように、200V耐圧のアルミ電解コンデンサは、耐圧と等しい200Vの電圧を印加されてもすぐには開弁に至らず、非常に長い時間(1時間程度)継続して印加されて、初めて開弁に至る。また、図3より、印加電圧が高いほど、開弁までの印加時間は短くなる。そこで、バリスタ、ツェナーダイオード等の過電圧を検知する素子のバラツキ等により、V2>V3の関係を満足できない場合、以下の関係を満足できるようにする。すなわち、過電圧検知からトライアック103がオフするまでの時間をt1とし、図3のグラフから時間t1継続して印加し続けると、アルミ電解コンデンサが開弁する電圧Vaを求める。そして、余裕を持って下記の式(3)を満足できるように、過電圧検知回路211の検知電圧V3を設定する。
Va>V3>V2 (3)

0034

その結果、式(3)に示す関係式を満足すれば、過電圧検知回路211の検知電圧V3が、非常夜電源部300、400のアルミ電解コンデンサ302、402の耐圧V2を超える場合でも、アルミ電解コンデンサ302、402を保護することができる。

0035

過電圧入力時の電源装置の動作]
正常状態から過電圧が入力された場合の動作)
次に、商用交流電源から定格電圧範囲内の電圧が電源装置に入力されている状態において、商用交流電源に何らかの異常が生じ、過電圧が電源装置に印加された場合の動作について、図1、2を用いて説明する。

0036

S108では、過電圧検知回路211が、商用交流電源からの入力電圧が定格電圧範囲内かどうかを監視する。そして、過電圧検知回路211が過電圧を検知しない場合には、S109に進む。S109では、非常夜電源部300、400は、それぞれの整流平滑部及びスイッチングコンバータ部を介して、電圧Vout2、Vout3を出力する。S110では、商用交流電源の給電が継続しているかどうかを判断し、給電が継続している場合にはS108の処理に戻り、商用交流電源からの給電が停止された場合には、S125に進み、後述する給電停止時の処理を行う。

0037

一方、S108において、過電圧検知回路211が過電圧を検知した場合には、S120に進む。S120では、過電圧検知回路211が過電圧を検知すると、バリスタ203が導通状態となり、バリスタ203と抵抗204で分圧された所定値以上の電圧が、電源IC205のZCD端子に入力される。S121では、電源IC205は、ZCD端子に所定値以上の電圧が所定時間(例えば100μsの間)継続して入力されると、スイッチングコンバータ部をシャットダウンさせシャットダウン状態を保持させる(以下、この状態を「シャットダウンラッチ」という)。電源IC205がシャットダウンラッチすると、トランス208を介して、二次側への電力供給が行われなくなり、常夜電源部200に接続された負荷が平滑コンデンサ210に蓄えられた電荷消費して、出力電圧Vout1が垂下する。S122では、出力電圧Vout1が低下すると、フォトトライアックカプラ104のLED部に電流が流れなくなり、フォトトライアックカプラ104、トライアック103が順次オフする。そして、トライアック103がオフすると、不図示の商用交流電源から非常夜電源部300、400への給電が遮断される。なお、本実施例では、トライアック103はラッチモードでオフするため、商用交流電源の入力の過電圧が解消された後も、商用交流電源からの給電が継続されている間は、トライアック103のオフ状態が継続される。

0038

S123では、商用交流電源の給電が継続しているかどうかを判断し、給電が継続している場合にはS124に進み、商用交流電源からの給電が停止された場合には、S125に進み、後述する給電停止時の処理を行う。S124では、電源IC205のシャットダウンラッチを継続し、S123に戻る。

0039

S125では、商用交流電源から電源装置への給電が遮断された後、電源IC205はVcc端子電圧が所定電圧以下かどうかを判断し、所定電圧以下になるまでS125の処理を繰り返し、所定電圧以下になったことを検知するとS126に進む。S126では、電源IC205は、上述したシャットダウンラッチの解除を行い、処理を終了する。そして、再度、商用交流電源から電源装置への給電が開始されると、上述した電源装置の起動操作が行われる。

0040

なお、電源IC205が過電圧検知時にシャットダウンのラッチ動作を行っている理由は、より確実に電源装置を過電圧から保護するためである。すなわち、過電圧検知時にラッチ動作を行わない場合には、商用交流電源から過電圧印加〜保護動作〜商用交流電源の過電圧解除〜保護解除〜商用交流電源から再び過電圧印加〜保護動作と、何度もアルミ電解コンデンサに過電圧が加わるケースが想定される。このような場合には、僅かずつアルミ電解コンデンサの内部圧力が上昇し、最終的に開弁に至ることがある。そこで、このような事態を生じさせないため、本実施例ではシャットダウン状態をラッチする動作を行うことにより、過電圧保護を行っている。なお、前述した式(2)、又は式(3)を満足する設計であれば、過電圧が繰り返し電源装置に印加されるという特異な場合を除いては、過電圧から電源装置を保護することができる。そのため、本実施例におけるラッチ動作による保護は、必須ではなく、あくまでも保護の確実性を高めるための手段である。

0041

電源投入時に過電圧が入力された場合の動作)
次に、商用交流電源に電源装置を接続した際に、既に商用交流電源の入力電圧が過電圧の場合、又はAC100V用の電源装置をAC200V系(AC220V−240V)の商用交流電源に誤って接続した場合の動作について、図1、2を用いて説明する。

0042

この場合は、S101において、商用交流電源に電源装置を接続し、常夜電源部200に給電が開始された直後に、過電圧が検知される。すなわち、S102にて、過電圧検知回路211は、商用交流電源からの入力電圧が定格電圧範囲内かどうかを監視する。そして、過電圧検知回路211が過電圧を検知した場合には、S130に進む。S130では、過電圧検知回路211が過電圧を検知すると、バリスタ203が導通状態となり、バリスタ203と抵抗204で分圧された所定値以上の電圧が、電源IC205のZCD端子に入力される。S131では、常夜電源部200は、一旦スイッチングを開始するが、所定時間後(例えば100μs後)に、前述した電源IC205のZCD端子のシャットダウンラッチ機能が動作して、スイッチングコンバータ部の動作が停止する。電源IC205がシャットダウンラッチすると、スイッチングコンバータ部の動作がすぐに停止するので、出力電圧Vout1は出力されない。S132では、常夜電源部200から出力電圧Vout1が出力されないので、トライアック103はオンしない。その結果、非常夜電源部300、400へは給電がされず、過電圧から保護することができる。S123以降の処理、すなわちシャットダウンラッチ状態から電源装置を復帰させる方法は、上述した通りなので説明を省略する。

0043

[待機時の動作]
次に、電源装置の待機時の動作を説明する。待機時には、コントローラ(不図示)がSTATUS信号をローレベルに落とすことにより、トランジスタ108をオフさせる。その結果、フォトトライアックカプラ104及びトライアック103がオフする。これにより、待機時には、トライアック103の後段に配置された非常夜電源部300、400への給電が遮断され、消費電力を低減できる。そして、電源装置は、待機時には、常夜電源部200の出力電圧Vout1のみを供給し、コントローラ(不図示)等の必要最低限の負荷にのみ給電を行う。また、本実施例では、過電圧検知回路211では、商用交流電源からの入力電圧がバリスタ203の動作電圧に達するまでは電力が消費されず、バリスタ203の動作電圧を超える過電圧が印加されて、初めて電力を消費する。そのため、本実施例では、待機時には、スイッチ素子であるトライアック103をオンするための電力消費と、過電圧検知回路211の電力消費がないため、従来例に比べて省電力を実現できる。

0044

以上説明したように、本実施例によれば、入力電圧の異常を検知すると過電圧保護を作動し、その後復帰する復帰型の保護を行うことができると共に、待機時の消費電力を低減させることができる。待機時に電力を消費しない過電圧検知回路を有し、商用交流電源から電源装置に過電圧が印加された際、トライアックを非導通にすることで電源装置を過電圧から保護し、商用交流電源の過電圧が解除された際には電源装置を正常に復帰させることができる。また、待機時にはトライアックを非導通にし、非常夜電源への給電を遮断することで待機時の省電力を実現できる。

0045

本実施例では、バリスタ203を用いて電圧検知を行っているが、ツェナーダイオード等の定電圧素子を用いて電圧検知を行ってもよい。つまり、電圧検知のための素子としては、所定電圧以上の電圧が印加された場合にのみ動作する回路素子を適用することができる。また、本実施例のスイッチングコンバータ部では、疑似共振型のフライバック電源を用いたが、本実施例はこの電源方式に限ったものではなく、RCC(リンギングチョーク・コンバータ)方式やPWM(パルス幅変調)方式等の他の電源方式でも構わない。同様に、本実施例のスイッチングコンバータ部では、電流共振型のハーフブリッジコンバータを用いたが、この方式に限らず、他の電源方式を用いても構わない。更に、本実施例では、スイッチングコンバータ部の制御に電源ICを用いているが、本実施例はこれに限定されるものではなく、ディスクリート部品で構成する等、別の方法でも実現可能である。

0046

実施例2では、商用交流電源の入力電圧が過電圧の場合に、保護すべき非常夜電源部の入力電圧平滑用コンデンサの両端電圧を、スイッチ素子の後段(商用交流電源側から見てスイッチ素子より後段)で監視する方法について説明する。

0047

本実施例の電源構成は、商用交流電源の入力電圧が過電圧であるか否かは、スイッチ素子がオンされてから検知する回路構成なので、必ず一度は、非常夜電源部の入力電圧平滑用コンデンサに過電圧が入力されてから、保護機能が動作することになる。

0048

前述した実施例1の回路構成では、商用交流電源に機器を接続した際に既に商用交流電源が過電圧状態であった場合等では、一度も非常夜電源部の入力電圧平滑用コンデンサに過電圧が印加されることなく保護機能が動作するので、この点が本実施例とは異なる。そのため、実施例1では、商用交流電源から電源装置に給電が開始されると、まず過電圧か否かが検知されるのに対し、本実施例に記載の電源装置では、スイッチ素子がオンされた後に過電圧か否かが検知される。

0049

[電源装置の構成]
図4は、画像形成装置等の電子機器に備えられる、本実施例の電源装置の構成を示す回路図である。図4に示すように、本実施例の電源装置は、破線枠部で示された3つのコンバータ、すなわち常夜電源部200、コンバータ400a、PFC回路600を有している。なお、常夜電源部200、及びトライアック103及びその周辺回路は、実施例1の図1と同一のため、説明を省略する。

0050

(非常夜電源部)
非常夜電源部は、PFC回路600(破線枠部)(以下、「非常夜電源部600」ともいう)と、その後段に設けられたコンバータ400a(破線枠部)(以下、「非常夜電源部400a」ともいう)により構成されている。PFC回路600は、ダイオードブリッジ601、フィルムコンデンサ609、チョークコイル602、スイッチング用のFET604、FET604のボディーダイオード605、回生ダイオード603、平滑用のアルミ電解コンデンサ606から構成されている。PFC回路600は、商用交流電源から入力される電圧を昇圧し、力率を改善する機能を有する。PFC回路600の出力電圧Vout4は、本実施例では例えば400V前後である。PFC回路600の出力電圧Vout4は、コンバータ400aに入力され、出力電圧Vout3が生成される。

0051

コンバータ400aのスイッチングコンバータ部は、実施例1の図1の非常夜電源部400のスイッチングコンバータ部と同様の回路構成であり、同一符号を付して、説明を省略する。コンデンサ415は、電源IC414のCss端子に接続されるコンデンサであり、ソフトスタートを司る。電源IC414は、Vcc端子に動作に必要な電圧が入力されると、制御動作を開始する。コンデンサ416は、Vcc端子の入力電圧の平滑用コンデンサである。Vcc端子に入力される電圧Vreg2には、PFC回路600のチョークコイル602の補助巻線に生成される電圧、又はトランス410の補助巻線に誘起される電圧が用いられる。なお、PFC回路600では、出力電圧Vout4のフィードバック電圧を不図示のPFC制御IC等で制御して出力電圧の調整を行い、コンバータ400aでは、出力電圧Vout3を一次側にフィードバックして、電源IC414を用いて出力電圧の調整を行う。出力電圧の調整動作については、本実施例と直接的に関係のない部分なので、説明を省略する。なお、非常夜電源部400aのスイッチングコンバータ部の電源方式は、本実施例の電流共振型のハーフブリッジコンバータに限らず、他の電源方式を用いても構わない。

0052

(過電圧保護回路)
常夜電源部200は、出力電圧Vout1の電圧を監視し、所定電圧以上になると常夜電源部200と非常夜電源部400aの動作を停止させるOVP回路700を有している。例えば、出力電圧Vout1の正常な場合の電圧値が5Vとすると、回路に異常が生じる等により出力電圧Vout1の電圧値が7V程度まで上昇すると、OVP回路700が動作する。

0053

OVP回路700は、電圧監視用のツェナーダイオード701、電流制限抵抗213、702、704、フォトカプラ214(214−a、214−b)、703で構成されている。そして、常夜電源部200の出力電圧Vout1が、電圧監視用のツェナーダイオード701の降伏電圧ツェナー電圧)以上になり、ツェナーダイオード701が導通状態になると、OVP回路700が動作する。ツェナーダイオード701が導通すると、フォトカプラ214のLED部(214−a)が導通状態となり、フォトカプラ214のフォトトランジスタ(214−b)がオンすることにより、抵抗213を介して電圧Vccが電源IC205のZCD端子に入力される。ZCD端子は、実施例1で説明したようにシャットダウンラッチ機能を有し、電源IC205は常夜電源部200のスイッチングコンバータ部をシャットダウンラッチさせる。また、ツェナーダイオード701が導通することにより、フォトカプラ703のLED部が導通状態となって、フォトカプラ703のフォトトランジスタがオン状態となる。そして、電源IC414のVcc端子に入力される電圧が、抵抗704を介して、Css端子に入力される。電源IC414のCss端子は、電源IC205のZCD端子と同様に、所定の電圧が印加されると、電源IC414の動作をシャットダウンラッチさせる機能を有している。

0054

常夜電源部200の出力電圧Vout1が過剰な電圧となった場合に、常夜電源部200の動作だけでなく、非常夜電源部400aの動作も停止させる機能は「保護協調機能」と呼ばれ、片電源を防止するためのものである。出力電圧Vout1は、制御系の負荷に供給され、出力電圧Vout3は、アクチュエーター等に供給されている。そのため、出力電圧Vout1がOVP回路700によりシャットダウンされた際、出力電圧Vout3も直ちにシャットダウンさせないと、アクチュエーター等のドライバ等が片電源により破壊される恐れがある。

0055

ところで、非常夜電源部400a、600の前段に設けられたトライアック103は、駆動電源に常夜電源部200の出力電圧Vout1を使用している。そのため、出力電圧Vout1がOVP回路700によりシャットダウンされた際には、非常夜電源部600、400への不図示の商用交流電源からの給電は遮断され、出力電圧Vout3は垂下する。すなわち、常夜電源部200の出力電圧Vout1が、OVP回路700によるシャットダウンにより垂下すると、トライアック103はオフする。そして、PFC回路600のアルミ電解コンデンサ606、コンバータ400aのアルミ電解コンデンサ413に蓄えられた電荷を負荷が消費してしまうと、出力Vout3は垂下する。しかし、負荷がアルミ電解コンデンサ606、413に蓄えられた電荷を消費してしまうまでには、数百msec(ミリ秒)〜数sec(秒)の時間を要する場合があり、その間は、コンバータ400aのみが動作している片電源状態が継続されることとなる。そのため、常夜電源部200の出力電圧Vout1に対してOVP回路700が動作した際には、すぐにコンバータ400aの出力電圧Vout3の出力を垂下させる保護協調機能を設けている。

0056

(過電圧検知回路)
商用交流電源から過電圧が印加された際に、PFC回路600のアルミ電解コンデンサ606を保護するために、過電圧検知回路500が設けられている。過電圧検知回路500は、分圧抵抗607、608、電圧監視用のツェナーダイオード501、電流制限抵抗502、503、フォトカプラ504から構成されている。過電圧検知回路500は、アルミ電解コンデンサ606の両端電圧を監視し、過電圧を検知すると、常夜電源部200、非常夜電源部400aの動作をシャットダウンラッチさせることにより、過電圧から回路を保護する。図4において、フォトカプラ504のLED部の一端は、コンバータ400aの低圧側(DCL)に接続されている。

0057

[電源装置の動作]
図5は、本実施例の電源装置が商用交流電源から電力供給された際の動作を示すフローチャートである。まず、商用交流電源から定格電圧範囲内の正常な電圧が入力された場合の電源装置の動作について、図4、5を用いて説明する。

0058

(入力電圧が正常時の動作)
S201では、商用交流電源からインレット101、ヒューズ102を介して、常夜電源部200に給電が開始される。S202では、給電が開始されると、常夜電源部200のFET207はスイッチング動作を開始し、常夜電源部200は、電圧Vout1を出力する。S203では、出力電圧Vout1は、CPU等のコントローラ(不図示)に供給されることにより、コントローラ(不図示)が起動され、所定の立ち上げ処理を行った後に、トライアック103をオンするために、ハイレベルのSTATUS信号を出力する。S204では、ハイレベルのSTATUS信号が入力されたトランジスタ108はオン状態となり、続いてフォトトライアックカプラ104のLED部が導通状態となった直後のゼロクロス信号で、フォトトライアックカプラ104がオンする。これにより、トライアック103はT2端子からG端子へ電流が流れてオンする。S205では、トライアック103がオンし、導通状態となると、不図示の商用交流電源からインレット101、ヒューズ102、トライアック103を介して、非常夜電源部600と非常夜電源部400aに給電が開始される。S206では、商用交流電源から非常夜電源部600への給電により、非常夜電源部600の平滑用のアルミ電解コンデンサ606に電荷が充電される。

0059

S207では、過電圧検知回路500は、分圧抵抗607、608により分圧されたアルミ電解コンデンサ606の両端電圧に基づいて、商用交流電源からの入力電圧は定格電圧範囲内かどうかを監視する。そして、過電圧が検知された場合にはS210に進み、過電圧が検知されない場合にはS208に進む。S208では、非常夜電源部600、400aは、それぞれ電圧Vout4、Vout3を出力する。S209では、商用交流電源の給電が継続しているかどうかを判断し、給電が継続している場合にはS207の処理に戻り、商用交流電源からの給電が停止された場合には、S215に進み、後述する給電停止時の処理を行う。

0060

(入力電圧が過電圧時の動作)
S207において、過電圧検知回路500は、分圧抵抗607、608により分圧されたアルミ電解コンデンサ606の両端電圧に基づいて、商用交流電源からの入力電圧が過電圧かどうかの検知を行う。分圧抵抗607、608により分圧された電圧が電圧監視用のツェナーダイオード501の降伏電圧(ツェナー電圧)以上になると、ツェナーダイオード501が導通状態となって、過電圧が検知され、S210に進む。S210では、ツェナーダイオード501が導通すると、フォトカプラ504のLED部が導通状態となり、フォトカプラ504のフォトトランジスタがオンすることにより、フォトカプラ214、703がオン状態となる。そして、その結果、常夜電源部200の電源IC205のZCD端子、及び非常夜電源部400aの電源IC414のCss端子に所定値以上の電圧が入力される。これにより、S211では、常夜電源部200の電源IC205及び非常夜電源部400aの電源IC414はシャットダウンラッチを行い、その結果、出力電圧Vout1、Vout3が垂下する。S212では、常夜電源部200の出力電圧Vout1が低下すると、フォトトライアックカプラ104のLED部に電流が流れなくなり、トライアック103がオフする。そして、トライアック103がオフすると、非常夜電源部600、400aへの給電が遮断される。なお、トライアック103はラッチモードでオフするため、商用交流電源の入力の過電圧が解消された後も、商用交流電源からの給電が継続されている間は、トライアック103のオフ状態が継続される。

0061

S213では、商用交流電源の給電が継続しているかどうかを判断し、給電が継続している場合にはS214に進み、商用交流電源からの給電が停止された場合には、S215に進み、後述する給電停止時の処理を行う。S214では、電源IC205、及び電源IC414のシャットダウンラッチを継続し、S213に戻る。

0062

S215では、商用交流電源から電源装置への給電が遮断された後、電源IC205はVcc端子電圧が所定電圧以下かどうかを判断し、所定電圧以下になるまでS215の処理を繰り返し、所定電圧以下になったことを検知するとS216に進む。S216では、電源IC205及び電源IC414は、上述したシャットダウンラッチの解除を行い、処理を終了する。そして、再度、商用交流電源から電源装置への給電が開始されると、上述した電源装置の起動操作が行われる。

0063

[入力電圧とコンデンサの耐圧との関係]
本実施例の電源装置は、商用交流電源の入力電圧、各電源部の耐圧や検知回路の検知電圧が以下の関係となるように設計されている。すなわち、常夜電源部200の平滑コンデンサ202の耐圧をV1、PFC回路600のアルミ電解コンデンサ606の耐圧をV2、過電圧検知回路500の検知電圧をV3とする。そして、PFC回路600の通常動作時に発生する瞬時的なアルミ電解コンデンサ606の両端電圧(オーバーシュート電圧等)をV4とすると、V1〜V4と商用交流電源の定格電圧のピーク値Vin_peakは、以下の式(4)を満足するように設定されている。
V1>V2>V3>V4>Vin_peak (4)

0064

例えば、平滑コンデンサ202を630Vのフィルムコンデンサとし、PFC回路600のアルミ電解コンデンサ606の耐圧を450V、過電圧検知回路500の検知電圧(抵抗分圧前のアルミ電解コンデンサ両端電圧)を440Vとする。更に、瞬時的なアルミ電解コンデンサ606の両端電圧V4を430V、商用交流電源の定格電圧を100−120Vとし、これらの電圧値を上記式(4)に代入すると、以下の式(5)となる。
630V>450V>440V>430V>141.4V−169.7V (5)

0065

しかし、過電圧を検知する素子(バリスタ、ツェナーダイオード等)のバラツキ等により、アルミ電解コンデンサ606の耐圧V2が過電圧検知回路500の検知電圧V3に対してV2>V3の大小関係を満足できない場合がある。この場合には、実施例1同様に、図3に示されるアルミ電解コンデンサの開弁についての印加電圧と印加時間の関係を基に、過電圧検知回路の検知電圧V3を設定する。図3より、過電圧検知からトライアック103がオフするまでの時間をt2とし、t2時間継続して過電圧を印加し続けるとアルミ電解コンデンサが開弁する電圧Vbを求める。そして、余裕を持って、以下の式(6)を満足できるように、過電圧検知電圧V3を設定する。なお、電圧Vb及び時間t2は図3に図示していないが、これらの関係は図3に図示の電圧Vaと時間t1の関係と同様である。
Vb>V3>V2 (6)

0066

その結果、式(6)に示す大小関係を満足すれば、過電圧検知電圧V3が、PFC回路600の出力電圧平滑用のアルミ電解コンデンサ606の耐圧V2を超える場合でも、アルミ電解コンデンサを保護することができる。

0067

[待機時の動作]
待機時には、実施例1同様にトライアック103がオフされるため、商用交流電源からPFC回路600への電力供給が遮断される。その結果、PFC回路600、コンバータ400a、及び過電圧検知回路500での電力消費がなくなり、待機時の消費電力を低減させることができる
以上説明したように、本実施例によれば、入力電圧の異常を検知すると過電圧保護を作動し、その後復帰する復帰型の保護を行うことができると共に、待機時の消費電力を低減させることができる。

0068

実施例3では、実施例1とは異なる方法により、商用交流電源の入力電圧をスイッチ素子の前段(商用交流電源側から見てスイッチ素子より前段)で監視する方法について説明する。本実施例に示す電源装置の動作は、概して実施例1に示す電源装置と同じであるが、商用交流電源から電源装置に過電圧が印加された際の動作が異なっている。実施例1に示す電源装置では、過電圧印加時のシャットダウン動作を電源ICで行っていたのに対し、本実施例に示す電源装置では外部回路にて行っている。そのため、本実施例に示す電源装置は、実施例1に示す電源装置とは過電圧検知時の動作が異なる。

0069

[電源装置の構成]
図6は、画像形成装置等の電子機器に備えられる、本実施例の電源装置の構成を示す回路図である。図6に示すように、本実施例の電源装置は、破線枠部で示された3つのコンバータ、すなわち常夜電源部200、非常夜電源部300、非常夜電源部400を有している。なお、常夜電源部200、非常夜電源部300、400の回路構成及び動作は、実施例1と同様なので説明を省略する。また、トライアック103及びその周辺回路は、実施例1の図1と同一のため、説明を省略する。

0070

駆動電圧生成回路
駆動電圧生成回路900(破線枠部)は、常夜電源部200のトランス208の補助巻線904に誘起された電圧を、抵抗901、ダイオード903、コンデンサ902で整流平滑し、トライアック駆動電圧を生成する。駆動電圧生成回路900は、フォトカプラ113を介してトライアック103に生成した駆動電圧を供給し、トライアック103をトリガモード2とトリガモード3で動作させる。

0071

ラッチ回路
過電圧検知状態を保持するラッチ回路810(破線枠部)は、トランジスタ800、801、抵抗802〜807、フォトカプラ808で構成されている。商用交流電源の過電圧検知は、過電圧検知回路211で行われ、過電圧検知回路211のバリスタ203が所定電圧以上を検知すると、バリスタ203が導通し、ラッチ回路810に電圧が入力される。ラッチ回路810に電圧が入力され、トランジスタ801がオンすると、トランジスタ800がオンする。一旦トランジスタ800がオンすると、トランジスタ800、801は、過電圧検知回路211の状態に関わらずオン状態を保持し、フォトカプラ808をオンし続ける。フォトカプラ808がオンすると、PROTECT信号はローレベルになる。すると、PROTECT信号はトランジスタ108のベース端子に入力されているので、PROTECT信号がローレベルになることにより、トランジスタ108はオフ状態となる。その結果、フォトカプラ113がオフ状態となって、トライアック103に駆動電圧生成回路900で生成されたトライアック駆動電圧が供給されなくなり、トライアック103はオフし、非常夜電源部300、400への給電が遮断される。

0072

[電源装置の動作]
図7は、本実施例の電源装置が商用交流電源から電力供給された際の動作を示すフローチャートである。以下に、本実施例の電源装置の動作について、図6、7を用いて説明する。本実施例の電源装置の動作は概して実施例1の電源装置と同様なので、実施例1と重複する動作については、詳しい説明を省略する。

0073

S301では、商用交流電源からインレット101、ヒューズ102を介して、常夜電源部200に給電が開始される。このとき、トライアック103はオフしているため、非常夜電源部300、400には、商用交流電源からの給電は行われない。S302では、常夜電源部200に給電が開始されると、常夜電源部200のFET207はスイッチング動作を開始し、常夜電源部200は、電圧Vout1を出力する。そして、電圧Vout1が出力されると、駆動電圧生成回路900はトライアック駆動電圧を出力する。

0074

S303では、過電圧検知回路211が商用交流電源からの入力電圧を監視し、入力電圧が定格電圧範囲内であればS304に進み、過電圧が検知された場合にはS330に進む。S304では、不図示のコントローラはハイレベルのSTATUS信号を出力する。S305では、ハイレベルのSTATUS信号により、トランジスタ108、フォトカプラ113が順次オンされ、トライアック103がオンする。そして、S306では、トライアック103がオンすることにより、非常夜電源部300、400に不図示の商用交流電源からの給電が開始される。その結果、S307では、非常夜電源部300は電圧Vout2を出力し、非常夜電源部400は電圧Vout3を出力する。

0075

S308では、過電圧検知回路211は、商用交流電源からの入力電圧が過電圧かどうかを監視し、過電圧が検知されない場合にはS309に進み、過電圧が検知された場合にはS320に進む。S309では、非常夜電源部300、400は、それぞれ電圧Vout2、Vout3を出力する。S310では、商用交流電源の給電が継続しているかどうかを判断し、給電が継続している場合にはS308の処理に戻り、商用交流電源からの給電が停止された場合には、S325に進み、後述する給電停止時の処理を行う。

0076

S320では、ラッチ回路810に所定の電圧が入力される。その結果、S321では、トランジスタ800、801がオン状態となって、フォトカプラ808がオンし、ローレベルのPROTECT信号が出力される。トランジスタ108のベース端子にローレベルのPROTECT信号が入力されると、トランジスタ108がオフし、その結果、フォトカプラ113がオフ状態となる。S322では、フォトカプラ113がオフ状態となることにより、トライアック103がオフする。これにより、非常夜電源部300、400への商用交流電源からの給電が遮断される。なお、トライアック103はラッチモードでオフするため、商用交流電源の入力の過電圧が解消された後も、商用交流電源からの給電が継続されている間は、トライアック103のオフ状態が継続される。

0077

S323では、商用交流電源の給電が継続しているかどうかを判断し、給電が継続している場合にはS324に進み、商用交流電源からの給電が停止された場合には、S325に進み、後述する給電停止時の処理を行う。S324では、ラッチ回路810のシャットダウンラッチ状態を継続し、S323に戻る。

0078

S325では、商用交流電源から電源装置への給電が遮断された後、電源IC205はVcc端子電圧が所定電圧以下かどうかを判断し、所定電圧以下になるまでS325の処理を繰り返し、所定電圧以下になったことを検知するとS326に進む。S326では、Vcc端子電圧が所定電圧以下になることにより、ラッチ回路810のラッチ状態が解除され、処理を終了する。そして、再度、商用交流電源から電源装置への給電が開始されると、上述した電源装置の起動操作が行われる。

0079

また、商用交流電源に電源装置を接続した際に、既に商用交流電源の入力電圧が過電圧状態であった場合には、S303において、過電圧検知回路211により過電圧が検知され、S330に進む。S330では、ラッチ回路810に所定の電圧が入力される。その結果、S331では、トランジスタ800、801がオン状態となって、フォトカプラ808がオンし、ローレベルのPROTECT信号が出力される。トランジスタ108のベース端子にローレベルのPROTECT信号が入力されると、トランジスタ108がオフし、その結果、フォトカプラ113がオフ状態のままとなる。S332では、フォトカプラ113がオフ状態のままなので、トライアック103はオンせず、オフ状態のままである。その結果、商用交流電源から非常夜電源部300、400には給電されない。そして、S323以降の処理については、上述した通りなので、説明を省略する。

0080

本実施例の電源装置では、商用交流電源の入力電圧、各電源部の耐圧や検知回路の検知電圧は、実施例1同様に、式(1)、又は式(2)を満足するように設定されている。また、待機時の動作は実施例1と同様なので、説明を省略する。

0081

以上説明したように、本実施例によれば、入力電圧の異常を検知すると過電圧保護を作動し、その後復帰する復帰型の保護を行うことができると共に、待機時の消費電力を低減させることができる。なお、本実施例の電源装置では、商用交流電源に対して十分耐圧の高い常夜電源部を有し、過電圧印加時にも常夜電源部を動作させることが可能である。そのため、例えば、商用交流電圧が機器に印加され、保護回路が動作したことを機器内に設けた記憶装置に記憶させたり、過電圧保護回路動作中、過電圧が発生したことをオペレーションパネルブザー等を用いてユーザー報知することも可能である。

0082

実施例1〜3で説明した電源装置は、例えば画像形成装置の低圧電源、即ちコントローラ(制御部)やモータ等の駆動部へ電力を供給する電源として適用可能である。以下に、実施例1〜3の電源装置が適用される画像形成装置の構成を説明する。

0083

[画像形成装置の構成]
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8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310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カセット316から供給された記録材としてのシート(不図示)に転写部318(転写手段)によって転写して、シート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310は、実施例1〜3で説明した電源装置350を備えている。なお、実施例1〜3の電源装置を適用可能な画像形成装置は、図8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シート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。

0084

レーザビームプリンタ310は、画像形成部による画像形成動作や、シートの搬送動作を制御する不図示のコントローラを備えており、実施例1〜3に記載の電源装置は、例えばコントローラに電力を供給する。また、実施例1〜3に記載の電源装置は、感光ドラム311を回転するため又はシートを搬送する各種ローラ等を駆動するためのモータ等の駆動部に電力を供給する。本実施例の画像形成装置は、省電力を実現する待機状態(例えば、スリープモード等)にある場合に、例えばコントローラのみに電力を供給する等、負荷を軽くして消費電力を低減させることができる。

実施例

0085

以上説明したように、本実施例によれば、入力電圧の異常を検知すると過電圧保護を作動し、その後復帰する復帰型の保護を行うことができると共に、待機時の消費電力を低減させることができる。

0086

103トライアック
200常夜電源部
205電源IC
211過電圧検知回路
300、400 非常夜電源部

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 株式会社エフェクトメイジの「 コンバータおよびこれを用いたイルミネーション装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】並列接続させた複数のワイヤーイルミネーションに対して電力供給可能なコンバータを提供する。【解決手段】イルミネーション装置10において、コンバータ14は、入力側のDC電圧を所定のDC出力電圧に変... 詳細

  • 三菱電機株式会社の「 電力変換装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】ワイドバンドギャップ半導体のスイッチング素子を保護する低コストの電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置1は、電力変換部3、4と、電力変換部3、4のスイッチング素子を制御する制御部6、... 詳細

  • 三菱電機株式会社の「 電力変換装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】半導体スイッチング素子を有する電力変換装置において、部品等を追加することなく、小型、高密度化を満足しながらスイッチングノイズの抑制を図る。【解決手段】半導体スイッチング素子を有する電力変換回路... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ