(57)【要約】【課題】ハーフブリッジを用いた電流共振回路を有する電源装置の小型化、低コスト化のために、電流共振回路の軽負荷時の効率を改善すること。【解決手段】電荷を蓄えるコンデンサ１０９と、コンデンサ１０９に接続され、コンデンサ１０９に蓄えられた電荷を放電するときに接続状態となるスイッチング素子１１０と、を備え、休止期間からスイッチング動作が再開される場合に、スイッチング素子１１０を接続状態にしてコンデンサ１０９に蓄えられた電荷を放電させることでスイッチング１０４及びスイッチング素子１０５のいずれか一方のボディーダイオードに電流が流れている間に、ボディーダイオードに電流が流れている方のスイッチング素子がターンオンされる。【選択図】図１
2020036421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次巻線及び２次巻線を有するトランスと、
前記１次巻線に直列に接続された第１のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子に並列に接続された第１のダイオードと、
前記１次巻線に並列に接続された第２のスイッチング素子と、
前記第２のスイッチング素子に並列に接続された第２のダイオードと、
前記１次巻線に直列に接続された第１のコンデンサであって、直列に接続された前記１次巻線とともに前記第２のスイッチング素子に並列に接続されている前記第１のコンデンサと、
前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子をオン又はオフするスイッチング動作を制御する第１の制御手段と、
を備え、
前記第１の制御手段は、軽負荷時に前記スイッチング動作を停止させる休止期間に移行するように制御することが可能な電源装置であって、
電荷を蓄える蓄電手段と、
前記蓄電手段に接続され、前記蓄電手段に蓄えられた電荷を放電するときに接続状態となる接続手段と、
を備え、
前記休止期間から前記スイッチング動作が再開される場合に、前記接続手段を接続状態にして前記蓄電手段に蓄えられた電荷を放電させることで前記第１のダイオード及び前記第２のダイオードのいずれか一方に電流が流れている間に、前記ダイオードに電流が流れている方のスイッチング素子がターンオンされることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記蓄電手段は、前記第１のコンデンサであり、
前記接続手段は、第３のスイッチング素子と、前記第３のスイッチング素子に並列に接続された第３のダイオードと、を含み、
前記第１の制御手段は、前記休止期間から前記スイッチング動作が再開される場合に、前記第３のスイッチング素子をオン状態にして前記第１のコンデンサに蓄えられた電荷を放電させることで前記第２のダイオードに電流が流れている間に、前記第２のスイッチング素子をターンオンするように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】
交流電源に接続され、平滑コンデンサを有する１次側の整流平滑手段を備え、
前記第１の制御手段は、前記スイッチング動作を停止して前記休止期間に移行する場合に、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子をオフ状態にするとともに前記第３のスイッチング素子を非接続状態とし、前記１次巻線に蓄えられたエネルギーを前記第１のダイオードを介して前記平滑コンデンサに帰還させ、前記第３のダイオードに電流を流すことにより、前記第１のコンデンサを充電することを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記２次巻線に接続された第４のスイッチング素子と、
前記第４のスイッチング素子に並列に接続された第４のダイオードと、
前記第４のスイッチング素子に接続された２次側の平滑コンデンサと、
前記第４のスイッチング素子をオン又はオフさせることにより同期整流動作を制御する第２の制御手段と、
を備え、
前記蓄電手段は、前記２次側の平滑コンデンサであり、
前記接続手段は、前記第４のスイッチング素子であり、
前記第２の制御手段は、前記休止期間から前記スイッチング動作が再開される場合に、前記第４のスイッチング素子をオン状態にして前記２次側の平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させることで前記第１のダイオードに電流が流れている間に、前記第１のスイッチング素子をターンオンするように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５】
前記第２の制御手段は、前記第１のスイッチング素子をターンオンした後に前記第４のスイッチング素子をオフ状態とすることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記２次巻線に接続された第４のスイッチング素子と、
前記第４のスイッチング素子に並列に接続された第４のダイオードと、
前記第４のスイッチング素子に接続された２次側の平滑コンデンサと、
前記第４のスイッチング素子をオン又はオフさせることにより同期整流動作を制御する第２の制御手段と、
を備え、
前記蓄電手段は、前記２次側の平滑コンデンサであり、
前記接続手段は、前記第４のスイッチング素子であり、
前記第２の制御手段は、前記休止期間から前記スイッチング動作が再開される場合に、前記第４のスイッチング素子をオン状態にして前記２次側の平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電させることで前記第１のダイオードに電流が流れ終わった後に前記第２のダイオードに電流が流れている間に、前記第２のスイッチング素子をターンオンするように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７】
前記第２の制御手段は、前記第２のスイッチング素子をターンオンする前に前記第４のスイッチング素子をオフ状態とすることを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
前記第２の制御手段は、前記第１の制御手段から報知された情報に基づいて前記第４のスイッチング素子をオン状態とすることを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項９】
前記２次巻線に誘起された電圧に応じた信号を前記第１の制御手段にフィードバックするフィードバック手段を備え、
前記第１の制御手段は、前記フィードバック手段によりフィードバックされた信号に基づいて前記休止期間から前記スイッチング動作を再開することを判断することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項１０】
前記第１の制御手段は、前記フィードバック手段によりフィードバックされた信号に基づいて前記スイッチング動作を停止して前記休止期間に移行することを判断することを特徴とする請求項９に記載の電源装置。
【請求項１１】
共振外れを検知する検知手段を備え、
前記第１の制御手段は、前記検知手段により前記共振外れを検知した場合、前記スイッチング動作を停止させて前記休止期間に移行し、前記休止期間から前記スイッチング動作に復帰する際には、前記接続手段を接続状態にして前記蓄電手段に蓄えられた電荷を放電させることで前記第１のダイオード及び前記第２のダイオードのいずれか一方に電流が流れている間に、前記ダイオードに電流が流れている方のスイッチング素子をターンオンすることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項１２】
記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電源装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置及び画像形成装置に関し、特に、ＤＣＤＣコンバータ装置の軽負荷時のスイッチング制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハーフブリッジを用いた電流共振回路は、定格負荷での効率が高いこと、低ノイズであること、フォアード電源に比べてコイル（トランス）を１つにできること等から、多くの電源装置で採用されている。しかしながら、電流共振回路を有する電源装置は、軽負荷時の効率が良くないことが知られている。したがって、従来は、軽負荷時の効率を向上するために小出力のフライバックコンバータを接続して電流共振回路を停止する、２コンバータ方式が採用されてきた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４３８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ハーフブリッジを用いた電流共振回路を有する電源装置の小型化、低コスト化のために、電流共振回路の軽負荷時の効率を改善することが望まれている。
【０００５】
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、ハーフブリッジを用いた電流共振回路を有する電源装置の小型化、低コスト化のために、電流共振回路の軽負荷時の効率を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。
【０００７】
（１）１次巻線及び２次巻線を有するトランスと、前記１次巻線に直列に接続された第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子に並列に接続された第１のダイオードと、前記１次巻線に並列に接続された第２のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子に並列に接続された第２のダイオードと、前記１次巻線に直列に接続された第１のコンデンサであって、直列に接続された前記１次巻線とともに前記第２のスイッチング素子に並列に接続されている前記第１のコンデンサと、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子をオン又はオフするスイッチング動作を制御する第１の制御手段と、を備え、前記第１の制御手段は、軽負荷時に前記スイッチング動作を停止させる休止期間に移行するように制御することが可能な電源装置であって、電荷を蓄える蓄電手段と、前記蓄電手段に接続され、前記蓄電手段に蓄えられた電荷を放電するときに接続状態となる接続手段と、を備え、前記休止期間から前記スイッチング動作が再開される場合に、前記接続手段を接続状態にして前記蓄電手段に蓄えられた電荷を放電させることで前記第１のダイオード及び前記第２のダイオードのいずれか一方に電流が流れている間に、前記ダイオードに電流が流れている方のスイッチング素子がターンオンされることを特徴とする電源装置。
【０００８】
（２）記録材に画像形成を行う画像形成手段と、前記（１）に記載の電源装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ハーフブリッジを用いた電流共振回路を有する電源装置の小型化、低コスト化のために、電流共振回路の軽負荷時の効率を改善することができる。
【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の電源装置の定格負荷時の各部の波形を示す図
【図３】実施例１の電源装置の軽負荷時の各部の波形を示す図
【図４】実施例１の電源装置の回路に流れる電流の方向を説明する図
【図５】実施例２の電源装置の回路図
【図６】実施例２の電源装置のさらなる軽負荷時の各部の波形を示す図
【図７】実施例２の電源装置の回路に流れる電流の方向を説明する図
【図８】実施例３の電源装置のさらなる軽負荷時の各部の波形を示す図
【図９】実施例３の電源装置の回路に流れる電流の方向を説明する図
【図１０】実施例４の電源装置の通常時の各部の波形を示す図
【図１１】実施例４と比較した従来制御の共振外れ発生時の各部の波形を示す図
【図１２】実施例４の制御の共振外れ発生時の各部の波形を示す図
【図１３】実施例５の画像形成装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
［電源装置］
実施例１は、充放電手段の一例として直列共振手段の第１のコンデンサを兼用し、第３のスイッチング素子を第１のコンデンサに直列に接続したものを使用した例を挙げる。負荷が軽負荷となって、スイッチング制御回路によってスイッチング動作が休止される期間である休止期間が設けられたときに、休止期間からスイッチング動作を再開する場合にもソフトスイッチングを可能とする。スイッチング動作を行っている期間を、以下、スイッチング期間ともいう。すなわち、休止期間には第１のコンデンサに電圧を蓄えるように後述するスイッチング制御手段が第３のスイッチング素子を制御する。一方、スイッチング制御手段は、スイッチング動作の再開時には、第３のスイッチング素子を制御して、第１のコンデンサに蓄えた電圧を利用して直列共振手段に電流を流し、他のスイッチング素子をソフトスイッチングする。
【００１３】
図１は実施例１の電源装置１６０の回路図である。電源装置１６０は、商用交流電源１００に接続されている。電源装置１６０は、フィルタ手段であるフィルタ部１０１、１次側の整流平滑手段である整流平滑回路１５０を備える。整流平滑回路１５０は、例えば、ダイオードブリッジ１０２、コンデンサ１０３を有し、ダイオードブリッジ１０２及びコンデンサ１０３により全波整流された電圧を平滑し、後段に出力している。電源装置１６０は、ハイサイド側に設けられた第１のスイッチング素子１０４（以下、スイッチング素子１０４という）を備え、スイッチング素子１０４は、例えば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）である。電源装置１６０は、ローサイド側に設けられた第２のスイッチング素子１０５（以下、スイッチング素子１０５という）を備え、スイッチング素子１０５は、例えばＦＥＴである。スイッチング素子１０４、１０５は、それぞれ第１のダイオード、第２のダイオードに相当する逆導通ダイオードを有しており、以下、この逆導通ダイオードをボディーダイオードという。第１のダイオード及び第２のダイオードは、それぞれ第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子に並列に接続されたダイオードであればよい。なお、スイッチング素子１０４、１０５のドレイン端子をＤ、ソース端子をＳ、ゲート端子をＧとしてそれぞれ図示する。
【００１４】
電源装置１６０は、電圧共振コンデンサ１０６、直列共振手段である直列共振回路１５３、充放電手段である充放電回路１５４を備える。電圧共振コンデンサ１０６は、スイッチング素子１０５に並列に接続されて電圧共振動作を行う。直列共振回路１５３は、例えば、トランス１０７の１次巻線１０８、コンデンサ１０９を有し、トランス１０７の１次巻線１０８とコンデンサ１０９とは直列に接続された直列回路を構成する。充放電回路１５４は、例えば、コンデンサ１０９、第３のスイッチング素子１１０（以下、スイッチング素子１１０という）を有し、コンデンサ１０９とスイッチング素子１１０とは直列に接続された直列回路を構成する。ここで、コンデンサ１０９は、直列共振回路１５３と充放電回路１５４とで兼用されており、蓄電手段としても機能する。スイッチング素子１１０は、コンデンサ１０９に蓄えられた電荷を放電するときに接続状態となる接続手段として機能する。
【００１５】
電源装置１６０は上述したトランス１０７を有し、トランス１０７は上述した１次巻線１０８、２次巻線１１１、１１２、補助巻線１３８を有する。電源装置１６０は、２次側の整流平滑手段である２次側整流平滑回路１５７、フィードバック手段であるフィードバック回路１５１を備える。２次側整流平滑回路１５７は、ダイオード１１３、１１４、２次側の平滑コンデンサ１１５を有し、ダイオード１１３、１１４により２次側での整流を行い、２次側の平滑コンデンサ１１５により２次側での平滑を行っている。
【００１６】
フィードバック回路１５１は、抵抗１１９、１２０、シャントレギュレータ１１８、抵抗１１６、フォトカプラ１１７を有している。フォトカプラ１１７は、２次側に発光ダイオード（以下、ＬＥＤとする）１１７ａ、１次側にフォトトランジスタ１１７ｂを有している。実施例１では、２次側の平滑コンデンサ１１５の電圧が抵抗１１９、１２０によって分圧され、分圧された電圧はシャントレギュレータ１１８に入力される。シャントレギュレータ１１８は、入力された電圧と内蔵の基準電圧とを比較して、抵抗１１６を介してフォトカプラ１１７のＬＥＤ１１７ａに電流を流し、これによりフォトカプラ１１７のフォトトランジスタ１１７ｂがオン状態となる。フォトカプラ１１７のフォトトランジスタ１１７ｂがオン状態になると、スイッチング制御部１５２の第１の制御手段であるスイッチング制御ＩＣ１２６に２次側整流平滑回路１５７によって整流平滑された電圧（以下、出力電圧という）の情報が伝達される。スイッチング制御ＩＣ１２６は、以下、ＩＣ１２６と略記する。電源装置１６０は、出力電圧を負荷１２１に供給する。
【００１７】
電源装置１６０は、上述したスイッチング制御部１５２を備え、スイッチング制御部１５２は上述したＩＣ１２６を有する。ＩＣ１２６の１〜１１は端子の番号であり、以下、端子１等という。実施例１においては、ソフトスタート回路やフィードバック、電流リミッタ機能など本発明に直接関係しない機能の説明は省略する。ＩＣ１２６の端子１は、交流ライン電圧、又は抵抗１３０を介して１次側のコンデンサ１０３の電圧が供給され、ＩＣ１２６を起動する電源を構成する、高電圧入力端子である。実施例１では、ＩＣ１２６の端子１は、抵抗１３０を介してコンデンサ１０３に接続されている。
【００１８】
ＩＣ１２６の端子２はＩＣ１２６の電源端子、端子３は電流検出端子、端子４はフィードバック端子である。電源端子である端子２には、トランス１０７の補助巻線１３８に誘起された電圧をダイオード１２２及びコンデンサ１２３によって整流平滑された電圧が入力される。フィードバック端子である端子４は、フォトカプラ１１７のフォトトランジスタ１１７ｂと抵抗１２７とを介して、フィードバック回路１５１のフォトカプラ１１７のＬＥＤ１１７ａからの信号が入力される。
【００１９】
ＩＣ１２６の端子５はＧＮＤ（グランド）端子、端子６はハイサイド側のスイッチング素子１０４を駆動するドライバ（以下、ハイサイドドライバという）を動作させるためのブートストラップ電源端子である。ブートストラップ電源端子である端子６は、スイッチング制御部１５２の端子２（電源端子）に接続されたコンデンサ１２３より、ダイオード１２４とコンデンサ１２５とにより生成されたブートストラップ電圧が入力される端子である。端子７はスイッチング素子１０４を駆動するハイサイドゲート出力端子、端子８はブートストラップ電圧の基準となる中間電位に接続される端子、端子９はスイッチング素子１０５を駆動するローサイドゲート出力端子である。また、端子１０はローサイド側のスイッチング素子１０５のソース端子Ｓに接続される端子、端子１１はスイッチング素子１１０のゲート端子を駆動するゲート出力端子である。電源装置１６０は、電流検出手段である電流検出回路１５６を備え、電流検出回路１５６は、例えば、抵抗１２８、コンデンサ１２９を有する。電流検出回路１５６は、コンデンサ１０９の電流をコンデンサ１２９及び抵抗１２８によって検出する。
【００２０】
［電流の方向について］
ここで各動作説明の前に、電圧、電流の方向を定義しておく。スイッチング素子１０４、１０５のドレイン電圧は、ソース端子の電圧よりもドレイン端子の電圧が高くなる方向をプラスとする。スイッチング素子１０４、１０５のドレイン電流は、ドレイン端子からソース端子に流れる方向をプラスとする。スイッチング素子１０４、１０５のゲート電圧は、ソース端子の電圧よりもゲート端子の電圧が高くなる方向をプラスとしている。また、コンデンサ１０９の電流は、トランス１０７の１次巻線１０８と接続された一方の端子からスイッチング素子１１０のドレイン端子に接続された他方の端子に流れる方向をプラス、逆方向をマイナスとする。トランス１０７の２次巻線１１１、１１２に誘起される電圧は、ダイオード１１３、１１４のアノード端子に接続された方が高くなる方向をプラスとする。
【００２１】
［定格負荷時の動作］
負荷１２１が定格負荷付近となっている場合の動作を電源装置１６０の各波形の一例を用いて説明する。図２は電源装置１６０における各波形を示すグラフである。図２の（ｉ）はスイッチング素子１０４のゲートソース間電圧の波形を示し、（ｉｉ）はスイッチング素子１０５のゲートソース間電圧を示し、（ｉｉｉ）はスイッチング素子１１０のゲートソース間電圧を示す。（ｉｖ）はスイッチング素子１０４のドレイン電流Ｉｄ１０４を示し、（ｖ）はスイッチング素子１０５のドレイン電流Ｉｄ１０５を示し、（ｖｉ）はスイッチング素子１１０のドレイン電流Ｉｄ１１０を示す。また、いずれも横軸は時間を示す。（ｉ）〜（ｖｉ）を波形１〜波形６ともいう。なお、負荷１２１が定格負荷の付近となっている場合、スイッチング素子１１０はオンとなっている（ｉｉｉ）。
【００２２】
（期間１）
スイッチング素子１０４がオンすると（ｉ）、コンデンサ１０３からスイッチング素子１０４→トランス１０７の１次巻線１０８→コンデンサ１０９といった経路で電流が流れる。トランス１０７の２次巻線１１１は、１次巻線１０８と同方向に巻回されている。２次巻線１１１に誘起された電圧がダイオード１１３の順方向電圧よりも高くなると、トランス１０７の２次巻線１１１からダイオード１１３を介して電流が流れて２次側の平滑コンデンサ１１５を充電する。スイッチング素子１０４がオンし続けると、スイッチング素子１０４のドレイン電流は１次巻線１０８のインダクタンスとコンデンサ１０９とが直列に接続された直列共振回路１５３に流れる、正弦波状の電流になる（ｉｖ）。スイッチング素子１０４は、直列共振回路１５３のトランス１０７の１次巻線１０８のインダクタンスとコンデンサ１０９の容量とから決定される共振周期よりも短い時間でターンオフされる。これにより、期間１から期間２へ移行する。
【００２３】
（期間２）
スイッチング素子１０４がターンオフしても、トランス１０７の１次巻線１０８に流れる電流は維持される。このため、トランス１０７に蓄えられたエネルギーによって、１次巻線１０８→コンデンサ１０９→スイッチング素子１１０→コンデンサ１０６といった経路に電流が流れ、この電流によってコンデンサ１０６が充電される。これにより、スイッチング素子１０５のドレイン電圧が低下する。
【００２４】
（期間３）
スイッチング素子１０５のドレイン電圧が低下してソース電圧よりも低くなると、スイッチング素子１０５のボディーダイオードが導通する。これにより、期間２から期間３へ移行する。スイッチング素子１０５のボディーダイオードが導通している間、スイッチング素子１０５のドレイン電流が流れる方向はマイナスとなる（ｖ）。
【００２５】
（期間４）
スイッチング素子１０５のボディーダイオードが導通し、ボディーダイオードを介して電流が流れている期間に、スイッチング素子１０５がオンされる。これにより、ゼロ電圧スイッチング動作（すなわち、ソフトスイッチング動作）を行うことができる。スイッチング素子１０５のオンによって（ｉｉ）、期間３から期間４へ移行する。スイッチング素子１０５がオンした後、トランス１０７の１次巻線１０８のエネルギーが無くなるまではスイッチング素子１０５のドレイン電流はマイナス方向に流れる（ｖ）。
【００２６】
（期間５）
スイッチング素子１０５のドレイン電流がマイナスからプラスに転じることにより期間４から期間５へ移行する。１次巻線１０８のエネルギーが無くなるとコンデンサ１０９に蓄えられた電圧は最大となり、今度はコンデンサ１０９に蓄えられたエネルギーを電源として、電流が流れ始める。すなわち、コンデンサ１０９が放電する過程になる。
【００２７】
（期間６）
コンデンサ１０９が放電を開始し、コンデンサ１０９から１次巻線１０８→スイッチング素子１０５を通る経路で電流が流れる。すなわち、スイッチング素子１０５のドレイン電流の流れはプラスとなる（ｖ）。この状態では、トランス１０７の２次巻線１１１に誘起される電圧はマイナスとなり、２次巻線１１１に誘起される電圧がダイオード１１４を介して２次側の平滑コンデンサ１１５を充電する。この後、スイッチング素子１０５がターンオフされると、１次巻線１０８に流れていた電流は１次巻線１０８に蓄えたエネルギーとコンデンサ１０９の残りのエネルギーとにより維持され、コンデンサ１０６を充電する。スイッチング素子１０５のターンオフによって、期間５から期間６へ移行する。
【００２８】
（期間７）
コンデンサ１０６が充電され、コンデンサ１０６の電圧が上昇してコンデンサ１０３の電圧よりも高くなると、スイッチング素子１０４のボディーダイオードを介してコンデンサ１０３に電流を供給し始める。これにより期間６から期間７へ移行する。この期間７の間にスイッチング素子１０４をオンすることで（ｉ）、スイッチング素子１０４でもソフトスイッチング動作が行われる。負荷１２１が定格負荷の状態では、例えば約５０％のオンデューティで、スイッチング素子１０４、１０５を交互にオン、オフする一連の動作を行っている。ここで、５０％のオンデューティとは、スイッチング動作の１周期において、スイッチング素子１０４、１０５がオン状態である時間が約５０％であることを意味する。
【００２９】
［軽負荷時の動作］
次に負荷１２１が定格負荷時よりも低い軽負荷時の動作を説明する。スイッチング動作の周波数を上げ過ぎると効率が低下するため、ＩＣ１２６にはあらかじめスイッチング動作の上限の周波数（以下、上限周波数という）が設定されている。ＩＣ１２６は、スイッチング素子１０４又はスイッチング素子１０５のゲート端子に出力する信号の周波数（以下、ゲート駆動周波数という）又はオン時間を監視している。そして、ＩＣ１２６は、スイッチング動作の周波数が上限周波数に到達すると、それ以上周波数を上げないように構成している。これにより、ＩＣ１２６は、軽負荷時における効率の低下を防止している。
【００３０】
ここで、ＩＣ１２６があらかじめ設定された上限周波数でスイッチング動作を制御している状態でも、２次側の平滑コンデンサ１１５の電圧が上昇する場合がある。２次側の平滑コンデンサ１１５の電圧が上昇するようになると、シャントレギュレータ１１８によりフォトカプラ１１７のＬＥＤ１１７ａが発光したままの状態になる。そうすると、ＩＣ１２６のフィードバック端子である端子４に接続されたフォトカプラ１１７のフォトトランジスタ１１７ｂが電流を流し続ける。このため、ＩＣ１２６の端子４の電圧が上昇しなくなる。ＩＣ１２６は、スイッチング動作の周波数が上限周波数に到達している状態で端子４の電圧が上昇しなくなると、スイッチング素子１０５をターンオン又はターンオフした後、休止期間を設けて端子４の電圧が上昇するのを待つ状態になる。休止期間とは、上述した定格負荷時のような、スイッチング素子１０４、１０５のスイッチング動作を連続して行う連続動作期間に対して、スイッチング素子１０４、１０５のスイッチング動作を停止させる期間をいう。この状態では２次側の平滑コンデンサ１１５にエネルギーが供給されないので、負荷１２１により電流を流し続けると、いずれ２次側の平滑コンデンサ１１５の電圧が低下する。
【００３１】
平滑コンデンサ１１５の電圧が低下すると、シャントレギュレータ１１８はカソード（Ｋ）−アノード（Ａ）間に電流を流さなくなる。フォトカプラ１１７のＬＥＤ１１７ａによりフォトトランジスタ１１７ｂにも電流が流れなくなるため、ＩＣ１２６の端子４の電圧が上昇してくる。
【００３２】
このように、軽負荷時において休止期間となった際の動作を、図３の波形を用いて、電流の向きについては図４を用いて、それぞれ期間１〜期間１１に分けて説明を行う。なお、図３の（ｉ）〜（ｖｉ）は図２の（ｉ）〜（ｖｉ）と同様の図である。図３の（ｖｉｉ）は、スイッチング素子１０５のドレイン電圧を示し、（ｖｉｉｉ）はＩＣ１２６のフィードバック端子である端子４の電圧を示す。また、図４では、電源装置１６０の要部を図示し、見やすさのため一部の素子、符号、引き出し線等を省略している。期間１〜期間１１は図３に示す期間１〜期間１１に対応している。図４の左列の１番上の回路図は、休止期間の要部の回路図と、各スイッチング素子のオン又はオフを示す。
【００３３】
（期間１）
負荷１２１が軽負荷状態となった後の休止期間中にＩＣ１２６の端子４の電圧が上昇してくると、ＩＣ１２６は、まずスイッチング素子１１０をターンオンする。これにより、休止期間から期間１へ移行する。ＩＣ１２６は、休止期間中にも端子４の電圧を監視し続けており、例えば、端子４の電圧が、図３の（ｖｉｉｉ）に破線で示す電圧Ｖ１を超えた場合に、スイッチング動作を再開するように制御する。なお、スイッチング素子１１０はオフ状態となっていたものとし、スイッチング素子１１０がターンオフされるタイミングは後述する。コンデンサ１０９にはスイッチング素子１１０のドレイン端子側の電圧が高くなるように電圧が保存されている。したがってコンデンサ１０９の電圧を電源として、コンデンサ１０６の電荷を放電しつつ、１次巻線１０８→コンデンサ１０９の経路で電流が流れる。すなわち、図４の期間１に示すように、コンデンサ１０９→コンデンサ１０６→トランス１０７の１次巻線１０８のように電流が流れる。スイッチング素子１１０に流れる電流の方向はプラスである（ｖｉ）。この結果、コンデンサ１０６の放電に伴ってスイッチング素子１０５のドレイン電圧が低下する（ｖｉｉ）。
【００３４】
（期間２）
スイッチング素子１０５のドレイン電圧の低下に伴って、コンデンサ１０６に流れていた電流はスイッチング素子１０５のボディーダイオードを流れる。これにより、期間１から期間２へ移行する。図４の期間２に示すように、電流は、コンデンサ１０９→スイッチング素子１０５のボディーダイオード→トランス１０７の１次巻線１０８のように流れる。スイッチング素子１０５に流れる電流の向きはマイナスである（ｖ）。スイッチング素子１０５のボディーダイオードに電流が流れている期間２の間にスイッチング素子１０５をターンオンすることで（ｉｉ）、スイッチング素子１０５はソフトスイッチング動作が可能となる。
【００３５】
（期間３）
１次巻線１０８とコンデンサ１０９は、エネルギーをやり取りしながら共振を続ける。このため、時間の経過とともにスイッチング素子１１０のドレイン電流（すなわちコンデンサ１０９及び１次巻線１０８に流れる電流）は、マイナス方向に、正弦波に近い波形を描きながら流れる（ｖｉ）。スイッチング素子１０５のドレイン電流は、正弦波に近い波形を描きながらマイナス方向に流れ、やがて０Ａとなった後プラス方向に流れ始める。期間２から期間３への移行は、スイッチング素子１１０のドレイン電流の向きがプラス方向からマイナス方向に変化したタイミングであり、スイッチング素子１０５のドレイン電流の向きが、マイナス方向からプラス方向に変化したタイミングである。期間３では、スイッチング素子１１０のドレイン電流はマイナス方向に流れ、スイッチング素子１０５のドレイン電流はプラス方向に流れている。
【００３６】
（期間４）
スイッチング素子１０５のドレイン電流がプラスに転じてから、スイッチング素子１０５をターンオフすると、トランス１０７の１次巻線１０８は電流を保存しようとする。なお、スイッチング素子１０５がターンオフされたタイミングで、期間３から期間４に移行する。電流は、コンデンサ１０９→１次巻線１０８→コンデンサ１０６の経路で流れ、コンデンサ１０６が充電され、スイッチング素子１０５のドレイン電圧が上昇する（ｖｉｉ）。スイッチング素子１０５のドレイン電圧が所定の電圧まで上昇したタイミングで、期間４から期間５へ移行する。
【００３７】
（期間５）
コンデンサ１０９→１次巻線１０８と流れているマイナス方向の電流は、スイッチング素子１０４のボディーダイオードを介してコンデンサ１０３に帰還する。スイッチング素子１０４のボディーダイオードに電流が流れている間にスイッチング素子１０４をターンオンすることで、スイッチング素子１０４はソフトスイッチング動作が可能となる。なお、スイッチング素子１０４がターンオンされたタイミングで、期間５から期間６に移行する。
【００３８】
（期間６）
１次巻線１０８に残っていたエネルギーがコンデンサ１０３に移動して、１次巻線１０８の電流が０になると、今度はコンデンサ１０３から電流の供給が行われる。スイッチング素子１０４、スイッチング素子１１０にはプラス方向に電流が流れる。すなわち、コンデンサ１０３→スイッチング素子１０４→１次巻線１０８→コンデンサ１０９→コンデンサ１０３の経路で電流が流れる。この電流も１次巻線１０８とコンデンサ１０９との共振電流となるため、スイッチング素子１０４及びスイッチング素子１１０をオン状態にしたままにしておくと正弦波状に電流が増減する。スイッチング素子１１０の電流がプラス方向に流れている間に（ｖｉ）スイッチング素子１０４をターンオフする（ｉ）。スイッチング素子１０４がターンオフされたタイミングで、期間６から期間７に移行する。
【００３９】
（期間７）
スイッチング素子１０４がターンオフしても１次巻線１０８の電流は保存されるので、電流はコンデンサ１０６に流れ、スイッチング素子１０５のドレイン電圧が低下する（ｖｉｉ）。すなわち、電流は、１次巻線１０８→コンデンサ１０９→コンデンサ１０６の経路で流れる。スイッチング素子１０５のドレイン電圧が０となったタイミングで、期間７から期間８に移行する。
【００４０】
（期間８）
スイッチング素子１０５のドレイン電圧がソース電圧より低くなると、スイッチング素子１０５のボディーダイオードに電流が流れる。すなわち、コンデンサ１０９→スイッチング素子１０５のボディーダイオード→１次巻線１０８の経路で電流が流れる。この期間８の間にスイッチング素子１０５がターンオンされることで、ソフトスイッチング動作が可能となる（ｉｉ）。スイッチング素子１０５がターンオンされたタイミングで、期間８から期間９に移行する。
【００４１】
（期間９）
スイッチング素子１０５がターンオンされ、スイッチング素子１０５のボディーダイオードに電流が流れ終わると、今度はスイッチング素子１０５のプラス方向に電流が流れる。スイッチング素子１１０にはマイナス方向に電流が流れており、この間にスイッチング素子１０５をターンオフする（ｉｉ）。スイッチング素子１０５のターンオフによって、期間９から期間１０へ移行する。
【００４２】
なお、ＩＣ１２６のフィードバック端子である端子４の電圧が下降して、これ以上電力が必要なくなったと判断された場合は、ＩＣ１２６はスイッチング素子１０５とともにスイッチング素子１１０をターンオフする（ｉｉｉ）。ＩＣ１２６は、スイッチング素子１０５、１０４をともにオフ状態とし、更にスイッチング素子１１０をオフ状態（非接続状態）とすることで、休止期間に移行する。なお、実施例１では、期間９からすぐに休止期間に移行せず、以下の期間１０、１１を経て休止期間に移行する。ＩＣ１２６は、端子４が、スイッチング期間から休止期間に移行するための閾値である所定の電圧以下となった場合に、スイッチング期間から休止期間に移行すると判断する。ここで、所定の電圧は、休止期間からスイッチング期間に復帰させるための閾値である、上述した電圧Ｖ１でもよい。また、ヒステリシスを持たせるために、所定の電圧を、電圧Ｖ１よりも低い電圧（＜Ｖ１）としてもよい。
【００４３】
（期間１０）
スイッチング素子１１０をターンオフしても、電流は１次巻線１０８により保存されてさらに流れ続けようとし、コンデンサ１０６を充電してスイッチング素子１０５のドレイン電圧が上昇する（ｖｉｉ）。なお、電流は、コンデンサ１０９→１次巻線１０８→コンデンサ１０９の経路で流れる。スイッチング素子１１０は第３のダイオードであるボディーダイオードを有し（図１参照）、この期間１０における電流はスイッチング素子１１０のボディーダイオードを流れる。コンデンサ１０９は、スイッチング素子１１０に接続された側の端子がプラスとなるように充電される。スイッチング素子１０５のドレイン電圧が所定の電圧まで上昇したタイミングで、期間１０から期間１１に移行する。
【００４４】
（期間１１）
１次巻線１０８に残留したエネルギーは、スイッチング素子１０４のボディーダイオードを介してコンデンサ１０３に戻っていく。すなわち、１次巻線１０８→スイッチング素子１０４のボディーダイオード→コンデンサ１０３→スイッチング素子１１０のボディーダイオード→コンデンサ１０９の経路で電流が流れる。スイッチング素子１０５をオフする際に、スイッチング素子１１０もオフすることで、次回、休止期間からスイッチング期間に復帰する際の動作に備えてコンデンサ１０９を充電することが可能となる。スイッチング素子１０４のボディーダイオード及びスイッチング素子１１０のボディーダイオードに電流が流れなくなると、期間１１から休止期間へ移行する。
【００４５】
このような実施例１の制御は、トランス１０７の定数やコンデンサ１０９、１０６の容量等が決まっていれば、あらかじめ定めた時間で制御を行うことも可能である。しかしながらより正確に制御を行うために、電流検出回路１５６によりスイッチング素子１１０、又はスイッチング素子１０５、コンデンサ１０９の電流を検出してもよい。図１には、コンデンサ１０９の電流を検出する電流検出回路１５６を示している。ＩＣ１２６は、端子３を介して入力される電流検出回路１５６の検出結果に基づいて、コンデンサ１０９に流れる電流を検出する。しかしながら、コンデンサ１０９（又はスイッチング素子１０５、１１０）の電流を検出する手段であれば、この方法に限定されず、例えば一般的なシャント抵抗を接続して両端電圧を検出したり、カレントトランスにより検出したりしてもよい。
【００４６】
以上のように、ＩＣ１２６がスイッチング素子１１０及びスイッチング素子１０４、１０５を制御することで、軽負荷時に休止期間があってもソフトスイッチング動作を可能とし、効率を向上するとともに、ノイズの発生も防止することができる。実施例１では、トランス１０７及びコンデンサ１０９、スイッチング素子１１０はローサイド側のスイッチング素子１０５に並列に接続した例で説明を行った。しかしながら、ハイサイド側のスイッチング素子１０４に並列にトランス１０７、コンデンサ１０９、スイッチング素子１１０を接続しても等価である。この場合には、スイッチング素子１０４とスイッチング素子１０５との接続点とトランス１０７の１次巻線１０８とを接続する。整流平滑回路１５０とスイッチング素子１０４との接続点側に、スイッチング素子１１０及びコンデンサ１０９を接続する。これにより、負荷１２１が軽負荷状態となったとき、共振電流の流れない休止状態とするとともに充放電回路１５４にエネルギーを蓄える。そして、スイッチング動作を再開する際に、充放電回路１５４に蓄えたエネルギーを用いてスイッチング素子１０４、１０５をソフトスイッチング動作可能とする。そのため、軽負荷時にもソフトスイッチング動作が可能となる。
【００４７】
以上、実施例１によれば、ハーフブリッジを用いた電流共振回路を有する電源装置の小型化、低コスト化のために、電流共振回路の軽負荷時の効率を改善することができる。
【実施例２】
【００４８】
［電源装置］
実施例２の電源装置１６０を図５に示す。実施例１の説明と重複する部分は同一符号を付けて省略する。２次側整流平滑回路１５７は、第４のスイッチング素子１５５を有している。実施例２では、例えば、第４のスイッチング素子１５５は、スイッチング素子４０１及びスイッチング素子４０２であり、スイッチング素子４０１、４０２はそれぞれ第４のダイオードであるボディーダイオードを有している。充放電回路１５４は、スイッチング素子４０１、４０２と２次側の平滑コンデンサ１１５とを有している。すなわち、実施例２では、２次側の平滑コンデンサ１１５が、２次側整流平滑回路１５７と充放電回路１５４とで兼用されており、蓄電手段としても機能する。スイッチング素子４０１、４０２は、２次側の平滑コンデンサ１１５に蓄えられた電荷を放電するときに接続状態となる接続手段として機能する。第２の制御手段である制御回路４０３は２次側スイッチング制御回路である。ＩＣ１２６の端子１１は制御回路４０３に接続されており、端子１１を介して、端子４の電圧の情報を制御回路４０３に報知する。
【００４９】
［軽負荷時の動作］
実施例１では休止期間の後、ＩＣ１２６のフィードバック端子である端子４の電圧が上昇することで１次側のスイッチング素子１１０をオンし、コンデンサ１０９の電荷を利用してその後のスイッチング動作を行った。実施例２では、１次側ではなく２次側にスイッチング素子４０１、４０２を配置し、ダイオードの代わりにスイッチング素子を利用する同期整流動作を行っている。また、同期整流動作以外のタイミングでスイッチング素子４０１、４０２を駆動して２次側の平滑コンデンサ１１５よりトランス１０７の２次巻線１１１に電流を流す。このようにして１次側のスイッチング素子１０４、１０５のソフトスイッチングを実現している。各部の波形を図６に、各期間の電流の方向を図７に示す。各期間１〜期間９の説明を行う。図６は電源装置１６０における各波形を示すグラフである。図６の（ｉ）はスイッチング素子１０４のゲートソース間電圧の波形を示し、（ｉｉ）はスイッチング素子１０５のゲートソース間電圧を示し、（ｉｉｉ）はスイッチング素子４０１のゲートソース間電圧を示す。（ｉｖ）はスイッチング素子１０４のドレイン電流Ｉｄ１０４を示し、（ｖ）はスイッチング素子１０５のドレイン電流Ｉｄ１０５を示し、（ｖｉ）はスイッチング素子４０１のドレイン電流Ｉｄ４０１を示す。（ｖｉｉ）はスイッチング素子１０５のドレイン電圧を示し、（ｖｉｉｉ）はＩＣ１２６の端子４の電圧を示し、電圧Ｖ１も示す。（ｉ）〜（ｖｉｉｉ）を波形１〜波形８ともいう。横軸はいずれも時間を示す。
【００５０】
（期間１）
ＩＣ１２６は、端子４の電圧が上昇し電圧Ｖ１を超えると端子４の電圧が電圧Ｖ１を超えたという情報を制御回路４０３に報知する。制御回路４０３は、ＩＣ１２６からの情報に基づいてスイッチング素子４０１をターンオンする。スイッチング素子４０１のターンオンによって、休止期間から期間１へ移行する。すると、２次側の平滑コンデンサ１１５の電圧を電源として２次巻線１１１に電流が流れる。すなわち、２次側の平滑コンデンサ１１５→２次巻線１１１→２次側の平滑コンデンサ１１５の経路で電流が流れる。スイッチング素子４０１のドレイン端子からソース端子に電流が流れているときの方向をプラスとする。２次巻線１１１に電流が流れると、１次巻線１０８からコンデンサ１０６、コンデンサ１０９の経路に電流が流れる。すると、コンデンサ１０６が充電されてスイッチング素子１０５のドレイン電圧が上昇する（ｖｉｉ）。
【００５１】
（期間２）
スイッチング素子１０５のドレイン電圧が上昇すると、スイッチング素子１０４のボディーダイオードを通して電流がコンデンサ１０３に流れ始める（ｉｖ）。これにより、期間１から期間２に移行する。すなわち、１次側において、１次巻線１０８→スイッチング素子１０４のボディーダイオード→コンデンサ１０３→コンデンサ１０９の経路で電流が流れる。
【００５２】
（期間３）
スイッチング素子１０４をターンオンする（ｉ）。これにより、期間２から期間３に移行する。電流は、コンデンサ１０３→スイッチング素子１０４→１次巻線１０８→コンデンサ１０９の経路で流れる。また、スイッチング素子１０４をターンオンした後、速やかにスイッチング素子４０１をターンオフする。これにより、期間３から期間４に移行する。
【００５３】
（期間４）
スイッチング素子４０１をターンオフすると、直後に２次巻線１１２に電圧が現れ、スイッチング素子４０２のボディーダイオードを通って２次側の平滑コンデンサ１１５に電流が流れる。また１次巻線１０８にも、コンデンサ１０９を充電する方向に電流が流れる。すなわち、１次側において、コンデンサ１０３→スイッチング素子１０４→１次巻線１０８→コンデンサ１０９の経路で電流が流れる。１次巻線の１０８に流れる電流はスイッチング素子１０４がターンオンしているため、さらに時間とともに電流が大きくなっていく。この電流は１次巻線１０８とコンデンサ１０９とが直列に接続された直列共振回路１５３の共振電流であるため、正弦波状の波形となる（ｉｖ）。
【００５４】
（期間５）
コンデンサ１０９の電流がマイナス方向となる前にスイッチング素子１０４をターンオフする。スイッチング素子１０４のターンオフによって、期間４から期間５に移行する。そうすると、コンデンサ１０６に電流が流れてスイッチング素子１０５のドレイン電圧が低下する（ｖｉｉ）。電流は、１次巻線１０８→コンデンサ１０９→コンデンサ１０６の経路で流れる。
【００５５】
（期間６）
スイッチング素子１０５のドレイン電圧がソース電圧より低くなるとスイッチング素子１０５のボディーダイオードに電流が流れる。スイッチング素子１０５のボディーダイオードに電流が流れ始めたタイミングで、期間５から期間６に移行する。電流は、１次巻線１０８→コンデンサ１０９→スイッチング素子１０５のボディーダイオードの経路で流れる。この期間６の間にスイッチング素子１０５をターンオンする。これによりスイッチング素子１０５のソフトスイッチング動作が可能となる。スイッチング素子１０５のターンオンによって、期間６から期間７に移行する。
【００５６】
（期間７）
スイッチング素子１０５をターンオンしたときにマイナス方向に流れていた電流は、共振回路の周期でプラス方向に流れ始め、正弦波状の波形となる（ｖ）。すなわち、１次巻線１０８→スイッチング素子１０５→コンデンサ１０９の経路で電流が流れる。
【００５７】
（期間８）
スイッチング素子１０５をターンオフすると、トランス１０７の１次巻線１０８の電流は保存されるためコンデンサ１０６が充電され、スイッチング素子１０５のドレイン電圧が上昇する（ｖｉｉ）。スイッチング素子１０５のターンオフによって、期間７から期間８に移行する。電流は、１次巻線１０８→コンデンサ１０６→コンデンサ１０９の経路で流れる。スイッチング素子１０５のドレイン電圧がコンデンサ１０３の電圧よりも高くなったタイミングで、期間８から期間９に移行する。
【００５８】
（期間９）
スイッチング素子１０５のドレイン電圧がコンデンサ１０３の電圧よりも高くなると、スイッチング素子１０４のボディーダイオードが導通してコンデンサ１０３に電流が戻っていく。電流は、１次巻線１０８→スイッチング素子１０４のボディーダイオード→コンデンサ１０３→コンデンサ１０９の経路で流れる。
【００５９】
期間３〜期間９の一連の動作中に、スイッチング素子１０５をターンオフする前に２次側の出力電圧が上昇し、ＩＣ１２６の端子４の電圧が下降するとＩＣ１２６はスイッチング素子１０５をターンオフした後、休止期間となる。ＩＣ１２６の端子４の電圧が下降しない場合、ＩＣ１２６の端子４の電圧が下降するまで、ＩＣ１２６はスイッチング素子１０４、１０５に対して所定のタイミングでスイッチング制御を行う。所定のタイミングとは、例えば実施例１で説明した定格負荷時や軽負荷時の５０％のオンデューティに近い制御を意味する。
【００６０】
このような制御を行うために、ＩＣ１２６は端子４の電圧が上昇してあらかじめ定めた値になると制御回路４０３に信号を送る。なお、ＩＣ１２６と制御回路４０３との信号の送受信は、１次−２次間の信号送受信となるため、絶縁した状態で信号を送る必要がある。実施例２では、ＩＣ１２６と制御回路４０３との間の信号の送受信に、例えば高速フォトカプラ（不図示）を使用している。なお、絶縁した状態で信号を送受信するための素子として、例えばトランスやコンデンサを用いて信号の送受信を行ってもよい。
【００６１】
以上述べたように、２次側のスイッチング素子４０１、４０２をダイオードの代わりに用いることで、同期整流動作を行うとともに１次側のスイッチング素子１０４、１０５のソフトスイッチング動作も可能となる。これにより、スイッチング損失を低減でき、より効率の良い電源装置１６０を構成可能である。
【００６２】
以上、実施例２によれば、ハーフブリッジを用いた電流共振回路を有する電源装置の小型化、低コスト化のために、電流共振回路の軽負荷時の効率を改善することができる。
【実施例３】
【００６３】
実施例３では、スイッチング素子４０１、４０２の駆動タイミングが異なるだけで、構成は実施例２と同じであり、図５の回路図を援用し、動作の概略を説明する。実施例２では、休止期間からスイッチング期間に復帰する際に、ハイサイド側のスイッチング素子１０４からスイッチング動作を開始した。実施例３では、休止期間からのスイッチング動作の再開時に、スイッチング素子４０１をターンオンして充放電回路１５４に電流を流す。このとき、スイッチング素子１０４のボディーダイオードには電流が流れる（図７  期間２）。しかしながらこのタイミングではスイッチング素子１０４のターンオンを行わない。スイッチング素子４０１をターンオンしてから一定時間後にスイッチング素子４０１をターンオフすると、スイッチング素子４０１をターンオンした際のエネルギーで充放電回路１５４には電流が流れる。充放電回路１５４に流れる電流により、スイッチング素子１０５のボディーダイオードに電流が流れる。スイッチング素子１０５のボディーダイオードに電流が流れている期間にスイッチング素子１０５をターンオンすることで、スイッチング素子１０５はソフトスイッチング動作を達成可能である。ローサイド側のスイッチング素子１０５は、ハイサイド側のスイッチング素子１０４と違ってブートストラップ電源を必要としないため、休止期間が長くなっても安定した動作が可能である。すなわち、実施例２の軽負荷状態よりもさらに負荷が軽く休止期間が長くなる場合に、安定した動作が可能である。
【００６４】
［軽負荷時の動作］
電源装置１６０の回路図は図５を用いて説明する。また、電源装置１６０の各部の波形を図８に、電流の向きを図９に示し、各期間１〜期間１０の動作の説明を行う。なお、図８の（ｉ）〜（ｖｉｉｉ）は図６の（ｉ）〜（ｖｉｉｉ）と同様のグラフである。
【００６５】
（期間１）
実施例２の期間１に同じなので説明は省略する。
【００６６】
（期間２）
実施例２の期間２に同じなので説明は省略する。なお、実施例２の図７の期間２では、スイッチング素子１０４を「オフ⇒オン」としている。しかし、実施例３では上述したように、このタイミングでもスイッチング素子１０４はターンオンされない。
【００６７】
（期間３）
スイッチング素子４０１をターンオフすると、各巻線は電流を流し続けようとする。実施例３では、スイッチング素子１０５をターンオンする前にスイッチング素子４０１がターンオフされる。スイッチング素子４０１のターンオフによって、期間２から期間３に移行する。２次巻線１１１の、スイッチング素子４０１のソース端子が接続された端子の電圧はマイナスに低下し、２次巻線１１２にはプラス側の電圧が現れる。実施例２ではこのタイミングでスイッチング素子１０４をターンオンした（図７  期間２）。実施例３では、このままスイッチング素子１０４をターンオンせず、オフ状態を維持する。すると、コンデンサ１０３、１０９、１０６に電圧が充電されて１次巻線１０８のエネルギーが無くなっていくため電流が減少する。
【００６８】
（期間４）
コンデンサの１０６、１０９に蓄えられたエネルギーで１次巻線１０８に電流が流れ始める。ここで、コンデンサ１０６の容量が小さいため、コンデンサ１０６は急速に放電が行われてスイッチング素子１０５のドレイン電圧が０Ｖ以下まで低下する（ｖｉｉ）。これにより、期間３から期間４に移行する。すると、スイッチング素子１０５のボディーダイオードが導通する。電流は、１次巻線１０８→コンデンサ１０９→スイッチング素子１０５のボディーダイオードの経路で流れる。
【００６９】
（期間５）
このタイミングでスイッチング素子１０５をターンオンする。スイッチング素子１０５のターンオンによって、期間４から期間５に移行する。コンデンサ１０９と１次巻線１０８の共振動作により、スイッチング素子１０５の電流はマイナス方向から、０となった後、プラス方向に流れて正弦波状の波形を描く（ｖ）。
【００７０】
（期間６）
スイッチング素子１０５をオフする。スイッチング素子１０５のオフによって、期間５から期間６に移行する。スイッチング素子１０５がオフすると、コンデンサ１０６が充電されてスイッチング素子１０５のドレイン電圧が上昇する（ｖｉｉ）。電流は、１次巻線１０８→コンデンサ１０６→コンデンサ１０９の経路で流れる。
【００７１】
（期間７）
スイッチング素子１０５のドレイン電圧がコンデンサ１０３の電圧よりも高くなると、期間６から期間７に移行する。これにより、スイッチング素子１０４のボディーダイオードに電流が流れる。電流は、１次巻線１０８→スイッチング素子１０４のボディーダイオード→コンデンサ１０３→コンデンサ１０９の経路で流れる。
【００７２】
（期間８）
このタイミングで、スイッチング素子１０４をターンオンする。スイッチング素子１０４のターンオンによって、期間７から期間８に移行する。これによりスイッチング素子１０４はソフトスイッチング動作が可能となる。電流は、スイッチング素子１０４→１次巻線１０８→コンデンサ１０９の経路で流れる。
【００７３】
（期間９）
スイッチング素子１０４に流れる電流は、コンデンサ１０９と、１次巻線１０８の共振電流となる。電流はマイナス方向から０Ａ、プラス方向と正弦波状の電流となる（ｉｖ）。ここでスイッチング素子１０４がターンオフされると、期間８から期間９に移行する。スイッチング素子１０４がターンオフされると、コンデンサ１０６が放電されてスイッチング素子１０５のドレイン電圧が低下する（ｖｉｉ）。電流は、コンデンサ１０６→１次巻線１０８→コンデンサ１０９の経路で流れる。
【００７４】
（期間１０）
スイッチング素子１０５のドレイン電圧は、０Ｖ以下となり、スイッチング素子１０５のボディーダイオードが導通し、これにより期間９から期間１０に移行する。電流は、１次巻線１０８→コンデンサ１０９→スイッチング素子１０５のボディーダイオードの順で流れる。
【００７５】
期間５〜期間１０の一連の動作中において、スイッチング素子１０４をターンオフする前に２次側の出力電圧が上昇し、ＩＣ１２６の端子４の電圧が下降すると、ＩＣ１２６はスイッチング素子１０４をターンオフした後、休止期間となる。負荷電流が大きい場合はＩＣ１２６の端子４の電圧はなかなか低下しないため、ＩＣ１２６は、ＩＣ１２６の端子４の電圧が下降するまでスイッチング素子１０４、１０５を所定のタイミングでスイッチング制御を行う。所定のタイミングとは、実施例１で説明した定格負荷時や軽負荷時の５０％のオンデューティに近い制御を意味する。
【００７６】
以上説明したように実施例３では、実施例２と同様に２次側のスイッチング素子４０１、４０２をダイオードの代わりに用いる。これにより、同期整流動作を行うとともに１次側のスイッチング素子１０４、１０５のスイッチング損失を低減でき、効率の良い電源装置１６０を構成可能である。
【００７７】
上述したように特に負荷１２１がごく軽い状態となってスイッチング素子１０４、１０５の休止期間が長くなるような場合には、スイッチング素子１０４からターンオンするにはブートストラップ電圧が不足となりやすい。このため、スイッチング素子１０５からターンオンできれば、そのタイミングでブートストラップ電圧を得ることができるため、より安定した動作を行うことが可能となる。
【００７８】
以上、実施例３によれば、ハーフブリッジを用いた電流共振回路を有する電源装置の小型化、低コスト化のために、電流共振回路の軽負荷時の効率を改善することができる。
【実施例４】
【００７９】
実施例１〜３のような構成は、軽負荷時の効率改善ばかりでなく電流共振電源方式に特有の共振外れ保護動作としても使用可能である。すなわち、ＩＣ１２６は、共振外れが発生したと判断すると直後に休止期間を設け、休止期間から復帰する際のスイッチング制御動作として実施例１〜３の動作を行う。これにより、共振外れの保護動作に対してソフトスイッチングを行いながら実施することが可能である。実施例４では、実施例１に挙げた電源装置１６０を一例に説明を行うが、実施例２、３の構成を適用してもよい。図１において、ＩＣ１２６はコンデンサ１２９及び抵抗１２８によりコンデンサ１０９に流れる電流を検出している。通常時の波形を図１０に、共振外れが発生した場合の従来の制御における波形を図１１に示し動作の説明を行う。
【００８０】
図１０、図１１において、（ｉ）はスイッチング素子１０４のゲートソース間電圧を示し、（ｉｉ）はスイッチング素子１０５のゲートソース間電圧を示し、（ｉｉｉ）はスイッチング素子１０５のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓを示す。（ｉｖ）はスイッチング素子１０４のドレイン電流Ｉｄ１０４を示し、（ｖ）はスイッチング素子１０５のドレイン電流Ｉｄ１０５を示す。（ｖｉ）は電流検出回路１５６の抵抗１２８の両端の電圧を示し、プラス側とマイナス側の２つの破線は、スイッチング素子１０４、１０５のイネーブル状態を検知する検知閾値（イネーブル状態検知閾値）をそれぞれ示す。（ｖｉｉ）は、（ｖｉ）の検知結果に基づいたスイッチング素子１０５に対するイネーブル状態の検知結果であるイネーブル期間を示す。（ｖｉｉｉ）は、（ｖｉ）の検知結果に基づいたスイッチング素子１０４に対するイネーブル状態の検知結果であるイネーブル期間を示す。ＩＣ１２６は、電流検出回路１５６（（ｖｉ）の抵抗１２８の両端の電圧）の検知結果である（ｖｉｉ）、（ｖｉｉｉ）のイネーブル期間を用いて共振外れが発生したか否かを検知する。（ｉｘ）は電流検出回路１５６の検知結果によって共振外れが検知された場合の検知信号を示す。
【００８１】
なお、ＩＣ１２６は、（ｖｉ）の抵抗１２８の両端電圧が、プラス側のイネーブル状態検知閾値よりも大きいと判断した場合、スイッチング素子１０４に対してイネーブル期間を設定する。ＩＣ１２６は、（ｖｉ）の抵抗１２８の両端電圧が、マイナス側のイネーブル状態検知閾値よりも小さいと判断した場合、スイッチング素子１０５に対してイネーブル期間を設定する。
【００８２】
商用交流電源１００に雷サージや、電源系統の乱れ等により瞬間的な電圧変動が発生し、コンデンサ１０３の電圧が低くなった場合でも電源は出力を続けなければならない。このため、コンデンサ１０３の電圧が低くなると、出力電圧である２次側の平滑コンデンサ１１５の電圧が低下するため、ＩＣ１２６はスイッチング素子１０４、１０５を駆動する周波数を低くする。このとき、トランス１０７とコンデンサ１０９との共振周期の１／２の時間よりも長い時間をオン時間としてスイッチング素子１０４、１０５を駆動すると、共振外れが発生する。
【００８３】
［従来の共振外れ発生時の制御］
図１０は、電源装置１６０の通常運転時を示しており、スイッチング素子１０４、１０５はＩＣ１２６によってデューティ（Ｄｕｔｙ）５０％で制御されており、共振外れは発生していない。共振外れが発生していない場合は、スイッチング素子１０４、１０５は、それぞれに設定されたイネーブル期間内にターンオフされる。ＩＣ１２６は、スイッチング素子１０４、１０５のターンオフがイネーブル期間内であるか否かを監視している。
【００８４】
一方、図１１の従来の制御において、例えばスイッチング素子１０４のオン時間（オンデューティ）がトランス１０７とコンデンサ１０９との共振周期の１／２の時間よりも長くなっている（ｉ）。従来の共振外れ検知動作では、ＩＣ１２６がコンデンサ１０９に流れる電流をコンデンサ１２９及び抵抗１２８により分流して検出しており、スイッチング素子１０４をオンしている間にイネーブル期間が終了すると、共振外れと検知する。例えば、図１１の（ｉ）に示すようにスイッチング素子１０４はオン状態であるにもかかわらず、（ｖｉｉｉ）に示すようにイネーブル期間が終了している。ここで、図１１（ｉｘ）に示すように、ＩＣ１２６は共振外れを検知する。ＩＣ１２６は、共振外れを検知する検知手段として機能する。共振外れを検知すると、ＩＣ１２６は、現在オンしているスイッチング素子１０４をターンオフし、スイッチング素子１０５のオン時間を短くする（図１１（ｉｉ）の点線丸枠内）。言い換えれば、ＩＣ１２６は、共振外れを検知したことによりスイッチング動作の周波数を上げる（共振外れ検知により周波数をＵＰ）。しかしながら、スイッチング素子１０５のオン時間を短くしてもスイッチング素子１０５には電圧が印加された状態となるため、スイッチング素子１０５のターンオン時に大きな電流が流れてしまう（図１１（ｖ）の点線丸枠内）（共振外れ発生）。このために一般に電流共振回路では、スイッチング素子１０４、１０５に逆回復時間が短く（Ｔｒｒ特性が早く）、エネルギー耐量の高い素子を使用する必要があった。
【００８５】
［実施例４の共振外れ発生時の制御］
実施例４の波形を図１２に示し動作の説明を行う。図１２の（ｉ）〜（ｉｘ）は図１０、図１１の（ｉ）〜（ｉｘ）と同様のグラフである。実施例４では、ＩＣ１２６が抵抗１２８の電圧からイネーブル期間以外のタイミングでターンオフを行う共振外れを検知すると、スイッチング素子１１０とスイッチング素子１０４をターンオフして休止状態とする（図１２（ｉｉ）の点線丸枠内）。ＩＣ１２６は休止期間に移行するため、スイッチング素子１０５もオフ状態である（ｉｉ）。
【００８６】
そののち、ＩＣ１２６は、あらかじめ定められた時間経過後にスイッチング素子１１０をターンオンする。このように休止状態を挟むことで、軽負荷時と同様の制御が可能となる。この後、ＩＣ１２６は実施例１の期間１〜期間１１に示した動作を行い、コンデンサ１０３の電圧が復帰すると共振外れを検知しなくなるとともに通常通りの動作を行うようになる。このように共振外れを検知すると休止期間を設けるよう構成することで、共振外れが発生するような条件においてもスイッチング素子１０４、１０５にストレスを与えることがなくなる。そのため、スイッチング素子１０４、１０５に特別な保証工程を設けず安価なデバイスを使用することが可能となる。また、実施例４の休止期間の動作が発生しても出力電圧が多少低下する程度であるので、後続の機器へ与える影響も軽微である。
【００８７】
実施例４では、スイッチング素子１０４をオンしている期間にイネーブル期間から外れる場合で説明を行った。しかしながらスイッチング素子１０５をオンしている期間にイネーブル期間から外れる場合でも同様の考え方で制御を行うことで、共振外れに伴うハードスイッチングを回避可能である。また、実施例４では、実施例１のようにスイッチング素子１１０を用いた例で説明を行った。しかしながら、実施例２、３で説明した図５のような構成でも同様の効果が得られる。すなわち、共振外れ発生時には休止期間を設け休止期間からのスイッチング再開時にはスイッチング素子４０１又はスイッチング素子４０２の駆動により、充放電回路１５４に電流を流す。この充放電回路１５４に流れている電流がスイッチング素子１０４、１０５のボディーダイオードに流れているときに、スイッチング素子１０４、１０５の駆動を再開するように構成すれば良い。
【００８８】
以上、実施例４によれば、ハーフブリッジを用いた電流共振回路を有する電源装置の小型化、低コスト化のために、電流共振回路の軽負荷時の効率を改善することができる。
【実施例５】
【００８９】
実施例１〜４で説明した電源装置１６０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１〜４の電源装置１６０が適用される画像形成装置の構成を説明する。
【００９０】
［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１３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３００は、実施例１〜４で説明した電源装置１６０を備えている。なお、実施例１〜４の電源装置１６０を適用可能な画像形成装置は、図１３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。
【００９１】
レーザビームプリンタ３００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コントローラ３２０を備えており、実施例１〜４に記載の電源装置１６０は、例えばコントローラ３２０に電力を供給する。また、実施例１〜４に記載の電源装置１６０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。即ち、実施例１〜４の負荷１２１は、コントローラ３２０や駆動部に相当する。実施例５の画像形成装置は、省電力を実現する待機状態（例えば、省電力モードや待機モード）にある場合に、例えばコントローラ３２０のみに電力を供給する等、負荷を軽くする軽負荷状態となり消費電力を低減させることができる。すなわち、実施例５の画像形成装置では、省電力モード時に、実施例１〜４で説明した電源装置１６０のＩＣ１２６が軽負荷時の制御を行う。そして、画像形成装置が省電力モードで稼働している間、実施例１〜４で説明した構成によって、休止期間からスイッチング期間に復帰する際に、スイッチング素子１０４、１０５のソフトスイッチング動作を可能とする。これにより、電流共振回路の軽負荷時の効率を改善することができる。
【００９２】
以上、実施例５によれば、ハーフブリッジを用いた電流共振回路を有する電源装置の小型化、低コスト化のために、電流共振回路の軽負荷時の効率を改善することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１０４    第１のスイッチング素子
１０５    第２のスイッチング素子
１０７    トランス
１０９    第１のコンデンサ
１１０    第３のスイッチング素子
１２６    ＩＣ
【図１】
2020036421.tif 000003
【図２】
2020036421.tif 000004
【図３】
2020036421.tif 000005
【図４】
2020036421.tif 000006
【図５】
2020036421.tif 000007
【図６】
2020036421.tif 000008
【図７】
2020036421.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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