(57)【要約】【課題】低消費電力モードにおいて、出力電圧の電圧精度を向上させること。【解決手段】交流電圧を変換して、２４Ｖ、又は５．２Ｖを出力するＡＣ／ＤＣコンバータ２００と、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００から出力された直流電圧が入力され、５．２Ｖを出力するＤＣ／ＤＣコンバータ３００と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００に並列に接続され、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００から出力された直流電圧が入力され、出力電圧を５．２Ｖに維持するレギュレータ４００と、を備え、出力電圧５．２Ｖは、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００から２４Ｖよりも低く、５．２Ｖよりも高い所定の直流電圧が出力されているときにはＤＣ／ＤＣコンバータ３００から出力され、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００から所定の直流電圧以下の電圧が出力されているときにはレギュレータ４００から出力される。【選択図】図２
2020108251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を直流電圧に変換する電源装置であって、
交流電圧を変換して、第一の直流電圧、又は前記第一の直流電圧よりも低い第二の直流電圧を出力する第一の電源部と、
前記第一の電源部から出力された直流電圧が入力され、前記第二の直流電圧を出力する第二の電源部と、
前記第二の電源部に並列に接続され、前記第一の電源部から出力された直流電圧が入力され、前記第二の直流電圧を出力する第三の電源部と、
を備え、
前記第二の電源部は、前記第二の直流電圧よりも高い直流電圧を前記第二の直流電圧に変換する電源部であり、
前記第三の電源部は、出力電圧を前記第二の直流電圧に維持するレギュレータであり、
前記第二の直流電圧は、前記第一の電源部から前記第一の直流電圧よりも低く、前記第二の直流電圧よりも高い所定の直流電圧が出力されているときには前記第二の電源部から出力され、前記第一の電源部から前記所定の直流電圧以下の電圧が出力されているときには前記第三の電源部から出力されることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記第一の電源部、前記第二の電源部、及び前記第三の電源部を制御する第一の制御部を備え、
前記第一の制御部は、前記第一の電源部の出力電圧を前記第一の直流電圧、又は前記第二の直流電圧に切り替え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】
前記第二の電源部は、
前記第一の電源部から出力された直流電圧が入力される第一のスイッチング素子と、
前記第一のスイッチング素子と直列に接続された第二のスイッチング素子又はダイオードと、
一端が前記第一のスイッチング素子及び前記第二のスイッチング素子又はダイオードに接続され、他端が前記第二の電源部の出力端に接続されたコイルと、
一端が前記コイルの前記他端に接続され、他端がグランドに接続されたコンデンサと、
前記第二の電源部から出力される直流電圧に応じて、前記第一のスイッチング素子及び前記第二のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第二の制御部と、
を有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】
前記第三の電源部は、
前記第一の電源部から出力された直流電圧が入力されるスイッチ素子と、
前記第三の電源部の出力電圧に応じたフィードバック信号を出力するフィードバック部と、を有し、
前記スイッチ素子は、前記フィードバック信号に応じてオン又はオフし、
前記第一の電源部から出力された直流電圧が入力される入力端は、前記第二の電源部の入力端と接続され、
前記第三の電源部の出力電圧が出力される出力端は、前記第二の電源部の前記出力端と接続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。
【請求項５】
前記所定の直流電圧は、前記第二の直流電圧であ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】
前記スイッチ素子は、前記第三の電源部の前記出力端の電圧が前記第二の直流電圧以下のときにオンし、前記第三の電源部の前記出力端の電圧が前記第二の直流電圧より高いときにはオフ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】
前記第二の制御部は、前記第二の電源部の前記出力端に出力される直流電圧が前記第二の直流電圧よりも高い近傍の電圧になるように、前記第一のスイッチング素子及び前記第二のスイッチング素子のスイッチング動作を制御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】
前記第一のスイッチング素子は、Ｐチャンネルの電界効果トランジスタ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】
前記所定の直流電圧は、前記第一の直流電圧よりも低く、前記第二の直流電圧よりも高い電圧であることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
【請求項１０】
前記第一の制御部は、前記第二の制御部による前記第一のスイッチング素子及び前記第二のスイッチング素子のスイッチング動作又はスイッチング動作の停止を制御する第一の制御信号と、前記第三の電源部の前記スイッチ素子のオン又はオフを制御する第二の制御信号と、を有し、
前記第一の制御信号及び前記第二の制御信号により、前記第二の電源部及び前記第三の電源部の出力電圧を制御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】
前記第一の制御部は、
前記第一の電源部が前記所定の直流電圧よりも高い電圧を出力しているときには、前記第一の制御信号により前記第一のスイッチング素子及び前記第二のスイッチング素子はスイッチング動作を行い前記第二の電源部から前記第二の直流電圧を出力し、かつ前記第二の制御信号により前記第三の電源部が前記第二の直流電圧を出力しないように前記第三の電源部の前記スイッチ素子をオフし、
前記第一の電源部が前記所定の直流電圧以下の電圧を出力しているときには、前記第一の制御信号により前記第二の電源部が前記第二の直流電圧を出力しないように前記第二の制御部による前記第一のスイッチング素子及び前記第二のスイッチング素子のスイッチング動作を停止させ、かつ前記第三の電源部の前記スイッチ素子をオンし前記第三の電源部が前記第二の直流電圧を出力することを特徴とする請求項１０に記載の電源装置。
【請求項１２】
前記第一の制御部は、前記第一の制御信号及び前記第二の制御信号を、前記第一の電源部の出力電圧が前記所定の直流電圧になったタイミングで出力することを特徴とする請求項１１に記載の電源装置。
【請求項１３】
前記第一のスイッチング素子は、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１２に記載の電源装置。
【請求項１４】
前記スイッチ素子は、Ｐチャンネルの電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項５から請求項１３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項１５】
前記所定の直流電圧は、前記第一の直流電圧よりも低く、前記第二の直流電圧よりも高い電圧であることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
【請求項１６】
前記スイッチ素子は、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタであり、
前記所定の直流電圧は、前記第二の直流電圧に前記電界効果トランジスタが起動される閾値電圧を加えた電圧であることを特徴とする請求項１５に記載の電源装置。
【請求項１７】
前記第一の制御部は、前記第一の電源部の出力電圧を前記第一の直流電圧、又は前記所定の直流電圧に切り替えることを特徴とする請求項１６に記載の電源装置。
【請求項１８】
前記第一のスイッチング素子は、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１７に記載の電源装置。
【請求項１９】
前記第二の制御部が前記第一のスイッチング素子のオンデューティを制御するとき、前記オンデューティは１００％より低い値に制限されていることを特徴とする請求項１３又は請求項１８に記載の電源装置。
【請求項２０】
前記第二の電源部又は前記第三の電源部から出力される前記第二の直流電圧の負荷への供給、又は供給を遮断するロードスイッチを備え、
前記第一の制御部は、前記ロードスイッチの切替えを行うことを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項２１】
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２０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。
【請求項２２】
記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
請求項２０に記載の電源装置と、
前記画像形成手段を制御して記録材に画像形成を行うプリント状態と、前記プリント状態に遷移が可能なスタンバイ状態と、消費電力を低減するスリープ状態とを切り替え可能な制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第一の制御部を制御して、前記プリント状態及び前記スタンバイ状態では前記第一の電源部から前記第一の直流電圧を出力し、前記スリープ状態では前記第一の電源部から前記第二の直流電圧を出力することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２３】
前記制御手段は、前記第一の制御部により前記ロードスイッチを制御して、前記プリント状態及び前記スタンバイ状態では前記負荷に前記第二の直流電圧を出力し、前記スリープ状態では前記負荷に前記第二の直流電圧を出力しないことを特徴とする請求項２２に記載の画像形成装置。
【請求項２４】
記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
交流電圧を直流電圧に変換する電源装置と、
を備える画像形成装置であって、
前記電源装置は、
交流電圧を変換して、第一の直流電圧、又は前記第一の直流電圧よりも低い第二の直流電圧を出力する第一の電源部と、
前記第一の電源部から出力された直流電圧が入力され、前記第二の直流電圧を出力する第二の電源部と、
前記第二の電源部に並列に接続され、前記第一の電源部から出力された直流電圧が入力され、前記第二の直流電圧を出力する第三の電源部と、
を有し、
前記第二の電源部は、前記第二の直流電圧よりも高い直流電圧を前記第二の直流電圧に変換する電源部であり、
前記第三の電源部は、出力電圧を前記第二の直流電圧に維持するレギュレータであり、
前記第二の直流電圧は、前記第一の電源部から前記第一の直流電圧よりも低く、前記第二の直流電圧よりも高い所定の直流電圧が出力されているときには前記第二の電源部から出力され、前記第一の電源部から前記所定の直流電圧以下の電圧が出力されているときには前記第三の電源部から出力され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、電源装置及び電源装置を備える画像形成装置に関し、特に低消費電力モードにおける出力電圧の電圧精度向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタなどの画像形成装置が備える電源装置では、スリープ状態の消費電力を低減するために、例えば、特許文献１では次のような電源装置が提案されている。同期整流方式の降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータへの入力電圧を下げ、ハイサイドＦＥＴのオンデューティを１００％に設定し入力電圧をそのまま出力することで、低消費電力モードでのＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング損失を低減する電源装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４２０７１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、降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧を下げ、ハイサイドＦＥＴのオンデューティを１００％にした場合でも、ハイサイドＦＥＴにＰチャンネルのＦＥＴを使用した場合には、次のようなことが懸念される。すなわち、ＦＥＴのオン抵抗やコイルの抵抗成分によって出力電圧が低下してしまい、目標電圧に対する出力電圧の電圧精度が低下してしまうおそれがある。また、降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、効率を向上させるため、ＰチャンネルＦＥＴよりオン抵抗が小さいＮチャンネルＦＥＴをハイサイドＦＥＴとして用いる場合には、次のような制約がある。すなわち、ハイサイドＦＥＴのオンデューティを１００％にするためには、降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧より高い電圧でハイサイドＦＥＴを駆動する必要がある。そのためには、降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧より高い電圧を生成する別の電源回路がなければ、ハイサイドＦＥＴをオンデューティ１００％でＯＮすることができない。このため、入力電圧が出力電圧の目標電圧に近く、かつ別の電源回路が設けられていない場合には、出力電圧が低下して目標とする出力電圧が得られず、目標電圧に対する出力電圧の電圧精度が低下してしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、低消費電力モードにおいて、出力電圧の電圧精度を向上させ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、本発明では、以下の構成を備える。
【０００７】
（１）交流電圧を直流電圧に変換する電源装置であって、交流電圧を変換して、第一の直流電圧、又は前記第一の直流電圧よりも低い第二の直流電圧を出力する第一の電源部と、前記第一の電源部から出力された直流電圧が入力され、前記第二の直流電圧を出力する第二の電源部と、前記第二の電源部に並列に接続され、前記第一の電源部から出力された直流電圧が入力され、前記第二の直流電圧を出力する第三の電源部と、を備え、前記第二の電源部は、前記第二の直流電圧よりも高い直流電圧を前記第二の直流電圧に変換する電源部であり、前記第三の電源部は、出力電圧を前記第二の直流電圧に維持するレギュレータであり、前記第二の直流電圧は、前記第一の電源部から前記第一の直流電圧よりも低く、前記第二の直流電圧よりも高い所定の直流電圧が出力されているときには前記第二の電源部から出力され、前記第一の電源部から前記所定の直流電圧以下の電圧が出力されているときには前記第三の電源部から出力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。
【０００９】
（３）記録材に画像形成を行う画像形成手段と、交流電圧を直流電圧に変換する電源装置と、を備える画像形成装置であって、前記電源装置は、交流電圧を変換して、第一の直流電圧、又は前記第一の直流電圧よりも低い第二の直流電圧を出力する第一の電源部と、前記第一の電源部から出力された直流電圧が入力され、前記第二の直流電圧を出力する第二の電源部と、前記第二の電源部に並列に接続され、前記第一の電源部から出力された直流電圧が入力され、前記第二の直流電圧を出力する第三の電源部と、を有し、前記第二の電源部は、前記第二の直流電圧よりも高い直流電圧を前記第二の直流電圧に変換する電源部であり、前記第三の電源部は、出力電圧を前記第二の直流電圧に維持するレギュレータであり、前記第二の直流電圧は、前記第一の電源部から前記第一の直流電圧よりも低く、前記第二の直流電圧よりも高い所定の直流電圧が出力されているときには前記第二の電源部から出力され、前記第一の電源部から前記所定の直流電圧以下の電圧が出力されているときには前記第三の電源部から出力されることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低消費電力モードにおいて、出力電圧の電圧精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１〜３のレーザビームプリンタの構成を示す概略断面図
【図２】実施例１の電源装置の構成を示すブロック図
【図３】実施例１の第１の電源部の構成を示す回路図
【図４】実施例１の第２の電源部及び第３の電源部の構成を示す回路図
【図５】実施例１の電源装置の動作を説明するタイミングチャート
【図６】実施例２の電源装置の構成を示すブロック図
【図７】実施例２の第２の電源部及び第３の電源部の構成を示す回路図
【図８】実施例２の電源装置の動作を説明するタイミングチャート
【図９】実施例３の第２の電源部及び第３の電源部の構成を示す回路図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
［レーザビームプリンタの説明］
図１は、実施例１の電源装置が適用される画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタ１００（以下、プリンタ１００という）の構成を示す概略構成図である。プリンタ１００は、静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム１０１、感光ドラム１０１の表面を一様の電位に帯電する帯電部１０２、感光ドラム１０１上に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部１０３を備えている。そして、プリンタ１００は、感光ドラム１０１上に形成されたトナー像を転写部１０５でカセット１０４から供給されたシート（不図示）に転写し、シートに転写されたトナー像を定着器１０６でシートに定着させた後、シートをトレイ１０７に排出する。このようにシートに画像形成を行う感光ドラム１０１、帯電部１０２、現像部１０３、転写部１０５が、画像形成部（画像形成手段）を構成している。また、プリンタ１００は、電源装置１０８を備え、電源装置１０８は、モータ等の駆動部と制御部５００へ電力を供給している。制御部５００（制御手段）はＣＰＵ（不図示）を有しており、ＣＰＵは画像形成部による画像形成動作やシートの搬送動作等を制御する。ＣＰＵの要求電圧精度から、本実施例の電圧精度の規格は、５Ｖ±５％（最小電圧Ｖｍｉｎ＝４．７５〜最大電圧Ｖｍａｘ＝５．２５Ｖ）とする。プリンタ１００は、プリント動作が終了し所定時間が経過すると、プリント動作をすぐに実行可能なスタンバイ状態に遷移する。更に、プリンタ１００は、スタンバイ状態に遷移し、スタンバイ状態が所定時間継続した後、待機時の消費電力を低減させるため、低消費電力モードであるスリープ状態に遷移する。このように、プリンタ１００は、スリープ状態、スタンバイ状態、プリント状態の３つの状態を有し、制御部５００は、プリンタ１００をそれぞれの状態に遷移させる。
【００１４】
［電源装置の説明］
図２は、交流電圧を直流電圧に変換する電源装置１０８の構成の一例を示すブロック図である。電源装置１０８は、第１の電源部であるＡＣ／ＤＣコンバータ２００、第２の電源部であるＤＣ／ＤＣコンバータ３００、第３の電源部であるレギュレータ４００、制御部５００、ロードスイッチ（ロードＳＷ）６００を有している。電源装置１０８において、商用交流電源１１０から入力された交流電圧は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００に入力され、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００によって降圧された直流の出力電圧２１８が生成され、出力される。出力電圧２１８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００に入力され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００によって降圧された直流の出力電圧３１８が生成され、出力される。レギュレータ４００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００の入力端と出力端との間に並列に接続されている。制御部５００（第一の制御部）は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００、ロードＳＷ６００に制御信号を出力することにより、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００、ロードＳＷ６００を制御する。ＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧切替信号２０１は、制御部５００からＡＣ／ＤＣコンバータ２００に出力され、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００が出力する出力電圧２１８の目標電圧の切替えを行う。ロードＳＷ制御信号６０１は、制御部５００からロードＳＷ６００に出力され、出力電圧５１８の出力を制御する。また、制御部５００には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００で生成された出力電圧３１８が供給される。ロードＳＷ６００には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００から出力電圧３１８が入力される。また、ロードＳＷ６００には、制御部５００からロードＳＷ制御信号６０１が入力され、ロードＳＷ制御信号６０１に応じて、ロードＳＷ６００のスイッチ素子はオン状態又はオフ状態に設定される。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００から入力された出力電圧３１８をそのまま出力又は遮断することにより、出力電圧５１８の出力を制御する。
【００１５】
［ＡＣ／ＤＣコンバータ２００の構成］
図３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００の構成の一例を示す回路図である。まず、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００の回路構成について説明する。図３において、商用交流電源１１０から入力された交流電圧は、回路保護用の電流ヒューズ２０３と整流ダイオードブリッジ２０４を介して全波整流され、一次平滑コンデンサ２０５（以下、平滑コンデンサ２０５という）により平滑され、直流電圧となる。そして、平滑コンデンサ２０５に充電された直流電圧は、起動抵抗２０６を介し、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００を制御する電源ＩＣ２０９のＳＴ端子に供給され、供給された電圧が電源ＩＣ２０９の起動電圧に達すると、電源ＩＣ２０９が起動される。電源ＩＣ２０９は、スイッチング素子である電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）２０７のスイッチング制御を行う。電源ＩＣ２０９は起動されると、ＤＲＶ端子から抵抗２１０を介してＦＥＴ２０７のゲート端子に駆動パルスを出力する。駆動パルスのハイ（Ｈｉｇｈ）レベルの期間では、ＦＥＴ２０７が導通状態（オン状態ともいう）になり、トランス２０８の一次巻線Ｎｐの両端に平滑コンデンサ２０５の直流電圧が印加される。このとき、トランス２０８の二次巻線Ｎｓ側にも電圧が誘起されるが、ダイオード２１６のアノード端子側を負とする電圧であるため、ダイオード２１６は導通状態とならず、トランス２０８の二次側にエネルギーは伝達されない。同様に、トランス２０８の補助巻線Ｎｂ側にも電圧が誘起されるが、ダイオード２１１のアノード端子側を負とする電圧であるため、ダイオード２１１は導通状態とはならず、補助巻線Ｎｂにもエネルギーは伝達されない。したがって、トランス２０８の一次巻線Ｎｐを流れる電流はトランス２０８の励磁電流だけで、トランス２０８には励磁電流の二乗に比例したエネルギーが蓄積される。なお、励磁電流は、時間に比例して増大する。
【００１６】
次に、電源ＩＣ２０９のＤＲＶ端子からロー（Ｌｏｗ）レベルの駆動パルスが出力されると、駆動パルスのローレベルの期間では、ＦＥＴ２０７は、導通状態から非導通状態となる。ＦＥＴ２０７が非導通状態になると、トランス２０８の二次巻線Ｎｓ、補助巻線Ｎｂには、ＦＥＴ２０７が導通時のときとは逆極性の電圧が誘起される。その結果、トランス２０８の二次巻線Ｎｓには、ダイオード２１６のアノード端子側を正とする電圧が誘起され、ダイオード２１６が導通状態となる。そして、トランス２０８に蓄積されたエネルギーにより誘起された電圧が、ダイオード２１６と平滑コンデンサ２１７により構成される整流平滑回路により整流、平滑され、直流電圧として出力電圧２１８が生成される。一方、補助巻線Ｎｂには、ダイオード２１１のアノード端子側を正とする電圧が誘起され、ダイオード２１１が導通状態となる。そして、補助巻線Ｎｂに誘起された電圧は、ダイオード２１１を介してコンデンサ２１３に充電され、コンデンサ２１３に充電された直流電圧は、電源ＩＣ２０９のＶＣＣ端子に供給される。
【００１７】
［ＡＣ／ＤＣコンバータ２００の出力電圧の制御］
次に、出力電圧２１８の電圧制御について説明する。ＡＣ／ＤＣコンバータ２００では、出力電圧２１８の電圧制御は次のように行われる。まず、トランス２０８の二次側に生成された出力電圧２１８は、レギュレーション抵抗２２３、抵抗２２４、抵抗２２６の直列接続された抵抗で分圧され、シャントレギュレータ２２５のＲＥＦ端子に入力される。そして、シャントレギュレータ２２５では、ＲＥＦ端子に入力された電圧レベルに応じたフィードバック信号がＫ端子（カソード端子）から出力される。シャントレギュレータ２２５のＫ端子は、フォトカプラ２１５のＬＥＤ（発光ダイオード）と接続されている。シャントレギュレータ２２５のＫ端子から出力されたフィードバック信号は、フォトカプラ２１５のＬＥＤを導通状態にし、フォトカプラ２１５のフォトトランジスタをオンして、フィードバック信号に応じた電圧が、電源ＩＣ２０９のＦＢ端子に入力される。抵抗２２１は、フォトカプラ２１５のＬＥＤに流れる電流を制限するための抵抗である。そして、電源ＩＣ２０９は、ＦＢ端子に入力されたフィードバック信号に応じた電圧に基づいて、ＤＲＶ端子から駆動パルスを出力し、ＦＥＴ２０７のスイッチング制御を行うことで、安定した出力電圧の制御を行うことができる。なお、図１の電源ＩＣ２０９内の符号ＳＴ、ＤＲＶ、ＶＣＣ、ＦＢは、各端子の名称である。
【００１８】
出力電圧２１８の電圧には、スタンバイ状態及びプリント状態において必要な電圧と、スリープ状態において必要な電圧の２種類の電圧がある。出力電圧２１８の電圧は、制御部５００からＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧切替信号２０１により、各状態に応じて切り替えることができる。スリープ状態で出力電圧２１８を切り替える理由は、スリープ状態ではモータ等の駆動部や画像形成部を駆動させる必要がなく、スリープ時に必要な出力電圧３１８が出力できればよいためである。そのため、本実施例では、スリープ状態の場合には、出力電圧２１８の目標電圧を、できるだけ出力電圧３１８の目標電圧に近い電圧に設定し、電源装置１０８の効率を向上させている。また、出力電圧２１８は、図２に示すロードＳＷ６００とは別のロードＳＷ（不図示）を介して、モータ等の駆動部や画像形成部である感光ドラム１０１、帯電部１０２、現像部１０３、転写部１０５に供給される。ロードＳＷ（不図示）は、制御部５００の制御により、スタンバイ状態及びプリント状態時にはオン状態となり、モータ等の駆動部や画像形成部へ電力供給を行い、スリープ状態時にはオフ状態となって電力供給を遮断し、消費電力を低減させる。
【００１９】
出力電圧２１８の電圧切替え制御は次のように行われる。電源装置１０８は、プリンタ１００がスタンバイ状態及びプリント状態の場合には、出力電圧２１８をモータ等の駆動部や画像形成部へ供給している。このとき、制御部５００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧切替信号２０１をハイレベルに設定し、抵抗２２８と抵抗２２９で分圧された電圧がＦＥＴ２２７のゲート端子へ印加される。すると、ＦＥＴ２２７がオン（ＯＮ）状態となって、ＦＥＴ２２７のドレイン端子−ソース端子間が導通するので、抵抗２２６が無視できる状態（抵抗２２４に接続されていない状態）となる。シャントレギュレータ２２５のＲＥＦ端子に入力される電圧を電圧Ｖｒｅｆ、抵抗２２３の抵抗値を抵抗値Ｒ２２３、抵抗２２４の抵抗値を抵抗値Ｒ２２４、抵抗２２６の抵抗値を抵抗値Ｒ２２６とする。なお、計算の簡略化のためＦＥＴ２２７のオン抵抗を無視できる程小さいものとする。プリンタ１００のスタンバイ状態及びプリント状態における出力電圧２１８の電圧Ｖ２４Ｖは、以下の（式１）で表される。
【００２０】
【数１】
2020108251.tif 000003
本実施例では、具体的な数値の設定例として、プリンタ１００のスタンバイ状態及びプリント状態における出力電圧２１８の電圧Ｖ２４Ｖ＝２４Ｖ（第一の直流電圧）とする。
【００２１】
一方、プリンタ１００のスリープ状態において、制御部５００がＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧切替信号２０１をローレベル（電圧０Ｖ）に設定すると、ＦＥＴ２２７はオフ（ＯＦＦ）状態となって、ＦＥＴ２２７のドレイン端子−ソース端子間は非導通となる。その結果、抵抗２２６は電気的に無視できない状態、すなわち抵抗２２４と接続されている状態となる。計算の簡略化のため、ＦＥＴ２２７のオフ（ＯＦＦ）時に流れる電流を０Ａとすると、スリープ状態における出力電圧２１８の電圧Ｖ５Ｖは、以下の（式２）で表される。
【００２２】
【数２】
2020108251.tif 000004
本実施例では、具体的な数値の設定例として、スリープ状態における出力電圧２１８の電圧Ｖ５Ｖ＝５．２Ｖ（第二の直流電圧）とする。なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００は、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータでもよい。
【００２３】
［ＤＣ／ＤＣコンバータ３００の構成］
図４は、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３００、レギュレータ４００の回路構成の一例を示す回路図である。まず、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３００の回路構成について説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３００は、ハイサイドＦＥＴ３６０、ローサイドＦＥＴ３５１、電源ＩＣ３５８（第二の制御部）、インダクタ３５２、コンデンサ３５３、抵抗３５４、３５５、３５９、３６１を有している。ハイサイドＦＥＴ３６０（第一のスイッチング素子）のソース端子は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００の出力電圧２１８が入力される入力端と接続され、ドレイン端子は、インダクタ３５２の一端、及びローサイドＦＥＴ３５１のドレイン端子と接続されている。また、ハイサイドＦＥＴ３６０のゲート端子は、抵抗３５９を介して、電源ＩＣ３５８のＤＲＶＨ端子と接続されている。ローサイドＦＥＴ３５１（第二のスイッチング素子）のドレイン端子は、インダクタ３５２の一端、及びハイサイドＦＥＴ３６０のドレイン端子と接続され、ソース端子は、グランド（ＧＮＤ）と接続されている。また、ローサイドＦＥＴ３５１のゲート端子は、抵抗３６１を介して、電源ＩＣ３５８のＤＲＶＬ端子と接続されている。インダクタ３５２は、一端がハイサイドＦＥＴ３６０のドレイン端子及びローサイドＦＥＴ３５１のドレイン端子と接続され、他端は、コンデンサ３５３の一端、及びＤＣ／ＤＣコンバータ３００の出力端と接続されている。コンデンサ３５３は、一端がインダクタ３５２及びＤＣ／ＤＣコンバータ３００の出力端と接続され、他端はグランドに接続されている。
【００２４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３００は、スイッチング素子であるＰチャンネルのハイサイドＦＥＴ３６０がオン（ＯＮ）している間は、インダクタ３５２を介してコンデンサ３５３に電流が流れる。一方、ハイサイドＦＥＴ３６０がオフ（ＯＦＦ）している間は、インダクタ３５２に蓄えられたエネルギーは、ＮチャンネルのローサイドＦＥＴ３５１を介して出力される。なお、ローサイドＦＥＴ３５１は、ここではＮチャンネルのＦＥＴを使用しているが、例えばＰチャンネルのＦＥＴ又は整流ダイオードであってもよい。電源ＩＣ３５８は、ＰＷＭ制御によってハイサイドＦＥＴ３６０、ローサイドＦＥＴ３５１を交互にオン（ＯＮ）させて、出力電圧３１８の電圧が目標電圧になるように、ハイサイドＦＥＴ３６０とローサイドＦＥＴ３５１のオンデューティを制御する。電源ＩＣ３５８の電源端子であるＶＣＣ端子には、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００の出力電圧２１８が入力されている。
【００２５】
電源ＩＣ３５８のＤＲＶＨ端子は、抵抗３５９を介してハイサイドＦＥＴ３６０のゲート端子と接続され、ＤＲＶＬ端子は、抵抗３６１を介してローサイドＦＥＴ３５１のゲート端子と接続されている。また、電源ＩＣ３５８のＦＢ端子には、出力電圧３１８を抵抗３５４と抵抗３５５とで分圧した電圧が入力される。電源ＩＣ３５８は、ＦＢ端子に入力された電圧と電源ＩＣ３５８の内部の基準電圧とを比較し、出力電圧３１８が目標電圧になるように、ＤＲＶＨ端子及びＤＲＶＬ端子から、それぞれハイサイドＦＥＴ３６０、ローサイドＦＥＴ３５１に駆動信号を出力している。電源ＩＣ３５８は、出力電圧３１８が目標電圧よりも低い場合にはハイサイドＦＥＴ３６０のオンデューティが高くなるようにＤＲＶＨ端子から駆動信号を出力する。一方、電源ＩＣ３５８は、出力電圧３１８が目標電圧よりも高い場合には、ローサイドＦＥＴ３５１のオンデューティが高くなるようにＤＲＶＬ端子から駆動信号を出力する。なお、ローサイドＦＥＴ３５１をダイオードに置き換えて構成することも可能である。
【００２６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３００によって制御される出力電圧３１８を電圧Ｖ５Ｖ＿ＤＣＤＣとし、電源ＩＣ３５８内部の基準電圧を電圧ＶＦＢ（ＤＣＤＣ）、抵抗３５４、抵抗３５５の抵抗値をそれぞれＲ３５４、Ｒ３５５とする。すると、電圧Ｖ５Ｖ＿ＤＣＤＣは、以下の（式３）で表される。
【００２７】
【数３】
2020108251.tif 000005
本実施例では、具体的な数値の例として、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００によって制御される出力電圧３１８の電圧Ｖ５Ｖ＿ＤＣＤＣ＝５．２１Ｖとする。ＤＣ／ＤＣコンバータ３００によって制御される出力電圧３１８の電圧である５．２１Ｖは、後述するレギュレータ４００によって制御される出力電圧３１８の電圧５．２Ｖ（所定の直流電圧）よりも高い、５．２Ｖ近傍の電圧である。
【００２８】
［レギュレータ４００の構成］
次に、レギュレータ４００の回路構成について説明する。本実施例のレギュレータ４００はシリーズレギュレータであり、シャントレギュレータ３８７、トランジスタ３８２、ＦＥＴ３８５（スイッチ素子）、ツェナーダイオード３９４、抵抗３７４、３７６、３８０、３８１、３８３、３９３を有している。レギュレータ４００は、ＰチャンネルのＦＥＴ３８５のゲート端子−ソース端子間電圧により、ＦＥＴ３８５のドレイン端子−ソース端子間に印加される電圧を制御して、出力電圧３１８を定電圧に維持する。出力電圧３１８は、レギュレーション抵抗３７４、及び抵抗３７６で分圧され、分圧された電圧がシャントレギュレータ３８７のＲＥＦ端子に入力される。そして、フィードバック部であるシャントレギュレータ３８７のＲＥＦ端子に入力された電圧レベルに応じたフィードバック信号である電圧がシャントレギュレータ３８７のＫ（カソード）端子から出力される。シャントレギュレータ３８７のＫ端子の電圧は、抵抗３８０を介して出力電圧２１８でプルアップされ、ツェナーダイオード３９４のカソード端子と接続されている。ツェナーダイオード３９４のアノード端子は、抵抗３８３の一端と接続され、抵抗３８３の他端は、抵抗３９３とトランジスタ３８２のベース端子とに接続されている。なお、トランジスタ３８２のベース端子には、シャントレギュレータ３８７のＫ端子から出力された電圧がツェナーダイオード３９４を介して、抵抗３８３、及び抵抗３９３で分圧された電圧が入力される。
【００２９】
抵抗３８１は、ＦＥＴ３８５のゲート端子−ソース端子間に接続され、ゲート端子−ソース端子間の電位安定のために設けられている。トランジスタ３８２のコレクタ端子は、ＦＥＴ３８５のゲート端子に接続され、シャントレギュレータ３８７のＫ端子から出力される電圧に応じて、ＦＥＴ３８５のゲート端子に印加される電圧を調整している。ＰチャンネルのＦＥＴ３８５のソース端子は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００の出力電圧２１８が入力される入力端と接続され、ドレイン端子は、レギュレータ４００の主力端と接続されている。なお、シャントレギュレータ３８７は、出力電圧３１８を目標電圧に制御できるような素子、例えばコンパレータやオペアンプ等でもよい。ツェナーダイオード３９４は、シャントレギュレータ３８７のＫ端子から出力される電圧を降圧し、トランジスタ３８２を確実にオン、オフさせるために設けられている。したがって、シャントレギュレータ３８７のＫ端子から出力される電圧範囲が狭い場合には、Ｋ端子の電圧（以下、Ｋ端子電圧ともいう）を降圧せずにトランジスタ３８２のベース端子に入力することができるため、ツェナーダイオード３９４は削除してもよい。なお、トランジスタ３８２の暗電流が小さい場合は、暗電流によってＦＥＴ３８５がオンしてしまうおそれがない。そのため、トランジスタ３８２のベース端子に入力される電圧を抵抗３９３、３８３で分圧する必要がなく、抵抗３９３を削除してもよい。
【００３０】
［レギュレータ４００の定電圧制御］
次に、レギュレータ４００の定電圧制御について説明する。レギュレータ４００では、出力電圧３１８が目標電圧よりも高い場合には、シャントレギュレータ３８７のＲＥＦ端子に入力される電圧が高くなるため、Ｋ端子電圧が下がる。その結果、トランジスタ３８２のベース端子に入力される電流が低下するので、トランジスタ３８２のコレクタ端子に流れるコレクタ電流も低下する。そのため、ＦＥＴ３８５のゲート端子−ソース端子間電圧が低下し、ＦＥＴ３８５のドレイン端子−ソース端子間のオン抵抗が上昇するので、出力電圧３１８が低下することになる。なお、出力電圧３１８がＤＣ／ＤＣコンバータ３００によってレギュレータ４００の目標電圧よりも高い電圧に制御されている場合は、ＦＥＴ３８５はオフ（ＯＦＦ）状態（オン抵抗が最大）となり、レギュレータ４００は動作を停止する。一方、出力電圧３１８が目標電圧よりも低い場合は、シャントレギュレータ３８７のＲＥＦ端子に入力される電圧が低くなるため、Ｋ端子電圧が上がる。その結果、トランジスタ３８２のベース端子に入力されるベース電流が上昇するので、トランジスタ３８２のコレクタ端子に流れるコレクタ電流も上昇する。そのため、ＦＥＴ３８５のゲート端子−ソース端子間電圧が上昇し、ＦＥＴ３８５のドレイン端子−ソース端子間のオン抵抗が低下するので、出力電圧３１８が上昇することになる。
【００３１】
レギュレータ４００によって制御される出力電圧３１８を電圧Ｖ５Ｖ＿ＲＥＧとし、シャントレギュレータ３８７の基準電圧を基準電圧ＶＲＥＦ（ＲＥＧ）、抵抗３７４、抵抗３７６の抵抗値をそれぞれＲ３７４、Ｒ３７６とする。すると、電圧Ｖ５Ｖ＿ＲＥＧは、以下の（式４）で表される。
【００３２】
【数４】
2020108251.tif 000006
本実施例では、具体的な数値の例として、Ｖ５Ｖ＿ＲＥＧ＝５．２Ｖとする。
【００３３】
［レギュレータ４００の動作］
次に、レギュレータ４００の動作について説明する。まず、入力電圧が高い場合、すなわち入力電圧であるＡＣ／ＤＣコンバータ２００の出力電圧２１８が出力電圧３１８の目標電圧より高い場合には、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３００は出力電圧３１８を目標電圧に制御できる。そのため、レギュレータ４００は、上述したように、ＦＥＴ３８５をオフ（ＯＦＦ）するように制御する。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００が出力電圧を目標電圧（Ｖ５Ｖ＿ＤＣＤＣ＝５．２１Ｖ）で制御しているときは、レギュレータ４００はＤＣ／ＤＣコンバータ３００が出力した出力電圧３１８と、レギュレータ４００の出力電圧の目標電圧とを比較する。そして、レギュレータ４００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００が出力した出力電圧３１８の電圧が、レギュレータ４００の出力電圧の目標電圧（Ｖ５Ｖ＿ＲＥＧ＝５．２Ｖ）より高いと判断し、上述したようにＦＥＴ３８５の動作をオフするように制御する。
【００３４】
一方、入力電圧が低い場合、すなわちＡＣ／ＤＣコンバータ２００の出力電圧２１８が電圧Ｖ５Ｖ＝５．２Ｖの場合は、次のようになる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３００は、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであるため、出力電圧３１８を目標電圧Ｖ５Ｖ＿ＤＣＤＣ＝５．２１Ｖに維持する制御ができなくなり、その結果、出力電圧３１８が目標電圧よりも低下する。出力電圧３１８がレギュレータ４００の出力電圧の目標電圧Ｖ５Ｖ＿ＲＥＧ＝５．２Ｖ以下（所定の直流電圧以下）になると、レギュレータ４００が起動される。そして、シャントレギュレータ３８７のＫ端子から出力された電圧が、トランジスタ３８２のベース端子に出力される。これにより、トランジスタ３８２がオンし、ＦＥＴ３８５がオンされて、ＦＥＴ３８５により出力電圧３１８が目標電圧（Ｖ５Ｖ＿ＲＥＧ＝５．２Ｖ）となるように、定電圧制御が行われる。
【００３５】
次に、レギュレータ４００の出力電圧３１８の目標電圧（Ｖ５Ｖ＿ＲＥＧ＝５．２Ｖ）をＤＣ／ＤＣコンバータ３００の出力電圧３１８の目標電圧Ｖ５Ｖ＿ＤＣＤＣ＝５．２１Ｖよりも低くしている理由について説明する。レギュレータ４００がＦＥＴ３８５をオンする制御を行う場合には、レギュレータ４００への入力電圧である出力電圧２１８と出力電圧３１８の電圧差が小さい、又はほとんど電圧差がない状態であり、ＦＥＴ３８５による損失を低減させる必要がある。ＤＣ／ＤＣコンバータ３００が出力電圧３１８を目標電圧に制御している間は、レギュレータ４００への入力電圧も高い状態であり、この状態でレギュレータ４００がＦＥＴ３８５をオンさせてしまうと、ＦＥＴ３８５による損失が大きくなってしまうことになる。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００が出力電圧３１８を目標電圧に制御できる場合、すなわちレギュレータ４００への入力電圧が高い場合には、ＦＥＴ３８５がオンしないようにレギュレータ４００を起動する必要がない。そこで、レギュレータ４００の出力電圧３１８の目標電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ３００の出力電圧の目標電圧よりも低く設定することにより、ＦＥＴ３８５をオフするようにしている。
【００３６】
次に、レギュレータ４００を設けていることの効果について説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３００は、出力電圧２１８の電圧が低下した状態でハイサイドＦＥＴ３６０を導通状態（オン状態）にすると、ＦＥＴのオン抵抗とコイル（インダクタ３５２）の抵抗成分とによって電圧低下が生じ、出力電圧３１８は更に低下してしまう。その結果、出力電圧３１８を目標電圧に維持することができないおそれがある。そこで、レギュレータ４００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００への入力電圧が低下している場合には、上述したようにＦＥＴ３８５をオン状態に設定し、出力電圧３１８を定電圧制御することで、出力電圧３１８の電圧精度を向上させることができる。例えば、出力電圧３１８の負荷が１０Ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００のハイサイドＦＥＴ３６０のオン抵抗７ｍΩ、コイル（インダクタ３５２）の直流抵抗６．３ｍΩとする。出力電圧２１８を５．２Ｖとすると、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖ５Ｖ＿ＤＣＤＣは、５．０７Ｖ（≒５．２Ｖ−（７ｍΩ＋６．３ｍΩ）×１０Ａ）となる。一方、レギュレータ４００のＦＥＴ３８５のオン抵抗が３．３ｍΩとすると、レギュレータ４００の出力電圧Ｖ５Ｖ＿ＲＥＧは、５．１７Ｖ（≒５．２Ｖ−３．３ｍΩ×１０Ａ）となる。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００のハイサイドＦＥＴ３６０をオンせずにレギュレータ４００により定電圧制御を行うことで、ＤＣ／ＤＣコンバータのハイサイドＦＥＴ３６０とインダクタ３５２の抵抗成分による電圧低下をなくすことができる。その結果、出力電圧精度を向上させることができる。
【００３７】
［制御動作の説明］
図５は、プリンタ１００がスタンバイ状態からスリープ状態へ遷移する場合と、スリープ状態からスタンバイ状態へ遷移する場合の電源装置１０８の動作を示すタイミングチャートである。図５において、（ｉ）はＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧切替信号２０１の出力レベルを示し、Ｈｉｇｈはハイレベルの出力を示し、Ｌｏｗはローレベルの出力を示す。（ｉｉ）は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００の出力電圧２１８の電圧を示す電圧波形であり、２４Ｖ、５．２Ｖは、出力電圧２１８の電圧値である。（ｉｉｉ）は、ロードＳＷ制御信号６０１の出力レベル（ＯＮ、ＯＦＦ）を示している。また、図５の横軸は経過時間ｔを示す。Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄ，Ｔｅ，Ｔｆはタイミング（時間）を示す。
【００３８】
まず、プリンタ１００がスタンバイ状態からスリープ状態へ遷移する場合の電源装置１０８の動作について説明する。タイミングＴａは、プリンタ１００がスタンバイ状態に遷移してから、プリント状態に遷移することなく、所定時間である時間Ｔ１が経過したタイミングを示している。前述したように、プリンタ１００はスタンバイ状態に遷移してから所定時間が経過すると、制御部５００はプリンタ１００の消費電力を低減するために、プリンタ１００をスリープ状態に遷移させる。そのため、制御部５００は、タイミングＴａにおいて、ＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧切替信号２０１をハイ（Ｈｉｇｈ）レベルからロー（Ｌｏｗ）レベルに切り替える。そして、ＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧切替信号２０１がローレベルのときには、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００は、出力電圧２１８が５．２Ｖとなるように出力電圧を制御する。その結果、出力電圧２１８は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００の応答時間が経過すると（タイミングＴｂ）、２４Ｖから５．２Ｖに遷移する。タイミングＴｂでは、出力電圧２１８が５．２Ｖに低下し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００のハイサイドＦＥＴ３６０とインダクタ３５２の抵抗成分によって、出力電圧３１８の電圧が低下し始める。そのため、上述したように、レギュレータ４００がＦＥＴ３８５をオンさせて、出力電圧３１８の定電圧制御を行う。
【００３９】
タイミングＴｃにおいて、制御部５００は、ロードＳＷ制御信号６０１をオン（ＯＮ）状態からオフ（ＯＦＦ）状態に切り替え、ロードＳＷ６００をオフ状態に設定することにより、プリント状態及びスタンバイ状態に動作する負荷への電力供給を遮断する。これにより、スリープ状態の消費電力は更に低減される。なお、プリント状態及びスタンバイ状態に動作する負荷には、プリント時に搬送される記録材の位置を検知する紙搬送センサ（不図示）等がある。また、タイミングＴｃは、タイミングＴａでＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧切替信号２０１により、出力電圧２１８を２４Ｖから５．２Ｖに切り替えた後、出力電圧２１８が目標電圧５．２Ｖへの遷移を終えたと推定されるタイミングに設定される。
【００４０】
次に、プリンタ１００がスリープ状態からスタンバイ状態へ遷移する場合の電源装置１０８の動作について説明する。制御部５００は、例えばパーソナルコンピュータ等の外部機器（不図示）からプリント指示を受信すると、プリント動作を行うために、プリンタ１００をスリープ状態からスタンバイ状態に遷移させる。タイミングＴｄにおいて、制御部５００は、ロードＳＷ制御信号６０１をオフ（ＯＦＦ）状態からオン（ＯＮ）状態に切り替えて、ロードＳＷ６００をオン状態に設定し、出力電圧３１８である出力電圧５１８を負荷に供給する。続いて、タイミングＴｅにおいて、制御部５００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧切替信号２０１をロー（Ｌｏｗ）レベルからハイ（Ｈｉｇｈ）レベルに切り替える。前述したように、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧切替信号２０１がハイ（Ｈｉｇｈ）レベルのときには、出力電圧２１８が５．２Ｖから２４Ｖとなるように制御する。タイミングＴｆでは、出力電圧２１８が５．２Ｖから上昇し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００による出力電圧３１８が目標電圧（５．２１Ｖ）よりも降下しなくなる、そのため、レギュレータ４００は、ＦＥＴ３８５をオフするように制御する。
【００４１】
以上説明したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００への入力電圧を下げスイッチング損失を低減する低消費電力モードでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００の出力電圧３１８に応じて、レギュレータ４００が出力電圧３１８を定電圧に維持するように制御を行う。これにより、目標電圧に対する出力電圧３１８の電圧精度を向上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、低消費電力モードにおいて、出力電圧の電圧精度を向上させることができる。
【実施例２】
【００４２】
実施例１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００、レギュレータ４００は、常時起動されている電源装置１０８について説明した。実施例２では、制御部５００によりＤＣ／ＤＣコンバータ、レギュレータの起動が制御される電源装置１０８について説明する。なお、電源装置１０８において、実施例１と同様の回路については、同じ符号を付すことによりここでの説明を省略する。
【００４３】
［電源装置の説明］
図６は、本実施例の電源装置１０８の構成の一例を示すブロック図である。電源装置１０８は、第１の電源部であるＡＣ／ＤＣコンバータ２００、第２の電源部であるＤＣ／ＤＣコンバータ３１０、第３の電源部であるレギュレータ４１０、制御部５００、ロードスイッチ（ロードＳＷ）６００を有している。本実施例の電源装置１０８は、実施例１の電源装置１０８と比べて、制御部５００から出力されるＤＣ／ＤＣコンバータ起動信号３０１（第一の制御信号）、レギュレータ起動信号４０１（第二の制御信号）が追加されている点が異なる。なお、後述するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０、及びレギュレータ４１０は、実施例１のＤＣ／ＤＣコンバータ３００及びレギュレータ４００とは構成が異なる。一方、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００及びロードＳＷ６００の構成は実施例１と同様であり、ここでの説明を省略する。
【００４４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ起動信号３０１は、制御部５００からＤＣ／ＤＣコンバータ３００に入力され、制御部５００がＤＣ／ＤＣコンバータ３００の動作、停止を制御するための信号である。また、レギュレータ起動信号４０１は、制御部５００からレギュレータ４１０に入力され、制御部５００が、レギュレータ４１０の定電圧制御に関係なく、ＦＥＴ３８５を強制的にオフ（ＯＦＦ）するための信号である。
【００４５】
［ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０の説明］
図７は、本実施例の降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３１０、レギュレータ４１０の回路構成の一例を示す回路図である。なお、実施例１の図４と同じ回路については、同じ符号を付し、説明は省略する。まず、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３１０の回路構成について説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０は、ハイサイドＦＥＴ３６２、ローサイドＦＥＴ３５１、電源ＩＣ３５８、インダクタ３５２、コンデンサ３５３、抵抗３５４、３５５、３５９、３６１から構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０は、実施例１のＤＣ／ＤＣコンバータ３００と比べて、ハイサイドＦＥＴがＮチャンネルのＦＥＴである点、電源ＩＣ３５８にＤＣ／ＤＣコンバータ起動信号３０１が入力されるＥＮ端子が追加されている点が異なる。
【００４６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０は、スイッチング素子であるＮチャンネルのハイサイドＦＥＴ３６２をオン（ＯＮ）している間は、インダクタ３５２を介してコンデンサ３５３に電流が流れる。一方、ハイサイドＦＥＴ３６０をオフ（ＯＦＦ）している間は、インダクタ３５２に蓄えられたエネルギーは、ＮチャンネルのローサイドＦＥＴ３５１を介して出力される。なお、本実施例では、ハイサイドＦＥＴ３６２はＮチャンネルＦＥＴを使用しているが、ＰチャンネルのＦＥＴでもよい。また、ローサイドＦＥＴ３５１は、ＮチャンネルのＦＥＴを使用しているが、例えばＰチャンネルのＦＥＴ又は整流ダイオードであってもよい。
【００４７】
電源ＩＣ３５８は、ＰＷＭ制御によってハイサイドＦＥＴ３６２、ローサイドＦＥＴ３５１のスイッチング動作を行い、出力電圧３１８の電圧が目標電圧になるように、ハイサイドＦＥＴ３６０とローサイドＦＥＴ３５１のオンデューティを制御する。電源ＩＣ３５８の電源端子であるＶＣＣ端子には、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００の出力電圧２１８が入力されている。電源ＩＣ３５８のＤＲＶＨ端子は、抵抗３５９を介してハイサイドＦＥＴ３６２のゲート端子と接続され、ＤＲＶＬ端子は、抵抗３６１を介してローサイドＦＥＴ３５１のゲート端子と接続されている。また、電源ＩＣ３５８のＦＢ端子には、出力電圧３１８を抵抗３５４と抵抗３５５で分圧した電圧が入力される。電源ＩＣ３５８は、ＦＢ端子に入力された電圧と電源ＩＣ３５８の内部の基準電圧とを比較し、出力電圧３１８が目標電圧になるように、ＤＲＶＨ端子及びＤＲＶＬ端子から、それぞれハイサイドＦＥＴ３６２、ローサイドＦＥＴ３５１に駆動信号を出力する。電源ＩＣ３５８は、出力電圧３１８が目標電圧よりも低い場合にはハイサイドＦＥＴ３６２のオンデューティが高くなるようにＤＲＶＨ端子から駆動信号を出力する。一方、電源ＩＣ３５８は、出力電圧３１８が目標電圧よりも高い場合には、ローサイドＦＥＴ３５１のオンデューティが高くなるようにＤＲＶＬ端子から駆動信号を出力する。電源ＩＣ３５８のＥＮ端子は、制御部５００から電源ＩＣ３５８の起動及び停止を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ起動信号３０１が抵抗３３０を介して入力される端子である。ＥＮ端子にハイ（Ｈｉｇｈ）レベルのＤＣ／ＤＣコンバータ起動信号３０１が入力されると電源ＩＣ３５８は起動され、ＥＮ端子にロー（Ｌｏｗ）のＤＣ／ＤＣコンバータ起動信号３０１が入力されると電源ＩＣ３５８は動作を停止する。
【００４８】
次に、入力電圧の違いによるＤＣ／ＤＣコンバータ３１０の出力電圧３１８の電圧精度について説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０の入力電圧が高い（出力電圧２１８が２４Ｖ）場合、すなわちプリンタ１００がスタンバイ状態及びプリント状態の場合には、入力電圧２１８と出力電圧３１８の電圧差が大きい。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０のオンデューティ（オン状態の期間）が短く、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０のスイッチング時のハイサイドＦＥＴ３６２のオフ（ＯＦＦ）状態の期間が長い。これにより、電源ＩＣ３５８の内部に設けられたブートストラップ回路（不図示）内のコンデンサへの充電期間が十分ある。その結果、コンデンサの電圧はハイサイドＦＥＴ３６２を駆動するのに必要な電圧まで昇圧され、ハイサイドＦＥＴ３６２を駆動することができる。すなわち、入力電圧が高い場合では、ハイサイドＦＥＴ３６２を駆動できるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０は、出力電圧３１８を目標電圧に制御することができる。
【００４９】
一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０の入力電圧２１８が低い（出力電圧２１８が５．２Ｖ）場合、すなわちプリンタ１００がスリープ状態の場合には、入力電圧２１８と出力電圧３１８の電圧差が小さい。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０のオンデューティが大きくなる（長くなる）ため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０のスイッチング時のハイサイドＦＥＴ３６２のオフ（ＯＦＦ）状態の期間が短い。そのため、電源ＩＣ３５８の内部にあるブートストラップ回路（不図示）内のコンデンサへの充電期間が不十分になり、ハイサイドＦＥＴ３６２を駆動するのに必要な電圧まで昇圧できず、ハイサイドＦＥＴ３６２を十分に駆動することができない。すなわち、入力電圧２１８が低い場合では、ハイサイドＦＥＴ３６２を十分に駆動することができないため、出力電圧３１８を目標電圧に制御することができず、出力電圧３１８が低下してしまう。また、ハイサイドＦＥＴ３６２のオンデューティを１００％で駆動するためには、ハイサイドＦＥＴ３６２のオフ状態の期間がないため、電源ＩＣ３５８の内部にあるブートストラップ回路（不図示）内のコンデンサへの充電ができない。そのため、新たに別の電源回路が必要となってしまい、高価な電源ＩＣが必要となってしまう。また、安価な電源ＩＣでは、別の電源回路を有していないため、ハイサイドＦＥＴ３６２の最大オンデューティには制限が設けられてしまう。本実施例では、電源ＩＣ３５８の最大オンデューティは、８０％に制限されているものとする。
【００５０】
最大オンデューティの制限がある電源ＩＣを用いる場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０の入力電圧２１８が低下し、電源ＩＣ３５８のオンデューティが最大オンデューティに達すると、前述したようにハイサイドＦＥＴを１００％でオンすることができない。その結果、出力電圧３１８が低下してしまい、要求される出力電圧精度を満足することができない。そこで、本実施例の電源装置１０８では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０に並列に接続されたレギュレータ４１０を設けている。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０が最大オンデューティに達して出力電圧３１８が低下してしまう際に、レギュレータ４１０を動作させて、出力電圧３１８の低下を防ぐことができる。
【００５１】
［レギュレータ４１０の動作］
次に、レギュレータ４１０の動作について説明をする。本実施例のレギュレータ４１０はシリーズレギュレータであり、シャントレギュレータ３８７、トランジスタ３８２、ＦＥＴ３８５、ツェナーダイオード３９４、抵抗３７４、３７６、３８０、３８１、３８３、３９３，７８４を有している。レギュレータ４１０は、実施例１のレギュレータ４００と比べて、レギュレータ起動信号４０１が入力される点が異なる。上述したように、レギュレータ起動信号４０１は、レギュレータ４１０の定電圧制御に関係なく、ＦＥＴ３８５を強制的にオフ状態に設定する信号である。図７において、制御部５００からローレベルのレギュレータ起動信号４０１が入力されると、抵抗７８４、ツェナーダイオード３９４、抵抗３８３を介して、トランジスタ３８２のベース端子にローレベルの信号が入力され、トランジスタ３８２がオフする。その結果、ＦＥＴ３８５のゲート端子−ソース端子間には、電圧が印加されなくなるので、ＦＥＴ３８５はオフ状態に設定され、レギュレータ４１０のＦＥＴ３８５を強制的にオフ状態に設定することができる。一方、制御部５００からハイレベルのレギュレータ起動信号４０１が入力されると、シャントレギュレータ３８７のＫ（カソード）端子から電圧が出力されている状態と同様の状態となる。そのため、抵抗７８４、ツェナーダイオード３９４、抵抗３８３を介して、トランジスタ３８２のベース端子にハイレベルの信号が入力されることにより、トランジスタ３８２がオンする。その結果、ＦＥＴ３８５のゲート端子−ソース端子間には、電圧が印加されるので、ＦＥＴ３８５はオン状態に設定される。このように、トランジスタ３８２がオンし、ＦＥＴ３８５がオン状態に設定されることによって、出力電圧３１８の定電圧制御が行われる。
【００５２】
このように、レギュレータ４１０の起動は、レギュレータ起動信号４０１によって行われる。そして、レギュレータ４１０がレギュレータ起動信号４０１によって起動されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０は、制御部５００からのＤＣ／ＤＣコンバータ起動信号３０１により動作を停止する。そのため、本実施例では、実施例１で説明したＤＣ／ＤＣコンバータ３００が動作している間に、レギュレータ４１０のＦＥＴ３８５が出力電圧３１８を定電圧制御することはない。そしてレギュレータ４１０が起動されている間は、レギュレータ４１０の出力電圧の目標電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ３００の出力電圧の目標電圧よりも高く（最大電圧Ｖｍａｘ（＝５．２５Ｖ）以下）設定することができ、出力電圧精度を向上することができる。
【００５３】
［制御動作の説明］
図８は、プリンタ１００がスタンバイ状態からスリープ状態へ遷移する場合と、スリープ状態からスタンバイ状態へ遷移する場合の電源装置１０８の動作を示すタイミングチャートである。図８において、（ｉ）はＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧切替信号２０１の出力レベルを示し、Ｈｉｇｈはハイレベルの出力を示し、Ｌｏｗはローレベルの出力を示す。（ｉｉ）は、出力電圧２１８の電圧を示す電圧波形であり、２４Ｖ、５．２Ｖは、出力電圧２１８の電圧値である。（ｉｉｉ）は、レギュレータ起動信号４０１の出力レベル（ＯＮ、ＯＦＦ）を示す信号波形であり、（ｉｖ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ起動信号３０１の出力レベル（ＯＮ、ＯＦＦ）を示す信号波形である。（ｖ）は、ロードＳＷ制御信号６０１の出力レベル（ＯＮ、ＯＦＦ）を示す信号波形である。また、図８の横軸は経過時間ｔを示す。Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄ，Ｔｅ，Ｔｆはタイミング（時間）を示す。
【００５４】
まず、プリンタ１００がスタンバイ状態からスリープ状態へ遷移する場合の電源装置１０８の動作について説明する。タイミングＴａは、プリンタ１００がスタンバイ状態に遷移してから、プリント状態に遷移することなく、所定時間である時間Ｔ１が経過したタイミングを示している。前述したように、プリンタ１００はスタンバイ状態に遷移してから所定時間が経過すると、制御部５００はプリンタ１００の消費電力を低減するために、プリンタ１００をスリープ状態に遷移させる。そのため、制御部５００は、タイミングＴａにおいて、ＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧切替信号２０１をハイ（Ｈｉｇｈ）レベルからロー（Ｌｏｗ）レベルに切り替える。そして、ＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧切替信号２０１がローレベルのときには、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００は、出力電圧２１８が５．２Ｖとなるように出力電圧を制御する。その結果、出力電圧２１８は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００の応答時間が経過すると（タイミングＴｂ）、２４Ｖから５．２Ｖに遷移する。
【００５５】
タイミングＴｂは、タイミングＴａから時間Ｔ２が経過したタイミングを示している。時間Ｔ２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００の出力電圧２１８が２４Ｖから５．２Ｖへ遷移する途中のタイミングとなる時間であり、タイミングＴｂでの出力電圧２１８（所定の直流電圧）は、５．２Ｖよりも高い電圧である。タイミングＴｂでは、制御部５００によりレギュレータ起動信号４０１がオフ（ＯＦＦ）からオン（ＯＮ）に切り替えられてレギュレータ４１０が起動され、レギュレータ４１０は、出力電圧３１８を定電圧に制御する。また、制御部５００は、スリープ状態の消費電力を低減させるために、ＤＣ／ＤＣコンバータ起動信号３０１をオン（ＯＮ）からオフ（ＯＦＦ）へ切り替えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０の動作を停止させる。レギュレータ４１０が起動された後は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０の動作を停止させても、出力電圧３１８はレギュレータ４１０によって定電圧に制御される。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０の動作を停止することができ、同時にスリープ状態での消費電力を低減させることができる。
【００５６】
タイミングＴｃでは、プリント状態及びスタンバイ状態で動作する負荷への電力供給を遮断するために、制御部５００は、ロードＳＷ制御信号６０１をオン（ＯＮ）からオフ（ＯＦＦ）に切り替えて、ロードＳＷ６００をオフ状態に設定する。プリンタ１００のスリープ状態では、スリープ状態の動作に不要な負荷への電力供給を遮断することで、消費電力が低減される。
【００５７】
次に、プリンタ１００がスリープ状態からスタンバイ状態へ遷移する場合の電源装置１０８の動作について説明する。制御部５００は、例えばパーソナルコンピュータ等の外部機器（不図示）からプリント指示を受信すると、プリント動作を行うために、プリンタ１００をスリープ状態からスタンバイ状態に遷移させる。タイミングＴｄにおいて、制御部５００は、ロードＳＷ制御信号６０１をオフ（ＯＦＦ）状態からオン（ＯＮ）状態に切り替えて、ロードＳＷ６００をオン状態に設定することで、出力電圧５１８を負荷に供給する。続いて、タイミングＴｅにおいて、制御部５００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧切替信号２０１をロー（Ｌｏｗ）レベルからハイ（Ｈｉｇｈ）レベルに切り替える。前述したように、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ出力電圧切替信号２０１がハイ（Ｈｉｇｈ）レベルのときには、出力電圧２１８が２４Ｖとなるように制御する。その結果、出力電圧２１８は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００の応答時間に応じて５．２Ｖから２４Ｖに遷移する。タイミングＴｆでは、出力電圧２１８が５．２Ｖから上昇すると、制御部５００はＤＣ／ＤＣコンバータ起動信号３０１をオフ（ＯＦＦ）からオン（ＯＮ）に切り替えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０を起動させる。そして、制御部５００は、レギュレータ起動信号４０１をオン（ＯＮ）からオフ（ＯＦＦ）に切り替えて、レギュレータ４１０のＦＥＴ３８５を強制的にオフ状態に設定し、出力電圧３１８の定電圧制御を停止させる。
【００５８】
以上説明したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００への入力電圧を下げスイッチング損失を低減する低消費電力モードでは、レギュレータ起動信号４０１によってレギュレータ４１０を起動し、定電圧制御を行うように動作させる。そして、同時にＤＣ／ＤＣコンバータ起動信号３０１によりＤＣ／ＤＣコンバータの動作を停止させる。これにより、出力電圧の電圧精度を向上させるとともに、消費電力を削減することができる。また、本実施例では、レギュレータ４１０は、出力電圧３１８の目標電圧設定を高く設定できるため、実施例１よりも出力電圧精度を更に向上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、低消費電力モードにおいて、出力電圧の電圧精度を向上させることができる。
【実施例３】
【００５９】
実施例２では、制御部５００によりＤＣ／ＤＣコンバータ、レギュレータの起動が制御される電源装置１０８について説明した。実施例３では、実施例２と同様のＤＣ／ＤＣコンバータと、実施例２とは異なる構成のレギュレータを備える電源装置１０８について説明する。なお、電源装置１０８において、実施例２と同様の回路については、同じ符号を付すことにより、ここでの説明を省略する。
【００６０】
図９は、本実施例の降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３１０、レギュレータ７１０の回路構成の一例を示す回路図である。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０は、実施例２の図７に示すＤＣ／ＤＣコンバータ３１０と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００６１】
［レギュレータ７１０の動作］
レギュレータ７１０の動作について説明する。本実施例のレギュレータ７１０は、シリーズレギュレータであり、シャントレギュレータ３８７、トランジスタ３８２、ＦＥＴ７８５、ツェナーダイオード３９４、抵抗３７４、３７６、３８０、３８３、３９３、７８０を有している。なお、本実施例のレギュレータ７１０では、実施例２のレギュレータ４１０と比べて、ＰチャンネルのＦＥＴ３８５の代わりに、ＮチャンネルのＦＥＴ７８５が使用され、抵抗３８１の代わりに抵抗７８０が使用されている点が異なる。また、本実施例のレギュレータ７１０では、実施例２のレギュレータ４１０と比べて、レギュレータ起動信号４０１が削除されている。レギュレータ７１０は、トランジスタ３８２によりＦＥＴ７８５のゲート端子−ソース端子間電圧を制御することによって、ＦＥＴ７８５のドレイン端子−ソース端子間に印加される電圧を制御して、出力電圧３１８の定電圧制御を行う。抵抗７８０は、ＦＥＴ７８５のゲート端子とソース端子とに接続され、ＦＥＴ７８５のゲート端子−ソース端子間の電位を安定させるために設けられている。本実施例のＦＥＴ７８５は、ＮチャンネルのＦＥＴを使用している。そのため、入力電圧２１８と出力電圧３１８の電圧差がＦＥＴ７８５のゲート端子の閾値電圧よりも大きくして、ＦＥＴ７８５を駆動する必要がある。そのため、本実施例では、プリンタ１００のスリープ状態時の入力電圧２１８をＦＥＴ７８５が駆動可能な電圧まで上げておく。具体的には、ＡＣ／ＤＣコンバータ２００のスリープ状態時の出力電圧２１８を電圧Ｖ５Ｖ＝６．５Ｖとすることにより、入力電圧２１８と出力電圧３１８の電圧差がＦＥＴ７８５のゲート端子の閾値電圧よりも大きくなり、ＦＥＴ７８５を駆動可能にしている。これにより、出力電圧２１８が低下して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０による出力電圧３１８が低下しても、レギュレータ７１０が出力電圧３１８を定電圧制御するため、出力電圧３１８の電圧精度を向上することができる。
【００６２】
以上説明したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００への入力電圧を下げスイッチング損失を低減する低消費電力モードでは、レギュレータ７１０を定電圧制御させることによって、出力電圧の電圧精度を向上させることができる。また、レギュレータ７１０のＦＥＴ７８５のように、ＮチャンネルのＦＥＴを用いても、出力電圧３１８の電圧精度を向上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、低消費電力モードにおいて、出力電圧の電圧精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００６３】
２００    ＡＣ／ＤＣコンバータ
３００    ＤＣ／ＤＣコンバータ
４００    レギュレータ
【図１】
2020108251.tif 000007
【図２】
2020108251.tif 000008
【図３】
2020108251.tif 000009
【図４】
2020108251.tif 000010
【図５】
2020108251.tif 000011
【図６】
2020108251.tif 000012
【図７】
2020108251.tif 000013
【図８】
2020108251.tif 000014
【図９】
2020108251.tif 000015