(57)【要約】【課題】低消費電力で、精度の高い過電圧検知を行う。【解決手段】トランス１１１と、交流電源から入力される交流電圧を整流し、平滑するブリッジダイオード１０７、平滑コンデンサ１０８と、交流電圧の入力を遮断するヒューズ１０２と、トランス１１１の一次側への電流をスイッチングするＦＥＴ１１０と、交流電源から第一の閾値よりも高い交流電圧が入力されたことを検知すると、交流電圧に応じた電圧を出力する第一の過電圧検知回路と、第一の過電圧検知回路が出力する電圧が第二の閾値よりも高いことを検知すると、過電圧検知信号を出力する第二の過電圧検知回路と、過電圧検知信号を検知すると、交流電圧の入力を遮断するよう、ヒューズ１０２を制御するトランジスタ２０９と、を備える。【選択図】図２
2014176198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側と二次側を絶縁するトランスと、
交流電源から交流電圧が入力される第一のラインと第二のラインと、
前記第一のラインと前記第二のラインを介して入力される交流電圧を整流し、平滑する整流平滑手段と、
前記第一のラインと前記整流平滑手段との間に設けられ、交流電圧の入力を遮断する遮断手段と、
前記整流平滑手段から前記トランスの一次側への電流をスイッチングするためのスイッチング手段と、
前記交流電源から第一の閾値よりも高い交流電圧が入力されたことを検知すると、前記交流電圧に応じた電圧を出力する第一の過電圧検知手段と、
前記第一の過電圧検知手段が出力する前記電圧を入力し、前記電圧が第二の閾値よりも高いことを検知すると、過電圧検知信号を出力する第二の過電圧検知手段と、
前記過電圧検知信号を検知すると、交流電圧の入力を遮断するよう、前記遮断手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記整流平滑手段は、ブリッジダイオードと電解コンデンサを有し、
前記第一の過電圧検知手段において検知される交流電圧は、前記電解コンデンサの両端に生じる電圧であ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】
前記整流平滑手段は、ブリッジダイオードと電解コンデンサを有し、
前記第一の過電圧検知手段において検知される交流電圧は、前記第一のライン又は前記第二のラインを介して入力される交流電圧の高電位側と、前記電解コンデンサの低電位側との間の電圧であることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記第一の過電圧検知手段は、前記交流電源から入力される交流電圧が前記第一の閾値より高い場合には動作して、電力を消費することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記第一の過電圧検知手段は、定電圧素子を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記定電圧素子は、ツェナーダイオード又はバリスタであ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】
前記第一の閾値は、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧、又は前記バリスタのバリスタ電圧であ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】
前記第二の過電圧検知手段は、シャントレギュレータを有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項９】
前記第一の閾値は、前記第二の閾値よりも低い電圧であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項１０】
前記第二の過電圧検知手段における検知電圧のばらつき範囲は、前記第一の過電圧検知手段における検知電圧のばらつき範囲よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項１１】
前記第一の過電圧検知手段は、時定数回路を有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項１２】
前記第二の過電圧検知手段は、前記過電圧検知信号の出力を保持するラッチ回路を有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項１３】
前記ラッチ回路は、時定数回路を含むことを特徴とする請求項１２に記載の電源装置。
【請求項１４】
前記交流電源から前記第一の閾値よりも高い交流電圧が入力され、前記遮断手段が交流電圧の入力を遮断するまでの時間は、前記電解コンデンサの開弁時間よりも短いことを特徴とする請求項２ないし１３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項１５】
前記制御手段は、前記スイッチング手段をオンし過電流を流すことにより前記遮断手段が交流電圧の入力を遮断するよう制御することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項１６】
前記遮断手段はヒューズ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】
前記第一のラインと前記第二のラインから交流電圧を入力し、前記トランスの二次側に生成される電圧とは異なる電圧を生成する電圧生成部を更に有し、
前記遮断手段は、一端を前記第一のラインに接続された第一の遮断手段と、一端を前記第一の遮断手段に接続され、他端を前記電圧生成部に接続されて、前記電圧生成部への交流電圧の入力を遮断する第二の遮断手段と、を有し、
前記制御手段は、前記過電圧検知信号を検知すると、前記第二の遮断手段を制御して、前記電圧生成部への交流電圧の入力を遮断することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項１８】
前記第一の遮断手段はヒューズであり、前記第二の遮断手段は双方向サイリ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】
シートに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、
前記画像形成装置に電力を供給する請求項１ないし１８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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用交流電源を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】
商用交流電源を入力として電子機器内で使用される所要の直流電圧を出力する電源装置が、各種電子機器に備えられて幅広く利用されている。例えば、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ＡＣ（交流）１００Ｖ系（例えば、ＡＣ１００Ｖ〜１２０Ｖ）、欧州向けには入力電圧がＡＣ２００Ｖ系（例えば、ＡＣ２２０Ｖ〜２４０Ｖ）の電源装置を用いることが一般的である。ところが、国や地域によっては、ＡＣ１００Ｖ系とＡＣ２００Ｖ系で同じ形状の電源プラグが共用できるようになっており、１００Ｖ、２００Ｖのコンセントが混在しているような場合がある。このような場合では、ユーザーが誤ってＡＣ１００Ｖ系の電源装置に、ＡＣ２００Ｖ系のＡＣ電圧を入力してしまうような過電圧投入が発生する懸念がある。
【０００３】
そのため、従来、商用交流電源を入力として直流電圧を出力する電源装置の過電圧保護手段が提案されている。例えば、特許文献１では、商用交流電源からＡＣ電圧を入力し、１つ又は複数の負荷に並列に電圧を供給する電源装置が提案されている。特許文献１には、バリスタ通電容量で確実に溶断可能な電流定格のヒューズを過電流遮断手段とし、この過電流遮断手段を過電圧制限手段であるバリスタに直列に接続した過電圧保護回路が記載されている。また、電源装置の整流平滑回路では、平滑コンデンサとして容量が必要な場合には、一般的に電解コンデンサが用いられる場合が多い。以下では、商用交流電源から入力されたＡＣ電圧を整流する整流回路の後段に配置した電解コンデンサを、特に、「一次電解コンデンサ」と表記する。電源装置に一次電解コンデンサを用い、この一次電解コンデンサの寿命及び寿命管理という課題に着目したものとして、例えば特許文献２がある。特許文献２に記載された電源装置は、複写機などのように、制御系統と駆動系統を併せ持つシステム機器に用いられる、比較的大容量のスイッチング電源装置である。特許文献２では、整流平滑回路に使用される大型の一次電解コンデンサの寿命を延長し得るとともに、寿命管理を可能にする手段が提案されている。また、特許文献３には、従来の電源回路に過電圧保護回路を付加し、入力電圧範囲を超えた過電圧が投入された際に、一次電解コンデンサが開弁する前にヒューズを溶断することにより電源装置の過電圧保護を行う電源回路が提案されている。
【０００４】
ここで、一次電解コンデンサに使用されるアルミニウム電解コンデンサの開弁動作について説明する。アルミニウム電解コンデンサは、陽極用高純度アルミニウム箔表面に形成された酸化皮膜を誘電体として、陰極用アルミニウム箔、電解液、セパレータ（電解紙）から構成される。アルミニウム電解コンデンサの電流順方向に、定格電圧を充分に超える電圧を印加すると、漏れ電流が急激に増加し、発熱する。発熱によって誘電体の耐電圧が低下し、その結果、誘電体が絶縁破壊すると、急激に大電流が流れ、短時間で電解コンデンサの内圧が上昇する。内圧が上昇した場合の電解コンデンサの保護機能として圧力弁があり、圧力弁が作動する（開弁する）と、開口した圧力弁部からガス化した電解液が放出されることにより、電解コンデンサにはそれ以上の圧力がかからなくなる。電源回路の一次電解コンデンサには、過電圧対応品を用いる場合が多い。過電圧対応品では、耐電圧以上の電圧が印加されて圧力弁が動作したときに、短絡（ショート）等が発生しない構造となっており、安全に圧力弁が作動するしくみとなっている。しかしながら、開弁動作時には、放出されたガス化した電解液が特有の臭いを放つ。そのため、高い耐電圧の電解コンデンサ、又は過電圧対応品を使用すると共に、更に過電圧保護回路を用いるなどして、電解コンデンサが開弁することを防止していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３４７９４号公報
【特許文献２】特開平７−１８４３７３号公報
【特許文献３】特開２００６−２８８１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電源装置の低コスト化や小型化が進む中、電源装置において、より小型で、コストの低い一次電解コンデンサを用いる場合には、一次電解コンデンサの耐圧マージンが不足する場合がある。このような場合、一次電解コンデンサが開弁しないように保護するため、より精度の高い過電圧検知を行う必要がある。また、昨今の省電力化に関連した規格に対応するには、過電圧検知を行う回路は、低い消費電力で動作する必要がある。しかしながら、一般的には精度の高い過電圧検知を行う場合には、ある程度、検出電流を大きくする必要があるため、低消費電力では過電圧検知を行うことができないという課題があった。
【０００７】
本発明はこのような状況のもとでなされたもので、低消費電力で、精度の高い過電圧検知を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
（１）一次側と二次側を絶縁するトランスと、交流電源から交流電圧が入力される第一のラインと第二のラインと、前記第一のラインと前記第二のラインを介して入力される交流電圧を整流し、平滑する整流平滑手段と、前記第一のラインと前記整流平滑手段との間に設けられ、交流電圧の入力を遮断する遮断手段と、前記整流平滑手段から前記トランスの一次側への電流をスイッチングするためのスイッチング手段と、前記交流電源から第一の閾値よりも高い交流電圧が入力されたことを検知すると、前記交流電圧に応じた電圧を出力する第一の過電圧検知手段と、前記第一の過電圧検知手段が出力する前記電圧を入力し、前記電圧が第二の閾値よりも高いことを検知すると、過電圧検知信号を出力する第二の過電圧検知手段と、前記過電圧検知信号を検知すると、交流電圧の入力を遮断するよう、前記遮断手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする電源装置。
【００１０】
（２）シートに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）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】
【００１１】
本発明によれば、低消費電力で、精度の高い過電圧検知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例との比較のための従来の電源装置の回路構成を示す図
【図２】実施例１の電源装置の回路構成を示す図
【図３】実施例１の電源装置の回路素子における動作波形を示す図
【図４】第一の過電圧検知回路、第二の過電圧検知回路の閾値、各過電圧検知回路における過電圧検知のばらつき範囲の関係を表す図
【図５】実施例２の電源装置の回路構成を示す図
【図６】実施例３の電源装置の回路構成を示す図
【図７】実施例４の電源装置の回路構成を示す図
【図８】実施例５の画像形成装置の模式図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００１４】
［従来の電源装置の概要］
（電源装置の回路構成）
まず、以下の実施例との比較のために、従来の一般的な過電圧保護手段を備えた電源装置の回路構成と動作について、図１を用いて説明する。図１は、従来の電源装置の回路構成を示す図である。図１は、フライバック方式のスイッチング電源の回路を示しており、破線枠線部が過電圧保護回路である。図１において、不図示の交流電源より入力されたＡＣ電圧は、ＡＣインレット１０１、ヒューズ１０２、コモンモードコイル１０６を介して、ブリッジダイオード１０７により全波整流され、一次電解コンデンサ１０８により平滑化される。そして、入力されたＡＣ電圧は、一次電解コンデンサ１０８に概ね一定の直流電圧として充電される。一次電解コンデンサ１０８で平滑された直流電圧の電位のうち、電位が高い側をＤＣＨ、電位が低い側をＤＣＬとする。そして、電源ＩＣ１１９を起動させるため、起動抵抗１０９を介して、起動端子ＨＶに電圧が供給され、電源ＩＣ１１９が起動される。電源ＩＣ１１９は、スイッチング動作を行うＮチャネル型の電界効果トランジスタ１１０（以下、「ＦＥＴ１１０」という）のオン・オフ状態を制御するＩＣである。なお、コンデンサ１０３、１０４はＹコンデンサ（ラインバイパスコンデンサ）、コンデンサ１０５はＸコンデンサ（アクロス・ザ・ラインコンデンサ）である。また、過電流遮断手段であるヒューズ１０２は、ＡＣインレット１０１を介して供給される電流が所定の電流値を超えた場合に、不図示の交流電源からの電力供給を遮断するために用いられる。
【００１５】
トランス１１１には一次巻線Ｎｐ、二次巻線Ｎｓの他に、補助巻線Ｎｈが巻回されており、二次巻線Ｎｓは一次巻線Ｎｐとは巻回方向が逆方向（いわゆるフライバック結合）となるよう構成されている。補助巻線Ｎｈは、一次巻線Ｎｐとは巻回方向が逆方向（いわゆるフライバック結合）となるよう構成されている。
【００１６】
電源ＩＣ１１９は、Ｖｃｃ、ＧＮＤ、ＧＡＴＥ、ＨＶ、ＩＳ、ＦＢ、ＺＣの各端子を有している。電源入力端子であるＶｃｃ端子には、補助巻線Ｎｈに誘起された電圧をダイオード１１７、電解コンデンサ１１８により整流平滑され、電源ＩＣ１１９を駆動する電源電圧Ｖｃｃが入力され、ＧＮＤ端子にはＧＮＤ（グラウンド）電位が入力される。ＧＡＴＥ端子は、コンデンサ、抵抗１１４を介して、ＦＥＴ１１０のゲート端子に接続され、ハイレベル／ローレベルの出力を行うことにより、ＦＥＴ１１０のオン・オフ状態を制御する。ＨＶ端子は高電圧端子である。電源装置の起動時のように電源ＩＣ１１９のＶｃｃ端子への入力電圧が低い場合に、ＨＶ端子に入力された電圧により、電源ＩＣ１１９内部の起動回路から必要な電圧が供給され、電源ＩＣ１１９は、起動時の動作を開始する。電源ＩＣ１１９がＦＥＴ１１０をオン状態からオフ状態にするタイミングは、ＩＳ端子の入力電圧やＦＢ端子の入力電圧に基づいて決定される。
【００１７】
トランス１１１の二次巻線Ｎｓに誘起された電圧は、二次整流ダイオード１２０と二次電解コンデンサ１２１により、整流、平滑されて、直流の出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。シャントレギュレータ１２８は、出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、導通・非導通状態となる。シャントレギュレータ１２８のＲＥＦ（リファレンス）端子には、トランス１１１の出力電圧Ｖｏｕｔを抵抗１２６と抵抗１２７とで分圧した電圧が入力される。ＲＥＦ端子への入力電圧が所定の電圧よりも高ければ、シャントレギュレータ１２８は導通状態となり、逆に所定の電圧よりも低ければ、非導通状態となる。シャントレギュレータ１２８が導通状態になると、抵抗１２２を介して、トランス１１１の二次側に設けられたフォトカプラのＬＥＤ１２３−ａに電流が流れ、ＬＥＤ１２３−ａが発光する。トランス１１１の一次側のフォトカプラのフォトトランジスタ１２３−ｂは、フォトカプラのＬＥＤ１２３−ａが発光しているかどうかにより、オン・オフ状態が制御される。そして、電源ＩＣ１１９のＦＢ端子には、フォトカプラのフォトトランジスタ１２３−ｂの一端が接続され、トランス１１１の出力電圧Ｖｏｕｔに比例した電圧が入力されるように構成されている。
【００１８】
また、電源ＩＣ１１９のＩＳ端子には、トランス１１１の一次巻線Ｎｐに流れる電流により、電流検出抵抗１１６の両端に生じた電圧が入力されるように構成されている。電源ＩＣ１１９は、ＩＳ端子の入力電圧の上限値がＦＢ端子の入力電圧に比例した電圧値となるように決定する。また、電源ＩＣ１１９のＺＣ端子には、補助巻線Ｎｈに誘起された電圧が入力される。電源ＩＣ１１９は、ＺＣ端子に入力される電圧からトランス１１１の回生終了を検出し、ＦＥＴ１１０をオフ状態からオン状態にするタイミングを決定する。
【００１９】
過電圧保護回路は、定電圧素子１３０、抵抗１３１、１３２、コンデンサ１３３、ダイオード１３４から構成され、一次電解コンデンサ１０８の＋端子と同じ電位であるＤＣＨと一次電解コンデンサ１０８の−端子と同じ電位であるＤＣＬ間の電圧を検知する。過電圧保護回路では、ＤＣＨとＤＣＬ間の電位差が所定値を超えると、定電圧素子１３０が導通状態となり、ダイオード１３４、抵抗１１４を介して、ＦＥＴ１１０のゲート端子に電圧が印加され、ＦＥＴ１１０が導通状態となる。
【００２０】
（電源装置の動作）
図１において、ＡＣインレット１０１より入力されたＡＣ電圧は、ブリッジダイオード１０７により全波整流され、一次電解コンデンサ１０８に充電される。更に、起動抵抗１０９を介して供給される電流により電源ＩＣ１１９が起動され、電源ＩＣ１１９によりＦＥＴ１１０がオン状態となり、トランス１１１に電流が流れる。ＦＥＴ１１０がオフ状態になると、トランス１１１の補助巻線Ｎｈとダイオード１１７、電解コンデンサ１１８により生成された直流電圧が、電源ＩＣ１１９の電源Ｖｃｃとして供給され、電源ＩＣ１１９は安定動作を続けることが可能となる。更に、トランス１１１の二次側に誘起された電圧は、二次整流ダイオード１２０と二次電解コンデンサ１２１により整流・平滑されて、安定した直流電圧Ｖｏｕｔが出力される。シャントレギュレータ１２８とフォトカプラ１２３−ａは、出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、フィードバック信号を生成する。そして、フィードバック信号は、フォトカプラ１２３−ｂを介して電源ＩＣ１１９へフィードバックされ、電源ＩＣ１１９はＦＥＴ１１０のデューティ比、及びスイッチング周波数を変化させることにより、出力電圧Ｖｏｕｔの制御を行う。
【００２１】
（過電圧保護回路の動作）
図１に示す従来の電源装置において、交流電源から入力されるＡＣ（交流）電圧として過電圧が入力された場合の動作について説明する。例えば、一次電解コンデンサ１０８の耐電圧をＤＣ（直流）２５０Ｖとする。この一次電解コンデンサ１０８に、ＡＣインレット１０１を介して、入力電圧が２４０Ｖａｃ（ｒｍｓ）のＡＣ電圧が印加された場合には、一次電解コンデンサ１０８には、実効値２４０Ｖの最大値であるＤＣ（直流）電圧３３９Ｖが充電されることになる。一次電解コンデンサ１０８に耐電圧を超える過電圧が印加されると、定電圧素子１３０が導通状態となって降伏電流が流れる。そして、コンデンサ１３３は徐々に充電されて、抵抗１３１、抵抗１３２により分圧された電圧まで充電電圧が上昇しようとする。その結果、ダイオード１３４には順方向電流が流れ、ＦＥＴ１１０のゲート端子に印加される電圧が上昇し、ＦＥＴ１１０はオン状態を続ける。すると、ＦＥＴ１１０に大きな電流が流れるため、過電流遮断手段であるヒューズ１０２の内部エレメントが溶断して、回路を遮断する。過電圧が印加されてからヒューズが溶断されるまでは短時間なので、一次電解コンデンサ１０８は開弁することなく、安全にヒューズ１０２を溶断させることが可能となる。
【実施例１】
【００２２】
実施例１では、前述した従来の一般的な電源装置に、低消費電力ではあるが電圧検知範囲の広い第一の過電圧検知回路と、消費電力は高いが電圧検知範囲が狭く、検知精度の高い第二の過電圧検知回路を有する過電圧保護回路を設けた電源装置について説明する。第一の過電圧検知回路は過電圧を検知すると、第二の過電圧検知回路への給電を開始する。電圧検知の精度が高い第二の過電圧検知回路により、過電圧の検知精度を高めると共に、通常の入力電圧では第二の過電圧検知回路を動作させない回路構成とすることにより、省電力での過電圧保護動作を可能としている。
【００２３】
［電源装置の回路構成］
図２は、本実施例の電源装置の回路構成を示す回路図である。図２において、破線で囲まれた枠線部が、過電圧保護回路２００である。図中のＤＣＨとＤＣＬは、それぞれ一次電解コンデンサ１０８の＋極（高電位側）と−極（低電位側）のノードを示しており、過電圧保護回路２００のＤＣＨとＤＣＬにそれぞれ接続されている。過電圧保護回路２００は、第一の過電圧検知回路と、第二の過電圧検知回路から構成されている。第一の過電圧検知回路は、ＤＣＨに接続されたツェナーダイオード２０１、抵抗２０２、２０３、２０５、２０７、コンデンサ２０４、電界効果トランジスタ２０６（以下、ＦＥＴ２０６という）から構成されている。第二の過電圧検知回路は、シャントレギュレータ２１１、ＰＮＰ型のトランジスタ２０９、抵抗２０８、２１０、ダイオード１３４から構成されている。ツェナーダイオード２０１に接続された抵抗２０２、２０３とコンデンサ２０４は時定数フィルタ回路であり、ＦＥＴ２０６のゲート端子は、時定数フィルタ回路に接続されている。シャントレギュレータ２１１のＲＥＦ端子には、ＦＥＴ２０６がオン状態のときに、抵抗２０５、２０７で分圧された電圧が入力される。シャントレギュレータ２１１は、ＲＥＦ端子に入力された電圧が内部基準電圧以上であればオン状態となり、カソード（Ｋ）側からアノード（Ａ）側に電流が流れる導通状態となる。シャントレギュレータ２１１が導通状態になると、トランジスタ２０９もオン状態となり、電圧Ｖｃｃがトランジスタ２０９を介して、ダイオード１３４へ印加される。ダイオード１３４の出力端子は、ＦＥＴ１１０のゲート端子に、抵抗１１４を介して接続されている。なお、図２に示すその他の回路については、前述した図１と同一のため、説明を省略する。
【００２４】
［過電圧検知回路の動作概要］
次に、図２に示す電源装置の過電圧保護回路２００の動作について、ＡＣインレット１０１を介して入力される不図示の交流電源からのＡＣ電圧に基づいて説明する。なお、過電圧保護回路２００等で使用する回路素子の仕様については、一例として、以下の仕様を満足するものとする。一次電解コンデンサ１０８は、耐電圧がＤＣ２００Ｖの異常電圧対応品である。この場合の異常電圧対応品は、例えば、ＤＣ３５０Ｖの電圧が印加された場合に、３０秒以内では開弁しないものとする。ツェナーダイオード２０１のツェナー電圧はＤＣ２００Ｖとする。また、ツェナー電圧が１００Ｖのツェナーダイオードを２個直列接続して構成したものでもよい。シャントレギュレータ２１１が内部に有する基準電圧は２．４９５Ｖであるとする。また、図２に示す電源装置の定格電圧は、ＡＣ電圧１００Ｖａｃ（ｒｍｓ）〜１２７Ｖａｃ（ｒｍｓ）であり、ＡＣ電圧の実効値は１００Ｖ〜１２７Ｖである。また、この場合のＡＣ電圧に対応するＤＣ電圧の最大値はＤＣ１４０Ｖ〜１７９Ｖとなる。
【００２５】
不図示の交流電源からの入力電圧は、次の３つのケースについて説明する。ケース１は、第一の過電圧回路が動作しない電圧の場合、ケース２は第一の過電圧回路は動作するが第二の過電圧回路が動作しない電圧の場合、ケース３は第一の過電圧回路と第二の過電圧回路が両方とも動作する電圧である場合である。
【００２６】
（１）ケース１：第一の過電圧回路が動作しない入力電圧の場合
不図示の交流電源からの入力電圧は、例えばＡＣ電圧１４０Ｖａｃ（ｒｍｓ）（ＡＣ電圧の実効値は１４０Ｖ）とする（この場合のＤＣ電圧の最大値はＤＣ１９８Ｖとなる）。ＡＣ入力電圧が１４０Ｖａｃ（ｒｍｓ）の場合、一次電解コンデンサ１０８に充電される直流電圧は１９８Ｖとなる。そのため、ツェナーダイオード２０１には、第一の閾値であるツェナー電圧以下の電圧しか印加されないため、ツェナーダイオード２０１には殆ど電流が流れない。そのため、抵抗２０２、２０３で分圧された電圧は、ＦＥＴ２０６をオンさせるゲート端子の閾値電圧には達しない。ＦＥＴ２０６がオフ状態なので、抵抗２０７には電流が流れず、シャントレギュレータ２１１のＲＥＦ端子の入力電圧も低いので、シャントレギュレータ２１１はオフ状態（非導通状態）のままとなる。その結果、シャントレギュレータ２１１のカソード端子（Ｋ）はオープン状態となり、シャントレギュレータ２１１のカソード端子（Ｋ）には電流が流れない。シャントレギュレータ２１１に電流が流れないので、抵抗２０８による電圧降下が発生せず、トランジスタ２０９のベース−エミッタ間の電圧は殆ど０Ｖとなり、トランジスタ２０９もオフ状態のままとなり、第二の過電圧検知回路も動作しない。このときの電力消費は、ツェナーダイオード２０１にわずかに流れる電流による電力消費のみとなり、過電圧保護回路２００における消費電力は１ｍＷ以下となっている。
【００２７】
（２）ケース２：第一の過電圧回路は動作するが、第二の過電圧回路は動作しない場合
不図示の交流電源からの入力電圧は、例えばＡＣ電圧１４５Ｖａｃ（ｒｍｓ）（ＡＣ電圧の実効値は１４５Ｖ）とする（この場合のＤＣ電圧の最大値はＤＣ２０５Ｖとなる）。ＡＣ入力電圧が１４５Ｖａｃ（ｒｍｓ）の場合、一次電解コンデンサ１０８に充電される直流電圧は２０５Ｖとなる。一次電解コンデンサ１０８のＤＣ電圧が２０５Ｖとなると、ツェナー電圧の２００Ｖより高いため、ツェナーダイオード２０１には電流が流れ始める。ツェナーダイオード２０１は導通状態となり、ツェナー電圧の２００Ｖを超えた電圧差分である５Ｖ（＝２０５Ｖ−２００Ｖ）が、抵抗２０２、２０３に印加され、抵抗２０２、２０３により分圧された電圧がＦＥＴ２０６のゲート端子に印加される。このとき、ＦＥＴ２０６のゲート端子に印加される電圧が閾値を超えると、ＦＥＴ２０６はオン状態となり、抵抗２０５、抵抗２０７を介して電流が流れ、抵抗２０７に流れる電流により、抵抗２０７の両端には電圧が発生する。このため、ＦＥＴ２０６のゲート−ソース端子間電圧は低下するが、抵抗２０７の両端に発生する電圧が小さいため、ＦＥＴ２０６はオン状態を保持した状態になる。
【００２８】
このとき、シャントレギュレータ２１１による電圧検知の精度は、シャントレギュレータ２１１内部の基準電圧の電圧精度と、分圧する抵抗２０５、２０７の抵抗値の許容誤差の精度によって定まり、±２％以内の高精度の電圧検知が可能である。しかしながら、シャントレギュレータ２１１のＲＥＦ端子への入力電流が、シャントレギュレータ２１１の検知電圧の精度に与える影響を考慮すると、抵抗２０５、２０７に流れる電流はシャントレギュレータ２１１のバイアス電流の１００倍程度にする必要がある。そのため、抵抗２０５、２０７の抵抗値をあまり大きくすることができないので、本実施例では、交流電源からの入力電圧が例えばＡＣ２２５Ｖのときには、１２０μＡ程度の電流が流れるように構成されている。そして、このときの過電圧保護回路２００における消費電力は２７ｍＷ程度となる。
【００２９】
シャントレギュレータ２１１のＲＥＦ端子には、抵抗２０５、２０７により分圧された電圧が印加される。シャントレギュレータ２１１は、内部に有する基準電圧とＲＥＦ端子の入力電圧を比較し、ＲＥＦ端子の入力電圧の方が高い場合には、シャントレギュレータ２１１は導通状態（オン状態）となり、カソード端子（Ｋ）とアノード端子（Ａ）の間を電流が流れる。ケース２では、抵抗２０５、２０７により分圧された電圧はシャントレギュレータ２１１内部の基準電圧より低い場合を想定している。従って、この場合には、シャントレギュレータ２１１は非導通状態（オフ状態）となり、シャントレギュレータ２１１のカソード端子（Ｋ）、アノード端子（Ａ）間はオープン状態となる。その結果、トランジスタ２０９はオン状態とならず、第二の過電圧検知回路は動作しないことになる。
【００３０】
（３）ケース３：第一の過電圧回路、第二の過電圧回路が共に動作する入力電圧の場合
不図示の交流電源からの入力電圧は、例えばＡＣ電圧２３０Ｖａｃ（ｒｍｓ）（ＡＣ電圧の実効値は２３０Ｖ）とする（この場合のＤＣ電圧の最大値はＤＣ３２５Ｖとなる）。電源装置の定格電圧範囲を超えたＡＣ電圧２３０Ｖａｃ（ｒｍｓ）がＡＣインレット１０１を介して電源装置に入力されると、一次電解コンデンサ１０８はＤＣ３２５Ｖに充電され始める。このとき、ツェナーダイオード２０１への印加電圧は、ツェナー電圧のＤＣ２００Ｖを超えているため、ツェナーダイオード２０１は導通状態となって電流が流れ、ツェナーダイオード２０１は両端電圧をＤＣ２００Ｖ一定にしようとする。このときに流れる電流が抵抗２０２と抵抗２０３に電圧を発生させて、電圧バランスがとれるようになる。従って、コンデンサ２０４及び抵抗２０３の両端電圧は、ツェナーダイオード２０１に印加されたＤＣ３２５Ｖからツェナー電圧であるＤＣ２００Ｖを差し引いた直流電圧１２５Ｖを抵抗２０２と抵抗２０３で分圧した電圧値となる。
【００３１】
ＦＥＴ２０６のゲート−ソース端子間には、ＦＥＴ２０６がオン状態となる閾値よりも高い電圧が印加されるため、ＦＥＴ２０６はオン状態となり、抵抗２０５、２０７により分圧された電圧が、シャントレギュレータ２１１のＲＥＦ端子に入力される。このとき、シャントレギュレータ２１１のＲＥＦ端子に入力される電圧は、第二の閾値であるシャントレギュレータ２１１の内部の基準電圧２．４９５Ｖよりも高いので、シャントレギュレータ２１１は導通状態となる。そのため、シャントレギュレータ２１１のカソード端子（Ｋ）の電圧は、ほぼ２．４９５Ｖまで低下して、トランジスタ２０９に電流が流れ、トランジスタ２０９はオン状態になる。その結果、電圧Ｖｃｃがトランジスタ２０９、ダイオード１３４、抵抗１１４を介して、ＦＥＴ１１０のゲート端子に印加され、強制的にＦＥＴ１１０はオン状態となる。そして、ＡＣインレット１０１を介して入力された不図示の交流電源からの過電圧に応じた電流がヒューズ１０２に流れることにより、ヒューズ１０２は溶断されてオープン状態となり、回路が遮断される。
【００３２】
［電源装置の動作波形］
図３は、上述したケース３の場合の電源装置の回路素子における動作波形を示す図であり、横軸は時間ｔを示す。図３において、（ａ）はＡＣインレット１０１を介して入力されるＡＣ電圧波形（正弦波）、（ｂ）は一次電解コンデンサ１０８に充電される直流電圧の波形、（ｃ）は過電圧保護回路２００のコンデンサ２０４に充電される電圧波形を示している。更に、（ｄ）はシャントレギュレータ２１１のＲＥＦ端子に入力される電圧波形、（ｅ）はＦＥＴ１１０のゲート端子に入力される電圧波形、（ｆ）はヒューズ１０２が溶断されるタイミングを表している波形である。
【００３３】
不図示の交流電源から、ＡＣインレット１０１を介して、図３（ａ）に示す正弦波のＡＣ電圧が入力されると、ブリッジダイオード１０７により全波整流された脈流出力（図３（ｂ）の破線）が一次電解コンデンサ１０８に印加される。入力されたＡＣ電圧は一次電解コンデンサ１０８に充電され、一次電解コンデンサ１０８の電圧波形は、図３（ｂ）の実線で示す波形となる。一次電解コンデンサ１０８に充電された電圧は、過電圧保護回路２００に入力される。
【００３４】
図３（ｃ）は、一次電解コンデンサ１０８に充電された電圧がコンデンサ２０４に充電され、ＦＥＴ２０６のゲート端子に印加され、ＦＥＴ２０６がオン状態になる様子を示す図であり、実線で示す波形はコンデンサ２０４の電圧波形を示す。一次電解コンデンサ１０８に充電された電圧がツェナーダイオード２０１のツェナー電圧よりも低い場合には、ツェナーダイオード２０１は導通状態にはならず、コンデンサ２０４には電圧が充電されない。ところが、一次電解コンデンサ１０８に充電された電圧がツェナーダイオード２０１のツェナー電圧よりも高くなると、ツェナーダイオード２０１は導通状態となり、コンデンサ２０４は充電され、図３（ｃ）に示すコンデンサ２０４の電圧が上昇する。そして、コンデンサ２０４の電圧はＦＥＴ２０６のゲート端子に印加され、電圧が所定値を超えると、ＦＥＴ２０６はオン状態となる。この場合の所定値である電圧は、ＦＥＴ２０６のゲート端子−ソース端子間のゲート閾電圧と、抵抗２０７の両端に生じ、シャントレギュレータ２１１のＲＥＦ端子に入力される電圧Ｖｒｅｆと、により決定される。また、ＦＥＴ２０６のゲート端子にコンデンサ２０４から電圧が印加されてから、ＦＥＴ２０６がオン状態になるまでの時間を「ゲートオン時間」という。ゲートオン時間は抵抗２０２とコンデンサ２０４の時定数により決定され、瞬時の電圧変動による誤動作を防止するため、数秒となるように設定してもよい。
【００３５】
ＦＥＴ２０６がオン状態になると、図３（ｄ）に示すように、ＦＥＴ２０６のドレイン電流により抵抗２０７の両端に生じる電圧が、シャントレギュレータ２１１のＲＥＦ端子に入力される。ＡＣインレット１０１を介して入力される過電圧により、コンデンサ２０４の充電電圧が上昇し、これに伴い、ＦＥＴ２０６のドレイン電流も上昇し、シャントレギュレータ２１１のＲＥＦ端子に入力される抵抗２０７の両端電圧も上昇する。そして、ＲＥＦ端子の入力電圧が、シャントレギュレータ２１１内部の基準電圧よりも高くなると、シャントレギュレータ２１１は導通状態となり、カソード端子（Ｋ）からアノード端子（Ａ）に電流が流れる。その結果、トランジスタ２０９がオン状態となり、図３（ｅ）に示すように、トランジスタ２０９、ダイオード１３４、抵抗１４４を介して、電圧ＶｃｃがＦＥＴ１１０のゲート端子に印加される。ＦＥＴ１１０のゲート端子に印加されるゲート電圧Ｖｇｓが上昇すると、ＦＥＴ１１０を流れる電流値が上昇する。その結果、図３（ｆ）に示すように、所定の電流値を超える電流がヒューズ１０２の溶断時間を超えて流れると、ヒューズ１０２は溶断されてオープン状態（溶断完了）となり、ＡＣインレット１０１を介した電力供給が遮断される。ヒューズ１０２の溶断時間は、使用するヒューズや使用される環境、たとえばラインインピーダンスにより、ばらつきが生じる。
【００３６】
［過電圧保護回路における検知電圧のばらつき］
第一の過電圧検知回路のツェナーダイオード２０１は、印加される電圧がツェナー電圧以下であれば殆ど電流が流れない。そのため、電源装置が定格電圧の範囲内で使用される場合には、ツェナーダイオード２０１には非導通状態の電圧が印加されるので、消費電力は殆ど発生せず、省電力運転が可能となる。また、ＲＥＦ端子に入力される電圧により、第二の過電圧検知回路のシャントレギュレータ２１１が導通状態となる電圧は、抵抗２０５、２０７の抵抗値、及び抵抗値の許容誤差の精度、シャントレギュレータ２１１の内部基準電圧の電圧精度に依存する。一般的な部品、例えば、内部基準電圧の電圧精度が±０．７５％のシャントレギュレータや抵抗値の許容誤差が±１％の精度の抵抗を使用しても、シャントレギュレータが導通状態となる電圧のばらつき範囲は、次のようになる。すなわち、電圧のばらつき範囲は、第二の過電圧検知回路の検知ばらつき下限である電圧２（例えばＤＣ２２１Ｖ）（図４）〜第二の過電圧検知回路の検知ばらつき上限である電圧４（例えばＤＣ２２８Ｖ）（図４）と小さく、電圧精度が高い。そのため、素子の動作電圧ばらつきを考慮しても、保護目標電圧である電圧５（図４）よりも低い電圧で、保護動作を行う事が可能となる。
【００３７】
図４は、第一の過電圧検知回路、及び第二の過電圧検知回路における検知電圧のばらつき範囲と、電源装置の定格電圧の関係を示す図である。図４において、縦軸は入力電圧を示し、横軸は、入力交流電圧に対応する直流電圧を示す定格電圧（ＤＣ電圧）、第一の過電圧検知回路における検知電圧範囲、第二の過電圧検知回路における検知電圧範囲を示す。
【００３８】
本実施例の電源装置の定格電圧範囲はＡＣ１００Ｖ〜１２７Ｖであり、ＤＣ電圧ではＤＣ１４０Ｖ〜１７９Ｖとなる。ツェナーダイオード２０１を有する第一の過電圧検知回路が動作を開始する電圧であるツェナー電圧として、例えばＤＣ２００Ｖのツェナーダイオード２０１を選定すると、動作開始電圧のばらつきは次のようになる。すなわち、図４に示すように、低い電圧で動作するものでは電圧１（例えばＤＣ１８８Ｖ）、高い電圧で動作するものでは電圧３（例えばＤＣ２２５Ｖ程度）と、使用する部品のばらつきにより、動作開始電圧のばらつきが大きい。即ち、ツェナーダイオード２０１のツェナー電圧のばらつきによって、第一の過電圧検知回路は電圧１から動作する場合もあれば、電圧３まで動作しない場合も存在する。一方、第二の過電圧検知回路のシャントレギュレータ２１１は、上述したように、入力電圧が電圧２（例えばＤＣ２２１Ｖ）〜電圧４（例えばＤＣ２２８Ｖ）となったときに動作する。そのため、第二の過電圧検知回路が動作する電圧の上限値（電圧４）が第一の過電圧検知回路が動作する電圧の上限値（電圧３）より高く、かつ第一の過電圧検知回路の動作電圧の下限値（電圧１）が電源装置の定格電圧の上限電圧よりも高くなるよう設定している。このように、本実施例では、第一の過電圧検知回路のツェナーダイオード２０１、第二の過電圧検知回路のシャントレギュレータ２１１にどのような電圧ばらつきの部品が配置されても、通常時は第一の過電圧検知回路が動作しない構成としている。その結果、本実施例の電源装置は、入力電圧が定格電圧範囲内では低消費電力にて動作することが可能となる。更に、過電圧印加時の保護動作、即ち電源装置の回路を遮断する電圧のばらつきは、第二の過電圧検知回路の電圧ばらつきとして管理することが可能となる。なお、ここで示した電圧については、第一の過電圧検知回路の動作電圧範囲と第二の過電圧検知回路の動作電圧範囲の関係の一例を示すものであり、動作電圧等の条件によって、この動作電圧範囲の適用範囲を設定することが可能である。
【００３９】
［過電圧保護回路における時定数設定の条件］
本実施例の電源装置は、第二の過電圧検知回路が動作することにより、ＦＥＴ１１０をオン状態にして過電流遮断手段であるヒューズを溶断し、電源装置への電力供給を遮断する回路構成となっている。この場合、回路定数ならびに部品選定により設定される時間は、「過電圧保護回路２００が動作してヒューズ１０２が溶断されるまでの時間  ＜  一次電解コンデンサ１０８の開弁時間」を満足することが必須となる。過電圧保護回路２００が動作してヒューズ１０２が溶断されるまでの時間は、主にツェナーダイオード２０１のツェナー電圧、抵抗２０２、２０３の抵抗値、コンデンサ２０４の静電容量、ヒューズ１０２単体の溶断時間によりほぼ決定される。そして、この時間が一次電解コンデンサ１０８の開弁する時間よりも短くなるように、各素子の定数を決定する必要がある。この場合、ＦＥＴ２０６のゲートオン時間をあまりに短い時間に設定すると、定格電圧範囲のＡＣ電圧が電源装置には入力されていても、ノイズなどの電圧変動によって、ＦＥＴ２０６がオン状態になってしまう場合がある。そのため、ＦＥＴ２０６のゲートオン時間の時間設定には留意する必要がある。特に、瞬時電圧変動により、０．５秒程度の外来サージ電圧が印加されることがあることを考慮して、この影響を除くためには、数秒程度の時定数を設けておくことが好ましい。この時定数は、主にコンデンサ２０４の静電容量値によるか、更に第二の過電圧検知回路のシャントレギュレータ２１１にも時定数回路を設けることにより、時間設定を行うことが好ましい。
【００４０】
［ヒューズ、電解コンデンサ選定の条件］
ヒューズ１０２が単体で溶断する時間は、使用するヒューズの種類によっても異なる。例えば、６．３Ａ品でＥＮ６０１２７−２  Ｓ．Ｓ．５規格に適合するタイムラグ特性を示すヒューズであれば、４倍の電流（２５．２Ａ）が流れた時には０．１５秒〜５秒、１０倍の電流（６３Ａ）が流れた時には０．０２秒〜０．１秒で溶断される。また、６．３Ａ品でＥＮ６０１２７−２  Ｓ．Ｓ．１規格に適合する速断特性を示すヒューズであれば、４倍の電流（２５．２Ａ）が流れた時には０．００３秒〜０．３秒、１０倍の電流（６３Ａ）が流れた時には０．０２秒以内で溶断される。このように、選定するヒューズによっても溶断時間が異なるため、ヒューズの選定は、過電圧保護回路２００が動作してヒューズ１０２が溶断されるまでの時間に大きく関係する。そのため、ヒューズ１０２の選定には注意が必要である。
【００４１】
また、過電圧検知時には、ＦＥＴ１１０をオン状態に保持する電源ＩＣ１１９の電源電圧Ｖｃｃは、電解コンデンサ１１８に蓄えられる電圧に依存している。ところが、ヒューズ１０２を溶断するにはＦＥＴ１１０をオン状態に保持する必要があり、ＦＥＴ１１０がオン状態のときには、補助巻線Ｎｈには電圧が誘起されない。そのため、第二の過電圧検知回路が動作した後は、トランス１１１から電解コンデンサ１１８へ電力が供給されなくなる。確実にヒューズ１０２を溶断するためには、ヒューズ１０２が溶断されるまでの時間、ＦＥＴ１１０のオン状態を保持しつつ、電源ＩＣ１１９等の消費電力も賄えるよう、電解コンデンサ１１８には充分な容量が必要であることは言うまでもない。
【００４２】
また、同じ定格電圧の一次電解コンデンサでも開弁時間や開弁電圧が異なるので、一次電解コンデンサ１０８の部品選定に関しては注意が必要である。本実施例では、異常電圧対応品を使用している。一般的に、メーカカタログに異常電圧対応品と表記されている電解コンデンサであれば、陽極用高純度アルミニウム箔表面に形成された酸化皮膜の厚みが、異電圧対応品でないものに比べ、より厚い。そのため、定格電圧が２００Ｖ品の電解コンデンサであっても、更に高い電圧で開弁する特性を示す。
【００４３】
以上説明したように、本実施例によれば、低消費電力で、精度の高い過電圧検知を行うことができる。過電圧保護回路を従来の電源回路に付け加えて使用することにより、定格電圧範囲を超えた過電圧が印加された場合にも、一次電解コンデンサが開弁して電解液が噴出するといった課題を解決することができる。更に、一次電解コンデンサに高耐圧品や過電圧対応品を用いなくとも、回路による過電圧保護が可能となるため、装置の小型化、低コスト化が可能となる。また、本実施例では定電圧素子としてツェナーダイオードを使用したが、定電圧素子は環境温度や製造ばらつきによる動作電圧の条件が満足されるのであれば、例えばバリスタ等の定電圧素子を使用しても良い。バリスタを使用する場合には、バリスタ電圧が過電圧を検知する電圧となる。また、過電流を遮断する素子としては、本実施例ではヒューズを使用したが、ヒューズに限るものではなく、例えば電流ブレーカ等の電流遮断素子を使用しても同様の効果が得られる。更に、第二の過電圧検知回路では、過電圧を検知する素子としてシャントレギュレータを使用したが、例えば、入力電圧と基準電圧を比較して、比較結果を出力するコンパレータを使用してもよい。
【実施例２】
【００４４】
実施例１では、ブリッジダイオードの後段に配置された一次電解コンデンサの＋極であるＤＣＨ（高電位側）と−極であるＤＣＬ（低電位側）間に印加された直流電圧を入力し、過電圧を検知するよう構成した過電圧保護回路について説明した。実施例２では、ブリッジダイオードの前段部から過電圧保護回路へ交流電源からの電圧を入力し、過電圧検知を行う実施例について説明する。
【００４５】
［電源装置の回路構成］
図５は、本実施例の電源装置の回路構成を示す回路図である。実施例１の図２の回路図と比べ、図５の回路図では、ヒューズ１０２とコンデンサ１０３、１０４の間にダイオード４０１、４０２が追加され、過電圧保護回路２００にはコンデンサ４０３が追加されている点が異なる。図５において、ＡＣインレット１０１のヒューズ１０２が接続されている側のラインである第一のラインをライブ（Ｌｉｖｅ）側とし、ヒューズ１０２が接続されていないラインである第二のラインをニュートラル（Ｎｅｕｔｒａｌ）側とする。ダイオード４０１、４０２のアノード端子は、それぞれライブ側、ニュートラル側のラインに接続されている。また、ダイオード４０１のカソード端子とダイオード４０２のカソード端子が互いに接続され、過電圧保護回路２００にＡＣＶとして入力される。また、過電圧保護回路２００では、コンデンサ４０３が入力端のＡＣＶとＤＣＬの間に設けられている。その他の回路については、実施例１の図２に示す回路と同じであり、説明を省略する。
【００４６】
［電源装置の動作］
図５において、ライブ側ラインの入力電圧がニュートラル側ラインの入力電圧よりも高い場合、ＡＣインレット１０１からの入力電流は次のように流れる。すなわち、入力電流は、ライブ側ラインからダイオード４０１、コンデンサ４０３、整流後の低電位側端子（ＤＣＬ）、ブリッジダイオード１０７を通ってニュートラル側ラインへと流れ、コンデンサ４０３を充電する。一方、ニュートラル側ラインの入力電圧がライブ側ラインの入力電圧よりも高い場合には、ＡＣインレット１０１からの入力電流は次のように流れる。すなわち、入力電流は、ニュートラル側ラインからダイオード４０２、コンデンサ４０３、整流後の低電位側端子（ＤＣＬ）、ブリッジダイオード１０７を通ってライブ側ラインへと電流が流れ、コンデンサ４０３を充電する。このようにして、過電圧保護回路２００は、実施例１で説明したブリッジダイオード１０７で整流後の電圧を入力した場合と同様に、ブリッジダイオード１０７の前段から入力電圧を取得することが可能となる。
【００４７】
以上説明したように、本実施例によれば、低消費電力で、精度の高い過電圧検知を行うことができる。また、本実施例では、２つのダイオード４０１、４０２を用いて、ライブ側とニュートラル側の両方を整流する全波整流を行っている。しかしながら、ＡＣ入力電圧の過電圧だけを考えれば、ライブ側ライン又はニュートラル側ラインのいずれか一方の電圧が検出できればよいので、ダイオード４０１、４０２のいずれか一方の出力だけを用いて、過電圧の検知を行ってもよい。
【実施例３】
【００４８】
実施例３では、第二の過電圧検知回路にラッチ回路を設け、過電圧を検知した場合にその状態を保持することにより、確実にヒューズを溶断できる構成について説明する。
【００４９】
［第二の過電圧検知回路の回路構成］
図６は、本実施例の電源装置の回路構成を示す回路図である。実施例１の図２の回路図と比べ、図６の回路図では、トランジスタ５０３、コンデンサ５０５、抵抗５０１、５０２、５０４から構成されたラッチ回路が追加されている点が異なる。ラッチ回路において、トランジスタ５０３のコレクタ端子には抵抗５０４の一端が接続され、エミッタ端子はＤＣＬ（低電位側）に接続されている。抵抗５０４の他端はトランジスタ２０９のベース端子に接続されている。トランジスタ５０３のベース端子には、抵抗５０１、５０２が接続され、抵抗５０１の他方の端子はトランジスタ２０９のコレクタ端子に接続され、抵抗５０２の他方の端子はＤＣＬ（低電位側）に接続されている。また、コンデンサ５０５は抵抗５０２に並列に接続されている。その他の回路については、図２と同様なので、説明を省略する。
【００５０】
［第二の過電圧検知回路の動作］
次に、過電圧保護回路２００への入力電圧が上昇して、第一の過電圧検知回路が動作した後、第二の過電圧検知回路が動作する電圧であった場合の回路動作について説明する。第一の過電圧検知回路が動作することにより、シャントレギュレータ２１１のＲＥＦ端子への入力電圧が上昇し、シャントレギュレータ２１１の内部基準電圧以上になると、シャントレギュレータ２１１はオン状態となる。そして、シャントレギュレータ２１１のカソード端子（Ｋ）−アノード端子（Ａ）間に電流が流れ、カソード端子（Ｋ）側の電圧が低下する。その結果、抵抗２０８、２１０に電流が流れ、抵抗２０８の両端に生じる電圧がトランジスタ２０９のベース−エミッタ間電圧が閾値を超えると、トランジスタ２０９はオン状態となる。トランジスタ２０９がオンすると、ダイオード１３４、抵抗１１４を介して、ＦＥＴ１１０のゲート端子に電圧が印加される。
【００５１】
一方、トランジスタ２０９のコレクタ端子は、抵抗５０１を介してトランジスタ５０３のベース端子に接続されている。トランジスタ２０９がオン状態となり、コレクタ端子電圧が上昇すると、トランジスタ５０３のベース端子にベース電流が流れ、トランジスタ５０３はオン状態となる。そして、トランジスタ５０３がオン状態になると、抵抗２０８、５０４を介してトランジスタ５０３に電流が流れることにより、トランジスタ２０９のベース端子にもベース電流が流れ、トランジスタ２０９がオン状態を保持する電圧が印加される。その結果、シャントレギュレータ２１１がオン状態かどうかに依らず、トランジスタ２０９をオン状態に保持することができ、過電圧保護回路２００の入力電圧が過電圧状態でなくなっても、トランジスタ２０９はＦＥＴ１１０をオンし続ける。このような回路構成により、一旦、第二の過電圧検知回路が動作すると、確実にヒューズ１０２を溶断するように動作させることが可能となる。また、上述したラッチ回路が誤動作しないよう、ラッチ回路に時定数を設けるために、本実施例ではコンデンサ５０５を追加しており、外来サージ等によるノイズが印加された場合でも、誤動作によりヒューズ１０２を溶断されることがないよう、構成されている。更に、上述したラッチ回路のような状態保持手段を設ける構成は、前述した実施例１、２、及び後述する実施例４にも適用が可能である。
【００５２】
以上説明したように、本実施例によれば、低消費電力で、精度の高い過電圧検知を行うことができる。
【実施例４】
【００５３】
実施例４では、いわゆる待機電源と、メイン電源の２つの電源を備えた電源装置における過電圧保護回路について説明する。例えば、レーザビームプリンタのような画像形成装置では、装置の待機時に必要な電力を供給する、いわゆる待機電源と、プリント動作に必要な電力を供給するメイン電源の、少なくとも２つの電源を搭載した電源装置を備えている。この場合、装置がプリント動作を行っていない待機状態では、常時オンしている待機電源より必要な電力を供給し、プリント動作を行うプリント命令を実行する際にはメイン電源を動作させることにより、装置の待機時の省電力化を実現している。そのため、本実施例では、過電圧が検知された場合には、第一の遮断手段であるヒューズを溶断するのではなく、メイン電源への電力供給を遮断する構成について説明する。
【００５４】
［電源装置の回路構成］
図７は、本実施例の電源装置の回路構成を示す回路図である。実施例１の図２の回路図と比べ、図７の回路図では、メイン電源６００が追加されている点、メイン電源６００への電力供給を制御する制御回路６０９が追加されている点、過電圧保護回路２００の出力先が制御回路６０９である点が異なる。なお、制御回路６０９は、図７の電源装置内部に設けられているものとする。
【００５５】
過電圧保護回路２００は、前述した実施例１では、過電圧を検知した場合には、ダイオード１３４、抵抗１１４を介して、ＦＥＴ１１０のゲート端子に電流を供給し、ＦＥＴ１１０をオン状態にしていた。ところが、本実施例では、過電圧保護回路２００からトランジスタ２０９、抵抗２０８を削除し、抵抗２１０とシャントレギュレータ２１１の間にフォトカプラＰＣ１を設けている。そして、実施例１のように、過電圧検知時にＦＥＴ１１０のゲート端子に電圧を印加して、ＦＥＴ１１０をオン状態にするのではなく、フォトカプラＰＣ１を介して制御回路６０９のＣＰＵ６１０に過電圧検知を通知する構成としている。
【００５６】
電圧Ｖｏｕｔとは異なる電圧を生成する電圧生成部であるメイン電源６００には、ＡＣインレット１０１、パワーサーミスタ６０１、双方向サイリスタ６０２（以下、「トライアック６０２」という）を介して、不図示の交流電源から交流電圧が入力される。第二の遮断手段であるトライアック６０２は、抵抗６０３、６０４を介して接続されているフォトトライアックカプラＰＴＲのトライアック制御部ＰＴＲ−ＴＲにより、オン・オフ状態が制御され、メイン電源６００への電力供給、遮断が行われる。メイン電源６００は、入力される交流電圧を全波整流するダイオードブリッジ６０５、整流された電圧を平滑する一次電解コンデンサ６０６、所要の直流電圧、例えばＤＣ２４Ｖを生成し、負荷６０８に供給する絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６０７を有している。
【００５７】
制御回路６０９は、端子６１１と端子６１２を有するＣＰＵ６１０と、端子６１１とプルアップ抵抗に接続されたフォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタと、端子６１２に接続されたフォトトライアックカプラＰＴＲを有する。端子６１１には、過電圧保護回路２００から過電圧検知を通知する信号が入力され、端子６１２からは、メイン電源６００への電力供給を行うトライアック６０２を制御する制御信号が出力される。
【００５８】
また、本実施例では、コモンモードコイル１０６とブリッジダイオード１０７の間に、前述したトライアック６０２に接続されたパワーサーミスタ６０１と並列に、パワーサーミスタ１３５が追加されている。更に、本実施例の場合は、ヒューズを溶断することによって、一次電解コンデンサ１０８を保護することはできない。そのため、本実施例での一次電解コンデンサ１０８には、実施例１で使用された電解コンデンサよりも高い耐電圧の電解コンデンサが使用されている。すなわち、過電圧が印加されても開弁しない、例えば、入力電圧がＡＣ１００Ｖ系であればＤＣ４００Ｖ〜４５０Ｖ耐圧の電解コンデンサやフィルムコンデンサ、セラミックコンデンサなどが本実施例では使用される。その他の回路については、実施例１の図２に示す回路と同じであり、説明を省略する。
【００５９】
［電源装置の動作］
次に、本実施例の電源装置の動作について説明する。ここでは、本実施例において追加された回路における動作について説明し、実施例１と同様の回路の動作については、説明を省略する。本実施例では、過電圧保護回路２００の第二の過電圧検知回路であるシャントレギュレータ２１１が過電圧を検知してオン状態になると、フォトカプラＰＣ１はオンし、フォトカプラＰＣ１のＬＥＤは導通状態となって、点灯する。すると、制御回路６０９のＣＰＵ６１０の端子６１１に接続されたフォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタがオンし、プルアップ抵抗を介して電流が流れることにより、ＣＰＵ６１０の端子６１１に過電圧検知信号であるローレベル信号が入力される。
【００６０】
制御回路６０９のＣＰＵ６１０は、端子６１２に接続されたフォトトライアックカプラＰＴＲの制御を行うことにより、メイン電源６００の動作制御を行う。例えば、本実施例の電源装置が画像形成装置に搭載され、画像形成装置が印刷を行うプリント命令を実行する場合には、ＣＰＵ６１０は、メイン電源６００に電力が供給され、必要な電圧を負荷６０８に供給できるように、トライアック６０２を制御する。すなわち、図７において、ＣＰＵ６１０は、端子６１２からハイレベル信号を出力する。これにより、端子６１２に接続されたフォトトライアックカプラＰＴＲのＬＥＤは導通状態となって電流が流れ、点灯すると、フォトトライアックカプラＰＴＲのトライアック制御部ＰＴＲ−ＴＲがオンする。トライアック制御部ＰＴＲ−ＴＲがオンすることにより、トライアック６０２もオン状態となり、不図示の交流電源からＡＣインレット１０１、ヒューズ１０２、パワーサーミスタ６０１、トライアック６０２を介して、メイン電源６００に電力供給が行われる。
【００６１】
一方、例えば画像形成装置がプリント動作を行っていない待機状態や、過電圧保護回路２００が過電圧を検知した場合には、ＣＰＵ６１０はメイン電源６００への電力供給を遮断するように、トライアック６０２を制御する。すなわち、ＣＰＵ６１０は端子６１１にローレベル信号が入力されると、不図示の交流電源からの入力電圧が過電圧であると判断し、端子６１２からローレベル信号を出力する。その結果、端子６１２に接続されたフォトトライアックカプラＰＴＲのＬＥＤには、電流が流れなくなり、消灯する。これにより、フォトトライアックカプラＰＴＲのトライアック制御部ＰＴＲ−ＴＲがオフし、トライアック６０２もオフ状態となり、メイン電源６００への電力供給が遮断される。
【００６２】
また、本実施例の回路構成により、メイン電源６００に設けられた一次電解コンデンサ６０６の給電時間は、メイン電源６００が電力供給されている時間に限定されるため、一次電解コンデンサ６０６に電流が流れている時間を飛躍的に短縮させることができる。その結果、電源装置の通常運転時の電圧印加時間のみならず、過電圧が印加される時間も管理できることになり、一次電解コンデンサとして使用される電解コンデンサについて、コスト、サイズ、必要寿命の観点から、より最適なものを選定することが可能となる。
【００６３】
本実施例では、ヒューズ溶断による電力供給の遮断を行わない構成にすることにより、電源スイッチのオフ／オンや電源プラグ（ＡＣインレット）の抜き差しなどで復帰可能な構成による過電圧保護動作を行うことができる。また、遮断素子としては、トライアックを使用した例を示した。しかしながら、電源スイッチのオフ／オンやコンセント（ＡＣインレット）の抜き差しなどで復帰可能な構成のものであれば、例えばリレーやＦＥＴ、トランジスタといったスイッチング素子でも構成できることは言うまでもない。また、本実施例では、制御回路６０９は電源装置内に設けられているとしたが、例えば画像形成装置が有する制御回路やコントローラ内に設けられていてもよい。
【００６４】
以上説明したように、本実施例によれば、低消費電力で、精度の高い過電圧検知を行うことができる。
【実施例５】
【００６５】
実施例１〜４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１〜４の電源装置が適用される画像形成装置の構成について説明する。
【００６６】
［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４００を備えている。なお、実施例１〜４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。
【００６７】
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不図示のコントローラを備えており、実施例１〜４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４に記載の電源装置のメイン電源６００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４の負荷６０８は、駆動部に相当する。本実施例の画像形成装置は、省電力を実現する待機状態にある場合には、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。
【００６８】
以上説明したように、本実施例によれば、低消費電力で、精度の高い過電圧検知を行うことができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０２    ヒューズ
１１０    ＦＥＴ
１１１    トランス
２０９    トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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