(57)【要約】【課題】冷却ファンの動作の状態を考慮して、過電流保護を行うこと。【解決手段】一次側と二次側を絶縁するフライバックトランス１１５と、フライバックトランス１１５の一次側に流れる電流のオンオフを制御するスイッチングＦＥＴ１０２と、装置内部を冷却する冷却ファン４０９と、スイッチングＦＥＴ１０２のオンオフを制御し、フライバックトランス１１５の一次側に流れる電流が閾値以上である場合に過電流であると判断する電源ＩＣ１０１と、を備え、電源ＩＣ１０１は、過電流であると判断した場合に、スイッチングＦＥＴ１０２をオフする電源装置であって、閾値を切り換えるＦＥＴ１０８を備え、ＦＥＴ１０８は、冷却ファン４０９の動作の状態に応じて、閾値を切り換える。【選択図】図１
2014138503.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、
前記トランスの一次側に流れる電流のオンオフを制御するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御手段と、
装置内部を冷却する冷却ファンと、
前記トランスの一次側に流れる電流が閾値以上である場合に過電流であると判断する判断手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記判断手段により過電流であると判断した場合に、前記スイッチング素子をオフする電源装置であって、
前記閾値を切り換える切換手段を備え、
前記切換手段は、前記冷却ファンの動作の状態に応じて、前記閾値を切り換えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記冷却ファンの駆動電圧を検知する検知手段を備え、
前記切換手段は、前記検知手段により検知した前記冷却ファンの駆動電圧に応じて、前記閾値を切り換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】
前記切換手段は、前記検知手段により検知した前記冷却ファンの駆動電圧が所定値以上である場合に、前記閾値を第一閾値に切り換え、前記検知手段により検知した前記冷却ファンの駆動電圧が前記所定値未満である場合に、前記閾値を前記第一閾値よりも小さい第二閾値に切り換え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】
前記冷却ファンは、動作の状態に応じた信号を出力し、
前記切換手段は、前記冷却ファンが出力した信号に応じて、前記閾値を切り換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５】
前記切換手段は、前記冷却ファンが出力した信号がハイレベルである場合に、前記閾値を第一閾値に切り換え、前記冷却ファンが出力した信号がローレベルである場合に、前記閾値を前記第一閾値よりも小さい第二閾値に切り換え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】
記録材に画像形成を行う画像形成手段と、
請求項１乃至５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７】
前記画像形成装置は、前記冷却ファンの回転速度が異なる複数の動作モードに切り換え可能であることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記画像形成装置は、前記動作モードの切り換え信号に応じて前記閾値を切り換えることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【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、電源装置の過電流検知機能に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源装置には出力短絡等による過電流状態を検知し、電源装置や電源装置を搭載した機器全体を保護する回路を設けることが一般的である。過電流の保護回路（以下、過電流保護回路という）としては、トランスの一次側に構成する場合と、二次側に構成する場合がある。また、一般的な電源装置は、素子の発熱を抑制するために冷却ファンを備えている場合がある。冷却ファンを備えることによって、電源装置を備える機器の通常動作の中でも、出力負荷電流が比較的多い負荷条件において、電源装置内の電源トランスや、スイッチングＦＥＴ等の素子が、定格温度を超え、素子破壊に至ることを防止している。以上のように、従来の電源装置は、冷却ファンによって電源装置における素子破壊を防止し、更には過電流保護回路によって、電源装置や電源装置を搭載した機器全体を保護している。
【０００３】
ここで、トランスの一次側に過電流保護回路を構成する場合は、二次側に過電流保護回路を構成する場合よりも、検出すべき保護電流値のばらつきが大きい場合があるため、過電流保護回路は、二次側に構成するほうが精度良い検出が行える。その一方で、電源トランスなどの絶縁素子を備えている電源装置は、ＩＥＣ６０９５０等で定められた過負荷試験を実施し、巻線の温度許容値を満足する必要がある。この試験では、電源装置の出力端部に負荷をかけて実施するため、上述したような、電源装置の二次側の出力端の後段に構成する過電流保護回路は保護機能として認められない。また、電源装置を備える機器において、スタンバイ状態などの冷却ファンの停止を伴う動作モードが存在する場合は、冷却ファンを停止して実施する必要がある。従って、冷却ファンを停止した状態で、ＩＥＣ６０９５０により定められた過負荷試験を実施することを考慮すると、一次側の過電流保護回路によって電源トランスなどの絶縁素子を保護することが望ましい。
【０００４】
例えば、図８（ａ）に示すような電源装置では、発熱部品又は電源装置の近傍にサーミスタ６１８を配置している。そして、サーミスタ６１８で検出した温度によって、一次側の電源回路６０１に備えられた制御部６０２の過電流検知閾値を、閾値設定用アンプ６１６によって切り換えている（例えば、特許文献１参照）。図８（ａ）に示す電源装置では、周囲温度に応じて閾値を切り換えることにより、出力電流がこの閾値を超えた場合には、運転を停止するように制御して、ＩＥＣの規格を満たすようにしている。ここで、図８（ａ）に示す電源装置は、過電流保護用誤差アンプ６０６、電圧制御用誤差アンプ６１１を備えている。更に、図８（ａ）に示す電源装置は、抵抗６０３、６０７、６０８、６１２、６１３、６１５、６１７、フォトカプラ６０４、ダイオード６０５、６１０、それぞれ異なる基準電圧６０９、６１４、６１９を備えている。また、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｃ、Ｖｏｕｔは電圧である。
【０００５】
また、図８（ｂ）に示すような電源装置では、抵抗７０１に流れる負荷電流（負荷抵抗３０１に流れる負荷電流でもある）を、ＬｏａｄＳｅｎｓｅ７０２及びＬｏａｄＳｅｎｓｅ７０３で検出している（例えば、特許文献２参照）。そして、図８（ｂ）に示すような電源装置では、検出した負荷電流に応じて、不図示の冷却ファンの回転数を切り換えている。尚、後述する実施例の電源装置と同じ構成には同じ符号を付し、説明は後述する実施例において行う。また、図８（ｂ）に示すような電源装置では、一次側の過電流保護回路は、電源ＩＣ１０１の過電流検出端子（ＩＳ端子）で構成されている。過電流保護回路である電源ＩＣ１０１のＩＳ端子は、冷却ファンが動作している状態で、電源装置や電源装置を搭載した機器全体を保護するように設定されている。このため、冷却ファンが停止した状態で、ＩＥＣ６０９５０で定められた過負荷試験を実施した場合であっても、負荷電流が多くなると、次のように動作する。即ち、ＬｏａｄＳｅｎｓｅ７０２及びＬｏａｄＳｅｎｓｅ７０３で検出した値に基づいて、不図示の冷却ファンが通常動作モード時の回転数となるようにコントロールされる。これにより、一次側の過電流保護回路によって安全に電源装置や電源装置を搭載した機器全体を保護することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２０９４４０号公報
【特許文献２】特開２００１−０２５２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の冷却ファンを備える電源装置は、トランスの一次側の過電流保護、二次側の過電流保護にかかわらず、冷却ファンが動作する状態で過電流保護回路を動作させ、電源装置や電源装置を搭載する機器全体を保護している。ＩＥＣ６０９５０で定められた過負荷試験を実施した際に、電源トランスなどの絶縁素子を保護するには、一次側の過電流保護回路を動作させることが好ましいが、冷却ファンが停止している状態では、一次側の過電流保護が動作しない場合がある。
【０００８】
また、図８（ａ）に示す電源装置では、サーミスタ６１８で保護すべき絶縁素子の温度を直接監視すると、一次−二次間の絶縁耐圧を満足できなくなるため、サーミスタ６１８を絶縁素子の近傍に配置せざるを得ない。このとき、サーミスタの配置によっては、保護すべき絶縁素子の温度と、サーミスタ６１８で検出した温度との差が大きくなる。このため、サーミスタ６１８による検出温度と、保護すべき絶縁素子の実際の温度との相関をとる必要があるが、冷却ファンの動作状態によって相関関係がくずれてしまい、ＩＥＣの規格を満たさないおそれがある。また、図８（ｂ）の電源装置は、通常動作時の過電流保護回路が動作する負荷電流になるまで、装置が停止しない構成である。即ち、冷却ファンが停止した状態となり負荷電流が少ないスタンバイモード時やスリープモード時などにおいても、通常動作時と同じ過大な負荷電流が流れるまでは過電流保護機能は動作せず、電源装置は動作し続ける。このため、図８（ｂ）に示すような電源装置では、二次的な故障を招く可能性がある。
【０００９】
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、冷却ファンの動作の状態を考慮して、過電流保護を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
（１）一次側と二次側を絶縁するトランスと、前記トランスの一次側に流れる電流のオンオフを制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御手段と、装置内部を冷却する冷却ファンと、前記トランスの一次側に流れる電流が閾値以上である場合に過電流であると判断する判断手段と、を備え、前記制御手段は、前記判断手段により過電流であると判断した場合に、前記スイッチング素子をオフする電源装置であって、前記閾値を切り換える切換手段を備え、前記切換手段は、前記冷却ファンの動作の状態に応じて、前記閾値を切り換えることを特徴とする電源装置。
【００１２】
（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】
【００１３】
本発明によれば、冷却ファンの動作の状態を考慮して、過電流保護を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１の電源装置の回路構成を示す図
【図２】実施例１の電源装置の動作波形を示す図
【図３】実施例１の電源装置の過電流保護の概念を説明する図
【図４】実施例１の電源装置の回路構成を示す図
【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２の電源装置の動作波形を示す図
【図７】実施例３の画像形成装置の構成を示す図
【図８】従来例の電源装置の回路構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。尚、本実施例ではフライバック方式の回路構成を用いて説明するが、本発明の適応範囲を限定するものではない。具体的には、電流共振コンバータ、フォワードコンバータ、などの絶縁トランスを有する回路に適応することが可能である。
【実施例１】
【００１６】
［電源装置の構成］
図１は、実施例１の電源装置の回路図である。図１に示すように、本実施例では、一般的な電源方式であるフライバック電源回路に、本発明を実施した形態を例示する。
【００１７】
本実施例の電源装置は、フライバック電源用トランス（以下、単にフライバックトランスという）１１５によって、一次、二次間を絶縁している。フライバックトランス１１５の一次巻線Ｎｐには、断続的に電力供給を遮断するスイッチング素子であるスイッチングＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１０２が接続されている。スイッチングＦＥＴ１０２は、フライバックトランス１１５の一次側に流れる電流のオンオフを制御している。また、フライバックトランス１１５の補助巻線Ｎｂには、補助巻線Ｎｂに誘起された電圧を整流平滑するダイオード１１３とコンデンサ１１４が接続されている。更に、フライバックトランス１１５の補助巻線Ｎｂには、コンデンサ１１２への突入電流を制限するための抵抗１１１が接続され、抵抗１１１とコンデンサ１１２はフィルタ回路を構成している。
【００１８】
フライバックトランス１１５の一次巻線Ｎｐには、スイッチングＦＥＴ１０２を駆動、制御する制御手段である電源ＩＣ１０１が備えられている。尚、電源ＩＣ１０１は、内部に、制御回路１、制御回路２及びＲＳフリップフロップ回路を有している。また、フライバックトランス１１５の一次側には、スイッチングＦＥＴ１０２用のゲート抵抗１０３、後述する二次側フィードバック回路部からの信号を、電源ＩＣ１０１のＦＢ端子に入力するためのフォトカプラ１１６とコンデンサ１１７を備えている。更に、フライバックトランス１１５の一次側には、一次側電流を電圧に変換するための一次側電流検出抵抗１０４を備えている。そして、フライバックトランス１１５の一次側には、一次側電流検出抵抗１０４と電源ＩＣ１０１の電流検出端子ＩＳとを接続するラインに構成されたＲＣフィルタの抵抗１０５とコンデンサ１０６を備えている。
【００１９】
また、フライバックトランス１１５の二次側には、フライバックトランス１１５の二次側出力を整流するためのダイオード２０１、二次側電力を蓄えるための電解コンデンサ２０２を備えている。更に、ダイオード２０１によって整流された電圧を更に整流平滑するためのコイル２０３と電解コンデンサ２０４、及び、後述するファン駆動回路を備えている。
【００２０】
また、図１の電源装置には、本実施例の特徴的な構成である、一次側の電流値切換回路、二次側の検知手段であるファン駆動電圧検知回路及び一次−二次間の伝達手段としてのフォトカプラ２０６を備えている。ここで、一次側の電流値切換回路は、抵抗１０７、切換手段であるＦＥＴ１０８、抵抗１０９及び抵抗１１０を有している。
【００２１】
電源装置の一次側において、Ｖｉｎ＿Ｈ、Ｖｉｎ＿Ｌには、商用交流電源が入力され、図示しない整流ダイオードブリッジを介し、全波整流された電圧が印加され、一次平滑電解コンデンサ１００に直流電圧としてチャージされる。
【００２２】
［電源装置の動作］
以下に、本実施例の概略的な動作を説明する。尚、殆どの動作は図８（ｂ）に示す従来例の回路図の動作と共通であるため、本実施例及び従来例の共通する部分には同じ符号を付し、共通する動作をまず説明して、その後、本実施例の特徴となる部分について説明する。
【００２３】
（フィードバック回路）
本実施例の電源装置のフライバックトランス１１５の二次側には、フィードバック回路部を備えている。フィードバック回路部は、図示していないが、出力電圧＋Ｖｏに比例した比較電圧と、基準電圧とを比較する。その後、フィードバック回路部は、比較した電圧の電位差を増幅し、フォトカプラ１１６の不図示のダイオードに流れる電流を制御している。即ち、フォトカプラ１１６のダイオードには、出力電圧側から、比較電圧と基準電圧の電位差に比例した電流が流れ、一次側のフォトカプラ１１６のトランジスタ部がオンする。そして、電源ＩＣ１０１のＦＢ端子電圧が、二次側のフォトカプラ１１６のダイオードに流れる電流に比例して変動することで、電源ＩＣ１０１は、出力電圧＋Ｖｏを制御している。
【００２４】
（一次側の回路動作）
次にフライバックトランス１１５を含む一次側の回路動作を、図２を参照しながら説明する。ここで、図２は、本実施例の電源装置の各部の動作波形を示す図である。具体的には、図２（ａ）は、冷却ファン４０９を駆動するファン駆動回路に入力される冷却ファン駆動信号（ＰＷＭ）の波形を示している。ここで、電源装置が搭載される装置には、冷却ファン４０９を制御する制御部が備えられており、この制御部が、ファン駆動回路に冷却ファン駆動信号（ＰＷＭ）を出力するものとする。例えば、電源装置が搭載される装置が画像形成装置である場合には、エンジン制御部（コントローラともいう）が有するＣＰＵやＡＳＩＣ等が冷却ファン４０９の駆動を制御しており、エンジン制御部が、ファン駆動回路に冷却ファン駆動信号を出力している。
【００２５】
図２（ｂ）は、冷却ファン４０９の駆動電圧の波形を示しており、冷却ファン回転時と、冷却ファン停止時の駆動電圧を示している。図２（ｃ）は、電源ＩＣ１０１のｏｕｔ端子電圧の波形を示している。図２（ｄ）は、スイッチングＦＥＴ１０２のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓの波形を示している。図２（ｅ）は、スイッチングＦＥＴ１０２のドレイン電流Ｉｄの波形を示している。図２（ｆ）は、電源ＩＣ１０１のＩＳ端子電圧（図中、下の波形）及びＦＢ端子電圧（図中、上の波形）の波形を示しており、更に過電流保護閾値となる電圧を二点鎖線で示している。図２（ｇ）は、電源ＩＣ１０１のＢＯＴＴＯＭ端子電圧の波形を示している。
【００２６】
電源ＩＣ１０１のｏｕｔ端子がハイレベルになると、ハイレベルの信号が抵抗１０３を介してスイッチングＦＥＴ１０２の制御端子に入力され、スイッチングＦＥＴ１０２が駆動される。このときＶｉｎ＿ＨからＶｉｎ＿Ｌに向かって、フライバックトランス１１５の一次巻線Ｎｐ、スイッチングＦＥＴ１０２、一次側電流検出抵抗１０４のラインに、図２（ｅ）に示すスイッチングＦＥＴ１０２のドレイン電流Ｉｄが流れる。このとき、フライバックトランス１１５には、一次巻線Ｎｐに電流が流れることにより発生する磁束によってコアが磁化され、エネルギーの蓄積が行われる。
【００２７】
電源ＩＣ１０１の電流検出端子ＩＳ（以降、ＩＳ端子という）には、一次側電流検出抵抗１０４により変換された、スイッチングＦＥＴ１０２のドレイン電流Ｉｄに比例した電圧が入力される。そして、電源ＩＣ１０１は、ＩＳ端子電圧と、電源ＩＣ１０１のＦＢ端子電圧が等しくなったタイミングで、電源ＩＣ１０１のｏｕｔ端子電圧をローレベルにし、スイッチングＦＥＴ１０２をオフ状態にする。ここで、スイッチングＦＥＴ１０２がオフされると、フライバックトランス１１５の二次巻線Ｎｓには、一次側の逆起電力に応じた誘導起電力が発生し、コアに蓄積されたエネルギーが放出される。
【００２８】
電源ＩＣ１０１のＦＢ端子電圧は、電源ＩＣ１０１より放出されるＦＢ端子電流と、二次側フィードバック回路及びフォトカプラ１１６の動作に応じて変化する。電源装置の出力電圧＋Ｖｏが低下するとフォトカプラ１１６のトランジスタ部に流れる電流Ｉｃが低下し、ＦＢ端子電圧は上昇する。また、これとは逆に、電源装置の出力電圧＋Ｖｏが上昇すると、フォトカプラ１１６のトランジスタ部に流れる電流Ｉｃが増加し、ＦＢ端子電圧は低下する。よって、スイッチングＦＥＴ１０２がオフし、フライバックトランス１１５の二次巻線Ｎｓからコアに蓄積されたエネルギーが放出されると、出力電圧＋Ｖｏは上昇し、それに応じて電源ＩＣ１０１のＦＢ端子電圧が低下する。即ち、スイッチングＦＥＴ１０２がオン状態のとき、電源ＩＣ１０１のＦＢ端子電圧は上昇し、スイッチングＦＥＴ１０２がオフ状態のとき、電源ＩＣ１０１のＦＢ端子電圧は低下する。
【００２９】
フライバックトランス１１５の一次巻線Ｎｐと補助巻線Ｎｂの巻数比は、一次巻線Ｎｐと二次巻線Ｎｓの巻数比とは異なり、電源ＩＣ１０１に必要なＶＣＣ電圧が得られるように設定されている。その補助巻線Ｎｂにも、一次側の逆起電力に応じた誘導起電力が発生し、二次巻線Ｎｓに比例した電圧が現れる。電源ＩＣ１０１は、補助巻線Ｎｂに発生する電圧をＢＯＴＴＯＭ端子に入力することで、フライバックトランス１１５の二次巻線Ｎｓからのエネルギーの放出が終了したことを検知する。電源ＩＣ１０１は、ＢＯＴＴＯＭ端子の電圧を監視することにより、フライバックトランス１１５の二次巻線Ｎｓからのエネルギーの放出が終了したことを検知すると、電源ＩＣ１０１のｏｕｔ端子電圧を再びハイレベルとし、上述した一連の動作を繰り返す。上述した一連の動作の中で、電源ＩＣ１０１のｏｕｔ端子電圧がハイレベルとなる期間、即ちオンデューティは、電源ＩＣ１０１のＦＢ端子電圧と図示しない電源ＩＣ内部の基準電圧との差によって決定される。尚、オンデューティは、電源ＩＣ１０１のＦＢ端子電圧が高いほど大きくなる。尚、本実施例では、一次側の過電流保護回路は、電源ＩＣ１０１の過電流検出端子（ＩＳ端子）で構成されている。以上が、本実施例及び従来技術に共通する動作である。続いて、本実施例の特徴となる部分を説明する。
【００３０】
［冷却ファンの駆動電圧に応じた切換制御］
図１に示す本実施例において、従来技術と異なる点は、過電流保護手段である電源ＩＣ１０１のＩＳ端子に入力される電圧に変換される前の電流値が、冷却ファンの駆動電圧によって切り換わるように構成されている点である。本実施例では、後述するように、ＦＥＴ１０８のオンオフに応じて、電流値を電圧値に変換する抵抗の接続状態を切り換えている。ここで、図３は、本実施例の過電流保護動作を示した概念図である。尚、図３は、横軸が負荷電流（Ａ：アンペア）、縦軸が電源ＩＣ１０１のＩＳ端子電圧（Ｖ：ボルト）を示すグラフであり、横軸には、冷却ファン停止時の最大電流と保護電流、及び、冷却ファン回転時の最大電流と保護電流を示す目盛を図示している。更に、図３には、冷却ファン停止時のＩＳ端子電圧特性（破線）及び冷却ファン回転時のＩＳ端子電圧特性（実線）を示している。本実施例では、電源ＩＣ１０１のＩＳ端子電圧は、図３に示すように、冷却ファンが所定回転数以上で動作している場合（実線）と、所定回転数未満で動作している（停止状態含む）場合とで、異なった特性となる。即ち、電源ＩＣ１０１のＩＳ端子に入力される電圧が同じ電圧値（例えば、図３の過電流保護閾値）であっても、その電圧値に変換される前の電流値（即ち、その電圧値に対応する電流値）が、冷却ファン停止時と冷却ファン回転時とでは異なっている。
【００３１】
ここで、電源ＩＣ１０１のＩＳ端子電圧が、過電流保護閾値（図３中、２点鎖線で示す）以上となった場合には、スイッチング電源の動作を停止する。具体的には、判断手段である電源ＩＣ１０１は、ＩＳ端子電圧が過電流保護閾値以上であると判断した場合、ｏｕｔ端子からローレベルの信号を出力して、スイッチングＦＥＴ１０２の動作を停止させる。そのため、本実施例の電源装置は、冷却ファン停止時には、冷却ファン動作時よりも低い負荷電流値で、スイッチング動作を停止することになる。このように、本実施例では、冷却ファン停止時の過電流保護閾値の電圧に対応する負荷電流である冷却ファン停止時保護電流の値が、冷却ファン回転時の過電流保護閾値の電圧に対応する負荷電流である冷却ファン回転時保護電流の値より低い。
【００３２】
本実施例のような電源装置を備える機器は、負荷電流が異なる複数の動作モードを設けていることが多い。複数の動作モードとしては、例えば、比較的負荷電流が大きく冷却ファンを必要とする通常動作モード、ユーザー操作により瞬時に通常動作モードに遷移可能なスタンバイモード、消費電力を抑制したスリープモード等があげられる。冷却ファン回転時の過電流保護閾値に対応する負荷電流値である冷却ファン回転時保護電流値と、冷却ファン停止時の過電流保護閾値に対応する負荷電流値である冷却ファン停止時保護電流値は、以下のように決定される。
冷却ファン回転時（通常動作モード）
冷却ファン回転時の最大負荷電流を満足し、かつ部品定格を満足する負荷電流値
冷却ファン停止時（スタンバイモード）
冷却ファン停止時の最大負荷電流を満足し、かつフライバックトランス１１５の温度許容値を満足する負荷電流値
【００３３】
ここで、冷却ファン回転時の最大負荷電流とは、冷却ファン４０９を回転させているときに、装置を構成する全てのユニットを稼働させている場合の負荷電流である。また、最大負荷電流を満足するとは、その最大負荷電流値では装置が動作を停止せずに稼働することができるということである。一方、冷却ファン停止時の最大負荷電流とは、冷却ファン４０９を停止させているとき、例えば、装置がスタンバイモードにあるとき、最低限稼働させなければならない全てのユニットを稼働させているときの負荷電流である。また、フライバックトランス１１５の温度許容値を満足する負荷電流値とは、フライバックトランス１１５が絶縁破壊を起こさないような温度範囲内に対応する負荷電流の値であり、過電流保護回路が動作する閾値を決定する際の上限値を決定するものといえる。尚、過電流保護回路が動作する負荷電流値の閾値の決め方については、以降も同様とする。
【００３４】
これにより、冷却ファン停止時において、ＩＥＣの規格で定められたような過負荷状態が発生した場合であっても、冷却ファン４０９の動作にかかわらず、一次側過電流検知回路によって、安全に電源装置を停止することができる。以下に、冷却ファン停止時、冷却ファン回転時の順で、詳細に説明する。
【００３５】
［冷却ファン停止時の過電流保護動作］
図１に示すファン駆動回路は、トランジスタ４０３、４０４、ダイオード４０５、４０６、インダクタ４０７、トランジスタ４０４のベース抵抗４０１、抵抗４０２、コンデンサ４０８を備えている。ここで、インダクタ４０７とコンデンサ４０８は、平滑回路を構成している。そして、ファン駆動回路は、出力電圧＋Ｖｏから、装置内部を冷却する冷却ファン４０９の駆動電圧（以下、冷却ファン駆動電圧という）を生成している。ここで、生成された冷却ファン駆動電圧は、トランジスタ４０３に不図示の制御部から入力されるＰＷＭ信号のオンデューティによって制御されている。即ち、ファン駆動回路は、非絶縁降圧チョークコンバータの原理により動作する。冷却ファン停止時においては、図１に示すファン駆動回路のトランジスタ４０３に不図示の制御部から入力されるＰＷＭ信号はローレベルであり、トランジスタ４０３、４０４はオフとなる。従って、冷却ファン４０９の駆動電圧は０Ｖとなり、冷却ファン４０９は回転せず停止している。本実施例のファン駆動電圧検知回路は、コンパレータ２０９により、冷却ファン駆動電圧と、基準電圧２１０とを比較して、所定値以上の冷却ファン駆動電圧が冷却ファン４０９に印加されているか否かを判断している。即ち、ファン駆動電圧検知回路は、冷却ファン４０９の駆動電圧が０Ｖである場合には、所定値未満の冷却ファン駆動電圧が冷却ファン４０９に印加されていると判断しているともいえる。
【００３６】
冷却ファン停止時においては、コンパレータ２０９の反転入力端子（−端子）も０Ｖで、基準電圧２１０以下のため、コンパレータ２０９の出力はオープン状態となる。従ってフォトカプラ２０６はオフ状態となる。フォトカプラ２０６がオフ状態のとき、一次側に構成している電流値切換回路のＦＥＴ１０８のゲートには電圧が印加されず、ＦＥＴ１０８もオフとなる。このため、電源ＩＣ１０１のＩＳ端子には、一次側電流検出抵抗１０４により変換された、スイッチングＦＥＴ１０２のドレイン電流Ｉｄに比例した電圧が入力される。そして、ＩＳ端子電圧と、電源ＩＣ１０１のＦＢ端子電圧が等しくなったタイミングで、電源ＩＣ１０１のｏｕｔ端子電圧をローレベルとし、スイッチングＦＥＴ１０２をオフする。このときの各部の動作波形の概略を、図２（ｂ）の冷却ファン駆動電圧がローレベルとなっている期間（冷却ファン停止期間）に示している。尚、図３で説明したように、冷却ファン４０９が停止している期間中に、負荷電流が増大し、ＩＳ端子電圧が過電流保護閾値以上となった場合には、電源ＩＣ１０１によりスイッチング電源の動作が停止される。この場合、電源ＩＣ１０１の過電流保護機能は、冷却ファン回転時よりも低い負荷電流値で動作する。
【００３７】
［冷却ファン動作時の過電流保護動作］
冷却ファン動作時においては、図１に示すファン駆動回路のトランジスタ４０３に、不図示の制御部から入力されるＰＷＭ信号は、ハイレベル又はオンデューティが所定以上のパルス信号である。このとき、トランジスタ４０３、４０４はオン又はパルス駆動となる。従って、冷却ファン駆動電圧は、出力電圧（＋Ｖｏ）×オンデューティとなる。冷却ファン動作時においては、コンパレータ２０９の反転入力端子に入力される電圧は、冷却ファン駆動電圧を抵抗２０７、２０８で分圧した値となる。コンパレータ２０９の反転入力端子に入力される電圧値が基準電圧２１０以上であれば、コンパレータ２０９の出力はローレベルとなり、抵抗２０５を介してフォトカプラ２０６のＬＥＤに電流が流れ、フォトカプラ２０６のフォトトランジスタがオンする。即ち、フォトカプラ２０６がオン状態となる。尚、コンパレータ２０９の反転入力端子に入力される電圧が、基準電圧２１０未満である場合には、上述した冷却ファン停止時の動作と同じとなるため、説明を省略する。
【００３８】
以下、通常動作モード即ちフォトカプラ２０６のオン状態における一次側動作を説明する。フォトカプラ２０６がオン状態の場合、一次側に構成している電流値切換回路のＦＥＴ１０８もオンとなる。電源ＩＣ１０１のＩＳ端子には、一次側電流検出抵抗１０４により変換された、スイッチングＦＥＴ１０２のドレイン電流Ｉｄに比例した電圧を、抵抗１０５、１０７で分圧した電圧が入力される。そして、電源ＩＣ１０１のＩＳ端子電圧と、電源ＩＣ１０１のＦＢ端子電圧が等しくなったタイミングで、電源ＩＣ１０１のｏｕｔ端子電圧をローレベルとし、スイッチングＦＥＴ１０２をオフする。このときの動作波形の概略を、図２（ｂ）の冷却ファン駆動電圧がハイレベルとなっている期間（冷却ファン回転期間）に示している。尚、図３で説明したように、冷却ファン４０９が回転している期間中でも、冷却ファン停止時と同様に、負荷電流が増大し、ＩＳ端子電圧が過電流保護閾値以上となった場合には、電源ＩＣ１０１によりスイッチング電源の動作が停止される。この場合、電源ＩＣ１０１の過電流保護機能は、冷却ファン停止時よりも高い負荷電流値で動作する。
【００３９】
ここで、図２は、冷却ファン回転期間と冷却ファン停止期間とで、冷却ファン回転時の負荷電流が、冷却ファン停止時の負荷電流よりも大きい（回転時＞＞停止時）場合の動作を示している。そのため、図２（ｅ）に示すように、冷却ファン停止期間のスイッチングＦＥＴ１０２のドレイン電流Ｉｄは、冷却ファン回転時のドレイン電流Ｉｄと比べて、オン期間が短く、オフ期間が長い。また、図２（ｅ）に示すように、冷却ファン停止期間のスイッチングＦＥＴ１０２のドレイン電流Ｉｄは、冷却ファン回転時のドレイン電流Ｉｄと比べて、ピーク電流も低くなっている。
【００４０】
図２の冷却ファン停止時と冷却ファン回転時を比較すると、冷却ファン停止時は、冷却ファン回転時に比べ、負荷電流が小さいにもかかわらず（図２（ｅ）参照）、電源ＩＣ１０１のＩＳ端子電圧が高い（図２（ｆ）参照）ことがわかる。即ち、冷却ファン停止期間は、冷却ファン回転期間よりも小さい負荷電流で、電源ＩＣ１０１のＩＳ端子電圧が過電流保護閾値以上となり、スイッチング動作が停止される。この過電流保護と冷却ファン動作の関係を図３に示している。図３に示すように、冷却ファン回転時、即ち通常動作モード時は、電源装置及びその電源装置を搭載した機器全体で、必要な最大電流値が高い。そのため、冷却ファン回転時最大電流よりも高い負荷電流で過電流保護が動作するように、電源ＩＣ１０１のＩＳ端子電圧を設定している。また、通常動作モード時では、ＩＥＣ６０９５０等で定められた過負荷状態が発生した場合でも、冷却ファン４０９によりフライバックトランス１１５等の絶縁素子を冷却している。このため、通常動作モード時には、一次側に構成している過電流保護が動作し、安全に電源装置を停止させることができる。
【００４１】
一方、冷却ファン停止時、即ちスタンバイ動作モード時は、電源装置及びその電源装置を搭載した機器全体で、必要な最大電流値が比較的小さい。そのため、冷却ファン停止時最大電流を満足する負荷電流で過電流保護が動作するように、電源ＩＣ１０１のＩＳ端子電圧を設定している。また、スタンバイ動作モード時では、ＩＥＣ６０９５０等で定められた過負荷状態が発生した場合、冷却ファン４０９が停止しているため、フライバックトランス１１５等の絶縁素子を冷却することができない。しかしながら、本実施例では、冷却ファン停止時における過電流保護動作は、冷却ファン停止時最大電流を満足し、かつフライバックトランス１１５等の絶縁素子が温度許容値以下となる負荷電流値に設定している。そのため、一次側に構成している過電流保護が温度許容値以下で動作し、安全に電源装置を停止させることができる。
【００４２】
これにより本実施例の電源装置は、過負荷状態が発生した場合には、冷却ファンの回転、停止に関わらず、安全にスイッチング動作を停止することができる。更に、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す従来技術では、冷却ファン停止を伴う、負荷電流が小さいスタンバイ動作モードにおいても、過電流保護が電源装置及び電源装置を搭載した機器全体で、必要な最大電流値以上に設定されている。そのため、過電流保護回路が動作しない場合がある。これに対し、本実施例では、冷却ファンの停止に合わせて、即ち、冷却ファン駆動電圧に応じて、電流値切換回路によって過電流保護電流の閾値を切り換えている。そのため、本実施例では、冷却ファン４０９が停止している場合でも、低い負荷電流でスイッチング動作を停止させることができ、二次的な故障を招く可能性が低く、従来よりも安全性を向上させることができる。
【００４３】
［他の実施例］
尚、本実施例では冷却ファン４０９の回転、停止によって、電源ＩＣ１０１のＩＳ端子電圧を切り換えているが、本発明の適応範囲を限定するものではなく、例えば、次のような過電流保護閾値を切り換える制御を行ってもよい。
【００４４】
具体的には、図４に示す電源装置の模式的回路構成図のように、電源ＩＣ１０１は、閾値切換部１０１ａを備える構成とする。そして、冷却ファン４０９の回転・停止状態は、ファン駆動電圧検知回路によって検出した結果に基づいて、フォトカプラ２０６を介して電源ＩＣ１０１の閾値切換部１０１ａに入力される。電源ＩＣ１０１は、フォトカプラ２０６を介して入力される冷却ファン４０９の回転・停止情報に基づいて、閾値切換部１０１ａにより過電流保護の閾値を切り換える。尚、図１と同じ構成には同じ符号を付し、説明は省略する。
【００４５】
ここで、冷却ファン回転時には、電源ＩＣ１０１の閾値切換部１０１ａにおいて、電源ＩＣ１０１のＩＳ端子電圧と、冷却ファン回転時の過電流保護閾値である第一閾値を比較し、ＩＳ端子電圧が、第一閾値以上か否かを判断する。一方、冷却ファン停止時には、電源ＩＣ１０１の閾値切換部１０１ａにおいて、電源ＩＣ１０１のＩＳ端子電圧と、冷却ファン停止時の過電流保護閾値である第二閾値を比較し、ＩＳ端子電圧が、第二閾値以上か否かを判断する。このとき、第一閾値が第二閾値よりも大きい（第一閾値＞＞第二閾値）という関係を満たせば、上述した図１に示す構成と同様に、従来よりも安全性を向上させる過電流保護が可能となる。
【００４６】
以上、本実施例によれば、冷却ファンの動作の状態を考慮して、過電流保護を行うことができる。そして、ＩＥＣで定められたような過負荷状態においても、冷却ファンの動作にかかわらず、一次側の過電流保護回路によって安全に電源装置を停止することができ、部品や装置のサイズを小型化することができる。
【実施例２】
【００４７】
［電源装置の構成］
実施例２の電源装置の回路構成図を図５に示す。また、図６は、本実施例の電源装置の各部の動作波形であり、図６（ａ）、図６（ｃ）〜図６（ｇ）は、図２（ａ）、図２（ｃ）〜図２（ｇ）に対応したグラフであるため、説明は省略する。図６（ｂ）は、冷却ファン４０９から出力されるロック信号の波形を示している。
【００４８】
図５に示す本実施例の電源装置の回路図は、図１に示す実施例１の電源装置に基づいて構成されており、実施例１との違いは、冷却ファン４０９の回転、停止を検知するファン駆動電圧検知回路に、冷却ファン４０９のロック信号を用いている点である。冷却ファンの中には、冷却ファンの停止、回転の状態を示す信号を出力するものがあり、本実施例では、停止、回転の状態を示す信号をロック信号という。ファン駆動電圧検知回路にロック信号が入力される入力端から、コンパレータ２０９の反転入力端子までの構成は、次のようになっている。即ち、抵抗２０７、コンデンサ２１１からなるローパスフィルタ、抵抗２０７、２０８からなる分圧回路、コンデンサ２１１に蓄えられた電荷の冷却ファン４０９への流れ込みを防止するダイオード２１２から構成されている。尚、実施例１と同じ構成には同じ符号を付し、説明は省略する。
【００４９】
［冷却ファン停止時の過電流保護動作］
冷却ファン停止時は、冷却ファン４０９から出力されるロック信号がローレベルとなる。そのため、実施例１と同様に、コンパレータ２０９の出力はオープンとなり、フォトカプラ２０６もオフ状態となる。この状態での一次側動作は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。
【００５０】
尚、本実施例では、このような構成にすることで、冷却ファン４０９が故障している場合であっても、適切に過電流保護を行うことができるため、実施例１に比べてより安全性を向上させることができる。例えば、装置が通常動作モードで稼働しているときに、冷却ファン４０９が停止してしまった場合、本実施例では、冷却ファン４０９がローレベルのロック信号を、ファン駆動電圧検知回路に出力する。そして、一次側の電流値切換回路により、過電流保護閾値に対応する負荷電流値は、冷却ファン回転時よりも低い負荷電流値に切り換わる。このため、電源ＩＣ１０１の過電流保護機能は、冷却ファン回転時よりも低い負荷電流値で動作する。このように、本実施例では、冷却ファン４０９が回転しているべき通常動作モード時に、回転を停止してしまった場合でも、スタンバイモード時の冷却ファン停止時と同じ低い負荷電流で、過電流保護機能が動作する。
【００５１】
［冷却ファン回転時の過電流保護動作］
冷却ファン回転時は、冷却ファン４０９から出力されるロック信号がハイレベルとなる。そのため、実施例１と同様に、コンパレータ２０９はローレベルを出力し、フォトカプラ２０６もオン状態となる。この状態での一次側動作は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。
【００５２】
このように、本実施例においても、実施例１と同様に、冷却ファン停止期間は、冷却ファン回転期間よりも小さい負荷電流で、電源ＩＣ１０１のＩＳ端子電圧が過電流保護閾値以上となりスイッチング動作を停止する。また、冷却ファン停止時における過電流保護動作は、冷却ファン停止時最大電流を満足し、かつフライバックトランス１１５等の絶縁素子が温度許容値以下となる負荷電流値に設定している。そのため、冷却ファン停止となる状態において、ＩＥＣ６０９５０等で定められた過負荷状態が発生した場合であっても、一次側に構成している過電流保護回路が温度許容値以下で動作し、安全に電源装置を停止させることができる。更に、本実施例では、冷却ファン４０９が出力するロック信号を用いているため、冷却ファン４０９が故障等で停止してしまった場合でも、低い負荷電流で過電流保護回路を動作させることができる。そのため、更に、安全性を向上させることができる。上述したように、本実施例の電源装置は、過負荷状態が発生した場合には、冷却ファン４０９の回転、停止に関わらず、安全にスイッチング動作を停止することができる。
【００５３】
尚、本実施例では、冷却ファン４０９が回転しているときにハイレベルのロック信号を出力し、停止しているときにローレベルのロック信号を出力する構成としている。しかし、ロック信号は、この構成に限定されるものではなく、冷却ファン４０９の回転と停止を区別できる信号であればよい。また、冷却ファン４０９が出力するロック信号に応じて、過電流保護閾値に対応する負荷電流の値を切り換える構成は、実施例１の図４で説明した構成にも適用でき、本実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
以上、本実施例によれば、冷却ファンの動作の状態を考慮して、過電流保護を行うことができる。
【実施例３】
【００５５】
実施例１、２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、２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。
【００５６】
［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７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１３００は、静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム１３１１、感光ドラム１３１１を一様に帯電する帯電部１３１７（帯電手段）を備えている。また、レーザビームプリンタ１３００は、感光ドラム１３１１に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部１３１２（現像手段）を備えている。そして、感光ドラム１３１１に現像されたトナー像をカセット１３１６から供給された記録材としてのシート（不図示）に転写部１３１８（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１３１４で定着してトレイ１３１５に排出する。この感光ドラム１３１１、帯電部１３１７、現像部１３１２、転写部１３１８が画像形成部である。また、レーザビームプリンタ１３００は、実施例１、２で説明した電源装置１４００を備えている。尚、実施例１、２の電源装置１４００を適用可能な画像形成装置は、図７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１３１１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。
【００５７】
レーザビームプリンタ１３００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、２に記載の電源装置１４００は、例えばコントローラに電力を供給する。また、実施例１、２に記載の電源装置１４００は、感光ドラム１３１１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、２の負荷抵抗３０１は、コントローラや駆動部に相当する。本実施例の画像形成装置は、通常の画像形成動作を行う通常動作モードと、省電力を実現する待機状態であるスタンバイモードやスリープモードで稼働することが可能である。
【００５８】
本実施例のレーザビームプリンタ１３００が通常動作モードで稼働している場合、冷却ファン４０９は回転している。この通常動作モードとは、シートに画像を形成中の動作状態である。画像形成を行う場合は、感光ドラム１３１１、帯電部１３１７、現像部１３１２、転写部１３１８、定着器１３１４が駆動された状態であり、これらの駆動によって発熱し装置内部の温度が上昇する。装置内部の温度上昇を低下させるために冷却ファン４０９が回転駆動する。なお、スタンバイモードやスリープモードでは、冷却ファン４０９は停止した状態である。このように、本実施例の画像形成装置は、冷却ファン４０９の回転速度が異なる複数の動作モードに切り換え可能である。そして、実施例１、２で説明したように、電源装置１４００の過電流保護回路の閾値に対応する負荷電流の値は、冷却ファン回転時の最大負荷電流を満足し、且つ部品定格を満足する負荷電流値に設定されている。一方、本実施例のレーザビームプリンタ１３００が例えばスタンバイモードやスリープモードで稼働している場合、冷却ファン４０９は停止している。そして、実施例１、２で説明したように、電源装置１４００の過電流保護回路の閾値に対応する負荷電流の値は、冷却ファン停止時の最大負荷電流を満足し、且つフライバックトランス１１５の温度許容値を満足する負荷電流値に設定されている。これにより、本実施例のレーザビームプリンタ１３００では、過負荷状態が発生した場合であっても、冷却ファン４０９の回転、停止に関わらず、安全に電源装置１４００のスイッチング動作を停止することができる。
【００５９】
なお、本実施例の画像形成装置においては、不図示のコントローラからのモード切り換え指示に応じて冷却ファンの回転と停止が制御されるため、このモード切り換え信号に応じて、実施例１、２で説明した閾値の切り換えを実行することも可能である。
【００６０】
以上、本実施例の画像形成装置によれば、冷却ファンの動作の状態を考慮して、過電流保護を行うことができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０１    電源ＩＣ
１０２    スイッチングＦＥＴ
１０８    ＦＥＴ
１１５    フライバックトランス
２０９    コンパレータ
４０９    冷却ファン
【図１】
2014138503.tif 000003
【図２】
2014138503.tif 000004
【図３】
2014138503.tif 000005
【図４】
2014138503.tif 000006
【図５】
2014138503.tif 000007
【図６】
2014138503.tif 000008
【図７】
2014138503.tif 000009
【図８】
2014138503.tif 000010