(57)【要約】【課題】安価な構成で、安定動作するスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】スイッチング電源装置は、交流電圧を直流電圧に変換するスイッチング電源部４と、オン状態でスイッチング電源部４からの直流電圧を抵抗７に印加させ、オフ状態でスイッチング電源部４からの直流電圧を抵抗７に印加させない、ＦＥＴ１１３と、オン状態でスイッチング電源部４からの直流電圧を負荷６に印加させ、オフ状態でスイッチング電源部４からの直流電圧を負荷６に印加させない、電源スイッチ１１０と、を備えており、電源スイッチ１１０がオン状態になることに応じてＦＥＴ１１３はオフ状態になり、電源スイッチ１１０がオフ状態になることに応じてＦＥＴ１１３はオン状態になる。【選択図】図１
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【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スイッチング電源手段と、
オン状態で前記スイッチング電源手段からの直流電圧を抵抗に印加させ、オフ状態で前記スイッチング電源手段からの直流電圧を前記抵抗に印加させない、第１のスイッチ手段と、
オン状態で前記スイッチング電源手段からの直流電圧を負荷に印加させ、オフ状態で前記スイッチング電源手段からの直流電圧を前記負荷に印加させない、第２のスイッチ手段と、
を備えており、
前記第２のスイッチ手段がオン状態になることに応じて前記第１のスイッチ手段はオフ状態になり、前記第２のスイッチ手段がオフ状態になることに応じて前記第１のスイッチ手段はオン状態になることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記第２のスイッチ手段の状態が変化することによる、前記第２のスイッチ手段と前記負荷との間のラインの電位の変動により、前記第１のスイッチ手段はその状態が変化することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記第２のスイッチ手段は、前記スイッチング電源装置の電源スイッチであることを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記第２のスイッチ手段は、前記スイッチング電源装置の電源スイッチをオン状態にすることに応じてオン状態になるスイッチング素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記電源スイッチをオン状態にすることによる、前記電源スイッチの前記スイッチング電源手段と接続する側と逆側の電位の変動により、前記第２のスイッチ手段はオン状態となることを特徴とする請求項４に記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記第２のスイッチ手段は、前記電源スイッチに加えて前記負荷が出力する信号によりその状態が制御されることを特徴とする請求項４又は５に記載のスイッチング電源装置。
【請求項７】
前記第２のスイッチ手段は、前記電源スイッチがオフ状態で、かつ、前記負荷が前記第２のスイッチ手段をオフ状態にする信号を出力しているとオフ状態になり、前記電源スイッチがオン状態又は前記負荷が前記第２のスイッチ手段をオン状態にする信号を出力しているとオン状態になることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項８】
前記抵抗は、前記第１のスイッチ手段がオン状態のときに、前記スイッチング電源手段に所定の値の電流を流すために設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項９】
前記所定の値は、前記スイッチング電源手段を安定に動作させるために必要な電流値であることを特徴とする請求項８に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置を備えてい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】
本発明はスイッチング電源装置の安定化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置は、無負荷である場合、或いは、負荷が極端に小さい場合、起動と停止を繰り返す現象が生じ得る。そのため、特許文献１は、スイッチング電源装置にブリーダ抵抗を設け、スイッチング電源装置が安定動作するために必要な電力を消費させる構成を開示している。図５は、この様なブリーダ抵抗を有するスイッチング電源装置３００の概略的な構成を示している。ＡＣプラグ１経由で入力される交流電圧は、電源ラインフィルタ３経由でスイッチング電源部４に印加される。スイッチング電源部４は、入力される交流電圧から直流電圧ＶＣＣを生成し、負荷６に直流電圧を印加する。なお、図５において、符号７はスイッチング電源部４を安定動作させるためのブリーダ抵抗であり、符号８は、ブリーダ抵抗７をスイッチング電源部４に接続し、或いは、スイッチング電源部４から切り離すためのトランジスタである。さらに、符号１０は電流検出抵抗であり、符号１２はオペアンプであり、符号９、１１、１３、１４及び１５は、オペアンプ１２の増幅ゲインを決める抵抗である。
【０００３】
まず、ブリーダ抵抗７が無い場合において、スイッチング電源装置３００に負荷が接続されていない場合、或いは、接続されている負荷が極端に小さい場合に、スイッチング電源装置３００が起動と停止を繰り返す理由について説明する。図６は、スイッチング電源部４の概略的な構成図である。スイッチング電源部４の絶縁トランス５は、１次巻線５ａと、２次巻線５ｃと、補助巻線５ｂと、の３つの巻線を有している。電源ラインフィルタ３経由で入力される交流電圧は、ダイオード・ブリッジ７１及びコンデンサ７２で構成される整流回路で直流電圧に変換される。電源制御ＩＣ２３は、ＦＥＴ２２をオン・オフすることで、１次巻線５ａに流れる電流をスイッチングし、これにより２次巻線５ｃに生じる電圧を、ダイオード７３及びコンデンサ７４で構成される整流回路で直流電圧に変換して出力する。また、補助巻線５ｂの出力は、ダイオード２０及びコンデンサ２１で整流され、電源制御ＩＣ２３の電源電圧として使用される。ここで電源制御ＩＣ２３は、ＦＥＴ２２の駆動デューティを変化させること等により、スイッチング電源装置３００の負荷に流れる電流の変動に拘わらず、出力電圧を安定化させる制御を行っている。電源制御ＩＣ２３の電源電圧は、補助巻線５ｂの出力から生成されているため、２次巻線５ｃに流れる電流の低下に伴って降下する。ここで、スイッチング電源装置３００が無負荷、又は、負荷が極端に少ない場合、補助巻線５ｂから得る電圧が、電源制御ＩＣ２３を動作させるのに必要な最低動作電圧を下回ってしまう場合がある。補助巻線５ｂからの電圧が最低動作電圧を下回ると、電源制御ＩＣ２３は停止するが、スイッチング電源部４にはＡＣプラグ１側から交流電圧が入力され続けているため、電源制御ＩＣ２３は再度起動し、また同様にして停止に至るという動作を繰り返すことになる。
【０００４】
したがって、図５に示す様に、スイッチング電源部４の負荷側に、負荷と並列にブリーダ抵抗７を接続することで、補助巻線５ｂから得る電圧が電源制御ＩＣ２３の最低動作電圧以上となる様に、２次巻線５ｃの出力電流を増加させている。ただし、負荷６に流れる電流により、補助巻線５ｂからの電圧が電源制御ＩＣ２３の最低動作電圧以上になるのであれば、ブリーダ抵抗７で消費される電力は不要な消費電力である。よって、負荷６に流れる電流に応じて、ブリーダ抵抗７を、スイッチング電源部４に接続又は非接続となる様に切り替えている。具体的には、図５に示す様に、電流検出抵抗１０の両端の電圧から、負荷６に流れる電流値をオペアンプ１２からなる回路で検出する。そして、検出結果を元にトランジスタ８をオン又はオフにすることで、スイッチング電源装置３００とブリーダ抵抗７を接続又は非接続にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３３７００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５に示す構成において、電流検出抵抗１０における電圧降下が大きいと、つまり電流検出抵抗１０の抵抗値が大きいと、負荷６での消費電力が増えた場合における電流検出抵抗１０での電圧降下により、負荷６に印加する電源電圧ＶＣＣの精度が影響を受ける。よって、電流検出抵抗１０の抵抗値は小さくする必要がある。一方、電流検出抵抗１０の抵抗値が小さく、電流検出抵抗１０の両端の電位差が小さいと、オペアンプ１２の入力オフセット電圧による影響が無視できなくなり、負荷６に流れる電流値の検出精度に影響がでる。つまり、図５に示す構成には、このように相反する条件を満たすような複雑な電流検知回路が必要になる。
【０００７】
本発明は、安価な構成で、安定動作するスイッチング電源装置と、当該スイッチング電源装置を備えた画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によると、交流電圧を直流電圧に変換するスイッチング電源手段と、オン状態で前記スイッチング電源手段からの直流電圧を抵抗に印加させ、オフ状態で前記スイッチング電源手段からの直流電圧を前記抵抗に印加させない、第１のスイッチ手段と、オン状態で前記スイッチング電源手段からの直流電圧を負荷に印加させ、オフ状態で前記スイッチング電源手段からの直流電圧を前記負荷に印加させない、第２のスイッチ手段と、を備えており、前記第２のスイッチ手段がオン状態になることに応じて前記第１のスイッチ手段はオフ状態になり、前記第２のスイッチ手段がオフ状態になることに応じて前記第１のスイッチ手段はオン状態になることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
安価な構成でスイッチング電源装置を安定動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態によるスイッチング電源装置の概略的な構成図。
【図２】一実施形態によるスイッチング電源装置における動作の説明図。
【図３】一実施形態によるスイッチング電源装置の概略的な構成図。
【図４】一実施形態によるスイッチング電源装置における動作の説明図。
【図５】背景技術によるスイッチング電源装置の概略的な構成図。
【図６】スイッチング電源部の概略的な構成図。
【図７】スイッチング電源装置の軽負荷時の例示的な特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。
【００１２】
＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態によるスイッチング電源装置１００の概略的な構成図である。図１において、ＡＣプラグ１経由で入力される交流電圧は、電源ラインフィルタ３経由でスイッチング電源部４に印加される。スイッチング電源部４は、入力される交流電圧を変換して直流電圧を生成する。例えば、スイッチング電源装置１００が画像形成装置に使用される電源装置であると、負荷６は、例えば、記録材の搬送のためのブラシレスモータや、レーザースキャナモータや、レーザー駆動回路や、それらを制御する制御基板等になる。
【００１３】
図６は、本実施形態によるスイッチング電源部４の概略的な構成図であり、すでに説明したとおりである。上述したように電源制御ＩＣ２３は再度起動し、また同様にして停止に至るという動作を繰り返すことになるので、スイッチング電源装置１００は安定動作しないことになる。
【００１４】
このため、図１においては、スイッチング電源装置１００を安定動作させるためのブリーダ抵抗７が、スイッチング電源部４の負荷６側に、負荷６と並列で挿入されている。なお、ブリーダ抵抗７の抵抗値は、スイッチング電源部４を安定的に動作させるのに必要な最小電流値以上の電流をスイッチング電源部４に流す様に決められている。また、負荷６に十分な電流が流れ、これによりブリーダ抵抗７を設けなくともスイッチング電源装置１００が安定動作する場合、ブリーダ抵抗７での電力消費を防ぐため、ブリーダ抵抗７とスイッチング電源部４との間にＰチャネルＦＥＴ１１３を設けている。なお、抵抗１１１及び１１２は、ＦＥＴ１１３（第１のスイッチ部）を駆動するための抵抗である。ＦＥＴ１１３がオン状態（以下、単にオンと呼ぶ。）のとき、ブリーダ抵抗７には、スイッチング電源部４が出力する直流電圧が印加され、スイッチング電源部４には、スイッチング電源部４が安定動作するのに必要な電流が流れる。一方、ＦＥＴ１１３がオフ状態（以下、単にオフと呼ぶ。）のとき、ブリーダ抵抗７には、スイッチング電源部４が出力する直流電圧は印加されない。さらに、本実施形態においては、並列に接続されるＦＥＴ１１３と、負荷６の間に、スイッチング電源装置の電源スイッチ１１０（第２のスイッチ部）を設けている。なお、以下では、この電源スイッチ１１０のスイッチング電源部４側の電位をＶＣＣ１と呼び、負荷６側の電位をＶＣＣ２と呼ぶものとする。図１に示す様に、ＦＥＴ１１３のゲートは、抵抗１１１を介してＶＣＣ２に接続されている。
【００１５】
電源スイッチ１１０がオフの状態で、ＡＣプラグ１に交流電圧を印加すると、スイッチング電源部４は、負荷側に直流電圧を印加する。このとき、電源スイッチ１１０はオフであるため、負荷６に直流電圧は印加されない。なお、抵抗１１２が接地されているので、ＶＣＣ２及びＦＥＴ１１３のゲート電圧は０Ｖであり、よって、ＦＥＴ１１３はオンとなる。したがって、スイッチング電源部４とブリーダ抵抗７が接続され、ブリーダ抵抗７には電圧ＶＣＣ１が印加される。これにより、スイッチング電源部４からブリーダ抵抗７に電流が流れ、よって、スイッチング電源装置１００は安定動作する。
【００１６】
次に、ユーザが電源スイッチ１１０をオンにすると、負荷６に直流電圧が供給され、さらに、抵抗１１１を介してＦＥＴ１１３のゲート電圧が上昇し、よって、ＦＥＴ１１３がオフになる。これにより、ブリーダ抵抗７はスイッチング電源部４から切り離される。その後、ユーザが電源スイッチ１１０をオフにすると、ＶＣＣ２が０Ｖとなり、よって、ＦＥＴ１１３がオンとなって、ブリーダ抵抗７には電流が流れることになる。この様に、本実施形態では、電源スイッチ１１０の状態が変化することによる、電源スイッチ１１０と負荷６を結ぶラインの変動に連動させて、ＦＥＴ１１３の状態を変化させている。図２に、電源スイッチ１１０のオン・オフの状態と、ＶＣＣ２及びブリーダ抵抗７に流れる電流の関係を示す。なお、図２において、ＶＣＣ２がオンとは、ＶＣＣ２が負荷に供給する所定の電位であることを示し、ＶＣＣ２がオフとは、ＶＣＣ２の電位が０Ｖであることを示している。また、ブリーダ抵抗電流がオンとは、ブリーダ抵抗７に電流が流れていることを示し、ブリーダ抵抗電流がオフとは、ブリーダ抵抗７に電流が流れていないことを示している。
【００１７】
ブリーダ抵抗７は、スイッチング電源部４を安定動作させるために必要な微小電流を流すための抵抗である。例えばＶＣＣ１が＋３．３Ｖであり、スイッチング電源部４を安定動作させるために必要な電流が１０ｍＡとすると、ブリーダ抵抗７の抵抗値は３３０Ωである。電源スイッチ１１０がオンの間、スイッチング電源部４から、抵抗１１１及び１１２を経由してグラウンドに流れる電流が生じる。しかしながら、抵抗１１１及び１１２は、ＦＥＴ１１３を電圧駆動するための抵抗であり、抵抗１１１及び１１２には、例えば、３３ｋΩ等の大きな抵抗値を使用することができる。この場合、抵抗１１１及び１１２を流れる電流は０．０５ｍＡであり、ブリーダ抵抗７に流れる電流、例えば、１０ｍＡや、負荷６に流れる電流、例えば、３Ａと比較して非常に小さく、抵抗１１１及び１１２での消費電力は無視できる。
【００１８】
この様に、スイッチング電源部４の２次出力側、つまり、負荷６側に電源スイッチ１１０を配置し、ブリーダ抵抗７を電源スイッチ１１０の上流側（ＶＣＣ１側）に設け、ＦＥＴ１１３を駆動する制御信号を電源スイッチ１１０の下流側（ＶＣＣ２側）から取る。この構成により、負荷６に流れる電流を検出する電流検出抵抗を使用することなく、スイッチング電源装置１００を安価な構成で安定動作させることができる。
【００１９】
一例としてスイッチング電源部４が、図７に示す軽負荷時特性を持っているものとする。なお、ＶＣＣ１を３．３Ｖで、ブリーダ抵抗７の抵抗値を３３０Ωとする。電源スイッチ１１０がオフのとき、ブリーダ抵抗７に流れる電流は１０ｍＡであるので、スイッチング電源装置での消費電力は、ブリーダ抵抗７が非接続の状態では０．２９Ｗであったものが、ブリーダ抵抗７が接続されることで０．１５Ｗに改善している。つまり、ブリーダ抵抗７で動作を安定化させた結果、０．１４Ｗだけ消費電力を削減できている。
【００２０】
＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について図３及び図４を用いて説明する。例えば、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）を含む装置で使用される電源装置は、電源スイッチがオフされたとしても、電源電圧をただちに遮断せず、ＨＤＤへのアクセスが終了してヘッドがホームポジションに戻るまでは電力をＨＤＤに供給する必要がある。本実施形態のスイッチング電源装置２００は、このように、電源スイッチをオフとする操作により電力の供給を直ちに止めるのではなく、所定の遅延時間後に電力の供給を止める構成となっている。なお、この様な電源スイッチの構成をソフトスイッチと呼ぶ。
【００２１】
図３は、本実施形態におけるスイッチング電源装置２００の概略的な構成図である。本実施形態においては、第一実施形態の電源スイッチ１１０の位置に、スイッチング素子であるＦＥＴ２２０を設けている。なお、図３の抵抗２２１及び２２２、並びに、トランジスタ２２３及び２２４は、ＦＥＴ２２０を制御するために設けられている。なお、本実施形態において電源スイッチ２１０は、トランジスタ２２３のベースとスイッチング電源部４の出力の間に設けられている。より、具体的には、トランジスタ２２３のベースは、電源スイッチ２１０のスイッチング電源部４と接続する側とは逆側に接続されている。
【００２２】
図３の電源スイッチ２１０には、トランジスタ２２３のベース電流が流れるのみであり、図１の電源スイッチ１１０と比べて、電流定格の低いスイッチを使用可能である。また、トランジスタ２２４のベースは、負荷６が出力する制御信号であるラッチ信号に接続され、電源スイッチ２１０の出力は、負荷６の電源オン検出信号の入力部に接続されている。なお、負荷６に電力が供給されていない場合、ラッチ信号の出力レベルは、ローであるものとする。
【００２３】
電源スイッチ２１０がオフの状態でＡＣプラグ１から交流電圧を入力すると、スイッチング電源部４は、直流電圧を出力する。しかしながら、電源スイッチ２１０がオフであるためトランジスタ２２３もオフであり、ラッチ信号の出力レベルもローであるためトランジスタ２２４もオフである。よって、ＦＥＴ２２０もオフとなり負荷６には電圧が印加されない。電源スイッチ２１０をオンにすると、トランジスタ２２３のベース電位が変動してトランジスタ２２３がオンになる。よって、抵抗２２１及び２２２並びにトランジスタ２２３経由で電流が流れ、ＦＥＴ２２０のゲート電圧が低下してＦＥＴ２２０もオンとなり、負荷６にスイッチング電源部４が出力する直流電圧が印加されることになる。負荷６は、電力の供給を受けて起動すると、ラッチ信号をハイにする。ラッチ信号を"ハイ"にするタイミングは、負荷６におけるリセット解除時間等で決まり、図４のタイミング図においては、電源スイッチ２１０がオンとなってからｔ1秒後である。また、ラッチ信号がハイとなることで、トランジスタ２２４がオンとなる。なお、スイッチング電源装置２００を安定動作させるためのブリーダ抵抗７を、スイッチング電源部４に接続し、非接続する動作は、第一実施形態と同様であるため更なる説明は省略する。
【００２４】
続いて、電源スイッチ２１０をオフにすると、電源オン検出信号がハイからローに変化するため、負荷６は、電源スイッチ２１０がオフとなったことを検出する。負荷６は、電源スイッチ２１０がオフとなったことを検出すると、図４に示す様に、オフ処理シーケンスを開始する。なお、図４に示す様に、負荷６は、オフ処理シーケンスが終了するまで、ラッチ信号をハイに維持する。よって、電源スイッチ２１０がオフとなり、トランジスタ２２３もオフとなっても、トランジスタ２２４がオンであるため、ＦＥＴ２２０はオンのままとなる。オフ処理シーケンスにおいて、負荷６は、ＨＤＤ３０へのアクセスを停止する等、電力供給の停止に必要な処理を行い、オフ処理シーケンスが完了した後にラッチ信号をハイからローに変化させる。これにより、トランジスタ２２４がオフとなり、よって、ＦＥＴ２２０がオフとなって負荷６への電力供給が停止される。図４のタイミング図に示す様に、電源スイッチ２１０がオフしたときを基準とすると、オフ処理シーケンスは、ｔ２秒後に終了し、負荷６は、ｔ２秒より遅いｔ３秒後にラッチ信号をハイからローに変化させている。
【００２５】
以上、ソフトスイッチ構成であっても、ブリーダ抵抗７の接続、非接続の制御を行うことができる。電源スイッチ２１０がオンとなると、第一実施形態と同様に、抵抗１１１及び１１２に電流が流れ、電力が消費されるが、これは非常に小さい値であり、抵抗１１１及び１１２での消費電力は無視できる程度である。
【００２６】
なお、上記各実施形態において示したブリーダ抵抗の抵抗値等の具体的な値は単なる例示であり、本発明は上記の値に限定されるものでなく、これらは、スイッチング電源装置を安定動作させるために必要な電流値に従って設定されるものである。また、上記実施形態においてＦＥＴをスイッチング素子として使用したが、本発明は、ＦＥＴに限定されず、他の種類のトランジスタや、リレー等のスイッチング素子を使用することができる。
【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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