(57)【要約】【課題】補助巻線を不要とし、補助巻線の実装面積、工数、及び設計コストを低減すると共に、汎用性を図ることが可能な過電流検出回路及び電力供給装置を提供する。【解決手段】異なる種類の電圧をそれぞれ発生する電圧発生手段と、異なる種類の電圧毎に予め対応付けられた複数の系統に対し、異なる種類の電圧をそれぞれ印加する電圧印加手段と、複数の系統のうち、何れかの系統において過電流が発生したことを検知する過電流検知手段と、過電流検知手段に対し、異なる種類の電圧のうちの何れかの電圧を電源として供給する電源供給手段と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる種類の電圧をそれぞれ発生する電圧発生手段と、
前記異なる種類の電圧毎に予め対応付けられた複数の系統に対し、前記異なる種類の電圧をそれぞれ印加する電圧印加手段と、
前記複数の系統のうち、何れかの系統において過電流が発生したことを検知する過電流検知手段と、
前記過電流検知手段に対し、前記異なる種類の電圧のうちの何れかの電圧を電源として供給する電源供給手段と、
を含むことを特徴とする過電流検出回路。
【請求項２】
前記過電流検知手段のオンオフ状態を切り替える切替手段を含み、前記過電流検知手段の電源に所定の電圧が印加されたとき、前記切替手段は、前記過電流検知手段をオフ状態にすることを特徴とする請求項１に記載の過電流検出回路。
【請求項３】
前記過電流検知手段は、前記電源供給手段が前記異なる種類の電圧のうち第１の電圧を前記過電流検知手段の電源として供給している間、前記何れかの系統において過電流が発生したことを検知すると共に、前記切替手段は前記過電流検知手段のオン状態を継続し、前記過電流検知手段が前記何れかの系統において発生した過電流状態を保護している間、前記電源供給手段は、前記異なる種類の電圧のうち第２の電圧を前記過電流検知手段の電源として供給することを特徴とする請求項２に記載の過電流検出回路。
【請求項４】
前記複数の系統は駆動系統と制御系統とを少なくとも含み、前記第１の電圧は前記駆動系統に印加され、前記第２の電圧は前記制御系統に印加され、前記第１の電圧は、前記第２の電圧と比較して高いことを特徴とする請求項３に記載の過電流検出回路。
【請求項５】
前記所定の電圧は、前記第１の電圧が、前記第２の電圧から前記第１の電圧に到達するまでの電圧であることを特徴とする請求項３又は４に記載の過電流検出回路。
【請求項６】
負荷の過電流状態を検出する過電流検出回路を含む電力供給装置であって、
前記過電流検出回路は、
異なる種類の電圧をそれぞれ発生する電圧発生手段と、
前記異なる種類の電圧毎に予め対応付けられた複数の系統に対し、前記異なる種類の電圧をそれぞれ印加する電圧印加手段と、
前記複数の系統のうち、何れかの系統において過電流が発生したことを検知する過電流検知手段と、
前記過電流検知手段に対し、前記異なる種類の電圧のうちの何れかの電圧を電源として供給する電源供給手段と、
を含むことを特徴とする電力供給装置。
【請求項７】
前記過電流検知手段のオンオフ状態を切り替える切替手段を含み、前記過電流検知手段の電源に所定の電圧が印加されたとき、前記切替手段は、前記過電流検知手段をオフ状態にすることを特徴とする請求項６に記載の電力供給装置。
【請求項８】
前記過電流検知手段は、前記電源供給手段が前記異なる種類の電圧のうち第１の電圧を前記過電流検知手段の電源として供給している間、前記何れかの系統において過電流が発生したことを検知すると共に、前記切替手段は前記過電流検知手段のオン状態を継続し、前記過電流検知手段が前記何れかの系統において発生した過電流状態を保護している間、前記電源供給手段は、前記異なる種類の電圧のうち第２の電圧を前記過電流検知手段の電源として供給することを特徴とする請求項７に記載の電力供給装置。
【請求項９】
前記複数の系統は駆動系統と制御系統とを少なくとも含み、前記第１の電圧は前記駆動系統に印加され、前記第２の電圧は前記制御系統に印加され、前記第１の電圧は、前記第２の電圧と比較して高いことを特徴とする請求項８に記載の電力供給装置。
【請求項１０】
前記所定の電圧は、前記第１の電圧が、前記第２の電圧から前記第１の電圧に到達するまでの電圧であることを特徴とする請求項８又は９に記載の電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電流検出回路及び電力供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用電源から様々なユニットへ電力を変換して供給する電力供給装置（ＰＳＵ：Power Supply Unit、以下、ＰＳＵという。）において、出力側に過電流が発生した際の保護機能は、機器を使用する者の安全を確保する上で非常に重要な動作である。出力側に過電流が発生したことは一次側（入力側）の電流で検知していることが多い。この場合、同一のコンバータから供給される出力電流全体の総和が、過電流の発生を検知する予め定められた設定値にならないと保護機能は動作しない。
【０００３】
そのため、ある特定のコンバータから供給される複数系統の出力電圧のうち、ある特定の出力系統に対してのみ過電流の発生を検知することができないという問題があった。そこで、この対策として、特定の出力系統のみを監視し、その出力系統に過電流が発生した場合、他の出力系統の状態に関わらず、過電流保護として動作する差動増幅回路（オペアンプ）を用いた過電流保護回路が既に知られている。
【０００４】
特許文献１には、過電流保護回路として、差動増幅回路、フォトカプラを用いた方法が開示されている。また、特許文献１には、従来の過電流保護回路では過電流防止制御が行われる動作に移行したとき出力電圧の制御を高速に行うことができない、という課題を解決するため、過電流検出信号を所定時間だけマスクするマスキング回路を備えた構成が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の方法では、差動増幅器（オペアンプ）の電源を、入力側から出力側に対する電圧変換を行うトランスを構成する補助巻線から供給していたため、トランスに合わせた補助巻線の巻数計算が必要になると共に、補助巻線の実装により、ＰＳＵのコンパクト化の要求に反し、実装面積が大きくなったり、コストが上昇してしまったりするという問題があった。
【０００６】
また、あるＰＳＵを他機種において汎用的に用いる場合、出力系統の回路構成の違いから、トランス自体の巻線比を再度計算する必要があるが、このトランス自体の巻線比の変更に伴い、補助巻線の巻線比も再計算する必要があるため、設計上の工数がかかってしまうという問題もあった。
【０００７】
また、特許文献１に記載された技術では、差動増幅回路（オペアンプ）を用いて過電流を検出しているが、差動増幅回路の電源をどのように供給するかという点については何も開示されていない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、過電流の保護機能を有する差動増幅回路（オペアンプ）の電源をＰＳＵ自身が有している出力電圧から供給することにより、補助巻線を不要とし、補助巻線の実装面積、工数、及び設計コストを低減すると共に、汎用性を図ることが可能な過電流検出回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明における過電流検出回路は、異なる種類の電圧をそれぞれ発生する電圧発生手段と、前記異なる種類の電圧毎に予め対応付けられた複数の系統に対し、前記異なる種類の電圧をそれぞれ印加する電圧印加手段と、前記複数の系統のうち、何れかの系統において過電流が発生したことを検知する過電流検知手段と、前記過電流検知手段に対し、前記異なる種類の電圧のうちの何れかの電圧を電源として供給する電源供給手段と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、補助巻線を不要とし、補助巻線の実装面積、工数、及びコストを低減すると共に、汎用性を図ることが可能な過電流検出回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る過電流検出回路の一実施形態を示す回路図である。
【図２】本実施形態に係る過電流検出回路において、２４Ｖ起動時におけるタイミングチャートのイメージ図である。
【図３】本実施形態に係る過電流検出回路において、過電流保護動作時におけるタイミングチャートのイメージ図である。
【図４】本実施形態に係る過電流検出回路において、正常停止時におけるタイミングチャートのイメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化乃至省略する。本発明は、ＰＳＵにおける所定の出力系統を対象とした過電流検出回路において、ＰＳＵ自身が具備している出力電圧を差動増幅回路（オペアンプ）の電源として用いることとしている。これにより、特定の出力系統に対する過電流検出機能を動作させることが特徴となっている。本発明の特徴について、以下の図面を用いて詳細に解説する。
【００１３】
まず、本実施形態に係る過電流検出回路の一実施例を示す回路について説明する。図１は、本実施形態に係る過電流検出回路の一実施形態を示す回路図である。なお、本発明の実施形態における過電流検出回路が搭載されるＰＳＵは、主として、プリンタ等の画像形成装置に搭載されるものであるが、画像形成装置以外の装置に対して搭載されるものであっても良い。また、画像形成装置は、内部の駆動電圧として複数種類備えているのが一般的である。
【００１４】
複数種類の電圧の一つは、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ（Central Processing Unit））、画像処理回路等の制御系の各種電子部品を駆動するためのＤＣ（Direct Current：直流）５Ｖに代表される電圧である。もう一つは、画像処理を行う処理部、感光体ドラム、ポリゴンミラー、紙搬送モータ等の駆動系の部材を駆動するためのＤＣ２４Ｖの電圧である。
【００１５】
このように、ＤＣ５ＶとＤＣ２４Ｖの２種類の出力電圧を有するＰＳＵにおいて、ＤＣ電圧毎に予め複数の系統が対応付けられている。すなわち、ＤＣ５Ｖは５Ｖｏ端子（制御系統）に印加され、ＤＣ２４Ｖは２４Ｖｏ１、２４Ｖｏ２端子（駆動系統）に印加される。図１に示す回路図では、２４Ｖｏ２系統に本実施形態に係る過電流検出回路２０を設けている。
【００１６】
まず、本実施形態に係る過電流検出回路を搭載したＰＳＵ回路１０の基本動作について図２から図４を参照しつつ説明する。図２は、本実施形態に係る過電流検出回路において、２４Ｖ起動時におけるタイミングチャートのイメージ図である。また、図３は、本実施形態に係る過電流検出回路において、過電流保護動作時におけるタイミングチャートのイメージ図である。さらに、図４は、本実施形態に係る過電流検出回路において、正常停止時におけるタイミングチャートのイメージ図である。
【００１７】
本実施形態に係る過電流検出回路を搭載したＰＳＵ回路１０の図示しない主電源が投入されると、まず５Ｖ制御ＩＣ（Integrated Circuit）１１の動作が開始する。そして、５Ｖ制御ＩＣ１１によりＦＥＴ（Field Effect Transistor）４１が駆動され、トランス３１、３２を介して５Ｖｏ端子にＤＣ５Ｖの電圧が出力される。
【００１８】
それと同時に、５Ｖトランス３２、３３を介してＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ１  ２１の端子Ａに、ＤＣ５Ｖより高い電圧が印加される。そして、ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ１  ２１のスイッチを、図示しないＣＰＵから発せられる外部信号１３を用いてオンする（図２（（２））。ここで、ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ１  ２１の端子Ａと端子ＢとはＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ１  ２１の内部で接続されていることから、ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ１  ２１の端子Ｂから２４Ｖ制御ＩＣ１２の電源端子（Ｖｃｃ）にＤＣ５Ｖより高い電圧が印加される。
【００１９】
これにより、２４Ｖ制御ＩＣ１２の動作が開始し、２４Ｖ制御ＩＣ１２によりＦＥＴ４２が駆動され、出力電圧（２４Ｖｏ１、２４Ｖｏ２）が０Ｖから徐々に上昇し、最終的に、２４Ｖｏ１端子とＧＮＤとの間、及び２４Ｖｏ２端子とＧＮＤとの間にＤＣ２４Ｖの電圧が出力される（図２（３））。また、図示しないＣＰＵから発せられる外部信号１３は、ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ２  ２２をオンする（図２（４））。
【００２０】
ここで、ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ２  ２２の端子Ｃに、ＤＣ５Ｖの電圧が印加される。また、ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ２  ２２の端子Ｃと端子ＤとはＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ２  ２２の内部で接続されていることから、ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ２の端子Ｄからは５Ｖｏ端子とＧＮＤとの間に出力しているＤＣ５Ｖの電圧が出力される。そうすると、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の電源端子（Ｖｃｃ）には、５Ｖｏ端子からＤＣ５Ｖ（図２（５））、２４Ｖｏ１端子又は２４Ｖｏ２端子からＤＣ２４Ｖ（図２（６））の電圧が印加されるが、より高い値の電圧（ＤＣ２４Ｖ）によって駆動される。
【００２１】
なお、ＰＳＵ回路１０の動作状態として、５Ｖ系の電圧のみが動作している省エネ（スタンバイ、待機）モードにあるとき、図示しない画像形成装置の操作ボタンが押下されたり、ジョブが投入されたりすると、内蔵する紙搬送モータ等が回転する。これにより２４Ｖ系の電圧も動作する通常モードに復帰する。この省エネモードから通常モードに移行するときに図示しないＣＰＵが発する信号が外部信号１３である。
【００２２】
次に、過電流検出回路２０を構成するオペアンプ（ＡＭＰ）１４の動作について説明する。オペアンプ（ＡＭＰ）１４の動作は、主として、以下に説明する４つのモードに分けることができる。それは、（１）２４Ｖ起動時、（２）過電流検知時、（３）過電流保護動作時、及び（４）正常停止時である。以下、それぞれのモードについて図２から図４を参照しつつ詳細に説明する。
【００２３】
（１）２４Ｖ起動時
５Ｖトランス３１、３３により、５Ｖ制御ＩＣ１１のＯＵＴ端子からＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ１  ２１が動作可能なＤＣ５Ｖより高い電圧が２４Ｖ制御ＩＣ１２の電源端子（Ｖｃｃ）に供給されることにより、２４Ｖ制御ＩＣ１２が起動する。これにより、２４Ｖ制御ＩＣ１２によりＦＥＴ４２が駆動され、出力電圧（２４Ｖｏ１、２４Ｖｏ２）が０Ｖから徐々に上昇する。そうすると、２４Ｖトランス３４、３５を介してオペアンプ（ＡＭＰ）１４の電源端子（Ｖｃｃ）には、以下に述べる何れかの電圧が印加される。なお、電圧の立ち上がり方は、２４Ｖ制御ＩＣ１２によって生成された２４Ｖｏ１（又は２４Ｖｏ２）と比較して、５Ｖｏの方が早いタイミングで立ち上がる。
【００２４】
（イ）２４Ｖｏ１（又は２４Ｖｏ２）の電圧≦５Ｖの場合は、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の電源端子（Ｖｃｃ）には、ＤＣ５Ｖの電圧が印加される（図２（５））。（ロ）２４Ｖｏ１（又は２４Ｖｏ２）の＞５Ｖの場合は、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の電源端子（Ｖｃｃ）には、２４Ｖｏ１（又は２４Ｖｏ２）の電圧が印加される（図２（６））。
【００２５】
ただし、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の電源端子（Ｖｃｃ）の電圧が低ければ低いほど、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の精度が悪化する。この場合、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の動作が安定せず、予期しないタイミングで過電流検出回路２０が動作してしまう可能性がある。例えば、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の電源端子（Ｖｃｃ）にはＤＣ５Ｖの電圧が印加されているが、２４Ｖｏ１（又は２４Ｖｏ２）の電圧が、２４Ｖに到達する前の状態である（図２（Ｅ））。この場合、２４Ｖｏ１端子と２４Ｖｏ２端子との間に若干の電位差が発生する。そうすると、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の＋端子と−端子との間に電位差が生じ、オペアンプ（ＡＭＰ）１４は、２４Ｖｏ２系統に過電流が掛かったとして誤動作してしまう。
【００２６】
これを回避するため、２４Ｖｏ１（又は２４Ｖｏ２）の電圧が、ある程度上昇し安定するまで、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の＋端子とＧＮＤとの間に接続されているＦＥＴ４３を、ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ３  ２３によりオンしておく（図２（７））。すなわち、ＦＥＴ４３及びＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ３  ２３は、オペアンプ（ＡＭＰ）１４のオンオフ状態を切り替えている。
【００２７】
これにより、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の＋端子を−端子より低い電位に保持することで過電流検出機能を停止させている。２４Ｖｏ１（又は２４Ｖｏ２）の電圧がある程度上昇したタイミングで、ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ３  ２３によりＦＥＴ４３をオフし（図２（８））、オペアンプ（ＡＭＰ）１４で過電流を検知できる状態にする（図２（９））。
【００２８】
（２）過電流検知時
オペアンプ（ＡＭＰ）１４の＋端子と−端子との間には複数の抵抗が接続され、オペアンプ（ＡＭＰ）１４は、その抵抗の両端の電圧を監視している。オペアンプ（ＡＭＰ）１４の＋端子と−端子との間の電位差が予め設定された値以上になると過電流状態となり（図３（１０））、オペアンプ（ＡＭＰ）１４から信号が出力される（図３（１１））。オペアンプ（ＡＭＰ）１４から信号が出力される過電流状態が、時定数回路１５で設定された時間（図３（１２））以上継続する場合、ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ１  ２１、及びＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ３  ２３を以下に述べるような状態になるよう制御する。
【００２９】
（イ）ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ１  ２１を、オン状態からオフ状態へ切り替える（図３（１３））ことにより、ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ１  ２１の端子Ｂから２４Ｖ制御ＩＣ１２の電源端子（Ｖｃｃ）に印加される電圧は低下する。これにより、２４Ｖｏ１（又は２４Ｖｏ２）の電圧が低下し始める（図３（１４））。また、これに伴い、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の電源端子（Ｖｃｃ）に印加されるＤＣ２４Ｖも低下し始める（図３（１５））。
【００３０】
（ロ）ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ３  ２３はオフ状態を維持することにより、ＦＥＴ４３がオンすることによるオペアンプ（ＡＭＰ）１４の過電流検出機能が停止するのを防止する。過電流状態が時定数回路１５で設定した時間に満たない場合は、過電流状態ではないと判断され、通常動作を継続する。なお、時定数回路１５は、過電流であると判断する時間を予め設定する回路であり、公知の時定数回路を用いることが可能である。
【００３１】
（３）過電流保護動作時
過電流が検知されると、２４Ｖ制御ＩＣ１２の電源端子（Ｖｃｃ）に対して電圧が印加されなくなるため、２４Ｖ制御ＩＣ１２は動作停止する。そのため、ＦＥＴ４２が駆動されず、２４Ｖｏ１及び２４Ｖｏ２の電圧が徐々に低下し、最終的には０Ｖになる。その過程で、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の電源端子（Ｖｃｃ）には、以下に述べるように常時５Ｖ以上の電圧が印加されているため、オペアンプ（ＡＭＰ）１４は動作を継続し、過電流保護状態を維持する。
【００３２】
（イ）２４Ｖｏ１（又は２４Ｖｏ２）の電圧≦５Ｖの場合は、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の電源端子（Ｖｃｃ）には、ＤＣ５Ｖの電圧が印加される。（ロ）２４Ｖｏ１（又は２４Ｖｏ２）の電圧＞５Ｖの場合は、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の電源端子（Ｖｃｃ）には、２４Ｖｏ１（又は２４Ｖｏ２）の電圧、すなわち、ＤＣ２４Ｖから徐々に低下するＤＣ電圧が印加される。
【００３３】
（４）正常停止時
過電流状態ではない正常動作において、上述した通常モードから省エネモードに移行すると、図示しないＣＰＵから発せられる外部信号１３により、ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ１  ２１がオフ状態となる（図４（１６））。そうすると、２４Ｖ制御ＩＣ１２の電源端子（Ｖｃｃ）に電源が供給されなくなるため、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の電源端子（Ｖｃｃ）に供給されていたＤＣ２４Ｖ電圧が徐々に減少する（図４（１７））。
【００３４】
また、外部信号１３によりＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ２  ２２もオフ状態となる（図４（１８））。そうすると、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の電源端子（Ｖｃｃ）に供給されていたＤＣ５Ｖ電圧も減少する（図４（１９））。２４Ｖ制御ＩＣ１２の動作が停止状態となり、２４Ｖｏ１（又は２４Ｖｏ２）の電圧が、ある一定値以下になると、ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ３  ２３がオンする（図４（２０））。これにより、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の＋端子がＧＮＤに接続されるので、オペアンプ（ＡＭＰ）１４は過電流を検知しない機能停止状態となる（図４（２１））。
【００３５】
オペアンプ（ＡＭＰ）１４の電源端子（Ｖｃｃ）に供給されていたＤＣ２４Ｖ及びＤＣ５Ｖの電圧が低下すると、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の動作電圧が極端に低い電圧となる。そうすると、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の動作が不安定になる。しかしながら、オペアンプ（ＡＭＰ）１４の＋端子をＧＮＤに接続することにより、動作不安定による誤動作を防止することができる。
【００３６】
以上説明したように、複合機やプリンタ等に使用されるＰＳＵは、接続される負荷に合わせて複数系統の出力電圧を有している。そして、本発明では、過電流保護機能を有するオペアンプ（差動増幅回路）の電源をＰＳＵ自身が有している出力電圧から供給することとしている。これにより、補助巻線を不要とし、補助巻線の実装面積、工数、及び設計コストを低減すると共に、汎用性を図ることが可能な過電流検出回路及び電力供給装置を得ることができる。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範囲な趣旨及び範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０    ＰＳＵ回路
１１    ５Ｖ制御ＩＣ
１２    ２４Ｖ制御ＩＣ
１３    外部信号
１４    オペアンプ
１５    時定数回路
２０    過電流検出回路
２１    ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ１
２２    ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ２
２３    ＯＮ／ＯＦＦ  ＳＷ３
３１、３２、３３    ５Ｖトランス
３４、３５    ２４Ｖトランス
４１、４２、４３    ＦＥＴ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３９】
【特許文献１】特許第５１７７０９０号公報
【図１】
2015226354.tif 000003
【図２】
2015226354.tif 000004
【図３】
2015226354.tif 000005
【図４】
2015226354.tif 000006