(57)【要約】【課題】待機電力の低減が図られた画像形成装置を提供する。【解決手段】整流後の脈流電圧をスイッチングするとともに、商用電源側に高調波電流が発生することを抑制するスイッチング手段（１８，１４）と、該スイッチング手段に供給すべきスイッチングパルスを複数の異なる動作方式により発生可能なスイッチングパルス発生手段（３６，３２）とを備え、制御部１１が、画像形成装置の消費電力に応じて前記スイッチングパルス発生手段の動作方式を決定し、該決定された動作方式によって前記スイッチングパルス発生手段を動作させる。【選択図】　　　図１
2004117812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング安定化電源を搭載した画像形成装置において、
商用交流電源を整流する整流手段と、
前記整流手段による整流後の脈流電圧をスイッチングするとともに、商用電源側に高調波電流が発生することを抑制するスイッチング手段と、
前記スイッチング手段に供給すべきスイッチングパルスを複数の異なる動作方式により発生可能なスイッチングパルス発生手段と、
前記画像形成装置の消費電力を検出する消費電力検出手段と、
前記消費電力検出手段の検出結果に応じて前記スイッチングパルス発生手段の動作方式を決定し、該決定された動作方式によって前記スイッチングパルス発生手段を動作させる切換手段と
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記スイッチングパルス発生手段は、前記スイッチング手段がＯＮするたびに該スイッチング手段を流れる電流のピーク値が前記脈流電圧値に応じて設定されるマルチパルス動作方式と、前記スイッチング安定化電源の出力電圧に応じてパルス幅変調信号のパルス幅が設定されるＰＷＭ動作方式とを備えることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記消費電力検出手段によって前記画像形成装置の消費電力が大きい旨検出された場合、前記切換手段は前記マルチパルス動作方式を、前記スイッチングパルス発生手段で動作させるべき動作方式に決定し、前記消費電力検出手段によって前記画像形成装置の消費電力が小さい旨検出された場合、前記切換手段は前記ＰＷＭ動作方式を、前記スイッチングパルス発生手段で動作させるべき動作方式に決定することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記スイッチングパルス発生手段は、前記スイッチング手段がＯＮするたびに該スイッチング手段を流れる電流のピーク値が前記脈流電圧値に応じて設定されるマルチパルス動作方式と、該マルチパルス動作方式を動作させない動作停止方式とを備えることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記消費電力検出手段によって前記画像形成装置の消費電力が大きい旨検出された場合、前記切換手段は前記マルチパルス動作方式を、前記スイッチングパルス発生手段で動作させるべき動作方式に決定し、前記消費電力検出手段によって前記画像形成装置の消費電力が小さい旨検出された場合、前記動作停止方式を、前記スイッチングパルス発生手段で動作させるべき動作方式に決定することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記消費電力検出手段は、前記画像形成装置がウォームアップ中、プリント中、スタンバイ中、及びパワーセーブ中のうち何れの動作状態であるかに応じて前記画像形成装置の消費電力を推定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記消費電力検出手段は、前記画像形成装置に接続されるオプション装置の有無に応じて前記画像形成装置の消費電力を推定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記消費電力検出手段は、前記画像形成装置に接続されるオプション装置の動作状態に応じて前記画像形成装置の消費電力を推定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記消費電力検出手段は、前記画像形成装置に入力される電流値に応じて前記画像形成装置の消費電力を推定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項１０】
電子機器に直流電力を供給するスイッチング安定化電源装置において、
商用交流電源を整流する整流手段と、
前記整流手段による整流後の脈流電圧をスイッチングするとともに、商用電源側に高調波電流が発生することを抑制するスイッチング手段と、
前記スイッチング手段に供給すべきスイッチングパルスを複数の異なる動作方式により発生可能なスイッチングパルス発生手段と、
前記電子機器の消費電力を検出する消費電力検出手段と、
前記消費電力検出手段の検出結果に応じて前記スイッチングパルス発生手段の動作方式を決定し、該決定された動作方式によって前記スイッチングパルス発生手段を動作させる切換手段と
を有することを特徴とするスイッチング安定化電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置及びスイッチング安定化電源装置に関し、特に、スイッチング安定化電源を搭載した画像形成装置、及び電子機器に直流電力を供給するスイッチング安定化電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の画像形成装置の電源入力部に多く用いられるコンデンサ・インプット型整流回路を示す回路図である。
【０００３】
一般に、コンデンサ・インプット型整流回路は、ダイオードブリッジ１と、大型の電解コンデンサ２から構成され、商用電源入力端子Ｌ１，Ｌ２から入力された商用交流電源電圧を全波整流し、得られた直流を後段の低圧電源３へ出力する。
【０００４】
図８は、コンデンサ・インプット型整流回路におけるダイオードブリッジ１から電解コンデンサ２に入力される電流ｉの波形（Ａ）、電解コンデンサ２の両端電圧ｖの波形（Ｂ）を示すタイミングチャートである。
【０００５】
電流ｉの波形は、とがったパルス状の波形となるが、これは、商用電源電圧と同じ周波数の正弦波を基本波とし、該基本波とその整数倍周波数の正弦波とを合成した形状となっている。一般にこの基本波以外の正弦波電流を高調波電流と呼ぶ。商用電源電圧の半周期における電流ｉの面積値（電流ｉの時間平均値）と、コンデンサ・インプット型整流回路が出力する電流ｉｄｃの値は等しくなるので、電流ｉのピーク値ｉｐｋは電流ｉｄｃよりも非常に大きな値となる。整流回路内で使用するダイオードブリッジ１や電解コンデンサ２は、電流ｉｐｋに応じて選定しなければならず、大型かつ高価な素子が必要となる。そのため、画像形成装置の大型化およびコストアップを招くという問題があった。
【０００６】
近年、上記の問題を解決する一つの方法として、画像形成装置の電源入力部において力率改善コンバータを備えた電源が用いられるようになっている。
【０００７】
図９は、画像形成装置（プリンタ）の電源入力部に備えられた力率改善コンバータを示す回路図である。
【０００８】
Ｌ１，Ｌ２は商用電源入力端子、４はメインスイッチ、６は力率改善コンバータ、３は低圧電源、７は定着電源（ＦＰＳ）、１２は定着器である。低圧電源３の出力は２系統の出力端子８，９から駆動部１０と制御部１１とにそれぞれ供給さる。駆動部１０には、プリント動作を行うモータ等のアクチエータと、それらのアクチエータに電力を供給するドライバとが含まれる。制御部１１には、上記駆動部１０および定着電源７の動作を制御するＣＰＵ，ＡＳＩＣ，ＤＳＰ等の論理演算素子と、プリンタ外部から供給される画像情報を変調する画像処理装置と、変調結果をレーザ光に変換するレーザダイオード及びレーザドライバとが含まれる。定着電源７の出力は、定着装置１２内に配置されるヒータ１３に供給される。
【０００９】
メインスイッチ４が投入されると、力率改善コンバータ６および低圧電源３が起動し、出力端子８，９に規定の電圧を出力し、これによって、駆動部１０と制御部１１とは電力が供給される。制御部１１は、駆動部１０を制御してプリント動作を行うためのイニシャル動作を行うと共に、定着電源７を起動して、ヒータ１３に給電し、定着装置１２を規定の温度まで加熱する。以上のメインスイッチ４の投入から定着装置１２の加熱終了までの期間を「ウォームアップ期間」と呼ぶ。
【００１０】
ウォームアップ期間が終了すると、制御部１１は、駆動部１０内の大部分のアクチエータの動作を停止させ、プリンタ外部から画像信号が供給されるまで待機する。また、この待機期間中、制御部１１は、定着装置１２の温度が規定値を下回った場合にヒータ１３に給電し、定着装置１２の温度が概略一定となるように制御する。この待機期間を「スタンバイ期間」と呼ぶ。
【００１１】
プリンタ外部から画像信号が供給されると、制御部１１は駆動部１０を適宜制御してプリント動作を行うと共に、定着装置１２の温度が規定値を下回った場合にはヒータ１３に給電し、定着装置１２の温度が概略一定となるように制御する。この期間を「プリント期間」と呼ぶ。プリント期間が終了すると、プリンタは再びスタンバイ期間に戻る。
【００１２】
スタンバイ期間が規定時間以上継続すると、制御部１１は駆動部１０の一部への給電を止めたり、ヒータ１３への投入電力を絞るなどして、消費電力の低減を図る。この期間を「パワーセーブ期間」と呼ぶ。このパワーセーブ期間中に画像信号が供給されると、プリンタは、ウォームアップの後、プリント動作を再開する。
【００１３】
次に、図９および図１０を参照して、力率改善コンバータ６の構成及び動作を説明する。なお図１０は、プリント期間およびウォームアップ期間における力率改善コンバータ６各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【００１４】
力率改善コンバータ６の構成は、商用電源電圧を全波整流するダイオードブリッジ１、高周波電流を抑制するフィルタ１４、フィルタ１４の出力電圧Ｅｉｎを分圧し、電圧Ｖｉｎを出力する抵抗２３，２４、チョークコイルのメイン巻線１５Ｌ、メイン巻線１５Ｌに流れる電流Ｉｌをモニタする補助巻線１５Ｓ、補助巻線１５Ｓで検出された電流をアナログ電圧Ｖｉｌに変換するダイオード１６および抵抗１７、アナログ電圧Ｖｉｌを基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較する比較器２２、ＦＥＴ１８、ＦＥＴ１８に流れる電流Ｉｆｅｔを検出し、電圧Ｖｉｆｅｔに変換する抵抗２０、整流用ダイオード２１、平滑用電解コンデンサ２、力率改善コンバータ６の出力電圧Ｅｏｕｔを分圧し、電圧Ｖｏｕｔを出力する抵抗２６，２７およびコンデンサ２８、電圧Ｖｏｕｔを基準電圧Ｖｒｅｆ２と比較し、誤差電圧Ｖｆｂを出力するエラーアンプ２９、電圧Ｖｉｎを誤差電圧Ｖｆｂで除算して得られた値に比例定数αを乗算して得られた電圧Ｖｉｔｇｔを出力するマルチプライヤ３０、電圧Ｖｉｔｇｔと電圧Ｖｉｆｅｔとを比較する比較器３１、比較器２２の出力信号／ｓｅｔおよび比較器３１の出力信号／ｒｅｓｅｔを入力信号とし、出力信号ＱをＦＥＴ１８のゲートに出力するＲＳラッチ３２から成る。
【００１５】
こうした構成の力率改善コンバータ６において、ＦＥＴ１８がＯＮすると（ｔ１）、チョークコイルのメイン巻線１５Ｌ→ＦＥＴ１８→抵抗２０の経路で電流が流れはじめ、徐々に増加する。このときＩｌ＝Ｉｆｅｔである。電流Ｉｆｅｔの電流量は、抵抗２０によって電圧Ｖｉｆｅｔに変換され、比較器３１の反転入力端子に供給される。一方、比較器３１の非反転入力端子にはマルチプライヤ３０の出力電圧Ｖｉｔｇｔが入力されている。このため、電流Ｉｆｅｔ（＝Ｉｌ）が徐々に増加し（すなわち、電圧Ｖｉｆｅｔが徐々に増加し）、Ｖｉｆｅｔ＞Ｖｉｔｇｔとなると、比較器３１の出力信号／ｒｅｓｅｔがＬレベルとなり、ＲＳラッチの出力信号ＱはＬレベルとなる。これによりＦＥＴ１８はＯＦＦされる（ｔ２）。
【００１６】
ＦＥＴ１８がＯＦＦされると（ｔ２）、それまでメイン巻線１５Ｌ→ＦＥＴ１８の経路で流れていた電流が、メイン巻線１５Ｌ→ダイオード２１→電解コンデンサ２の経路で流れ始め、ｔ１からｔ２の時間にメイン巻線１５Ｌに蓄積されたエネルギが電圧Ｅｉｎに重畳されて、電解コンデンサ２に徐々に蓄積されていく。これに伴い、電流Ｉｌは徐々に減少していき、メイン巻線１５Ｌに蓄積されたエネルギが、完全に電解コンデンサ２に吐き出された時点で零となる。電流Ｉｌは、チョークコイルの補助巻線１５Ｓ、ダイオード１６、および抵抗１７によって電圧Ｖｉｌに変換され、比較器２２の非反転入力端子に入力される。一方、比較器２２の反転入力端子には規定の電圧Ｖｒｅｆ１が供給されている。電圧Ｖｒｅｆ１は、電流Ｉｌが概略零になったときの電圧Ｖｉｌと同じ値に設定されている。よって電流Ｉｌが零になると、Ｖｒｅｆ１＞Ｖｉｌとなり、比較器２２の出力信号／ｓｅｔがＬレベルになる。これにより、ＲＳラッチ３２の出力信号ＱはＨレベルとなり、ＦＥＴ１８は再びＯＮされる（ｔ３）。
【００１７】
以上のようにして、ＦＥＴ１８がＯＮするたびに電流Ｉｌのピーク値が電圧Ｅｉｎに応じて設定されることになる。こうしたＦＥＴ１８がＯＮするたびに電流Ｉｌのピーク値が電圧Ｅｉｎに応じて設定されるスイッチング方式を「マルチパルススイッチング方式」と呼び、こうした設定動作を「マルチパルス動作」とよぶ。
【００１８】
これ以降、前記のｔ１→ｔ２の期間及びｔ２→ｔ３の期間における動作を繰り返すことにより、電解コンデンサ２の端子間に概略一定の直流電圧Ｅｏｕｔが誘起される。
【００１９】
電圧Ｅｏｕｔは、抵抗２６，２７およびコンデンサ２８によって電圧Ｖｏｕｔに変換される。一般に、電圧Ｅｏｕｔの変化に対する電圧Ｖｏｕｔの応答速度が２０Ｈｚ程度になるように、抵抗２６，２７およびコンデンサ２８の定数が設定される。
【００２０】
電圧Ｖｏｕｔはエラーアンプ２９の非反転入力端子に入力される。一方、エラーアンプ２９の反転入力端子には、規定の電圧Ｖｒｅｆ２が入力される。ここで規定電圧Ｖｒｅｆ２は力率改善コンバータ６の目標出力電圧を規定しており、エラーアンプ２９の出力電圧Ｖｆｂは、電圧Ｅｏｕｔの目標出力電圧との誤差を示している。
【００２１】
誤差電圧Ｖｆｂは電圧Ｖｉｎと共にマルチプライヤ３０に入力される。マルチプライヤ３０は、電圧Ｖｉｎを誤差電圧Ｖｆｂで除算して得られた値に比例定数αを乗算して得られた電圧Ｖｉｔｇｔを出力する。仮に誤差電圧Ｖｆｂを一定とすれば、電圧Ｖｉｔｇｔは電圧Ｖｉｎに比例した電圧となる（すなわち、電圧Ｅｉｎに比例した電圧となる）。ＦＥＴ１８は、電流Ｉｌのピーク値が電圧Ｖｉｔｇｔに比例するようにＯＮ／ＯＦＦ駆動されるから、三角波状に変化する電流Ｉｌのピーク値は電圧Ｅｉｎに比例した軌跡（すなわち正弦波の半波）を描くこととなる。さらに、電圧Ｅｏｕｔの変化に対する誤差電圧Ｖｆｂの応答速度は２０Ｈｚ程度に設定されているから、商用電源の半周期（周波数に換算して１００Ｈｚ〜１２０Ｈｚ程度）の間に電圧Ｖｉｔｇｔが急峻に変化することはない。よって、電流Ｉｌのピーク値は、電圧Ｅｏｕｔの変化によらず、概略正弦波の半波の軌跡を描くこととなる。
【００２２】
フィルタ１４はローパスフィルタであり、そのカットオフ周波数は、商用電源の周波数よりも大きく、且つＦＥＴ１８のスイッチング周波数（すなわちＲＳラッチ３２の出力電圧Ｑの周波数）よりも小さい値に設定される。よって、三角波状に変化する電流Ｉｌはフィルタ１４によって平均化され、商用電源側（図９中のＬ１／Ｌ２部）では概略正弦波となる。
【００２３】
以上のように、画像形成装置の電源入力部に力率改善コンバータ６を備えることにより、高調波電流を抑制する（即ち、画像形成装置への入力電流（図９中のＬ１／Ｌ２部の電流）を概略正弦波にする）ことが可能となる。よって整流回路内で使用するダイオードブリッジ１や電解コンデンサ２は比較的小型な素子を使用することができ、コストアップや装置の大型化を招くという問題は解決される。
【００２４】
以上説明した従来の技術は、例えば下記の非特許文献１〜３に示される。
【００２５】
【非特許文献１】
「Ｐｏｗｅｒ　Ｆａｃｔｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ＭＣ３４２６２／Ｄ　データシート」日本モトローラ株式会社発行１９９６年
【非特許文献２】
「トランジスタ技術」ＣＱ出版社発行、２０００年９月号ｐ．２８３−２９２
【非特許文献３】
原田　耕介　監修「スイッチング電源の高調波対策」日刊工業新聞社出版、ｐ．７２−７３
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プリンタの低圧電源３が消費する電力、即ち力率改善コンバータ６の出力電力は、ウォームアップ期間、スタンバイ期間、プリント期間、パワーセーブ期間でそれぞれ異なる。一般に、プリント期間およびウォームアップ期間に消費する電力に比べて、スタンバイ期間およびパワーセーブ期間に消費する電力は、極めて小さい。
【００２７】
図１１は、スタンバイ期間およびパワーセーブ期間における力率改善コンバータ６各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【００２８】
スタンバイ期間およびパワーセーブ期間における力率改善コンバータ６の基本動作は、ウォームアップ期間及びプリント期間における動作と同様である。ただし、力率改善コンバータ６の出力電力が小さいため、出力電圧Ｅｏｕｔは大きくなる。よって、電圧Ｖｏｕｔは大きくなり、電圧Ｖｏｕｔと電圧Ｖｒｅｆとの差は小さくなるから、エラーアンプ２９の出力誤差電圧Ｖｆｂは大きくなる。よって電圧Ｖｉｔｇｔ（＝αＶｉｎ／Ｖｆｂ）は小さくなるから、電流Ｉｌのピーク値は小さくなる。ところで、ＦＥＴ１８がＯＮしてからの電流Ｉｌの傾き（Ｉｌの増加率）およびＦＥＴ１８がＯＦＦしてからの電流Ｉｌの傾き（Ｉｌの減少率）は、電圧Ｅｉｎとメイン巻線１５Ｌのインダクタンスとによって決定され、力率改善コンバータ６の出力電力には無関係である。よって、単位時間当たり（例えば商用電源の半周期当たり）のＦＥＴ１８のＯＮ／ＯＦＦ回数は、電流Ｉｌのピーク値が小さいほど（力率改善コンバータ６の出力電力が小さいほど）多くなる。
【００２９】
ところで、ＦＥＴ１８で発生する電力損失Ｐｄは、大部分がＦＥＴ１８のターンオン時およびターンオフ時に発生する。これを、図１２を参照して説明する。
【００３０】
図１２は、図１１の枠１００で囲った部分におけるＦＥＴ１８各部の電圧及び電流を示す図である。
【００３１】
図１２に示すように、ＦＥＴ１８のゲート電圧ＶｇｓがＨレベルとなってから（ｔ４）、ＦＥＴ１８のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓが下がりきる（ｔ５）までに、若干の時間（ｔｏｎ）がかかり、この時間ｔｏｎ中にドレイン電流Ｉｄが流れるため、ＦＥＴ１８で電力損失Ｐｄが発生する（▲１▼ターンオンロス）。また、ＦＥＴ１８のゲートＶｇｓがＬレベルとなってから（ｔ６）、ＦＥＴ１８のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓが下がりきる（ｔ７）までに、若干の時間（ｔｏｆｆ）がかかり、この時間ｔｏｆｆ中にドレイン電流Ｉｄが流れるため、ＦＥＴ１８で電力損失Ｐｄが発生する（▲２▼ターンオフロス）。
【００３２】
なお、時間ｔｏｎおよび時間ｔｏｆｆは、ＦＥＴ１８のゲート容量およびＲＳラッチ３２の出力能力のみによって決定され、スイッチング周波数には無関係である。
【００３３】
このように、ＦＥＴ１８で発生する電力損失Ｐｄの大部分がＦＥＴ１８のターンオン時およびターンオフ時に発生するので、スイッチング周波数が大きくなると、電力損失Ｐｄもそれに比例して大きくなる。
【００３４】
すなわち、力率改善コンバータ６のように、電流Ｉｌの増加率と減少率が一定である場合、電流Ｉｌのピーク値が小さくなっても、スイッチング周波数が増加するため、ＦＥＴ１８で発生する電力損失Ｐｄは一定である。よって、プリンタの消費電力に対するＦＥＴ１８の電力損失Ｐｄの割合（すなわち電力効率の逆数）は、プリンタの消費電力が小さいほど上昇する。すなわち、プリンタの消費電力が小さいスタンバイ期間およびパワーセーブ期間に電力効率が大幅に低下してしまう。
【００３５】
近年、環境保護の観点から、待機時の電力消費（以下、「待機電力」とする）の小さい画像形成装置が強く求められている。しかしながら、従来の力率改善コンバータを搭載した画像形成装置では、消費電力が小さいスタンバイ期間やパワーセーブ期間において電力効率が大幅に低下するため、待機電力の低減が非常に困難であった。
【００３６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、待機電力の低減が図られた画像形成装置及びスイッチング安定化電源装置を提供することを目的とする。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明によれば、スイッチング安定化電源を搭載した画像形成装置において、商用交流電源を整流する整流手段と、前記整流手段による整流後の脈流電圧をスイッチングするとともに、商用電源側に高調波電流が発生することを抑制するスイッチング手段と、前記スイッチング手段に供給すべきスイッチングパルスを複数の異なる動作方式により発生可能なスイッチングパルス発生手段と、前記画像形成装置の消費電力を検出する消費電力検出手段と、前記消費電力検出手段の検出結果に応じて前記スイッチングパルス発生手段の動作方式を決定し、該決定された動作方式によって前記スイッチングパルス発生手段を動作させる切換手段とを有することを特徴とする画像形成装置が提供される。
【００３８】
また、請求項１０記載の発明によれば、電子機器に直流電力を供給するスイッチング安定化電源装置において、商用交流電源を整流する整流手段と、前記整流手段による整流後の脈流電圧をスイッチングするとともに、商用電源側に高調波電流が発生することを抑制するスイッチング手段と、前記スイッチング手段に供給すべきスイッチングパルスを複数の異なる動作方式により発生可能なスイッチングパルス発生手段と、前記電子機器の消費電力を検出する消費電力検出手段と、前記消費電力検出手段の検出結果に応じて前記スイッチングパルス発生手段の動作方式を決定し、該決定された動作方式によって前記スイッチングパルス発生手段を動作させる切換手段とを有することを特徴とするスイッチング安定化電源装置が提供される。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００４０】
［第１の実施の形態］
図１は、画像形成装置（プリンタ）に搭載された力率改善コンバータの第１の実施の形態の構成を示す回路図である。なお、図１に示す構成は、図９に示した従来の構成と同じ部分があるので、こうした同一部分については同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
第１の実施の形態における力率改善コンバータでは、プリンタ消費電力が大きいプリント期間およびウォームアップ期間には、高調波電流の発生を抑えるためにマルチパルス方式にてスイッチングを行い、一方、プリンタ消費電力が小さいスタンバイ期間およびパワーセーブ期間には、力率改善コンバータのスイッチング周波数の上昇を抑えるために、スイッチング方式をマルチパルス方式からＰＷＭ方式に変更する。
【００４２】
第１の実施の形態では、図９に示す従来の構成に周波数切り替え装置３６を追加するようにしている。
【００４３】
周波数切り替え装置３６は、基準ノコギリ波ｏｓｃを出力する発振器３３と、基準ノコギリ波ｏｓｃと誤差電圧Ｖｆｂとを比較し、ｐｗｍ信号（パルス幅変調信号）を出力する比較器３４と、制御部１１からの切り替え信号ｆｃｏｎｔに基づいて、ＲＳラッチ３２の出力電圧Ｑとｐｗｍ信号とのうち一方を選択して出力するマルチプレクサ３５とによって構成される。
【００４４】
図２は、第１の実施の形態における力率改善コンバータ６各部の信号波形を示すタイミングチャートである。この図２を参照して、力率改善コンバータ６の動作を説明する。
【００４５】
比較器３４の非反転入力端子に入力される基準ノコギリ波ｏｓｃは、規定周波数をもったノコギリ波である。基準ノコギリ波ｏｓｃの周波数は、プリント期間およびウォームアップ期間におけるＲＳラッチ３２の出力電圧Ｑの最低周波数と同程度に設定される。
【００４６】
一方、比較器３４の反転入力端子に入力される誤差電圧Ｖｆｂは、目標出力電圧に対する力率改善コンバータ６の出力電圧Ｅｏｕｔの誤差を示している。ここで、スタンバイ期間中およびパワーセーブ期間中、低圧電源３の消費電力が最大になった場合にも、誤差電圧Ｖｆｂが基準ノコギリ波ｏｓｃの振幅値を超えないように各素子の定数を設定することが望ましい。これは、ｐｗｍ信号の後述のＯＮ＿Ｄｕｔｙが１００％となるのを防止するためのものである。
【００４７】
これにより、比較器３４の出力信号ｐｗｍは、基準ノコギリ波ｏｓｃと同じ周波数を持ち、目標出力電圧に対する出力電圧Ｅｏｕｔの誤差に応じてデューティを変える信号となる。すなわち、出力電圧Ｅｏｕｔが目標出力電圧より大きい場合は、ｐｗｍ信号のＯＮ＿Ｄｕｔｙが小さくなり、出力電圧Ｅｏｕｔが目標出力電圧より小さい場合は、ｐｗｍ信号のＯＮ＿Ｄｕｔｙが大きくなる。この動作を「ＰＷＭ動作」と呼ぶ。
【００４８】
プリント期間およびウォームアップ期間中、制御部１１はマルチプレクサ３５へ送る切り替え信号ｆｃｏｎｔをＬレベルとする。Ｌレベルの切り替え信号ｆｃｏｎｔを受け取ったマルチプレクサ３５は、ＲＳラッチ３２の出力Ｑを選択してＦＥＴ１８のゲートに供給する。これにより、力率改善コンバータ６は、図９に示す従来構成の力率改善コンバータと同様に、マルチパルススイッチングを行い、高調波電流の発生を抑えることができる。
【００４９】
一方、プリンタがスタンバイ期間およびパワーセーブ期間に入ると、制御部１１は切り替え信号ｆｃｏｎｔをＨレベルとする。このＨレベルの切り替え信号ｆｃｏｎｔを受け取ったマルチプレクサ３５は、比較器３４の出力信号ｐｗｍを選択してＦＥＴ１８のゲートに供給する。前述のようにｐｗｍ信号は目標出力電圧に対する出力電圧Ｅｏｕｔの誤差に応じてデューティを変える信号であるから、出力電圧Ｅｏｕｔは概略一定の電圧となる。このとき前述のように、ｐｗｍ信号の周波数（＝基準ノコギリ波ｏｓｃの周波数）は、プリント期間およびウォームアップ期間におけるＲＳラッチ３２の出力Ｑの最低周波数と同程度に設定されているので、プリンタの消費電力が小さいスタンバイ期間およびパワーセーブ期間のおいても、図９に示す従来構成の力率改善コンバータのように、力率改善コンバータ６のスイッチング周波数が上昇することがなく、電力効率が大幅に低下することはない。
【００５０】
以上のように、消費電力の小さいスタンバイ期間およびパワーセーブ期間においては、力率改善コンバータ６のスイッチング周波数を比較的低い周波数に固定することによって、電力効率の低下を防止できる。この結果として待機電力を抑えることができる。
【００５１】
なお、第１の実施の形態では、「プリント期間およびウォームアップ期間」と「スタンバイ期間およびパワーセーブ期間」との２つの間で、力率改善コンバータの動作を切り替えるようにしている。これに代わって、プリント期間、ウォームアップ期間、スタンバイ期間、パワーセーブ期間のそれぞれの間で力率改善コンバータの動作を切り替えるようにしてもよく、また各期間の中でさらに細かく力率改善コンバータの動作を切り替えるようにしてもよい。
【００５２】
［第２の実施の形態］
次に第２の実施の形態を説明する。
【００５３】
図３は、画像形成装置（プリンタ）に搭載された力率改善コンバータの第２の実施の形態の構成を示す回路図である。なお、図３に示す構成は、図９に示した従来の構成と同じ部分があるので、こうした同一部分については同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００５４】
第２の実施の形態における力率改善コンバータでは、プリンタ消費電力が大きいプリント期間およびウォームアップ期間には、高調波電流の発生を抑えるためにマルチパルス方式にてスイッチングを行い、一方、プリンタ消費電力が小さいスタンバイ期間およびパワーセーブ期間には、力率改善コンバータを間欠動作させ、スイッチング回数を減少させるようにしている。
【００５５】
第２の実施の形態では、図９に示す従来の構成に入力電圧検出装置３８および駆動パルス許可装置４１を追加している。
【００５６】
入力電圧検出装置３８は、基準電圧Ｖｒｅｆ３および比較器３７によって構成される。比較器３７の非反転入力には電圧Ｖｉｎが供給され、一方反転入力には基準電圧Ｖｒｅｆ３が入力される。よって、電圧Ｖｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆ３より大きくなると、比較器３７の出力ｐｍａｓｋがＨレベルとなり、逆に電圧Ｖｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆ３よりも小さくなると比較器３７の出力はＬレベルとなる。すなわち、出力信号ｐｍａｓｋは電圧Ｅｉｎが規定の電圧より低い場合、Ｌレベルとなり、規定の電圧より高い場合Ｈレベルとなる。
【００５７】
駆動パルス許可装置４１は、ＯＲゲート３９およびＡＮＤゲート４０によって構成される。ＯＲゲート３９には、出力信号ｐｍａｓｋと、制御部１１から出力される切り替え信号ｆｃｏｎｔとが供給されている。またＡＮＤゲート４０には、ＯＲゲート３９の出力とＲＳラッチ３２の出力Ｑとが入力される。
【００５８】
図４は、第２の実施の形態における力率改善コンバータ６各部の信号波形を示すタイミングチャートである。この図４を参照して、力率改善コンバータ６の動作を説明する。
【００５９】
制御部１１は、ウォームアップ期間およびプリント期間では切り替え信号ｆｃｏｎｔをＬレベルとする。このＬレベルを反転させたＨレベルが入力されたＯＲゲート３９は、出力信号ｐｍａｓｋのレベルによらずＨレベルをＡＮＤゲート４０に出力する。よって、ＡＮＤゲート４０は、ＲＳラッチ３２の出力ＱをＦＥＴ１８のゲートに供給することとなり、力率改善コンバータ６は、図９に示す従来の構成と同様に、商用電源の半波全域でマルチパルススイッチングを行い、高調波電流の発生を抑えることができる。
【００６０】
一方、プリンタがスタンバイ期間およびパワーセーブ期間に入ると、制御部１１は切り替え信号ｆｃｏｎｔをＨレベルとする。このＨレベルを反転させたＬレベルが入力されたＯＲゲート３９は信号ｐｍａｓｋをＡＮＤゲート４０に出力する。よって、ＡＮＤゲート４０の出力は、信号ｐｍａｓｋがＨレベルの場合だけ、ＲＳラッチ３２の出力ＱをＦＥＴ１８のゲートに供給し、信号ｐｍａｓｋがＬレベルの場合には、ＦＥＴ１８のゲートにＬレベルを供給することとなる。これにより、力率改善コンバータ６は、電圧Ｅｉｎが規定値以上の場合にのみ昇圧動作を行い、電圧Ｅｉｎが規定値よりも低い場合、ＦＥＴ１８をＯＦＦして昇圧動作を行わないことになる。
【００６１】
図９に示す従来の構成の力率改善コンバータでは、プリンタの消費電力によらず、商用電源の半波全域にわたってマルチパルススイッチングをおこなっていた。これにより、スタンバイ期間やパワーセーブ期間などプリンタの消費電力が小さい場合、出力電圧Ｅｏｕｔの単位時間当たりの変化量が小さくなり、電流Ｉｌのピーク値が小さくなり、単位時間当たり（例えば商用電源の半周期当たり）のＦＥＴ１８のＯＮ／ＯＦＦ回数の増加、ひいては電力効率の低下を招いていた。これに対して第２の実施の形態によれば、消費電流が小さく且つ入力電圧が小さい場合、力率改善コンバータ６の動作を制限し、単位時間当たり（例えば商用電源の半周期当たり）のＦＥＴ１８のＯＮ／ＯＦＦ回数を抑制できる。これによって、電力効率の低下を防止でき、結果として待機電力を抑えることができる。
【００６２】
なお、第２の実施の形態では、「プリント期間およびウォームアップ期間」と「スタンバイ期間およびパワーセーブ期間」との２つの間で、力率改善コンバータの動作を切り替えるようにしている。これに代わって、プリント期間、ウォームアップ期間、スタンバイ期間、パワーセーブ期間のそれぞれの間で力率改善コンバータの動作を切り替えるようにしてもよく、また各期間の中でさらに細かく力率改善コンバータの動作を切り替えるようにしてもよい。
【００６３】
［第３の実施の形態］
次に第３の実施の形態を説明する。
【００６４】
図５は、力率改善コンバータを搭載したマルチファンクションプリンタ（以下「ＭＦＰ」という）の構成を示す構成図である。なお、図５に示す構成は、図９に示した従来の構成と同じ部分があるので、こうした同一部分については同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
第３の実施の形態におけるＭＦＰの力率改善コンバータでは、ＭＦＰを構成する各部分（イメージスキャナ部／ファクシミリ部／プリンタ部／排紙オプション部）の動作状況に基づいて、ＭＦＰ全体で消費する電力を算出し、ＭＦＰの消費電力が大きい場合には、高調波電流の発生を抑えるためにマルチパルス方式にてスイッチングを行い、一方、ＭＦＰ全体の消費電力が小さい場合には、力率改善コンバータの動作を切り替えて、スイッチング周波数を低く抑える（あるいはスイッチング回数を減少させる）ようにする。
【００６６】
図５に示すようにＭＦＰは、紙原稿の画像情報を読み取るイメージスキャナ部５０、外部から送信されたファクシミリ情報を受信、あるいは外部へファクシミリ情報を送信するファクシミリ部５２、プリンタ部５１、プリンタ部５１から排出された用紙を適宜仕分けする排紙オプション部５３によって構成される。プリンタ部５１の構成は、前記第１の実施の形態と同様である。
【００６７】
イメージスキャナ部５０、ファクシミリ部５２、排紙オプション部５３にはそれぞれ、駆動部とその駆動部を制御する制御部とが含まれる。これら駆動部および制御部で消費される電流は、プリンタ部５１の低圧電源３から供給されている。また、各制御部は、プリンタ５１の制御部１１に接続され、プリンタ５１の制御部１１から送出される命令によって適宜動作する。
【００６８】
上記のような構成において、プリンタ５１の制御部１１は、プリンタ部５１、イメージスキャナ部５０、ファクシミリ部５２、排紙オプション部５３が動作するのに必要な消費電力の情報を、ユーザによって与えられるさまざまなジョブごとに予め記憶しておき、ユーザによってジョブが与えられると、ＭＦＰ全体の消費電力を算出する。そして、ＭＦＰ全体の消費電力が閾値以上になるジョブを実行するときには、切り替え信号ｆｃｏｎｔをＬレベルとし、逆にＭＦＰ全体の消費電力が閾値よりも低いジョブを実行するときには、切り替え信号ｆｃｏｎｔをＨレベルとする。
【００６９】
例えば、図５に示すように、イメージスキャナ部５０の消費電力情報Ｐｉｍｓが２００、ファクシミリ部５２の消費電力情報Ｐｆａｘが１００、排紙オプション部５３の消費電力情報Ｐｈａｉが２００、プリンタ部５１の消費電力情報Ｐｌｂｐが３００というように消費電力情報が予め制御部１１に記憶されているとする。また、消費電力の閾値Ｐｓｈが４５０と予めプリンタ５１の制御部１１に記憶されているものとする。
【００７０】
図６は、ＭＦＰ全体の消費電力及び切り替え信号ｆｃｏｎｔを、ジョブごとに示した図である。
【００７１】
図６（Ａ）は、ユーザがＭＦＰを使って外部にファクシミリを送信するジョブの例を示す。このジョブの実行では、制御部１１がイメージスキャナ部５０と、ファクシミリ部５２に動作命令を出す。これによりイメージスキャナ部５０は紙原稿を読み取り、読み取った画像情報をファクシミリ部５２に送出する。ファクシミリ部５２は受け取った画像情報を適宜変調して外部に送信する。
【００７２】
このとき制御部１１は動作命令を出すと同時に、ＭＦＰの消費電力Ｐｍｆｐ＝Ｐｉｍｓ＋Ｐｆａｘ（＝３００）を算出し、閾値Ｐｓｈ（＝４５０）と比較する。ここでＰｍｆｐ＜Ｐｓｈであるから、制御部１１はＨレベルの切り替え信号ｆｃｏｎｔを力率改善コンバータ６へ出力する。これによって、第１の実施の形態と同様の構成を持つ力率改善コンバータ６はＰＷＭ動作を行う。かくして、力率改善コンバータ６のスイッチング周波数が上昇することはなく、電力効率が大幅に低下することはない。
【００７３】
図６（Ｂ）は、ＭＦＰが外部からファクシミリを受信するジョブの例を示す。このジョブの実行では、制御部１１がファクシミリ部５２及びプリンタ部５１に動作命令を出す。これにより、ファクシミリ部５２が外部から受信した画像情報を復調してプリンタ部５１に送出し、プリンタ部５１は受け取った画像情報に基づいて画像形成動作を行い、印字した紙を排紙する（排紙オプションは使わない）。
【００７４】
このとき制御部１１は動作命令を出すと同時に、ＭＦＰの消費電力Ｐｍｆｐ＝Ｐｆａｘ＋Ｐｌｂｐ（＝４００）を算出し、閾値Ｐｓｈ（＝４５０）と比較する。ここでＰｍｆｐ＜Ｐｓｈであるから、制御部１１はＨレベルの切り替え信号ｆｃｏｎｔを力率改善コンバータ６へ出力する。これによって、第１の実施の形態と同様の構成を持つ力率改善コンバータ６はＰＷＭ動作を行う。かくして、力率改善コンバータ６のスイッチング周波数が上昇することはなく、電力効率が大幅に低下することはない。
【００７５】
図６（Ｃ）は、プリントを行いプリント後の用紙を仕分けするジョブの例を示す。このジョブの実行では、制御部１１がプリンタ部５１及び排紙オプション部５３に動作命令を出す。これにより、プリンタ部５１が供給された画像情報に基づいて画像形成動作を行い、プリントした用紙を排紙オプション５３に排出する。排紙オプション５３は、受け取った用紙を適宜仕分けする。
【００７６】
このとき制御部１１は動作命令を出すと同時に、ＭＦＰの消費電力Ｐｍｆｐ＝Ｐｌｂｐ＋Ｐｈａｉ（＝５００）を算出し、閾値Ｐｓｈ（＝４５０）と比較する。ここでＰｍｆｐ＞Ｐｓｈであるから、制御部１１はＬレベルの切り替え信号ｆｃｏｎｔを力率改善コンバータ６へ出力する。これによって、第１の実施の形態と同様の構成を持つ力率改善コンバータ６はマルチパルススイッチングを行う。かくして、高調波電流の発生を抑えることができる。
【００７７】
以上のように、第３の実施の形態では、消費電力の小さいジョブを行う場合には、力率改善コンバータのスイッチング周波数を比較的低い周波数に固定することで、電力効率の低下を防止できる。その結果として消費電力を抑えることができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、力率改善コンバータを搭載した画像形成装置において、画像形成装置の消費電力が大きい場合には、力率改善コンバータの特徴である低高調波電流を実現しつつ、消費電力の小さい場合には、力率改善コンバータのスイッチング周波数やスイッチング回数を抑えることにより、電力効率の低下を防止して、待機電力を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置（プリンタ）に搭載された力率改善コンバータの第１の実施の形態の構成を示す回路図である。
【図２】第１の実施の形態における力率改善コンバータ各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【図３】画像形成装置（プリンタ）に搭載された力率改善コンバータの第２の実施の形態の構成を示す回路図である。
【図４】第２の実施の形態における力率改善コンバータ各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【図５】力率改善コンバータを搭載したマルチファンクションプリンタの構成を示す構成図である。
【図６】ＭＦＰ全体の消費電力及び切り替え信号ｆｃｏｎｔを、ジョブごとに示した図である。
【図７】従来の画像形成装置の電源入力部に多く用いられるコンデンサ・インプット型整流回路を示す回路図である。
【図８】コンデンサ・インプット型整流回路におけるダイオードブリッジから電解コンデンサに入力される電流ｉの波形（Ａ）、電解コンデンサの両端電圧ｖの波形（Ｂ）を示すタイミングチャートである。
【図９】画像形成装置（プリンタ）の電源入力部に備えられた力率改善コンバータを示す回路図である。
【図１０】プリント期間およびウォームアップ期間における力率改善コンバータ各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【図１１】スタンバイ期間およびパワーセーブ期間における力率改善コンバータ各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【図１２】図１１の枠１００で囲った部分におけるＦＥＴ各部の電圧及び電流を示す図である。
【符号の説明】
１　ダイオードブリッジ（整流手段）
２　電解コンデンサ
３　低圧電源
４　メインスイッチ
６　力率改善コンバータ（スイッチング安定化電源）
７　定着電源（ＦＰＳ）
８，９　出力端子
１０　駆動部
１１　制御部（消費電力検出手段、切換手段）
１２　定着器
１４　フィルタ（スイッチング手段）
１５Ｌ　チョークコイルのメイン巻線
１５Ｓ　補助巻線
１６　ダイオード
１７　抵抗
１８　ＦＥＴ（スイッチング手段）
２０　抵抗
２１　整流用ダイオード
２２　比較器
２３，２４　抵抗
２６，２７　抵抗
２８　コンデンサ
２９　エラーアンプ
３０　マルチプライヤ
３１　比較器
３２　ＲＳラッチ（スイッチングパルス発生手段）
３３　発振器
３４　比較器
３５　マルチプレクサ（切換手段）
３６　周波数切り替え装置（スイッチングパルス発生手段）
Ｌ１，Ｌ２　商用電源入力端子
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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