(57)【要約】【課題】簡単な回路構成により１次側の電圧変動状況を検出して２次側の電圧を制御することにより、消費電力の低減を図ったスイッチング電源を提供する。【解決手段】このスイッチング電源は、商用電源１を整流する整流回路２と、脈流を平滑する平滑コンデンサ３と、平滑された１次側の電圧を検出する電圧検出回路４と、制御用電圧（５Ｖ）を発生するトランス５と、トランス５の１次側の電流をスイッチングするスイッチ素子６と、トランス５の２次側に発生する電圧を整流する整流ダイオード１４と、脈流から高周波ノイズを除去するインダクタ１３と、その出力電圧を平滑する平滑コンデンサ１７と、駆動負荷用電圧（２４Ｖ）を発生するトランス７と、トランス７の１次側の電流をスイッチングするスイッチ素子８と、トランス７の２次側に発生する電圧を整流する整流ダイオード１５と、脈流から高周波ノイズを除去するインダクタ１６と、その出力電圧を平滑する平滑コンデンサ１８と、電圧検出回路４の検出電圧に基づいて、スイッチ素子６及びスイッチ素子８を制御する制御部９とを備えて構成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側の電圧を所定の周期でスイッチングして２次側に所定の電圧を発生するスイッチング電源であって、
前記スイッチング電源の１次側の電圧を検出する１次側電圧検出手段と、該１次側電圧検出手段の検出電圧により前記２次側の電圧を制御するスイッチング制御手段と、を備え、
前記スイッチング制御手段は、前記１次側電圧検出手段により検出された検出電圧が所定の時間に亘り一定電圧に安定した場合、前記２次側の電圧を降下するように制御することを特徴とするスイッチング電源。
【請求項２】
前記スイッチング電源の２次側の電圧が、制御系に供給する制御電圧と駆動系に供給する駆動電圧を有する場合、前記スイッチング制御手段は、前記１次側電圧検出手段により検出された検出電圧が所定の時間に亘り一定電圧に安定した場合、前記２次側の駆動電圧を降下するように制御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。
【請求項３】
前記スイッチング電源の２次側の電圧が、制御系に供給する制御電圧と駆動系に供給する駆動電圧を有する場合、前記スイッチング制御手段は、前記１次側電圧検出手段により検出された検出電圧が所定の時間に亘り一定電圧に安定した場合、前記２次側の駆動電圧をゼロにするように制御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。
【請求項４】
前記スイッチング電源の２次側の電圧が、制御系に供給する制御電圧と駆動系に供給する駆動電圧を有する場合、前記スイッチング制御手段は、前記１次側電圧検出手段により検出された検出電圧が所定の時間に亘り一定電圧に安定した場合、前記２次側の制御電圧を該制御電圧の公差範囲の下限値に降下させると共に、前記駆動電圧をゼロにするように制御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。
【請求項５】
前記スイッチング制御手段は、前記２次側の電圧を制御する場合、所定のスイッチング周期内でスイッチングの時間幅を制御することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のスイッチング電源。
【請求項６】
前記スイッチング制御手段は、前記１次側電圧検出手段により検出された検出電圧が所定の時間に亘り一定電圧に安定した場合、所定の時間経過後、前記２次側の電圧を制御することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源に関し、さらに詳しくは、スイッチング電源の省電力制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境を保護するために、地球規模でエネルギーの消費を抑制する運動が高まっている。例えば、ＯＡ機器による省エネモードの採用により、機器を使用していないときは最小限の電力消費に移行する省エネモードを設け、無駄な電力の消費を抑制している。この省エネモードの方式はいろいろあり、例えば、複写機の場合、最も消費電力の大きい定着ヒータを、省エネモード時には電力量を低減して余熱のみにする方法が採用されている。
また、特開２０００−３２４８３３公報には、装置規模が増大化することなく、負荷の待機時にスイッチング電源内の損失（負荷待機時におけるスイッチング電源の消費電力）を低減する方法について開示されている。それによると、ＤＣ電源回路がＡＣ入力を直流化し、かつ、スイッチングした高周波電圧を整流かつ平滑化して負荷に供給する際に、負荷への直流電圧の供給又は非供給を直流電圧供給検出部が検出する。直流電圧供給検出部が負荷への非供給を検出した際に、ＤＣ電源回路のスイッチング回路が断続的にスイッチング動作を行う指示を断続・連続動作指示部が行うとしている。
【特許文献１】特開２０００−３２４８３３公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の省エネモードは、最も消費電力の大きい定着ヒータを余熱したり、電源をＯＮにする要因が発生するまで待機電源のみに電源を投入しておき、駆動されない状態が一定時間継続すると省エネモードに移行する方法がほとんどであった。そのため、電源の２次側（直流電圧側）をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチ素子を必要とし、また電源をＯＮにする要因を検出するセンサを必要とするため、回路が複雑となりコストアップになるといった問題がある。
また、特許文献１は、負荷待機時におけるスイッチング電源の消費電力を低減するために、負荷に直流電圧を供給する状態と直流電圧を供給しない状態を周期的に繰り返す方法であり、直流電圧を断続若しくは継続する回路が別に必要となり、回路が複雑となりコストアップになるといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、簡単な回路構成により１次側の電圧変動状況を検出して２次側の電圧を制御することにより、消費電力の低減を図ったスイッチング電源を提供することを目的する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、１次側の電圧を所定の周期でスイッチングして２次側に所定の電圧を発生するスイッチング電源であって、前記スイッチング電源の１次側の電圧を検出する１次側電圧検出手段と、該１次側電圧検出手段の検出電圧により前記２次側の電圧を制御するスイッチング制御手段と、を備え、前記スイッチング制御手段は、前記１次側電圧検出手段により検出された検出電圧が所定の時間に亘り一定電圧に安定した場合、前記２次側の電圧を降下するように制御することを特徴とする。
スイッチング電源は、２次側の負荷の変動により１次側の電圧が変動する。そして負荷が稼動中は常にこの現象が発生し、負荷の稼動が停止すると一定電圧に安定する。本発明はこの現象を利用して、１次側の電圧が所定の時間一定電圧に安定した場合、負荷の稼動が停止したと判断して、２次側の電圧を低減して電力消費を低減するものである。
かかる発明によれば、１次側電圧検出手段が、１次側の電圧が所定の時間一定電圧に安定したことを検出した場合、負荷の稼動が停止したと判断するので、省エネモードのタイミングを的確に判断することができる。
請求項２は、前記スイッチング電源の２次側の電圧が、制御系に供給する制御電圧と駆動系に供給する駆動電圧を有する場合、前記スイッチング制御手段は、前記１次側電圧検出手段により検出された検出電圧が所定の時間に亘り一定電圧に安定した場合、前記２次側の駆動電圧を降下するように制御することを特徴とする。
２次側の電圧は一般的には制御用の電圧（５Ｖ）と駆動用の電圧（２４Ｖ）に２系統備えている。そして負荷変動が激しいのは駆動用の電圧であり、例えば、モータやソレノイドといった負荷を駆動するため、起動時に大きな電流が流れる。従って、モータ等が停止すると電流が減少するので、１次側電圧検出手段の電圧が低下して負荷が稼動を停止したことが検出でき、それにより駆動電圧を降下させて省エネモードに移行することができる。
かかる発明によれば、１次側電圧検出手段の電圧が低下して負荷が稼動を停止したことを検出して駆動電圧を降下させるので、制御電圧を活かしたまま電力消費を低減することができる。
【０００５】
請求項３は、前記スイッチング電源の２次側の電圧が、制御系に供給する制御電圧と駆動系に供給する駆動電圧を有する場合、前記スイッチング制御手段は、前記１次側電圧検出手段により検出された検出電圧が所定の時間に亘り一定電圧に安定した場合、前記２次側の駆動電圧をゼロにするように制御することを特徴とする。
請求項２では、１次側電圧検出手段の電圧が低下して負荷が稼動を停止したことを検出した場合、２次側の駆動電圧を低減するように制御したが、更に低減するために本発明では、駆動電圧をゼロにするものである。
かかる発明によれば、１次側電圧検出手段の電圧が低下して負荷が稼動を停止したことを検出して駆動電圧をゼロにするので、制御電圧を活かしたまま更に電力消費を低減することができる。
請求項４は、前記スイッチング電源の２次側の電圧が、制御系に供給する制御電圧と駆動系に供給する駆動電圧を有する場合、前記スイッチング制御手段は、前記１次側電圧検出手段により検出された検出電圧が所定の時間に亘り一定電圧に安定した場合、前記２次側の制御電圧を該制御電圧の公差範囲の下限値に降下させると共に、前記駆動電圧をゼロにするように制御することを特徴とする。
請求項３では制御電圧を活かしたまま駆動電圧をゼロにしたが、更に電力消費を低減するには、制御電圧をぎりぎりで稼動可能な下限値に設定することである。
かかる発明によれば、１次側電圧検出手段の電圧が低下して負荷が稼動を停止したことを検出して制御電圧をぎりぎりで稼動可能な下限値に設定すると共に、駆動電圧をゼロにするので、制御電圧を活かしたまま更に大きく電力消費を低減することができる。
【０００６】
請求項５は、前記スイッチング制御手段は、前記２次側の電圧を制御する場合、所定のスイッチング周期内でスイッチングの時間幅を制御することを特徴とする。
スイッチング電源の場合、トランスの１次側に流す電流の時間幅により２次側に発生する電圧が変化する。つまり、スイッチング周期が一定の場合、ＯＮしている時間が長いほど２次側の電圧は高くなる。言い換えるとＯＮ／ＯＦＦの時間比により２次側の電圧が決定される。
かかる発明によれば、２次側の電圧を制御する場合、スイッチングの時間幅により制御するので、簡単な制御により容易に２次側電圧を変化させることができる。
請求項６は、前記スイッチング制御手段は、前記１次側電圧検出手段により検出された検出電圧が所定の時間に亘り一定電圧に安定した場合、所定の時間経過後、前記２次側の電圧を制御することを特徴とする。
１次側電圧検出手段により検出された検出電圧が所定の時間に亘り一定電圧に安定してすぐ再び稼動する場合もある。従って、一定電圧に安定したからといって、即座に２次側の電圧を制御してしまうと頻繁に通常モードと省エネモードを繰り返すことになり、電源制御としては好ましくない。そこで本発明では、検出電圧が所定の時間に亘り一定電圧に安定してから、所定の時間（数１０秒後）経過してから２次側の電圧を制御するものである。
かかる発明によれば、検出電圧が所定の時間に亘り一定電圧に安定してから、所定の時間経過してから２次側の電圧を制御するので、頻繁に通常モードと省エネモードを繰り返す動作を抑制することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明のスイッチング電源の構成図である。このスイッチング電源は、商用電源（例えば、ＡＣ１００Ｖ）１を整流する整流回路２と、整流回路２により整流された脈流を平滑する平滑コンデンサ３と、平滑された１次側の電圧を検出する電圧検出回路４と、制御用電圧（５Ｖ）を発生するトランス５と、トランス５の１次側の電流をスイッチングするスイッチ素子６と、トランス５の２次側に発生する電圧を整流する整流ダイオード１４と、脈流から高周波ノイズを除去するインダクタ１３と、その出力電圧を平滑する平滑コンデンサ１７と、駆動負荷用電圧（２４Ｖ）を発生するトランス７と、トランス７の１次側の電流をスイッチングするスイッチ素子８と、トランス７の２次側に発生する電圧を整流する整流ダイオード１５と、脈流から高周波ノイズを除去するインダクタ１６と、その出力電圧を平滑する平滑コンデンサ１８と、電圧検出回路４の検出電圧に基づいて、スイッチ素子６及びスイッチ素子８を制御する制御部９とを備えて構成される。
そして、制御用電圧（５Ｖ）と駆動負荷用電圧（２４Ｖ）は本実施形態では、画像形成装置本体１９に夫々供給される。
【０００８】
次に図１を参照して本発明の実施形態の概略動作について説明する。まず、通常状態における動作について説明する。外部から商用電源（例えば、ＡＣ１００Ｖ）１が供給されると、整流回路２により整流されて電圧検出回路４を介してトランス５とトランス７の１次側に同時に供給される。このとき制御部９の信号線１１と１２には例えば、図２（ａ）のように周期ＴでＯＮとＯＦＦの時間幅が略同じＴ１でデューティ５０％の波形がスイッチ素子６とスイッチ素子８のゲートに入力される。これらのスイッチ素子は、例えばＦＥＴなどで構成される。また信号線１１と１２夫々の位相を合わせても良いし、合わせなくともよい。そして、図２（ａ）のように周期Ｔ１の期間でスイッチ素子６とスイッチ素子８は導通してトランス５とトランス７の１次側に電流が流れ、夫々のトランスの２次側に電圧を発生する。制御用電圧（５Ｖ）の電圧は整流ダイオード１４により整流されてインダクタ１３を介して平滑コンデンサ１７により平滑される。また、駆動負荷用電圧（２４Ｖ）の電圧は整流ダイオード１５により整流されてインダクタ１６を介して平滑コンデンサ１８により平滑される。そしてこれらの動作が連続的に行われて安定した直流電圧を取り出すことができる。このとき、画像形成装置本体１９が稼動してモータやソレノイド等が働くと、トランス７の２次側の電流が変動するため、１次側の電流も変動する。その結果、電圧検出回路４に流れる電流が変動することにより発生する電圧が変化し、その電圧変化を制御部９が検出して負荷が稼動したことを判断することができる。
【０００９】
そして、画像形成装置本体１９が動作を停止すると、トランス７の２次側の電流が減少し、それに伴って１次側の電流も減少して電圧検出回路４の電圧が低下する。この状態が所定の時間（例えば、２〜３０秒）継続すると、制御部９は信号線１２の波形を、図２（ｂ）のように変化させる。波形１２はスイッチング周期Ｔが同じで、時間幅をＴ１より短いＴ２に変化させる。これにより、トランス７の２次側の電圧は例えば１０％低下させて２１．６Ｖに制御することができる。このように、スイッチング電源の場合、トランスの１次側に流す電流の時間幅により２次側に発生する電圧が変化する。つまり、スイッチング周期が一定の場合、ＯＮしている時間が長いほど２次側の電圧は高くなる。言い換えるとＯＮ／ＯＦＦの時間比により２次側の電圧が決定されるので、時間幅Ｔ２の幅により任意に電圧を制御することができる。このようにトランス５の２次側の電圧はそのままで、トランス７の２次側の電圧を低下することにより、制御回路の動作を活かしつつ駆動側の消費電力を低減することができる。
ここで、所定の時間（例えば、２〜３０秒）待ってから２次側の電圧を低下させる理由は、電圧検出回路４により検出された検出電圧が所定の時間に亘り一定電圧に安定してすぐ再び稼動する場合もある。従って、一定電圧に安定したからといって、即座に２次側の電圧を制御してしまうと頻繁に通常モードと省エネモードを繰り返すことになり、電源制御としては好ましくないためである。勿論、この時間は短く設定してもかまわない。
また更に消費電力を低減するために、トランス５の２次側の電圧はそのままで、図２（ｂ）の時間幅Ｔ２＝０にして、完全に駆動側の電圧をゼロすることも可能である。
また、トランス５の２次側の消費電力も低減するために、制御用電圧を公差範囲の下限値（例えば、−１０％低減して４．５Ｖにする。）に降下するように信号線１１の時間幅を同時に制御することもできる。
【００１０】
【発明の効果】
以上記載のごとく請求項１の発明によれば、１次側電圧検出手段が、１次側の電圧が所定の時間一定電圧に安定したことを検出した場合、負荷の稼動が停止したと判断するので、省エネモードのタイミングを的確に判断することができる。また請求項２では、１次側電圧検出手段の電圧が低下して負荷が稼動を停止したことを検出して駆動電圧を降下させるので、制御電圧を活かしたまま電力消費を低減することができる。
また請求項３では、１次側電圧検出手段の電圧が低下して負荷が稼動を停止したことを検出して駆動電圧をゼロにするので、制御電圧を活かしたまま更に電力消費を低減することができる。
また請求項４では、１次側電圧検出手段の電圧が低下して負荷が稼動を停止したことを検出して制御電圧をぎりぎりで稼動可能な下限値に設定すると共に、駆動電圧をゼロにするので、制御電圧を活かしたまま更に大きく電力消費を低減することができる。
また請求項５では、２次側の電圧を制御する場合、スイッチングの時間幅により制御するので、簡単な制御により容易に２次側電圧を変化させることができる。
また請求項６では、検出電圧が所定の時間に亘り一定電圧に安定してから、所定の時間経過してから２次側の電圧を制御するので、頻繁に通常モードと省エネモードを繰り返す動作を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスイッチング電源の構成図である。
【図２】本発明の制御部９のスイッチング波形のデューティを表す図である。
【符号の説明】
２  整流回路、３  平滑コンデンサ、４  電圧検出回路、５、７  トランス、６、７  スイッチ素子、９  制御部、１３、１６  インダクタ、１４、１５  整流ダイオード、１７、１８  平滑コンデンサ
【図１】
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【図２】
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