(57)【要約】【課題】無駄な電力消費を軽減し、エネルギ消費効率のよいスイッチング電源装置，画像形成装置を提供する。【解決手段】スイッチング素子のオン，オフ制御により出力電圧を制御するスイッチング電源装置において、通常モードでは、図示のように、スイッチング素子のオン，オフ制御を連続的に行って、出力電圧Ｖ１を所定値に制御し、待機モードでは、前記スイッチング素子のオン，オフ制御を間欠的に行い、待機中の制御部やスイッチング素子における無駄な電力の消費を軽減する。【選択図】　　　　図３
2004120826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を整流，平滑する第１の整流平滑回路と、
前記第１の整流平滑回路の出力が入力されるトランスの一次巻線と直列に接続された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部と、
前記スイッチング素子のオン，オフにより前記トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流，平滑する第２の整流平滑回路と、
を備え、
前記制御部は、第１のモードでは、前記第２の整流平滑回路の出力電圧に応じて前記スイッチング素子をオン，オフして前記出力電圧を所要の電圧に制御し、第２のモードでは、前記出力電圧が第一の閾値より高くなると、前記スイッチング素子をオン，オフする動作を停止し、前記出力電圧が第二の閾値をより低くなると、前記スイッチング素子をオン，オフする動作を開始するものであることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
交流を整流，平滑する第１の整流平滑回路と、
前記第１の整流平滑回路の出力が入力されるトランスの一次巻線と直列に接続された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部と、
前記スイッチング素子のオン，オフにより前記トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流，平滑する第２の整流平滑回路と、
を備え、
前記制御部は、第１のモードでは、前記第２の整流平滑回路の出力電圧に応じて前記スイッチング素子をオン，オフして前記出力電圧を所要の電圧に制御し、第２のモードでは、第１の所定の時間だけ前記スイッチング素子をオン，オフする動作を停止し、その後第２の所定の時間だけ前記スイッチング素子をオン，オフする動作を持続する状態を繰り返すように制御するものであることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項３】
交流を整流，平滑する第１の整流平滑回路と、
前記第１の整流平滑回路の出力が入力されるトランスの一次巻線と直列に接続された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部と、
前記スイッチング素子のオン，オフにより前記トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流，平滑する第２の整流平滑回路と、
前記第２の整流平滑回路の出力電流を検出する出力電流検出回路と、
を備え、
前記制御部は、第１のモードでは、前記第２の整流平滑回路の出力電圧に応じて前記スイッチング素子をオン，オフして前記出力電圧を所要の電圧に制御し、第２のモードでは、前記出力電流検出回路で検出した出力電流に応じた時間だけ前記スイッチング素子をオン，オフする動作を停止し、その後所定の時間だけ前記スイッチング素子をオン，オフする動作を持続するように制御する状態を繰り返すものであることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のスイッチング電源装置において、
前記第１のモードおよび前記第２のモードは、当該スイッチング電源装置を使用する装置におけるモードであることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載のスイッチング電源装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項２記載のスイッチング電源装置を備えた画像形成装置であって、
当該画像形成装置のオプションの接続状態を検出するオプション接続状態検出手段を備え、
前記制御部は、前記オプション接続状態検出手段の検出出力に応じて、前記第１の所定時間および前記第２の所定時間を変更するものであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
スイッチング素子のオン，オフ制御により出力電圧を制御するスイッチング電源装置における、電力消費の軽減方法であって、
通常モードで前記スイッチング素子のオン，オフ制御を連続的に行い、待機モードで前記スイッチング素子のオン，オフ制御を間欠的に行うことを特徴とする電力消費の軽減方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置などに好適なスイッチング電源装置に関し、特にその電力消費の軽減に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
様々な電化製品において、環境問題に対する消費者の意識の向上から省エネルギ化技術が注目されており、画像形成装置においても例外ではない。画像形成装置の省エネルギ化を達成するために、家庭用の商用交流から装置内部の電気回路を動作させるための電圧を作り出しているスイッチング電源回路においても高効率化が強く望まれている。
【０００３】
画像形成装置等ではユーザが一定時間操作を行わないで、かつネットワーク等からの通信が行われない場合には装置における消費電力を低減する待機モードに入るのが一般的であり、この場合必要の無い箇所には電力を供給しないよう制御される。
【０００４】
図８に従来の回路の一例を示す。
【０００５】
ＡＣ　ＩＮＰＵＴから入力された商用交流はダイオードＤ１，コンデンサＣ１により整流平滑され、トランスＴ１の一次巻線に入力される。一次巻線と直列に接続されたスイッチングトランジスタＱ１はオン，オフ制御を制御回路ＩＣ１によって行われる。スイッチングトランジスタＱ１のスイッチ動作によってトランスＴ１の二次巻線に誘起されるパルス電圧はダイオードＤ２，コンデンサＣ２により整流平滑され第一の出力電圧となる。前記第一の出力電圧を電圧検出回路ＤＥＴ１により検出し、フォトカプラＰＣ１により制御素子ＩＣ１にフィードバックをして、出力電圧が常に一定となるようスイッチングトランジスタＱ１の駆動パルス幅を制御して出力電圧の安定化を図る。また、通常は素子の発熱やトランス設計の問題などから定格負荷時にほぼ最高効率を達成できるよう回路設計を行う。
【０００６】
ＬＯＡＤ１，ＬＯＡＤ２は電源出力に接続される負荷であり、ＬＯＡＤ１は例えばファンモータなど入力電圧がある程度変動しても動作上問題がない負荷を示し、ＬＯＡＤ２は例えばロジック系ＩＣなど入力電圧にある程度の精度を要求する負荷を示す。ＤＣＤＣコンバータはコンデンサＣ２で平滑された第一の出力電圧を入力として、精度の高い第二の出力電圧を出力するコンバータであり、入力電圧が必ず出力電圧よりも高いとわかっている場合には降圧用のチョッパレギュレータやリニアレギュレータを使用出来るし、入力電圧が必ず出力電圧よりも低い場合には昇圧型のチョッパレギュレータを使用する。出力電圧に対して入力が上下する場合には昇降圧両用のコンバータを使用する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の画像形成装置では、必要な時にすぐ使用可能となるように常時通電され、待機状態では消費電力を極力低減するように制御されているが、スイッチング電源内部の制御回路部分においては通常モードと待機モードの双方の状態においても同様な制御を行うため、同じだけ電力を消費しており、相対的に見た場合、総消費電力に占める制御回路部分での消費電力の割合は待機モードで大きなものとなっている。
【０００８】
待機状態が機器の動作時間に占める割合は多く、動作時間の大半が待機状態であると言える。このため、機器の省エネルギ化を考える場合には電力損失は少ないが、待機状態における電力損失を低減することが実使用状態において最も重要な課題である。
【０００９】
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、無駄な電力消費を軽減し、エネルギ消費効率のよいスイッチング電源装置，画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、スイッチング電源装置を次の（１）ないし（４）のとおりに構成し、画像形成装置を次の（５），（６）のとおりに構成し、電力消費の低減方法を次の（７）のとおりに構成する。
【００１１】
（１）交流を整流，平滑する第１の整流平滑回路と、
前記第１の整流平滑回路の出力が入力されるトランスの一次巻線と直列に接続された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部と、
前記スイッチング素子のオン，オフにより前記トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流，平滑する第２の整流平滑回路と、
を備え、
前記制御部は、第１のモードでは、前記第２の整流平滑回路の出力電圧に応じて前記スイッチング素子をオン，オフして前記出力電圧を所要の電圧に制御し、第２のモードでは、前記出力電圧が第一の閾値より高くなると、前記スイッチング素子をオン，オフする動作を停止し、前記出力電圧が第二の閾値をより低くなると、前記スイッチング素子をオン，オフする動作を開始するものであるスイッチング電源装置。
【００１２】
（２）交流を整流，平滑する第１の整流平滑回路と、
前記第１の整流平滑回路の出力が入力されるトランスの一次巻線と直列に接続された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部と、
前記スイッチング素子のオン，オフにより前記トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流，平滑する第２の整流平滑回路と、
を備え、
前記制御部は、第１のモードでは、前記第２の整流平滑回路の出力電圧に応じて前記スイッチング素子をオン，オフして前記出力電圧を所要の電圧に制御し、第２のモードでは、第１の所定の時間だけ前記スイッチング素子をオン，オフする動作を停止し、その後第２の所定の時間だけ前記スイッチング素子をオン，オフする動作を持続する状態を繰り返すように制御するものであるスイッチング電源装置。
【００１３】
（３）交流を整流，平滑する第１の整流平滑回路と、
前記第１の整流平滑回路の出力が入力されるトランスの一次巻線と直列に接続された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部と、
前記スイッチング素子のオン，オフにより前記トランスの二次巻線に誘起される電圧を整流，平滑する第２の整流平滑回路と、
前記第２の整流平滑回路の出力電流を検出する出力電流検出回路と、
を備え、
前記制御部は、第１のモードでは、前記第２の整流平滑回路の出力電圧に応じて前記スイッチング素子をオン，オフして前記出力電圧を所要の電圧に制御し、第２のモードでは、前記出力電流検出回路で検出した出力電流に応じた時間だけ前記前記スイッチング素子をオン，オフする動作を停止し、その後所定の時間だけ前記スイッチング素子をオン，オフする動作を持続する状態を繰り返すように制御するものであるスイッチング電源装置。
【００１４】
（４）前記（１）ないし（３）のいずれかに記載のスイッチング電源装置において、
前記第１のモードおよび前記第２のモードは、当該スイッチング電源装置を使用する装置におけるモードであるスイッチング電源装置。
【００１５】
（５）前記（１）ないし（３）のいずれかに記載のスイッチング電源装置を備えた画像形成装置。
【００１６】
（６）前記（２）記載のスイッチング電源装置を備えた画像形成装置であって、
当該画像形成装置のオプションの接続状態を検出するオプション接続状態検出手段を備え、
前記制御部は、前記オプション接続状態検出手段の検出出力に応じて、前記第１の所定時間および前記第２の所定時間を変更するものである画像形成装置。
【００１７】
（７）スイッチング素子のオン，オフ制御により出力電圧を制御するスイッチング電源装置における、電力消費の軽減方法であって、
通常モードで前記スイッチング素子のオン，オフ制御を連続的に行い、待機モードで前記スイッチング素子のオン，オフ制御を間欠的に行う電力消費の軽減方法。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を画像形成装置の実施例により詳しく説明する。なお、本発明は、装置の形に限らず、実施例の説明に裏付けられて、方法の形で実施することもできる。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
図１は、実施例１である“画像形成装置”の概略構成を示す図であり、図２は実施例１の画像形成装置に使用されるスイッチング電源回路の回路図であり、図２において、前述した従来例である図８と同一部分には同一符号が付してある。
【００２０】
図１において、１１は画像形成装置内部のＣＰＵ（中央演算装置）を示しており、装置の画像形成動作を制御している。そして、画像形成装置が待機モードに入ったり、待機モードから通常モードに戻ったりする際には、スイッチング電源１１に対してモード切替用の信号を送る。
【００２１】
この切替信号がＨレベルである時に実現される待機モードでは、第二の電圧検出回路ＤＥＴ２が動作しており、第一の直流出力電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈ１とＶｔｈ２の間で変化するように、制御回路ＩＣ１に対して、動作，停止の信号を繰り返し送り、スイッチング素子Ｑ１と制御回路ＩＣ１を間欠動作させる。第二の電圧検出回路ＤＥＴ２は閾値Ｖｔｈ１とＶｔｈ２で反転するヒステリシスコンパレータである。第一の出力電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈ１より高くなった場合、その出力データはＨレベルとなり、フォトカプラＰＣ２がオンとなる。第一の出力電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈ２より低くなった場合、その出力データはＬレベルとなり、フォトカプラＰＣ２がオフとなる。
【００２２】
図３は通常モード及び待機モードにおける出力電圧の変化を示すタイミングチャートである。第二の直流出力電圧Ｖ２は、モードによらず安定した電圧を出力する。一方、第一の直流出力電圧Ｖ１は待機モード時、閾値Ｖｔｈ１とＶｔｈ２の間で変動する。
【００２３】
制御回路ＩＣ１のオフ期間は、負荷の電流とコンデンサＣ２の容量で決定する。例えば、ＬＯＡＤ１の負荷が０．０５Ａ、Ｖｔｈ１＝１０Ｖ、Ｖｔｈ２＝２０Ｖ、Ｃ２＝１００００μＦとすると、オフ期間の時間Ｔｏｆｆは以下の数式で表される。
Ｔｏｆｆ＝（２０−１０）＊１００００＊１０Ｅ−６／０．０５＝２秒
制御回路ＩＣ１に使用される制御回路は一般的に発振動作時と停止時の消費電力差が大きいので、待機モードにおいて前述のような間欠動作を行うことにより、発振動作を間欠的に停止させることで省エネルギ化に大きく貢献できる。また、待機モードでスイッチング素子のオン，オフ動作が間欠的に停止するので、素子自体の無駄な電力損出を低減できる。
【００２４】
（実施例２）
次に、実施例２である“画像形成装置”を図４，５を用いて説明する。
【００２５】
図４は、本画像形成装置の概略構成を示す図である。
【００２６】
画像形成装置においては、単純に画像を形成するだけのモデルから、自動で画像を読み込む、画像を出力するための紙を蓄える、ＦＡＸ機能を実現する、ネットワーク接続を実現する等の機能拡張のために様々なオプションを装着することが多い。
【００２７】
また、これらのオプションは当然ながら電気を消費するため、電源側から見れば、どのオプションがどのように装着されているのかというオプションの装着状態により、出力の消費電力が異なるということになる。
【００２８】
本実施例では、これらオプションの実装状態を検出し、ＣＰＵ４０が検出された実装状態に基づいて電源を制御することを特徴とする。
【００２９】
また、本実施例ではＣＰＵ４０はタイマ機能を備え、所定の時間で特定のポート出力を切り替えられるものとする。
【００３０】
図４中のオプション１・４２、オプション２・４３は前述したオプションであり、これらの接続には必ず電気的なインターフェイスが存在するため、この接続を検知手段により検出する。検出された接続情報は画像形成装置本体のＣＰＵ４０に送られ、画像形成装置本体は現在装置にどのようなオプションが実装されているのかを判別することが可能となる。
【００３１】
ユーザからの操作や通信が一定時間行われない場合には待機モードに切り替わるが、この時、実施例１と同様に電源に対してモード切替信号を送る。図５は本実施例で使用するスイッチング電源の回路図であり、実施例１と異なるのは第二の出力検知手段ＤＥＴ２を無くして、ＣＰＵ４０からの信号で制御回路ＩＣ１のオン，オフを行うようにした点である。図中のオン，オフ切替は、ＣＰＵ４０からの制御信号を受け、フォトカプラＰＣ２の発光ダイオードに電力を供給し、駆動するための回路である。
【００３２】
実施例１で説明したように、第一の出力電圧Ｖ１の低下時間はコンデンサＣ２の容量と負荷によって決まることから、接続されるオプションが待機モードで消費する電力を予めプログラミングしておけば、第一の出力電圧Ｖ１の低下時間は予測可能である。
【００３３】
そして、ＩＣ１がオンしてから規定の電圧まで立ち上がる時間もソフトスタートなどの条件から予め予測可能である。
【００３４】
つまり、接続オプション４２，４３の状態をＣＰＵ４０が検知して、消費電力を算出し、その値に基づいた電圧低下時間と、ソフトスタートの状態などから予め算出された電圧立ち上がり時間に基づいてスイッチング電源内の制御回路ＩＣ１をオン，オフさせれば一定電圧間での間欠動作を制御することが可能である。
【００３５】
待機モードに入り、スッチング電源４１がＣＰＵ４０よりモード切替信号を受けると、制御回路ＩＣ１の動作が停止する。第一の出力電圧Ｖ１はコンデンサＣ２の放電に伴い、低下するが、予測された電圧低下時間を経過するとＣＰＵ４０より制御回路ＩＣ１をオンさせる。その後予めプログラミングされた電圧立ち上がり時間を経過すると再びオフ信号がＣＰＵ４０より送られて、この繰り返しにより実施例１と同様な間欠動作を行う。
【００３６】
（実施例３）
実施例３の“画像形成装置”を図６、７を用いて説明する。
【００３７】
図６は、本実施例の画像形成装置の概略構成を示す図である。
【００３８】
実施例２で説明したように、負荷の状態が把握できれば省エネルギ化のための間欠動作を制御することが可能となる。
【００３９】
図７は本実施例で使用するスイッチング電源の回路図であり、電源内に出力電流検出回路ＤＥＴ３を備えている点が前述した二つのスイッチング電源と異なる点である。
【００４０】
実施例２ではオプションの接続状況を検出することで負荷電流を算出したが、本実施例では、実際に電源から出力されている負荷電流を検出することで、より正確に制御を行うことが可能となる。
【００４１】
出力電流検出回路ＤＥＴ３では、検出抵抗Ｒ１の両端の電位差を読み取っており、このアナログ値をＣＰＵ６０でデジタル変換し、第一の出力電圧Ｖ１の低下、上昇の時間を予測する。その後の制御は実施例２と同じであることから説明は省略するが、本構成と前記一連の動作により実施例１，２と同様の電源制御を行うことができる。
【００４２】
なお、本発明は、たとえば，実施例１において、電圧検出回路ＤＥＴ２を制御回路ＩＣ１内に設けるなど、前述の実施例回路以外にも、種々の変形回路で実施可能なので、請求項では、制御回路、電圧検出回路、オン，オフ切替回路、ＣＰＵ等を制御部と表記し、その構成を機能的に表現している。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、画像形成装置等が待機モードなどの省電力動作状態にある時、スイッチング電源装置のオン，オフ制御を間欠的に動作させることによって、スイッチング電源装置の無駄な電力消費を軽減し、エネルギ消費効率のよい装置の実現に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の概略構成を示すブロック図
【図２】実施例１で使用するスイッチング電源の回路図
【図３】通常モードと待機モードにおける出力電圧の変化を示すタイミングチャート
【図４】実施例２の概略構成を示すブロック図
【図５】実施例２で使用するスイッチング電源の回路図
【図６】実施例３の概略構成を示すブロック図
【図７】実施例３で使用するスイッチング電源の回路図
【図８】従来例の回路図
【符号の説明】
１０　ＣＰＵ
１１　スイッチング電源
Ｑ１　スイッチング素子
ＩＣ１　制御回路
ＤＥＴ１，ＤＥＴ２　電圧検出回路
ＤＥＴ３　電流検出回路
Ｔ１　トランス
【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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