(57)【要約】【課題】電子機器用の電源装置において、省電力のための間欠動作による振動音を小さくしつつ省電力の効果を大きくする。【解決手段】  定格４２Vと５Vの電源電圧を出力する電源装置において、省電力モードでは、４２V電圧を出力する主電源回路１０の動作を電源OFF保持回路３０で強制的に停止させる。主電源回路１０の動作停止により定格４２Vの出力電圧が降下して電源OFF保持回路３０の最低動作可能電圧（２V）を下回ると、電源OFF保持回路３０は主電源回路１０の動作停止を解除する。主電源回路１０の動作停止と解除が繰り返されることで、主電源回路１０の出力電圧は、最低動作可能電圧（２V）近傍に制御され、大きい省電力効果が得あれる。昇降圧チョッパ回路２０は、主電源回路１０の出力電圧が高くても低くても、降圧と昇圧を選択的に行うことで、常に出力電圧を定格５Vに維持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１と第２の電源電圧を出力するものであって、通常モードと省電力モードを有し、前記通常モードでは前記第１の電源電圧のレベルを第１レベルに制御し且つ前記第２の電源電圧のレベルを前記第１レベルより低い第２レベルに制御し、前記省電力モードでは前記第２の電源電圧を前記第２レベルに制御しつつ前記第１の電源電圧を前記第１レベルよりも低く制御するようになった電源装置において、
前記第１の電源電圧を出力するものであって、前記第１の電源電圧を前記第１レベルに制御するよう動作する主電源回路と、
前記主電源回路から前記第１の電源電圧を入力し入力電圧を前記第２の電源電圧に変換して出力するものであって、前記入力電圧のレベルが前記第２レベルより高くても低くても降圧と昇圧を選択的に行なうことで前記第２の電源電圧を前記第２レベルに制御するよう動作する副電源回路と
前記通常モードか省電力モードかに応じて前記主電源回路の動作を制御するものであって、前記通常モードでは前記主電源回路を正常に動作させ、前記省電力モードでは前記第１の電源電圧が前記第２レベルより低い電圧範囲内に入るように前記主電源回路の動作を制御する省電力制御回路と、
を備えた電源装置。
【請求項２】
前記省電力制御回路は、前記主電源回路からの前記第１の電源電圧から作動電力を得るものであって、前記省電力モードでは、前記第１の電源電圧が前記第２レベルより低い最低動作電圧より高いときに動作して前記主電源回路の動作を停止させ、一方、前記第１の電源電圧が前記最低動作電圧を下回ると動作不能に陥って前記主電源回路の動作の停止を解除し、それにより、前記省電力モードでは、前記第１の電源電圧を前記最低動作電圧の近傍に制御する請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記副電源回路は、前記主電源回路からの前記第１の電源電圧及び前記副電源回路からの前記第２の電源電圧の双方から作動電力を得るものであって、それにより、前記省電力モードにおいて前記第１の電源電圧が前記第２の電源電圧より低くても動作可能である請求項１記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等の電源装置であって、電子機器等の電力消費を低減するための省電力機能をもつ電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの電子機器等の電源装置では、電子機器内の定格作動電圧の異なる様々な回路へ給電するために、異なるレベルの複数の電源電圧を出力するように構成されている。例えば、或る種のデジタルプリンタでは、キャリッジモータや紙送りモータ等のパワー系の回路を作動させるための例えば４２Vの電源電圧と、オペレーションコントローラ(マイクロコンピュータ）や画像処理ICなどのロジック系の回路を作動させるための例えば５Vの電源電圧とを出力する電源装置が使用されている。
【０００３】
このような電子機器等の電源装置の多くは、電子機器等の電力消費を低減するための省電力機能を有している。この省電力機能は、通常、電力消費の大きい例えばパワー系の回路を休止又は停止させる一方で、オペレーションコントローラのように電子機器等の頭脳に当たる回路は省電力時も作動させておくために、ロジック系回路用の電源電圧を定格（例えば５V）に維持しつつ、パワー系回路用の電源電圧を定格（例えば４２V)より低下させるという制御を行う。この種の省電力機能をもった従来の電源回路として、特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００４】
特許文献１に開示された電子機器用の電源装置は、電子機器の無負荷又は軽負荷時に、トランスの１次側の交流生成用のスイッチング素子のスイッチング動作を間欠的に停止することで、電源装置のON状態とOFF状態を交互に繰り返す。これにより、この電源装置の出力電圧は、定格電圧（例えば４２V）以下の電圧範囲内で上下振動することになり、それにより、電子機器の電力消費が低減される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６２５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の電源装置においては、省電力モードでスイッチング動作を間欠的に行うときの動作周波数が可聴周波数となるため、無用な音を発生するという問題がある。この振動音の音量は、出力電圧が上下振動する電圧範囲を適切に選択することにより最小化される。しかし、そのように選択された電圧範囲は、通常はある程度高い値になる（例えば定格出力電圧が４２Vの場合、２０V以上になる）ため、省電力の効果が小さいという問題がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、電源装置において、省電力のための間欠動作による振動音を小さくしつつ、省電力の効果を大きくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの観点に従う電源装置は、第１と第２の電源電圧を出力するものであって、通常モードと省電力モードを有し、前記通常モードでは前記第１の電源電圧のレベルを第１レベルに制御し且つ前記第２の電源電圧のレベルを前記第１レベルより低い第２レベルに制御し、前記省電力モードでは前記第２の電源電圧を前記第２レベルに制御しつつ前記第１の電源電圧を前記第１レベルよりも低く制御するようになった電源装置において、前記第１の電源電圧を出力するものであって、前記第１の電源電圧を前記第１レベルに制御するよう動作する主電源回路と、前記主電源回路から前記第１の電源電圧を入力し入力電圧を前記第２の電源電圧に変換して出力するものであって、前記入力電圧のレベルが前記第２レベルより高くても低くても降圧と昇圧を選択的に行なうことで前記第２の電源電圧を前記第２レベルに制御するよう動作する副電源回路と、前記通常モードか省電力モードかに応じて前記主電源回路の動作を制御するものであって、前記通常モードでは前記主電源回路を正常に動作させ、前記省電力モードでは前記第１の電源電圧が前記第２レベルより低い電圧範囲内に入るように前記主電源回路の動作を制御する省電力制御回路とを備えるものである。
【０００９】
前記省電力制御回路は、前記主電源回路からの前記第１の電源電圧から作動電力を得るものであって、前記省電力モードでは、前記第１の電源電圧が前記第２レベルより低い最低動作電圧より高いときに動作して前記主電源回路の動作を停止させ、一方、前記第１の電源電圧が前記最低動作電圧を下回ると動作不能に陥って前記主電源回路の動作の停止を解除し、それにより、前記省電力モードでは、前記第１の電源電圧を前記最低動作電圧の近傍に制御する。
【００１０】
好適な実施形態では、また、前記副電源回路は、前記主電源回路からの前記第１の電源電圧及び前記副電源回路からの前記第２の電源電圧の双方から作動電力を得るものであって、それにより、前記省電力モードにおいて前記第１の電源電圧が前記第２の電源電圧より低くても動作可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、省電力機能をもつ電源装置において、スイッチング素子の間欠発振の可聴音を小さくしつつ、省電力の効果を大きくすることができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態にかかる電子機器（例えばデジタルプリンタ）用の電源装置の主要部の構成を示す。
【００１３】
図１に示すように、この電源装置１００は、外部の交流電源、例えば商用電源２００の１００V交流電圧を入力し、そして、異なる定格レベルの複数の直流電源電圧、例えば４２Vと５Vという２つの定格レベルの直流電源電圧を出力する。また、この電源装置１００は、外部の例えば電子機器の諸動作を制御するためのオペレーションコントローラ（例えば、マイクロコンピュータ）３００から、PSC（Power Save Control：省電力制御）信号を受け、このPSC信号の値（ハイレベル又はローレベル）に応じてその動作モードを通常モードか省電力モードかに切り替える。通常モードにあるときには、この電源装置１００は、定格４２Vと５Vの双方の電源電圧を正常に出力する。一方、省電力モードにあるときには、この電源装置１００は、本発明の原理に従って、定格４２Vの電源電圧の方を大きく降下させてこれを非常に低い電圧範囲内に入るように制御しつつ、定格５Vの電源電圧は正常に出力する。
【００１４】
この電源回路１００の定格４２V電源電圧は、例えば電子機器内のモータやモータドライバのようなパワー系の回路の作動に使用される。また、定格５V電源電圧は、例えば電子機器内の上述したオペレーションコントローラ３００のようなロジック系の回路の作動に使用される。従って、この電源装置１００が省電力モードにあるときには、電子機器内のオペレーションコントローラ３００等のロジック系の回路は正常に動作するが、モータやモータドライバ等のパワー系の回路は休止又は停止状態となり、よって、電子機器の省電力が実現される。
【００１５】
この電源装置１００は、主電源回路１０と、副電源回路としての昇降圧チョッパ回路２０と、PSC信号が指示するモードが通常モードか省電力モードかに応じて主電源回路１０の動作を制御するための電源OFF保持回路３０とを有する。
【００１６】
主電源回路１０は、スイッチングレギュレータ方式の公知の構成をもつ直流電源回路であって、商用電源２００からの１００V交流電圧を入力して、これを定格４２V直流電源電圧に変換して出力する。主電源回路１０内では、トランスT1の１次側にて、整流回路１２からの直流電圧が、交流電圧生成用トランジスタQ2のスイッチング動作によって交流電圧に変換され（トランジスタQ2をスイッチング動作させるための回路要素は図示省略されている）、そして、トランスT1の２次側に伝達される。トランスT1の２次側の交流電圧は、ダイオードD1により整流されコンデンサC2により平滑され、４２V直流電圧に変換される。上記の交流電圧生成用トランジスタQ2のスイッチング動作は、省電力制御用トランジスタQ1によってON／OFF制御され得る。すなわち、省電力制御用トランジスタQ1がOFF状態であると、交流電圧生成用トランジスタQ2のスイッチング動作が実行される。一方、省電力制御用トランジスタQ1がON状態であると、交流電圧生成用トランジスタQ2のスイッチング動作は停止する。このように、省電力制御用トランジスタQ1によって、主電源回路１０の動作がON／OFF制御される。
【００１７】
電源OFF保持回路３０は、フォトカプラP1を介して、上述した主電源回路１０の省電力制御用トランジスタQ1をON状態にすることができる。電源OFF保持回路３０は、オペレーションコントローラ３００からPSC信号（省電力制御信号）を受け、このPSC信号の値に応じて動作する。すなわち、PSC信号の値が通常モードを指示している間は、電源OFF保持回路３０は動作せず、よって、省電力制御用トランジスタQ1はOFF状態であり、従って、主電源回路１０は通常に動作する。一方、PSC信号の値が省電力モードを指示している間は、電源OFF保持回路３０は動作して省電力制御用トランジスタQ1をON状態に保持し、それにより、主電源回路１０の動作を停止させる（主電源回路１０をOFF状態にする。）。
【００１８】
ただし、電源OFF保持回路３０は、PSC信号の値が省電力モードを指示している間継続して、主電源回路１０の動作を停止させ続けることはできず、間欠的に停止させることになる。すなわち、電源OFF保持回路３０は、主電源回路１０の定格４２V電源電圧出力から電源供給を受けて動作するようになっている。そのため、主電源回路１０がOFF状態のときには、電圧が降下して、そのレベルが電源OFF保持回路３０が動作可能な最低電圧レベルVmin（例えば、２V程度）を下回ると、電源OFF保持回路３０は動作不能となって主電源回路１０のOFF状態を維持できなくなり、主電源回路１０は動作を再び開始する。この主電源回路１０の動作を再開により、その定格４２V電源電圧レベルが上昇して上記の最低電圧レベルVminを上回ると、電源OFF保持回路３０は再び動作を開始して、主電源回路１０をターンOFFする。以上の動作が繰り返されるので、主電源回路１０の動作は間欠的に停止され、よって、主電源回路１０の定格４２V電源電圧レベルは最低電圧レベルVminの近傍で上下振動を繰り返すことになる。しかし、この場合に、特許文献１に記載された従来回路と明確に異なる点は、主電源回路１０の定格４２V電圧が上下振動する電圧範囲は、上述した最低電圧レベルVmin（例えば、２V程度）近傍の非常に低い電圧範囲であるため、省電力の効果は従来回路より大きいという点である。
【００１９】
昇降圧チョッパ回路２０は、主電源回路１０からの定格４２V電源電圧を入力し、これをその電圧レベルに応じて降圧又は昇圧を選択的に行って、定格５V直流電源電圧に変換して出力する。すなわち、主電源回路１０がON状態であるときには、主電源回路１０の出力電圧は定格４２Vであるが、このときには、昇降圧チョッパ回路２０は主電源回路１０からの入力した４２V電圧を降圧して５V電圧に変換する。一方、主電源回路１０がOFF状態になりその出力電圧レベルが低下して５Vを下回ったときには、昇降圧チョッパ回路２０は主電源回路１０から入力した５V未満の低電圧を昇圧して５V電圧に変換する。昇降圧チョッパ回路２０の作動電源は、主電源回路１０の定格４２V電源電圧出力と昇降圧チョッパ回路２０自身の定格５V電源電圧出力の双方から選択的に供給される。すなわち、主電源回路１０がON状態であるときには、昇降圧チョッパ回路２０の作動電源は、主電源回路１０の出力から供給されることになるが、主電源回路１０がOFF状態となりその出力電圧レベルが５Vを下回ると、昇降圧チョッパ回路２０の作動電源は、昇降圧チョッパ回路２０自身の５V出力から供給されることになる。ここで、この給電路に挿入されているダイオードD3、D4は、主電源回路１０の出力と昇降圧チョッパ回路２０の出力との間に電流が流れないようにするための電流阻止ダイオードである。
【００２０】
上記のように入力電圧のレベルに応じて昇圧と降圧を選択的に行う昇降圧チョッパ回路２０の構成は、例えば、次のようになっている。すなわち、昇降圧チョッパ回路２０は、昇圧段と、これに続く降圧段からなる。昇圧段では、主電源回路１０から入力した直流電圧がコンデンサC3に加えられる。このコンデンサC3にコイルL1が接続されており、このコンデンサC3とコイルL1の直接接続体の両端を、スイッチングトランジスタQ3によって接続及び開放することで、コイルL1には誘導電圧が発生し、この誘導電圧と主電源回路１０からの入力電圧とを加算した電圧が、コンデンサC4に加えられる。スイッチングトランジスタQ3がスイッチング動作を繰り返すことで昇圧動作が行われる。その昇圧比はスイッチング動作のデューティにより制御できる。一方、スイッチングトランジスタQ3が継続的にOFF状態になっているときは昇圧動作は行われない。ここまでが昇圧段である。降圧段では、昇圧段の出力電圧が現れるコンデンサC4の両端に、チョッピングトランジスタQ4を介して、コイルL2とコンデンサC5からなる平滑回路が接続され、この平滑回路のコンデンサC5の両端電圧が昇降圧チョッパ回路２０の出力電圧となる。なお、ダイオードD5は、チョッピングトランジスタQ4のOFF時にコイルL2の電流をコンデンサC5へ逃がすための還流ダイオードである。チョッピングトランジスタQ4がチョッピング（スイッチング）動作を繰り返すことで降圧動作が行われる。その降圧比はチョッピング動作のデューティにより制御できる。一方、チョッピングトランジスタQ4が継続的にON状態になっているときは降圧動作は行われない。昇圧段のスイッチングトランジスタQ3と降圧段のチョッピングトランジスタQ4は、昇降圧コントローラ２４によってON／OFF制御される。昇降圧コントローラ２１は、主電源回路１０からの入力電圧と、昇降圧チョッパ回路２０の出力電圧を監視し、入力電圧に応じて昇圧動作を行うか降圧動作を行うかを選択するとともに、昇圧動作のときも降圧動作のときも、スイッチングトランジスタQ3又はチョッピングトランジスタQ4のスイッチング動作のデューティを制御することで定格５V電源電圧を常に定格レベル５Vに維持する。
【００２１】
図２は、上述した構成の下でのこの実施形態にかかる電源装置の動作を示したタイムチャートである。以下、このタイムチャートを参照して、この電源装置の動作を説明する。
【００２２】
１．  通常モードのときの動作
PSC信号の値が通常モードを指示しているときには、電源OFF保持回路３０は動作しておらず、主電源回路１０はON状態となっており、主電源回路１０は４２Vの直流電源電圧を出力している。また、昇降圧チョッパ回路２０は、主電源回路１０から入力した４２V直流電圧を降圧して、５V直流電圧を出力している。
【００２３】
２．  通常モードから省電力モードへの移行、及び省電力モードのときの動作
次の動作(1)〜(5)が順に行われる。
【００２４】
(1)  PSC信号の値が通常モードから省電力モードに切り替わると、省電源OFF保持回路３０が動作を開始し、主電源回路１０の交流電圧生成用トランジスタQ2を強制的にターンOFFする、つまり主電源回路１０をターンOFFする。以後、PSC信号の値が省電力モードを指示している間、省電源OFF保持回路３０は、それが動作しつづける限り、主電源回路１０を強制的にOFF状態に維持する。
【００２５】
(2)  主電源回路１０がターンOFFした時点（時刻t1）から、主電源回路１０から出力される定格４２V電源電圧の降下が始まる。この出力電圧が降下して、昇降圧チョッパ回路２０の出力電圧５Vを下回った時（時刻t2）、昇降圧チョッパ回路２０の動作が降圧動作から昇圧動作に切り替わってその出力電源電圧を定格レベル５Vに維持し、また、昇降圧チョッパ回路２０への作動電源が主電源回路１０の出力から昇降圧チョッパ回路２０の出力に切り替わる。これにより、昇降圧チョッパ回路２０から出力される定格５V電源電圧は定格レベル５Vに安定に維持される。その結果、電子機器内のパワー系の回路は休止又は停止状態になるが、オペレーションコントローラ３００等のロジック系の回路の動作は正常に維持される。
【００２６】
(3)  主電源回路１０の出力電圧が更に降下して、昇降圧チョッパ回路２０が動作可能な最低電圧レベルVmin（例えば約２V）を下回った時（時刻t3）、電源off保持回路３０は動作不能になって主電源回路１０の交流電圧生成用トランジスタQ2を強制的にOFF状態に維持することができなくなるため、主電源回路１０は動作を再開する。
【００２７】
(4)  主電源回路１０の動作再開により、主電源回路１０の出力電圧は上昇し始める。そして、主電源回路１０の出力電圧が上記最低電圧レベルVminを上回った時（時刻t4）、電源off保持回路３０は動作を再開して、主電源回路１０を再びOFF状態にする。
【００２８】
(5)  以後、省電力モードが続く限り、上記(3)〜(4)の動作が繰り返される。このとき、定格５V電源電圧は定格レベル５Vに安定に維持される。また、主電源回路１０から出力される定格４２V電源電圧は、上記最低電圧レベルVmin（例えば約２V）近傍の非常に低く且つ狭い電圧範囲で振動しているので、可聴音が発生する可能性が低く、また、従来のように高い電圧範囲（例えば２０V以上）で振動する場合に比較して、省電力効果が大きい。
【００２９】
３．  省電力モードから通常モードへの移行のときの動作
PSC信号の値が省電力モードから通常モードに切り替わると（時刻t5)、電源OFF保持回路３０が動作を停止し、主電源回路１０が再びON状態になるので、主電源回路１０の出力電圧が上昇を開始する。主電源回路１０の出力電圧が、昇降圧チョッパ回路２０の出力電圧５Vを上回った時点（時刻t6）で、昇降圧チョッパ回路２０の動作が昇圧動作から降圧動作に切り替わり、昇降圧チョッパ回路２０の出力電圧５Vは安定に維持される。以後、主電源回路１０の出力電圧は定格レベルの４２Vまで上昇して安定に維持される。
【００３０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、各種の電子機器の電源装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる電源装置の主要部の構成を示すブロック図。
【図２】この実施形態にかかる電源装置の動作を示すタイプチャート。
【符号の説明】
【００３３】
１００  電源装置
２００  商用電源
３００  オペレーションコントローラ
１０  主電源回路
２０  昇降圧チョッパ回路
３０  電源OFF保持回路
【図１】
2005080431.tif 000003
【図２】
2005080431.tif 000004