(57)【要約】【課題】  交流電源と直流電源の何れからの入力でも動作可能な機器で、絶縁のためのトランスを別々に設けないようにする。【解決手段】  画像形成装置に交流電源２に接続するための電源プラグ４と直流電源３に接続するための電源プラグ５を設ける。電源プラグ４を介して入力される交流を整流平滑してトランス６の一次巻線８に供給し、電源プラグ部５を介して入力される直流を一次巻線９へ供給する。一次巻線８には、スイッチタイミング発生回路１７によりスイッチングされるＦＥＴ１８が接続され、一次巻線９には、スイッチタイミング発生回路２５によりスイッチングされるＦＥＴ２６が接続される。制御部３１は、交流電源２と直流電源３との入力されていない方に対応するスイッチタイミング発生回路の動作を停止させる。また、交流電源２と直流電源３の両方が入力されている場合は、交流用のスイッチタイミング発生回路１７の動作を停止させる。【選択図】  図１
2012130166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と直流電源の何れからの電力でも負荷を動作させる電源回路であって、
前記交流電源に接続される第１のプラグと、
前記直流電源に接続される第２のプラグと、
前記第１のプラグを介して入力される交流を整流し平滑する整流平滑手段と、
前記整流平滑手段の出力が供給される第１の一次巻線、前記第２のプラグを介して入力される直流が供給される第２の一次巻線及び前記負荷を動作させるための電圧を発生する二次巻線を有するトランスと、
前記第１の一次巻線に接続され、前記第１の一次巻線へ流れる電流をオンオフするための第１のスイッチ素子と、
前記第２の一次巻線に接続され、前記第２の一次巻線へ流れる電流をオンオフするための第２のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子をオンオフするための駆動信号を出力する第１の駆動回路と、
前記第２のスイッチ素子をオンオフするための駆動信号を出力する第２の駆動回路と、
前記第１の駆動回路と前記第２の駆動回路の何れかを動作させる制御手段と、
を有することを特徴とする電源回路。
【請求項２】
前記交流電源及び前記直流電源からの電力がそれぞれ入力されているかを判別する判別手段を有し、
前記制御手段は、前記判別手段により前記交流電源からの電力が入力されていないことが判別された場合、前記第１の駆動回路の動作を停止させ、前記直流電源からの電力が入力されていないことが判別された場合、前記第２の駆動回路の動作を停止させることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項３】
前記交流電源及び前記直流電源からの電力がそれぞれ入力されているかを判別する判別手段を有し、
前記判別手段により前記直流電源からの電力が入力されていることが判別された場合、前記制御手段は、前記交流電源からの電力の入力の有無に拘わらず、前記第１の駆動回路の動作を停止させることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直流電源と交流電源の両方に接続可能な機器の電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の多くは商用交流電源を入力としている。このような画像形成装置入力した交流電源をトランスを用いて絶縁し、人が感電しない程度に低い１２Ｖとか２４Ｖの直流電源を生成している。
【０００３】
一方で、交流電源ではなく、電池などの直流電源を入力とする装置や、交流電源と直流電源の何れも入力可能な画像形成装置も考えられている（特許文献１参照）。このような装置では、直流のバッテリからの入力を、交流電源から生成する直流電源の代替としている。従って、このバッテリの電圧も１２Ｖとか２４Ｖのような人が触っても感電しない程度の電圧となっている。
【０００４】
また、近年、太陽光発電が広まり始めており、太陽光発電で発電した電力をバッテリに蓄えて必要な時に使うことが行われている。このようなバッテリは直流４００Ｖなどであり、特許文献１の画像形成装置の外部バッテリの電圧に比べるとかなり高い電圧である。このバッテリの出力を商用交流電源の代替として使うために、５０Ｈｚの交流１００Ｖに変換することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−１１２０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、太陽光発電で発電された電力を蓄電したバッテリの出力を交流１００Ｖに変換すると、その時に損失が生じ、せっかく発電したエネルギーを有効に利用しているとは言い難い。更に、交流１００Ｖに変換された電力は、画像形成装置内で再び直流に変換されるので、発電から消費までのトータルで考えるとエネルギー効率が悪くなる。
【０００７】
また、太陽光発電による電力を直流のまま画像形成装置に供給するためには、商用交流電源から直流電源を生成するのと同様にトランスを用いて絶縁し、人が感電しない程度に低い１２Ｖとか２４Ｖの直流電源を生成する必要がある。
【０００８】
従って、従来の商用交流電源の入力と、太陽光発電によるバッテリからの入力の両方に対応できるようにしようとすると、交流入力用の電源と直流入力用の電源とで、絶縁用にトランスを別々に設ける必要がり、コストアップにつながる。
【０００９】
そこで本発明は、コストアップを招くことなく、交流電源からの入力と高電圧の直流電源からの入力のいずれでも動作可能な電源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】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の電源回路は、交流電源と直流電源の何れからの電力でも負荷を動作させる電源回路であって、前記交流電源に接続される第１のプラグと、
前記直流電源に接続される第２のプラグと、前記第１のプラグを介して入力される交流を整流し平滑する整流平滑手段と、前記整流平滑手段の出力が供給される第１の一次巻線、前記第２のプラグを介して入力される直流が供給される第２の一次巻線及び前記負荷を動作させるための電圧を発生する二次巻線を有するトランスと、前記第１の一次巻線に接続され、前記第１の一次巻線へ流れる電流をオンオフするための第１のスイッチ素子と、前記第２の一次巻線に接続され、前記第２の一次巻線へ流れる電流をオンオフするための第２のスイッチ素子と、前記第１のスイッチ素子をオンオフするための駆動信号を出力する第１の駆動回路と、前記第２のスイッチ素子をオンオフするための駆動信号を出力する第２の駆動回路と、前記第１の駆動回路と前記第２の駆動回路の何れかを動作させる制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、交流電源と高電圧の直流電源の何れでも入力でき、且つ安価な構成で絶縁性を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】画像形成装置の構成図。
【図２】画像形成装置の構成を示すブロック図。
【図３】電源制御を示すフローチャート。
【図４】電源入力の種類とスイッチング素子の駆動の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明を適用する画像形成装置（プリンタ）の構成を表す図である。プリンタ１本体には、電源プラグ４と電源プラグ５の２つの電源プラグが設けられている。プリンタ１は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色の画像形成部を有するカラープリンタである。イエローの画像形成部について説明する。感光ドラム９０１ｙの周りには、周知の構成の一次帯電ローラ９０２ｙ、露光ユニット９０３ｙ、現像ユニット９０４ｙが設けられ、更に中間転写ベルト９０６を挟んで一次転写ローラ９０５ｙが設けられている。マゼンタ、シアン、ブラックの各像形成部にも同様に、感光ドラム９０１ｍ、９０１ｃ、９０１ｂｋ、一次帯電ローラ９０２ｍ、９０２ｃ、９０２ｂｋ、露光ユニット９０３ｍ、９０３ｃ、９０３ｂｋ、現像ユニット９０４ｍ、９０４ｃ、９０４ｂｋが設けられる。更に、同様に中間転写ベルト９０６を挟んで、一次転写ローラ９０５ｍ、９０５ｃ、９０５ｂｋが設けられる。各像形成部で形成されたトナー画像が中間転写ベルト９０６上に順次重ねて転写され、二次転写ローラ９０８の位置で、給紙部９１０から給送されたシートに転写される。トナー画像が転写されたシートは、定着器９１１で加熱され、トナー画像が定着される。定着後のシートは排紙トレイ９１３へ排紙される。
【００１４】
図２は、プリンタ１の電源回路の構成を示すブロック図である。２プリンタ１には、商用の交流電源２が第１のプラグとしての電源プラグ４を介して入力される。交流電源２は電圧が交流１００Ｖで周波数が５０Ｈｚである。更に、プリンタ１には、直流電源３が第２のプラグとしての電源プラグ５を介して入力される。交流電源２は、電圧が直流４００Ｖであり、例えば、太陽光発電に発電された電力を逐電したバッテリである。電源プラグ４は交流電源２に対して着脱可能であり、電源プラグ５は直流電源に対して着脱可能である。スイッチ１２及び２０はユーザが操作可能な電源スイッチであり、スイッチ１２とスイッチ２０は連動している。電源プラグ４を介して入力された交流電圧はダイオードブリッジ１４により全波整流され、コンデンサ１５で平滑される。コンデンサの１５の両端にはおおよそ直流１４０Ｖが印加される。整流平滑された電圧は、トランス６の巻線８に供給される。トランス６には、コア７に対して一次側に一次巻線８、一次巻線９、補助巻線１９、補助巻線２７とが巻かれており、二次側には二次巻線１０が巻かれている。
【００１５】
トランス６の一次巻線８（第１の一次巻線）には第１のスイッチ素子としてのＦＥＴ１８が接続され、第１の駆動回路としてのスイッチタイミング発生回路１７からの駆動信号によりスイッチング（オンオフ）される。ＦＥＴ１８がオンオフされることにより一次巻線８に流れる電流がオンオフされ、二次巻線１０、補助巻線１９にそれぞれ巻数比に応じた電流及び電圧が出力される。スイッチタイミング発生回路１７は補助巻線１９の出力をフィードバックしてスイッチングタイミングを調整する。また、スイッチタイミング発生回路１７には、フォトトランジスタ１６−２が接続されており、スイッチタイミング発生回路１７は、フォトトランジスタ１６−２から入力される電流が大きいほどＦＥＴ１８の駆動を少なくするように調整する。
【００１６】
電源プラグ５を介して入力される直流電圧は、ダイオード２２を介してコンデンサ２３に供給され、コンデンサ２３の両端の電圧は、おおよそ直流４００Ｖとなる。直流電圧４００Ｖは、一次巻線９に供給される。一次巻線９（第２の一次巻線）には第２のスイッチ素子としてのＦＥＴ２６が接続され、第２の駆動回路としてのスイッチタイミング発生回路２５からの駆動信号によりスイッチング（オンオフ）される。ＦＥＴ２６がオンオフされることにより一次巻線９に流れる電流がオンオフされ、二次巻線１０，補助巻線２７にそれぞれ巻数比に応じた電流及び電圧が出力される。スイッチタイミング発生回路２５は、補助巻線２７の出力をフィードバックしてスイッチタイミングを調整する。スイッチタイミング発生回路２５には、フォトトランジスタ２４−２が接続され、スイッチタイミング発生回路２５は、フォトトランジスタ２４−２に流れる電流が大きいほどＦＥＴ２６の駆動を少なくなるように調整する。
【００１７】
このように、トランス６の二次側の１つの巻線１０に対して、交流電源２に対応する一次巻線８と直流電源３に対応する一次巻線９を設けることで、１つのトランスで２種類の電源入力を受け入れることができる。しかし、交流電源２と直流電源３の両方が入力されている状態で、スイッチタイミング発生回路１７，２５の両方が動作されると電力の無駄であり、フィードバック制御が適切に行われない可能性もある。従って、以下に説明する方法で、どちらか一方の電源に対応する巻線だけが動作するようにしている。
【００１８】
二次巻線１０の出力は画像形成装置の負荷を動作させるための電源の基となり、ダイオード２８とコンデンサ２９で整流平滑され、直流電源１１（２４Ｖ）として出力される。その出力２４ＶはＤＣ−ＤＣコンバータ３０により直流３．３Ｖ電源として出力される。直流電源出力１１は、演算回路３２へ供給され、その電圧が検知される。演算回路３２は、検知した電圧に応じてフォトダイオード１６−１，２４−１に供給する電流を調整する。フォトダイオード１６−１とフォトトランジスタ１６−２とでフォトカプラ１６を構成している。図２では、フォトダイオード１６−１とフォトトランジスタ１６−２とは、分割されて記載されているが、実際は一体型のものである。フォトカプラ１３，２１，２４に関しても同様である。演算回路３２は、検出する電圧が高くなるほど、フォトダイオード１６−１或いは２４−１の何れかの電流を大きくする。また、演算回路３２は制御部３１からの指示により、フォトダイオード１６−１と２４−１のどちらの電流を調整するかを決める。
【００１９】
制御部３１は３．３Ｖの電源で動作する。制御部３１には交流電源２からの入力があるかどうかを示す信号がフォトトランジスタ１３−２から入力される。フォトトランジスタ１３−２と対になるフォトダイオード１３−１は、電源プラグ４からの交流電源ライン間に抵抗を介して接続される。交流電源２からの入力があるときは、フォトダイオード１３−１が発光し、フォトトランジスタ１３−２の出力はＬｏｗレベルとなる。交流電源２からの入力がないときは、フォトトダイオード１３−１は発光せず、フォトトランジスタ１３−２の出力はＨｉｇｈレベルとなる。また制御部３１には直流電源３からの入力があるかどうかを示す信号がフォトトランジスタ２１−２から入力される。フォトトランジスタ２１−２の対となるフォトダイオード２１−１は、電源プラグ５の直流電源ライン間に抵抗を介して接続される。直流電源３からの入力がある場合は、フォトダイオード２１−１が発光し、フォトトランジスタ２１−２の出力はＬｏｗレベルとなる。直流電源３からの入力がない場合は、フォトダイオード２１−１が発光せず、フォトトランジスタ２１−２の出力はＨｉｇｈレベルとなる。制御部３１は、フォトトランジスタ１３−２，２１−２の出力に基づいて交流電源２、直流電源３の入力の有無を判断する。即ち、フォトカプラ１３，２１は交流電源、直流電源の入力の有無を判別する判別手段として機能する。交流電源２からの入力がないとき、制御部３１は、演算回路３２にフォトダイオード１６−１へ流す電流を多くさせる。フォトダイオード１６−１に流れる電流が増加すると、フォトトランジスタ１６−２がオンし、スイッチタイミング発生回路１７は、ＦＥＴ１８をオフさせる。直流電源３からの入力がないとき、制御部３１は、演算回路３２にフォトダイオード２４−１へ流す電流を多くさせる。フォトダイオード２４−１に流れる電流が増加すると、フォトトランジスタ２４−２がオンし、スイッチタイミング発生回路２５は、ＦＥＴ２６をオフさせる。つまり制御部３１は交流電源２、直流電源３の入力の有無に応じてＦＥＴ１８、２６をオフすることができる。
【００２０】
また、ＦＥＴ１８，２６をオフする制御とは別に、演算回路３２は、直流電源出力１１のフィードバック制御も行っている。直流電源出力１１の出力が２４Ｖよりも高くなると、演算回路３２は、フォトダイオード１６−１，２４−１のうち、使用している電源（交流電源２又は直流電源３）に対応した方のＯＮ度合いを高める。ＯＮ度合いを高めるとは、フォトダイオードに流れる電流を増やすことである。これによりＦＥＴ１８、もしくは２６の駆動が抑制される。それによって直流電源出力１１が抑制されるようにフィードバック制御される。逆に直流電源出力１１の出力が２４Ｖよりも低くなると、演算回路３２は、使用している電源に対応するほうのフォトダイオードのＯＮ度合いを弱める。ＯＮ度合いを弱めるとは、フォトダイオードに流れる電流を減らすことである。これによりＦＥＴ１８、もしくは２６の駆動が強まる。それによって直流電源出力１１が高まるようにフィードバック制御される。
【００２１】
次に、図３のフローチャートを用いて制御部３１が実行する処理を説明する。電源プラグ４，５の少なくとも一方が電源に接続されていれば、スイッチ１２（２０）のオンにより、プリンタ１へ電力供給が行われる。その結果、３．３Ｖ出力が制御部３１へ供給され、制御部３１が動作する。制御部３１は、先に直流電源３からの入力があるか否かをフォトトランジスタ１３−２の出力に基づいて判断する（Ｓ１０１）。直流電源３が入力されていれば、制御部３１は、ＦＥＴ１８の駆動を停止すべく、演算回路３２に対してフォトダイオード１６−１に流す電流を増加させるように指示する（Ｓ１０３）。この結果、交流電源２に対応する巻線８は動作しなくなる。一方、ＦＥＴ２６の駆動は維持され、巻線９は動作し続ける。なお、スイッチ１２のオン直後は、ＦＥＴ１８，２６の両方が駆動されるようになっている。Ｓ１０１において、直流電源３が入力されていなければ、交流電源２が入力されていることになる。そこで、制御部３１は、ＦＥＴ２６の駆動を停止すべく、演算回路３２に対してフォトダイオード２４−１に流す電流を増加させるよう指示する（Ｓ１０５）。この結果、直流電源３に対応する巻線９は動作しなくなる。一方、ＦＥＴ１８の駆動は維持され、巻線８は動作し続ける。その後、制御部３１は、プリント要求の有無を判断し（Ｓ１０９）、プリント要求があれば、プリント動作を行う（Ｓ１１０）。
【００２２】
交流電源２の入力の有無よりも先に直流電源３の入力の有無を判定する理由は、以下の通りである。直流電源３は、太陽光発電により得られた電力を蓄電したものであるので、電力を消費すること自体には余分な費用が掛からない。一方、交流電源２から入力される電力は、使用する量に応じた費用が発生する。そのため、コストがかからない直流電源３を優先して使用できるようにしている。
【００２３】
図４に、交流電源２、直流電源３のそれぞれの入力の有無と、ＦＥＴ１８，２６の制御の状態の関係を示す。
【００２４】
以上の様に、本実施形態によれば、商用交流電源と高電圧の直流電源の何れでも入力することができ、且つ、交流電源を絶縁するためのトランスと、高電圧直流電源を絶縁するトランスとを別々に構成する必要がなく、装置の構成を安価にすることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１  プリンタ
２  交流電源
３  直流電源
４  交流電源用電源プラグ（第１のプラグに相当）
５  直流電源用電源プラグ（第２のプラグに相当）
６  トランス
７  磁界コア
８  一次巻線（第１の巻線に相当）
９  一次巻線（第２の巻線に相当）
１０  二次巻線
１８  ＦＥＴ（第１のスイッチ素子に相当）
２６  ＦＥＴ（第２のスイッチ素子に相当）
１７  スイッチタイミング発生回路（第１の駆動回路に相当）
２４  スイッチタイミング発生回路（第２の駆動回路に相当）
３１  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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