(57)【要約】【課題】  軽負荷時から重負荷時までの広範囲にわったって高効率な電源装置を提供する。【解決手段】  トランスの一次巻線の一端に接続され、トランスの一次巻線に流れる電流をスイッチングする二つのスイッチング素子を有する第一のスイッチング手段と、一次巻線の他端に接続された容量素子と、トランスの一次巻線の他端に容量素子を介さずに接続され、トランスの一次巻線に流れる電流をスイッチングする第二のスイッチング手段と、容量素子を介して前記一次巻線に電流が流れる第一の電流経路と、容量素子を介さずに前記一次巻線に電流が流れる第二の電流経路を切り換える切換え手段と、を有し、第一の電流経路に切り換えられた状態で、第一のスイッチング手段が駆動し、第二の電流経路に切り換えられた状態で、前記第二のスイッチング手段が駆動する電源装置。【選択図】  図１
2016021835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスと、
前記トランスの一次巻線の一端に接続され、前記トランスの一次巻線を駆動する二つのスイッチング素子を有する第一のスイッチング手段と、
前記一次巻線の他端に接続された容量素子と、
前記トランスの前記一次巻線の他端に前記容量素子を介さずに接続され、前記一次巻線を駆動する第二のスイッチング手段と、
前記容量素子を介して前記一次巻線に電流が流れる第一の電流経路と、前記容量素子を介さずに前記一次巻線に電流が流れる第二の電流経路を切り換える切換え手段と、を有し、
前記切換え手段によって前記第一の電流経路に切り換えられた状態で、前記第一のスイッチング手段が駆動し、前記第二の電流経路に切り換えられた状態で、前記第二のスイッチング手段が駆動することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記トランスの二次巻線からの出力が第一電圧の場合に、前記切換え手段は前記第一の電流経路に切り換え、前記出力が前記第二の電圧よりも低い第二電圧の場合に、前記切換え手段は前記第二の電流経路の切り換えることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記切換え手段が前記第一の電流経路に切り換えられた状態における、前記第一のスイッチング手段による駆動方式は電流共振方式であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記切換え手段が前記第二の電流経路を選択した状態における、前記第二のスイッチング手段による駆動方式はフライバック方式であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記電源装置への交流電圧の入力時は、前記切換え手段は前記第二の電流経路に切り換えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記第一の電流経路に切り換えられた状態における前記トランスのＬ値は、前記第二の電流経路に切り換えられた状態における前記トランスのＬ値よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項７】
画像を形成するための画像形成手段を有する画像形成装置において、
前記画像形成装置に電力を供給する電源を有し、
前記電源は、
トランスと、
前記トランスの一次巻線の一端に接続され、前記トランスの一次巻線を駆動する二つのスイッチング素子を有する第一のスイッチング手段と、
前記一次巻線の他端に接続された容量素子と、
前記トランスの前記一次巻線の他端に前記容量素子を介さずに接続され、前記一次巻線を駆動する第二のスイッチング手段と、
前記容量素子を介して前記一次巻線に電流が流れる第一の電流経路と、前記容量素子を介さずに前記一次巻線に電流が流れる第二の電流経路を切り換える切換え手段と、を有し、
前記切換え手段によって前記第一の電流経路に切り換えられた状態で、前記第一のスイッチング手段が駆動し、前記第二の電流経路に切り換えられた状態で、前記第二のスイッチング手段が駆動することを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
前記画像形成装置を制御するための制御手段と、
前記画像形成手段を駆動する駆動手段を有し、
前記電源は、前記制御手段又は前記駆動手段に電力を供給することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記画像形成手段を用いて画像を形成している動作状態において、前記切換え手段は前記第一の電流経路に切り換え、画像を形成していない待機状態において、前記切換え手段は前記第二の電流経路の切り換えることを特徴とする請求項７又は８に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関するものであり、特に軽負荷時から重負荷時にわたって高効率で動作する電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、動作を待機している期間において消費電力を低減した省電力モードを有する電源装置が知られている。例えば、レーザービームプリンタのような画像形成装置に用いられる電源装置（以下、コンバータともいう）として、省電力モードを有し、効率の良い制御方式の電源装置が用いられている。このような電源装置の一例としてフライバック方式のコンバータがある。また、より高速な画像形成装置においては大電力が必要となるため、フライバック方式のコンバータに加え、電流共振方式のコンバータ（直列共振コンバータやＬＬＣコンバータとも呼ばれる）も設けた電源装置もある。このように複数のコンバータを設けることによって、画像形成装置において軽負荷から重負荷まで広い範囲で効率よく電力を供給することが可能になる。
【０００３】
しかし、複数のコンバータを有する電源装置は、電源装置が大型化することから電源装置を搭載した装置のさらなる小型化が難しい。昨今、装置をより小型化するとともに省電力化も要求されており、軽負荷から重負荷まで広範囲な電圧を出力するとともに電源装置を小型化する必要がある。特許文献１には、前述した電流共振方式のコンバータの構成が開示されている。そして、電流共振方式のコンバータにおいて出力電圧を低減したバースト動作モードを設けて軽負荷時の電源の効率を向上する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８９１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように広範囲に電力を出力するために、別途、電流共振方式のコンバータを設けると電源装置の小型化が難しい。また、電流共振方式のコンバータにおいて軽負荷時の効率を向上するためにバースト動作を行うことによって、ある程度の効率を向上することができる。しかし、供給電力が比較的大きな電流共振方式のコンバータにおいては一層の高効率化が難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明の電源装置は、トランスと、前記トランスの一次巻線の一端に接続され、前記トランスの一次巻線を駆動する二つのスイッチング素子を有する第一のスイッチング手段と、前記一次巻線の他端に接続された容量素子と、前記トランスの前記一次巻線の他端に前記容量素子を介さずに接続され、前記一次巻線をス駆動する第二のスイッチング手段と、前記容量素子を介して前記一次巻線に電流が流れる第一の電流経路と、前記容量素子を介さずに前記一次巻線に電流が流れる第二の電流経路を切り換える切換え手段と、を有し、前記切換え手段によって前記第一の電流経路に切り換えられた状態で、前記第一のスイッチング手段が駆動し、前記第二の電流経路に切り換えられた状態で、前記第二のスイッチング手段が駆動することを特徴とすることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の画像形成装置は、画像を形成するための画像形成手段を有する画像形成装置において、前記画像形成装置に電力を供給する電源を有し、前記電源は、トランスと、前記トランスの一次巻線の一端に接続され、前記トランスの一次巻線を駆動する二つのスイッチング素子を有する第一のスイッチング手段と、前記一次巻線の他端に接続された容量素子と、
前記トランスの前記一次巻線の他端に前記容量素子を介さずに接続され、前記一次巻線をス駆動する第二のスイッチング手段と、前記容量素子を介して前記一次巻線に電流が流れる第一の電流経路と、前記容量素子を介さずに前記一次巻線に電流が流れる第二の電流経路を切り換える切換え手段と、を有し、前記切換え手段によって前記第一の電流経路に切り換えられた状態で、前記第一のスイッチング手段が駆動し、前記第二の電流経路に切り換えられた状態で、前記第二のスイッチング手段が駆動することを特徴とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、軽負荷時から重負荷時までの広範囲にわったって高効率で動作し、且つ小型の電源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一の実施例に係る商用交流電源からトランス１次巻線までの回路図
【図２】第一の実施例に係る動作モードの推移を説明する回路図
【図３】第一の実施例に係る動作モードの推移を説明するタイムチャート
【図４】第一の実施例に係るフライバック動作及び電流共振動作のスイッチング開始条件を示す論理表
【図５】第一の実施例に係る他の回路図
【図６】第二の実施例に係る商用電源からトランス１次巻線までの構成を示す概略図
【図７】第二の実施例に係る動作モードの推移を説明する回路図
【図８】第三の実施例に係る商用電源からトランス１次巻線までの構成を示す概略図
【図９】トランスの構成を示す図
【図１０】トランス１２０に流れる電流とＬ値との関係を示す図
【図１１】画像形成装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
〔実施例１〕
＜本実施例の適用例＞
まず、本実施例の電源装置が適用される装置の一例として、図１１（ａ）に画像形成装置の一例としてのレーザービームプリンタの概略図を示す。図１１（ａ）において、レーザービームプリンタに接続された不図示のコンピュータからプリント指示信号が送信される。すると、画像形成部３を構成するスキャナユニット２１がプリント指示信号と共に送信される画像情報に応じて変調されたレーザ光を所定の極性に帯電された像担持体としての感光体１９を走査する。これにより感光体１９には静電潜像が形成される。なお、感光体１９はレーザ光によって操作されるに帯電ローラ１６によって所定の電位に一様に帯電される。この静電潜像に対して現像器１７からトナーが供給され、感光体１９上に画像情報に応じたトナー画像が形成される。
【００１１】
一方、給紙部である給紙カセット１１に積載されたシート（記録材ともいう）１０はピックアップローラ１２によって一枚ずつ給紙され、搬送ローラ１３によってレジストローラ１４に向けて搬送される。さらにシート１０は、感光体１９上のトナー画像が感光体１９と転写ローラ２０で形成される転写ニップ部に到達するタイミングに合わせて、レジストローラ１４によって搬送される。シート１０が転写ニップ部を通過する過程で感光体１９上のトナー画像はシート１０に転写される。その後、シート１０は加熱装置２（定着装置２ともいう）で加熱されてトナー画像がシート１０に加熱定着される。その後、トナー画像が定着されたシート１０は、排紙部である搬送ローラ２６と排紙ローラ２７によってプリンタ上部のトレイに排出される。なお、モータ３０は、感光体１９や加熱装置２を回転駆動するものである。また高圧電源３１から帯電ローラ１６、現像器１７、転写ローラ２０に高電圧（バイアスともいう）を印加している。そして、図１１（ｂ）に示すとおり、モータ３０、高圧電源３１、スキャナユニット２１、画像形成動作を制御する制御部３３の電気回路に電力を供給する電源装置３２を有している。
【００１２】
＜本実施例の電源装置＞
図１は実施例１における電源装置３２の概略図である。本実施例の電源装置は、変圧素子としてのトランスの一次側の電流経路を切り換えることにより、電流共振方式とフライバック方式を切り換えることが可能な電源装置である。
【００１３】
商用電源１００から入力される交流電圧は整流器１０３で整流され、さらに、一次平滑コンデンサ１０４で平滑されて供給される。主たる電流経路の切換え手段であるスイッチング素子１０９がオン状態であり、且つ、スイッチング素子１１１がオフ状態の場合、電流共振の回路を構成する。具体的には、二つのスイッチング素子１０５，１０６、変圧素子としてのトランスの一次巻線であるインダクタンス１１０、容量素子としてのコンデンサ１０８でハーフブリッジを構成する。二つのスイッチング素子１０５と１０６の間にトランスの一次巻線の一端が接続されており、トランスの一次巻線の他端にはコンデンサ１０８が接続される構成となっており、このコンデンサ１０８は電流共振動作時の共振用の容量素子である。この回路は、インダクタンス１１０への電流をスイッチング素子１０５，１０６を交互にスイッチングする電流共振方式の回路となる。本実施例では、インダクタンス１１０（トランス１２０の１次巻線）は、一つの素子で形成しているが、共振インダクタンスと励磁インダクタンスを別々に設けた構成でも良い。
【００１４】
一方、主たる電流経路の切換え手段であるスイッチング素子１０９がオフ状態の場合は、フライバック方式の回路を構成する。この場合、インダクタンス１１０への電流をスイッチング素子１１１でスイッチングするフライバックの回路となる。なお、この時は、スイッチング素子１０５はオン状態、スイッチング素子１０６はオフ状態である。つまり、スイッチング素子１０９が各モードでの主たる電流経路の切換え手段である。また、スイッチング素子１０５が電流共振動作時のハイサイド側のスイッチング手段、スイッチング素子１０６が電流共振動作時のローサイド側スイッチング手段であり、スイッチング素子１１１がフライバック動作時のスイッチング手段である。なお、抵抗１１３はフライバック方式の回路を構成した場合における電流検知抵抗である。また、整流器１１２は電流共振動作時の電流の逆流を防ぐものである。しかし、インダクタンス１１０やスイッチング素子１１１の特性や、一次平滑コンデンサ１０４の両端電圧、電源負荷等によっては不要な場合もある。
【００１５】
次に、図９を用いて実施例１におけるトランス１２０の概略構成について説明する。本実施例のＥＥ型のトランス１２０は、図９（ａ）のようにトランスコア８０１の中央磁脚にインダクタンス１１０（図１参照）を構成する１次巻線８０２と２次巻線８０３が巻かれている。図８では省略されているがトランスコア８０１と１次巻線８０２と２次巻線８０３の間にはボビンがあり、各々の巻線は積層されている。この時、中央磁脚のギャップ間の距離を全域にわたって同一にするのではなく一部の距離を変更する。図９（ｂ）において、ギャップ間の距離が小さい小ギャップ部８０４とギャップ間の距離が大きい大ギャップ部８０５を有している。これにより小ギャップ部８０４はインダクタンス１１０に流れる電流が大きい場合、磁気飽和することでインダクタンス１１０のＬ値は小さくなる。図１０にトランス１２０に流れる電流とＬ値との関係を示す。図１０に示すように、点線で囲んだ電流域で大幅にＬ値が変化するように調整することが可能である。本実施例では、このようなトランスの中央磁脚の一部のギャップ間の距離を調整することにより、二つの動作モードを選択的に切り換えても効率よく動作することが可能になる。
【００１６】
一般に軽負荷時にもある程度の励磁電流を流す必要のある電流共振方式では、軽負荷時における高効率化に限界がある。本例では、軽負荷時にフライバック動作、重負荷時に電流共振動作をさせるように図１で示したように回路を切り換える。電源装置に接続される負荷の変動範囲等にもよるが、軽負荷／重負荷の夫々の動作状態（動作モードともいう）においてインダクタンス１１０の適切なＬ値が変化する場合が多い。インダクタンス１１０のＬ値が切り替わる電流値と、動作モードを切り換える電流値とを調整して合わせることにより、いずれの動作モードにおいても最適なＬ値で駆動することができる。本実施例では、フライバック動作のときのＬ値が電流共振動作のときのＬ値よりも大きくなるように調整する。したがって、それぞれの動作モード時における電源の負荷に応じて最適なトランス１２０のコアギャップを調整することでフライバック動作時及び、電流共振動作時の夫々で電源装置の効率を上げることが可能になる。
【００１７】
次に、図１、図２、図３、図４を用いて実施例１における電源装置３２及び画像形成装置１の起動手順、動作の切り換え手順を説明する。図２はトランス１２０の２次側の２次巻線に接続された出力回路と補助巻線２２２と図１の制御部１０７との具体的な接続関係、また制御部１０７の内部回路を示している。図２のフライバック制御部２０１や電流共振制御部２１３は一般的に周知の構成であるので、フライバック動作や電流共振動作の説明は省略する。また、実施例１ではフライバック動作と電流共振動作に別々の電源ＩＣ（図２の二つの制御部として別々のＩＣ）を用いる場合、二つの制御部が別の電源系統を持つ例で説明する。本実施例のフライバック制御部２０１は電圧Ｖｃｃと電圧ＨＱの両方の値がアンド条件で成立しないとスイッチング動作を行わない制御である。また、電流共振制御部２１３はＶｐ電圧とＨＬ電圧がアンド条件で成立しないとスイッチング動作を行わないように構成されている。フライバック制御部２０１がスイッチングを行うための条件を示す論理表（表１）を図４（ａ）、電流共振制御部２１３がスイッチングを行うための条件を示す論理表（表２）図４（ｂ）に示す。図４（ａ）に示すように、フライバック動作を行う条件としては、電圧ＨＱと電圧ＶｃｃがＨｉの状態である。また、図４（ｂ）に示すように、電流共振動作を行う条件としては、電圧ＨＬと電圧ＶｐがＨｉの状態である。また、図３に電源投入からフライバック動作への移行、フライバック動作から電流共振動作へ移行、電流共振動作からフライバック動作への移行時の各電圧の時間推移とスイッチング開始タイミングを示す。
【００１８】
まず、電源の投入が開示されてからフライバック動作による出力が安定するまでの流れを説明する。電源スイッチ１０２がオンされるか、電源スイッチ１０２がない場合は電源ケーブルが商用電源１００から電源装置３２に接続される。すると、電源装置３２に電流が流れ始め整流器１０３を介し一次平滑コンデンサ１０４の両端にＤＣ電圧が発生する。一次平滑コンデンサ１０４は抵抗１０１を介して制御部１０７の端子１２１より起動回路２２３へ接続されている。起動回路２２３はフライバック制御部２０１の電源電圧Ｖｃｃを生成し、フライバック制御部２０１は電圧ＶｃｃがＯＮ閾値、電圧ＨＱがＯＮ／ＯＦＦ閾値を上回ると、制御部１０７のＯＱ出力よりスイッチング素子１１１の駆動を開始する。このタイミングは図３のフライバックスイッチング開始１に対応する。駆動が開始されるとトランスのインダクタンス１１０に電流が流れ、補助巻線２２２に電圧が誘起される。補助巻線２２２に誘起された電圧による電流は整流器２２１で整流されコンデンサ２２０に直流電圧（ＤＣ電圧）が発生する。この時フォトカプラ２１９はオフ状態である。ＰＮＰトランジスタ２０３のエミッタ電流はフライバック制御部２０１の仕様に合わせて電圧ＶｃｃがＯＮ閾値以上を確保でき、この時の電圧Ｖｐは電流共振制御部２１３がスイッチング動作できない電圧になるよう抵抗２１６，２１７，２１８で調整されている。コンデンサ２２０からＰＮＰトランジスタ２０３を介して流れる電流によりコンデンサ２０２が充電され電圧Ｖｃｃが起動回路２２３を切り離すための閾値よりも高くなると起動回路２２３は一次停止された状態（アイドル状態）となり、消費電力が低減される。このように商用交流電源からの電圧の入力時（電源投入時）など、電源に接続されている負荷が軽い場合はフライバック動作を行う。これにより軽負荷時において高効率化することができる。
【００１９】
なお、トランス１２０の二次巻線２５０には、二次巻線に生成した電圧を整流するダイオード２５１，２５２、整流した電圧を平滑するコンデンサ２５７、電圧を検出する抵抗素子２５８を有している。抵抗素子２５８の検出信号がフォトカプラ２１９に供給されてトランスの２１０の一次側にフィードバックされる。その他、Ｂｏｏｔ端子に接続されたＮＰＮトランジスタ２５６及び２６０、抵抗素子２５４，２５５を介してオンオフが制御されるＰＮＯトランジスタ２５３を有している。
【００２０】
一方でレーザービームプリンタによってシートに画像を形成している状態等、電源に接続されている負荷が重い場合は電流共振動作に切り換える。印刷指示を受けた場合等、電源装置の負荷が重くなることを画像形成装置の制御手段である制御部３３が検知する。そして、Ｂｏｏｔ端子からＮＰＮトランジスタ２５６，２６０のベース端子にＨｉ信号が入力され、抵抗２５４、２５５を介してＮＰＮトランジスタ２５６に電流が流れＰＮＰトランジスタ２５３がオン状態となる。ＰＮＰトランジスタ２５３をオンにすることでフライバック側だけを整流していた動作から両方向への電流を整流する電流共振動作のための整流動作になる。
【００２１】
同時にＮＰＮトランジスタ２６０にも抵抗２５８、フォトカプラ２１９を介して電流が流れ、１次側のフォトカプラ２１９もオン状態となる。するとＯＳ端子の電圧が上昇し、端子１２３からの出力でスイッチング素子１０９はオン状態になる。ＮＰＮトランジスタ２１４にエミッタフォロワで接続されている電圧ＶｐもＯＳ端子の電圧に追従して上昇してＯＮ閾値を上回る。電圧Ｖｐが上昇すると定電圧素子２０９，抵抗２１０，２１１での分圧によりオフ状態になっていたＮＰＮトランジスタ２１２がオン状態に移行し、電圧ＨＱはＯＮ／ＯＦＦ閾値を下回る。また、ＰＮＰトランジスタ２０３はオン状態を維持できなくなり、電圧Ｖｃｃが低下しＯＦＦ閾値を下回る。電圧Ｖｃｃ、電圧ＨＱの低下は略同時に起こるが、どちらかが先に閾値を下回った時点でフライバック制御部２０１のスイッチング動作は停止する。
【００２２】
電圧Ｖｃｃが一定の電圧以下になると定電圧素子２０４、抵抗素子２０５と２０６で分圧された電圧によってオン状態になっていたＮＰＮトランジスタ２０７がオフ状態へ移行する。そして、電圧ＨＬはＯＮ／ＯＦＦ閾値を上回り、電流共振制御部２１３は二つのスイッチング素子の駆動を開始する。このタイミングは、図３の電流共振スイッチング開始に対応する。このように画像形成時等、電源の負荷が重い場合は電流共振動作を行う。これにより重負荷時においても電源の高効率化を実現することができる。
【００２３】
次に、画像形成動作を行わずに印刷指示を待機している待機状態（スタンバイモード）や高圧電源等への電力の供給を停止した省電力状態（省電力モードともいう）に移行する手順を説明する。レーザービームプリンタの制御部３３がスタンバイモードや省電力モードへの移行を決定すると、Ｂｏｏｔ端子からＮＰＮトランジスタ２５６及び２６０のベース端子にＬｏｗ信号が入力される。そして、ＮＰＮトランジスタ２５６及び２６０と、ＰＮＰトランジスタ２５３、フォトカプラ２１９がオフ状態となる。フォトカプラ２１９がオフ状態になるとＯＳ端子の電圧が低下する。そして、スイッチング素子１０９がオフ状態になり、電圧Ｖｐも緩やかに低下していく。ＯＳ端子の電圧が低下することでＰＮＰトランジスタ２０３のベース電流が流れるようになりＰＮＰトランジスタ２０３のエミッタ電流により電圧Ｖｃｃが上昇する。そして、定電圧素子２０４、抵抗素子２０５と２０６で分圧した電圧によりオフ状態になっていたＮＰＮトランジスタ２０７がオン状態へ移行する。そして、電圧ＨＬはＯＮ／／ＯＦＦ閾値を下回り、電流共振制御部２１３はスイッチング素子１０５及び１０６のスイッチング動作を停止する。または電圧ＶｐがＯＦＦ閾値を下回るのが先の場合は、その時点でスイッチング動作が停止する場合もある。その後、電圧ＶｃｃはＯＮ閾値を上回り、フライバック制御部２０１はスイッチング素子の駆動を開始する。このタイミングは、図３のフライバックスイッチング開始２に対応する。
【００２４】
以上説明したようにフライバック動作と電流共振動作を切り換える際は、先に現在動作中のスイッチング素子の駆動を停止してから、その後、別のスイッチング素子の駆動を開始するように構成する。これにより電流共振動作における貫通電流などの異常な過電流が回路に流れることなく安全に動作の切り換えを行うことができる。
【００２５】
また、フライバック動作時において、スイッチング素子１１１のスイッチング動作によりインダクタ１１０の電流を制御するためにはスイッチング素子１０５をオン状態に維持する必要がある。本実施例ではスイッチング素子１０５は電界効果トランジスタ（ＦＥＴともいう）を用いている。本実施例では一般的なフライバック動作を制御するための制御ＩＣと電流共振動作を制御するための制御ＩＣを別々に設ける構成でもよい。そのため、フライバック制御のための制御部２０１においてブートストラップ回路等のハイサイド側のＦＥＴ（スイッチング素子１０５）のドライバを備えていないことも考えられる。この場合は、別途ブートストラップ回路を追加するか、または、図５に示すような回路を用いてハイサイドＦＥＴ（スイッチング素子１０５）をオン状態にすればよい。図５ではスイッチング素子１１１の最初のスイッチング時に整流素子４０３を介してスイッチング素子１０５のゲート端子にもＯＱ端子の出力を入力してオン状態にする。そして、スイッチング素子１０５のスイッチング動作によって発生するキックバック電圧を整流素子４０５、コンデンサ４０２、定電圧素子４０４，４０１で分圧、整流する。そして、整流した電圧をスイッチング素子１０５のゲート端子に入力してオン状態を継続させる構成である。また、ブートストラップ回路など別の方法でＦＥＴ１０５のオン状態を継続する場合は定電圧素子４０４のアノード側を直接一次平滑コンデンサ１０４の正極側に接続すればよい。
【００２６】
以上説明したように、トランス１２０の１次巻線であるインダクタ１１０への電流経路を複数備える構成とし、主たる電流経路の切換え手段によって電流経路を切り換える。具体的には、電流共振動作を行う場合の第一の電流経路とフライバック動作を行う場合の第一の電流経路に切り換え可能な回路構成とする。すなわち、電源の負荷に応じてトランスの一次側の駆動方式として電流共振方式とフライバック方式を選択的に切り換えることができる、簡易な回路構成で軽負荷から重負荷まで広範囲にわたって高効率で動作する電源を提供することができる。
【００２７】
また、図９で示すようにトランスコアの中央磁脚のギャップ間の一部を調整することにより、フライバック動作時と電流共振動作時でインダクタンス１１０のＬ値を調整して更に電源の効率を上げることができる。本実施例では前提としてトランスコアの中央磁脚のギャップ間を調整した構成で説明したが、ギャップ間の一部の距離を変更しない構成であっても上記の切り換え動作によって電源を高効率に動作することができる。
【００２８】
尚、本実施例の説明に使用したＰＮＰトランジスタはＰチャンネルＦＥＴに置き換えても良いし、ＮＰＮトランジスタはＮチャンネルＦＥＴに置き換えても良い。
【００２９】
〔実施例２〕
図６は実施例２における電源装置３２の概略回路図である。商用交流電源１００からの交流電圧の入力、一次平滑コンデンサ１０４の構成、抵抗素子１０１を介して起動回路２２３の電流を引いてくる構成は実施例１で説明した図１と同じであるため同一符号を付けて説明は省略する。本実施例では、制御部１０７が制御部５１３に置き換わっている。また、スイッチング素子５０４が主たる電流経路の切換え手段である。スイッチング素子５０４がオフ状態の場合、スイッチング素子５０２及び５０３、インダクタンス１１０、コンデンサ５０６でハーフブリッジを構成する。そして、インダクタンス１１０への電流をスイッチング素子５０２及び５０３でスイッチングする電流共振（ＬＬＣ）の回路を構成している。一方、スイッチング素子５０４をオン状態の場合、スイッチング素子５０３でインダクタンス１０１へ流れる電流をスイッチングするフライバックの回路を構成する。この時、スイッチング素子５０２はオフ状態であり、フライバック動作時のインダクタンス１１０へ流れる電流の方向は実施例１とは逆方向である。スイッチング素子５０３がフライバック動作時と、電流共振動作時のローサイド側のスイッチング素子として兼用されるため、実施例１の構成に比べスイッチング素子を一つ少なくした構成である。
【００３０】
実施例２においてもフライバック動作と、電流共振動作の夫々の動作時の駆動方法は一般的なものである。次に、図７を用いて動作モードの推移や各動作モードにおける電流経路を説明する。図７は、図５における制御部５１３及び回路の詳細を示したものである。図５におけるスイッチング素子５０２は図６におけるＦＥＴ６０２に対応し、スイッチング素子５０３はＦＥＴ６０３に対応し、スイッチング素子５０４はＦＥＴ６１５に対応している。
【００３１】
本実施例においても実施例１と同様に起動回路２２３によって電圧Ｖｃｃを生成し、コントローラ６１４はＯＳ端子をＬｏｗにし、ＦＥＴ６１５をオン状態にする。続いてローサイドドライバ６１３を駆動し、ＦＥＴ６０３をスイッチングさせてフライバック動作を開始する。スイッチングが開始されると実施例１と同様にコンデンサ２２０にＤＣ電圧が発生する。この時のフォトカプラ２１９はオフ状態である。また、誘起電圧によりコンデンサ２２０にチャージされた電圧を抵抗素子６０８，６０９，６１０，６１１で分圧し、その分圧比で電圧Ｖｃｃが決定される。電圧Ｖｃｃが起動回路２２３を切り離すための閾値よりも高くなると起動回路２２３は一時停止された状態（アイドル状態）となり、消費電力が低減される。コントローラ６１４はボトム検知信号（ＺＴ）やフィードバック信号（ＦＢ）、電流検知信号（ＣＳ）の入力に基づきスイッチング（オンオフ）のタイミングを決定する。そして、ローサイドドライバ６１３を通じてＦＥＴ６０３のスイッチング（オンオフ）を繰り返す。ＦＥＴ６０２はその間ハイサイドドライバ６１２を介してオフ状態にしておくが、寄生ダイオードには電流が流れるため、キックバック電圧は定電圧素子６０１によって規定している。
【００３２】
次に。電流共振動作モードへの推移を説明する。制御部３３からＢｏｏｔ端子へＨｉ信号が入力されることでフライバック動作から電流共振動作に切り替わる。Ｂｏｏｔ端子へのＨｉ信号の入力によりフォトカプラ２１９がオン状態になると抵抗素子６０８，６０９，６１０，６１１で分圧した電圧の比率が変化して電圧Ｖｃｃが上昇する。電圧Ｖｃｃが電流共振動作のＯＮ／ＯＦＦ閾値を超えるとコントローラ６１４はＦＥＴ６１５をオフ状態にし、ハイサイドドライバ６１２、ローサイドドライバ６１３を通じてＦＥＴ６０２及び６０３をスイッチングして電流共振動作を開始する。コントローラ６１４は電流検知信号（ＣＳ）やフィードバック信号（ＦＢ）の入力された値に基づきスイッチング（オンオフ）のタイミングを決定して電流共振動作を継続する。また、入力電圧の異常によりさらに電圧Ｖｃｃが上昇し、過電圧検知閾値を超えた場合はスイッチングを強制停止する。つまり、本実施例では電圧Ｖｃｃに対して以下の順列の閾値を設定しており電圧Ｖｃｃによって動作モードが切り替わるように構成される。具体的には、過電圧検知の閾値＞電流共振動作の切り換え閾値＞フライバック動作の切り換え閾値＞フライバック動作（起動回路２２３）の閾値の関係になっている。また、この関係において順列には重複がないように設定しており、これによりフライバック動作と電流共振のスイッチングが同時に起こることがないように構成されている。
【００３３】
以上説明したように本実施例においては、実施例１と同様の効果を奏し、さらに、制御部５１３の電源系統を一つにすること、また一つの電源ＩＣで二つの駆動モードを制御することでさらなる小型化が実現できる。
【００３４】
〔実施例３〕
図８は実施例３における電源装置３２の概略回路図である。実施例１、２と同様、商用交流電源１００からの交流電圧の入力、一次平滑コンデンサ１０４までの構成、抵抗素子１０１を介して起動回路２２３の電流を用いる構成は実施例１で説明した図１と同じであるので同一符号を付けて説明は省略する。実施例３ではスイッチ７０１が主たる電流経路の切換え手段であり、一次平滑コンデンサ１０４との接続先が選択できるようにしたことが特徴である。
【００３５】
図８において、一次平滑コンデンサ１０４がコンデンサ７０４、スイッチング素子７０２の間に接続された場合は、コンデンサ７０４が電流共振用のコンデンサとして機能する。そして、インダクタンス１１０、スイッチング手段７０２及び７０３でハーフブリッジを構成する電流共振動作の回路を構成する。一方、一次平滑コンデンサ１０４がインダクタンス１１０とコンデンサ７０４の間に接続された場合は、スイッチング素子７０３でインダクタンス１１０に流れる電流を制御する。そして、スイッチング素子７０２、コンデンサ７０４でアクティブクランプ回路を形成するフライバック動作の回路を構成する。この時、スイッチング素子１０２はオフ状態である。なお、コンデンサとスイッチング素子で構成するアクティブクランプ回路は一般的であるので動作の詳細は省略するが、図５の定電圧素子４０４と整流素子４０５や図７の定電圧素子６０１と同様にキックバック電圧を規定することになる。上記のいずれの場合にも、スイッチ７０１は二つのスイッチング素子で形成しても構わない。なお、動作モードの切り換えや各動作モードにおける制御方法は実施例１や実施例２の方法と同様の制御方法を実施すればよい。
【００３６】
以上説明したように本実施例においては、実施例１と同様の効果を奏し、さらに、動作モードに応じてコンデンサ７０４を電流共振用のコンデンサとするかアクティブクランプ回路の一部とするか切り換える。これによりスイッチング素子の数を実施例１よりも減らすことができる。
【００３７】
なお、上記の実施例１乃至３では、電源装置を適用する装置としてレーザービームプリンタのような画像形成装置を一例として説明した。しかし、画像形成装置に限らず、コンピュータや他の電子装置においても軽負荷から重負荷迄、出力範囲が変化する装置であれば適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
３２  電源装置
１０８  コンデンサ
１２０  トランス
１０５、１０６、１１１  スイッチング手段
１０９  電流経路の切換え手段（スイッチング手段）
【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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