(57)【要約】【課題】  簡易な構成で入力される交流電圧の状態を判断する。【解決手段】  入力される交流電圧を整流及び平滑して直流電圧を生成する整流平滑部と、整流平滑部で生成される直流電圧が入力され、直流電圧を変換して出力する出力変換部と、出力変換部にて出力される電圧を検知する電圧検知部と、交流電圧のゼロクロスタイミングを検知してゼロクロス信号を出力するゼロクロス検知部とを有し、ゼロクロス検知部で生成されるゼロクロス信号のレベルと、電圧検知手段の検知結果を用いて、交流電圧の状態を判断する電源。【選択図】  図２
2017041949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源から入力される交流電圧を整流及び平滑して直流電圧を生成する整流平滑手段と、前記整流平滑手段で生成される直流電圧が入力され、前記直流電圧を変換して出力する出力変換手段と、前記出力変換手段にて出力される電圧を検知する電圧検知手段と、前記交流電圧のゼロクロスタイミングを検知してゼロクロス信号を出力するゼロクロス検知手段とを有する電源装置において、
前記ゼロクロス検知手段で生成されるゼロクロス信号のレベルと、前記電圧検知手段の検知結果を用いて、前記交流電圧の状態を判断する制御手段を有することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記ゼロクロス信号のレベルは、前記交流電圧に応じて第１のレベルと第１とは異なる第２のレベルに切り替わり、
前記交流電圧の供給が断たれ場合に、前記ゼロクロス信号は所定時間、前記第１のレベルを継続す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】
前記所定時間は、前記ゼロクロス信号が前記第１のレベルに切り替わってから前記電圧検知手段で検知された電圧が閾値電圧以下になるまでの時間であることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記ゼロクロス信号のレベルは、前記交流電圧に応じて第１のレベルと第１とは異なる第２のレベルに切り替わり、
前記交流電圧が低下した場合に、前記ゼロクロス信号は所定時間、前記第２のレベルを継続することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記所定時間は、前記ゼロクロス信号が前記第２のレベルに切り替わってから前記電圧検知手段で検知された電圧が閾値電圧以下になるまでの時間であることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記出力変換手段はトランスを有し、
前記電圧検知手段は前記トランスの一次側に生成した電圧を検知する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】
更に、前記出力変換手段とは異なる他の出力変換手段を有し、
前記制御手段は、前記交流電圧の供給が断たれた場合に、前記他の出力変換手段の動作を停止することを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項８】
更に、前記出力変換手段とは異なる他の出力変換手段を有し、
前記制御手段は、前記交流電圧の供給が低下した場合に、前記他の出力変換手段の動作を停止することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
【請求項９】
記録材に画像を形成するための画像形成装置において、
画像を形成するための画像形成手段と、
画像を形成するために電力を供給する電源と、を有し、
前記電源は、
商用交流電源から入力される交流電圧を整流及び平滑して直流電圧を生成する整流平滑手段と、
前記整流平滑手段で生成される直流電圧が入力され、前記直流電圧を変換して出力する出力変換手段と、
前記出力変換手段にて出力される電圧を検知する電圧検知手段と、前記交流電圧のゼロクロスタイミングを検知してゼロクロス信号を出力するゼロクロス検知手段と、
前記ゼロクロス検知手段で生成されるゼロクロス信号のレベルと、前記電圧検知手段の検知結果を用いて、前記交流電圧の状態を判断する制御手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
前記画像形成手段の動作を制御するコントローラを有し、
前記電源は、前記コントローラに電力を供給することを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記画像形成手段の駆動する駆動手段を有し、
前記電源は、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９に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記画像形成装置が省電力状態に移行した場合に、前記制御手段は、前記ゼロクロス検知手段を停止することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項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、交流電源からの入力される交流電圧のゼロクロスポイントを検知し、検知結果に基づき交流電圧の入力が停止もしくは低下したこと、再開もしくは上昇したことを検知する電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電源装置には、交流電源からの交流電圧の入力状態を監視するために交流電圧のゼロクロスポイントを検知するものがある。すなわち、ゼロクロスポイントを検知することができない状態を交流電圧の入力が停止した状態であると判断する（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３７２９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このゼロクロスポイントを検知するための回路は、電源装置において電力を消費する回路である。昨今は電源装置そのものの消費電力を低減すること、また、電源装置の回路規模を小さくすることが要求されてきている。
【０００５】
本発明は、簡易な構成で入力される交流電圧の状態を判断することができる装置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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の電源装置は、商用交流電源から入力される交流電圧を整流及び平滑して直流電圧を生成する整流平滑手段と、前記整流平滑手段で生成される直流電圧が入力され、前記直流電圧を変換して出力する出力変換手段と、前記出力変換手段にて出力される電圧を検知する電圧検知手段と、前記交流電圧のゼロクロスタイミングを検知してゼロクロス信号を出力するゼロクロス検知手段とを有する電源装置において、前記ゼロクロス検知手段で生成されるゼロクロス信号のレベルと、前記電圧検知手段の検知結果を用いて、前記交流電圧の状態を判断する制御手段を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の画像形成装置は、記録材に画像を形成するための画像形成装置において、画像を形成するための画像形成手段と、画像を形成するために電力を供給する電源と、を有し、前記電源は、商用交流電源から入力される交流電圧を整流及び平滑して直流電圧を生成する整流平滑手段と、前記整流平滑手段で生成される直流電圧が入力され、前記直流電圧を変換して出力する出力変換手段と、前記出力変換手段にて出力される電圧を検知する電圧検知手段と、前記交流電圧のゼロクロスタイミングを検知してゼロクロス信号を出力するゼロクロス検知手段と、前記ゼロクロス検知手段で生成されるゼロクロス信号のレベルと、前記電圧検知手段の検知結果を用いて、前記交流電圧の状態を判断する制御手段と、を有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、簡易な構成で入力される交流電圧の状態を判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１に係る構成を説明するブロック図である。
【図２】実施例１に係る回路構成を説明する図である。
【図３】実施例１に係る処理を説明するフローチャートである。
【図４】実施例１に係る交流電圧切断時の回路動作を説明する図である。
【図５】実施例１に係る交流電圧の低下時における回路動作を説明する図である。
【図６】実施例１に係る交流電圧の上昇時における回路動作を説明する図である。
【図７】実施例２に係る構成を説明するブロック図である。
【図８】実施例２に係る回路構成を説明する図である。
【図９】実施例２に係る処理を説明するフローチャートである。
【図１０】実施例２に係る交流電圧の停止時における回路動作を説明する図である。
【図１１】実施例２に係る交流電圧の低下時における回路動作を説明する図である。
【図１２】実施例２に係る交流電圧の上昇時における回路動作を説明する図である。
【図１３】本発明の電源装置の適用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせ全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の実施例１の電源装置１００の構成を示すブロック図である。１は交流電圧Ｖａｃを供給する商用交流電源、２は交流電圧Ｖａｃを整流するブリッジダイオード等からなる整流部である。また、３は整流部２にて直流電圧に整流された電圧を平滑化する平滑部である。この整流部２と平滑部３は、整流平滑手段の一例である。４は出力変換手段の一例である平滑部３の平滑電圧Ｖｄｃ（ＤＣＨ―ＤＣＬ（図２を参照）間の電圧）をスイッチング動作にて直流の出力電圧Ｖｏｕｔに変換するスイッチング部である。５は、スイッチング部４から出力されるフライバック電圧Ｖｆｂを入力し、図２で説明するゼロクロスポイントの検知（以降、ゼロクロスタイミングの検知ともいう）を制御する信号Ｚｏｎを入力するゼロクロス電源部である。このゼロクロス電源部５から、電圧検知部６及びゼロクロス検知部７にゼロクロス検知動作電源Ｖｚｘを供給する。電圧検知部６は、スイッチング部４から出力されるフォワード電圧Ｖｆｗとゼロクロス検知動作電源Ｖｚｘを入力することで交流電圧Ｖａｃに応じて、ゼロクロス検知部７に制御信号Ｖｃｏｎを出力する。フォワード電圧Ｖｆｗは、平滑部３で平滑した平滑電圧Ｖｄｃに比例した電圧である。平滑電圧Ｖｄｃが上昇すればフォワード電圧Ｖｆｗも上昇し、平滑電圧Ｖｄｃが下降すればフォワード電圧Ｖｆｗも下降する。ゼロクロス検知部７は、交流電圧Ｖａｃ入力と制御信号Ｖｃｏｎの状態に応じて、交流電圧Ｖａｃが０Ｖ付近をクロスするゼロクロスポイントを検知してゼロクロス信号Ｚｒｘを出力する。交流電圧Ｖａｃが正弦波であり、正弦波が安定している場合のゼロクロス信号Ｚｒｘは矩形波となる。８はスイッチング部４からの直流の出力電圧Ｖｏｕｔを入力し、ゼロクロス検知制御信号Ｚｏｎを出力し、ゼロクロス信号Ｚｒｘを入力する制御部である。この制御部は、例えば、１チップマイコンやＣＰＵ（中央演算処理装置）を有するものである。９は、スイッチング部４からの出力電圧Ｖｏｕｔを入力し、制御部８とＣｔｒｌ信号で接続され、制御部８によって動作を制御される負荷である。制御部８は、負荷９の動作を制御する手順やデータを保持しているＲＯＭや、一時的に情報を保持するＲＡＭや、書き換え可能な不揮発性メモリＥＥＰＲＯＭが一体となっている。また、所定の時間をカウントするためのタイマー機能を有しても良い。電源装置１００からの出力電圧Ｖｏｕｔが供給される負荷９の一例として、不図示のコンピュータ等の情報処理装置や、イメージスキャナやプリンタ等の画像入出力装置がある。制御部８は、ゼロクロス信号Ｚｒｘを正常に矩形波として検知している場合には、Ｃｔｒｌ信号を用いて負荷９に出力電圧Ｖｏｕｔが供給されて通電の制御を行う。制御部８は、ゼロクロス信号ＺｒｘがＬｏｗ状態（第１のレベル）もしくはＨｉｇｈ状態（第２のレベル）を継続した場合に交流電圧Ｖａｃが停止もしくは低下した異常状態と判断して、負荷９への通電を制限する。また、本実施例では制御部８は、電源装置１００の内部に配置しているが、電源装置１００の外部に配置してスイッチング部４、ゼロクロス電源供給部５、電圧検知部６、ゼロクロス検知部７と接続して制御する構成であってもよい。
【００１２】
図２は、図１で示した本実施例の構成の詳細を示しており、電源装置１００の回路と制御内容を説明する図である。スイッチング部４の１０はスイッチング動作を制御する制御ＩＣである。１１はスイッチング動作を繰り返すスイッチング素子の一例であるＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。１２は変圧器の一例である電磁トランス（以下、トランスという）である。トランス１２は、スイッチング素子１１のオン／オフ動作よって平滑部３を構成している平滑コンデンサ（以下、平滑コンデンサ３という）の平滑電圧Ｖｄｃを一次側の主巻線１２ａに印加される。そして、二次側の出力巻線１２ｄと、一次側のフォワード巻線１２ｂとフライバック巻線１２ｃの巻数に比例した電圧を出力する。本実施例では、主巻線１２ａの巻数をＮｐ、出力巻線１２ｄの巻数をＮｓ、フォワード巻線１２ｂの巻数をＮｄ１、フライバック巻線１２ｃの巻数をＮｄ２とする。１３は、出力巻線１２ｄからの電圧出力状態を制御ＩＣ１０に帰還させるフォトカプラである。フォトカプラ１３は、発光ダイオードと受光トランジスタで構成されている。１４のダイオードで整流された電圧が１５のコンデンサで平滑されて直流の出力電圧Ｖｏｕｔとなる。出力電圧Ｖｏｕｔはレギュレータ１６との抵抗素子１７と１８による分圧電圧によって所定電圧になるようにフォトカプラ１３を経由して制御ＩＣ１０にフィードバックされる。制御ＩＣ１０はフィードバック結果に応じてスイッチング素子１１のオン／オフ動作を制御する。なお、１９はフォトカプラ１３の発光ダイオードの電流を制限する抵抗素子である。
【００１３】
フォワード巻線１２ｂにはダイオード２０を経由してコンデンサ２１が接続されており、スイッチング素子１１がオンして主巻線１２ａへ平滑電圧Ｖｄｃが印加された際に出力されるフォワード出力をコンデンサ２１に充電する。フォワード電圧Ｖｆｗは、主巻線１２ａの巻数Ｎｐとフォワード巻線１２ｂの巻数Ｎｄ１の比で決まる電圧であり、平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃに追従する（フォワード電圧Ｖｆｗ≒Ｖｄｃ・Ｎｄ１／Ｎｐ）。フライバック巻線１２ｃにはダイオード２２を経由してコンデンサ２３が接続されており、スイッチング素子１１がオフして主巻線１２ａへ平滑電圧Ｖｄｃの印加が終了した後に出力されるフライバック出力をコンデンサ２３に充電する。フライバック電圧Ｖｆｂは、フライバック巻線１２ｃの巻数Ｎｄ２と出力巻線１２ｄの巻数Ｎｓの比で決まる電圧であり、出力電圧Ｖｏｕｔに追従する（フライバック電圧Ｖｆｂ≒Ｖｏｕｔ・Ｎｄ２／Ｎｓ）。コンデンサ２３は制御ＩＣ１０に接続されており、制御ＩＣ１０の動作電源を供給する。２４はスイッチング素子１１の駆動を設定する抵抗素子であり、２５はスイッチング素子１１によるスイッチング時の主巻線１２ａの電流を検知する抵抗素子である。
【００１４】
ゼロクロス電源供給部５のフォトカプラ３０は、発光ダイオードと受光トランジスタで構成されている。そして、発光ダイオードは制御部８と抵抗素子３１を介して接続しており、受光トランジスタはスイッチング部４のフライバック電圧Ｖｆｂが供給されるように接続されている。フォトカプラ３０は、制御部８のゼロクロス検知制御信号Ｚｏｎの出力によってフライバック電圧Ｖｆｂをゼロクロス検知動作電源Ｖｚｘとして、電圧検知部６およびゼロクロス検知部７に供給する。スタンバイ状態や待機状態にて交流電圧Ｖａｃから入力する電力の消費を低減する場合には、制御部８はゼロクロス検知制御信号Ｚｏｎの出力を停止し、電圧検知部６およびゼロクロス検知部７の動作を停止するように動作する。
【００１５】
電圧検知部６の４０および４１および４７はトランジスタなどのスイッチ素子である。４２および４３は抵抗素子でありスイッチ素子４０と４１の動作時の電流を制限する。４４および４５は抵抗素子であり、４６は基準電圧を設定するためのシャントレギュレータＩＣである。電圧検知部６には、スイッチング部４からフォワード電圧Ｖｆｗが入力されている。そして、ゼロクロス電源供給部５からゼロクロス検知動作電源Ｖｚｘが供給されている場合に、スイッチ素子４０と４１をオン状態とする。スイッチ素子４０がオンすると、フォワード電圧Ｖｆｗが抵抗素子４４と４５によって電圧Ｖｒとして分圧され、シャントレギュレータＩＣ４６に入力される。電圧ＶｒがシャントレギュレータＩＣ４６の基準電圧Ｖｒｅｆを超えれば、４８の抵抗素子を経由してトランジスタ４７をオン状態となる。そして、ゼロクロス検知動作用の電源Ｖｚｘがトランジスタ４７を経由して、電圧検知部６の検知結果として制御信号Ｖｃｏｎとしてゼロクロス検知部７に出力される。電圧ＶｒがシャントレギュレータＩＣ４６の基準電圧Ｖｒｅｆを超えていなければ、制御信号Ｖｃｏｎはゼロクロス検知部７に出力されない。
【００１６】
ゼロクロス検知部７の５０はダイオード、５１と５３は抵抗素子、５２はフォトカプラである。抵抗素子５１は、フォトカプラ５２の発光ダイオードの電流制限を行う。フォトカプラ５２の受光トランジスタと抵抗素子５３を介して制御部８にゼロクロス信号Ｚｒｘを出力するように接続されている。５４は交流電圧Ｖａｃを半波整流するダイオードである。５５と５７は抵抗素子であり、５６はコンデンサ、５８はトランジスタなどのスイッチ素子である。交流電圧Ｖａｃが半波整流された電圧を抵抗素子５５とコンデンサ５６でノイズを除去し、抵抗素子５５と５７の分圧電圧の変化によってスイッチ素子５８がオン／オフする。スイッチ素子５８のオン／オフ切り替わりは、交流電圧Ｖａｃが０Ｖ付近をクロスするタイミングであるゼロクロスポイントに設定してある。５９はＭＯＳＦＥＴなどのスイッチ素子であり、６０はスイッチ素子５９の駆動を設定する抵抗素子であり、電圧検知部６からの制御信号Ｖｃｏｎが接続されている。スイッチ素子５９は、制御信号Ｖｃｏｎが出力されていればオン状態となり、フォトカプラ５２を経由して、制御部８にゼロクロス信号Ｚｒｘを出力する。平滑電圧Ｖｄｃが低いと、主巻線１２ａの巻数Ｎｐとフォワード巻線１２ｂの巻数Ｎｄ１に比例したフォワード電圧Ｖｆｗも低くなる。そのため、スイッチ素子４０を介して抵抗素子４４と４５の分圧電圧によってスイッチ素子４７をオンできなくなり、スイッチ素子５９はオフ状態となる。スイッチ素子５９がオフ状態となれば、フォトカプラ５２の発光ダイオードもオフ状態となり、ゼロクロス信号Ｚｒｘの電圧はＶｏｕｔ電圧に近いＨｉｇｈレベルとなる。平滑電圧Ｖｄｃが高く、フォワード電圧Ｖｆｗによってスイッチ素子４７をオンできれば、スイッチ素子５９はオン状態となる。スイッチ素子５９がオン状態となれば、フォトカプラ５２の発光ダイオードをオン状態とすることができる。以上のようにして、スイッチ素子５８を介して交流電圧Ｖａｃをオン／オフできれば、フォトカプラ５２の発光ダイオードのオン／オフを制御することによりゼロクロス信号Ｚｒｘが生成される。ゼロクロス信号Ｚｒｘは、交流電圧Ｖａｃのゼロクロスポイント付近でグランドレベル（Ｇｎｄレベル）に近いＬｏｗレベルと電圧Ｖｏｕｔに近いＨｉｇｈレベルを交互に切り替わる２値化信号となる。交流電圧Ｖａｃが切断された状態では、スイッチ素子５８がオフとなるので、平滑電圧Ｖｄｃが高い状態にある所定の期間であれば、フォワード電圧Ｖｆｗによってスイッチ素子４７をオンすることができる。この場合には、フォトカプラ５２の発光ダイオードがオン状態となり、ゼロクロス信号Ｚｒｘの電圧はＬｏｗレベル固定となる。一方、平滑電圧Ｖｄｃが低く状態に減衰すると、フォワード電圧Ｖｆｗによってスイッチ素子４７をオンできなくなり、フォトカプラ５２の発光ダイオードはオフ状態となる。この場合には、ゼロクロス信号Ｚｒｘの電圧はＨｉｇｈレベル固定となる。
【００１７】
図３は、制御部８での処理を表したフローチャートである。この処理は制御部８内の不図示のＲＯＭに記憶されているプログラムに基づき実行される。ステップＳ１０１にて、ゼロクロス信号Ｚｒｘを検知するためにゼロクロス検知制御信号Ｚｏｎの出力をＨｉｇｈ状態に設定する。引き続きステップＳ１０２でゼロクロス信号Ｚｒｘの出力状態を判定するために、不図示の基準クロックのタイミング毎にゼロクロス信号Ｚｒｘの電圧状態をサンプリングする継続判定タイマーを設定する。上述したように、Ｈｉｇｈ状態もしくはＬｏｗ状態を所定時間継続しているのか、またはＨｉｇｈかＬｏｗが切り替わり矩形波として出力しているのかを判断することにより交流電圧Ｖａｃの状態を監視する。継続判定タイマーの一例としては、ゼロクロス信号ＺｒｘのＬｏｗ状態の継続を監視するカウント値Ｃ１と、ゼロクロス信号ＺｒｘのＨｉｇｈ状態を監視するカウント値Ｃ２から構成される。この場合、ゼロクロス信号ＺｒｘがＨｉｇｈかＬｏｗが切り替わり矩形波として出力している状態であれば、カウント値Ｃ１及びＣ２は所定値Ｄ以内に収まっていることになる。次にステップＳ１０３にて、カウント値Ｃ１を基にゼロクロス信号Ｚｒｘが所定時間Ｌｏｗ状態を継続しているのかを判断する。カウント値Ｃ１の値が所定値Ｄを上回っていればゼロクロス信号Ｚｒｘが所定時間Ｌｏｗ状態を継続したと判断してステップＳ１０４に進み、交流電圧Ｖａｃの停止状態に対応した設定を行う。カウント値Ｃ１の値が所定値Ｄを上回っていなければステップＳ１０５に進み、カウント値Ｃ２を基にゼロクロス信号Ｚｒｘが所定時間Ｈｉｇｈ状態を継続したか判断する。カウント値Ｃ２の値が所定値Ｄを上回っていればゼロクロス信号Ｚｒｘが所定時間Ｈｉｇｈ状態を継続したと判断してステップＳ１０６に進み、交流電圧Ｖａｃの低下状態に対応した設定を行う。カウント値Ｃ２の値が所定値Ｄを上回っていなければゼロクロス信号ＺｒｘがＨｉｇｈとＬｏｗ状態に切り替わる矩形波状態であると判断し、ステップＳ１０８にて負荷９に対応した制御を行う。
【００１８】
次に図４の（ａ）〜（ｆ）で、交流電圧Ｖａｃが停止された状態の各出力波形を用いて本実施例を説明する。（ａ）は交流電圧Ｖａｃ、（ｂ）は平滑電圧Ｖｄｃ、（ｃ）はゼロクロス信号Ｚｒｘ、（ｄ）はフォワード電圧Ｖｆｗ、（ｅ）はフライバック電圧Ｖｆｂ、（ｆ）は出力電圧Ｖｏｕｔの各波形である。時刻ｔ１で交流電圧Ｖａｃの入力が停止され、ゼロクロス検知部７への交流電圧Ｖａｃの入力が停止する。ゼロクロス信号Ｚｒｘは、ゼロクロス検知部７のスイッチ素子５８がオフ状態となるため、ゼロクロス信号はＬｏｗレベル状態になる。制御ＩＣ１０のスイッチング動作が継続している間は、平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃが低下することによってフォワード電圧Ｖｆｗが低下していく。一方、フライバック電圧Ｖｆｂはスイッチング動作が継続していれば出力電圧Ｖｏｕｔに追従して安定している。時刻ｔ２でフォワード電圧Ｖｆｗが閾値電圧Ｖｔｈまで低下することによって、抵抗素子４４と４５で設定された分圧電圧によってスイッチ素子４７がオフする。この影響により、スイッチ素子５９もオフするため、フォトカプラ５２の発光ダイオードがオフしてゼロクロス信号ＺｒｘがＬｏｗレベル状態からＨｉｇｈレベルとなる。時刻ｔ３以降は、平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃが低下することで制御ＩＣ１０のスイッチング動作が停止する。そのため、フライバック電圧Ｖｆｂと出力電圧Ｖｏｕｔも低下することで、ゼロクロス信号Ｚｒｘが再びＬｏｗレベルに低下していく。この状態では、制御部８と負荷９の動作も停止するものとする。
【００１９】
次に図５の（ａ）〜（ｆ）で、交流電圧Ｖａｃが徐々に低下する状態の各出力波形を用いて本実施例を説明する。交流電圧Ｖａｃの振幅が徐々に低下していき平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃが低下することで、フォワード電圧Ｖｆｗが低下していく。時刻ｔ４では、フォワード電圧Ｖｆｗが閾値電圧Ｖｔｈまで低下した状態（閾値電圧以下の状態）になり、抵抗素子４４と４５で設定された分圧電圧によってスイッチ素子４７がオフする。この影響により、スイッチ素子５９もオフするため、フォトカプラ５２の発光ダイオードがオフしてゼロクロス信号ＺｒｘがＨｉｇｈレベル状態となる。交流電圧Ｖａｃが低下し、平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃが低下した状態でも制御ＩＣ１０のスイッチング動作が継続している間は、フライバック電圧Ｖｆｂと出力電圧Ｖｏｕｔの電圧値は所定レベルを保っている。時刻ｔ５以降は、平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃが低下することで、制御ＩＣ１０のスイッチング動作が停止する。そのため、フライバック電圧Ｖｆｂと出力電圧Ｖｃｃも低下することで、ゼロクロス信号ＺｒｘがＬｏｗレベルに低下していく。この状態では、制御部８と負荷９の動作も停止するものとする。
【００２０】
次に図６の（ａ）〜（ｆ）で、交流電圧Ｖａｃが徐々に上昇する状態の各出力波形を用いて本実施例を説明する。交流電圧Ｖａｃの振幅が徐々に大きくなり、平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃが上昇し、時刻ｔ６で制御ＩＣ１０の動作がスタートすることで、フォワード電圧Ｖｆｗが上昇していき、フライバック電圧Ｖｆｂ、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇し始める。このタイミングでは抵抗素子４４と４５で設定された分圧電圧によってスイッチ素子４７はオフ状態を継続している。そのため、スイッチ素子５９もオフ状態を保つので、フォトカプラ５２の発光ダイオードがオフ状態であり、ゼロクロス信号ＺｒｘがＨｉｇｈレベル状態となる。時刻ｔ７以降は、平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃが上昇したことで、制御ＩＣ１０のスイッチング動作によってフォワード電圧Ｖｆｗが上昇し始める。フォワード電圧Ｖｆｗが閾値電圧Ｖｔｈまで上昇すると、スイッチ素子４７がオンするので、スイッチ素子５９もオン状態となる。スイッチ素子５９がオン状態となれば、フォトカプラ５２の発光ダイオードはオン状態とすることができる。スイッチ素子５８を介して交流電圧Ｖａｃをオン／オフできれば、フォトカプラ５２の発光ダイオードのオン／オフを制御することによりゼロクロス信号Ｚｒｘが生成される。ゼロクロス信号Ｚｒｘは、交流電圧Ｖａｃのゼロクロスポイント付近でＧｎｄレベルに近いＬｏｗレベルと電圧Ｖｏｕｔに近いＨｉｇｈレベルを交互に切り替わる２値化信号となる。また、前述した時刻ｔ７以降でゼロクロス信号Ｚｒｘが矩形波で出力される状態は、交流電圧Ｖａｃが復電した状態と同様であり、停電から正常に動作できる状態でもある。
【００２１】
以上、本発明の電源装置１００では、制御部８によりゼロクロス信号Ｚｒｘの電圧状態を継続して監視することにより、以下のような交流電圧Ｖａｃの状態を把握することが可能になる。図４に示したように、交流電圧Ｖａｃの入力が正常であることが時刻ｔ１まで検知できる。時刻ｔ１以降は、ゼロクロス信号Ｚｒｘの矩形波出力が停止してＬｏｗレベルの継続した状態となることから、交流電圧Ｖａｃの入力が停止されたことを検知できる。時刻ｔ２以降は、ゼロクロス信号ＺｒｘがＬｏｗ状態からＨｉｇｈ状態に切り替わることで、平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃが低下していることを検知できる。時刻ｔ３まで時間が経過すると、時刻ｔ３以降のように制御ＩＣ１０のスイッチング動作が停止して出力電圧Ｖｏｕｔが停止することが予測できる。
【００２２】
また、図５に示したように、交流電圧Ｖａｃの入力が正常であることが時刻ｔ４まで検知できる。時刻ｔ４以降はゼロクロス信号Ｚｒｘの矩形波出力が停止してＨｉｇｈレベルの継続した状態となることから、交流電圧Ｖａｃが低下したことを検知できる。時刻ｔ５まで時間が経過すると、制御ＩＣ１０のスイッチング動作が停止して出力電圧Ｖｏｕｔが停止することが予測できる。
【００２３】
さらに、図６に示したように、時刻ｔ６から時刻ｔ７ではゼロクロス信号Ｚｒｘ出力がＬｏｗレベル状態からＨｉｇｈレベルの継続した状態となることから、交流電圧Ｖａｃがまだ低いことを検知できる。時刻ｔ７以降においては、ゼロクロス信号Ｚｒｘの矩形波出力を監視できるので、交流電圧Ｖａｃの入力が正常であることが検知できる。
【００２４】
このように、ゼロクロス信号Ｚｒｘが図４の時刻ｔ１以降に示すＬｏｗレベルを継続することで出力電圧Ｖｏｕｔが停止するまでに交流電圧Ｖａｃの切断を判断することができる。また、図５の時刻ｔ４以降に示すＨｉｇｈレベルを継続したことを検知することで、出力電圧Ｖｏｕｔが停止するまでに交流電圧Ｖａｃの低下を判断することができる。そして夫々の判断に応じた適切な処理を行うことができる。例えば、制御部８が交流電圧Ｖａｃの状態が異常状態と判断したならば、出力電圧Ｖｏｕｔが停止する前に、負荷９を構成している各々の機能ブロックに対して、データ退避など適切な対応と処理を施すことが可能になる。
【００２５】
また、制御部８は、交流電圧Ｖａｃの切断もしくは低下時により出力電圧Ｖｏｕｔが停止する時間を遅延させるために、Ｃｔｒｌ信号を介して負荷９における動作を制限し、電力消費を低減することも可能である。さらに、図６の時刻ｔ６から時刻ｔ７のように交流電圧Ｖａｃが低く不安定な状態では、負荷９の動作によっては出力電圧Ｖｏｕｔが不安定になる可能性もあることから、Ｃｔｒｌ信号を介して負荷９の動作を制限することも可能である。
【００２６】
その他にも、電源装置１００のスタンバイ状態や待機状態にて、ゼロクロス検知制御信号Ｚｏｎを介して、電圧検知部６およびゼロクロス検知部７の動作を停止し、ゼロクロス信号Ｚｒｘを停止することにより、電力消費を低減することも可能である。
【実施例２】
【００２７】
図７は、本発明の実施例２の電源装置４００の構成を示すブロックである。図１と異なる箇所は、他の出力変換手段の一例である第２スイッチング部２００が追加されている点である。すなわち、本実施例は２コンバータの構成である。第２スイッチング部２００は、平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃ（ＤＣＨ―ＤＣＬ間の電圧）をスイッチング動作にて直流の出力電圧Ｖｏｕｔ２に変換する出力変換手段の一例である。制御部８とは第２スイッチング部用の制御信号ＰＣｔｒｌで接続され、制御部８によってスイッチング動作が制御されて出力電圧Ｖｏｕｔ２を生成又は停止するように制御される。３００は第２負荷であり、第２スイッチング部２００からの出力電圧Ｖｏｕｔ２を入力するイメージスキャナやプリンタ等の画像入出力装置における不図示のモータやソレノイド等である。第２負荷３００は、第２スイッチング部１００から出力電圧Ｖｏｕｔ２が供給されており、制御部８から出力されるＣｔｒｌ２信号を介して動作が制御される。
【００２８】
図８は、図７で示した本実施例の構成の詳細を示す電源装置４００の回路と制御内容を説明する図である。第２スイッチング部２００の２０１は動作を制御する制御ＩＣであり、２０２はオン／オフのスイッチング動作を繰り返すスイッチング素子である。２０３は変圧器の一例であるトランスである。トランス２０３は、スイッチング素子２０２のオン／オフ動作よって平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃを一次側の主巻線２０３ａに印加し、二次側の出力巻線２０３ｄとフライバック巻線２０３ｂの巻数に比例した電圧を出力する。１０４は、出力巻線２０３ｄからの電圧出力状態を制御ＩＣ２０１に帰還させるフォトカプラである。フォトカプラ２０４は、発光ダイオードと受光トランジスタで構成されている。２０５のダイオードで整流された電圧が２０６のコンデンサで平滑されて直流の出力電圧Ｖｏｕｔ２となる。出力電圧Ｖｏｕｔ２の電圧状態がフォトカプラ２０４を経由して制御ＩＣ２０１にフィードバックされる。その結果、スイッチング素子２０２のオン／オフ動作を制御することにより、出力電圧Ｖｏｕｔ２が抵抗素子２０８、２０９による分圧電圧と２０７のレギュレータによって所定電圧に制御される。２１０はフォトカプラ２０４の発光ダイオードの電流を制限する抵抗素子である。フライバック巻線２０３ｂには２１１のダイオードを経由して２１２のコンデンサが接続されている。スイッチング素子２０２がオフして主巻線２０３ａへ平滑電圧Ｖｄｃの印加が終了した後に出力されるフライバック電圧をコンデンサ２１２に充電する。コンデンサ２１２は制御ＩＣ２０１に接続されており、制御ＩＣ２０１の動作電源（電源電圧）を供給する。２１３はスイッチング素子２０２の駆動を設定する抵抗素子であり、２１４はスイッチング素子２０２によるスイッチング時の主巻線２０３ａの電流を検知する抵抗素子である。２１５はフォトカプラであり、発光ダイオードと受光トランジスタで構成されており、発光ダイオードは制御部８と抵抗素子２１６を介して第２スイッチング部２００の制御信号ＰＣｔｒｌと接続しており、受光トランジスタは制御ＩＣ２０１に接続されている。制御部８は、第２スイッチング部２００による電力の消費を低減する場合や、第２負荷３００への出力電圧Ｖｏｕｔ２の供給を停止する場合に、第２スイッチング部２００の制御信号ＰＣｔｒｌの出力を介して制御ＩＣ２０１の動作を停止する。
【００２９】
図９は、図３で示したフローチャートに、ステップＳ２００の処理を追加したものである。ステップＳ１０１からステップＳ１０８は図３の処理と同じであるので、同一符号を付けて説明を省略する。ゼロクロス信号Ｚｒｘの出力状態がＬｏｗ状態を所定時間継続していた場合に、ステップＳ１０４の設定後にステップＳ２００で制御ＩＣ２０１を停止するように設定する。この設定により、第２負荷３００への出力電圧Ｖｏｕｔ２の供給を停止させて、平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃの低下度合いを低減する。また、ゼロクロス信号Ｚｒｘの出力状態がＨｉｇｈ状態を所定時間継続していた場合にも、ステップＳ１０６の設定後に同じくステップＳ２００で制御ＩＣ２０１の停止するように設定する。制御ＩＣ２０１の停止の設定を行うことで、平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃの低下度合いを低減し、出力電圧Ｖｏｕｔが停止するまでの時間を延長する。
【００３０】
次に図１０の（ａ）〜（ｇ）で、交流電圧Ｖａｃが切断された状態の各出力波形を用いて本実施例を説明する。図４に示した波形に、第２スイッチング部２００からの出力電圧Ｖｏｕｔ２（ｇ）を追加したものである。図４で説明したところは説明を省略する。時刻ｔ１で交流電圧Ｖａｃの入力が切断され、ゼロクロス検知部７への交流電圧Ｖａｃの入力が停止するので、ゼロクロス信号ＺｒｘがＬｏｗレベル状態となる。
【００３１】
制御部８は、時刻ｔ１から時刻ｔ１’までのゼロクロス信号Ｚｒｘ状態の監視結果より、Ｌｏｗレベルが継続した状態と判断した場合には、第２負荷３００への出力電圧Ｖｏｕｔ２の供給を停止するために制御ＩＣ２０１を停止する。制御ＩＣ２０１の動作を停止することで、平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃの低下度合いを低減する。ここで、時刻ｔ１’以降に制御ＩＣ２０１を停止しない場合には、点線で示した（Ａ）のように平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃの低下度合いが増加する。そして、点線で示した（Ｂ）のように平滑電圧Ｖｄｃに比例したフォワード電圧Ｖｆｗも時刻ｔ１からｔ１’の期間の傾きで急速に低下する。そのため、点線で示した（Ｃ）のように時刻ｔ２の前にスイッチング部４からの出力電圧Ｖｏｕｔも短時間で出力が停止することが想定される。本実施例では、時刻ｔ１’で制御ＩＣ２０１を停止することにより、時刻ｔ２までの平滑電圧Ｖｄｃに対応したフォワード電圧Ｖｆｗの低下度合いを低減している。
【００３２】
次に図１１の（ａ）〜（ｇ）で、交流電圧Ｖａｃが徐々に低下する状態の各出力波形を用いて本実施例を説明する。図５に示した波形に、第２スイッチング部２００からの出力電圧Ｖｏｕｔ２（ｇ）が追加したものである。図１０と同様に、図５で説明した箇所は説明を省略する。交流電圧Ｖａｃの振幅が徐々に低下していき、平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃが低下することで、フォワード電圧Ｖｆｗが低下していく。時刻ｔ４では、フォワード電圧Ｖｆｗが閾値電圧Ｖｔｈまで低下した状態で、ゼロクロス信号ＺｒｘがＨｉｇｈレベル状態となる。制御部８は、時刻ｔ４から時刻ｔ４’までのゼロクロス信号Ｚｒｘ状態の監視結果より、Ｈｉｇｈレベルが継続した状態と判断した場合には、第２負荷３００への出力電圧Ｖｏｕｔ２の供給を停止するために制御ＩＣ２０１を停止する。制御ＩＣ２０１の動作を停止することで、平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃの低下度合いを低減する。これにより、交流電圧Ｖａｃが低下し、平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃが低下した状態において、制御ＩＣ１０の動作が継続していても、時刻ｔ５まではフライバック電圧Ｖｆｂと出力電圧Ｖｏｕｔを継続して出力できる。
【００３３】
次に図１２の（ａ）〜（ｇ）で、交流電圧Ｖａｃが徐々に上昇する状態の各出力波形を用いて本実施例を説明する。図６に示した波形に、第２スイッチング部２００からの出力電圧Ｖｏｕｔ２（ｇ）が追加したものである。図１０及び図１１と同様に、図６で説明した箇所は説明を省略する。交流電圧Ｖａｃの振幅が徐々に大きくなると、平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃも上昇し、時刻ｔ６で制御ＩＣ１０の動作がスタートする。これに応じてフォワード電圧Ｖｆｗも上昇するので、フライバック電圧Ｖｆｂと、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇し始め、ゼロクロス信号ＺｒｘがＨｉｇｈレベルとなる。制御部８は、時刻ｔ７以降のゼロクロス信号Ｚｒｘ状態の監視結果より、ゼロクロス信号Ｚｒｘが矩形波で出力される状態と判断した場合には、制御ＩＣ２０１の動作を開始させることによって第２負荷３００への出力電圧Ｖｏｕｔ２を供給する。このように、制御部８は、時刻ｔ７’のゼロクロス信号Ｚｒｘが矩形波で出力される状態のタイミングで第２スイッチング部制御信号ＰＣｔｒｌを出力することで、交流電圧Ｖａｃが復電した状態から正常に動作させることができる。
【００３４】
以上、本発明の電源装置４００では、制御部８は、図１０の時刻ｔ１’以降のゼロクロス信号ＺｒｘがＬｏｗレベルを継続したことや、図１１の時刻ｔ４’以降のゼロクロス信号ＺｒｘがＨｉｇｈレベルを継続したことを検知する。これにより、以下のような効果が得られる。制御ＩＣ２０１の動作を停止して平滑コンデンサ３の平滑電圧Ｖｄｃの低下度合いを低減し、出力電圧Ｖｏｕｔが停止するまでの時間を延長することができる。これにより、交流電圧Ｖａｃの切断もしくは低下時において、停電に対する退避処理を確実に実行することができる。また、図１２の時刻ｔ７’以降のようにゼロクロス信号Ｚｒｘの矩形波出力を継続したことを検知することで、交流電圧Ｖａｃが上昇したことを把握した上で、第２スイッチング部２００の制御信号ＰＣｔｒｌで制御ＩＣ２０１の動作を制御することができる。その他、電源装置４００のスタンバイ状態や待機状態にて、第２スイッチング部２００の制御信号ＰＣｔｒｌで制御ＩＣ２０１の動作を停止すれば、第２スイッチング部２００の電力消費を低減することができる。
【００３５】
尚、実施例１や実施例２に示した時刻（タイミング）は、交流電圧Ｖａｃ、平滑コンデンサ３の容量や出力電圧Ｖｏｕｔが接続されている制御部８と負荷９の消費電流によって変動するため、一例である。また、本実施例で示した制御部８や回路部品は、同等の機能を有する他の部品で代用できるものであれば、特に本実施例１及び実施例２で示した部品に限定するものではない。
【００３６】
また、ゼロクロス信号Ｚｒｘが矩形波で出力ではなく、継続したＬｏｗまたはＨｉｇｈの論理レベルは限定されるものではなく、システム構成によっては論理が逆の場合であってもよい。
【００３７】
（電源装置の適用例）
上記の実施例で説明した電源装置は、例えば画像形成装置の低圧電源として、モータ等の駆動部へ電力を供給する電源として適用可能である。以下に、上記実施例の電源装置が適用される画像形成装置の構成を説明する。
【００３８】
［画像形成装置の構成］
画像形成装置の一例として、レーザービームプリンタを例にあげて説明する。図１３に電子写真方式のプリンタの一例であるレーザービームプリンタの概略構成を示す。レーザービームプリンタ５００は、静電潜像が形成される像担持体としての感光ドラム５１１、感光ドラム５１１を一様に帯電する帯電部５１７（帯電手段）、感光ドラム５１１に形成された静電潜像をトナーで現像する現像部５１２（現像手段）を備えている。そして、感光ドラム５１１に現像されたトナー像をカセット５１６から供給された記録材としてのシート（不図示）に転写部５１８（転写手段）によって転写して、シートに転写したトナー像を定着器５１４で定着してトレイ５１５に排出する。この感光ドラム５１１、帯電部５１７、現像部５１２、転写部５１８が画像形成部である。また、レーザービームプリンタ５００は、上記の実施例で説明した電源装置５５０を備えている。なお、実施例１、２の電源装置５５０を適用可能な画像形成装置は、図６に例示したものに限定されず、例えば複数の画像形成部を備える画像形成装置であってもよい。更に、感光ドラム５１１上のトナー像を中間転写ベルトに転写する一次転写部と、中間転写ベルト上のトナー像をシートに転写する二次転写部を備える画像形成装置であってもよい。
【００３９】
レーザービームプリンタ５００は、画像形成部による画像形成動作や、シートの搬送動作を制御するコントローラ５２０を備えている。上記の実施例１，２に記載の電源装置５５０は、例えば、コントローラ５２０や、感光ドラム５１１を回転するため、又はシートを搬送する各種ローラ等を駆動するためのモータ等の駆動部５５１に電力を供給する。
【００４０】
また、レーザービームプリンタ５００は画像形成を実行中の通常状態から画像形成を実行していない省電力状態に移行することが可能である。この省電力状態の場合に、ゼロクロス電源供給部５（図１参照）を制御する信号Ｚｏｎの供給を停止してゼロクロス検知回路の消費電力を低減するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１  商用交流電源
２  整流回路
３  平滑部
４  スイッチング部
５  ゼロクロス電源供給部
６  電圧検知部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１２】
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【図１３】
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