(57)【要約】【課題】負荷の特性に応じた適切な電力を供給できる小型化が可能な蓄電装置を提供する。【解決手段】電力を蓄える蓄電素子Ｅと、蓄電素子の出力を昇圧して負荷に供給する昇圧回路とを備えた蓄電装置において、昇圧回路は、１次巻線Ｐの一方の端子が蓄電素子の一方の端子に接続されたトランスＴと、トランスの１次巻線の他方の端子と蓄電素子の他方の端子との間に接続されたスイッチング素子Ｑと、アノードがトランスの２次巻線Ｓの一方の端子および蓄電素子の一方の端子に共通に接続され、カソードが出力端子に接続された第１ダイオードＤ１と、アノードがトランスの２次巻線の他方の端子に接続され、カソードが第１ダイオードのカソードに接続された第２ダイオードＤ２とを備え、第１ダイオードの電流容量は出力端子から負荷へ流れる突入電流以上であり、トランス、スイッチング素子および第２ダイオードの電流容量は突入電流より小さくした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を蓄える蓄電素子と、
前記蓄電素子の出力を昇圧して負荷に供給する昇圧回路とを備えた蓄電装置において、
前記昇圧回路は、
１次巻線の一方の端子が前記蓄電素子の一方の端子に接続されたトランスと、
前記トランスの１次巻線の他方の端子と前記蓄電素子の他方の端子との間に接続されたスイッチング素子と、
アノードが前記トランスの２次巻線の一方の端子および前記蓄電素子の一方の端子に共通に接続され、カソードが出力端子に接続された第１ダイオードと、
アノードが前記トランスの２次巻線の他方の端子に接続され、カソードが前記第１ダイオードのカソードに接続された第２ダイオードとを備え、
前記第１ダイオードの電流容量は前記出力端子から負荷へ流れる突入電流以上であり、前記トランス、前記スイッチング素子および前記第２ダイオードの電流容量は前記突入電流より小さくしたことを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記昇圧回路からの出力電流を計測する電流計測素子と、
前記電流計測素子で計測された電流が、前記第２ダイオードの電流容量の、該昇圧回路の昇圧比分の１になった時に前記スイッチング素子を動作させる制御回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記蓄電素子の電流容量は、負荷の突入電流以上であることを特徴とする請求項２記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記蓄電素子はリチウムイオン電池であることを特徴とする請求項２または請求項３記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄えた電力を負荷に供給する蓄電装置に関し、特に負荷の特性に応じた好適な電力を供給する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、キャパシタや二次電池といった蓄電素子に蓄えた電力を昇圧して負荷に供給する蓄電装置が知られている。図４は、このような蓄電装置の一例を示す回路図である。この蓄電装置は、二次電池Ｅの両端子間に、リアクトルＬとスイッチング素子として動作するトランジスタＱとが直列に接続された直列回路が設けられており、さらに、トランジスタＱの両端子間に、ダイオードＤとコンデンサＣとから成る整流回路が接続されて構成されている。この蓄電装置は、トランジスタＱのオン／オフによりリアクトルＬに蓄えられたエネルギーを整流回路で整流して出力端子から負荷に供給する。
【０００３】
このような蓄電装置を補助電源として用いた装置として、特許文献１は、定着部の温度を定着可能温度まで立ち上げるための時間を短縮しつつ、補助電源の寿命が長く安価な画像形成装置を開示している。
【０００４】
この画像形成装置は、定着ヒータへ供給する電力の省エネルギー化を図るために、蓄電装置を用いて定着ヒータを急速に加熱する。そして、この定着ヒータの加熱には大電流が必要なため、蓄電素子としてキャパシタが用いられている。
【特許文献１】特開２００６−３３７５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の蓄電装置においては、大きな突入電流が流れる負荷を駆動する場合は、起動直後に突入電流がリアクトルＬおよびダイオードＤを流れるため、定常時は大きい電流が流れないにもかかわらず、これらの電流容量を大きくする必要があり、装置が大型化する。
【０００６】
また、電流を急激に上昇させようとしてもリアクトルＬでの電圧降下があるため、電流を抑制するように作用し、負荷に必要な突入電流を流すことも困難である。
【０００７】
また、特許文献１に開示されている画像形成装置では、蓄電素子としてエネルギー密度の小さいキャパシタが使用されているため、必要な加熱エネルギーを得るためには蓄電装置が大きくなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、負荷の特性に応じた適切な電力を供給できる小型化が可能な蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１の発明は、電力を蓄える蓄電素子と、蓄電素子の出力を昇圧して負荷に供給する昇圧回路とを備えた蓄電装置において、昇圧回路は、１次巻線の一方の端子が蓄電素子の一方の端子に接続されたトランスと、トランスの１次巻線の他方の端子と蓄電素子の他方の端子との間に接続されたスイッチング素子と、アノードがトランスの２次巻線の一方の端子および蓄電素子の一方の端子に共通に接続され、カソードが出力端子に接続された第１ダイオードと、アノードがトランスの２次巻線の他方の端子に接続され、カソードが第１ダイオードのカソードに接続された第２ダイオードとを備え、第１ダイオードの電流容量は出力端子から負荷へ流れる突入電流以上であり、トランス、スイッチング素子および第２ダイオードの電流容量は突入電流より小さくしたことを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、昇圧回路からの出力電流を計測する電流計測素子と、電流計測素子で計測された電流が、第２ダイオードの電流容量の、該昇圧回路の昇圧比分の１になった時にスイッチング素子を動作させる制御回路を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、蓄電素子の電流容量は、負荷の突入電流以上であることを特徴とする。また、第４の発明は、蓄電素子はリチウムイオン電池であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１ダイオードの電流容量は出力端子から負荷へ流れる突入電流以上であり、トランス、スイッチング素子および第２ダイオードの電流容量は突入電流より小さくしたので、突入電流が大きい負荷であっても第１ダイオードの電流容量だけを大きくすればよいので、トランス、スイッチング素子および第２ダイオードの小型化が可能になり、全体として装置の小型化が可能になる。したがって、負荷の特性に応じた適切な電力を供給できる小型化が可能な蓄電装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１に係る蓄電装置の回路構成を示す回路図である。この蓄電装置は、例えばリチウムイオン電池などから成る二次電池Ｅと、この二次電池Ｅの両端子間に接続された昇圧回路から構成されている。昇圧回路は、トランスＴ、トランジスタＱ、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２キャパシタＣ、電流計測素子１１および制御回路１２から構成されている。
【００１５】
二次電池Ｅの正極は、トランスＴの１次巻線Ｐの一方の端子に接続されている。トランスＴの１次巻線Ｐの他方の端子は、例えはＭＯＳＦＥＴから成りスイッチング素子として動作するトランジスタＱのドレインに接続されている。このトランジスタＱのソースは、二次電池Ｅの負極に接続されており、ゲートは制御回路１２に接続されている。
【００１６】
トランスＴの２次巻線Ｓは１次巻線Ｐに対して極性が逆相に巻回されている。トランスＴの２次巻線Ｓの一方の端子は、１次巻線の一方の端子（二次電池Ｅの正極）および第１ダイオードＤ１のアノードに接続されており、他方の端子は、第２ダイオードＤ２のアノードに接続されている。第１ダイオードＤ１のカソードは、キャパシタＣの一方の端子および電流計測素子１１を介して一方の出力端子に接続されている。第２ダイオードＤ２のカソードは、第１ダイオードＤ１のカソードに接続されている。キャパシタＣの他方の端子は、他方の出力端子（トランジスタＱのソースおよび二次電池Ｅの負極）に接続されている。
【００１７】
電流計測素子１１は、例えばシャント抵抗から構成されており、出力端子から出力される電流の大きさに応じた信号を制御回路１２に送る。制御回路１２は、電流計測素子１１から送られてきた信号に基づき電流値を算出し、該電流値が所定値以上の場合に、トランジスタＱのオン／オフを制御し、二次電池Ｅの出力電圧を昇圧して出力端子から出力する。
【００１８】
次に、このように構成される本発明の実施例１に係る蓄電装置の動作を説明する。まず、二次電池Ｅの出力は、第１ダイオードＤ１および電流計測素子１１を介して一方の出力端子に接続されており、昇圧回路が動作していない時、すなわち、トランジスタＱがオン／オフしていない時は、二次電池Ｅの出力電圧が、ダイオードＤ１を介して出力端子に出力される。第１ダイオードＤ１としては、負荷の突入電流の大きさに対応した電流定格を有するダイオードが使用される。
【００１９】
一方、昇圧回路が動作している時、すなわちトランジスタＱがオン／オフしているときは、トランジスタＱおよびトランスＴの１次巻線Ｐに電流が断続的に流れ、二次電池Ｅの電圧に、トランスＴの２次巻線Ｓに誘起された電圧が重畳された電圧が、第２ダイオードＤ２およびキャパシタＣから成る整流回路により平滑されて、電流計測素子１１を介して出力端子に出力される。
【００２０】
より詳しくは、トランジスタＱがオンしている間は、二次電池Ｅ→トランスＴの２次巻線Ｓ→第２ダイオードＤ２→負荷→二次電池Ｅという経路で電流が流れ、トランスＴの２次巻線Ｓの電圧が第２ダイオードＤ２を介して第１ダイオードＤ１の出力電圧（つまり、二次電池Ｅの出力電圧）に重畳されて、出力端子から負荷に供給される。
【００２１】
一方、トランジスタＱがオフすると、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２は逆バイアスになり、キャパシタＣの電圧が、出力端子から負荷に供給される。第２ダイオードＤ２としては、第１ダイオードＤ１のような大きな電流定格を有するダイオードを使用する必要はなく、定常時の電流の大きさに対応した電流定格を有するダイオードが使用される。
【００２２】
今、負荷が、図２に示す特性を有する定着ヒータ（ハロゲンヒータ）を駆動する場合を考える。加熱初期には、昇圧回路を動作させず、二次電池Ｅの出力は、第１ダイオードＤ１を介して出力端子から負荷に供給される。この時、９０Ａという大電流（突入電流）が流れるのは、二次電池Ｅおよび第１ダイオードＤ１と、それに付随する配線である。この時点では、定着ヒータの抵抗は小さいので、出力端子の電圧が低くても大電流が流れる。そこで、二次電池Ｅは、定着ヒータに十分な電流を流すことができる電流容量とするために、定着ヒータに必要な加熱エネルギー分とその余裕分のエネルギーとなるような個数の単セルを直列に接続して構成されている。
【００２３】
一方、定着ヒータが加熱されて抵抗値が上昇し、出力電流が減少すると、制御回路１２は、電流計測素子１１から送られてくる電流値が所定値以下、例えば図２に示す０．３秒後で、出力電流が２０Ａ以下になったことを検出し、トランジスタＱのオン／オフを開始させる。これにより、図３に示すように、所定の時刻ｔ１から昇圧回路による昇圧動作が開始される。このように、昇圧回路の動作が開始されると、昇圧分が二次電池Ｅの出力電圧に重畳されるため、出力電圧が加熱時のヒータ抵抗の動作に必要な電圧より小さくても、加熱に必要な電圧を出力端子に発生させることができる。
【００２４】
この時の出力電流は、トランスＴ、トランジスタＱおよび第２ダイオードＤ２に流れるが、突入電流９０Ａに比較して、２０Ａ以下といった小さい電流しか流れないため、トランスＴ、トランジスタＱなどを小さくすることができる。
【００２５】
昇圧回路を動作させる前の電流値をＩ１、動作させた後の電流値をＩ２、出力端子に接続された負荷抵抗をＲ、二次電池Ｅの出力電圧をＶ、昇圧回路の昇圧比をα（トランスＴの昇圧比＋１）とすると、
Ｖ＝Ｒ*Ｉ１  …（１）
αＶ＝Ｒ*Ｉ２…（２）
となる。これら式（１）および式（２）から電流値Ｉ１と電流値Ｉ２の比を求めると
Ｉ２／Ｉ１＝α…（３）
したがって、昇圧回路は、出力電流が、第２ダイオードＤ２の電流容量の、該昇圧回路の昇圧比分の１まで減少してから動作させる必要がある。
【００２６】
以上説明したように、本発明の実施例１に係る蓄電装置によれば、突入電流に必要な電流容量の二次電池Ｅを、負荷（定着ヒータ）に必要なエネルギー分だけ単セルを直列に接続して構成しているため、加熱初期に必要な突入電流を流すことができる。
【００２７】
また、負荷（定着ヒータ）の抵抗値が上昇した後は、二次電池Ｅの出力電圧に昇圧回路の電圧を重畳することができるため、二次電池Ｅの出力電圧が、負荷の定常駆動時の電圧に不足していても十分な電圧を供給できる。また、昇圧回路で大電流が流れるのは第１ダイオードＤ１のみであるので、小型で大きな突入電流を流すことができる蓄電装置を提供することができる。
【００２８】
なお、上述した実施例１に係る蓄電装置では、蓄電素子として二次電池を用いた場合について説明したが、二次電池の代わりに、キャパシタを用いることもでき、この場合も、上述した二次電池の場合と同様の作用および効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、負荷の突入電流が大きく且つ小型化が要求される種々の装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例１に係る蓄電装置の概略の回路構成を示す回路図である。
【図２】負荷としての定着ヒータの特性を示すである。
【図３】本発明の実施例１に係る蓄電装置の動作を説明するための図である。
【図４】従来の蓄電装置の概略の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１  電流計測素子
１２  制御回路
Ｅ  二次電池
Ｑ  トランジスタ
Ｔ  トランス
Ｐ  １次巻線
Ｓ  ２次巻線
Ｄ１  第１ダイオード
Ｄ２  第２ダイオード
Ｃ  キャパシタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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