(57)【要約】【課題】専用の電圧検知回路を必要としないことで、スペースやコストにおいて有利な負荷の保護機構を提供する。【解決手段】画像形成装置などに搭載される電源装置は、定格電圧が設定された負荷に電力を供給するためのスイッチング素子と、入力電圧に応じてスイッチング素子を駆動するためのパルス信号を生成する生成部とを含む。さらに、電源装置は、生成部から出力されたパルス信号のデューティを検知するデューティ検知部と、検知されたデューティから入力電圧を判定する判定部とを含む。さらに、電源装置は、判定された入力電圧に応じて負荷への電力供給手法を切り替える切り替え部とを含む。【選択図】図２
2009205299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置であって、
定格電圧が設定された負荷に電力を供給するためのスイッチング素子と、
入力電圧に応じて前記スイッチング素子を駆動するためのパルス信号を生成する生成部と、
前記生成部から出力されたパルス信号のデューティを検知するデューティ検知部と、
検知された前記デューティから前記入力電圧を判定する判定部と、
判定された前記入力電圧に応じて前記負荷への電力供給手法を切り替える切り替え部と
を含むことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記入力電圧の波形は正弦波であり、
前記切り替え部は、
判定された前記入力電圧に応じて前記負荷に供給する前記入力電圧の正弦波の半波の数を制御する制御部
を含むことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記入力電圧のゼロクロスを検知して検知信号を出力するゼロクロス検知部と、
出力された前記検知信号の数を計数する計数部と
をさらに含み、
前記制御部は、
計数された前記検知信号の数に基づいて、前記負荷に供給する半波を制御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４】
前記判定部は、
前記負荷に供給される電力を略一定に維持するために定められた、入力電圧とデューティとの関係に基づいて、前記入力電圧を判定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
画像形成装置であって、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載された電源装置と、
前記電源装置から供給された電力によって駆動される負荷と
を含むことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
定格電圧が設定された負荷に電力を供給するためのスイッチング素子を備えた電源装置の制御方法であって、
入力電圧に応じて前記スイッチング素子を駆動するためのパルス信号を生成するステップと、
生成された前記パルス信号のデューティを検知するステップと、
検知された前記デューティから前記入力電圧を判定するステップと、
判定された前記入力電圧に応じて前記負荷への電力供給手法を切り替えるステップと
を含むことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置及びこの電源装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置は、日本国内だけでなく、諸外国でも販売されている。日本国内で販売された画像形成装置の電源装置は、交流電圧１００Ｖを基準として設計されている。一方で、海外では交流電圧が１００Ｖでない場合も多い。
【０００３】
そのため、交流電圧１００Ｖを基準として設計された電源装置や画像形成装置に対して、交流電圧２００Ｖを入力してしまうと、故障や不具合が発生する場合がある。なぜなら、装置の消費電力は電圧の２乗に比例するため、電圧が２倍になれば電力は４倍となるからである。例えば、記録紙を乾燥状態に保つためのヒーターが１００Ｖの電圧に対して２００Ｗの定格電力になると仮定する。この場合、２００Ｖの電圧を印加すると、ヒーターの消費電力が８００Ｗとなり、ヒーターの故障や性能の劣化を招く。
【０００４】
よって、定格電圧よりも大きい電圧が入力された場合、入力電圧を判定して負荷に対して給電状態と非給電状態を切り替えて電力を一定にするといった対策が必要となる。特許文献１によれば、実効電圧値検知回路を用いて入力電圧を検知し、給電状態と非給電状態を切り替えて電力を一定化する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００７−１１０８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、専用の電圧検知回路が必要になる。これは、画像形成装置や電源装置にとってスペースやコストにおいて不利を招く。
【０００６】
そこで、本発明は、このような課題および他の課題のうち、少なくとも１つを解決することを目的とする。例えば、専用の電圧検知回路を必要としないことで、スペースやコストにおいて有利な負荷の保護機構を提供することを目的とする。なお、他の課題については明細書の全体を通して理解できよう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、例えば、画像形成装置などに搭載される電源装置に適用される。電源装置は、定格電圧が設定された負荷に電力を供給するためのスイッチング素子と、入力電圧に応じてスイッチング素子を駆動するためのパルス信号を生成する生成部とを含む。さらに、電源装置は、生成部から出力されたパルス信号のデューティを検知するデューティ検知部と、検知されたデューティから入力電圧を判定する判定部とを含む。さらに、電源装置は、判定された入力電圧に応じて負荷への電力供給手法を切り替える切り替え部とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、スイッチング素子を駆動するためのパルス信号のデューティから入力電圧を判定するため、専用の電圧検知回路が不要となる。これによって、回路スペースの削減とコストダウンを図ることができる。また、判定された入力電圧に応じて負荷への電力供給手法を切り替えることで、有利な負荷の保護機構が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の一実施形態を示す。以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念および下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。
【実施例１】
【００１０】
図１は、チョッパ制御方式のスイッチングレギュレータを用いたＰＦＣ（力率改善回路）の一例を示した回路図である。ＰＦＣ回路１００は、整流回路１０、小容量コンデンサＣ１及び昇圧形のチョッパ回路２０を備えている。整流回路１０は、交流電源ＡＣからの交流を全波整流する。高周波リップル吸収用の小容量コンデンサＣ１は、整流回路１０から出力された電流を脈流（パルス電流）に変換する。昇圧形のチョッパ回路２０は、入力された脈流を安定した直流に変換して出力する。この直流出力を用いて、負荷群５０が動作する。
【００１１】
チョッパ回路２０は、いわゆる昇圧回路の一例であり、スイッチング素子Ｑ１、インダクタＬ１、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ２を備えている。スイッチング素子Ｑ１は、定格電圧が設定された負荷に電力を供給するためのスイッチング素子である。スイッチング素子Ｑ１は、交流電源ＡＣの周波数より充分に高い周波数で導通（オン）・非導通（オフ）駆動される。インダクタＬ１は、このスイッチング素子Ｑ１とともに整流回路１０の出力間に直列接続されている。ダイオードＤ１とコンデンサＣ２は、スイッチング素子Ｑ１の非導通時に、インダクタＬ１からの電流が流れるように接続されている。コンデンサＣ２の両端から平滑化された電圧が安定した直流が取り出される。
【００１２】
チョッパ回路２０の出力電圧Ｖ２を抵抗Ｒ２、Ｒ３で分圧した電圧が乗算器４０の一方の端子に入力される。また乗算器４０の他方の端子にはチョッパ回路２０への入力電圧Ｖ１（交流入力の全波整流波形）が入力（印加）される。乗算器４０からはチョッパ回路２０の入力電圧Ｖ１と同位相の全波整流波形を有したしきい値信号が出力される。しきい値信号は、チョッパ回路２０の出力電圧Ｖ２を分圧した電圧に対応した振幅を有している。
【００１３】
チョッパ回路２０に対する脈流の電流Ｉ１は抵抗Ｒ１と電流検出回路３０とによって検出される。比較器ＣＯは、電流Ｉ１を表す電流検出信号としきい値信号とを比較する。スイッチング素子Ｑ１が導通すると、インダクタＬ１を通してスイッチング素子Ｑ１に流れ込む電流Ｉ２が徐々に増加する。電流Ｉ２が増加すれば、電流Ｉ１も増加する。そして、電流検出信号がしきい値信号のレベルに達すると、比較器ＣＯが所定の信号を出力する。
【００１４】
ＰＦＣ制御回路６０は、入力電圧に応じてスイッチング素子を駆動するためのパルス信号（駆動信号）を生成する生成部の一例である。例えば、比較器ＣＯが所定の信号を出力すると、ＰＦＣ制御回路６０は、スイッチング素子Ｑ１が非導通となるようなパルス信号を生成して、スイッチング素子Ｑ１を駆動する。スイッチング素子Ｑ１が非導通になると、インダクタＬ１からダイオードＤ１を通して出力側に流れる電流Ｉ３が徐々に減少する。
【００１５】
スイッチング素子Ｑ１が非導通になってから所定の時間が経過すると、スイッチング素子Ｑ１が再び導通して電流Ｉ１が徐々に増加してゆく。電流Ｉ１がしきい値信号のレベルに達すると、スイッチング素子Ｑ１が非導通となる。そして、インダクタＬ１を流れる電流が徐々に減少する。
【００１６】
このような手順に従って、スイッチング素子Ｑ１は交流電源の周波数よりも充分高い周波数で導通・非導通を繰り返す。また、電流Ｉ１の包絡線がしきい値信号に一致するように制御がなされる。なお、導通時間と非導通時間との割合はデューティと呼ばれる。デューティは、入力電圧の大きさに依存して決まる。
【００１７】
以上説明したように、脈流入力の電流Ｉ１の包絡線は正弦波となり、その高調波成分を抑圧することで、力率が改善される。
【００１８】
図２は、実施例に係る画像形成装置の一部（電源装置及び交流負荷）を示した例示的な回路図である。本実施例では、交流負荷としてセラミックヒーターを取り上げる。なお、図１と共通する部分については、同一の参照符号を付与することで説明を省略する。
【００１９】
ＰＦＣ制御回路６０は、上述した脈流であるパルス信号を出力する。負荷群５０への出力電圧は、入力電圧の２乗とスイッチング素子Ｑ１がオンする時間の２乗に比例して増加する。出力電圧を常に一定にするためには、入力電圧が大きいほどスイッチング素子Ｑ１のオンする時間を短くする必要がある。
【００２０】
制御部６１は画像形成装置全体の制御を行う。セラミックヒーター６２は交流負荷の一例であり、交流の入力電圧が印加される。制御素子６３は、例えば、トライアックなどであり、セラミックヒーター６２へ印加される交流の入力電圧を制御する。制御部６１は制御素子６３をオン又はオフすることにより、セラミックヒーター６２への電力供給と電力非供給の状態を切り換えることができる。
【００２１】
ゼロクロス検知部７０は、交流電源から入力された電圧（或いは交流電流の電流値）がゼロになったときに、ゼロクロス信号を出力する。すなわち、ゼロクロス検知部７０は、入力電圧のゼロクロスを検知して検知信号を出力する。
【００２２】
図３は、出力電圧を一定に維持するために必要な入力電圧とデューティとの関係を示した図である。横軸は、デューティを示し、縦軸は入力電圧を示している。図３によれば、入力電圧が１００Ｖのときはデューティを７０％とすることが示されている。また、入力電圧が２００Ｖのときはデューティを５０％とする。このように、出力電圧を一定に維持するには、入力電圧に依存してスイッチング素子Ｑ１をスイッチングするパルス信号のデューティが異なる必要がある。
【００２３】
図４は、入力電圧が１００Ｖのときのパルス信号の一例を示す図である。図５は、入力電圧が２００Ｖのときのパルス信号の一例を示す図である。両者を比較するとわかるように、入力電圧に依存してパルス信号のデューティが異なっている。これらが意味することは、入力電圧が２００Ｖのときにスイッチング素子Ｑ１がオンする時間は、入力電圧が１００Ｖのときにスイッチング素子Ｑ１がオンする時間よりも短いことである。
【００２４】
ＰＦＣ制御回路６０から出力されたパルス信号は、スイッチング素子Ｑ１と制御部６１に入力される。制御部６１の機能の１つには、デューティと入力電圧の関係（図３）から、ＰＦＣ制御回路６０から出力されたパルス信号のデューティをもとに入力電圧を算出する機能を搭載している。デューティの検知は、例えば、電源を投入した際に実行される最初の準備動作の一部として行われる。
【００２５】
図６は、実施例に係る制御方法の一例を示す図である。ステップＳ６０１で、制御部６１はＰＦＣ制御回路６０から入力電圧Ｖ１に応じたパルス信号を入力する。
【００２６】
ステップＳ６０２で、制御部６１は、入力されたパルス信号のパルス幅をカウントすることでパルス信号のデューティを検知する。よって、制御部６１は、生成部から出力されたパルス信号のデューティを検知するデューティ検知部の一例である。
【００２７】
ステップＳ６０３で、制御部６１は、検知されたデューティから画像形成装置への入力電圧を判定する。よって、制御部６１は、判定部の一例である。例えば、制御部６１は、検知したデューティを、デューティと入力電圧の関係式（図３の特性を表わす式）に代入することで、検知したデューティに対応する入力電圧を算出する。なお、この関係式は、デューティに対応した入力電圧を記憶したテーブルとして制御部６１内のメモリに用意しておき、決定したデューティの値に対応する入力電圧をテーブルから参照することにより、入力電圧を判定しても良い。
【００２８】
ステップＳ６０４で、制御部６１は、算出された入力電圧に応じて負荷であるセラミックヒーター６２へ通す半波の割合を決定する。例えば、入力電圧が１００Ｖと判定されれば、入力電圧のすべての半波を通し、２００Ｖであれば、４つの半波のうち１つの割合で負荷に通電する。このように、判定された入力電圧に応じて負荷への電力供給手法が切り替えられることになる。よって、制御部６１は、切り替え部の一例である。
【００２９】
なお、通される半波の数は、制御部６１が制御素子６３を制御することで、制限される。よって、制御部６１や制御素子６３は、判定された入力電圧に応じて負荷に流す正弦波の半波の数を制御する制御部の一例である。このように、制御部６１は、計数されたゼロクロス信号の数を実質的に半波の数として使用することで、負荷に流す半波を制御する。
【００３０】
本実施例によれば、交流波形における各々の周期において入力電圧に関係なく、セラミックヒーター６２に一定の電力が供給されるようになる。例えば、定格電圧が１００Ｖのセラミックヒーターに対し、２００Ｖの交流電源を１００Ｖと同じ条件で印加すると、セラミックヒーター６２に供給される電力は４倍となってしまう。一方、本実施例によれば、入力電圧が２００Ｖのときの電力が、入力電圧が１００Ｖとのときの電力と略等しくなるように、セラミックヒーター６２へ供給される半波の数が制御部６１によって調整される。
【００３１】
すなわち、制御部６１は、入力電圧が１００Ｖのときは全ての半波を負荷へ供給するのに対し、入力電圧が２００Ｖのときは４回のうち１回の割合で半波を供給する。これによって、セラミックヒーター６２へ供給される電力は、入力電圧に依存することなく、略一定に維持される。
【００３２】
図７は、入力電圧が１００Ｖのときの入力電圧波形、ゼロクロス信号及びセラミックヒーターの通電状態を示す図である。図７によれば、入力電圧波形における半波のすべてがセラミックヒーターに供給される。そのため、セラミックヒーターは常に稼働することになる。
【００３３】
図８は、入力電圧が２００Ｖのときの入力電圧波形、ゼロクロス信号及びセラミックヒーターの通電状態を示す図である。図８によれば、入力電圧波形における４つの半波のうち１つの半波の割合でセラミックヒーターに供給される。そのため、セラミックヒーターは間欠的に稼働することになる。これにより、定格電圧よりも高い電圧が印加されても、セラミックヒーター６２が異常に昇温することが抑制される。
【００３４】
なお、図８に示した入力波形とゼロクロス信号との関係から明らかなように、１つの半波と１つのゼロクロス信号とが対応している。よって、ゼロクロス信号の数を監視すれば、実質的に、半波の数を監視できることになる。
【００３５】
図９は、実施例に係る制御方法のさらに詳細なフローチャートである。ここでは、制御における１周期分の処理について説明する。通常は、セラミックヒーター６２の動作が終了するまで、図９に示した制御処理が繰り返し実行される。なお、入力電圧が定格電圧であれば、本フローチャートに係る処理をスキップして、常にセラミックヒーター６２が通電されてもよい。
【００３６】
ステップＳ９０１で、制御部６１は、制御素子６３をＯＮに維持するためカウント値（ＯＮカウント値）と、制御素子６３をＯＦＦに維持するためカウント値（ＯＮカウント値）とをゼロにリセットする。制御素子６３をＯＮにすればセラミックヒーター６２に電力が供給され、制御素子６３をＯＦＦにすればセラミックヒーター６２に電力が供給されないことになる。出力された検知信号の数を計数する計数部の一例であるカウンタは、制御部６１が備えているものとする。
【００３７】
ステップＳ９０２で、制御部６１は、制御素子６３をＯＮにすることで、セラミックヒーター６２への通電を開始する。なお、制御素子６３が既にＯＮであれば、ＯＮの状態がそのまま維持される。
【００３８】
ステップＳ９０３で、制御部６１は、ゼロクロス検知部７０からゼロクロス信号が出力されたか否かを判定する。ゼロクロス信号が検知されるまで待機してから、次のステップＳ９０４に進む。
【００３９】
ステップＳ９０４で、制御部６１は、ＯＮカウント値を１つインクリメントする。
【００４０】
ステップＳ９０５で、制御部６１は、ＯＮカウント値が所定数に達したか否かを判定する。この所定数は、上述した半波の割合に応じて決定される。例えば、入力電圧が２００ＶであればＯＮとＯＦＦの割合は１：３であるから、所定数は１となる。ＯＮカウント値が所定数に達していなければ、ステップＳ９０３へ戻る。ＯＮカウント値が所定数に達していれば、ステップＳ９０６に進む。なお、所定数は、ステップＳ６０４において決定され、制御部６１の内のメモリ（例：ＳＲＡＭ）に記憶されているもののとする。
【００４１】
ステップＳ９０６で、制御部６１は、制御素子６３をＯＦＦにすることで、セラミックヒーター６２への通電を停止する。
【００４２】
ステップＳ９０７で、制御部６１は、ゼロクロス検知部７０からゼロクロス信号が出力されたか否かを判定する。ゼロクロス信号が検知されるまで待機してから、次のステップＳ９０８に進む。
【００４３】
ステップＳ９０８で、制御部６１は、ＯＦＦカウント値を１つインクリメントする。
【００４４】
ステップＳ９０９で、制御部６１は、ＯＦＦカウント値が所定数に達したか否かを判定する。この所定数は、上述した半波の割合に応じて決定される。例えば、入力電圧が２００ＶであればＯＮとＯＦＦの割合は１：３であるから、所定数は３となる。なお、所定数は、ステップＳ６０４において決定され、制御部６１の内のメモリ（例：ＳＲＡＭ）に記憶されているもののとする。ＯＦＦカウント値が所定数に達していなければ、ステップＳ９０６へ戻る。ＯＦＦカウント値が所定数に達していれば、本処理を終了する。
【００４５】
前述の例によれば、１回目のゼロクロス信号が入力されるまではセラミックヒーター６２への電力が供給される。そして、１回目のゼロクロス信号が入力された直後に電力供給が停止される。電力供給が停止してから３回目のゼロクロス信号が入力されると、セラミックヒーター６２への電力供給が再開される。その次のゼロクロス信号が入力されると、再び電力供給が停止される。これを繰り返すことで、入力電圧に依存することなく、セラミックヒーター６２へ供給される電力を一定に維持することが可能となる。
【００４６】
以上説明したように本実施例によれば、スイッチング素子を駆動するためのパルス信号のデューティから入力電圧を判定するため、専用の電圧検知回路が不要となる。これによって、回路スペースの削減とコストダウンを図ることができる。また、判定された入力電圧に応じて負荷への電力供給手法を切り替えることで、有効な負荷の保護機構が提供される。
【００４７】
本実施例に係る電源装置は、画像形成装置など、様々な装置に適用できる。画像形成装置は、例えば、印刷装置、プリンター、複写機、複合機、ファクシミリなどとして実現される。画像形成方式は、例えば、電子写真方式、静電記録方式、磁気記録方式、インクジェット方式、昇華方式、オフセット印刷方式のいずれであってもよい。
【００４８】
負荷への電力供給手法を切り替えるには、例えば、判定された入力電圧に応じて負荷に流す正弦波の半波の数を制御すればよい。半波の数は、外部から入力された電流についてゼロクロスの数に対応している。そのため、ゼロクロスを検知すると出力される検知信号の数を計数すれば、容易に、半波の数を取得できる。
【００４９】
入力電圧を判定するには、例えば、負荷に供給される電力を略一定に維持するために定められた、入力電圧とデューティとの関係式を用いればよい。このような関係式は、工場出荷時に決定してメモリなどの記憶部に記憶しておけばよい。なお、図３の例によれば、関係式は、以下の式となる。
（入力電圧）＝−５×（デューティ）＋４５０
もちろん、この関係式は、単なる例示に過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】チョッパ制御方式のスイッチングレギュレータを用いたＰＦＣ（力率改善回路）の一例を示したい回路図である。
【図２】実施例に係る画像形成装置の一部（電源装置及び負荷）を示した例示的な回路図である。
【図３】出力電圧を一定に維持するための入力電圧とデューティとの関係を示した図である。
【図４】入力電圧が１００Ｖのときのパルス信号の一例を示す図である。
【図５】入力電圧が２００Ｖのときのパルス信号の一例を示す図である。
【図６】実施例に係る制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】入力電圧が１００Ｖのときの入力電圧波形、ゼロクロス信号及びセラミックヒーターの通電状態を示す図である。
【図８】入力電圧が２００Ｖのときの入力電圧波形、ゼロクロス信号及びセラミックヒーターの通電状態を示す図である。
【図９】実施例に係る制御方法のさらに詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１０    ：整流回路
２０    ：チョッパ回路
３０    ：電流検出回路
４０    ：乗算器
５０    ：負荷群
６０    ：ＰＦＣ制御回路
６１    ：制御部
６２    ：セラミックヒーター
６３    ：半波通電の制御素子
７０    ：ゼロクロス検知部
【図１】
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【図２】
2009205299.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2009205299.tif 000007
【図６】
2009205299.tif 000008
【図７】
2009205299.tif 000009
【図８】
2009205299.tif 000010
【図９】
2009205299.tif 000011