JP2008172914A - 電源装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ゼロクロス検知部で消費される無駄な電力を削減できる電源装置、およびこの電源装置を用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】交流入力を直流に変換する直流電源部１０３、１０４と、前記直流電源部に接続され、前記直流電源部の出力電力をその電圧とは異なる電圧の直流電力に変換する、負荷の待機時にも動作する第１のコンバータ１０５と、前記直流電源部に接続され、前記直流電源部の出力電力をその電圧とは異なる電圧の直流電力に変換する、前記負荷の待機時は停止する第２のコンバータ４０１と、前記第２のコンバータから電源供給を受けて、前記交流入力のゼロクロスポイントを検知するゼロクロス検知部２０１と、を備えた電源装置により前記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置に好適な、ゼロクロス検知回路付きの電源装置に関し、特にそのゼロクロス検知回路の消費電力の削減に関するものである。なお、このゼロクロス検知回路は、交流電源のゼロクロスポイントすなわち交流位相の０度、１８０度のタイミングを検知する回路であり、位相検知回路ともいう。

昨今、画像形成装置の待機時の消費電力は、ブルーエンジェルや、エナジースターといった国際的な省エネ規格として規格化されている。
待機時の消費電力を低減させることは、画像形成装置を開発する際の主要なテーマであり、画像形成装置の商品価値を著しく高めるファクターである。

図９は、従来の画像形成装置における電源装置ならびにゼロクロス検知回路の１例を示す図である。以下この従来の装置、回路を従来例１という。
図中１０１はＡＣインレット、１０２はコモンモードコイル、１０３は整流ダイオードブリッジ、１０４は１次平滑電解コンデンサである。

１０５はコンバータＡ電源である。例として、フライバック電源を図示した。
コンバータＡ電源１０５は以下の構成部品からなる。
１０６は起動抵抗、１０７はスイッチングＦＥＴ、１０８は電源ＩＣ、１０９、１１０、１１１、１２１、１２２、１２５、１２６は抵抗、１１２、１１９はダイオード、１１３、１２３はコンデンサである。１１４はトランス、１１５はトランスの一次側巻線、１１６はトランスの補助巻線、１１７はトランスの二次側巻線、１２０は平滑コンデンサ、１１８はフォトカプラ、１２４はシャントレギュレータである。

２０１はゼロクロス検知回路である。
ゼロクロス検知回路２０１は以下の構成部品からなる。
２０２、２０３、２０４、２０７、２０８は抵抗、２０５はコンデンサ、２０６はＮＰＮトランジスタ、２０９はフォトカプラ、２１０はゼロクロス検知信号の出力端である。

３０１はコンバータＢの停止信号回路である。
コンバータＢの停止信号回路３０１は以下の構成部品からなる。
３０２、３０６はＮＰＮトランジスタ、３０３、３０５、３０７、３０８は抵抗、３０４はフォトカプラ、３０９はコンバータＢ停止信号の入力端である。

４０１はコンバータＢ電源である。例としてフォワードタイプの電源を図示した。
コンバータＢ電源４１は以下の構成部品からなる。
４０２は電源ＩＣ、４０３、４０５、４１３、４１４、４１７、４１８は抵抗、４０４はスイッチングＦＥＴ、４０６はトランス、４０７はトランスの一次側巻線、４０８はトランスの二次側巻線である。４０９はダイオードアレー、４１０はチョークコイル、４１１は平滑コンデンサ、４１２はフォトカプラ、４１５はコンデンサ、４１６はシャントレギュレータである。

通常動作として、ＡＣインレット１０１より入力された、商用交流電源は、コモンモードコイル１０２、整流ダイオードブリッジ１０３を通り、全波整流され、１次平滑電解コンデンサ１０４に平滑される。
これとは別に、コンバータＡに対しては、コモンモードコイル１０２を通った商用交流電源は起動抵抗１０６を通り、電源ＩＣ１０８を起動させ、スイッチングＦＥＴ１０７を動作させ、トランス１１４に電流を流すことで動作を開始する。

トランス１１４が動作すると、トランスの補助巻線１１６により作られた電源電圧が、電源ＩＣ１０８へ供給されるようになり、電源ＩＣ１０８は動作を続けることが可能となる。このことにより、スイッチングＦＥＴＩ０７をスイッチング動作させることができるようになり、トランス１１４は安定した動作を続けることが可能となる。
さらに、トランス１１４の二次側巻線１１７より出力された二次側の電圧は整流ダイオード１１９で整流され、平滑コンデンサ１２０により平滑され直流出力Ｖａが出力可能となる。

直流出力Ｖａの電圧制御は、以下のように行なわれている。
直流出力Ｖａを抵抗１２５と抵抗１２６で分圧した電圧をシャントレギュレータ１２４に入力することで、直流出力Ｖａから抵抗１２１を介して、フォトカプラ１１８のＬＥＤに電流が流れる。
このことより、フォトカプラ１１８のフォトトランジスタ側にコレクタ電流を流すことができ、フォトカプラ１１８が接続される電源ＩＣ１０８の端子電圧が変化することでフィードバック電位が作られる。
このフィードバック電位の変化が、スイッチングＦＥＴ１０７のスイッチングデューティや、スイッチング周波数を変化させる主なトリガーとなり、安定した直流出力Ｖａの制御が可能となる。
なお、抵抗１２２、コンデンサ１２３は前述した一連のフィードバックループにおける位相補償を行っている。
以上がコンバータＡ電源１０５の動作である。

次に、コンバータＢ電源４０１の動作を説明する。
コンバータＡ電源１０５のトランスの補助巻線１１６を電源供給源として、トランジスタ３０２を介して電源ＩＣ４０２が起動する。
電源ＩＣ４０２が起動すると、スイッチングＦＥＴ４０４を動作させ、トランス４０６に電流を流すことで動作を開始し、安定した動作を続けることが可能となる。
さらに、トランス４０６の二次側巻線４０８より出力された二次側の電圧はダイオードアレー４０９で整流され、平滑コンデンサ４１１により平滑され直流出力Ｖｂが出力可能となる。

直流出力Ｖｂの電圧制御は、以下のように行なわれている。
直流出力Ｖｂを抵抗４１７と抵抗４１８で分圧した電圧をシャントレギュレータ４１６に入力することで、直流出力Ｖｂから抵抗４１３を介してフォトカプラ４１２のＬＥＤに電流が流れる。
このことより、フォトカプラ４１２のフォトダイオード側にコレクタ電流を流すことができ、電源ＩＣ４０２の端子電圧が変化することでフィードバック電位が作られる。
このフィードバック電位の変化が、スイッチングＦＥＴ４０４のスイッチングデューティや、スイッチング周波数を変化させる主なトリガーとなり、安定した直流出力Ｖｂの制御が可能となる。
なお、抵抗４１４、コンデンサ４１５は前述した一連のフィードバックループにおける位相補償を行っている。

次に、ゼロクロス検知回路２０１は以下のような動作を行う。
ゼロクロス検知回路２０１は、整流ダイオードブリッジ１０３の整流前の交流電圧が検知対象の電源となる。
この電源が、抵抗２０２と抵抗２０３とで分圧され、抵抗２０４とコンデンサ２０５で構成されるＣＲフィルタを抜け、トランジスタ２０６のベースに供給され、コレクタ電流を流したり、遮断したりすることを可能となる。
このことからフォトカプラ２０９のＬＥＤ側の電流を流したり、遮断したりすることも可能となる。さらに、フォトカプラ２０９のＬＥＤ側の光を受け、フォトカプラ２０９のフォトトランジスタ側は、コレクタ電流を流したり、遮断したりすることが可能となり、その結果、ゼロクロス検知信号を出力することが可能となる。
なお、この際のトランジスタ２０６の電源は、コンバータＡ電源１０５のトランス１１４の補助巻線１１６からなる電源である。
また、フォトカプラ２０９のフォトトランジスタ側のコレクタ電流の電源は、コンバータＡ電源１０５の直流出力Ｖａである。

次に、コンバータＢ停止信号回路３０１は、コンバータＡ電源１０５が動作しているときに、電源装置外の外部信号により、コンバータＢを動作させたり停止させたりすることを可能とする回路である。

以下に、コンバータＢ電源４０１を出力停止／出力動作する際の回路動作概要を説明する。

・コンバータＢ電源４０１を出力停止する場合
コンバータＢ停止信号回路３０１におけるコンバータＢ停止信号の入力端３０９をＧＮＤレベルにする。
このようにすることで、トランジスタ３０６にコレクタ電流を流すことができず、フォトカプラ３０４のＬＥＤを発光させ、フォトカプラ３０４のフォトトランジスタ側にコレクタ電流を流すことになる。
その結果、トランジスタ３０２はコレクタ電流を流すことができず、コンバータＢ電源４０１の電源ＩＣ４０２への電源供給が停止し、この結果コンバータＢ電源４０１は出力停止する。
なお、トランジスタ３０２のエミッタ側と電源ＩＣ４０２とが接続される端子は、電源ＩＣ４０２の電源端子である。

・コンバータＢ電源４０１を出力動作する場合
コンバータＢ停止信号の入力端３０９をＨＩレベルにする。
なお、この場合コンバータＢ停止信号の入力端３０９にはトランジスタ３０６のコレクタ電流を流せるだけのＨＩレベルが必要である。
このようにすることで、トランジスタ３０６はコレクタ電流を流すこととなり、フォトカプラ３０４のＬＥＤを光らせなくすることとなる。
この結果、トランジスタ３０２はコレクタ電流を流すことが可能となり、コンバータＢ電源４０１の電源ＩＣ４０２への給電が可能となり、コンバータＢ電源４０１は出力動作する。

補足として、この従来例１の画像形成装置は、電子写真プロセスを用い、紙などの記録材上にトナー画像を転写し、このトナーが転写された画像を定着ローラによって熱定着させる方式の画像形成装置である。
このため、定着ローラで転写画像を熱定着させる際、定着ローラ内の定着ヒータの温度制御に商用交流の位相制御を使うため、商用交流電圧のゼロクロスポイントを検知するゼロクロス検知信号は必要な信号である。
また、ゼロクロス検知信号は画像形成待機時では必要のない信号でもある。

また、コンバータＢ電源は、画像形成装置が画像形成待機時には必要のない電源であり、コンバータＢ電源は画像形成時には、動作し、画像形成待機時には、停止させることを前提としている。
なお、停止させる目的は、画像形成待機時の消費電力の削減である。

図１０に、従来例２のレーザビームプリンタの構成を示す。まず、画像形成動作について説明する。
商用交流電源１から供給された交流電圧は、メインスイッチ２を介して、低圧電源３、ゼロクロス検知回路８、定着電源６に供給される。

低圧電源３は、商用交流電圧を直流電圧Ｖｓ，Ｖｐに変圧する。
Ｖｓは制御部５用の電源電圧、Ｖｐは駆動部４用の電源電圧である。
制御部５には、外部から供給された画像データをレーザの発光パターンに変調する画像処理装置や、アクチュエータを制御する論理演算装置などが含まれる。
駆動部４には、紙搬送や画像形成動作を行うモータなどのアクチュエータ、レーザによって描かれた潜像をトナー画像に現像し、紙面上に転写する高圧電源などが含まれる。

ゼロクロス検知回路８は、商用交流電圧の電圧位相を検知するモジュールであり、その出力信号ＺＥＲＯＸは制御部５に供給される。制御部５は、ＺＥＲＯＸ信号を基に、定着電源６の駆動タイミングを制御する。

定着電源６は、商用交流をＯＮ／ＯＦＦし、定着装置７に供給する。
定着装置７内には、対向した２本の定着ローラ９，１０が配置される。

定着ローラ９内には、発熱抵抗体であるヒータ１１、および定着ローラ９の温度を検出する温度センサ（不図示）が配置される。温度センサの出力信号は、制御部５に供給される。制御部５から定着電源６へは、ヒータ駆動信号ＦＳＲＤが供給されている。制御部５は、温度センサの出力信号にもとづいて、定着ローラ９の温度を一定にすべく、定着電源６の出力をＯＮ／ＯＦＦする。
紙面上に転写されたトナー画像は、定着ローラ９，１０の対向圧力と熱によって融解され、紙面上に定着される。

以下、各モジュールの詳細な構成と動作を説明する。
低圧電源３を説明する。
ユーザがスイッチ２をＯＮすると、商用交流電圧が、ダイオードブリッジ１２に供給される。ダイオードブリッジ１２は商用交流電圧を整流し、後段の一次平滑コンデンサ１３に供給する。
一次平滑コンデンサ１３は、この電圧を平滑化し、トランス１５の一次巻線１５ｐ１を介してＦＥＴ１６に供給する。一方、一次平滑コンデンサ１３の端子電圧は、起動抵抗１４を介して、ＰＷＭモジュール１７のスタートアップ端子Ｖｓｔにも供給されている。
スタートアップ端子Ｖｓｔに電圧が供給されると、ＰＷＭモジュール１７は、ＦＥＴ１６のスイッチングを開始する。すると、トランス１５の二次巻線１５ｓ、および補助巻線１５ｐ２にパルス電圧が誘起する。

二次巻線１５ｓに誘起したパルス電圧は、ダイオード２８，２９、および二次平滑コンデンサ３０，３１によって整流、平滑化され、直流電圧Ｖｐ，Ｖｓとなる。
一方、補助巻線１５ｐ２に誘起したパルス電圧は、ダイオード１８、およびコンデンサ２０によって整流、平滑化され、直流電圧Ｖｉｃとなる。このＶｉｃは、ＰＷＭモジュール１７の電源端子Ｖｃｃに供給される。一般に、ＰＷＭモジュールは、Ｖｃｃの端子電圧が規定値以上に達すると、スタートアップ端子Ｖｓｔから流れ込む電流をモジュール内部で遮断する。

ゼロクロス検知回路８を説明する。
商用交流電圧は、抵抗Ｒｉｎ（２１）を介して、トランジスタ２５のベース端子に供給される。トランジスタ２５のコレクタ端子には、抵抗２４を介して直流電圧Ｖｉｃが供給される。一方で、トランジスタ２５のコレクタ端子は、フォトカプラ２６内ＬＥＤのアノード端子に接続されている。

トランジスタ２５のエミッタ端子、およびフォトカプラ２６内ＬＥＤのカソード端子は、一次平滑コンデンサ１３の−端子に接続される。フォトカプラ２６の二次側端子は、ＺＥＲＯＸ信号として制御部５に供給される。

前述の回路構成において、商用交流電圧Ｖａｃが正極性の場合（図１１ ｔ１からｔ２）、トランジスタ２５がＯＮし、エミッタ−コレクタ間電圧が、ほぼ零となる。これにより、フォトカプラ２６内ＬＥＤの端子電圧も、ほぼ零となるため、ＬＥＤは消灯する。したがって、ＺＥＲＯＸ信号は、Ｈレベルとなる。

商用交流電圧Ｖａｃが負極性の場合（図１１ ｔ２からｔ３）、トランジスタ２５がＯＦＦする。すると、それまでトランジスタ２５に流れていた電流がフォトカプラ２６内ＬＥＤに流入し、ＬＥＤが発光する。これにより、ＺＥＲＯＸ信号は、Ｌレベルとなる。

すなわち、ＺＥＲＯＸ信号の立ち上がりエッジが商用交流電源電圧の位相０°をあらわし、立下りエッジが商用交流電源電圧の位相１８０°をあらわす。これらの位相情報は、後述する定着電源６のＯＮ／ＯＦＦ制御に用いられる（特許文献１）。

定着電源６を説明する。
商用交流のＬ１相は、ヒータ１１に直接結線される。ヒータ１１の他端は、トライアック３４のＴ２端子に接続される。トライアック３４のＴ１端子は、商用交流のＬ２相に接続される。トライアック３４のＴ２−Ｇ端子間には、抵抗３３、およびフォトトライアックカプラ３５が接続される。フォトトライアックカプラ３５のＬＥＤ側には、トランジスタ３８が接続される。トランジスタ３８のベースには、抵抗３７を介して、制御部５よりヒータ駆動信号ＦＳＲＤが供給される。

以上の回路で制御部５がＦＳＲＤ信号をＨレベルにした場合、トランジスタ３８がＯＮし、フォトトライアックカプラ３５のＬＥＤが発光、フォトトライアックカプラ３５がＯＮする。
すると、抵抗３２，３３によって分圧された電圧がトライアック３４のＧ端子に印加され、トライアック３４がＯＮする。これにより、ヒータ１１に商用交流電圧が印加される（図１２ ｔ１）。

逆に制御部５がＦＳＲＤ信号をＬレベルにした場合、フォトトライアックカプラ３５がＯＦＦし、トライアック３４のＧ端子が抵抗３２によってＴ１端子にプルダウンされる。しかし、トライアック３４はサイリスタ素子であるため、一度ＯＮすると、電流が流れている間はＯＦＦできない（図１２ ｔ２）。商用交流電圧の位相が０°付近となり、電流がほぼ零（保持電流値以下）となったタイミングでＯＦＦする。これにより、ヒータ１１への通電が停止される（図１２ ｔ３）。

制御部５は、定着ローラ９の温度を一定にすべく、定着電源６のＯＮ時間を調整する。
具体的には、ヒータ１１に供給する商用交流電圧の位相角を制御する。この通電位相角制御を行うため、前述のＺＥＲＯＸ信号を用いる。
特開２００６−１２６６５７号公報

これまで従来例１として説明したような２コンバータ方式で、一方のコンバータを外部信号により停止と動作可能でかつ、ゼロクロス検知回路をもつ電源装置を搭載した画像形成装置は、画像形成待機時に、不要な電力を消費している画像形成装置である。
なぜならば、画像形成待機時に、一方のコンバータが停止時にも、ゼロクロス検知信号が不要にもかかわらずゼロクロス検知回路が動作を続けるからである。

また、従来例２に関しても次のような問題がある。
たとえば、前述したように、ＰＷＭモジュール１７の電源端子Ｖｃｃの電圧が規定値以上に達した場合、スタートアップ端子Ｖｓｔから流れ込む電流を遮断するように構成された低圧電源が周知である。
商用交流電圧は、比較的高電圧である。よって、起動抵抗１４での電力消費も比較的大きい。低圧電源起動後、スタートアップ端子Ｖｓｔから流れ込む電流を遮断することで、起動抵抗１４での無駄な電力消費を抑えることができる。

ところが、商用交流電圧のゼロクロス検知回路においては、入力抵抗Ｒｉｎ（２１）での電力消費が常時発生する。
図１１で示したように、Ｒｉｎ（２１）には、商用交流電源の半波電圧が常に印加される。商用交流電圧は、比較的高電圧である。よって、Ｒｉｎ（２１）での電力消費も比較的大きい。

たとえば欧州の商用交流電圧はＡＣ２４０Ｖｒｍｓ程度であり、入力抵抗Ｒｉｎ（２１）には一般に１００ＫΩ前後の抵抗素子が用いられる。したがって、Ｒｉｎ（２１）では、０．３Ｗ程度の電力（＝２４０Ｖｘ２４０Ｖ÷１００ＫΩ÷２）が常に消費されることとなる。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、ゼロクロス検知部で消費される無駄な電力を削減できる電源装置、およびこの電源装置を用いた画像形成装置を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明では、電源装置を次の（１）ないし（３）のとおりに構成し、画像形成装置を次の（４）のとおりに構成する。

（１）交流入力を直流に変換する直流電源部と、前記直流電源部に接続され、前記直流電源部の出力電力をその電圧とは異なる電圧の直流電力に変換する、負荷の待機時にも動作する第１のコンバータと、前記直流電源部に接続され、前記直流電源部の出力電力をその電圧とは異なる電圧の直流電力に変換する、前記負荷の待機時は停止する第２のコンバータと、前記第２のコンバータから電源供給を受けて、前記交流入力のゼロクロスポイントを検知するゼロクロス検知部と、を備えた電源装置。

（２）交流入力を整流ダイオードブリッジにより整流し直流に変換する直流電源部と、前記直流電源部に接続され、前記直流電源部の出力電力をその電圧とは異なる電圧の直流電力に変換するコンバータと、前記整流ダイオードブリッジの１辺に並列に接続された、ダイオードと電流検知素子と直流定電圧源の直列回路を有し、前記電流検知素子で検知した電流にもとづいて前記交流入力のゼロクロスポイントを検知するゼロクロス検知部と、を備えた電源装置。

（３）交流入力を整流ダイオードブリッジにより整流し直流に変換する直流電源部と、前記直流電源部に接続され、前記直流電源部の出力電力をその電圧とは異なる電圧の直流電力に変換する、負荷の待機時にも動作する第１のコンバータと、前記直流電源部に接続され、前記直流電源部の出力電力をその電圧とは異なる電圧の直流電力に変換する、前記負荷の待機時は停止する第２のコンバータと、前記整流ダイオードブリッジの１辺に並列に接続された、ダイオードと電流検知素子と直流定電圧源の直列回路を有し、前記電流検知素子と前記直流定電圧源の電源を前記第２のコンバータとし、前記電流検知素子で検知した電流にもとづいて前記交流入力のゼロクロスポイントを検知するゼロクロス検知部と、を備えた電源装置。

（４）前記（１）ないし（３）のいずれかに記載の電源装置と、サイリスタ素子により温度制御される定着器とを備えた画像形成装置であって、前記サイリスタ素子は、前記ゼロクロス検知部で検知したゼロクロスポイントを基準にして導通位相角制御される画像形成装置。

本発明によれば、ゼロクロス検知部付き電源装置における不要な消費電力を抑えることで、省エネルギーの効果を上げることができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、画像形成装置の実施例により詳しく説明する。

図１は、実施例１である“画像形成装置”における電源装置の構成を示す回路図である。

なお、図中、コンバータＡ電源１０５、コンバータＢ電源４０１、ゼロクロス検知回路２０１、コンバータ停止信号回路３０１のそれぞれの動作概要は、従来例１で説明したものと同じであるため、説明は繰り返さないことにする。

本実施例の要部を示す図１の説明に先立って、図２により画像形成装置の構成を簡単に説明する。
図２は、実施例１である画像形成装置全体の構成を模式的に示す断面図である。
図中１１０１は画像形成装置、１１２７は手差し給紙トレー、１１０２は用紙カセット、１１０３は給紙ローラ、１１０４は転写ベルト駆動ローラ、１１０５は転写ベルト、１１０６〜１１０９はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの感光ドラムである。１１１０〜１１１３は転写ローラ、１１１４〜１１１７はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカートリッジ、１１１８〜１１２１はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの光学ユニットである。１１２２、１１２３は定着ユニットの定着加圧ローラ、１１２４はレジシャッター、１１２５は記録材、１２０８はオペレーションパネルユニットである。

画像形成装置１１０１は、電子写真プロセスを用い記録材１１２５上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を重ねて転写し、定着ローラ１１２２、１１２３によってトナー画像を温度制御に基づき熱定着させる。
各色の光学ユニット１１１８〜１１２１は、各感光ドラム１１０６〜１１０９の表面をレーザビームによって露光走査して潜像を形成するよう構成される。これら一連の画像形成動作は搬送される記録材１１２５上のあらかじめ決まった位置から画像が転写されるよう同期をとって走査制御している。

さらに、画像形成装置１１０１は、記録材１１２５を給紙、搬送する給紙モータと転写ベルト駆動ローラを駆動する転写ベルト駆動モータと各色感光ドラムおよび転写ローラ１１１０〜１１１３を駆動する感光ドラム駆動モータを備えている。さらに定着加圧ローラ１２３を駆動する定着駆動モータを備えている。

画像形成装置１１０１が備える制御ＣＰＵ（図示せず）は、定着ユニットによって、所望の熱量を記録材１１２５に与えることによって、記録材１１２５上のトナー画像を融着し定着させる。
また、オプション設定として、オプションカセット１１２６と両面オプション１１２８を備えている。

図２では、電源部の表示は省略されているが、電源部は、待機時も動作する制御ＣＰＵ等に電力を供給する、第１のコンバータと、待機時には停止する画像形成部に電力を供給する第２のコンバータを備えている。

次に、図１により、本実施例の要部である、電源装置について説明する。図９で示した従来例１と比較して変更もしくは追加となった回路部品は以下のとおりである。
・変更部品
コンバータＢ電源４０１のトランス５０１（一次側巻線５０２、補助巻線５０３、二次側巻線５０４）
・追加部品
コンデンサ５０５、抵抗５０６、ダイオード５０７

この実施例１の特徴は、コンバータＢ電源のトランス５０１は、従来例１と違い補助巻線５０２を持ち、補助巻線５０２で発生した電源をダイオード５０７で整流し、コンデンサ５０５でチャージした電位を、ゼロクロス検知回路２０１の電源としたことにある。さらに、コンバータＢ電源の直流出力Ｖｂを、ゼロクロス検知回路２０１のフォトカプラ２０９を流れるコレクタ電流の電源として使用したことも特徴である。

つまり、従来例１では、コンバータＡ電源１０５を電源としていたゼロクロス回路２０１を、本実施例１では、コンバータＢ電源４０１を電源とするように変更している。
このような構成にすることで、コンバータＢ電源４０１の動作が停止した際には、ゼロクロス検知回路２０１に使用している電源供給のうち、コンバータＢ電源４０１が供給している電源が停止する。

このようにして、ゼロクロス検知回路２０１が消費する電力のうち、以下にあげる電力を削減することが可能となる。

抵抗２０７からフォトカプラ２０９（ＬＥＤ側）もしくは抵抗２０７からトランジスタ２０６へ流れる電流による消費電力。さらに、抵抗２０８を介してフォトカプラ２０９（フォトトランジスタ側）へ流れる電流による消費電力。これらを抑えることが可能となる。

ただし、本実施例１では、商用交流電源から、抵抗２０２と抵抗２０３の分圧抵抗に流れる電流による消費電力を削減できないため、ゼロクロス検知回路２０１の消費電力を完全に削減するに至っていない。

次に従来例１を例にとり、コンバータＢ電源４０１が停止時に、不必要に消費している電力を概算することにする。
図９において、補助巻線１１６で発生し、コンデンサ１１３に蓄えられる電圧を２０Ｖ、抵抗２０７を４．７ＫΩ、コンバータＡ電源１０５の直流出力Ｖａを３．３Ｖ、抵抗２０８を１ＫΩとする。また、ゼロクロス検知信号の出力端２１０から外部に流れ出す電流を無視、ゼロクロス検知回路のＤＵＴＹを５０％、フォトカプラ２０９のＬＥＤ側の順方向電圧を１Ｖ、一次回路から二次回路への変換効率を７０％とした場合の電力を概算する。
一次電力で換算した消費電力は、（一次回路分：８３ｍＷ）＋（二次回路分：１１ｍＷ⇒一次回路換算１５．７ｍＷ）＝９８．７ｍＷ≒１００ｍＷである。

本実施例１においてはこのような不要な電力を削減することができ、その結果、消費電力を抑えることが可能となる。

以上説明したように、本実施例によれば、画像形成待機時に、コンバータＢの動作を停止した際に、ゼロクロス検知回路で不必要に消費していた電力を部分的に削減することが可能となる。

図３は、実施例２である“画像形成装置”における電源装置の構成を示す回路図である。
実施例１と比較して異なる点は、
・コンバータＢ停止信号回路の構成部品であるトランジスタ３０２を削除した点。
・コンバータＢ電源４０１の電源ＩＣ４０２を、動作停止信号端子を持つタイプとした点。
の２点である。
また、この実施例２の特徴としては、コンバータＢ停止信号により、コンバータＢ電源４０１の電源ＩＣ４０２の動作停止信号をコントロールすることで、外部信号によりコンバータＢ電源４０１に対し、出力停止／出力動作のコントロールを可能としたことである。
なお、図３でフォトカプラ６０１のフォトトランジスタのコレクタ側が接続されている電源ＩＣ４０２の１端子が、電源ＩＣ４０２の動作停止信号の入力端子とし、動作停止信号がＧＮＤレベルのときは、電源ＩＣ４０２の動作が停止する。逆に、ＧＮＤレベルではないときは、電源ＩＣ４０２の動作は停止せず通常に動作することとする。

次に、以下に、実施例２の動作概要をコンバータＢ電源の出力停止／出力動作に分けて説明する。
・コンバータＢ電源４０１を出力停止する場合
コンバータＢ停止信号回路３０１のコンバータＢ停止信号の入力端３０９をＧＮＤレベルにする。
このようにすることで、トランジスタ３０６にコレクタ電流を流すことができず、フォトカプラ６０１のＬＥＤを発光させ、フォトカプラ６０１のフォトトランジスタ側にコレクタ電流を流すことになる。
この結果、電源ＩＣ４０２の動作停止信号端子は、ＧＮＤレベルとなり、コンバータＢ電源４０１は出力停止する。
・コンバータＢ電源４０１を出力動作する場合
コンバータＢ停止信号の入力端３０９をＨＩレベルにする。
なお、この場合コンバータＢ停止信号の入力端３０９にはトランジスタ３０６のコレクタ電流を流せるだけのＨＩレベルが必要である。
このようにすることで、トランジスタ３０６はコレクタ電流を流すこととなり、フォトカプラ６０１のＬＥＤは光らなくなる。
この結果、電源ＩＣ４０２の動作停止信号端子は、ＧＮＤレベルではなくなり、コンバータＢ電源４０１は出力動作する。
なお、本実施例２で削減できる電力は、実施例１とほぼ同じであり、実施例１と同様の効果が得られる。

図４は、実施例３である“画像形成装置”における電源装置の構成を示す回路図である。実施例３で、実施例１と比較して異なる点は、ゼロクロス検知回路９４６である。
コンバータＢ電源４０１におけるトランス補助巻線５０３出力を整流・平滑した電圧Ｖｉｃの直流定電圧源（以下直流定電圧源Ｖｉｃともいう）から、ＡＣインレット１０１から入力される商用交流電源に向けて流れる電流を、トランジスタ９４２を用いて検出する。これにより、商用交流電源の電圧位相を検知する一方で、ダイオード９４０により、商用交流電源から流入する電流を遮断することが特徴である。

コンバータＢの出力は、シャントレギュレータ４１６によりフィードバック制御されているので、定電圧となっている。よって、トランス補助巻線５０３の出力をダイオード５０７、コンデンサ５０５で整流・平滑した電圧は定電圧であり、直流定電圧源Ｖｉｃを構成している。この直流定電圧源Ｖｉｃは、トランジスタ９４２のエミッタ端子に供給される。トランジスタ９４２のベース端子は、抵抗Ｒｉｎ（９４１）、ダイオード９４０を介して、商用交流電源のＬ１相に接続される。トランジスタ９４２のコレクタ端子は、抵抗９４３を介して、フォトカプラ９４４内ＬＥＤのアノード端子に接続される。フォトカプラ９４４内ＬＥＤのカソード端子は、ブリッジダイオードのローサイド出力端に接続される。フォトカプラ９４４の二次側端子は、ゼロクロス検知信号（ＺＥＲＯＸ）として出力される。

前述の回路構成において、商用交流電圧Ｖａｃが直流定電圧源Ｖｉｃの電圧よりも大きい場合、ダイオード９４０が逆バイアスされる。したがって、トランジスタ９４２のベース電流は流れず、トランジスタ９４２はＯＦＦする。これにより、フォトカプラ９４４内ＬＥＤの順電流も遮断され、ＬＥＤは消灯する。したがって、ＺＥＲＯＸ信号は、ＨＩレベルとなる。

一方、商用交流電圧Ｖａｃが直流定電圧源Ｖｉｃの電圧よりも小さい場合、
『直流定電圧源Ｖｉｃ→トランジスタ９４２のエミッタ→トランジスタ９４２のベース→抵抗Ｒｉｎ（９４１）→ダイオード９４０→商用交流電源１０１のＬ１相』のルートで電流が流れる。すると、トランジスタ９４２がＯＮし、フォトカプラ９４４内ＬＥＤに順電流が流れ、ＬＥＤが発光する。これにより、ＺＥＲＯＸ信号は、ＬＯＷレベルとなる。

すなわち、ＺＥＲＯＸ信号の立ち上がりエッジは、商用交流電圧Ｖａｃが、直流定電圧源Ｖｉｃの電圧を上回ったタイミングとなる。一方、立下りエッジは、商用交流電圧Ｖａｃが、直流定電圧源Ｖｉｃの電圧を下回ったタイミングとなる。

このときの商用交流電源１の電圧位相φは、商用交流電圧の最大値Ｖａｃｐｋを用いて、概略以下の式で表される。
φ＝ｓｉｎ＾−１（Ｖｉｃ／Ｖａｃｐｋ）
ここで、直流定電圧源の電圧Ｖｉｃ、および商用交流電圧の最大値Ｖａｃｐｋは、既知の値であるから、ＺＥＲＯＸ信号のエッジのタイミングから、商用交流電源の位相を知ることができる。
たとえば、Ｖｉｃ＝２０Ｖとすれば、商用交流電圧の最大値Ｖａｃｐｋは、欧州では約３４０Ｖ（＝ＡＣ２４０Ｖｘ√２）なので、φ＝ｓｉｎ＾−１（２０Ｖ／３４０Ｖ）＝３°および１７７°となる。
すなわち、ＺＥＲＯＸ信号の立ち上がりエッジのタイミングが、商用交流電圧の位相３°付近をあらわし、ＺＥＲＯＸ信号の立ち下がりエッジのタイミングが、商用交流電圧の位相１７７°付近をあらわす。

ところで、前述の一連の動作のなかで、抵抗Ｒｉｎ（９４１）に印加される電圧は、ダイオードブリッジ１０３が存在するため、トランス補助巻線５０３の出力により形成される直流定電圧源の電圧値Ｖｉｃ以下である。
直流定電圧源の電圧Ｖｉｃは２０Ｖ前後に設定されることが望ましい。これは、商用交流電圧と比較して非常に小さい。よって、抵抗Ｒｉｎ（９４１）で消費される電力も非常に小さく抑えることができる。Ｒｉｎ（９４１）は、トランジスタ９４２の直流電流増幅率を考慮し、数十ＫΩから数百ＫΩに設定されることが望ましい。仮にＲｉｎ（９４１）を１００ＫΩとすれば、Ｒｉｎ（９４１）で消費される電力は、０．００２Ｗ程度である（＝２０Ｖｘ２０Ｖ÷１００ＫΩ÷２）。

さらに、前述のような回路にすることで、コンバータＢ電源４０１の動作が停止した際には、直流定電圧源Ｖｉｃが停止する。すると、商用交流電源１０１の電圧によらず、常にダイオード９４０が逆バイアスされるため、ゼロクロス検知回路９４６内の抵抗Ｒｉｎ（９４１）での消費電力は概略零となる。
これにより、コンバータＢの動作を停止した際に、ゼロクロス検知回路で不必要に消費していた電力をさらに削減することが可能となる。

以上説明したように、本実施例によれば、ゼロクロス検知回路で不必要に消費していた電力を大きく削減することが可能となる。

図５は、実施例４である“画像形成装置”の構成を示す図である。
なお、従来例２で説明した項目には、同様の符号を付し、ここでの説明を省略する。
本実施例の特徴は、ゼロクロス検知回路４６にある。
トランス補助巻線１５ｐ２の出力を整流・平滑した電圧Ｖｉｃを直流定電圧源として使用する。直流定電圧源Ｖｉｃから商用交流電源１のＬ１相に向けて流れる電流を、トランジスタ４２を用いて検出する。これにより、商用交流電源１の電圧位相を検知する。一方で、ダイオード４０により、商用交流電源１から流入する電流を遮断することが特徴である。

直流定電圧源Ｖｉｃは、トランジスタ４２のエミッタ端子に供給される。トランジスタ４２のベース端子は、抵抗Ｒｉｎ（４１）、ダイオード４０を介して、商用交流電源１のＬ１相に接続される。トランジスタ４２のコレクタ端子は、抵抗４３を介して、フォトカプラ４４内ＬＥＤのアノード端子に接続される。フォトカプラ４４内ＬＥＤのカソード端子は、一次平滑コンデンサ１３の−端子に接続される。フォトカプラ４４の二次側端子は、位相検知信号ＺＥＲＯＸとして制御部５に供給される。

前述の回路構成において、商用交流電圧Ｖａｃが直流定電圧源Ｖｉｃよりも大きい場合（図６ ｔ１からｔ２）、ダイオード４０が逆バイアスされる。したがって、トランジスタ４２のベース電流は流れず、トランジスタ４２はＯＦＦする。これにより、フォトカプラ４４内ＬＥＤの順電流も遮断され、ＬＥＤは消灯する。したがって、ＺＥＲＯＸ信号は、Ｈレベルとなる。

一方、商用交流電圧Ｖａｃが直流定電圧源Ｖｉｃよりも小さい場合（図６ ｔ２からｔ３）、
『直流定電圧源Ｖｉｃ→トランジスタ４２のエミッタ→トランジスタ４２のベース→抵抗Ｒｉｎ（４１）→ダイオード４０→商用交流電源１のＬ１相』のルートで電流が流れる。すると、トランジスタ４２がＯＮし、フォトカプラ４４内ＬＥＤに順電流が流れ、ＬＥＤが発光する。これにより、ＺＥＲＯＸ信号は、Ｌレベルとなる。

すなわち、ＺＥＲＯＸ信号の立ち上がりエッジは、商用交流電圧Ｖａｃが、直流定電圧源Ｖｉｃの電圧を上回ったタイミングである。一方、立下りエッジは、商用交流電圧Ｖａｃが、直流定電圧源Ｖｉｃの電圧を下回ったタイミングである。
このときの商用交流電源１の電圧位相φは、商用交流電圧の最大値Ｖａｃｐｋを用いて、概略以下の式で表される。
φ＝ｓｉｎ＾−１（Ｖｉｃ／Ｖａｃｐｋ）
ここで、直流定電圧源Ｖｉｃの電圧Ｖｉｃ、および商用電源電圧の最大値Ｖａｃｐｋは、既知の値であるから、ＺＥＲＯＸ信号のエッジのタイミングから、商用交流電源の位相を知ることができる。

たとえば、Ｖｉｃ＝２０Ｖとすれば、商用交流電圧の最大値Ｖａｃｐｋは、欧州では約３４０Ｖ（＝ＡＣ２４０Ｖｘ√２）なので、φ＝ｓｉｎ＾−１（２０Ｖ／３４０Ｖ）＝３°および１７７°となる。
すなわち、ＺＥＲＯＸ信号の立ち上がりエッジのタイミングが、商用交流電圧の位相３°付近をあらわし、ＺＥＲＯＸ信号の立ち下がりエッジのタイミングが、商用交流電圧の位相１７７°付近をあらわす。
制御部５は、これらの位相情報を基にトライアックの導通位相角を制御し、ヒータ１１に供給する商用交流電圧の位相角を制御する。

ところで、図６に示したように、前述の一連の動作のなかで、抵抗Ｒｉｎ（４１）に印加される電圧は、ダイオードブリッジ１２が存在するため、直流定電圧源Ｖｉｃの電圧値以下である。

一般にＰＷＭモジュール１７の電源電圧Ｖｃｃは、２０Ｖ前後である。よって、直流定電圧源Ｖｉｃも２０Ｖ前後であり、商用交流電圧と比較して非常に小さい。よって、抵抗Ｒｉｎ（４１）で消費される電力も非常に小さく抑えることができる。Ｒｉｎ（４１）は、トランジスタ４２の直流電流増幅率を考慮し、数十ＫΩから数百ＫΩに設定されることが望ましい。仮にＲｉｎ（４１）を１００ＫΩとすれば、Ｒｉｎ（４１）で消費される電力は、０．００２Ｗ程度である（＝２０Ｖｘ２０Ｖ÷１００ＫΩ÷２）。
前述したとおり、従来のゼロクロス検知回路８の入力抵抗Ｒｉｎ（２１）では、０．３Ｗ程度の電力が消費されていた。本実施例におけるＲｉｎ（４１）の消費電力は０．００２Ｗ程度と、従来に比べて非常に小さい。

以上説明したように、本実施例によれば、ゼロクロス検知部において、比較的高電圧である商用交流電源から流入する電流を遮断し、直流定電圧源から商用交流電源に流れ出す電流でゼロクロスポイントの検知を行っている。そして、直流定電圧源の電圧は、商用交流電源電圧に比べ、低く設定することが可能であるから、ゼロクロス検知回路で消費される無駄な電力を大きく削減することができる。

図７は、実施例５である“画像形成装置”の構成を示す図である。
なお、従来例２で説明した項目には、同様の符号を付し、ここでの説明を省略する。

本実施例の特徴は、ゼロクロス検知回路５４にあり、実施例４で交流位相検知に用いたトランジスタ４２を省略し、フォトカプラ内ＬＥＤを用いて直接検知するようにした点である。

すなわち、トランス補助巻線１５ｐ２の出力を整流・平滑した電圧Ｖｉｃを直流定電圧源として使用する。直流定電圧源Ｖｉｃから商用交流電源１のＬ１相に向けて流れる電流を、フォトカプラ５２内ＬＥＤを用いて検出し、商用交流電源１の電圧位相を検知する。一方で、ダイオード５０により、商用交流電源１から流入する電流を遮断することが特徴である。

直流定電圧源Ｖｉｃは、フォトカプラ５２内ＬＥＤのアノード端子に接続される。フォトカプラ５２内ＬＥＤのカソード端子は、抵抗Ｒｉｎ（５１）、ダイオード５０を介して、商用交流電源１のＬ１相に接続される。フォトカプラ５２の二次側端子は、位相検知信号ＺＥＲＯＸとして制御部５に供給される。

前述の回路構成において、商用交流電圧Ｖａｃが直流定電圧源Ｖｉｃよりも大きい場合（図６ ｔ１からｔ２）、ダイオード５０が逆バイアスされる。したがって、フォトカプラ５２内ＬＥＤの順電流が流れず、ＬＥＤは消灯する。したがって、ＺＥＲＯＸ信号は、Ｈレベルとなる。

一方、商用交流電圧Ｖａｃが直流定電圧源Ｖｉｃよりも小さい場合（図６ ｔ２からｔ３）、
『直流定電圧源Ｖｉｃ→フォトカプラ５２内ＬＥＤのアノード→フォトカプラ５２内ＬＥＤのカソード→抵抗Ｒｉｎ（５１）→ダイオード５０→商用交流電源１のＬ１相』のルートで電流が流れる。すると、フォトカプラ５２内ＬＥＤが発光する。これにより、ＺＥＲＯＸ信号は、Ｌレベルとなる。

すなわち、ＺＥＲＯＸ信号の立ち上がりエッジは、商用交流電圧Ｖａｃが、直流定電圧源Ｖｉｃの電圧を上回ったタイミングとなる。一方、立下りエッジは、商用交流電圧Ｖａｃが、直流定電圧源Ｖｉｃの電圧を下回ったタイミングとなる。

このときの商用交流電源１の電圧位相φは、商用交流電圧の最大値Ｖａｃｐｋを用いて、概略以下の式で表される。
φ＝ｓｉｎ＾−１（Ｖｉｃ／Ｖａｃｐｋ）
ここで、直流定電圧源の電圧Ｖｉｃ、および商用電源電圧の最大値Ｖａｃｐｋは、既知の値であるから、ＺＥＲＯＸ信号のエッジのタイミングから、商用交流電源の位相を知ることができる。

たとえば、Ｖｉｃ＝２０Ｖとすれば、商用交流電圧の最大値Ｖａｃｐｋは、欧州では約３４０Ｖ（＝ＡＣ２４０Ｖｘ√２）なので、φ＝ｓｉｎ＾−１（２０Ｖ／３４０Ｖ）＝３°および１７７°となる。
すなわち、ＺＥＲＯＸ信号の立ち上がりエッジのタイミングが、商用交流電圧の位相３°付近をあらわし、ＺＥＲＯＸ信号の立ち下がりエッジのタイミングが、商用交流電圧の位相１７７°付近をあらわす。

制御部５は、これらの位相情報を基にトライアック３４の導通位相角を制御し、ヒータ１１に供給する商用交流電圧の位相角を制御する。

ところで、図８に示したように、前述の一連の動作のなかで、抵抗Ｒｉｎ（５１）に印加される電圧は、直流定電圧源Ｖｉｃの電圧値以下である。

一般にＰＷＭモジュール１７の電源電圧Ｖｃｃは、２０Ｖ前後である。よって、直流定電圧源Ｖｉｃも２０Ｖ前後であり、商用交流電圧と比較して非常に小さい。よって、抵抗Ｒｉｎ（５１）で消費される電力も非常に小さく抑えることができる。

Ｒｉｎ（５１）は、フォトカプラ５２の光変換効率（ＣＴＲ）を考慮し、数百Ωから数十ＫΩに設定されることが望ましい。仮にＲｉｎ（５１）を４．７ＫΩとすれば、Ｒｉｎ（５１）で消費される電力は、０．０４Ｗ程度である（＝２０Ｖｘ２０Ｖ÷４．７ＫΩ÷２）。

前述したとおり、従来例２のゼロクロス検知回路８の入力抵抗Ｒｉｎ（２１）では、０．３Ｗ程度の電力が消費されていたが、本実施例におけるＲｉｎ（５１）の消費電力は０．０４Ｗ程度となり、従来例２に比べて非常に小さい。

実施例１における電源装置の回路図 実施例１の概略構成を示す断面図 実施例２における電源装置の回路図 実施例３における電源装置の回路図 実施例４における電源装置の回路図 実施例４におけるゼロクロス検知回路の波形図 実施例５における電源装置の回路図 実施例５におけるゼロクロス検知回路の波形図 従来例１の回路図 従来例２の回路図 従来例２におけるゼロクロス検知回路の波形図 導通位相角制御の説明図

符号の説明

１０３ 整流ダイオードブリッジ
１０４ 平滑電解コンデンサ
１０５ コンバータＡ電源
２０１ ゼロクロス検知回路
４０１ コンバータＢ電源

Claims (5)

1. 交流入力を直流に変換する直流電源部と、
   前記直流電源部に接続され、前記直流電源部の出力電力をその電圧とは異なる電圧の直流電力に変換する、負荷の待機時にも動作する第１のコンバータと、
   前記直流電源部に接続され、前記直流電源部の出力電力をその電圧とは異なる電圧の直流電力に変換する、前記負荷の待機時は停止する第２のコンバータと、
   前記第２のコンバータから電源供給を受けて、前記交流入力のゼロクロスポイントを検知するゼロクロス検知部と、
   を備えたことを特徴とする電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記第２のコンバータは、電源制御用ＩＣを備え、
   前記電源制御用ＩＣは、前記負荷の待機時に外部信号により停止されることを特徴とする電源装置。
3. 交流入力を整流ダイオードブリッジにより整流し直流に変換する直流電源部と、
   前記直流電源部に接続され、前記直流電源部の出力電力をその電圧とは異なる電圧の直流電力に変換するコンバータと、
   前記整流ダイオードブリッジの１辺に並列に接続された、ダイオードと電流検知素子と直流定電圧源の直列回路を有し、前記電流検知素子で検知した電流にもとづいて前記交流入力のゼロクロスポイントを検知するゼロクロス検知部と、
   を備えたことを特徴とする電源装置。
4. 交流入力を整流ダイオードブリッジにより整流し直流に変換する直流電源部と、
   前記直流電源部に接続され、前記直流電源部の出力電力をその電圧とは異なる電圧の直流電力に変換する、負荷の待機時にも動作する第１のコンバータと、
   前記直流電源部に接続され、前記直流電源部の出力電力をその電圧とは異なる電圧の直流電力に変換する、前記負荷の待機時は停止する第２のコンバータと、
   前記整流ダイオードブリッジの１辺に並列に接続された、ダイオードと電流検知素子と直流定電圧源の直列回路を有し、前記電流検知素子と前記直流定電圧源の電源を前記第２のコンバータとし、前記電流検知素子で検知した電流にもとづいて前記交流入力のゼロクロスポイントを検知するゼロクロス検知部と、
   を備えたことを特徴とする電源装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の電源装置と、サイリスタ素子により温度制御される定着器とを備えた画像形成装置であって、
   前記サイリスタ素子は、前記ゼロクロス検知部で検知したゼロクロスポイントを基準にして導通位相角制御されることを特徴とする画像形成装置。

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