JP3848205B2

JP3848205B2 - 電源供給装置

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Publication number: JP3848205B2
Application number: JP2002126009A
Authority: JP
Inventors: 慶臣濱野; 潔井上; 準一梶原; 孝郎堀内; 浩一角田; 光玉垣; 明彦谷口; 裕基甲斐
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: US20030202296A1; US6934141B2; JP2003324843A; CN100391077C; CN1453918A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源供給装置である入力電源と電源が供給される装置内部の回路（負荷回路）との間に設けられる、接点（スイッチ）における突入電流による影響を抑えるための突入電流防止手段を備えた電源供給回路に関する。
【０００２】
【従来技術】
電子写真プロセスを搭載した複写機などの画像形成装置においては、記録用紙上に再現されたトナー像を定着させるために加熱定着装置が搭載されている。この加熱定着装置は通常、ヒータ等の熱源が内蔵されており、このヒータに電流を通電させて定着温度が所定の温度となるように通電制御を行っている。
【０００３】
図７を用いて、電源供給回路を備えたデジタル複写機本体およびオプションの構成を説明する。デジタル複写機１は、自動原稿搬送装置１１２と、原稿読取部１１０と、画像形成部２１０と、定着ユニット２１７と、搬送手段２５０と、両面ユニット２５５と、後処理装置２６０と、多段給紙部２７０とを有して構成される。
【０００４】
デジタル複写機１の上面の透明ガラスからなる原稿台１１１上には、自動原稿搬送装置１１２（周辺機器）が備えられている。自動原稿搬送装置１１２は、原稿セットトレイ上にセットされた複数枚の原稿を１枚ずつ自動的に原稿台１１１上へ給送する装置である。
【０００５】
原稿読取部１１０は、原稿台１１１の下部に配置され、原稿台１１１上に載置された原稿の画像を走査して読取るもので、第１の走査ユニット１１３、第２の走査ユニット１１４、光学レンズ１１５と光電変換素子であるＣＣＤラインセンサ１１６とを有している。第１の走査ユニット１１３は、原稿面上を露光する露光ランプユニットと、原稿からの反射光像を所定の方向に反射させる第１ミラー等から構成されている。第２の走査ユニット１１４は、第１ミラーから反射されてくる原稿からの反射光を光電変換素子であるＣＣＤラインセンサ１１６に導く第２ミラーおよび第３ミラーより構成されている。光学レンズ１１５は、原稿からの反射光をＣＣＤラインセンサ１１６上に結像させるものである。
【０００６】
また、原稿読取部１１０は、自動原稿搬送装置１１２との関連した動作により、自動原稿搬送装置１１２にて自動搬送される原稿の画像を、所定の露光位置にて読取るようになっている。
【０００７】
この読取部１１０にて読取られた原稿画像は、画像データとして図示しない画像データ入力部へと送られ、画像データに対して所定の画像処理が施された後、画像処理部のメモリに一旦記憶され、出力指示に応じてメモリ内の画像を読出して画像形成部２１０の光書込み装置であるレーザ書込みユニット２２７に転送される。
【０００８】
レーザ書込みユニット２２７は、メモリから読出した画像データ、または外部の装置から転送されてきた画像データに応じてレーザ光を出射する半導体レーザ光源、レーザ光を等角速度偏向するポリゴンミラー、等角速度で偏向されたレーザ光が感光体ドラム２２２上において等角速度で偏向されるように補正するｆ−θレンズなどをから構成されている。なお、本実施例では、書込み装置としてレーザ書込みユニットを用いているが、ＬＥＤやＥＬ等の発光素子アレイを用いた固体走査型の光書込みヘッドユニットを用いてもよい。
【０００９】
画像形成部２１０にはその他、感光体ドラム２２２の周囲に、感光体ドラム２２２を所定の電位に帯電させる帯電器２２３、感光体ドラム２２２上に形成された静電潜像にトナーを供給して顕像化する現像器２２４、感光体ドラム２２２表面に形成されたトナー像を記録紙に転写する転写器（転写チャージャ等）２２５、余分なトナーを回収するクリーニング器２２６、除電器（除電チャージャ等）２２９を備えている。
【００１０】
画像形成部２１０で、画像が転写された記録紙はその後、熱源を有する定着ユニット２１７に送られ画像が記録紙に定着される。
【００１１】
画像形成部２１０の排出側には、上記定着ユニット２１７の他に、記録紙の裏面に再度画像を形成するために記録紙の前後を反転させるスイッチバック路２２１、画像が形成された記録紙に対してステープル処理等を行うとともに昇降トレイ２６１を有する後処理装置２６０を備えている。定着ユニット２１７にてトナー像が定着された記録紙は、必要に応じてスイッチバック路２２１を経て排紙ローラ２１９にて後処理装置２６０（周辺機器）へと導かれ、ここで所定の後処理が施された後、排出される。
【００１２】
給紙部は、上記画像形成部２１０の下方に配設されており、本体に備えられた手差トレイ２５４，両面ユニット２５５，用紙トレイ２５１、多段給紙部２７０（周辺機器）に備えられた給紙トレイ２５２，２５３で構成されている。また、これらトレイ２５１，２５２，２５３，２５４から給紙した用紙を画像形成部２１０における転写器が配置された転写位置へと搬送する搬送手段２５０を備えている。両面ユニット２５５は、記録紙を反転させるスイッチバック路２２１に通じており、記録紙の両面に画像形成を行う時に用いられる。なお両面ユニット２５５は通常の用紙カセットと交換可能な構成となっており、両面ユニット２５５を通常の用紙カセットに置き換えた構成とすることも可能となっている。
【００１３】
以上が画像記録部（プリンタ部）を基本として、その周辺機器として複数の機器を組み合わせた画像形成システムの説明である。しかし、ここに記載されていない、ソーター、ステープルフィニッシャなどの後処理装置、両面原稿に対応した自動原稿送り装置、その他（３段、４段など）の多段給紙ユニット、大容量給紙ユニット、外部機器との画像通信を可能とする画像通信ユニットなどの周辺機器がユニットとして組み合わせ装着可能となっている。
【００１４】
このような、デジタル複写機１は、原稿読取部１１０と、画像形成部２１０と、定着ユニット２１７と、搬送手段２５０とを基本構成とする本体として構成し、ユーザの要望によって、自動原稿搬送装置１１２、両面ユニット２５５、後処理装置２６０、多段給紙部２７０などを周辺機器（オプション）として追加するようにしている。
【００１５】
このようなデジタル複写機においては、機器本体や周辺機器が動作している動作モードと、機器本体のみ即動作可能なにある待機モードと、定着装置など大きな負荷回路への待機電力の供給を停止する省エネルギー待機（省エネルギー待機：節電）モードを備えている。
【００１６】
この装置が一定期間使用されずに待機している場合は、自動的に消費電力を抑制して省エネルギー待機（低消費電力）モードに移行するように構成されている。
【００１７】
さらに、最近の複写機では、通常の待機モードから省エネルギー待機モードに移行する際に、制御部のＣＰＵによりＣＰＵ自体が休止状態に入り、通常の待機モードへの回復に必要な一部の回路のみを動作させることで、さらなる低消費電力化を図っている。
【００１８】
消費電力を抑制するために、特開２００１‐２８２０５９号公報に提案される電源回路は、通常のコピー／待機動作を行うための通常動作モードと、消費電力を低下させて電源投入指示を待つ省エネルギー待機モードとを含む複数の動作モードを有する装置の電源回路であって、通常のコピーモードおよび待機動作モードで装置の各部に電力を供給する主電源回路と、省エネルギー待機モード時に最小限の電力を装置に供給する副電源回路とを備え、主電源回路をＯＮ／ＯＦＦする切替手段を設け、省エネルギー待機モード時において主電源回路をＯＦＦにする電源回路が提案されている。
【００１９】
しかし、この環境下で省エネルギー待機モードから通常の待機モードへと復帰させる際に、負荷に対して電源回路スイッチがＯＮされ電流の供給が始まると、電源回路スイッチがＯＮした瞬間に負荷のコンデンサー容量によって過電流（突入電流）が生じ、この過電流が回路スイッチの接点に対してかなりのダメージを与え、接点（スイッチ）の劣化が進む。さらに、この劣化が進むと接点（スイッチ）の破損／溶着につながるおそれがある。
【００２０】
そこで、特開平１０‐２４３５５５号公報などには、電源回路から負荷回路に対して電流が段階的に供給されるように考慮した過電流防止回路が考えられている。この公報に提案されている過電流防止回路は、入力電源（電池）と内部回路（負荷回路）の間に複数の電流制限抵抗を設け、該電流制限抵抗に並列に接続されたスイッチ素子を制御して、抵抗値を段階的に変化させて内部回路への突入電流の発生を防止している。
【００２１】
また、特開２０００‐２５３５７０号公報には、モータへの通電を行うリレー接点と並列にＦＥＴで構成されるチャージポンプ回路を備え、モータに通電する電流量を制御することにより、モータに加わる突入電流の防止回路を用いた電気自動車が提案されている。
【００２２】
一方、最近の複写機は、デジタル化や複合化が進み、コピー機能以外に、プリンタ機能、ネットワークプリンタ機能、ファックス機能、インターネットファックス機能、ネットワークスキャナ機能などさまざまな機能が盛り込まれた多機能のマルチファンクションモデルとした装置が市場に投入されている。マルチファンクションモデルの登場により、さまざまな市場（ユーザ）の要望に対応できるようになり、設置先における使用環境に応じた必要なユニットを組み合わせてシステムを構成できるようにもなっている。
【００２３】
そのために、このような組み合わせが多様なシステムで装置を構成すると、電源側には、それぞれのユニットに対応できるよう、電源容量に余裕をもって設定することが要求される。さらに、複数の電源ユニットを装着して、装置の動作モードによって電源を切り分け、動作モードに応じた電力を供給することが行われている。このように、複数の電源ユニットを搭載することは、当然コストアップの要因となり、かつ装置が大型化することを避けられない。
【００２４】
また、このような多くの周辺機器が付加された環境の中で装置電源の節電を行うとなると、動作モード毎に負荷の大きさも変化することとなり、電源投入時の突入電流も変化することとなる。
【００２５】
このような状況を考慮して従来の技術をそれぞれ確認すると、特開平１０‐２４３５５５号公報の技術は、複数の抵抗により段階的に負荷回路に対する突入電流を防止するものではあるが、オプションの装着など負荷変動が生じた場合には、その都度、回路を変更する必要があり、負荷容量の変化に対しては何ら考慮がなされていない。また、特開２０００‐２５３５７号においても、負荷容量の変化に応じて、スイッチング素子に対する制御を可変とする点については示唆されていない。さらに、この技術は、電気自動車に関するものであって電気自動車という負荷単体に電源を供給する回路であって、本発明のような複数のユニットの組み合わせからなる装置構成に対する電源装置でもない。
【００２６】
最近の画像形成装置は、多彩な機能、オプション機器（周辺機器）を備え便利なシステムとして提案されている一方で、省エネルギーを考慮した電源システムとなると、多彩な周辺機器を考慮した電源システムとする必要がある。
【００２７】
熱源（特に定着装置）を有する電子写真複写機などの画像形成装置においては、コピーなどを行う動作モードと、通常時の待機モード、長時間画像形成が行われない状態で低消費電力に移行する省エネルギー待機モード、更には消費電力を限りなく零に近づける為のスリープモードを備えている。
【００２８】
この省エネルギーモードにおいては、省エネルギーの観点から電力の消費を極力抑えるような構成が取り入れられ、例えば動作モード時の電源装置とは別に省エネルギーモード用の電源装置を備え、省エネルギーモード時の低消費電力を実現した製品が実用化されている。
【００２９】
しかしながら、このように動作モード用の電源装置と、省エネルギーモードの電源装置を個別に備えるとなると、コストアップや装置が大型化すると言う問題があった。
【００３０】
図８のブロック図を用いて、従来の複写機本体の回路構成を説明する。複写機の回路３は、メイン電源ユニット３１、コントロール基板３５、サブ電源ユニット３７、負荷回路４−１、４−２、４−３…４−ｎから構成される。
【００３１】
メイン電源ユニット３１は、本体動作用の電源ユニットである。コントロール基板３５は、本体コピー動作制御用の回路を搭載した基板である。サブ電源ユニット３７は、省エネルギー待機モードに移行した時に必要最小限の電源を出力させている電源ユニットである。負荷回路４−１、４−２、４−３…４−ｎは、いずれも複写機本体に装着されるオプション機器におけるモータなどの負荷であり、ユーザの要望に合わせてオプションを組み合わせてシステムを構成するので、色々な組み合わせとなる。そのために負荷装置としても様々である。
【００３２】
メイン電源ユニット３１は、通常のコピー動作時および待機時に出力される電源を有しており、本体制御用の電源、オプション装置の駆動用電源を供給している。また、サブ電源ユニット３７は、省エネルギー待機モードに移行した時に出力される電源を有しており、省エネルギー時に駆動される必要最小限の負荷に電源を供給している。
【００３３】
従来はこのように、複写機の動作が複数パターンあることから、省エネルギーの観点からも必要最小限の消費電力で制御を行うために、構成は多少異なるものの複数の電源ユニットを使い分けて必要最小限の電力を供給しながら待機消費電力を抑えていた。そのために、負荷の電力に合わせて電源ユニットの数が増え、結果として製品のコストアップ、電源ユニットの大型化、その結果として複写機本体の大型化、重量アップ、輸送コストのアップなどが、解決すべき課題として存在する。
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の問題点に着目し、複数の負荷を有する電源供給装置において、省エネルギー待機モードから通常の待機モードへの移行時の突入電流を抑制することができ、省エネルギー待機モードなど低消費電力モードと通常の動作モードなどの大消費電力モードの二つのモードに１つの電源回路で対応できる電源供給装置を提供することを課題とする。
【００３５】
すなわち、本発明は、オプション装着等の２次側の負荷回路の増設などによる電流容量やコンデンサー容量の変化に応じて省エネルギー待機モードから動作モードまたは待機モードへの移行時の突入電流の発生を抑制し、リレー接点などで構成される開閉素子の接点に対するダメージを低減した電源供給装置を提供することを課題とする。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、電流の供給により動作を行う負荷回路に対して電流を供給する電流供給源と、該電流供給源と前記負荷回路の間に電流の通電制御を行うリレー接点などの開閉素子を備えた電源供給装置において、前記開閉素子と並列に接続したスイッチング素子と、前記スイッチング素子の動作を制御するスイッチング素子制御部と、前記開閉素子の動作を制御する開閉素子制御部とを備え、前記スイッチング素子制御部が前記負荷回路への電源供給に先だって前記スイッチング素子をディーティ制御するとともに前記負荷回路の負荷容量が大きなときは前記スイッチング素子のＯＮデューティ比を大きくする制御を行い、前記開閉素子制御部が前記負荷回路の端子電圧が供給電源の電圧とほぼ同等となった後に前記開閉素子を閉路する制御を行うようにした。
【００３７】
本発明は、前記スイッチング素子に、前記負荷回路における電位が安定してきた頃に、当初のパルス幅よりも広いパルス幅の信号を供給するようにした。さらに、本発明は、前記スイッチング素子が、前記負荷回路への電力供給開始時においても所定の期間導通動作しているようにした。
【００３８】
上記課題を解決するために、本発明は、電流の供給により動作を行う負荷回路に対して電流を供給する電流供給源と、該電流供給源と前記負荷回路の間に電流の通電制御を行う電源スイッチ部を設けた電源供給装置において、前記電源スイッチ部が、開閉素子と該開閉素子に並列に接続されたスイッチング素子と、開閉素子の動作を制御する開閉素子制御部と、前記スイッチング素子の動作を制御するスイッチング素子制御部とを有する供給電力制御部と、前記負荷回路の端子電圧を検出する電圧検出部とを備え、前記供給電力制御部が、前記負荷回路への電源供給に先だってデューティ制御により前記スイッチング素子を導通させるよう制御するとともに前記負荷回路の負荷容量が大きなときは前記スイッチング素子のＯＮデューティ比を大きくする制御を行い、前記電圧検出部が前記負荷回路の端子電圧が供給電源の電圧とほぼ同等となったことを検出した時点で前記開閉素子を閉路するようにした。さらに、本発明は、上記電源供給装置において、前記開閉素子をリレー接点から構成し、前記開閉素子と並列に接続された前記スイッチング素子をＦＥＴから構成する。
【００３９】
【発明の実施の形態】
本発明は、情報処理機器などの省エネルギー要請に寄与するもので、例えば、通常のコピー動作、待機動作、更には一定の時間にオペレータによる操作が行われないド場合に移行する省エネルギー待機モードなどを有する複写機において、省エネルギー待機モーから負荷回路に電源を供給するときの電源回路の制御に特徴を有している。
【００４０】
本発明にかかる電源供給装置の機能構成を、図１を用いて説明する。本発明にかかる電源供給装置(省エネルギー電源回路)３は、メイン電源ユニット３１と、電源スイッチ部３２と、供給電力制御部３３と、電圧検出部３４とを有して構成される。電源スイッチ部３２の出力は、機器本体や周辺機器の負荷回路４−１〜４−ｎに供給される。
【００４１】
メイン電源ユニット３１は、機器本体や周辺機器に電力を供給する通常の電源ユニットとして構成され、少なくとも機器本体および機器本体と同時に動作する全ての周辺機器の負荷に電力を供給できる能力を有している。このメイン電源ユニット３１を単位ユニットとして構成し、周辺機器の増設に併せて単位ユニットを増設して一つの電源ユニットとして構成してもよい。
【００４２】
電源スイッチ部３２は、各負荷への電力供給路を開閉するスイッチ手段であり、例えばリレーの接点からなる開閉素子３２１とこれに並列に接続された例えばＦＥＴ(電界効果トランジスタ)からなるスイッチング素子３２３とからなるスイッチ手段３２０が、各負荷回路４−１〜４−ｎに対応して複数個並列に設置されて構成されている。
【００４３】
供給電力制御部３３は、負荷起動指令に基づいてスイッチ手段３２０を構成する開閉素子３２１とスイッチング素子３２３の動作を制御する手段である。供給電力制御部３３は、開閉素子制御部３３１と、スイッチング素子制御部３３２と、負荷起動制御部３３３と、負荷容量設定記憶部３３４とを有している。
【００４４】
開閉素子制御部３３１は、負荷起動制御部３３３からの起動指令によって指定された負荷回路４−１〜４−ｎの端子電圧が所定の電圧に上昇したことを条件にして、対応する開閉素子３２１―１〜３２１−ｎを閉路させるように制御する手段である。
【００４５】
スイッチング素子制御部３３２は、パルス幅を変更可能なパルス発生機能を有しており、負荷起動制御部３３３からの起動指令によって指定された負荷回路４−１〜４−ｎに対応するスイッチ素子３２３―１〜３２３−ｎを所定のパルス幅でオン動作させるように制御するとともに、負荷回路４−１〜４−ｎの端子電圧が所定の電圧に上昇すると大きなパルス幅でオン動作するように制御する手段である。スイッチング素子制御部３３２は、負荷容量設定記憶部３３４に設定された各負荷の容量に対応して前記パルス幅を設定する。
【００４６】
開閉素子制御部３３１とスイッチング素子制御部３３２は、スイッチング素子３２１がオン動作しているときに開閉素子３２１が閉路するように動作する。
【００４７】
負荷起動制御部３３３は、装置の起動時に所定の負荷を起動させる負荷起動指令を発生するとともに、省エネルギー待機モードにあるときに装置の機能を使用する指令があったときに所定のスイッチ手段３２０−１〜３２０−ｎを動作させる負荷起動指令を出力する。
【００４８】
負荷容量設定記憶部３３４は、各負荷回路４−１〜４−ｎの容量を記憶する手段であり、機器本体の負荷は製造時に、周辺機器の負荷は増設時に設定される。
【００４９】
電圧検出部３４は、電源スイッチ部３２のスイッチ手段３２０の出力電圧、すなわち負荷回路４−１〜４−ｎを構成する容量の端子電圧を検出する手段である。
【００５０】
図２のブロック図を用いて、本発明における省エネルギー電源回路のハードウエア構成を説明する。本発明の省エネルギー電源回路３は、メイン電源ユニット３１と、コントロール基板３５と、電源駆動制御基板３６と、負荷回路４−１，４−２，４−３，４−ｎを有して構成される。本発明の省エネルギー電源回路３が、図８に示した従来の電源回路と異なる点は、コントロール基板３５が前記電力供給制御部３３を搭載している点と、サブ電源ユニット３７に変えて前記電源スイッチ部３２と電圧検出部３４を搭載した電源駆動制御基板３６を設けている点である。この電源駆動制御基板３６の中の電源スイッチ部３２を詳細な回路図として表したものが図３さらには図５である。
【００５１】
まず、図３を用いて本発明における省エネルギー電源回路３の具体的な構成および基本的な動作について説明する。電源駆動制御基板３６に搭載される電源スイッチ部３２は、複数(この例では２個)のスイッチ手段３２０−１，３２０−２を有している。スイッチ手段３２０は、それぞれリレー接点である開閉素子３２１と、リレー巻線３２２と、リレー駆動トランジスタ３２５とを有している。通常コピー動作時および待機時には、リレー駆動信号を“Ｈ”にしてリレー駆動トランジスタ３２５をオン動作させてリレー巻線３２２へ電力を供給し、リレー接点３２１を“ＯＮ”させて負荷回路４にメイン電源ユニット３１からの電源供給を行い、システムを構成する各部が動作可能な電力環境を提供している。
【００５２】
一方、省エネルギー待機モード時の制御としては、リレー駆動信号を“Ｌ”にすることによって、リレー接点３２１を選択的に“ＯＦＦ”することによりメイン電源ユニット３１からの電力供給を遮断して、システムとして必要最小限の負荷に選択的に電源を供給させている。
【００５３】
操作パネル表示ユニット３３５は、オペレータに対してシステムの状態を報知する表示能力を備えると共に、システムに対して動作指示を行うための手段である。この操作パネル表示ユニット３３５に常時供給される電源は、リレー接点３２１の前段から取ることで、常時電源の供給を行っている。そして、コントロール基板３５に搭載された供給電力制御部３３と操作パネル表示ユニット３３５を相互通信可能な環境としておくことで、システムの状態表示から、システムに対する新たな動作の指示を行えるようになっている。
【００５４】
以上が、本発明における省エネルギー電源回路３の基本的な動作説明である。しかし、このような構成のスイッチ手段３２０を備えたときに問題になってくる懸念事項としては、リレー接点３２１の後段に接続されている負荷回路４のコンデンサー容量、配線インピーダンス容量により、リレー接点３２１が閉じた瞬間、つまりはシステムが省エネルギー待機モード状態から通常の動作可能な状態復帰したときに、負荷回路４への瞬間突入電流（突入電流）が大きいため、リレー接点３２１に与える影響として、接点部分が溶着してしまうことが考えられる。そのために、溶着した接点が開放されなくなり電源が切れないなどの問題が発生し、最悪の場合は、システムを構成する機器の破壊、事故にも繋がっていく恐れが十分に考えられる。
【００５５】
また、負荷回路４の容量は複写機に装着される負荷の大小、つまりオプションの装着組み合わせにより変動があり、さまざまなレベルの電流の突入は必ず発生してしまう。
【００５６】
図４を用いて、突入電流の波形を説明する。図４は、突入電流の波形を表しており、縦軸に電流値、横軸に時間をとってある。図示のように、電源投入時には、負荷の定格電流の数十倍の突入電流が生じる。この突入電流は、負荷の変動により波形も変化する。そこで、システムを構成する各ユニットの負荷および突入電流に合わせてリレー接点３２１の電流容量を事前に設定しておくことも考えられるが、システムとして組み合わせが可能な周辺機器に合わせて複数の電流容量の異なるリレー接点を準備しておくことも、電源ユニットのコスト、電源ユニットの大きさの面から問題がある。
【００５７】
この問題を解決するために、本発明は、電源駆動制御基板３６に搭載される電源スイッチ部３２を、図５に図示する構成とした。すなわち、電源スイッチ部３２は、負荷に対応したスイッチ手段３２０−１，３２０−２を有している。各スイッチ手段３２０は、それぞれ、リレー接点である開閉素子３２１と、リレー巻線３２２と、開閉素子３２１に並列に接続されたスイッチング素子(ＦＥＴ)３２３と、ＦＥＴ駆動トランジスタ３２４と、リレー駆動トランジスタ３２５とを有している。
【００５８】
ＦＥＴ駆動トランジスタ３２４は、ＦＥＴのゲートと接地の間に接続され、ベースにはスイッチング素子制御部３３２から出力されるＦＥＴ駆動信号が入力される。リレー駆動トランジスタ３２５は、リレー巻線３２２と設置との間に接続され、ベースには開閉素子制御部３３１から出力されるリレー駆動信号が入力される。
【００５９】
リレー接点３２１が“ＯＮ”する前段において、負荷回路４のレベルに応じたタイミングでもって選択的にＦＥＴ３２３を“ＯＮ”させ、負荷回路４のコンデンサーに予め電圧を印加して電荷をプレ充電させておくようにする。そして、有る程度の電荷が充電された段階でリレー接点３２１を“ＯＮ”させることにより、リレー接点３２１および負荷回路４に対する突入電流を抑制することができる。さらに、リレー接点３２１を“ＯＮ”の後、所定のタイミングでもって今度はＦＥＴ３２３を“ＯＦＦ”させる。
【００６０】
このような回路方式および制御を行うことで、リレー接点３２１および負荷回路４に対してストレスとならない電流を流すことができ、結果として接点ダメージ、負荷の駆動開始ダメージが殆ど無くなり、システムを構成する各ユニットにおける動作信頼性も十分に確保されることとなる。
【００６１】
ここで、ＦＥＴ駆動トランジスタ３２４に供給されるゲート信号をパルス幅制御することでＦＥＴ３２３の出力（ドレイン端子の出力）の電圧を徐々に上げていくよう制御する。実際の動作としては、ＦＥＴ駆動トランジスタ３２４−１、３２４−２に所定のパルス幅のＦＥＴ駆動信号１，２を送り、ＦＥＴ駆動トランジスタ３２４−１、３２４−２のベースをパルス状に“ＯＮ／ＯＦＦ”させると、ＦＥＴ３２３−１、３２３−２のゲートもパルス状に“ＯＮ／ＯＦＦ”する。これによりＦＥＴ３２３−１、３２３−２のソース−ドレイン間も“ＯＮ／ＯＦＦ”され、この間に負荷回路４側の回路内にある程度の電荷が蓄えられる。そして、スイッチ手段３２０の出力電圧すなわち負荷回路４の端子電圧が所定の電圧に達すると、最終的にはデューティ比１００％で“ＯＮ”させ、ＦＥＴ３２３−１，３２３−２のソース−ドレイン間を“ＯＮ”する。これによって、負荷回路４側の回路内に電荷が蓄えられ、その後、リレー接点３２１−１、３２１−２が“ＯＮ”され、負荷回路４−１，４−２に対する電力の供給がスムーズに行われる。リレー接点３２１が“ＯＮ”となり、チャタリングなどが消滅してからＦＥＴ３２３を“ＯＦＦ”にする。
【００６２】
この動作によって、リレー接点３２１を突入電流から保護することができ、ＦＥＴ３２３そのものも突入電流によるストレスを回避することが可能となる。
【００６３】
また、負荷に応じてＦＥＴ駆動トランジスタ３２４−１、３２４−２に供給されるＦＥＴ駆動信号（ゲート信号１、２）のパルス幅を制御することができるので、さまざまなレベルの電力の供給を必要とする周辺機器が複数あって、その中の何れかのユニットかを選択してシステムを構成したとしても、ユニットの装着状況に応じたＦＥＴ駆動信号（ゲート信号１、２）のパルス幅を制御するだけで適切な動作環境を提供することが可能となる。
【００６４】
実際の動作として説明すると、装置に装着される負荷回路４−１〜４−２（オプション）の大小により上記ＦＥＴ駆動信号１、２のパルス幅を制御してデューティ比を変えることで、ＦＥＴ３２３を最適に“ＯＮ”制御することが可能になる。
【００６５】
図６に以上の説明の、負荷回路４−１，４−２の組み合わせによるゲート信号のパルス幅制御のデューティ比、および、ＦＥＴ３２３のソース−ドレイン間における電圧波形の一連の関係を一例として示す。
【００６６】
例１：負荷回路４−１単独が接続されている場合負荷回路４−１を動作させるよりも事前に、ＦＥＴ駆動トランジスタ３２４に対してパルス信号（ＦＥＴ駆動信号Ａ）を供給する。このときＦＥＴ駆動トランジスタ３２４に供給されるＦＥＴ駆動信号Ａは、負荷回路４−１単独の容量に合わせて供給される。負荷回路４−１の容量が小さい場合には、事前に供給されるＦＥＴ駆動信号Ａのデューティ比（ＯＮ時間／ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間）０．５のパルス周期は比較的小さい（周期Ｔ１）状態から比較的大きい（周期Ｔ２）へと可変制御される。これにより、負荷側４−１のコンデンサーへの突入電流は小さな段階から徐々に大きくなり、電流の増加につれて負荷回路４−１のコンデンサーに徐々に電荷が蓄積される。負荷回路４−１のコンデンサーのＡ点における電位の変化をＡポイント電位として図示する。そして、Ａポイント電位が電源側からの供給電位レベルＶＢと同等となる頃には、ＦＥＴ駆動トランジスタ３２４に供給される信号のデュティー比が最初の頃よりも大きなパルス信号を供給してＡポイントにおける電位を安定させることも可能である。
【００６７】
負荷回路４−１のＡポイントの電圧が供給電位レベルＶＢと同等となった状態で、負荷回路４−１を動作させるためにリレー接点３２１を閉とするリレー駆動信号がリレー駆動トランジスタ３２２のベースに供給される。このとき、リレー接点３２１の“ＯＮ”状態がチャタリングなどによって最初（一瞬）不安定になるので、ＦＥＴ３２３が“ＯＦＦで”あれば、あわせてＦＥＴ３２３を“ＯＮ”させる。また、ＦＥＴ３２３が“ＯＮ”されていれば引き続きＦＥＴ３２３を“ＯＮ”させておく。これにより、リレー接点３２１のチャタリングなどの影響を受けることなく負荷回路４−１に対して安定した電源を供給することが可能となる。
【００６８】
例２：負荷回路４−１と負荷回路４−２が接続されている場合負荷回路４−１単独の場合と同様に、負荷回路４−１および負荷回路４−２を動作させるよりも事前にＦＥＴ駆動トランジスタ３２４に対してパルス状のＦＥＴ駆動信号Ｂを供給する。このときＦＥＴ駆動トランジスタ３２４に供給されるＦＥＴ駆動信号Ｂのパルス幅は、負荷回路４−１と負荷回路４−２の負荷容量に合わせて供給されるので、単独の場合よりも比較的幅が広い状態のパルス信号が段階的に供給される。これにより、負荷回路４−１，４−２側のコンデンサーに徐々に電荷が蓄積される。Ａポイント電位として図示したＡ点における電位が電源側からの供給電位レベルＶＢと同等となるには、単独負荷のときよりも負荷容量が大きいのでちょっと時間を要する。そして、電源側からの供給電位レベルＶＢと同等となる頃には、ＦＥＴ駆動トランジスタ３２４に供給される信号のパルス幅を最初の頃よりも広い幅のパルス信号を供給してＡポイントにおける電位を安定させる。ここでも負荷容量に合わせて幅の広いパルスを供給して電位を確実に安定させる。
【００６９】
この状態で、負荷回路４−１，４−２を動作させるためにリレー接点３２１を閉とするリレー駆動信号が供給される。このとき、リレー接点３２１の“ＯＮ”状態が最初（一瞬）不安定になるので、ＦＥＴ３２３が“ＯＦＦ”であれば、あわせてＦＥＴ３２３を“ＯＮ”させる。また、ＦＥＴ３２３が“ＯＮ”されていれば、引き続きＦＥＴ３２３を“ＯＮ”させておく。これにより単独の時よりも大きな負荷に対しても安定した電源の供給が可能となる。
【００７０】
【発明の効果】
以上が本発明により、サブ電源の代わりに電源供給をリレー接点によるＯＮ／ＯＦＦ制御回路を採用することで、装置全体のコストダウン／小型化が可能となった。また、電源の供給方法として、リレー接点と並行にＦＥＴを組み込むことによりリレー接点および負荷装置に流れる突入電流を防止することとなって、装置の動作信頼性の向上へと繋がっていく。さらに、ＦＥＴの動作をデューティ制御することにより、ＦＥＴそのものの信頼性を確保することができ、且つ、負荷容量の変動に応じてデューティ比を可変することで最適な電源供給を行うことができる。
【００７１】
本発明は、電流の供給により動作を行う負荷回路に対して電流を供給する電流供給源と、該電流供給源と前記負荷回路の間に電流の通電制御を行う開閉素子を備えた電源供給装置において、開閉素子と並列にスイッチング素子を備えたことにより、負荷に対して電流の供給を開始する際の突入電流による開閉素子の劣化もしくは破損を防止することとなり、開閉素子の寿命を延ばし、動作補償が確実なものとなる。その結果、負荷回路に対する安定した電源の供給、および負荷の安定した動作が補償される。
【００７２】
本発明は、電流の供給により動作を行う負荷回路に対して電流を供給する電流供給源と、該電流供給源と前記負荷回路の間に電流の通電制御を行うリレー接点からなる開閉素子を備えた電源供給装置において、開閉素子と並列にＦＥＴからなるスイッチング素子を備えたことにより、簡単な構成で、負荷に対して電流の供給を開始する際の突入電流を無くすことができ、開閉素子の接点が劣化もしくは破損することを防止でき、開閉素子の接点の寿命を延ばし、負荷に対する安定した電源の供給を補償することができる。
【００７３】
本発明は、上記電源供給装置において、前記スイッチング素子をデューティ制御することにより、開閉素子を閉じた際に予測される突入電流のレベルに応じて、スイッチング素子に供給される動作信号のデューティを設定することができるので、負荷に応じたスイッチング素子の動作が可能となり開閉素子の寿命および安定した動作が補償される。さらに、スイッチング素子を、負荷回路の負荷容量の変化に応じてスイッチング素子のＯＮデューティ比を調整すことにより、負荷回路の構成に伴い変化する開閉素子を閉じた際の突入電流のレベルに応じて、スイッチング素子に供給される動作信号のデューティを設定することができるので、負荷に応じたスイッチング素子の動作が可能となり開閉素子の寿命および安定した動作が補償される。また、スイッチング素子に、負荷回路における電位が安定してきた頃に、当初のパルス幅よりも広いパルス幅の信号を供給することにより、電源側からの供給電位レベルと同等となる頃には、トランジスタに供給される信号のパルス幅を最初の頃よりも広い幅のパルス信号を供給して負荷回路における電位を安定させることとなり、負荷に対する電源の供給を開始した際の、安定した電源の供給が補償されることとなり装置としての動作も安定する。加えて、スイッチング素子を、負荷回路への電力供給開始時においても所定の期間導通動作させることにより、リレー接点がＯＮされたときに、最初（一瞬）リレー接点の動作が不安定になるので、ＦＥＴがＯＦＦであれば、あわせてＦＥＴをＯＮ、あるいは、ＦＥＴがＯＮであれば、引き続きＦＥＴをＯＮさせることができるので、負荷に対する電源の供給を開始した際に、安定した電源の供給が補償されることとなり装置としての動作も安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる省エネルギー電源回路の機能構成を説明する機能ブロック図。
【図２】本発明にかかる省エネルギー電源回路のハードウエア構成を説明するブロック図。
【図３】本発明にかかる電源スイッチ部の構成を説明する図。
【図４】電源投入時の電流波形を説明する図。
【図５】本発明にかかる突入電流を防止した電源スイッチ部の構成を説明する図。
【図６】本発明にかかる電源供給装置の動作を説明する図。
【図７】本発明が適用されるデジタル複写機に構成を説明する図。
【図８】従来の電源回路のハードウエア構成を説明するブロック図。
【符号の説明】
１デジタル複写機
３省エネルギー電源回路
３１メイン電源ユニット
３２電源スイッチ部
３２０スイッチ手段
３２１リレー接点
３２２リレー巻線
３２３ＦＥＴ
３２４ＦＥＴ駆動トランジスタ
３２５リレー駆動トランジスタ
３３供給電力制御部
３３１開閉素子制御部
３３２スイッチング素子制御部
３３３負荷容量設定記憶部
３３４負荷起動制御部
３３５操作パネル表示ユニット
３４電圧検出部
４負荷回路

Claims

電流の供給により動作を行う負荷回路に対して電流を供給する電流供給源と、該電流供給源と前記負荷回路の間に電流の通電制御を行う開閉素子を備えた電源供給装置において、
前記開閉素子と並列に接続したスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の動作を制御するスイッチング素子制御部と、
前記開閉素子の動作を制御する開閉素子制御部とを備え、
前記スイッチング素子制御部が前記負荷回路への電源供給に先だって前記スイッチング素子をディーティ制御するとともに前記負荷回路の負荷容量が大きなときは前記スイッチング素子のＯＮデューティ比を大きくする制御を行い、
前記開閉素子制御部が前記負荷回路の端子電圧が供給電源の電圧とほぼ同等となった後に前記開閉素子を閉路する制御を行う
ことを特徴とする電源供給装置。
前記スイッチング素子に、前記負荷回路における電位が安定してきた頃に、当初のパルス幅よりも広いパルス幅の信号を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の電源供給装置。
前記スイッチング素子は、前記負荷回路への電力供給開始時においても所定の期間動作している
ことを特徴とする請求項１に記載の電源供給装置。
電流の供給により動作を行う負荷回路に対して電流を供給する電流供給源と、該電流供給源と前記負荷回路の間に電流の通電制御を行う電源スイッチ部を設けた電源供給装置において、
前記電源スイッチ部が、開閉素子と該開閉素子に並列に接続されたスイッチング素子と、前記開閉素子の動作を制御する開閉素子制御部と、前記スイッチング素子の動作を制御するスイッチング素子制御部とを有する供給電力制御部と、前記負荷回路の端子電圧を検出する電圧検出部とを備え、
前記供給電力制御部が、前記負荷回路への電源供給に先だってデューティ制御により前記スイッチング素子を導通させるよう制御するとともに前記負荷回路の負荷容量が大きなときは前記スイッチング素子のＯＮデューティ比を大きくする制御を行い、
前記電圧検出部が前記負荷回路の端子電圧が供給電源の電圧とほぼ同等となったことを検出した時点で前記開閉素子を閉路する
ことを特徴とする電源供給装置。
前記開閉素子がリレー接点からなり、前記開閉素子と並列に接続された前記スイッチング素子がＦＥＴからなる
ことを特徴とする請求項１または請求項４に記載の電源供給装置。