JP5273637B2 - 電源供給装置、電源供給装置の電源出力制御方法、画像形成装置、及びデバイス - Google Patents

Description

本発明は、複数の電位レベルを有する多重出力の電源供給装置、電源供給装置の電源出力制御方法、電源供給装置を備えた画像形成装置、及びデバイスに関する。

一般に、電源供給装置としては、常用交流を整流及び平滑して得られた直流電流を所定の高周波、例えば、１００ｋＨｚ程度の高周波でスイッチングし変圧器により所望する電圧に高効率で変換されるようにするスイッチング方式の電源供給装置（以下、スイッチング電源供給装置とする）が広く使われている。

このようなスイッチング電源供給装置の出力電圧の制御方式としては、出力電圧の変化に応じてスイッチングパルスの時比率を制御するパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）制御方式、スイッチングパルスの周波数を制御する周波数制御方式、及びスイッチングパルスの位相を制御する位相制御方式などがある。

図９は、ＰＷＭ制御方式を用いるスイッチング電源供給装置の一例を示す説明図である。同図に示すように、ＰＷＭ制御方式を用いるスイッチング電源供給装置１０は、変圧器１１の一次側に形成された単一または複数のスイッチを含むスイッチング回路部１２を備え、スイッチング回路部１２のオン／オフの動作を介して変圧器１１の一次側の巻線に印加される整流されていない直流入力電圧ＤＣ＿ＩＮを変換し、直流出力電圧ＤＣ＿ＯＵＴを生成する。

生成された直流出力電圧ＤＣ＿ＯＵＴは、変圧器１１の２次側の巻線に接続された出力部１３内部のダイオードＤ１及びキャパシタＣ１により整流されて出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。ここで、スイッチング回路部１２のオン／オフ動作は、出力部１３の出力信号に対応してスイッチングパルスのパルス幅を変調する出力制御部１４の制御信号に応じて行われる。

このようなスイッチング電源供給装置は、２次側の巻線に接続された整流端の構造が単純に形成されており、少数の部品で構成されるため、相異なる電位レベルの電圧を出力する多重出力電源供給装置の適用に適している。

図１０と図１１は、多重出力電源供給装置の一例を示す図である。図１０に示すように、従来の第１の比較例による多重出力電源供給装置２０は、複数の電源供給装置３０、４０を有している。それぞれの電源供給装置３０、４０は、図９に示されている電源供給装置と同様の構成を有する。

たとえば、それぞれの電源供給装置３０、４０は、直流入力電圧ＤＣ＿ＩＮがそれぞれ入力される第１入力部３１及び第２入力部４１と、変圧器から構成された第１電源変換部３２及び第２電源変換部４２と、第１電源変換部３２及び第２電源変換部４２から各々出力される直流出力電圧ＤＣ＿ＯＵＴ１及び直流出力電圧ＤＣ＿ＯＵＴ２をそれぞれ整流して出力する第１出力部３３及び第２出力部４３と、第１出力部３３及び第２出力部４３各々から出力される直流出力電圧Ｖｏｕｔ１及び直流出力電圧Ｖｏｕｔ２に応答してパルス幅を変調して出力する第１出力制御部３４及び第２出力制御部４４と、を備えている。

このとき、外部装置、たとえばプリンタのような画像形成装置５０に電源供給装置３０、４０が用いられる場合、印刷制御部５２は、印刷エンジン部５４が駆動しない待機モードにおいては、第２電源供給装置４０の駆動を遮断するためのオン／オフ制御信号を第２出力制御部４４に提供して第２出力制御部４４からスイッチングパルスが出力されるのを遮断する。

このような構造で多重出力電源供給装置２０を形成する場合、電圧の多重出力のための複数の入／出力部（第１入力部３１、第１出力部３３、第２入力部４１、第２出力部４３）、電源変換部（第１電源変換部３２、第２電源変換部４２）、及び出力制御部（第１出力制御部３４、第２出力制御部４４）を備えなければならないし、これによる使用部品の増加により電源供給装置２０のサイズが増加し、製造コストが上昇する問題点が生じる。

一方、図１１に示すように、従来の第２の比較例による多重出力電源供給装置７０は、直流入力電圧ＤＣ＿ＩＮが入力される一つの入力部７１と、一つの巻線で構成された一次側と二つの巻線を備えた２次側を有する変圧器から構成された電源変換部７２と、電源変換部７２から出力される直流出力電圧ＤＣ＿ＯＵＴ１、ＤＣ＿ＯＵＴ２をそれぞれ整流して出力する第１出力部７３及び第２出力部７４と、第１出力部７３の第１直流出力電圧Ｖｏｕｔ１に応答してスイッチングパルスのパルス幅を変調して出力する出力制御部７５と、を備えている。また、画像形成装置８０に用いられる場合、第１直流出力電圧Ｖｏｕｔ１は印刷制御部８２に、第２出力部７４の第２直流出力電圧Ｖｏｕｔ２は印刷エンジン部８４に入力される。

このような構造で多重出力電源供給装置７０を形成する場合、図１０に示すような多重出力電源供給装置２０に比べて、入力部７１の構成が単純になり、一つの電源変換部７２と一つの出力制御部７５とを備えるので、構成が更に単純になる。これは、電源供給装置２０の製造コストを低減する長所がある。

大韓民国特許第４１１１７０号 米国特許第６４７７０６６号明細書 特開２０００−２３６６６４号公報

しかし、第２の比較例による多重出力電源供給装置７０は、直流出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２を制御するために入力部７１に入力されるスイッチングパルスのパルス幅が、一方の第１出力部７３の直流出力電圧Ｖｏｕｔ１に基づいて変調されるため、第２出力部７４の直流出力電圧Ｖｏｕｔ２の電圧安定度が減少する問題点がある。

特に、一つの１次側の巻線を共有して用いるため、第１出力部７３または第２出力部７４の負荷端のインピーダンスが変動する場合、それを補償するためにスイッチングパルスのパルス幅を可変した場合、他方の直流出力電圧の電圧安定度、すなわち、交差電圧安定度（ｃｒｏｓｓ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）が減少する問題点がある。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複数の電源変換部を設けることなく、多重出力電源供給装置の交差電圧安定度を向上させることができると同時に、待機モードにおいては電力消費を低減できる電源供給装置、電源供給装置の電源出力制御方法、画像形成装置、及びデバイスを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、 外部電源及び電源制御信号に応答して、第１出力初期電源及び第２出力初期電源をそれぞれ生成する電源変換部と、前記第１出力初期電源及び前記第２出力初期電源をそれぞれ整流及び平滑して第１出力電源及び第２出力電源を出力する電源出力部と、前記電源出力部から出力された前記第１出力電源がフィードバックされ、前記電源制御信号を生成する第１出力制御部と、前記電源出力部から出力された前記第２出力電源がフィードバックされ、前記電源出力部の駆動モードを制御する第２出力制御部と、を備え、
前記駆動モードは、前記第２出力電源を、予め定義されている基準値に対して誤差許容範囲内の電圧レベルで出力する正常モードと、前記第２出力電源が前記誤差許容範囲を超過する電圧レベルで出力された場合に、前記第２出力電源を前記誤差許容範囲内の電圧レベルで出力するように前記電源出力部を制御する安定化モードと、を含み、
前記電源出力部は、前記第１出力電源及び前記第２出力電源をそれぞれ出力する第１出力部及び第２出力部を有し、前記第２出力制御部は、前記第１出力部と前記第２出力部とを相互接続し、
前記第２出力制御部は、前記第１出力部に一端が接続されて前記第２出力部に他端が接続される第１スイッチング回路部と、前記第２出力制御部は、前記第２出力電源がフィードバックされ、前記第２出力電源が予め定義されている前記基準値に対して前記誤差許容範囲内で出力されるようにする安定化モードで前記電源出力部が駆動されるべく、第１モード制御信号を生成する差分回路部と、を含み、
前記第１スイッチング回路部は、前記第１モード制御信号に応じて活性化され、前記第１スイッチング回路部は、前記第１モード制御信号に応じて活性化されるバイパススイッチと、前記バイパススイッチと直列接続され、前記電源変換部から出力される前記第２出力電源を整流する整流素子と、を含む、ことを特徴とする電源供給装置が提供される。

上記構成により、第２出力電源が変動した場合にも、第２出力電源がフィードバックされる第２出力制御部が、第１出力電源及び第２出力電源の交差電圧安定度を向上させる駆動モードで電源出力部を駆動することができるので、変圧器の１つの１次側の巻線を共有している場合にも、電圧出力の安定した多重出力の電源供給装置を得ることができる。

ここで、駆動モードは、第２出力電源を、予め定義されている基準値に対して誤差許容範囲内の電圧レベルで出力する正常モードと、第２出力電源が誤差許容範囲を超過する電圧レベルで出力された場合に、第２出力電源を誤差許容範囲内の電圧レベルで出力するように電源出力部を制御する安定化モードと、を含むことができる。第２出力制御部は、正常モードである場合は電源出力部に制御用の信号を送らないが、安定化モードである場合は電源出力部に制御信号を送り、第２出力電源が誤差許容範囲内の電圧レベルとなるようにすることができる。

或いは、 前記駆動モードは、更に、前記第２出力電源の電圧レベルを減少させ、前記電源出力部の電力消費量が減少するように前記電源出力部を制御する待機モードを含み、
前記第２出力制御部は、更に、外部制御信号に応じて活性化され、前記第２出力電源の電圧レベルを減少させて前記電源出力部の電力消費量が減少されるようにする待機モードで前記電源出力部が駆動されるべく、第２モード制御信号を生成する第２スイッチング回路部を含み、
前記第１スイッチング回路部は、前記第２モード制御信号に応じて活性化され、前記差分回路部と前記第２スイッチング回路部とは、それぞれ前記第１モード制御信号及び前記第２モード制御信号を前記第１スイッチング回路部に提供するために、ＯＲ−ｉｎｇ（オアリング、即ち、ワイアドＯＲ）構造で構成されることもできる。
第２出力制御部は、待機モードである場合は電源出力部に制御信号を送り、第２出力電源の電圧レベルを減少させて、消費電力を削減することができる。

また、電源出力部は、第１出力初期電源及び第２出力初期電源をそれぞれ整流及び平滑して第１出力電源及び第２出力電源を出力する第１出力部及び第２出力部を有し、第２出力制御部は、第１出力部と第２出力部とを相互接続することができる。第２出力部から出力される第２出力電源は第２出力制御部にフィードバックされ、所定の駆動モードにより第２出力制御部から出力される制御信号は第１出力部及び第２出力部を制御することができる。

ここで、第２出力制御部は、第１出力部に一端が接続されて第２出力部に他端が接続される第１スイッチング回路部を含むことができる。第１スイッチング回路部は、安定化モードの信号により駆動したり、待機モードの信号により駆動したりする。

第２出力制御部は、第２出力電源がフィードバックされ、第２出力電源が予め定義されている基準値に対して誤差許容範囲内で出力されるようにする安定化モードで電源出力部が駆動されるべく、第１モード制御信号を生成する差分回路部を更に含み、第１スイッチング回路部は、第１モード制御信号に応じて活性化されることができる。第１スイッチング回路部は、差分回路部から出力される安定化モードの制御信号に応答し、第２出力電源が基準値に対して誤差許容範囲内で出力されるように動作することができる。

第２出力制御部は、外部制御信号に応じて活性化され、第２出力電源の電圧レベルを減少させて電源出力部の電力消費量が減少されるようにする待機モードで電源出力部が駆動されるべく、第２モード制御信号を生成する第２スイッチング回路部を更に含み、第１スイッチング回路部は、第２モード制御信号に応じて活性化されることができる。第１スイッチング回路部は、第２スイッチング回路から出力される、待機モードの制御信号に応答し、第２出力電源の電圧レベルを減少させるように動作することができる。

第２出力制御部は、第２出力電源がフィードバックされ、駆動モードのうち第２出力電源が予め定義されている基準値に対して誤差許容範囲内で出力されるようにする安定化モードで電源出力部が駆動されるべく、第１モード制御信号を生成する差分回路部と、外部制御信号に応じて活性化され、駆動モードのうち第２出力電源の電圧レベルを減少させて電力消費量が減少されるようにする待機モードで電源出力部が駆動されるべく、第２モード制御信号を生成する第２スイッチング回路部と、を更に含み、第１スイッチング回路部は、第１モード制御信号または第２モード制御信号に応じて活性化されることができる。第２出力制御部は、安定化モードで駆動するための差分回路部と待機モードで駆動するための第２スイッチング回路部とを両方とも有して構成することもできる。

差分回路部と第２スイッチング回路部とは、第１モード制御信号及び第２モード制御信号を第１スイッチング回路部に提供するために、Ｏ−ｒｉｎｇ構造で構成することができる。Ｏ−ｒｉｎｇ構造は、第２スイッチング回路部からの出力と差分回路部からの出力とが共通であるため、２つの出力の論理和として出力することを意味する。これにより、差分回路部及び第２スイッチング回路部からそれぞれ出力される制御信号は、第１スイッチング回路部の端子に共通して入力することができる。

第１スイッチング回路部は、第１モード制御信号または第２モード制御信号に応じて活性化されるバイパススイッチを含むことができる。バイパススイッチを用いることにより、スイッチの電流容量を減少させることができる。

第１スイッチング回路部は、バイパススイッチと直列接続され、電源変換部から出力される第２出力電源を整流する整流素子を更に含むことができる。また、バイパススイッチは、待機モードで駆動する際にはバイパススイッチ駆動の飽和領域において駆動し、安定化モードで駆動する際には飽和領域の間の線形領域において駆動することができる。飽和領域で駆動する場合にはバイパススイッチはオン、オフ動作を行い、線形領域で駆動する場合にはバイパススイッチのドレイン、ソース端子を経由して所定の電流を流すことができる。

差分回路部は、第２出力電源と基準値との間の差電圧を用いて第１モード制御信号を生成することができる。また、差分回路部は、第１スイッチング回路部への過電流の流入を防止するための充電素子を含むことができる。この充電素子により、第１スイッチング回路部が突然オン／オフ動作することにより過電流が流入されても、ソフトスタート機能を有するため、第１スイッチング回路部が損傷することを防止できる。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、 請求項１に記載の電源供給装置を備え、印刷データが印加されて印刷動作を行なう画像形成装置において、
前記第１出力電源が印加され、前記印刷動作及び前記画像形成装置の駆動状態を制御する印刷制御部と、前記第２出力電源及び前記印刷制御部から出力される制御信号が印加され、前記印刷動作を行なう印刷エンジン部と、を備える、ことを特徴とする、画像形成装置が提供される。

上記構成の画像形成装置の電源供給部においては、第２出力電源が変動した場合にも、第２出力電源がフィードバックされて、第１出力電源及び第２出力電源の交差電圧安定度を向上させたり、印刷エンジン部が動作を行わない場合は、消費電力を低減したりする駆動モードで駆動することができる。

請求項２に記載の電源供給装置を備え、印刷データが印加されて印刷動作を行なう画像形成装置において、
前記第１出力電源が印加され、前記印刷動作及び前記画像形成装置の駆動状態を制御する印刷制御部と、前記第２出力電源及び前記印刷制御部から出力される制御信号が印加され、前記印刷動作を行なう印刷エンジン部と、を備える、ことを特徴とする、画像形成装置を提供することもができる。

駆動モードは、第２出力電源を、予め定義されている基準値に対して誤差許容範囲内のレベルで出力する正常モードと、第２出力電源の電圧レベルを減少させ、電力消費量が減少されるように制御する待機モードと、を有することができる。電源供給部は、待機モードである場合は印刷エンジン部に電源を供給する第２出力電源の電圧レベルを減少させて、画像形成装置の消費電力を削減することができる。

電源供給部は、外部電源及び電源制御信号に応答して、第１出力初期電源及び第２出力初期電源をそれぞれ生成する電源変換部と、第１出力初期電源及び第２出力初期電源を、それぞれ整流及び平滑して第１出力電源及び第２出力電源を出力する電源出力部と、電源出力部から出力される第１出力電源がフィードバックされ、電源制御信号を生成する第１出力制御部と、電源出力部から出力される第２出力電源がフィードバックされ、電源出力部の駆動モードを制御する第２出力制御部と、を有することができる。第２出力電源が変動した場合には、第２出力電源がフィードバックされる第２出力制御部が、第１出力電源及び第２出力電源の交差電圧安定度を向上させる駆動モードで電源出力部を駆動し、回路構成を複雑にすることなく、画像形成装置の多重出力の電源供給を安定させることができる。

電源出力部は、第１出力電源及び第２出力電源をそれぞれ出力する第１出力部及び第２出力部を備え、第２出力制御部は、第１出力電源及び第２出力部に接続される第１スイッチング回路部を含むことができる。第２出力部から出力される第２出力電源は第２出力制御部にフィードバックされ、所定の駆動モードにより第２出力制御部から出力される制御信号は第１出力部及び第２出力部を制御することができる。また、第１スイッチング回路部は、安定化モードの信号により駆動したり、待機モードの信号により駆動したりする。

第２出力制御部は、第２出力電源がフィードバックされ、第２出力電源が予め定義されている基準値に対して誤差許容範囲内で出力されるようにする安定化モードで電源出力部が駆動されるべく、第１モード制御信号を生成する差分回路部を更に含み、第１スイッチング回路部は、第１モード制御信号に応じて活性化されることができる。第１スイッチング回路部は、差分回路部から出力される安定化モードの制御信号に応答し、第２出力電源が基準値に対して誤差許容範囲内で出力されるように動作することができる。

第２出力制御部は、外部制御信号に応じて活性化され、第２出力電源の電圧レベルを減少させて電源出力部の電力消費量が減少されるようにする待機モードで電源出力部が駆動されるべく、第２モード制御信号を生成する第２スイッチング回路部を更に含み、第１スイッチング回路部は、第２モード制御信号に応じて活性化されることができる。第１スイッチング回路部は、第２スイッチング回路から出力される、待機モードの制御信号に応答し、第２出力電源の電圧レベルを減少させるように動作することができる。

第２出力制御部は、第２出力電源がフィードバックされ、駆動モードのうち第２出力電源が予め定義されている基準値の誤差許容範囲内で出力されるようにする安定化モードで電源出力部が駆動されるべく、第１モード制御信号を生成する差分回路部と、外部制御信号に応じて活性化され、駆動モードのうち第２出力電源の電圧レベルを減少させて電力消費量が減少されるようにする待機モードで電源出力部が駆動されるべく、第２モード制御信号を生成する第２スイッチング回路部と、を更に含み、第１スイッチング回路部は、第１モード制御信号または第２モード制御信号に応じて活性化されることができる。第２出力制御部は、安定化モードで駆動するための差分回路部と待機モードで駆動するための第２スイッチング回路部とを両方とも有して構成することもできる。

また、上記課題を解決するために、本発明のさらに別の観点によれば、外部電源及び電源制御信号に応答して、第１出力電源及び第２出力電源を生成する電源供給装置の電源出力制御方法において；外部電源から所望の電位レベルを生成して整流及び平滑し、第１出力電源及び第２出力電源を出力するステップと、整流及び平滑された第１出力電源を用いて、外部電源が第１出力電源及び第２出力電源に変換される間、電源供給装置によって用いられる制御信号を生成するステップと、整流及び平滑された第２出力電源に基づいて、電源供給装置の駆動モードを制御するステップと、を含むことを特徴とする、電源供給装置の電源出力制御方法が提供される。

こうして、第２出力電源が変動した場合にも、第２出力電源がフィードバックされて、第１出力電源及び第２出力電源の交差電圧安定度を向上させたり、印刷エンジン部が動作を行わない場合は、消費電力を低減したりする駆動モードで駆動することができる。

さらに、本発明の別の観点によれば、 請求項１に記載の電源供給装置を備え、複数の機能を行うデバイスにおいて、
前記第１出力電源が印加され、前記デバイスの駆動状態を制御する制御部と、前記第２出力電源及び前記制御部から出力される制御信号が印加され、前記デバイスの機能を行うコンポーネントと、を備えることを特徴とする、デバイスが提供される。

上記デバイスの電源供給部においては、第２出力電源を用いて、第１出力電源及び第２出力電源の交差電圧安定度を向上させたり、コンポーネントが動作を行わない場合は、消費電力を低減したりする駆動モードで駆動することができる。

以上詳述したように本発明によれば、複数の電位レベルを有する電圧を供給する多重出力の電源供給装置において、パルス幅を制御する出力制御部を独立的に備えていない出力部から出力される出力電圧と、他の出力部から出力される出力電圧とについて、他の出力部から出力される出力電圧をフィードバックして電源供給部で制御することにより、交差電圧安定度向上させることができる。また、電源供給装置を用いる画像形成装置やデバイスが待機状態である場合には、使用しない出力電圧を所定のレベルで減少させることにより、消費電力を削減することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置を示すブロック図である。図１に示すように、画像形成装置１０００は、電源供給部１００、印刷制御部２００、及び印刷エンジン部３００を備えている。

具体的に、電源供給部１００は、スイッチングモード型電源供給装置（Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｍｏｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ：以下、ＳＭＰＳという）で構成され、ＳＭＰＳは印加される外部のＡＣ電源をＤＣ電源に変換し（ＡＣ／ＤＣコンバータ１０１）、変換されたＤＣ電源を所定レベルの電圧に低減して画像形成装置１０００内部の各部へ提供する。図１において、ＡＣ電源をＤＣ電源に変換する構成については開示しないが、ブリッジ整流回路などを介して具現できることは自明である。

電源供給部１００は、外部電源であるＤＣ入力電圧ＤＣ＿ＩＮが入力され、複数のＤＣ出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２を生成して出力する。すなわち、本実施の形態による電源供給部１００は、画像形成装置１０００の各部で用いられる定格電圧を生成して提供するために、複数の電圧を生成して出力する。

たとえば、印刷制御部２００は、マイクロコントローラ及びそれに接続される回路素子を備え、これらに用いられる定格電圧がたとえば５Ｖであれば、電源供給部１００は５Ｖを基準に許容誤差範囲内の第１出力電圧Ｖｏｕｔ１を生成して出力する。また、印刷エンジン部３００は、印刷作業を行うための駆動モータ及びこれに接続された転写ローラなどを備え、駆動モータ及び転写ローラの発熱などのために２４Ｖの定格電圧を使う場合には、２４Ｖを基準に許容誤差範囲内の第２出力電圧Ｖｏｕｔ２を生成して出力する。

特に、本実施の形態における電源供給部１００は、一つの１次側の巻線とこれに対向する複数の２次側の巻線を備えた一つの変圧器を含んで構成することができる。また、電源供給部１００は、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１及び第２出力電圧Ｖｏｕｔ２の間の交差電圧安定度を向上させるための安定化モードと、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１または第２出力電圧Ｖｏｕｔ２のいずれか一方の電源を必要としない場合、たとえば実質的に印刷動作を行わなくて印刷エンジン部３００の駆動を停止しても構わない場合の待機モードと、で駆動する。

印刷制御部２００は、電源供給部１００から出力される第１出力電圧Ｖｏｕｔ１により駆動され、印刷エンジン部３００の各構成要素を制御する駆動制御信号ＣＳ＿ｄｒｖを生成し、画像形成装置１０００の全般的な駆動を制御する。すなわち、印刷制御部２００は、印刷エンジン部３００の全般的な駆動を制御して、印刷用紙の積載、搬送、印刷データの印刷用紙への画像形成、形成された画像の定着、及び印刷結果物の排出を行い、さらには用紙詰まりなどの印刷エラーなどを判断するなど、画像形成装置１０００の駆動状態を制御する。

また、印刷制御部２００は、電源供給部１００が待機モードで駆動するための待機モード制御信号ＣＳ＿ｓｔｂを生成して出力する。このような待機モード制御信号ＣＳ＿ｓｔｂは、ユーザから印加される信号であることもできるし、印刷制御部２００において印刷データの処理が終了したと判断される際に自動で出力する信号であることもできる。

印刷エンジン部３００は、たとえば、画像形成装置１０００がレーザープリンタの場合、感光ドラム（ＯＰＣ ｄｒｕｍ）、現像器、及び定着器などから構成される定着部と、感光ドラム上にレーザービームを照射する光走査装置（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＬＳＵ）と、から構成され、印刷エンジン部３００の各部は電源供給部１００から出力される第２出力電圧Ｖｏｕｔ２と印刷制御部２００から出力される駆動制御信号ＣＳ＿ｄｒｖとにより駆動され、印刷データを印刷用紙上に所定の画像で形成する。

図２は、図１に示された電源供給部１００の実施の形態を示すブロック図である。同図に示すように、本実施の形態に係る電源供給部１００は、電源変換部１２０と、電源出力部１４０と、第１出力制御部１６０と、第２出力制御部１８０と、を備えている。

具体的に、電源変換部１２０は、外部電源であるＤＣ入力電圧ＤＣ＿ＩＮを所定のレベルに低減して複数の電位レベルの出力電圧Ｖｏｕｔ１’、Ｖｏｕｔ２’（第１出力初期電源、第２出力初期電源）を出力する。好ましくは、電源変換部１２０は、複数の出力電圧を提供するとともに、電源供給部１００で用いられる素子の数量を低減し、電源供給部１００のサイズを小さくするために、１次側の巻線を共用で使用して複数の２次巻線を有する変圧器から構成することができる。

また、電源変換部１２０は、スイッチングパルス信号が入力されるスイッチング回路部を更に含み、スイッチングパルス信号のパルス幅に応じて１次側の巻線に印加される電圧が制御され、誘導電圧を可変的に形成する。

電源出力部１４０は、電源変換部１２０からそれぞれ出力され、整流及び平滑されていない出力電圧Ｖｏｕｔ１’、Ｖｏｕｔ２’が印加され、整流及び平滑された出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２（第１出力電源、第２出力電源）をそれぞれ出力する第１出力部１４２及び第２出力部１４４を有している。

第１出力制御部１６０は、第１出力部１４２から出力される第１出力電圧Ｖｏｕｔ１がフィードバックされ、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１が変動する場合には、電源変換部１２０の駆動を制御する第１制御信号ＣＳ１（電源制御信号）を出力する。ここで、第１制御信号ＣＳ１はスイッチングパルス信号であり、第１制御信号ＣＳ１は第１出力電圧Ｖｏｕｔ１の電位変動に応じてそのパルス幅が変調される。パルス幅の変調された第１制御信号ＣＳ１は、電源変換部１２０に提供され、整流及び平滑されていない第１出力電圧Ｖｏｕｔ１’及び第２出力電圧Ｖｏｕｔ２’の電位を制御する。

第２出力制御部１８０は、第２出力部１４４から出力される第２出力電圧Ｖｏｕｔ２がフィードバックされ、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２を予め定義されている基準電圧Ｖｒｅｆ（基準値）と比較し、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２が許容誤差範囲（誤差許容範囲）の最大値を外れる場合、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１及び第２出力電圧Ｖｏｕｔ２の交差電圧安定度を向上させる安定化モードで電源出力部１４０を駆動させる。

また、第２出力制御部１８０には、図１に示された印刷制御部２００から出力される待機モード制御信号ＣＳ＿ｓｔｂと所定レベルの駆動電圧Ｖｃｃとが印加され、電源出力部１４０を待機モードで駆動させる。このような第２出力制御部１８０をより詳細に説明すると次の通りである。

図３は、図２に示された第２出力制御部１８０を具体的に示したブロック図である。図２及び図３に示すように、本実施の形態に係る第２出力制御部１８０は、第１スイッチング回路部１８２と、差分回路部１８４と、及び第２スイッチング回路部１８６とを有している。

具体的に、まず差分回路部１８４について説明すると、差分回路部１８４は第２出力部１４４から出力される第２出力電圧Ｖｏｕｔ２と予め定義されている基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２が基準電圧Ｖｒｅｆを基準に所定の誤差許容範囲の最大値Ｖｒｅｆ＿ｍａｘを外れる場合、安定化モードで電源出力部１４０を駆動するための安定化モード制御信号ＣＳ＿ｓｔａ（第１モード制御信号）を出力する。

また、第２スイッチング回路部１８６には、電源電圧Ｖｃｃ及び印刷制御部２００から出力される待機モード制御信号ＣＳ＿ｓｔｂ（第２モード制御信号）が印加され、選択的に電源電圧Ｖｃｃまたは接地電圧ＧＮＤを出力する。

さらに、第１スイッチング回路部１８２は、差分回路部１８４から出力される安定化モード制御信号ＣＳ＿ｓｔａに応答して安定化モードで駆動したり、待機モード制御信号ＣＳ＿ｓｔｂに応答して、第２スイッチング回路部１８６から出力される待機モードの信号により駆動したりする。

また、差分回路部１８４は前述した安定化モードで駆動しない場合には、第１スイッチング回路部１８２を非活性化させる電位レベルの信号を出力し、第２スイッチング回路部１８６も待機モードで駆動しない場合には、第１スイッチング回路部１８２を非活性化させる電位レベルの信号を出力する。これにより、第１スイッチング回路部１８２は非活性化され、電源出力部１４０は正常モードで駆動する。

ここで、正常モードとは、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１及び第２出力電圧Ｖｏｕｔ２を共に正常に出力し、同時に第２出力部１４４から出力される第２出力電圧Ｖｏｕｔ２が許容誤差範囲を超過しない範囲内の電位レベルを有する状態で駆動するモードのことを意味する。

このような第２出力制御部１８０の構成及びその駆動についてより具体的に説明すると次の通りである。図４は図２に示された電源供給部１００の実施の形態を示す回路図であり、図５は図４に示された第１スイッチング回路部１８２のスイッチング素子について動作領域を説明するための説明図である。また、図６及び図７は、図４に示された第２出力制御部１８０が正常モードから安定化モードで駆動する場合の各電圧及び電流値の変化波形を示す説明図であり、図８は図４に示された第２出力制御部１８０が正常モードから待機モードで駆動する場合の各電圧及び電流値の変化波形を示す説明図である。

図４に示すように、本実施の形態に係る電源供給部１００は、第１電源変換部１２２、第２電源変換部１２４及び第１スイッチング素子Ｑ１を有する電源変換部１２０と、第１出力部１４２及び第２出力部１４４を有する電源出力部１４０と、第１出力部１４２及び第１スイッチング素子Ｑ１に接続された第１出力制御部１６０と、第１出力部１４２及び第２出力部１４４に接続された第１スイッチング回路部１８２、差分回路部１８４、及び第２スイッチング回路部１８６を備えた第２出力制御部１８０と、を備えている。

具体的に、電源変換部１２０は１次側の巻線と１次側の巻線とに接続された第１スイッチング素子Ｑ１を有しており、第１電源変換部１２２は１次側の巻線と対向する２次側の第１巻線とを有しており、第２電源変換部１２４は１次側の巻線と対向する２次側の第２巻線とを有している。

第１スイッチング素子Ｑ１のゲート端子には、第１出力制御部１６０から出力される第１制御信号ＣＳ１が印加され、スイッチング動作を行う。電源出力部１４０は、第１ダイオードＤ１及び第１キャパシタＣ１から構成された第１出力部１４２と、第２ダイオードＤ２及び第２キャパシタＣ２から構成された第２出力部１４４を有している。ダイオードＤ１、Ｄ２及びキャパシタＣ１、Ｃ２は、第１電源変換部１２２及び第２電源変換部１２４のそれぞれから誘導された直流出力電圧をそれぞれ整流及び平滑する。

第１出力制御部１６０は、第１出力部１４２の第１ノードＮ１に接続され、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１がフィードバックされて、これに応答して直流入力電圧ＤＣ＿ＩＮが１次側の巻線に印加されるように制御するスイッチングパルス信号のパルス幅が変調された第１制御信号ＣＳ１を出力する。

第２出力制御部１８０は、安定化モードで駆動するための差分回路部１８４と待機モードで駆動するための第２スイッチング回路部１８６を含む。ここで、第２出力制御部１８０は差分回路部１８４のみを含むか、第２スイッチング回路部１８６のみを含んで構成することもでき、両者ともに含むように構成することもできる。

差分回路部１８４は、第２出力部１４４の第３ノードＮ３に接続され、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２がフィードバックされて、基準電圧Ｖｒｅｆとフィードバックされた第２出力電圧Ｖｏｕｔ２とを比較する誤差検出回路（オぺアンプ）と、検出された誤差を積分する積分回路Ｒ３、Ｃ３と、積分された比較結果を分圧して第１相で第１スイッチング回路部１８２が駆動するように第２制御信号ＣＳ２を出力する分配回路Ｒ４、Ｒ５と、及び第１スイッチング回路部１８２のいきなりのオン／オフ動作により過電流が流入されて第１スイッチング回路部１８２が損傷されることを防止するソフトスタート機能を行うための充電素子Ｃ４と、を有している。

第２スイッチング回路部１８６は、第３スイッチング素子Ｑ３を有しており、外部から印加される待機モード制御信号ＣＳ＿ｓｔｂに応答して待機モードで駆動する際には、第３スイッチング素子Ｑ３を第２相に活性化させ、電源電圧Ｖｃｃを第２制御信号ＣＳ２として出力する。また、第２スイッチング回路部１８６は、正常モードまたは安定化モードで電源出力部１４０が駆動する場合には、第３スイッチング素子Ｑ３を非活性化させて電源電圧Ｖｃｃが第２制御信号ＣＳ２として出力されることを防止する。

ここで、第１スイッチング素子Ｑ１及び第３スイッチング素子Ｑ３は、ｎｐｎ型またはｐｎｐ型トランジスタなどで多様に構成できることは自明である。第１スイッチング回路部１８２は、第１出力部１４２の第２ノードＮ２と第２出力部１４４の第４ノードＮ４とに接続され、第４ノードＮ４で分圧された整流されていない第１出力電圧Ｖｏｕｔ１’を整流する第３ダイオードＤ３と、差分回路部１８４または第２スイッチング回路部１８６から出力される第２制御信号ＣＳ２に応答して第１相または第２相に活性化される第２スイッチング素子Ｑ２と、を有している。

このとき、前述した差分回路部１８４及び第２スイッチング回路部１８６からそれぞれ出力される第２制御信号ＣＳ２は、第２スイッチング素子Ｑ２のゲート端子に共通して入力されるために、差分回路部１８４及び第２スイッチング回路部１８６はＯ−ｒｉｎｇ（オーリング）構造を有することが好ましい。

好ましくは、第２スイッチング素子Ｑ２は、バイパススイッチで構成される。ここで、前述した第１相及び第２相で駆動する第２スイッチング素子Ｑ２について図５に基づいて説明すると、バイパススイッチ（第２スイッチング素子Ｑ２）は斜線を引いた活性領域（ａｃｔｉｖｅ ｒｅｇｉｏｎ）において駆動される第１相と、直線状の終端点、すなわち飽和領域（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）において駆動する第２相で駆動する。

第１相で駆動する場合、バイパススイッチ（第２スイッチング素子Ｑ２）に所定レベルの電位が印加されると、これに対応してバイパススイッチ（第２スイッチング素子Ｑ２）のドレイン、ソース端子を経由して所定の電流が移動し、第２相で駆動する場合、バイパススイッチ（第２スイッチング素子Ｑ２）がオン、オフ動作で駆動し、第１スイッチング回路部１８２が第２ノードＮ２と第４ノードＮ４とをショートまたはオープンさせる。このようなバイパススイッチ（第２スイッチング素子Ｑ２）は、ＮＭＯＳトランジスタまたはＰＭＯＳトランジスタで構成することができる。

図４、図６、及び図７に基づいて、電源出力部１４０が安定化モードで駆動する方法について説明すると次の通りである。図６に示すように、まず正常モード（ｎｏｍａｌ ｍｏｄｅ）、すなわち第２出力部１４４から出力される第２出力電圧Ｖｏｕｔ２が許容誤差範囲を超過しない範囲内の電位レベルで出力されるモードは時点t１までであり、時点ｔ１に至るまでは差分回路部１８４の出力は誤差がネガティブ（−）の値を有するため０電圧を出力する。従って、差分回路部１８４では第２制御信号ＣＳ２を出力せず、第１スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作に応じて１次側の巻線には直流入力電圧ＤＣ＿ＩＮによって引き起こされる電流ｉｐが印加される。これにより、第１電源変換部１２２及び第２電源変換部１２４それぞれの２次側の巻線には、１次側の巻線との巻線比に応じてそれぞれ誘導電圧が形成される。

第１電源変換部１２２及び第２電源変換部１２４のそれぞれに形成された誘導電圧は、第１出力部１４２のダイオードＤ１及びキャパシタＣ１と第２出力部１４４のダイオードＤ２及びキャパシタＣ２によって整流及び平滑され、直流出力電圧（第１出力電圧Ｖｏｕｔ１及び第２出力電圧Ｖｏｕｔ２）として出力される。

次に、時点ｔ１〜時点ｔ２において、第２出力部１４４の負荷端のインピーダンスが変動すると、第２出力部１４４の第２出力電圧Ｖｏｕｔ２は基準電圧Ｖｒｅｆより上昇し始める。時点ｔ２において第２出力電圧Ｖｏｕｔ２が許容誤差範囲の最大値Ｖｒｅｆ＿ｍａｘに到達すると、差分回路部１８４の積分回路Ｒ３、Ｃ３の時定数により誤差検出回路（オペアンプ）で一定の時定数を有する第２制御信号ＣＳ２が出力される。このとき、第２制御信号ＣＳ２は第２出力電圧Ｖｏｕｔ２に応じて変動されるため、第２スイッチング素子Ｑ２は第２出力電圧Ｖｏｕｔ２が基準電圧Ｖｒｅｆで固定されるように、図５に示された直線状の線形領域で動作する。

誤差検出回路（オペアンプ）が駆動することにより第１スイッチング回路部１８２の第２スイッチング素子Ｑ２のドレイン、ソース間のインピーダンスが減少し、第２スイッチング素子Ｑ２に流入して第４ノードＮ４から第２ノードＮ２へと移動する電流ｉＱ２は増加することになる。

これにより、第２出力部１４４の第２ダイオードＤ２に流入する電流ｉＤ２は減少するようになり、結果的に時点ｔ３に至ると、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２の出力は基準電圧Ｖｒｅｆの許容誤差範囲の最大値Ｖｒｅｆ＿ｍａｘを超過しなくなり、第２出力部１４４から過電圧が出力されることを防止する。

図７に示すように、第２スイッチング素子Ｑ２に安定化モードで駆動するための第２制御信号ＣＳ２が印加されることにより電源出力部１４０は安定化モードで駆動し、直流入力電圧ＤＣ＿ＩＮにより電源変換部１２０の１次側の巻線に印加される電流ｉｐから誘導され第１出力部１４２に印加される電流ｉＤ１は、第１相で第１スイッチング回路部１８２が駆動することにより第２スイッチング素子Ｑ２に流入される電流ｉＱ２の量だけ減少して印加される。また、第２出力部１４４に流入される電流ｉＤ２は、第１スイッチング回路部１８２が駆動することにより第２スイッチング素子Ｑ２に流入する電流ｉＱ２の量だけ減少する。

図４、図８に基づいて、電源出力部１４０が待機モードで駆動する方法について説明すると次の通りである。まず、正常モード（ｎｏｍａｌ ｍｏｄｅ）、すなわち第２出力部１４４から出力される第２出力電圧Ｖｏｕｔ２が許容誤差範囲を超過しない範囲内の電位レベルで出力されるt１時点に至るまでの駆動は図６に基づいて説明した通りである。

時点ｔ１において外部から待機モード制御信号ＣＳ＿ｓｔｂが印加されると、第２スイッチング回路部１８６の第３スイッチング素子Ｑ３がターンオフする。時点ｔ１の以降、すなわち待機モードで電源出力部１４０が駆動する場合、第３スイッチング素子Ｑ３はオン／オフ動作で駆動する。ここで、待機モード制御信号ＣＳ＿ｓｔｂが第３スイッチング素子Ｑ３をターンオフさせるために論理ハイから論理ロウに変動されると示したが、第３スイッチング素子Ｑ３、第２スイッチング素子Ｑ２の種類に応じて多様に変更することができる。

第３スイッチング素子Ｑ３がターンオフすることにより第５ノードＮ５は電源電圧Ｖｃｃの電位レベルで形成され、これにより第２制御信号ＣＳ２は電源電圧Ｖｃｃの電位レベルで出力され、第１スイッチング回路部１８２の第２スイッチング素子Ｑ２はターンオンする。このとき、第２スイッチング素子Ｑ２は図５に示された飽和領域において駆動される。

第２スイッチング素子Ｑ２が飽和領域においてターンオンすることにより、第１スイッチング回路部１８２は活性化され第４ノードＮ４と第２ノードＮ２とが同一の電位レベルを有するように形成する。従って、第２スイッチング素子Ｑ２に印加される電流ｉＱ２は増加し、これにより第１電源変換部１２２から第１ダイオードＤ１を介して負荷端に印加される電流ｉＤ１と、第２電源変換部１２２から第２ダイオードＤ２を介して負荷端に印加される電流ｉＤ２は減少するようになる。

これにより、第２出力部１４４から出力される第２出力電圧Ｖｏｕｔ２は、実質的に第１出力部１４２から出力される第１出力電圧Ｖｏｕｔ１と同一の電位レベルを有するように出力され、第２出力部１４４で発生する漏れ電流を減少させることができる。従って、第２出力部１４４における電流消費量を減少させることになる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

実施の形態においては、図１で画像形成装置について説明したがこれに限られるものではなく、多重出力の電源供給部を備える他のデバイスにも適用できる。その場合は、印刷制御部は制御部とすることができ、印刷エンジン部はコンポーネントとすることができる。

本発明は、複数の電位レベルを有する多重出力の電源供給装置、電源供給装置の電源出力制御方法、電源供給装置を備えた画像形成装置、及びデバイスに適用可能である。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置を示すブロック図である。 図１に示された電源供給部の実施の形態を示すブロック図である。 図２に示された第２出力制御部を具体的に示すブロック図である。 図２に示された電源供給部の実施の形態を示す回路図である。 図４に示されたスイッチング素子の動作領域を示す説明図である。 図４に示された第２出力制御部が正常モードから安定化モードで駆動される場合の波形を示す説明図である。 図４に示された第２出力制御部が安定化モードで駆動される場合の第１制御信号に対する波形を示す説明図である。 図４に示された第２出力制御部が正常モードから待機モードで駆動される場合の波形を示す説明図である。 一般的なＰＷＭ制御方式を用いるスイッチング電源供給装置の一例を示す説明図である。 従来の多重出力電源供給装置の一例を示すブロック図である。 従来の多重出力電源供給装置の他の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１００ 電源供給部
１２０ 電源変換部
１４０ 電源出力部
１４２ 第１出力部
１４４ 第２出力部
１６０ 第１出力制御部
１８０ 第２出力制御部
１８２ 第１スイッチング回路部
１８４ 差分回路部
１８６ 第２スイッチング回路部
２００ 印刷制御部
３００ 印刷エンジン部
１０００ 画像形成装置

Claims (8)

1. 外部電源及び電源制御信号に応答して、第１出力初期電源及び第２出力初期電源をそれぞれ生成する電源変換部と、
   前記第１出力初期電源及び前記第２出力初期電源をそれぞれ整流及び平滑して第１出力電源及び第２出力電源を出力する電源出力部と、
   前記電源出力部から出力された前記第１出力電源がフィードバックされ、前記電源制御信号を生成する第１出力制御部と、
   前記電源出力部から出力された前記第２出力電源がフィードバックされ、前記電源出力部の駆動モードを制御する第２出力制御部と、
   を備え、
   前記駆動モードは、
   前記第２出力電源を、予め定義されている基準値に対して誤差許容範囲内の電圧レベルで出力する正常モードと、
   前記第２出力電源が前記誤差許容範囲を超過する電圧レベルで出力された場合に、前記第２出力電源を前記誤差許容範囲内の電圧レベルで出力するように前記電源出力部を制御する安定化モードと、を含み、
   前記電源出力部は、前記第１出力電源及び前記第２出力電源をそれぞれ出力する第１出力部及び第２出力部を有し、
   前記第２出力制御部は、前記第１出力部と前記第２出力部とを相互接続し、
   前記第２出力制御部は、前記第１出力部に一端が接続されて前記第２出力部に他端が接続される第１スイッチング回路部と、
   前記第２出力制御部は、前記第２出力電源がフィードバックされ、前記第２出力電源が予め定義されている前記基準値に対して前記誤差許容範囲内で出力されるようにする安定化モードで前記電源出力部が駆動されるべく、第１モード制御信号を生成する差分回路部と、を含み、
   前記第１スイッチング回路部は、前記第１モード制御信号に応じて活性化され、
   前記第１スイッチング回路部は、前記第１モード制御信号に応じて活性化されるバイパススイッチと、
   前記バイパススイッチと直列接続され、前記電源変換部から出力される前記第２出力電源を整流する整流素子と、を含む、ことを特徴とする電源供給装置。
2. 前記駆動モードは、更に、前記第２出力電源の電圧レベルを減少させ、前記電源出力部の電力消費量が減少するように前記電源出力部を制御する待機モードを含み、
   前記第２出力制御部は、更に、外部制御信号に応じて活性化され、前記第２出力電源の電圧レベルを減少させて前記電源出力部の電力消費量が減少されるようにする待機モードで前記電源出力部が駆動されるべく、第２モード制御信号を生成する第２スイッチング回路部を含み、
   前記第１スイッチング回路部は、前記第２モード制御信号に応じて活性化され、
   前記差分回路部と前記第２スイッチング回路部とは、それぞれ前記第１モード制御信号及び前記第２モード制御信号を前記第１スイッチング回路部に提供するために、ＯＲ−ｉｎｇ構造で構成されることを特徴とする、請求項１に記載の電源供給装置。
3. 前記バイパススイッチは、前記待機モードで駆動する際には前記バイパススイッチ駆動の飽和領域において駆動し、前記安定化モードで駆動する際には前記飽和領域の間の線形領域において駆動することを特徴とする、請求項２に記載の電源供給装置。
4. 前記差分回路部は、前記第２出力電源と前記基準値との間の差電圧を用いて前記第１モード制御信号を生成することを特徴とする、請求項１に記載の電源供給装置。
5. 前記差分回路部は、前記第１スイッチング回路部への過電流の流入を防止するための充電素子を含むことを特徴とする、請求項４に記載の電源供給装置。
6. 請求項１に記載の電源供給装置を備え、印刷データが印加されて印刷動作を行なう画像形成装置において、
   前記第１出力電源が印加され、前記印刷動作及び前記画像形成装置の駆動状態を制御する印刷制御部と、
   前記第２出力電源及び前記印刷制御部から出力される制御信号が印加され、前記印刷動作を行なう印刷エンジン部と、
   を備える、ことを特徴とする、画像形成装置。
7. 請求項２に記載の電源供給装置を備え、印刷データが印加されて印刷動作を行なう画像形成装置において、
   前記第１出力電源が印加され、前記印刷動作及び前記画像形成装置の駆動状態を制御する印刷制御部と、
   前記第２出力電源及び前記印刷制御部から出力される制御信号が印加され、前記印刷動作を行なう印刷エンジン部と、
   を備える、ことを特徴とする、画像形成装置。
8. 請求項１に記載の電源供給装置を備え、複数の機能を行うデバイスにおいて、
   前記第１出力電源が印加され、前記デバイスの駆動状態を制御する制御部と、
   前記第２出力電源及び前記制御部から出力される制御信号が印加され、前記デバイスの機能を行うコンポーネントと、
   を備えることを特徴とする、デバイス。
   

Images