特許 7010140 電源装置および画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-17

(45)【発行日】2022-01-26

(54)【発明の名称】電源装置および画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20220119BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018097200

(22)【出願日】2018-05-21

(65)【公開番号】P2019205234

(43)【公開日】2019-11-28

【審査請求日】2021-02-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】中山 俊太郎

(72)【発明者】

【氏名】岡田 憲和

(72)【発明者】

【氏名】川村 啓之

(72)【発明者】

【氏名】山下 友主

(72)【発明者】

【氏名】細谷 隼平

【審査官】麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２２０４６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０４５７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０５７３８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／２８

Ｂ４１Ｊ ２９／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

機器に対して電源を供給する電源装置であって、
交流電圧を変換することにより第１の直流電圧を出力するコンバータと、
第２の直流電圧を出力する蓄電装置と、
前記第１の直流電圧を分圧することによって得られる第３の直流電圧に基づいて、前記コンバータのスイッチング動作をフィードバック制御することにより、前記第１の直流電圧を安定化するフィードバック制御部と、
前記コンバータへの前記交流電圧の供給が途絶えたとき、ブロックコンデンサに蓄積された電荷を放電する放電手段と、
前記放電による放電電流によって動作し、前記分圧のための回路構成を切り替えて、前記第３の直流電圧を変化させることにより、前記スイッチング動作を停止させる切替手段と、
前記スイッチング動作の停止に伴って、前記機器が備える起動スイッチを無効化する無効化手段と
を備えることを特徴とする電源装置。

【請求項2】

前記無効化手段は、
前記スイッチング動作の停止に伴って、前記第１の直流電圧が比較対象とする電圧値を下回ったとき、前記起動スイッチを無効化する
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

【請求項3】

前記無効化手段は、
前記フィードバック制御部から出力される前記スイッチング動作の制御信号に基づいて、前記スイッチング動作の停止状態が所定時間以上継続したことを検知したとき、前記起動スイッチを無効化する
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

【請求項4】

前記無効化手段から、前記起動スイッチを無効化する信号を受信したとき、前記フィードバック制御部を停止させ、前記放電手段から、前記コンバータへの前記交流電圧の供給が再開されたことを示す信号を受信したとき、前記フィードバック制御部の停止を解除するラッチ回路
をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電源装置。

【請求項5】

前記切替手段は、フォトカプラである
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電源装置。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一項に記載の電源装置
を備えることを特徴とする画像形成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源装置および画像形成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、画像形成装置等の機器が備える電源装置では、交流電源から供給された交流電圧から直流電圧へ変換するＡＣ－ＤＣコンバータが用いられている。一般的に、ＡＣ－ＤＣコンバータは、平滑化のためブロックコンデンサを用いており、このコンデンサには通電時に電荷が蓄積される。このため、画像形成装置等の機器では、停電等により交流電圧の供給が途絶えている場合であっても、ブロックコンデンサに蓄積された電荷により、主電源をＯＮすると一時的に起動してしまう虞がある。このとき、蓄積されていた電荷がすべて放電され、起動中に電源供給が停止してしまうと、データ破損などの事態を招く虞がある。

【0003】

下記特許文献１には、画像形成装置において、電源プラグが抜かれた状態で、電源供給部およびコントローラの残留電荷によって起動してしまわないようにすることを目的として、残留電荷を検出し、その残留電荷が所定値以上の場合、スイッチの操作による起動を制限する技術が開示されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の電源装置では、コンバータの残留電荷または出力電圧の低下により、停電を検知する構成を採用しているため、残留電荷または出力電圧の低下を検知するための回路を追加で設ける必要があり、コストを抑制することができなかった。また、従来の電源装置では、残留電荷または出力電圧が、停電が検知されるレベルに低下するまで、多くの時間を要していた。

【0005】

本発明は、上述した従来技術の課題を解決するため、電源装置において、コストの増加を抑制しつつ、起動スイッチの無効化にかかる時間を短時間化できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決するために、本発明の電源装置は、機器に対して電源を供給する電源装置であって、交流電圧を変換することにより第１の直流電圧を出力するコンバータと、第２の直流電圧を出力する蓄電装置と、第１の直流電圧を分圧することによって得られる第３の直流電圧に基づいて、コンバータのスイッチング動作をフィードバック制御することにより、第１の直流電圧を安定化するフィードバック制御部と、コンバータへの交流電圧の供給が途絶えたとき、ブロックコンデンサに蓄積された電荷を放電する放電手段と、放電による放電電流によって動作し、分圧のための回路構成を切り替えて、第３の直流電圧を変化させることにより、スイッチング動作を停止させる切替手段と、スイッチング動作の停止に伴って、機器が備える起動スイッチを無効化する無効化手段とを備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、電源装置において、コストの増加を抑制しつつ、起動スイッチの無効化にかかる時間を短時間化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の電源システム構成を示す図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る電源装置の動作タイミングを示す図である。

【図3】従来の電源装置の動作タイミングを示す図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係る画像形成装置の電源システム構成を示す図である。

【図5】本発明の第３実施形態に係る画像形成装置の電源システム構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。

【0010】

（画像形成装置１０の構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置１０の電源システム構成を示す図である。図１に示すように、画像形成装置１０の電源システムは、コントローラ１２、起動スイッチ１４、および電源装置１００を備える。

【0011】

コントローラ１２は、画像形成装置１０の各機能（例えば、プリンタ、ＦＡＸ、スキャナ等）を制御する装置である。コントローラ１２は、「オフ」、「低消費電力モード」、および「通常動作モード」を有する。「オフ」は、対象機器の制御を行わずに電力を消費しない動作モードである。「低消費電力モード」は、一部の機能を停止させることにより低消費電力化を図る動作モードである。「通常動作モード」は、一部の機能の停止を行わず、当該一部の機能を直ちに利用可能とする動作モードである。

【0012】

起動スイッチ１４は、コントローラ１２の動作モードを、ユーザの手動操作により、「オフ」と、「低消費電力モード」と、「通常動作モード」との間で切り替えるための装置である。例えば、コントローラ１２は、「低消費電力モード」において起動スイッチ１４が押下された場合、「低消費電力モード」から復帰し、「通常動作モード」へ遷移する。また、コントローラ１２は、「通常動作モード」において起動スイッチ１４が押下された場合、「通常動作モード」から「低消費電力モード」へ遷移する。コントローラ１２は、起動スイッチ１４を無効化する信号を判定回路１５０から受け取った場合、起動スイッチ１４を無効化する。この場合、コントローラ１２は、「低消費電力モード」において起動スイッチ１４が押下された場合であっても、「低消費電力モード」を維持する。

【0013】

電源装置１００は、コンバータ１１０、ＦＢ（Feed Back）制御部１２０、放電回路１３０、蓄電装置１４０、判定回路１５０、および出力切替回路１４５を備える。

【0014】

コンバータ１１０は、交流電源から供給された交流電圧Ｖｉｎを直流電圧５ＶＸに変換して出力する回路である。コンバータ１１０は、ＦＥＴ１１１を備えている。ＦＥＴ１１１は、ＦＢ制御部１２０によってスイッチング動作がフィードバック制御されることにより、コンバータ１１０の出力電圧が安定化するように動作する。

【0015】

ＦＢ制御部１２０は、コンバータ１１０の出力電圧５ＶＸをフィードバックすることにより、コンバータ１１０が備えるＦＥＴ１１１のスイッチング動作を制御し、出力電圧５ＶＸを安定化させる。具体的には、ＦＢ制御部１２０は、出力電圧５ＶＸを抵抗Ｒ１およびＲ２によって分圧することによって得られた電圧を出力電圧５ＶＸ'とし、出力電圧５ＶＸ'が所定のリファレンス電圧Ｖｒｅｆよりも大きい場合、ＦＥＴ１１１のオン時間が比較的小さくなり、出力電圧５ＶＸ'が所定のリファレンス電圧Ｖｒｅｆよりも小さい場合、ＦＥＴ１１１のオン時間が比較的大きくなるように、制御信号ＴＲＧによって、ＦＥＴ１１１のスイッチング動作を制御する。

【0016】

放電回路１３０は、停電等によって交流電圧Ｖｉｎが遮断されたとき、コンバータ１１０が備えるブロックコンデンサ１１２に蓄積された電荷を放電する。

【0017】

蓄電装置１４０は、直流電圧５Ｖｂａｔを蓄電および出力する。出力切替回路１４５は、コントローラ１２へ供給される電力を、蓄電装置１４０から出力される電力と、コンバータ１１０から出力される電力との間で切り替える。例えば、出力切替回路１４５は、コントローラ１２が「通常動作モード」にあるとき、コンバータ１１０から出力された直流電圧５ＶＸを、コントローラ１２へ出力する。また、出力切替回路１４５は、コントローラ１２が「低消費電力モード」にあるとき、蓄電装置１４０から出力された直流電圧５Ｖｂａｔを、コントローラ１２へ出力する。なお、蓄電装置１４０は、コントローラ１２が「通常動作モード」にあるとき、充電回路によりコントローラ１２からの出力電圧５ＶＸによって充電される。

【0018】

判定回路１５０は、「無効化手段」の一例である。判定回路１５０は、スイッチング動作の停止に伴って、起動スイッチ１４を無効化する。具体的には、判定回路１５０は、５Ｖｂａｔを分圧することによって得られた電圧５Ｖｂａｔ'と、コンバータ１１０の出力電圧５ＶＸとを比較することにより、起動スイッチ１４の無効化の判定を行う。そして、判定回路１５０は、起動スイッチ１４の無効化の判定結果を示す信号を、コントローラ１２へ出力する。これにより、判定回路１５０は、起動スイッチ１４を無効化する。

【0019】

ここで、従来の電源装置は、停電検知回路および残留電荷検知回路を備えている。停電検知回路は、交流電源からの電力の供給が途絶えたことを検知することにより停電を検知する回路である。残留電荷検知回路は、停電が検知されたときに、コンバータが備えるブロックコンデンサの残留電荷を検知する回路である。

【0020】

従来の電源装置において、停電検知回路の検知結果および残留電荷検知回路の検知結果は、判定回路に入力され、当該判定回路によって起動スイッチの無効化の判定を行うために用いられる。具体的には、判定回路は、停電検知回路によって停電が検知されると、残留電荷検知回路によって検知された残留電荷（すなわち、コンバータの出力電圧）が所定の閾値以下まで低下したタイミングで、起動スイッチを無効化する。

【0021】

一方、第１実施形態の電源装置１００は、停電検知回路および残留電荷検知回路を備えていない。その代わりに、電源装置１００は、放電回路１３０にフォトカプラ１０１（「切替手段」の一例）を構成する発光素子１０１Ａが設けられており、ＦＢ制御部１２０にフォトカプラ１０１を構成する受光素子１０１Ｂが設けられている。また、電源装置１００は、５Ｖｂａｔを分圧することによって得られた電圧５Ｖｂａｔ'と、コンバータ１１０の出力電圧５ＶＸとが、判定回路１５０に入力される構成を有している。

【0022】

判定回路１５０は、５Ｖｂａｔ'を分圧することによって得られた電圧５Ｖｂａｔ'と、出力電圧５ＶＸとを比較することにより、起動スイッチ１４の無効化の判定を行う。判定回路１５０による判定結果は、コントローラ１２へ出力される。例えば、判定回路１５０は、「起動スイッチ１４を無効化しない」と判定した場合、Ｈｉ信号を出力し、「起動スイッチ１４を無効化する」と判定した場合、起動スイッチ無効化信号（Ｌｏｗ信号）を出力する。コントローラ１２は、起動スイッチ無効化信号を判定回路１５０から受け取った場合、起動スイッチ１４を無効化する。

【0023】

（電源装置１００の動作）
図２は、本発明の第１実施形態に係る電源装置１００の動作タイミングを示す図である。図２に示すように、本実施形態の電源装置１００では、交流電源からの交流電圧Ｖｉｎが遮断されると（タイミングｔ１－１）、放電回路１３０による放電が開始され、ブロックコンデンサ１１２の残留電荷Ｖｃが低下し始める。この際、放電回路１３０に電流Ｉｐｃが流れ、フォトカプラ１０１がオンに切り替わる。

【0024】

これにより、ＦＢ制御部１２０においては、出力電圧５ＶＸを抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２によって分圧する構成から、出力電圧５ＶＸを抵抗Ｒ２のみによって分圧する構成に切り替わるため、出力電圧５ＶＸを分圧することによって得られる電圧５ＶＸ'が、所定のリファレンス電圧Ｖｒｅｆよりも瞬時に大きくなる。その結果、ＦＢ制御部１２０から出力される制御信号ＴＲＧがオフとなり、ＦＥＴ１１１のスイッチング動作が直ちに停止して、出力電圧５ＶＸの降下が開始される（タイミングｔ１－２）。

【0025】

そして、出力電圧５ＶＸが、電圧５ＶＸ'を下回ると（タイミングｔ１－３）、判定回路１５０が、「起動スイッチ１４を無効化する」と判定し、この判定結果を示す起動スイッチ無効化信号をコントローラ１２へ出力することにより、コントローラ１２が、起動スイッチ１４を無効化する。

【0026】

このように、第１実施形態の電源装置１００は、コンバータおよび放電回路に加えて、停電検知回路および残留電荷検知回路を設ける必要がないため、コストの増加を抑制することができる。また、第１実施形態の電源装置１００は、停電等による交流電圧の遮断後、直ちにスイッチング動作が停止するため、コンバータの出力電圧の低下開始タイミングの遅れを抑制し、起動スイッチの無効化にかかる時間を短時間化することができる。したがって、第１実施形態の電源装置１００によれば、コストの増加を抑制しつつ、起動スイッチの無効化にかかる時間を短時間化することができる。

【0027】

〔比較例〕
図３は、従来の電源装置の動作タイミングを示す図である。図３に示すように、従来の電源装置では、交流電源からの交流電圧Ｖｉｎが遮断されると（タイミングｔ２－１）、放電回路による放電が開始され、ブロックコンデンサ１１２の電圧Ｖｃが低下し始める。

【0028】

そして、残留電荷検知回路により、ブロックコンデンサ１１２の電圧Ｖｃが、所定の電圧閾値を下回ったことが検知されると（タイミングｔ２－２）、判定回路が、「起動スイッチを無効化する」と判定し、この判定結果を示す起動スイッチ無効化信号をコントローラへ出力することにより、起動スイッチが無効化される。この場合、図３に示すように、電圧Ｖｃが所定の電圧閾値を下回るまでに比較的多くの時間がかかるため、交流電圧Ｖｉｎが遮断されてから、起動スイッチが無効化されるまでに、比較的多くの時間がかかる。

【0029】

または、出力電圧５ＶＸが、所定の電圧閾値を下回ったことが検知されると（タイミングｔ２－３）、判定回路が、「起動スイッチを無効化する」と判定し、この判定結果を示す起動スイッチ無効化信号をコントローラへ出力することにより、起動スイッチが無効化される。この場合、図３に示すように、交流電圧Ｖｉｎの遮断後、しばらくの間スイッチング動作が継続するため、出力電圧５ＶＸの出力電圧の低下開始タイミングに遅れが生じ、よって、起動スイッチが無効化されるまでに、より多くの時間がかかる。

【0030】

このように、従来の電源装置は、コンバータおよび放電回路に加えて、停電検知回路および残留電荷検知回路を設ける必要があるため、コストの増加を抑制することができない。また、従来の電源装置は、停電等による交流電圧の遮断後、起動スイッチを無効化するための条件が成立するまでに時間がかかるため、起動スイッチの無効化にかかる時間を短時間化することができない。

【0031】

〔第２実施形態〕
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。以下、第２実施形態に係る画像形成装置１０Ａに関し、第１実施形態の画像形成装置１０からの変更点について説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る画像形成装置１０Ａの電源システム構成を示す図である。図４に示すように、画像形成装置１０Ａの電源システムは、電源装置１００の代わりに電源装置１００Ａを備える。

【0032】

電源装置１００Ａは、ＦＢ制御部１２０および判定回路１５０の代わりに、ＦＢ制御部１２０Ａおよび判定回路１５０Ａを備える。ＦＢ制御部１２０Ａは、フォトカプラを構成する発光素子１０２Ａが設けられている。判定回路１５０Ａは、フォトカプラ１０２を構成する受光素子１０２Ｂが設けられている。

【0033】

電源装置１００Ａでは、ＦＢ制御部１２０から出力される制御信号ＴＲＧがオフになると、フォトカプラ１０２がオフに切り替わる。判定回路１５０Ａは、フォトカプラ１０２を監視しており、フォトカプラ１０２のオフ状態が所定時間以上継続したことを検知すると、「起動スイッチ１４を無効化する」と判定し、この判定結果を示す起動スイッチ無効化信号をコントローラ１２へ出力する。これにより、コントローラ１２が、起動スイッチ１４を無効化する。

【0034】

このように、第２実施形態の電源装置１００Ａは、停電検知回路および残留電荷検知回路を設ける必要なく、停電等による交流電圧の遮断後、直ちにスイッチング動作を停止することができ、さらに、出力電圧５ＶＸが所定の電圧閾値を下回る前に、起動スイッチ１４を無効化することができる。したがって、第２実施形態の電源装置１００Ａによれば、コストの増加を抑制しつつ、起動スイッチの無効化にかかる時間を短時間化することができる。

【0035】

〔第３実施形態〕
次に、図５を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。以下、第３実施形態に係る画像形成装置１０Ｂに関し、第１実施形態の画像形成装置１０からの変更点について説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係る画像形成装置１０Ｂの電源システム構成を示す図である。図５に示すように、画像形成装置１０Ｂの電源システムは、電源装置１００の代わりに電源装置１００Ｂを備える。

【0036】

電源装置１００Ｂは、ＦＢ制御部１２０および放電回路１３０の代わりに、ＦＢ制御部１２０Ｂおよび放電回路１３０Ｂを備える。ＦＢ制御部１２０Ｂは、ラッチ回路１２１が設けられている。ラッチ回路１２１は、判定回路１５０から出力された起動スイッチ無効化信号を受信すると、ＦＢ回路を停止し、その状態を保持する。放電回路１３０Ｂは、交流電圧Ｖｉｎの遮断が解除されたときに、停電解除信号ＣＬＲをラッチ回路１２１へ出力する構成を有している。ラッチ回路１２１は、停電解除信号ＣＬＲを受信すると、ＦＢ回路の停止を解除する。

【0037】

このように、第３実施形態の電源装置１００Ｂは、放電回路１３０Ｂからラッチ回路１２１へ停電解除信号ＣＬＲが出力されない限り、スイッチング動作が再開されないようになっている。これにより、例えば、交流電圧Ｖｉｎの遮断が解消されていないにも関わらず、フォトカプラ１０１がオフに切り替わったときに、ブロックコンデンサ１１２の電荷が空となっておらず、出力電圧５ＶＸ'が所定のリファレンス電圧Ｖｒｅｆよりも大きくなってしまった場合であっても、スイッチング動作が再開されることはないため、起動スイッチ１４の無効化状態が誤って解除されてしまうことを防止することができる。

【0038】

以上、本発明の好ましい実施形態および実施例について詳述したが、本発明はこれらの実施形態および実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。

【0039】

例えば、上記各実施形態では、本発明を画像形成装置用の電源装置に適用する例を説明したが、これに限らず、本発明は、如何なる用途の電源装置にも適用することが可能である。

【符号の説明】

【0040】

１０，１０Ａ，１０Ｂ 画像形成装置
１２ コントローラ
１４ 起動スイッチ
１００，１００Ａ，１００Ｂ 電源装置
１０１ フォトカプラ（切替手段）
１１０ コンバータ
１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ ＦＢ制御部
１２１ ラッチ回路
１３０，１３０Ｂ 放電回路（放電手段）
１４０ 蓄電装置
１５０ 判定回路（無効化手段）
１４５ 出力切替回路

【先行技術文献】

【特許文献】

【0041】

【文献】特開２０１４－１７７０３８号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】