特許 7182859 電源装置および記録装置

(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】2022-11-25

(45)【発行日】2022-12-05

(54)【発明の名称】電源装置および記録装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20221128BHJP

   H02H 7/20 20060101ALI20221128BHJP

   H02H 7/12 20060101ALI20221128BHJP

   B41J 29/38 20060101ALI20221128BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 C

H02H7/20 A

H02H7/12 G

B41J29/38 104

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2017155750

(22)【出願日】2017-08-10

(65)【公開番号】P2019037034

(43)【公開日】2019-03-07

【審査請求日】2020-07-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】笠原 隆史

【審査官】白井 孝治

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０６７５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３５２６８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／００～ ３／４４

Ｈ０２Ｈ ７／１２

Ｈ０２Ｍ ７／２０

Ｂ４１Ｊ２９／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

制御信号に基づいて出力電圧を切替可能な電源装置であって、
第１の巻線と第２の巻線と第３の巻線とを有し、前記第１の巻線から供給される電流を前記第２の巻線に供給するトランスと、
前記第１の巻線および制御ＩＣに接続されたスイッチング素子と、
前記 第３の巻線である前記トランスの補助巻線からの出力を整流してＮＰＮトランジスタのコレクタに入力するために設けられており、前記補助巻線と接続された第１のダイオード及び第１のコンデンサと、
アノードがグラウンドに接続される第１のツェナーダイオードと、
前記ＮＰＮトランジスタと前記第１のツェナーダイオードのカソードとの間に接続された第１の抵抗と、
前記ＮＰＮトランジスタのベースとコレクタ間に設けられ、前記第１の抵抗と直列に接続される第２の抵抗と、
前記ＮＰＮトランジスタのコレクタとエミッタを介して前記トランスの前記補助巻線に接続されたＶｃｃ端子に供給される電力に基づき動作し、かつ前記スイッチング素子を駆動する信号のＯＮとＯＦＦを制御する前記制御ＩＣである制御手段と、
前記ＮＰＮトランジスタと前記Ｖｃｃ端子との間の接続点に接続され、前記ＮＰＮトランジスタにより充電される第２のコンデンサと、
前記第２の巻線からの出力を整流して前記出力電圧を生成し、前記第２の巻線に接続された第２のダイオード及び第３のコンデンサとを備え、
前記ＮＰＮトランジスタのベースは、前記第１の抵抗と前記第１のツェナーダイオードとを介してグラウンドに接続され、
前記制御手段は、前記Ｖｃｃ端子の電圧値を判定し、前記Ｖｃｃ端子の電圧値が規定電圧Ｖｏｖｐよりも高い場合、前記電源装置の駆動を停止するよう制御することを特徴とする電源装置。

【請求項2】

前記補助巻線からの出力を前記第１のダイオード及び前記第１のコンデンサにより整流された整流電圧をＶａｕｘ、前記第１のツェナーダイオードにおける電圧をＶＺ１、前記第１の抵抗の抵抗値をＲ１、前記第２の抵抗の抵抗値をＲ２、前記ＮＰＮトランジスタにおけるエミッタとベースとの間の電圧をＶｅｂとした場合、前記Ｖｃｃ端子の電圧値Ｖｃｃは、

に示される関係を有し、
前記制御手段は、前記電圧値Ｖｃｃが前記規定電圧Ｖｏｖｐより高い場合に前記電源装置の駆動を停止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ＮＰＮトランジスタのコレクタとベースとの間に、さらに第２のツェナーダイオードが前記第２の抵抗と並列に設けられ、
前記補助巻線からの出力を前記第１のダイオード及び前記第１のコンデンサにより整流された整流電圧をＶａｕｘ、前記第２のツェナーダイオードにおける電圧をＶＺ２、前記ＮＰＮトランジスタにおけるエミッタとベースとの間の電圧をＶｅｂとした場合、前記第１のダイオード及び前記第１のコンデンサにより整流された整流電圧Ｖａｕｘが前記第２のツェナーダイオードに導通している条件において、前記Ｖｃｃ端子の電圧値Ｖｃｃは、

を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

【請求項4】

第３の抵抗と、
第４の抵抗と、
第３のツェナーダイオードと、
前記第２の抵抗と並列に設けられたＰＮＰトランジスタとをさらに備え、
前記ＰＮＰトランジスタのエミッタは、前記ＮＰＮトランジスタのコレクタに接続され、前記ＰＮＰトランジスタのコレクタは、前記ＮＰＮトランジスタのベースに接続され、前記ＰＮＰトランジスタのベースは、前記第３の抵抗を介して該ＰＮＰトランジスタのエミッタに接続され、さらに、前記ＰＮＰトランジスタのベースは、前記第４の抵抗と前記第３のツェナーダイオードとを介してグラウンドに接続され、
前記補助巻線からの出力を前記第１のダイオード及び前記第１のコンデンサにより整流された整流電圧をＶａｕｘ、前記ＰＮＰトランジスタのエミッタ・コレクタ間の電圧値をＶｃｅ、前記ＮＰＮトランジスタにおけるエミッタとベースとの間の電圧をＶｅｂとした場合、前記第１のダイオード及び前記第１のコンデンサにより整流された整流電圧Ｖａｕｘが前記第３のツェナーダイオードのツェナー電圧に到達し、前記ＰＮＰトランジスタへの導通が開始された条件において、前記Ｖｃｃ端子の電圧値Ｖｃｃは、

を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源装置と、
前記電源装置からの出力が供給される、被記録媒体へ記録を行う記録手段と、
を備える記録装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、出力電圧切替型の電源装置における過電圧保護技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、インクジェット記録装置は一般家庭に広く普及している。ユーザがインクジェット記録装置を安全に使用することができるように、インクジェット記録装置は種々の機能を備えている。このような機能の１つとして、過電圧保護機能が知られている。具体的には、出力電圧が規定電圧以上となった場合、電源装置の制御ＩＣは出力を停止するように制御する。このような電源装置では、出力電圧が規定電圧以上となったか否かは、１次側の補助巻線から制御ＩＣ用のＶｃｃに供給される電圧（以下「補助巻線電圧」と記す）が規定電圧以上となったか否かに基づいて判定される。

【0003】

特許文献１の電源装置では、補助巻線電圧が電圧降下手段（ＺＤ１）を介してＶｃｃに供給される。補助巻線電圧が所定電圧以上となった場合、上記電圧降下手段（ＺＤ１）が短絡され、Ｖｃｃに供給される電圧がただちに補助巻線電圧まで昇圧する。特許文献１の電源装置は、この昇圧を検知した場合、出力を停止することにより過電圧保護機能を実現している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００９－１９５０７３号公報

【発明の概要】

【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の電源装置に、出力電圧切替機能を具備させることを考えた場合、電源装置の構成が複雑になってしまうという課題が生じていた。

【0006】

具体的には以下の理由による。出力電圧切替型の電源装置では、出力電圧Ｖｏｕｔが高電圧に切り替えられた場合であっても、Ｖｃｃに供給される電圧を、制御ＩＣが動作可能な電圧範囲内に維持するためにレギュレータが設けられる。そうすると、このレギュレータによって補助巻線電圧は一定化されるため、制御ＩＣは、補助巻線電圧の昇圧から出力電圧Ｖｏｕｔの異常昇圧を検知することができなくなる。そのため、従来の出力電圧切替型の電源装置では、補助巻線電圧の監視に代えて、過電力保護（ＯＰＰ）の監視に基づく過電圧保護機能を必要としていた。つまり、出力電圧切替型の電源装置に過電圧保護機能を具備させる場合、電源装置の構成が複雑になってしまうという課題が生じていた。

【0007】

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、出力電圧切替型の電源装置において、簡易な構成で過電圧保護を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の電源装置は、制御信号に基づいて出力電圧を切替可能な電源装置であって、第１の巻線と第２の巻線と第３の巻線とを有し、前記第１の巻線から供給される電流を前記第２の巻線に供給するトランスと、前記第１の巻線および制御ＩＣに接続されたスイッチング素子と、前記第３の巻線である前記トランスの補助巻線からの出力を整流してＮＰＮトランジスタのコレクタに入力するために設けられており、前記補助巻線と接続された第１のダイオード及び第１のコンデンサと、アノードがグラウンドに接続される第１のツェナーダイオードと、前記ＮＰＮトランジスタと前記第１のツェナーダイオードのカソードとの間に接続された第１の抵抗と、前記ＮＰＮトランジスタのベースとコレクタ間に設けられ、前記第１の抵抗と直列に接続される第２の抵抗と、前記ＮＰＮトランジスタのコレクタとエミッタを介して前記トランスの前記補助巻線に接続されたＶｃｃ端子に供給される電力に基づき動作し、かつ前記スイッチング素子を駆動する信号のＯＮとＯＦＦを制御する前記制御ＩＣである制御手段と、前記ＮＰＮトランジスタと前記Ｖｃｃ端子との間の接続点に接続され、前記ＮＰＮトランジスタにより充電される第２のコンデンサと、前記第２の巻線からの出力を整流して前記出力電圧を生成し、前記第２の巻線に接続された第２のダイオード及び第３のコンデンサとを備え、前記ＮＰＮトランジスタのベースは、前記第１の抵抗と前記第１のツェナーダイオードとを介してグラウンドに接続され、前記制御手段は、前記Ｖｃｃ端子の電圧値を判定し、前記Ｖｃｃ端子の電圧値が規定電圧Ｖｏｖｐよりも高い場合、前記電源装置の駆動を停止するよう制御することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、出力電圧切替型の電源装置において、簡易な構成で過電圧保護を実現することができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態が適用されるインクジェット記録装置の斜視図である。

【図2】比較例として一般的な記録装置の電源構成例を示す図である。

【図3】実施形態１における記録装置の電源構成例を示す図である。

【図4】図４（ａ）は、一般的な電源構成の一部を抜粋した図である。図４（ｂ）は、一般的な電源構成におけるＶｏｕｔと、Ｖａｕｘと、Ｖｃｃとの関係例を示す図である。

【図5】図５（ａ）は、実施形態１における電源構成の一部を抜粋した図である。図５（ｂ）は、実施形態１における電源構成のＶｏｕｔと、Ｖａｕｘと、Ｖｃｃとの関係例を示す図である。

【図6】図６（ａ）は、実施形態２における電源構成の一部を抜粋した図である。図６（ｂ）は、実施形態２における電源構成のＶｏｕｔと、Ｖａｕｘと、Ｖｃｃとの関係例を示す図である。

【図7】図７（ａ）は、実施形態３における電源構成の一部を抜粋した図である。図７（ｂ）は、実施形態３における電源構成のＶｏｕｔと、Ｖａｕｘと、Ｖｃｃとの関係例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成はあくまで例示であり、本発明の範囲を必ずしもそれらに限定する趣旨のものではない。

【0013】

本実施形態の説明に先立ち、後述の電源装置が適用されるインクジェット記録装置について説明をする。図１は、本実施形態におけるインクジェット記録装置の斜視図である。インクジェット記録装置（以下、「記録装置」と記す）１００は、インクジェット方式に従ってインクを吐出して記録を行う記録ヘッド１０２がキャリッジ１０１に搭載されている。キャリッジモータ１０３によって発生される駆動力が伝達機構１０４を介して伝えられることにより、キャリッジ１０１は矢印Ａ方向に往復移動される。記録時には、例えば、給紙機構１０５を介して記録装置１００に給紙された記録媒体（例えば、記録用紙）Ｐが、記録位置まで搬送される。その記録位置において、記録装置１００は、記録ヘッド１０２を走査させて、記録ヘッド１０２から記録媒体Ｐに、インクタンク１０６に貯蔵されたインクを吐出することによって記録を行う。記録媒体Ｐを搬送する搬送ローラ１０７は、搬送モータ１０８によって駆動される。記録ヘッド１０２の走査と走査との間で、記録媒体Ｐは搬送される。

【0014】

このような記録装置１００では、電圧変動が発生した場合に、ただちに記録装置１００の動作を停止することが望ましい場合と、記録装置１００の動作を継続することが望ましい場合とが存在する。例えば、記録装置１００が記録動作を行っている期間では、この記録動作に必要な電力以上の電力が消費されている場合、記録装置１００内の部品が故障している可能性がある。そのため、記録動作に必要な電力以上に消費されている電力量が小さくても、ただちに記録動作を停止するのが望ましい。一方、キャリッジモータ１０３や搬送モータ１０８などが駆動する期間では、モータ位置はエンコーダ（不図示）によって制御されるため、電圧変動に対する許容幅は大きい。そのため、駆動動作中に電圧変動が発生した場合、駆動動作を継続するのが望ましい。

【0015】

図２は、比較例として一般的な記録装置１００の電源構成例を示す図である。まず、電源構成のうち、１次側の電源構成（商用電源２０１～コンデンサ２１４）について説明する。商用電源２０１は、ダイオードブリッジ２０２と平滑コンデンサ２０３とにおいて整流され、トランス２０４を介してスイッチング素子２０６、電流検出抵抗２０７を経由してグラウンドに到達する。制御ＩＣ２０５用のＶｃｃは、トランス２０４の補助巻線の出力がダイオード２０９とコンデンサ２１０とにおいて整流される。さらに、補助巻線電圧の変動は、ＮＰＮトランジスタ２１１と、ＮＰＮトランジスタ２１１のベースに設けられているツェナーダイオード２１３と、抵抗２１２とにより一定化される。符号２１４は、制御ＩＣ２０５用のＶｃｃコンデンサである。制御ＩＣ２０５内では周期的にスイッチング素子２０６を駆動するＶＤＲ信号がＯＮされ、フォトカプラ２０８ａの出力ＶＦＢと電流検出抵抗２０７の電圧Ｖｃｓとが制御ＩＣ２０５内で比較される。この比較の結果、電流検出抵抗２０７の電圧Ｖｃｓがフォトカプラ２０８ａの電圧ＶＦＢに到達した場合、ＶＤＲ信号がＯＦＦされる。なお、ＶＦＢ端子は制御ＩＣ２０５内でＶｃｃにプルアップされている。

【0016】

次に、図２の電源構成のうち、２次側の電源構成（ダイオード２１５～トランジスタ２２５）について説明する。ダイオード２１５とコンデンサ２１６とは、トランス２０４の２次側出力を整流してＶｏｕｔを生成し、このＶｏｕｔは抵抗２２２と２２３とによって分圧された後、シャントレギュレータ２１９のリファレンス端子に接続される。また、Ｖｏｕｔは電流制限抵抗２１７を介してフォトカプラ２０８ｂへ接続され、２０８ｂのカソードはシャントレギュレータ２１９に接続される。抵抗２２１とコンデンサ２２０とは帰還回路のゲインを決定する。抵抗２１８はシャントレギュレータ２１９へのバイアス電流供給のために設けられる。

【0017】

シャントレギュレータ２１９のリファレンス端子にはＶｏｕｔを抵抗２２２と２２３にて分圧された電圧が供給され、シャントレギュレータ２１９内の基準電圧との差分がフォトカプラ２０８を介して制御ＩＣ２０５に伝達される。そして、Ｖｏｕｔを分圧する片方の抵抗２２３と抵抗２２４が並列に接続され、さらにこの抵抗２２４をオンオフするためのトランジスタ２２５が設けられ、トランジスタ２２５のベースへは外部から制御信号Ｖｃｏｎｔが印加される。図２に示される電源の回路構成において、ＶｃｏｎｔがＬｏｗ（以下単に「Ｌ」と記す）の場合は抵抗２２４の片端は解放状態となるため、シャントレギュレータ２１９のリファレンス端子にはＶｏｕｔを抵抗２２２，２２３によって分圧された電圧が供給される。一方、ＶｃｏｎｔがＨｉｇｈ（以下単に「Ｈ」と記す）の場合、抵抗２２４の片端はグラウンド電位となり、抵抗２２４と抵抗２２３との合成抵抗と、抵抗２２２とにより分圧された電圧とがシャントレギュレータ２１９のリファレンス端子へ印加される。抵抗２２３が抵抗２２４と合成されることにより抵抗値が小さい値となるため、シャントレギュレータ２１９のリファレンス端子に印加される電圧が下がる。そして、シャントレギュレータ２１９のカソードのシンク電流が減少してフォトカプラ２０８ｂの発光が弱まり、フォトカプラ２０８ａのＶｃｅ電圧が上昇してＶＦＢ電圧が上昇する。以上より、ＶＤＲ信号をＯＦＦするために用いられるＶｃｓ値も上昇することにより、より多くの電流がトランス２０４へ供給される。この結果、２次側への供給電流も増えて出力電圧Ｖｏｕｔをより高い電圧に切替可能に構成されている。

【0018】

［実施形態１］
図３は、本実施形態における記録装置１００の電源構成例を示す図である。本実施形態の電源構成は、比較例の電源構成（図２）に抵抗２２７が追加された電源構成であり、図３においてこの抵抗２２７は点線で囲って明示されている。以下、本実施形態の電源構成について、図２で説明した比較例の電源構成（以下、「比較構成」と記す）との相違点を中心に説明する。なお、本実施形態の説明において、比較技術と同一の構成については同一符号を付し、比較技術と共通する部分については説明を簡略化ないし省略して説明する。

【0019】

図４（ａ）は、比較構成の一部を抜粋した図である。図４（ａ）の説明では、簡略化のため、ツェナーダイオード２１３を「ＺＤ１」、そのツェナー電圧を「ＶＺ１」、抵抗２１２およびその抵抗値を「Ｒ２」とそれぞれ記す。一般的に、制御ＩＣのＶｃｃ端子は制御ＩＣ自身の電源を得るための端子であるが、この端子へ印加される電圧が規定電圧以上になると制御ＩＣの異常動作が発生してしまうおそれがある。そのため、このような制御ＩＣでは、Ｖｃｃ端子に印加される電圧が規定電圧以上になると制御ＩＣ自身の動作を停止する保護機能を備えるものが知られている。本実施形態の制御ＩＣ２０５は保護機能を備え、Ｖｃｃ端子に印加される電圧が規定電圧Ｖｏｖｐ以上になると、制御ＩＣ２０５自身の動作を停止するものとする。このような制御ＩＣ２０５を含む比較構成において、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔと、１次側の補助巻線からの出力を整流した整流電圧Ｖａｕｘと、トランスにおける２次側の巻線数Ｎｓと、１次側の補助巻線数Ｎａとの関係は以下の（式２）に示される通りである。

【0020】

【数2】

【0021】

また、ＮＰＮトランジスタ２１１のベース電位はツェナーダイオードＺＤ１によって固定されている。そのため、ＮＰＮトランジスタ２１１のベースとエミッタとの間の電圧をＶｅｂとすると、制御ＩＣ２０５に供給されるＶｃｃは以下の（式３）に示される通りである。

【0022】

【数3】

【0023】

制御ＩＣ２０５の動作に必要な最低のＶｃｃをＶｕｖｌｏとすると、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧ＶＺ１は以下の（式４）を満たすように設定することができる。

【0024】

【数4】

【0025】

図４（ｂ）は、縦軸を電圧、横軸を時間としたグラフであり、図４（ａ）の比較構成において、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔと、１次側の整流電圧Ｖａｕｘと、Ｖｃｃ端子に印加される電圧（以下「Ｖｃｃ電圧」と記す場合がある）との関係例を表している。ｔ１において、出力電圧Ｖｏｕｔが切り替えられると、出力電圧Ｖｏｕｔと整流電圧Ｖａｕｘとは（式２）の関係を有するので、整流電圧Ｖａｕｘも切り替えられる。ｔ２は、記録装置において異常昇圧が発生したタイミングを示している。図４（ｂ）では、ｔ２以降、出力電圧Ｖｏｕｔと整流電圧Ｖａｕｘとが上昇している様子が示されている。図４（ａ）に示される比較構成によれば、ＮＰＮトランジスタ２１１のベース電位はツェナーダイオードＺＤ１で固定されているので、出力電圧Ｖｏｕｔが切り替えられてもＶｃｃ電圧は変化しない。そのため、比較構成では、出力電圧Ｖｏｕｔが過昇圧してもＶｃｃ電圧は一定なので、制御ＩＣ２０５は出力電圧Ｖｏｕｔの過昇圧を検知することができない。

【0026】

比較構成では、出力電圧Ｖｏｕｔが過昇圧した場合、過電力保護（以下「ＯＰＰ」と記す）によって制御ＩＣ２０５の動作を停止する（不図示）。これは、出力電圧Ｖｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔとを乗じた値、すなわち２次側の出力が出力電圧Ｖｏｕｔの昇圧に伴い増大し、比較構成の電源回路で設定されているＯＰＰ閾値に達することをトリガにより実行される。そのため、比較構成では、ＯＰＰ機能を備える必要があるため、電源構成が複雑になってしまう。さらに、電源の負荷が少ない場合はＯＰＰを検出するまでに時間を要する場合があり、過昇圧が生じた際に、制御ＩＣ２０５への電源供給が停止されるまでの時間が負荷状況に応じて変化してしまう。

【0027】

図５（ａ）は、本実施形態の電源構成の一部を抜粋した図である。図５（ａ）の説明では、簡略化のため、ツェナーダイオード２１３を「ＺＤ１」、そのツェナー電圧を「ＶＺ１」、抵抗２２７およびその抵抗値を「Ｒ１」、抵抗２１２およびその抵抗値を「Ｒ２」とそれぞれ記す。上述の通り、本実施形態の電源構成は、比較構成にＲ１が追加された電源構成であり、図５（ａ）においてこのＲ１は点線で囲って明示されている。

【0028】

図５（ａ）の電源構成では、整流電圧Ｖａｕｘが昇圧し、Ｒ２を介して入力される電圧がツェナー電圧ＶＺ１を超えた場合、Ｒ２、Ｒ１およびツェナーダイオードＺＤ１に電流が流れる。このとき、ＮＰＮトランジスタ２１１のベース電位はＲ１に流れる電流に応じて増減することになる。すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔの昇圧がＶｃｃ電圧に反映されるため、制御ＩＣ２０５は出力電圧Ｖｏｕｔの昇圧をただちに検知することができる。図５（ａ）の電源構成において、Ｖａｕｘと、ＶＺ１と、Ｒ１と、Ｒ２と、Ｖｅｂとの関係は以下の（式５）に示される通りである。

【0029】

【数5】

【0030】

電源装置からの出力が停止される電圧に出力電圧Ｖｏｕｔが到達したときの整流電圧ＶａｕｘをＶａｕｘｅｒとする。このとき、Ｖｏｖｐと、Ｖａｕｘｅｒと、ＶＺ１と、Ｒ１と、Ｒ２と、Ｖｅｂとの関係を以下の（式６）に示される通りに設定することにより、制御ＩＣ２０５は出力電圧Ｖｏｕｔの過昇圧を検出することができる。そして、制御ＩＣ２０５は、出力電圧Ｖｏｕｔの過昇圧を検出した場合、制御ＩＣ２０５の動作を停止する。

【0031】

【数6】

【0032】

図５（ｂ）は、縦軸を電圧、横軸を時間としたグラフであり、図５（ａ）の電源構成において、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔと、１次側の整流電圧Ｖａｕｘと、Ｖｃｃ電圧との関係例を表している。比較構成と同様に、ｔ２以降、出力電圧Ｖｏｕｔと整流電圧Ｖａｕｘとが上昇している様子が示されている。図５（ａ）に示される電源構成によれば、ＮＰＮトランジスタ２１１のベース電位はＲ１に流れる電流に応じて増減することになるので、出力電圧Ｖｏｕｔが昇圧することに応じてＶｃｃ電圧も昇圧する。ｔ３において、昇圧したＶｃｃ電圧が規定電圧Ｖｏｖｐに到達すると、制御ＩＣ２０５は、電源の動作を停止する。電源の動作が停止されると、ｔ３以降、出力電圧Ｖｏｕｔ、整流電圧ＶａｕｘおよびＶｃｃ電圧は降圧する。

【0033】

以上説明した通り、本実施形態の電源装置は、制御ＩＣが動作可能な電圧範囲内にＶｃｃ電圧を維持するためのレギュレータを備える。そして、Ｖｃｃ電圧は、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔに追従して昇圧するため、制御ＩＣは、Ｖｃｃ電圧の監視に基づいて電源装置の動作を制御することができる。つまり、出力電圧切替型の電源装置において、簡易な構成で過電圧保護を実現することができる。

【0034】

［実施形態２］
図６（ａ）は、実施形態２における電源構成の一部を抜粋した図である。本実施形態の電源構成は、実施形態１の電源構成にツェナーダイオードＺＤ２が追加された電源構成であり、図６（ａ）においてこのツェナーダイオードＺＤ２は点線で囲って明示されている。また、図６（ｂ）は、縦軸を電圧、横軸を時間としたグラフであり、図６（ａ）の電源構成において、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔと、１次側の整流電圧Ｖａｕｘと、Ｖｃｃ電圧との関係例を表している。

【0035】

図４（ｂ）で説明した通り、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔが昇圧することに応じて整流電圧Ｖａｕｘも上昇する。図６（ｂ）に示される通り、ｔ０～ｔ２ｂ（期間（１））においては、整流電圧ＶａｕｘがツェナーダイオードＺＤ２に導通せず、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１とを介してツェナーダイオードＺＤ１に電流が流れる。そのため、ＮＰＮトランジスタ２１１のベース電位は、ツェナーダイオードＺＤ１に印加される電圧に抵抗Ｒ１の両端電圧が加えられた電位となる。よって、Ｖｃｃ電圧は、この電位からＮＰＮトランジスタ２１１のベース・エミッタ間電圧Ｖｅｂを減じた電位となる。図６（ａ）の電源構成において、Ｖａｕｘと、Ｖｃｃとの関係は以下の（式７）に示される通りである。

【0036】

【数7】

【0037】

図６（ｂ）に示される通り、期間（１）において、Ｖｃｃ電圧は整流電圧ＶａｕｘがＲ１およびＲ２によって分圧された電圧となる。そのため、Ｖｃｃ電圧は、整流電圧Ｖａｕｘが昇圧するよりも緩やかに昇圧する。

【0038】

次に、ｔ２ｂ～ｔ３（期間（２））において、整流電圧ＶａｕｘがツェナーダイオードＺＤ２に導通する。整流電圧ＶａｕｘがツェナーダイオードＺＤ２に導通している場合、整流電圧Ｖａｕｘと、ＮＰＮトランジスタ２１１のベース電圧との電位差は、ツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧ＶＺ２となる。よってＮＰＮトランジスタ２１１のベース電位は、整流電圧Ｖａｕｘからツェナー電圧ＶＺ２を減じた値となり、Ｖｃｃ電圧はこれからさらにＮＰＮトランジスタ２１１のベース・エミッタ間電圧Ｖｅｂを減じた電位となる。以上より、制御ＩＣに供給されるＶｃｃ電圧は以下の（式８）に示される通りである。

【0039】

【数8】

【0040】

図６（ｂ）に示される通り、期間（２）におけるＶｃｃ電圧の昇圧は、期間（１）におけるＶｃｃ電圧の昇圧よりも急峻となる。なお、本実施形態において、期間（２）におけるＶｃｃ電圧が昇圧する割合は、期間（２）における出力電圧Ｖｏｕｔ、整流電圧Ｖａｕｘが昇圧する割合と一致する。

【0041】

ここで、実施形態１の電源構成のように、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔに比例する１次側の整流電圧Ｖａｕｘを、ツェナーダイオードなどを用いて減圧して適切なＶｃｃ電圧を生成する構成を考える。この場合、出力電圧Ｖｏｕｔが切り替えられる際の電圧が大きい場合、Ｖｃｃ電圧が規定電圧Ｖｏｖｐを超えてしまうことがある。Ｖｃｃ電圧が規定電圧Ｖｏｖｐを超えてしまうと、制御ＩＣ２０５は、電源の動作を停止する。

【0042】

本実施形態の電源構成によれば、期間（１）では、整流電圧ＶａｕｘがＲ１とＲ２とによって分圧されるため、Ｖｃｃ電圧が昇圧する割合は整流電圧Ｖａｕｘが昇圧する割合よりも緩やかである。一方、期間（２）では、Ｖｃｃ電圧が昇圧する割合は整流電圧Ｖａｕｘが昇圧する割合と一致する。このため、出力電圧切替機能によって出力電圧Ｖｏｕｔが大きくなった場合でも、電源装置の通常動作時はＶｃｃ電圧をＶｏｖｐ以下に、出力電圧Ｖｏｕｔの過昇圧時はＶｃｃ電圧をＶｏｖｐ以上とすることができる。

【0043】

なお、本実施形態におけるＲ１、Ｒ２、ＶＺ１、ＶＺ２の各定数は、上記各式によって求めることができる。以下に具体例を示して説明する。

【0044】

（ツェナー電圧ＶＺ２）
出力電圧Ｖｏｕｔが正常範囲内である場合、Ｖｃｃ電圧は、制御ＩＣ２０５は電源の動作を停止する規定電圧Ｖｏｖｐ未満であることが求められる。ここで、出力電圧Ｖｏｕｔと、整流電圧Ｖａｕｘと、トランスの２次側巻線数Ｎｓと、補助巻線数Ｎａとの関係は以下の（式９）に示される通りである。

【0045】

【数9】

【0046】

Ｖｃｃ（＝Ｖａｕｘ－ＶＺ２－Ｖｅｂ）電圧は、制御ＩＣ２０５が電源装置の動作を停止する規定電圧Ｖｏｖｐ未満である必要があるため、整流電圧Ｖａｕｘと、規定電圧Ｖｏｖｐと、Ｖｅｂとの関係は以下の（式１０）に示される通りである。

【0047】

【数10】

【0048】

さらに、出力電圧Ｖｏｕｔが電源装置からの出力が停止される電圧に到達したときの整流電圧ＶａｕｘをＶａｕｘｅｒとすると、Ｖａｕｘｅｒと、規定電圧Ｖｏｖｐと、Ｖｅｂとの関係は以下の（式１１）に示される通りである。

【0049】

【数11】

【0050】

以上より、ＶＺ２が取り得る範囲は以下の（式１２）に示される通りとなる。

【0051】

【数12】

【0052】

（ツェナー電圧ＶＺ１）
図６（ａ）の電源構成において、制御ＩＣ２０５が動作可能な最低Ｖｃｃ電圧をＶｕｖｌｏとすると、ツェナー電圧ＶＺ１は、このＶｕｖｌｏにＮＰＮトランジスタ２１１のベース・エミッタ間電圧Ｖｅｂを加えた値よりも大きくなることが要求される。

【0053】

【数13】

【0054】

（抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２）
ツェナーダイオードＺＤ２が導通した場合、Ｒ１は、Ｒ１を流れる電流によってＮＰＮトランジスタ２１１のベース電位を昇圧させる。このとき、ツェナーダイオードＺＤ２の電圧は許容内となる値が選択される。また、Ｒ２はＮＰＮトランジスタ２１１を動作させるために設けられている。ツェナーダイオードＺＤ２の導通前（図６（ｂ）における期間（１））において、Ｒ１と、Ｒ２と、ＶＺ１と、Ｖｅｂと、Ｖｏｖｐとの関係は以下の（式１４）に示される通りである。

【0055】

【数14】

【0056】

以上説明した通り、各定数が上記数式の関係を満たすように設定することにより、出力電圧切替型の電源装置においても、整流電圧Ｖａｕｘの昇圧を制御ＩＣのＶｃｃ端子で検知することができる。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔが異常昇圧した場合、制御ＩＣは電源装置の動作を停止することができる。

【0057】

［実施形態３］
図７（ａ）は、実施形態３における電源構成の一部を抜粋した図である。本実施形態の電源構成は、実施形態２の電源構成（図６（ａ））からＺＤ２が削除され、ＰＮＰトランジスタ７０１と、抵抗７０２と、ツェナーダイオードＺＤ３とが追加された電源構成である。図７（ａ）において、抵抗２１２と、ＰＮＰトランジスタ７０１と、抵抗７０２と、ツェナーダイオードＺＤ３とは点線で囲って明示されている。ＰＮＰトランジスタ７０１のエミッタは整流電圧Ｖａｕｘに接続されており、ＰＮＰトランジスタ７０１のコレクタはＮＰＮトランジスタ２１１のベースに接続されている。ＰＮＰトランジスタ７０１のベースは抵抗７０２とツェナーダイオードＺＤ３とを介してグラウンドに接続されている。また、図７（ｂ）は、縦軸を電圧、横軸を時間としたグラフであり、図７（ａ）の電源構成において、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔと、１次側の整流電圧Ｖａｕｘと、Ｖｃｃ電圧との関係例を表している。

【0058】

本実施形態の電源構成によれば、図７（ｂ）の期間（１）において、整流電圧ＶａｕｘがツェナーダイオードＺＤ３の電圧（以下「ツェナー電圧ＶＺ３」と記す）に到達するまでの動作は、実施形態２と同一である。

【0059】

【数15】

【0060】

整流電圧Ｖａｕｘがツェナー電圧ＶＺ３に到達すると、ｔ２ｂ～（期間（２））において、ＰＮＰトランジスタ７０１への導通が開始され、ＰＮＰトランジスタ７０１のベース電流もツェナーダイオードＺＤ３に向かって流れ始める。この結果、ＰＮＰトランジスタ７０１のエミッタ・コレクタ間が短絡状態となり、ＮＰＮトランジスタ２１１のベースは整流電圧ＶａｕｘからＰＮＰトランジスタ７０１のエミッタ・コレクタ間電圧Ｖｃｅを減じた値となる。

【0061】

【数16】

【0062】

ツェナーダイオードＺＤ３の導通が開始すると、Ｖｃｃ電圧は上記（式１６）に従って急峻に昇圧する。そして、Ｖｃｃ電圧が規定電圧Ｖｏｖｐに到達すると、制御ＩＣ２０５は、電源装置の動作を停止する。図７（ｂ）において、ｔ２ａからＶｃｃ電圧が規定電圧Ｖｏｖｐに到達に要する時間は、ＰＮＰトランジスタ７０１がオンするまでの時間に一致する。そのため、実施形態２における電源構成と比較して、制御ＩＣ２０５は電源の動作をより早く停止することができる。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔの異常昇圧が発生した場合実施形態２における電源構成と比較して、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧が低い段階で、制御ＩＣ２０５は電源装置の動作を停止することができる。

【0063】

出力電圧Ｖｏｕｔが許容範囲内である場合（ｔ０～ｔ２ｂの期間α）、Ｖｃｃ電圧は、制御ＩＣ２０５が電源の動作を停止するＶｏｖｐ未満とする必要がある。そのため、本実施形態の電源構成において、ツェナー電圧ＶＺ３と、整流電圧Ｖａｕｘと、規定電圧Ｖｏｖｐと、Ｖｅｂとの関係は、以下の（式１７）に示される通りである。

【0064】

【数17】

【0065】

さらに、電源装置から出力が停止される電圧に出力電圧Ｖｏｕｔが到達したときの整流電圧ＶａｕｘをＶａｕｘｅｒとすると、ＶＺ３と、Ｖａｕｘｅｒと、Ｖｏｖｐと、Ｖｅｂとの関係は以下の（式１８）に示される通りである。

【0066】

【数18】

【0067】

以上より、本実施形態のＶＺ３が取り得る範囲は以下の（式１９）の通りである。

【0068】

【数19】

【0069】

以上説明した通り、本実施形態の電源構成によれば、実施形態１および２の効果に加えて、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧が低い段階で、制御ＩＣが出力電圧Ｖｏｕｔの異常昇圧を検出することができる。

【0070】

［その他の実施形態］
なお、上述の実施形態１～３において、各トランジスタはバイポーラトランジスタである例を説明しているが、電源に適用されるトランジスタはバイポーラトランジスタに限られない。例えば、電界効果型トランジスタを本実施形態の電源に適用することができる。

【0071】

また、実施形態１～３では、出力電圧Ｖｏｕｔを切り替える際に、スパイク電圧により整流電圧Ｖａｕｘが昇圧してしまうことには言及していない。しかしながら、実際の電源回路では、トランス２０４の漏れ磁束などによるリンギングにより、リンギング分のエネルギαがコンデンサ２１０に蓄積されるため、以下の（式２０）のようにαによって整流電圧Ｖａｕｘを調整する。

【0072】

【数20】

【0073】

しかしながら、「α」は実施形態１～３で説明した計算には影響しないため、実測などにより適宜「α」を求め、整流電圧Ｖａｕｘの補正値として加えればよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】