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JP2023001472A - 電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

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JP2023001472A JP2021102225A JP2021102225A JP2023001472A JP 2023001472 A JP2023001472 A JP 2023001472A JP 2021102225 A JP2021102225 A JP 2021102225A JP 2021102225 A JP2021102225 A JP 2021102225A JP 2023001472 A JP2023001472 A JP 2023001472A
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Abstract

【課題】電源装置が破壊に至る前に安全な状態に遷移させ、異常が発生したことをユーザに報知すること。【解決手段】交流電圧を直流電圧に変換し、少なくとも、第1直流電圧を出力する第1モードと、第1直流電圧よりも低い第2直流電圧を出力する第2モードと、を切り替えることが可能な電源ユニット120であって、第1モードと第2モードの切り替えと、過電流が発生した過電流状態であることの判断と、を行うCPU223を備え、CPU223は、過電流状態であると判断した場合に、第2モードに切り替えて、過電流状態であることを報知するように制御する。【選択図】図2

Description

本発明は、電源装置及び画像形成装置に関し、例えば、複写機やファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に搭載される電源装置を、過負荷/過電流状態から保護するための構成に関する。
電子写真プロセス等を用いて記録材に画像を形成する複写機やファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置には、電源装置が備えられており、交流電源から直流電圧を生成し、記録材の搬送や画像形成のために必要な電力を供給している。これら電源装置は、少なくとも2系統の直流電圧を出力する場合が多く、その内の1つは、CPU/ASICといった制御素子や、制御回路に必要な比較的低電圧の出力である。そしてもう1つは、電子写真プロセスに必要な高電圧を出力するための高電圧電源や、モータ/ソレノイド等のアクチュエータ類に供給される、比較的高電圧の出力である。また電源装置の構成として、AC-DCコンバータを複数備えるものや、比較的高電圧を出力するAC-DCコンバータを1系統だけ備え、その比較的高電圧からDC-DCコンバータで制御回路に必要な比較的低電圧を生成するもの等がある。特に低コスト化の要求が高い昨今の電源装置では、よりコストの掛かるAC-DCコンバータを1系統だけに抑えた構成が広く採用されており、更なる簡素化、低コスト化が求められている。
このような電源装置には、従来から保護回路が設けられており、出力が過電流状態になった場合に電源装置の動作停止等を行って、電源装置を故障から保護している。電源装置が電力を供給する装置内で、想定以上の大きな電力が消費された場合や、電源経路上にショート故障等が発生した場合、電源装置は過電流状態となる。すると電源装置では、故障等の発生を避けるため、過電流状態を検知し、出力を停止する。例えば特許文献1では、負荷ショート等によって出力に過大な電流が流れたりする等の異常が発生した場合に、1次側制御回路によるスイッチング素子のスイッチング制御を停止させる、といったような保護機能を備えた電源装置が提案されている。
特開2020-058166号公報
しかしながら、特に電源装置がAC-DCコンバータを1系統だけ備える構成においては、AC-DCコンバータが過負荷状態となり、保護回路が働いて出力を停止してしまった場合、次のような状態となる。すなわち、その出力に繋がるDC-DCコンバータも停止し、電源装置を搭載した装置、例えば画像形成装置が完全に停止してしまう。この場合、ユーザは画像形成装置の電源が何故、突然停止したのか、その理由が分からない、といった課題がある。また、電源装置が過負荷状態ではあるものの、過電流保護機能が動作しない程度の過電流が流れ続けた場合、電源装置内の素子が過負荷状態により過昇温し、素子破壊に至るおそれがある。この場合もまた、過電流による破壊が原因で、電源装置が突然動作を停止してしまう。このため、ユーザは画像形成装置の電源が何故、突然停止したのか、その理由が分からず、再度電源スイッチを入れ直すことによって、さらに故障被害を広げてしまうおそれがある、といった課題がある。
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、電源装置が破壊に至る前に安全な状態に遷移させ、異常が発生したことをユーザに報知することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。
(1)交流電圧を直流電圧に変換する変換手段を備え、少なくとも、第1直流電圧を出力する第1モードと、前記第1直流電圧よりも低い第2直流電圧を出力する第2モードと、を切り替えることが可能な電源装置であって、前記第1モードと前記第2モードを切り替える切替手段と、前記変換手段において過電流が発生した過電流状態であることを判断する判断手段と、前記判断手段により前記過電流状態であると判断された場合に、前記切替手段により前記第2モードに切り替えて、前記過電流状態であることを報知するように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする電源装置。
(2)交流電圧を直流電圧に変換する変換手段を備え、少なくとも、第1直流電圧を出力する第1モードと、前記第1直流電圧よりも低い第2直流電圧を出力する第2モードと、を切り替えることが可能な電源装置を備える画像形成装置であって、前記第1モードと前記第2モードを切り替える切替手段と、前記変換手段において過電流が発生した過電流状態であることを判断する判断手段と、前記判断手段により前記過電流状態であると判断された場合に、前記切替手段により前記第2モードに切り替えて、前記過電流状態であることを報知するように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
本発明によれば、電源装置が破壊に至る前に安全な状態に遷移させ、異常が発生したことをユーザに報知することができる。
実施例1の画像形成装置の構成を示す図 実施例1の電源ユニット及びエンジンコントローラの構成を示す図 実施例1の制御を示すフローチャート 実施例2の電源ユニット及びエンジンコントローラの構成を示す図 実施例2の制御を示すフローチャート
以下、本発明を実施するための形態を、実施例により図面を参照しながら詳しく説明する。
[画像形成装置]
以下、図面を用いて、本発明の電源装置を画像形成装置にて実施した形態について説明する。図1は電子写真プロセスを用いた画像形成装置の概略構成を示す断面図である。なお、実施例1では、画像形成装置の一例としてレーザービームプリンタの場合で説明するが、複写機やファクシミリ、又はこれらの複合機等の画像形成装置であっても構わない。さらに、本発明の電源装置は、他の電子機器に搭載されてもよい。図1に示すレーザービームプリンタ本体101(以下、本体101という)は、記録媒体である記録材Sを収納する給紙カセット104、給紙カセット104から記録材Sを繰り出す給紙ローラ141、搬送ローラ対142を有する。また、本体101は、搬送ローラ対142の下流に記録材Sの先端を検出するトップセンサ143と記録材Sを同期搬送するレジストレーションローラ(以下、レジストローラという)対144を有する。そして本体101は、その下流にレーザースキャナー106から出射されるレーザー光に基づいて、記録材S上にトナー像を形成するカートリッジユニット105を有する。カートリッジユニット105は、公知の電子写真プロセスに必要な、像担持体である感光ドラム148、1次帯電ローラ147、現像ローラ146等を有し、転写ローラ145と共に記録材S上にトナー像を形成する。そして本体101は、その下流に、記録材S上に形成された未定着のトナー像を熱定着するための加熱定着器103を有する。加熱定着器103は、定着フィルム149、加圧ローラ150、そして定着フィルム149内部に配置されるヒータ102を有する。加熱定着器103は、定着フィルム149内でヒータ102の温度を検知するようにヒータ102近傍に配置されたサーミスタ109を有する。そして本体101は、その下流に排出ローラ対151を有し、トナー像を形成した後、熱定着させた記録材Sを排出する。
電源装置である電源ユニット120(詳細は後述する)は、電圧24V又は電圧5Vを適宜切り替えて出力することが可能で、プリントモード又はスタンバイモードでは電圧24Vを生成している。ここで、プリントモードとは記録材Sに画像形成を行うことが可能な状態をいい、スタンバイモードとは、プリントモードよりも消費電力が少なくプリントモードに移行するために印刷指示に備えて待機している状態をいう。また、本体101の最低限の機能を稼働させ、更なる省電力を図るスリープモードもある。電源ユニット120は、駆動系電圧として、後述するエンジンコントローラ123を介して電圧24Vを供給している。駆動系電圧とは、例えば、モータやクラッチ等(不図示)の駆動ユニット、カートリッジユニット105に高電圧を供給するための高電圧電源(不図示)、レーザースキャナー106が有する回転多面鏡の駆動部(不図示)等に供給される電圧である。
エンジンコントローラ123は本体101の制御を行うものであり、上述した駆動ユニット(不図示)を制御することにより、各ローラを動作させて記録材Sの搬送を制御する。また、エンジンコントローラ123は、レーザースキャナー106、カートリッジユニット105、加熱定着器103等を制御して画像形成(以下、プリントという)動作を行う。また、エンジンコントローラ123内には、後述するDC-DCコンバータ121を搭載し、DC-DCコンバータ121は、電源ユニット120から供給される電圧を基に、主に制御系で使用される電圧3.3Vを生成している。なお、DC-DCコンバータ121は、エンジンコントローラ123外に設けられてもよい。DC-DCコンバータ121で生成された電圧3.3Vは、エンジンコントローラ123の内部にある制御回路(不図示)に供給されている。電圧3.3Vは、さらに、後述するビデオコントローラ131、レーザースキャナー106のレーザー発光部(不図示)、トップセンサ143等を含む制御系の回路に供給されている。ビデオコントローラ131は、エンジンコントローラ123とエンジンインターフェース133で接続されると共に、パーソナルコンピュータ等の外部装置132と汎用の汎用インターフェース134(例えば、USB等)で接続されている。
電源ユニット120では、後述する交流電源201(図2参照)のゼロクロスタイミングを検知しており、ゼロクロス検知信号(不図示)をエンジンコントローラ123に送信している。そしてエンジンコントローラ123は、交流電源201からの電力を、ゼロクロスタイミングに同期して所定の位相角、又は波数のデューティー比となるようにヒータスイッチング手段(不図示)を制御し、ヒータ102が所定の温度となるように制御する。
ビデオコントローラ131は、汎用インターフェース134からプリント情報(例えば、印刷枚数や各種の設定等)及び印刷用データを受信する。そしてビデオコントローラ131は、内部に画像制御部(不図示)を搭載し、印刷用データを実際にプリントが可能な画像データへと展開する。その後、エンジンコントローラ123は、所定のタイミングでビデオコントローラ131からエンジンインターフェース133を介して画像データを受信し、レーザースキャナー106へ送信する。画像形成動作において、記録材S上に画像を形成する際に寄与する部材は画像形成手段として機能する。
[電源ユニット]
図2は、実施例1の電源装置である電源ユニット120及びエンジンコントローラ123(コントローラ)の構成を示す図である。電源ユニット120には、交流電源201が接続されており、入力された交流電圧から直流電圧Vo2を生成し、2次側に出力している。ここで直流電圧Vo2は、少なくとも、第1直流電圧である24Vと、第1直流電圧よりも低い第2直流電圧である5Vの2つの出力電圧の値を持っている。例えば、本体101がプリントモード又はスタンバイモード(即時プリント可能な待機状態)のときは直流電圧Vo2として24Vを出力する。以下、直流電圧Vo2が24Vの状態を、第1の電圧出力モード(第1モード)という。一方、スリープモード(省電力モード)のときは直流電圧Vo2に5Vを出力する。以下、直流電圧Vo2が5Vの状態を、第2の電圧出力モード(第2モード)という。エンジンコントローラ123は制御手段であるCPU223を有しており、CPU223は、直流電圧Vo2の切り替えを行っている。CPU223は、第1モードと第2モードを切り替える切替手段として機能する。なお、プリンタ本体101に設けられたCPU223を電源基板(不図示)に一体化して設けること等により、電源ユニット120がCPU223を有していてもよい。
電源ユニット120に入力された交流電源201の交流電圧は、ブリッジダイオード204で整流された後、コンデンサ210によって平滑化され、DCLラインを負極、DCHラインを正極とした直流電圧となる。そしてDCHラインは、電源トランス205(以下、トランスという)の1次巻線205aの2つの端子の内の一方の端子に接続されると共に、抵抗230を介して電源IC222のVH端子にも接続され、電圧が供給される。電源IC222は、VH端子に電圧が印加されることで動作を開始する。なお、図2において、トランス205の1次巻線205a、1次補助巻線205bの側に1次側、2次巻線205cの側に2次側と記す。
スイッチング素子である電界効果トランジスタ(以下、FETという)243は、ドレイン端子が1次巻線205aの他方の端子に直列に接続され、ソース端子が電流検知抵抗241を介してDCLラインに接続されている。そしてFET243のゲート端子は、ゲート抵抗242を介して電源IC222のOUT端子に接続される。電源IC222がFET243をオン/オフ(以下、ON/OFFと記す)制御することにより、1次巻線205aに電流が流れる。1次巻線205aに流れた電流が電流検知抵抗241によって電圧に変換され、電源IC222のIS端子に入力される。電源IC222はIS端子の電圧を監視しており、1次巻線205a及びFET243に流れる電流が所定の電流範囲に収まるように制御する。
1次巻線205aに電流が流れると、1次補助巻線205b及び2次巻線205cに極性が逆となるようにフライバック電圧が誘起される。1次補助巻線205bに誘起された電圧は、抵抗233、ダイオード234、コンデンサ235を介して整流平滑化され、電圧Vccを出力する。そしてこの電圧Vccは、電源IC222の電源としてVcc端子に供給される。また、2次巻線205cに誘起された電圧は、整流素子である2次側整流ダイオード251で整流された後、平滑手段である2次側平滑コンデンサ252により平滑化され、直流電圧Vo2として出力される。ブリッジダイオード204、コンデンサ210、トランス205、FET243、電源IC222、2次側整流ダイオード251、2次側平滑コンデンサ252は、交流電圧を直流電圧に変換する変換手段として機能する。
(フィードバック回路)
次に、フィードバック回路224について説明する。フィードバック回路224は、抵抗253、抵抗254、抵抗255、抵抗256、抵抗257、シャントレギュレータ258、FET259、フォトカプラ206、及びコンデンサ207等により構成される。フィードバック回路224は直流電圧Vo2を監視し、直流電圧Vo2が5V又は24Vとなるようにフォトカプラ206を介して2次側回路から1次側の電源IC222のFB端子にFB信号としてフィードバックしている。電源IC222はFB端子に入力されたFB信号に応じた電圧を基に、直流電圧Vo2が所定の電圧になるようFET243をON/OFF制御している。また、フィードバック回路224にはエンジンコントローラ123から5V/24V信号が入力されており、5V/24V信号により、直流電圧Vo2が5V又は24Vになるよう、出力電圧が切り替えられている。フィードバック回路224は、例えば、5V/24V信号がハイレベルのときには直流電圧Vo2が5Vとなるように、ローレベルのときには24Vとなるようにフィードバックする。
直流電圧Vo2とグランド(以下、Gndとする)との間には抵抗253、抵抗254、抵抗256が直列に接続され、抵抗256にはFET259が並列に接続される。すなわち、FET259のドレイン端子が抵抗254と抵抗256の接続点へ、そしてソース端子が2次側のGndへ接続される。さらに、FET259のゲート端子には、エンジンコントローラ123から5V/24V信号が入力されている。
フォトカプラ206のフォトダイオード206aは、アノード端子が抵抗255を介して直流電圧Vo2に接続され、カソード端子がシャントレギュレータ258のカソード端子に接続される。なお、フォトカプラ206のフォトダイオード206aと並列に接続される抵抗257は、シャントレギュレータ258のリーク電流をバイパスさせるための抵抗である。シャントレギュレータ258は、アノード端子が直流電圧Vo2のGndに接続されると共に、リファレンス端子が抵抗253と抵抗254の接続点に接続される。そしてフォトカプラ206のフォトトランジスタ206bは、コレクタ端子がFB信号として電源IC222のFB端子に接続され、エミッタ端子がDCLラインに接続される。ここでコンデンサ207は、FB信号のために設けられた、ノイズ吸収用のコンデンサであり、電源IC222のFB端子とDCLラインの間に接続される。
次にフィードバック回路224が、直流電圧Vo2を24V又は5Vへ切り替える方法について説明する。エンジンコントローラ123から出力される5V/24V信号がハイレベルのとき、FET259はONとなる。このとき、直流電圧Vo2を抵抗253、抵抗254で分圧した電圧がシャントレギュレータ258のリファレンス端子に入力される。すると、シャントレギュレータ258のリファレンス端子が内部基準電圧と同じ電圧になるようフォトカプラ206を介して電源IC222のFB端子にフィードバックされ、その結果、直流電圧Vo2が5Vに制御される。また、5V/24V信号がローレベルのとき、FET259はOFFとなる。このとき、直流電圧Vo2を抵抗253、抵抗254、抵抗256で分圧した電圧がシャントレギュレータ258に入力される。すると、シャントレギュレータ258のリファレンス端子が内部基準電圧と同じ電圧になるようフォトカプラ206を介して電源IC222のFB端子にフィードバックされ、その結果、直流電圧Vo2が24Vに制御される。
(エンジンコントローラ等)
エンジンコントローラ123にはCPU223及びDC-DCコンバータ121が搭載されている。電源ユニット120から出力された直流電圧Vo2は、エンジンコントローラ123から前述の駆動ユニットや高電圧電源(いずれも不図示)等へ、CPU223から出力される制御信号(不図示)と共に接続される。なお、スリープモードでは直流電圧Vo2が5Vとなる。そこで、5Vが駆動ユニット等へ不要に供給されないようにするため、スリープモード時に直流電圧Vo2の供給を遮断するスイッチ等を設けてもよい。
エンジンコントローラ123から5V/24V信号が電源ユニット120へ出力される。5V/24V信号は、CPU223のPort201端子から抵抗264を介して出力され、ハイレベル/ローレベルが電源ユニット120へ入力される。CPU223は、Port201端子をハイレベル/ローレベルに切り替えることで、直流電圧Vo2を5V又は24Vへ切り替えている。
電源ユニット120から出力された直流電圧Vo2はエンジンコントローラ123に入力される。生成手段であるDC-DCコンバータ121にも直流電圧Vo2が入力されている。DC-DCコンバータ121は、直流電圧Vo2よりも低い第3直流電圧である電圧Voを出力している(Vo<Vo2)。ここでDC-DCコンバータ121は、入力される直流電圧Vo2が24V又は5Vのどちらであっても所定の電圧Vo(例えば、3.3V)を出力するように動作する。そして電圧Voは、前述のとおりエンジンコントローラ123の内部のCPU223、制御回路(不図示)やビデオコントローラ131、レーザースキャナー106のレーザー発光部(不図示)、トップセンサ143等を含む制御系の回路に供給されている。
温度検知素子であるサーミスタ208(温度検知手段)は、電源ユニット120内にあり、負荷電流の増加によって発熱する素子であるトランス205(ここではトランス205の2次巻線205c)及び2次側整流ダイオード251の近傍に配置される。サーミスタ208は、一方の端子を2次側のGndに、他方の端子をエンジンコントローラ123上のCPU223のA/DポートであるA/D201端子にTH信号として入力されている。そしてTH信号はエンジンコントローラ123上でプルアップ抵抗209によってプルアップされる。
CPU223は、本体101がスタンバイモード又はプリントモード(5V/24V信号がローレベルの状態)において、TH信号を監視しており、サーミスタ208が検知する温度が正常範囲内にあるか否かを判断している。CPU223は、もしサーミスタ208の検知結果である温度が所定温度以下の場合は、トランス205や2次側整流ダイオード251が正常に動作している状態と判断する。所定温度は、CPU223が正常か異常かを判断するための温度の閾値である。このとき、CPU223は、電源ユニット120の負荷電流が正常値内にあると判断する。
一方CPU223は、サーミスタ208の検知結果である温度が所定温度より高い場合は、電源ユニット120の負荷電流が異常に高い状態になり、トランス205や2次側整流ダイオード251が異常な温度に上昇したと判断する。CPU223は、サーミスタ208により検知した温度が所定の閾値よりも大きい場合に、過電流状態であると判断する。CPU223は、過電流が発生した過電流状態であることを判断する判断手段として機能する。この場合CPU223は、5V/24V信号をローレベルからハイレベルに遷移させる。そしてCPU223は本体101の負荷状態が異常であることをビデオコントローラ131に報知する。ビデオコントローラ131は、本体101が有する表示パネル160に、負荷状態が異常である(過負荷状態である)こと、例えば、電源ユニット120がエラーである旨の情報を表示する。また、ビデオコントローラ131は、汎用インターフェース134を介して外部装置132へ電源ユニット120が過負荷状態である旨の情報を報知して、外部装置132の画面にその旨を示すメッセージを表示させてもよい。また、本体101は電源ユニット120が過負荷状態である旨を示すメッセージを記録材Sに印刷して出力してもよい。これにより、CPU223は、ユーザに電源ユニット120が異常な状態であることを報知することができる。このように、実施例1では、CPU223は、過電流状態であると判断した場合に、第2モードに切り替えて、過電流状態であることを報知するように制御する。
[異常の判断処理と報知処理]
次に図3を用いて実施例1の制御を説明する。本体101の電源がオンされると、ステップ(以下、Sとする)102以降の処理が実行される。S102で電源ユニット120は、電源ユニット120内の電源IC222のVH端子に電圧が印加されると起動する。このとき、5V/24V信号はローレベル状態である。このため、電源ユニット120は、まず直流電圧Vo2が24Vを出力する状態(第1の電圧出力モード)となり、エンジンコントローラ123に24Vの直流電圧Vo2を供給する。
S103でエンジンコントローラ123は、S102で直流電圧Vo2が供給されたことで起動し、DC-DCコンバータ121が動作を開始して電圧Voを出力する。これにより、電圧VoがCPU223に供給され、CPU223が動作を開始する。S104でCPU223は、S103で電圧Voが供給されたことで、5V/24V信号をローレベルにして、プリントモード又はスタンバイモード(スタンバイ/プリントモードと図示)で動作を続ける。S105でCPU223は、サーミスタ208の状態を監視し、サーミスタ208により検知した温度が正常な範囲内にあるか否かを判断する。具体的にはCPU223は、検知した温度が所定温度以下であれば正常、検知した温度が所定温度よりも高ければ異常、と判断する。
S105でCPU223は、検知した温度が正常な範囲内にあると判断した場合、処理をS106に進め、正常な範囲内にはないと判断した場合、処理をS108に進める。S106でCPU223は、スリープモードへの移行が可能か否かを判断する。S106でCPU223は、スリープモードへの移行が可能でないと判断した場合、処理をS104へ戻す。S106でCPU223は、スリープモードへの移行が可能と判断した場合、処理をS107へ進める。S107でCPU223は、5V/24V信号をハイレベルへ遷移させてスリープモードへと移行し、処理をS106へ戻す。
S108でCPU223は、5V/24V信号をハイレベルへ遷移させて直流電圧Vo2を24Vから5Vへ切り替える(5V出力)。直流電圧Vo2が下がったことにより、負荷電流は大幅に減少し、温度も低下する。その結果、電源ユニット120が有する各素子が破壊されることを回避し、直流電圧Vo2を安全に出力し続けることができる。S109でCPU223は、本体101を含む電源ユニット120の出力ラインに異常が発生したこと、すなわち過負荷状態である旨の情報を表示パネル160等のユーザーインターフェース上に表示し、ユーザへ報知する。CPU223は、その後電源ユニット120の動作を停止させて、処理を終了する。なお、電源ユニット120の動作を停止させる前に、サーミスタ208の状態を監視して温度が正常な範囲内に戻っていれば電源ユニット120の稼働を継続させるようにしてもよい。
実施例1では、サーミスタ208がトランス205の2次巻線205cや2次側整流ダイオード251といった2次側の過電流負荷時に発熱し易い素子の近傍に配置している。しかし、図2の構成に限られるものではなく、例えば、1次側FET243やトランス205の1次巻線205aといった、負荷電流に応じてより温度が上昇し易い素子の近傍に配置してもよい。ただし、1次側の素子を検知する場合は、安全のため、1次-2次間の絶縁について考慮する必要がある。すなわち、1次側の温度検知手段による検知結果を、例えばフォトカプラ等の絶縁による伝達手段を用いて、2次側のエンジンコントローラ123に伝達する必要がある。このように、サーミスタ208は、1次巻線205a、2次巻線205c、FET243及び2次側整流ダイオード251のうちの少なくとも1つの温度を検知してもよい。更に、温度が検知される素子は上述した素子に限られず、電流が流れることにより発熱する素子(以下、発熱素子という)であればよい。例えば、2次側に設けられたロードスイッチ(不図示)や、電流検出のための抵抗等も、発熱素子に含まれる。
また、実施例1では、直流電圧Vo2が24Vと5Vの2モードの場合で説明したが、これに限ったことではなく、その装置の構成や用途に応じて、2モードより多くの異なる出力電圧を有する系に応用することも可能である。すなわち、電源装置は、2以上の異なる電圧を出力することができればよい。この場合、素子の発熱量に応じて、より低い電圧に切り替える動作を複数回繰り返すようにしてもよいし、その発熱量に応じて切り替える電圧を選択するようにしてもよい。また、切り替える直流電圧Vo2の値に応じて、異常と判断する閾値(温度の正常の範囲等)を変えてもよい。例えば、直流電圧Vo2が24Vよりも5Vのときの方が、より低い温度で異常と判断するようにしてもよい。この場合、CPU223は、電源ユニット120が直流電圧Vo2として5Vを出力している状態(例えば、図3のS107の処理の後)でも、サーミスタ208の状態を監視するようにすればよい。
以上述べたとおり、実施例1では、電源ユニット120の負荷状態をサーミスタ208により監視し、サーミスタ208の検知結果に基づいて異常な負荷が発生した状態であるか否かが判断される。そして異常な負荷が発生した状態であると判断される場合に、電源ユニット120の素子が破壊するのを防ぎ、安全な状態となる電圧に切り替えてモードを遷移させることが可能である。そして電源ユニット120の負荷状態が異常であることをユーザに報知することが可能である。このように、既存の構成を利用しつつ、画像形成装置やその接続機器に異常が生じ、電源装置の負荷電流が過大になった場合でも、電源装置内の素子を安全な状態に保つと共に、異常が発生したことをユーザに知らしめることができる。
以上、実施例1によれば、電源装置が破壊に至る前に安全な状態に遷移させ、異常が発生したことをユーザに報知することができる。
[電源ユニット]
次に、図を用いて、実施例2について説明する。上述した実施例1では、電源ユニット120の過電流を温度検知素子であるサーミスタ208で検知する例について説明した。実施例2では、電源ユニット420の過電流を、トランス205の2次側に流れる電流を検知する過電流検知回路424(電流検知手段)によって検知する例について説明する。なお、主な構成及び動作は、実施例1にて説明したとおりであるので、同一の符号を付してここでの説明は省略する。また同様に、電源ユニット120及びエンジンコントローラ123は、電源ユニット420及びエンジンコントローラ423へ、各々読み替えて説明される。以下、詳しく説明する。
図4は、実施例2の電源ユニット420及びエンジンコントローラ423の構成を示す図である。図2と比べて、電源ユニット120、エンジンコントローラ123、電源IC222及びCPU223が、電源ユニット420、エンジンコントローラ423、電源制御部である電源CPU422及びCPU323へ置き換えられている。しかし、主な動作は夫々ほぼ同じである。一方、サーミスタ208及びプルアップ抵抗209が削除、過電流検知回路424が追加され、実施例1とは異なっている。以下では、これら異なる点を中心に説明する。
電源ユニット420は、入力された交流電圧から直流電圧Vo2を生成し、2次側に出力している。実施例2では、直流電圧Vo2の制御を、1次側にある電源CPU422が行う。そして直流電圧Vo2の5Vと24Vの切り替えを、エンジンコントローラ423に搭載されるCPU323(制御手段)が行っている。電源ユニット420に入力された交流電圧は、ブリッジダイオード204、コンデンサ210によって整流/平滑化され、DCLライン/DCHラインの直流電圧となる。そしてその電圧は、抵抗430、抵抗431、抵抗432によって分圧される。抵抗432にはツェナーダイオード436が並列に接続されており、電圧Vccにクランプされて電源CPU422のVcc端子に供給される。電源CPU422は、Vcc端子に電圧が印加されることで動作を開始する。
電源CPU422は、Port403端子がゲート抵抗242を介してFET243のゲート端子に接続されており、Port403端子をハイレベル/ローレベルにすることでFET243をON/OFF制御している。そして1次巻線205aに電流が流れると、その電流が電流検知抵抗241によって電圧に変換され、電源CPU422のA/DポートであるA/D401端子に入力される。電源CPU422はA/D401端子の電圧を監視しており、1次巻線205a及びFET243に流れる電流が所定の電流範囲に収まるように制御する。なお、電源CPU422が起動し、FET243がスイッチング動作を始めて1次補助巻線205bに電圧が誘起され、コンデンサ235へ出力し始めると、電圧Vccは1次補助巻線205bからの供給に切り替わる。また、フィードバック回路224から出力されるFB信号は、電源CPU422のA/DポートであるA/D402端子に入力される。
(過電流検知回路)
次に、過電流検知回路424について説明する。直流電圧Vo2の出力段には、エンジンコントローラ423へ流れた電流を検知するための電流検知抵抗408が備えられている。電流検知抵抗408の入力側は、エンジンコントローラ423上にある抵抗410、抵抗411によって分圧され、その分圧された電圧Vcが、同じくエンジンコントローラ423上にあるコンパレータ412の反転入力端子(-端子)に入力される。電流検知抵抗408の出力側(直流電圧Vo2)は、同じくエンジンコントローラ423上にある抵抗413を介してコンパレータ412の非反転入力端子(+端子)に入力される。コンパレータ412の出力端子は、CPU323のPort401端子に入力されると共に電圧Voに抵抗409でプルアップされる。
エンジンコントローラ423に流れる電流が正常範囲内の場合、抵抗408による電圧低下は小さく、その直流電圧Vo2は、抵抗410、抵抗411によって分圧された電圧Vcよりも高い(Vo2>Vc)。したがってコンパレータ412の出力はハイレベルとなり、CPU323に入力される。もし、エンジンコントローラ423に流れる電流が正常範囲を超えて大きい場合、抵抗408による電圧低下は大きくなり、その直流電圧Vo2は電圧Vcより低くなる(Vo2<Vc)。したがって、コンパレータ412の出力はローレベルへ反転し、CPU323のPort401端子に入力される。CPU323は、直流電圧Vo2が電圧Vcより低い、言い換えれば、過電流検知回路424により検知した電流が所定の閾値よりも大きい場合に、過電流状態であると判断する。CPU323は、Port401端子のレベルを監視することにより、電流値の正常又は異常を判断する。
直流電圧Vo2が5Vの場合、抵抗410、抵抗411で分圧された電圧Vcと直流電圧Vo2との差ΔV5Vが、24Vのときの差ΔV24Vよりも小さくなる(ΔV5V<ΔV24V)。すなわち直流電圧Vo2が5Vのときは、24Vのときより小さい出力電流でコンパレータ412の出力が反転し、CPU323に異常を報知する。CPU323は、直流電圧Vo2が24Vのとき、Port401端子にローレベルが入力されると、Port201端子をローレベルからハイレベルに遷移させて直流電圧Vo2を24Vから5Vへ切り替える。また、CPU323は、直流電圧Vo2が5Vのとき、Port401端子にローレベルが入力されると、Port402端子をローレベルからハイレベルに切り替えて、Pstop信号のレベルを遷移させる。
(Pstop信号)
CPU323のPort402から出力されたPstop信号は、エンジンコントローラ423から電源ユニット420へ入力され、抵抗455を介してフォトカプラ406のフォトダイオード406aのアノード端子に入力される。フォトダイオード406aのカソード端子は2次側Gndに接続される。フォトカプラ406のフォトトランジスタ406bは、コレクタ端子が電源CPU422のPort404端子に入力されると共に電圧Vccに抵抗456でプルアップされる。エミッタ端子はDCLラインに接続される。Pstop信号がローレベルのとき、フォトカプラ406のフォトダイオード406aがOFFとなる。フォトカプラ406のフォトトランジスタ406bのコレクタ端子はハイレベルとなり、電源CPU422のPort404端子がハイレベルとなる。電源CPU422はPort404端子がハイレベルの状態であることから正常と判断し、そのまま動作を続ける。
一方、Pstop信号がハイレベルになると、フォトカプラ406のフォトダイオード406aがONとなり、フォトカプラ406のフォトトランジスタ406bのコレクタ端子がローレベルとなる。電源CPU422はPort404端子がローレベルに遷移したことを検知すると、何らかの異常が発生したと判断し、動作を停止する。実施例2では、CPU323は、第2モードにおいて過電流状態であると判断した場合、電源CPU422を停止させる。
[異常の判断処理と報知処理]
次に図5を用いて実施例2の制御を説明する。本体101の電源がONされるとS202以降の処理が実行される。S202で電源ユニット420は、電源ユニット420内の電源CPU422のVcc端子に電圧が印加され、起動する。このとき、5V/24V信号はローレベル状態であるため、電源ユニット420の出力電圧である直流電圧Vo2は24Vとなり、エンジンコントローラ423に直流電圧Vo2を供給する。S203でエンジンコントローラ423は、S202で直流電圧Vo2が供給されることで起動し、DC-DCコンバータ121が動作を開始して電圧Voを出力し、CPU323が動作を開始する。S204でCPU323は、5V/24V信号をローレベルにしてプリントモード又はスタンバイモードで動作を続ける。
S205でCPU323は、過電流検知回路424の状態を監視し、電流が正常な範囲にあるか否かを判断する。具体的にはCPU323は、直流電圧Vo2が電圧Vc以上であれば正常、直流電圧Vo2が電圧Vcより低ければ異常、と判断する。S205でCPU323は、電流が正常な範囲にあると判断した場合、処理をS206に進め、正常な範囲にないと判断した場合、処理をS209に進める。S206でCPU323は、スリープモードへの移行が可能かどうかを判断する。S206でCPU323は、スリープモードへの移行が可能でないと判断した場合は、処理をS204へ戻し、スリープモードへの移行が可能と判断した場合は、処理をS207へ進める。S207でCPU323は、5V/24V信号をハイレベルへ遷移させてスリープモードへと移行する。S208でCPU323は、過電流検知回路424の状態を監視し、電流が正常な範囲にあるか否かを判断する。S208でCPU323は、電流が正常な範囲にあると判断した場合、処理をS206に戻し、電流が正常な範囲にないと判断した場合、処理をS209に進める。
S205又はS208の判断において、電流が正常な範囲を超えて、異常と判断された場合は、S209でCPU323は、5V/24V信号をハイレベルへ遷移させて直流電圧Vo2を24Vから5Vへ切り替える(5V出力)。直流電圧Vo2が24Vから5Vに下がったことにより、負荷電流は大幅に減少する。S210でCPU323は、本体101を含む電源ユニット420の出力ラインに異常が発生したことを表示パネル160等のユーザーインターフェース上に表示し、過負荷状態であることを報知する。S211でCPU323は、過電流検知回路424の状態を監視し、電流が正常な範囲にあるか否かを判断する。S211でCPU323は、電流が正常な範囲にあると判断した場合、処理をS211へ戻し、電流が正常な範囲を超えて異常と判断した場合、処理をS212に進める。S212でCPU323は、直流電圧Vo2を5V出力としたにもかかわらず過電流状態が解消されないため、Pstop信号をローレベルからハイレベルへ変化させて、電源CPU422の動作を停止させることで、電源ユニット420を停止させる。
以上、実施例2では、2段階の保護機能により、電源ユニット420の素子が破壊されることを回避し、直流電圧Vo2を安全に停止させることができる。なお、図5のS209では直流電圧Vo2が24Vを出力しているときに過電流を検知した場合は直流電圧Vo2を24Vから5Vへ切り替えている。しかし、5Vへ切り替えることなく、電源CPU422の動作を停止させてもよい。この場合、直流電圧Vo2が24Vのときよりも5Vのときの方に、動作を停止させるための過電流の閾値を低く設定することが可能である。このように、実施例2では、第2モードのときの所定の閾値は、第1モードのときの所定の閾値よりも低く設定されてもよい。
以上述べたとおり、実施例2では、電源ユニット420の負荷状態を監視し、もし異常に負荷が増大した状態であると検知した場合に、電源ユニット420の素子が破壊するのを防ぎ、安全な状態に電圧を遷移させることが可能である。さらに、電源ユニット420の直流電圧Vo2が省電力(低電圧)モードである5Vになったときは、過電流検知のポイント(閾値)を低く設定する。これにより、電圧を下げても過電流の電流値が下がらない場合においては、安全に動作を停止し、素子の破壊を防ぐことが可能である。
以上、実施例2によれば、電源装置が破壊に至る前に安全な状態に遷移させ、異常が発生したことをユーザに報知することができる。
120 電源ユニット
223 CPU

Claims (14)

  1. 交流電圧を直流電圧に変換する変換手段を備え、少なくとも、第1直流電圧を出力する第1モードと、前記第1直流電圧よりも低い第2直流電圧を出力する第2モードと、を切り替えることが可能な電源装置であって、
    前記第1モードと前記第2モードを切り替える切替手段と、
    前記変換手段において過電流が発生した過電流状態であることを判断する判断手段と、
    前記判断手段により前記過電流状態であると判断された場合に、前記切替手段により前記第2モードに切り替えて、前記過電流状態であることを報知するように制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする電源装置。
  2. 電流が流れることにより発熱する発熱素子と、
    前記発熱素子の温度を検知する温度検知手段と、
    を備え、
    前記判断手段は、前記温度検知手段により検知した温度が所定の閾値よりも高い場合に、前記過電流状態であると判断することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
  3. 前記変換手段は、
    1次巻線と2次巻線とを有するトランスと、
    前記1次巻線に直列に接続され、オン又はオフするスイッチング動作を行うスイッチング素子と、
    前記スイッチング素子の前記スイッチング動作を制御する電源制御部と、
    前記2次巻線に誘起された電圧を整流する整流素子と、
    前記整流素子により整流された電圧を前記直流電圧として平滑する平滑手段と、
    を有し、
    前記発熱素子には、前記1次巻線、前記2次巻線、前記スイッチング素子及び前記整流素子のうちの少なくとも1つが含まれることを特徴とする請求項2に記載の電源装置。
  4. 前記変換手段は、
    1次巻線と2次巻線とを有するトランスと、
    前記1次巻線に直列に接続され、オン又はオフするスイッチング動作を行うスイッチング素子と、
    前記スイッチング素子の前記スイッチング動作を制御する電源制御部と、
    前記2次巻線に誘起された電圧を整流する整流素子と、
    前記整流素子により整流された電圧を前記直流電圧として平滑する平滑手段と、
    を有し、
    前記直流電圧によって流れる電流を検知する電流検知手段を備え、
    前記判断手段は、前記電流検知手段により検知した電流が所定の閾値よりも大きい場合に、前記過電流状態であると判断することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
  5. 前記制御手段は、前記第2モードにおいて前記判断手段が前記過電流状態であると判断した場合、前記電源制御部を停止させることを特徴とする請求項4に記載の電源装置。
  6. 前記第2モードのときの前記所定の閾値は、前記第1モードのときの前記所定の閾値よりも低く設定されることを特徴とする請求項5に記載の電源装置。
  7. 前記変換手段により出力された前記直流電圧から、前記直流電圧よりも低い第3直流電圧を生成する生成手段を備え、
    前記生成手段は、前記第3直流電圧を前記制御手段に供給することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電源装置。
  8. 交流電圧を直流電圧に変換する変換手段を備え、少なくとも、第1直流電圧を出力する第1モードと、前記第1直流電圧よりも低い第2直流電圧を出力する第2モードと、を切り替えることが可能な電源装置を備える画像形成装置であって、
    前記第1モードと前記第2モードを切り替える切替手段と、
    前記変換手段において過電流が発生した過電流状態であることを判断する判断手段と、
    前記判断手段により前記過電流状態であると判断された場合に、前記切替手段により前記第2モードに切り替えて、前記過電流状態であることを報知するように制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。
  9. 前記電源装置は、電流が流れることにより発熱する発熱素子を有し、
    前記発熱素子の温度を検知する温度検知手段を備え、
    前記判断手段は、前記温度検知手段により検知した温度が所定の閾値よりも高い場合に、前記過電流状態であると判断することを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。
  10. 前記変換手段は、
    1次巻線と2次巻線とを有するトランスと、
    前記1次巻線に直列に接続され、オン又はオフするスイッチング動作を行うスイッチング素子と、
    前記スイッチング素子の前記スイッチング動作を制御する電源制御部と、
    前記2次巻線に誘起された電圧を整流する整流素子と、
    前記整流素子により整流された電圧を前記直流電圧として平滑する平滑手段と、
    を有し、
    前記発熱素子には、前記1次巻線、前記2次巻線、前記スイッチング素子及び前記整流素子のうちの少なくとも1つが含まれることを特徴とする請求項9に記載の画像形成装置。
  11. 前記変換手段は、
    1次巻線と2次巻線とを有するトランスと、
    前記1次巻線に直列に接続され、オン又はオフするスイッチング動作を行うスイッチング素子と、
    前記スイッチング素子の前記スイッチング動作を制御する電源制御部と、
    前記2次巻線に誘起された電圧を整流する整流素子と、
    前記整流素子により整流された電圧を前記直流電圧として平滑する平滑手段と、
    を有し、
    前記直流電圧によって流れる電流を検知する電流検知手段を備え、
    前記判断手段は、前記電流検知手段により検知した電流が所定の閾値よりも大きい場合に、前記過電流状態であると判断することを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。
  12. 前記制御手段は、前記第2モードにおいて前記判断手段が前記過電流状態であると判断した場合、前記電源制御部を停止させることを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。
  13. 前記第2モードのときの前記所定の閾値は、前記第1モードのときの前記所定の閾値よりも低く設定されることを特徴とする請求項12に記載の画像形成装置。
  14. 前記変換手段により出力された前記直流電圧から、前記直流電圧よりも低い第3直流電圧を生成する生成手段を備え、
    前記生成手段は、前記第3直流電圧を前記制御手段に供給することを特徴とする請求項8から請求項13のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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