スイッチング電源回路、及び画像形成装置
【課題】低負荷時における電力損失の増大を抑制しつつ、高負荷時における電力損失を低減することができるスイッチング電源回路、及びこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】電流をスイッチングする、互いに並列接続されたＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３と、負荷回路が必要とする電力量に関する電力情報を取得する接続端子２０２と、当該電力情報で示される電力量が大きいほど、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３のうちスイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増加するように、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部２０５とを備えた。
【解決手段】電流をスイッチングする、互いに並列接続されたＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３と、負荷回路が必要とする電力量に関する電力情報を取得する接続端子２０２と、当該電力情報で示される電力量が大きいほど、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３のうちスイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増加するように、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部２０５とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源回路、及びこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、背景技術に係るスイッチング電源回路１００を示す回路図である。図５に示すスイッチング電源回路１００は、商用交流電源ＡＣから供給された交流電圧を、ダイオードブリッジ１０１で整流し、コンデンサ１０２で平滑することにより、直流電圧を生成する。そして、この直流電圧を、並列接続されたＦＥＴ（Field Effect Transistor）１０４，１０５で高周波スイッチングすることで、トランス１０３の一次側巻線に高周波電流を流す。
【０００３】
そうすると、トランス１０３の二次巻線に高周波電圧が誘起され、これがダイオード１０６で整流され、コンデンサ１０７で平滑されて、直流電圧に変換される。そして、この直流電圧が、スイッチング電源回路１００の出力電圧として負荷１１０へ供給される。また、この直流電圧は、抵抗１０８，１０９の直列回路で分圧されて、その分圧電圧がフォトカプラ１１１を介してＰＷＭ制御回路１１２へフィードバックされる。
【０００４】
ＰＷＭ制御回路１１２は、この分圧電圧に応じて、出力電圧が所望の電圧になるように、ＦＥＴ１０４，１０５をオン、オフさせるデューティ比を制御するようになっている。ＰＷＭ制御回路１１２は、抵抗１１３，１１４，１１５を介してＦＥＴ１０４，１０５のゲートに接続されている。抵抗１１４，１１５はゲートへの充電抵抗、抵抗１１５は同期抵抗である。抵抗１１３には、ＦＥＴ１０４，１０５のターンオフ時に素早くゲート電荷を放電するための放電用のダイオード１１６が並列接続されている。
【０００５】
スイッチング電源回路１００は、電流スイッチング用のＦＥＴを二つ並列接続することにより、ＦＥＴにおけるオン抵抗を、ＦＥＴが一つの場合より小さくすることで、スイッチング素子で生じる電力損失を低減するようになっている。
【０００６】
また、スイッチング素子のターンオフ時間を短縮することで、スイッチング損失を低減する技術も知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１４７４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、スイッチング素子における電力損失は、電流が減少すると、オン抵抗による損失よりも、スイッチング損失の方が大きくなる。そうすると、上述のように、スイッチング素子を二個並列接続した場合には、スイッチング損失が２倍になるから、負荷電流が小さい低負荷時は、スイッチング素子による電力損失がかえって増大してしまうという不都合があった。
【０００８】
また、特許文献１に記載の技術は、スイッチング損失を低減することができるので、負荷電流が小さい低負荷時は、効果的に電力損失を低減することができる。一方、負荷電流が大きいときは、スイッチング損失よりもオン抵抗で生じる電力損失の方が大きくなる。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、スイッチング素子がオン状態のときに生じるオン抵抗による電力損失を低減することはできないため、負荷電流が大きい高負荷時は、電力損失の低減効果が小さいという、不都合があった。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みて為された発明であり、低負荷時における電力損失の増大を抑制しつつ、高負荷時における電力損失を低減することができるスイッチング電源回路、及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るスイッチング電源回路は、電流のスイッチングを繰り返すことにより所望の電圧を生成し、当該電圧を負荷回路へ出力するスイッチング電源回路であって、前記電流をスイッチングする、互いに並列接続された複数のスイッチング素子と、前記負荷回路が必要とする電力量に関する電力情報を取得する電力情報取得部と、前記電力情報取得部によって取得される電力情報で示される電力量が大きいほど、前記複数のスイッチング素子のうち前記スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増加するように、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部とを備える。
【００１１】
この構成によれば、電力情報取得部によって、負荷回路が必要とする電力量に関する電力情報が取得される。そして、スイッチング制御部によって、当該電力情報で示される電力量が大きいほど、並列接続された複数のスイッチング素子のうちスイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増加するように、当該複数のスイッチング素子のスイッチング動作が制御される。
【００１２】
そうすると、スイッチング損失の影響が大きくなる低負荷時には、スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が減ってスイッチング損失が低減される。一方、スイッチング素子のオン抵抗による電力損失の影響が大きくなる高負荷時には、スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増大され、スイッチング素子の並列数が増大されることによりオン抵抗による電力損失が低減される。これにより、低負荷時における電力損失の増大を抑制しつつ、高負荷時における電力損失を低減することができる。
【００１３】
また、前記負荷回路は、消費電力の異なる複数の動作状態を有し、前記電力情報取得部は、前記負荷回路の動作状態を示す情報を、前記電力情報として取得することが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、スイッチング制御部は、動作状態に対応してスイッチングに用いられるスイッチング素子の数が設定すればよいので、スイッチング素子数の設定処理が簡素化される。
【００１５】
また、前記負荷回路は、前記複数の動作状態として、通常の動作を行う通常モードと、当該通常モードより消費電力が少ない省電力モードとを有することが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、通常モードと省電力モードとでは、負荷回路の消費電力が大きく異なると考えられるので、スイッチング制御部が、通常モードであるか省電力モードであるかに応じてスイッチングに用いるスイッチング素子の数を設定するようにすれば、効果的に電力損失を低減できる。
【００１７】
また、前記複数のスイッチング素子はＦＥＴであり、前記各ＦＥＴのゲートは、それぞれゲート電荷放電用のダイオードと抵抗との並列回路を介して前記スイッチング制御部に接続されていることが好ましい。
【００１８】
複数のＦＥＴを並列接続すると、流れる電流が各ＦＥＴでバランスするから、前記スイッチング素子として適する。また、ダイオードによってＦＥＴのターンオフ時間が短縮されるから、スイッチング損失が低減される。
【００１９】
また、本発明に係る画像形成装置は、上述のスイッチング電源回路と、前記負荷回路と、前記動作状態を示す情報を、前記電力情報として前記電力情報取得部へ送信する動作状態送信部とを備え、前記負荷回路は、用紙に画像を形成する画像形成部を含むことが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、動作状態送信部によって、画像形成装置の動作状態を示す情報が、電力情報として電力情報取得部へ送信される。そして、画像形成装置のスイッチング電源回路において、画像形成装置の動作状態に応じて、スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が設定されるので、画像形成装置において、低負荷時における電力損失の増大を抑制しつつ、高負荷時における電力損失を低減することができる。
【００２１】
また、前記負荷回路は、原稿から画像を読み取る読取部をさらに備え、前記動作状態送信部は、さらに、前記読取部の動作、及び前記画像形成部の動作を示す情報を、前記電力情報として前記電力情報取得部へ送信することが好ましい。
【００２２】
画像形成装置において、読取部の動作、画像形成部の動作、及び読取部と画像形成部との並列動作は、画像形成装置において電力消費に影響する主要な動作状態であるので、このような動作を示す情報は、電力情報として適する。
【００２３】
また、前記スイッチング制御部は、前記電力情報取得部によって受信される電力情報で示される各部の動作を示す情報において、動作する部分の数が多いほど、前記スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増加するように、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することが好ましい。
【００２４】
電力情報で示される各部の動作を示す情報において、動作する部分の数が多いほど、すなわち並列動作する部分の数が多いほど、消費電力が増大すると考えられるので、動作する部分の数が多いほど、スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増加するようにすれば、低負荷時における電力損失の増大を抑制しつつ、高負荷時における電力損失を低減することが容易である。
【発明の効果】
【００２５】
このような構成のスイッチング電源回路及び画像形成装置では、スイッチング損失の影響が大きくなる低負荷時には、スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が減ってスイッチング損失が低減される。一方、スイッチング素子のオン抵抗による電力損失の影響が大きくなる高負荷時には、スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増大され、スイッチング素子の並列数が増大されることにより、オン抵抗による電力損失が低減される。これにより、低負荷時における電力損失の増大を抑制しつつ、高負荷時における電力損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源回路を用いた画像形成装置の一例である複写機の内部構成を概略的に示す側面図である。図２は、図１に示す複写機１の電気的構成の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置は、複写機に限られず、例えばプリンタやファクシミリ、あるいはこれらを複合した複合機等であってもよい。
【００２７】
複写機１は、本体部２と、本体部２の用紙搬出側、例えば左側に配設された後処理部３と、本体部２の上部に配設された原稿読取部５（読取部）と、原稿読取部５の上方に配設された原稿給送部６と、本体部２の内部に配設された制御部１０と、スイッチング電源回路２００とを有している。また、複写機１のフロント部には、略長方形の操作パネル４７が設けられている。
【００２８】
操作パネル４７は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等からなる表示部４７３と、操作者から操作指示が入力される操作キー部４７６とを備える。操作キー部４７６は、スタートボタン４７１、及び節電キー４７２等を備える。
【００２９】
スタートボタン４７１は、コピー動作やスキャン動作等の各動作を開始させる指示を操作者から受け付ける。節電キー４７２は、複写機１を、通常の動作を行う通常モードより消費電力が少ない省電力モードへ移行させる指示を操作者から受け付けるキーである。
【００３０】
表示部４７３は、タッチパネルとＬＣＤとを組み合わせたタッチパネルユニット等から構成される。表示部４７３は、種々の操作画面を表示すると共に、操作者が表示画面（表示されている操作キー）を押下することで種々の設定や機能の実行指令を入力することが可能とされている。
【００３１】
原稿読取部５は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）５１２及び露光ランプ５１１等からなるスキャナ５１と、ガラス等の透明部材により構成された原稿台５２及び原稿読取スリット５３とを備える。スキャナ５１は、図略の駆動部によって移動可能に構成され、原稿台５２に載置された原稿を読み取るときは、原稿台５２に対向する位置で原稿面に沿って移動され、原稿画像を走査しつつ取得した画像データを制御部１０へ出力する。また、原稿給送部６により給送された原稿を読み取るときは、原稿読取スリット５３と対向する位置に移動され、原稿読取スリット５３を介して原稿給送部６による原稿の搬送動作と同期して原稿の画像を取得し、その画像データを制御部１０へ出力する。
【００３２】
原稿給送部６は、原稿載置部６０１、給紙ローラ６０２、原稿搬送部６０３及び原稿排出部６０４を備える。給紙ローラ６０２は、原稿載置部６０１にセットされた所要枚数分の原稿を一枚ずつ繰り出し、原稿搬送部６０３は、繰り出される原稿を順次スキャナ５１の読み取り位置に搬送する。スキャナ５１は搬送される原稿の画像を順次読み取り、読み取られた原稿は原稿排出部６０４に排出される。原稿搬送部６０３は、さらに原稿を表裏反転させて原稿読取スリット５３と対向する位置へ再搬送する用紙反転機構を備え、原稿の両面の画像を原稿読取スリット５３を介してスキャナ５１から読取可能にしている。
【００３３】
また、原稿給送部６は、その前面側が上方に移動可能となるように本体部２に対して回動自在に設けられている。原稿給送部６の前面側を上方に移動させて原稿台５２上面を開放することにより、原稿台５２の上面に読み取り原稿、例えば見開き状態にされた書籍等をユーザが載置できるようになっている。
【００３４】
本体部２は、手差トレイ４６０、複数の給紙カセット４６１、複数の給紙ローラ４６２、画像形成部４、排出口２０９、排出トレイ４８、及び制御部１０等を備える。画像形成部４は、像形成部４０、定着部４５、及び画像形成部４内の用紙搬送路中に設けられた種々の搬送ローラ等からなる用紙搬送部４６を備える。像形成部４０は、転写ローラ４１、露光装置４２、感光体ドラム４３、及び現像装置４４を備える。
【００３５】
感光体ドラム４３は、矢印方向に回転しながら帯電装置（図示省略）によって一様に帯電される。露光装置４２は、原稿読取部５において読み取られた原稿の画像に応じて変調されたレーザ光を感光体ドラム４３上に走査し、ドラム表面に静電潜像を形成する。現像装置４４は、黒色の現像剤を感光体ドラム４３に供給してトナー画像を形成する。
【００３６】
一方、給紙ローラ４６２は、用紙が収納された手差トレイ４６０や給紙カセット４６１から用紙を引き出し、転写ローラ４１まで給送する。転写ローラ４１は、搬送された用紙に感光体ドラム４３上のトナー像を転写させ、定着部４５は、転写されたトナー像を加熱して用紙に定着させる。その後、用紙は、本体部２の排出口２０９から後処理部３に搬入される。また、用紙は、必要に応じて排出トレイ４８へも排出される。
【００３７】
後処理部３は、搬入口３０１、用紙搬送部３０２、仕分け部３０３、用紙加工部３０４、搬出口３０５およびスタックトレイ３０６等を備える。この後処理部３には、印刷後に、ステープルやパンチなどの後処理が必要となった用紙が、本体部２の排出口２０９から搬入口３０１に搬入され、用紙搬送部３０２から仕分け部３０３に順次搬送され、適宜仕分け（ソート）や先端揃えが行われた後、用紙加工部３０４においてステープルやパンチなどの処理が行われ、搬出口３０５からスタックトレイ３０６へ排出される。スタックトレイ３０６は、搬出口３０５から搬出された用紙の集積枚数に応じて矢印方向に上下動可能に構成されている。
【００３８】
制御部１０は、装置全体の動作制御を司るもので、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、制御部１０は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、画像形成制御部１１、節電制御部１２、及び動作状態送信部１３として機能する。
【００３９】
画像形成制御部１１は、操作パネル４７によって受け付けられた各種設定や操作指示に応じて、画像形成部４及び後処理部３等、複写機１の各部の動作を制御して、手差トレイ４６０や給紙カセット４６１に収容された用紙に原稿の画像を形成させる。
【００４０】
節電制御部１２は、例えば節電キー４７２が押下されたり、操作パネル４７が予め設定された設定時間の間操作されなかったりした場合に、通常モードから省電力モードに移行する。省電力モードでは、節電制御部１２は、例えば定着部４５のヒータをオフしたり、操作キー部４７６やＣＰＵ等、ユーザの操作指示を受け付けるために必要な最小限の回路ブロックを残して他の回路部への電源供給を遮断したり、制御部１０のＣＰＵを消費電力の少ない動作モードに移行させたりすることで、複写機１の消費電力を低減するようになっている。
【００４１】
動作状態送信部１３は、通常モードであるか、省電力モードであるかを示す情報、及び原稿読取部５，画像形成部４、後処理部３がそれぞれ動作中であるか否かを示す信号を、信号Ｓｐｗ（電力情報）としてスイッチング電源回路２００の接続端子２０２（電力情報取得部）へ出力する。
【００４２】
図３は、図２に示すスイッチング電源回路２００の構成の一例を示す回路図である。図３に示すスイッチング電源回路２００は、接続端子２０１，２０２，２０３，２０４、ダイオードブリッジＤ１、ダイオードＤ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５、コンデンサＣ１，Ｃ２、トランスＴ１、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３（スイッチング素子）、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ５，Ｒ６、フォトカプラＰＣ１、及びスイッチング制御部２０５を備えて構成されている。
【００４３】
接続端子２０３，２０４は、商用交流電源ＡＣに接続される接続端子である。そして、接続端子２０３，２０４によって受電された交流電圧が、ダイオードブリッジＤ１で整流された後、コンデンサＣ１で平滑される。そして、コンデンサＣ１の両端電圧が、トランスＴ１の一次巻線とＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３の並列回路との直列回路に、印加される。
【００４４】
ＦＥＴＱ１のゲートは、抵抗Ｒ１とダイオードＤ３とを介してスイッチング制御部２０５に接続されている。ＦＥＴＱ２のゲートは、抵抗Ｒ２とダイオードＤ４とを介してスイッチング制御部２０５に接続されている。ＦＥＴＱ３のゲートは、抵抗Ｒ３とダイオードＤ５とを介してスイッチング制御部２０５に接続されている。そして、ダイオードＤ３，Ｄ４，Ｄ５のカソード側が、スイッチング制御部２０５に接続されている。
【００４５】
これにより、スイッチング制御部２０５からの制御信号に応じてＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３がオンオフすると、トランスＴ１の一次巻線に高周波電流が流れて、電磁結合によりトランスＴ２の二次巻線に高周波電圧が誘起される。トランスＴ２の二次巻線に誘起された高周波電圧は、ダイオードＤ２で整流された後、コンデンサＣ２で平滑されて、直流電圧が生成される。
【００４６】
また、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３のターンオフ時には、ダイオードＤ３，Ｄ４，Ｄ５によってゲート電荷が放電されて、ターンオフ時間が短縮される結果、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３のスイッチング損失が低減されるようになっている。
【００４７】
この直流電圧が電源電圧Ｖｏｐとして、接続端子２０１を介して複写機１の各部へ供給されるようになっている。この場合、スイッチング電源回路２００から電源電圧Ｖｏｐの供給を受ける複写機１内の回路が、負荷回路の一例に相当している。
【００４８】
また、電源電圧Ｖｏｐは、抵抗Ｒ５，Ｒ６の直列回路で分圧される。そして、その分圧電圧が、フォトカプラＰＣ１を介してスイッチング制御部２０５へ出力される。これにより、電源電圧Ｖｏｐがスイッチング制御部２０５にフィードバックされるので、スイッチング制御部２０５は、フィードバックされた電圧が予め設定された目標値に近づくように、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３をオンオフさせるデューティ比を変化させることで、電源電圧Ｖｏｐを予め設定された一定の電圧にするようになっている。
【００４９】
また、スイッチング制御部２０５は、動作状態送信部１３から接続端子２０２を介して受け付けられた信号Ｓｐｗに応じて、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３のうち直流電圧のスイッチングに用いるＦＥＴの数を決定する。
【００５０】
なお、接続端子２０１，２０２，２０３，２０４は、制御部１０とスイッチング制御部２０５とを電気的に接続するものであればよく、例えば電極やコネクタ、端子台等であってもよく、ランドやパッド等の配線パターンであってもよい。
【００５１】
次に、このように構成された複写機１の動作について説明する。図４は、図１に示す複写機１の動作の一例を説明するための説明図である。図４は、横軸方向が時間の経過を示し、省電力モードになっている期間、通常モードになっている期間、及び原稿読取部５、画像形成部４、後処理部３がそれぞれ動作している期間を矢印で示している。また、各期間において、スイッチングに用いられるＦＥＴの数を示している。
【００５２】
まず、節電制御部１２によって、複写機１が省電力モードにされている。そして、動作状態送信部１３によって、省電力モードを示す信号Ｓｐｗが接続端子２０２を介してスイッチング制御部２０５へ出力される。省電力モードでは、複写機１における負荷回路の消費電力が最も少なく、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３における電力損失は、スイッチング損失が支配的になる。
【００５３】
そこで、スイッチング制御部２０５は、高周波スイッチングさせるＦＥＴの数を１つに設定し、例えばＦＥＴＱ１のみオンオフさせ、ＦＥＴＱ２，Ｑ３はオフさせる。これにより、負荷回路が必要とする電力量が最も少ない省電力モードにおいて、ＦＥＴＱ２，Ｑ３はスイッチングされない結果、ＦＥＴのスイッチング損失が低減される。
【００５４】
次に、例えばユーザが、原稿載置部６０１に原稿束を載置してスタートボタン４７１を押下すると、節電制御部１２によって通常モードに設定される。そして、画像形成制御部１１からの制御信号に応じて、原稿読取部５による原稿の読み取りが開始される（タイミングｔ１）。さらに、動作状態送信部１３によって、原稿読取部５が動作することを示す信号Ｓｐｗが接続端子２０２を介してスイッチング制御部２０５へ出力される。
【００５５】
そうすると、原稿読取部５を動作させるために電力が必要となるから、スイッチング制御部２０５によって、高周波スイッチングさせるＦＥＴの数が２つに設定される。スイッチング制御部２０５は、例えばＦＥＴＱ１，Ｑ２のみオンオフさせ、ＦＥＴＱ３はオフさせる。このように、負荷回路が必要とする電力量が増大し、スイッチング素子におけるオン抵抗による電力損失が増大すると、スイッチングされるＦＥＴの数が増加される。
【００５６】
そして、スイッチングされるＦＥＴの数が増加すると、ＦＥＴの並列抵抗が減少し、オン抵抗の並列抵抗値が低減される。これにより、負荷回路の消費電力が増大することによる電力損失の増大を低減することができる。
【００５７】
原稿読取部５により原稿の画像が読み取られ、その画像データが画像形成部４へ送信される。そうすると、画像形成部４がその画像データに基づいて用紙への画像形成動作を開始する。このとき、原稿載置部６０１には複数の原稿が載置されているから、原稿読取部５は引き続き、残りの原稿の読み取りを継続する。
【００５８】
そして、動作状態送信部１３によって、原稿読取部５と画像形成部４とが動作することを示す信号Ｓｐｗが接続端子２０２を介してスイッチング制御部２０５へ出力される（タイミングｔ２）。図４では、スイッチング制御部２０５は、原稿読取部５と画像形成部４とが同時動作するときは、高周波スイッチングさせるＦＥＴの数を２つにする例を示している。
【００５９】
なお、画像形成部４が新たに動作開始することにより、複写機１の消費電力は増大する。従って、もしスイッチングさせるＦＥＴの数を増やすことによるオン抵抗での電力損失の低減効果の方が、ＦＥＴのスイッチング損失の増大より大きくなるのであれば、スイッチング制御部２０５は、タイミングｔ２で高周波スイッチングさせるＦＥＴの数を３つにするようにしてもよい。
【００６０】
次に、画像形成部４で画像形成された用紙が後処理部３へ送られると、後処理部３が動作を開始する。そして、動作状態送信部１３によって、原稿読取部５と画像形成部４と後処理部３とが動作することを示す信号Ｓｐｗが接続端子２０２を介してスイッチング制御部２０５へ出力される（タイミングｔ３）。そうすると、スイッチング制御部２０５によって、高周波スイッチングさせるＦＥＴの数が３つに設定される。すなわち、スイッチング制御部２０５は、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３をオンオフさせて、高周波スイッチングを行わせる。
【００６１】
このように、負荷回路が必要とする電力量が増大し、スイッチング素子におけるオン抵抗による電力損失が増大すると、スイッチングされるＦＥＴの数が増加される。そして、スイッチングされるＦＥＴの数が増加すると、ＦＥＴの並列抵抗が減少し、オン抵抗の並列抵抗値が低減される。これにより、負荷回路の消費電力が増大することによる電力損失の増大を低減することができる。
【００６２】
次に、原稿読取部５が、原稿載置部６０１に載置されている原稿束の読取を終了すると、動作状態送信部１３によって、画像形成部４と後処理部３とが動作することを示す信号Ｓｐｗが接続端子２０２を介してスイッチング制御部２０５へ出力される（タイミングｔ４）。そうすると、負荷回路の消費電力が減少してＦＥＴのオン抵抗で生じる電力損失よりスイッチング損失の影響が大きくなるので、スイッチング制御部２０５によって、高周波スイッチングさせるＦＥＴの数が２つに減らされる。
【００６３】
このように、スイッチング制御部２０５によって、負荷回路の動作状態、すなわち負荷回路の消費電力に応じて、ＦＥＴのオン抵抗で生じる電力損失とスイッチング損失との合計が、より小さくなるように、スイッチングに用いるＦＥＴの数を変更することができるので、低負荷時における電力損失の増大を抑制しつつ、高負荷時における電力損失を低減することができる。
【００６４】
なお、信号Ｓｐｗは、複写機１内における各部の動作の有無を示す例に限られず、負荷回路の消費電力そのものを示す信号であってもよい。また、スイッチング電源回路２００におけるスイッチング用のＦＥＴの数を４個以上にして、スイッチングさせるＦＥＴの数をきめ細かく制御するようにしてもよい。また、スイッチング用のＦＥＴは２個であってもよい。また、スイッチング電源回路２００は、画像形成装置に適用される例に限られず、他の電気機器に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態に係るスイッチング電源回路を用いた画像形成装置の一例である複写機の内部構成を概略的に示す側面図である。
【図２】図１に示す複写機の電気的構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図２に示すスイッチング電源回路の構成の一例を示す回路図である。
【図４】図１に示す複写機の動作の一例を説明するための説明図である。
【図５】背景技術に係るスイッチング電源回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 複写機
３ 後処理部
４ 画像形成部
５ 原稿読取部
１０ 制御部
１１ 画像形成制御部
１２ 節電制御部
１３ 動作状態送信部
４０ 像形成部
４１ 転写ローラ
４２ 露光装置
４３ 感光体ドラム
４４ 現像装置
４５ 定着部
４６ 用紙搬送部
４７ 操作パネル
２００ スイッチング電源回路
２０１，２０２，２０３，２０４ 接続端子
２０５ スイッチング制御部
４７１ スタートボタン
４７２ 節電キー
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３ ＦＥＴ
Ｓｐｗ 信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源回路、及びこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、背景技術に係るスイッチング電源回路１００を示す回路図である。図５に示すスイッチング電源回路１００は、商用交流電源ＡＣから供給された交流電圧を、ダイオードブリッジ１０１で整流し、コンデンサ１０２で平滑することにより、直流電圧を生成する。そして、この直流電圧を、並列接続されたＦＥＴ（Field Effect Transistor）１０４，１０５で高周波スイッチングすることで、トランス１０３の一次側巻線に高周波電流を流す。
【０００３】
そうすると、トランス１０３の二次巻線に高周波電圧が誘起され、これがダイオード１０６で整流され、コンデンサ１０７で平滑されて、直流電圧に変換される。そして、この直流電圧が、スイッチング電源回路１００の出力電圧として負荷１１０へ供給される。また、この直流電圧は、抵抗１０８，１０９の直列回路で分圧されて、その分圧電圧がフォトカプラ１１１を介してＰＷＭ制御回路１１２へフィードバックされる。
【０００４】
ＰＷＭ制御回路１１２は、この分圧電圧に応じて、出力電圧が所望の電圧になるように、ＦＥＴ１０４，１０５をオン、オフさせるデューティ比を制御するようになっている。ＰＷＭ制御回路１１２は、抵抗１１３，１１４，１１５を介してＦＥＴ１０４，１０５のゲートに接続されている。抵抗１１４，１１５はゲートへの充電抵抗、抵抗１１５は同期抵抗である。抵抗１１３には、ＦＥＴ１０４，１０５のターンオフ時に素早くゲート電荷を放電するための放電用のダイオード１１６が並列接続されている。
【０００５】
スイッチング電源回路１００は、電流スイッチング用のＦＥＴを二つ並列接続することにより、ＦＥＴにおけるオン抵抗を、ＦＥＴが一つの場合より小さくすることで、スイッチング素子で生じる電力損失を低減するようになっている。
【０００６】
また、スイッチング素子のターンオフ時間を短縮することで、スイッチング損失を低減する技術も知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１４７４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、スイッチング素子における電力損失は、電流が減少すると、オン抵抗による損失よりも、スイッチング損失の方が大きくなる。そうすると、上述のように、スイッチング素子を二個並列接続した場合には、スイッチング損失が２倍になるから、負荷電流が小さい低負荷時は、スイッチング素子による電力損失がかえって増大してしまうという不都合があった。
【０００８】
また、特許文献１に記載の技術は、スイッチング損失を低減することができるので、負荷電流が小さい低負荷時は、効果的に電力損失を低減することができる。一方、負荷電流が大きいときは、スイッチング損失よりもオン抵抗で生じる電力損失の方が大きくなる。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、スイッチング素子がオン状態のときに生じるオン抵抗による電力損失を低減することはできないため、負荷電流が大きい高負荷時は、電力損失の低減効果が小さいという、不都合があった。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みて為された発明であり、低負荷時における電力損失の増大を抑制しつつ、高負荷時における電力損失を低減することができるスイッチング電源回路、及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るスイッチング電源回路は、電流のスイッチングを繰り返すことにより所望の電圧を生成し、当該電圧を負荷回路へ出力するスイッチング電源回路であって、前記電流をスイッチングする、互いに並列接続された複数のスイッチング素子と、前記負荷回路が必要とする電力量に関する電力情報を取得する電力情報取得部と、前記電力情報取得部によって取得される電力情報で示される電力量が大きいほど、前記複数のスイッチング素子のうち前記スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増加するように、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部とを備える。
【００１１】
この構成によれば、電力情報取得部によって、負荷回路が必要とする電力量に関する電力情報が取得される。そして、スイッチング制御部によって、当該電力情報で示される電力量が大きいほど、並列接続された複数のスイッチング素子のうちスイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増加するように、当該複数のスイッチング素子のスイッチング動作が制御される。
【００１２】
そうすると、スイッチング損失の影響が大きくなる低負荷時には、スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が減ってスイッチング損失が低減される。一方、スイッチング素子のオン抵抗による電力損失の影響が大きくなる高負荷時には、スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増大され、スイッチング素子の並列数が増大されることによりオン抵抗による電力損失が低減される。これにより、低負荷時における電力損失の増大を抑制しつつ、高負荷時における電力損失を低減することができる。
【００１３】
また、前記負荷回路は、消費電力の異なる複数の動作状態を有し、前記電力情報取得部は、前記負荷回路の動作状態を示す情報を、前記電力情報として取得することが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、スイッチング制御部は、動作状態に対応してスイッチングに用いられるスイッチング素子の数が設定すればよいので、スイッチング素子数の設定処理が簡素化される。
【００１５】
また、前記負荷回路は、前記複数の動作状態として、通常の動作を行う通常モードと、当該通常モードより消費電力が少ない省電力モードとを有することが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、通常モードと省電力モードとでは、負荷回路の消費電力が大きく異なると考えられるので、スイッチング制御部が、通常モードであるか省電力モードであるかに応じてスイッチングに用いるスイッチング素子の数を設定するようにすれば、効果的に電力損失を低減できる。
【００１７】
また、前記複数のスイッチング素子はＦＥＴであり、前記各ＦＥＴのゲートは、それぞれゲート電荷放電用のダイオードと抵抗との並列回路を介して前記スイッチング制御部に接続されていることが好ましい。
【００１８】
複数のＦＥＴを並列接続すると、流れる電流が各ＦＥＴでバランスするから、前記スイッチング素子として適する。また、ダイオードによってＦＥＴのターンオフ時間が短縮されるから、スイッチング損失が低減される。
【００１９】
また、本発明に係る画像形成装置は、上述のスイッチング電源回路と、前記負荷回路と、前記動作状態を示す情報を、前記電力情報として前記電力情報取得部へ送信する動作状態送信部とを備え、前記負荷回路は、用紙に画像を形成する画像形成部を含むことが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、動作状態送信部によって、画像形成装置の動作状態を示す情報が、電力情報として電力情報取得部へ送信される。そして、画像形成装置のスイッチング電源回路において、画像形成装置の動作状態に応じて、スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が設定されるので、画像形成装置において、低負荷時における電力損失の増大を抑制しつつ、高負荷時における電力損失を低減することができる。
【００２１】
また、前記負荷回路は、原稿から画像を読み取る読取部をさらに備え、前記動作状態送信部は、さらに、前記読取部の動作、及び前記画像形成部の動作を示す情報を、前記電力情報として前記電力情報取得部へ送信することが好ましい。
【００２２】
画像形成装置において、読取部の動作、画像形成部の動作、及び読取部と画像形成部との並列動作は、画像形成装置において電力消費に影響する主要な動作状態であるので、このような動作を示す情報は、電力情報として適する。
【００２３】
また、前記スイッチング制御部は、前記電力情報取得部によって受信される電力情報で示される各部の動作を示す情報において、動作する部分の数が多いほど、前記スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増加するように、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することが好ましい。
【００２４】
電力情報で示される各部の動作を示す情報において、動作する部分の数が多いほど、すなわち並列動作する部分の数が多いほど、消費電力が増大すると考えられるので、動作する部分の数が多いほど、スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増加するようにすれば、低負荷時における電力損失の増大を抑制しつつ、高負荷時における電力損失を低減することが容易である。
【発明の効果】
【００２５】
このような構成のスイッチング電源回路及び画像形成装置では、スイッチング損失の影響が大きくなる低負荷時には、スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が減ってスイッチング損失が低減される。一方、スイッチング素子のオン抵抗による電力損失の影響が大きくなる高負荷時には、スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増大され、スイッチング素子の並列数が増大されることにより、オン抵抗による電力損失が低減される。これにより、低負荷時における電力損失の増大を抑制しつつ、高負荷時における電力損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源回路を用いた画像形成装置の一例である複写機の内部構成を概略的に示す側面図である。図２は、図１に示す複写機１の電気的構成の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置は、複写機に限られず、例えばプリンタやファクシミリ、あるいはこれらを複合した複合機等であってもよい。
【００２７】
複写機１は、本体部２と、本体部２の用紙搬出側、例えば左側に配設された後処理部３と、本体部２の上部に配設された原稿読取部５（読取部）と、原稿読取部５の上方に配設された原稿給送部６と、本体部２の内部に配設された制御部１０と、スイッチング電源回路２００とを有している。また、複写機１のフロント部には、略長方形の操作パネル４７が設けられている。
【００２８】
操作パネル４７は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等からなる表示部４７３と、操作者から操作指示が入力される操作キー部４７６とを備える。操作キー部４７６は、スタートボタン４７１、及び節電キー４７２等を備える。
【００２９】
スタートボタン４７１は、コピー動作やスキャン動作等の各動作を開始させる指示を操作者から受け付ける。節電キー４７２は、複写機１を、通常の動作を行う通常モードより消費電力が少ない省電力モードへ移行させる指示を操作者から受け付けるキーである。
【００３０】
表示部４７３は、タッチパネルとＬＣＤとを組み合わせたタッチパネルユニット等から構成される。表示部４７３は、種々の操作画面を表示すると共に、操作者が表示画面（表示されている操作キー）を押下することで種々の設定や機能の実行指令を入力することが可能とされている。
【００３１】
原稿読取部５は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）５１２及び露光ランプ５１１等からなるスキャナ５１と、ガラス等の透明部材により構成された原稿台５２及び原稿読取スリット５３とを備える。スキャナ５１は、図略の駆動部によって移動可能に構成され、原稿台５２に載置された原稿を読み取るときは、原稿台５２に対向する位置で原稿面に沿って移動され、原稿画像を走査しつつ取得した画像データを制御部１０へ出力する。また、原稿給送部６により給送された原稿を読み取るときは、原稿読取スリット５３と対向する位置に移動され、原稿読取スリット５３を介して原稿給送部６による原稿の搬送動作と同期して原稿の画像を取得し、その画像データを制御部１０へ出力する。
【００３２】
原稿給送部６は、原稿載置部６０１、給紙ローラ６０２、原稿搬送部６０３及び原稿排出部６０４を備える。給紙ローラ６０２は、原稿載置部６０１にセットされた所要枚数分の原稿を一枚ずつ繰り出し、原稿搬送部６０３は、繰り出される原稿を順次スキャナ５１の読み取り位置に搬送する。スキャナ５１は搬送される原稿の画像を順次読み取り、読み取られた原稿は原稿排出部６０４に排出される。原稿搬送部６０３は、さらに原稿を表裏反転させて原稿読取スリット５３と対向する位置へ再搬送する用紙反転機構を備え、原稿の両面の画像を原稿読取スリット５３を介してスキャナ５１から読取可能にしている。
【００３３】
また、原稿給送部６は、その前面側が上方に移動可能となるように本体部２に対して回動自在に設けられている。原稿給送部６の前面側を上方に移動させて原稿台５２上面を開放することにより、原稿台５２の上面に読み取り原稿、例えば見開き状態にされた書籍等をユーザが載置できるようになっている。
【００３４】
本体部２は、手差トレイ４６０、複数の給紙カセット４６１、複数の給紙ローラ４６２、画像形成部４、排出口２０９、排出トレイ４８、及び制御部１０等を備える。画像形成部４は、像形成部４０、定着部４５、及び画像形成部４内の用紙搬送路中に設けられた種々の搬送ローラ等からなる用紙搬送部４６を備える。像形成部４０は、転写ローラ４１、露光装置４２、感光体ドラム４３、及び現像装置４４を備える。
【００３５】
感光体ドラム４３は、矢印方向に回転しながら帯電装置（図示省略）によって一様に帯電される。露光装置４２は、原稿読取部５において読み取られた原稿の画像に応じて変調されたレーザ光を感光体ドラム４３上に走査し、ドラム表面に静電潜像を形成する。現像装置４４は、黒色の現像剤を感光体ドラム４３に供給してトナー画像を形成する。
【００３６】
一方、給紙ローラ４６２は、用紙が収納された手差トレイ４６０や給紙カセット４６１から用紙を引き出し、転写ローラ４１まで給送する。転写ローラ４１は、搬送された用紙に感光体ドラム４３上のトナー像を転写させ、定着部４５は、転写されたトナー像を加熱して用紙に定着させる。その後、用紙は、本体部２の排出口２０９から後処理部３に搬入される。また、用紙は、必要に応じて排出トレイ４８へも排出される。
【００３７】
後処理部３は、搬入口３０１、用紙搬送部３０２、仕分け部３０３、用紙加工部３０４、搬出口３０５およびスタックトレイ３０６等を備える。この後処理部３には、印刷後に、ステープルやパンチなどの後処理が必要となった用紙が、本体部２の排出口２０９から搬入口３０１に搬入され、用紙搬送部３０２から仕分け部３０３に順次搬送され、適宜仕分け（ソート）や先端揃えが行われた後、用紙加工部３０４においてステープルやパンチなどの処理が行われ、搬出口３０５からスタックトレイ３０６へ排出される。スタックトレイ３０６は、搬出口３０５から搬出された用紙の集積枚数に応じて矢印方向に上下動可能に構成されている。
【００３８】
制御部１０は、装置全体の動作制御を司るもので、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、制御部１０は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、画像形成制御部１１、節電制御部１２、及び動作状態送信部１３として機能する。
【００３９】
画像形成制御部１１は、操作パネル４７によって受け付けられた各種設定や操作指示に応じて、画像形成部４及び後処理部３等、複写機１の各部の動作を制御して、手差トレイ４６０や給紙カセット４６１に収容された用紙に原稿の画像を形成させる。
【００４０】
節電制御部１２は、例えば節電キー４７２が押下されたり、操作パネル４７が予め設定された設定時間の間操作されなかったりした場合に、通常モードから省電力モードに移行する。省電力モードでは、節電制御部１２は、例えば定着部４５のヒータをオフしたり、操作キー部４７６やＣＰＵ等、ユーザの操作指示を受け付けるために必要な最小限の回路ブロックを残して他の回路部への電源供給を遮断したり、制御部１０のＣＰＵを消費電力の少ない動作モードに移行させたりすることで、複写機１の消費電力を低減するようになっている。
【００４１】
動作状態送信部１３は、通常モードであるか、省電力モードであるかを示す情報、及び原稿読取部５，画像形成部４、後処理部３がそれぞれ動作中であるか否かを示す信号を、信号Ｓｐｗ（電力情報）としてスイッチング電源回路２００の接続端子２０２（電力情報取得部）へ出力する。
【００４２】
図３は、図２に示すスイッチング電源回路２００の構成の一例を示す回路図である。図３に示すスイッチング電源回路２００は、接続端子２０１，２０２，２０３，２０４、ダイオードブリッジＤ１、ダイオードＤ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５、コンデンサＣ１，Ｃ２、トランスＴ１、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３（スイッチング素子）、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ５，Ｒ６、フォトカプラＰＣ１、及びスイッチング制御部２０５を備えて構成されている。
【００４３】
接続端子２０３，２０４は、商用交流電源ＡＣに接続される接続端子である。そして、接続端子２０３，２０４によって受電された交流電圧が、ダイオードブリッジＤ１で整流された後、コンデンサＣ１で平滑される。そして、コンデンサＣ１の両端電圧が、トランスＴ１の一次巻線とＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３の並列回路との直列回路に、印加される。
【００４４】
ＦＥＴＱ１のゲートは、抵抗Ｒ１とダイオードＤ３とを介してスイッチング制御部２０５に接続されている。ＦＥＴＱ２のゲートは、抵抗Ｒ２とダイオードＤ４とを介してスイッチング制御部２０５に接続されている。ＦＥＴＱ３のゲートは、抵抗Ｒ３とダイオードＤ５とを介してスイッチング制御部２０５に接続されている。そして、ダイオードＤ３，Ｄ４，Ｄ５のカソード側が、スイッチング制御部２０５に接続されている。
【００４５】
これにより、スイッチング制御部２０５からの制御信号に応じてＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３がオンオフすると、トランスＴ１の一次巻線に高周波電流が流れて、電磁結合によりトランスＴ２の二次巻線に高周波電圧が誘起される。トランスＴ２の二次巻線に誘起された高周波電圧は、ダイオードＤ２で整流された後、コンデンサＣ２で平滑されて、直流電圧が生成される。
【００４６】
また、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３のターンオフ時には、ダイオードＤ３，Ｄ４，Ｄ５によってゲート電荷が放電されて、ターンオフ時間が短縮される結果、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３のスイッチング損失が低減されるようになっている。
【００４７】
この直流電圧が電源電圧Ｖｏｐとして、接続端子２０１を介して複写機１の各部へ供給されるようになっている。この場合、スイッチング電源回路２００から電源電圧Ｖｏｐの供給を受ける複写機１内の回路が、負荷回路の一例に相当している。
【００４８】
また、電源電圧Ｖｏｐは、抵抗Ｒ５，Ｒ６の直列回路で分圧される。そして、その分圧電圧が、フォトカプラＰＣ１を介してスイッチング制御部２０５へ出力される。これにより、電源電圧Ｖｏｐがスイッチング制御部２０５にフィードバックされるので、スイッチング制御部２０５は、フィードバックされた電圧が予め設定された目標値に近づくように、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３をオンオフさせるデューティ比を変化させることで、電源電圧Ｖｏｐを予め設定された一定の電圧にするようになっている。
【００４９】
また、スイッチング制御部２０５は、動作状態送信部１３から接続端子２０２を介して受け付けられた信号Ｓｐｗに応じて、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３のうち直流電圧のスイッチングに用いるＦＥＴの数を決定する。
【００５０】
なお、接続端子２０１，２０２，２０３，２０４は、制御部１０とスイッチング制御部２０５とを電気的に接続するものであればよく、例えば電極やコネクタ、端子台等であってもよく、ランドやパッド等の配線パターンであってもよい。
【００５１】
次に、このように構成された複写機１の動作について説明する。図４は、図１に示す複写機１の動作の一例を説明するための説明図である。図４は、横軸方向が時間の経過を示し、省電力モードになっている期間、通常モードになっている期間、及び原稿読取部５、画像形成部４、後処理部３がそれぞれ動作している期間を矢印で示している。また、各期間において、スイッチングに用いられるＦＥＴの数を示している。
【００５２】
まず、節電制御部１２によって、複写機１が省電力モードにされている。そして、動作状態送信部１３によって、省電力モードを示す信号Ｓｐｗが接続端子２０２を介してスイッチング制御部２０５へ出力される。省電力モードでは、複写機１における負荷回路の消費電力が最も少なく、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３における電力損失は、スイッチング損失が支配的になる。
【００５３】
そこで、スイッチング制御部２０５は、高周波スイッチングさせるＦＥＴの数を１つに設定し、例えばＦＥＴＱ１のみオンオフさせ、ＦＥＴＱ２，Ｑ３はオフさせる。これにより、負荷回路が必要とする電力量が最も少ない省電力モードにおいて、ＦＥＴＱ２，Ｑ３はスイッチングされない結果、ＦＥＴのスイッチング損失が低減される。
【００５４】
次に、例えばユーザが、原稿載置部６０１に原稿束を載置してスタートボタン４７１を押下すると、節電制御部１２によって通常モードに設定される。そして、画像形成制御部１１からの制御信号に応じて、原稿読取部５による原稿の読み取りが開始される（タイミングｔ１）。さらに、動作状態送信部１３によって、原稿読取部５が動作することを示す信号Ｓｐｗが接続端子２０２を介してスイッチング制御部２０５へ出力される。
【００５５】
そうすると、原稿読取部５を動作させるために電力が必要となるから、スイッチング制御部２０５によって、高周波スイッチングさせるＦＥＴの数が２つに設定される。スイッチング制御部２０５は、例えばＦＥＴＱ１，Ｑ２のみオンオフさせ、ＦＥＴＱ３はオフさせる。このように、負荷回路が必要とする電力量が増大し、スイッチング素子におけるオン抵抗による電力損失が増大すると、スイッチングされるＦＥＴの数が増加される。
【００５６】
そして、スイッチングされるＦＥＴの数が増加すると、ＦＥＴの並列抵抗が減少し、オン抵抗の並列抵抗値が低減される。これにより、負荷回路の消費電力が増大することによる電力損失の増大を低減することができる。
【００５７】
原稿読取部５により原稿の画像が読み取られ、その画像データが画像形成部４へ送信される。そうすると、画像形成部４がその画像データに基づいて用紙への画像形成動作を開始する。このとき、原稿載置部６０１には複数の原稿が載置されているから、原稿読取部５は引き続き、残りの原稿の読み取りを継続する。
【００５８】
そして、動作状態送信部１３によって、原稿読取部５と画像形成部４とが動作することを示す信号Ｓｐｗが接続端子２０２を介してスイッチング制御部２０５へ出力される（タイミングｔ２）。図４では、スイッチング制御部２０５は、原稿読取部５と画像形成部４とが同時動作するときは、高周波スイッチングさせるＦＥＴの数を２つにする例を示している。
【００５９】
なお、画像形成部４が新たに動作開始することにより、複写機１の消費電力は増大する。従って、もしスイッチングさせるＦＥＴの数を増やすことによるオン抵抗での電力損失の低減効果の方が、ＦＥＴのスイッチング損失の増大より大きくなるのであれば、スイッチング制御部２０５は、タイミングｔ２で高周波スイッチングさせるＦＥＴの数を３つにするようにしてもよい。
【００６０】
次に、画像形成部４で画像形成された用紙が後処理部３へ送られると、後処理部３が動作を開始する。そして、動作状態送信部１３によって、原稿読取部５と画像形成部４と後処理部３とが動作することを示す信号Ｓｐｗが接続端子２０２を介してスイッチング制御部２０５へ出力される（タイミングｔ３）。そうすると、スイッチング制御部２０５によって、高周波スイッチングさせるＦＥＴの数が３つに設定される。すなわち、スイッチング制御部２０５は、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３をオンオフさせて、高周波スイッチングを行わせる。
【００６１】
このように、負荷回路が必要とする電力量が増大し、スイッチング素子におけるオン抵抗による電力損失が増大すると、スイッチングされるＦＥＴの数が増加される。そして、スイッチングされるＦＥＴの数が増加すると、ＦＥＴの並列抵抗が減少し、オン抵抗の並列抵抗値が低減される。これにより、負荷回路の消費電力が増大することによる電力損失の増大を低減することができる。
【００６２】
次に、原稿読取部５が、原稿載置部６０１に載置されている原稿束の読取を終了すると、動作状態送信部１３によって、画像形成部４と後処理部３とが動作することを示す信号Ｓｐｗが接続端子２０２を介してスイッチング制御部２０５へ出力される（タイミングｔ４）。そうすると、負荷回路の消費電力が減少してＦＥＴのオン抵抗で生じる電力損失よりスイッチング損失の影響が大きくなるので、スイッチング制御部２０５によって、高周波スイッチングさせるＦＥＴの数が２つに減らされる。
【００６３】
このように、スイッチング制御部２０５によって、負荷回路の動作状態、すなわち負荷回路の消費電力に応じて、ＦＥＴのオン抵抗で生じる電力損失とスイッチング損失との合計が、より小さくなるように、スイッチングに用いるＦＥＴの数を変更することができるので、低負荷時における電力損失の増大を抑制しつつ、高負荷時における電力損失を低減することができる。
【００６４】
なお、信号Ｓｐｗは、複写機１内における各部の動作の有無を示す例に限られず、負荷回路の消費電力そのものを示す信号であってもよい。また、スイッチング電源回路２００におけるスイッチング用のＦＥＴの数を４個以上にして、スイッチングさせるＦＥＴの数をきめ細かく制御するようにしてもよい。また、スイッチング用のＦＥＴは２個であってもよい。また、スイッチング電源回路２００は、画像形成装置に適用される例に限られず、他の電気機器に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態に係るスイッチング電源回路を用いた画像形成装置の一例である複写機の内部構成を概略的に示す側面図である。
【図２】図１に示す複写機の電気的構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図２に示すスイッチング電源回路の構成の一例を示す回路図である。
【図４】図１に示す複写機の動作の一例を説明するための説明図である。
【図５】背景技術に係るスイッチング電源回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 複写機
３ 後処理部
４ 画像形成部
５ 原稿読取部
１０ 制御部
１１ 画像形成制御部
１２ 節電制御部
１３ 動作状態送信部
４０ 像形成部
４１ 転写ローラ
４２ 露光装置
４３ 感光体ドラム
４４ 現像装置
４５ 定着部
４６ 用紙搬送部
４７ 操作パネル
２００ スイッチング電源回路
２０１，２０２，２０３，２０４ 接続端子
２０５ スイッチング制御部
４７１ スタートボタン
４７２ 節電キー
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３ ＦＥＴ
Ｓｐｗ 信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流のスイッチングを繰り返すことにより所望の電圧を生成し、当該電圧を負荷回路へ出力するスイッチング電源回路であって、
前記電流をスイッチングする、互いに並列接続された複数のスイッチング素子と、
前記負荷回路が必要とする電力量に関する電力情報を取得する電力情報取得部と、
前記電力情報取得部によって取得される電力情報で示される電力量が大きいほど、前記複数のスイッチング素子のうち前記スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増加するように、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部と
を備えることを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項２】
前記負荷回路は、消費電力の異なる複数の動作状態を有し、
前記電力情報取得部は、前記負荷回路の動作状態を示す情報を、前記電力情報として取得すること
を特徴とする請求項１記載のスイッチング電源回路。
【請求項３】
前記負荷回路は、前記複数の動作状態として、通常の動作を行う通常モードと、当該通常モードより消費電力が少ない省電力モードとを有すること
を特徴とする請求項２記載のスイッチング電源回路。
【請求項４】
前記複数のスイッチング素子はＦＥＴであり、
前記各ＦＥＴのゲートは、それぞれゲート電荷放電用のダイオードと抵抗との並列回路を介して前記スイッチング制御部に接続されていること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスイッチング電源回路。
【請求項５】
請求項１〜４記載のスイッチング電源回路と、
前記負荷回路と、
前記動作状態を示す情報を、前記電力情報として前記電力情報取得部へ送信する動作状態送信部とを備え、
前記負荷回路は、用紙に画像を形成する画像形成部を含むこと
を特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記負荷回路は、原稿から画像を読み取る読取部をさらに備え、
前記動作状態送信部は、さらに、
前記読取部の動作、及び前記画像形成部の動作を示す情報を、前記電力情報として前記電力情報取得部へ送信すること
を特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記スイッチング制御部は、
前記電力情報取得部によって受信される電力情報で示される各部の動作を示す情報において、動作する部分の数が多いほど、前記スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増加するように、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御すること
を特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
【請求項１】
電流のスイッチングを繰り返すことにより所望の電圧を生成し、当該電圧を負荷回路へ出力するスイッチング電源回路であって、
前記電流をスイッチングする、互いに並列接続された複数のスイッチング素子と、
前記負荷回路が必要とする電力量に関する電力情報を取得する電力情報取得部と、
前記電力情報取得部によって取得される電力情報で示される電力量が大きいほど、前記複数のスイッチング素子のうち前記スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増加するように、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部と
を備えることを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項２】
前記負荷回路は、消費電力の異なる複数の動作状態を有し、
前記電力情報取得部は、前記負荷回路の動作状態を示す情報を、前記電力情報として取得すること
を特徴とする請求項１記載のスイッチング電源回路。
【請求項３】
前記負荷回路は、前記複数の動作状態として、通常の動作を行う通常モードと、当該通常モードより消費電力が少ない省電力モードとを有すること
を特徴とする請求項２記載のスイッチング電源回路。
【請求項４】
前記複数のスイッチング素子はＦＥＴであり、
前記各ＦＥＴのゲートは、それぞれゲート電荷放電用のダイオードと抵抗との並列回路を介して前記スイッチング制御部に接続されていること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスイッチング電源回路。
【請求項５】
請求項１〜４記載のスイッチング電源回路と、
前記負荷回路と、
前記動作状態を示す情報を、前記電力情報として前記電力情報取得部へ送信する動作状態送信部とを備え、
前記負荷回路は、用紙に画像を形成する画像形成部を含むこと
を特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記負荷回路は、原稿から画像を読み取る読取部をさらに備え、
前記動作状態送信部は、さらに、
前記読取部の動作、及び前記画像形成部の動作を示す情報を、前記電力情報として前記電力情報取得部へ送信すること
を特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記スイッチング制御部は、
前記電力情報取得部によって受信される電力情報で示される各部の動作を示す情報において、動作する部分の数が多いほど、前記スイッチングに用いられるスイッチング素子の数が増加するように、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御すること
を特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２７８８３６（Ｐ２００９−２７８８３６Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２９９４８（Ｐ２００８−１２９９４８）
【出願日】平成２０年５月１６日（２００８．５．１６）
【出願人】（０００００６１５０）京セラミタ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１６日（２００８．５．１６）
【出願人】（０００００６１５０）京セラミタ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
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