JP2021072768A - Power supply device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】交流電圧の周期に対して入力電流が流れる期間を長くすることができ、高い力率特性を得ること。【解決手段】トランス206は、1次巻線206aと1次巻線206bとを有し、交流電圧を全波整流するダイオードブリッジ203と、一端が1次巻線206aに接続され、他端がFET208を介して1次巻線206bに接続された電解コンデンサ207と、一端がダイオードブリッジ203の出力端に接続された入力インダクタ204と、アノード端子が入力インダクタ204の他端に接続され、カソード端子が1次巻線206aと1次巻線206bとの接続点に接続されたダイオード205と、を備え、1次巻線206aは、1次巻線206bよりも巻き数が多い。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a high power factor characteristic by extending a period in which an input current flows with respect to a cycle of an AC voltage. A transformer 206 has a primary winding 206a and a primary winding 206b, and is connected to a diode bridge 203 that full-wave rectifies an AC voltage, one end of which is connected to the primary winding 206a, and the other end. An electrolytic capacitor 207 connected to the primary winding 206b via a FET 208, an input inductor 204 having one end connected to the output end of the diode bridge 203, and an anode terminal connected to the other end of the input inductor 204 to form a cathode terminal. The primary winding 206a includes a diode 205 connected to a connection point between the primary winding 206a and the primary winding 206b, and the primary winding 206a has a larger number of turns than the primary winding 206b. [Selection diagram] Fig. 2
Description
本発明は、電源装置及び画像形成装置に関し、特に、力率の向上を図ったスイッチング電源及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a power supply device and an image forming apparatus, and more particularly to a switching power supply and an image forming apparatus having an improved power factor.
一般的なスイッチング電源は入力の初段に平滑コンデンサを備えるため、入力電圧が平滑コンデンサの充電電圧を上回ったタイミングでしか入力電流が流れないようになっている。この構成の場合、交流電源の交流電圧の周期に対して電流の流れる時間が短いため力率が低く、また高調波電流が高くなる傾向にあった。この課題を解決するために、入力フィルタに力率改善用のコイルを備える、又は、さらに力率を向上するために入力電流の波形がほぼ正弦波状となるような力率改善回路をスイッチング電源の前段に構成する等して対策していた。この中で、入力フィルタのコイルで力率を改善する対策では、力率が70〜80%程度までしか上がらない。一方、力率改善回路を搭載したスイッチング電源はほぼ100%に近い力率を得ることができた。しかし、力率改善回路自体が一つのコンバータとして機能するため、後段のスイッチング電源と合わせて2つのコンバータで回路を構成していることになる。このため、力率が良くても効率が低く、コストやプリント基板の面積も大きくなる傾向にあった。これらの課題を解消するため、高力率と高効率とを一つのコンバータで兼ね備えたスイッチング電源が考案されている。例えば特許文献1には、入力電流の波形を正弦波状に近づける技術が開示されている。 Since a general switching power supply has a smoothing capacitor at the first stage of the input, the input current flows only when the input voltage exceeds the charging voltage of the smoothing capacitor. In the case of this configuration, the power factor tends to be low and the harmonic current tends to be high because the time for which the current flows is short with respect to the cycle of the AC voltage of the AC power supply. In order to solve this problem, the input filter is equipped with a coil for improving the power factor, or in order to further improve the power factor, a power factor improving circuit is installed so that the waveform of the input current becomes almost sinusoidal. Measures were taken by configuring it in the previous stage. Among these, as a measure to improve the power factor with the coil of the input filter, the power factor can be increased only to about 70 to 80%. On the other hand, the switching power supply equipped with the power factor improving circuit was able to obtain a power factor close to 100%. However, since the power factor improving circuit itself functions as one converter, the circuit is composed of two converters together with the switching power supply in the subsequent stage. Therefore, even if the power factor is good, the efficiency is low, and the cost and the area of the printed circuit board tend to be large. In order to solve these problems, a switching power supply that combines high power factor and high efficiency with one converter has been devised. For example, Patent Document 1 discloses a technique for bringing the waveform of an input current closer to a sinusoidal shape.
従来の技術では、1次巻線と補助巻線との比率(巻数比)によっては高力率を得ることができないおそれがある。また、従来から、1次巻線と補助巻線との比率については明確な説明がなされていなかった。このため、1次巻線と補助巻線との巻数比について明確にし、入力電流の導通角をより広くすることが求められている。 With the conventional technique, a high power factor may not be obtained depending on the ratio (number of turns ratio) between the primary winding and the auxiliary winding. Further, conventionally, the ratio of the primary winding to the auxiliary winding has not been clearly explained. Therefore, it is required to clarify the turns ratio between the primary winding and the auxiliary winding and to widen the conduction angle of the input current.
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、交流電圧の周期に対して入力電流が流れる期間を長くすることができ、高い力率特性を得ることを目的とする。 The present invention has been made under such a situation, and it is an object of the present invention to be able to extend the period in which an input current flows with respect to the cycle of an AC voltage and to obtain a high power factor characteristic.
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。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention includes the following configurations.
(1)第1の1次巻線と第2の1次巻線と2次巻線を有するトランスと、前記1次巻線に直列に接続されたスイッチング素子と、入力される交流電圧を全波整流する全波整流回路と、一端が前記第1の1次巻線に接続され、他端が前記スイッチング素子を介して前記第2の1次巻線に接続された平滑回路と、前記全波整流回路の出力端に接続されており、インダクタと整流素子とが直列に接続された回路と、を備え、前記第1の1次巻線は、前記第2の1次巻線よりも巻き数が多いことを特徴とする電源装置。 (1) A transformer having a first primary winding, a second primary winding, and a secondary winding, a switching element connected in series with the primary winding, and all input AC voltages. A full-wave rectifier circuit for wave rectification, a smoothing circuit having one end connected to the first primary winding and the other end connected to the second primary winding via the switching element, and the whole. A circuit connected to the output end of a wave rectifier circuit, in which an inductor and a rectifier element are connected in series, is provided, and the first primary winding is wound more than the second primary winding. A power supply that is characterized by a large number.
(2)記録材にトナー像を形成するための画像形成部と、前記画像形成部に電力を供給するための電源装置と、を備え、前記電源装置は、第1の1次巻線と第2の1次巻線と2次巻線を有するトランスと、前記1次巻線に直列に接続されたスイッチング素子と、入力される交流電圧を全波整流する全波整流回路と、一端が前記第1の1次巻線に接続され、他端が前記スイッチング素子を介して前記第2の1次巻線に接続された平滑回路と、前記全波整流回路の出力端に接続されており、インダクタと整流素子とが直列に接続された回路と、を備え、前記第1の1次巻線は、前記第2の1次巻線よりも巻き数が多いことを特徴とする画像形成装置。 (2) An image forming unit for forming a toner image on the recording material and a power supply device for supplying electric power to the image forming unit are provided, and the power supply device includes a first primary winding and a first power supply device. A transformer having a primary winding and a secondary winding of 2, a switching element connected in series with the primary winding, a full-wave rectifier circuit for full-wave rectifying the input AC voltage, and one end described above. A smoothing circuit connected to the first primary winding and the other end connected to the second primary winding via the switching element is connected to the output end of the full-wave rectifier circuit. An image forming apparatus comprising a circuit in which an inductor and a rectifying element are connected in series, wherein the first primary winding has a larger number of turns than the second primary winding.
(3)画像が形成された記録材を処理するためのオプション装置が接続された画像形成装置において、記録材にトナー像を形成するための画像形成部と、前記画像形成部と電力を供給するための第1の電源装置と、前記オプション装置に電力を供給するための第2の電源装置と、を備え、前記第2の電源装置は、第1の1次巻線と第2の1次巻線と2次巻線を有するトランスと、前記1次巻線に直列に接続されたスイッチング素子と、入力される交流電圧を全波整流する全波整流回路と、一端が前記第1の1次巻線に接続され、他端が前記スイッチング素子を介して前記第2の1次巻線に接続された平滑回路と、前記全波整流回路の出力端に接続されており、インダクタと整流素子とが直列に接続された回路と、を備え、前記第1の1次巻線は、前記第2の1次巻線よりも巻き数が多いことを特徴とする画像形成装置。 (3) In an image forming apparatus to which an optional device for processing an image-formed recording material is connected, power is supplied to the image forming portion for forming a toner image on the recording material and the image forming portion. The second power supply device includes a first power supply device for supplying electric power to the optional device, and the second power supply device has a first primary winding and a second primary power supply. A transformer having a winding and a secondary winding, a switching element connected in series with the primary winding, a full-wave rectifier circuit for full-wave rectifying the input AC voltage, and one end of the first 1 A smoothing circuit connected to the next winding and the other end connected to the second primary winding via the switching element, and an inductor and a rectifier element connected to the output end of the full-wave rectifier circuit. An image forming apparatus comprising a circuit in which and are connected in series, wherein the first primary winding has a larger number of turns than the second primary winding.
本発明によれば、交流電圧の周期に対して入力電流が流れる期間を長くすることができ、高い力率特性を得ることができる。 According to the present invention, the period during which the input current flows can be lengthened with respect to the cycle of the AC voltage, and high power factor characteristics can be obtained.
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。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings by way of examples.
[画像形成装置]
実施例1では、本発明の電源装置を画像形成装置に適用した場合について、図1から図3を参照しながら説明する。図1は画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタの概略構成を示す。レーザビームプリンタ(以下、プリンタという)100は、像担持体である感光ドラム101、帯電手段である帯電部102、現像手段である現像部103を備えている。感光ドラム101は、静電潜像が形成される。帯電部102は、感光ドラム101を一様に帯電する。現像部103は、感光ドラム101に形成された静電潜像をトナーで現像する。そして、感光ドラム101に現像されたトナー像を、カセット104から搬送手段であるローラ110等により供給された記録材としてのシートPに転写手段である転写部105によって転写する。シートPに転写されたトナー像は定着手段である定着器106によって定着され、シートPはトレイ107に排出される。この感光ドラム101、帯電部102、現像部103、転写部105が画像形成部である。また、プリンタ100は、電源装置である低電圧電源108を備え、低電圧電源108は、モータ等の駆動部や画像形成部による画像形成動作やシートPの搬送動作を制御する制御部(不図示)へ電力を供給する。
[Image forming device]
In the first embodiment, a case where the power supply device of the present invention is applied to the image forming device will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 shows a schematic configuration of a laser beam printer as an example of an image forming apparatus. The laser beam printer (hereinafter referred to as a printer) 100 includes a
[電源装置]
図2は低電圧電源108としての実施例1のスイッチング電源200の回路図である。ACプラグ201は、コンセントに接続されて交流電圧をスイッチング電源200に供給する。スイッチング電源200に供給された交流電圧は、フィルタ回路202を介して全波整流回路であるダイオードブリッジ203で全波整流される。一方、スイッチング電源200の電力が供給される外部負荷が略一定であり、出力電圧Voが安定している場合、平滑手段である電解コンデンサ207に充電される充電電圧はほぼ一定電圧となる。
[Power supply]
FIG. 2 is a circuit diagram of the switching
スイッチング電源200は、入力インダクタ204(インダクタ)、整流素子であるダイオード205、トランス206、電解コンデンサ207を備えている。トランス206は、1次巻線206a、206bと2次巻線206cとを有している。トランス206において、1次巻線206a、206bと2次巻線206cとは異なる極性である。入力インダクタ204は、一端がダイオードブリッジ203の出力端に接続され、他端がダイオード205のアノード端子に接続されている。ダイオード205は、カソード端子が、1次巻線206aと1次巻線206bとの接続点に接続されている。すなわち、ダイオードブリッジ203の出力電圧は、入力インダクタ204及びダイオード205を介して1次巻線206aと1次巻線206bとの接続点に供給される。
The
トランス206の1次巻線206aは、一端が電解コンデンサ207の+側に接続され、他端が1次巻線206bの一端に接続されている。1次巻線206bは、他端が電界効果トランジスタ(以下、FETという)208のドレイン端子に接続されている。スイッチング素子であるFET208は、ソース端子が電解コンデンサ207の−側に接続され、ゲート端子が制御部である制御IC(不図示)に接続されている。すなわち、トランスの1次巻線206bには、FET208が直列に接続されている。FET208のゲート端子に制御IC(不図示)からゲート電圧が供給されてFET208が導通状態となると、電解コンデンサ207の充電電圧は、トランス206の1次巻線206a及び1次巻線206bにより分圧される。この分圧された電圧よりもダイオードブリッジ203の出力電圧が高い状態にあると、入力電流が入力インダクタ204とダイオード205に流れる。
One end of the
ここで、1次巻線206aの巻き数を1次巻線206bの巻き数よりも多くすることで、1次巻線206aと1次巻線206bとにより分圧される電圧値は低くなり、ダイオードブリッジ203の出力電圧がより低い電圧から入力電流が流れることになる。また、1次巻線206a、206bにより分圧される電圧値がほぼ一定電圧である中、ダイオードブリッジ203の出力電圧は正弦波状に時間的に変化するため、入力電流の波形もほぼ正弦波状に変化することになる。このため、スイッチング電源200では、力率が高い電源特性を得ることができる。
Here, by increasing the number of turns of the primary winding 206a to be larger than the number of turns of the
また、1次巻線206a及び1次巻線206bと、2次巻線206cとの巻数比、入力電圧等の条件により、2次巻線206c間に発生する電圧が変化する。スイッチング電源200を制御する制御IC(不図示)は、2次側のフィードバック信号に基づいてFET208のオン幅やデューティを変化させてスイッチング動作を制御し、2次巻線206cに発生する電圧を制御する。そして、2次巻線206cに発生した電圧が整流ダイオード209と2次側平滑コンデンサ210で整流/平滑されることで、出力電圧Voが所定電圧に安定化される。V、Vc、Vinについては後述する。
Further, the voltage generated between the
[各波形の推移]
図3(A)は、入力電流をIin、ダイオードブリッジ203の出力電圧をVinとした場合の各波形を示している。入力電流Iinは、ダイオードブリッジ203から入力インダクタ204及びダイオード205を介して1次巻線206aと1次巻線206bとの接続点に入力される電流を意味する。出力電圧Vinは、ダイオードブリッジ203から入力インダクタ204及びダイオード205を介して1次巻線206aと1次巻線206bとの接続点に入力される電圧を意味する。図3(A)(a)に入力電流Iinを示し、(b)に出力電圧Vinを示す。いずれも横軸は時間tを示す。また、図3(A)(b)には、トランス206の第1の1次巻線である1次巻線206aと第2の1次巻線である1次巻線206bとで電解コンデンサ207の電圧が分圧された値(分圧値)を破線で示す。
[Transition of each waveform]
FIG. 3A shows each waveform when the input current is Iin and the output voltage of the
図3(A)に示すように、1次巻線206aと1次巻線206bとで電解コンデンサ207の電圧が分圧され、その電圧をダイオードブリッジ203の出力電圧Vinが超えた時点(時刻t1(t3、t5・・・))で入力電流Iinが流れる。入力電流Iinは出力電圧Vinが分圧値以下となる時点(時刻t2(t4、t6・・・))まで流れる。逆説的には、出力電圧Vinが分圧値に達するまで(例えば時刻t2から時刻t3まで)入力電流Iinは流れない(Iin=0)構成となる。このため、分圧値が低ければ低いほど、入力電流Iinが流れ始めるタイミングが早くなり、また入力電流Iinが流れなくなるタイミングが遅くなって、入力電流Iinが流れる位相角、すなわち導通角が拡がり、そして力率を向上することが可能になる。
As shown in FIG. 3A, the voltage of the
[トランスの設計方法]
次に、スイッチング電源200の力率の特性を決定するトランス206の設計方法について詳しく述べていく。図2のスイッチング電源200の回路の基本的構成はフライバックコンバータとなる。このため、出力電力に対する入力電力の目安は、次の式(1)を用いて算出することができる。
Pin=V2×ton2×f/(2×L)・・・式(1)
[Transformer design method]
Next, the design method of the
Pin = V2 × ton2 × f / (2 × L) ・ ・ ・ Equation (1)
ここで、Pinは入力電力、tonはFET208のオン時間、fはFET208のスイッチング動作の駆動周波数、Lは1次巻線206bのインダクタンスである。ここでの注意点は、式(1)に記載した電圧Vが、出力電圧Vinではなく1次巻線206aと1次巻線206bの中点電圧であるということである。この中点電圧Vは、電解コンデンサ207の電圧Vcを1次巻線206aと1次巻線206bとで分圧した電圧である。1次巻線206aの巻き数と1次巻線206bの巻き数との巻数比(以下、比率ともいう)をNとすると、式(1)は以下の式(2)となる。
Pin=(Vc/(N+1))2×ton2×f/(2×L)・・・式(2)
Here, Pin is the input power, ton is the on-time of the
Pin = (Vc / (N + 1)) 2 × ton2 × f / (2 × L) ... Equation (2)
また入力電力Pinと出力電力Poとの関係は、以下の式(3)で表される。
Pin=Po/η・・・式(3)
ここで、ηは1次側から2次側への変換効率である。このため、式(2)は、以下の式(4)のように変換することができる。
Po=η×(Vc/(N+1))2×ton2×f/(2×L)・・・式(4)
式(4)を満たすように1次巻線206bのインダクタンスLが計算で求められる。
The relationship between the input power Pin and the output power Po is expressed by the following equation (3).
Pin = Po / η ・ ・ ・ Equation (3)
Here, η is the conversion efficiency from the primary side to the secondary side. Therefore, the equation (2) can be converted as shown in the following equation (4).
Po = η × (Vc / (N + 1)) 2 × ton2 × f / (2 × L) ・ ・ ・ Equation (4)
The inductance L of the primary winding 206b is calculated so as to satisfy the equation (4).
また、1次巻線206bに流れる電流のピーク値は、I=V×ton/Lで決まり、ここでのVも電解コンデンサ207の電圧Vcを1次巻線206aと1次巻線206bとで分圧した電圧になる。つまり以下の式(5)となる。
I=Vc/(N+1)×ton/L・・・式(5)
さらに、FET208のオン時、1次巻線206bに流れる電流は入力インダクタ204を流れる電流である。この電流は、ダイオードブリッジ203の出力電圧Vinと中点電圧Vとの差分を入力インダクタ204のインダクタンスLinで除し、オン時間tonを掛けて算出することができる。入力インダクタ204に流れる電流をIinとすると、以下の式(6)で表される。
Iin=(Vin−Vc×N206b/(N206a+N206b))/Lin×ton・・・式(6)
となる。ここで、N206aは1次巻線206aの巻き数、N206bは1次巻線206bの巻き数である。
Further, the peak value of the current flowing through the primary winding 206b is determined by I = V × ton / L, and V here also sets the voltage Vc of the
I = Vc / (N + 1) × ton / L ... Equation (5)
Further, when the
Iin = (Vin-Vc × N206b / (N206a + N206b)) / Lin × ton ・ ・ ・ Equation (6)
Will be. Here, N206a is the number of turns of the primary winding 206a, and N206b is the number of turns of the primary winding 206b.
次に、交流電源の周期に対し1次側の電流が流れる期間、つまり導通角は、1次巻線206bに対して1次巻線206aの巻き数を多く巻いた方が広くとることができる。この回路の目的が高力率を得ることであることからも、導通角は広い方が望ましい。 Next, the period during which the current on the primary side flows with respect to the cycle of the AC power supply, that is, the conduction angle, can be widened by winding a large number of turns of the primary winding 206a with respect to the primary winding 206b. .. Since the purpose of this circuit is to obtain a high power factor, it is desirable that the conduction angle is wide.
ここで、巻数比Nがどのくらいまで大きくできるかを考察する。なお、1次巻線206bと1次巻線206aの総数(N206a+N206b)は、出力電圧Voと入力電圧、ここではダイオードブリッジ203の出力電圧Vinの最小値で巻数比Nの目安を算出することができる。例えば、ダイオードブリッジ203の出力電圧Vinが交流85V、出力電圧Voが24Vの場合、1次巻線206a、206bと2次巻線206cの巻数比はおよそ5となる。2次巻線206cの巻き数を3ターンとすると、1次巻線206a、206bの巻き数の総数は15ターン(=3ターン×5)となる。
Here, we consider how large the turns ratio N can be. The total number of
前提として、各条件を以下のように設定した場合を考える。
η:0.85、Vc:120V、ton:7.5μs、f=65kHz、Po:100W
ここで、N=2〜4とした場合を実際に計算して検討を進める。
As a premise, consider the case where each condition is set as follows.
η: 0.85, Vc: 120V, ton: 7.5μs, f = 65kHz, Po: 100W
Here, the case where N = 2 to 4 is actually calculated and examined.
・N=2の場合
巻数比Nが2で1次巻線206a、206bの総数が15ターンのため、1次巻線206b=5、1次巻線206a=10となる。式(4)から1次巻線206bのインダクタンスLを求めると、式(7)のようになる。
L=0.85×(120/(2+1))2×7.5μ2×65000/2/100=24.9μH≒25μH・・・式(7)
次に、式(7)で求めた1次巻線206bのインダクタンスLを、式(5)に代入し、1次巻線206bに流れる電流のピーク値を求めると、式(8)のようになる。
I=120/(2+1)×7.5μ/25μ=12A・・・式(8)
When N = 2, since the number of turns ratio N is 2 and the total number of
L = 0.85 × (120 / (2 + 1)) 2 × 7.5μ 2 × 65000/2/100 = 24.9μH ≈ 25μH ... Equation (7)
Next, when the inductance L of the primary winding 206b obtained by the equation (7) is substituted into the equation (5) and the peak value of the current flowing through the primary winding 206b is obtained, it is as shown in the equation (8). Become.
I = 120 / (2 + 1) × 7.5μ / 25μ = 12A ... Equation (8)
また、式(6)を用いて入力インダクタ204に流れる入力電流Iinを求めると、式(9)のようになる。
Iin=(120−120×5/15)/40μ×7.5μ=15A・・・式(9)
ここでは、入力インダクタ204のインダクタンスLinは40μHとしている。式(8)と式(9)から、Iin>Iであるため、1次巻線206bの巻き数(N206b=5)は、実現可能な設定定数であることが判断できる。
Further, when the input current Iin flowing through the
Iin = (120-120 × 5/15) / 40μ × 7.5μ = 15A ・ ・ ・ Equation (9)
Here, the inductance Lin of the
・N=3の場合
同じくN=3の場合は、巻数は整数である必要があることと総数が15ターンであるため、1次巻線206bの巻き数N206b=4、1次巻線206aの巻き数N206a=11となり、巻数比Nは狙いの3ではなく、N=11/4となる。この巻き数の値、及び他の値をN=2のときと同様に各式に代入して、I=15A、Iin=16.5Aを得る。この場合、Iin>Iのため、1次巻線206bの巻き数(N206b=4)は、実現可能な設定定数であることが判断できる。
-In the case of N = 3 Similarly, in the case of N = 3, since the number of turns needs to be an integer and the total number is 15 turns, the number of turns of the primary winding 206b is N206b = 4, and the number of turns of the primary winding 206a is The number of turns N206a = 11, and the number of turns ratio N is N = 11/4 instead of the target 3. By substituting the value of the number of turns and other values into each equation in the same manner as when N = 2, I = 15A and Iin = 16.5A are obtained. In this case, since Iin> I, it can be determined that the number of turns (N206b = 4) of the primary winding 206b is a feasible setting constant.
・N=4の場合
また、N=4の場合は、1次巻線206bの巻き数N206b=3、1次巻線206aの巻き数N206a=12となる。この場合、巻き数の値、及び他の値をN=2のときと同様に各式に代入して、I=20A、Iin=18Aを得る。この場合、Iin<Iとなるため、入力インダクタ204を流れる入力電流Iinよりも1次巻線206bに流す電流Iが大きくなってしまう。このため、これらの設定定数では、実現が不可能であると判断できる。
When N = 4 When N = 4, the number of turns of the primary winding 206b is N206b = 3, and the number of turns of the primary winding 206a is N206a = 12. In this case, the value of the number of turns and other values are substituted into each equation in the same manner as when N = 2, and I = 20A and Iin = 18A are obtained. In this case, since Iin <I, the current I flowing through the primary winding 206b becomes larger than the input current Iin flowing through the
ここで、式(6)から、入力インダクタ204のインダクタンスLinをさらに低くすれば入力インダクタ204に流れる電流Iinをより高めることができるため、1次巻線206bに流す電流I以上にする考えを採ることもできる。しかし、入力インダクタ204のインダクタンスLinを低くして流れる入力電流Iinを増やすと、FET208のオフ時の充電電流により電解コンデンサ207の電圧が上昇し、FET208に定格電圧が高い素子を使用する必要が生じる。また、ピーク電流が大きくなるとFET208のサージ電圧が上昇し、FET208の定格電流もより高いものが必要になる。さらにこれらの条件の場合、そもそもピーク電流が20A前後に達していて、使用する半導体の定格や損失、又はトランス206に巻く巻線の損失等を考慮すると、現実的に使用可能な電流の限界に近いと考えられる。以上の考察により、巻数比Nは、最も高くしても4までが上限であると考えられる。
Here, from the equation (6), if the inductance Lin of the
[プリンタへの適用例1]
次に、このようにして導通角を拡げた低電圧電源108をプリンタ100に適用した例について図3(B)を参照しながら説明する。図3(B)は、定着器106の電流と低電圧電源108の電流とを合成した合成電流の波形を表したものである。図3(B)(a)は低電圧電源108が一般的な電源方式であるコンデンサインプットタイプである場合の合成電流の波形を示す。また図3(B)(b)は低電圧電源108が実施例1の電源方式である場合の合成電流の波形を示す。いずれも縦軸は電流I、横軸は時間tを示す。また定着器106の電流波形は、位相制御と呼ばれる定着制御の波形であり、所定期間、電流が流れない電流波形となっている。
[Application example 1 to printer]
Next, an example in which the low-
図3(B)(a)では、電流がまったく流れない時刻t11’までの期間が長いため、導通角が狭まっている。図3(B)(a)に対し、図3(B)(b)では、実施例1の効果で時刻t11よりも前の時刻t10から電流が流れ始めることで、電流の流れている期間が長くなり、導通角が拡がっていることが確認できる。また、電流のピーク部分が図3(B)(a)のIp’に対して図3(B)(b)のIpは抑えられ(Ip<Ip’)、正弦波形に近い形状となっている。このため図3(B)(b)の波形では力率を改善することができる。 In FIGS. 3B and 3A, the conduction angle is narrowed because the period until the time t11'when no current flows is long. In contrast to FIGS. 3 (B) and 3 (a), in FIGS. 3 (B) and 3 (b), the current starts to flow from the time t10 before the time t11 due to the effect of the first embodiment, so that the period during which the current is flowing becomes longer. It can be confirmed that the length is increased and the conduction angle is widened. Further, the peak portion of the current has a shape close to a sinusoidal waveform, with the Ip of FIGS. 3 (B) and 3 (b) suppressed (Ip <Ip') with respect to the Ip'of FIGS. 3 (B) and 3 (a). .. Therefore, the power factor can be improved in the waveforms of FIGS. 3 (B) and 3 (b).
以上説明したように、1次巻線206bに対し1次巻線206aの巻き数を多いほど、交流電源から入力される交流電圧の周期に対する入力電流の導通角を拡げることができる。また、1次巻線206aの巻き数が1次巻線206bの巻き数よりも多いほど、入力インダクタ204及びダイオード205に流れる電流が大きくなる。また、入力インダクタ204のインダクタンスが低いほど、入力インダクタ204及びダイオード205に流れる電流が大きくなる。また、上述した前提において、この1次巻線206bに対する1次巻線206aの巻数比Nは、最大で4まで広げることができる。すなわち、1次巻線206aの巻き数は、1次巻線206bの巻き数の4倍以下である。さらに実施例1の低電圧電源108をプリンタ100に適用した場合、力率を向上することができる。
As described above, as the number of turns of the primary winding 206a is larger than that of the primary winding 206b, the conduction angle of the input current with respect to the cycle of the AC voltage input from the AC power supply can be widened. Further, as the number of turns of the primary winding 206a is larger than the number of turns of the primary winding 206b, the current flowing through the
[プリンタへの適用例2]
プリンタとしては、図5に示すようにプリンタ本体800に対して出力オプション装置802が接続された装置を接続する構成がある。このような構成の場合、プリンタ本体800に電力を供給するための低電圧電源801と、出力オプション装置802に電力を供給するための低電圧電源803を有している。なお、プリンタ本体800の基本的な構成は図1のプリンタ100と同様であるため説明を省略する。低電圧電源803は図2と同様の構成であるため説明を省略する。なお、出力オプション装置802とは図5に示すような記録材としてのシートを振り分けて出力することが可能なソート機能を有するオプション装置である。図5には3つの排出ビン802a、802b、802cを有する出力オプション装置を示している。なお、ソート機能を有する出力オプション装置に限らず、画像が形成された複数枚のシートにステープルする機能を有する出力オプション装置等、シートを処理するオプション処理装置であってもよい。この構成において、低電圧電源803が図2に示す低電圧電源に対応する。また、低電圧電源801は一般的な電源方式であるコンデンサインプットタイプの電源である。
[Application example 2 to printer]
As shown in FIG. 5, the printer has a configuration in which a device to which the
このような構成における合成電流の波形について説明する。図6(a)は、定着器(図1の106)の電流と低電圧電源801、低電圧電源803の電流を合成した合成電流の波形を表したものである。図の縦軸は電流I、横軸は時間tを示している。図6(a)において、(1)定着器への電流波形、(2)低電圧電源801の電流波形、(3)低電圧電源803の電流波形、(4)(1)から(3)の合成電流の波形を示している。一方、低電圧電源803として、本実施例の低電圧電源ではなく一般的なコンデンサインプット方式の電源を用いた場合の合成電流波形について図6(b)に示す。図6(b)において、(1)定着器への電流波形、(2)低電圧電源801の電流波形、(3)コンデンサインプット方式の定電圧電源の電流波形、(4)(1)から(3)の合成電流の波形を示している。
The waveform of the combined current in such a configuration will be described. FIG. 6A shows a waveform of a combined current obtained by combining the current of the fuser (106 of FIG. 1) with the currents of the low-
図6(a)と図6(b)を比較すると、図6(a)における合成電流の波形について、図6(b)では電流が流れていない期間601bにおいても期間601aでは電流が流れるため、全体として図6(b)よりも力率が改善される。また、図6(a)における電流のピーク値602aは図6(b)におけるピーク値602bに比べて小さい値になるため図6(b)よりも力率が改善される。
これにより、プリンタ本体800と出力オプション装置802を接続した装置においても、出力オプション装置802に本実施例の電源を適用することにより、電源から電力を供給する場合の力率を向上することができる。
Comparing FIG. 6 (a) and FIG. 6 (b), regarding the waveform of the combined current in FIG. 6 (a), since the current flows in the
As a result, even in a device in which the printer
以上、実施例1によれば、交流電圧の周期に対して入力電流が流れる期間を長くすることができ、高い力率特性を得ることができる。 As described above, according to the first embodiment, the period in which the input current flows can be lengthened with respect to the cycle of the AC voltage, and a high power factor characteristic can be obtained.
[電源装置]
実施例1では、1次巻線206aを1つの巻線で構成した場合で説明した。実施例2では、1次巻線206aを複数の巻線、例えば2つの巻線に分割して構成したものである。実施例2の説明を、図4の回路図を参照しながら説明していく。図4において、図2の1次巻線206aに相当する1次巻線は、1次巻線501aと1次巻線501bに分割して構成されており、他の構成要素については同一の構成要素となり、同じ符号を付している。同じ符号を付したものについては、説明を省略する。
[Power supply]
In the first embodiment, the case where the primary winding 206a is composed of one winding has been described. In the second embodiment, the primary winding 206a is divided into a plurality of windings, for example, two windings. The description of the second embodiment will be described with reference to the circuit diagram of FIG. In FIG. 4, the primary winding corresponding to the primary winding 206a in FIG. 2 is divided into a primary winding 501a and a primary winding 501b, and the other components have the same configuration. It becomes an element and has the same code. The description of those with the same reference numerals will be omitted.
1次巻線206aを1次巻線501aと1次巻線501bとに分割しても、電解コンデンサ207の分圧値Vは1次巻線206bの上側(・側)電圧となり、分圧値は1次巻線501a、501b、206bの総数と1次巻線206bの巻数比で決まる。そしてこの分圧値をダイオードブリッジ203の出力電圧Vinが超えると入力電流Iinが流れることになる。このため1次巻線501aと1次巻線501bの合計の巻き数を1次巻線206bの巻き数に対して多くすることにより分圧値は低くなり、入力電流Iinの導通角をより広くすることができる。このように、1次巻線206aに相当する1次巻線501a、501bの巻き数をより多く設定した場合、1次巻線501aと1次巻線501bのように2つの巻線に分割しても同様の効果を得ることができる。
Even if the primary winding 206a is divided into the primary winding 501a and the primary winding 501b, the voltage dividing value V of the
以上説明したように、1次巻線206bを1次巻線501aと1次巻線501bの2つの巻線構成に分割したとしても、1次巻線501aと1次巻線501bの合計巻き数を1次巻線206bよりも多くする。これにより、導通角を拡げることができる。なお、実施例2の説明では、1次巻線206aを2つに分割した場合について説明したが、さらに複数の巻線に分割しても同様な効果が得られる。 As described above, even if the primary winding 206b is divided into two winding configurations of the primary winding 501a and the primary winding 501b, the total number of turns of the primary winding 501a and the primary winding 501b Is more than the primary winding 206b. Thereby, the conduction angle can be widened. In the description of the second embodiment, the case where the primary winding 206a is divided into two has been described, but the same effect can be obtained even if the primary winding 206a is further divided into a plurality of windings.
以上、実施例2によれば、交流電圧の周期に対して入力電流が流れる期間を長くすることができ、高い力率特性を得ることができる。 As described above, according to the second embodiment, the period in which the input current flows can be lengthened with respect to the cycle of the AC voltage, and a high power factor characteristic can be obtained.
なお、上記の実施例1、2の夫々の回路(図2、図4)において、入力インダクタ204とダイオード205を直列に接続した回路の接続位置について入力インダクタ204をダイオードブリッジ203側に接続した構成で説明した。しかし、この構成に限らずダイオード205をダイオードブリッジ203側に接続した構成でも同様の効果を得ることができる。
なお、ダイオード205をダイオードブリッジ203側に接続した構成とは具体的には以下のような接続構成である。
整流素子のアノード端子が、ダイオードブリッジ203の出力端に接続され、カソード端子が入力インダクタ204の一端に接続されている。入力インダクタ204の他端が、1次巻線206aと1次巻線206bとの接続点に接続された構成である。
In each of the circuits of Examples 1 and 2 (FIGS. 2 and 4), the
The configuration in which the
The anode terminal of the rectifying element is connected to the output end of the
203 ダイオードブリッジ
204 入力インダクタ
205 ダイオード
206 トランス
206a 1次巻線
206b 1次巻線
206c 2次巻線
207 電解コンデンサ
203
Claims (13)
前記1次巻線に直列に接続されたスイッチング素子と、
入力される交流電圧を全波整流する全波整流回路と、
一端が前記第1の1次巻線に接続され、他端が前記スイッチング素子を介して前記第2の1次巻線に接続された平滑回路と、
前記全波整流回路の出力端に接続されており、インダクタと整流素子とが直列に接続された回路と、を備え、
前記第1の1次巻線は、前記第2の1次巻線よりも巻き数が多いことを特徴とする電源装置。 A transformer having a first primary winding and a second primary winding and a secondary winding,
A switching element connected in series with the primary winding and
A full-wave rectifier circuit that full-wave rectifies the input AC voltage,
A smoothing circuit having one end connected to the first primary winding and the other end connected to the second primary winding via the switching element.
A circuit connected to the output end of the full-wave rectifier circuit, in which an inductor and a rectifier element are connected in series, is provided.
The first primary winding is a power supply device having a larger number of turns than the second primary winding.
前記画像形成部に電力を供給するための電源装置と、を備え、
前記電源装置は、
第1の1次巻線と第2の1次巻線と2次巻線を有するトランスと、
前記1次巻線に直列に接続されたスイッチング素子と、
入力される交流電圧を全波整流する全波整流回路と、
一端が前記第1の1次巻線に接続され、他端が前記スイッチング素子を介して前記第2の1次巻線に接続された平滑回路と、
前記全波整流回路の出力端に接続されており、インダクタと整流素子とが直列に接続された回路と、を備え、
前記第1の1次巻線は、前記第2の1次巻線よりも巻き数が多いことを特徴とする画像形成装置。 An image forming part for forming a toner image on the recording material,
A power supply device for supplying electric power to the image forming unit is provided.
The power supply device
A transformer having a first primary winding and a second primary winding and a secondary winding,
A switching element connected in series with the primary winding and
A full-wave rectifier circuit that full-wave rectifies the input AC voltage,
A smoothing circuit having one end connected to the first primary winding and the other end connected to the second primary winding via the switching element.
A circuit connected to the output end of the full-wave rectifier circuit, in which an inductor and a rectifier element are connected in series, is provided.
The image forming apparatus, wherein the first primary winding has a larger number of turns than the second primary winding.
定着部に電流が流れていない期間において前記電源装置に電流が流れることを特徴とする請求項8または9に記載の画像形成装置。 It has a fixing portion for fixing the image formed on the recording material to the recording material.
The image forming apparatus according to claim 8 or 9, wherein a current flows through the power supply device during a period in which a current does not flow through the fixing portion.
記録材にトナー像を形成するための画像形成部と、
前記画像形成部と電力を供給するための第1の電源装置と、
前記オプション装置に電力を供給するための第2の電源装置と、
を備え、
前記第2の電源装置は、
第1の1次巻線と第2の1次巻線と2次巻線を有するトランスと、
前記1次巻線に直列に接続されたスイッチング素子と、
入力される交流電圧を全波整流する全波整流回路と、
一端が前記第1の1次巻線に接続され、他端が前記スイッチング素子を介して前記第2の1次巻線に接続された平滑回路と、
前記全波整流回路の出力端に接続されており、インダクタと整流素子とが直列に接続された回路と、を備え、
前記第1の1次巻線は、前記第2の1次巻線よりも巻き数が多いことを特徴とする画像形成装置。 In an image forming apparatus to which an optional apparatus for processing an image-formed recording material is connected,
An image forming part for forming a toner image on the recording material,
The image forming unit, the first power supply device for supplying electric power, and
A second power supply device for supplying electric power to the optional device, and
With
The second power supply device
A transformer having a first primary winding and a second primary winding and a secondary winding,
A switching element connected in series with the primary winding and
A full-wave rectifier circuit that full-wave rectifies the input AC voltage,
A smoothing circuit having one end connected to the first primary winding and the other end connected to the second primary winding via the switching element.
A circuit connected to the output end of the full-wave rectifier circuit, in which an inductor and a rectifier element are connected in series, is provided.
The image forming apparatus, wherein the first primary winding has a larger number of turns than the second primary winding.
定着部に電流が流れていない期間において前記電源装置に電流が流れることを特徴とする請求項11または12に記載の画像形成装置。 It has a fixing portion for fixing the image formed on the recording material to the recording material.
The image forming apparatus according to claim 11 or 12, wherein a current flows through the power supply device during a period in which a current does not flow through the fixing portion.
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