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JP2024076292A - Power supply device and image forming device - Google Patents

Power supply device and image forming device Download PDF

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JP2024076292A
JP2024076292A JP2022187809A JP2022187809A JP2024076292A JP 2024076292 A JP2024076292 A JP 2024076292A JP 2022187809 A JP2022187809 A JP 2022187809A JP 2022187809 A JP2022187809 A JP 2022187809A JP 2024076292 A JP2024076292 A JP 2024076292A
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JP
Japan
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voltage
power supply
switching element
supply device
winding
Prior art date
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Pending
Application number
JP2022187809A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
光英 室伏
Mitsuhide Murofushi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

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Abstract

To better optimize overcurrent protection operation in accordance with changes in output voltage.SOLUTION: A power supply device includes a control unit 200 for switching an output voltage Vout to a first voltage or a second voltage lower than the first voltage and a switching element 34 for applying a bias current to resistors 7 and 8. The switching element 34 applies no bias current to the resistors 7 and 8 when the output voltage Vout is the first voltage and applies a bias current to the resistors 7 and 8 when the output voltage Vout is switched from the first voltage to the second voltage.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電源装置及び画像形成装置に関し、例えば、交流電源から入力する電力の消費を低減する機能を有する電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device and an image forming device, for example, a power supply device that has a function for reducing the consumption of power input from an AC power source.

近年、装置の待機状態での電力消費の低減要求が高まっており、待機状態時には、電源装置の出力電圧を通常動作時の電圧よりも低い電圧へ変化させ、電力消費を低減する方法が採用されている。また、電源装置の出力が短絡するような異常時に過大な電流出力が継続することを回避するため、1次側のスイッチング素子の動作電流を検知し、過電流保護を行う構成が採用されているものが多い(例えば、特許文献1参照)。すなわち、待機状態での出力電流を検知してスイッチング動作時のスイッチング電流を低減し、かつスイッチングを間欠動作とすることでスイッチング回数の低減を行い、電力消費を低減する構成が開示されている。 In recent years, there has been an increasing demand to reduce power consumption when devices are in standby mode, and a method has been adopted to reduce power consumption by changing the output voltage of a power supply device to a voltage lower than the voltage during normal operation when in standby mode. Also, in order to avoid continued excessive current output during an abnormality such as a short circuit in the output of the power supply device, many devices employ a configuration that detects the operating current of the primary side switching element and provides overcurrent protection (see, for example, Patent Document 1). That is, a configuration has been disclosed that detects the output current in standby mode to reduce the switching current during switching operation, and reduces the number of switching operations by making the switching an intermittent operation, thereby reducing power consumption.

特許第5341627号公報Patent No. 5341627

しかしながら、スイッチング電源の1つであるフライバック方式の電源装置では、以下の課題がある。1次側のスイッチング素子の電流を検知して過電流保護が動作する構成では、2次側の出力電圧を低い電圧に設定すると、出力電圧に反比例して過電流保護が動作する出力電流が大きくなってしまう。また、上述した従来例では、待機状態で出力電圧を低下させた場合、前述のように過電流保護動作時の出力電流が大きくなる。 However, the flyback power supply, which is one type of switching power supply, has the following problem. In a configuration in which overcurrent protection operates by detecting the current of the primary side switching element, if the secondary side output voltage is set to a low voltage, the output current at which overcurrent protection operates increases inversely proportional to the output voltage. Also, in the above-mentioned conventional example, if the output voltage is reduced in the standby state, the output current during overcurrent protection operation increases as described above.

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、出力電圧の変化に応じて過電流保護動作をより最適化することを目的とする。 The present invention was made under these circumstances, and aims to further optimize overcurrent protection operation in response to changes in output voltage.

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)1次側の第1巻線と、2次側の第2巻線と、を有するトランスと、前記第1巻線に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子を導通又は非導通に制御することにより、前記第2巻線から出力される出力電圧を制御する制御手段と、前記スイッチング素子に流れる電流を検知する電流検知手段と、前記電流検知手段により検知した結果に基づいて過電流か否かを判断する判断手段と、を備える電源装置であって、前記出力電圧を第1電圧又は前記第1電圧よりも低い第2電圧に切り替える切替手段と、前記電流検知手段にバイアス電流を印加する印加手段と、を備え、前記印加手段は、前記出力電圧が前記第1電圧のときには前記電流検知手段に前記バイアス電流を印加せず、前記切替手段により前記出力電圧が前記第1電圧から前記第2電圧に切り替えられると、前記電流検知手段に前記バイアス電流を印加することを特徴とする電源装置。
(2)記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、前記(1)に記載の電源装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has the following configuration.
(1) A power supply device comprising: a transformer having a first winding on a primary side and a second winding on a secondary side; a switching element connected to the first winding; control means for controlling an output voltage output from the second winding by controlling the switching element to be conductive or non-conductive; current detection means for detecting a current flowing through the switching element; and judgment means for judging whether or not an overcurrent has occurred based on a result detected by the current detection means, wherein the power supply device further comprises: switching means for switching the output voltage to a first voltage or a second voltage lower than the first voltage; and application means for applying a bias current to the current detection means, wherein the application means does not apply the bias current to the current detection means when the output voltage is the first voltage, and applies the bias current to the current detection means when the output voltage is switched from the first voltage to the second voltage by the switching means.
(2) An image forming apparatus comprising: an image forming unit for forming an image on a recording medium; and the power supply device according to (1).

本発明によれば、出力電圧の変化に応じて過電流保護動作をより最適化することができる。 The present invention allows the overcurrent protection operation to be further optimized in response to changes in the output voltage.

実施例1の電源ユニットの回路を示す図FIG. 1 is a diagram showing a circuit of a power supply unit according to a first embodiment of the present invention; 実施例1の動作波形を示す図FIG. 1 is a diagram showing operational waveforms of the first embodiment. 実施例1の出力電圧-出力電流の関係を示す図FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the output voltage and the output current in the first embodiment. 実施例2の電源ユニットの回路を示す図FIG. 13 is a diagram showing a circuit of a power supply unit according to a second embodiment of the present invention; 実施例2の動作波形を示す図FIG. 13 is a diagram showing operational waveforms of the second embodiment. 実施例3の電源ユニットの回路を示す図FIG. 11 is a diagram showing a circuit of a power supply unit according to a third embodiment. 実施例3の動作波形を示す図FIG. 13 is a diagram showing operational waveforms of the third embodiment. 実施例4の電源ユニットの回路を示す図FIG. 13 is a diagram showing a circuit of a power supply unit according to a fourth embodiment of the present invention. 実施例5の画像形成装置の構成を示す図FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an image forming apparatus according to a fifth embodiment of the present invention;

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。 The following describes in detail the embodiments of the present invention with reference to the drawings.

<電源装置>
図1は、実施例1の電源装置100の構成を示した回路図である。交流電源1は交流電圧Vacを供給する電源である。整流回路であるブリッジダイオード2は交流電圧Vacを整流する。平滑コンデンサ3はブリッジダイオード2によって整流された電圧を平滑化し、電圧Vdcを出力する。ブリッジダイオード2と平滑コンデンサ3とで整流平滑手段の一例を成している。ここで、平滑コンデンサ3の高い方の電圧をDCHとし、低い方の電圧をDCLとする。
<Power supply unit>
1 is a circuit diagram showing the configuration of a power supply device 100 according to a first embodiment. An AC power supply 1 is a power supply that supplies an AC voltage Vac. A bridge diode 2, which is a rectifier circuit, rectifies the AC voltage Vac. A smoothing capacitor 3 smoothes the voltage rectified by the bridge diode 2 and outputs a voltage Vdc. The bridge diode 2 and the smoothing capacitor 3 together form an example of a rectifying and smoothing means. Here, the higher voltage of the smoothing capacitor 3 is designated as DCH, and the lower voltage is designated as DCL.

スイッチングトランス(以下、トランスという)4は変圧器の一例である。平滑コンデンサ3から出力された電圧Vdcが、1次側の第1巻線4aに接続され、2次側の第2巻線4bからの出力を直流電圧である出力電圧Voutに変換する。1次側の第3巻線4cからの出力電圧は、電源IC5の動作電源としてフォワード出力電圧Vfw(フォワード電圧)を生成する。平滑コンデンサ3の電圧Vdcは、第1巻線4aに接続されたスイッチング素子6の導通及び非導通動作によって、トランス4の第1巻線4aに印加され、第2巻線4b、第3巻線4cからは、第1巻線4aとの巻数に比例した電圧を出力する。 The switching transformer (hereinafter referred to as the transformer) 4 is an example of a transformer. The voltage Vdc output from the smoothing capacitor 3 is connected to the first winding 4a on the primary side, and converts the output from the second winding 4b on the secondary side into an output voltage Vout, which is a DC voltage. The output voltage from the third winding 4c on the primary side generates a forward output voltage Vfw (forward voltage) as the operating power supply for the power supply IC 5. The voltage Vdc of the smoothing capacitor 3 is applied to the first winding 4a of the transformer 4 by the conductive and non-conductive operation of the switching element 6 connected to the first winding 4a, and the second winding 4b and the third winding 4c output a voltage proportional to the number of turns of the first winding 4a.

制御手段である電源IC5は、スイッチング素子6を導通又は非導通に制御するスイッチング動作を制御するICである。MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などのスイッチング素子6は、導通又は非導通のスイッチング動作を繰り返す。電源IC5は、スイッチング素子6のゲート端子(制御端子)にDRV信号を出力し、スイッチング素子6を制御する。ダイオード10は、第2巻線4bからの出力電圧を整流する。整流された電圧はコンデンサ9によって平滑され、出力電圧Voutとして出力される。 The power supply IC5, which is a control means, is an IC that controls the switching operation of controlling the switching element 6 to be conductive or non-conductive. The switching element 6, such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), repeats switching between conductive and non-conductive states. The power supply IC5 outputs a DRV signal to the gate terminal (control terminal) of the switching element 6 to control the switching element 6. The diode 10 rectifies the output voltage from the second winding 4b. The rectified voltage is smoothed by the capacitor 9 and output as the output voltage Vout.

フォトカプラ16は、第2巻線4bからの出力電圧Voutの状態を電源IC5に帰還させる。出力電圧Voutの状態は、抵抗12、13、14の分圧電圧とレギュレータ15とによって所定電圧になるようにフォトカプラ16を駆動し、電源IC5にフィードバック信号として伝達される。抵抗17はフォトカプラ16の電流制限抵抗である。電源IC5は、入力されたフィードバック信号(以下、FBという。)に応じてスイッチング素子6の導通及び非導通動作を制御する。MOSFETなどのスイッチング素子18は、抵抗14の両端に接続され、抵抗12、13、14の分圧比を切り換えてレギュレータ15に印加する電圧を切り換えるスイッチとして動作する。スイッチング素子18が導通状態で出力電圧VoutはVout_Hとなり、非導通状態で出力電圧VoutはVout_Lとなる。出力電圧の大小関係は、Vout_H>Vout_Lとなる。 The photocoupler 16 feeds back the state of the output voltage Vout from the second winding 4b to the power supply IC5. The state of the output voltage Vout is driven by the photocoupler 16 so that it becomes a predetermined voltage by the divided voltage of the resistors 12, 13, and 14 and the regulator 15, and is transmitted to the power supply IC5 as a feedback signal. The resistor 17 is a current limiting resistor of the photocoupler 16. The power supply IC5 controls the conductive and non-conductive operation of the switching element 6 according to the input feedback signal (hereinafter referred to as FB). The switching element 18, such as a MOSFET, is connected to both ends of the resistor 14 and operates as a switch that switches the voltage applied to the regulator 15 by switching the voltage division ratio of the resistors 12, 13, and 14. When the switching element 18 is in a conductive state, the output voltage Vout becomes Vout_H, and when it is in a non-conductive state, the output voltage Vout becomes Vout_L. The magnitude relationship of the output voltages is Vout_H>Vout_L.

トランス4の第3巻線4cには、ダイオード20を経由してコンデンサ21が接続されており、スイッチング素子6が導通するとフォワード出力電圧Vfwがダイオード20を経由して半波整流され、コンデンサ21に充電される。コンデンサ21は電源IC5のVCCに接続されており、電源IC5の動作電源を供給する。 A capacitor 21 is connected to the third winding 4c of the transformer 4 via a diode 20. When the switching element 6 is conductive, the forward output voltage Vfw is half-wave rectified via the diode 20 and charged to the capacitor 21. The capacitor 21 is connected to the VCC of the power supply IC5 and supplies the operating power for the power supply IC5.

抵抗7はスイッチング素子6導通時における第1巻線4aの電流値を検知する抵抗であり、電流検知手段として機能する。電源IC5は、抵抗8を経由して第1巻線4aの電流をISとして検知し、FBとともにスイッチング素子6によるスイッチング動作を制御する。電源IC5は、内部の電流検知閾電圧VthとIS信号とを比較し、電流検知閾電圧VthよりIS信号の電圧が低い場合、スイッチング素子6の導通状態を継続し、IS信号の電圧が電流検知閾電圧Vthに到達するとスイッチング素子6を非導通状態とする。なお、電源IC5の基準電圧であるPGNDはDCLに接続されている。 Resistor 7 detects the current value of the first winding 4a when the switching element 6 is conductive, and functions as a current detection means. Power supply IC 5 detects the current of the first winding 4a as IS via resistor 8, and controls the switching operation of the switching element 6 together with FB. Power supply IC 5 compares an internal current detection threshold voltage Vth with the IS signal, and if the voltage of the IS signal is lower than the current detection threshold voltage Vth, it keeps the switching element 6 conductive, and when the voltage of the IS signal reaches the current detection threshold voltage Vth, it puts the switching element 6 in a non-conductive state. Note that PGND, which is the reference voltage of power supply IC 5, is connected to DCL.

抵抗30とダイオード31は、電源IC5のDRVをバイアス電流として抵抗7及び抵抗8に印加するように接続されている。フォトカプラ32が抵抗33を経由し出力電圧Voutに接続されており、またMOSFETなどのスイッチング素子34が接続されている。スイッチング素子34は、フォトカプラ32の動作を切り替えるスイッチとして動作する。スイッチング素子34が導通状態であれば抵抗7及び抵抗8にバイアス電流を印加せず、非導通状態であれば、バイアス電流を印加する。ここで、フォトカプラ32、スイッチング素子34は、抵抗7及び抵抗8にバイアス電流を印加する印加手段に含まれる。 Resistor 30 and diode 31 are connected so that the DRV of power supply IC 5 is applied as a bias current to resistors 7 and 8. Photocoupler 32 is connected to output voltage Vout via resistor 33, and is also connected to switching element 34 such as a MOSFET. Switching element 34 operates as a switch that switches the operation of photocoupler 32. If switching element 34 is in a conductive state, it does not apply bias current to resistors 7 and 8, and if it is in a non-conductive state, it applies bias current. Here, photocoupler 32 and switching element 34 are included in application means that applies bias current to resistors 7 and 8.

電源IC5は、スイッチング動作を開始する際に、平滑コンデンサ3(DCH)に接続されたST端子を経由して動作電力を入力する。平滑コンデンサ3の電圧Vdcの上昇に伴い、動作電力としてST端子に入力された電圧は、電源IC5内部を経由してコンデンサ21を充電する。コンデンサ21のフォワード出力電圧Vfwが上昇し、電源IC5が動作を開始する。トランス4の第3巻線4cからの出力電圧がダイオード20を経由してコンデンサ21に充電されると、ST端子を経由した動作電力の供給が停止する。また、電源IC5はST端子を経由して平滑コンデンサ3の電圧Vdcを検知することで動作又は停止する。図1には、第3巻線4cを接続した構成を記載しているが、電源IC5の動作電力をST端子経由で入力し動作する構成であってもよく、第3巻線4cが無い構成であってもよい。 When the power supply IC5 starts switching operation, it inputs operating power via the ST terminal connected to the smoothing capacitor 3 (DCH). As the voltage Vdc of the smoothing capacitor 3 rises, the voltage input to the ST terminal as operating power charges the capacitor 21 via inside the power supply IC5. The forward output voltage Vfw of the capacitor 21 rises, and the power supply IC5 starts operating. When the output voltage from the third winding 4c of the transformer 4 charges the capacitor 21 via the diode 20, the supply of operating power via the ST terminal stops. In addition, the power supply IC5 operates or stops by detecting the voltage Vdc of the smoothing capacitor 3 via the ST terminal. Although FIG. 1 shows a configuration in which the third winding 4c is connected, the power supply IC5 may be configured to input operating power via the ST terminal and operate, or may not have the third winding 4c.

出力電圧Voutは制御部200のVCCに入力されており、制御部200の動作電源を供給する。制御部200は、負荷11へ供給する出力電圧Voutの切り替え制御を行うCPU(中央演算処理装置)である。動作手順やデータを保持しているROM(Read Only Memory)や、一時的に情報を保持するRAM(Random Access Memory)が一体となっている構成であり、例えば1チップマイクロコンピュータであってもよい。なお、制御部200は基準電位GNDに接地されている。 The output voltage Vout is input to the VCC of the control unit 200, and supplies the operating power for the control unit 200. The control unit 200 is a CPU (Central Processing Unit) that controls the switching of the output voltage Vout supplied to the load 11. It is configured to integrate a ROM (Read Only Memory) that holds operating procedures and data, and a RAM (Random Access Memory) that temporarily holds information, and may be, for example, a one-chip microcomputer. The control unit 200 is grounded to the reference potential GND.

負荷11は電源装置100の出力電圧Voutが入力されるように接続されている。制御部200のCHG端子から出力される信号(以下、CHG信号という。)によって出力電圧Voutが変化する。例えば、CHG信号がハイレベル状態であれば、スイッチング素子18が導通状態となり、負荷11は出力電圧VoutのVout_Hが入力されて、電力消費が大きい重負荷状態に対応可能となる。また、スイッチング素子34が導通状態となり、フォトカプラ32がオン状態となることで、抵抗7及び抵抗8にバイアス電流を印加しない。 The load 11 is connected so that the output voltage Vout of the power supply device 100 is input. The output voltage Vout changes depending on the signal (hereinafter referred to as the CHG signal) output from the CHG terminal of the control unit 200. For example, when the CHG signal is in a high level state, the switching element 18 becomes conductive, and the load 11 receives Vout_H of the output voltage Vout, enabling it to handle a heavy load state with high power consumption. In addition, when the switching element 34 becomes conductive and the photocoupler 32 becomes on, no bias current is applied to the resistors 7 and 8.

一方、CHG信号がローレベル状態であれば、スイッチング素子18が非導通状態となり、出力電圧VoutはVout_Hより低いVout_Lに変化する。なお、制御部200は、出力電圧Voutを第1電圧(後述するVout_H)又は第1電圧よりも低い第2電圧(後述するVout_L)に切り替える切替手段として機能する。負荷11は、出力電圧Voutの低いVout_Lが入力され、電力消費が小さい軽負荷状態に対応可能となる。また同時に、スイッチング素子34が非導通状態となり、フォトカプラ32がオフ状態となることで、抵抗7及び抵抗8にバイアス電流を印加する。以上、出力電圧Voutが第1電圧のときには抵抗7及び抵抗8にバイアス電流が印加されず、出力電圧Voutが第1電圧から第2電圧に切り替えられると、抵抗7及び抵抗8にバイアス電流が印加される。実施例1では、DRV信号(制御信号)に応じたバイアス電流が抵抗7及び抵抗8に印加される。負荷11の一例として、コンピュータ等の情報処理装置(不図示)や、イメージスキャナやプリンタ等の画像入出力装置であってもよく、電力を消費するユニットを想定している。 On the other hand, if the CHG signal is in a low level state, the switching element 18 is in a non-conductive state, and the output voltage Vout changes to Vout_L, which is lower than Vout_H. The control unit 200 functions as a switching means for switching the output voltage Vout to a first voltage (Vout_H, described later) or a second voltage (Vout_L, described later) lower than the first voltage. The load 11 receives the low output voltage Vout, Vout_L, and is capable of handling a light load state in which power consumption is small. At the same time, the switching element 34 is in a non-conductive state, and the photocoupler 32 is in an off state, thereby applying a bias current to the resistors 7 and 8. As described above, when the output voltage Vout is the first voltage, no bias current is applied to the resistors 7 and 8, and when the output voltage Vout is switched from the first voltage to the second voltage, a bias current is applied to the resistors 7 and 8. In the first embodiment, a bias current according to the DRV signal (control signal) is applied to the resistors 7 and 8. An example of the load 11 is an information processing device such as a computer (not shown), or an image input/output device such as an image scanner or printer, and is assumed to be a unit that consumes power.

電源装置100は、負荷11の電力消費によっては電力を供給できない場合がある。例えば、負荷11がショート(短絡)状態となり、電源IC5が所定期間内に過電流を複数回検知する状態で、電源装置100と負荷11の保護のために出力電圧Voutを低下させ、電源装置100を停止して電力供給を停止する場合がある。電源IC5は、抵抗7により検知した結果に基づいて過電流か否かを判断する判断手段として機能する。電源IC5は、抵抗7及び抵抗8により検知された電流が所定値である電流検知閾電圧Vthに到達すると、スイッチング素子6を非導通とする。電源IC5は、出力電圧Voutが第2電圧のとき、所定時間内にスイッチング素子6が複数回非導通となった場合に過電流が発生したと判断する。 The power supply device 100 may not be able to supply power depending on the power consumption of the load 11. For example, when the load 11 is short-circuited and the power supply IC 5 detects an overcurrent multiple times within a predetermined period, the output voltage Vout may be reduced to protect the power supply device 100 and the load 11, and the power supply device 100 may be stopped to stop the power supply. The power supply IC 5 functions as a determination means for determining whether or not an overcurrent has occurred based on the result detected by the resistor 7. When the current detected by the resistors 7 and 8 reaches a current detection threshold voltage Vth, which is a predetermined value, the power supply IC 5 makes the switching element 6 non-conductive. When the output voltage Vout is the second voltage and the switching element 6 becomes non-conductive multiple times within a predetermined time, the power supply IC 5 determines that an overcurrent has occurred.

<保護動作>
図2は、図1で示した電源装置100の動作及び制御部200の制御と、電源IC5が所定期間内に過電流を複数回検知する際の電源装置100の保護動作を示した図である。図2(a)は、電源IC5からスイッチング素子6のゲート端子に出力されるDRV信号を示し、ハイレベルのときスイッチング素子6が導通し(ON)、ローレベルのときスイッチング素子6が非導通(OFF)となる。図2(b)は、電源IC5のIS端子の電圧(以下、IS端子電圧という。)を示し、電流検知閾電圧Vth、後述するVbiasを破線で示す。図2(c)は、制御部200のCHG端子から出力されるCHG信号を示し、ハイレベルのときをHigh、ローレベルのときをLowと示している。図2(d)は、出力電圧Voutを示し、Vout_HとVout_Lを破線で示す。横軸はいずれも時間を示し、t1~t10は時刻を示す。また、負荷11が消費する電力として、重負荷状態(時刻t1~t4)、軽負荷状態(時刻t4~t8)、電源IC5が所定期間内に過電流を複数回検知する状態(時刻t8~)での出力電圧Voutも示している。
<Protection operation>
FIG. 2 is a diagram showing the operation of the power supply device 100 and the control of the control unit 200 shown in FIG. 1, and the protective operation of the power supply device 100 when the power supply IC 5 detects an overcurrent multiple times within a predetermined period. FIG. 2(a) shows the DRV signal output from the power supply IC 5 to the gate terminal of the switching element 6, and when it is at a high level, the switching element 6 is conductive (ON), and when it is at a low level, the switching element 6 is non-conductive (OFF). FIG. 2(b) shows the voltage of the IS terminal of the power supply IC 5 (hereinafter referred to as the IS terminal voltage), and the current detection threshold voltage Vth and Vbias (described later) are shown with dashed lines. FIG. 2(c) shows the CHG signal output from the CHG terminal of the control unit 200, and when it is at a high level, it is shown as High, and when it is at a low level, it is shown as Low. FIG. 2(d) shows the output voltage Vout, and Vout_H and Vout_L are shown with dashed lines. The horizontal axis indicates time, and t1 to t10 indicate time. Also shown are the output voltage Vout as the power consumed by the load 11 in a heavy load state (times t1 to t4), a light load state (times t4 to t8), and a state in which the power supply IC 5 detects an overcurrent multiple times within a specified period (from time t8).

時刻t1から時刻t2の期間ΔT1-2は、DRV信号がON状態であり、スイッチング素子6が導通状態である。トランス4の第1巻線4aの電流値上昇に伴って、電源IC5のIS端子電圧が上昇している期間である。制御部200のCHG信号はハイレベル状態であり、出力電圧VoutはVout_Hとなるように電源IC5によって制御されている。時刻t2にてIS端子電圧が電源IC5の内部で設定されている電流検知閾電圧Vthに達し、DRV信号がOFF状態となり、スイッチング素子6が非導通状態となる。その後、時刻t3までIS端子電圧は低下する。時刻t3にてDRV信号がON状態となり、スイッチング素子6が導通状態となる。その後は時刻t1から同様の動作を繰り返す。 During the period ΔT1-2 from time t1 to time t2, the DRV signal is ON and the switching element 6 is conductive. This is the period during which the IS terminal voltage of the power supply IC5 rises with an increase in the current value of the first winding 4a of the transformer 4. The CHG signal of the control unit 200 is in a high level state, and the output voltage Vout is controlled by the power supply IC5 to be Vout_H. At time t2, the IS terminal voltage reaches the current detection threshold voltage Vth set inside the power supply IC5, the DRV signal goes OFF, and the switching element 6 goes non-conductive. Thereafter, the IS terminal voltage decreases until time t3. At time t3, the DRV signal goes ON and the switching element 6 goes conductive. After that, the same operation is repeated from time t1.

時刻t4にて図1で示した制御部200のCHG信号がローレベル状態に切り替わり、出力電圧VoutはVout_Lに低下する。時刻t5では、出力電圧VoutがVout_Lとなり、時刻t6までの期間ΔT5-6にてDRV信号がON状態となり、スイッチング素子6が導通状態となる。この期間ΔT5-6では、図1で示した抵抗30とダイオード31を介してDRV信号出力が抵抗7及び抵抗8にバイアス電流として供給される。そのため、IS端子電圧はVbiasまで上昇し、時刻t5にてトランス4の第1巻線4aの電流が重畳される。時刻t6にてIS端子電圧が電流検知閾電圧Vthに達し、DRV信号がOFF状態となり、スイッチング素子6が非導通状態となる。次の時刻t7にてDRV信号がON状態となり、スイッチング素子6が導通状態となる。その後は時刻t5から同様の動作を繰り返す。 At time t4, the CHG signal of the control unit 200 shown in FIG. 1 is switched to a low level state, and the output voltage Vout drops to Vout_L. At time t5, the output voltage Vout becomes Vout_L, and during the period ΔT5-6 until time t6, the DRV signal becomes ON, and the switching element 6 becomes conductive. During this period ΔT5-6, the DRV signal output is supplied as a bias current to the resistors 7 and 8 via the resistor 30 and diode 31 shown in FIG. 1. Therefore, the IS terminal voltage rises to Vbias, and at time t5, the current of the first winding 4a of the transformer 4 is superimposed. At time t6, the IS terminal voltage reaches the current detection threshold voltage Vth, the DRV signal becomes OFF, and the switching element 6 becomes non-conductive. At the next time t7, the DRV signal becomes ON, and the switching element 6 becomes conductive. After that, the same operation is repeated from time t5.

(過電流の発生)
時刻t8以降では、負荷11がショート状態となり、電源IC5が所定期間内に過電流を複数回検知する状態となった場合、DRV信号のOFFからON状態までの時間間隔Δtが短くなる。IS端子電圧が電流検知閾電圧Vthに達した時刻t8以降の時刻t9までの期間OCP_Tdetにおいて、IS端子電圧が電流検知閾電圧Vthに複数回達した場合、電源IC5は、電源装置100及び負荷11を保護するためにスイッチング動作を停止する。これにより、時刻t10以降に出力電圧Voutが低下する。
(Occurrence of overcurrent)
After time t8, if the load 11 is short-circuited and the power supply IC 5 detects an overcurrent multiple times within a predetermined period, the time interval Δt between the OFF and ON states of the DRV signal becomes shorter. If the IS terminal voltage reaches the current detection threshold voltage Vth multiple times during the period OCP_Tdet from time t8 when the IS terminal voltage reaches the current detection threshold voltage Vth until time t9, the power supply IC 5 stops switching operation to protect the power supply device 100 and the load 11. As a result, the output voltage Vout drops after time t10.

<出力電圧と出力電流との関係>
図3は、電源装置100の出力電圧Voutと出力電流Ioutとの関係を示したグラフである。図3では、横軸に出力電流Ioutを示し、縦軸に出力電圧Voutを示す。また、白い丸は重負荷時を示し、白い四角は軽負荷時を示す。電源装置100は、負荷11が重負荷状態では、出力電圧VoutをVout_Hとし、電流範囲I_H内で動作する。出力電圧VoutがVout_Hの際には、出力電流がIocp_Hを超過すると、電源装置100の保護動作によって出力電圧Voutが低下する。
<Relationship between output voltage and output current>
3 is a graph showing the relationship between the output voltage Vout and the output current Iout of the power supply device 100. In FIG. 3, the horizontal axis shows the output current Iout, and the vertical axis shows the output voltage Vout. Also, white circles indicate heavy loads, and white squares indicate light loads. When the load 11 is in a heavy load state, the power supply device 100 operates within a current range I_H with the output voltage Vout set to Vout_H. When the output voltage Vout is Vout_H, if the output current exceeds Iocp_H, the output voltage Vout drops due to the protective operation of the power supply device 100.

また、電源装置100は、負荷11が軽負荷状態では、出力電圧VoutをVout_Hより低いVout_Lとして電流範囲I_L内で動作する。出力電圧VoutがVout_Lの際には、抵抗7及び抵抗8にバイアス電流が供給され、IS端子電圧がVbiasまで上昇し、トランス4の第1巻線4a電流が重畳される。そのため、重負荷状態より小さい出力電流Iocp_L(<Iocp_H)を超過すると、電源装置100の保護動作によって出力電圧Voutが低下する。 When the load 11 is in a light load state, the power supply device 100 operates within the current range I_L with the output voltage Vout set to Vout_L, which is lower than Vout_H. When the output voltage Vout is Vout_L, a bias current is supplied to resistors 7 and 8, the IS terminal voltage rises to Vbias, and the current of the first winding 4a of the transformer 4 is superimposed. Therefore, when the output current exceeds the output current Iocp_L (<Iocp_H) which is smaller than the heavy load state, the output voltage Vout drops due to the protective operation of the power supply device 100.

以上、実施例1によれば、負荷の状態に応じて出力電圧を変化させることで省電力化を図りつつ、出力電圧に応じてスイッチング電流の検知電圧を変化させる。これにより、出力電圧に応じて電源装置と負荷を保護する電流値について、最適化した構成を実現することができる。 As described above, according to the first embodiment, the output voltage is changed according to the load state to achieve power saving, while the detection voltage of the switching current is changed according to the output voltage. This makes it possible to realize an optimized configuration for the current value that protects the power supply device and the load according to the output voltage.

以上、実施例1によれば、出力電圧の変化に応じて過電流保護動作をより最適化することができる。 As described above, according to the first embodiment, the overcurrent protection operation can be further optimized in response to changes in the output voltage.

<電源装置>
図4は、実施例2として、電源装置110の構成を示した回路図である。図1で示した抵抗30とダイオード31にて印加するバイアス電源をトランス4の第3巻線4cからの出力であるフォワード出力電圧Vfwとした例である。フォワード出力電圧Vfwは、電源装置110への入力電圧である交流電圧Vacを整流及び平滑化した電圧Vdcに比例した電圧である。また、入力電圧である交流電圧Vacを整流及び平滑化した電圧VdcがST端子経由で電源IC5に入力する構成であることから、電源IC5が入力電圧を検知することができる構成である。その他の回路構成は図1と同様である。また、図3で示した電源装置110の出力電圧Voutと出力電流Ioutの関係も同様である。
<Power supply unit>
FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the power supply device 110 as a second embodiment. In this example, the bias power supply applied by the resistor 30 and the diode 31 shown in FIG. 1 is the forward output voltage Vfw, which is the output from the third winding 4c of the transformer 4. The forward output voltage Vfw is a voltage proportional to the voltage Vdc obtained by rectifying and smoothing the AC voltage Vac, which is the input voltage to the power supply device 110. In addition, since the voltage Vdc obtained by rectifying and smoothing the AC voltage Vac, which is the input voltage, is input to the power supply IC 5 via the ST terminal, the power supply IC 5 can detect the input voltage. The other circuit configurations are the same as those in FIG. 1. The relationship between the output voltage Vout and the output current Iout of the power supply device 110 shown in FIG. 3 is also the same.

<保護動作>
図5(A)及び(B)は、図4で示した電源装置110の動作及び制御部200の制御と、電源IC5が所定期間内に過電流を複数回検知する際の電源装置110の保護動作を示した図である。図5(A)、(B)において、(a)にはフォワード出力電圧Vfwを示す。なお、(b)~(e)は、図2(a)~(d)と同様の波形を示している。横軸はいずれも時間を示し、t11~t20、t21~t30はいずれも時刻を示す。図5(A)及び(B)で示したフォワード出力電圧Vfwは、電源装置110への入力電圧である交流電圧Vacを整流及び平滑化した電圧Vdcに比例した電圧である。(A)の電圧V_Hは(B)の電圧V_Lより高く、(A)の交流電圧Vacは(B)より高い電圧の関係となる。また、負荷11が消費する電力として、重負荷状態(時刻t11~t14、時刻t21~t24)、軽負荷状態(時刻t14~t18、時刻t24~t28)を示している。さらに、電源IC5が所定期間内に過電流を複数回検知する状態(時刻t18~、時刻t28~)での出力電圧Voutも示している。
<Protection operation>
5A and 5B are diagrams showing the operation of the power supply device 110 and the control of the control unit 200 shown in FIG. 4, and the protective operation of the power supply device 110 when the power supply IC 5 detects an overcurrent multiple times within a predetermined period. In FIG. 5A and 5B, (a) shows the forward output voltage Vfw. Note that (b) to (e) show waveforms similar to those in FIG. 2A to (d). The horizontal axis indicates time, and t11 to t20 and t21 to t30 indicate time. The forward output voltage Vfw shown in FIG. 5A and 5B is a voltage proportional to the voltage Vdc obtained by rectifying and smoothing the AC voltage Vac, which is the input voltage to the power supply device 110. The voltage V_H in (A) is higher than the voltage V_L in (B), and the AC voltage Vac in (A) is higher than the voltage in (B). Also shown are a heavy load state (times t11 to t14, t21 to t24) and a light load state (times t14 to t18, t24 to t28) as the power consumed by the load 11. Furthermore, the output voltage Vout in a state in which the power supply IC 5 detects an overcurrent multiple times within a predetermined period (from time t18, from time t28) is also shown.

(Vfw=V_Hのとき)
図5(A)の時刻t11からt12の期間ΔT1-2_Hは、DRV信号がON状態であり、スイッチング素子6が導通状態である。トランス4の第1巻線4aの電流値上昇に伴って、電源IC5のIS端子電圧が上昇している期間である。時刻t13以降も同様である。時刻t14にて、図4で示した制御部200のCHG信号がローレベル状態に切り替わり、フォワード出力電圧Vfwが抵抗30に印加され、ダイオード31を介して抵抗7及び抵抗8にバイアス電流が供給される。実施例2では、ブリッジダイオード2により整流され平滑コンデンサ3から出力された電圧Vdcに応じたバイアス電流が抵抗7及び抵抗8に印加される。すなわち、第3巻線4cに誘起された電圧に応じたバイアス電流が抵抗7及び抵抗8に印加される。第3巻線4cに誘起された電圧は、フォワード出力電圧Vfwである。
(When Vfw=V_H)
In the period ΔT1-2_H from time t11 to t12 in FIG. 5A, the DRV signal is in the ON state and the switching element 6 is in the conductive state. This is the period in which the IS terminal voltage of the power supply IC 5 rises with the increase in the current value of the first winding 4a of the transformer 4. The same applies after time t13. At time t14, the CHG signal of the control unit 200 shown in FIG. 4 is switched to a low level state, the forward output voltage Vfw is applied to the resistor 30, and a bias current is supplied to the resistors 7 and 8 via the diode 31. In the second embodiment, a bias current corresponding to the voltage Vdc rectified by the bridge diode 2 and output from the smoothing capacitor 3 is applied to the resistors 7 and 8. That is, a bias current corresponding to the voltage induced in the third winding 4c is applied to the resistors 7 and 8. The voltage induced in the third winding 4c is the forward output voltage Vfw.

そのため、IS端子電圧はVbias_Hまで上昇する。時刻t15にてDRV信号がON状態となり、スイッチング素子6が導通状態となる。時刻t16までの期間ΔT5-6_Hにおいて、トランス4の第1巻線4aの電流が重畳される。時刻t16にてIS端子電圧が電流検知閾電圧Vthに達し、DRV信号がOFF状態となり、スイッチング素子6が非導通状態となる。次の時刻t17にてDRV信号がON状態となりスイッチング素子6が導通状態となり同様の動作を繰り返す。 As a result, the IS terminal voltage rises to Vbias_H. At time t15, the DRV signal turns ON, and the switching element 6 turns conductive. In the period ΔT5-6_H until time t16, the current of the first winding 4a of the transformer 4 is superimposed. At time t16, the IS terminal voltage reaches the current detection threshold voltage Vth, the DRV signal turns OFF, and the switching element 6 turns non-conductive. At the next time t17, the DRV signal turns ON, the switching element 6 turns conductive, and the same operation is repeated.

(過電流の発生)
時刻t18以降で負荷11がショート状態となり、電源IC5が所定期間内に過電流を複数回検知する状態となった場合、DRV信号のOFFからON状態までの間隔が短くなる。IS端子電圧が電流検知閾電圧Vthに達した期間OCP_Tdetにおいて、IS端子電圧が電流検知閾電圧Vthに複数回にわたって達した場合、電源IC5は、電源装置110及び負荷11を保護するためにスイッチング動作を停止する。ここで、期間OCP_Tdetは、時刻t18から時刻t19までの期間である。これにより、時刻t20以降に出力電圧Voutが低下する。
(Occurrence of overcurrent)
If the load 11 is short-circuited after time t18 and the power supply IC 5 detects an overcurrent multiple times within a predetermined period, the interval between the OFF and ON states of the DRV signal becomes shorter. If the IS terminal voltage reaches the current detection threshold voltage Vth multiple times during the period OCP_Tdet in which the IS terminal voltage reaches the current detection threshold voltage Vth, the power supply IC 5 stops switching operation to protect the power supply device 110 and the load 11. Here, the period OCP_Tdet is the period from time t18 to time t19. As a result, the output voltage Vout decreases after time t20.

(Vfw=V_Lのとき)
図5(B)の時刻t21からt22の期間ΔT1-2_Lは、DRV信号がON状態であり、スイッチング素子6が導通状態である。トランス4の第1巻線4aの電流値上昇に伴って、電源IC5のIS端子電圧が上昇している期間である。時刻t23以降も同様である。時刻t24にて、図4で示した制御部200のCHG信号がローレベル状態に切り替わり、フォワード出力電圧Vfwが抵抗30に印加され、ダイオード31を介して抵抗7及び抵抗8にバイアス電流が供給される。そのため、IS端子電圧はVbias_Lまで上昇する。時刻t26までの期間ΔT5-6_Lにおいて、トランス4の第1巻線4aの電流が重畳される。時刻t26にてIS端子電圧が電流検知閾電圧Vthに達し、DRV信号がOFF状態となり、スイッチング素子6が非導通状態となる。入力電圧に比例した(B)の電圧V_Lは(A)の電圧V_Hより低く、平滑コンデンサ3の電圧Vdcも低い。このため、DRV信号がON状態となっている期間ΔT5-6_Lは、期間ΔT5-6_Hより長くなる(ΔT5-6_L>ΔT5-6_H)。次の時刻t27にてDRV信号がON状態となりスイッチング素子6が導通状態となり同様の動作を繰り返す。
(When Vfw=V_L)
In the period ΔT1-2_L from time t21 to t22 in FIG. 5B, the DRV signal is in the ON state and the switching element 6 is in the conductive state. This is the period in which the IS terminal voltage of the power supply IC 5 rises with the increase in the current value of the first winding 4a of the transformer 4. The same applies after time t23. At time t24, the CHG signal of the control unit 200 shown in FIG. 4 is switched to a low level state, the forward output voltage Vfw is applied to the resistor 30, and a bias current is supplied to the resistors 7 and 8 via the diode 31. Therefore, the IS terminal voltage rises to Vbias_L. In the period ΔT5-6_L until time t26, the current of the first winding 4a of the transformer 4 is superimposed. At time t26, the IS terminal voltage reaches the current detection threshold voltage Vth, the DRV signal is turned OFF, and the switching element 6 is turned non-conductive. Voltage V_L of (B), which is proportional to the input voltage, is lower than voltage V_H of (A), and voltage Vdc of smoothing capacitor 3 is also low. Therefore, period ΔT5-6_L during which the DRV signal is in the ON state is longer than period ΔT5-6_H (ΔT5-6_L>ΔT5-6_H). At the next time t27, the DRV signal turns ON, switching element 6 turns conductive, and the same operation is repeated.

(過電流の発生)
時刻t28以降で負荷11がショート状態となり、電源IC5が所定期間内に過電流を複数回検知する状態となった場合、DRV信号のOFFからON状態までの間隔が短くなる。IS端子電圧が電流検知閾電圧Vthに達した期間OCP_Tdetにおいて、IS端子電圧が電流検知閾電圧Vthに複数回にわたって達した場合、電源IC5は、電源装置110及び負荷11を保護するためにスイッチング動作を停止する。ここで、期間OCP_Tdetは、時刻t28から時刻t29までの期間である。これにより、時刻t30以降に出力電圧Voutが低下する。
(Occurrence of overcurrent)
If the load 11 is short-circuited after time t28 and the power supply IC 5 detects an overcurrent multiple times within a predetermined period, the interval between the OFF and ON states of the DRV signal becomes shorter. If the IS terminal voltage reaches the current detection threshold voltage Vth multiple times during the period OCP_Tdet in which the IS terminal voltage reaches the current detection threshold voltage Vth, the power supply IC 5 stops switching operation to protect the power supply device 110 and the load 11. Here, the period OCP_Tdet is the period from time t28 to time t29. As a result, the output voltage Vout decreases after time t30.

以上、実施例2によれば、負荷の状態に応じて出力電圧を低下させることで省電力化を図りつつ、入力電圧に比例するトランスのフォワード巻線からの出力電圧をバイアス電源とする。これにより、入力電圧が変化し出力電圧を低下させた場合であっても、電源装置と負荷を保護する電流値について、最適化した構成を実現することができる。 As described above, according to the second embodiment, the output voltage from the forward winding of the transformer, which is proportional to the input voltage, is used as the bias power supply while the output voltage is reduced according to the load state to save power. This makes it possible to realize an optimized configuration for the current value that protects the power supply device and the load, even when the input voltage changes and the output voltage is reduced.

以上、実施例2によれば、出力電圧の変化に応じて過電流保護動作をより最適化することができる。 As described above, according to the second embodiment, the overcurrent protection operation can be further optimized according to the change in the output voltage.

<電源装置>
図6は、実施例3として、電源装置120の構成を示した回路図である。実施例3によれば、図6は図1で示したフォトカプラ32、抵抗33、スイッチング素子34を不要とした構成である。また、トランス4の第3巻線4cの巻き初め位置が図1で示した巻き初め位置と逆の構成で、フライバック出力電圧Vfbを出力する構成となっている。また、ツェナー降伏電圧特性(電圧Vz)をもつ定電圧ダイオード70(ツェナーダイオード)がコンデンサ21に接続され、スイッチング素子71が抵抗30及びダイオード31との間にDCLに接続されている。より詳細には、スイッチング素子71は、ゲート端子が定電圧ダイオード70のアノード端子に接続され、ソース端子がDCLに接続され、ドレイン端子が抵抗30とダイオード31との接続点に接続されている。定電圧ダイオード70は、カソード端子がコンデンサ21の高電位側に接続されている。実施例3では、定電圧ダイオード70、スイッチング素子71は印加手段に含まれる。
<Power supply unit>
FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of a power supply device 120 as a third embodiment. According to the third embodiment, FIG. 6 shows a configuration in which the photocoupler 32, the resistor 33, and the switching element 34 shown in FIG. 1 are not required. In addition, the winding start position of the third winding 4c of the transformer 4 is configured to be opposite to the winding start position shown in FIG. 1, and a flyback output voltage Vfb is output. In addition, a constant voltage diode 70 (Zener diode) having a Zener breakdown voltage characteristic (voltage Vz) is connected to the capacitor 21, and a switching element 71 is connected to the DCL between the resistor 30 and the diode 31. More specifically, the switching element 71 has a gate terminal connected to the anode terminal of the constant voltage diode 70, a source terminal connected to the DCL, and a drain terminal connected to the connection point between the resistor 30 and the diode 31. The constant voltage diode 70 has a cathode terminal connected to the high potential side of the capacitor 21. In the third embodiment, the constant voltage diode 70 and the switching element 71 are included in the application means.

コンデンサ21には、第2巻線4bの出力電圧Voutに比例した第3巻線4cからのフライバック出力電圧Vfbがダイオード20で半波整流されて充電される。コンデンサ21で平滑されたフライバック出力電圧Vfbが、定電圧ダイオード70の電圧Vzを超過し、スイッチング素子71が導通状態になると、DRV信号からのバイアス電流は、抵抗7及び抵抗8に印加されない。また、フライバック出力電圧Vfbが低く、スイッチング素子71が非導通状態になると、抵抗7及び抵抗8にバイアス電流を印加する。このように、実施例3では、出力電圧Voutに応じてDRV信号からのバイアス電流が抵抗7及び抵抗8に印加される。すなわち、第3巻線4cに誘起された電圧に応じてDRV信号からのバイアス電流が抵抗7及び抵抗8に印加される。第3巻線4cに誘起された電圧は、フライバック電圧である。その他の回路構成は図1と同様である。また、図3で示した電源装置120の出力電圧Voutと出力電流Ioutの関係も同様である。 The capacitor 21 is charged with the flyback output voltage Vfb from the third winding 4c, which is proportional to the output voltage Vout of the second winding 4b, after being half-wave rectified by the diode 20. When the flyback output voltage Vfb smoothed by the capacitor 21 exceeds the voltage Vz of the constant voltage diode 70 and the switching element 71 is in a conductive state, the bias current from the DRV signal is not applied to the resistors 7 and 8. Also, when the flyback output voltage Vfb is low and the switching element 71 is in a non-conductive state, a bias current is applied to the resistors 7 and 8. Thus, in the third embodiment, the bias current from the DRV signal is applied to the resistors 7 and 8 in accordance with the output voltage Vout. That is, the bias current from the DRV signal is applied to the resistors 7 and 8 in accordance with the voltage induced in the third winding 4c. The voltage induced in the third winding 4c is the flyback voltage. The other circuit configurations are the same as in FIG. 1. The relationship between the output voltage Vout and the output current Iout of the power supply device 120 shown in FIG. 3 is also similar.

<保護動作>
図7は、図6で示した電源装置120の動作及び制御部200の制御と、電源IC5が所定期間内に過電流を複数回検知する際の電源装置120の保護動作を示した図である。図7(e)には出力電圧Voutに比例したフライバック出力電圧Vfbを示し、Vfb_H及びVfv_Lを破線で示している。図7(a)~(d)の動作波形は図2(a)~(d)と同様である。横軸はいずれも時間を示し、t41~t50は時刻を示す。
<Protection operation>
Fig. 7 is a diagram showing the operation of the power supply device 120 and the control of the control unit 200 shown in Fig. 6, and the protective operation of the power supply device 120 when the power supply IC 5 detects an overcurrent multiple times within a predetermined period. Fig. 7(e) shows the flyback output voltage Vfb proportional to the output voltage Vout, and Vfb_H and Vfv_L are shown by dashed lines. The operating waveforms in Figs. 7(a) to (d) are the same as those in Figs. 2(a) to (d). The horizontal axis indicates time, and t41 to t50 indicate times.

時刻t44にて図6で示した制御部200のCHG信号がローレベル状態に切り替わり、出力電圧VoutはVout_Lに低下し始める。また、出力電圧Voutに比例したフライバック出力電圧VfbもVfb_Lに低下し始める。時刻t45では、出力電圧VoutがVout_Lとなり、フライバック出力電圧VfbもVfb_Lに低下する。時刻t46までの期間ΔT5-6にてDRV信号がON状態となり、スイッチング素子6が導通状態となる。この期間ΔT5-6では、DRV信号の電圧が印加され、図1で示した抵抗30とダイオード31を介して抵抗7及び抵抗8にバイアス電流として供給される。そのため、IS端子電圧はVbiasまで上昇し、時刻t45にてトランス4の第1巻線4aの電流が重畳される。時刻t46にてIS端子電圧が電流検知閾電圧Vthに達し、DRV信号がOFF状態となり、スイッチング素子6が非導通状態となる。次の時刻t47にてDRV信号がON状態となりスイッチング素子6が導通状態となり同様の動作を繰り返す。 At time t44, the CHG signal of the control unit 200 shown in FIG. 6 is switched to a low level state, and the output voltage Vout starts to drop to Vout_L. Also, the flyback output voltage Vfb, which is proportional to the output voltage Vout, starts to drop to Vfb_L. At time t45, the output voltage Vout becomes Vout_L, and the flyback output voltage Vfb also drops to Vfb_L. During the period ΔT5-6 until time t46, the DRV signal is turned on, and the switching element 6 is turned on. During this period ΔT5-6, the voltage of the DRV signal is applied and supplied as a bias current to the resistors 7 and 8 via the resistors 30 and diode 31 shown in FIG. 1. Therefore, the IS terminal voltage rises to Vbias, and the current of the first winding 4a of the transformer 4 is superimposed at time t45. At time t46, the IS terminal voltage reaches the current detection threshold voltage Vth, the DRV signal turns OFF, and the switching element 6 turns non-conductive. At the next time t47, the DRV signal turns ON, the switching element 6 turns conductive, and the same operation is repeated.

(過電流の発生)
時刻t48以降で負荷11がショート状態となり、電源IC5が所定期間内に過電流を複数回検知する状態となった場合、DRV信号のOFFからON状態までの時間間隔が短くなる。IS端子電圧が電流検知閾電圧Vthに達した期間OCP_Tdetにおいて、IS端子電圧が電流検知閾電圧Vthに複数回にわたって達した場合、電源IC5は、電源装置120及び負荷11を保護するためにスイッチング動作を停止する。ここで、期間OCP_Tdetは、時刻t48から時刻t49までの期間である。これにより、時刻t50以降に出力電圧Voutが低下する。
(Occurrence of overcurrent)
If the load 11 is short-circuited after time t48 and the power supply IC 5 detects an overcurrent multiple times within a predetermined period, the time interval between the OFF and ON states of the DRV signal becomes shorter. If the IS terminal voltage reaches the current detection threshold voltage Vth multiple times during the period OCP_Tdet in which the IS terminal voltage reaches the current detection threshold voltage Vth, the power supply IC 5 stops switching operation to protect the power supply device 120 and the load 11. Here, the period OCP_Tdet is the period from time t48 to time t49. As a result, the output voltage Vout decreases after time t50.

以上、実施例3によれば、負荷の状態に応じて出力電圧を変化させることで省電力化を図りつつ、出力電圧に比例するトランスのフライバック巻線からの出力電圧を検知し、スイッチング電流の検知電圧を変化させる。これにより、出力電圧に応じて電源装置と負荷を保護する電流値について、最適化した構成を実現することができる。 As described above, according to the third embodiment, the output voltage is changed according to the load state to achieve power saving, while the output voltage from the flyback winding of the transformer, which is proportional to the output voltage, is detected and the detection voltage of the switching current is changed. This makes it possible to realize an optimized configuration for the current value that protects the power supply device and the load according to the output voltage.

以上、実施例3によれば、出力電圧の変化に応じて過電流保護動作をより最適化することができる。 As described above, according to the third embodiment, the overcurrent protection operation can be further optimized in response to changes in the output voltage.

<電源装置>
図8は、実施例4として、電源装置130の構成を示した回路図である。図8は、図1で示した構成において、ツェナー降伏電圧特性(電圧Vz)をもつ定電圧ダイオード35を出力電圧Vout及び抵抗33に接続することによりスイッチング素子34を不要とした構成である。すなわち、定電圧ダイオード35、フォトカプラ32が印加手段に含まれる。定電圧ダイオード35は、出力電圧Voutが電圧Vzを超過しているかどうかを検知するために配置されている。負荷11が重負荷状態での出力電圧がVoutである場合、出力電圧Voutが定電圧ダイオード35の電圧Vzを超過し、フォトカプラ32をオン状態とする。そうすると、DRV信号出力からのバイアス電流はフォトカプラ32を介してDCLに流れ込み、抵抗7及び抵抗8に印加されない。
<Power supply unit>
FIG. 8 is a circuit diagram showing the configuration of a power supply device 130 as a fourth embodiment. In FIG. 8, a constant voltage diode 35 having a Zener breakdown voltage characteristic (voltage Vz) is connected to the output voltage Vout and the resistor 33 in the configuration shown in FIG. 1, thereby eliminating the need for the switching element 34. That is, the constant voltage diode 35 and the photocoupler 32 are included in the application means. The constant voltage diode 35 is arranged to detect whether the output voltage Vout exceeds the voltage Vz. When the output voltage when the load 11 is in a heavy load state is Vout, the output voltage Vout exceeds the voltage Vz of the constant voltage diode 35, and the photocoupler 32 is turned on. Then, the bias current from the DRV signal output flows into the DCL via the photocoupler 32, and is not applied to the resistors 7 and 8.

負荷11が重負荷状態で出力電圧Voutが低く、フォトカプラ32がオフ状態であれば、抵抗7及び抵抗8にバイアス電流が印加される。その他の回路構成は図1と同様である。また、図3で示した電源装置130の出力電圧Voutと出力電流Ioutの関係も同様である。 When the load 11 is in a heavy load state, the output voltage Vout is low, and the photocoupler 32 is in an off state, a bias current is applied to the resistors 7 and 8. The other circuit configurations are the same as those in FIG. 1. The relationship between the output voltage Vout and the output current Iout of the power supply device 130 shown in FIG. 3 is also the same.

以上、実施例4によれば、負荷の状態に応じて出力電圧を変化させることで省電力化を図りつつ、負荷に供給する出力電圧を検知することで、出力電圧に応じて電源装置と負荷を保護する電流値について、最適化した構成を実現することができる。なお、他の実施例において、スイッチング素子34を用いた構成に対して、スイッチング素子34を用いずに、定電圧ダイオード35を用いる構成としてもよい。 As described above, according to the fourth embodiment, it is possible to realize a configuration in which the current value for protecting the power supply device and the load according to the output voltage is optimized by detecting the output voltage supplied to the load while saving power by changing the output voltage according to the load state. Note that in other embodiments, a configuration using a constant voltage diode 35 without using a switching element 34 may be used in place of the configuration using a switching element 34.

以上、実施例4によれば、出力電圧の変化に応じて過電流保護動作をより最適化することができる。 As described above, according to the fourth embodiment, the overcurrent protection operation can be further optimized according to the change in the output voltage.

<画像形成装置>
図9は、電源装置100を内部に配置したレーザビームプリンタである画像形成装置201を示した図である。なお、電源装置100は、電源装置110、120、130であってもよく、以下の説明では電源装置100を例として説明する。制御部200は画像形成装置201を制御する制御部であり、例えばCPUである。制御部200は、電源装置100と画像形成装置201の動作を制御する手順やデータを保持しているROMや、一時的に情報を保持するRAMが一体となっているものや、個別に同等の機能を有する回路を接続したものである。記録媒体202は画像を記録する記録媒体であり、例えば紙等で、画像を記録保持するものである。ピックアップローラ203は記録媒体202を送り出すローラである。レジストレーションローラ(以下、レジストローラという。)204は記録媒体202の先端を揃えるローラである。
<Image forming apparatus>
FIG. 9 is a diagram showing an image forming apparatus 201, which is a laser beam printer in which a power supply device 100 is disposed. The power supply device 100 may be the power supply device 110, 120, or 130, and the following description will be given using the power supply device 100 as an example. The control unit 200 is a control unit that controls the image forming apparatus 201, and is, for example, a CPU. The control unit 200 is an integrated unit that includes a ROM that stores procedures and data for controlling the operation of the power supply device 100 and the image forming apparatus 201, a RAM that temporarily stores information, or a unit that individually connects circuits having equivalent functions. The recording medium 202 is a recording medium for recording an image, such as paper, which records and stores an image. The pickup roller 203 is a roller that feeds the recording medium 202. The registration roller (hereinafter referred to as the registration roller) 204 is a roller that aligns the leading edge of the recording medium 202.

画像形成部205は画像形成手段の一例であり、搬送された記録媒体202上に公知の電子写真プロセスにより画像を形成する。照射部205aは電子写真プロセスにおける画像イメージを感光ドラム205b上に潜像を照射する。現像部205cは感光ドラム205b上に形成された潜像をトナー画像として形成する。転写部材205dは、記録媒体202上に感光ドラム205b上で形成されたトナー画像を転写する。 The image forming unit 205 is an example of an image forming means, and forms an image on the conveyed recording medium 202 by a known electrophotographic process. The irradiation unit 205a projects the image in the electrophotographic process onto the photosensitive drum 205b as a latent image. The development unit 205c develops the latent image formed on the photosensitive drum 205b as a toner image. The transfer member 205d transfers the toner image formed on the photosensitive drum 205b onto the recording medium 202.

定着部300は像加熱手段の一例であり、記録媒体202上に形成された未定着のトナー画像を安定して定着させる。加熱部材301は、交流電源1から電力を供給されて発熱する部材である。フィルム部材300aは、加熱部材301の熱を記録媒体202に伝達する。加圧部材300bは、加熱部材301から伝達されたフィルム部材300aによる加熱とともに記録媒体202とトナー画像を加圧して定着させる。排出ローラ206は記録媒体202を画像形成装置201の上部に排出する。排出トレイ207は排出された記録媒体202を積載する。208は画像形成及び定着された記録媒体202が排出され積載された状態を表している。以上が画像形成装置201による画像形成動作である。 The fixing unit 300 is an example of an image heating means, and stably fixes the unfixed toner image formed on the recording medium 202. The heating member 301 is a member that generates heat when power is supplied from the AC power source 1. The film member 300a transfers the heat of the heating member 301 to the recording medium 202. The pressure member 300b presses the recording medium 202 and the toner image together with the heat transferred from the heating member 301 by the film member 300a, thereby fixing them. The discharge roller 206 discharges the recording medium 202 to the top of the image forming device 201. The discharge tray 207 stacks the discharged recording medium 202. 208 indicates the state in which the recording medium 202 on which the image has been formed and fixed is discharged and stacked. The above is the image forming operation by the image forming device 201.

モータ210は、記録媒体202を搬送するピックアップローラ203、レジストローラ204、画像形成部205を駆動する。モータ211は、定着部300を駆動する。モータ210、211は、電源装置100から出力される電力を消費する。なお、ピックアップローラ203、レジストローラ204、排出ローラ206、モータ210、211は記録媒体202の搬送手段を構成する一例を示している。 The motor 210 drives the pickup roller 203, the registration roller 204, and the image forming unit 205, which transport the recording medium 202. The motor 211 drives the fixing unit 300. The motors 210 and 211 consume power output from the power supply device 100. The pickup roller 203, the registration roller 204, the discharge roller 206, and the motors 210 and 211 are an example of a means for transporting the recording medium 202.

画像形成装置201は、電源装置100が動作中で画像形成装置201が停止している低電力消費のスリープ状態に遷移する。更に、画像形成装置201が動作し、記録媒体202に画像を印刷中のプリント状態に遷移する。電源装置100を画像形成装置201に搭載した場合の状態は、前述の実施例で説明した「軽負荷状態」は「スリープ状態」であり、「重負荷状態」は「プリント状態」となる。 The image forming device 201 transitions to a low power consumption sleep state in which the power supply device 100 is operating and the image forming device 201 is stopped. It then transitions to a print state in which the image forming device 201 is operating and printing an image on the recording medium 202. When the power supply device 100 is installed in the image forming device 201, the "light load state" described in the above embodiment becomes a "sleep state" and the "heavy load state" becomes a "print state."

例えば、前述の実施例1で説明したように、制御部200は、出力電圧Voutについて、画像形成装置201がスリープ状態である待機状態では、電源装置100へCHG信号をローレベル出力して出力電圧Voutを低下させ、フォトカプラ32をオフする。これにより、電流検知抵抗7及びバイアス抵抗8にバイアス電流を印加する。これにより、画像形成装置201はスリープ状態としつつ、図3で示したように出力電流がIocp_Lを超過すると電源装置100の保護動作によって出力電圧Voutが低下することとなる。そして、出力電圧VoutがVout_Hの状態より小さい出力電流で電源装置100及び画像形成装置201の保護を行うことができる。 For example, as described in the first embodiment above, when the image forming device 201 is in a standby state in which it is in a sleep state, the control unit 200 outputs a low-level CHG signal to the power supply device 100 to lower the output voltage Vout and turn off the photocoupler 32. This applies a bias current to the current detection resistor 7 and the bias resistor 8. As a result, while the image forming device 201 is in a sleep state, if the output current exceeds Iocp_L as shown in FIG. 3, the output voltage Vout is lowered by the protective operation of the power supply device 100. Then, the power supply device 100 and the image forming device 201 can be protected with an output current smaller than when the output voltage Vout is Vout_H.

以上、実施例5によれば、画像形成装置の省電力化を図りつつ、電源の出力電圧に応じてスイッチング電流の検知電圧を変化させる。これにより、画像形成装置に電力を供給する際にも、電源装置と負荷である画像形成装置を保護する電流値について、最適化した構成を実現することができる。 As described above, according to the fifth embodiment, the detection voltage of the switching current is changed according to the output voltage of the power supply while saving power of the image forming apparatus. This makes it possible to realize an optimized configuration for the current value that protects the power supply device and the image forming apparatus, which is the load, even when power is supplied to the image forming apparatus.

以上、実施例5によれば、出力電圧の変化に応じて過電流保護動作をより最適化することができる。 As described above, according to the fifth embodiment, the overcurrent protection operation can be further optimized in response to changes in the output voltage.

4 トランス
5 電源IC
6 スイッチング素子
7 電流検知抵抗
8 バイアス抵抗
200 制御部
4 Transformer 5 Power supply IC
6 Switching element 7 Current detection resistor 8 Bias resistor 200 Control unit

Claims (10)

1次側の第1巻線と、2次側の第2巻線と、を有するトランスと、
前記第1巻線に接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を導通又は非導通に制御することにより、前記第2巻線から出力される出力電圧を制御する制御手段と、
前記スイッチング素子に流れる電流を検知する電流検知手段と、
前記電流検知手段により検知した結果に基づいて過電流か否かを判断する判断手段と、
を備える電源装置であって、
前記出力電圧を第1電圧又は前記第1電圧よりも低い第2電圧に切り替える切替手段と、
前記電流検知手段にバイアス電流を印加する印加手段と、
を備え、
前記印加手段は、前記出力電圧が前記第1電圧のときには前記電流検知手段に前記バイアス電流を印加せず、前記切替手段により前記出力電圧が前記第1電圧から前記第2電圧に切り替えられると、前記電流検知手段に前記バイアス電流を印加することを特徴とする電源装置。
a transformer having a first winding on a primary side and a second winding on a secondary side;
A switching element connected to the first winding;
a control means for controlling an output voltage output from the second winding by controlling the switching element to be conductive or non-conductive;
a current detection means for detecting a current flowing through the switching element;
a determination means for determining whether or not an overcurrent exists based on the result detected by the current detection means;
A power supply device comprising:
a switching means for switching the output voltage between a first voltage and a second voltage lower than the first voltage;
an application means for applying a bias current to the current detection means;
Equipped with
a bias current detecting means for detecting a bias current applied to the output of the first voltage by the bias current applying means, when the output voltage is the first voltage, and a bias current detecting means for detecting a bias current applied to the output of the first voltage by the bias current applying means, when the output voltage is switched from the first voltage to the second voltage by the switching means,
前記制御手段は、前記スイッチング素子の制御端子に制御信号を出力することにより前記スイッチング素子を制御し、
前記印加手段は、前記制御信号に応じた前記バイアス電流を前記電流検知手段に印加することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
the control means controls the switching element by outputting a control signal to a control terminal of the switching element;
2. The power supply device according to claim 1, wherein the applying means applies the bias current corresponding to the control signal to the current detecting means.
前記トランスは、前記1次側に第3巻線を有し、
前記印加手段は、前記第3巻線に誘起された電圧に応じて前記制御信号に応じたバイアス電流を前記電流検知手段に印加することを特徴とする請求項2に記載の電源装置。
the transformer has a third winding on the primary side,
3. The power supply device according to claim 2, wherein the applying means applies a bias current corresponding to the control signal to the current detecting means in response to a voltage induced in the third winding.
前記第3巻線に誘起された電圧は、フライバック電圧であることを特徴とする請求項3に記載の電源装置。 The power supply device according to claim 3, characterized in that the voltage induced in the third winding is a flyback voltage. 交流電圧を整流、平滑する整流平滑手段を備え、
前記印加手段は、前記整流平滑手段から出力された電圧に応じた前記バイアス電流を前記電流検知手段に印加することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
A rectifying and smoothing means for rectifying and smoothing an AC voltage is provided,
2. The power supply device according to claim 1, wherein the applying means applies the bias current corresponding to the voltage output from the rectifying and smoothing means to the current detecting means.
前記トランスは、前記1次側に第3巻線を有し、
前記印加手段は、前記第3巻線に誘起された電圧に応じた前記バイアス電流を前記電流検知手段に印加することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
the transformer has a third winding on the primary side,
2. The power supply device according to claim 1, wherein the applying means applies the bias current corresponding to the voltage induced in the third winding to the current detecting means.
前記第3巻線に誘起された電圧は、フォワード電圧であることを特徴とする請求項6に記載の電源装置。 The power supply device according to claim 6, characterized in that the voltage induced in the third winding is a forward voltage. 前記制御手段は、前記電流検知手段により検知された電流が所定値に到達すると、前記スイッチング素子を前記非導通とし、
前記判断手段は、前記出力電圧が前記第2電圧のとき、所定時間内に前記スイッチング素子が複数回前記非導通となった場合に前記過電流が発生したと判断することを特徴とする請求項1から請求項7のうちのいずれか1項に記載の電源装置。
the control means brings the switching element into the non-conducting state when the current detected by the current detection means reaches a predetermined value;
8. The power supply device according to claim 1, wherein the determination means determines that the overcurrent has occurred when the switching element becomes non-conductive a plurality of times within a predetermined time when the output voltage is the second voltage.
記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
請求項1から請求項7のうちのいずれか1項に記載の電源装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
an image forming means for forming an image on a recording medium;
A power supply device according to any one of claims 1 to 7;
An image forming apparatus comprising:
前記制御手段は、前記電流検知手段により検知された電流が所定値に到達すると、前記スイッチング素子を前記非導通とし、
前記判断手段は、前記出力電圧が前記第2電圧のとき、所定時間内に前記スイッチング素子が複数回前記非導通となった場合に前記過電流が発生したと判断することを特徴とする請求項9に記載の画像形成装置。
the control means brings the switching element into the non-conducting state when the current detected by the current detection means reaches a predetermined value;
10. The image forming apparatus according to claim 9, wherein the determining unit determines that the overcurrent has occurred if the switching element becomes non-conductive a plurality of times within a predetermined time when the output voltage is the second voltage.
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