特許ウォッチ

公開番号2024040615
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-26
出願番号2022145073
出願日2022-09-13
発明の名称電源装置及び画像形成装置
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20240318BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ダイオードブリッジを使用せずに効率のよいスイッチング電源を構成すること。
【解決手段】LIVE相にソース端子が接続されたFET1、FET1のドレイン端子にソース端子が接続されたFET2、NEUTRAL相にソース端子が接続されたFET3、FET3のドレイン端子にソース端子が接続されたFET4、FET1のソース端子とドレイン端子との間に接続されたコンデンサC1、FET2のドレイン端子とFET4のドレイン端子との間に直列に接続されたコンデンサC2、FET3のソース端子とドレイン端子との間に接続されたコンデンサC3、LIVE相とNEUTRAL相との間に接続されたコンデンサCin、電圧検知回路130、電圧検知回路130による検知結果に基づいてFET1～FET4を制御する制御部110、FET1のソース端子とFET4のドレイン端子との間に接続された誘導性負荷T1、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
交流電源の第１極性の経路に第１端子が接続された第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の第２端子に第１端子が接続された第２スイッチング素子と、
前記交流電源の第２極性の経路に第１端子が接続された第３スイッチング素子と、
前記第３スイッチング素子の第２端子に第１端子が接続された第４スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の第１端子と第２端子との間に接続された第１コンデンサと、
前記第２スイッチング素子の第２端子と前記第４スイッチング素子の第２端子との間に直列に接続された第２コンデンサと、
前記第３スイッチング素子の第１端子と第２端子との間に接続された第３コンデンサと、
前記第１極性の経路と前記第２極性の経路との間に接続された第４コンデンサと、
前記第１極性の経路と前記第２極性の経路のどちらが高電位かを検知する検知部と、
前記検知部による検知結果に基づいて前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を制御する制御部と、
前記第１スイッチング素子の第２端子と前記第３スイッチング素子の第２端子との間に接続された誘導性の負荷と、
を備えることを特徴とする電源装置。
続きを表示（約 2,200 文字）【請求項２】
前記誘導性の前記負荷は、１次側のインダクタ、及び、前記インダクタと絶縁された２次側の被加熱体であることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記誘導性の前記負荷は、１次巻線及び２次巻線を有するトランスであることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子は、Ｎチャネルの金属酸化膜半導体電界効果トランジスタであり、
前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子の第１端子は、前記金属酸化膜半導体電界効果トランジスタのソース端子であり、
前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子の第２端子は前記金属酸化膜半導体電界効果トランジスタのドレイン端子であることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子は、Ｎチャネルの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであり、
前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子の第１端子は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのエミッタ端子であり、
前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子の第２端子は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのコレクタ端子であり、
前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのエミッタ端子とコレクタ端子との間に、並列に接続されたダイオードを備え、
前記ダイオードのアノード端子は前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのエミッタ端子に接続され、
前記ダイオードのカソード端子は前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのコレクタ端子に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記第１極性の経路の電位が前記第２極性の経路の電位より高い期間では、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をオン状態に維持し、かつ、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を、２つのスイッチング素子がともにオフ状態となるデッドタイムを設けつつ交互にオン状態又はオフ状態となるように制御し、
前記第２極性の経路の電位が前記第１極性の経路の電位より高い期間では、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子をオン状態に維持し、かつ、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を、前記デッドタイムを設けつつ交互にオン状態又はオフ状態となるように制御することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記第１極性の経路の電位が前記第２極性の経路の電位より高い期間では、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を、２つのスイッチング素子がともにオフ状態となるデッドタイムを設けつつ交互にオン状態又はオフ状態となるように制御し、かつ、前記第１スイッチング素子を前記第４スイッチング素子の状態と逆の状態になるようにオン状態又はオフ状態を制御し、前記第２スイッチング素子を前記第３スイッチング素子の状態と逆の状態となるようにオン状態又はオフ状態を制御し、
前記第２極性の経路の電位が前記第１極性の経路の電位より高い期間は、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を、前記デッドタイムを設けつつ交互にオン状態又はオフ状態となるように制御し、かつ、前記第３スイッチング素子を前記第２スイッチング素子の状態と逆の状態になるようにオン状態又はオフ状態を制御し、前記第４スイッチング素子を前記第１スイッチング素子の状態と逆の状態となるようにオン状態又はオフ状態を制御することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項８】
前記検知部は、前記交流電源の交流電圧の瞬時値を検知することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項９】
前記検知部は、前記第１極性の経路の電位が前記第２極性の経路の電位よりも高い状態から低い状態へ移行する、又は、前記第１極性の経路の電位が前記第２極性の経路の電位よりも低い状態から高い状態へ移行するゼロクロス点、及び、前記交流電源の交流電圧の位相を検知することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記負荷及び／又は前記検知部による検知結果に応じて前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子のオン状態又はオフ状態を制御するためのスイッチング周波数を制御することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の電源装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置及び画像形成装置に関し、例えば、スイッチング電源の高効率化に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
交流電源等の交流電圧を直流又は交流の電力に変換するスイッチング電源では、一般的にダイオードブリッジと平滑コンデンサ、又は力率改善回路を用いて交流電圧を整流平滑したのちにスイッチングを行う（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１６－０２９４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スイッチング電源は出力電力が大きいほど入力電流も大きくなるため、出力電力が大きいほどダイオードブリッジ又は力率改善回路での損失が増大してしまう。そのため、スイッチング電源の出力電力が大きいほどダイオードブリッジや力率改善回路を冷却する放熱板等の手段を増強する必要があり、コストや基板面積が増大するという課題がある。
【０００５】
本発明は、このような状況の下でなされたもので、ダイオードブリッジを使用せずに効率のよいスイッチング電源を構成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。
（１）交流電源の第１極性の経路に第１端子が接続された第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子の第２端子に第１端子が接続された第２スイッチング素子と、前記交流電源の第２極性の経路に第１端子が接続された第３スイッチング素子と、前記第３スイッチング素子の第２端子に第１端子が接続された第４スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子の第１端子と第２端子との間に接続された第１コンデンサと、前記第２スイッチング素子の第２端子と前記第４スイッチング素子の第２端子との間に直列に接続された第２コンデンサと、前記第３スイッチング素子の第１端子と第２端子との間に接続された第３コンデンサと、前記第１極性の経路と前記第２極性の経路との間に接続された第４コンデンサと、前記第１極性の経路と前記第２極性の経路のどちらが高電位かを検知する検知部と、前記検知部による検知結果に基づいて前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を制御する制御部と、前記第１スイッチング素子の第２端子と前記第３スイッチング素子の第２端子との間に接続された誘導性の負荷と、を備えることを特徴とする電源装置。
（２）記録材に画像を形成する画像形成装置であって、交流電源の第１極性の経路に第１端子が接続された第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子の第２端子に第１端子が接続された第２スイッチング素子と、前記交流電源の第２極性の経路に第１端子が接続された第３スイッチング素子と、前記第３スイッチング素子の第２端子に第１端子が接続された第４スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子の第１端子と第２端子との間に接続された第１コンデンサと、前記第２スイッチング素子の第２端子と前記第４スイッチング素子の第２端子との間に直列に接続された第２コンデンサと、前記第３スイッチング素子の第１端子と第２端子との間に接続された第３コンデンサと、前記第１極性の経路と前記第２極性の経路との間に接続された第４コンデンサと、前記第１極性の経路と前記第２極性の経路のどちらが高電位かを検知する検知部と、前記検知部による検知結果に基づいて前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を制御する制御部と、前記第１スイッチング素子の第２端子と前記第３スイッチング素子の第２端子との間に接続された誘導性の負荷と、を有する電源装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ダイオードブリッジを使用せずに効率のよいスイッチング電源を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
実施例１のスイッチング電源の概略図
実施例１のスイッチング電源の制御方法を示す図
実施例１のスイッチング電源の等価回路を示す図
実施例１のスイッチング電源の電流波形及び電圧波形を示す図
実施例１のスイッチング電源の電流波形及び電圧波形を示す図
実施例２のスイッチング電源の制御方法を示す図
実施例２のスイッチング電源の電流波形及び電圧波形を示す図
実施例２のスイッチング電源の電流波形及び電圧波形を示す図
実施例３の画像形成装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【実施例】
【００１０】
実施例１の電源装置であるスイッチング電源１００は、絶縁された被加熱体に対して交流電力を供給するインバータである。スイッチング電源１００は、ダイオードブリッジを使用せずに交流電源１０の交流電圧を直接スイッチングすることで所定の周波数の矩形波の電圧を被加熱体に印加することが特徴である。以下でスイッチング電源１００の回路構成を説明した後に、動作を説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許