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公開番号2024176551
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-19
出願番号2023095137
出願日2023-06-08
発明の名称電源装置
出願人ニチコン株式会社
代理人個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20241212BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電源装置を備える事務機器のスリープモード時に、負荷電流が増加してもノイズの抑制や出力電圧の安定を図ること。
【解決手段】交流電源から入力される交流電圧を整流する整流回路と平滑する平滑回路と、平滑された電圧を変圧する変圧回路とを備え、変圧回路により変圧された電圧を直流化して負荷に供給する電源装置であって、平滑回路は第1のコンデンサと、第1のコンデンサに直列に接続されたスイッチ素子と、第1のコンデンサおよびスイッチ素子に並列に接続されて第1のコンデンサに比べ静電容量が小さい第2のコンデンサとを有し、負荷に流れる負荷電流に応じた電流を検出する負荷電流検出回路と、負荷電流検出回路にて検出された検出電流が所定の閾値以上のとき、スイッチ素子をオンし第1のコンデンサを接続する電源装置である。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
交流電源から入力される交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路により整流された電圧を平滑する平滑回路と、前記平滑回路により平滑された電圧を変圧する変圧回路とを備え、前記変圧回路により変圧された電圧を直流化して負荷に供給する電源装置であって、
前記平滑回路は、第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサに直列に接続されたスイッチ素子と、前記第１のコンデンサおよび前記スイッチ素子に並列に接続され前記第１のコンデンサに比べ静電容量が小さい第２のコンデンサとを有し、
前記負荷に流れる負荷電流に応じた電流を検出する負荷電流検出回路と、
前記負荷電流検出回路にて検出された検出電流が所定の閾値以上のとき、前記スイッチ素子をオンして前記第１のコンデンサを接続し、前記検出電流が所定の閾値未満であるとき、前記スイッチ素子をオフして前記第１のコンデンサを非接続とする切替回路とをさらに備えたことを特徴とする電源装置。
続きを表示（約 950 文字）【請求項２】
前記変圧回路は、１次巻線、第１の２次巻線および第２の２次巻線を有するトランスと、前記トランスの１次巻線に直列に接続された主スイッチング素子と、該主スイッチング素子のオンオフを制御するコントロール部とを有し、
前記負荷電流に応じて誘起電圧が変化する前記第２の２次巻線が前記負荷電流検出回路として機能し前記第２の２次巻線の誘起電圧が前記切替回路に出力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３】
前記切替回路は、前記スイッチ素子の制御端子に電気的に直列接続されたツェナーダイオードを有し、前記検出電流が所定の閾値以上のとき、前記ツェナーダイオードが導通して前記スイッチ素子をオン状態にする電圧を前記スイッチ素子の制御端子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。
【請求項４】
前記切替回路は、前記平滑回路の出力と前記スイッチ素子の制御端子との間に直列に接続された第１の抵抗と第３のコンデンサとを有し、前記交流電圧が投入されたとき、前記第１の抵抗および前記第３のコンデンサを介して前記平滑回路により平滑された電圧が前記スイッチ素子の制御端子に印加されることで前記スイッチ素子が所定時間だけオンすることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
直列に接続された第４のコンデンサおよびリレーの接点とが前記交流電源と並列に接続され、前記変圧回路の第２の２次巻線が前記リレーの励磁コイルの一端に接続され、前記リレーの励磁コイルの他端が前記スイッチ素子の電流路の一端に接続され、前記スイッチ素子がオンしたとき、前記リレーが励磁され前記リレーの接点がオンして前記第４のコンデンサが前記交流電源と並列に接続されることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の電源装置。
【請求項６】
前記負荷電流検出回路は、前記負荷電流に応じた電流を検出するシャント抵抗を有し、
前記切替回路は、前記シャント抵抗の両端に発生する電圧に応じた電圧を前記スイッチ素子の制御端子に印加することで、前記負荷電流に応じて前記スイッチ素子のオンオフを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧を整流平滑した後に変圧した電圧を直流化して負荷に供給する電源装置に関する。特に平滑コンデンサによる電力損失の低減を図りながらノイズを抑制し出力電圧の安定を図ることが可能な電源装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
省エネルギー型電気製品において、環境ラベリング制度である国際エネルギースタープログラム（エナジースター）に適合させるため、電気製品の消費電力は省電力化が求められている。
この制度のため、各事務機器メーカは、機器の消費電力の指標（評価基準）であるＴＥＣ値でしのぎを削っている。
ＴＥＣ値とは、複合機やプリンタが概念的１週間（稼働とスリープ／オフが繰り返される５日間＋スリープ／オフの２日間）に消費する電力量（ｋＷｈ）である。
【０００３】
このＴＥＣ値は稼働電力のみならずスリープ時（スリ－プモード動作時）の電力も大きく影響する。昨今、スリープ時の電力は、例えば０．５Ｗ以下と少なくなってきている。
しかし、稼働時の電力は事務機器の性能にもよるが２００～５００Ｗと大きい。特に、平滑コンデンサに用いるアルミ電解コンデンサ（以下、「電解コンデンサ」という）は、特性上リーク電流が発生し、静電容量が大きいほどリーク電流が大きくなる傾向がある。また、個体ばらつきが大きく、温度依存性がある。そのため、スリープ時に電解コンデンサが接続されると、電解コンデンサの損失による効率悪化を招いている。
【０００４】
特許文献１には、この電解コンデンサの損失による効率悪化を改善するための電源装置が記載されている。
特許文献１に記載の電源装置は、図１６に示すように、電解コンデンサおよびその電解コンデンサと直列に接続されたスイッチ素子と、電解コンデンサおよびスイッチ素子と並列に接続され、電解コンデンサと比較して静電容量が小さいフィルムコンデンサ(またはセラミックコンデンサ)を備え、演算部が負荷の動作命令を受けると、スリープ時から稼働時に遷移し、スイッチ素子を導通状態にさせてから負荷の動作を開始することを特徴としている。
【０００５】
この発明により、スリープ時に電解コンデンサのリーク電流による損失は、電解コンデンサが非接続とされるため抑制することができる一方、フィルムコンデンサ(またはセラミックコンデンサ)がノイズ対策の手段として機能する。さらに、演算部は負荷の動作停止命令を受けると、負荷の状態が所定の電力を消費する状態から比較的消費の少ない状態に遷移し、スイッチ素子を非導通状態から導通状態に切替えてから所定時間を経過した後に負荷の動作を開始させることで安定した動作を達成可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１４―１９２９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載の電源装置によれば、稼働時(プリント等動作) のノイズ規制、スリープ時のスリープ効率は満足できると考えられる。しかしながら、昨今、スリープ時でもプリント等の指令を素早く判断する機能が求められているが、これに十分に対応することが出来ないおそれがあった。具体的には、電源回路に対しては瞬時ピーク負荷、すなわち、スリープ時でもプリント動作の要求を受け付けると、瞬時に負荷の電流値が増加するため、その対応が要求されているが、特許文献１に記載の電源装置では、瞬時ピーク負荷（またはスリープ時の消費電力が大となるモード）が発生した場合、負荷に流れる電流（以下、単に「負荷電流」という）は急激に増加するが、演算部が負荷の動作命令を受け付けている関係上、その時点で比較的静電容量が大きい電解コンデンサが接続状態にないため、ノイズ、特に端子雑音の規制や出力電圧の安定度を満足できないという問題があった。
【０００８】
つまり、稼働時およびスリープ時（低消費電力時）の区分は、機器側のモード（負荷の動作／動作停止命令）によって区分されるが、当該区分により電解コンデンサをスイッチ素子によって接続状態または非接続状態とするのでは、スリープ時に電流値が急激に増加しても電解コンデンサを即座に接続することができない。
その場合、比較的静電容量の小さなフィルムコンデンサ(またはセラミックコンデンサ)だけでは、ノイズを十分に抑制することができない。その結果、トランスの１次巻線に印加された電圧をスイッチングする主スイッチング素子を制御するコントロールＩＣが誤動作したり、トランスによる変圧後に２次側へ供給される電圧に規定以上のリプル電圧が発生したり、機器が誤動作する等の課題があった。
【０００９】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、スリープ時に負荷に流れる電流が増加しても、電力損失の低減を図りながらノイズを抑制し出力電圧の安定を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明は、交流電源から入力される交流電圧を整流する整流回路と、整流回路により整流された電圧を平滑する平滑回路と、平滑回路により平滑された電圧を変圧する変圧回路とを備え、変圧回路により変圧された電圧を直流化して負荷に供給する電源装置であって、平滑回路は、第１のコンデンサと、第１のコンデンサに直列に接続されたスイッチ素子と、第１のコンデンサおよびスイッチ素子に並列に接続され第１のコンデンサに比べ静電容量が小さい第２のコンデンサとを有し、負荷に流れる負荷電流に応じた電流を検出する負荷電流検出回路と、負荷電流検出回路にて検出された検出電流が所定の閾値以上のとき、スイッチ素子をオンして第１のコンデンサを接続し、検出電流が所定の閾値未満であるとき、スイッチ素子をオフして第１のコンデンサを非接続とする切替回路とをさらに備えたことを特徴とする電源装置である。
（【００１１】以降は省略されています）

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