CN101373925B - 供电装置 - Google Patents

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Abstract

一种供电装置，包括：变压器，转换提供到初级绕组的输入电力以将其感应到次级绕组；电流检测器，检测所述变压器的次级绕组的输出电流；电压检测器，检测所述变压器的次级绕组的输出电压；开关，调整由所述变压器输出的输出电压；以及控制器，控制所述开关以将通过将所述输出电流乘以所述输出电压而获得的输出功率维持在预定级别之内。

Description

供电装置
技术领域
本发明的各个方面涉及一种供电装置，而且更具体地，涉及防止因过电压或过电流造成损坏的开关模式电源(SMPS)。
背景技术
通常，开关模式电源(SMPS)将从外部输入的AC(交流)电力整流，以提供给电子设备的元件。SMPS被广泛用于诸如打印机的电子设备中。
图1是传统开关模式电源(SMPS)的电路图。所述传统SMPS包括变压器T1、光耦光发射器PD1和光耦光接收器PT1、电容器C1、控制IC、以及开关元件Q1。变压器T1将由整流器转换为DC电力的输入电力感应到次级绕组。光耦光发射器PD1和光耦光接收器PT1分别发射和接收由次级绕组的感应电流产生的光。电容器C1与光耦光接收器PT1并联连接。控制IC检测电容器C1的电压。由控制IC对开关元件Q1进行开关动作。
传统SMPS将输出功率(变压器T1的次级绕组的输出电压乘以输出电流)限制在适当的级别之内。过电流保护(OCP)和过电压保护(OVP)系统可以限制输出功率。如图1中所示，如果输出电流或输出电压与基准值相比变得过高，则控制IC控制开关元件(Q1)停止开关动作，从而限制输出功率。
然而，在某些情况下，输出电压或输出电流可能保持在开关操作被暂停处的基准值与正常值之间(SMPS可能运行于异常状态下)。该情况下，如果不适当地限制输出功率，则持续的过电压或过电流可能损坏供电装置以及连接到供电装置的输出端子的电路。
于是，如果如图1中所示向变压器T1的次级绕组连续施加异常的过电压，则光耦光发射器PD1产生并向光耦光接收器PT1发送光信号。电流流向光耦光接收器PT1，从而影响与其并联连接的电容器C1的电压。控制IC检测电容器C1的电压，并基于检测结果改变施加到变压器T1的初级绕组的脉宽调制(PWM)信号的占空比。控制IC通过控制输出电压来执行反馈。然而，如果连续施加异常电压，则传统SMPS不能在限制输出功率的同时适当地控制持续的异常电流。如果长时间连续地施加过电流，则可能损坏电路。
发明内容
本发明的各个方面提供了一种即便连续地施加过电流以及过电压也能够利用反馈限制输出功率的供电装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种供电装置。该供电装置包括：变压器，转换提供到初级绕组的输入电力以在次级绕组中感应电流；电流检测器，检测所述变压器的次级绕组的输出电流；电压检测器，检测所述变压器的次级绕组的输出电压；开关，调整由所述变压器输出的输出电压；以及控制器，控制所述开关以将通过将输出电流乘以输出电压获得的输出功率维持在预定级别之内。
根据本发明的另一个方面，所述控制器根据所检测到的输出电流来调整输出电压以将输出功率维持在所述预定级别之内。
根据本发明的另一个方面，所述电流检测器包括电流变换器，其连接到所述变压器的次级绕组，以根据匝数比来感应输出电流。
根据本发明的另一个方面，所述电流检测器进一步包括：光耦光发射器，利用所述电流变换器的次级绕组的电流发光；以及光耦光接收器，耦接到所述控制器的反馈端子，以接收来自所述光耦光发射器的光。
根据本发明的另一个方面，所述供电装置进一步包括电容器，并联耦接到所述光耦光接收器，而且具有由在所述光耦光接收器中流动的电流改变的充电电压，其中所述控制器检测所述电容器的充电电压，并基于检测结果来控制所述开关。
根据本发明的另一个方面，所述电流检测器进一步包括齐纳二极管，耦接到所述光耦光发射器，从而如果所述电流变换器的次级绕组的电流电平大于或等于预设值则接收电流。
根据本发明的另一个方面，所述电流变换器与所述匝数比对应地降低初级绕组的电流，并将该电流感应到次级绕组。
根据本发明的另一个方面，所述供电装置进一步包括：供电单元，提供AC(交流)电力；以及整流器，将由所述供电单元提供的AC电力整流。
本发明的其它方面和/或优点将在下面的说明中部分地阐述，而且其部分地从所述说明中将是显然的，或者可以通过对本发明的实践而习得。
附图说明
通过下面参照附图描述实施例，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得显而易见和更加易于理解，其中：
图1是传统开关模式电源(SMPS)的电路图；
图2和图3是根据本发明的实施例的供电装置的框图；以及
图4是根据本发明的实施例的供电装置的电路图。
具体实施方式
现在将详细说明本发明的当前实施例，其示例在附图中示出，全部附图中以类似的引用数字指代类似的元素。下面通过参照附图描述实施例来解释本发明。
图2和图3示出根据本发明的实施例的供电装置100。供电装置100包括供电单元110、整流器120、变压器130、电流检测器140、电压检测器150、开关160、以及控制器170。根据本发明的其它方面，供电装置100可以包括额外的和/或其它单元。类似地，可以将两个或更多上述单元的功能集成在单个组件中。
供电单元110接收来自外部源的AC(交流)电力。整流器120将由供电单元110提供的AC电力整流并将经整流的电力输入到变压器130的初级绕组。
变压器130包括初级绕组和次级绕组，而且将由整流器120整流的输入电力转换为具有预定电平的输出电力。当施加到初级绕组的经整流的输入电力经历开关160的开关动作时，将AC电力从初级绕组感应到次级绕组，而且根据初级与次级绕组的匝数比而感应到次级绕组的AC电力的电平被改变为DC(直流)电力。
电流检测器140检测变压器130的次级绕组的电流(输出电流)。电压检测器150检测变压器130的次级绕组的电压(输出电压)。
开关160根据输出功率的级别来切换变压器130的操作。开关160可以包括开关晶体管Q1，其向变压器130施加脉冲信号以调整变压器130输出的输出电压。输入电力不但可以施加到变压器130的初级绕组，而且可以施加到平滑电容器并通过启动电阻器施加到用于执行脉宽调制(PWM)操作的开关160。
控制器170基于电流检测器140和电压检测器150的输出值来控制变压器130的输出电压，以使得输出功率维持预定级别。其中，输出功率是将输出电压乘以输出电流而得到的。控制器170确定电流检测器140和电压检测器150的输出值，通过将所确定的输出电压和输出电流相乘来计算输出功率，并将计算得到的输出功率与预定基准值进行比较。
如果根据输出功率与基准值的比较结果该输出功率大于或等于预定级别，则控制器170执行反馈，降低输出电流以将与过电流或过电压对应的输出功率维持在特定级别之内。例如，控制器170可以基于电流检测器140和电压检测器150的检测结果来控制开关160改变施加到变压器130的初级绕组的PWM信号的占空比。控制器170可以包括可连接到电流检测器140、电压检测器150、和开关160的控制IC。
将参照图4描述根据本发明的实施例的电流检测器140和电压检测器150的操作。图4是根据本发明的实施例的供电装置100的电路图。
如图4中所示，变压器T1根据初级与次级绕组之间的匝数比将由整流器120转换为直流(DC)的输入电压转换为预定电平。利用脉宽调制器的输出脉冲信号来导通/截止开关晶体管Q1，以切换变压器T1的操作。控制IC根据输出电流和输出电压的检测结果来控制开关晶体管Q1的操作。虽然示出的是使用开关晶体管Q1和控制IC的情况，但是除开关晶体管Q1和控制IC之外或代替开关晶体管Q1和控制IC，也可以使用其它元件来控制变压器T1。
电压检测器150包括第一光耦光发射器PD1和第一齐纳二极管ZD1，被提供在变压器T1的次级绕组处。第一齐纳二极管ZD1确定第一光耦光发射器PD1的操作电压。电压检测器150进一步包括第一光耦光接收器PT1，被提供在控制IC的反馈端子处，以接收第一光耦光发射器PD1的光信号。
电流检测器140包括：电流变换器(current transformer)CT，连接到变压器T1的次级绕组；第二光耦光发射器PD2，利用由电流变换器CT感应的电流发光；以及第二齐纳二极管ZD2，确定第二光耦光发射器PD2的工作电流。电流检测器140进一步包括第二光耦光接收器PT2，被提供在控制IC的反馈端子处，以接收第二光耦光发射器PD2的光信号。
电容器C1与第一光耦光接收器PT1和第二光耦光接收器PT2并联连接。电容器C1具有依赖于施加到第一光耦光接收器PT1或第二光耦光接收器PT2的电流的量而改变的充电电压。
供电装置100的操作如下所述。首先，如果输出电压大于或等于第一齐纳二极管ZD1的阈值，则第一光耦光发射器PD1接收电力。如果输出电压正常，则第一齐纳二极管ZD1防止电路不必要地工作。可以将输出电压设置在从5V到24V的范围，但不限于此。
如果输出电压上升到预定电平或以上，则第一光耦光发射器PD1开始发光。由第一光耦光发射器PD1产生的光信号被发送到第一光耦光接收器PT1。电流被施加到第一光耦光接收器PT1，从而影响与其并联连接的电容器C1的充电电压。如果输出电压维持预定电平或以上(如果连续施加过电压)，则电容器C1的充电电压被降低。
控制IC检测电容器C1的电压。如果充电电压降低，则控制IC控制开关晶体管Q1以降低输出电压。于是，输出功率维持预定级别。因而，可以保护供电装置100免受过电压之害。
在电流的情况下，电流变换器CT与预定匝数比对应地将输出电流感应到次级绕组。匝数比由下面的公式1表示。
公式1
匝数比(X)＝次级绕组的匝数/初级绕组的匝数
电流变换器CT可以与预定匝数比对应地降低初级绕组的电流的电平，并将电流感应到次级绕组。可以将匝数比设置为0.1，而且可以将初级线圈的电流设置为维持3A。根据本发明的其它方面，可以将匝数比和电流设置为其它值。
可以根据下面的公式2利用初级与次级绕组的匝数比来确定电流变换器CT的次级绕组的电流。
公式2
次级绕组的电流＝(次级绕组的匝数/初级绕组的匝数)*初级绕组的电流
其中，可以基于第二光耦光发射器PD2的最小工作电流来设置电流变换器CT的次级绕组的电流。例如，如果电流变换器CT的匝数比被设置为0.1而且电流变换器CT的初级绕组的电流为3A，则根据公式2，可以将30mA的电流感应到电流变换器CT的次级绕组。
如果3.5A或以上的过电流流向电流变换器CT的初级绕组，则0.1被设置为匝数比以控制次级绕组的电流为35mA。次级绕组的电流被设置为具有比初级绕组的电流更低的值，从而减少电流损耗。
如果电流变换器CT的次级绕组的电流大于或等于第二齐纳二极管ZD2的阈值，则电流被施加到第二光耦光发射器PD2。如果输出电流正常，则第二齐纳二极管ZD2防止电路不必要地工作。例如，如果次级绕组的过电流被设置为35mA而且R2为10欧姆，则第二齐纳二极管ZD2的阈值为35mA*10欧姆＝3.5V。
如果所提供的电流上升到预定电平或以上，则第二光耦光发射器PD2开始发光。由第二光耦光发射器PD2产生的光信号被发送到第二光耦光接收器PT2。电流被施加到第二光耦光接收器PT2，从而影响与其并联连接的电容器C1的充电电压。
如果电流变换器CT的次级绕组的电流维持预定电平或以上(如果连续施加过电流)，则电容器C1的充电电压被降低。控制IC检测电容器C1的电压。如果充电电压降低，则控制IC控制开关晶体管Q1以降低输出电压。于是，输出功率维持预定级别。例如，如果正常电压为5V而且如果正常电流为3A，则根据本发明的实施例的输出功率被控制为维持5V*3A＝15W。
因而，供电装置100通过电流变换器CT间接地检测并控制输出电流以免受过电流之害。电流变换器CT充当用于变压器T1的次级绕组的电感器，从而减少波纹电流并控制以向负载稳定地提供电流。
如上所述，根据本发明的各个方面的供电装置即便连续地施加过电流以及过电压也能够根据反馈操作限制输出功率。而且，所述供电装置可以防止因长时间持续的过电压或过电流造成电路损坏。进一步，所述电压装置的电流变换器充当其输出端子的电感器，从而减少波纹电流并控制以向负载稳定地提供电流。虽然描述为可用于图像形成装置，但是本发明的其它方面也可以将供电装置的元件用于其它类型的电子装置。
虽然已经展示和描述了本发明的几个实施例，但是本领域技术人员应当理解，可以在所述实施例中做出改变而不背离由所附权利要求书及其等价物限定其范围的本发明的原理和精神。

Claims (14)

1.一种供电装置，包括：
变压器，转换提供到初级绕组的输入电力，以在次级绕组中感应输出电流和输出电压；
电流检测器，检测所述变压器的次级绕组的输出电流；
电压检测器，检测所述变压器的次级绕组的输出电压；
开关，调整由所述变压器输出的输出电压；以及
控制器，控制所述开关以将通过将所述变压器的次级绕组的输出电流乘以所述变压器的次级绕组的输出电压而获得的变压器的输出功率维持在预定级别之内，
其中，所述电流检测器包括：
电流变换器，其连接到所述变压器的次级绕组，以根据电流变换器的匝数比来感应所述变压器的次级绕组的输出电流，
第一光耦光发射器，利用所述电流变换器的次级绕组的电流发光；以及
第一光耦光接收器，耦接到所述控制器的反馈端子，以接收来自所述第一光耦光发射器的光。
2.如权利要求1所述的供电装置，其中，所述控制器根据所检测到的所述变压器的次级绕组的输出电流来调整所述变压器的次级绕组的输出电压，以将所述输出功率维持在所述预定级别之内。
3.如权利要求1所述的供电装置，进一步包括：
电容器，并联耦接到所述第一光耦光接收器，而且具有由在所述第一光耦光接收器中流动的电流改变的充电电压，
其中所述控制器检测所述电容器的充电电压，并基于检测结果来控制所述开关。
4.如权利要求1所述的供电装置，其中，所述电流检测器进一步包括齐纳二极管，其耦接到所述第一光耦光发射器，从而如果所述电流变换器的次级绕组的电流电平大于或等于预设值则接收电流。
5.如权利要求1所述的供电装置，其中，所述电流变换器与所述匝数比对应地降低所述电流变换器的初级绕组的电流，并将该电流感应到所述电流变换器的次级绕组。
6.如权利要求1所述的供电装置，进一步包括：
供电单元，提供交流AC电力；以及
整流器，将由所述供电单元提供的AC电力整流。
7.如权利要求2所述的供电装置，其中，所述开关包括开关晶体管，用于根据所检测到的所述变压器的次级绕组的输出电流来调整所述变压器的次级绕组的输出电压。
8.如权利要求1所述的供电装置，其中，所述电压检测器包括：
第二光耦光发射器，当所述变压器的次级绕组的输出电压大于或等于预定电压时发光；以及
第二光耦光接收器，检测从所述第二光耦光发射器发出的光，
其中，所述控制器基于由所述第二光耦光接收器检测到的光来调整所述开关，以控制所述变压器的次级绕组的输出电压低于所述预定电压。
9.如权利要求8所述的供电装置，其中，所述装置进一步包括：
齐纳二极管，耦接到所述第二光耦光发射器，从而如果所述变压器的次级绕组的输出电压大于所述预定电压则接收电压。
10.如权利要求8所述的供电装置，其中，所述装置包括：
电容器，并联连接到所述第二光耦光接收器，而且具有由在所述第二光耦光接收器中流动的电流改变的充电电压，
其中，所述控制器基于所述电容器的充电电压来控制所述开关。
11.如权利要求8所述的供电装置，其中，所述开关包括开关晶体管，以根据所检测到的所述变压器的次级绕组的输出电流来调整所述变压器的次级绕组的输出电压。
12.如权利要求1所述的供电装置，其中：
所述电压检测器包括当所述变压器的次级绕组的输出电压大于或等于第一预定电压时发光的第二光耦光发射器、以及接收从所述第二光耦光发射器发出的光的第二光耦光接收器；
所述电流检测器的第一光耦光发射器当所述变压器的次级绕组的输出电流大于或等于第二预定值时发光，并且所述电流检测器的第一光耦光接收器耦接到所述控制器的反馈端子以接收来自所述第一光耦光发射器的光；
所述供电装置进一步包括并联耦接到所述第一光耦光接收器和所述第二光耦光接收器的电容器；而且
所述控制器基于所述电容器的充电电压和所述电容器的充电电流来控制所述开关。
13.一种控制电源的方法，该方法包括：
检测变压器的次级绕组的输出电流；
检测该次级绕组的输出电压；
基于所检测到的输出电流和所检测到的输出电压，调整提供到所述变压器的初级绕组的功率，以使得所述次级绕组的输出功率在预定范围之内，
其中，检测变压器的次级绕组的输出电流包括：
根据电流变换器的匝数比来感应所述变压器的次级绕组的输出电流，
利用所述电流变换器的次级绕组的电流发光；以及
接收来自光耦光发射器的光。
14.一种供电装置，包括：
变压器，转换提供到初级绕组的输入电力，以在次级绕组中感应输出电流和输出电压；
电流检测器，检测所述变压器的次级绕组的输出电流；
电压检测器，检测所述变压器的次级绕组的输出电压；以及
控制器，根据所检测到的输出电流和所检测到的输出电压将所述变压器的输出功率维持在预定级别之内，
其中，所述电流检测器包括：
电流变换器，其连接到所述变压器的次级绕组，以根据电流变换器的匝数比来感应所述变压器的次级绕组的输出电流，
光耦光发射器，利用所述电流变换器的次级绕组的电流发光；以及
光耦光接收器，耦接到所述控制器的反馈端子，以接收来自所述光耦光发射器的光。
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