CN102195487B - 电源设备和成像装置 - Google Patents

Abstract

一种电源设备，包括：变压器，其包括初级线圈、次级线圈和第三线圈；开关元件，其经由初级线圈连接到直流电源；第一整流和平滑电路，其整流和平滑在次级线圈中生成的电压；控制电路，其接通和断开开关元件；第二整流和平滑电路，其整流和平滑在第三线圈中生成的电压，从而生成用于控制电路的驱动电压；以及启动电路，其包括在直流电源和地之间串联连接的第一晶体管、第一电阻器和第一电容器，在直流电源和第二整流和平滑电路之间连接的第二晶体管，以及断开单元，当第一电容器充电到预定电压时，该断开单元至少截止第一晶体管和第二晶体管中的第二晶体管。

Description

电源设备和成像装置

技术领域

本公开的某些方面涉及电源设备和包括该电源设备的成像装置。

背景技术

在许多电子设备中，从由交流(AC)电源(如商业电源)或直流(DC)电源(如电池)提供的功率生成适当的驱动功率，并且将生成的驱动功率提供到电路板上的电路。因此，许多电子设备包括用于生成驱动功率的电源设备。

图1和2图示包括开关电源设备和AC电源的示例性配置。在图1中，二极管桥14和平滑电容器15构成整流和平滑电路，并且该整流和平滑电路连接到开关电源设备100。二极管桥14对从AC电源11输入的交流电压进行全波整流。平滑电容器15进一步平滑从二极管桥14输出的整流电压。平滑后的电压输入到开关电源设备100。

在图2中，功率因子校正(PFC)电路16经由平滑电容器15连接到开关电源设备100。平滑电容器15整形从功率因子校正电路16输出的整流电压，并且将整形后的电压输入到开关电源设备100。在图1或图2所示的配置的任一中，直流电压输入到开关电源设备100的端子DCin。

图3是图示根据现有技术的开关电源设备100的示例性配置的电路图。图3的开关电源设备100包括变压器T100、作为连接到变压器T100的初级线圈Lp的开关元件的功率MOSFET Qsw、控制电路101、电压检测电路201、二极管Dsub、二极管Ds、启动电阻器Rstart、电容器Csub(电源电容器)、和电容器Cs。

功率从直流电源提供到端子DCin，该端子DCin连接到初级线圈Lp的一端和启动电阻器Rstart的一端。启动电阻器Rstart的另一端连接到控制电路101的端子VCC、电容器Csub和二极管Dsub的一端。控制电路101包括齐纳二极管ZD1，该齐纳二极管ZD1的正向朝向端子VCC。

当启动开关电源设备100时，施加到端子DCin的直流电压导致几mA到几十mA的启动电流Istart经由启动电阻器Rstart流入端子VCC和电容器Csub。电容器Csub通过启动电流Istart充电，并且控制电路101通过电容器Csub中存储的功率驱动。然后，控制电路101启动功率MOSFET Qsw的开关控制。

当MOSFET Qsw导通和截止时，电流流过变压器T100的初级线圈Lp。该电流改变引起电磁感应，并且在变压器T100的次级线圈Ls中生成电动势，并且该电动势在次级线圈Ls中生成电流。在次级线圈Ls中生成的电流通过二极管Ds和电容器Cs整流和平滑。整流和平滑后的电压从开关电源设备100的端子DCout输出。二极管Ds和电容器Cs构成第一整流和平滑电路301。

类似地，当启动电流Istart流过初级线圈Lp时，该电流改变引起电磁感应，并且在第三线圈Lsub中生成电动势，并且该电动势生成电流。通过电动势生成电流通过连接到第三线圈Lsub的二极管Dsub整流，充电电容器Csub，并且提供到端子VCC以驱动控制电路101。二极管Dsub和电容器Csub构成第二整流和平滑电路302。

电压检测电路201检测要从端子DCout输出的输出电压，并且生成要发送到控制电路101的反馈信号。由第一整流和平滑电路301生成的电压通过电阻器RFB1和RFB2划分，并且电压划分输入到分流调整器ZDshunt。分流调整器ZDshunt调整流过光电耦合器PC的光电二极管PD的电流，使得电压划分总是等于内部参考电压。电阻器RFB5和电阻器RFB6调整流入光电二极管PD的电流。电容器CFB1和电阻器RFB3调整光电二极管PD的反馈的频率特性。

利用上述配置，当由第一整流和平滑电路301生成的电压超过期望电平时，电流流过光电耦合器PC的光电二极管PD。结果，光电二极管PD发光并且耦合到光电耦合器PC的光电晶体管PT。

流过光电晶体管PT的电流生成要施加到控制电路101的端子FB的电压，该电压由电阻器RFB4的电阻和电流值确定。

控制电路101根据在端子FB处的电压电平导通和截止功率MOSFETQsw。该配置使得可以根据由电压检测电路201检测的在端子DCout处的输出电压电平来控制功率MOSFET Qsw的开关频率和时间比(或占空比)，从而使得可能获得期望的输出电压。

图4是图示根据现有技术的开关电源设备100的另一示例性配置的电路图。在图4中，电阻器Rocp连接到功率MOSFET Qsw的一端。此外，电阻器Rocp的一端和光电晶体管PT一起连接到控制电路101的端子FB。该配置使得可能使用流过光电晶体管PT的电流的电压和流过初级线圈LP的电流的电压用于反馈控制。

然而，图3和4的配置趋于增加功耗。当启动开关电源设备100时，用于生成用于控制电路101的驱动电压的启动电流Istart经由启动电阻器Rstart流到控制电路101的端子VCC和电容器Csub。此外，在启动功率MOSFETQsw的开关控制后，控制电路101由电容器Csub的电压驱动，该电容器Csub由从第三线圈Lsub经由二极管Dsub流入电容器Csub的电流充电。

这里，在控制电路101的端子VCC处提供齐纳二极管ZD1以防止由于过电压导致的损坏。齐纳二极管ZD1例如将在端子VCC处的电压保持在从几伏到十几伏的范围内。同时，通过利用二极管桥和电容器或者利用功率因子校正电路平滑交流电压获得的一百几十伏到大约400伏的直流电压施加到端子DCin。

因此，即使在通过控制电路101启动开关控制并且经由第三线圈Lsub和二极管Dsub充电电容器Csub后，一百几十伏到大约400伏的电压继续施加到启动电阻器Rstart的各端，并且启动电阻器Rstart继续消耗功率。

尽管开关电源设备100的负载在其处于待机状态时减少到几瓦特，但是由于启动电阻器Rstart的功率损失仍然大，因为该功率损失与跨越启动电阻器Rstart的电压的平方成比例。

同时，如果增加启动电阻器Rstart的电阻以减少功率损失，则流到电容器Csub的电流减少。这接着增加用于充电电容器Csub的时间，从而增加开关电源设备100的启动时间。

为了防止上述问题，已经提出用于减少由于启动电阻器的功耗的配置(例如，见日本专利公开No.10-323031)。JP10-323031公开了一种电源设备，其中启动电阻器R1、开关元件Q2和电容器C2按照所述顺序串联连接到直流电源，并且开关元件Q2通过电阻器R2和R4以及二极管D2、D3和D4驱动。在公开的配置中，在启动电源设备后，断开开关元件Q2以将启动电阻器R1与电源断开连接，从而减少功耗。

发明内容

在本发明的一个方面，提供了一种电源设备，包括：变压器，包括初级线圈、次级线圈和第三线圈；开关元件，经由初级线圈连接到直流电源；第一整流和平滑电路，其整流和平滑在次级线圈中生成的电压，并且将整流和平滑后的电压提供给负载；控制电路，其接通和断开开关元件；第二整流和平滑电路，其整流和平滑在第三线圈中生成的电压，从而生成用于驱动控制电路的驱动电压；以及启动电路。该启动电路包括：在直流电源和地之间串联连接的第一晶体管、第一电阻器和第一电容器；在直流电源和第二整流和平滑电路之间连接的第二晶体管；以及断开单元，当第一电容器充电到预定电压时，该断开单元至少截止第一晶体管和第二晶体管中的第二晶体管。

附图说明

图1是图示包括开关电源设备和AC电源的示例性配置的图；

图2是图示包括开关电源设备和AC电源的另一示例性配置的图；

图3是图示现有技术的开关电源设备的示例性配置的电路图；

图4是图示现有技术的开关电源设备的另一示例性配置的电路图；

图5是图示包括开关电源设备和电子装置的示例性配置的图；

图6是图示根据本发明第一实施例的开关电源设备的示例性配置的电路图；

图7是用于描述图6中图示的控制电压生成电路的操作的图；

图8是用于描述开关电源设备的启动过程的流程图；

图9是图示根据本发明第二实施例的开关电源设备的示例性配置的电路图；

图10是图示根据本发明第三实施例的开关电源设备的示例性配置的电路图；

图11是图示图10的开关电源设备的变化的电路图；

图12是图示根据本发明第四实施例的开关电源设备的示例性配置的电路图；

图13是图示其中第一实施例(图6)的启动电路与控制电路集成的开关电源设备的电路图；

图14是图示其中第二实施例(图9)的启动电路与控制电路集成的开关电源设备的电路图；

图15是图示其中第三实施例(图10)的启动电路与控制电路集成的开关电源设备的电路图；

图16是图示其中第三实施例(图11)的启动电路与控制电路集成的开关电源设备的电路图；以及

图17是图示其中第四实施例(图12)的启动电路与控制电路集成的开关电源设备的电路图。

具体实施方式

利用JP10-323031中公开的电源设备，可以减少启动电阻器R1的功耗。然而，因为直流电源经由电阻器R3和R4串联连接到地(GND)，所以电阻器R3和R4仍然导致功率损失。

下面参考附图描述本发明的实施例。

根据本发明实施例的开关电源设备可以提供功率给各种电子装置，如成像装置。电子照相成像装置通常配置为在启动期间消耗相对大量的功率以减少变得准备好用于打印所需的时间，但是在待机状态下消耗很少功率。根据本发明实施例的开关电源设备使得可能在成像过程期间以及在待机状态下都将与启动电流Istart有关的功耗减少到基本为零。

图5是图示包括开关电源设备和电子装置的示例性配置的图。在图5中，交流(AC)电源11经由主电源开关12连接到二极管桥14。二极管桥14连接到平滑电容器15和开关电源设备200。当主电源开关12接通时，直流电压提供到开关电源设备200。AC电源11典型地为商业电源。然而，AC电源11可以由功率生成系统实现，其中由自然能量生成器生成的直流电压通过功率调节器转换为交流电压。

二极管桥14是整流电流的示例，并且对从AC电源11输入的交流电压进行全波整流。平滑电容器15平滑整流后的电压以获得直流电压。该直流电压输入开关电源设备200的端子DCin。该直流电压例如是从一百几十伏到大约400伏。尽管在图5中二极管桥14和平滑电容器15用于平滑交流电压，但是也可以替代地使用功率因子校正电路来获得直流电压。

开关电源设备200利用稍后描述的第一整流和平滑电路生成期望电平的直流电压，并且将该直流电压提供给电子装置。在图5中，成像装置500用作电子装置的示例。开关电源设备200可以集成在成像装置500中。成像装置500包括各种负载，如由直流电源驱动的熔断单元、微计算机、马达、和二次电池。开关电源设备200将功率提供给一个或多个负载。

<第一实施例>

图6是图示根据本发明第一实施例的开关电源设备200的示例性配置的电路图。图6的开关电源设备200与图3和4的现有技术的开关电源设备100的区别在于：开关电源设备200包括串联连接到端子DCin的启动电路400。开关电源设备200还包括变压器T100、作为连接到变压器T100的初级线圈Lp的开关元件的功率MOSFET Qsw、控制电路101、电压检测电路201、二极管Dsub、二极管Ds、电容器Csub和电容器Cs。

启动电路400和初级线圈Lp并联连接，并且它们的每个串联连接到端子DCin，从直流电源提供功率到该端子DCin。初级线圈Lp的一端连接到功率MOSFET Qsw的源极。功率MOSFET Qsw的栅极连接到控制电路101的端子OUT。控制电路101包括齐纳二极管ZD1，其正向朝向端子VCC。

变压器T100的第三线圈Lsub的一端连接到二极管Dsub，其正向朝向控制电路101的端子VCC。二极管Dsub和启动电路400一起连接到控制电路101的端子VCC和电容器Csub。

当控制电路101高速接通和断开施加到功率MOSFET Qsw的栅极的电压时，在变压器T100的初级线圈Lp中引起电流改变。该电流改变接着引起电磁感应，并且在变压器T100的次级线圈Ls中生成电动势。该生成的电动势对应于初级线圈Lp和次级线圈Ls之间的匝数比。由次级线圈Ls中的电动势生成的电流通过二极管Ds整流，并且充电电容器Cs。通过充电电容器Cs生成的电压从端子DCout输出。二极管Ds和电容器Cs构成第一整流和平滑电路301。

类似地，当控制电路101高速接通和断开施加到功率MOSFET Qsw的电压时，在变压器T100的初级线圈Lp中引起的电流改变引起电磁感应，并且在变压器T100的第三线圈Lsub中生成电动势。生成的电动势对应于初级线圈Lp和第三线圈Lsub之间的匝数比。由该电动势生成的电流通过连接到第三线圈Lsub的二极管Dsub整流，充电电容器Csub，并且提供到端子VCC以驱动控制电路101。二极管Dsub和电容器Csub构成第二整流和平滑电路302。

电压检测电路201连接在电容器Cs和端子DCout之间。电压检测电路201检测要从端子DCout输出的输出电压，并且生成要发送到控制电路101的反馈信号。电压检测电路201包括用于划分端子DCout的电压的电阻器RFB1和RFB2、对其输入电压划分的分流调整器ZDshunt、在相对方向上串联连接到分流调整器ZDshunt的光电耦合器PC的光电二极管PD、串联连接到分流调整器ZDshunt的电阻器RFB5和RFB6、以及与光电二极管PD并联连接的电容器CFB1和电阻器RFB3。

分流调整器ZDshunt调整流过光电耦合器PC的光电二极管PD的电流，使得电压划分总是等于内部参考电压。电阻器RFB5和电阻器RFB6调整由输出电压生成并流入光电二极管PD的电流。电容器CFB1和电阻器RFB3调整光电二极管PD的反馈的频率特性。

当施加到端子DCout的输出电压超过预定电平时，流入分流调整器ZDshunt的电流增加，并且电流流过光电耦合器PC的光电二极管PD。当施加到端子DCout的输出电压变得小于或等于预定电平时，流入分流调整器ZDshunt的电流减少，并且电流停止流过光电耦合器PC的光电二极管PD。当电流流过光电耦合器PC的光电二极管PD时，光电二极管PD发光并耦合到光电耦合器PC的光电晶体管PT。

由流过光电晶体管PT的电流、电阻器RFB4和流过电阻器RFB4的电流确定的电压施加到控制电路101的端子FB。控制电路101监视施加到端子FB的电压，并且控制接通/断开信号(占空比)从端子OUT输出到功率MOSFET Qsw。

接着，下面描述启动电路400。启动电路400串联连接到端子DCin，并且包括并联连接的第一晶体管Q1和第二晶体管Q2。第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的栅极都连接到电容器C1。第一晶体管Q1的源极连接到端子DCin，从直流电源提供功率到该端子DCin。第一晶体管Q1的漏极经由电阻器R1和电容器C1连接到起作用为地的端子GNDin。第一晶体管Q1、电阻器R1和电容器C1串联连接。

第一晶体管Q1、电阻器R1和电容器C1构成控制电压生成电路。在图6中，V(t)指示电容器C1的电压，其中“t”指示时间。

类似于第一晶体管Q1，第二晶体管Q2的源极连接端子DCin。第二晶体管Q2的漏极连接到电容器Csub(即，连接到第二整流和平滑电路302)。第二晶体管Q2的栅极与第一晶体管Q1一起连接到电容器C1。

图7是用于描述图6的控制电压生成电路的操作的图。图7示出相对于在主电源开关12接通后经过的时间的电压V(t)和施加到端子DCin的电压V(DCin)的改变。

紧接在主电源开关12接通以启动开关电源设备200之前，电容器C1没有被充电。当t＝0指示主电源开关12接通时的时间时，电容器C1的电压V(t)用V(0)＝0表示。

紧接在开关电源设备200启动后，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的栅极-源极电压变得大于阈值电压Vth1(或阈值电压Vth1和Vth2)，并且第一晶体管Q1和第二晶体管Q2导通。结果，经由电阻器R1从直流电源提供的电流开始充电电容器C1(同样也开始电容器Csub的充电)。

当C1指示电容器C1的电容时，电容器C1的电压V(t)用下面的等式(1)表示。

$V\left(t\right)=V\left(\mathrm{DCin}\right)\&CenterDot;(I-e^{-\frac{t}{R1\&CenterDot;C1}})---\left(1\right)$

当电容器C1被充电并且电压V(t)根据等式(1)增加时，第一晶体管Q1的栅极-源极电压减少。栅极-源极电压用“V(DCin)-V(t)”表示。当栅极-源极电压变为小于或等于第一晶体管Q1的阈值电压Vth1时，第一晶体管Q1截止。换句话说，当电容器C1的电压V(t)增加到满足V(DCin)-V(t)≤Vth1的电平时，第一晶体管Q1截止。

类似地，当栅极-源极电压变为小于或等于第二晶体管Q2的阈值电压Vth2时，第二晶体管Q2截止。换句话说，当电容器C1的电压V(t)增加到满足V(DCin)-V(t)≤Vth2的电平时，第二晶体管Q2截止。在一些情况下，阈值电压Vth1和Vth2可以相互不同。然而，在下面的描述中，假设第一晶体管Q1和第二晶体管Q2基本上同时截止，并且阈值电压Vth1和阈值电压Vth2相同(为此，在下面的描述中只使用阈值电压Vth1)。第二晶体管Q2的栅极和连接该栅极和电容器C1的连接线L1构成断开单元。

从开关电源设备200启动时到第一晶体管Q1和第二晶体管Q2截止时的时间toff用下面的等式(2)表示。

$t_{\mathrm{OFF}}=C1\&CenterDot;R1\&CenterDot;\ln \left(\frac{V\left(\mathrm{DCin}\right)}{\mathrm{Vth}1}\right)---\left(2\right)$

下面描述时间toff和电容器Csub的充电之间的关系。如同第一晶体管Q1，第二晶体管Q2的栅极连接到电容器C1。因此，当开关电压设备200启动时(t＝0)，第二晶体管Q2导通。结果，第二整流和平滑电路302的电容器Csub通过从直流电源提供的电流充电。

当电容器Csub被充电并且其电压达到控制电路101的驱动电压时，控制电路101开始开关控制以将功率MOSFET Qsw导通和截止。

当功率MOSFET Qsw被导通和截止时，流过初级线圈Lp的电流的值改变，并且电流开始流过次级线圈Ls和第三线圈Lsub。流过次级线圈Ls的电流充电第一整流和平滑电路301的电容器Cs，并且在端子DCout处生成电压(输出电压)。

流过第三线圈Lsub的电流充电第二整流和平滑电路302的电容器Csub，并且提供到控制电路101的端子VCC。此后，用于驱动控制电路101的电压可以称为驱动电压VCC。

利用上述配置，从启动电路400和第二整流和平滑电路302提供用于生成用于驱动控制电路101的驱动电压VCC的功率。因此，当第二整流和平滑电路302开始提供功率时，从启动电路400提供功率变得不必要。为此，调整公式(2)表示的时间toff，使得第一晶体管Q1和第二晶体管Q2在第二整流和平滑电路302开始提供驱动功率VCC后截止：时间toff＞电容器Csub的电压达到驱动电压VCC所需的时间。

下面描述该实施例的效果。截止第二晶体管Q2使得可能在施加到端子DCin的直流电压和驱动电压VCC之间提供高阻抗，从而使得可能减少启动电阻器Rstart的功耗。不必同时截止第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，只要从开关电源设备200启动时经过时间toff之后截止第二晶体管Q2。

此外，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2可以同时截止。该配置使得可能配置第一晶体管Q1和第二晶体管Q2具有相同电特性，使得可以使用一条连接线L1。这接着使得可能减少成本。此外，截止第一晶体管Q1和第二晶体管Q2两者使得可能最小化功率损失。此外，第一晶体管Q1可以在第二晶体管Q2截止后被截止。

因为第二晶体管Q2的漏极和源极之间的开路电流为从几μA到十几μA，所以上述配置使得可能将功率损失减少到由启动电阻器Rstart引起功率损失的大约千分之一。

公式(2)表示的时间toff(即，从开关电源设备200启动时到第一晶体管Q1和第二晶体管Q2截止时的时间(由启动电路400充电电容器C1所需的时间))可以通过调整电阻器R1的电阻、电容器C1的电容和第一晶体管Q1来自由地改变。此外，时间toff可以通过调整用于第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的栅极-源极电压的阈值电压Vth1来改变。

例如，因为用于充电电容器Csub的电流可以通过第二晶体管Q2直接提供(不经过电阻器R1和电容器C1)，增加电阻器R1的电阻使得可以更有效地充电电容器Csub，从而减少启动电路400对启动时间的影响。换句话说，增加电阻器R1的电阻使得可以减少启动电路400的功耗而不增加启动时间。

图8是用于描述该实施例的开关电源设备200的启动过程的流程图。

首先，接通主电源开关12(S10)以启动开关电源设备200。

当接通主电源开关12时，来自直流电源的电压施加到第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的源极。结果，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的栅极-源极电压变得大于阈值电压Vth1，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2导通，并且电容器C1和Csub开始充电(S20)。

接着，电容器Csub的电压达到驱动电压VCC(S30)。电容器Csub的电压达到驱动电压VCC所需的时间少于电容器C1的电压到达满足(V(DCin)-V(t))≤Vth1的电平所需的时间。

当电容器Csub的电压到达驱动电压VCC时，控制电路101启动开关控制以将功率MOSFET Qsw导通和截止(S40)。当功率MOSFET Qsw被导通和截止时，第一整流和平滑电路301的电容器Cs被充电。

在控制电路101开始开关控制后，电容器C1的电压增加直到满足(V(DCin)-V(t))≤Vth1(S50)。结果，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2截止(S60)。此后，没有电流流过包括电阻器R1的启动电路400，并且减少了功耗。

因此，该实施例的开关电源设备200使得可能减少启动电路400的功耗而不增加启动时间。

<第二实施例>

图9是图示根据本发明第二实施例的开关电源设备200的示例性配置的电路图。在图9中，相同参考标号用于对应于图6所示的那些组件的组件，并且省略那些组件的描述。

图9的启动电路400的配置与图6的配置的不同在于在第二晶体管Q2和电容器Csub之间提供电阻器R2。

第二晶体管Q2和电阻器R2串联连接到电容器Csub。利用该配置，类似于根据公式(1)增加的电压V(t)，电容器Csub的端子电压逐渐增加。

换句话说，在第二晶体管Q2和电容器Csub之间提供电阻器R2使得可能防止突入电流从直流电源流到电容器Csub和控制电路101的端子VCC。该配置还使得可能调整经由第二晶体管Q2提供到控制电路101的电流。

第二实施例的开关电源设备200的操作基本上与第一实施例的那些操作相同。紧接在开关电源设备200启动之后，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2导通。直流电源充电电容器C1和Csub，并且经由启动电路400将驱动电压提供到控制电路101，直到经过时间toff。在控制电路101开始功率MOSFETQsw的开关控制之后，电容器C1的电压增加，并且第一晶体管Q1和第二晶体管Q2截止。因此，在控制电路101开始功率MOSFET Qsw的开关控制之后，与启动电流有关的功耗减少到最小水平。

电阻器R2的电阻可以设为防止突入电流所需的最小值。如果作为在电容器Csub之前提供电阻器R2的结果、电容器Csub的电压到达控制电路101的驱动电压VCC所需的时间变得长于时间toff，则可以调整电阻器R1的电阻和电容器C1的电容。因此，即使利用包括电阻器R2的第二实施例的配置，也可以实现与第一实施例中基本相同的启动时间。此外，容易配置启动电路400，使得第一晶体管Q1和第二晶体管Q2不截止，直到电容器Csub的电压达到驱动电压VCC。

<第三实施例>

图10是图示根据本发明第三实施例的开关电源设备200的示例性配置的电路图。在图10中，相同参考标号用于对应于图6所示的那些组件的组件，并且省略那些组件的描述。

图10的启动电路400的配置与图6的配置不同在于在对其从直流电源提供功率的端子DCin与第一和第二晶体管Q1和Q2之间串联连接电阻器R3。

利用第一实施例(图6)和第二实施例(图9)的配置，当启动开关电源设备200时，直流电压从直流电源提供到第一晶体管Q1和第二晶体管Q2。利用这些配置，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2直接连接到直流电源，因此紧接在启动开关电源设备200之后相对高的电压施加到第一晶体管Q1和第二晶体管Q2。更具体地，因为紧接在启动开关电源设备200之后电容器C1还没有被充电，所以一百几十伏到大约400伏的漏极-源极电压和栅极-源极电压施加到第一晶体管Q1和第二晶体管Q2。

这样的高压可能超过漏极-源极电压和栅极-源极电压的绝对最大额定值，并且可能损坏第一晶体管Q1和第二晶体管Q2。尽管具有高绝对最大额定值的晶体管可以用作第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，但是使用这样的晶体管可能增加启动电路400的尺寸和成本。

为此，在第三实施例中，在端子DCin与第一和第二晶体管Q1和Q2之间提供第三电阻器R3。利用该配置，由用于充电电容器C1和Csub的电流Istart以及电阻器R3引起压降，结果，漏极-源极电压和栅极-源极电压减少。即，即使在紧接在开关电压设备200启动后电容器C1的电压为零时，第一和第二晶体管Q1和Q2的漏极-源极电压和栅极-源极电压也下降“电阻器R3的电阻×Istart”。因此，可以通过适当地确定电阻器R3的电阻来将漏极-源极电压和栅极-源极电压限制在绝对最大额定值内。

这接着使得可能使用对漏极-源极电压和栅极-源极电压具有相对低的绝对最大额定值的晶体管作为第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，从而使得可能减少启动电路400的大小和成本。

因为第三实施例的启动电路400的配置基本上与第一实施例的配置相同，除了电阻器R3串联连接到电容器C1和电容器Csub的每个，所以可以保持电容器Csub的电压到达驱动电压VCC所需的时间在时间toff内。因此，即使增加电阻器R3时，也不必调整电阻器R1的电阻和电容器C1的电容。

第三实施例的开关电源设备200的操作基本上与第一实施例的操作相同。紧接在开关电源设备200启动之后，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2导通。直流电源充电电容器C1和Csub，并且经由启动电路400将驱动电压提供到控制电路101，直到经过时间toff。在控制电路101开始功率MOSFET Qsw的开关控制之后，电容器C1的电压增加，并且第一晶体管Q1和第二晶体管Q2截止。因此，在控制电路101开始功率MOSFET Qsw的开关控制之后，与启动电流有关的功耗减少到最小水平。

图11是图示图10的开关电源设备200的变化的电路图。在图11中，替代图10的电阻器R3，电阻器R3A串联连接在端子DCin和第一晶体管Q1之间，并且电阻器R3B串联连接在端子DCin和第二晶体管Q2之间。

类似于图10的配置，因为第一晶体管Q1的漏极-源极电压和栅极-源极电压下降“电阻器R3A的电阻×IstartA”，所以可以通过适当地确定电阻器R3A的电阻来将漏极-源极电压和栅极-源极电压限制在第一晶体管Q1的绝对最大额定值内。此外，因为第二晶体管Q2的漏极-源极电压和栅极-源极电压下降“电阻器R3B的电阻×IstartB”，所以可以通过适当地确定电阻器R3B的电阻来将漏极-源极电压和栅极-源极电压限制在第二晶体管Q2的绝对最大额定值内。

电阻器R3A和R3B的电阻可以设为任何值，只要电容器Csub的电压到达驱动电压VCC所需的时间不变为大于或等于时间toff。例如，电阻器R3B的电阻可以设为防止到端子VCC的突入电流所需的并且不增加启动时间的最小值。

<第四实施例>

图12是图示根据本发明第四实施例的开关电源设备200的示例性配置的电路图。在图12中，相同参考标号用于对应于图6所示的那些组件的组件，并且省略那些组件的描述。

图12的启动电路400的配置与图6的配置不同在于在对其从直流电源提供功率的端子DCin与第一和第二晶体管Q1和Q2的栅极之间提供普通的齐纳二极管ZD2(电压调整二极管)。

如在第三实施例中所描述的，因为紧接在启动开关电压设备200之后电容器C1还没有被充电，所以一百几十伏到大约400伏的漏极-源极电压和栅极-源极电压施加到第一晶体管Q1和第二晶体管Q2。这样的高压可能超过第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的负荷。

为此，在该实施例中，提供齐纳二极管ZD2以缓冲从直流电源提供的电压。如众所周知的，当施加超过额定击穿电压的反向电压时，即使在相反方向上齐纳二极管也允许电流流动。

齐纳二极管ZD2的击穿电压设为小于紧接在启动开关电源设备200之后在第一晶体管Q1的栅极和源极之间以及第二晶体管Q2的栅极和源极之间施加的直流电压。利用该配置，紧接在启动开关电源设备200之后，电流流过齐纳二极管ZD2。因此，该配置使得可能减少在第一晶体管Q1的栅极和源极之间以及第二晶体管Q2的栅极和源极之间施加的直流电压。换句话说，提供齐纳二极管ZD2使得可能将第一和第二晶体管Q1和Q2的栅极-源极电压限制在绝对最大额定值内。

该配置还使得可能使用对漏极-源极电压和栅极-源极电压具有相对低的绝对最大额定值的晶体管作为第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，从而使得可能减少启动电路400的大小和成本。

下面描述该实施例的开关电源设备200的操作。紧接在开关电源设备200启动后，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2导通。此外，齐纳二极管ZD2击穿，并且电流还从齐纳二极管ZD2流到电容器C1。直流电源充电电容器C1和Csub，并经由启动电路400将驱动电压提供到控制电路101直到时间toff经过。在控制电路101开始功率MOSFET Qsw的开关控制之后，电容器C1的电压增加，并且第一晶体管Q1和第二晶体管Q2截止。因此，在控制电路101开始功率MOSFET Qsw的开关控制之后，与启动电流有关的功耗减少到最小水平。

此外，利用第四实施例的配置，当开关电源设备200停止(断开)并且来自直流电源的电压(在端子DCin处的电压)变为零时，电容器C1经由齐纳二极管ZD2释放电力。因此，该配置使得可能在开关电源设备200断开后改进其安全性。

<第五实施例>

在第一到第四实施例中，启动电路400与控制电路101分开提供。然而，因为启动电路400由如(多个)晶体管、(多个)电阻器、(多个)电容器、和(多个)二极管的组件形成，所以通过将各组件形成在与控制电路101的硅基底相同的硅基底上，启动电路400可以与控制电路101集成。

图13是图示其中第一实施例(图6)的启动电路400与控制电路101集成的开关电源设备200的示意性配置的电路图。类似地，图14是其中第二实施例(图9)的启动电路400与控制电路101集成的示例，图15和16是其中第三实施例(图10或11)的启动电路400与控制电路101集成的示例，以及图17是其中第四实施例(图12)的启动电路400与控制电路101集成的示例。

如从图13到17明显的，即使在启动电路400与控制电路101集成时，对第一整流和平滑电路301、第二整流和平滑电路302、以及电压检测电路201没有改变。因此，图13到17的配置仅仅使得必须增加用于从直流电源提供功率的一个端子VDC，并且增加端子VDC不导致显著的成本。

因此，图13到17的配置使得可能减少开关电源设备200的组件数量，从而使得更容易设计开关电源设备200。

如上所述，本发明的一个方面提供一种开关电源设备和包括该开关电源设备的成像装置，并且使得可能在开关电源设备的负载低的同时(例如，在开关电源设备为稳定/待机状态的同时)减少由启动电阻器引起的功率损失。

本发明不限于具体公开的实施例，并且可以进行各种变化和修改而不偏离本发明的范围。

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求于2010年3月11日提交的日本专利申请No.2010-055005的优选权的权益，在此通过引用并入其全部内容。

Claims (13)

1.一种电源设备，包括：

变压器，其包括初级线圈、次级线圈和第三线圈；

开关元件，其经由初级线圈连接到直流电源；

第一整流和平滑电路，其整流和平滑在次级线圈中生成的电压，并且将整流和平滑后的电压提供给负载；

控制电路，其接通和断开开关元件；

第二整流和平滑电路，其整流和平滑在第三线圈中生成的电压，从而生成用于驱动控制电路的驱动电压；以及

启动电路，包括

在直流电源和地之间串联连接的第一晶体管、第一电阻器和第一电容器，

在直流电源和第二整流和平滑电路之间连接的第二晶体管，

断开单元，当第一电容器充电到预定电压时，该断开单元至少截止第一晶体管和第二晶体管中的第二晶体管；

其中，第一晶体管和第二晶体管并联连接，且第一晶体管和第二晶体管的栅极连接到第一电容器。

2.如权利要求1所述的电源设备，其中

第二整流和平滑电路包括第二电容器，用于将驱动电压提供到控制电路；以及

用于将第一电容器充电到预定电压的时间大于用于将第二电容器充电到驱动电压的时间。

3.如权利要求1或2所述的电源设备，其中，第一晶体管和第二晶体管导通的时间由第一电阻器的电阻和第一电容器的电容确定。

4.如权利要求1或2所述的电源设备，其中启动电路还包括第二电阻器，其连接在第二晶体管和第二整流和平滑电路之间，并且调整要施加到控制电路的电压电平。

5.如权利要求1或2所述的电源设备，其中启动电路还包括连接在直流电源与第一和第二晶体管之间的第三电阻器。

6.如权利要求1或2所述的电源设备，其中启动电路还包括连接在直流电源与第一晶体管之间的第三电阻器、以及连接在直流电源与第二晶体管之间的第四电阻器。

7.如权利要求1或2所述的电源设备，其中启动电路还包括电压调整二极管，其提供在直流电源和第一电容器之间，并且连接到第一晶体管和第二晶体管的栅极。

8.如权利要求1或2所述的电源设备，其中启动电路与控制电路集成。

9.如权利要求4所述的电源设备，其中启动电路与控制电路集成。

10.如权利要求5所述的电源设备，其中启动电路与控制电路集成。

11.如权利要求6所述的电源设备，其中启动电路与控制电路集成。

12.如权利要求7所述的电源设备，其中启动电路与控制电路集成。

13.一种成像装置，包括权利要求1或2所述的电源设备。

Images