CN102487249A - 开关电源装置和包含开关电源装置的图像形成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及开关电源装置和包含开关电源装置的图像形成装置。该开关电源装置包括：变压器，被配置为包含初级绕组、次级绕组和辅助绕组；开关单元，被配置为开关流过变压器的初级绕组的电流；控制单元，被配置为控制开关单元的开关操作；起动电阻器，连接在初级绕组的电压输入侧和控制单元的电源端子之间；电压供给单元，被配置为整流和平滑从辅助绕组输出的电压并将所得结果供给到电源端子；和激活控制单元，被配置为通过向控制单元的接通/断开端子输入电压来控制控制单元的激活定时，所述激活控制单元被连接在初级绕组的电压输入侧和辅助绕组的接地侧之间。

Description

开关电源装置和包含开关电源装置的图像形成装置
技术领域
本发明涉及从商用AC电源输入交流(AC)电压并产生直流(DC)电压的开关电源装置。 
背景技术
常规上，在各种类型的电子装置中，向诸如中央处理单元(CPU)的控制单元和诸如电动机的驱动单元供给电压的开关电源装置是已知的。图7示出常规的开关电源装置的电路配置。开关电源装置包含变压器9和初级侧整流电路。变压器9包含初级绕组9a、次级绕组9b和辅助绕组9c。初级侧整流电路包含将来自商用AC电源1的AC电压整流并将得到的DC电压供给到变压器9的初级绕组9a的桥整流电路2和平滑电容器3。开关电源装置还包含开关元件5(在图7中，作为例子，使用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))和振荡控制电路6。开关元件5与变压器9的初级绕组9a串联连接。振荡控制电路6控制开关元件5的开关。开关电源装置还包含辅助侧整流电路和起动电阻器4。辅助侧整流电路包含将变压器9的辅助绕组9c的输出整流并且将所得结果供给到振荡控制电路6的电源端子36的整流器二极管7和电容器8。起动电阻器4被连接在初级侧整流电路的正电压输出侧和振荡控制电路6的电源端子36之间。 
整流器二极管10和电容器11与变压器9的次级绕组9b连接。整流器二极管10和电容器11将来自变压器9的次级侧的输出整流，以产生DC电压。电阻器14和15、分路调节器12和光电耦合器13与变压器9的次级侧连接。电阻器14和15将输出电压分压。分路调节器12比较通过电阻器14和15分压的电压与内部基准电压，并且放大误差以进行检测。 
分路调节器12的输出与光电耦合器13连接，并且被传送到振荡控制电路6的反馈端子33。振荡控制电路6根据流过光电耦合器13的光电晶体管的电流对于开关元件5执行脉冲宽度调制(PWM)控制。构成反馈控制回路的这种电路可将次级侧的输出电压控制到目标电压。 
下面，将参照图8描述图7所示的开关电源装置的激活操作。从商用AC电源1供给AC电压。来自变压器9的初级侧的整流电路的输出最初通过起动电阻器4使电容器8充电。对于电容器8的充电增大被供给到振荡控制电路6的电源端子36的电压V1。当电压V1达到振荡控制电路6的激活开始电压(这里，被设为20V)时，振荡控制电路6操作以开始开关元件5的开关操作(图8中的时间段1)。 
在开关操作期间，振荡控制电路6消耗比从起动电阻器4供给的电流多的电流。这降低电源端子36上的电压V1(图8中的时间段2)。伴随开关的开始，在变压器9的辅助绕组9c中出现电压。通过辅助侧整流电路向振荡控制电路6的电源端子36供给电压，使得电压V1的值重新上升(图8中的时间段3)。在通过起动电阻器4对振荡控制电路6供电以激活之后，振荡控制电路6被供给来自辅助侧整流电路的电压。应当注意，起动电阻器4的电阻和电容器8的电容被设定，使得V1的电压值在图8的时间段2中保持在振荡控制电路6的操作停止电压(这里，被设为10V)处或之上。日本专利申请公开No.2003-333841讨论了通过使用这种起动电阻器4来激活电源装置的方法。 
以上的电源装置使用起动电阻器4以激活振荡控制电路6。如果振荡控制电路6在激活开始电压和操作停止电压之间具有小的滞后宽度，那么这种电源装置有时会无法适当地激活振荡控制电路6。更具体而言，如9所示，假定激活开始电压和操作停止电压之间的滞后宽度是小的。在这种情况下，即使振荡控制电路6的电源端子36上的电压V1超过激活开始电压以启动开关操作，激活之后的电压降也使电压V1下降而低于操作停止电压以停止开关操作。电源装置随后重复 激活和停止的循环，从而导致不能激活。 
为了解决由于这种小的滞后宽度导致的激活失败的问题，迄今为止采取了诸如增加辅助侧的平滑电容器8的电容以及减小起动电阻器4的电阻的措施。但是，在这些措施中出现以下描述的问题。 
(1)增加平滑电容器8的电容会增加用于使振荡控制电路6的电源端子36上的电压V1达到激活开始电压的时间，使得用于电源装置的激活的时间增加。换句话说，激活电源装置需要花费更长的时间。这种电源装置，如果被应用于装置，会增加启动等待时间。(2)减小起动电阻器4的电阻会增加起动电阻器4中的功率损耗，使得电源装置的功率转换效率降低。 
发明内容
本发明旨在，即使开关电源装置的用于控制开关操作的控制电路在激活开始电压和操作停止电压之间具有小的滞后宽度，也稳定地在短时间内激活开关电源装置。 
根据本发明的一个方面，提供一种开关电源装置，该开关电源装置包含：变压器，被配置为包含初级绕组、次级绕组和辅助绕组；开关单元，被配置为开关流过变压器的初级绕组的电流；控制单元，被配置为控制开关单元的开关操作；起动电阻器，连接在初级绕组的电压输入侧和控制单元的电源端子之间；电压供给单元，被配置为整流和平滑从辅助绕组输出的电压并将所得结果供给到电源端子；和激活控制单元，被配置为通过向控制单元的接通/断开端子输入电压来控制控制单元的激活定时，所述激活控制单元被连接在初级绕组的电压输入侧和辅助绕组的接地侧之间。 
参照附图阅读示例性实施例的以下详细说明，本发明的其它特征和方面将变得明显。 
附图说明
被包含于说明书中并构成其一部分的附图示出本发明的示例性实 施例、特征和方面，并与说明一起用于解释本发明的原理。 
图1是根据第一示例性实施例的电源的电路图。 
图2是根据第一示例性实施例的振荡控制电路的框图。 
图3是示出根据第一示例性实施例的电源装置激活时的电源端子和接通/断开(ON/OFF)端子的电压的示图。 
图4是根据第二示例性实施例的电源的电路图。 
图5是根据第二示例性实施例的流程图。 
图6A和图6B是示出根据第二示例性实施例的电源激活时的电源端子和接通/断开端子的电压的示图。 
图7是现有技术的常规的开关电源装置的电路图。 
图8是示出现有技术的激活常规的开关电源装置时的电源端子的电压波形的示图。 
图9是示出现有技术的在激活常规的开关电源装置时出现的激活失败的示图。 
图10A和图10B是示出电源装置的应用例子的示图。 
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本发明的各种示例性实施例、特征和方面。 
以下将描述本发明的示例性实施例的配置和操作。应当注意，以下的示例性实施例仅是几个例子，并且不是要限制本发明的技术范围。以下将参照附图结合示例性实施例详细描述用于实施本发明的方式。 
参照图1和图2，将描述根据第一示例性实施例的开关电源装置。与图7中描述的配置的部分类似或对应的部分将由相同的附图标记表示，并且，将省略它们的描述。以下将详细描述与图7的配置例子的不同。 
图2是示出根据第一示例性实施例的振荡控制电路6的内部配置的框图。开关电源装置的振荡控制电路6由专用集成电路(IC)构成。振荡控制电路6包含PWM控制电路22、激活和停止控制电路19、接 通/断开控制电路20和AND电路21。激活和停止控制电路19与电源端子36连接。 
反馈信号(来自后面将描述的光电耦合器13的信号)从变压器9的次级侧经过反馈端子33被输入到PWM控制电路22。基于反馈信号，PWM控制电路22确定要供给到开关元件5的驱动信号的接通(ON)占空。如这里采用的那样，接通占空指的是接通开关元件5的时间。在本示例性实施例中，作为开关元件5，应用MOSFET。PWM控制电路22与振荡控制电路6的输出端子37连接。输出端子37与开关元件5的栅极端子连接。 
与电源端子36连接的激活和停止控制电路19控制开关电源装置的激活和停止。在第一示例性实施例中使用的IC具有比图8的常规例子中小的在激活开始电压和操作停止电压之间设定的滞后宽度。特别地，在本示例性实施例中，当在激活开关电源装置时电源端子36上的电压V1超过12V的激活开始电压时，激活和停止控制电路19接通PWM控制电路22。在开关电源的激活之后，当电源端子36上的电压V1降低为低于10V的操作停止电压时，激活和停止控制电路19断开PWM控制电路22。换句话说，虽然在图8的常规例子中的滞后宽度为10V，但是，在本例子中应用的IC具有小至2V的滞后宽度。 
当振荡控制电路6的接通/断开端子35上的电压(称为V2)高于或等于2V时，接通/断开控制电路20接通PWM控制电路22。AND电路21对接通/断开控制电路20的输出以及激活和停止控制电路19的输出进行AND，并且将所得结果输入到PWM控制电路22。换句话说，PWM控制电路22被配置为当接通/断开控制电路20以及激活和停止控制电路19均被接通时操作。端子34是接地端子。 
图1是根据第一示例性实施例的开关电源装置的电路图。与图7类似，开关电源包含变压器9，该变压器9具有初级绕组9a、次级绕组9b和辅助绕组9c。与图7的常规例子相比，存在添加的电阻器16和17以及电容器18。电阻器16和17将初级平滑电容器3的输出电压分压，并且将所得结果输入到振荡控制电路6的接通/断开端子35。 如图所示，添加的电路被连接在变压器9的初级绕组9a的电压输入侧和辅助绕组9c的接地侧之间。该电路是本示例性实施例的特征，用作用于控制振荡控制电路6的激活定时的激活控制单元。 
图3是示出根据第一示例性实施例的开关电源装置的激活时的电源端子36和接通/断开端子35的电压波形的示图。从商用AC电源1供给AC电压。初级侧整流电路的输出经过起动电阻器4对电容器8充电。对于电容器8的充电增加输入到振荡控制电路6的电源端子36的电压V1。在第一示例性实施例的电路中，还经过电阻器16以电压V1对电容器18充电，使得输入到接通/断开端子35的电压V2增加。 
在输入到接通/断开端子35的电压V2达到2V的接通/断开阈值电压之前，输入到电源端子36的电压V1达到振荡控制电路6的激活开始电压(在本实施例中，为12V)。开关电源装置由此还没有被激活。当V2超过2V的接通/断开阈值电压时，振荡控制电路6操作以开始开关元件5的开关操作(图3中的时间段1)。在开关操作期间，振荡控制电路6消耗比从起动电阻器4供给的电流大的电流。这降低电源端子36上的电压V1(图3中的时间段2)。伴随开关的开始，在变压器9的辅助绕组9c中出现电压。经过辅助侧整流电路向振荡控制电路6的电源端子36供给电压，使得电压V1的值重新上升(图3中的时间段3)。 
如果来自商用AC电源1的AC电压的值低，那么跨初级平滑电容器3的电压降低。被电阻器16和17分压的电压V2下降为低于2V的接通/断开阈值电压。作为结果，在输入的AC电压低时可以防止振荡控制电路6操作。这可防止开关元件5在低输入电压之下被驱动、加热和破坏。在第一示例性实施例中，电阻器16被设为720kΩ，并且，电阻器17被设为36kΩ。这种设定防止开关操作开始，直到跨初级平滑电容器3的电压达到或超过42V为止。 
如上所述，根据本示例性实施例，除非输入到接通/断开端子35的电压V2超过阈值电压，否则，即使当输入到振荡控制电路(IC)6的电源端子36的电压V1比激活开始电压高时，开关操作也停止。换 句话说，通过输入到接通/断开端子35的电压V2控制激活定时。由此，即使使用的振荡控制电路6在激活开始电压和操作停止电压之间具有小的滞后宽度，开关电源装置也可被稳定地激活。 
用于在激活时停止开关操作的电路包含接通/断开端子35和电阻器16，接通/断开端子35和电阻器16也被用于构成用于当商用AC电源1的电压低时停止开关操作的电路。这可以以低廉的电路配置防止开关元件5的损坏。 
下面，将描述根据第二示例性实施例的开关电源装置。在第二示例性实施例中，添加恒定电压电路，使得当激活开关电源装置时振荡控制电路6的电源端子36的电压将不达到或超过预定值。还有添加的在激活开关电源装置时使接通/断开端子35的电压放电的电路。第二示例性实施例的主要部分具有与第一示例性实施例相同的电路配置。因此将省略它们的描述。 
图4是示出根据第二示例性实施例的电路配置的示图。CPU 27被布置在开关电源23外面。CPU 27控制对于开关电源23的电压供给及其操作。电源电路26向CPU 27供给电力。继电器24接通/断开从商用AC电源1供给到开关电源23的AC电压。继电器24通过继电器驱动电路35被接通/断开。通过将CPU 27的输入/输出(I/O)端口(以下，称为P1)设为高电平，接通继电器24。通过将I/O端口(P1)设为低电平，断开继电器24。光电耦合器31经过电阻器38与振荡控制电路6的接通/断开端子35连接。通过来自CPU 27的控制信号控制光电耦合器31的次级侧。当CPU 27的I/O端口(以下，称为P2)处于高电平时，晶体管28导通，以使电流经过电阻器29流过光电耦合器31的发光二极管。作为结果，光电耦合器31的光电晶体管导通，由此，电容器18可被放电到约0V。图5是示出当CPU 27激活开关电源23时的控制的流程图。CPU 27开始控制。在步骤1中，CPU 27对于预定的时间将P2设为高电平，由此将接通/断开端子35的电压放电。在步骤2中，CPU 27将P2设为低电平。在步骤3中，CPU 27将P1设为高电平，由此接通继电器24，以激活开关电源。 
通过这种控制，即使开关电源23在短时间内被断开和接通，也可以防止开关电源装置被留在电容器18中的电压激活。这使得能够总是在电源端子36处于足够高的电压的状态下进行开关电源装置的稳定的激活。 
第二示例性实施例还包含与电源端子36连接的齐纳二极管32。图6A和图6B是示出根据第二示例性实施例的开关电源装置的激活时的电源端子36和接通/断开端子35的电压波形的示图。图6A示出接通/断开阈值电压为1.5V的情况。图6B示出接通/断开阈值电压为2.5V的情况。例如，假定起动电阻器4为70kΩ、电容器8为47μF、电阻器16为720kΩ、电阻器17为36kΩ、电容器18为47μF、并且商用AC电源1具有100V的有效电压。在没有齐纳二极管32的情况下，电压V1表示以下的值：在接通/断开阈值电压为1.5V的情况下：V1＝16.5V，并且，在接通/断开阈值电压为1.2V的情况下：V1＝28.8V。这里采用的齐纳二极管32应将电压V1限于25V。接通/断开阈值电压可在振荡控制电路之间改变。尽管有这些变化，但是齐纳二极管32的应用可防止在激活开关电源装置时电源端子36上的电压V1超过最大额定电压。 
如上所述，根据本示例性实施例，恒定电压电路被添加到振荡控制电路6的电源端子36。这可防止由于接通/断开阈值电压的变化而使得在激活时供给到电源端子36的电压V1达到或超过最大额定电压。在激活开关电源装置时使附接到接通/断开端子35的电容器18放电的配置可防止开关电源装置的激活失败。 
将描述开关电源装置的应用例子。在第一和第二示例性实施例中描述的电流共振型开关电源装置可被应用于诸如激光束打印机、复印机和传真机的图像形成装置的低电压电源。以下将给出应用例子。开关电源装置被应用于电源装置以用于向用作图像形成装置的控制单元的控制器和用作传输片材的传输辊的驱动单元的电动机供给电力。 
图10A示出作为图像形成装置的例子的激光束打印机的示意性配置。激光束打印机200包含图像形成单元211。图像形成单元211包 含感光鼓213和显影单元212。感光鼓213是上面形成潜像的图像承载部件。显影单元212利用调色剂将在感光鼓213上形成的潜像显影。在感光鼓213上显影的调色剂图像被转印到从盒子216馈送的作为记录介质的片材(未示出)。定影装置214将转印到片材的调色剂图像定影，并且将片材排出到托盘215。图10B示出图像形成装置200的从开关电源装置到用作控制单元的控制器300以及用作驱动单元的电动机312和312的电力供给线。以上描述的电流共振型开关电源装置可被应用于用于向控制器300以及电动机312和312供给电力的低电压电源。控制器300包含控制图像形成操作的CPU 310。电动机312和313用作用于图像形成的驱动单元。3.3V的电力被供给到控制器300。24V的电力被供给到电动机312和313。电动机312的例子是用以驱动用于传输片材的传输辊的电动机。电动机313的例子是用以驱动定影装置214的电动机。在应用于诸如激光束打印机的图像形成装置的情况下，开关电源可由低成本IC或模拟控制电路构成以降低装置的总成本。以上的电流共振型开关电源装置的应用使得能够应用包含具有小的滞后宽度的低廉的IC或控制电路的开关电源装置。即使来自商用AC电源的输入电压降低，也可避免电源装置的激活失败。在第一和第二示例性实施例中描述的电流共振型电源装置不限于应用于以上讨论的图像形成装置，并且，可被应用于其它电子装置的低电压电源。 
虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的变更方式以及等同的结构和功能。 

Claims (8)

1.一种开关电源装置，包括：
变压器，被配置为包含初级绕组、次级绕组和辅助绕组；
开关单元，被配置为开关流过变压器的初级绕组的电流；
控制单元，被配置为控制开关单元的开关操作；
起动电阻器，连接在初级绕组的电压输入侧和控制单元的电源端子之间；
电压供给单元，被配置为整流和平滑从辅助绕组输出的电压并将所得结果供给到电源端子；和
激活控制单元，被配置为通过向控制单元的接通/断开端子输入电压来控制控制单元的激活定时，所述激活控制单元被连接在初级绕组的电压输入侧和辅助绕组的接地侧之间。
2.根据权利要求1的开关电源装置，还包括限制单元，所述限制单元被配置为限制通过起动电阻器输入到控制单元的电压。
3.根据权利要求1的开关电源装置，还包括放电单元，所述放电单元被配置为在激活开关电源装置时将控制单元的接通/断开端子上的电压放电。
4.根据权利要求3的开关电源装置，其中，放电单元根据来自外面的控制信号将控制单元的接通/断开端子上的电压放电。
5.一种包括被配置为在图像承载部件上形成图像的图像形成单元的图像形成装置，该图像形成装置包括：
控制单元，被配置为控制图像形成单元的图像形成操作；和
开关电源装置，被配置为向控制单元供给电力，
其中，所述开关电源装置包括：
变压器，被配置为包含初级绕组、次级绕组和辅助绕组；
开关单元，被配置为开关流过变压器的初级绕组的电流；
开关控制单元，被配置为控制开关单元的开关操作；
起动电阻器，连接在初级绕组的电压输入侧和开关控制单元的电源端子之间；
电压供给单元，被配置为整流和平滑从辅助绕组输出的电压并将所得结果供给到电源端子；和
激活控制单元，被配置为通过向开关控制单元的接通/断开端子输入电压来控制开关控制单元的激活定时，所述激活控制单元被连接在初级绕组的电压输入侧和辅助绕组的接地侧之间。
6.根据权利要求5的图像形成装置，还包括限制单元，所述限制单元被配置为限制通过起动电阻器输入到开关控制单元的电压。
7.根据权利要求5的图像形成装置，还包括放电单元，所述放电单元被配置为在激活开关电源装置时将开关控制单元的接通/断开端子上的电压放电。
8.根据权利要求7的图像形成装置，其中，放电单元根据来自外面的控制信号将开关控制单元的接通/断开端子上的电压放电。
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