CN1832314A - 模拟控制专用集成电路设备及用于控制高电压电源的方法 - Google Patents

模拟控制专用集成电路设备及用于控制高电压电源的方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于成像设备中的高电压电源(HVPS)的模拟控制专用集成电路(ASIC)设备、以及用于控制HVPS的方法。该HVPS包括：变压器，将交流信号变换成高电压信号；以及倍压器，为该HVPS输出直流高电压。该ASIC包括被配置为单芯片ASIC的模拟控制电路，其使用开关组件将预定的直流电平信号转换成高频开关信号，并且将转换后的高频开关信号输出到变压器的初级绕组。如果从倍压器输出的高电压输出信号不被反馈，则开关组件对所接收的栅极驱动器的驱动信号进行高频转换，并且将该高频转换信号输出到变压器。

Description

模拟控制专用集成电路设备及用于 控制高电压电源的方法
技术领域
本发明涉及一种成像设备的高电压电源(HVPS)、以及用于控制HVPS的方法。更具体地说，本发明涉及一种用于成像设备中的HVPS的模拟控制专用集成电路(ASIC)设备。
背景技术
图1是用于一输出的高电压电源(HVPS)的控制方框图。用于一输出的HVPS包括脉宽调制(PWM)输入单元100、低通滤波器(LPF)110、电压控制器120、振荡器130、变压器(transformer)140、倍压器150、以及反馈单元160。图2是图1的电路图的例图。
PWM输入单元100接收数千赫兹的PWM输入信号，并且根据PWM输入信号的占空比而确定输出电压电平。LPF 110使用RC两级滤波器将PWM输入信号转换成直流信号，并且使用转换后的直流信号作为用于控制输出电压的参考信号。电压控制器120用作差动电路和控制器，其中基于从LPF 110输出的输出电压参考信号和电压检测器(voltage sensor)信号而放大误差信号，以检测实际的反馈输出电压。振荡器130基于电压控制器120的输出而通过控制晶体管的基极电流的大小来改变晶体管的发射极和集电极之间的电压。当振荡器130中的晶体管的发射极和集电极之间的电压发生改变时，串联到振荡器130的变压器140的初级绕组的电压发生改变。因而，由于高匝数比而感应输出电压。倍压器150使用包括二极管整流器和电容器的倍压电路，从变压器140的次级电压生成最终的直流高电压。反馈单元160是检测最终的直流高电压、通过电阻器分配输出电压并且防止施加异常电压的保护电路。
如上所述，构造变压器140的初级侧中的模拟控制单元必须装配很多组件。也就是，模拟控制单元如图2所示由电阻器、电容器、晶体管、集成电路(IC)和二极管构成。图3是传统的HVPS的模拟控制单元的示例。由于存在很多组件，因此装配过程中的工序数和工作时间增多，并且必须准备印刷电路板(PCB)空间。另外，输出电压可能由于组件之间的特性偏差而发生失真，并且单元组件可能由于外界原因而使得出故障。
从而，需要一种改进的、其中减少了组件的成像设备中的高电压电源。
发明内容
本发明的实施例的一方面是解决至少上述问题和/或缺点，并且提供至少下述优点。从而，本发明的实施例的一方面是提供一种用于成像设备中的高电压电源(HVPS)的模拟控制专用集成电路(ASIC)设备、以及用于控制HVPS的方法，其通过将HVPS的变压器的初级侧中的控制单元配置为单芯片模拟ASIC，有助于空间利用、装配过程简化、以及通过批量生产的成本降低。
根据本发明的示例性实施例的一方面，提供了一种用于成像设备中的高电压电源(HVPS)的模拟控制专用集成电路(ASIC)设备。该成像设备中的HVPS包括：变压器，用于将具有预定频率的交流信号变换成高电压信号；以及倍压器，通过对变压器的次级高电压信号进行整流和倍压，为成像设备中的HVPS输出直流高电压。该模拟控制ASIC设备包括被配置为单芯片ASIC的模拟控制电路，其使用开关组件将预定的直流电平信号转换成高频开关信号，并且将转换后的高频开关信号输出到变压器的初级绕组。
如果从倍压器输出的高电压输出信号不被反馈，则模拟控制电路可以包括：电压控制器，放大直流电平信号；脉宽调制(PWM)调制器，使用预定载波信号对从电压控制器输出的信号进行PWM调制；栅极驱动器，驱动由PWM调制器调制的信号作为输入开关组件的栅极的信号；以及开关组件，通过栅极接收栅极驱动器的驱动信号，对所接收的驱动信号进行高频转换，并且将该高频转换信号输出到变压器。这里，开关组件可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
模拟控制电路还可以包括低通滤波器(LPF)，其将具有预定占空比的PWM信号转换成直流信号，并且将转换后的直流信号输出到电压控制器，以便使用该直流信号作为用于控制高电压输出信号的参考信号。
模拟控制电路还可以包括反馈单元，其检测高电压输出信号，并且将所检测的高电压输出信号反馈到电压控制器，其中电压控制器可以放大通过差分输出电压参考信号和由反馈单元检测的倍压器的输出电压而获得的误差信号。由反馈单元检测的高电压输出信号可以是电压或电流。反馈单元可以包括：电压检测器，检测并滤波高电压输出信号；以及保护器和整流器，缓冲由电压检测器检测的信号，箝位该缓冲信号，并且将该箝位信号输出到电压控制器。
根据本发明的示例性实施例的另一方面，提供了一种用于成像设备中的高电压电源(HVPS)的模拟控制专用集成电路(ASIC)设备。该模拟控制ASIC设备包括两个或更多个上述用于成像设备中的HVPS的模拟控制设备，其被配置为单芯片ASIC。用于成像设备中的HVPS的模拟控制设备中的一些可以相互双重连接。
附图说明
根据下面结合附图的详细描述，本发明的特定示例性实施例的上述和其它目的、特征和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是用于一输出的HVPS的控制块图；
图2是图1的电路图的例图；
图3是传统的HVPS的模拟控制单元的示例；
图4是成像设备中的HVPS的方框图，其包括应用本发明的用于成像设备中的HVPS的模拟控制ASIC设备的示例性实施例；
图5是根据本发明示例性实施例的包括模拟控制单元的成像设备中的HVPS的电路图的例图；
图6是本发明实施例的示例性实现的方框图，其中作为四通道高电压输出模拟控制电路的单芯片HVPS ASIC在单芯片ASIC中包括四个用于成像设备中的HVPS的模拟控制设备；以及
图7是本发明的示例性实施例，其中HVPS模拟控制单元包括单芯片ASIC。
整个附图中相同的附图标记将被理解成是指相同的元件、特征和结构。
具体实施方式
为了帮助全面理解本发明的实施例，提供了在本描述中定义的内容如详细构造和元件。从而，本领域的普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了简明起见，省略了对公知功能和构造的描述。
现在将参照附图详细描述根据本发明示例性实施例的用于成像设备中的高电压电源(HVPS)的模拟控制专用集成电路(ASIC)设备。
图4是成像设备中的HVPS的方框图，其包括应用本发明的用于成像设备中的HVPS的模拟控制ASIC设备的示例性实施例。该HVPS包括模拟控制单元40、变压器450、以及倍压器460。
变压器450将具有预定频率的交流信号变换成高电压交流信号。倍压器460通过对变压器450的次级高电压交流信号进行整流和倍压，为成像设备中的HVPS输出直流高电压。
被配置为单芯片ASIC的模拟控制单元40使用开关组件将预定的直流电平信号转换成高频开关信号，并且将转换后的高频开关信号输出到变压器450的初级绕组。模拟控制单元40包括LPF 400、电压控制器410、PWM调制器420、栅极驱动器430、开关组件440、以及反馈单元470。
LPF 400将具有预定占空比的PWM信号转换成直流信号，并且将转换后的直流信号输出到电压控制器410，以便使用该直流信号作为用于控制高电压输出信号的参考信号。LPF 400可以被安装在模拟控制单元40之外，而无需包括在被配置为单芯片ASIC的模拟控制单元40中。
如果从倍压器460输出的高电压输出信号不被反馈，则电压控制器410放大LPF 400的直流电平信号。如果从倍压器460输出的高电压输出信号被反馈，则电压控制器410还放大通过差分LPF 400的输出电压参考信号和由反馈单元470检测的倍压器460的输出电压而获得的误差信号。PWM调制器420使用预定的载波信号调制从电压控制器410输出的信号。
栅极驱动器430驱动由PWM调制器420调制的信号作为输入开关组件440的栅极的信号。
开关组件440通过栅极接收栅极驱动器430的驱动信号，对所接收的驱动信号进行高频转换，并且将该高频转换信号输出到变压器450。在一示例性实施例中，开关组件440可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
反馈单元470检测高电压输出信号，并且将所检测的高电压输出信号反馈到电压控制器410。反馈单元470包括电压检测器474以及保护器和整流器472。由反馈单元470检测的高电压输出信号可以是电压或电流。电压检测器474检测和滤波倍压器460的高电压输出信号。保护器和整流器472缓冲由电压检测器474检测的信号，箝位该缓冲信号，并且将该箝位信号输出到电压控制器410。当执行开环控制时，可以不使用反馈单元470。
图5是根据本发明示例性实施例的包括模拟控制单元40的成像设备中的HVPS的电路图的例图。包括在图4的模拟控制单元40中的LPF 400、电压控制器410、PWM调制器420、栅极驱动器430、开关组件440、电压检测器474、以及保护器和整流器472分别对应于包括在图5的模拟控制单元50中的附图标记500、510、520、530、540、574和572。图4的变压器450和倍压器460分别对应于图5的附图标记550和560。
现在将参照图5示意性地描述模拟控制单元50的操作。当具有预定占空比的PWM信号被输入到LPF 500时，从LPF 500输出直流电平信号，并且该直流电平信号成为电压控制器510的参考输入信号。当检测从倍压器560输出的高电压输出信号并且将其反馈到电压控制器510时，电压控制器510放大通过差分该参考信号和反馈信号而获得的误差信号。将放大后的信号输入到具有预定载波输入信号的PWM调制器520，并且从PWM调制器520输出具有预定占空比的PWM信号。将PWM信号输入到栅极驱动器530，并且由栅极驱动器530驱动作为开关组件540的栅极信号。输入到开关组件540的栅极的信号由开关组件540转换，并且输入到变压器550的初级线圈。变压器550将感应到初级线圈的信号变换成次级交流高电压。次级交流高电压由包括二极管整流器和电容器的倍压器560进行倍压，然后，生成直流高电压。
可以将两个或更多个上述用于成像设备中的HVPS的模拟控制设备配置为单芯片ASIC。图6是单芯片HVPS ASIC 600的方框图，其中单芯片HVPSASIC 600是通过将四个用于成像设备中的HVPS的模拟控制设备集成到单芯片ASIC中而实施的四通道高电压输出模拟控制电路。用于成像设备中的HVPS的某些模拟控制设备可以相互双重连接。图7是被实施为单芯片ASIC的HVPS模拟控制单元的示例性实施例。
如上所述，在根据本发明示例性实施例的用于成像设备中的HVPS的模拟控制ASIC设备中，通过将高电压变压器的初级侧中的控制单元配置为单芯片模拟ASIC而不是包括多个组件的装配件，空间利用、装配过程简化、以及通过批量生产的成本降低是可能的。也就是，通过将形成模拟控制单元的RC滤波器、电压控制器、驱动器和晶体管配置为单芯片ASIC，可以减少组件数。由于使用传统的主CPU中的每个通道的PWM信号输入作为PWM信号输入，因此向传统方法的移植是极佳的。从而，通过将由传统的模拟控制器组成的控制单元配置为单芯片ASIC，可以大幅度地减小体积。
另外，由于使用批量生产的ASIC芯片，因此通过节省在传统的模拟控制器中控制每个时间常量所需的时间，可以提高批量生产效率。
此外，可以将模拟控制ASIC设备应用于使用直流高电压的单激光束打印机(LBP)和TANDEM彩色LBP，从而导致空间利用和成本降低。
而且，不同于仅配置逻辑控制单元的一部分的传统混合式集成电路方法，由于根据本发明示例性实施例的模拟控制ASIC设备还可以包括诸如FET的开关组件，因此该模拟控制ASIC设备保持模拟ASIC的特性，并且具有根据各种应用方法的扩展性。
尽管本发明是参照其特定示例性实施例来示出和描述的，但本领域的技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种修改。
对相关专利申请的交叉引用
本申请要求2005年2月2日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2005-0009733在35U.S.C.§119(a)下的权利和利益，在此将其全文引作参考。

Claims (16)

1.一种用于成像设备中的高电压电源(HVPS)的模拟控制专用集成电路(ASIC)设备，其中该成像设备中的HVPS包括：变压器，用于将具有预定频率的交流信号变换成高电压信号；以及倍压器，通过对变压器的次级高电压信号进行整流和倍压，为成像设备中的HVPS输出直流高电压，该模拟控制ASIC设备包括：
被配置为单芯片ASIC的模拟控制电路，用于使用开关组件将直流电平信号转换成高频开关信号，并且将转换后的高频开关信号输出到变压器的初级绕组。
2.如权利要求1所述的模拟控制ASIC设备，其中模拟控制电路包括：
电压控制器，用于放大直流电平信号；
脉宽调制(PWM)调制器，用于使用载波信号调制从电压控制器输出的信号；以及
栅极驱动器，用于驱动由PWM调制器调制的信号作为输入到开关组件的栅极的信号，
其中开关组件通过栅极接收栅极驱动器的驱动信号，对所接收的驱动信号进行高频转换，并且将经过高频转换的信号输出到变压器。
3.如权利要求2所述的模拟控制ASIC设备，其中开关组件包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
4.如权利要求2所述的模拟控制ASIC设备，还包括：
低通滤波器(LPF)，用于将具有占空比的PWM信号转换成直流信号，并且将转换后的直流信号输出到电压控制器，其中该直流信号包括用于控制高电压输出信号的参考信号。
5.如权利要求2所述的模拟控制ASIC设备，还包括：
反馈单元，用于检测高电压输出信号，并且将所检测的高电压输出信号反馈到电压控制器，
其中电压控制器放大通过差分输出电压参考信号和由反馈单元检测的倍压器的输出电压而获得的误差信号。
6.如权利要求5所述的模拟控制ASIC设备，其中由反馈单元检测的高电压输出信号包括电压或电流。
7.如权利要求5所述的模拟控制ASIC设备，其中反馈单元包括：
电压检测器，用于检测并滤波高电压输出信号；以及
保护器-整流器，用于缓冲由电压检测器检测的信号，箝位该缓冲信号，并且将该箝位信号输出到电压控制器。
8.一种用于成像设备中的高电压电源(HVPS)的模拟控制专用集成电路(ASIC)设备，该模拟控制ASIC设备包括：
至少两个用于成像设备中的HVPS的、如权利要求1所述的模拟控制ASIC设备，其被配置为单芯片ASIC。
9.如权利要求8所述的模拟控制ASIC设备，其中用于成像设备中的HVPS的模拟控制设备中的至少两个相互双重连接。
10.如权利要求3所述的模拟控制ASIC设备，还包括：
反馈单元，用于检测高电压输出信号，并且将所检测的高电压输出信号反馈到电压控制器，
其中电压控制器放大通过差分输出电压参考信号和由反馈单元检测的倍压器的输出电压而获得的误差信号。
11.一种控制用于模拟控制专用集成电路(ASIC)的高电压电源(HVPS)的方法，该方法包括：
将具有预定频率的交流信号变换成高电压信号；
通过对变压器的次级高电压信号进行整流和倍压，输出用于成像设备中的HVPS的直流高电压；以及
将模拟控制电路配置为单芯片ASIC，以便使用开关组件将预定的直流电平信号转换成高频开关信号，并且将转换后的高频信号输出到变压器的初级绕组。
12.如权利要求11所述的方法，还包括：
放大直流电平信号；
使用载波信号对放大后的信号输出进行脉宽调制；以及
对由开关组件接收的驱动信号进行高频转换，并且将该高频转换信号输出到变压器。
13.如权利要求12所述的方法，还包括：
将具有占空比的调制信号转换成直流信号，并且将转换后的直流信号输出到电压控制器，其中该直流信号包括用于控制高电压输出信号的参考信号。
14.如权利要求12所述的方法，还包括：
检测高电压输出信号，并且将所检测的高电压输出信号反馈到电压控制器，
其中电压控制器放大通过差分输出电压参考信号和由反馈单元检测的倍压器的输出电压而获得的误差信号。
15.如权利要求14所述的方法，其中由反馈单元检测的高电压输出信号包括电压或电流。
16.如权利要求14所述的方法，还包括：
检测并滤波高电压输出信号；以及
缓冲由电压检测器检测的信号，箝位该缓冲信号，并且将该箝位信号输出到电压控制器。
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