KR101260315B1 - 전원변환장치 및 이를 갖는 화상형성장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전원변환장치에 관한 것으로서, 1차 직류전압을 2차 직류전압으로 변환하는 변환부와, 상기 변환부에 공급되는 1차 직류전압을 단속하는 스위칭부와, 2차 직류전압의 목표레벨에 기초하고 상기 변환부 및 상기 스위칭부 중 어느 하나에 대해 주어진 소정의 교정팩터를 반영하여 결정된 펄스폭을 갖는 스위칭펄스를 생성하여 상기 스위칭부에 제공하는 제어부를 포함한다. 이에 의하여, 부품 편차 등에 의해 발생하는 오차를 자동으로 교정할 수 있다.
전원변환장치, DC/DC컨버터, 구동부, 스위칭부, 변환부, 비휘발성저장부

Description

전원변환장치 및 이를 갖는 화상형성장치{VOLTAGE CONVERTER AND IMAGE FORMING APPARATUS HAVING THE SAME}
도 1은 종래의 전압변환장치의 구성을 도시한 회로도이고,
도 2는 본 발명에 따른 전압변환장치의 구성을 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 전압변환장치를 갖는 화상형성장치를 도시한 도면이 다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
210 : 인터페이스부 220 : 제어부
230 : 구동부 240 : 스위칭부
250 : 변환부 270 : 비휘발성저장부
272 : OAM부 280 : 궤환부
290 : 부하
본 발명은 전원변환장치 및 이를 갖는 화상형성장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 부품 편차 등에 의해 발생하는 오차를 교정할 수 있는 전원변환장치 및 이를 갖는 화상형성장치에 관한 것이다.
전압변환장치는 소정의 1차 직류전압을 입력받아 승압 또는 감압된 소정의 2차 전압을 출력한다. 전원변환장치의 출력전압을 약 5% 이내의 변동범위로 제한하고자 하는 경우에는 일반적으로 폐루프 제어를 적용하여 실현한다.
그러나 특수한 목적의 전원변환장치의 경우에는 보다 고품질의 출력전압을 요구하기 때문에, 도 1에 도시된 바와 같이, 전압조정자가 아날로그 제어기를 이용하여 오프셋이나 피드백 이득을 하나씩 조정하여야 한다.
즉, 전압변환장치는 소정의 1차 직류전압을 입력받아 승압 또는 감압된 소정의 2차 전압을 출력하기 위해, 일반적으로 구동부(110), 스위칭소자(120) 및 변환부(120)를 갖는다. 그러나 상술한 구성들의 각 부품의 편차 등으로 인한 오차를 교정하기 위해, 구동부(110)에는 가변할 수 있는 입력저항 Rb(114), 피드백 저항 Rf(116) 및 기준전압 Vr(118)를 갖는다. 따라서 전압조정자는 표준계측기(150)의 측정값 또는 신호를 확인하면서 이들 입력저항 Rb(114), 피드백 저항 Rf(116) 및 기준전압 Vr(118)를 각각 가변하여 출력전압이 목표전압에 근사하도록 교정하는 과정이 필요하다.
그러나 전원변동장치에 사용되는 부품 편차 등을 고려하여, 생산자가 인위적으로 오프셋이나 피드백 이득을 제어하기 위해 가변저항 등을 조정하는 것은 많은 노력과 시간이 요구되며, 또한 생산자에 의한 조정의 편차에서 자유로울 수 없다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 부품 편차 등에 의해 발 생하는 오차를 디지털적으로 교정할 수 있는 전원변환장치 및 이를 갖는 화상형성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전원변환장치에 있어서, 1차 직류전압을 2차 직류전압으로 변환하는 변환부와, 상기 변환부에 공급되는 1차 직류전압을 단속하는 스위칭부와, 2차 직류전압의 목표레벨에 기초하고 상기 변환부 및 상기 스위칭부 중 어느 하나에 대해 주어진 소정의 교정팩터를 반영하여 결정된 펄스폭을 갖는 스위칭펄스를 생성하여 상기 스위칭부에 제공하는 제어부를 제공한다.
상기 제어부의 소정의 교정팩터는 1차 및 2차 직류전압의 측정변환비에 기초하여 산출된 상기 스위칭펄스의 교정 펄스폭의 값인 것이 바람직하다.
상기 비휘발성저장부는 퓨즈 및 플래시 메모리 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 전압변환장치의 구성이 도 2에 도시되어 있다.
전압변환장치는 소정의 1차 직류전압을 입력받아 승압 또는 감압된 소정의 2차 전압을 출력하기 위해, 기본적인 구성들인 구동부(230), 스위칭부(240) 및 변환부(250)를 갖는다.
구동부(230)는 스위칭소자 TR(242)의 게이트에 스위칭펄스를 공급하기 위한 구성으로, 제어부(220)에서 제공되는 소정값에 기초하여 스위칭소자 TR(242)의 게 이트에 온/오프 듀티비를 갖는 스위칭펄스를 공급한다.
스위칭부(240)는 변환부(250)의 1차측에 공급되는 1차 직류전압을 단속하는 스위칭소자(242)와 서지전압으로부터 스위칭소자(242)를 보호하기 위한 캐패시터 C2(244)를 갖는다.
변환부는 1차 직류전압을 2차 직류전압으로 변환하기 위해, 변압기 T1(252), 다이오드 D1(254) 및 캐패시터 C1(256)로 구성되어 있다. 변환부(250)의 변압기 T1(252)의 1차측 일단에는 소정의 직류전압 VA가 입력되고, 변압기 T1(252)의 1차측 타단은 스위칭소자 TR(242)가 접속되어 있다.
스위칭소자 TR(242)의 게이트에는 구동부(230)로부터 온/오프 듀티비를 갖는 스위칭펄스가 입력되므로, 스위칭소자 TR(242)는 이 스위칭펄스에 따라 스위칭 동작을 행한다. 스위칭소자 TR(242)의 스위칭 동작에 의해 변압기 T1(252)의 1차측에 공급되는 소정의 직류전압 VA가 단속되고, 변압기 T1(252)의 2차측에는 소정의 출력전압 VB가 출력한다. 소정의 출력전압 VB는 다이오드 D1(254)과 콘덴서 C1(256)에서 정류되어 부하(290)에서 필요한 2차 직류전압 VC를 생성한다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명에서는 전원변환장치의 일부 구성들이 특정용도집적회로(ASIC)로 집적화되어 있다. 즉, 구동부(230), 스위칭부(240), 비휘발성저장부(270), OAM부(272) 및 궤환부(280)가 ASIC(20)화 되어 있다. 따라서 본 발명에서는 컨트롤러(200)와 통신하기 위한 인터페이스부(210)를 포함한다. 이 인터페이스부(210)는 컨트롤러(200)로부터 수신된 정보를 정해진 프로토콜에 맞춰 해석하고 커맨드와 데이터로 분류하며, 정해진 프로토콜에 따라 커맨드를 동작시키고 데이터를 적용한다.
상술한 전원변환장치의 기본적인 구성들인 구동부(230), 스위칭부(240) 및 변환부(250)와 관련하여 이들을 조절하기 위한 구성으로, 전원변환장치는 궤환부(280), 비휘발성저장부(270), OAM부(272) 및 제어부(220)를 포함한다.
궤환부(280)는 제어부(220)에서 출력되는 소정값에 의한 2차 직류전압과 입력전압의 변동 등에 의해 출력된 2차 직류전압 VC와의 차를 보정하기 위해, 출력된 2차 직류전압 VC를 검출저항 R1(258) 및 R2(260)를 이용하여 검출하고 피드백시킨다. 즉, 출력된 2차 직류전압 VC 노드에 검출저항 R1(258) 및 R2(260)가 접속됨과 동시에 각 검출저항의 저항값에 따라 강압된 검출전압이 출력된다. 이 검출전압은 궤환부(280)의 샘플홀드회로(282)에 입력되고, 샘플홀드회로(282)에서는 소정기간 동안 검출전압을 홀드한다. 이 홀드된 검출전압을 A/D변환기(284)에 의해 디지털 데이터로 변환하고, 이 디지털 데이터를 레지스터(286)에 저장한다.
OAM 관리부(272)는 ASIC(20)의 동작 및 관리를 수행하는 것으로, 주로 비정상적인 환경에 대한 보호기의 동작정보, 상태정보 및 관리정보가 저장되어 있다. 이 OAM 관리부(272)는 레지스터로 구성할 수 있다.
비휘발성저장부(270)는 1차 직류전압, 1차 직류전류, 2차 직류전압 및 2차 직류전류 등에 대한 교정정보가 저장되어 있다. 즉, 변환부, 스위칭부 및 구동부에서 부품의 편차 등으로 발생하는 편차를 교정하는 디지털 교정팩터를 저장한다. 이 디지털 교정팩터를 저장하기 위해, 비휘발성저장부(270)는 퓨즈 또는 플래쉬 메모리로 구성되는 것이 바람직하다.
제어부(220)는 인터페이스부(210)를 통하여 입력된 목표값, 비휘발성저장부(270)에 저장된 교정팩터, 및 궤환부(280)의 레지스터(286)에 저장된 디지털 데이터를 조합하여 목표로 하는 2차 직류전압의 레벨에 대응한 펄스폭을 갖는 스위칭펄스를 생성하며, OAM 관리부(272)의 정보를 이용하여 ASIC(20)를 보호하도록 제어한다.
전원변환장치의 구동부(230), 스위칭부(240) 및 변환부(250)에서 각 부품의 편차 등으로 인하여 발생하는 오차를 교정하기 위해, 표준계측기(262)와 교정장치(264)가 도시되어 있다.
상술한 구성을 이용하여 플래시 메모리로 구성된 비휘발성저장부(270)에 디지털 교정팩터를 저장하는 방법을 살펴본다.
구동부(230), 스위칭부(240) 및 변환부(250)의 각 부품의 편차로 인하여 발생하는 오차를 제거하기 위해, 1차 직류전압단자에 표준전원장치(미도시됨)를 이용하여 정격전압을 공급하고, 2차 직류전압단자에 출력된 전압을 표준계측기(262)를 이용하여 측정한다. 그리고 ASIC(20)의 제어부(220)는 구동부(230)로 출력하는 소정값을 환산하여 2차 직류전압을 산출하고, 이 산출된 2차 직류전압에 대한 디지털 데이터를 구한다. 교정장치(264)는 표준계측기(262)로부터 전달된 측정데이터와 인터페이스부(210)를 통하여 입력된 ASIC(20)의 산출된 2차 직류전압에 관한 디지털 데이터를 이용하여 교정팩터를 산출한다. 교정장치(264)는 산출된 교정팩터를 ASIC(20)의 인터페이스부(201)로 전송하고, ASIC(20)의 제어부(220)는 이 교정팩터를 플래시 메모리로 구성된 비휘발성저장부(270)에 저장한다.
그리고 상술한 방법으로, 1차 직류전압의 최소 또는 최대전압에 대한 2차 직류전압의 변동을 측정하여 교정팩터들을 산출하고, 이 교정팩터를 비휘발성저장부(270)에 저장할 수 있다.
본 발명은 상술한 구동부(230), 스위칭부(240) 및 변환부(250)의 각 부품의 편차로 인하여 발생하는 오차를 제거하기 위한 교정팩터들을 산출하는 것뿐만 아니라 ASIC(20)의 다른 구성들에 의해 발생하는 오차도 교정할 수 있다. 예를 들면, ASIC(20)에 공급되는 구동전압은 ASIC(20) 내부의 부품 편차 등으로 이 구동전압을 동일하게 검출할 수 없다. 이러한 구동전압에 관한 오프셋 교정정보를 구하여 플래시 메모리에 저장하기 위해, 표준전원장치(미도시됨)를 이용하여 구동전압에 대한 동작전압으로 최소, 표준 및 최대의 전압을 인가하고, ASIC(20)의 내부 A/D컨버터(미도시됨) 등을 통하여 각 동작전압에 대한 디지털 데이터를 구한다. 교정장치(264)는 표준전원장치(미도시됨)로부터 전달된 동작전압과 ASIC(20)의 인터페이스부(210)를 통하여 입력된 ASIC(20)의 디지털 데이터를 이용하여 교정팩터를 산출한다. 교정장치(264)는 산출된 교정팩터를 인터페이스부(201)를 통하여 전송하고, 제ASIC(20)의 제어부(220)는 이 교정팩터를 비휘발성저장부(270)인 플래시 메모리에 저장한다.
한편 비휘발성저장부(270)가 퓨즈로 구성된 경우에는 상술한 교정팩터들을 저장하기 위해 교정장치(264)에서 교정팩터에 따라 퓨즈를 절단한다.
도 3은 본 발명에 따른 전압변환장치를 갖는 화상형성장치를 도시한 도면이 다.
화상형성장치에 있어서는 인쇄매체에 화상을 형성하기 위해 대전로울러(332), 현상로울러(334) 및 전사로울러(336)의 각각에 고전압이 요구된다. 따라서 화상형성장치는 컨트롤러(310)로부터 전원변환장치(320)로 입력되는 제어신호에 대응되는 각 소정의 직류전압을 전원변환장치의 부하(330)에 해당하는 대전로울러(332), 현상로울러(334) 전사로울러(336)에 각각 인가한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 부품 편차 등에 의해 발생하는 오차를 디지털적으로 교정할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 피드백 제어만으로 불가능한 디바이스 오차를 자동적으로 보정하여 고품질의 출력전압을 얻을 수 있다.

Claims (4)

  1. 전원변환장치에 있어서,
    1차 직류전압을 2차 직류전압으로 변환하는 변환부와;
    상기 변환부에 공급되는 1차 직류전압을 단속하는 스위칭부와;
    2차 직류전압의 목표레벨에 기초하고 상기 변환부 및 상기 스위칭부 중 어느 하나에 대해 주어진 소정의 교정팩터를 반영하여 결정된 펄스폭을 갖는 스위칭펄스를 생성하여 상기 스위칭부에 제공하는 제어부를 포함하며,
    상기 스위칭펄스는 상기 소정의 교정팩터에 상기 변환부로부터 변환된 2차 직류전압을 검출하여 변환된 디지털 데이터를 더 반영하여 생성되는 것을 특징으로 하는 전원변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부의 소정의 교정팩터는 1차 및 2차 직류전압의 측정변환비에 기초하여 산출된 상기 스위칭펄스의 교정 펄스폭의 값인 것을 특징으로 하는 전원변환장치.
  3. 제1항에 있어서,
    비휘발성저장부는 상기 소정의 교정팩터를 저장하며,
    상기 비휘발성저장부는 퓨즈 및 플래쉬 메모리 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원변환장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 전원변환장치를 갖는 화상형성장치.
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IEEE 논문(제목: Concurrent and Simple Digital Controller of an AC/DC Converter with Power Factor Correction Based on an FPGA), 논문발표 2003년 1월*

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