KR101649268B1 - 스위칭 모드 전원공급장치 및 정착기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 모드 전원공급장치는 교류전원으로부터 교류전압을 입력받기 위한 교류전원 입력부; 상기 입력된 교류전압을 정류하여 직류전압을 출력하는 제 1 정류부; PWM 신호를 출력하는 PWM 신호 생성부; 상기 PWM신호에 대응하여 상기 제 1 정류부에서 출력되는 직류전압을 권선비에 따른 교류전압으로 변환시켜 출력하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머에서 출력되는 교류전압을 정류하여 직류전압을 출력하는 제 2 정류부; 상기 제 2 정류부에서 출력되는 직류전압의 변동을 상기 PWM 신호 생성부로 피드백하는 피드백부; 직류전원으로부터 직류전압을 입력받기 위한 직류전원 입력부; 상기 직류전원 입력부와 접속 여부로 상기 직류전원 입력부에 직류전압이 입력되는지를 감지하는 직류전압 입력감지부; 및 상기 직류전원 입력부에 직류전압이 입력되는지에 따라 상기 교류전원으로부터 상기 교류전압의 입력을 중단시키는 교류전원 입력 제어부를 포함한다.

Description

스위칭 모드 전원공급장치 및 정착기{Switching mode power supply and fusing apparatus}
본 발명은 교류전원과 직류전원을 이용하여 동작할 수 있는 스위칭 모드 전원공급장치 및 정착기에 관한 것이다.
현재 가내 태양광 발전의 보편화로 인해 직류전압 송전을 상용화시키기 위한 연구가 진행되고 있다. 태양전지의 보급으로 인해 가정에서도 60 [V] 이하의 직류전압이 가정에도 공급될 수 있다. 하지만, 현재 가정 내에서 사용되는 전자기기는 교류전압이 입력되는 교류전원 입력 단자만 구비하고 있어, 직류전압을 입력 받을 수 없는 문제점이 있다. 또한, 전자기기는 교류전압의 입력으로 동작되므로, 직류전압의 입력으로도 동작할 수 있는 전자기기가 요구된다. 특히, 저전압의 직류전압을 주로 사용하는 화상형성장치의 스위치 모드 전원공급장치에서 직류전압을 입력 받고, 입력받은 직류 전압으로 동작할 수 있는 방법이 요구된다. 화상형성장치의 내부에 위치한 정착기의 경우, 교류전압만을 이용하여 정착기의 발열체를 가열하므로, 초기 정착기의 온도를 높이기 위해 많은 전력이 소모되고, 이에 따라 플리커 현상이 발생하므로, 플리커 현상을 방지하기 위한 방법이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 교류전원 및 직류전원으로부터 교류전압 및 직류전압을 입력 받아 동작하는 스위치 모드 전원공급장치를 제공하는데 있다. 또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 교류전압과 직류전압을 사용하여 플리커 현상을 방지할 수 있는 정착기를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 모드 전원공급장치는 교류전원으로부터 교류전압을 입력받기 위한 교류전원 입력부; 상기 입력된 교류전압을 정류하여 직류전압을 출력하는 제 1 정류부; PWM 신호를 출력하는 PWM 신호 생성부; 상기 PWM신호에 대응하여 상기 제 1 정류부에서 출력되는 직류전압을 권선비에 따른 교류전압으로 변환시켜 출력하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머에서 출력되는 교류전압을 정류하여 직류전압을 출력하는 제 2 정류부; 상기 제 2 정류부에서 출력되는 직류전압의 변동을 상기 PWM 신호 생성부로 피드백하는 피드백부; 직류전원으로부터 직류전압을 입력받기 위한 직류전원 입력부; 상기 직류전원 입력부와 접속 여부로 상기 직류전원 입력부에 직류전압이 입력되는지를 감지하는 직류전압 입력감지부; 및 상기 직류전원 입력부에 직류전압이 입력되는지에 따라 상기 교류전원으로부터 상기 교류전압의 입력을 중단시키는 교류전원 입력 제어부를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 정착 기는 교류전원으로부터 교류전압을 입력받기 위한 교류전원 입력부; 상기 교류전압에 따라 발열되는 교류전압 발열체; 상기 교류전원 입력부의 전압 입력과 상기 교류전압 발열체의 발열 동작을 제어하는 교류전압 제어부; 직류전원으로부터 직류전압을 입력받기 위한 직류전원 입력부; 상기 직류전압에 따라 발열되는 직류전압 발열체; 상기 직류전압 발열체의 발열 동작을 제어하는 직류전압 제어부; 및 상기 교류전압 제어부의 동작을 제어하기 위한 제 1 구동신호를 상기 교류전압 제어부로 출력하고, 상기 직류전압 제어부의 동작을 제어하기 위한 제 2 구동신호를 상기 직류전압 제어부로 출력하여 상기 교류전압 제어부와 상기 직류전압 제어부를 독립적으로 제어하는 가열 제어부를 포함하고, 상기 가열 제어부는 상기 직류전원 입력부에 직류전압이 입력되면, 상기 제 1 구동신호를 출력하여 상기 교류전원 입력부에 입력되는 교류 전압을 차단한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 모드 전원공급장치는 교류전원으로부터 교류전압을 입력받기 위한 교류전원 입력부; 상기 입력된 교류전압을 정류하여 직류전압을 출력하는 제 1 정류부; PWM 신호를 출력하는 PWM 신호 생성부; 상기 PWM신호에 대응하여 상기 제 1 정류부에서 출력되는 직류전압을 권선비에 따른 교류전압으로 변환시켜 출력하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머에서 출력되는 교류전압을 정류하여 직류전압을 출력하는 제 2 정류부; 상기 제 2 정류부에서 출력되는 직류전압의 변동을 상기 PWM 신호 생성부로 피드백하는 피드백부; 직류전원으로부터 직류전압을 입력받기 위한 직류전원 입력부; 상기 직류전원 입력부와 접속 여부로 상 기 직류전원 입력부에 직류전압이 입력되는지를 감지하는 직류전압 입력감지부; 및 상기 직류전원 입력부에 직류전압이 입력되는지에 따라 상기 교류전원으로부터 상기 교류전압의 입력을 중단시키는 교류전원 입력 제어부를 포함함으로써, 직류전원으로부터 직류전압을 입력 받고, 입력 받은 직류 전압을 이용하여 동작시킬 수 있다.
이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 모드 전원공급장치를 나타낸 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 모드 전원공급장치(100)는 교류전원 입력부(110), 제 1 정류부(120), PWM 신호 생성부(130), 트랜스포머(140), 제 2 정류부(150), 피드백부(160), 직류전원 입력부(170), 직류전원 입력감지부(175), 교류전원 제어부(180)를 포함한다.
교류전원 입력부(110)에는 스위칭 모드 전원공급장치(100)의 외부에 위치한 교류전원으로부터 110[V] 또는 220[V]의 교류전압이 입력된다.
제 1 정류부(120)는 입력된 교류전압을 전파 혹은 반파 정류한 후, 정류한 직류전압을 출력한다. 제 1 정류부(120)는 다이오드를 브리지 형태로 연결한 브리지 회로로 구현할 수 있다. 제 1 정류부(120)에서 출력된 직류전압은 트랜스포머(140)의 1차권선에 입력된다.
PWM 신호 생성부(130)는 제 1 정류부(120)에서 출력되는 직류전압에 의해 구 동되며, PWM 신호를 출력한다.
트랜스포머(140)는 PWM 신호 생성부(130)로부터 출력된 PWM 신호에 의해 온/오프된다. 트랜스포머(140)는 PWM 신호에 의해 온되면, 1차측에 입력되는 직류전압을 권선비에 따라 변환시킨 교류전압을 2차측에서 출력한다.
제 2 정류부(150)는 트랜스포머(140)에서 출력되는 교류전압을 정류한 직류전압을 출력단(190)으로 출력한다.
피드백부(160)는 제 2 정류부(150)에서 출력되는 직류전압의 변동을 포토 커플러를 통해 PWM 신호 생성부(130)로 피드백하여, 제 2 정류부(150)에서 출력되는 전압을 일정하게 유지시킨다.
직류전원 입력부(170)에는 스위칭 모드 전원공급장치(100)의 외부에 위치한 직류전원으로부터 60[V] 이하의 직류전압이 입력된다. 직류전원 입력부(170)는 직류전원으로부터 직류전압을 공급하는 연결단자가 연결될 때, 직류전압이 입력된다.
직류전원 입력감지부(175)는 직류전원 입력부(170)와 접속 여부로 직류전원 입력부(170)에 직류전압이 입력되는지를 감지한다. 직류전원 입력감지부(170)의 동작은 후술하는 도 2 내지 4를 통해 살펴본다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류전원 입력부와 직류전원 입력감지부를 나타낸 외형도이다. 도 2에서 직류전원 입력부(170)는 접지단으로 사용되며, 직류전원 입력감지부(175)는 도전성부재로 구성된다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 직류전원 입력부(170)와 직류전원 입력감지부(175)는 직류전원 입력부(170)와 직류전압을 공급하는 연결단자의 연결여부에 따라 접속 또는 분리될 수 있는 구조 를 가진다. 직류전원 입력부(170)와 연결단자가 연결되지 않으면, 직류전원 입력부(170)와 직류전원 입력감지부(175)는 접속된다. 반면, 직류전원 입력부(170)에 연결단자가 연결되면, 접속되었던 직류전원 입력부(170)와 직류전원 입력감지부(175)는 분리된다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직류전원 입력부와 직류전원 입력감지부를 나타낸 회로도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 직류전원 입력부(170)와 직류전원 입력감지부(175)는 스위치(300)로 동작하며, 직류전원 입력감지부(175)는 스위치(300)의 온/오프에 따라 신호를 출력하는 신호 출력부(310)를 포함한다. 본 발명의 제 1 실시예에서는 신호 출력부(310)로 발광 다이오드(315)를 사용한다. 스위치의 온/오프에 따라 발광 다이오드(310)가 동작하여, 직류전원 입력 감지신호(A)를 출력한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 직류전원 입력부와 직류전원 입력감지부를 나타낸 회로도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 직류전원 입력부(170)와 직류전원 입력감지부(175)는 스위치(400)로 동작하며, 신호 출력부(410)로 트랜지스터(415)를 사용한다. 스위치(400)의 온/오프에 따라 트랜지스터(415)가 동작하여, 직류전원 입력 감지신호(A)를 출력한다.
다시 도 1을 참조하면, 교류전원 제어부(180)는 직류전원 입력부(170)에 직류전원이 입력 여부에 따라 교류전압의 입력을 중단시킨다. 이 때, PWM 신호 생성부(130)의 동작을 정지시키거나, 제 1 정류부(120)와 트랜스포머(140)의 연결을 해제하여, 교류전압의 입력을 중단시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 스위칭 모드 전원공급장치는 교류전원 입력부(110)와 직류전원 입력부(170)를 포함하고, 이들 중 어느 하나를 통해 입력되는 전압을 이용할 수 있으므로, 직류전원 입력부(170)를 통해 직류전압이 입력되면, 교류전압의 입력을 중단시킨다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 교류전원 제어부의 동작을 설명하기 위한 회로도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 교류전원 제어부는 직류전원 입력 감지신호가 입력단자 A를 통해 입력되면, 트랜지스터(500)가 도통되고, 트랜지스터(500)가 도통됨에 따라 포토 커플러(510)가 동작한다. 포토 커플러(510)가 동작하면, 발광부(510a)로부터 빛을 수신한 수광부(510b)가 도통되므로, PWM 신호 생성부의 Vcc단에 연결된 사이리스터(520)는 도통되고, PWM 신호 생성부의 Vcc단은 접지된다. 이와 같이, PWM 신호 생성부의 Vcc단이 접지됨에 따라 PWM 신호 생성부의 동작은 정지되고, 교류전원 입력부(110)에는 교류전압이 입력되지 않게 된다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 교류전원 제어부의 동작을 설명하기 위한 회로도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 교류전원 제어부는 직류전원 입력 감지 감지신호가 입력단자 A를 통해 입력되면, 트랜지스터(600)가 도통되고, 트랜지스터(600)가 도통됨에 따라 포토 커플러(610)가 동작한다. 포토 커플러(610)가 동작하면, 발광부6510a)로부터 빛을 수신한 수광부(610b)가 도통되므로 PWM 신호 생성부의 Vcs단은 접지된다. 이와 같이, PWM 신호 생성부의 Vcs단이 접지됨에 따라, PWM 신호 생성부의 동작은 정지되고, 교류전원 입력부(110)에는 교류전압이 입력되지 않게 된다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따르는 교류전원 제어부의 동작을 설명하기 위한 회로도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따르는 교류전원 제어부는 직류전원 입력 감지 감지신호가 입력단자 A를 통해 입력되면, 트랜지스터(700)가 도통되고, 트랜지스터(700)가 도통됨에 따라 인덕터(710)에 의해 유도 전류가 발생한다. 인덕터(710)에 유도 전류가 발생하면, 제 1 정류부(120)와 트랜스포머(140)을 연결하는 계전기(720)는 오프된다. 계전기(720)가 오프되면, 교류전원 입력부(110)에는 교류전압이 입력되지 않게 된다.
다시 도 1을 참조하면, 교류전원 제어부(180)는 상기 살펴본 바와 같이, 직류전원 입력부(170)에 직류전원이 입력되면, 교류전원으로부터 교류전압 입력을 중단시켜, 제 2 정류부(150)로부터 출력단(190)에 직류전압이 출력되지 않게 한다. 또한, 교류전원 제어부(180)는 직류전원 입력부(170)에 직류전압이 입력되면, 입력되는 직류전압을 출력단(190)으로 출력한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따르는 나타낸 블록도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르는 정착기(800)는 교류전원 입력부(810), 교류전압 제어부(820), 교류전압 발열체(830), 직류전원 입력부(840), 직류전압 제어부(850), 직류전압 발열체(860) 및 가열 제어부(870)을 포함한다.
교류전원 입력부(810)에는 화상형성장치의 정착기를 발열시키는 장치(800) 외부에 위치한 교류전원으로부터 110[V] 또는 220[V]의 교류전압이 입력된다. 입력되는 교류전압은 교류전압 제어부(820) 및 교류전압 발열체(830)로 출력된다.
교류전압 제어부(820)는 포터 커플러의 온/오프를 통해 교류전압 발열체(830)의 동작을 제어하고, 교류전원 입력부(810)의 전압 입력을 제어한다.
교류전압 발열체(830)는 교류전원 입력부(810)를 통해 교류전압이 입력되며, 교류전압 제어부(820)에서 출력되는 제어신호에 따라 발열된다.
직류전원 입력부(840)에는 화상형성장치의 정착기를 발열시키는 장치(800) 외부에 위치한 외부전원으로부터 60[V] 이하의 직류전압이 입력된다. 입력되는 직류전압은 직류전압 제어부(850) 및 직류전압 발열체(860)로 출력된다.
직류전압 제어부(850)는 제어신호를 출력하여 직류전압이 입력되는 직류전압 발열체(860)의 동작을 제어한다.
가열 제어부(870)는 교류전압 제어부(820)와 직류전압 제어부(850)에 각각 제 1 구동신호와 제 2 구동신호를 출력한다. 본 발명의 일 실시예에서 가열 제어부(870)는 직류전원 입력부(840)에 직류전원이 입력되면, 제 1 구동신호를 출력하여 교류전원 입력부(840)에 입력되는 교류 전압을 차단한다. 또한, 가열 제어부(870)에서 교류전압 제어부(820)와 직류전압 제어부(850)에 각각 제 1 구동신호와 제 2 구동신호를 출력하므로, 교류전압 제어부(820)와 직류전압 제어부(850)가 교류전압 발열체(830)와 직류전압 발열체(860)의 동작을 독립적으로 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 정착기의 구동에 따른 첫장출력시간(First Page Output Time, FPOT)를 단축시키기 위해 초기 웜업하는 경우 또는 정착기의 동작모드를 슬립모드로부터 인쇄 모드로 복귀하는 경우, 교류전압 발열체(830)와 직류전압 발열체(860)를 동시에 동작시킬 수 있다. 즉, 가열 제어부(870)에서 초기 정착기 구동 시, 제 1 구동신호와 제 2 구동신호를 동시에 출력하여 교류전압 제어부(820)와 직류전압 제어부(850)가 교류전압 발열체(830)와 직류전압 발열체(860)를 동작시킨다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따르는 직류전압 제어부의 동작을 설명하기 위한 회로도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 가열 제어부(870)로부터 제 2 구동신호가 입력되면, 트랜지스터는 도통되며, 이에 따라 MOSFET의 게이트가 접지되어 MOSFET은 온(ON)된다. 따라서, 직류전원 입력부(840)를 통해 입력된 직류전압에 의해 직류전압 발열체(860)는 동작하게 된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따르는 정착기의 교류전압 발열체와 직류전압 발열체의 위치를 나타낸 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 교류전압 발열체(1100)는 가열롤러(1000)의 내부에 위치하며, 직류전압 발열체(1200)는 가열롤러(1000)의 표면에 위치한다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 구동시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한 상술한 본 발명의 실시예에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 씨디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 모드 전원공급장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류전원 입력부와 직류전원 입력감지부를 나타낸 외형도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직류전원 입력부와 직류전원 입력감지부를 나타낸 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 직류전원 입력부와 직류전원 입력감지부를 나타낸 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 교류전원 제어부의 동작을 설명하기 위한 회로도이다. 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 교류전원 제어부의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따르는 교류전원 제어부의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따르는 나타낸 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따르는 직류전압 제어부의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따르는 정착기의 교류전압 발열체와 직류전압 발열체의 위치를 나타낸 도면이다.

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  10. 교류전원으로부터 교류전압을 입력받기 위한 교류전원 입력부;
    상기 교류전압에 따라 발열되는 교류전압 발열체;
    상기 교류전원 입력부의 전압 입력과 상기 교류전압 발열체의 발열 동작을 제어하는 교류전압 제어부;
    직류전원으로부터 직류전압을 입력받기 위한 직류전원 입력부;
    상기 직류전압에 따라 발열되는 직류전압 발열체;
    상기 직류전압 발열체의 발열 동작을 제어하는 직류전압 제어부; 및
    상기 교류전압 제어부의 동작을 제어하기 위한 제 1 구동신호를 상기 교류전압 제어부로 출력하고, 상기 직류전압 제어부의 동작을 제어하기 위한 제 2 구동신호를 상기 직류전압 제어부로 출력하여 상기 교류전압 제어부와 상기 직류전압 제어부를 독립적으로 제어하는 가열 제어부를 포함하고,
    상기 가열 제어부는
    정착기 구동 초기에 상기 교류전압 제어부와 상기 직류전압 제어부를 제어하여 상기 교류전압 발열체와 상기 직류전압 발열체를 소정의 시간 동안 동시에 발열시키는 정착기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 교류전압 발열체는 상기 정착기에서 사용되는 가열롤러의 내부에 위치하고, 상기 직류전압 발열체는 상기 가열롤러의 표면에 위치하는 정착기.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 직류전압 제어부는
    트랜지스터와 MOSFET을 포함하고, 상기 가열 제어부로부터 제 2 구동신호가 입력되면, 상기 트랜지스터가 도통되어 상기 MOSFET을 온(ON)시켜 상기 직류전압 발열체를 발열시키는 정착기.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 가열 제어부는
    상기 정착기를 초기에 웜업하는 경우 또는 상기 정착기의 동작모드를 슬립모드로부터 인쇄모드로 변경하는 경우에 상기 교류전압 제어부와 상기 직류전압 제어부를 동시에 제어하여 상기 교류전압 발열체와 상기 직류전압 발열체를 동시에 발열시키는 정착기.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 가열 제어부는
    상기 소정의 시간 경과 후, 상기 교류전압 제어부를 제어하여 상기 교류전원 입력부에 입력되는 교류전압을 차단하는 정착기.
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