TWI439035B - 電源裝置及成像設備 - Google Patents

Description

電源裝置及成像設備 前後參照之相關申請案

本申請案係基於及主張2010年3月11日提出的日本專利申請案第2010-055005號之優先權的利益，其整個內容係以引用的方式併入本文中。

此揭示內容之某一態樣有關電源裝置及包括該電源裝置之成像設備。

於很多電子裝置中，適當的驅動電力係由來自諸如商業電源的交流電(AC)電源、或諸如電池的直流電源所供給之電力而產生，且所產生之驅動電力被供給至電路板上之電路。據此，很多電子裝置包括一用以產生該驅動電力之電源裝置。

圖1及2說明包括切換電源裝置及交流電源的示範組構。於圖1中，二極體電橋14及平滑電容器15構成整流及平滑電路，且該整流及平滑電路係連接至切換電源裝置100。該二極體電橋14全波-整流由交流電源11所輸入之交流電壓。該平滑電容器15進一步平滑由該二極體電橋14所輸出之經整流的電壓。該被平滑之電壓係輸入至該切換電源裝置100。

於圖2中，功率因數修正(PFC)電路16係經由該平滑電容器15連接至該切換電源裝置100。該平滑電容器15整形由該功率因數修正電路16所輸出之經整流電壓，且輸入該經整形的電壓至該切換電源裝置100。在圖1及2所說明之組構的任一者中，直流電壓係輸入至該切換電源裝置100之端子DCin。

圖3係電路圖，說明根據該相關技藝的切換電源裝置100之示範組構。圖3之切換電源裝置100包括變壓器T100、作為連接至該變壓器T100的一次線圈Lp之切換元件的電力金氧半場效電晶體(MOSFET)Qsw、控制電路101、電壓偵測電路201、二極體Dsub、二極體Ds、起動電阻器Rstart、電容器Csub(電源電容器)、及電容器Cs。

電力係由直流電源供給至連接至該一次線圈Lp的一端部及至該起動電阻器Rstart的一端部之端子DCin。該起動電阻器Rstart之另一端部係連接至該控制電路101之端子VCC、該電容器Csub、及該二極體Dsub的一端部。該控制電路101包括齊納(Zener)二極體ZD1，其向前方向係朝向該端子VCC。

當該切換電源裝置100被開始時，施加至該端子DCin之直流電壓造成數毫安培(mA)至數十mA之起動電流Istart，以經由該起動電阻器Rstart流入該端子VCC及該電容器Csub。該電容器Csub係藉由該起動電流Istart所充電，且該控制電路101係藉由儲存該電容器Csub中之電力所驅動。然後，該控制電路101開始該電力MOSFET Qsw之切換控制。

當該電力MOSFET Qsw被開啟及關閉時，電流流經該變壓器T100之一次線圈Ls。此電流變化造成電磁感應及於該變壓器T100的二次線圈Ls中產生電動勢，且該電動勢於該二次線圈Ls中產生一電流。該二次線圈Ls中所產生之電流係藉由該二極體Ds及該電容器Cs所整流及平滑。該經整流及平滑之電壓係由該切換電源裝置100之端子DCout輸出。該二極體Ds及該電容器Cs構成第一整流及平滑電路301。

同理，當該起動電流Istart流經該一次線圈Lp時，該電流變化造成電磁感應及於三次線圈Lsub中產生電動勢，且該電動勢產生電流。藉由該電動勢所產生之電流係藉由連接至該三次線圈Lsub之二極體Dsub所整流，充電該電容器Csub，及被供給至該端子VCC，以驅動該控制電路101。該二極體Dsub及該電容器Csub構成第二整流及平滑電路302。

該電壓偵測電路201偵測待由該端子DCout所輸出之輸出電壓，並產生待送至該控制電路101之反饋信號。藉由該第一整流及平滑電路301所產生之電壓被除以電阻路RFB1及RFB2，且該電壓之除值係輸入至分路調節器ZDshunt。該分路調節器ZDshunt調節流經光耦合器PC之光二極體PD的電流，使得該電壓之除值總是等於內部參考電壓。電阻器RFB5及電阻器RFB6調節流入該光二極體PD之電流。電容器CFB1及電阻器RFB3藉由該光二極體PD調節該反饋之頻率特徵。

以該上面組構，當藉由該第一整流及平滑電路301所產生之電壓超過想要之位準時，電流流經該光耦合器PC之光二極體PD。其結果是，該光二極體PD放射光線，且係耦接至該光耦合器PC之光電晶體PT。

流經該光電晶體PT之電流產生待施加至該控制電路101之端子FB的電壓，該電壓係藉由電阻器RFB4之電阻及該電流值所決定。

該控制電路101根據該電壓位準在該端子FB開啟及關閉該電力MOSFET Qsw。根據在該端子DCout藉由該電壓偵測電路201所偵測之輸出電壓位準，此組構使控制該電力MOSFET Qsw之切換頻率及時間比(或負載比)成為可能，且藉此使獲得想要之輸出電壓成為可能。

圖4係電路圖，說明根據該相關技藝的切換電源裝置100之另一示範組構。於圖4中，電阻器Rocp係連接至該電力MOSFET Qsw的一端部。該電阻器Rocp的一端部及該光電晶體PT亦一起被連接至該控制電路101之端子FB。此組構讓使用流經該光電晶體PT的電流之電壓及流經用於反饋控制的一次線圈Lp之電流的電壓成為可能。

然而，圖3及4之組構傾向於增加該功率消耗。當該切換電源裝置100被開始時，用來產生該控制電路101用之驅動電壓的起動電流Istart經由該起動電阻器Rstart流至該控制電路101之端子VCC及該電容器Csub。在該電力MOSFET Qsw的切換控制被開始之後，該控制電路101係亦藉由該電 容器Csub之電壓所驅動，而該電容器Csub被由該三次線圈Lsub經由該二極體Dsub流入該電容器Csub的電流所充電。

在此，該齊納二極體ZD1係設在該控制電路101之端子VCC，以防止由於過載電壓之損壞。在該端子VCC，該齊納二極體ZD1將該電壓譬如保持在由數伏特至十幾伏特之範圍內。同時，藉由用二極體電橋及電容器或藉由功率因數修正電路平滑一交流電壓所獲得之一百數十伏特至大約400伏特之直流電壓係施加至該端子DCin。

因此，甚至在該切換控制係藉由該控制電路101所開始及該電容器Csub係經由該三次線圈Lsub及該二極體Dsub充電之後，一百數十伏特至大約400伏特之電壓持續將施加至該起動電阻器Rstart的端部，且該起動電阻器Rstart持續消耗電力。

雖然該切換電源裝置100之負荷當其處於待命狀態中時係減少至數瓦，藉由該起動電阻器Rstart之功率損耗係仍然大的，因為該功率損耗係與越過該起動電阻器Rstart的電壓之平方成比例的。

同時，如果該起動電阻器Rstart之電阻被增加，以減少該功率損耗，流至該電容器Csub之電流減少。這依序增加用來充電該電容器Csub之時間，且藉此增加該切換電源裝置100之起動時間。

為防止該上面問題，用來藉由起動電阻器減少該功率消耗的組構已被提出(譬如看日本專利特許公開申請案第10-323031號)。JP10-323031揭示電源裝置，在此起動電 阻器R1、切換元件Q2、及電容器C2以所論及之順序被串聯連接至直流電源，且該切換元件Q2係藉由電阻器R3及R4與二極體D2、D3及D4所驅動。於所揭示之組構中，在該電源裝置被開始之後，該切換元件Q2被關閉，以由該電源斷開該起動電阻器R1，且藉此減少該功率消耗。

在此揭示內容的一態樣中，提供有電源裝置，包括變壓器，其包括一次線圈、二次線圈，及三次線圈；切換元件，經由該一次線圈連接至直流電源；第一整流及平滑電路，整流及平滑該二次線圈中所產生之電壓與供給該經整流及平滑電壓至一負荷；控制電路，開啟及關閉該切換元件；第二整流及平滑電路，整流及平滑該三次線圈中所產生之電壓，與藉此產生用來驅動該控制電路之驅動電壓；及起動電路。該起動電路，包括第一電晶體、第一電阻器、及第一電容器，串聯連接於該直流電源與地之間；第二電晶體，連接於該直流電源與該第二整流及平滑電路之間；及關閉單元，當該第一電容器被充電至預定電壓時，從該第一電晶體及該第二電晶體之中至少關閉該第二電晶體。

以JP10-323031中所揭示之電源裝置，其可為可能藉由該起動電阻器R1減少該功率消耗。然而，既然該直流電源係經由該等電阻器R3及R4串聯連接至地(GND)，仍然藉由該等電阻器R3及R4造成功率損失。

本發明之具體實施例係在下面參考所附圖面敘述。

根據本發明之具體實施例的切換電源裝置能供給電力至各種電子設備、諸如成像設備。電子照相成像設備大致上被組構成於起動期間消耗相當大量之電力，以減少變得預備好印刷所需要之時間，但於待命狀態中消耗極小電力。在成像過程期間與在待命狀態中兩者，根據本發明之具體實施例的切換電源裝置使將有關該起動電流Istart之功率消耗減少至大體上零成為可能。

圖5係圖示，說明包括切換電源裝置及電子設備之示範組構。於圖5中，交流電(AC)電源11係經由主要電源開關12連接至二極體電橋14。該二極體電橋14係連接至平滑電容器15及切換電源裝置200。當該主要電源開關12被開啟時，直流電壓係供給至該切換電源裝置200。該交流電源11典型為商業電源。然而，該交流電源11可為藉由發電系統所提供，在此藉由天然能量發電機所產生之直流電壓係藉由電力調節器轉換成交流電壓。

該二極體電橋14係整流電路之範例，且全波-整流由該交流電源11所輸入之交流電壓。該平滑電容器15平滑該經整流之電壓，以獲得直流電壓。該直流電壓被輸入至該切換電源裝置200之端子DCin。該直流電壓係譬如由一百數十伏特至大約400伏特。雖然該二極體電橋14及該平滑電容器15被使用來平滑圖5中之交流電壓，功率因數修正電路可代替被使用，以獲得直流電壓。

該切換電源裝置200以稍後敘述之第一整流及平滑電路產生想要位準之直流電壓，並將該直流電壓供給至電子設備。於圖5中，成像設備500被用作該電子設備之範例。該切換電源裝置200可被整合在該成像設備500中。該成像設備500包括各種負荷，諸如熔合單元、微電腦、馬達、及藉由直流電源所驅動之二次電池。該切換電源裝置200供給電力至該等負荷的一或多個。

<第一具體實施例>

圖6係電路圖，說明根據本發明之第一具體實施例的切換電源裝置200之示範組構。圖6的切換電源裝置200係與圖3及4之相關技藝的切換電源裝置100不同，其中該切換電源裝置200包括串聯連接至該端子DCin之起動電路400。該切換電源裝置200亦包括變壓器T100、作為連接至該變壓器T100的一次線圈Lp之切換元件的電力MOSFET Qsw、控制電路101、電壓偵測電路201、二極體Dsub、二極體Ds、電容器Csub、及電容器Cs。

該起動電路400及該一次線圈Lp被並聯，且它們之每一者係串聯連接至該端子DCin，電力係由直流電源供給至該端子。該一次線圈Lp的一端部係連接至該電力MOSFET Qsw之來源。該電力MOSFET Qsw之閘極係連接至該控制電路101之端子OUT。該控制電路101包括齊納二極體ZD1，其向前方向係朝向該端子VCC。

該變壓器T100之三次線圈Lsub的一端部係連接至該二極體Dsub，其向前方向係朝向該控制電路101之端子VCC。該二極體Dsub及該起動電路400係一起連接至該控制電路101之端子VCC及至該電容器Csub。

當該控制電路101在高速開啟及關閉施加至該電力MOSFET Qsw之閘極的電壓時，在該變壓器T100的一次線圈Lp中造成電流變化。該電流變化依序造成電磁感應及於該變壓器T100之二次線圈Ls中產生電動勢。所產生之電動勢對應於該一次線圈Lp及該二次線圈Ls間之變比。藉由該二次線圈Ls中的電動勢所產生之電流係藉由該二極體Ds整流及充電該電容器Cs。藉由充電該電容器Cs所產生之電壓係由端子DCout輸出。該二極體Ds及該電容器Cs構成第一整流及平滑電路301。

同樣地，當該控制電路101在高速開啟及關閉施加至該電力MOSFET Qsw之閘極的電壓時，該變壓器T100的一次線圈Lp中所造成之電流變化造成電磁感應及於該變壓器T100之三次線圈Lsub中產生電動勢。所產生之雷動勢對應於該一次線圈Lp及該三次線圈Lsub間之變比。藉由該電動勢所產生之電流係藉由連接至該三次線圈Lsub之二極體Dsub整流、充電該電容器Csub、及被供給至該端子VCC，以驅動該控制電路101。該二極體Dsub及該電容器Csub構成第二整流及平滑電路302。

該電壓偵測電路201係連接於該電容器Cs及該端子DCout之間。該電壓偵測電路201偵測待由該端子DCout輸出之輸出電壓，並產生待送至該控制電路101之反饋信號。該電壓偵測電路201包括用於除該端子DCout之電壓的電阻器RFB1及RFB2、輸入該電壓之除值的分路調節器ZDshunt、於相反方向中串聯連接至該分路調節器ZDshunt的光耦合器PC之光二極體PD、串聯連接至該分路調節器ZDshunt的電阻器RFB5與電阻器RFB6、及與該光二極體PD並聯之電容器CFB1和電阻器RFB3。

該分路調節器ZDshunt調節流經該光耦合器PC之光二極體PD的電流，使得該電壓之除值總是等於內部參考電壓。該電阻器RFB5及該電阻器RFB6調節藉由該輸出電壓所產生與流入該光二極體PD之電流。該電容器CFB1及該電阻器RFB3藉由該光二極體PD調節該反饋之頻率特徵。

當施加至該端子DCout之輸出電壓超過預定位準時，流入該分路調節器ZDshunt之電流增加，且電流流經該光耦合器PC之光二極體PD。當施加至該端子DCout之輸出電壓變得少於或等於該預定位準時，流入該分路調節器ZDshunt之電流減少，且該電流停止流經該光耦合器PC之光二極體PD。當電流流經該光耦合器PC之光二極體PD時，該光二極體PD放射光線，且被耦接至該光耦合器PC之光電晶體PT。

藉由流經該光電晶體PT的電流、電阻器RFB4之電阻、及流經該電阻器RFB4的電流所決定之電壓，係施加至該控制電路101之端子FB。該控制電路101監視施加至該端子FB之電壓，且控制待由該端子OUT輸出至該電力MOSFET Qsw之開啟/關閉信號(負載比)。

其次，該起動電路400被敘述在下面。該起動電路400係串聯連接至該端子DCin，且包括被並聯的第一電晶體Q1及第二電晶體Q2。該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2之閘極兩者被連接至電容器C1。該第一電晶體Q1之源極係連接至該端子DCin，電力係由該直流電源供給至該端子DCin。該第一電晶體Q1之汲極係經由電阻器R1及該電容器C1連接至用作地之端子GNDin。該第一電晶體Q1、該電阻器R1、及該電容器C1被串聯連接。

該第一電晶體Q1、該電阻器R1、及該電容器C1構成控制電壓產生電路。於圖6中，V(t)指示該電容器C1之電壓，在此“t”指示時間。

類似於該第一電晶體Q1，該第二電晶體Q2之源極係連接至該端子DCin。該第二電晶體Q2之汲極係連接至該電容器Csub(亦即，連接至該第二整流及平滑電路302)。該第二電晶體Q2之閘極係隨同該第一電晶體Q1連接至該電容器C1。

圖7係一被使用來敘述圖6的控制電壓產生電路之操作的圖示。圖7顯示相對於在該主要電源開關12被開啟之後所消逝的時間施加至該端子DCin的電壓V(t)及電壓V(DCin)中之變化。

緊接在該主要電源開關12被開啟以起動該切換電源裝置200之前，該電容器C1尚未被充電。當t=0指示當該主要電源開關12被開啟時之時間時，該電容器C1之電壓V(t)被表示為V(0)=0。

緊接在該切換電源裝置200被起動之後，該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2之閘極-源極電壓變得比閾電壓Vth1(或閾電壓Vth1與Vth2)較大，且該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2被開啟。其結果是，由該直流電源經由該電阻器R1所供給之電流開始充電已起動之電容器C1(該電容器Csub之充電亦開始)。

當C1指示該電容器C1之電容時，該電容器C1之電壓V(t)係藉由下面公式(1)所表示。

當該電容器C1被充電及該電壓V(t)根據該公式(1)增加時，該第一電晶體Q1之閘極-源極電壓減少。該閘極-源極電壓被“V(DCin)-V(t)”所表示。當該閘極-源極電壓變得少於或等於該第一電晶體Q1之閾電壓Vth1時，該第一電晶體Q1被關閉。換句話說，當該電容器C1之電壓V(t)增加至滿足(V(DCin)-V(t))Vth1之位準時，該第一電晶體Q1被關閉。

同樣地，當該閘極-源極電壓變得少於或等於該第二電晶體Q2之閾電壓Vth2時，該第二電晶體Q2被關閉。換句話說，當該電容器C1之電壓V(t)增加至滿足(V(DCin)-V(t))Vth2之位準時，該第二電晶體Q2被關閉。於一些案例中，該等閾電壓Vth1及Vth2可為彼此不同。然而，於下面之敘述中，其被假設該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2大體上同時被關閉，且該閾電壓Vth1及該閾電壓Vth2係相同的(為此緣故，僅只該閾電壓Vth1被使用於下面之敘述中)。該第二電晶體Q2之閘極及連接該閘極與該電容器C1之連接線L1構成一關閉單元。

由當該切換電源裝置200被起動時至當該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2被關閉時之時間toff係藉由公式(2)表示在下面。

該時間toff及該電容器Csub的充電間之關係被敘述在下面，像該第一電晶體Q1，該第二電晶體Q2之閘極係連接至該電容器C1。因此，當該切換電源裝置200被起動時(t=0)時，該第二電晶體Q2被開啟。其結果是，該第二整流及平滑電路302之電容器Csub係藉由從該直流電源所供給之電流來充電。

當該電容器Csub被充電且其電壓抵達該控制電路101之驅動電壓時，該控制電路101起動切換控制，以開啟及關閉該電力MOSFET Qsw。

當該電力MOSFET Qsw被開啟及關閉時，流經該一次線圈Lp的電流之值改變，且電流開始流經該二次線圈Ls及該三次線圈Lsub。流經二次線圈Ls之電流充電該第一整流及平滑電路301之電容器Cs，並在該端子DCout產生電壓(電壓輸出)。

流經該三次線圈Lsub之電流充電該第二整流及平滑電路302之電容器Csub，且被供給至該控制電路101之端子VCC。此後，用來驅動該控制電路101之電壓可被稱為驅動電壓VCC。

以如上面所述之組構，用來產生驅動該控制電路101用之驅動電壓VCC的電力係由該起動電路400及該第二整流及平滑電路302所供給。據此，當該第二整流及平滑電路302開始供給電力時，來自該起動電路400的電力之供給變得不需要。為此緣故，藉由該公式(2)所表示之時間toff被調節，使得該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2在該第二整流及平滑電路302開始供給該驅動電力VCC之後被關閉：時間toff>該電容器Csub之電壓抵達該驅動電壓VCC所需要之時間。

此具體實施例之效果被敘述在下面。關閉該第二電晶體Q2使於施加至該端子DCin的直流電壓及該驅動電壓VCC之間提供高阻抗成為可能，且藉此使藉由該起動電阻器Rstart減少該功率損耗成為可能。其係不需要同時關閉該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2，只要該第二電晶體Q2在由當該切換電源裝置200被起動之後時的時間toff被關閉。

該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2仍然同時被關閉。此組態將使其可能組構該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2，以具有該相同之電特徵，以致一連接線L1能被使用。這依序將使減少該等成本成為可能。關閉該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2兩者亦使將該功率損耗減至最小成為可能。再者，該第一電晶體Q1可在關閉該第二電晶體Q2之後被關閉。

既然該第二電晶體Q2的汲極及源極間之斷路電流係由數微安培至十數個微安培，該上面組構使將該功率損耗減少至藉由該起動電阻器Rstart所造成之功率損耗的大約千分之一成為可能。

藉由該公式(2)所表示之時間toff、亦即由當該切換電源裝置200被起動時至當該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2被關閉時之時間(藉由該起動電路400改變該電容器C1所需要之時間)，可藉由調整該電阻器R1之電阻、該電容器C1之電容、及該第一電晶體Q1而自由地改變。該時間toff亦能藉由調整用於該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2之閘極-源極電壓的閾電壓Vth1而被改變。

譬如，既然用來充電該電容器Csub之電流可經過該第二電晶體Q2被直接地供給(未經過該電阻器R1與該電容器C1)，增加該電阻器R1之電阻使更有效率地充電該電容器Csub成為可能，且藉此減少該起動電路400在該起動時間上之影響。換句話說，增加該電阻器R1之電阻使減少該起動電路400之功率消耗成為可能，而不會增加該起動時間。

圖8係流程圖，用來敘述此具體實施例的切換電源裝置200之起動過程。

首先，該主要電源開關12被開啟(S10)，以起動該切換電源裝置200。

當該主要電源開關12被開啟時，來自該直流電源之電壓係施加至該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2之源極。其結果是，該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2之閘極-源極電壓變得大於該閾電壓Vth1，該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2被開啟，且該等電容器C1及Csub開始充電(S20)。

其次，該電容器Csub之電壓抵達該驅動電壓VCC(S30)。用於該電容器Csub之電壓到達該驅動電壓VCC所需要之時間，係少於該電容器之電壓C1抵達一滿足(V(DCin)-V(t))Vth1的位準所需要之時間。

當該電容器Csub之電壓到達該驅動電壓VCC時，該控制電路101開始切換控制，以開啟及關閉該電力MOSFET Qsw(S40)。當該電力MCSFETQsw被開啟及關閉時，該第一整流及平滑電路301之電容器Cs被充電。

在該控制電路101開始該切換控制之後，該電容器C1之電壓增加，直至滿足(V(DCin)-V(t))Vth1(S50)。其結果是，該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2被關閉(S60)。此後，無電流流經包括該電阻器R1之起動電路400，且該功率消耗係減少。

如此，此具體實施例之切換電源裝置200使減少該起動電路400之功率消耗成為可能，而不會增加該起動時間。

<第二具體實施例>

圖9係電路圖，說明根據本發明之第二具體實施例的切換電源裝置200之示範組構。於圖9中，相同之參考數字被使用於對應於那些在圖6中所顯示者之零組件，且那些零組件之敘述被省略。

圖9之起動電路400的組構係與圖6之組構不同，其中電阻器R2被提供於該第二電晶體Q2及該電容器Csub之間。

該第二電晶體Q2及該電阻器R2係串聯連接至該電容器Csub。以此組構，類似於根據該公式(1)增加之電壓V(t)，該電容器Csub之端子電壓逐漸地增加。

換句話說，在該第二電晶體Q2及該電容器Csub之間提供該電阻器R2使防止湧入電流由該直流電源流動至該電容器Csub及該控制電路101之端子VCC成為可能。此組構亦使調節經由該第二電晶體Q2供給至該控制電路101的電流成為可能。

該第二具體實施例的切換電源裝置200之操作大體上係與該第一具體實施例之那些操作相同。緊接在該切換電源裝置200被起動之後，該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2被開啟。該直流電源充電該等電容器C1及Csub，且經由該起動電路400供給該驅動電壓至該控制電路101，直至該時間toff通過。在該控制電路101開始該電力MOSFET Qsw的切換控制之後，該電容器C1之電壓增加，且該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2被關閉。據此，在該控制電路101開始該電力MOSFET Qsw的切換控制之後，有關該起動電流之功率消耗被減少至最小位準。

該電阻器R2之電阻可被設定在防止該湧入電流所需要之最小值。由於在該電容器Csub之前提供該電阻器R2，如果用於該電容器Csub之電壓抵達該控制電路101的驅動電壓VCC所需要之時間變得比該時間toff更長，該電阻器R1之電阻及該電容器C1之電容可被調整。因此，甚至以包括該電阻器R2的第二具體實施例之組構，其係可能達成大體上與該第一具體實施例中相同之起動時間。其係亦輕易組構該起動電路400，使得該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2未被關閉，直至該電容器Csub之電壓抵達該驅動電壓VCC。

<第三具體實施例>

圖10係電路圖，說明根據本發明之第三具體實施例的切換電源裝置200之示範組構。於圖10中，相同之參考數字被使用於對應於那些在圖6中所顯示者之零組件，且那些零組件之敘述被省略。

圖10之起動電路400的組構係與圖6之組構不同，其中電阻器R3被串聯連接於由該直流電源供給電力的端子DCin與該第一及第二電晶體Q1及Q2之間。

以該第一具體實施例(圖6)及該第二具體實施例(圖9)之組構，當該切換電源裝置200被起動時，直流電壓係由該直流電源供給至該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2。以這些組構，該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2係直接地連接至該直流電源，且因此緊接在該切換電源裝置200被起動之後，相當高之電壓係施加至該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2。更特別地是，既然該電容器C1尚未緊接在該切換電源裝置200被起動之後充電，一百數十伏特至大約400伏特之汲極-源極電壓及閘極-源極電壓被施加至該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2。

此一高電壓可超過用於該汲極-源極電壓及該閘極-源極電壓之絕對最大額定值，並可損壞該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2。雖然具有高絕對最大額定值的電晶體可被用作該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2，使用此等電晶體可增加該起動電路400之尺寸及成本。

用於這些理由，於該第三具體實施例中，該電阻器R3被提供於該端子DCin及該第一與第二電晶體Q1及Q2之間。以此組構，電壓下降係藉由用來充電該等電容器C1及Csub之電流Istart與該電阻器R所造成，且其結果是，該汲極-源極電壓及該閘極-源極電壓減少。亦即，甚至當該電容器C1之電壓為零時，緊接在該切換電源裝置200之後，該第一及第二電晶體Q1及Q2的汲極-源極及閘極-源極電壓掉落達“該電阻器R3之電阻x Istart”。如此，其係可能藉由適當地決定該電阻器R3之電阻將該汲極-源極及閘極-源極電壓限制在該絕對最大額定值內。

這依序讓使用具有用於該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2的汲極-源極及閘極-源極電壓之相當低絕對最大額定值的電阻器成為可能，且藉此使減少該起動電路400之尺寸及成本成為可能。

既然該第三具體實施例的起動電路400之組構大體上係與該第一具體實施例者相同，除了該電阻器R3串聯地連接至該電容器C1及該電容器Csub之每一者以外，其係可能將該電容器Csub之電壓抵達該驅動電壓VCC所需要的時間保持在該時間toff內。如此，甚至當該電阻器R3被加入時，其係不需要調整該電阻器R1之電阻及該電容器之電容C1。

該第三具體實施例的切換電源裝置200之操作大體上係與該第一具體實施例之那些操作相同。緊接在該切換電源裝置200被起動之後，該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2被開啟。該直流電源充電該等電容器C1及Csub及經由該起動電路400供給該驅動電壓至該控制電路101，直至該時間toff通過。在該控制電路102開始該電力MOSFET Qsw的切換控制之後，該電容器C1之電壓增加，且該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2被關閉。據此，在該控制電路101開始該電力MOSFET Qsw的切換控制之後，有關該起動電流的功率消耗被減少至最小位準。

圖11係電路圖，說明圖10的切換電源裝置200之變動。於圖11中，代替圖10之電阻器R3，電阻器R3A係串聯連接於該端子DCin及該第一電晶體Q1之間，且電阻器R3B係串聯連接於該端子DCin及該第二電晶體Q2之間。

類似於圖10之組構，既然該第一電晶體Q1之汲極-源極及閘極-源極電壓掉落達“該電阻器R3A之電阻x IstartA”，其係可能藉由適當地決定該電阻器R3A之電阻來將該汲極-源極及閘極-源極電壓限制在該第一電晶體Q1之絕對最大額定值內。既然該第二電晶體之汲極-源極及閘極-源極電壓亦掉落達“該電阻器R3B之電阻x IstartB”，其係可能藉由適當地決定該電阻器R3B之電阻來將該汲極-源極及閘極-源極電壓限制在該第二電晶體Q2之絕對最大額定值內。

該電阻器R3A及R3B之電阻可被設定在任何值，只要用於該電容器Csub之電壓抵達該驅動電壓VCC所需要的時間不會變得大於或等於該時間toff。譬如，該電阻器R3B之電阻可被設定在最小值，其係防止湧入電流至該端子VCC及不會增加該起動時間所需要者。

<第四具體實施例>

圖12係電路圖，說明根據本發明之第四具體實施例的切換電源裝置200之示範組構。於圖12中，相同之參考數字被使用於對應於那些在圖6中所顯示者之零組件，且那些零組件之敘述被省略。

圖12的起動電路400之組構係與圖6之組構不同，其中共用之齊納二極體ZD2(電壓-調整器二極體)被提供於由該直流電源供給電力的端子DCin與該第一及第二電晶體Q1及Q2的閘極之間。

如在該第三具體實施例中所敘述，緊接在該切換電源裝置200被起動之後，既然該電容器C1尚未充電，一百數十伏特至大約400伏特之汲極-源極電壓及閘極-源極電壓係施加至該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2。此一高電壓可使該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2超載。

為此緣故，於此具體實施例中，該齊納二極體ZD2被提供至緩衝由該直流電源所供給之電壓。如所熟知者，當大於額定之崩潰電壓的反向電壓被施加時，齊納二極體允許電流甚至在該反向方向中流動。

緊接在該切換電源裝置200被起動之後，該齊納二極體ZD2之崩潰電壓被設定在一值，該值小於施加在該第一電晶體Q1的閘極及源極之間與該第二電晶體Q2的閘極及源極之間的直流電壓。以此組構，電流緊接在該切換電源裝置200被起動之後流經該齊納二極體ZD2。據此，此組構使減少施加在該第一電晶體Q1的閘極及源極之間與該第二電晶體Q2的閘極及源極之間的直流電壓成為可能。換句話說，提供該齊納二極體ZD2使得將該第一及第二電晶體Q1及Q2之閘極-源極電壓限制在該絕對最大額定值內成為可能。

用於該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2的汲極-源極及閘極-源極電壓，此組構亦讓使用具有相當低之絕對最大額定值的電阻器成為可能，且藉此使減少該起動電路400之尺寸及成本成為可能。

此具體實施例之成像設備的操作被敘述在下面。緊接在該切換電源裝置200被起動之後，該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2被開啟。同樣地，該齊納二極體ZD2崩潰，且電流亦由該齊納二極體ZD2流動至該電容器C1。該直流電源充電該等電容器C1及Csub，並經由該起動電路400供給該驅動電壓至該控制電路101，直至該時間toff通過。在該控制電路101開始該電力MOSFET Qsw的切換控制之後，該電容器C1之電壓增加，且該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2被關閉。據此，在該控制電路101開始該電力MOSFET Qsw的切換控制之後，有關該起動電流之功率消耗被減少至最小位準。

亦以該第四具體實施例之組構，當該切換電源裝置200被停止(關閉)及來自該直流電源之電壓(在該端子DCin的電壓)變成零時，該電容器C1經由該齊納二極體ZD2放電至該端子DCin。如此，此組構使得改良該切換電源裝置200在其被關閉之後的安全性成為可能。

<第五具體實施例>

於該第一至第四具體實施例中，該起動電路400係由該控制電路101分開地提供。然而，既然該起動電路400係藉由諸如電晶體、電阻器、電容器、及二極體之零組件所提供，藉由將該等零組件形成在與該控制電路101相同的矽基板上，該起動電路400可與該控制電路101整合。

圖13係電路圖，說明該切換電源裝置200之示範組構，在此該第一具體實施例(圖6)之起動電路400係與該控制電路101整合。相同地，圖14係一範例，在此該第二具體實施例(圖9)之起動電路400係與該控制電路101整合，圖15及16係範例，在此該第三具體實施例(圖10或11)之起動電路400係與該控制電路101整合，且圖14係一範例，在此該第四具體實施例(圖12)之起動電路400係與該控制電路101整合。

如由圖13至17變得明顯者，在此對該第一整流及平滑電路301、該第二整流及平滑電路302、及該電壓偵測電路201未改變，甚至當該起動電路400係與該控制電路101整合時。如此，圖13至17之組構僅只使其需要加入一用來由該直流電源供電之端子VDC，且加入該端子VDC不會招致顯著的成本。

據此，圖13至17之組構使減少該切換電源裝置200的零組件之數目成為可能，且藉此使得其更易於設計該切換電源裝置200。

如上面所述，本發明的一態樣提供切換電源裝置及包括該切換電源裝置的成像設備，且使減少藉由起動電阻器所造成之電力損失成為可能，同時該切換電源裝置之負載為低的(例如當該切換電源裝置處於穩定/待命狀態時)。

本發明不被限制於該等特別揭示之具體實施例，且變動及修改可被作成，而未由本發明之範圍脫離。

11．．．電源

12．．．主要電源開關

14．．．二極體電橋

15．．．平滑電容器

16．．．功率因數修正電路

100．．．切換電源裝置

101．．．控制電路

200．．．切換電源裝置

201．．．電壓偵測電路

301．．．第一整流及平滑電路

302．．．第二整流及平滑電路

400．．．起動電路

500．．．成像設備

CFB1．．．電容器

C1．．．電容器

Cs．．．電容器

Csub．．．電容器

DCin．．．端子

DCout．．．端子

Ds．．．二極體

Dsub．．．二極體

FB．．．端子

GNDin．．．端子

L1．．．連接線

Lp．．．一次線圈

Ls．．．二次線圈

Lsub．．．三次線圈

PC．．．光耦合器

PD．．．光二極體

PT．．．光電晶體

Q1．．．電晶體

Q2．．．電晶體

Qsw．．．電力金氧半場效電晶體

OUT．．．端子

R．．．電阻器

R1．．．起動電阻器

R2．．．電阻器

R3．．．電阻器

R3A．．．電阻器

R3B．．．電阻器

R4．．．電阻器

RFB1．．．電阻器

RFB2．．．電阻器

RFB3．．．電阻器

RFB4．．．電阻器

RFB5．．．電阻器

RFB6．．．電阻器

Rocp．．．電阻器

Rstart．．．起動電阻器

T100．．．變壓器

Vcc．．．端子

VDC．．．端子

Vth1．．．閾電壓

Vth2．．．閾電壓

ZD1．．．齊納二極體

ZD2．．．齊納二極體

ZDshunt．．．分路調節器

圖1係圖示，說明包括切換電源裝置及交流電源之示範組構；

圖2係圖示，說明包括切換電源裝置及交流電源之另一示範組構；

圖3係電路圖，說明相關技藝的切換電源裝置之示範組構；

圖4係電路圖，說明相關技藝的切換電源裝置之另一示範組構；

圖5係圖示，說明包括切換電源裝置及電子設備之示範組構；

圖6係電路圖，說明根據本發明之第一具體實施例的切換電源裝置之示範組構；

圖7係被使用於敘述圖6所說明之控制電壓產生電路的操作之圖示；

圖8係流程圖，用以敘述切換電源裝置之起動製程；

圖9係電路圖，說明根據本發明之第二具體實施例的切換電源裝置之示範組構；

圖10係電路圖，說明根據本發明之第三具體實施例的切換電源裝置之示範組構；

圖11係電路圖，說明圖10之切換電源裝置的變動；

圖12係電路圖，說明根據本發明之第四具體實施例的切換電源裝置之示範組構；

圖13係電路圖，說明切換電源裝置，在此該第一具體實施例(圖6)之起動電路係與控制電路整合；

圖14係電路圖，說明切換電源裝置，在此該第二具體實施例(圖9)之起動電路係與控制電路整合；

圖15係電路圖，說明切換電源裝置，在此該第三具體實施例(圖10)之起動電路係與控制電路整合；

圖16係電路圖，說明切換電源裝置，在此該第三具體實施例(圖11)之起動電路係與控制電路整合；及

圖17係電路圖，說明切換電源裝置，在此該第四具體實施例(圖12)之起動電路係與控制電路整合。

101．．．控制電路

200．．．切換電源裝置

201．．．電壓偵測電路

301．．．第一整流及平滑電路

302．．．第二整流及平滑電路

400．．．起動電路

CFB1．．．電容器

C1．．．電容器

Cs．．．電容器

Csub．．．電容器

DCin．．．端子

DCout．．．端子

Ds．．．二極體

Dsub．．．二極體

FB．．．端子

GNDin．．．端子

L1．．．連接線

Lp．．．一次線圈

Ls．．．二次線圈

Lsub．．．三次線圈

PC．．．光耦合器

PD．．．光二極體

PT．．．光電晶體

Q1．．．電晶體

Q2．．．電晶體

Qsw．．．電力金氧半場效電晶體

OUT．．．端子

R1．．．起動電阻器

RFB1．．．電阻器

RFB2．．．電阻器

RFB3．．．電阻器

RFB4．．．電阻器

RFB5．．．電阻器

RFB6．．．電阻器

T100．．．變壓器

Vcc．．．端子

ZD1．．．齊納二極體

ZDshunt．．．分路調節器

Claims (12)

1. 一種電源裝置，包括：變壓器，包括一次線圈、二次線圈及三次線圈；切換元件，經由該一次線圈連接至直流電源；第一整流及平滑電路，整流及平滑該二次線圈中所產生之電壓，並將該經整流及平滑之電壓供給至一負荷；控制電路，開啟及關閉該切換元件；第二整流及平滑電路，整流及平滑該三次線圈中所產生之電壓，且藉此產生用來驅動該控制電路之驅動電壓；及起動電路，包括第一電晶體、第一電阻器及第一電容器，串聯連接於該直流電源與地之間，第二電晶體，連接於該直流電源與該第二整流及平滑電路之間，及關閉單元，當該第一電容器被充電至預定電壓時，從該第一電晶體及該第二電晶體之中至少關閉該第二電晶體，其中該第二整流及平滑電路包括第二電容器，用以將該驅動電壓供給至該控制電路；及用以將該第一電容器充電至該預定電壓之時間係大於用以將該第二電容器充電至該驅動電壓的時間。
2. 如申請專利範圍第1項之電源裝置，其中該第一電晶體及該第二電晶體被開啟之時間係藉由該第一電阻器之 電阻及該第一電容器之電容所決定。
3. 如申請專利範圍第1項之電源裝置，其中該起動電路另包括第二電阻器，其連接於該第二電晶體與該第二整流及平滑電路之間，且調整一待施加至該控制電路之電壓位準。
4. 如申請專利範圍第1項之電源裝置，其中該起動電路另包括被連接於該直流電源與該第一及第二電晶體間之第三電阻器。
5. 如申請專利範圍第1項之電源裝置，其中該起動電路另包括連接於該直流電源與該第一電晶體間之第三電阻器、及連接於該直流電源與該第二電晶體間之第四電阻器。
6. 如申請專利範圍第1項之電源裝置，其中該起動電路另包括電壓調整器二極體，其係設於該直流電源與該第一電容器之間，且連接至該第一電晶體之閘極及該第二電晶體之閘極。
7. 如申請專利範圍第1項之電源裝置，其中該起動電路係與該控制電路整合。
8. 如申請專利範圍第3項之電源裝置，其中該起動電路係與該控制電路整合。
9. 如申請專利範圍第4項之電源裝置，其中該起動電路係與該控制電路整合。
10. 如申請專利範圍第5項之電源裝置，其中該起動電路係與該控制電路整合。
11. 如申請專利範圍第6項之電源裝置，其中該起動電路係與該控制電路整合。
12. 一種成像設備，包括申請專利範圍第1項之電源裝置。