專利名稱：開關(guān)電源裝置、電源系統(tǒng)和圖像形成設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)電源裝置、電源系統(tǒng)和圖像形成設(shè)備。
背景技術(shù)：
諸如DC/DC轉(zhuǎn)換器的包括開關(guān)調(diào)節(jié)器的開關(guān)電源裝置已經(jīng)普遍作為用于例如圖 像形成設(shè)備的電源裝置。在這類電源裝置中，需要大容量電容器以對(duì)于負(fù)載變化實(shí)現(xiàn)緩慢 的電壓和電流改變。日本專利公開No. 2000-023355提出了基于通知負(fù)載阻抗中的突變的 通知信號(hào)來抑制輸出電壓變化的手段。開關(guān)調(diào)節(jié)器一般包括過載保護(hù)電路。然而，取決于過載保護(hù)電路的布置，開關(guān)調(diào) 節(jié)器的輸出電壓相對(duì)于輸出電流的特性(下垂(drooping)特性)不希望地變?yōu)閇\(反斜 杠)]型特性。根據(jù)圖4A，當(dāng)輸出電流Iout超過作為下垂起點(diǎn)的Ia時(shí)，輸出電壓Vout開 始下垂。當(dāng)輸出電流Iout達(dá)到作為負(fù)載短路點(diǎn)的讓時(shí)，輸出電壓Vout變成零。在具有這 種[\(反斜杠)]型下垂特性的開關(guān)電源裝置中，例如當(dāng)發(fā)生了負(fù)載短路時(shí)，具有大的峰值 的電流不希望地流過開關(guān)元件和整流元件。這導(dǎo)致了開關(guān)元件和整流元件的低可靠性和損 壞(depletion)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明解決這些問題和其它問題中的至少一個(gè)。例如，本發(fā)明提供一種過載 保護(hù)電路，即使在例如發(fā)生了負(fù)載短路時(shí)該過載保護(hù)電路也能夠保持開關(guān)電源電路中所使 用的諸如開關(guān)元件和整流元件的元件的可靠性。應(yīng)注意，通過該說明書將理解其它問題。本發(fā)明提供一種開關(guān)電源裝置，所述開關(guān)電源裝置包括開關(guān)元件；整流電路，該 整流電路包括電感器和第一整流元件，并且用于對(duì)該開關(guān)元件的輸出進(jìn)行整流；和控制電 路，該控制電路通過根據(jù)該整流電路的輸出和預(yù)定的目標(biāo)值改變?cè)撻_關(guān)元件的開關(guān)狀態(tài)， 控制該整流電路的輸出；檢測(cè)單元，該檢測(cè)單元檢測(cè)流過第一整流元件的電流；以及輸出 降低單元，該輸出降低單元在該檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果超過預(yù)定值時(shí)，通過改變?cè)撻_關(guān)元件 的開關(guān)狀態(tài)來降低作為該開關(guān)電源裝置的輸出的該整流電路的輸出。本發(fā)明還提供一種電源系統(tǒng)，包括第一轉(zhuǎn)換器，該第一轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入電壓進(jìn)行變 壓和輸出；第二轉(zhuǎn)換器，該第二轉(zhuǎn)換器對(duì)第一轉(zhuǎn)換器的輸出電壓進(jìn)一步變壓以獲得第二輸 出電壓；切換電路，該切換電路根據(jù)被提供第二輸出電壓的電子裝置的狀態(tài)將第一轉(zhuǎn)換器 的輸出電壓切換到高電壓和低電壓之一；并且，上述的開關(guān)電源裝置被用作第二轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明還提供一種圖像形成設(shè)備，包括圖像形成單元，該圖像形成單元在印刷材 料上形成圖像；控制單元，該控制單元控制該圖像形成單元的操作；以及開關(guān)電源，該開關(guān) 電源向該控制單元提供電力，該開關(guān)電源包括開關(guān)元件；電感器和第一整流元件；整流電 路，該整流電路用于對(duì)該開關(guān)元件的輸出進(jìn)行整流；控制電路，該控制電路通過根據(jù)該整流 電路的輸出和預(yù)定的目標(biāo)值改變?cè)撻_關(guān)元件的開關(guān)狀態(tài)來控制該整流電路的輸出；檢測(cè)單 元，該檢測(cè)單元檢測(cè)流過第一整流元件的電流；以及輸出降低單元，該輸出降低單元在該檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果超過預(yù)定值時(shí)，通過改變?cè)撻_關(guān)元件的開關(guān)狀態(tài)來降低作為該開關(guān)電源 的輸出的該整流電路的輸出。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)流過包括在整流電路中的第一整流元件的電流超過預(yù)定值時(shí)，降 低開關(guān)電源裝置的輸出，該預(yù)定值被預(yù)先確定以辨別整流電路的輸出電壓是否開始下垂。 因而，由于過載時(shí)的下垂特性變?yōu)閇/(斜杠)]型特性，即使當(dāng)例如發(fā)生負(fù)載短路時(shí)，也可保 持開關(guān)電源裝置中使用的諸如開關(guān)元件和整流元件的元件的可靠性。從下面對(duì)示例性實(shí)施例的描述(參考附圖)，本發(fā)明的更多的特征將變得清楚。


圖1是示出作為基礎(chǔ)的DC/DC轉(zhuǎn)換器的示例的電路圖；圖2是示出DC/DC轉(zhuǎn)換器的基本操作示例的圖；圖3A和圖;3B是示出當(dāng)輸出電流Iout表現(xiàn)為過大值(過載狀態(tài))時(shí)的DC/DC轉(zhuǎn) 換器的操作的圖；圖4A是解釋輸出電壓Vout和輸出電流Iout之間的關(guān)系(下垂特性)的曲線圖；圖4B是解釋流過電感器Ll的電流的隨時(shí)間流逝的改變的曲線圖；圖5是示出根據(jù)第一實(shí)施例的DC/DC轉(zhuǎn)換器的電路圖；圖6是示出當(dāng)輸出電流Iout表現(xiàn)為正常值時(shí)的操作示例的圖；圖7A和圖7B是示出當(dāng)輸出電流Iout表現(xiàn)為過大值(過載狀態(tài))時(shí)的DC/DC轉(zhuǎn) 換器的操作的圖；圖8A是解釋輸出電壓Vout和輸出電流Iout之間的關(guān)系的曲線圖；圖8B是解釋流過電感器Ll的電流的隨時(shí)間流逝的改變的曲線圖；圖9是示出根據(jù)第二實(shí)施例的開關(guān)電源裝置的電路圖；圖10是示出當(dāng)輸出電流Iout表現(xiàn)為正常值時(shí)的操作示例的圖；圖IlA和圖IlB是示出當(dāng)輸出電流Iout表現(xiàn)為過大值(過載狀態(tài))時(shí)的DC/DC 轉(zhuǎn)換器的操作的圖；圖12是示出根據(jù)第三實(shí)施例的電源裝置和用作負(fù)載的裝置的框圖；圖13是示出根據(jù)第三實(shí)施例的電源裝置和用作負(fù)載的裝置的框圖；圖14是示出比較示例的電路圖；圖15A是示出包括開關(guān)電源裝置的圖像形成設(shè)備的視圖；以及圖15B是示出開關(guān)電源裝置的應(yīng)用示例的框圖。
具體實(shí)施例方式[基本布置]圖1是示出作為本發(fā)明的基礎(chǔ)的DC/DC轉(zhuǎn)換器的示例的電路圖。圖2是示出DC/ DC轉(zhuǎn)換器的基本操作示例的圖。DC/DC轉(zhuǎn)換器100的主要組件是過載保護(hù)電路101、誤差放 大器102、脈寬調(diào)制(PWM)電路103、推挽電路104、作為開關(guān)元件的FET1、和整流電路105。 整流電路105包括電感器和第一整流元件，并且用于對(duì)開關(guān)元件的輸出進(jìn)行整流。輸入電 壓Vin通過電阻器Ris被提供給FET1。包括晶體管Q3和Q4的推挽電路104通過電阻器 R6連接到FETl的柵極端子。推挽電路104根據(jù)來自脈寬調(diào)制電路的脈寬調(diào)制信號(hào)執(zhí)行推挽操作。包括電阻器R5、比較器PWM Amp和三角波發(fā)生器OSC的PWM電路103連接到推挽 電路104。PWM電路103根據(jù)來自誤差放大器102的輸出而輸出用于改變開關(guān)元件的接通 率(ON duty)的脈寬調(diào)制信號(hào)。包括電阻器R3和R4、晶體管Q2、比較器Err Amp和恒壓電 源Vref2的誤差放大器102連接到比較器PWM Amp的反相輸入端子Vp-。誤差放大器102 用作如下這樣的控制電路的一部分，該控制電路根據(jù)來自整流電路的輸出和預(yù)定目標(biāo)值改 變開關(guān)元件的開關(guān)狀態(tài)以便控制和/或穩(wěn)定整流電路的輸出。注意，該控制電路包括誤差 放大器102、PWM電路103和推挽電路。當(dāng)FETl執(zhí)行開關(guān)時(shí)，從FETl提供脈沖電壓到電感器Ll和作為整流元件的二極管 D1。該脈沖電壓被電感器Li、二極管Dl和電解電容器Cl整流為DC輸出電壓Vout。輸出 電壓Vout被由電阻器R7和R8配置成的分壓電路分壓，并且被提供給比較器Err Amp的非 反相輸入端子Ve+。另一方面，參考電壓Vref2被提供給比較器Err Amp的反相輸入端子 Ve-。因此，比較器ErrAmp基于輸出電壓Vout的誤差信息而增大/減小晶體管Q2的基極 電流，并且控制比較器PWM Amp的反相輸入端子電壓Vp-。從而，F(xiàn)ETl基于輸出電壓Vout 的誤差信息執(zhí)行PWM開關(guān)，從而輸出電壓Vout被轉(zhuǎn)換成恒定電壓。開關(guān)調(diào)節(jié)器一般包括過載保護(hù)電路。圖1所示的DC/DC轉(zhuǎn)換器100也包括過載保 護(hù)電路101。過載保護(hù)電路101由電阻器Ris、Rl和R2，電容器C2、恒壓電源Vrefl、比較器 CS Amp和晶體管Ql配置成。電阻器Ris將FETl的漏極電流Id轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷篤is。電壓Vis 被包括電阻器Rl和電容器C2的濾波器電路平均化，并且被提供給比較器CS Amp的反相輸 入端子Vc-。另一方面，輸入電壓和來自恒壓電源Vrefl的電壓之間的差電壓Vin-Vrefl 被提供給比較器CS Amp的非反相輸入端子Vc+。圖2示出沿著時(shí)間軸的比較器Err Amp、 CS Amp和PWM Amp的電壓、FETl的柵極-源極電壓Vgs，F(xiàn)ETl的漏極電流Id、以及輸出電 流Iout之間的關(guān)系。當(dāng)輸出電流Iout表現(xiàn)為正常值時(shí)，比較器CS Amp的反相輸入端子電 壓Vc-和非反相輸入端子電壓Vc+滿足Vc- > Vc+。在該條件下，比較器CS Amp使晶體管 Ql停用(disable)。因此，比較器CS Amp不干預(yù)P麗電路103的任何操作。圖3A和圖;3B示出當(dāng)輸出電流Iout表現(xiàn)為過大值時(shí)比較器ErrAmp、CS Amp和 PWMAmp的電壓、FETl的柵極-源極電壓Vgs、FETl的漏極電流Id、以及輸出電流Iout之間 的關(guān)系。簡(jiǎn)言之，圖3A和;3B是示出當(dāng)輸出電流Iout增大時(shí)(過載狀態(tài))的操作的圖。在 這種情況下，漏極電流Id的峰值升高。從而，Vis的振幅增大。在該情況下，比較器CS Amp 的反相輸入端子電壓Vc-變得稍低于非反相輸入端子電壓Vc+( = Vin-Vrefl)。然后，比較 器CS Amp增大晶體管Ql的基極電流以降低比較器PWM Amp的反相輸入端子電壓Vp-。結(jié) 果，由于FETl的接通率(占空比)降低，Vis的脈沖寬度減小，并且比較器CS Amp的反相輸 入端子電壓Vc-升高。在前述的閉環(huán)控制情況下，F(xiàn)ETl執(zhí)行PWM開關(guān)，從而比較器CS Amp 的反相輸入端子電壓Vc-和非反相輸入端子電壓Vc+( = Vin-Vrefl)變得幾乎彼此相等。 應(yīng)注意，當(dāng)FETl的接通率降低時(shí)，輸出電壓Vout也降低。如圖3A和圖;3B所示的，當(dāng)輸出電流Iout進(jìn)一步增大時(shí)，比較器CS Amp進(jìn)一步增 大晶體管Ql的基極電流。響應(yīng)于此，比較器PWM Amp進(jìn)一步降低FETl的接通率。從而，輸 出電壓Vout進(jìn)一步降低。圖4A示出輸出電壓Vout和輸出電流Iout之間的關(guān)系(下垂特性)。在利用圖2 描述的比較器Err Amp的控制區(qū)域401中，無論輸出電流Iout如何，輸出電壓Vout都為幾乎恒定的電壓Va。電壓Va由下式表示 R +R
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電源裝置，所述開關(guān)電源裝置包括 開關(guān)元件；整流電路，所述整流電路包括電感器和第一整流元件，并且用于對(duì)所述開關(guān)元件的輸 出進(jìn)行整流；控制電路，所述控制電路通過根據(jù)所述整流電路的輸出和預(yù)定的目標(biāo)值改變所述開關(guān) 元件的開關(guān)狀態(tài)，控制所述整流電路的輸出；檢測(cè)單元，所述檢測(cè)單元檢測(cè)流過第一整流元件的電流；以及 輸出降低單元，所述輸出降低單元在所述檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果超過預(yù)定值時(shí)，通過改 變所述開關(guān)元件的開關(guān)狀態(tài)來降低作為所述開關(guān)電源裝置的輸出的所述整流電路的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，還包括平均化單元，所述平均化單元對(duì)所述檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行平均， 其中，所述輸出降低單元在所述平均化單元的輸出指示所述開關(guān)電源裝置的輸出開始 下垂之前不干預(yù)所述控制電路的控制，并且在所述平均化單元的輸出指示所述開關(guān)電源裝 置的輸出開始下垂之后通過干預(yù)所述控制電路的控制來降低所述整流電路的輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其中，所述電感器的第一端子和第一整流元 件的第一端子連接到所述開關(guān)元件的第一端子，用于連接負(fù)載的第一輸出端子和電容器的第一端子連接到所述電感器的第二端子， 用作所述檢測(cè)單元的檢測(cè)電阻器的第一端子連接到第一整流元件的第二端子， 所述電容器的第二端子和用于連接負(fù)載的第二端子連接到所述檢測(cè)電阻器的第二端子，所述平均化單元包括平均化電阻器和平均化電容器，第一整流元件的第二端子和所述檢測(cè)電阻器的第一端子連接到所述平均化電阻器的第一端子，并且所述平均化電阻器的第二端子連接到所述平均化電容器的第一端子，并且所述檢測(cè)電 阻器的第二端子連接到所述平均化電容器的第二端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其中所述控制電路包括 誤差放大器，所述誤差放大器放大誤差；脈寬調(diào)制電路，所述脈寬調(diào)制電路根據(jù)來自所述誤差放大器的輸出，輸出改變所述開 關(guān)元件的接通率所需的脈寬調(diào)制信號(hào)；以及推挽電路，所述推挽電路根據(jù)來自所述脈寬調(diào)制電路的脈寬調(diào)制信號(hào)執(zhí)行推挽操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源裝置，其中，所述開關(guān)電源裝置是包括變壓器的隔 離型DC/DC轉(zhuǎn)換器，所述變壓器的一次線圈連接到所述開關(guān)元件，所述變壓器的二次線圈 連接到第二整流元件的另一端子，第二整流元件的一個(gè)端子連接到所述電感器，并且當(dāng)通 過第一整流元件使所述開關(guān)元件停用時(shí)，所述隔離型DC/DC轉(zhuǎn)換器使流過所述電感器的電 流循環(huán)。
6.一種電源系統(tǒng)，包括第一轉(zhuǎn)換器，所述第一轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入電壓進(jìn)行變壓和輸出；第二轉(zhuǎn)換器，所述第二轉(zhuǎn)換器對(duì)第一轉(zhuǎn)換器的輸出電壓進(jìn)一步變壓以獲得第二輸出電 壓；以及切換電路，所述切換電路根據(jù)被提供第二輸出電壓的電子裝置的狀態(tài)將第一轉(zhuǎn)換器的 輸出電壓切換到高電壓和低電壓之一；其中，根據(jù)權(quán)利要求1的開關(guān)電源裝置被用作第二轉(zhuǎn)換器。
7. 一種圖像形成設(shè)備，包括圖像形成單元，所述圖像形成單元在印刷材料上形成圖像； 控制單元，所述控制單元控制所述圖像形成單元的操作；以及 開關(guān)電源，所述開關(guān)電源向所述控制單元提供電力， 所述開關(guān)電源包括 開關(guān)元件；整流電路，所述整流電路包括電感器和第一整流元件，并且用于對(duì)所述開關(guān)元件的輸 出進(jìn)行整流；控制電路，所述控制電路通過根據(jù)所述整流電路的輸出和預(yù)定的目標(biāo)值改變所述開關(guān) 元件的開關(guān)狀態(tài)來控制所述整流電路的輸出；檢測(cè)單元，所述檢測(cè)單元檢測(cè)流過第一整流元件的電流；以及 輸出降低單元，所述輸出降低單元在所述檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果超過預(yù)定值時(shí)，通過改 變所述開關(guān)元件的開關(guān)狀態(tài)來降低作為所述開關(guān)電源的輸出的所述整流電路的輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了開關(guān)電源裝置、電源系統(tǒng)和圖像形成設(shè)備。電源裝置包括例如開關(guān)元件、具有第一整流元件的整流電路、和控制整流電路的輸出的控制電路。特別地，電源裝置包括檢測(cè)流過第一整流元件的電流的檢測(cè)單元、以及降低作為開關(guān)電源裝置的輸出的整流電路的輸出的輸出降低單元。當(dāng)檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果超過預(yù)定值時(shí)，輸出降低單元改變開關(guān)元件的開關(guān)狀態(tài)。
文檔編號(hào)G03G15/00GK102148570SQ20111003473
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者松本真一郎 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社