专利名称：电源设备和成像装置的利记博彩app
技术领域：
本公开的某些方面涉及电源设备和包括该电源设备的成像装置。
背景技术：
在许多电子设备中，从由交流(AC)电源(如商业电源)或直流(DC)电源(如电池)提供的功率生成适当的驱动功率，并且将生成的驱动功率提供到电路板上的电路。因此，许多电子设备包括用于生成驱动功率的电源设备。图1和2图示包括开关电源设备和AC电源的示例性配置。在图1中，二极管桥14 和平滑电容器15构成整流和平滑电路，并且该整流和平滑电路连接到开关电源设备100。 二极管桥14对从AC电源11输入的交流电压进行全波整流。平滑电容器15进一步平滑从二极管桥14输出的整流电压。平滑后的电压输入到开关电源设备100。在图2中，功率因子校正(PFC)电路16经由平滑电容器15连接到开关电源设备
100。平滑电容器15整形从功率因子校正电路16输出的整流电压，并且将整形后的电压输入到开关电源设备100。在图1或图2所示的配置的任一中，直流电压输入到开关电源设备 100的端子DCin。图3是图示根据现有技术的开关电源设备100的示例性配置的电路图。图3的开关电源设备100包括变压器T100、作为连接到变压器TlOO的初级线圈Lp的开关元件的功率MOSFET Qsw、控制电路101、电压检测电路201、二极管Dsub、二极管Ds、启动电阻器 Rstart、电容器Csub (电源电容器)、和电容器Cs。功率从直流电源提供到端子DCin，该端子DCin连接到初级线圈Lp的一端和启动电阻器Rstart的一端。启动电阻器Rstart的另一端连接到控制电路101的端子VCC、电容器Csub和二极管Dsub的一端。控制电路101包括齐纳二极管ZD1，该齐纳二极管ZDl的正向朝向端子VCC。当启动开关电源设备100时，施加到端子DCin的直流电压导致几mA到几十mA的启动电流Istart经由启动电阻器Rstart流入端子VCC和电容器Csub。电容器Csub通过启动电流Istart充电，并且控制电路101通过电容器Csub中存储的功率驱动。然后，控制电路101启动功率MOSFET Qsw的开关控制。当MOSFET Qsw导通和截止时，电流流过变压器TlOO的初级线圈Lp。该电流改变引起电磁感应，并且在变压器TlOO的次级线圈Ls中生成电动势，并且该电动势在次级线圈 Ls中生成电流。在次级线圈Ls中生成的电流通过二极管Ds和电容器Cs整流和平滑。整流和平滑后的电压从开关电源设备100的端子DCout输出。二极管Ds和电容器Cs构成第一整流和平滑电路301。类似地，当启动电流Istart流过初级线圈Lp时，该电流改变引起电磁感应，并且在第三线圈Lsub中生成电动势，并且该电动势生成电流。通过电动势生成电流通过连接到第三线圈Lsub的二极管Dsub整流，充电电容器Csub，并且提供到端子VCC以驱动控制电路
101。二极管Dsub和电容器Csub构成第二整流和平滑电路302。
电压检测电路201检测要从端子DCout输出的输出电压，并且生成要发送到控制电路101的反馈信号。由第一整流和平滑电路301生成的电压通过电阻器RFBl和RFB2划分，并且电压划分输入到分流调整器ZDshimt。分流调整器ZDshimt调整流过光电耦合器 PC的光电二极管PD的电流，使得电压划分总是等于内部参考电压。电阻器RFB5和电阻器 RFB6调整流入光电二极管PD的电流。电容器CFBl和电阻器RFB3调整光电二极管PD的反馈的频率特性。利用上述配置，当由第一整流和平滑电路301生成的电压超过期望电平时，电流流过光电耦合器PC的光电二极管PD。结果，光电二极管PD发光并且耦合到光电耦合器PC 的光电晶体管PT。流过光电晶体管PT的电流生成要施加到控制电路101的端子FB的电压，该电压由电阻器RFB4的电阻和电流值确定。控制电路101根据在端子FB处的电压电平导通和截止功率MOSFETQsw。该配置使得可以根据由电压检测电路201检测的在端子DCout处的输出电压电平来控制功率MOSFET Qsw的开关频率和时间比(或占空比)，从而使得可能获得期望的输出电压。图4是图示根据现有技术的开关电源设备100的另一示例性配置的电路图。在图 4中，电阻器Rocp连接到功率MOSFET Qsw的一端。此外，电阻器Rocp的一端和光电晶体管 PT 一起连接到控制电路101的端子FB。该配置使得可能使用流过光电晶体管PT的电流的电压和流过初级线圈LP的电流的电压用于反馈控制。然而，图3和4的配置趋于增加功耗。当启动开关电源设备100时，用于生成用于控制电路101的驱动电压的启动电流Istart经由启动电阻器Rstart流到控制电路101的端子VCC和电容器Csub。此外，在启动功率MOSFETQsw的开关控制后，控制电路101由电容器Csub的电压驱动，该电容器Csub由从第三线圈Lsub经由二极管Dsub流入电容器Csub 的电流充电。这里，在控制电路101的端子VCC处提供齐纳二极管ZDl以防止由于过电压导致的损坏。齐纳二极管ZDl例如将在端子VCC处的电压保持在从几伏到十几伏的范围内。同时，通过利用二极管桥和电容器或者利用功率因子校正电路平滑交流电压获得的一百几十伏到大约400伏的直流电压施加到端子DCin。因此，即使在通过控制电路101启动开关控制并且经由第三线圈Lsub和二极管 Dsub充电电容器Csub后，一百几十伏到大约400伏的电压继续施加到启动电阻器Rstart 的各端，并且启动电阻器Rstart继续消耗功率。尽管开关电源设备100的负载在其处于待机状态时减少到几瓦特，但是由于启动电阻器Rstart的功率损失仍然大，因为该功率损失与跨越启动电阻器Rstart的电压的平方成比例。同时，如果增加启动电阻器Rstart的电阻以减少功率损失，则流到电容器Csub的电流减少。这接着增加用于充电电容器Csub的时间，从而增加开关电源设备100的启动时间。为了防止上述问题，已经提出用于减少由于启动电阻器的功耗的配置(例如，见日本专利公开No. 10-323031)。JP10-323031公开了一种电源设备，其中启动电阻器R1、开关元件Q2和电容器C2按照所述顺序串联连接到直流电源，并且开关元件Q2通过电阻器R2和R4以及二极管D2、D3和D4驱动。在公开的配置中，在启动电源设备后，断开开关元件Q2 以将启动电阻器Rl与电源断开连接，从而减少功耗。
发明内容
在本发明的一个方面，提供了一种电源设备，包括变压器，包括初级线圈、次级线圈和第三线圈；开关元件，经由初级线圈连接到直流电源；第一整流和平滑电路，其整流和平滑在次级线圈中生成的电压，并且将整流和平滑后的电压提供给负载；控制电路，其接通和断开开关元件；第二整流和平滑电路，其整流和平滑在第三线圈中生成的电压，从而生成用于驱动控制电路的驱动电压；以及启动电路。该启动电路包括在直流电源和地之间串联连接的第一晶体管、第一电阻器和第一电容器；在直流电源和第二整流和平滑电路之间连接的第二晶体管；以及断开单元，当第一电容器充电到预定电压时，该断开单元至少截止第一晶体管和第二晶体管中的第二晶体管。
图1是图示包括开关电源设备和AC电源的示例性配置的图；图2是图示包括开关电源设备和AC电源的另一示例性配置的图；图3是图示现有技术的开关电源设备的示例性配置的电路图；图4是图示现有技术的开关电源设备的另一示例性配置的电路图；图5是图示包括开关电源设备和电子装置的示例性配置的图；图6是图示根据本发明第一实施例的开关电源设备的示例性配置的电路图；图7是用于描述图6中图示的控制电压生成电路的操作的图；图8是用于描述开关电源设备的启动过程的流程图；图9是图示根据本发明第二实施例的开关电源设备的示例性配置的电路图；图10是图示根据本发明第三实施例的开关电源设备的示例性配置的电路图；图11是图示图10的开关电源设备的变化的电路图；图12是图示根据本发明第四实施例的开关电源设备的示例性配置的电路图；图13是图示其中第一实施例(图6)的启动电路与控制电路集成的开关电源设备的电路图；图14是图示其中第二实施例(图9)的启动电路与控制电路集成的开关电源设备的电路图；图15是图示其中第三实施例(图10)的启动电路与控制电路集成的开关电源设备的电路图；图16是图示其中第三实施例(图11)的启动电路与控制电路集成的开关电源设备的电路图；以及图17是图示其中第四实施例(图12)的启动电路与控制电路集成的开关电源设备的电路图。
具体实施例方式利用JP10-323031中公开的电源设备，可以减少启动电阻器Rl的功耗。然而，因为直流电源经由电阻器R3和R4串联连接到地(GND)，所以电阻器R3和R4仍然导致功率损失。下面参考附图描述本发明的实施例。根据本发明实施例的开关电源设备可以提供功率给各种电子装置，如成像装置。 电子照相成像装置通常配置为在启动期间消耗相对大量的功率以减少变得准备好用于打印所需的时间，但是在待机状态下消耗很少功率。根据本发明实施例的开关电源设备使得可能在成像过程期间以及在待机状态下都将与启动电流Istart有关的功耗减少到基本为零。图5是图示包括开关电源设备和电子装置的示例性配置的图。在图5中，交流(AC) 电源11经由主电源开关12连接到二极管桥14。二极管桥14连接到平滑电容器15和开关电源设备200。当主电源开关12接通时，直流电压提供到开关电源设备200。AC电源11 典型地为商业电源。然而，AC电源11可以由功率生成系统实现，其中由自然能量生成器生成的直流电压通过功率调节器转换为交流电压。二极管桥14是整流电流的示例，并且对从AC电源11输入的交流电压进行全波整流。平滑电容器15平滑整流后的电压以获得直流电压。该直流电压输入开关电源设备200 的端子DCin。该直流电压例如是从一百几十伏到大约400伏。尽管在图5中二极管桥14 和平滑电容器15用于平滑交流电压，但是也可以替代地使用功率因子校正电路来获得直流电压。开关电源设备200利用稍后描述的第一整流和平滑电路生成期望电平的直流电压，并且将该直流电压提供给电子装置。在图5中，成像装置500用作电子装置的示例。开关电源设备200可以集成在成像装置500中。成像装置500包括各种负载，如由直流电源驱动的熔断单元、微计算机、马达、和二次电池。开关电源设备200将功率提供给一个或多个负载。<第一实施例>图6是图示根据本发明第一实施例的开关电源设备200的示例性配置的电路图。 图6的开关电源设备200与图3和4的现有技术的开关电源设备100的区别在于开关电源设备200包括串联连接到端子DCin的启动电路400。开关电源设备200还包括变压器 T100、作为连接到变压器TlOO的初级线圈Lp的开关元件的功率MOSFET Qsw、控制电路101、 电压检测电路201、二极管Dsub、二极管Ds、电容器Csub和电容器Cs。启动电路400和初级线圈Lp并联连接，并且它们的每个串联连接到端子DCin，从直流电源提供功率到该端子DCin。初级线圈Lp的一端连接到功率MOSFET Qsw的源极。功率MOSFET Qsw的栅极连接到控制电路101的端子OUT。控制电路101包括齐纳二极管ZDl， 其正向朝向端子VCC。变压器TlOO的第三线圈Lsub的一端连接到二极管Dsub，其正向朝向控制电路 101的端子VCC。二极管Dsub和启动电路400 —起连接到控制电路101的端子VCC和电容器 Csub0当控制电路101高速接通和断开施加到功率MOSFET Qsw的栅极的电压时，在变压器TlOO的初级线圈Lp中引起电流改变。该电流改变接着引起电磁感应，并且在变压器 TlOO的次级线圈Ls中生成电动势。该生成的电动势对应于初级线圈Lp和次级线圈Ls之间的匝数比。由次级线圈Ls中的电动势生成的电流通过二极管Ds整流，并且充电电容器 Cs。通过充电电容器Cs生成的电压从端子DCout输出。二极管Ds和电容器Cs构成第一整流和平滑电路301。类似地，当控制电路101高速接通和断开施加到功率MOSFET Qsw的电压时，在变压器TlOO的初级线圈Lp中引起的电流改变引起电磁感应，并且在变压器TlOO的第三线圈 Lsub中生成电动势。生成的电动势对应于初级线圈Lp和第三线圈Lsub之间的匝数比。由该电动势生成的电流通过连接到第三线圈Lsub的二极管Dsub整流，充电电容器Csub，并且提供到端子VCC以驱动控制电路101。二极管Dsub和电容器Csub构成第二整流和平滑电路 302。电压检测电路201连接在电容器Cs和端子DCout之间。电压检测电路201检测要从端子DCout输出的输出电压，并且生成要发送到控制电路101的反馈信号。电压检测电路201包括用于划分端子DCout的电压的电阻器RFBl和RFB2、对其输入电压划分的分流调整器ZDshunt、在相对方向上串联连接到分流调整器ZDshunt的光电耦合器PC的光电二极管PD、串联连接到分流调整器ZDshimt的电阻器RFB5和RFB6、以及与光电二极管PD并联连接的电容器CFBl和电阻器RFB3。分流调整器ZDshimt调整流过光电耦合器PC的光电二极管PD的电流，使得电压划分总是等于内部参考电压。电阻器RFB5和电阻器RFB6调整由输出电压生成并流入光电二极管PD的电流。电容器CFBl和电阻器RFB3调整光电二极管PD的反馈的频率特性。当施加到端子DCout的输出电压超过预定电平时，流入分流调整器ZDshunt的电流增加，并且电流流过光电耦合器PC的光电二极管PD。当施加到端子DCout的输出电压变得小于或等于预定电平时，流入分流调整器ZDshimt的电流减少，并且电流停止流过光电耦合器PC的光电二极管PD。当电流流过光电耦合器PC的光电二极管PD时，光电二极管 PD发光并耦合到光电耦合器PC的光电晶体管PT。由流过光电晶体管PT的电流、电阻器RFB4和流过电阻器RFB4的电流确定的电压施加到控制电路101的端子FB。控制电路101监视施加到端子FB的电压，并且控制接通/ 断开信号(占空比)从端子OUT输出到功率MOSFET Qsw0接着，下面描述启动电路400。启动电路400串联连接到端子DCin，并且包括并联连接的第一晶体管Ql和第二晶体管Q2。第一晶体管Ql和第二晶体管Q2的栅极都连接到电容器Cl。第一晶体管Ql的源极连接到端子DCin，从直流电源提供功率到该端子DCin。 第一晶体管Ql的漏极经由电阻器Rl和电容器Cl连接到起作用为地的端子GNDin。第一晶体管Q1、电阻器Rl和电容器Cl串联连接。第一晶体管Q1、电阻器Rl和电容器Cl构成控制电压生成电路。在图6中，V(t) 指示电容器Cl的电压，其中“t”指示时间。类似于第一晶体管Q1，第二晶体管Q2的源极连接端子DCin。第二晶体管Q2的漏极连接到电容器Csub (即，连接到第二整流和平滑电路30 。第二晶体管Q2的栅极与第一晶体管Ql —起连接到电容器Cl。图7是用于描述图6的控制电压生成电路的操作的图。图7示出相对于在主电源开关12接通后经过的时间的电压V(t)和施加到端子DCin的电压V(DCin)的改变。紧接在主电源开关12接通以启动开关电源设备200之前，电容器Cl没有被充电。当t = 0指示主电源开关12接通时的时间时，电容器Cl的电压V(t)用V(O) = 0表示。紧接在开关电源设备200启动后，第一晶体管Ql和第二晶体管Q2的栅极-源极电压变得大于阈值电压Vthl (或阈值电压Vthl和VtM)，并且第一晶体管Ql和第二晶体管Q2导通。结果，经由电阻器Rl从直流电源提供的电流开始充电电容器Cl (同样也开始电容器Csub的充电)。当Cl指示电容器Cl的电容时，电容器Cl的电压V(t)用下面的等式(1)表示。
权利要求
1.一种电源设备，包括变压器，其包括初级线圈、次级线圈和第三线圈；开关元件，其经由初级线圈连接到直流电源；第一整流和平滑电路，其整流和平滑在次级线圈中生成的电压，并且将整流和平滑后的电压提供给负载；控制电路，其接通和断开开关元件；第二整流和平滑电路，其整流和平滑在第三线圈中生成的电压，从而生成用于驱动控制电路的驱动电压；以及启动电路，包括在直流电源和地之间串联连接的第一晶体管、第一电阻器和第一电容器，在直流电源和第二整流和平滑电路之间连接的第二晶体管，断开单元，当第一电容器充电到预定电压时，该断开单元至少截止第一晶体管和第二晶体管中的第二晶体管。
2.如权利要求1所述的电源设备，其中第二整流和平滑电路包括第二电容器，用于将驱动电压提供到控制电路；以及用于将第一电容器充电到预定电压的时间大于用于将第二电容器充电到驱动电压的时间。
3.如权利要求1或2所述的电源设备，其中，第一晶体管和第二晶体管导通的时间由第一电阻器的电阻和第一电容器的电容确定。
4.如权利要求1或2所述的电源设备，其中启动电路还包括第二电阻器，其连接在第二晶体管和第二整流和平滑电路之间，并且调整要施加到控制电路的电压电平。
5.如权利要求1或2所述的电源设备，其中启动电路还包括连接在直流电源与第一和第二晶体管之间的第三电阻器。
6.如权利要求1或2所述的电源设备，其中启动电路还包括连接在直流电源与第一晶体管之间的第三电阻器、以及连接在直流电源与第二晶体管之间的第四电阻器。
7.如权利要求1或2所述的电源设备，其中启动电路还包括电压调整二极管，其提供在直流电源和第一电容器之间，并且连接到第一晶体管和第二晶体管的栅极。
8.如权利要求1或2所述的电源设备，其中启动电路与控制电路集成。
9.如权利要求4所述的电源设备，其中启动电路与控制电路集成。
10.如权利要求5所述的电源设备，其中启动电路与控制电路集成。
11.如权利要求6所述的电源设备，其中启动电路与控制电路集成。
12.如权利要求7所述的电源设备，其中启动电路与控制电路集成。
13.一种成像装置，包括权利要求1或2所述的电源设备。
全文摘要
一种电源设备，包括变压器，其包括初级线圈、次级线圈和第三线圈；开关元件，其经由初级线圈连接到直流电源；第一整流和平滑电路，其整流和平滑在次级线圈中生成的电压；控制电路，其接通和断开开关元件；第二整流和平滑电路，其整流和平滑在第三线圈中生成的电压，从而生成用于控制电路的驱动电压；以及启动电路，其包括在直流电源和地之间串联连接的第一晶体管、第一电阻器和第一电容器，在直流电源和第二整流和平滑电路之间连接的第二晶体管，以及断开单元，当第一电容器充电到预定电压时，该断开单元至少截止第一晶体管和第二晶体管中的第二晶体管。
文档编号H02M1/36GK102195487SQ20111005704
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月10日 优先权日2010年3月11日
发明者植野刚 申请人:株式会社理光