專利名稱：切換電源和圖像形成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于向電子器件供給電力的切換電源。
背景技術(shù)：
以下參照圖8和圖9描述切換電源的例子。在圖8中，在一次電解電容器Cl中充電的直流電壓Vin通過變壓器Tl的一次繞組被供給到用作切換元件的場效應晶體管FETl的漏極端子。場效應晶體管FETl的源極端子通過電流檢測電阻器Ris與一次電解電容器Cl連接。變壓器Tl的二次繞組通過二次整流器二極管D3與二次電解電容器C2連接?？缍坞娊怆娙萜鰿2存儲的直流電壓Vout作為來自切換電源的輸出電壓被輸出。直流電壓Vout通過電阻器R3和電阻器R4被分壓，并且被分壓的電壓被供給到分路調(diào)節(jié)器IC2的基準端子。分路調(diào)節(jié)器IC2的陰極端子與光電耦合器PC-FB的LED連接。光電耦合器PC-FB的光電晶體管與PWM控制模塊ICl連接。光電耦合器PC-FB的光電晶體管的集電極電壓用作切換電源的輸出電壓Vout的反饋信號(也稱為FB信號)。FB信號被PWM控制模塊ICl中的電阻器Rl上拉并被輸入到PWM放大器AMPl的反相輸入端子。從三角波信號產(chǎn)生器向PWM放大器AMPl的非反相輸入端子供給三角波信號(也稱為OSC信號)。參照圖9，當OSC信號的電壓比FB信號的電壓高時，如在時間tO，PWM放大器AMPl輸出高電平(H電平)信號。從PWM放大器AMPl輸出的信號被供給到OR電路的輸入端子。OR電路的另一輸入端子被供給來自雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(flip-flop)電路FF的Q輸出。在時間tO，雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路FF的Q輸出如后面解釋的那樣處于低電平(也稱為L電平)，并且由此OR電路的輸出處于高電平(也稱為H電平)。來自OR電路的輸出被供給到包含用作切換元件的場效應晶體管FET2 (為P溝道M0SFET)和也用作切換元件的場效應晶體管FET3 (為N溝道M0SFET)的輸出緩沖器電路。因此，來自PWM控制模塊ICl的輸出信號(也稱為OUT信號)處于L電平。OUT信號被供給到場效應晶體管FETl的柵極端子。因此，場效應晶體管FETl關(guān)斷。在時間tl，如果OSC信號的電壓變得低于FB信號的電壓，則PWM放大器AMPl的輸出變?yōu)長電平，OR電路的輸出變?yōu)長電平，并且，OUT信號變?yōu)镠電平。因此，場效應晶體管FETl接通，并且漏極電流Id流過場效應晶體管FET1。在時間t2，如果OSC信號的電壓再次變得比FB信號的電壓高，則PWM放大器AMPl的輸出變?yōu)镠電平，OR電路的輸出變?yōu)镠電平，并且OUT信號變?yōu)長電平。因此，場效應晶體管FETl關(guān)斷，并且，漏極電流Id的流動停止。然后，在時間t3以及在隨后的時段中，切換電源的輸出電流Iout增加并且輸出電壓Vout輕微下降。作為響應，分路調(diào)節(jié)器IC2減少流過光電耦合器PC-FB的LED的電流。作為結(jié)果，F(xiàn)B信號增加，并且，場效應晶體管FETl的t4 t5的ON時段(也稱為ON脈沖寬度)的長度增加。作為結(jié)果，輸出電壓Vout輕微地增加。PWM控制模塊ICl控制場效應晶體管FETl的ON時段(通過PWM控制)以按上述的方式使輸出電壓Vout穩(wěn)定化。
上述的類型的切換電源通常具有過載保護電路。更具體而言，過載保護電路操作以使得通過與場效應晶體管FETl的源極端子連接的電流檢測電阻器Ris檢測場效應晶體管FETl的漏極電流Id，并且，如果漏極電流Id變得等于預定值，更具體而言，等于Vref/Ris，則場效應晶體管FETl被接通，由此，切換電源的負載電流限于預定的額定值Ip或更小。以下進一步詳細描述過載保護電路的操作。場效應晶體管FETl的漏極電流Id通過電流檢測電阻器Ris被轉(zhuǎn)變成電壓，并且作為電流檢測信號IS被供給到PWM控制模塊ICl中的電流感測放大器AMP2的非反相輸入端子。電流感測放大器AMP2的反相輸入端子與恒定電壓源Vref連接。當如在tO t8的時段中漏極電流Id的值小于Vref/Ris時，電 流檢測信號IS的電壓低于Vref,并且,放大器AMP2的輸出處于L電平。放大器AMP2的輸出被供給到雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF的S輸入端子。雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF的R輸入端子被供給OSC信號，使得當OSC信號具有峰值時雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF被復位。因此，雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF在OSC信號處于其峰值的時間tl、t4、t6、t8被復位。在該時段中，雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF的S輸入端子處于L電平，因此，雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF的Q輸出處于H電平。雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF的Q輸出被供給到OR電路。因此，在tO t8的時段中，場效應晶體管FETl的切換操作不接收任何影響。在時間t9，如果漏極電流Id的值達到Vref/Ris，則電流檢測信號IS的電壓變得高于Vref，并且，放大器AMP2的輸出變?yōu)镠電平。作為結(jié)果，雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF的Q端子變?yōu)镠電平，OR電路的輸出變?yōu)镠電平，并且，OUT信號變?yōu)長電平，由此，場效應晶體管FETl關(guān)斷。在時間tlO，雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器FF被復位，并且，場效應晶體管FETl再次接通。但是，當漏極電流Id達到Vref/Ris (在時間til)時，場效應晶體管FETl關(guān)斷。如上所述，漏極電流Id被限制為等于Vref/Ris的預定值。因此，切換電源的輸出電流Iout也被限制為預定值Ip。例如，可以在日本專利公開No. 2004-312901中找到上述技術(shù)的描述。上述切換電源具有以下的問題。場效應晶體管FETl的漏極電流Id具有間歇的三角波形。因此，流過電流檢測電阻器Ris的電流也具有間歇的三角波形。鑒于以上的情況，通常，使用具有高脈沖電阻的電阻器作為電流檢測電阻器Ris。例如，圖IOA所示的通過將金屬導線纏繞成線圈的形式而形成的繞線(wire wound)電阻器、圖IOB所示的通過在圓筒電阻器膜中切割螺旋狀狹縫形成的膜電阻器。借助于它們的線圈結(jié)構(gòu)，這些類型的電阻器具有電感Lis。如以下參照圖11和圖12描述的那樣，電流檢測電阻器Ris的電感Lis影響操作。在時間t21，如果場效應晶體管FETl的柵極-源極電壓Vgs增加到超過柵極閾值電壓Vth，則漏極電流Id開始流動并且漏極電流Id的值逐漸增加。漏極電流Id還流過電流檢測電阻器RiS的電感Lis。在時間t22，如果柵極-源極電壓Vgs下降至低于柵極閾值電壓Vth，則漏極電流Id突然減小。這導致跨電感Lis出現(xiàn)反電動勢Vs。該反電動勢Vs出現(xiàn)，使得其極性在場效應晶體管FETl的源極端子上為負，并且在PWM控制模塊ICl的GND端子上為正。PWM控制模塊ICl中的FET3包含體二極管Dl。因此，如圖11中的虛線所示，通過包含ICl的GND端子一體二極管Dl —場效應晶體管FETl的柵極的路徑，在場效應晶體管FETl的柵極和源極之間施加反(back)電動勢(反電動電壓)Vs。作為響應，如圖12中的時間t23所示，場效應晶體管FETl的柵極-源極電壓Vgs增加至超過閾值電壓Vth，這導致場效應晶體管FETl再次接通。作為結(jié)果，漏極電流Id開始流動。在這種狀態(tài)下，場效應晶體管FETl的漏極-源極電壓Vds具有非常高的值，這會導致在場效應晶體管FETl中發(fā)熱。在最壞的情況下，場效應晶體管FETl被破壞。鑒于上述的問題，本發(fā)明提供減少由通過電流檢測電阻器的電感產(chǎn)生的反電動勢導致的在切換元件中產(chǎn)生的熱的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面中，本發(fā)明提供一種切換電源，該切換電源包括被配置為驅(qū)動變壓器的一次繞組的切換單元；與切換單元連接并被配置為檢測流過切換單元的電流的電流檢測單元；和與電流檢測單元并聯(lián)連接并被配置為降低由電流檢測單元的電感產(chǎn)生的電動勢的電動勢降低單元。參照附圖閱讀示例性實施例的以下說明，本發(fā)明的其它特征將變得十分明顯。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的切換電源的電路圖。圖2是示出與根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的電路相關(guān)的操作波形的示圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的切換電源的電路圖。圖4是示出與根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的電路相關(guān)的操作波形的示圖。圖5是根據(jù)從本發(fā)明的第二實施例修改的替代性實施例的切換電源的電路圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的切換電源的電路圖。圖7是示出與根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的電路相關(guān)的操作波形的示圖。圖8是示出切換電源的示圖。圖9是示出與圖8所示的電路相關(guān)的操作波形的示圖。圖IOA和圖IOB是示出電流檢測電阻器的結(jié)構(gòu)的示圖。圖11示出切換電源的電路的例子。圖12示出與圖11所示的電路相關(guān)的操作波形。圖13A和圖13B是示出切換電源的應用的例子的示圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖參照實施例進一步詳細描述本發(fā)明。更具體而言，以下描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的切換電源的結(jié)構(gòu)及其操作。注意，作為例子而不是限制提供這些實施例。參照圖I和圖2，以下描述根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的切換電源。在第一實施例中，二極管Dcl與電流檢測電阻器Ris并聯(lián)連接，使得由電流檢測電阻器的電感Lis產(chǎn)生的反電動勢(反電動電壓)通過二極管Dcl的正向電壓Vf被箝位，以由此防止場效應晶體管 FETl再次接通。即，二極管Dcl用作電動勢減小電路。注意，電流檢測電阻器可以是通過將金屬導線纏繞成線圈的形式而形成的繞線電阻器、或通過在圓筒電阻器膜中切割螺旋狀狹縫形成的膜電阻器(參見圖IOA和圖10B)。圖I示出根據(jù)第一實施例的切換電源的主要部分。切換電源的主要部分以與圖8所示類似的方式被配置，即，以預定的頻率通過切換元件驅(qū)動變壓器的一次繞組，使得從變壓器的二次繞組輸出電壓。在圖I中，與圖8類似的元件由類似的附圖標記表示。但是，圖I所示的切換電源與圖8所示的不同在于其另外包含二極管Del。圖2示出根據(jù)第一實施例的用作切換元件的場效應晶體管FETl的漏極-源極電壓、漏極電流和柵極-源極電壓的操作波形。在圖2中的時間t31，如果場效應晶體管FETl的柵極-源極電壓Vgs增加至超過柵極閾值電壓Vth，則漏極電流Id開始流動，并且漏極電流Id的值逐漸增加。該漏極電流Id還流過電流檢測電阻器Ris的電感Lis。在時間t32，如果漏極-源極電壓Vgs下降至低于柵極閾值電壓Vth，則漏極電流Id突然減小。這導致跨電感Lis出現(xiàn)反電動勢Vs。該反電動勢Vs出現(xiàn)，使得其極性在場效應晶體管FETl的源極端子處為負并且在PWM控制模塊ICl的GND端子處為正。在本實施例中，二極管Dc I與電流檢測電阻器Ris并聯(lián)連接。在這種狀態(tài)下，二極管Dcl的正向電壓降Vf比場效應晶體管FETl的柵極閾值電壓Vth小。因此，如圖I中的 虛線所示，產(chǎn)生的反電動勢Vs通過二極管Dcl的正向電壓降Vf被箝位。S卩，在時間t32 t34的時段中，場效應晶體管FETl的柵極-源極電壓Vgs也通過二極管Dcl的Vf被箝位，由此，場效應晶體管FETl的柵極-源極電壓Vgs不變得大于閾值電壓Vth。在本實施例中，如上所述，二極管與電流檢測電阻器(繞線電阻器)并聯(lián)連接，并且，二極管的正向電壓降被設為小于場效應晶體管FETl的柵極閾值電壓Vth。這防止場效應晶體管FETl通過電流檢測電阻器的反電動勢被再次接通，并由此防止漏極電流Id開始流過場效應晶體管FETI。因此，實現(xiàn)場效應晶體管FETI中的產(chǎn)生的熱的減少。場效應晶體管FETl中的產(chǎn)生的熱的減少使得減少由發(fā)熱導致的諸如毀壞的故障的出現(xiàn)。下面，參照圖3和圖4，描述根據(jù)第二實施例的切換電源的結(jié)構(gòu)及其操作。在本實施例中，電容器Ccl與電流檢測電阻器Ris并聯(lián)連接，以由此降低由電流檢測電阻器的電感Lis產(chǎn)生的反電動勢Vs，使得防止場效應晶體管FETl被再次接通。即，電容器Ccl用作電動勢降低電路。電流檢測電阻器可以是通過將金屬導線纏繞成線圈的形式而形成的繞線電阻器、或通過在圓筒電阻器膜中切割螺旋狀狹縫形成的膜電阻器(參見圖IOA和圖10B)。圖3示出根據(jù)第二實施例的切換電源的主要部分。切換電源的主要部分以與圖8所示類似的方式被配置，即，以預定的頻率通過切換元件驅(qū)動變壓器的一次繞組，使得從變壓器的二次繞組輸出電壓。在圖3中，與圖8中的類似的元件由類似的附圖標記表示。但是，圖3所示的切換電源與圖8所示的不同在于其另外包含電容器Cel。圖4示出根據(jù)第二實施例的用作切換元件的場效應晶體管FETl的漏極-源極電壓、漏極電流和柵極-源極電壓的操作波形。在時間t41，如果場效應晶體管FETl的柵極-源極電壓Vgs增加到超過柵極閾值電壓Vth，則漏極電流Id開始流動并且漏極電流Id的值逐漸增加。該漏極電流Id還流過電流檢測電阻器Ris的電感Lis。在時間t42，如果柵極-源極電壓Vgs下降至低于柵極閾值電壓Vth，則漏極電流Id突然減小。這導致跨電流檢測電阻器Ris的電感Lis出現(xiàn)反電動勢Vs。該反電動勢Vs出現(xiàn)，使得其極性在場效應晶體管FETl的源極端子為負并且在PWM控制模塊ICl的GND端子處為正。在該第二實施例中，電容器Ccl與電流檢測電阻器Ris并聯(lián)連接。通過在電感Lis中產(chǎn)生的反電動勢Vs在電容器Ccl中存儲的能量等于在前一狀態(tài)(immediately previousstate)中通過流過電感Lis的漏極電流Idp被存儲于電感Lis中的能量。S卩，下式(I)基本上成立。
權(quán)利要求
1.ー種切換電源，包括 切換單元，被配置為驅(qū)動變壓器的一次繞組； 電流檢測單元，與切換單元連接并被配置為檢測流過切換単元的電流；和電動勢降低単元，與電流檢測單元并聯(lián)連接并被配置為降低由電流檢測單元的電感產(chǎn)生的電動勢。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的切換電源，其中，電動勢降低単元是ニ極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的切換電源，其中，ニ極管的正向電壓被設為比切換單元接通所需要的閾值電壓低。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的切換電源，其中，電動勢降低單元是電容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的切換電源，其中，電動勢降低單元是包含相互串聯(lián)連接的電容器和電阻器的電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的切換電源，其中，電流檢測單元是繞線電阻器或膜電阻器。
7.一種圖像形成裝置，包括 圖像形成単元； 控制單元，被配置為控制圖像形成単元的操作；和 被配置為向控制單元供給電カ的切換電源， 切換電源包含 切換單元，被配置為驅(qū)動變壓器的一次繞組； 電流檢測單元，與切換單元連接并被配置為檢測流過切換単元的電流；和電動勢降低単元，與電流檢測單元并聯(lián)連接并被配置為降低由電流檢測單元的電感產(chǎn)生的電動勢。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的圖像形成裝置，其中，電動勢降低単元是ニ極管。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的圖像形成裝置，其中，ニ極管的正向電壓被設為比切換單元接通所需要的閾值電壓低。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的圖像形成裝置，其中，電動勢降低単元是電容器。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的圖像形成裝置，其中，電動勢降低單元是包含相互串聯(lián)連接的電容器和電阻器的電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的圖像形成裝置，其中，電流檢測單元是繞線電阻器或膜電阻器。
全文摘要
本公開涉及切換電源和圖像形成裝置。在切換電源中，電流檢測電阻器與切換單元連接以檢測流過切換單元的電流。二極管與電流檢測電阻器并聯(lián)連接以減少由通過電流檢測電阻器的電感分量產(chǎn)生的反電動勢在切換單元中產(chǎn)生的熱。
文檔編號H02M3/335GK102629832SQ201210020168
公開日2012年8月8日 申請日期2012年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月1日
發(fā)明者松本真一郎 申請人:佳能株式會社