專利名稱：電源和圖像形成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同步整流型的開關(guān)電源(switching power supply)裝置。
背景技術(shù)：
如圖6所示，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的同步整流型的開關(guān)電源的例子通過使用比較器配置電路。例如，日本專利公開N0.07-007928公開了被配置為使得比較器檢測(cè)同步整流FET兩端的電壓并驅(qū)動(dòng)同步整流FET的電路。在圖6中，1001表示變壓器，1002表示DC電源，1003表示一次側(cè)(primary-side) MOSFET (以下，稱為一次側(cè)FET)，1004表示二次側(cè)(secondary-side)電解電容器，1005表示負(fù)載，1006表示開關(guān)控制電路，1007表示同步整流FET，并且1008表示比較器。當(dāng)一次側(cè)FET 1003接通時(shí)，能量被存儲(chǔ)于變壓器中。之后，如果一次側(cè)FET 1003關(guān)斷，那么同步整流FET 1007的源極電壓上升，并且比較器1008的“ + ”端子電壓變得比端子電壓高。結(jié)果，同步整流FET 1007接通，并且電流開始流動(dòng)。之后，當(dāng)電流變?yōu)镺A并且電流開始從電容器1004的正輸入端子向變壓器1001反向流動(dòng)時(shí)，同步整流FET 1007的負(fù)輸入端子電壓變得比“ + ”輸入端子電壓高，并且同步整流FET1007的柵極電壓下降。結(jié)果，同步整流FET 1007關(guān)斷。因此，可以通過包含以上述方式配置的少量組件的電路控制同步整流FET。在上述的電路中，比較器可如圖7所示被包含PNP晶體管和NPN晶體管的電路替代。在圖7所示的電路中，同步整流FET被PNP晶體管替代。作為直接檢測(cè)電流的替代，可像例如在日本專利N0.4126558或日本專利N0.4158054中公開的那樣基于變壓器的ET積配置電路。圖8示出在日本專利N0.4126558中公開的電路配置。在圖8中，1201表示變壓器，1202表示電源，1203表示一次側(cè)FET，1204表示同步整流FET，1205表示二次側(cè)電解電容器，1206表示負(fù)載，1207表示第一恒流源，1208表示電容器，1209表示第二恒流源，1210表示基準(zhǔn)電壓，1211表示比較器，并且1212和1213分別表示電阻器。恒流源1207被配置為產(chǎn)生與一次側(cè)FET 1203處于接通狀態(tài)的時(shí)段期間的變壓器1201的電壓成比例的電流。在一次側(cè)FET 1203處于接通狀態(tài)的時(shí)段期間，關(guān)于在變壓器1201上出現(xiàn)的電壓的電壓-時(shí)間積被存儲(chǔ)為電容器兩端的電壓。第二電流源1209被配置為產(chǎn)生與一次側(cè)FET1203處于關(guān)斷狀態(tài)的時(shí)段期間的變壓器1201的電壓成比例的電流。當(dāng)一次側(cè)FET 1203關(guān)斷時(shí)，開關(guān)接通并且存儲(chǔ)于電容器1208中的電壓被放電(discharge)。當(dāng)電容器1208兩端的電壓下降到由基準(zhǔn)電壓1210確定的值時(shí)，比較器1211操作。作為響應(yīng)，邏輯電路反轉(zhuǎn)并且同步整流FET 1204關(guān)斷。圖9示出在日本專利N0.4158054中公開的電路配置，其是圖8所示的電路的簡(jiǎn)化版。在該電路配置中，恒流源被電阻器替代，使得電路以與日本專利N0.4126558中公開的方式類似的方式操作。其它的已知的電路配置包含基準(zhǔn)電壓源與比較器的輸入端子串聯(lián)連接的配置、用作閾值的多個(gè)基準(zhǔn)電壓被設(shè)置以由此提供特性滯后的配置、以及檢測(cè)從電流源流動(dòng)的電流的切換(switchover)的配置。但是，在日本專利公開N0.07-007928中公開的電路配置中，如果同步整流FET具有小的導(dǎo)通電阻并且其漏極-源極電壓小，那么電路不正確地操作。
特別地，當(dāng)開關(guān)電源如在臨界模式或不連續(xù)模式中那樣以低負(fù)載操作時(shí)，流過變壓器的二次側(cè)的同步整流FET的電流下降到幾乎等于OA (安培)的值，并且同步整流FET的漏極-源極電壓變低。因此，如果使用的同步整流FET具有低的導(dǎo)通電阻，那么難以實(shí)現(xiàn)正確的操作。可通過采用具有高的導(dǎo)通電阻的同步整流FET避免以上的問題。但是，這種具有高的導(dǎo)通電阻的同步整流FET不在同步整流操作中提供高的效率。此外，具有低的導(dǎo)通電阻的同步整流FET成本低，這提供了以低成本制造電路的優(yōu)點(diǎn)。近來的趨勢(shì)是:通過進(jìn)一步減小同步整流FET的導(dǎo)通電阻，增加電源的操作效率并降低成本。這意味著上述的問題將
變得更嚴(yán)重。另一方面，在日本專利N0.4126558和日本專利N0.4158054中公開的電路配置中，不直接檢測(cè)電流，因此，操作可靠性不依賴于同步整流FET的導(dǎo)通電阻。并且，由于電路基于積分操作，因此，電路基本上沒有誤操作并且電路的配置簡(jiǎn)單。但是，另一方面，必須進(jìn)行閾值的設(shè)定和調(diào)整，使得同步整流FET在電流變?yōu)镺A時(shí)關(guān)斷。然而，在可例如在緊接著開始操作之后的短時(shí)段中出現(xiàn)的輸出電壓出現(xiàn)大的變化的情況下，或者，在負(fù)載出現(xiàn)大的變化的情況下，對(duì)電容器充電和放電的平均時(shí)間變動(dòng)，因此，在同步整流FET的關(guān)斷定時(shí)和O電流定時(shí)之間出現(xiàn)偏離。在日本專利N0.4126558和日本專利N0.4158054中公開的電路配置中的該問題是由如下事實(shí)導(dǎo)致的:同步整流FET的操作不是基于電流的直接檢測(cè)而是基于預(yù)測(cè)被控制的，因此，操作定時(shí)必須具有余量(margin)，S卩，必須稍早地關(guān)斷同步整流FET。即，在具有這種余量的操作中，同步整流FET需要較長(zhǎng)的體二極管(body diode)處于接通狀態(tài)的時(shí)段，這導(dǎo)致操作效率的降低。并且，在同步整流FET的接通時(shí)段期間出現(xiàn)體二極管的正向電壓。該正向電壓比當(dāng)電流為OA時(shí)檢測(cè)到的電壓大得多。因此，在通過使用比較器檢測(cè)同步整流FET兩端的電壓的電路配置中，同步整流FET在電流變?yōu)镺A之前被關(guān)斷，這可導(dǎo)致誤操作。鑒于以上的情況，本發(fā)明提供如下同步整流型的開關(guān)電源:所述同步整流型的開關(guān)電源能夠通過使用具有低的導(dǎo)通電阻的開關(guān)元件正確地操作，而不導(dǎo)致效率的降低。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種電源裝置，包括:同步整流開關(guān)，被配置為對(duì)輸入的脈沖電壓進(jìn)行整流；電流-電壓轉(zhuǎn)換單元，被配置為將同步整流開關(guān)的電壓輸入側(cè)的電流轉(zhuǎn)換成第一電壓，并且將同步整流開關(guān)的電壓輸出側(cè)的電流轉(zhuǎn)換成第二電壓；切換單元，被配置為基于通過電流-電壓轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的第一電壓與第二電壓之間的比較結(jié)果，切換同步整流開關(guān)的操作狀態(tài)；以及狀態(tài)保持單元，被配置為在同步整流開關(guān)通過切換單元被關(guān)斷之后保持關(guān)斷狀態(tài)。在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種圖像形成裝置，包括:圖像形成單元，被配置為在記錄材料上形成圖像；控制單元，被配置為控制圖像形成單元的操作；以及電源，被配置為給控制單元供給DC電壓，所述電源包含:同步整流開關(guān)，被配置為對(duì)輸入的脈沖電壓進(jìn)行整流；電流-電壓轉(zhuǎn)換單元，被配置為將同步整流開關(guān)的電壓輸入側(cè)的電流轉(zhuǎn)換成第一電壓，并且將同步整流開關(guān)的電壓輸出側(cè)的電流轉(zhuǎn)換成第二電壓；切換單元，被配置為基于通過電流-電壓轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的第一電壓與第二電壓之間的比較結(jié)果，切換同步整流開關(guān)的操作狀態(tài)；以及狀態(tài)保持單元，被配置為在同步整流開關(guān)通過切換單元被關(guān)斷之后保持關(guān)斷狀態(tài)。從參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征將變得明顯。


圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的同步整流型的開關(guān)電源的電路圖。圖2是示出根據(jù)第一實(shí)施例的同步整流型的開關(guān)電源的操作波形的示圖。圖3是示出根據(jù)第一實(shí)施例的同步整流型的開關(guān)電源的操作波形的示圖。圖4是根據(jù)第二實(shí)施例的同步整流型的開關(guān)電源的電路圖。圖5是根據(jù)第三實(shí)施例的同步整流型的開關(guān)電源的電路圖。圖6是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的同步整流型的開關(guān)電源的配置的示圖。圖7是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的同步整流型的開關(guān)電源的電路圖。圖8是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的同步整流型的開關(guān)電源的配置的示圖。圖9是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的同步整流型的開關(guān)電源的配置的示圖。圖1OA和圖1OB是示出開關(guān)電源的應(yīng)用例子的示圖。
具體實(shí)施例方式以下描述實(shí)施例的配置和操作。注意，以下作為例子而不是限制描述實(shí)施例，即，本發(fā)明不限于實(shí)施例的細(xì)節(jié)。以下結(jié)合附圖參照實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。以下描述第一實(shí)施例。圖1示出根據(jù)第一實(shí)施例的開關(guān)電源的電路配置。在圖1中，101表示變壓器，102表示變壓器的一次繞組(winding)，103表示變壓器的二次繞組，104表示設(shè)置在變壓器101的一次側(cè)的開關(guān)元件(例如，M0SFET)，105表示電流檢測(cè)電阻器，106表示電源控制IC(集成電路)，107表示設(shè)置在變壓器101的二次側(cè)的電解電容器，并且108表示用作同步整流開關(guān)的同步整流FET。在本例子中，使用N溝道型的FET作為同步整流FET。同步整流FET 108的源極端子與二次側(cè)電解電容器107的端子連接，并且漏極端子與二次繞組103連接。注意，109、110、111、112、113、114、115、116、122、125、126、127、129、131 和 138 分別表示電阻器，117和118表示NPN晶體管，并且119表示PNP晶體管。并且，120、121、132和137分別表示二極管。體二極管128是可與同步整流FET 108 —體化形成或者可與同步整流FET108分開設(shè)置的二極管。在本例子的電路中，在變壓器的二次繞組兩端產(chǎn)生的脈沖電壓被同步整流FET 108整流并進(jìn)一步被平滑化，并且得到的整流和平滑化的電壓作為DC電壓被輸出。圖2示出在開關(guān)電源的操作期間出現(xiàn)的各種部分的操作波形。當(dāng)一次側(cè)FET 104接通并且給一次繞組102施加電壓時(shí)，電流開始沿從變壓器101的一次繞組102到一次側(cè)FET 104的漏極并進(jìn)一步到源極的方向流動(dòng)。在圖2中，波形201表示一次側(cè)FET 104的柵極與源極之間的電壓波形，并且波形202表示一次側(cè)FET 104的漏極電流Id。一次側(cè)FET104在時(shí)段I期間處于接通狀態(tài)。在該狀態(tài)中，在變壓器101的一次繞組102兩端施加電壓，使得如圖2中的波形203所示，一次繞組102的端子Npl具有比另一端子Np2高的電勢(shì)。圖2中的波形203表示變壓器101的一次繞組102兩端出現(xiàn)的電壓，即Npl與Np2之間的電壓。作為響應(yīng)，在二次繞組103兩端產(chǎn)生電壓，使得端子Ns2具有比端子Nsl高的電勢(shì)。作為電勢(shì)差=EXn2/nl給出圖2中的波形204的電勢(shì)差(二次繞組103兩端的電壓)，這里，nl表示一次繞組的圈數(shù)(number of turns),并且n2表示二次繞組的圈數(shù)。在該時(shí)段I期間，同步整流FET 108的體二極管(或肖特基二極管)128防止電流流過二次側(cè)電解電容器107。在圖2中，波形205表示流過二次繞組103的電流。流過變壓器101的一次繞組102的電流在一次側(cè)FET 104處于接通狀態(tài)的時(shí)段期間隨時(shí)間增大。一次繞組102的電流Ilp由Ilp=EXton/Lp給出，這里，Lp表示一次繞組102的電感(inductance),并且ton (在圖2中示出)表示自一次側(cè)FET 104的接通起經(jīng)過的時(shí)間。結(jié)果，1/2XLpX Ilp2的能量被存儲(chǔ)于變壓器101中。當(dāng)已經(jīng)過ton時(shí)，一次側(cè)FET 104關(guān)斷，這導(dǎo)致從二次繞組103釋放存儲(chǔ)于變壓器101中的能量(二次繞組103兩端的電壓由圖2中的波形204表示)。圖2中的時(shí)段II是一次側(cè)FET 104關(guān)斷并且變壓器101的能量被釋放到變壓器101的二次側(cè)的時(shí)段。在該時(shí)段11期間，在二次繞組103兩端出現(xiàn)電壓，使得其極性與當(dāng)一次側(cè)FET 104處于接通狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)的電壓的極性相反。即，電壓在端子Nsl處比在端子Ns2處高。結(jié)果，同步整流FET 108的體二極管(或肖特基二極管)128接通。二次側(cè)電解電容器107通過如下電流被充電:所述電流流過從變壓器101的二次繞組103的端子Nsl開始、并通過二次側(cè)電解電容器107的“ + ”端子和端子以及同步整流FET 108的源極和漏極、并返回二次繞組103的端子Ns2的路徑。隨著存儲(chǔ)于變壓器101中的能量被釋放，流過二次側(cè)的路徑的電流Is減小，直到當(dāng)存儲(chǔ)于變壓器101中的所有能量已被釋放時(shí)，電流Is變得等于OA (時(shí)段III)。使t (在圖2中示出)表示流過變壓器的二次側(cè)的路徑的電流變?yōu)镺A的時(shí)間，Ilp表示緊接著一次側(cè)FET 104關(guān)斷之前的電流的值，Ls表示二次繞組的電感，并且Vo表示變壓器的二次側(cè)的電壓，則VoXt = IsXLs，這里Is = nl/n2X Ilp0當(dāng)已經(jīng)過時(shí)間t時(shí)，流過二次繞組103和同步整流FET 108的電流變?yōu)?A。之后，如果同步整流FET 108進(jìn)一步保持在接通狀態(tài)，那么電流流過從二次側(cè)電解電容器107的“ + ”端子開始、并通過二次繞組103的端子Nsl和端子Ns2以及同步整流FET 108的漏極和源極、并返回二次側(cè)電解電容器107的端子的路徑。結(jié)果，二次側(cè)電解電容器107的電壓被施加到二次繞組103，并且一次繞組102兩端的電壓也用于維持回掃(flyback)電壓。即，當(dāng)二次側(cè)電解電容器107兩端的電壓由Vo表示時(shí)，在一次繞組102兩端出現(xiàn)的電壓由VoXn2/nl給出。因此，一次側(cè)FET 104的漏極和源極之間的電壓由E+V0Xn2/nl給出。在一次側(cè)FET 104處于接通狀態(tài)并且同步整流FET 108處于關(guān)斷狀態(tài)的時(shí)段中，同步整流FET 108的漏極電壓為高并且源極電壓為低。當(dāng)一次側(cè)FET 104關(guān)斷并且沿使得二次側(cè)電解電容器107被充電的方向在二次繞組103中產(chǎn)生電壓和電流時(shí)，同步整流FET108的體二極管128接通。在這種狀態(tài)下，施加給同步整流FET 108的電壓等于由圖2中的波形206表示的變壓器的二次繞組103的端子Ns2處的電壓。在圖3中示出時(shí)段IV中的波形206的細(xì)節(jié)。圖2中的波形206與圖3中的波形301對(duì)應(yīng)。
二極管121的陰極端子和二極管120的陰極端子分別與同步整流FET 108的源極和漏極連接。因此，當(dāng)電流流過同步整流FET 108時(shí)，同步整流FET 108兩端的電壓降帶來陰極電壓的變化。二極管120與包含電阻器114和晶體管117的恒流源連接，并且二極管121與包含電阻器115和晶體管118的恒流源連接。該兩個(gè)恒流源電路提供由包含電阻器
111、112和113與晶體管119的恒壓源電路以及各二極管120和121的陰極電壓確定的電流。各電流通過各電阻器110和109被轉(zhuǎn)換成電壓。電阻器109用作將同步整流FET 108的脈沖電壓輸入側(cè)的電流轉(zhuǎn)換成第一電壓的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，并且電阻器110用作將同步整流FET 108的脈沖電壓輸出側(cè)的電流轉(zhuǎn)換成第二電壓的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路。第一電壓從電阻器109被供給到晶體管123，并且第二電壓從電阻器110被供給到晶體管124。晶體管123和124形成比較從電阻器109和電阻器110供給的電壓的比較器。同步整流FET 108兩端的電壓提供體二極管128的正向電壓(Vf )，并且同步整流FET 108響應(yīng)于包含晶體管123和124的比較器的操作而接通。當(dāng)同步整流FET 108接通并且其漏極-源極電壓變得等于導(dǎo)通電阻XIs時(shí)，漏極和源極之間的電壓如圖3中的電壓波形302所示。在這種狀態(tài)下，如電流波形303所示，電流流過同步整流FET108。波形303的極性被限定，使得當(dāng)電流沿從同步整流FET 108的源極到漏極的方向流動(dòng)時(shí)電流為正。如從波形303可以看出的那樣，電流Is隨時(shí)間接近0A。結(jié)果，同步整流FET 108的漏極-源極電壓接近0V。例如，當(dāng)同步整流FET 108的導(dǎo)通電阻為ΙΟπιΩ并且某時(shí)間的電流為1.0A時(shí)，該某時(shí)間的同步整流FET 108兩端的電壓為接近于比較器的偏移電壓(offsetvoltage)的10mV。在比較器在±10mV的范圍外(偏移電壓)操作的情況下，如圖3中的波形304所示，同步整流FET 108在電流值處于Isoffl至Isoff2的范圍中的時(shí)段中關(guān)斷。SP，同步整流FET 108在圖3中的波形304的時(shí)段ta中關(guān)斷。在比較器在波形304中的時(shí)間a處以Isoffl的電流操作的情況下，同步整流FET 108的體二極管128在時(shí)間a之后的時(shí)間接通。作為響應(yīng)，同步整流FET 108兩端的電壓增大，直到它變得等于體二極管128的正向電壓。結(jié)果，比較器的輸入電壓增大直至接近于當(dāng)同步整流FET 108接通時(shí)比較器具有的先前值的電壓。S卩，二極管121的陰極電壓變得比二極管120的陰極電壓低約IV。在這種狀態(tài)下，流過電阻器114的電流變得比流過電阻器115的電流大，并且電阻器109兩端的電壓變得比電阻器110兩端的電壓小。結(jié)果，晶體管123的基極電壓變得比晶體管124的基極電壓低，并且FET 130的柵極電壓上升，因此，F(xiàn)ET 130接通，F(xiàn)ET 133接通，并且FET 134關(guān)斷。因此，同步整流FET 108接通。這使得同步整流FET 108兩端的電壓再次下降，并且比較器關(guān)斷同步整流FET 108。上述的操作被重復(fù)，因此，同步整流FET 108不以正確的方式操作。為了防止不正確的操作，在本實(shí)施例中，設(shè)置附加的電阻器135、142和143與附加的晶體管144，以與FET 130 一起形成狀態(tài)保持電路。如果FET 130關(guān)斷，那么FET 133和134接通并且同步整流FET108因此接通。在該操作中，F(xiàn)ET 130的關(guān)斷使得晶體管144接通。晶體管144的集電極與FET 130的柵極端子連接，使得當(dāng)FET 130—旦關(guān)斷時(shí)，所得到的狀態(tài)被維持。這使得一旦FET 130關(guān)斷可以維持關(guān)斷狀態(tài)，并因此變得即使當(dāng)同步整流FET 108兩端的電壓響應(yīng)于同步整流FET 108的關(guān)斷增大到等于體二極管128的正向電壓的值時(shí)，也可以防止同步整流FET 108再次接通。在本實(shí)施例中，晶體管144的基極端子與晶體管141的集電極端子連接，使得晶體管141響應(yīng)于變壓器101的二次繞組103的端子Ns2處的電壓的上升而接通。同步整流FET 108需要在變壓器101的二次繞組103的端子Ns2處的電壓在上述的上升之后下降時(shí)接通。為了滿足以上的要求，晶體管144在端子Ns2處的電壓上升時(shí)關(guān)斷，由此解除同步整流FET 108的關(guān)斷狀態(tài)的保持。S卩，切換電路被設(shè)置，以切換同步整流FET 108通過狀態(tài)保持電路被維持在關(guān)斷狀態(tài)的模式和同步整流FET 108響應(yīng)于變壓器的二次繞組103的端子Ns2處的電壓的增大而被接通的模式。即，切換電路被配置為響應(yīng)于一次側(cè)FET 104的接通而將狀態(tài)保持電路復(fù)位，并且在緊接著一次側(cè)FET 104關(guān)斷之后接通同步整流FET 108。在本實(shí)施例中，晶體管117與118之間的基極-發(fā)射極電壓(Vbe)的差異以及二極管120和121之間的正向電壓的差異可影響電流檢測(cè)精度，由此，晶體管117和118要在特性上相互高度類似，并且二極管120和121要在特性上相互高度類似。通過在單個(gè)集成電路芯片上制作晶體管和二極管，可以將上述的差異減小到可忽略的小的水平。在本實(shí)施例中，如上所述，即使當(dāng)同步整流FET具有低的導(dǎo)通電阻時(shí)，也可以正確地驅(qū)動(dòng)同步整流FET而沒有誤操作。以下描述第二實(shí)施例。圖4示出根據(jù)第二實(shí)施例的電路配置。以下的解釋關(guān)注于與第一實(shí)施例的差異，并且與根據(jù)第一實(shí)施例的部分類似的部分的描述被省略(即，關(guān)于比較器、用于切換同步整流FET的接通/關(guān)斷狀態(tài)的電路、以及與根據(jù)第一實(shí)施例的電路類似的其它電路未給出描述)。圖4所示的電路包含同步整流FET 108和被配置為控制同步整流FET 108的操作的控制電路。注意，以與根據(jù)第一實(shí)施例的方式類似的方式配置電流檢測(cè)單元。即，通過使用晶體管417、電阻器414和逆流(backflow)防止二極管420配置恒流源電路，其中，晶體管417的集電極與電阻器409連接。設(shè)置包含被連接為使得電阻器415和二極管421與晶體管418的發(fā)射極串聯(lián)連接的晶體管418、電阻器415和二極管421的類似的恒流源電路，其中，電阻器415被連接在地與二極管421的陰極之間。晶體管418的集電極與電阻器410連接。晶體管417和418的基極與晶體管419的發(fā)射極連接在一起，使得給晶體管417和418的基極提供恒定的電壓。晶體管419的集電極接地，并且晶體管419的基極被供給通過用電阻器412和413將電源電壓分壓所給出的偏置電壓。在圖4中，當(dāng)同步整流FET 108處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，如果變壓器的二次繞組103的端子Ns2處的電壓上升，那么通過二極管439、電阻器440和電阻器441分壓的電壓被施加到晶體管442的基極端子。結(jié)果，晶體管442接通。這使得晶體管435的基極電壓經(jīng)由電阻器436下降，其使得晶體管435不能接通。在這種狀態(tài)下，由于同步整流FET108處于關(guān)斷狀態(tài)并且體二極管(或外部肖特基二極管)128被反向偏置，因此，同步整流FET 108不接通。當(dāng)一次側(cè)FET 104 (在圖1中示出)關(guān)斷時(shí)，二次繞組103的端子Ns2處的電壓下降為低于接地電壓。當(dāng)該電壓變得低于同步整流FET 108的體二極管(或肖特基二極管)128的正向電壓時(shí)，體二極管128接通并且電流流過其中。并且，二極管420也接通并且電流流過電阻器414。由于晶體管417處于共基極配置中，因此，當(dāng)出現(xiàn)流過電阻器414的電流的增大時(shí)，發(fā)生迅速的響應(yīng)，使得基本上相等的電流流過電阻器409。流過電阻器409的電流的該變化使得晶體管430經(jīng)由電阻器431接通，并且同步整流FET 108因此立即接通。作為同步整流FET 108的接通的結(jié)果，存儲(chǔ)于變壓器中的電流被釋放，并且同步整流FET 108的漏極電流因此向著OA線性減小。作為響應(yīng)，包含晶體管423和424的比較器操作并且晶體管435因此被接通。結(jié)果，晶體管434的基極電壓下降，這使得晶體管434接通，其依次使得基極電流流動(dòng)以接通晶體管435。因此，不管來自比較器的輸入如何，晶體管435都保持在接通狀態(tài)中。一旦同步整流FET 108以上述的方式關(guān)斷，除非在一次側(cè)FET104中出現(xiàn)下一操作，否則同步整流FET 108就保持在關(guān)斷狀態(tài)中。換句話說，同步整流FET 108保持在關(guān)斷狀態(tài)中，直到通過一次側(cè)FET104的操作解除同步整流FET 108的關(guān)斷狀態(tài)。在本實(shí)施例中，如上所述，即使當(dāng)同步整流FET具有低的導(dǎo)通電阻時(shí)，也可以正確地驅(qū)動(dòng)同步整流FET而沒有誤操作。并且，由于狀態(tài)的保持在一次側(cè)FET 104的接通時(shí)段中被復(fù)位，因此，同步整流FET響應(yīng)于主FET的關(guān)斷迅速接通。以下描述第三實(shí)施例。圖5示出根據(jù)第三實(shí)施例的電路配置。以下的解釋關(guān)注于與第一實(shí)施例的差異，并且與根據(jù)第一實(shí)施例的部分類似的部分的描述被省略(即，關(guān)于比較器、用于切換同步整流FET的接通/關(guān)斷狀態(tài)的電路、以及與根據(jù)第一實(shí)施例的電路類似的其它電路未給出描述)。在圖5中，比較器522被設(shè)置為比較電阻器509的電壓和電阻器510的電壓。通過用當(dāng)一次側(cè)FET 104 (在圖1中示出)接通時(shí)在二次繞組103的端子Ns2處出現(xiàn)的電壓通過二極管525將電容器526充電，供給用于比較器522的電源電壓。當(dāng)一次側(cè)FET 104接通時(shí)，在二次繞組103的端子Ns2處出現(xiàn)比接地端子處的電壓高的電壓，并且該電壓通過二極管525被整流，由此將電容器526充電。在該操作中，晶體管527關(guān)斷，并且同步整流FET108、體二極管128和齊納二極管520處于關(guān)斷狀態(tài)中。在該狀態(tài)中，由于流過二極管537和電阻器538的電流，因此比較器522的“ + ”輸入端子的電壓比輸入端子的電壓高，并且比較器的輸出處于開狀態(tài)(open state)中。但是，由于晶體管527處于關(guān)斷狀態(tài)中，因此沒有電力被供給到晶體管532和533，并且同步整流FET 108因此保持在關(guān)斷狀態(tài)中。當(dāng)一次側(cè)FET104關(guān)斷時(shí)，在二次繞組103的端子Ns2處產(chǎn)生的電壓即同步整流FET108的漏極電壓變得比接地端子的電壓低。結(jié)果，電流流過電阻器524且晶體管527的基極電壓下降，并且晶體管532和533關(guān)斷。因此，同步整流FET 108接通。比接地端子電壓低等于體二極管128的正向電壓的值的電壓被施加到同步整流FET 108的漏極端子，直到同步整流FET108接通。在該時(shí)段期間，偏置電流經(jīng)由齊納二極管520和電阻器514流向晶體管517。這導(dǎo)致與電阻器509連接的比較器522的端子電壓的降低，并且因此比較器522的輸出端子保持在開放狀態(tài)中且同步整流FET 108保持在接通狀態(tài)中。當(dāng)同步整流FET 108處于接通狀態(tài)中時(shí)，同步整流FET 108兩端的電壓等于其導(dǎo)通電阻和漏極電流的積，因此，雖然同步整流FET 108兩端的電壓下降，但是，同步整流FET 108的漏極電壓保持低于接地端子電壓。同步整流FET108兩端的電壓的變化通過由包含電阻器514和晶體管517的恒流源電路以及與晶體管517的集電極連接的電阻器509的組合所提供的放大功能被放大幾倍，并且所得到的放大的電壓被輸入到比較器522。因此，比較器522在同步整流FET 108的漏極-源極電壓幾乎等于OV時(shí)接通。如果比較器522接通，那么二極管530接通，這導(dǎo)致晶體管532的基極電壓以及晶體管533的基極電壓的降低。結(jié)果，晶體管532關(guān)斷并且晶體管533接通。因此，同步整流FET 108關(guān)斷。同時(shí)，晶體管535接通并且晶體管541接通。這使得比較器522的“ + ”端子下降到低的電平。結(jié)果，比較器522的輸出被鎖定(latch)在低的電平。在該操作時(shí)段中，晶體管527仍處于接通狀態(tài)中，并且晶體管527的輸出用作狀態(tài)保持電路的電源電壓，由此狀態(tài)保持電路繼續(xù)操作而不解除狀態(tài)的保持，直到一次側(cè)FET再次接通。通過采用上述的配置，變得可以實(shí)現(xiàn)沒有誤操作的高度可靠的同步整流操作。在根據(jù)本實(shí)施例的電路中，電容器526的端子與二次繞組的端子Nsl連接。作為替代方案，在從二次側(cè)電解電容器107放電的量小的情況下，電容器526的端子可與接地端子連接。在本實(shí)施例中，如上所述，即使當(dāng)同步整流FET具有低的導(dǎo)通電阻時(shí)，也可以正確地驅(qū)動(dòng)同步整流FET而沒有誤操作。并且，由于從二次繞組以專用的方式供給用于驅(qū)動(dòng)同步整流FET的電力，因此使得用于驅(qū)動(dòng)同步整流FET的電壓即使在電源的輸出電壓低時(shí)也被維持為充分高。在該電路配置中，允許采用具有低的導(dǎo)通電阻的通用FET。以下描述開關(guān)電源的應(yīng)用。根據(jù)以上描述的實(shí)施例之一的開關(guān)電源可被例如用作低壓電源，所述低壓電源用于給用作裝置的驅(qū)動(dòng)部分的馬達(dá)或用作裝置的控制單元的控制器(包含CPU、存儲(chǔ)器等)供給電力。這種低壓電源可被例如用作被配置為在記錄材料上形成圖像的圖像形成裝置中的電源。以下描述在圖像形成裝置中使用的低壓電源的例子。圖1OA示出作為圖像形成裝置的例子的激光束打印機(jī)的結(jié)構(gòu)。激光束打印機(jī)10包括位于圖像形成單元11中并用作其上形成潛像的圖像承載部件的感光鼓12、以及被配置為用調(diào)色劑將在感光鼓上形成的潛像顯影的顯影單元13。在感光鼓12上顯影的調(diào)色劑圖像被轉(zhuǎn)印到從盒子14饋送的用作存儲(chǔ)介質(zhì)的片材(未示出)。在轉(zhuǎn)印到片材的調(diào)色劑圖像通過定影單元15被定影之后，片材被排出到托盤16上。圖1OB示出電力供給線，經(jīng)由所述電力供給線給用作圖像形成裝置的控制單元的控制器17和用作圖像形成裝置的驅(qū)動(dòng)單元的馬達(dá)18a和18b供給電力。上述的電流諧振電源可被用作用于給控制器17供給電力并且還給用作圖像形成裝置的驅(qū)動(dòng)單元的馬達(dá)18a和18b供給電力的低壓電源，所述控制器17包含控制圖像形成裝置的操作的CPU 17a。更具體而言，例如，3.3V被供給到控制器17，并且24V被供給到馬達(dá)18a和18b。例如，馬達(dá)18a用于驅(qū)動(dòng)用于傳輸片材的傳輸輥，并且馬達(dá)18b用于驅(qū)動(dòng)定影單元15。并且，在使用上述的同步整流電路的電源被用作圖像形成裝置的低壓電源的情況下，具有低的導(dǎo)通電阻的開關(guān)器件(同步整流FET)可被用于實(shí)現(xiàn)能夠以高效率正確地操作的同步整流型的開關(guān)電源。除了圖像形成裝置以外，根據(jù)上述的任何實(shí)施例的電源還可被用在各種各樣的裝置中。雖然已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但要理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。以下的權(quán)利要求的范圍要被賦予最寬的解釋，以包含所有這樣的修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種電源,包括: 同步整流開關(guān)，被配置為對(duì)脈沖電壓進(jìn)行整流； 電流-電壓轉(zhuǎn)換單元，被配置為將同步整流開關(guān)的電壓輸入側(cè)的電流轉(zhuǎn)換成第一電壓，并且將同步整流開關(guān)的電壓輸出側(cè)的電流轉(zhuǎn)換成第二電壓； 切換單元，被配置為基于通過電流-電壓轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的第一電壓與第二電壓之間的比較結(jié)果，切換同步整流開關(guān)的操作狀態(tài)；以及 狀態(tài)保持單元，被配置為在同步整流開關(guān)通過切換單元被關(guān)斷之后保持關(guān)斷狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電源，其中，響應(yīng)于同步整流開關(guān)的電壓輸入側(cè)的電壓的上升，由狀態(tài)保持單元保持的同步整流開關(guān)的關(guān)斷狀態(tài)被解除。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電源，還包括被設(shè)置在同步整流開關(guān)的電壓輸出側(cè)的恒壓源單元，其中 切換單元通過使用從恒壓源單元供給的電壓而操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電源，還包括被配置為依賴于第一電壓與第二電壓之間的比較結(jié)果而接通的比較器，其中 同步整流開關(guān)響應(yīng)于比較器的接通而關(guān)斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電源，還包括變壓器，所述變壓器包含一次繞組和二次繞組，其中 在一次繞組的開關(guān)處于接通狀態(tài)的時(shí)段中出現(xiàn)于二次繞組上的電壓被執(zhí)行整流和平滑化，并且所得到的被整流和平滑化的電壓被供給到比較器。
6.一種圖像形成裝置，包括: 圖像形成單元，被配置為在記錄材料上形成圖像； 控制單元，被配置為控制圖像形成單元的操作；以及 電源，被配置為給控制單元供給DC電壓， 所述電源包含: 同步整流開關(guān)，被配置為對(duì)輸入的脈沖電壓進(jìn)行整流， 電流-電壓轉(zhuǎn)換單元，被配置為將同步整流開關(guān)的電壓輸入側(cè)的電流轉(zhuǎn)換成第一電壓，并且將同步整流開關(guān)的電壓輸出側(cè)的電流轉(zhuǎn)換成第二電壓， 切換單元，被配置為基于通過電流-電壓轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的第一電壓與第二電壓之間的比較結(jié)果，切換同步整流開關(guān)的操作狀態(tài)，以及 狀態(tài)保持單元，被配置為在同步整流開關(guān)通過切換單元被關(guān)斷之后保持關(guān)斷狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的圖像形成裝置，其中，響應(yīng)于同步整流開關(guān)的電壓輸入側(cè)的電壓的上升，由狀態(tài)保持單元保持的同步整流開關(guān)的關(guān)斷狀態(tài)被解除。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的圖像形成裝置，其中，所述電源還包括被設(shè)置在同步整流開關(guān)的電壓輸出側(cè)的恒壓源單元，其中 切換單元通過使用從恒壓源單元供給的電壓而操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的圖像形成裝置，其中，所述電源還包括被配置為依賴于第一電壓與第二電壓之間的比較結(jié)果而接通的比較器，其中 同步整流開關(guān)響應(yīng)于比較器的接通而關(guān)斷。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的圖像形成裝置，其中，所述電源還包括變壓器，所述變壓器包含一次繞組和二次繞組,其中在一次繞組的開關(guān)處于接通狀態(tài)的時(shí)段中出現(xiàn)于二次繞組上的電壓被執(zhí)行整流和平滑化，并且所得到的被整 流和平滑化的電壓被供給到比較器。
全文摘要
本發(fā)明涉及電源和圖像形成裝置。在電源中，同步整流開關(guān)對(duì)脈沖電壓進(jìn)行整流，并且電流-電壓轉(zhuǎn)換單元將同步整流開關(guān)的電壓輸入側(cè)的電流轉(zhuǎn)換成第一電壓并將同步整流開關(guān)的電壓輸出側(cè)的電流轉(zhuǎn)換成第二電壓。切換單元基于通過電流-電壓轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的第一電壓與第二電壓之間的比較結(jié)果，切換同步整流開關(guān)的操作狀態(tài)。狀態(tài)保持單元在同步整流開關(guān)通過切換單元被關(guān)斷之后保持關(guān)斷狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02M7/217GK103095143SQ20121043009
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者林崎實(shí) 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社