高壓供電設備的製作方法
2023-05-31 16:38:26
專利名稱：高壓供電設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓供電設備，尤其涉及一種用於充分地消除在關掉電源時產生的電湧電壓的高壓供電設備。
背景技術：
高壓供電設備通常用於需要高壓直流電源的電子設備，如雷射印表機和傳真機。這樣的高壓供電設備可以將直流電壓轉換成高壓交流電，並將該交流電壓調節和轉換成高壓直流電。高壓供電設備一般具有用於將直流電壓轉換成交流電壓的變壓器。
在採用變壓器將直流電壓轉換成交流電壓的同時，高壓供電設備可能產生不希望得到的電湧電壓。當關掉電源時，通過施加給變壓器的直流電壓的放電，具有這樣高壓供電設備的電子設備可能產生大的電湧電壓，而且這樣的電湧電壓可能部分或全部損壞電子設備。在雷射印表機的情況下，施加給印表機的電源關掉時產生的電湧電壓，可能會引起另外的電湧電壓施加到有機光電導體磁鼓，其可能損壞磁鼓。此外，在備用模式下施加給高壓供電設備的電能被不必要地消耗掉了。
圖1是示意性地示出傳統的高壓供電設備的方框圖。圖1中示出的高壓供電設備具有電源10，控制器20，和高壓發生器30。電源10將外部施加的交流電壓整流，並產生如24V和5V的直流電壓。24V的電壓可以用作高壓發生器30的工作電壓，5V的電壓可以用作控制器20的工作電壓。
控制器20根據預定值輸出具有預定佔空比的脈寬調製(PWM)信號。
高壓發生器30經通過控制器20施加的PWM信號的開和關轉換操作、產生幾百伏特到幾千伏特的交流電壓。
高壓發生器30包括開關部分31，變壓器32，和整流器33。
開關部分31經控制器20施加的PWM信號重複接通和關斷。如，當開關部分31經來自控制器20的PWM信號關斷時，24V的電壓切斷變壓器32輸入側32a的電流通路。
變壓器32產生來自經開關部分31接通和關斷24V的交流電壓的橫跨輸出端32b的交流高壓。為輸出比施加電壓高的電壓，輸出端32b的繞組繞線的數量可以大於輸入端32a的繞組繞線的數量。
整流器33將變壓器32的輸出端32b輸出的交流電壓整流並轉換成直流電壓。整流器33採用N倍壓整流方法以提高變壓器32的輸出電壓。
基本上同時，為提高輸入和輸出信號的穩定性，當輸出的PWM信號為邏輯「低」時，控制器20將開關部分31設置為使能(enabled)；邏輯「低」通常指有效低，這是數字邏輯中經常使用的方法之一。因此，當施加給控制器20的5V的直流電壓切斷時，從控制器20輸出的PWM信號變為邏輯「低」，而且，同時開關部分31可能誤動作。進一步，由於與高壓發生器30的24V工作電壓相比，控制器20的5V工作電壓很低，因此當高壓供電設備關斷時，在5V的電壓源變為地電平的同時，24V的電壓源具有比5V的電壓源高的電勢電平。如，即使在5V的控制器20的工作電壓降到等於或低於2.5V時，24V的直流電壓仍然具有大約18V的電勢電平。因此，當從控制器20輸出的PWM信號為邏輯「低」時，開關部分31接通，使得變壓器32的輸入端32a在18V的電壓電位與接地端之間形成電流通路。這樣，在變壓器32的輸出端32b之間產生交流高壓，並經過整流器33整流和輸出。
圖2示出當圖1中高壓供電設備關斷時的高壓供電設備的輸出電壓波形圖。
如圖2所示，當外部施加到電源10的交流電壓切斷時，在標註1的時間，在變壓器32的輸入端32a和接地端之間存在例如18V的直流電壓，導致5V電壓降低到等於或低於2.5V。這個時候，由於從電源10輸出的5V電壓降到基本等於或低於2.5V，因此電源10不能夠驅動工作在5V的控制器20，並且從控制器20輸出的PWM信號變為邏輯「低」。但是，當控制器20在點1關斷時，從電源10輸出的18V直流電壓已經被施加到變壓器32的輸入端。因此，當從控制器20輸出的PWM信號的電勢電平為邏輯「低」時，在變壓器32的輸入端32a和接地點之間存在標記為「a」的電壓，這樣導致變壓器32的輸出端32b產生例如電湧電壓的交流高壓。
如上所述，當設備在斷電狀態時，施加到如雷射印表機，傳真機之類的電子設備上的直流高壓可能會損壞電子設備部件。
發明內容
因此，本發明一方面提供一種用以減少電湧電壓產生的高壓供電設備和方法。
根據本發明的一方面，高壓供電設備包括電源，用於將外部輸入的交流電壓整流並產生直流電壓；控制器，用於產生具有預定佔空比的脈衝信號和控制信號，該控制信號當施加第一直流電壓時具有第一邏輯電平；高壓發生器，用於基於脈衝信號提升第二直流電壓；和電源控制器，用於當控制信號在第一邏輯電平時驅動，並且當控制信號為第二邏輯電平時用於切斷施加到高壓發生器的第二直流電壓。
根據本發明的另一方面，所述高壓發生器可以包括放大器，用於放大來自控制器的脈衝信號，其中控制信號為脈寬調製(PWM)信號；比較器，用於比較從放大器輸出的PWM信號和升高的電壓；升壓器，用於根據比較器的輸出提升基於開關操作的第二直流電壓；和整流器，用於將升壓器的輸出整流。
所述放大器包括電晶體，其發射極連接到具有在第一直流電壓和第二直流電壓之間的電勢電平的直流電壓，其基極被施加控制信號，電晶體的集電極和接地電位之間連接一電阻。
所述比較器通過其正輸入端輸入放大器的輸出和通過其負輸入端輸入反饋的升高的電壓。
所述升壓器包括電晶體，其發射極接地並且其基極連接到比較器的輸出；和變壓器，其輸入端分別連接到通過電源控制器施加的直流電壓上和電晶體的集電極。
所述整流器可以是用於提升從升壓器輸出的電壓電勢電平的N倍壓整流器。
所述電源控制器包括電晶體，其發射極輸入第二直流電壓並且其集電極輸出第二直流電壓；電阻，其連接在電晶體發射極和電晶體基極之間；第二電阻，其一端施加控制信號；第二電晶體，其基極可以連接到第二電阻的另一端而且其發射極接地；第三電阻，其連接到第二電晶體的基極和發射極；和第四電阻，其連接在第二電晶體集電極和基極之間。
所述電源控制器可以是NMOS電晶體，其漏極和柵極輸入直流電壓，並且其源極為輸出端。
根據本發明的另一方面，高壓控制方法包括步驟將外部輸入的交流電壓整流並產生直流電壓；產生具有預定佔空比的脈衝信號和具有基於第一直流電壓的第一邏輯電平的控制信號；基於所述脈衝信號提升第二直流電壓；和當控制信號為第二邏輯電平時切斷提升電壓。
根據本發明的另一方面，電壓提升包括放大脈衝信號；比較放大的脈衝信號和提升的電壓；基於比較結果提升第二直流電壓；和將提升後的電壓整流。
本發明的其它方面和優點將在後面的說明中部分列舉，並且部分地，是說明書中顯而易見的，或從本發明的實施例得出。
結合附圖從下面的實施例的描述中，本發明的這些特徵，和/或其它方面和優點將變的清楚而且更容易理解。
圖1是示出傳統的高壓供電設備的方框圖；圖2是示出當高壓供電設備關斷時圖1中高壓供電設備的輸出電壓波形圖；圖3是根據本發明的一個方面的高壓供電設備的方框圖；圖4是根據本發明的另一個方面的高壓發生器的視圖；和圖5是示出根據本發明的另一方面的高壓控制方法的流程圖。
具體實施例方式
現在將具體對照本發明當前的實施例，其示例在附圖中示出，其中相同的附圖標記表示完全相同的部件。為解釋本發明，下面將參考附圖描述實施例。
圖3是根據本發明的一個方面的高壓供電設備的方框圖。
如圖3所示，高壓供電設備可以包括電源100，控制器200，高壓發生器300，和電源控制器400。
電源100將外部施加的交流電壓整流並產生如24V和5V的直流電壓。將從高壓供電設備產生的從幾百伏特到幾千伏特範圍的高壓由24V的直流電壓產生。5V的電壓可用作操作控制器200的工作電壓。
控制器200根據設定值輸出具有預定佔空比的PWM信號，並只有當高壓供電設備需要輸出高壓時才選擇性地產生具有邏輯「高」的控制信號pow-en。如在使用雷射印表機的情況下，僅當具有高電壓的有機光電導體磁鼓充電時，控制器200輸出具有邏輯「高」的控制信號pow-en。即，僅當具有高壓供電設備的裝置如雷射印表機，傳真機之類的需要高壓時，設置控制器200輸出控制信號pow-en。這樣的設置可以通過採用具有微控制器(未示出)的控制器200得到。微控制器中的存儲器(未示出)可以設置程序，僅當需要高壓時輸出為邏輯「高」的控制信號pow-en。
高壓發生器300響應於從控制器200施加的PWM信號並輸出從幾百到幾千伏特範圍內的電壓。
電源控制器400響應於當控制信號pow-en為邏輯「高」時從控制器200輸出的控制信號pow-en，並施加從電源100輸出的24V直流電壓到高壓發生器300。從而，當施加給電源100的標記為AC的交流電壓關斷時，24V的直流電壓不會施加給高壓發生器300，這樣使得當交流電壓AC關斷時高壓發生器300不會產生電湧電壓。
高壓發生器300具有放大器310，升壓器330，和整流器340。
放大器310將從控制器200施加的PWM信號放大到預定電勢電平如18V。
比較器320具有含正(+)輸入端和負(-)輸入端的運算放大器。運算放大器可以接收並比較通過正輸入端從放大器310輸出的PWM信號和通過負輸入端從整流器340輸出的電壓的反饋部分。因此，當整流器340的輸出電壓高於預定電平時，運算放大器321的輸出變為邏輯「低」，並停止升壓器330的運行。
升壓器330通過電晶體331的開關操作連接到變壓器332的輸入端332a，電晶體331根據比較器320的比較結果接通和關斷，並因此將從電源控制器400施加的如24V的直流電壓提升到幾百到幾千伏特範圍的交流電壓。跨接變壓器輸入端332a的24V直流電壓可以頻繁接通和關斷，使得有效交流電壓施加到變壓器332的輸入端332a。從而可以產生跨接變壓器332的輸出端332b的高壓。用於變壓器332的輸出側的繞組的繞線(如，搪瓷繞線)的長度可以比變壓器332的輸入側繞組的繞線長，而且產生在變壓器332的輸出端332b的交流電壓取決於變壓器332的輸入側繞組和輸出側繞組的繞線數量比。
整流器340將從升壓器330輸出的交流高壓整流並轉換成直流電壓。整流器340採用N倍壓整流器以提升從升壓器330輸出的交流電壓的電勢電平。圖3示出的整流器是4倍壓整流器，其輸出4*Vp電壓，這裡從變壓器332輸出的電壓為Vp。整流器30的操作如下面的具體描述。
變壓器332的輸出電壓Vp在電容器341中被整流，並且，當給變壓器332的輸出端332b的標記為「b」的節點施加正電壓時，二極體345和349正向偏壓，使得電容器342，344，346和348充電到Vp。反之，當給變壓器332的輸出端332b的標記為「c」的節點施加正電壓時，二極體343和347正向偏壓，但二極體345和349反向偏壓。這時，在標記為「c」的節點和輸出端Vout之間形成電流通路，使得電容器344和348被充電到如2*Vp的電位。從而，在輸出端Vout輸出4*Vp的電壓，其是電容器344和348充入電壓之和。儘管在本實施例中，4倍壓的整流器被用於整流器340，但整流器340還可以具有設置在相似結構中的更多的二極體和電容器以獲得更高的電壓，如，高於5倍壓的電壓。
電源控制器400具有第一開關部分410和第二開關部分420。
第一開關部分410響應於當電源100的輸出電壓變為5V時驅動的從控制器200輸出的控制信號pow-en，並將節點「d」降低到地電位。如，用NPN型電晶體作電晶體412，電阻411用於限制要被施加到電晶體412的基極的電流，電阻413用來偏置電晶體412，並且電阻414用來限制電晶體412的輸出電流。
當節點「d」經第一開關部分410變為接地電位時，第二開關部分420在節點「e」和節點「f」之間形成電流通路。因此，當來自控制器200的控制信號pow-en變為邏輯「高」時，從電源100輸出的如24V的直流電壓從電晶體421的集電極輸出，並施加到升壓器330中變壓器332的輸入端332a。幾乎同時，從控制器200輸出的PWM信號維持升壓器330的電晶體331為關斷。此時，24V的直流電壓在變壓器332的輸入端332a接通和關斷以在變壓器332的輸出端332b產生交流高壓。當施加到電源100的交流高壓「AC」被切斷時，從用5V的直流電壓驅動的控制器200輸出的控制信號pow-en變為邏輯「低」，使得電源控制器400切斷節點「e」和節點「f」之間的電流通路。即，當高壓供電設備關斷時，如24V的直流電壓不被施加到變壓器332的輸入端332a，使得變壓器332輸出端不會產生不希望得到的的電湧電壓。
圖4描述了根據本發明的另一方面的電源控制器400。
如圖4所示，高壓供電設備的電源控制器400可以採用MOS電晶體431。採用NMOS型的電晶體作MOS電晶體431，MOS電晶體431的柵極響應於從控制器200輸出的控制信號pow-en以接通和關斷其漏極和源極。從而，高壓發生器300隻在控制器200的接通狀態產生的邏輯「高」控制信號pow-en下運行，這樣，如圖3當施加到電源100的交流電壓AC關斷時，幾乎不會產生任何電湧電壓。
圖5是根據本發明的另一方面的高壓控制方法的流程圖。
首先，外部施加的交流電壓AC可以由例如電源100整流以產生預定的5V和25V的直流電壓，如步驟100(O100)。在步驟200(O200)中，具有5V的直流電壓輸入和預定佔空比的PWM信號由例如，輸出邏輯「高」的控制信號pow-en的控制器200產生。接著，控制信號pow-en的邏輯電平，由例如電源控制器400檢測(O300)。比較邏輯電平與預定電平，且當邏輯電平為「高」時電源控制器接通，當邏輯電平為「低」時關斷(O400)。進一步，當電源控制器400接通時24V的直流電壓由高壓發生器300輸入，提升輸入的電壓到預定電壓，如幾百到幾千伏特，而當電源控制器400關斷時不輸入(O500)。
交流高壓通過如，高壓發生器300基於PWM信號經接通和關斷的轉換操作而產生。因此，交流高壓通過基於PWM信號的開關操作，由帶有變壓器332的高壓發生器330產生。即，高壓發生器300隻以有當從外部輸入給電源100交流電壓AC而且向控制器200施加5V的直流電壓時產生的控制信號pow-en運行，這樣當不給電源100施加交流電壓時，高壓發生器300不會運行。從而，當來自外部電源的交流電壓切斷時，在施加給高壓發生器300的變壓器332的直流電壓放電的情況下，不會產生電湧電壓。
如上所述，當應用於如需要高壓供電設備的雷射印表機和傳真機或需要高壓直流電源的電子設備時，在該電子設備的電源斷掉時本發明不會產生電湧電壓。進一步，當處於備用模式時，該高壓供電設備不需要施加任何直流電壓，從而減少了電力消耗。
根據本發明的另一方面，控制器200中的微控制器是實現圖5中的使用編碼在計算機可讀介質上的數據的方法的計算機。
雖然給出並描述了本發明的幾個實施例，但可以理解，在不脫離本發明本質和精神，權利要求及其等效限定的本發明的範圍的情況下，本領域普通技術人員可以對本實施例做修改。
本申請要求2002年8月29日在韓國知識產權局提出的韓國專利申請NO.2002-51607的權益，其公開內容在此作為參考。
權利要求
1.一種高壓供電設備，包括電源，用於將外部輸入的交流電壓整流並產生第一直流電壓和第二直流電壓；控制器，用於產生具有預定佔空比的脈衝信號和當施加第一直流電壓時產生具有第一邏輯電平的控制信號；高壓發生器，用於基於所述脈衝信號提升第二直流電壓；和電源控制器，當控制信號為第一邏輯電平時被驅動，並且當控制信號為第二邏輯電平時切斷向高壓發生器施加第二直流電壓。
2.如權利要求1所述的高壓供電設備，其中高壓發生器包括放大器，用於放大來自控制器的脈衝信號，其中控制信號是脈寬調製信號；比較器，用於比較從所述放大器輸出的脈寬調製信號和提升後的電壓；升壓器，用於根據所述比較器的輸出基於開關操作提升第二直流電壓；和整流器，用於整流所述升壓器輸出。
3.如權利要求2所述的高壓供電設備，其中所述放大器包括電晶體，其發射極連接到具有在第一直流電壓和第二直流電壓的電勢電平之間的電勢電平的第三直流電壓，其基極被施加控制信號；和電阻，其連接在電晶體的集電極和接地電位之間。
4.如權利要求2所述的高壓供電設備，其中所述比較器通過其正輸入端輸入放大器的輸出，並通過其負輸入端輸入反饋的提升電壓。
5.如權利要求2所述的高壓供電設備，其中所述升壓器包括電晶體，其發射極接地而且其基極連接到所述比較器的輸出；和變壓器，其輸入端分別連接到通過電源控制器施加的直流電壓上和電晶體的集電極。
6.如權利要求2所述的高壓供電設備，其中所述整流器為提升從所述升壓器輸出的電壓的電勢電平的N倍壓整流器。
7.如權利要求1所述的高壓供電設備，其中所述電源控制器包括第一電晶體，其發射極輸入第二直流電壓並且其集電極輸出第二直流電壓；第一電阻，其連接在第一電晶體的發射極和第一電晶體的基極之間；第二電阻，其一端被施加所述控制信號；第二電晶體，其基極連接到第二電阻的另一端而且其發射極接地；第三電阻，其連接到第二電晶體的基極和發射極；和第四電阻，其連接在第二電晶體的集電極和基極之間。
8.如權利要求1所述的高壓供電設備，其中所述電源控制器是NMOS電晶體，其漏極和柵極被輸入直流電壓，並且其源極為輸出端。
9.一種高壓控制方法，包括整流外部輸入的交流電壓；產生第一直流電壓和第二直流電壓；產生具有預定佔空比的脈衝信號和產生具有基於第一直流電壓的第一邏輯電平的控制信號；基於所述脈衝信號提升第二直流電壓；和當所述控制信號為第二邏輯電平時切斷電壓的提升。
10.根據權利要求9所述的高壓控制方法，其中所述電壓提升包括放大所述脈衝信號；比較所述放大的脈衝信號和提升後的電壓；基於比較的結果提升第二直流電壓；和整流提升後的電壓。
11.一種高壓發生器，包括放大器，用於將信號放大到預定電平；整流器；比較器，用於比較從所述放大器輸出的放大信號和來自所述整流器的反饋電壓；和升壓器，用於基於所述比較器的比較提升輸入電壓；所述整流器整流從升壓器輸出的提升後的電壓。
全文摘要
一種高壓供電設備包括將外部輸入的交流電壓整流並產生第一直流電壓和第二直流電壓的電源；產生具有預定佔空比的脈衝信號和當施加第一直流電壓時具有第一邏輯電平的控制信號的控制器；基於所述脈衝信號提升第二直流電壓的高壓發生器；和當控制信號為第一邏輯電平時驅動，並且當控制信號為第二邏輯電平時切斷向高壓發生器施加第二直流電壓的電源控制器。當應用於需要直流高壓的如雷射印表機，傳真機的電子設備和直流－直流轉換器時，這樣的高壓供電設備，在電子設備被關斷時不會產生電湧電壓。
文檔編號H02M1/00GK1495991SQ0313278
公開日2004年5月12日 申請日期2003年8月29日 優先權日2002年8月29日
發明者趙鍾化 申請人:三星電子株式會社