CN1282296C - 高压供电设备 - Google Patents

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Abstract

一种高压供电设备包括：将外部输入的交流电压整流并产生第一直流电压和第二直流电压的电源；产生具有预定占空比的脉冲信号和当施加第一直流电压时具有第一逻辑电平的控制信号的控制器；基于所述脉冲信号提升第二直流电压的高压发生器；和当控制信号为第一逻辑电平时驱动，并且当控制信号为第二逻辑电平时切断向高压发生器施加第二直流电压的电源控制器。当应用于需要直流高压的如激光打印机，传真机的电子设备和直流-直流转换器时，这样的高压供电设备，在电子设备被关断时不会产生电涌电压。

Description

高压供电设备
技术领域
本发明涉及一种高压供电设备，尤其涉及一种用于充分地消除在关掉电源时产生的电涌电压的高压供电设备。
背景技术
高压供电设备通常用于需要高压直流电源的电子设备，如激光打印机和传真机。这样的高压供电设备可以将直流电压转换成高压交流电，并将该交流电压调节和转换成高压直流电。高压供电设备一般具有用于将直流电压转换成交流电压的变压器。
在采用变压器将直流电压转换成交流电压的同时，高压供电设备可能产生不希望得到的电涌电压。当关掉电源时，通过施加给变压器的直流电压的放电，具有这样高压供电设备的电子设备可能产生大的电涌电压，而且这样的电涌电压可能部分或全部损坏电子设备。在激光打印机的情况下，施加给打印机的电源关掉时产生的电涌电压，可能会引起另外的电涌电压施加到有机光电导体磁鼓，其可能损坏磁鼓。此外，在备用模式下施加给高压供电设备的电能被不必要地消耗掉了。
图1是示意性地示出传统的高压供电设备的方框图。图1中示出的高压供电设备具有电源10，控制器20，和高压发生器30。电源10将外部施加的交流电压整流，并产生如24V和5V的直流电压。24V的电压可以用作高压发生器30的工作电压，5V的电压可以用作控制器20的工作电压。
控制器20根据预定值输出具有预定占空比的脉宽调制(PWM)信号。
高压发生器30经通过控制器20施加的PWM信号的开和关转换操作、产生几百伏特到几千伏特的交流电压。
高压发生器30包括开关部分31，变压器32，和整流器33。
开关部分31经控制器20施加的PWM信号重复接通和关断。如，当开关部分31经来自控制器20的PWM信号关断时，24V的电压切断变压器32输入侧32a的电流通路。
变压器32产生来自经开关部分31接通和关断24V的交流电压的横跨输出端32b的交流高压。为输出比施加电压高的电压，输出端32b的绕组绕线的数量可以大于输入端32a的绕组绕线的数量。
整流器33将变压器32的输出端32b输出的交流电压整流并转换成直流电压。整流器33采用N倍压整流方法以提高变压器32的输出电压。
基本上同时，为提高输入和输出信号的稳定性，当输出的PWM信号为逻辑“低”时，控制器20将开关部分31设置为使能(enabled)；逻辑“低”通常指有效低，这是数字逻辑中经常使用的方法之一。因此，当施加给控制器20的5V的直流电压切断时，从控制器20输出的PWM信号变为逻辑“低”，而且，同时开关部分31可能误动作。进一步，由于与高压发生器30的24V工作电压相比，控制器20的5V工作电压很低，因此当高压供电设备关断时，在5V的电压源变为地电平的同时，24V的电压源具有比5V的电压源高的电势电平。如，即使在5V的控制器20的工作电压降到等于或低于2.5V时，24V的直流电压仍然具有大约18V的电势电平。因此，当从控制器20输出的PWM信号为逻辑“低”时，开关部分31接通，使得变压器32的输入端32a在18V的电压电位与接地端之间形成电流通路。这样，在变压器32的输出端32b之间产生交流高压，并经过整流器33整流和输出。
图2示出当图1中高压供电设备关断时的高压供电设备的输出电压波形图。
如图2所示，当外部施加到电源10的交流电压切断时，在标注1的时间，在变压器32的输入端32a和接地端之间存在例如18V的直流电压，导致5V电压降低到等于或低于2.5V。这个时候，由于从电源10输出的5V电压降到基本等于或低于2.5V，因此电源10不能够驱动工作在5V的控制器20，并且从控制器20输出的PWM信号变为逻辑“低”。但是，当控制器20在点1关断时，从电源10输出的18V直流电压已经被施加到变压器32的输入端。因此，当从控制器20输出的PWM信号的电势电平为逻辑“低”时，在变压器32的输入端32a和接地点之间存在标记为“a”的电压，这样导致变压器32的输出端32b产生例如电涌电压的交流高压。
如上所述，当设备在断电状态时，施加到如激光打印机，传真机之类的电子设备上的直流高压可能会损坏电子设备部件。
发明内容
因此，本发明一方面提供一种用以减少电涌电压产生的高压供电设备和方法。
根据本发明的一方面，高压供电设备包括：电源，用于将外部输入的交流电压整流并产生直流电压；控制器，用于产生具有预定占空比的脉冲信号和控制信号，该控制信号当施加第一直流电压时具有第一逻辑电平；高压发生器，用于基于脉冲信号提升第二直流电压；和电源控制器，用于当控制信号在第一逻辑电平时驱动，并且当控制信号为第二逻辑电平时用于切断施加到高压发生器的第二直流电压。
根据本发明的另一方面，所述高压发生器可以包括：放大器，用于放大来自控制器的脉冲信号，其中控制信号为脉宽调制(PWM)信号；比较器，用于比较从放大器输出的PWM信号和升高的电压；升压器，用于根据比较器的输出提升基于开关操作的第二直流电压；和整流器，用于将升压器的输出整流。
所述放大器包括晶体管，其发射极连接到具有在第一直流电压和第二直流电压之间的电势电平的直流电压，其基极被施加控制信号，晶体管的集电极和接地电位之间连接一电阻。
所述比较器通过其正输入端输入放大器的输出和通过其负输入端输入反馈的升高的电压。
所述升压器包括：晶体管，其发射极接地并且其基极连接到比较器的输出；和变压器，其输入端分别连接到通过电源控制器施加的直流电压上和晶体管的集电极。
所述整流器可以是用于提升从升压器输出的电压电势电平的N倍压整流器，其中N为大于1的自然数。
所述电源控制器包括：晶体管，其发射极输入第二直流电压并且其集电极输出第二直流电压；电阻，其连接在晶体管发射极和晶体管基极之间；第二电阻，其一端施加控制信号；第二晶体管，其基极可以连接到第二电阻的另一端而且其发射极接地；第三电阻，其连接到第二晶体管的基极和发射极；和第四电阻，其连接在第二晶体管集电极和基极之间。
所述电源控制器可以是NMOS晶体管，其漏极和栅极输入直流电压以分别作为输入端和控制端工作，并且其源极为输出端。
根据本发明的另一方面，高压控制方法包括步骤：将外部输入的交流电压整流并产生直流电压；产生具有预定占空比的脉冲信号和具有基于第一直流电压的第一逻辑电平的控制信号；基于所述脉冲信号提升第二直流电压；和当控制信号为第二逻辑电平时切断提升电压。
根据本发明的另一方面，电压提升包括：放大脉冲信号；比较放大的脉冲信号和提升的电压；基于比较结果提升第二直流电压；和将提升后的电压整流。
本发明的其它方面和优点将在后面的说明中部分列举，并且部分地，是说明书中显而易见的，或从本发明的实施例得出。
附图说明
结合附图从下面的实施例的描述中，本发明的这些特征，和/或其它方面和优点将变的清楚而且更容易理解。
图1是示出传统的高压供电设备的方框图；
图2是示出当高压供电设备关断时图1中高压供电设备的输出电压波形图；
图3是根据本发明的一个方面的高压供电设备的方框图；
图4是根据本发明的另一个方面的高压发生器的视图；和
图5是示出根据本发明的另一方面的高压控制方法的流程图。
具体实施方式
现在将具体对照本发明当前的实施例，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记表示完全相同的部件。为解释本发明，下面将参考附图描述实施例。
图3是根据本发明的一个方面的高压供电设备的方框图。
如图3所示，高压供电设备可以包括电源100，控制器200，高压发生器300，和电源控制器400。
电源100将外部施加的交流电压整流并产生如24V和5V的直流电压。将从高压供电设备产生的从几百伏特到几千伏特范围的高压由24V的直流电压产生。5V的电压可用作操作控制器200的工作电压。
控制器200根据设定值输出具有预定占空比的PWM信号，并只有当高压供电设备需要输出高压时才选择性地产生具有逻辑“高”的控制信号pow_en。如在使用激光打印机的情况下，仅当具有高电压的有机光电导体磁鼓充电时，控制器200输出具有逻辑“高”的控制信号pow_en。即，仅当具有高压供电设备的装置如激光打印机，传真机之类的需要高压时，设置控制器200输出控制信号pow_en。这样的设置可以通过采用具有微控制器(未示出)的控制器200得到。微控制器中的存储器(未示出)可以设置程序，仅当需要高压时输出为逻辑“高”的控制信号pow_en。
高压发生器300响应于从控制器200施加的PWM信号并输出从几百到几千伏特范围内的电压。
电源控制器400响应于当控制信号pow_en为逻辑“高”时从控制器200输出的控制信号pow_en，并施加从电源100输出的24V直流电压到高压发生器300。从而，当施加给电源100的标记为AC的交流电压关断时，24V的直流电压不会施加给高压发生器300，这样使得当交流电压AC关断时高压发生器300不会产生电涌电压。
高压发生器300具有放大器310，升压器330，和整流器340。
放大器310将从控制器200施加的PWM信号放大到预定电势电平如18V。
比较器320具有含正(+)输入端和负(-)输入端的运算放大器。运算放大器可以接收并比较通过正输入端从放大器310输出的PWM信号和通过负输入端从整流器340输出的电压的反馈部分。因此，当整流器340的输出电压高于预定电平时，运算放大器321的输出变为逻辑“低”，并停止升压器330的运行。
升压器330通过晶体管331的开关操作连接到变压器332的输入端332a，晶体管331根据比较器320的比较结果接通和关断，并因此将从电源控制器400施加的如24V的直流电压提升到几百到几千伏特范围的交流电压。跨接变压器输入端332a的24V直流电压可以频繁接通和关断，使得有效交流电压施加到变压器332的输入端332a。从而可以产生跨接变压器332的输出端332b的高压。用于变压器332的输出侧的绕组的绕线(如，搪瓷绕线)的长度可以比变压器332的输入侧绕组的绕线长，而且产生在变压器332的输出端332b的交流电压取决于变压器332的输入侧绕组和输出侧绕组的绕线数量比。
整流器340将从升压器330输出的交流高压整流并转换成直流电压。整流器340采用N倍压整流器以提升从升压器330输出的交流电压的电势电平。图3示出的整流器是4倍压整流器，其输出4*Vp电压，这里从变压器332输出的电压为Vp。整流器30的操作如下面的具体描述。
变压器332的输出电压Vp在电容器341中被整流，并且，当给变压器332的输出端332b的标记为“b”的节点施加正电压时，二极管345和349正向偏压，使得电容器342，344，346和348充电到Vp。反之，当给变压器332的输出端332b的标记为“c”的节点施加正电压时，二极管343和347正向偏压，但二极管345和349反向偏压。这时，在标记为“c”的节点和输出端Vout之间形成电流通路，使得电容器344和348被充电到如2*Vp的电位。从而，在输出端Vout输出4*Vp的电压，其是电容器344和348充入电压之和。尽管在本实施例中，4倍压的整流器被用于整流器340，但整流器340还可以具有设置在相似结构中的更多的二极管和电容器以获得更高的电压，如，高于5倍压的电压。
电源控制器400具有第一开关部分410和第二开关部分420。
第一开关部分410响应于当电源100的输出电压变为5V时驱动的从控制器200输出的控制信号pow_en，并将节点“d”降低到地电位。如，用型晶体管作晶体管412，电阻411用于限制要被施加到晶体管412的基极的电流，电阻413用来偏置晶体管412，并且电阻414用来限制晶体管412的输出电流。
当节点“d”经第一开关部分410变为接地电位时，第二开关部分420在节点“e”和节点“f”之间形成电流通路。因此，当来自控制器200的控制信号pow_en变为逻辑“高”时，从电源100输出的如24V的直流电压从晶体管421的集电极输出，并施加到升压器330中变压器332的输入端332a。几乎同时，从控制器200输出的PWM信号维持升压器330的晶体管331为关断。此时，24V的直流电压在变压器332的输入端332a接通和关断以在变压器332的输出端332b产生交流高压。当施加到电源100的交流高压“AC”被切断时，从用5V的直流电压驱动的控制器200输出的控制信号pow_en变为逻辑“低”，使得电源控制器400切断节点“e”和节点“f”之间的电流通路。即，当高压供电设备关断时，如24V的直流电压不被施加到变压器332的输入端332a，使得变压器332输出端不会产生不希望得到的的电涌电压。
图4描述了根据本发明的另一方面的电源控制器400。
如图4所示，高压供电设备的电源控制器400可以采用MOS晶体管431。采用NMOS型的晶体管作MOS晶体管431，MOS晶体管431的栅极响应于从控制器200输出的控制信号pow_en以接通和关断其漏极和源极。从而，高压发生器300只在控制器200的接通状态产生的逻辑“高”控制信号pow_en下运行，这样，如图3当施加到电源100的交流电压AC关断时，几乎不会产生任何电涌电压。
图5是根据本发明的另一方面的高压控制方法的流程图。
首先，外部施加的交流电压AC可以由例如电源100整流以产生预定的5V和25V的直流电压，如步骤100(O100)。在步骤200(O200)中，具有5V的直流电压输入和预定占空比的PWM信号由例如，输出逻辑“高”的控制信号pow_en的控制器200产生。接着，控制信号pow_en的逻辑电平，由例如电源控制器400检测(O300)。比较逻辑电平与预定电平，且当逻辑电平为“高”时电源控制器接通，当逻辑电平为“低”时关断(O400)。进一步，当电源控制器400接通时24V的直流电压由高压发生器300输入，提升输入的电压到预定电压，如几百到几千伏特，而当电源控制器400关断时不输入(O500)。
交流高压通过如，高压发生器300基于PWM信号经接通和关断的转换操作而产生。因此，交流高压通过基于PWM信号的开关操作，由带有变压器332的高压发生器330产生。即，高压发生器300只以有当从外部输入给电源100交流电压AC而且向控制器200施加5V的直流电压时产生的控制信号pow_en运行，这样当不给电源100施加交流电压时，高压发生器300不会运行。从而，当来自外部电源的交流电压切断时，在施加给高压发生器300的变压器332的直流电压放电的情况下，不会产生电涌电压。
如上所述，当应用于如需要高压供电设备的激光打印机和传真机或需要高压直流电源的电子设备时，在该电子设备的电源断掉时本发明不会产生电涌电压。进一步，当处于备用模式时，该高压供电设备不需要施加任何直流电压，从而减少了电力消耗。
根据本发明的另一方面，控制器200中的微控制器是实现图5中的使用编码在计算机可读介质上的数据的方法的计算机。
虽然给出并描述了本发明的几个实施例，但可以理解，在不脱离本发明本质和精神，权利要求及其等效限定的本发明的范围的情况下，本领域普通技术人员可以对本实施例做修改。
本申请要求2002年8月29日在韩国知识产权局提出的韩国专利申请NO.2002-51607的权益，其公开内容在此作为参考。

Claims (11)

1.一种高压供电设备，包括：
电源，用于将外部输入的交流电压整流并产生第一直流电压和第二直流电压；
控制器，用于产生具有预定占空比的脉冲信号和当施加第一直流电压时产生具有第一逻辑电平的控制信号；
高压发生器，用于基于所述脉冲信号提升第二直流电压；和
电源控制器，当控制信号为第一逻辑电平时被驱动，并且当控制信号为第二逻辑电平时切断向高压发生器施加第二直流电压。
2.如权利要求1所述的高压供电设备，其中高压发生器包括：
放大器，用于放大来自控制器的脉冲信号，其中控制信号是脉宽调制信号；
比较器，用于比较从所述放大器输出的脉宽调制信号和提升后的电压；
升压器，用于根据所述比较器的输出基于开关操作提升第二直流电压；和
整流器，用于整流所述升压器输出。
3.如权利要求2所述的高压供电设备，其中所述放大器包括：
晶体管，其发射极连接到具有在第一直流电压和第二直流电压的电势电平之间的电势电平的第三直流电压，其基极被施加控制信号；和
电阻，其连接在晶体管的集电极和接地电位之间。
4.如权利要求2所述的高压供电设备，其中所述比较器通过其正输入端输入放大器的输出，并通过其负输入端输入反馈的提升电压。
5.如权利要求2所述的高压供电设备，其中所述升压器包括：
晶体管，其发射极接地而且其基极连接到所述比较器的输出；和
变压器，其输入端分别连接到通过电源控制器施加的直流电压上和晶体管的集电极。
6.如权利要求2所述的高压供电设备，其中所述整流器为提升从所述升压器输出的电压的电势电平的N倍压整流器，其中N是大于1的自然数。
7.如权利要求1所述的高压供电设备，其中所述电源控制器包括：
第一晶体管，其发射极输入第二直流电压并且其集电极输出第二直流电压；
第一电阻，其连接在第一晶体管的发射极和第一晶体管的基极之间；
第二电阻，其一端被施加所述控制信号；
第二晶体管，其基极连接到第二电阻的另一端而且其发射极接地；
第三电阻，其连接到第二晶体管的基极和发射极；和
第四电阻，其连接在第二晶体管的集电极和基极之间。
8.如权利要求1所述的高压供电设备，其中所述电源控制器是NMOS晶体管，其漏极和栅极被输入直流电压以分别作为输入端和控制端工作，并且其源极为输出端。
9.一种高压控制方法，包括：
整流外部输入的交流电压；
产生第一直流电压和第二直流电压；
产生具有预定占空比的脉冲信号和产生具有基于第一直流电压的第一逻辑电平的控制信号；
基于所述脉冲信号提升第二直流电压；和
当所述控制信号为第二逻辑电平时切断电压的提升。
10.根据权利要求9所述的高压控制方法，其中所述电压提升包括：
放大所述脉冲信号；
比较所述放大的脉冲信号和提升后的电压；
基于比较的结果提升第二直流电压；和
整流提升后的电压。
11.一种高压发生器，包括：
放大器，用于将信号放大到预定电平；
整流器；
比较器，用于比较从所述放大器输出的放大信号和来自所述整流器的反馈电压；和
升压器，用于基于所述比较器的比较提升输入电压；所述整流器整流从升压器输出的提升后的电压。
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