CN102299636B - 开关电源和包括该开关电源的图像形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开关电源以及包括该开关电源的图像形成装置。在开关电源中，根据当变压器被驱动时的谐振周期设定开关的关断时段。

Description

开关电源和包括该开关电源的图像形成装置

技术领域

本发明涉及用于产生直流电压的开关电源。

背景技术

随着近年来对各种节电电子设备的需求的增加，要求电子设备的电源更加节电。作为电子设备的电源的例子，使用基于开关系统的电源(下文被称为开关电源)，该电源通过以预定的驱动频率驱动诸如场效应晶体管(FET)的开关元件来输出目标电压。

这种开关电源包括通过在节电操作期间(在轻负载运行期间)减少开关元件的开关操作次数来提高效率的电源。节电标准还年年改变，而且需要通过除正常运行期间外在轻负载运行期间节省电力来提高效率。

开关电源在轻负载运行期间的大部分损失是由于开关操作引起的。因此，已经做出了减少由于开关操作造成的损失的努力。例如，通过延长开关元件的接通时段(ON-period)来增加一次开关操作的能量，并且通过延长中止时段减少每单位时间的开关次数的数目。

然而，较长的中止时段降低了开关频率。由于较低开关频率而产生的声音进入可听范围，可能到达人耳。由于较低开关频率而产生的声音变为包括听起来讨厌的谐波的声音。

下面描述较低开关频率产生包括谐波的声音的原因。当开关频率下降到几千赫兹或更低时，开关元件的中止时段变得较长。因此，变压器的驱动电流波形变为图10所示的三角函数(delta-function)波形。

变压器的这种驱动电流波形的频率分析揭示在开关频率被设为基波的情况下，该波形具有包含100KHz或更高的谐波的频率分量。图11示出了图10所示的驱动电流波形的频率特性。如图11所示，波形变为具有被以开关频率的高多倍的频率(谐波)驱动的能量的电流波形。

开关电源的变压器也执行要被以预定的谐振频率驱动的开关操作。由变压器的机械振动产生的谐振频率大约在几千赫兹到几万赫兹处具有峰值，但是这依赖于变压器的铁心形状。

图12示出了由于变压器的机械振动产生的谐振频率。图5B示出了通过使用麦克风测量基于图11所示的驱动电流波形驱动具有图12所示的特性的变压器时产生的声音以及分析频率特性的结果。

如图5B所示，从变压器产生的节拍声音(beat sound)特征性地包含这样的谐波，在该谐波处包络线表现出具有被设为基本波的断续开关频率的变压器的谐振特性。图5A示出了输入变压器的驱动信号的波形。

如图5B所示，当变压器的开关频率和机械谐振频率彼此重叠以便降低开关频率时，产生了作为来自变压器的节拍声音进入可听范围的声音。

作为减少来自变压器的这种节拍声音的一种方法，通过抑制变压器的磁场改变速率减少节拍声音的方法是公知的。常规地，为了抑制变压器的磁场改变速率，已采用了如下这样的方法，即对于变压器使用具有大的截面积的铁心材料(core material)，或通过缩短开关元件的接通时段降低每一次变压器操作的电流。

作为通过巧妙地设定变压器的驱动电流波形来减少变压器的节拍声音的方法，存在如下这样的方法，该方法通过在开关电源装置中安装软起动电路，在激活时逐渐改变电容器两端在电压上升或下降期间的占空比。逐渐增大或减小变压器的驱动电流波形的幅值使得能够减少变压器的磁通变化，并且因此可以减少节拍声音的产生。例如，在日本专利No.3567355或日本专利No.3665984中讨论了这种常规方法。

然而，对于变压器使用截面积大的铁心材料造成了变压器大小增大，导致难以缩小开关电源或包括开关电源的装置的大小。用于缩短开关元件的接通时段的方法可以减少变压器的节拍声音，这是由于较短的接通时段减少了磁场变化。然而，每单位时间的开关次数的数目增大，并且因此开关损失增大。

在用于逐渐增大或减小变压器的驱动电流波形大小的方法的情况下，当更多地降低功率消耗时，如果提供给二次侧负载的能量是小的，该方法的应用是困难的。这是由于在轻负载运行期间，难以通过软起动电路逐渐增大或减小电流波形的幅值。

在常规方法中，必须通过减少为一次开关操作提供的能量多次执行开关，或者必须在不改变为一次开关操作提供的能量的情况下将二次侧电容器的电容量增大数倍。前一种方法增大了开关损失，极大地降低了效率。后一种方法增加了成本。

换言之，在开关电源中，需要通过减少开关次数的数目来降低开关损失。然而，这种情况具有矛盾，即，由于被施加到变压器的每个波的能量增大，因而从变压器产生更大的声音。

发明内容

本发明涉及这样的开关电源，该开关电源可以减少在轻负载运行期间从变压器产生的节拍声音，而不增大变压器大小或开关损失。

根据本发明的一个方面，一种开关电源，包括：变压器；开关单元，被配置用于开关被提供给所述变压器的一次侧的电压；输出单元，被配置用于输出在所述变压器的二次侧产生的电压；以及关断时段设定单元，被配置为设定所述开关单元的关断时段，从而在所述变压器的二次侧产生的电压低的轻负载运行期间，衰减从所述变压器产生的声波的谐波。

根据本发明的另一个方面，一种图像形成装置，包括：图像形成单元，被配置用于形成图像；控制单元，被配置用于控制所述图像形成单元的操作；以及开关电源，被配置用于给所述控制单元供电，其中所述开关电源包括：变压器；开关单元，被配置用于开关被提供给所述变压器的一次侧的电压；输出单元，被配置用于输出在所述变压器的二次侧产生的电压；以及关断时段设定单元，被配置为设定所述开关单元的关断时段，从而在所述变压器的二次侧产生的电压低的轻负载状态中，衰减从所述变压器产生的声波的谐波。

从下文参考附图对示例实施例的详细描述，本发明的其它特征和方面将变得清晰。

附图说明

结合在本说明书内并且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且与本描述一起用于解释本发明的原理。

图1A到1C是示出了基于伪谐振系统的开关电源的电路图，以及示出了集成电路(IC)的内部电路图。

图2示出了根据第一示例实施例在轻负载运行期间的操作波形。

图3A和3B示出了根据第一示例实施例的变压器的驱动电流波形和该驱动电流波形的频率的分析结果。

图4A和4B示出了根据第一示例实施例的电路和操作波形，在该电路中强制设定关断时段(OFF-period)。

图5A和5B示出了变压器的输入波形和该输入波形的频率的分析结果。

图6A和6B示出了变压器的输入波形和该输入波形的频率的分析结果。

图7A和7B示出了变压器的输入波形和该输入波形的频率的分析结果。

图8示出了根据第二示例实施例的电路，在该电路中强制设定关断时段。

图9A到9C示出了根据第三示例实施例的基于伪谐振系统的开关电源的电路以及操作波形。

图10示出了常规变压器的驱动电流波形。

图11示出了常规驱动电流波形的频率特性。

图12示出了根据第一示例实施例的变压器的谐振频率特性。

图13示出了提供节拍声音减少效果的频带。

图14A和14B示出了开关电源的应用例子。

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本发明的各种示例实施例、特征和方面。

下面所述的示例实施例仅是例子，而绝不是限制本发明的技术范围。

图1A是示出了基于开关系统的电源(下面也被称为开关电源)的电路图。根据本示例实施例的电路是基于伪谐振系统的开关电源。在图1A中，开关电源包括交流(AC)线输入100、二极管桥101、一次电解电容器102、起动电阻器103、变压器104、变压器的一次绕组线105、变压器的二次绕组线106和变压器的辅助绕组线107。

开关电源还包括用于接通/关断向变压器的供电的位于一次侧的主开关元件108(在本示例实施例中使用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))、电流检测电阻器109、开关控制IC 110、光电耦合器的光电晶体管111、二极管112和电容器113。

该开关电源还包括连接到变压器的二次侧的二极管114、电容器115、电阻器116、光电耦合器的发光二极管(LED)侧111、分路调节器(shunt regulator)117、电阻器118和119以及负载电路120。作为开关控制IC 110的例子，下面描述通常使用的伪谐振IC。

在本示例实施例中，使用EER类型的变压器作为变压器。此变压器通过如下过程制造，即将变压器浸入溶解有腊或漆的树脂的液体中并且然后干燥变压器。

被浸渍的变压器的节拍声音比未被浸渍的变压器的节拍声音小，并且线圈架和铁心可被稳定地固定。在许多情况下，在线圈被缠绕在线圈架上并且铁心被组装以被铁心带(core tape)固定的状态中执行浸渍。EER类型变压器的谐振频率特性类似于上面参考图12所述的那些。

图1A所示的开关控制IC 110是一般的伪谐振IC。图1B是示出了开关控制IC 110的简化方框图。在图1B中，开关控制IC 110包括端子1和电源电路1102，端子1是激活端子。电源电路1102包括高压开关，并且当来自端子2的电源端子的电压为低时，通过将高压开关接通而操作以便经安装在开关控制IC 110之外的起动电阻器103获取功率。

当图1A所示的开关元件108被接通/关断时，从变压器104的辅助绕组线107提供电压，并且端子2的电压上升达到稳定。然后在从端子1提供的电压被切断的同时，开关控制IC 110可以仅以从端子2提供的电力操作。

端子3检测回扫电压的下限(电压降低)，并且电路1101检测该电压的下限(电压降低)。检测到回扫电压的降低，并且然后向单稳电路1104输出信号。

触发电路1108被设为基于单稳电路1104的回扫电压的下限的检测执行输出，并且基于来自比较器1111的输出操作以便停止该输出。因此，开关控制IC 110在输入端子3的回扫电压到达其下限的定时输出信号，并且接通开关元件108。

端子4是开关控制IC 110中的连接到比较器1103和比较器1111的反馈端子。比较器1103连接到参考电压1107，并且当端子4的电压下降到参考电压1107之下时将单稳电路1104清零。因此，虽然端子4的电压低于参考电压1107，但开关控制IC 110被禁止接通开关元件108的栅极，并且参考电压1107成为脉冲停止电压(pulse stopvoltage)。

端子5是接地(GND)端子，并且端子6是电流检测端子。端子6被连接到比较器1111。当电压大于端子4的反馈电压时，比较器1111操作以便将触发电路1108的R端子设置为Hi。因此，当电流变大以便增加检测电阻器109的电压时，端子6操作以便关断开关元件108。

监视电源电压的比较器1106是用于当端子2的电压低时禁止开关控制IC 110输出栅极电压的保护电路。产生开关控制IC 110中的参考电压的电路1105连接到AND电路1109，以便当参考电压被确定时启动端子7的输出。停止电路1112配置为当在开关控制IC 110中产生异常内部温度或异常电流波形时停止端子7的输出。

当电力被提供时，开关控制IC 110将端子1的内部电路连接到起动电阻器103，以便接收通过起动电阻器103提供的电压。开关控制IC 110将该电压输出给端子7，以便接通开关元件108。在这种情况下，变压器的二次侧电容器115处尚未产生电压，或仅残留低电压。因此，光电耦合器111的LED不发光，并且光电耦合器111的光电晶体管不被接通。

端子4的电压因此保持为高，并且开关控制IC 110继续端子7的输出，直到开关元件108的漏极电流变大，并且保持开关元件108接通。开关控制IC 110将端子4和端子6的电压、即在电流检测电阻器109中产生的电压彼此进行比较，并且当端子6的电压变得高于端子4的电压时关断开关元件108。

在开关元件108已被关断之后，在变压器的二次绕组线106中在通过二极管114给电容器115充电的方向上产生电压，并且因此给二次侧电容器115充电。该电流随着能量从变压器排出而下降。在变压器的所有能量已被排出之后，二次绕组线106的电压变为小于二次侧电容器115的电压，因此将二极管114设置为不导电。

然后，一次侧的开关元件108的漏极端子处的电压也降低，并且该漏极端子的电压开始围绕一次电解电容器102的电压自由振动。类似于自由振动的电压的电压波形在辅助绕组线107上出现，因此降低了连接到辅助绕组线107的开关控制IC 110的端子3的电压。

端子3具有检测电压下限的作用，并且该电压被从开关控制IC110的端子7输出以便接通开关元件108。因此，开关元件108被反复接通和关断，以便连续输出预定驱动频率的驱动脉冲(下面称为脉冲)，由此驱动变压器的一次绕组线。

当电容器113被以辅助绕组线107的电压充电，并且作为开关控制IC 110的电源增大到足够的电压时，开关控制IC 110停止来自端子1的供电，并且仅通过端子2的电力操作。当在变压器二次侧产生并且被整流和平滑化的输出电压上升到接近预定电压时，分路调节器117操作以便开始给光电耦合器111提供电流。

然后，端子4的电压下降，降低了开关控制元件108的接通时段期间的最大电流值。因此，缩短了开关元件108的接通宽度(接通时段)，以便减少对于变压器的一次操作而存储的能量。结果，输出电压的增大被控制为被抑制以便输出预定的目标电压。

图2示出了图1A到1C所示的电路在轻负载运行期间的操作的例子。轻负载指的是负载电路120不操作的小负载状态。

图2示出了反馈端子电压401、振荡停止电压402和对应于流过一次绕组线105的电流量的值403。值403是电阻器109的端子电压。

当端子4的电压下降时，开关控制IC 110停止脉冲输出。当负载被降低以增大输出电压时，分路调节器117提供更多电流，并且因此在光电耦合器111的光电晶体管侧的电压下降的同时，光电耦合器111的LED电流增加。结果，反馈端子4的电压改变为等于或低于驱动脉冲停止时的电压402(下面被称为脉冲停止电压402)。

开关控制IC 110然后停止来自端子7的脉冲输出。负载电流继续流动，并且因此存储在二次侧的电解电容器中的电压下降，以便降低分路调节器117的电流。结果，光电耦合器111的LED电流被降低，从而增大了光电晶体管的电流。当反馈端子4的电压上升为等于或大于脉冲停止电压402时，再次开始脉冲输出。

以这种方式，由开关控制IC 110控制开关元件108在轻负载运行期间的操作。在该情况下的操作还被称为猝发操作(burst operation)。

在猝发操作期间，开关元件108的短周期的关断操作的时间段由变压器二次侧的电压放电时段、即二次侧输出电压和二次侧电感确定，并且电路以比变压器的机械谐振频率高得多的频率操作。

已经描述了根据本示例实施例的电路和电路操作。

接着，描述第一示例实施例的特征。本示例实施例具有如下这样的特征，即对于开关元件108强制设定关断时段，并且与变压器的谐振周期相关联地设定开关元件108在猝发操作期间的关断时段。

图1A示出了用于强制设定关断时段的电路130。图4A和4B示出了作为本示例实施例的特征的用于强制设定关断时段的电路130的配置的例子。

图4A所示的电路130包括电容器901和905、二极管903、电阻器902、904、906、907、908、909、910和913、以及晶体管911、912和914。电路130包括单稳多谐振荡器和输出晶体管。电容器901连接到开关元件108的栅极。晶体管914的集电极作为输出端子919连接到开关控制IC 110的端子4。

控制端子917在正常操作期间输出为低，在轻负载运行期间输出被设为高阻抗的ENABLE信号(Hi输出)，并且可以根据使用开关电源的装置的状态在它们之间切换。

电路130可配置为在电源的负载电流被检测为低时、自动切换来自端子917的输出而操作。

输入端子918连接到开关控制IC 110的端子7。在正常操作期间，晶体管912的集电极在低状态下连接，晶体管914处于开路状态，并且电路130不操作。

在轻负载操作期间，当晶体管912的集电极被设为高状态，并且ENABLE信号被设置为高阻抗时，电路130基于来自开关元件108的栅极驱动信号的信号操作。电路130还包括供电端子915。

图4B示出了电路130操作时的波形。这些波形包括栅极电压波形950、基于开关控制IC 110中的参考电压1107产生的脉冲停止电压951、反馈端子电压952和晶体管912的基极端子电压953。当反馈端子电压952超过脉冲停止电压951时，开关控制IC 110从端子7输出脉冲，并且保持开关元件108接通，直到端子6的电流检测端子电压达到反馈端子电压为止。

在这个时段期间，二极管903阻断电流，并且因此电路130不操作。因此晶体管912导通，并且晶体管914的输出被设为高阻抗。当栅极端子电压下降从而使得开关元件108关断时，电流流过电容器901、二极管903和电容器905，并且如同基极端子电压953的情况，集电极端子电压在开关元件108为关断的上升沿变为低。然后，晶体管911被接通。

电流开始经电阻器906流过电容器905。对于直到电容器905的电压超过晶体管912的基极-发射极之间的电压VBE为止的时段，晶体管912保持关断。在晶体管912的关断时段期间，晶体管914保持导通。因此，开关控制IC 110的端子4固定为低输出，并且开关控制IC 110的开关元件108的振荡停止。

当电压905随时间上升时，晶体管912导通，同时晶体管911和914关断，并且因此开关控制IC 110的端子4被打开以便使得能够振荡。因此，从第一栅极导通到下一栅极导通的时段通过由电容器905和电阻器906定义的时间常数被确定。

必须尽可能多地减少开关次数的数目以提高开关效率。根据本示例实施例，为了将开关次数的数目设定为两次，基于电路130的常数和电流检测器电阻器的电阻值确定到反馈端子4的电压。

更具体地，一个脉冲应用的接通时段被调整以便满足要由两个脉冲应用使用的能量、即负载电流和输出电压的积(由于在一个脉冲的情况下输出电压变短)。

换言之，电流检测电阻的值被确定为满足以下面的表达式(1)所表示的关系，其中V是输出电压，I是轻负载运行期间的输出电流，Lp是电源变压器的一次电感，并且Ip是在一次电感处流动的电流的峰值。

V·I＜Lp·Ip2＜2·V·I...(1)

设定这样的电流检测电阻值使得能够调整以便确保，虽然在一个波(一个应用)情况下反馈端子4的电压不会由于功率短缺而下降为等于或小于脉冲停止电压，但是在两个波(两个应用)的情况下反馈端子4的电压下降为等于或小于脉冲停止电压。在基于电流检测电阻的调整中，电流的上限值改变。因此，为了使得脉冲停止电压能够改变，可以使用其它方法(诸如电流检测电路的操作的非线性设定)。

由于这种设定，当负载波动时，基于图4A所示的电路的电阻器906和电容器905的时间常数，确定两个脉冲的短脉冲应用的时间间隔(稍后将解释的图6的t2)，并且长脉冲应用的时间间隔(稍后将解释的图6的T)根据负载波动改变以便执行控制。两个脉冲的短脉冲应用的时间、即电阻器906和电容器905的时间常数被设为变压器的谐振周期的1/2，从而消除了变压器的节拍声音。

在第一示例实施例中，执行控制以便通过在开关元件108的控制端子的电压被设为信号源的情况下，将开关控制IC 110的反馈端子4设为低电压并且等于或小于开关控制IC 110的开关停止电压，禁止指定时段的开关操作。然而，该电路的这种配置仅是例子，并且可以采用其它配置，只要它们提供类似效果即可。

图3A和3B示出了本示例实施例的操作特征。图3A示出了变压器的驱动电流波形(上部视图)和用于驱动变压器的开关元件的栅极电压波形(下部视图)。图3B示出了分析变压器的驱动电流波形的频率时的波形。在图3B中，水平轴指示频率，并且垂直轴指示谐波电流值(MA)。在本示例实施例中，如上所述，通过两个波(两个应用)的脉冲满足输出能量。

图5A和5B、图6A和6B以及图7A和7B(图5A和5B已被在上面描述)示出了当开关电源操作时声音的声压如何基于驱动波形改变。

图5A、6A和7A中的每一个示出了输入变压器的驱动信号的波形。图5B、6B和7B中的每一个示出了通过经麦克风测量声压并且分析测量结果的频率而获取的波形。在图5B、6B和7B中的每一个内，水平轴指示频率，并且垂直轴指示声压(分贝)。在以每个波1KHz(对应于图5(a)中的周期T)进行驱动的波形例子，并且通过组合长周期和短周期而成为1KHz的驱动波形的情况下，驱动变压器以使得每单位时间输入变压器的能量可以相等。

换言之，在电源二次侧的负载电压和电流变为相等的状态下执行驱动。图6A和6B以及图7A和7B中所示的开关元件108的接通时段彼此相等(为了便于比较)。

图5B示出了当变压器被以每个波1KHz(对应于图5(a)中的周期T)驱动时来自变压器的声音的声压的频率特性。根据图5B，可以理解，来自变压器的声音的声压是谐振频率特性和变压器的驱动波形的组合。

换言之，如驱动波形的频率分析结果所示，来自变压器的声音的声压变为谐波。来自变压器的声音的声压的频率特性的包络线类似于变压器的谐振频率特性的包络线。

图6A和6B示出了一个例子，其中为了消除来自变压器的声音之中的接近11KHz的声音，从第一脉冲到第二脉冲的周期t2被设为45微秒。如图6B所示，来自变压器的声音的声压被在11KHz附近衰减，并且在11KHz附近几乎观察不到声音的声压(也被称为暗噪声水平)。

图7A和7B类似地示出了通过调整短周期侧的脉冲间隔消除10KHz附近的声音的例子。在图7A和7B中，从第一脉冲到第二脉冲的周期t2被设为50微秒。如图7B所示，来自变压器的声音的声压被在10KHz附近衰减，并且在10KHz附近几乎观察不到声音的声压。

因此，在长周期侧的周期被设为1毫秒(1KHz的频率)的情况下改变短周期侧的脉冲间隔(t2)使得能够降低对应于短周期侧的脉冲间隔的频带的声压，而不改变基本波和谐波的频率。

如上所述，通过以变压器机械谐振周期的1/2的间隔执行开关操作以便给变压器提供电流，换句话说将短周期的脉冲间隔(t2)设为变压器的机械谐振周期的1/2的间隔，可以减少变压器的机械谐振(节拍声音)。

变压器的机械谐振周期主要基于铁心材料、铁心形状(例如，截面形状)和大小被确定。然而，存在微小的变化。在驱动电路中，由于组件或操作过程中的温度而发生变化。因此，理想地，变压器被控制为被以变压器机械谐振周期的1/2的周期驱动。然而，在实际驱动中，可能相对于谐振周期的1/2的周期发生微小偏离。

然而，如从图3B可以理解，存在提供变压器机械谐振衰减效果的驱动周期的频率范围(提供该效果的频率范围)。

例如，在图7B所示的对于10KHz的频率特性中，节拍声音不仅在10KHz处、而且在10KHz附近的一个范围的频率处被减少(衰减)。在图6B所示的11KHz的频率特性中，在11KHz附近的一个范围的频率处，节拍声音也被减少(衰减)。

图13示出了提供衰减效果的驱动周期的频率范围。图13示出基于图3B所示的分析结果、在图3B所示的驱动周期的频率处哪个频率分量被减少以及被减少了多少。在图13中，水平轴指示频率，并且垂直轴指示声音的衰减量。

图13示出了衰减量的最大值13-1，以及为衰减量最大值的1/2的值13-2。在该情况下，衰减量在10KHz处最大。图13还示出了衰减量是最大值的1/2的频率范围(也被称为频带)13-3(半高全宽(FWHM))。在图13中，7KHz到13KHz的范围是衰减量为1/2或更小的频率范围。

因此，基于该驱动周期的频率特性，如图13所示，减小在驱动周期对谐波的衰减效果为1/2或更小(半高全宽(FWHM))的频带中的节拍声音。

作为衰减效果是1/2的频带，驱动周期被设定为使得可以设定这样的频带，其中在人的可听度中最有效果的可听频率是预定范围。

已经借助于在一个猝发操作中重复两个脉冲(两个波)的例子描述了本发明。然而，本发明不限于两个波，并且可以用三个波或四个波实现本发明。通过将波数目增加到三和四以便改变脉冲间隔，可以在比两个波的情况的频率范围更宽的频率范围上减少声压。在三个波或四个波的情况下，周期t2被设定为变压器的机械谐振周期的1/2的间隔。

以给变压器的一次侧添加电路的配置的例子描述了本示例实施例。然而，类似的电路可被添加到二次侧。作为例子，图1C示出了用于设定关断时段的电路130被包括在变压器二次侧的配置。

接着，描述第二示例实施例。本示例实施例与第一示例实施例的不同之处在于在第一示例实施例的开关控制IC 110中包括计时器电路。

图8是示出了根据本示例实施例的开关控制IC 110的内部电路的方框图。该电路包括具有控制端子的计时器电路1201和控制端子1202。端子1是通过电阻器103连接到一次侧电容器102的激活端子。当本示例实施例的电路是电源电路时，可以省略电阻器103。

当加电以便激活电源时，在从端子2(Vcc端子)提供低电压的情况下，激活电路1102操作，以便给开关控制IC 110供电。当端子2的Vcc端子电压变为足够的电压时，激活电路1102将端子1与开关控制IC 110分开，以便防止无用的功率消耗。

端子2通过从变压器的辅助绕组线的供电来获取电力。当电源电压下降时保护该电路的比较器106将从端子2输入的电压与内部产生的参考电压进行比较，以便监视端子2的电源电压。

参考电源产生电路1105提供开关控制IC 110中的操作所必需的参考电压。当未产生正确的参考电压时，将这种情况通知NOR电路1109以便停止输出。

端子3监视回扫电压以便检测电压幅值为最低的定时，来自检测电压下降的检测电路的输出被输入端子3。为了防止误操作，定时产生信号通过单稳电路1104被传输到触发电路1108的输出。

触发电路1108的输出连接到NOR电路1109。基于该输出，驱动电路1110操作以便接通/关断开关元件108，开关元件108作为用于驱动连接到端子7的变压器的一次绕组线的主FET。

端子4是用于执行反馈输入的反馈(FB)端子，端子5是GND端子，并且端子6是电流检测端子。开关控制IC 110将反馈端子4的输入电压和电流检测电路6的输入电压进行比较，并且当电流检测端子6的输入电压更大时，重置触发电路1108的输出。结果，驱动器电路110输出Lo以便关断开关元件108。

接着，描述根据本示例实施例的轻负载运行期间的操作。端子4连接到比较器1103，并且通过比较器1103与电压源1107进行比较。比较器1103的输出连接到单稳电路1104的CLR端子。当FB端子4的电压下降时，输出被关断，并且驱动器输出变为低。因此，当FB端子4的电压在轻负载运行期间下降时，开关控制IC 110停止开关操作。

因此，当FB端子4的电压达到脉冲停止电压或更大时，开关控制IC 110恢复开关操作。结果，即使当输出电压波纹增加时，在FB端子4处发生上冲或下冲，并且设定作为连续长周期的猝发周期。

本示例实施例与第一示例实施例的开关控制IC 110的不同之处在于添加了具有控制端子的计时器电路1201。计时器电路1201基于比较器1103的输出开始其操作，并且连接到单稳电路1104的CLR端子。可由位于开关控制IC 110之外的端子1202控制计时器电路1201的操作。

计时器电路1201的内部电路包括组合的单稳电路和计时器。该内部电路在第一操作时什么也不做，而是将比较器1103的输出传输到单稳电路1104。基于比较器1103的下一输出，该内部电路在由计时器电路1201确定的时段中停止输出，并且然后将比较器1103的输出传输给单稳电路1104。

基于例如端子1202的电压确定计时器电路1201的操作时段。例如，电阻器被连接到GND端子5，并且从电源给端子1202提供电流。因此可由位于端子1202之外的电阻器改变端子1202的电压。计时器电路1201基于端子1202的电压确定计时器的操作时段。因此，基于连接在端子1202和GND端子5之间的电阻器的值，可以改变短周期侧的猝发时段。

已经以基于端子1202的电压改变计时器电路1201的操作时段的例子描述了本示例实施例。然而，可以按照其它方法执行控制。

根据本示例实施例，如同第一示例实施例的情况，可以通过该简单的电路减少变压器的节拍声音。

已经以基于伪谐振系统的开关电源作为开关电源的例子描述了第一和第二示例实施例。然而，本发明不限于伪谐振系统，并且可被应用于其它系统的开关电源。

接着描述第三示例实施例，本示例实施例与第一和第二示例实施例的不同之处在于在具有关断模式(OFF-mode)的开关电源中执行轻负载运行期间的控制，所述关断模式用于不直接输出在对变压器二次绕组线的电压进行整流之后获取的电压。

在具有关断模式的开关电源的情况下，在轻负载运行中的猝发操作期间，基于变压器向二次侧排放能量的时段(下面称为排放时段)，确定关断时段。通过降低输出电压改变排放时段。因此，通过执行降低输出电压的控制，可以控制猝发操作期间的脉冲间隔。

特别地，在伪谐振系统的开关电源和振荡阻塞变换器(RCC)系统的开关电源的情况下，基于变压器向二次侧的能量排放时段确定关断时段。

当变压器的能量恒定时，基于二次侧电感和二次侧输出电压确定排放时段。降低输出电压可相应地延长排放时段。当排放时段被设为变压器的谐振周期的1/2时，如同第一和第二示例实施例的情况，可以减少来自变压器的节拍声音。

图9A示出了根据本示例实施例的电路的例子。开关131在正常运行期间接通，并且在轻负载运行期间关断。关断开关131使得能够降低输出电压的目标值。图9B示出了处于在降低目标电压之前的状态的波形，并且图9C示出了降低目标电压之后的波形。

图9B和9C示出了FET 108的漏极-源极电压波形11-01、漏极电流波形11-02和其中二次二极管的前向方向是正方向的电流波形11-03，即变压器的二次绕组线的电流。在正常运行期间的负载下，输出电压为高，并且因此二次绕组线的电流的衰减梯度大。

在另一方面，在轻负载运行期间，输出电压低，并且因此，二次绕组线的电流的衰减是逐渐的，延长了脉冲间隔。为了防止在轻负载运行期间施加任何中间电压，可以采用负载开关不输出电压的配置。

(开关电源的应用例子)

例如，该开关电源可被用作诸如打印机、复印机或传真机的图像形成装置中的低电压电源。该开关电源还可被用作用于给作为图像形成装置中的控制单元的控制器供电，或给作为用于传送片材的传送辊的驱动单元的马达供电的电源。

图14A示出了作为图像形成装置的例子的激光打印机的示意配置。激光打印机200包括用于形成潜像的感光鼓213(图像载体)、以及显影单元212，显影单元212用于通过作为图像形成单元211的调色剂将形成在感光鼓213上的潜像显影。在感光鼓213上显影的调色剂图像被转印到片材(未示出)上，所述片材是从纸盒216提供的记录介质，并且转印到片材上的调色剂图像被定影设备214定影，以便被排出到托盘215。

图14B示出了图像形成装置中从电源到作为控制单元的控制器和作为驱动单元的马达的电源线。上述开关电源可被用作用于给控制器300以及马达312和313供电的低电压电源，所述控制器300包括用于控制图像形成装置的图像形成操作的中央处理单元(CPU)310，所述马达312和313是用于形成图像的驱动单元。

作为要被提供的电力的例子，给控制器300提供3.3伏特的电压，并且给马达提供24伏特的电压。例如，电机312驱动用于传送片材的传送辊，并且电机313驱动定影设备214。

当图像形成装置在其不操作时改变为节电模式时，开关电源通过降低要被输出的电压而变为轻负载状态，并且通过改变到上述开关操作来减少节拍声音，从而使得图像形成装置能够安静地操作。根据示例实施例的开关操作的控制可被作为低压电源应用于其它电子设备，而不限于图像形成装置。

虽然已经参考示例实施例描述了本发明，应当理解，本发明不限于公开的示例实施例。下面的权利要求的范围应被给予最宽泛的解释，以便包含所有修改、等同结构和功能。

Claims (12)

1.一种开关电源，包括：

变压器；

开关单元，被配置用于开关被提供给所述变压器的一次侧的电压；

输出单元，被配置用于输出在所述变压器的二次侧产生的电压；以及

时段设定单元，所述时段设定单元能在正常操作和轻负载操作之间切换，在所述正常操作中，所述开关单元在从所述输出单元输出的电压是第一电压的情况下被以第一频率连续开关，在所述轻负载操作中，所述开关单元在从所述输出单元输出的电压是低于第一电压的第二电压的情况下被以低于第一频率的第二频率断续开关，所述时段设定单元被配置用于在轻负载操作中在对应于第二频率的时段中将所述开关单元接通和关断至少两次来重复执行开关操作，并且根据所述变压器的谐振周期来设定所述开关单元要被关断的关断时段。

2.如权利要求1所述的开关电源，其中，所述时段设定单元设定关断时段，从而包括从所述变压器产生的声波的谐波的预定范围内的谐波被衰减。

3.如权利要求1所述的开关电源，其中时段设定单元设定关断时段，使得从所述变压器产生的声波的谐波的衰减量是该谐波的基本波的衰减量的1/2或更小。

4.如权利要求1所述的开关电源，其中时段设定单元强制设定所述开关单元的关断时段。

5.如权利要求1所述的开关电源，其中所述开关电源在轻负载运行期间降低电源电压。

6.一种图像形成装置，包括：

图像形成单元，被配置用于形成图像；

控制单元，被配置用于控制所述图像形成单元的操作；以及

开关电源，被配置用于给所述控制单元供电，

其中所述开关电源包括：

变压器；

开关单元，被配置用于开关被提供给所述变压器的一次侧的电压；

输出单元，被配置用于输出在所述变压器的二次侧产生的电压；以及

时段设定单元，所述时段设定单元能在正常操作和轻负载操作之间切换，在所述正常操作中所述开关单元在从所述输出单元输出的电压是第一电压的情况下被以第一频率连续开关，在所述轻负载操作中，所述开关单元在从所述输出单元输出的电压是低于第一电压的第二电压的情况下被以低于第一频率的第二频率断续开关，所述时段设定单元被配置用于在轻负载操作中在对应于第二频率的时段中将所述开关单元接通和关断至少两次来重复执行开关操作，并且根据所述变压器的谐振周期来设定所述开关单元要被关断的关断时段。

7.如权利要求6所述的图像形成装置，其中时段设定单元设定关断时段，从而包括从所述变压器产生的声波的谐波的预定范围内的谐波被衰减。

8.如权利要求6所述的图像形成装置，其中时段设定单元设定关断时段，使得从所述变压器产生的声波的谐波的衰减量是该谐波的基本波的衰减量的1/2或更小。

9.如权利要求6所述的图像形成装置，其中所述时段设定单元强制设定所述开关单元的关断时段。

10.如权利要求6所述的图像形成装置，其中所述开关电源在轻负载运行期间降低电源电压。

11.如权利要求6所述的图像形成装置，其中从开关电源的输出单元输出的电压被提供给被配置用于驱动所述图像形成单元的驱动单元。

12.如权利要求6所述的图像形成装置，其中在所述图像形成单元不执行图像形成的节能状态中，所述控制单元向所述开关电源输出将所述开关电源切换到轻负载状态的信号。