KR101330639B1

KR101330639B1 - Power supply apparatus with low power in standby mode

Info

Publication number: KR101330639B1
Application number: KR1020130044341A
Authority: KR
Inventors: 정지훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2013-11-18
Also published as: KR20130046418A

Abstract

본 발명은 대기모드 저전력 가능한 전원공급장치에 관한 것으로서, 그 전원공급장치는 입력전원을 정류하는 정류부; 입력전원의 전압을 배가하는 배압부; 소정의 제어신호에 의해 정류부 또는 배압부로 스위칭하는 스위칭소자; 그 스위칭소자의 스위칭에 의해 정류부 또는 배압부와 연결되는 주컨버터; 및 그 스위칭소자의 스위칭에 의해 정류부와 또는 배압부와 연결되는 보조컨버터를 포함하고, 그 스위칭 소자가 배압부로 스위칭되면, 주 컨버터에는 배압부에 의해 배압된 전압이 공급되고, 보조 컨버터에는 상기 주 컨버터에 공급되는 전압보다 낮은 전압이 공급되며, 스위칭 소자가 정류부로 스위칭되면 주 컨버터가 동작하지 않는 대기모드로서 풀브릿지 정류모드로 동작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 배전압 출력을 그대로 사용할 때에 비해 스위치에 걸리는 전압을 낮출 수 있고, 스위칭 손실도 낮출 수 있다. 또한 보조 컨버터의 스위치에 걸리는 전압이 절반으로 작아지므로, 소자의 전압 스트레스가 줄고 보다 저렴한 스위치를 사용할 수 있다. The present invention relates to a standby mode low-power capable power supply, the power supply comprising a rectifier for rectifying the input power; A back pressure unit doubling the voltage of the input power source; A switching element for switching to the rectifier or the back pressure unit by a predetermined control signal; A main converter connected to the rectifying part or the back pressure part by switching of the switching element; And an auxiliary converter connected to the rectifier part or the back pressure part by switching of the switching element. When the switching element is switched to the back pressure part, the main converter is supplied with the voltage backed up by the back pressure part, and the auxiliary converter is connected to the main converter. A voltage lower than the voltage supplied to the converter is supplied, and when the switching element is switched to the rectifier, the main converter does not operate and is operated in the full bridge rectification mode.
According to the present invention, the voltage applied to the switch can be lowered and the switching loss can be lowered as compared with when the double voltage output is used as it is. In addition, the voltage across the switch of the auxiliary converter is halved, which reduces the voltage stress on the device and allows the use of less expensive switches.

Description

Power supply apparatus with low power in standby mode

본 발명은 전원 공급장치에 관한 것으로서, 특히 대기모드에서 저전력이 가능한 전원공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply, and more particularly to a power supply capable of low power in the standby mode.

전원공급장치의 소형화와 저발열화, 그리고 시스템의 에너지 절약을 위하여 전력 변환에서 고효율화는 전원공급장치의 필수적인 기능이 되고 있다. 특히 여러 가지 형태의 공진형 컨버터를 이용하면 영전압 스위칭(Zero Voltage Switching; ZVS)이나 영전류 스위칭(Zero Current Switching; ZCS)이 가능하여 스위치 소자의 발열과 전력소모를 최소화 할 수 있게 되어 정격부하 이상에서 매우 높은 효율로 전원공급장치가 동작할 수 있다.For miniaturization, low heat generation, and energy saving of the system, high efficiency in power conversion is becoming an essential function of the power supply. In particular, using various types of resonant converters, Zero Voltage Switching (ZVS) or Zero Current Switching (ZCS) is possible, which minimizes heat generation and power consumption of the switch element. In the above, the power supply can operate with very high efficiency.

이러한 공진형 컨버터의 상당수는 1차측의 순환전류가 클수록 도통 손실이 발생하여 컨버터의 효율이 떨어지기 때문에 입력전압을 높게 하는 것이 유리하다. 따라서, 입력전압이 110V 정도로 낮은 곳에서 공진형 컨버터를 사용하기 위해서는 Boost-type Active PFC(Power Factor Correction)나 배전압기와 같은 전압 조절기를 이용하여 입력전압을 높게 한다. 그러나 이렇게 입력전압을 높게 할 경우, 대기전력의 효율은 떨어진다. 왜냐하면 대기모드 전력손실의 주 원인이 스위칭 손실이고, 상기 스위칭 손실은 입력전압의 자승에 비례하기 때문이다.In many of these resonant converters, it is advantageous to increase the input voltage because the conduction loss occurs as the circulating current on the primary side increases. Therefore, in order to use the resonant converter in a place where the input voltage is as low as 110V, the input voltage is increased by using a voltage regulator such as Boost-type Active Power Factor Correction (PFC) or a double voltage divider. However, if the input voltage is increased in this way, the efficiency of standby power is reduced. This is because the main cause of the standby power loss is switching loss, which is proportional to the square of the input voltage.

따라서, 대기모드 시에도 소비전력을 최소화할 수 있는 방안이 요구된다.Therefore, a method for minimizing power consumption even in the standby mode is required.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 대기모드 시 소비전력을 최소화 할 수 있는 전원공급장치를 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 전원공급장치를 포함하는 화상형성장치를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a power supply that can minimize the power consumption in the standby mode. Another object of the present invention is to provide an image forming apparatus including the power supply device.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 대기모드 저전력이 가능한 전원공급장치는, 입력전압을 배가하며, 상기 배가된 전압을 출력하는 제1단자와 상기 제1단자의 전압보다 낮은 전압을 출력하는 제2단자를 구비하는 배전압부; 상기 배전압부의 제1단자의 전압을 입력으로 하는 주컨버터; 및 상기 배전압부의 제2단자의 전압을 입력으로 하는 보조컨버터를 포함함을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a power supply device capable of low standby power in accordance with the present invention. A voltage distribution unit having two terminals; A main converter which receives a voltage of the first terminal of the double voltage unit; And an auxiliary converter configured to receive a voltage of the second terminal of the double voltage unit.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 대기모드 저전력이 가능한 전원공급장치는 입력전원을 정류하는 정류부; 입력전원을 배가하는 배압부; 소정의 제어신호에 의해 상기 정류부 또는 배압부로 스위칭하는 스위칭소자; 상기 스위칭소자의 스위칭에 의해 상기 정류부 또는 배압부와 연결되는 주컨버터; 및 상기 스위칭소자의 스위칭에 의해 상기 정류부와 또는 배압부와 연결되는 보조컨버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power supply device capable of low power standby mode, including: a rectifying unit configured to rectify input power; A back pressure unit doubling the input power; A switching element for switching to the rectifying part or the back pressure part by a predetermined control signal; A main converter connected to the rectifying part or the back pressure part by switching of the switching element; And an auxiliary converter connected to the rectifying part or the back pressure part by switching of the switching element.

본 발명에 의한 화상형성장치는 상기 대기모드 저전력 가능한 전원공급장치와 화상형성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.An image forming apparatus according to the present invention is characterized in that it comprises a standby mode low power power supply and an image forming unit.

도 1은 입력 배전압 방식이 적용된 이중 컨버터(converter) 구조의 전원공급장치의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 대기모드에서 저전력이 가능한 전원공급장치의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 제1실시예에 의한 전원공급장치의 구현 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 대기모드에서 저전력이 가능한 전원공급장치의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 상기 본 발명의 제2실시예에 의한 전원공급장치의 구현 예를 도시한 것이다.1 is a block diagram illustrating a configuration of a power supply device having a dual converter structure to which an input double voltage method is applied.
2 is a block diagram illustrating a configuration of a power supply device capable of low power in the standby mode according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 illustrates an embodiment of a power supply apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2.
4 is a block diagram illustrating a configuration of a power supply device capable of low power in a standby mode according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 illustrates an embodiment of a power supply apparatus according to the second embodiment of the present invention shown in FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 입력 배전압 방식이 적용된 이중 컨버터(converter) 구조의 전원공급장치의 구성을 블록도로 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 상기 전원공급장치의 입력부를 배전압기(voltage multiplier, 100)로 구성하면, 110Vac (85~135Vac)와 같이 교류 입력전압이 낮은 곳에서 상기 전원공급장치를 사용할 경우 상기 전원공급장치의 입력전압을 두 배 정도 높일 수 있다. 즉 입력전원의 전압 RMS(Root Mean Square)값을 V_in라고 하면 배전압기에 의해 정류된 직류(DC) 크기(Bulk) 전압 V_b는 리플(Ripple)을 제외하면 다음과 같다.1 is a block diagram illustrating a configuration of a power supply device having a dual converter structure to which an input double voltage method is applied. Referring to FIG. 1, when the input unit of the power supply device is configured as a voltage multiplier 100, the power supply is used when the power supply device is used at a low AC input voltage such as 110 Vac (85 to 135 Vac). The input voltage of the device can be doubled. That is, if the voltage root mean square (RMS) value of the input power source is V _in , the DC voltage (Bulk) voltage V _b rectified by the multiplier is as follows except for ripple.

이렇게 전원공급장치의 입력전압을 상승시키게 되면, 전원공급장치에서 고효율을 위한 전력변환 방식으로 많이 사용하는 공진형 토폴로지(Topology)를 효과적으로 사용할 수 있게 된다. 즉 입력전압이 높을 경우 공진형 토폴로지의 1차측 순환전류의 크기를 줄일 수 있어 공진에 의한 전력변환 시 소모되는 전력손실을 최소화 할 수 있다. 이러한 공진형 토폴로지는 주로 고용량에서 높은 효율을 보이므로 용량이 큰 컨버터(converter)에 적용된다. 따라서 도 1에서는 주 컨버터(Main SMPS, 120)에 상기 공진형 토폴로지를 사용하면 효율적이다.When the input voltage of the power supply is increased in this way, it is possible to effectively use a resonant topology that is frequently used as a power conversion method for high efficiency in the power supply. In other words, when the input voltage is high, the magnitude of the primary circulating current of the resonant topology can be reduced, thereby minimizing power loss consumed during power conversion due to resonance. Such a resonant topology is mainly applied to a large capacity converter because of its high efficiency at high capacity. Therefore, in FIG. 1, the resonant topology is used effectively for the main converter (Main SMPS) 120.

그런데, 도 1의 보조 컨버터(Standby SMPS, 140)와 같이 용량이 작 고 대기모드와 같은 저전력 조건에서 고효율을 내야 하는 컨버터는 공진형 토폴로지를 사용하는 것이 비효율적이다. 왜냐하면 공진형 토폴로지에서의 순환전류에 의해 발생되는 도통손실은 출력 부하가 작아도 지속적으로 발생하기 때문에 저전력 조건에서는 출력대비 손실이 심하여 대기모드 시 효율이 저하된다. 또한 공진형 토폴로지는 구성이 복잡하고 재료비도 높은 편이므로 보조 컨버터와 같은 저용량 컨버터에는 적용되지 않고, 주로 가장 단순한 구조를 가진 플라이백(Flyback) 컨버터가 사용된다. 상기 플라이백(Flyback) 컨버터는 동작 시 공진형 토폴로지와 같은 순환전류가 발생하지 않아 저전력 조건에서 높은 효율을 낼 수 있다. However, a converter having a small capacity and high efficiency in a low power condition such as a standby mode such as the auxiliary converter (Standby SMPS) 140 of FIG. 1 is inefficient to use a resonance topology. Because the conduction loss caused by the circulating current in the resonant topology is continuously generated even when the output load is small, the loss in the low power condition is severe compared to the output and the efficiency is lowered in the standby mode. In addition, since the resonant topology is complicated in structure and high in material cost, the resonant topology is not applied to a low capacity converter such as an auxiliary converter, and a flyback converter having the simplest structure is mainly used. The flyback converter does not generate a circulating current such as a resonant topology during operation, and thus may exhibit high efficiency at low power conditions.

그러나 도 1에 도시된 바와 같이 입력전원이 배압방식을 통해 전압이 두 배로 높아진 상태로 정류될 경우 플라이백(Flyback) 컨버터의 대기모드 효율은 감소될 수 있다. 그 이유는 대기모드와 같은 저전력 상태에서 Flyback 컨버터의 주요 손실은 스위칭에서 발생되며, 주 스위치인 MOSFET의 스위칭 손실은 수학식 2에서와 같이 스위치 양단에 걸리는 전압의 제곱에 비례한다. However, as shown in FIG. 1, when the input power is rectified in a state in which the voltage is doubled through the back pressure method, the standby mode efficiency of the flyback converter may be reduced. The reason is that in the low power state such as standby mode, the main loss of the flyback converter is caused by switching, and the switching loss of the main switch MOSFET is proportional to the square of the voltage across the switch as shown in Equation 2.

여기서 n은 트랜스포머(transformer)의 턴(turn) 비이고, V _o 는 출력전압이다. 상기 수학식 2에서 DC Bulk 전압인 V _b 의 크기가 배전압기에 의하여 2배 상승하게 되면 스위칭 손실은 대략 2배 정도 상승하게 된다. 따라서 고용량의 주 컨버터의 효율 증가를 위해 배전압기를 이용하여 입력전압을 상승시킬 경우 보조 컨버터의 대기모드 효율이 감소된다.Where n is the turn ratio of the transformer and V _o is the output voltage. In the above Equation 2, when the magnitude of the DC bulk voltage V _b is increased twice by the multiplier, the switching loss is increased by about twice. Therefore, if the input voltage is increased by using a multiplier to increase the efficiency of the high capacity main converter, the standby mode efficiency of the auxiliary converter is reduced.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 대기모드에서 저전력이 가능한 전원공급장치의 구성을 블록도로 도시한 것으로서, 대기전력을 개선하기 위한 입력 정류 방식으로 배전압기를 채용한 전원공급장치이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a power supply device capable of low power in the standby mode according to the first embodiment of the present invention. The power supply device employs a multiplier as an input rectifying method for improving standby power.

도 2에 도시된 상기 본 발명의 제1실시예에 의한 전원공급장치는 배전압부(200), 주컨버터(220) 및 보조컨버터(240)를 포함하여 이루어진다.The power supply apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2 includes a double voltage unit 200, a main converter 220, and an auxiliary converter 240.

상기 배전압부(200)는 입력전압을 배가하며, 상기 배가된 전압을 출력하는 제1단자(215)와 상기 제1단자(215)의 전압보다 낮은 전압을 출력하는 제2단자(235)를 구비한다. 상기 배전압부(200)는 정류회로(202)와 평활회로(204)를 포함하여 이루어진다. 상기 정류회로(202)는 입력전압을 정류한다. 상기 평활회로(204)는 상기 정류회로(202)에서 정류된 전압을 평활하며, 상기 정류회로(202)와는 병렬로 연결된다. 상기 평활회로(204)는 직렬연결된 두 개의 커패시터로 구현가능하다. The double voltage unit 200 doubles an input voltage and provides a first terminal 215 for outputting the doubled voltage and a second terminal 235 for outputting a voltage lower than the voltage of the first terminal 215. Equipped. The double voltage unit 200 includes a rectifier circuit 202 and a smoothing circuit 204. The rectifier circuit 202 rectifies the input voltage. The smoothing circuit 204 smoothes the voltage rectified by the rectifying circuit 202 and is connected in parallel with the rectifying circuit 202. The smoothing circuit 204 may be implemented with two capacitors connected in series.

상기 주컨버터(220)는 상기 배전압부(200)의 제1단자(215)의 전압을 입력으로 하며, 상기 보조 컨버터(240)는 상기 배전압부(200)의 제2단자(235)의 전압을 입력으로 한다.The main converter 220 inputs the voltage of the first terminal 215 of the double voltage unit 200, and the auxiliary converter 240 of the second terminal 235 of the double voltage unit 200. The voltage is input.

한편, 본 발명에 의한 화상형성장치는 상술한 본 발명의 제1실시예에 의한 전원공급장치와 화상형성부(250)를 포함하여 이루어진다.On the other hand, the image forming apparatus according to the present invention includes the power supply apparatus and the image forming unit 250 according to the first embodiment of the present invention described above.

도 3은 도 2에 도시된 상기 본 발명의 제1실시예에 의한 전원공급장치의 구현 예를 도시한 것으로서, 도 2의 배압부(200)은 참조번호 300에 해당하고, 정류회로(202)는 참조번호 302에 해당하고, 평활회로(204)는 참조번호 304에 해당한다. 또한 도 2의 주컨버터(220) 및 보조컨버터(240)은 참조번호 320 및 참조번호 340에 각각 상응한다.3 is a diagram illustrating an implementation of the power supply apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2, and the back pressure unit 200 of FIG. 2 corresponds to reference numeral 300, and the rectifier circuit 202 is illustrated. Corresponds to reference numeral 302, and the smoothing circuit 204 corresponds to reference numeral 304. In addition, the main converter 220 and the auxiliary converter 240 of FIG. 2 correspond to the reference numeral 320 and the reference numeral 340, respectively.

상기 평활회로(304)는 두 개의 커패시터(Cb1, Cb2)가 직렬로 연결되며, 상기 주컨버터(320)는 상기 평활회로(304)의 직렬연결된 제1커패시터(C _b1 ) 및 제2커패시터(C _b2 ) 양 끝단의 전압을 입력전압으로 받아들이며, 상기 보조컨버터(340)는 상기 평활회로(304)의 제2커패시터(C _b2 ) 양단의 전압을 입력전압으로 받아들인다. The smoothing circuit 304 has two capacitors (Cb1, Cb2) is connected in series, the main converter 320 includes a first capacitor (C _b1) and a second capacitor (C in series of the smoothing circuit 304 _b2 ) The voltage at both ends is received as an input voltage, and the auxiliary converter 340 receives the voltage at both ends of the second capacitor C _b2 of the smoothing circuit 304 as an input voltage.

상기 제2실시예에 의한 전원공급장치를 보다 상세히 설명하기로 한다. 대기모드(standby mode) 시 대기전력을 줄이기 위하여 주 컨버터(220, 320)는 끄고, 보조 컨버터(240, 340)는 버스트모드(Burst Mode)나 스킵사이클(Skip Cycle)과 같은 스위칭 손실 저감 기술을 사용하여 컨버터의 전력 변환 손실을 감소시킨다. 만일 보조 컨버터(240, 340)를 배전압기(200, 300)의 제2캐패시터인 C _b2 에 연결할 경우 보조컨버터(240, 340)에 입력되는 DC Bulk 전압은 주 컨버터(220, 320)의 절반이 된다. 따라서 보조 컨버터(240, 340)에서 발생하는 스위칭 손실은 다음과 같이 계산할 수 있다.The power supply device according to the second embodiment will be described in more detail. In the standby mode, the main converters 220 and 320 are turned off to reduce the standby power, and the auxiliary converters 240 and 340 use switching loss reduction techniques such as burst mode and skip cycle. To reduce the power conversion loss of the converter. If the auxiliary converters 240 and 340 are connected to C _b2 , the second capacitors of the multipliers 200 and 300, the DC bulk voltage input to the auxiliary converters 240 and 340 is equal to half of the main converters 220 and 320. do. Therefore, the switching loss occurring in the auxiliary converters 240 and 340 can be calculated as follows.

보조 컨버터(240, 340)는 상기 수학식 3에 의하여 배전압 출력을 그대로 사용할 때에 비해 스위치에 걸리는 전압을 33% 정도 낮출 수 있고, 스위칭 손실도 50% 정도 낮출 수 있다. 또한 보조 컨버터(240, 340)의 스위치에 걸리는 전압이 절반으로 작아지므로, 소자의 전압 스트레스가 줄고 보다 저렴한 스위치를 사용할 수 있는 장점이 있다. 단 상기의 방식은 배전압기 직렬 캐패시터 중 상단 캐패시터인 C _b1 와 하단 캐패시터인 C _b2 의 부하가 다르기 때문에 (C _b2 에 보조 컨버터 만큼의 부하가 더 걸림) 두 캐패시터 간의 전압 불균형이 발생할 수 있다. 실제로, 보조 컨버터(240, 340)가 연결되는 C _b2 에 리플이 증가하여 캐패시터의 양단에 인가되는 전압의 평균치가 리플의 절반만큼 작아지는 현상이 발생한다. The auxiliary converters 240 and 340 may lower the voltage applied to the switch by about 33% and reduce the switching loss by about 50% compared to when the double voltage output is used as it is. In addition, since the voltage applied to the switches of the auxiliary converters 240 and 340 is reduced in half, there is an advantage that the voltage stress of the device can be reduced and a cheaper switch can be used. However, in the above method, since the loads of the upper capacitor C _b1 and the lower capacitor C _b2 of the multiplier series capacitors are different (the load of C _b2 is as much as the auxiliary converter), voltage unbalance between the two capacitors may occur. In fact, a ripple increases in C _b2 to which the auxiliary converters 240 and 340 are connected, so that the average value of the voltages applied to both ends of the capacitor is reduced by half of the ripple.

이렇게 배전압기(200, 300) 출력 캐패시터 간의 전압이 달라질 경우 캐패시터의 수명에 좋지 않은 영향을 미친다. 따라서 상기의 방식은 캐패시터 간의 전압차가 수용 가능한 수준으로 제한될 때 사용 가능하다. 일 예로 보조 컨버터(240, 340)가 주 컨버터(220, 320)의 용량에 대하여 20% 이하일 때 만족할 수 있다.When the voltage between the output capacitors of the multipliers 200 and 300 is changed in this way, the lifetime of the capacitor is adversely affected. Therefore, the above scheme can be used when the voltage difference between the capacitors is limited to an acceptable level. For example, when the auxiliary converters 240 and 340 are 20% or less with respect to the capacity of the main converters 220 and 320, they may be satisfied.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 대기모드에서 저전력이 가능한 전원공급장치의 구성을 블록도로 도시한 것으로서, 대기전력을 개선하기 위한 입력 정류 방식으로 배전압기를 채용한 전원공급장치이다.4 is a block diagram illustrating a configuration of a power supply device capable of low power in the standby mode according to the second embodiment of the present invention. The power supply device employs a double voltage divider as an input rectifying method for improving standby power.

도 4에 도시된 상기 본 발명의 제2실시예에 의한 전원공급장치는 정류부(410), 배압부(420), 스위칭소자(430), 주컨버터(440) 및 보조컨버터(450)를 포함하여 이루어진다.The power supply apparatus according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 4 includes a rectifier 410, a back pressure unit 420, a switching element 430, a main converter 440, and an auxiliary converter 450. Is done.

상기 정류부(410)은 입력전원을 정류하며, 상기 스위칭소자(430)의 스위칭에 의해 출력이 제어된다.The rectifier 410 rectifies the input power, the output is controlled by the switching of the switching element 430.

상기 배압부(420)는 상기 정류부(410)와 병렬연결되어 입력전원을 배가하며, 상기 스위칭소자(430)의 스위칭에 의해 출력이 제어된다. 상기 배압부(420)는 직렬연결된 두 개의 커패시터로 구성될 수 있다.The back pressure unit 420 is connected in parallel with the rectifier 410 to double the input power, the output is controlled by the switching of the switching element 430. The back pressure unit 420 may be composed of two capacitors connected in series.

상기 스위칭소자(430)는 소정의 제어신호에 의해 상기 정류부(410) 또는 배압부(420)로 스위칭한다. 상기 스위칭소자(420)의 제어신호는 외부의 동작모드 상태에 따라 또는 주컨버터(440)와 보조컨버터(450)의 출력전력에 따라 상기 정류부(410)와 배압부(420)로 스위칭할 수 있다.The switching element 430 switches to the rectifier 410 or the back pressure unit 420 by a predetermined control signal. The control signal of the switching element 420 may be switched to the rectifier 410 and the back pressure unit 420 according to the external operation mode state or the output power of the main converter 440 and the auxiliary converter 450. .

상기 주컨버터(440)는 상기 스위칭소자(430)의 스위칭에 의해 상기 정류부(410) 또는 배압부(420)와 연결된다.The main converter 440 is connected to the rectifier 410 or the back pressure unit 420 by switching of the switching device 430.

상기 보조컨버터(450)는 상기 스위칭소자(430)의 스위칭에 의해 상기 정류부(410)와 또는 배압부(420)와 연결된다. The auxiliary converter 450 is connected to the rectifier 410 or the back pressure unit 420 by switching of the switching device 430.

한편, 본 발명에 의한 화상형성장치는 상술한 본 발명의 제2실시예에 의한 전원공급장치와 화상형성부(460)를 포함하여 이루어진다On the other hand, the image forming apparatus according to the present invention includes the power supply apparatus and the image forming unit 460 according to the second embodiment of the present invention described above.

도 5는 도 4에 도시된 상기 본 발명의 제2실시예에 의한 전원공급장치의 구현 예를 도시한 것이다. 도 4의 정류부(410)은 참조번호 510에 해당하고, 배압부(420)는 참조번호 510과 520를 포함하여 연결된 것에 해당하고, 스위칭소자(430)는 참조번호 530에 해당한다. 또한 도 4의 주컨버터(440) 및 보조컨버터(450)은 참조번호 540 및 참조번호 550에 각각 상응한다.FIG. 5 illustrates an embodiment of a power supply apparatus according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. The rectifier 410 of FIG. 4 corresponds to the reference numeral 510, the back pressure unit 420 corresponds to the connection including the reference numerals 510 and 520, and the switching element 430 corresponds to the reference numeral 530. In addition, the main converter 440 and the auxiliary converter 450 of FIG. 4 correspond to the reference numeral 540 and the reference numeral 550, respectively.

상술한 바와 같이 도 3에 도시된 본 발명의 제1실시예의 경우 보조 컨버터(340)의 용량이 클 때는 배전압기(300) 출력 캐패시터의 전압 불균형이 발생하여 DC Bulk 전압의 리플이 증가하고, 소자의 스트레스가 가중될 수 있다. 따라서 보조 컨버터(340)가 주 컨버터(320) 용량의 20%를 상회할 때에는 도 5의 구조가 바람직하다. As described above, in the first embodiment of the present invention illustrated in FIG. 3, when the capacity of the auxiliary converter 340 is large, voltage unbalance of the output capacitor of the double voltage generator 300 occurs, thereby increasing the ripple of the DC bulk voltage. May increase stress. Therefore, when the auxiliary converter 340 exceeds 20% of the capacity of the main converter 320, the structure of FIG. 5 is preferable.

전기적으로 제어되는 스위칭소자(430, 530)를 브릿지 다이오드(510)와 직렬 캐패시터(520) 사이에 연결하면 풀브릿지(Full Bridge) 정류모드와 배전압 정류모드로 선택적으로 동작시킬 수 있다. 이를 이용하여 주 컨버터(440, 540)가 동작하는 정상 동작상태에서는 배전압 정류모드로 동작시켜 DC Bulk 전압을 입력대비 2배로 승압시켜 주 컨버터(440, 540)의 효율을 극대화 시키고, 주 컨버터(440, 540)가 동작하지 않는 대기모드 시에는 풀브릿지(full bridge) 정류모드로 동작시켜 보조 컨버터(450, 550)의 대기전력 손실을 최소화 시킨다. 이 때 보조 컨버터(450, 550)는 배전압 정류모드와 풀브릿지 정류모드 양쪽에서 전부 정상동작 한다. 즉 넓은 입력전압 범위에서 동작하므로 유니버설(Universal) 입력방식에 대응하도록 설계한다. When the electrically controlled switching elements 430 and 530 are connected between the bridge diode 510 and the series capacitor 520, the switching elements 430 and 530 may be selectively operated in a full bridge rectification mode and a double voltage rectification mode. By using this, in the normal operation state in which the main converters 440 and 540 operate, it operates in the double voltage rectifying mode to boost the DC bulk voltage twice the input to maximize the efficiency of the main converters 440 and 540, and the main converter ( In the standby mode in which the 440 and 540 do not operate, the standby power loss of the auxiliary converters 450 and 550 is minimized by operating in the full bridge rectification mode. At this time, the auxiliary converters 450 and 550 operate normally in both the double voltage rectifying mode and the full bridge rectifying mode. That is, it is designed to cope with universal input method because it operates over wide input voltage range.

일반적으로 보조 컨버터(450, 550)는 용량이 작고 저전력 효율이 높은 플라이백(Flyback) 컨버터를 사용하는데, 상기 컨버터는 벅-부스트(Buck-Boost) 방식에 기반을 두고 있어 넓은 입력전압에 대하여 대응할 수 있도록 설계 가능하다.In general, the auxiliary converters 450 and 550 use a small-capacity, low-power-efficient flyback converter. The converter is based on a buck-boost method to cope with a wide input voltage. It can be designed to be.

입력 정류모드를 결정하는 스위칭소자(430, 530)의 제어는 외부에서 동작모드의 상태에 따라 신호를 인가하여 결정할 수 있다. 예를 들어 상기 전원공급장치가 화상형성장치에 사용될 때는, 화상형성장치가 대기모드가 되면 이를 상기 스위치 제어에 사용할 수 있다.The control of the switching elements 430 and 530 for determining the input rectification mode may be determined by applying a signal from the outside according to the state of the operation mode. For example, when the power supply device is used in the image forming apparatus, it can be used for the switch control when the image forming apparatus is in the standby mode.

또한 상기 스위칭소자(430, 530)의 제어는 SMPS 내부에서도 주 컨버터(440, 540)와 보조 컨버터(450, 550)의 출력전력을 통해서도 주컨버터(440, 540)가 동작 중인지 보조컨버터(450, 550)가 동작 중인지 판단하여 스위칭 제어를 할 수 있다.In addition, the control of the switching elements 430 and 530 may be controlled by the output of the main converters 440 and 540 and the auxiliary converters 450 and 550 even in the SMPS. It may determine whether the 550 is in operation to perform the switching control.

본 발명의 제1실시예에 따르면, 배전압 출력을 그대로 사용할 때에 비해 스위치에 걸리는 전압을 33% 정도 낮출 수 있고, 스위칭 손실도 50% 정도 낮출 수 있다. 또한 보조 컨버터의 스위치에 걸리는 전압이 절반으로 작아지므로, 소자의 전압 스트레스가 줄고 보다 저렴한 스위치를 사용할 수 있다. 그러나 상기 제1실시예는 배전압기 출력단의 직렬로 연결된 캐패시터 간의 전압 불균형이 발생할 수 있으므로, 보조 컨버터의 용량이 작을 때 사용이 가능하다.According to the first embodiment of the present invention, the voltage applied to the switch can be lowered by 33% and the switching loss can be lowered by 50% compared with the case where the double voltage output is used as it is. In addition, the voltage across the switch of the auxiliary converter is halved, which reduces the voltage stress on the device and allows the use of less expensive switches. However, the first embodiment can be used when the capacity of the auxiliary converter is small, because the voltage imbalance between the capacitors connected in series of the output terminal of the double voltage can occur.

본 발명의 제2실시예에 따르면 정상 동작상태에서는 배전압 정류모드로 동작하여 주 컨버터의 효율을 극대화 하고, 대기모드 상태에서는 풀 브릿지(full bridge) 정류모드로 동작시켜 보조 컨버터의 스위칭 손실을 최소화할 수 있다. 보조 컨버터의 용량이 커도 정류 캐패시터의 전력을 균일하게 사용하여 전압 불균형이 발생하지 않는다.According to the second embodiment of the present invention, in the normal operation state, the double voltage rectification mode is operated to maximize the efficiency of the main converter, and in the standby mode, the full bridge rectification mode is operated to minimize the switching loss of the auxiliary converter. can do. Even if the capacity of the auxiliary converter is large, voltage unbalance does not occur by using the power of the rectifying capacitor uniformly.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims

A rectifying section for rectifying input power;
A back pressure unit doubling the voltage of the input power source;
A switching element for switching the input power source to the rectifying unit or the back pressure unit by a predetermined control signal;
A main converter connected to the rectifying part or the back pressure part by switching of the switching element; And
An auxiliary converter connected to the rectifying part or the back pressure part by switching of the switching element,
When the switching element is switched to the back pressure part, the main converter is supplied with a voltage backed by the back voltage part, and the auxiliary converter is supplied with a voltage lower than the voltage supplied to the main converter,
When the switching element is switched to the rectifier, the standby mode low power supply device, characterized in that the main converter does not operate as a full bridge rectification mode operating in a standby mode.

The method of claim 1, wherein the rectifying unit
Rectifying the input power, the output is controlled by the switching of the switching element,
The back pressure unit
And a first capacitor and a second capacitor connected in parallel with the rectifying unit, and having a first capacitor and a second capacitor, the output of which is controlled by switching of the switching element.

The method of claim 1, wherein the switching device
The standby power supply capable of low power, characterized in that for switching to the rectifier and the back pressure in accordance with the external operating mode state.

The method of claim 2, wherein the switching device
A standby power supply capable of low power, characterized in that for switching to the rectifier and the back pressure in accordance with the output power of the main converter and the auxiliary converter.

A power supply capable of low power standby mode; And
And an image forming unit configured to form an image by receiving power from the power supply device.
The power supply is
A rectifying section for rectifying input power;
A back pressure unit doubling the voltage of the input power source;
A switching element for switching the input power source to the rectifying unit or the back pressure unit by a predetermined control signal;
A main converter connected to the rectifying part or the back pressure part by switching of the switching element; And
An auxiliary converter connected to the rectifying part or the back pressure part by switching of the switching element,
When the switching element is switched to the back pressure part, the main converter is supplied with a voltage backed by the back voltage part, and the auxiliary converter is supplied with a voltage lower than the voltage supplied to the main converter,
And when the switching element is switched to the rectifier, operating in a full bridge rectification mode as a standby mode in which the main converter does not operate.