专利名称：带有数字控制的高压电源和生成高电压的方法
技术领域：
本发明一般涉及高压电源(HVPS)及其方法，尤其涉及带有数字控制的HVPS和生成高电压的方法。
背景技术：
诸如打印机、复印机、或传真机的成像装置是将与原始图像数据相对应的图像打印到诸如打印纸之类的记录媒体上的装置。用在成像装置中的电子照相技术也被其它成像装置，例如，激光打印机、LPH(发光二级管打印头)打印机、传真机等采用。电子照相成像装置通过包含充电、曝光、显影、转印和定影处理的一系列步骤执行打印操作。
图1是表示传统电子照相成像装置的示意性剖面图。参照图1，该电子照相成像装置包括光敏鼓1、充电辊2、激光扫描单元(LSU)3、显影辊4、转印辊5、控制单元6和高压电源(HVPS)70。
为了执行具有上述配置的电子照相成像装置的打印操作，HVPS 70在控制单元6的控制下，将预定电压施加在充电辊2、显影辊4和转印辊5上。充电辊2利用HVPS 70施加的充电电压均匀地对光敏鼓1的表面充电。LSU 3响应来自控制单元6的输入图像数据，用光扫描光敏鼓1。结果，在光敏鼓1的表面上形成静电潜像。
稍后，利用显影辊4提供的色剂在静电潜像上形成色剂图像。受HVPS 70施加的转印电压驱动的转印辊5将在光敏鼓1上形成的色剂图像转印到一张打印纸上。然后，通过来自定影器(未示出)的高热高压定影转印到打印纸上的色剂图像，和使承载着定影图像的纸沿着放电方向(未示出)向装置的外界放电，从而完成打印操作。
HVPS 70是复印机、激光打印机、传真机等的关键部件。它是将低压(12-24V)转换成高电压(几百到几千伏)，和在打印机鼓或复印机鼓上形成高电压放电，从而能够进行文档打印操作的装置。视它的应用目的而定，HVPS 70通过传送电压或电流，可以用作恒压调节器或恒流发生器。
图2是表示图1中的传统HVPS的电路图。参照图2，传统HVPS包括含有电阻R1、R2和R3和电容器C1和C10的低通滤波器10、含有电阻R3和R4、比较器IC1和电容器C2的电压控制单元20、含有晶体管Q、电源Vcc、电阻R5、电容器C3和含有线圈N1、N2和N3的变压器VT2和VT1的振荡器和变压器30、含有整流二极管D1和D2、电压倍增和平滑电容器C4和C5、电阻R6和负载RLOAD的电压倍增器40、含有电阻R7、R8、R9、R10、R11、R12和R13、电容器C7和C8、比较器IC2和二极管D3的电压检测单元50和含有电阻R13和R15、放大器IC3和二极管D4的保护单元60。
当(例如，从引擎控制器)输入其输出电压电平由占空率决定的PWM(脉宽调制)信号D(t)时，低通滤波器10通过含有电阻R2和电容器C10的二阶RC滤波器将输入信号改变成DC信号，和输出低通滤波DC信号。这个DC信号作为参考信号用于输出电压控制。
电压控制单元20起差分电路和控制器的作用，放大误差信号。具体地说，电压控制单元20将已经经过低通滤波器10的DC信号与从实际输出电压中获得的反馈信号相比较，生成振荡器和变压器30的晶体管Q的驱动信号。
振荡器和变压器30根据来自电压控制单元20的输出信号，控制晶体管Q的基极电流值。随着晶体管Q的发射极和集电极之间的电压发生变化，变压器30的初级线圈的电压也随之变化，使AC电压按照高匝数比感应到变压器30的次级线圈。
电压倍增器40利用整流电容器D1和D2和电压倍增和平滑电容器C4和C5，从感应到变压器30的次级线圈的AC电压中生成最终高DC电压。电压检测单元50和保护单元60检测实际输出电压和为电压控制单元20生成反馈信号，从而防止施加异常电压。
如图2所示的传统HVPS是对特定通道的显影单元生成高电压的电路。因此，为了将预定高压施加在，例如充电辊2、显影辊4和转印辊5上，每一个都需要分别的通道。
但是，对于各自通道的精确输出控制，传统HVPS通常采用模拟控制系统。因此，需要校正由装置部件，譬如RC滤波器和电压控制单元20的特性偏离引起的误差。
由于使用了许多零件，使成本降低变得不容易。此外，由于外部因素引起的组合部件的一种或多种缺陷，整个HVPS可能会出失效。此外，由于在振荡器和变压器30中起开关元件作用的晶体管Q总是在线性区中工作，它总是产生热量。
除此之外，如图2所示，传统HVPS使用了许多部件，在装置组装过程中需要花费相当数量的工作和时间。并且，传统HVPS需要更多的空间来容纳其中安排许多部件的PCB(印刷电路板)。另外，传统HVPS的固定连接部件使它更难以控制输出电压。
尤其当必须分别保证等时传送模式下的4个通道的彩色成像装置采用传统HVPS技术时，需要四个传统HVPS，即，四个如图2所示的HVPS。但是，在这种情况下(例如，在多个传统HVPS的情况下)，上述问题变得更严重。
发明内容
本发明提供带有数字控制的高压电源(HVPS)和生成高电压的方法。
本发明的另外方面和优点部分将在如下描述，和部分可从如下的描述中清楚看出，或可以通过本发明的具体实施获知。
本发明的前述和/或其它方面和效用可以通过提供包括如下单元的高压电源来实现开关单元，用于断续流入开关连接的变压器的初级线圈的电流，以控制感应到变压器的次级线圈的电压；数字控制单元，用于响应输入控制数据控制开关单元的断续；和数字接口单元，用于将控制数据提供给数字控制单元。
控制数据可以确定输出电压的波形、输出电压的幅度和是否输出该输出电压中的至少一个。
开关单元、数字接口单元和数字控制单元可以配备在单个芯片上。
数字控制单元可以接收与变压器的次级线圈的输出电压相对应的信号，作为反馈信号，和根据反馈信号与控制数据之间的比较结果控制开关单元的断续周期。
开关单元可以将MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)作为开关元件用于断续。
控制数据可以从按照预定通信协议传送的控制码中提取。
本发明的前述和/或其它方面和效用也可以通过提供包括生成电压的高压电源的成像装置来实现，该高压电源包含开关单元，用于断续流入开关连接的变压器的初级线圈的电流，以控制感应到变压器的次级线圈的电压；数字控制单元，用于响应输入控制数据控制开关单元的断续；和数字接口单元，用于将控制数据提供给数字控制单元。
本发明的前述和/或其它方面和效用也可以通过提供生成电压的方法来实现，该方法包括从按照预定通信协议传送的控制码中提取控制数据；响应控制数据控制开关元件的开关操作；和按照开关操作，断续流入开关连接的变压器的初级线圈的电流，以控制感应到变压器的次级线圈的电压。
该方法可以进一步包括接收变压器的次级线圈的输出电压，作为反馈信号，和根据反馈信号与控制数据之间的比较结果控制开关操作的周期。
提取、控制、断续和接收操作可以在单个芯片中执行。
开关元件可以是MOSFET。
本发明的前述和/或其它方面和效用也可以通过提供包括如下单元、接合在半导体基底中的专用集成电路芯片来实现，其包括开关单元，用于断续流入开关连接的变压器的初级线圈的电流，以控制感应到变压器的次级线圈的电压；数字控制单元，用于响应输入控制数据控制开关单元的断续；和数字接口单元，用于将控制数据提供给数字控制单元。
该专用集成电路芯片可以进一步包括反馈电路单元，用于接收变压器的次级线圈的输出电压，作为反馈信号，和根据反馈信号与控制数据之间的比较结果控制开关单元的断续周期。
开关单元的开关元件可以是MOSFET。
控制数据可以从按照预定通信协议传送的控制码中提取。
本发明的前述和/或其它方面和效用也可以通过提供包括如下单元的专用集成电路芯片来实现，其包括数字接口单元，用于接收控制数据和将控制数据转换成预定格式；多个数字控制单元，用于将转换的控制数据与信号参考值相比较和根据比较结果输出驱动信号；与多个数字控制单元对应的多个开关单元，用于接收驱动信号和控制最终电压输出；和与多个开关单元中的对应开关单元连接的多个输出单元，用于输出最终电压。
本发明的前述和/或其它方面和效用也可以通过提供包含单个专用集成电路芯片的高压电源来实现，该芯片包括数字接口单元，用于接收控制数据和将控制数据转换成预定格式；多个数字控制单元，用于将转换的控制数据与信号参考值相比较和根据比较结果输出驱动信号；与多个数字控制单元对应的多个开关单元，用于接收驱动信号和控制最终电压输出；和与多个开关单元中的对应开关单元连接的多个输出单元，用于输出最终电压。多个输出单元中的每一个都可以包括变压器、电压倍增电路和整流器。多个开关单元可以与多个输出单元中的对应输出单元的变压器串联，生成到变压器的次级线圈的高电位交流电流。多个开关单元中的每一个都可以包括MOSFET，和高压电源可以不包括绝缘板。该芯片可以进一步包括振荡器，用于生成时钟脉冲；和加电重置单元，用于将重置信号提供给数字接口单元。
本发明的前述和/或其它方面和效用也可以通过提供包括如下单元的电子照相成像装置来实现，其包括光电导单元；充电单元；扫描单元；显影单元；控制单元；包含单个专用集成电路芯片以接收控制数据和根据控制数据输出驱动信号的高压电源；和含有变压器以根据驱动信号生成一个或多个高压的输出单元，其中，光电导单元、充电单元、扫描单元和显影单元中的一个或多个根据相应一个或多个高压工作。该单个专用集成电路芯片可以包括数字接口单元，用于接收来自控制单元的控制数据和将控制数据转换成预定格式；多个数字控制单元，用于将转换的控制数据与信号参考值相比较和根据比较结果输出驱动信号；与多个数字控制单元对应的多个开关单元，用于接收驱动信号和控制最终电压输出；和与多个开关单元中的对应开关单元连接的多个输出单元，用于输出最终电压。该装置可以是多色激光打印机。
本发明的前述和/或其它方面和效用也可以通过提供包括如下步骤的生成高电压的方法来实现在数字接口单元中将控制数据转换成预定格式；在多个数字控制单元中将转换的控制数据与信号参考值相比较；根据来自多个数字控制单元的比较结果输出驱动信号；在与多个数字控制单元对应的多个开关单元中接收驱动信号；控制最终电压输出；和利用与多个开关单元中的对应开关单元连接的多个输出单元输出最终电压。数字接口单元、多个数字控制单元、多个开关单元和多个输出单元可以位于单个专用集成电路芯片上。
通过结合附图对本发明的实施例进行如下描述，本发明的这些和其它方面和优点将显而易见和更易于理解，在附图中图1是表示传统电子照相成像装置的示意性剖面图；图2表示用在图1的传统高压电源中的电路配置；图3是表示根据本发明实施例的HVPS的方块图；
图4A表示专用集成电路芯片对多色激光打印机的传统应用；和图4B表示根据本发明实施例应用于Tandem(级联)型多色激光打印机的专用集成电路芯片。
优选实施例详述现在详细介绍其例子表示在附图中的本发明实施例，其中，相同的标号自始至终表示相同的元件。下面参照附图描述这些实施例，以便说明本发明。
根据本发明实施例的高压电源(HVPS)可以包括将形形色色模拟元件组合在一起的数字控制芯片或ASIC(专用集成电路)芯片。
图3是表示根据本发明实施例的HVPS 600的方块图。参照图3，HVPS包括配备在单个芯片ASIC上的数字接口单元100、振荡器130、加电重置单元150、第一到第四数字控制单元200、300、400和500和第一到第四开关单元270、370、470和570。
另外，每一个包括变压器和电压倍增电路的输出单元与第一到第四开关单元270、370、470和570中的对应一个连接。为了方便起见，图3只表示与第一开关单元270连接的第一输出单元650。但是，第一到第四开关单元270、370、470和570中的每一个都可以与对应输出单元连接。如图3所示，第一开关单元270与第一输出单元650的变压器串联，根据开关方法生成到第一输出单元650的变压器的次级线圈的高电位交流电流。可替代地，第一开关单元270可以通过振荡器方法操作。
数字接口单元100接收控制数据ch1/cs_n、ch2/sck、ch3/sdi、ch4/sdo和用于确定从例如引擎控制单元输入的输出电压的波形和/或幅度的程序。控制数据的格式可以适合根据占空率确定输出电压电平的PWM(脉宽调制)系统。可替代地，控制数据的格式可以适合串行通信接口，包括UART(通常异步接收器/发送器)、通过串行通信在两个装置之间交换数据的SPI(串行外围接口)总线和12C(这是两线双向总线)等。
数字接口单元100将从例如引擎控制单元输入的控制数据转换成预定格式，和将格式化控制数据分别传送到第一到第四数字控制单元200、300、400和500，在第一到第四数字控制单元200、300、400和500中，格式化控制数据用作时间常数data1、data2、data3和data4，以确定输出电压的波形，和用作控制参考值V01*、V02*、V03*和V04*，以确定输出电压的幅度。
第一到第四数字控制单元200、300、400和500在它们的配置和功能方面都是相同的。详细地说，第一到第四数字控制单元200、300、400和500中的每一个将控制参考值V01*、V02*、V03*和V04*(数字接口单元100提供)与信号参考值Vo(通过检测和反馈每个通道的实际输出电压从电阻R20和R30之间的连接点获得)，根据比较结果为第一到第四开关单元270、370、470和570当中的相应开关元件输出驱动信号。第一数字控制单元200可以根据控制参考值V01*、信号参考值Vo和从连接点“a”获得的反馈信号FB1生成驱动信号。
第一到第四开关单元270、370、470和570内置在单芯片ASIC芯片中。MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)M1、M2、M3和M4可以用作开关单元。第一到第四开关单元270、370、470和570被设计成通过将从第一到第四数字控制单元200、300、400和500中的每一个输出的驱动信号作用于相应MOSFET的栅极而导通/关断，从而控制与漏极串联的变压器的初级线圈两端的电压。与传统HVPS不同，本发明的实施例将MOSFET用作开关元件，从而不需要绝缘板，而在传统HVPS中，为了防止传统HVPS中的晶体管产生热量，绝缘板是必不可少的。
第一输出单元650包括变压器、电压倍增器和整流器。变压器与第一开关元件270串联，和被构建成根据第一开关单元270的导通/关断操作，在串联谐振的同时生成AC信号。因此，高电位的AC电压被感应到变压器的次级线圈。视变压器的次级线圈的输出电压的范围而定，变压器生成的AC电压被整流器整流或通过电压倍增器的倍增电路升高，用作最终输出电压。
也就是说，根据输出电压的范围，整流器整流感应到变压器的次级线圈的AC电压，或电压倍增器通过倍增电路升高感应的AC电压，输出电压作为最终输出电压。并且，HVPS 600包括用作时钟脉冲发生器的振荡器130和当加电时提供重置信号的加电重置单元150。在一些实施例中，如图3所示，在HVPS 600中也可以包括24V(高压电源)和VDD(集成电路驱动电源)和VSS电源。
借助于这种配置，HVPS根据控制数据(例如，引擎控制单元提供)控制每个通道的输出单元(例如，用于通过第一数字控制单元200的第一通道的第一输出单元650)，和生成高电压。此外，当除了DC恒定分量之外，还希望有高压分量时，可以将分立电路配置成通过PCB组件输出所需高压。每个通道对应于通过其将电压提供给光敏鼓、充电辊、激光扫描单元、显影辊和转印辊等之一的路径。
图4A表示ASIC芯片对诸如多色激光打印机(C-LBP)之类的成像装置的传统应用，和图4B表示根据本发明实施例应用于Tandem(级联)型C-LBP的ASIC芯片。
参照图4A，当ASIC芯片以传统方式应用于使用多个通道的C-LBP时，纸馈入和转印过程进行许多次，因此，降低了输出速度。相反，参照图4B，当ASIC芯片根据本发明实施例应用于Tandem型C-LBP时，驱动多个通道的ASIC芯片保证了在各个通道上的等时传送模式。因此，保持或提高了彩色图像输出速度。
根据本发明，由于用于HVPS的零件的数量减少了，PCB空间得到更有效使用和总处理产量提高了。并且，ASIC芯片中的数字控制器可以更主动地应对与输出侧连接的负载变化，和/或应对不可预测的显影处理波动。此外，通过将模拟系统的晶体管合并到ASIC芯片中，可以制造出以产热量最小为特征的小型ASIC芯片。
当ASIC芯片根据本发明实施例应用于Tandem型C-LBP中的HVPS时，这些优点变得更显而易见。零件数量的减少和空间的增大开辟了对PCB进行更有效设置处理的可能性。另外，PCB空间的可扩展性得到提高的有利之位于于，可以容易地将除了DC恒压输出之外还输出高压分量的分立电路加入PCB组件中。
尽管上面已经图示和描述了本发明的几个实施例，但本领域的普通技术人员应该明白，可以对这些实施例作各种各样的改变，而不偏离其范围由所附权利要求书及其等效物限定的本发明的原理和精神。
权利要求
1.一种高压电源，包含开关单元，用于断续流入开关连接的变压器的初级线圈的电流，以控制感应到变压器的次级线圈的电压；数字控制单元，用于响应输入控制数据控制开关单元的断续；和数字接口单元，用于将控制数据提供给数字控制单元。
2.根据权利要求1所述的高压电源，其中，控制数据确定输出电压的波形、输出电压的幅度和是否输出该输出电压中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的高压电源，其中，开关单元、数字接口单元和数字控制单元配备在单个芯片上。
4.根据权利要求1所述的高压电源，其中，数字控制单元接收与变压器的次级线圈的输出电压相对应的信号，作为反馈信号，和根据反馈信号与控制数据之间的比较结果控制开关单元的断续周期。
5.根据权利要求1所述的高压电源，其中，开关单元将MOSFET作为开关元件用于断续。
6.根据权利要求1所述的高压电源，其中，控制数据是从按照预定通信协议传送的控制码中提取的。
7.一种包含生成电压的高压电源的成像装置，该高压电源包含开关单元，用于断续流入开关连接的变压器的初级线圈的电流，以控制感应到变压器的次级线圈的电压；数字控制单元，用于响应输入控制数据控制开关单元的断续；和数字接口单元，用于将控制数据提供给数字控制单元。
8.一种生成电压的方法，该方法包含从按照预定通信协议传送的控制码中提取控制数据；响应控制数据控制开关元件的开关操作；和按照开关操作，断续流入开关连接的变压器的初级线圈的电流，以控制感应到变压器的次级线圈的电压。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包含接收变压器的次级线圈的输出电压，作为反馈信号；和根据反馈信号与控制数据之间的比较结果控制开关操作的周期。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，提取、控制、断续和接收操作在单个芯片中执行。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，开关元件是MOSFET。
12.一种接合在半导体基底中的专用集成电路芯片，包含开关单元，用于断续流入开关连接的变压器的初级线圈的电流，以控制感应到变压器的次级线圈的电压；数字控制单元，用于响应输入控制数据控制开关单元的断续；和数字接口单元，用于将控制数据提供给数字控制单元。
13.根据权利要求12所述的专用集成电路芯片，进一步包含反馈电路单元，用于接收变压器的次级线圈的输出电压，作为反馈信号，和根据反馈信号与控制数据之间的比较结果控制开关单元的断续周期。
14.根据权利要求12所述的专用集成电路芯片，其中，开关单元的开关元件是MOSFET。
15.根据权利要求12所述的专用集成电路芯片，其中，控制数据是从按照预定通信协议传送的控制码中提取的。
16.一种专用集成电路芯片，包含数字接口单元，用于接收控制数据和将控制数据转换成预定格式；多个数字控制单元，用于将转换的控制数据与信号参考值相比较和根据比较结果输出驱动信号；与多个数字控制单元对应的多个开关单元，用于接收驱动信号和控制最终电压输出；和与多个开关单元中的对应开关单元连接的多个输出单元，用于输出最终电压。
17.一种包含单个专用集成电路芯片的高压电源，该芯片包含数字接口单元，用于接收控制数据和将控制数据转换成预定格式；多个数字控制单元，用于将转换的控制数据与信号参考值相比较和根据比较结果输出驱动信号；与多个数字控制单元对应的多个开关单元，用于接收驱动信号和控制最终电压输出；和与多个开关单元中的对应开关单元连接的多个输出单元，用于输出最终电压。
18.根据权利要求17所述的高压电源，其中，多个输出单元中的每一个都包含变压器、电压倍增电路和整流器。
19.根据权利要求18所述的高压电源，其中，多个开关单元与多个输出单元中的对应输出单元的变压器串联，生成到变压器的次级线圈的高电位交流电流。
20.根据权利要求17所述的高压电源，其中，多个开关单元中的每一个都包含MOSFET，和其中，高压电源不包括绝缘板。
21.根据权利要求17所述的高压电源，其中，该芯片进一步包含振荡器，用于生成时钟脉冲；和加电重置单元，用于将重置信号提供给数字接口单元。
22.一种电子照相成像装置，包含光电导单元；充电单元；扫描单元；显影单元；控制单元；包含单个专用集成电路芯片以接收控制数据和根据控制数据输出驱动信号的高压电源；和含有变压器以根据驱动信号生成一个或多个高压的输出单元，其中，光电导单元、充电单元、扫描单元和显影单元中的一个或多个根据相应一个或多个高压工作。
23.根据权利要求22所述的电子照相成像装置，其中，该单个专用集成电路芯片包含数字接口单元，用于接收来自控制单元的控制数据和将控制数据转换成预定格式；多个数字控制单元，用于将转换的控制数据与信号参考值相比较和根据比较结果输出驱动信号；与多个数字控制单元对应的多个开关单元，用于接收驱动信号和控制最终电压输出；和与多个开关单元中的对应开关单元连接的多个输出单元，用于输出最终电压。
24.根据权利要求22所述的电子照相成像装置，其中，该装置是多色激光打印机。
25.一种生成高电压的方法，包含在数字接口单元中将控制数据转换成预定格式；在多个数字控制单元中将转换的控制数据与信号参考值相比较；根据来自多个数字控制单元的比较结果输出驱动信号；在与多个数字控制单元对应的多个开关单元中接收驱动信号；控制最终电压输出；和利用与多个开关单元中的对应开关单元连接的多个输出单元输出最终电压。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，数字接口单元、多个数字控制单元、多个开关单元和多个输出单元位于单个专用集成电路芯片上。
全文摘要
一种带有数字控制的高压电源(HVPS)和生成高电压的方法。HVPS可以包括开关单元，用于断续流入开关连接的变压器的初级线圈的电流和控制感应到变压器的次级线圈的电压；数字控制单元，用于响应输入控制数据控制开关单元的断续；和数字接口单元，用于将从按照预定通信协议传送的控制码中提取的控制数据提供给数字控制单元。由于用于HVPS的零件的数量减少了，印刷电路板的空间得到更有效使用和总处理产量提高。
文档编号H01L27/00GK1913318SQ20061011077
公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月11日 优先权日2005年8月11日
发明者赵钟化, 吴哲宇 申请人:三星电子株式会社