[发明专利]开关电源和包括该开关电源的图像形成装置

说明书

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。