变压器、电源和图像形成装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用在电流谐振电源中的变压器的配置。
【背景技术】
[0002]电流谐振型电源已知是提供了相对高的功率转换效率且噪声低的开关电源。在电流谐振型电源中，特定的漏电感(leakage inductance)在电路操作中是必需的。以下描述的两种结构对于构造电磁变压器(本文也简称为变压器)是已知的。一种是分离绕组变压器(divided-winding transformer)，其中在变压器的初级绕组与次级绕组之间缠绕区域完全分离。另一种是通用多层变压器(例如见日本专利公开N0.2009-38244)。取决于尺寸、应用等，来适当地选择这两种结构。
[0003]例如，可以有利地采用以多层变压器的形式构造中心抽头变压器的结构，以减小用于电流谐振电源的变压器的尺寸。但是，在多层类型中，存在着在流经变压器的初级绕组的正、负电流之间出现不均衡的可能性。假设正、负电流之间存在不均衡，为了实现所期望的正、负电流，需要采用具有大开关容量的开关设备来驱动变压器。具有大开关容量的开关设备昂贵，这导致电源的成本增加。因此，在用于电流谐振电源的电磁变压器中，存在实现减小尺寸和降低成本这两者的需求。
【发明内容】
[0004]本发明提供了能够提供正、负电流之间的小差异的具有小尺寸的变压器。
[0005]在本发明的一个方面中，变压器包括芯、初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，以及初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组围绕其缠绕的绕组架，其中初级绕组被设置在第一次级绕组与第二次级绕组之间。
[0006]参考附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其他特征将变得清楚。
【附图说明】
[0007]图1是根据第一实施例的电流谐振电源的电路图。
[0008]图2A至2C是概念性地例示了电流流过根据第二实施例的变压器的方式的图。
[0009]图3A至图3C是例示了流过根据第三实施例的变压器和开关元件(FET)的电流的波形的图。
[0010]图4是根据第一实施例的变压器的截面图。
[0011]图5是根据第二实施例的变压器的截面图。
[0012]图6是根据第三实施例的变压器的截面图。
[0013]图7是例示了使用电流谐振电源的图像形成装置的图。
【具体实施方式】
[0014]第一实施例
[0015]下面参考图1至4来描述本发明的第一实施例。图1是电流谐振电源的电路图。在图1中，附图标记101表示AC插头，所述AC插头要与插座连接，以向电流谐振电源供应来自商用AC电源的交流(AC)电压。所供应的AC电压经由未示出的线路滤波器被二极管桥式电路102全波整流，然后被平滑电容器103平滑，并且所得到的直流电压(DC电压)被输出。该DC电压交替地驱动充当开关元件的两个FET (field effect transistor，场效应晶体管)，即FET 104和FET 105，使得每个FET以50%的占空比(duty rat1)被驱动。结果，电流经过变压器106的初级绕组106a，并且电荷存储在谐振电容器107中(也就是说，谐振电容器107被充电)。注意，FET 104和FET 105在控制单元(控制1C) 111的控制下被驱动。FET 104连接到高电位侧，因此FET 104也被称为高侧FET。另一方面，FET 105连接到低电位侧，因此FET 105也被称为低侧FET。当高侧FET 104被驱动时，电流流过变压器106的次级绕组106b，并且电力经由二极管108供应到次级侧的负载。另一方面，当低侧FET 105被驱动时，电流流过变压器106的次级绕组106c，并且电力经由二极管109供应到次级侧的负载。注意，附图标记110表示次级侧的平滑电容器。注意，控制单元111驱动(导通/断开)高侧FET 104和低侧FET 105，使得FET 104和FET 105这两者都处于断开状态特定时段(后文称为停滞时间段)。在开关操作中提供停滞时间段允许降低开关操作中所产生的噪声。通过控制FET 104和FET 105的开关频率把施加到位于次级侧的负载的电压控制为恒定。更具体地说，对开关频率进行控制，使得次级绕组106的输出电压被检测并与目标输出电压进行比较，并且由控制单元111基于比较结果来控制开关频率。
[0016]图2A至2C是用在电流谐振电源中的变压器106的等效电路图。注意，在图2A至2C中仅示出了图1中的部分电路元件。在图2A中，附图标记106表示变压器，附图标记201表示变压器106的初级侧的漏电感。在一般用于供应小电力的反激式电源(flyback powersupply)中以及同样在一般用于供应中、大电力的正激式电源(forward power supply)中，初级侧的漏电感201是对电路操作没有贡献的要素。但是，在电流谐振电源中，初级侧的漏电感201被有意地用在电路操作中，因此漏电感201是对电路操作来说重要的要素。附图标记202表示实际存在于次级侧却被等效地换算为存在于初级侧的漏电感的漏电感。附图标记203表示励磁电感。附图标记204表示初级绕组的DC电阻。附图标记205表示用于输出正电压的次级绕组的DC电阻，附图标记206表示用于输出负电压的次级绕组的DC电阻。注意，在本等效电路中，这些次级绕组中的每一个次级绕组的漏电感都被等效地换算在初级侧，从而在次级侧不存在漏电感。注意，正输出是当电流在从两个FET 104与105之间的中点经由变压器106到谐振电容器107的方向上经过变压器106时所提供的输出。另一方面，负输出是当电流在从谐振电容器107经由变压器106到两个FET 104与105之间的中点的方向上经过变压器106时所提供的输出。
[0017]图2B是概念性地例示了当高侧FET 104被驱动导通时，电流流过变压器初级侧的电路以及电流流过变压器次级侧的电路的方式的图。当高侧FET 104转为导通状态时，电流Idh由充当电源的平滑电容器103供应，并经过高侧FET 104、变压器106初级侧的电路和谐振电容器107。结果，特定量的电荷被存储在谐振电容器107中。作为响应，在二极管108的阳极侧出现电压，并且电力经由二极管108供应到次级侧的负载。在这种状态下，次级绕组106b的漏电感等效地作为初级侧的漏电感202b而存在，其中等效漏电感202b与次级绕组106b的漏电感相比的倍数是由初级绕组106a与次级绕组106b之间的匝数比的平方给出的因子。
[0018]图2C是概念性地例示了当低侧FET 105被驱动导通时，电流流过变压器初级侧的电路以及电流流过变压器次级侧的电路的方式的图。当低侧FET 105转为导通状态时，电流Idl由谐振电容器107供应并且电流Idl在与图2B中的方向相反的方向上流过变压器106初级侧的电路，其中所述谐振电容器107已在图2B所示的状态期间充电并且在图2C所示的当前状态下充当电源。更具体地说，电流Idl从变压器106侧的谐振电容器107的电极开始，经过初级侧的漏电感201和低侧FET 105，并最后返回到谐振电容器107。作为响应，在二极管109的阳极侧出现电压，并且电力经由二极管109供应到次级侧的负载。在这种状态下，次级绕组106c的漏电感等效地作为初级侧的漏电感202c而存在，其中等效漏电感202c与次级绕组106c的漏电感相比的倍数是由初级绕组106a与次级绕组106c之间的匝数比的平方给出的因子。注意，图2c所示的状态下的等效漏电感202c并不严格地等于图2B所示的其中高侧FET 104处于导通状态的状态下的等效漏电感202b。
[0019]图3A至3C例示了在电力从电流谐振电源供应到特定负载的状态下，流过高侧FET104和低侧FET 105的电流的波形，其中横轴表示时间⑴而纵轴表示电流(I)。在图3A中，附图标记301表示流过高侧FET 104的电流Idh，附图标记302表示流过低侧FET 105的电流Idl。如图3A所示，在以上参考图2所述的实际存在于次级绕组106b却被等效地表示在初级侧的漏电感202b近似等于实际存在于次级绕组106c却被等效地表示在初级侧的漏电感202c的情况下，电流Idh和电流Idl这两者具有相似的波形。这也意味着初级绕组106a与次级绕组106b之间的耦合因子类似于初级绕组106a与次级绕组106c之间的耦合因子。但是，另一方面，在初级绕组106a与次级绕组106b之间的耦合因子不同于初级绕组106a与次级绕组106c之间的耦合因子的情况下，对于次级侧的漏电感被等效地表示在初级侧的漏电感202b与漏电感202c之间存在差异。也就是说，在这种情况下，在高侧FET104与低侧FET 105之间波形出现差异，如图3B中所示。
[0020]在图3B中，附图标记303表示流过高侧FET 104的电流Idh，附图标记304表示流过低侧FET 105的电流Idl。其指示了漏电感202b的耦合因子大于漏电感202c的耦合因子的示例。图3C例示了流过变压器106的电流的波形，其对应于图3B中所示的FET电流的波形。注意，图3C中的电流Idl (304)和图3B中的电流Idl关于横轴对称。当在次级绕组的漏电感202b与漏电感202c之间存在这种大的差异时，在流过变压器106的正电流Idh与负电流Idl之间峰值出现差异。也就是说，正、负电流之间的平衡出现恶化。在这种情况下，变压器106需要与电流的更大峰值相适应的DC重叠特性，这可能导致变压器106的尺寸增大。
[0021]图4例示了用于电流谐振电源的以多层绕组结构的形式构造的中心抽头类型的变压器106的截面图。在图4中，附图标记401表示充当芯的磁性材料，附图标记402表示用于提供绕组的缠绕区域的绕组架。在这种变压器结构中，具有相同形状的两个芯401从上、下侧插入到绕组架402中，并且绕组以线对称的方式缠绕在芯401的在水平方向上处于中心的部分周围。附图标记403表示正输出侧的次级绕组106b，附图标记404表示初级绕组106a，附图标记405表示负输出侧的次级绕组106c。附图标记406表示确保次级绕组403或次级绕组405相对于初级绕组404的爬电距离(creepage distance)的屏障带。在本实施例中，次级绕组403和次级绕组405具有相同的匝数。
[0022]本实施例的特征在于，初级绕组404被设置在次级绕组