JP2000078844A - 安定化電源装置 - Google Patents

安定化電源装置

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JP2000078844A
JP2000078844A JP10246774A JP24677498A JP2000078844A JP 2000078844 A JP2000078844 A JP 2000078844A JP 10246774 A JP10246774 A JP 10246774A JP 24677498 A JP24677498 A JP 24677498A JP 2000078844 A JP2000078844 A JP 2000078844A
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switching
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Shigeo Yoshikawa
成雄 吉川
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 機器の小型化・軽量・低消費電力・低コスト
化設計を阻害するという問題を有していた。 【解決手段】 PWM制御の動作点を決めるため差動増
幅回路からなる増幅回路6の出力の直流電位を決めるデ
ッドタイムコントロール回路12と、出力電圧切り換え
回路の制御信号を入力して、出力電圧切り換え時以降の
瞬時の区間のみデッドタイムコントロール回路12を制
御してPWMの動作点を変化させるデッドタイムコント
ロール制御回路40とを備えることによって、出力電圧
切り換え時には、最低電圧でデッドタイムコントロール
して出力電圧切り換え時の負荷変動による電圧変動を対
策し、また出力電圧切り換え後や電源起動時は高い電圧
でデッドタイムコントロールすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カメラ一体型ビデ
オテープレコーダー(以下、カメラ一体型VTRと記
す)等や携帯電話、携帯情報端末機器のような電子機器
の小型・軽量化、低消費電力化に際し、スイッチング電
源を備えた安定化電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、カメラ一体型VTR等や携帯電
話、携帯情報端末機器のような電子機器の小型・軽量化
を目的とした開発が急速に進められており、電子機器の
各機能部分に電源を供給する電源装置についても同様で
ある。特に、電源装置を構成する電子部品の中で、トラ
ンス、コイル等が大きな部品であり、これらの部品の小
型化・軽量化、回路の小型化について、様々な技術が提
案されている。
【0003】以下、図面を参照しながら、上述した従来
の安定化電源装置の一例について説明する。
【0004】図5は従来の安定化電源装置の構成を示す
回路図である。図5において、101はスイッチング用
のトランジスタ、102はトランス、103は整流用の
ダイオード、104は平滑用のフィルター回路で、リア
クタンス104aとコンデンサ104b及び104cと
からなる。106は増幅回路、107は比較回路、10
8は基準電圧発生回路、109は三角波発生回路、11
0は出力電圧検出回路で、抵抗110a及び110bの
分圧回路からなる。112はデッドタイムコントロール
回路で、抵抗112a及び112bとコンデンサ112
cとからなり、増幅回路106と比較回路107の間に
構成され、抵抗112a及び112bで増幅回路106
の出力を基準電圧発生回路108の出力する基準電圧値
とグランド間にクランプし、また、コンデンサ112c
で基準電圧発生回路108出力に接続することで、増幅
回路106の出力の急峻な変化を防止している。
【0005】115は電源投入スイッチである。105
は電源電圧の入力端子、111は各々の出力端子から供
給される第1の負荷で、113及び114は他の電源電
圧を発生させる平滑回路で、前述したダイオード103
及びフィルター回路104からなる整流・平滑回路と同
様に構成されており、平滑回路113はプラス電圧、平
滑回路114はマイナス電圧を発生する。117及び1
22は平滑回路113で平滑される系統の出力が供給さ
れる第2の負荷及び第3の負荷である。116は機器の
状態を制御するマイコン、119及び124はマイコン
116の制御信号を伝えるトランジスタ切り換え回路で
ある。120及び125は抵抗とコンデンサで構成され
る遅延回路、118及び123は出力電圧を第2の負荷
117及び第3の負荷122に伝えるよう切り換える切
り換え回路である。
【0006】第2の負荷117と第3の負荷122は、
マイコン116で制御され、機器の設定モードによって
切り換え回路118及び123によりお互いに切り換え
られる。この時の切り換えのタイミングは、マイコン1
16により、切り換え回路118がONの時は切り換え
回路123はOFFするよう動作する。また、切り換え
回路118及び123がONする時は、遅延回路120
及び125により遅延され、なだらかにONするよう動
作する。127はコントロール電圧可変抵抗、128は
コントロール電圧可変抵抗スイッチトランジスタ、12
9及び130は出力電圧信号遅延抵抗及びコンデンサで
ある。
【0007】以上のように構成された従来の安定化電源
装置について、以下その動作について説明する。
【0008】入力端子105より電池(図示せず)等か
ら非安定化電圧が入力され、電源投入SW115が投入
されると、増幅回路106、比較回路107、基準電圧
発生回路108が起動する。電源投入SW115の投入
直後、出力は0Vである。出力電圧検出回路110によ
り出力電圧の状態を0Vと検出し、増幅回路106によ
り基準電圧発生回路108の基準電圧との誤差増幅をす
る。このとき、増幅回路106の出力はローレベル(以
下、Lと略す)である。しかし、電源投入SW115が
ONで電源印加された基準電圧発生回路108が電圧を
発生し、デッドタイムコントロール回路112で発生さ
れる信号が図6(a)の波形Dのような動作をする。
【0009】この時、三角波発生回路109の出力信号
Tと図6(a)の波形Dとで比較された出力、すなわ
ち、図6(b)に図示した波形が比較回路107より出
力される。よって、電源投入SW115に対し、図6
(b)の波形P1のデューティで設定されるドライブパ
ルス信号によりトランス102の1次側にON/OFF
パルスが印加され、トランス102の2次側から出力パ
ルスを得ることになる。
【0010】次にダイオード103を通った電圧は、出
力電圧検出回路110に再び送られ、出力電圧検出回路
110はハイレベル(以下、Hと略す)を検出し、増幅
回路106で誤差増幅、比較回路107で三角波との比
較処理を行い、図6(b)に示すようにパルス幅変調制
御(以下、PWM制御と記す)をし、一定の出力電圧を
得ることになる。
【0011】ここで、従来では起動時はデッドタイムコ
ントロール回路112のうち、抵抗112a及び112
bで決められた電圧で与えられるデューティで、トラン
ス102を起動することになり、またデッドタイムコン
トロール回路112の抵抗112a及び112bは入力
電圧の最低制御限度値や最大負荷時の制御限度値を決定
するデューティを決定する重要な役割をはたす。よっ
て、最低制御限度値や最大負荷制御限度値を改善するた
めにトランス102において、1次と2次の巻数比(2
次側巻数/1次側巻数)を高い値に設定することで実現
してきた。また、トランス102の高い巻数比の際に起
動時に発生する出力電圧のオーバーシュートに対してデ
ッドタイムコントロール回路112にコンデンサ112
cを構成することにより、比較回路107の出力が小さ
な出力から立ち上がれるよう工夫を施されている。
【0012】さらに、図7において、図示L2の電圧で
起動し(このとき、ドライブパルスは図6(b)のP1
を示す)、図7のL1及びL2の電位の間で制御の安定
位置を得る(このとき、ドライブパルスは図6(b)の
P4〜P5を示す)。そこで、デッドタイムコントロー
ル制御回路112について、抵抗130より出力電圧を
入力し、遅延コンデンサ129、抵抗130によってあ
る一定の遅延時間(図6(b)のP1〜P5にあたる時
間)の後、コントロール電圧可変抵抗スイッチトランジ
スタ32をONにし、コントロール電圧可変抵抗127
を動作させることにより、デッドタイムコントロール回
路112の電位決定抵抗112a及び112bと、コン
トロール電圧可変抵抗127とで設定される電圧が図7
に図示したレベルL3になるので、スイッチング電源の
制御範囲を図7の電位L1〜L3に相当する範囲にとる
ことができる。
【0013】このように、PWM制御のスイッチング電
源装置の比較制御構成に、出力電圧に応じて制御電圧を
可変し、デッドタイムコントロール電圧を制御するデッ
ドタイムコントロール制御手段を設けることにより、ト
ランス側で巻数比を高く設定しなくとも容易にスイッチ
ング電源の制御範囲を広範囲に設定することができるま
で工夫を施してきている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、PWM制御のスイッチング電源装置の比
較制御構成に、出力電圧に応じて制御電圧を可変し、デ
ッドタイムコントロール電圧を制御するデッドタイムコ
ントロール回路112を設けることにより、トランス側
で巻数比を高く設定しなくとも容易にスイッチング電源
の制御範囲を広範囲に設定することができるが、出力電
圧の負荷が機器のモード移行によりON/OFFされた
時に、負荷の変動により出力からのフィードバック電圧
がデッドタイムコントロール電圧をオーバーし、制御範
囲をオーバーするという問題を有していた。出力電圧の
負荷切り換え時に、制御範囲をオーバーし正規の電圧が
供給出来ないという問題に対し、従来では出力電圧の切
り換え回路に遅延回路を構成し、なだらかに電圧を切り
換えることにより出力電圧のフィードバック電圧がデッ
ドタイムコントロール電圧を割らないように、また、ト
ランスの巻線比を上げるという工夫を行ってきた。
【0015】このような構成をとる時に、トランスの巻
線を上げるか、または出力電圧の切り換え回路ごとに各
々遅延回路CRを必要とし、対策効果を得るために大き
な容量のコンデンサを必要とするなど、機器の小型化・
軽量・低消費電力・低コスト化設計を阻害するという問
題を有していた。
【0016】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、PWM制御によるスイッチング方式の安定化電源装
置の比較制御構成に、出力電圧切り換え回路の制御信号
を入力して、出力電圧切り換え時以降の瞬時の区間のみ
前記デッドタイムコントロール回路を制御してPWMの
動作点を変化させるデッドタイムコントロール制御回路
を構成し、トランスの巻数比を必要以上に高くしなくて
も、また、出力切り換え回路に遅延回路を構成しなくて
も小型・軽量化、高効率、低コスト化できる安定化電源
装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の安定化電源装置は、PWM制御の動作点を決
めるため差動増幅回路の出力の直流電位を決めるデッド
タイムコントロール回路と、出力電圧切り換え回路の制
御信号を入力して、出力電圧切り換え時以降の瞬時の区
間のみ前記デッドタイムコントロール回路を制御してP
WMの動作点を変化させるデッドタイムコントロール制
御回路を備えるものである。
【0018】この構成によって、出力電圧切り換え時に
は、最低電圧でデッドタイムコントロールし、出力電圧
切り換え時の負荷変動による電圧変動を対策し、また出
力電圧切り換え後や電源起動時は高い電圧でデッドタイ
ムコントロールすることができるため、トランス側で高
い巻数比を設定することなく、また、出力電圧切り換え
回路で遅延回路を構成することなく制御範囲を確保でき
る。これにより、小型・軽量かつ低コストで高効率で高
性能な安定化電源装置が得られる。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、トランスと、前記トランスの1次側に接続されてス
イッチング駆動するスイッチ手段と、前記トランスの2
次側出力電圧を整流する整流手段と、前記整流手段の出
力電圧を平滑する平滑手段と、前記整流手段の出力電圧
を基準電圧と差分する差動増幅手段と、前記差動増幅手
段の出力電圧を入力しパルス幅変調制御により前記スイ
ッチ手段のスイッチング駆動を制御する比較手段とから
なる安定化電源装置であって、前記トランスの2次側出
力電圧の各々に機器のモード移行に応じて負荷回路への
電圧供給をON/OFFさせる出力電圧切り換え回路
と、パルス幅変調制御の動作点を決めるため前記差動増
幅手段の出力の直流電位を制御するデッドタイムコント
ロール手段と、前記整流手段の出力電圧を入力して検知
し前記デッドタイムコントロール手段を制御してパルス
幅変調制御の動作点を変化させるデッドタイムコントロ
ール制御手段とを備えたものであり、このような構成に
より、小型・軽量かつ低コストで高効率で高性能な安定
化電源装置が得られるという作用を有する。
【0020】また請求項2に記載の発明は、トランス
と、前記トランスの1次側に接続されてスイッチング駆
動するスイッチ手段と、前記トランスの2次側出力電圧
を整流する整流手段と、前記整流手段の出力電圧を平滑
する平滑手段と、前記整流手段の出力電圧を基準電圧と
差分する差動増幅手段と、前記差動増幅手段の出力電圧
を入力しパルス幅変調制御により前記スイッチ手段のス
イッチング駆動を制御する比較手段とからなる安定化電
源装置であって、前記トランスの2次側出力電圧の各々
に機器のモード移行に応じて負荷回路への電圧供給をO
N/OFFさせる出力電圧切り換え回路と、パルス幅変
調制御の動作点を決めるため前記差動増幅手段の出力の
直流電位を制御するデッドタイムコントロール手段と、
前記整流手段の出力電圧を入力して検知し前記デッドタ
イムコントロール手段を制御してパルス幅変調制御の動
作点を変化させるデッドタイムコントロール制御手段と
を備え、デッドタイムコントロール制御回路は、前記出
力電圧切り換え回路の制御信号を入力して、出力電圧切
り換え時以降の瞬時の区間のみ前記デッドタイムコント
ロール手段を制御してパルス幅変調制御の動作点を変化
させるものであり、これにより、小型・軽量かつ低コス
トで高効率で高性能な安定化電源装置が得られるという
作用を有する。
【0021】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。
【0022】(実施の形態1)図1は本実施の形態の安
定化電源装置の構成を示す回路図であり、図1におい
て、1はスイッチ手段であるトランジスタ、2はトラン
ジスタ1からの入力電圧を変圧して2次側に供給するト
ランス、3は整流手段であるダイオード、4は平滑用の
フィルター回路で、リアクタンス4aとコンデンサ4b
及び4cとからなる。6は基準電圧発生回路8からの基
準電圧と出力電圧検出回路10からの出力電圧とを比較
し誤差分を電圧として出力する差動増幅手段である増幅
回路、7は増幅回路6からの誤差電圧を三角波発生回路
9からの三角波と比較して三角波の方がレベルが高い期
間のみ信号を出力する比較手段である比較回路、8は基
準電圧を発生する基準電圧発生回路、9は三角波を発生
する三角波発生回路、10はトランス2の2次側電圧を
検出する出力電圧検出回路で、抵抗10a及び10bの
分圧回路からなる。12はデッドタイムコントロール手
段であるデッドタイムコントロール回路で、抵抗12a
及び12bとコンデンサ12cとからなり、増幅回路6
と比較回路7の間に構成される。15は電源投入SWで
ある。5は電池などからの電源電圧が入力される入力端
子、11は第1の負荷、13及び14は他の電源電圧を
発生させる平滑手段である平滑回路、17及び20はト
ランス2の平滑回路13で平滑される系統の出力を供給
する第2の負荷及び第3の負荷である。16は本装置を
制御するマイコン、19及び24はマイコン16の制御
信号を伝えるトランジスタ切り換え回路である。18及
び21は平滑回路13の出力電圧を第2の負荷か第3の
負荷に伝えるよう切り換える切り換え回路である。
【0023】第2の負荷17と第3の負荷20は、マイ
コン16により制御され、機器の設定モードによって切
り換え回路18及び21によりお互いに切り換えられ
る。この時の切り換えのタイミングは、マイコン16に
より切り換え回路18がONの時は切り換え回路21は
OFFするよう動作する。以上は前述した従来技術の安
定化電源装置と同様なものである。
【0024】40はデッドタイムコントロール制御手段
であるデッドタイムコントロール制御回路で、出力電圧
切り換え回路の制御信号を入力端子31から入力し、増
幅回路6の出力に接続される。図2に、図1におけるデ
ッドタイムコントロール制御回路40の詳細構成を示す
回路図を示す。図2において、41はコントロール電圧
可変抵抗、42はコントロール電圧可変抵抗のON/O
FFを切り換えるスイッチトランジスタ、43及び44
は出力電圧信号遅延抵抗及びコンデンサである。図3は
本実施の形態の動作を示す波形図、図4は動作説明のた
めの特性図である。
【0025】以上のように構成された本実施の形態の安
定化電源装置について、図1〜図4を用いてその動作を
説明する。
【0026】まず、入力端子5より非安定化電圧が入力
され、電源投入SW15が投入されると、増幅回路6、
比較回路7、基準電圧発生回路8が起動する。電源投入
SW15の投入直後、トランス2の1次側及び2次側出
力は0Vである。出力電圧検出回路10により、トラン
ス2の2次側の出力電圧の状態を0Vと検出し、増幅回
路6により基準電圧発生回路8が出力する基準電圧との
誤差増幅をする。このとき、増幅回路6の出力は「L」
である。
【0027】しかし、電源投入SW15がONになると
基準電圧発生回路8が電圧を発生し、デッドタイムコン
トロール回路12で発生される信号が、図3(a)の波
形Dのような動作をする。この時、三角波発生回路9の
出力信号Tと信号Dとで比較された出力が比較回路7よ
り出力される。すなわち、図3(b)の波形P1が出力
される。よって、電源投入SW15に対し、図3(b)
の波形P1のデューティで設定されるドライブパルス信
号により、トランス2の1次側にON/OFFパルスが
印加され、トランス2の2次側から出力パルスを得るこ
とになる。
【0028】次にダイオード3を通った電圧は、出力電
圧検出回路10に再び送られ、出力電圧検出回路10は
「H」を検出し、増幅回路6で誤差増幅、比較回路7で
三角波との比較を行い、図3(b)に示すようにPWM
制御をし、一定の出力電圧を得ることになる。
【0029】ここで、デッドタイムコントロール回路1
2で設定された電圧は、起動時のトランス2を駆動する
スイッチングパルス(トランスドライブパルス)のデュ
ーティを設定するための役割と、PWM制御の制御限度
値を設定する役割がある。
【0030】図4において、L2の電圧で起動し(この
時、ドライブパルスは図3(b)のP1を示す)、L1
及びL2の電位の間で制御の安定位置を得る(この時、
ドライブパルスは図3(b)のP4〜P5を示す)。そ
こで、遅延コンデンサ24、抵抗25によって、ある一
定の遅延時間(図3(b)のP1〜P5にあたる時間)
の後、コントロール電圧可変抵抗スイッチトランジスタ
24をONにし、コントロール電圧可変抵抗23を動作
させることにより、デッドタイムコントロール回路12
の電位決定抵抗12a及び12bと、コントロール電圧
可変抵抗23とで設定される電圧が、図4に図示したレ
ベルL3になるので、スイッチング電源の制御範囲を図
4の電位L1〜L3に相当する範囲にとることができ
る。
【0031】デッドタイムコントロール制御回路40に
ついて、出力電圧切り換え制御信号は端子31より入力
し、コンデンサ44と抵抗43により微分された出力電
圧切り換え時から一定の区間、切り換えトランジスタ4
2をONさせる。切り換えトランジスタ42をONし、
コントロール電圧可変抵抗41を動作させることによ
り、デッドタイムコントロール回路12の電位決定抵抗
12a及び12bと、コントロール電圧可変抵抗23
と、コントロール電圧可変抵抗41で設定される電圧が
図4に図示したレベルL4になるので、スイッチング電
源の制御範囲を図4の電位L1〜L4に相当する範囲に
過渡的にとることができる。図3(a)の右端波形のよ
うに増幅回路6からの誤差電圧をレベルL4付近まで低
下させると、図3(b)に示すようにH期間の長い波形
が比較回路7から出力される。このような波形により、
トランジスタ1はスイッチング立ち上がりを速くするこ
とができる。
【0032】以上のように本実施の形態によれば、PW
M制御の動作点を決めるため差動増幅回路からなる増幅
回路6の出力の直流電位を決めるデッドタイムコントロ
ール回路12と、出力電圧切り換え回路の制御信号を入
力して、出力電圧切り換え時以降の瞬時の区間のみデッ
ドタイムコントロール回路12を制御してPWMの動作
点を変化させるデッドタイムコントロール制御回路40
とを備えることによって、出力電圧切り換え時(負荷切
り換え時)には、最低電圧(図4のレベルL4)でデッ
ドタイムコントロールして出力電圧切り換え時の負荷変
動による電圧変動を対策し、また出力電圧切り換え後や
電源起動時は高い電圧(図4のレベルL1〜L2)でデ
ッドタイムコントロールすることができるので、出力切
り換え時(負荷切り換え時)においてトランジスタ1の
スイッチング立ち上がりを速くすることができる。
【0033】
【発明の効果】以上のように本発明は、出力電圧切り換
え回路の制御信号を入力して、出力電圧切り換え時以降
の瞬時の区間のみ前記デッドタイムコントロール回路を
制御してPWMの動作点を変化させるデッドタイムコン
トロール制御回路を備えることによって、出力電圧切り
換え時には、最低電圧でデッドタイムコントロールし出
力電圧切り換え時の負荷変動による電圧変動を対策し、
また出力電圧切り換え後や電源起動時は高い電圧でデッ
ドタイムコントロールすることができるため、トランス
側で高い巻数比を設定することなく、また、出力電圧切
り換え回路で遅延回路を構成することなく制御範囲を確
保できる。そして、小型・軽量かつ低コストで高効率で
高性能な安定化電源装置が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の安定化電源装置の実施の形態を示す回
路図
【図2】同実施の形態におけるデッドタイムコントロー
ル制御回路の回路図
【図3】同実施の形態における波形図
【図4】同実施の形態における特性図
【図5】従来の安定化電源装置における回路図
【図6】従来の安定化電源装置における動作波形図
【図7】従来の安定化電源装置における動作波形図
【符号の説明】
2 トランス 6 増幅回路 7 比較回路 10 出力電圧検出回路 12 デッドタイムコントロール回路 13 平滑回路 14 平滑回路 18、21 出力電圧切り換え回路 19、22 出力電圧切り換え信号切り換え回路 40 デッドタイムコントロール制御回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トランスと、前記トランスの1次側に接
    続されてスイッチング駆動するスイッチ手段と、前記ト
    ランスの2次側出力電圧を整流する整流手段と、前記整
    流手段の出力電圧を平滑する平滑手段と、前記整流手段
    の出力電圧を基準電圧と差分する差動増幅手段と、前記
    差動増幅手段の出力電圧を入力しパルス幅変調制御によ
    り前記スイッチ手段のスイッチング駆動を制御する比較
    手段とからなる安定化電源装置であって、前記トランス
    の2次側出力電圧の各々に機器のモード移行に応じて負
    荷回路への電圧供給をON/OFFさせる出力電圧切り
    換え回路と、パルス幅変調制御の動作点を決めるため前
    記差動増幅手段の出力の直流電位を制御するデッドタイ
    ムコントロール手段と、前記整流手段の出力電圧を入力
    して検知し前記デッドタイムコントロール手段を制御し
    てパルス幅変調制御の動作点を変化させるデッドタイム
    コントロール制御手段とを備えたことを特徴とする安定
    化電源装置。
  2. 【請求項2】 トランスと、前記トランスの1次側に接
    続されてスイッチング駆動するスイッチ手段と、前記ト
    ランスの2次側出力電圧を整流する整流手段と、前記整
    流手段の出力電圧を平滑する平滑手段と、前記整流手段
    の出力電圧を基準電圧と差分する差動増幅手段と、前記
    差動増幅手段の出力電圧を入力しパルス幅変調制御によ
    り前記スイッチ手段のスイッチング駆動を制御する比較
    手段とからなる安定化電源装置であって、前記トランス
    の2次側出力電圧の各々に機器のモード移行に応じて負
    荷回路への電圧供給をON/OFFさせる出力電圧切り
    換え回路と、パルス幅変調制御の動作点を決めるため前
    記差動増幅手段の出力の直流電位を制御するデッドタイ
    ムコントロール手段と、前記整流手段の出力電圧を入力
    して検知し前記デッドタイムコントロール手段を制御し
    てパルス幅変調制御の動作点を変化させるデッドタイム
    コントロール制御手段とを備え、デッドタイムコントロ
    ール制御回路は、前記出力電圧切り換え回路の制御信号
    を入力して、出力電圧切り換え時以降の瞬時の区間のみ
    前記デッドタイムコントロール手段を制御してパルス幅
    変調制御の動作点を変化させることを特徴とする安定化
    電源装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1324796C (zh) * 2002-08-12 2007-07-04 栢怡国际股份有限公司 开关式电源变换器的控制方法
JP2008172996A (ja) * 2006-12-13 2008-07-24 Canon Inc 電源装置及び画像形成装置

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