JP2001016850A - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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JP2001016850A
JP2001016850A JP11187575A JP18757599A JP2001016850A JP 2001016850 A JP2001016850 A JP 2001016850A JP 11187575 A JP11187575 A JP 11187575A JP 18757599 A JP18757599 A JP 18757599A JP 2001016850 A JP2001016850 A JP 2001016850A
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switching
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power supply
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terminal
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Kazuo Enomoto
和男 榎本
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で異なる動作状態に対応できるよ
うにし、然も、より安全性が確保できるようにする。 【解決手段】 所定の構成とされたスイッチングトラン
ス2と、スイッチング回路3、5と、PWM回路8と、
電流検出回路4、6と、判定回路10と、切替信号生成
回路12により制御されるスイッチ回路9、11、2
4、29とを設ける。各動作状態において、スイッチ回
路9、11、24、29とを連係して制御することによ
り、選択された出力電圧に応じてスイッチング回路3、
5の所定の一方をPWM制御し、スイッチングトランス
2の二次側に安定化された所望の出力電圧を得る。ま
た、各動作状態において異常動作が発生した場合には、
判定回路10において、その状態で駆動されているスイ
ッチングトランスの一次側コイルの電流検出回路の出力
に基づいて異常動作の判定を行い、判定回路10の出力
によりPWM回路8の発振を自動的に停止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、テレビ
ジョン受像機等に代表される映像・音響機器に用いて好
適な1個のスイッチングトランスにより通常動作時とス
タンバイ時に対応し、異なる出力電圧を得る電源装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】最近の映像・音響機器においては、使い
勝手を向上させるために外部コントロールユニットを備
えたものが一般的に普及している。この外部コントロー
ルユニットは、マイクロコンピュータ等を中心に構成さ
れ、各種操作キー、エンコーダ、発光部等を有し、電池
等により動作して各種操作キーの操作状態に応じた信号
を符号化して例えば赤外線コントロール信号を形成し、
本体側に送出する。赤外線コントロール信号を受信した
本体側では、受信した信号を復号化して操作情報を形成
し、この操作情報に基づいて各部を制御する制御信号を
形成して所定の動作を行う。このため、映像・音響機器
の本体側においては、例えば、メイン電源系とは別個に
独立したスタンバイ時専用電源が備えられ、常に受信部
および制御部に、例えば、5Vのスタンバイ電圧を供給
して外部コントロールユニットからの赤外線コントロー
ル信号に対応できるようにしている。
【0003】また、映像・音響機器における電源装置に
おいては、省スペース化や軽量化を目的として、例え
ば、発振器、基準電圧源、誤差増幅器、およびPWMコ
ンパレータ等が1チップに集積されたPWM(パルス幅
変調)ICを使用したスイッチング電源が一般的に採用
されている。従って、通常動作時とスタンバイ時に対応
する従来の電源装置においては、このPWMICとスイ
ッチングトランス等を独立して2系統設けて対応する構
成とされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようにPWMICとスイッチングトランス等を独立し
て2系統設けた構成の電源装置においては、メイン側の
電源装置に何ら影響されることなく常に安定したスタン
バイ電圧を得ることができる特長を有する反面、コスト
高となるばかりか、基板スペースが必要となる問題点を
有する。このような問題に対処するため、1系統のPW
MICとスイッチングトランス等を用い、PWMICの
発振を切り替えることで間欠発振状態としてスタンバイ
電圧を得る方法が考えられるが、この場合においては、
動作条件の設定が難しいばかりか、動作信頼性の面で問
題点を有する。
【0005】従って、この発明の目的は、簡素な構成で
異なる動作状態に安定に対応することができ、然も、よ
り安全性が確保された電源装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】以上の問題を解決するた
めに、請求項1の発明は、1個のスイッチングトランス
の一次側をスイッチング動作させて異なる複数の出力電
圧を二次側に得る電源装置において、異なる複数の出力
電圧に応じて分割して設けられたスイッチングトランス
の一次側コイルと、一次側コイルのそれぞれに接続され
るスイッチング手段と、スイッチングトランスの二次側
に得られる出力電圧の一つを選択する選択手段と、選択
手段と連係し、選択手段により選択された出力電圧に応
じてスイッチング手段の所定の一つをパルス幅制御する
制御手段とを備えたことを特徴とする電源装置である。
【0007】この発明では、所定の構成とされたスイッ
チングトランスと、スイッチング手段と、選択手段と、
制御手段と、電流検出手段と、判定手段とが設けられ
る。各動作状態において、選択手段により選択された出
力電圧に応じてスイッチング手段の所定の一つがPWM
制御され、スイッチングトランスの二次側に安定化され
た所望の出力電圧が形成される。また、各状態のそれぞ
れにおいて異常動作が発生した場合には、判定手段にお
いて、その状態で駆動されているスイッチングトランス
の一次側コイルの電流検出手段の出力に基づいて異常動
作の判定がなされる。そして、判定手段の出力に基づい
て制御手段の発振が自動的に停止される。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、この発明がフォワード・コ
ンバータ方式のスイッチング電源に適用された一実施形
態について図面を参照して説明する。図1は、この発明
の一実施形態の全体構成を示す。図1に示すように、こ
の発明による電源装置は、スイッチングトランス2と、
2個のスイッチング回路3、5と、2個の電流検出回路
4、6と、スイッチング制御部7と、切替信号生成回路
12と、3個の二次側の整流回路21、22、23と、
出力電圧検出回路25および誤差増幅器30等とからな
り、通常動作時およびスタンバイ時に対応してスイッチ
ングトランス2の二次側から安定化された直流電圧を得
るように構成されている。
【0009】図1において1で示されるのが電源入力端
子である。電源入力端子1には、図示せずも、例えば、
AC100V商用電源電圧を全波整流する整流ブリッジ
回路の+端子が接続されている。商用電源電圧を全波整
流する整流ブリッジ回路の+端子と−端子との間には、
平滑用のコンデンサが接続されている。従って、電源入
力端子1には、商用電源電圧を全波整流した後に平滑し
て得られる直流電圧が供給される。
【0010】スイッチングトランス2には、8個の端子
2a〜2hが配設されている。端子2aと端子2bとの
間には、一次側コイルL1が巻かれ、端子2bと端子2
cとの間には、一次側コイルL2が巻かれている。ま
た、端子2dと端子2eとの間には、二次側コイルL3
が巻かれ、端子2fと端子2gとの間には、二次側コイ
ルL4が巻かれ、端子2gと端子2hとの間には、二次
側コイルL5が巻かれている。なお、一次側コイルL
1、L2と、二次側コイルL3、L4、L5のそれぞれ
は、入出力電圧、スイッチング条件等により規定される
所定の巻線数に選定されている。
【0011】スイッチングトランス2の端子2aには、
電源入力端子1を介した直流電圧が供給される。また、
スイッチングトランス2の端子2bには、通常動作時に
用いられるスイッチング回路3と電流検出回路4とが接
続されている。また、スイッチングトランス2の端子2
cには、スタンバイ時に用いられるスイッチング回路5
と電流検出回路6とが接続されている。スイッチング回
路3および5のそれぞれは、例えば、バイポーラトラン
ジスタもしくはMOSFET等のスイッチング素子と、
駆動回路とを有している。スイッチング回路3の制御端
子が例えばハイレベルに制御されると、スイッチング素
子が導通し、スイッチングトランス1の一次側コイルL
1に駆動電流が流れるように構成されている。また、ス
イッチング回路5の制御端子が例えばハイレベルに制御
されると、スイッチング素子が導通し、スイッチングト
ランス1の一次側コイルL1およびL2に駆動電流が流
れるように構成されている。なお、スイッチングトラン
ス1の一次側コイルL1、または、一次側コイルL1お
よびL2の駆動電流は、商用電源電圧を全波整流する整
流ブリッジ回路の−端子に流れ込む。
【0012】電流検出回路4および6のそれぞれは、例
えば、カレントトランスを有しており、電流電圧変換を
行って検出出力を得る。つまり、電流検出回路4のカレ
ントトランスの一次側がスイッチングトランス2の一次
側コイルL1の駆動電流路上に挿入されている。また、
電流検出回路6のカレントトランスの一次側がスイッチ
ングトランス2の一次側コイルL1およびL2の駆動電
流路上に挿入されている。電流検出回路4のカレントト
ランスの二次側には、抵抗が接続されており、この抵抗
の両端に得られる電圧が電流検出回路4の出力として後
述するスイッチング制御部7に供給される。また、同様
に電流検出回路6の二次側出力がスイッチング制御部7
に供給される。
【0013】一方、スイッチングトランス2の端子2
d、2f、2gのそれぞれには、整流回路21、22、
23が接続されている。整流回路21、22、23とし
ては、例えば、半波整流チョーク入力型のものが用いら
れる。また、整流回路を構成しているダイオードのカソ
ードと接地間には、フライホイール用のダイオードが接
続されている。整流回路21において整流および平滑し
て得られる出力がメイン電源端子32を介して取り出さ
れる。なお、メイン電源端子32には、図示せずも主負
荷回路が接続されている。
【0014】また、整流回路22において整流および平
滑して得られる出力が制御系電源端子33を介して取り
出される。なお、制御系電源端子32には、図示せずも
制御系負荷回路が接続されている。さらに、整流回路2
3において整流および平滑して得られる出力がスイッチ
回路24に供給される。スイッチ回路24は、制御端子
を有しており、この制御端子が例えばローレベルに制御
された時のみオンし、整流回路23の出力がスイッチ回
路24および制御系電源端子33を介して取り出され
る。
【0015】出力電圧検出回路25は、例えば、3個の
抵抗26、27、28と、スイッチ回路29とにより構
成されている。メイン電源端子32とスイッチ回路29
の一方の入力端子29aとの間に抵抗27が接続され、
制御系電源端子33とスイッチ回路29の他方の入力端
子29bとの間に抵抗26が接続されている。また、ス
イッチ回路29の出力端子29cと接地間に抵抗28が
接続されている。スイッチ回路29は、制御端子を有し
ており、この制御端子が例えばハイレベルに制御される
と入力端子28aと出力端子29cとが接続され、ロー
レベルに制御されると、入力端子28bと出力端子29
cとが接続されるように構成されている。
【0016】誤差増幅器30の−入力端子には、基準電
圧源31が接続されている。また、、誤差増幅器30の
+入力端子には、出力電圧検出回路25のスイッチ回路
29の出力端子29cと抵抗28との接続点が接続され
ている。従って、誤差増幅器30の+入力端子には、メ
イン電源端子32の出力電圧を抵抗27および28によ
り分圧した電圧、もしくは、制御系電源端子33の出力
電圧を抵抗26および28とによって分圧した電圧が供
給される。誤差増幅器30は、−入力端子の電圧と+入
力端子の電圧とを比較し、その誤差を増幅する。誤差増
幅器30の増幅出力がスイッチング制御部7に供給され
る。なお、出力電圧検出回路25の抵抗26、27、2
8の抵抗値は、メイン電源端子32および制御系電源端
子33が規定電圧の時に抵抗28の両端に発生する電圧
が基準電圧源31の電圧レベルと一致するようにそれぞ
れ選定されている。
【0017】スイッチング制御部7は、例えば、PWM
回路8と、2個のスイッチ回路9、11と、判定回路1
0とにより構成されており、これらスイッチング制御部
7を構成する各回路のそれぞれは、半導体ウェハ上に形
成されて1チップに集積されている。PWM回路8は、
例えば、所定の周波数の三角波信号を生成する発振器
と、PWMコンパレータ等を有する。PWMコンパレー
タの+入力端子には、発振器の三角波信号が供給され、
PWMコンパレータの−入力端子には、誤差増幅器30
からの増幅出力が供給される。PWMコンパレータにお
いて、図2Aに示すように発振器の三角波信号レベルが
誤差増幅器30からの増幅出力レベルによりスライスさ
れ、図2Bに示すように発振器の三角波信号が誤差増幅
器30からの増幅出力レベル以上となる区間においてハ
イレベルとなる矩形波出力が生成される。PWMコンパ
レータにおいて生成された矩形波出力がPWM回路8の
出力としてスイッチ回路9の入力端子9cに供給され
る。また、PWM回路8は、制御端子を有しており、こ
の制御端子が例えばハイレベルに制御されると発振器の
発振が停止し、強制的にPWM回路8の出力がローレベ
ルとなるように構成されている。
【0018】スイッチ回路9の一方の出力端子9aとス
イッチング回路3の制御端子とが接続され、スイッチ回
路9の他方の出力端子9bとスイッチング回路5の制御
端子とが接続されている。スイッチ回路9は、制御端子
を有しており、この制御端子が例えばハイレベルに制御
されると入力端子9cと出力端子9aとが接続され、ロ
ーレベルに制御されると、入力端子9cと出力端子9b
とが接続されるように構成されている。従って、PWM
回路8の出力がスイッチング回路3もしくはスイッチン
グ回路4のどちらか一方に供給される。
【0019】また、スイッチ回路11の一方の入力端子
11aには、電流検出回路4の出力が供給され、スイッ
チ回路11の他方の入力端子11bには、電流検出回路
6の出力が供給される。スイッチ回路11は、制御端子
を有しており、この制御端子が例えばハイレベルに制御
されると入力端子11aと出力端子11cとが接続さ
れ、ローレベルに制御されると、入力端子11bと出力
端子11cとが接続されるように構成されている。従っ
て、電流検出回路4もしくは電流検出回路6のどちらか
一方の出力がスイッチング制御部7の判定回路10に供
給される。
【0020】判定回路10は、制御端子を有し、この制
御端子に供給される制御信号に応じて基準レベルを設定
し、スイッチ回路11を介して供給される電流検出回路
4もしくは電流検出回路6のどちらか一方の出力レベル
と基準レベルとを比較し、例えば、基準レベル以上とな
った時に異常動作と判定する。そして、異常動作と判定
した場合には、例えばハイレベルの制御信号を生成し、
この制御信号をPWM回路8の制御端子に供給してスイ
ッチング動作を停止させる。
【0021】切替信号生成回路12は、マイクロコンピ
ュータ等により構成されており、端子13を有してい
る。端子13には、例えば、図示せずも操作入力部等や
外部コントロール装置等の操作状態に応じて生成された
機器全体の動作状態を設定する制御情報が供給される。
切替信号生成回路12は、端子13を介して供給される
制御情報に応じて制御信号を生成して各部に供給するこ
とで、通常動作時とスタンバイ時に対応してスイッチン
グ動作させ、スイッチングトランス2の二次側に安定化
した出力電圧を形成する。
【0022】具体的には、通常動作時には、切替信号生
成回路12においてハイレベルな制御信号が生成され、
この制御信号がスイッチング制御部7のスイッチ回路
9、判定回路10およびスイッチ回路11のそれぞれの
制御端子に供給されると共に、ハイレベルな制御信号が
出力電圧検出回路25のスイッチ回路29およびスイッ
チ回路24のそれぞれの制御端子に供給される。このこ
とにより、スイッチ回路9、11、24、29のそれぞ
れが連係して切り替えられる。
【0023】つまり、通常動作時においては、スイッチ
回路9、11、24、29のそれぞれが図1に示す接続
状態とされる。このため、PWM回路8の出力によりス
イッチング回路3がスイッチングする。この時、出力電
圧検出回路25においては、メイン電源端子32側に接
続されているため、誤差増幅器30において、基準電圧
源31の電圧と、メイン電源の出力電圧を抵抗27およ
び28により分圧して得られる電圧とが比較されてその
差を小さくする増幅出力が生成される。この誤差増幅器
30の出力がPWM回路8に供給されてPWM回路8が
制御されることにより、メイン電源の出力電圧が目標と
する規定電圧より低い場合には、スイッチング回路3の
オン区間となるパルス幅が広げられ、メイン電源の出力
電圧が目標とする規定電圧より高い場合には、その逆に
パルス幅が狭くなるように動作する。従って、メモリ電
源端子32からは、安定化された例えば24Vの直流電
圧が出力され、制御系電源端子33からは、安定化され
た例えば5Vの直流電圧が出力される。なお、この時、
スイッチ回路24は、オフしており、整流回路23の出
力が整流回路22側に影響することがない。
【0024】また、スイッチング制御部7の判定回路1
0においては、切替信号生成回路12からの制御信号に
応じてスイッチング回路3側の動作条件に応じた基準レ
ベルが設定される。この状態において過電流が発生した
場合には、スイッチング制御部7の判定回路10におい
て、スイッチ回路11を介して供給される電流検出回路
4の出力に基づいて異常動作の判定がなされる。そし
て、電流検出回路4の出力レベルがスイッチング回路3
側の動作条件に応じて設定された基準レベル以上で異常
動作と判定される場合には、判定回路10において、ハ
イレベルの制御信号が生成され、この制御信号によりP
WM回路8の発振が停止される。
【0025】一方、スタンバイ時には、切替信号生成回
路12においてローレベルな制御信号が生成され、この
制御信号がスイッチング制御部7のスイッチ回路9、判
定回路10およびスイッチ回路11のそれぞれの制御端
子に供給されると共に、ローレベルな制御信号が出力電
圧検出回路25のスイッチ回路29およびスイッチ回路
24のそれぞれの制御端子に供給される。このことによ
り、スイッチ回路9、11、24、29のそれぞれが連
係して切り替えられる。
【0026】つまり、スタンバイ時においては、PWM
回路8の出力によりスイッチング回路5がスイッチング
する。この時、スイッチ回路24がオンされて整流回路
23の出力が制御系電源端子33に供給されると共に、
出力電圧検出回路25においては、制御系電源端子33
側に接続されているため、誤差増幅器30において、基
準電圧源31の電圧と、制御系電源端子33の出力電圧
を抵抗26および28により分圧して得られる電圧とが
比較されてその差を小さくする増幅出力が生成される。
この誤差増幅器30の出力がPWM回路8に供給されて
PWM回路8が制御されることにより、制御系電源の出
力電圧が目標とする規定電圧より低い場合には、スイッ
チング回路5のオン区間となるパルス幅が広げられ、メ
イン電源の出力電圧が目標とする規定電圧より高い場合
には、その逆にパルス幅が狭くなるように動作する。従
って、制御系電源端子33からは、安定化された例えば
5Vの直流電圧が出力される。
【0027】また、スイッチング制御部7の判定回路1
0においては、切替信号生成回路12からの制御信号に
応じてスイッチング回路5側の動作条件に応じた基準レ
ベルが設定される。この状態において過電流が発生した
場合には、スイッチング制御部7の判定回路10におい
て、スイッチ回路11を介して供給される電流検出回路
6の出力に基づいて異常動作の判定がなされる。そし
て、電流検出回路6の出力レベルがスイッチング回路5
側の動作条件に応じて設定された基準レベル以上で異常
動作と判定された場合には、判定回路10において、ハ
イレベルの制御信号が生成され、この制御信号によりP
WM回路8の発振が停止される。
【0028】なお、上述した一実施形態においては、フ
ォワード・コンバータ方式のスイッチング電源にこの発
明を適用した場合について説明したが、他の方式、例え
ば、プッシュプル・コンバータ方式等のスイッチング電
源に容易にこの発明を適用することができる。この場合
においては、スイッチングトランス2を電源入力端子1
を中心として対称形に一次側コイルをそれぞれ増設し、
そのコイルに応じてスイッチング回路を増設する。そし
て、スイッチング制御部7においては、スイッチ回路を
増設し、さらに、PWM回路8においては、フリップフ
ロップ等の回路を追加して正逆相の二つのPWM出力を
生成し、この二つのPWM出力を通常動作時とスタンバ
イ時とによりそれぞれの組み合わせのスイッチング回路
に供給して交互にスイッチングするように構成する。
【0029】また、上述した一実施形態においては、通
常動作時とスタンバイ時に対応してスイッチングトラン
ス2の二次側においてメイン電源の出力電圧と、制御系
電源の出力電圧とを得る場合について説明したが、異な
る3つ以上の状態に応じる場合に対しても容易にこの発
明を適用することができる。この場合においては、必要
とする二次側の出力電圧に数に応じてスイッチングトラ
ンス2の一次側コイルを分割し、そのコイルに応じてス
イッチング回路および電流検出回路を増設し、制御系を
二次側の出力電圧に数に応じて制御できるように構成す
る。
【0030】さらに、上述した一実施形態においては、
スイッチング制御部7の判定回路10において、スイッ
チ回路11を介して供給される電流検出回路4もしくは
電流検出回路6のどちらか一方の出力レベルと基準レベ
ルとを比較し、例えば、基準レベル以上となった時に異
常動作と判定してスイッチング動作を停止する場合につ
いて説明したが、上限値と下限値とを設け、スイッチ回
路11を介して供給される電流検出回路の出力レベルが
上限値以上となった時、もしくは、下限値以下となった
時に異常動作と判定してスイッチング動作を停止するよ
うにしても良い。また、上述した一実施形態において
は、スイッチング制御部7の判定回路10において、制
御信号に応じて動作しているスイッチング回路の動作条
件に応じた基準レベルを設定し、スイッチ回路11を介
して供給される電流検出回路の出力レベルと基準レベル
とを比較して異常動作を判定する場合について説明した
が、電流検出回路4および6のそれぞれのカレントトラ
ンスの二次側の抵抗値を選定して通常動作時とスタンバ
イ時の電流検出出力が一致するようにし、判定回路10
の基準レベルを固定にして判定を行うようにすることも
可能である。
【0031】また、上述した一実施形態においては、ス
イッチング制御部7のPWM回路8において、所定の周
波数の三角波信号を生成する発振器と、PWMコンパレ
ータ等を用いてPWM制御を行う構成の場合について説
明したが、他の方式、例えば、モノステーブル・マルチ
バイブレータ等を用いて発振周波数を規定する抵抗値を
誤差増幅器30の出力に応じて可変させてPWM制御を
行う構成としても良く、この発明は、PWM制御を行う
方法に限定されない。
【0032】
【発明の効果】この発明では、所定の構成とされたスイ
ッチングトランスと、スイッチング手段と、選択手段
と、制御手段と、電流検出手段と、判定手段とが設けら
れる。各動作状態において、選択手段により選択された
出力電圧に応じてスイッチング手段の所定の一つがPW
M制御され、スイッチングトランスの二次側に安定化さ
れた所望の出力電圧が形成される。また、各状態のそれ
ぞれにおいて異常動作が発生した場合には、判定手段に
おいて、その状態で駆動されているスイッチングトラン
スの一次側コイルの電流検出手段の出力に基づいて異常
動作の判定がなされる。そして、判定手段の出力に基づ
いて制御手段の発振が自動的に停止される。従って、こ
の発明に依れば、簡素な構成で通常動作やスタンバイ動
作といった異なる動作状態に安定して対応することがで
き、然も、より安全性が確保される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態の全体構成を示すブロッ
ク図である。
【図2】この発明の一実施形態の動作説明に用いる略線
図である。
【符号の説明】
1・・・電源入力端子、2・・・スイッチングトラン
ス、3、5・・・スイッチング回路、4、6・・・電流
検出回路、7・・・スイッチング制御部、8・・・PW
M回路、9、11、24、29・・・スイッチ回路、1
2・・・切替信号生成回路、21、22、23・・・整
流回路、25・・・出力電圧検出回路、30・・・誤差
増幅器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1個のスイッチングトランスの一次側を
    スイッチング動作させて異なる複数の出力電圧を二次側
    に得る電源装置において、 上記異なる複数の出力電圧に応じて分割して設けられた
    上記スイッチングトランスの一次側コイルと、 上記一次側コイルのそれぞれに接続されるスイッチング
    手段と、 上記スイッチングトランスの二次側に得られる出力電圧
    の一つを選択する選択手段と、 上記選択手段と連係し、上記選択手段により選択された
    出力電圧に応じて上記スイッチング手段の所定の一つを
    パルス幅制御する制御手段とを備えたことを特徴とする
    電源装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 さらに、上記一次側コイルのそれぞれの駆動電流を検出
    する電流検出手段と、 上記選択手段と連係し、上記制御手段により駆動されて
    いる上記一次側コイルの上記電流検出手段の出力に基づ
    いて異常動作を検出する判定手段とを備えたことを特徴
    とする電源装置。
  3. 【請求項3】 請求項2において、 上記制御手段と、上記判定手段とが半導体ウェハ上に形
    成され、1チップに集積されていることを特徴とする電
    源装置。
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