JP2002017086A - スイッチング電源 - Google Patents

スイッチング電源

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JP2002017086A
JP2002017086A JP2000214581A JP2000214581A JP2002017086A JP 2002017086 A JP2002017086 A JP 2002017086A JP 2000214581 A JP2000214581 A JP 2000214581A JP 2000214581 A JP2000214581 A JP 2000214581A JP 2002017086 A JP2002017086 A JP 2002017086A
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auxiliary power
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Yoshiyuki Nakamura
好行 中村
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流を一旦交流に変換して消費電力を低減さ
せながら電力利用効率を向上させて再度直流電力として
出力するスイッチング電源を提供するにある。 【解決手段】 制御回路により駆動制御されるスイッチ
ング素子とトランスの入力巻線とに直流電源が印加さ
れ、起動時には閉路状態に制御されているスイッチと起
動抵抗が直流電源と制御回路との間に直列に設けられて
いるスイッチング電源であって、トランスからの第二補
助電源の電圧が所定値に達したときにスイッチをオフと
してトランスからの第一補助電源を制御回路の電源に切
り替えるスイッチ制御手段を具備するようにしたもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、直流を一旦交流に
変換して消費電力を低減させながら電力利用効率を向上
させて再度直流電力として出力するスイッチング電源に
関する。
【0002】
【従来の技術】省エネルギーということで待機電力の削
減が叫ばれているが、待機電力の省エネルギーを実現す
るには、一般的に待機電力用のトランス方式或いはスイ
ッチング方式などのサブ電源が設けられている。
【0003】これは、1W以下の低負荷から20W以上
の負荷までをスムーズに1つの方式でコントロールする
ことが難しいために採用される方法であるが、絶縁性を
確保するためにトランスを使うのでコスト的に厳しいも
のがある。
【0004】一方、時代の要請に応えてスイッチング電
源のデバイスを開発しているメーカの中には、PRC
(PULSE RATIO CONTROL)などでス
タンバイモード(待機モード)でも問題なくコントロール
できるデバイスを開発しているが、一般的にはこれらの
異なるモードのコントロールをするにはかなり複雑な回
路が必要なため集積回路を使用して実装面積、コストを
セーブしている。
【0005】集積回路を使ったスイッチング電源では、
一般的には集積回路を起動させるために、起動用の電力
を直流電源から供給しなければならないが、この起動に
使われる起動抵抗は起動動作の終了後まで接続されたま
まになっているので、常時この起動抵抗で電力が消費さ
れていることとなる。
【0006】従来は、低負荷時の効率やコストも含めて
動作の安定性が重視されていたので、これで問題はなか
ったが、起動後の状態がスタンバイモードになると、低
負荷状態では1W程度以下なので、この分の電力(通
常、0.4W〜0.8W)は効率低下の大きな割合を示
すことになる。
【0007】そこで、起動用の起動抵抗を補助電源が起
動した後に直流電源から切断すれば、この無駄な電力を
削減できることとなり、スタンバイモードの電力をより
小さなものにすることができるようになるが、このよう
な従来のスイッチング電源の1例を特開昭64−774
73号公報により説明する。
【0008】図5は、この公報に開示されているスイッ
チング電源の構成を示したものであり、直流電源1の両
端に変圧器2の入力巻線2Aと主スイッチング素子3が
直列に接続され、主スイッチング素子3にはこの主スイ
ッチング素子3をオンオフ駆動する制御回路4が接続さ
れ、制御回路4は補助電源電圧VCCにより動作するよ
うになっている。
【0009】変圧器2に付設した補助電源巻線2Bは、
整流ダイオード5を通して平滑コンデンサ6に接続さ
れ、直流の補助電源電圧を供給し、直流電源1の正側と
補助電源電圧VCCの間には、抵抗7と副スイッチング
素子9が直列に接続され、副スイッチング素子9にはこ
れの開閉状態を制御する発振検出回路8が接続されてい
る。
【0010】発振検出回路8は、制御回路4の出力端子
に接続されて、発振の有無を判別し、発振を検出すれば
副スイッチング素子9を開路状態に、発振を検出しなけ
れば副スイッチング素子9を閉路状態に制御する。
【0011】主スイッチング素子3のオンオフにより変
圧器2の入力巻線2Aには交流電流が流れ、これに伴い
補助電源巻線2Bに交流電圧が発生して制御回路4に電
力が供給され、同時に変圧器2の出力巻線2Cにも交流
の出力電圧が発生し、出力巻線2Cに接続された図示し
ない負荷にこの出力電圧を整流して直流電力として供給
することができる。
【0012】以上の構成において、時刻t0で直流電源
が投入されると、その時点では、図6(A)に示すよう
に、補助電源電圧VCCはゼロに近い状態であるので、
制御回路4は正常な動作をすることができず、図6(B)
に示すように、主スイッチング素子3へ発振信号を送る
ことができない。
【0013】この期間、発振検出回路8は、発振信号を
検出しないから、図6(C)に示すように、副スイッチン
グ素子9へオンに制御する信号を送り、抵抗7を通して
平滑コンデンサ6へ充電電流を流す。
【0014】この充電が進み、やがて図6(A)に示すよ
うに、時刻t1で制御回路4が正常に動作できる電圧V
1に達すると、図6(B)に示すように、制御回路4から
発振信号を送出する。
【0015】この発振信号を発振検出回路8が検出する
と、副スイッチング素子9へオフに制御する信号を送
り、抵抗7経由の補助電源の充電を中止し、時刻t1以
後、補助電源は変圧器2の補助電源巻線2Bで発生する
交流電圧を整流ダイオード5により整流し、平滑コンデ
ンサ6で平滑して供給する。
【0016】このように、起動回路の抵抗7が実働する
のは、起動時の短い時間だけであり、抵抗7を切り離す
ことにより、抵抗7で消費する電力損失を削減すること
ができ、特に低負荷状態での省電力に寄与することとな
る。
【0017】ここで、削減できる電力を算定するため
に、直流電源1の電源電圧をVB、抵抗7に流れる起動
電流をI、抵抗7の抵抗値をRとすると、起動電流Iは I=(VB−VCC)/R となる。
【0018】ここで消費される電力WSは WS=(VB−VCC)*(VB−VCC)/R となり、これが起動用の抵抗7で消費する無駄な電力と
なる。
【0019】そこで、例えばVB=140V、VCC=
14V、R=47KΩとすれば、WS=0.35Wとな
り、VB=320V、VCC=14V、R=100KΩ
とすれば、WS=0.95Wとなり、起動後に抵抗7に
流れる起動電流Iをカットすることによりこれらの電力
を削減することができる。
【0020】なお、図5では制御回路4が動作開始した
ことを発振検出回路8で検出する構成としているが、こ
れに限らず、例えば制御回路4でその動作開始を開始電
圧の形で出力するものであれば、発振検出回路8に代え
て電圧検出回路として構成しても同様に開始電圧を検出
することにより副スイッチング素子9をオフに制御する
ことができる。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようなスイッチング電源には以下に説明するような問題
がある。
【0022】起動用の抵抗7の切断には、制御回路4で
の発振を検出して発振検出回路8を介して副スイッチン
グ素子9をオフとすることにより行うが、制御回路4は
発振を始めると、主スイッチング素子3をドライブする
ために電力を使い、このため一時的にコンデンサ6の両
端の補助電源電圧VCCが低下する。
【0023】この補助電源電圧VCCの低下の後、制御
回路4は補助巻線2Bからの補助電力がコンデンサ6に
供給されてこの両端の電圧で動作するようになるが、補
助電源電圧VCCを使う制御回路4の動作開始からその
起動動作が完了するまでの過渡期間では、補助電源電圧
VCCが安定していないので、制御回路4の動作が不安
定であり、起動ミスなどの誤動作を起こす可能性があ
る。
【0024】そこで、本発明では、スイッチ制御回路が
起動した起動信号を、スイッチング素子が起動するとき
の補助電源電圧VCCの低下の影響を受け難い構成で補
助電源の電圧を検出することにより、安定な起動を行う
ことを目的とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するためのスイッチング電源の第一の構成として、
制御回路により駆動制御されるスイッチング素子とトラ
ンスの入力巻線とに直流電源が印加され、起動時には閉
路状態に制御されているスイッチと起動抵抗が前記直流
電源と前記制御回路との間に直列に設けられているスイ
ッチング電源であって、該トランスからの第二補助電源
の電圧が所定値に達したときに前記スイッチをオフとし
て該トランスからの第一補助電源を前記制御回路の電源
に切り替えるスイッチ制御手段を具備するようにしたも
のである。
【0026】また、本発明は、以上の課題を解決するた
めのスイッチング電源の第二の構成として、制御回路に
より駆動制御されるスイッチング素子とトランスの入力
巻線とに直流電源が印加され、起動時には閉路状態に制
御されているスイッチと起動抵抗が前記直流電源と前記
制御回路との間に直列に設けられているスイッチング電
源であって、該トランスの補助巻線からの第一補助電源
の電圧が所定値に達した後にこの電圧に対して時定数が
付与された時定数電圧に関連して前記スイッチをオフと
して該第一補助電源を前記制御回路の電源に切り替える
スイッチ制御手段を具備するようにしたものである。
【0027】本発明の第一の構成によれば、トランスに
第一補助電源の影響を受けない第二補助電源を付設し
て、この第二補助電源の電圧を利用してスイッチにより
起動抵抗をオフとするようにしたので、電源の切替に伴
う不安定な電源電圧を用いることなく、安定に起動する
ことができる。
【0028】また、本発明の第二の構成によれば、同一
の補助電源を用いながらスイッチ制御手段に用いる補助
電源の電圧に対しては、所定の時間遅れを伴う時定数回
路を介してスイッチを制御する電圧を検出するようにし
たので、補助電源の電圧が安定してからスイッチをオフ
とすることができ、このため電源の切替に伴う不安定な
電源電圧を用いることを避けて、安定に起動することが
できる。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るスイッチング
電源の実施の形態について図を用いて説明する。図1は
本発明の実施の1形態を略示的に示したブロック図であ
る。
【0030】直流電源10の両端に、トランス11の入
力巻線11Aと電界効果トランジスタで構成され一端が
端子Dに他端が端子Sにそれぞれ接続されたスイッチン
グ素子12が端子Sに接続された過電流検出用の抵抗R
1を介して直列に接続されている。
【0031】スイッチング素子12には、このスイッチ
ング素子12をオンオフ駆動し補助電源電圧VCCによ
り動作するパルス幅変調方式の制御回路13が接続さ
れ、これらのスイッチング素子12と制御回路13など
は集積回路14として収納されている。
【0032】トランス11に付設した補助巻線11B
は、整流ダイオード15を通して平滑コンデンサ16に
接続され、これらにより構成される第一補助電源17は
直流の補助電源電圧VCCを供給する。
【0033】また、直流電源10の正側と補助電源電圧
VCCの電圧端18との間には、起動抵抗RSとスイッ
チ19とが接続されており、このスイッチ19は、トラ
ンジスタQ1を用いて構成され、そのコレクタは起動抵
抗RSに、エミッタは電源端18に接続され、そのベー
スは分圧抵抗R2とR3で直流電源10の電源電圧を分
圧した分圧電圧VDが印加されて構成されている。
【0034】補助巻線11BはダイオードD1とコンデ
ンサ20とで構成される第二補助電源21を構成し、こ
の第二補助電源21は第一補助電源17とは異なる負荷
を有し第一補助電源17の負荷の変動の影響を受けない
独立した電源となっており、この第二補助電源21で生
成された検出補助電圧VSはスイッチ制御手段として機
能するスイッチ制御回路22に出力される。
【0035】スイッチ制御回路22は、ツエナダイオー
ド23、トランジスタQ2、抵抗R4などで構成され、
検出補助電圧VSはツエナダイオード23を介して、直
流電源10の負側であるグランドGNDにエミッタが接
続されたトランジスタQ2のベースに印加され、 その
コレクタは抵抗R4を介してトランジスタQ1のベース
に接続されている。
【0036】また、トランス11の出力巻線11Cに発
生した交流電圧は、整流回路23で整流・平滑されて出
力端子24,25に出力電圧VOとして出力すると共に
出力電圧検出回路26に入力され、ここで内蔵する基準
電圧と比較されてその誤差電圧がフオトカプラ27、2
8を介して、さらに集積回路14の負帰還端子FDから
制御回路13に負帰還されている。
【0037】制御回路13は、スイッチング素子12を
オンオフ制御するとともに、出力電圧検出回路26に内
蔵する基準電圧からの偏差に対応するフオトトランジス
タから負帰還される誤差電圧を用いてオンオフ制御のデ
ューテイ比(オン期間/オフ期間比)を可変制御して、所
定の出力電圧VOになるように制御している。
【0038】次に、以上のように構成されたスイッチン
グ電源29の動作について図2に示す波形図を用いて説
明するが、先ず直流電源10が印加されると、抵抗R2
と抵抗R3で分圧された分圧電圧VDがトランジスタQ
1のベースに印加されベース電流が流れてトランジスタ
Q1がオンとなり、図2(C)に示すように、スイッチ1
9がオンとなる。
【0039】これに伴い、起動抵抗RSを介してコンデ
ンサ16に、図2(C)に示すように、起動電流ISが流
れて、コンデンサ16を充電するので、図2(A)に示す
ように、補助電源電圧VCCが徐々に上昇していく。
【0040】このT0〜T1までの期間は、補助電源電
圧VCCが確立していないので制御回路14は動作せ
ず、このためスイッチング素子12も起動せず、補助巻
線11Bには、図2(B)に示すように、電圧は発生して
いない。
【0041】補助電源電圧VCCが上昇し、制御回路1
3が動作する一定の電圧に達すると、制御回路13が動
作を開始し、スイッチング素子12がオンオフ動作を開
始し、トランス11の入力巻線11Aに流れる電流がオ
ンオフされて交流電流として流れるので、図2(B)の期
間T1〜T2に示すように、補助巻線11Bに交流電圧
が発生する。
【0042】この期間T1〜T2では、スイッチング素
子12をドライブするために電力を使い、図2(A)に示
すように、一時的に補助電源電圧VCCが低下するが、
スイッチ19はオン状態にありながら(図2(C))、補助
巻線11Bには電圧が出てくるので、図2(D)に示すよ
うに、起動電流ISの上昇が鈍る。
【0043】この過渡期間T1〜T2を過ぎて、起動電
流ISが流れた状態で、補助電源電圧VCCが確立し、
補助巻線11Bの電圧も、図2(B)に示すように、一定
値VCに達する。
【0044】一方、第二補助電源21は、補助巻線11
Bの電圧を第一補助電源の電圧とは別に整流平滑し、こ
の電圧がスイッチ制御回路22のツエナーダイオード2
3で設定されるツエナ電圧VZに達した時点でトランジ
スタQ2がオンになる。
【0045】トランジスタQ2がオンになると、抵抗R
4に電流が流れ、この状態でトランジスタQ1のベース
電圧は抵抗R2とR4で分圧された分圧電圧VDとな
り、この分圧電圧VDを第一補助電源の補助電源電圧V
CCより低い値に設定しておくと、トランジスタQ1は
カットオフされる。
【0046】トランジスタQ1がカットオフされると、
図2(C)に示すように、時点T3でスイッチ19はオフ
となり、以後は、図2(D)に示すように、起動抵抗RS
からの起動電流ISは断たれて、補助巻線11Bからの
補助電源電圧VCCだけで動作する。
【0047】このように、スイッチ制御回路22は、第
一補助電源17の補助電源電圧VCCとは別の第二補助
電源21の検出補助電圧VSを検出し、これを用いてス
イッチ19をオフとするので、過渡期間T1〜T2での
補助電源電圧VCCの変動の影響を受けず、安定に起動
させることができる。
【0048】図3は、図1に示すスイッチング電源29
と同じように2つの補助電源を持つ構成であるが、スイ
ッチング電源29に対して起動の際の安定化をさらに向
上させるように考慮されたスイッチング電源30として
構成されたものである。
【0049】図1に示すスイッチング電源29と同一の
機能を持つ構成要素には、以下に同一の符号が付してあ
るが、この場合は、スイッチ制御回路31の構成が図1
に示すスイッチ制御回路22と異なった構成となってい
る。
【0050】スイッチ制御回路31は、第二補助電源2
1で生成された検出補助電圧VSがツエナダイオード2
3を介して入力され、この出力は抵抗R5とコンデンサ
32で構成される時定数回路33を介してトランジスタ
Q2のベースに印加されている。
【0051】このように、時定数回路33を通すことに
より、トランジスタQ2に印加される電圧がこの時定数
回路33の時定数で決定される時間だけ遅延されるの
で、スイッチ19がオフする時間が遅延し、過渡期間T
1〜T2での補助電源電圧VCCの変動の影響をさらに
受け難くすることができ、思わぬ起動ミスをも防止する
ことができる。
【0052】図4は本発明の解決課題を解決するための
別構成のスイッチング電源34を示したものであり、こ
の場合は1個の補助電源17の出力である補助電源電圧
VCCを検出し、これを用いてスイッチ19をオフとす
る構成のものである。
【0053】スイッチ制御回路35には、補助電源電圧
VCCが入力され、この補助電源電圧VCCはツエナダ
イオード36を介して、抵抗R6とコンデンサ37で構
成される時定数回路38に入力され、この時定数回路3
8で遅延された電圧がトランジスタQ2のベースに印加
される構成となっている。
【0054】このような構成をとると、過渡期間T1〜
T2での補助電源電圧VCCの変動を受けることとなる
が、この過渡期間T1〜T2を経過した後にトランジス
タQ2がオンするような値に時定数回路38の時定数を
選定しておけば、時定数回路38での時間遅延により補
助電源電圧VCCが安定した時点でスイッチ19をオフ
とすることができ、起動ミスを防止することができる。
【0055】今までの説明では、スイッチ19の構成と
してトランジスタQ1を用いる構成としたが、これに限
らず、起動電流ISをオフにできればよいので、例えば
ノーマルクローズ接点を持つリレーを用いてスイッチを
構成することもでき、この場合のリレーのドライブは補
助電源17を使えば回路が簡単となる。
【0056】さらに、スイッチ19としてトランジスタ
Q1を使う場合はこのトランジスタQ1と、スイッチ制
御回路22又は31又は35などを、集積回路14の中
に1体として組み込むとコンパクトにまとめることがで
きる。
【0057】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係る第
一のスイッチング電源の構成によれば、トランスに第一
補助電源の影響を受けない第二補助電源を付設して、こ
の第二補助電源の電圧を利用してスイッチにより起動抵
抗をオフとするようにしたので、電源の切替に伴う不安
定な電源電圧を用いないで起動抵抗をオフとすることが
でき、起動ミスを起こすことなく安定に起動させること
ができる。
【0058】また、本発明に係る第二のスイッチング電
源の構成によれば、同一の補助電源を用いながらスイッ
チ制御手段に用いる補助電源の電圧に対しては、所定の
時間遅れを伴う時定数回路を介してスイッチを制御する
電圧を検出するようにしたので、補助電源の電圧が安定
してからスイッチをオフとすることができ、このため電
源の切替に伴う不安定な電源電圧が生じる過渡期間を避
けて、安定に起動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第一のスイッチング電源の実施の
形態を示すブロック図である。
【図2】図1に示すスイッチング電源の動作を説明する
波形図であり、(A)図は補助電源電圧VCCの波形、
(B)図は補助巻線11Bの電圧の波形、(C)図はスイッ
チ19の動作を示す波形、(D)図は起動電流ISの波形
を示す。
【図3】図1に示すスイッチング電源の一部を改良した
実施の形態を示すブロック図である。
【図4】本発明に係る第二のスイッチング電源の実施の
形態を示すブロック図である。
【図5】従来のスイッチング電源の構成を示すブロック
図である。
【図6】図5に示すスイッチング電源の動作を説明する
波形図であり、(A)図は補助電源の電圧の波形、(B)図
は発振信号の波形、(C)図は発振検出時の状態を示す波
形図である。
【符号の説明】
1;直流電源、2;変圧器、3;主スイッチング素子、
4;制御回路、5;整流ダイオード、6;平滑コンデン
サ、7;抵抗、8;発振検出回路、9;副スイッチング
素子、10;直流電源、11;トランス、12;スイッ
チング素子、13;制御回路、14;集積回路、15;
整流ダイオード、16;コンデンサ、17;第一補助電
源、18;電圧端、19;スイッチ、20;コンデン
サ、21;第二補助電源、22;スイッチ制御回路、2
3;ツエナダイオード、26;出力電圧検出回路、27
〜28;フオトカプラ、29;スイッチング電源、3
0;スイッチング電源、31;スイッチ制御回路、3
2;コンデンサ、33;時定数回路、34;スイッチン
グ電源、35;スイッチ制御回路、36;ツエナダイオ
ード、37;コンデンサ、38;時定数回路、D1;ダ
イオード、VCC;補助電源電圧、VO;出力電圧、V
D;分圧電圧、RS;起動抵抗、IS;起動電流、V
S;検出補助電圧

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 制御回路により駆動制御されるスイッチ
    ング素子とトランスの入力巻線とに直流電源が印加さ
    れ、起動時には閉路状態に制御されているスイッチと起
    動抵抗が前記直流電源と前記制御回路との間に直列に設
    けられているスイッチング電源であって、 該トランスからの第二補助電源の電圧が所定値に達した
    ときに前記スイッチをオフとして該トランスからの第一
    補助電源を前記制御回路の電源に切り替えるスイッチ制
    御手段を具備することを特徴とするスイッチング電源。
  2. 【請求項2】 前記スイッチ制御手段は、前記第二補助
    電源の電圧に対して時定数を付与する時定数回路を具備
    する請求項1に記載のスイッチング電源。
  3. 【請求項3】 前記所定値は、ツエナダイオードによる
    ツエナー電圧等、電圧検出素子又は回路によって決定さ
    れる値である請求項1に記載のスイッチング電源。
  4. 【請求項4】 前記第一補助電源と前記第二補助電源
    は、前記トランスの補助巻線から共に生成する請求項1
    に記載のスイッチング電源。
  5. 【請求項5】 制御回路により駆動制御されるスイッチ
    ング素子とトランスの入力巻線とに直流電源が印加さ
    れ、起動時には閉路状態に制御されているスイッチと起
    動抵抗が前記直流電源と前記制御回路との間に直列に設
    けられているスイッチング電源であって、 該トランスの補助巻線からの第一補助電源の電圧が所定
    値に達した後にこの電圧に対して時定数が付与された時
    定数電圧に関連して前記スイッチをオフとして該第一補
    助電源を前記制御回路の電源に切り替えるスイッチ制御
    手段を具備することを特徴とするスイッチング電源。
  6. 【請求項6】 前記所定値は、ツエナダイオードによる
    ツエナー電圧等、電圧検出素子又は回路によって決定さ
    れる値である請求項5に記載のスイッチング電源。
JP2000214581A 2000-04-26 2000-07-14 スイッチング電源 Pending JP2002017086A (ja)

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