JP2002315339A - スイッチング電源装置 - Google Patents
スイッチング電源装置Info
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Abstract
損失を極力減らす。 【解決手段】 並列運転時において出力電流Ioが急変
し、可変抵抗Roの両端間電圧VRoが変動すると、分
圧抵抗R2の両端間電圧V2はこれと同じ変動分ΔVで
変動すると共に、分圧抵抗R2と直列に接続される分圧
抵抗R1の両端間電圧V1は、前記変動分ΔVに分圧抵
抗R1,R2の抵抗値比(R1/R2)を掛け合せた分
が変動する。これにより、従来よりも小さな抵抗値の可
変抵抗Roで、所定の負荷変動値を得ることができる。
また、通常時の可変抵抗Roによる損失を著しく低減で
きる。
Description
る出力電流の均等化を図ることのできるスイッチング電
源装置に関する。
DCコンバータA1,A2…を並列接続してなる従来の
並列運転を行なうスイッチング電源装置の回路例を示し
たものである。同図において、1はトランス、2は例え
ばMOS型FETからなるスイッチング素子であり、こ
のトランス1の一次巻線1Aとスイッチング素子2との
直列回路が、直流電源3の両端間に接続される。4はト
ランス1の二次巻線1Bに接続される整流平滑回路で、
これは周知のように、整流ダイオード5と、転流ダイオ
ード6と、チョークコイル7と、平滑コンデンサ8とに
より構成される。そして、スイッチング素子2のスイッ
チングに伴ない、トランス1の一次巻線1Aに直流電源
3からの直流入力電圧Viが断続的に印加され、これに
よりトランス1の2次巻線1Bに発生する電圧を整流平
滑回路4で整流平滑することで、負荷9を接続する出力
端子+Vo,−Vo間に所定の直流出力電圧Voを供給
するように構成している。
路13として、ここでは電圧検出回路としての分圧抵抗R
1,R2と、分圧抵抗R1,R2の接続点の電圧レベル
を基準電源10の基準電圧Vrefと比較するコンパレータ1
1と、このコンパレータ11からの比較結果に基づき、前
記スイッチング素子2のゲートに供給する駆動信号のパ
ルス導通幅を制御する制御回路12とを備えている。ここ
では、直列回路をなす分圧抵抗R1,R2の一端が、平
滑コンデンサの一端の接続点と後述する抵抗R’の一端
との間のプラス側出力電圧ラインに接続される一方で、
分圧抵抗R1,R2の他端が出力端子−Voに接続され
る。また,分圧抵抗R1,R2の接続点が、コンパレー
タ11の一方の入力端子(反転入力端子)に接続されると
共に、基準電源10の一端であるプラス側端子がコンパレ
ータ11の他方の入力端子(非反転入力端子)に接続さ
れ、その基準電源10の他端であるマイナス側端子が、前
記出力端子−Voに直接接続するマイナス側出力電圧ラ
インに接続される。そして、分圧抵抗R1,R2の接続
点の電圧レベルが基準電圧Vrefを上回ると、制御回路1
2によりスイッチング素子2に供給する駆動信号のパル
ス導通幅を狭め、逆に分圧抵抗R1,R2の接続点の電
圧レベルが基準電圧Vrefを下回ると、制御回路12によ
りスイッチング素子2に供給する駆動信号のパルス導通
幅を広げて、出力電圧Voの安定化を図っている。
端子+Voに至る一方の出力電圧ラインに直列接続され
た電圧降下用の抵抗である。この抵抗R’は、特に複数
のDC/DCコンバータA1,A2…による並列運転時
において、負荷9の変動により出力電流Ioが増減した
ときに、その電圧降下により出力電圧Voを可変して所
望の負荷変動値を得るためのものである。このときの出
力電圧Voと出力電流Ioの特性は図5に示すように、
出力電流Ioが増加するに従って、抵抗R’の電圧降下
VR’により出力電圧Voが低下する。すなわち、出力
電流Ioの多いDC/DCコンバータA1の出力電圧V
oを、出力電流Ioの少ないDC/DCコンバータA2
よりも低下させることによって、各DC/DCコンバー
タA1,A2…間の出力電流Ioをバランスさせ、特定
のDC/DCコンバータA1だけが常に負荷電流の多く
を負担することを防いでいる。
接続した構成は、並列運転を行なうDC/DCコンバー
タA1,A2…の各出力電流Ioを簡単に均等化させる
ことができるものの、出力電流Ioが流れている限り抵
抗R’による損失が常に発生する問題を有していた。
なわずに、損失を極力減らすことの可能なスイッチング
電源装置を提供することをその目的とする。
のスイッチング電源装置は、スイッチング素子をスイッ
チングすることにより、トランスの二次巻線に発生した
電圧を整流平滑して負荷に直流出力電圧を供給すると共
に、直列接続した分圧抵抗の接続点の電圧レベルと、基
準電源の基準電圧とをコンパレータで比較し、その比較
結果に応じてスイッチング素子のスイッチングを制御す
る並列接続されたDC/DCコンバータからなるスイッ
チング電源装置において、前記分圧抵抗を前記負荷に並
列接続すると共に、前記分圧抵抗の他端との接続点と、
前記基準電源のマイナス側端子との接続点との間にある
マイナス側出力電圧ラインに抵抗を挿入接続したもので
ある。
タは、基準電源のマイナス側端子とマイナス側出力電圧
ラインとの接続点を基準として、分圧抵抗の接続点の電
圧レベルが基準電源の基準電圧と等しくなるようにスイ
ッチング素子のスイッチングを制御する。そのため、並
列運転時において負荷ひいては出力電流が急変し、可変
抵抗の両端間電圧が変動すると、他方の分圧抵抗の両端
間電圧はこれと同じ変動分で変動すると共に、他方の分
圧抵抗と直列に接続される一方の分圧抵抗の両端間電圧
は、前記変動分に双方の分圧抵抗の抵抗値比を掛け合せ
た分が変動する。したがって、出力電流に対する出力電
圧の見かけ上の変動は、一方の分圧抵抗の両端間に発生
する抵抗の両端間電圧の変動分に加えて、この変動分に
双方の分圧抵抗の抵抗値比を掛け合わせたものとなる。
これにより、従来よりも小さな抵抗値の抵抗で、所定の
負荷変動値を得ることができると共に、通常時の抵抗に
よる損失を著しく低減させることができる。
源装置は、スイッチング素子をスイッチングすることに
より、トランスの二次巻線に発生した電圧を整流平滑回
路により整流平滑して負荷に直流出力電圧を供給すると
共に、直列接続した第1の分圧抵抗の接続点の電圧レベ
ルと、基準電源の基準電圧とをコンパレータで比較し、
その比較結果に応じてスイッチング素子のスイッチング
を制御する並列接続されたDC/DCコンバータからな
るスイッチング電源装置において、前記整流平滑回路は
出力電圧ラインに挿入接続されたチョークコイルを備
え、このチョークコイルに存在する抵抗の両端間電圧を
分圧するために、直列接続した第2の分圧抵抗を該チョ
ークコイルの両端間に接続すると共に、前記第1の分圧
抵抗の一端を前記第2の分圧抵抗の接続点に接続し、前
記第1の分圧抵抗の他端を前記基準電源のマイナス側端
子と同電位に接続したものである。
タは、基準電源のマイナス側端子と同電位の第1の分圧
抵抗の他端を基準として、第1の分圧抵抗の接続点の電
圧レベルが基準電源の基準電圧と等しくなるようにスイ
ッチング素子のスイッチングを制御する。そのため、並
列運転時において負荷ひいては出力電流が急変し、チョ
ークコイルに存在する抵抗の両端間電圧が変動すると、
この変動分が第2の分圧抵抗の接続点で分割される。こ
のとき、第1の分圧抵抗の両端間電圧が一定値となるよ
うに制御されるため、この第1の分圧抵抗と並列に接続
される負荷と一方の第2の分圧抵抗との直列回路の両端
間電圧も一定となり、一方の第2の分圧抵抗の両端間に
発生する変動分が、そのまま出力電圧の変動分となる。
したがって、チョークコイルに存在する抵抗よりも十分
に大きな抵抗値の第2の分圧抵抗を選定すれば、この第
2の分圧抵抗による損失は極めて小さく、かつ出力電圧
ラインには抵抗が介在しないため、DC/DCコンバー
タの並列運転時において、所望の負荷変動値を得ること
ができるとともに、従来よりも損失を著しく減らすこと
が可能になる。
例について、添付図面を参照して詳細に説明する。な
お、従来例で示す図4と同一部分には同一符号を付し、
その共通する箇所の詳細な説明は重複するため省略す
る。
示すもので、回路図を示す図1において、本実施例にお
ける各DC/DCコンバータA1,A2…は、従来例に
おける抵抗R’の代わりに、基準電源10のマイナス側端
子との接続点21と、直列回路をなす分圧抵抗R1,R2
の他端との接続点22の間にあるマイナス側出力電圧ライ
ンに、可変抵抗Roを接続している。したがって、この
場合は直列回路をなす分圧抵抗R1,R2が、出力電圧
Voを供給する負荷9と並列に接続されることになる。
その他の構成は、従来例における図4と共通している
が、必要に応じてチョークコイル7と平滑コンデンサ8
との逆L形回路を多段に接続してもよい。
24は分圧抵抗R1,R2の一端とプラス側出力電圧ライ
ンとの接続点である。またここでは、接続点21を基準と
した接続点22の電圧、すなわち可変抵抗Roの両端間電
圧をVRoとし、接続点22を基準とした接続点23の電
圧、すなわち分圧抵抗R2の両端間電圧をV2とし、接
続点23を基準とした接続点24の電圧、すなわち分圧抵抗
R1の両端間電圧をV1として以下説明する。
グラフを参照しながら説明する。スイッチング素子2の
スイッチングに伴ない、トランス1の一次巻線1Aに直
流電源3からの直流入力電圧Viが断続的に印加され、
これによりトランス1の2次巻線1Bに発生する電圧を
整流平滑回路4で整流平滑することで、負荷9を接続す
る出力端子+Vo,−Vo間に所定の直流出力電圧Vo
を供給する点は、従来例と同じである。
電源10のマイナス側端子との接続点21と、分圧抵抗R
1,R2の他端との接続点22の間にあるマイナス側電圧
ラインに可変抵抗Roが挿入接続されている関係で、接
続点21を基準として分圧抵抗R1,R2の接続点23の電
圧レベルが基準電圧Vrefと等しくなるように、つまり
Vref=VRo+V2の関係が保たれるように、スイッ
チング素子2のゲートに供給する駆動信号のパルス導通
幅を可変制御する。そのため、複数のDC/DCコンバ
ータA1,A2…による並列運転時において、負荷9の
変動により例えば出力電流Ioが急に増加し、可変抵抗
Roの両端間電圧VRoがΔV増加したとすると、分圧
抵抗R2の両端間電圧V2は同様にΔV低下すると共
に、この分圧抵抗R2と直列に接続される分圧抵抗R1
の両端間電圧V1は、分圧抵抗R1,R2の抵抗値比
(R1/R2)に比例してさらに低下する。したがっ
て、図2に示すように、出力電流Ioに対する出力電圧
Voの見かけ上の変動ΔVoは、分圧抵抗R2の両端間
に発生する可変抵抗Roの両端間電圧VRoの変動分Δ
Vに加えて、この変動分ΔVに分圧抵抗R1,R2の抵
抗値比(R1/R2)を掛け合わせたものとなり、従来
よりも小さな抵抗値の可変抵抗Roで、所定の負荷変動
値を得ることができる。
電流Ioを0Aから2Aに急変させた場合を考える。従
来の図4に示す回路構成では、出力電圧Voを5Vから
40mVに低下させるのに、この40mV分の電圧降下
に見合う20mΩの抵抗R’が必要である。これに対し
て、本実施例における回路構成では、基準電圧Vrefが
1Vで、分圧抵抗R2に対する分圧抵抗R1の抵抗値比
(R1/R2)が4であるとすると、可変抵抗Roを5
mΩに選定すれば、出力電流Ioが2Aに急変したとき
の可変抵抗Roの両端間電圧VRoは10mV(変動分
ΔV=10mV)となる。したがって、この場合の出力
電圧Voの変動分ΔVoは、分圧抵抗R2の両端間電圧
V2における変動分の10mVと、分圧抵抗R1の両端
間電圧V1における変動分の40mVとを加えた50m
Vとなり、従来の4分の1の抵抗値を有する可変抵抗R
oでありながら、従来以上に同じ出力電流Ioで出力電
圧Voを低下させることが可能になる。したがって、通
常時の可変抵抗Roによる損失を著しく低減させること
ができる。
ング素子2をスイッチングすることにより、トランス1
の二次巻線1Bに発生した電圧を整流平滑して負荷9に
直流出力電圧Voを供給すると共に、2個の直列接続し
た分圧抵抗R1,R2の接続点23の電圧レベルと、基準
電源10の基準電圧Vrefとをコンパレータ11で比較し、
その比較結果に応じてスイッチング素子2のスイッチン
グを制御する並列接続されたDC/DCコンバータA
1,A2…からなるスイッチング電源装置において、直
流出力電圧Voを供給する負荷9に前記分圧抵抗R1,
R2を並列接続すると共に、分圧抵抗R1,R2の他端
との接続点22と、基準電源10のマイナス側端子との接続
点21との間にあるマイナス側出力電圧ラインに抵抗すな
わち可変抵抗Roを挿入接続している。
タA1,A2…は、基準電源10のマイナス側端子とマイ
ナス側出力電圧ラインとの接続点21を基準として、分圧
抵抗R1,R2の接続点23の電圧レベルが基準電源10の
基準電圧Vrefと等しくなるようにスイッチング素子2
のスイッチングを制御する。そのため、並列運転時にお
いて負荷9ひいては出力電流Ioが急変し、可変抵抗R
oの両端間電圧VRoが変動すると、他方の分圧抵抗R
2の両端間電圧V2はこれと同じ変動分ΔVで変動する
と共に、分圧抵抗R2と直列に接続される一方の分圧抵
抗R1の両端間電圧V1は、前記変動分ΔVに双方の分
圧抵抗R1,R2の抵抗値比(R1/R2)を掛け合せ
た分が変動する。したがって、出力電流Ioに対する出
力電圧Voの見かけ上の変動ΔVoは、分圧抵抗R2の
両端間に発生する可変抵抗Roの両端間電圧VRoの変
動分ΔVに加えて、この変動分ΔVに分圧抵抗R1,R
2の抵抗値比(R1/R2)を掛け合わせたものとな
る。これにより、従来よりも小さな抵抗値の可変抵抗R
oで、所定の負荷変動値を得ることができると共に、通
常時の可変抵抗Roによる損失を著しく低減させること
ができる。
説明する。なお、上記第1実施例と同一部分には同一符
号を付し、その共通する箇所の説明は重複するため省略
する。
に挿入接続したチョークコイル7に存在する抵抗Rxを
利用している。具体的には、インダクタンスLと抵抗R
xとの直列回路からなるチョークコイル7の両端間に、
直列接続された第2の分圧抵抗R3,R4を接続し、前
記第1の分圧抵抗R1,R2の一端を、この第2の分圧
抵抗R3,R4の接続点25に接続すると共に、基準電源
10のマイナス側端子と第1の分圧抵抗R1,R2の他端
を、共にマイナス側出力電圧ラインに接続する。但し、
第1実施例とは異なり、基準電源10のマイナス側端子と
の接続点21と、分圧抵抗R1,R2の他端との接続点22
との間は、抵抗などを介さず直接接続される。
路13は、接続点21と同電位の接続点22を基準として、分
圧抵抗R1,R2の接続点23の電圧レベルが基準電圧V
refと等しくなるように、つまりVref=V2の関係が保
たれるように、スイッチング素子2のゲートに供給する
駆動信号のパルス導通幅を可変制御する。そのため、第
1の分圧抵抗R1,R2の一端が接続される第2の分圧
抵抗R3,R4の接続点の電圧レベル(V1+V2)
も、所定の値に保たれる。一方、チョークコイル7は、
出力電流Ioに比例して抵抗Rxの両端間に電圧Vxが
発生する。これと共に、第2の各分圧抵抗R3,R4の
両端間には、抵抗Rxの両端間電圧Vxをそれぞれの抵
抗値比に応じて分圧した電圧V3,V4が発生する。
による並列運転時において、負荷9の変動により例えば
出力電流Ioが急に増加し、チョークコイル7を構成す
る抵抗Rxの両端間電圧VxがΔVx増加したとする
と、分圧抵抗R4の両端間電圧V4は、直列接続した分
圧抵抗R3,R4の合計抵抗値(R3+R4)と、分圧
抵抗R4単独の抵抗値との比に応じた分が増加する。す
なわち、この分圧抵抗R4の両端間電圧V4の変動分Δ
V4は、次の数1にてあらわせる。
準として第2の分圧抵抗R3,R4の接続点の電圧レベ
ル(V1+V2)を一定に保つように制御を行なうた
め、この分圧抵抗R4の両端間電圧V4の変動分ΔV4
が、そのまま出力電圧Voの変動分ΔVoとなる。した
がって、第2の分圧抵抗R3,R4の抵抗値がチョーク
コイル7に存在する抵抗Rxの抵抗値よりも十分に高く
なるように、第2の分圧抵抗R3,R4を選定すれば、
第2の分圧抵抗R3,R4による損失は極めて小さく、
かつ出力電圧ラインには抵抗が介在しないため、DC/
DCコンバータA1,A2…の並列運転時において、所
望の負荷変動値を得ることができるとともに、従来の抵
抗による損失を極力減らすことが可能になる。
抵抗Rxの抵抗値が40mΩであったとすると、第2の
分圧抵抗R3,R4の抵抗値比を1:1に選定すれば、
並列運転時に負荷変動で出力電流Ioが2Aに急変した
ときに、分圧抵抗R4の両端間電圧V4の変動分ΔV4
は40mVとなり、先ほど従来例の回路構成で示した出
力電圧Voの変動分に一致する。このように、実質的に
チョークコイル7の両端間に第2の分圧抵抗R3,R4
を接続するだけで、わざわざ出力電圧ラインに抵抗を介
在させなくても、所望の負荷変動値を得ることができ
る。
チング素子2をスイッチングすることにより、トランス
1の二次巻線1Bに発生した電圧を整流平滑回路4によ
り整流平滑して負荷9に直流出力電圧Voを供給すると
共に、直列接続した第1の分圧抵抗R1,R2の接続点
23の電圧レベルと、基準電源10の基準電圧Vrefとをコ
ンパレータ11で比較し、その比較結果に応じてスイッチ
ング素子2のスイッチングを制御する並列接続されたD
C/DCコンバータA1,A2…からなるスイッチング
電源装置において、整流平滑回路4は少なくとも出力電
圧ラインに挿入接続されたチョークコイル7を備え、こ
のチョークコイル7に存在する抵抗Rxの両端間電圧V
xを分圧するために、直列接続した第2の分圧抵抗R
3,R4をチョークコイル7の両端間に接続すると共
に、第1の分圧抵抗R1,R2の一端を第2の分圧抵抗
R3,R4の接続点25に接続し、第1の分圧抵抗R1,
R2の他端22を基準電源10のマイナス側端子と同電位に
接続している。
タA1,A2…は、基準電源10のマイナス側端子と同電
位の第1の分圧抵抗R1,R2の他端を基準として、分
圧抵抗R1,R2の接続点23の電圧レベルV1が基準電
源10の基準電圧Vrefと等しくなるようにスイッチング
素子2のスイッチングを制御する。そのため、並列運転
時において負荷9ひいては出力電流Ioが急変し、チョ
ークコイル7に存在する抵抗Rxの両端間電圧Vxが変
動すると、この変動分ΔVxが第2の分圧抵抗R3,R
4の接続点25で分割される。このとき、第1の分圧抵抗
R1,R2の両端間電圧(V1+V2)が一定値となる
ように制御されるため、この第1の分圧抵抗R1,R2
と並列に接続される負荷9と一方の第2の分圧抵抗R4
との直列回路の両端間電圧(Vo+V4)も一定とな
り、一方の第2の分圧抵抗R4の両端間に発生する変動
分ΔV4が、そのまま出力電圧Voの変動分ΔVoとな
る。したがって、抵抗Rxよりも十分に大きな抵抗値の
第2の分圧抵抗R3,R4を選定すれば、この第2の分
圧抵抗R3,R4による損失は極めて小さく、かつ出力
電圧ラインには抵抗が介在しないため、DC/DCコン
バータA1,A2…の並列運転時において、所望の負荷
変動値を得ることができるとともに、従来よりも損失を
著しく減らすことが可能になる。
4の抵抗値を適宜選定するだけで、出力電流Ioに対す
る出力電圧Voの変動分ΔVoを、簡単に設定すること
ができる。
のではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、実
施例ではフォワード形のスイッチング電源装置について
説明したが、他の形式のスイッチング電源装置にも適用
できる。
置によれば、所望の負荷変動値を得る機能を損なわず
に、損失を著しく減らすことの可能なスイッチング電源
装置を提供できる。
によれば、所望の負荷変動値を得る機能を損なわずに、
損失を著しく減らすことの可能なスイッチング電源装置
を提供できる。
装置の回路図である。
圧との関係を示すグラフである。
装置の回路図である。
である。
示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 スイッチング素子をスイッチングするこ
とにより、トランスの二次巻線に発生した電圧を整流平
滑して負荷に直流出力電圧を供給すると共に、直列接続
した分圧抵抗の接続点の電圧レベルと、基準電源の基準
電圧とをコンパレータで比較し、その比較結果に応じて
スイッチング素子のスイッチングを制御する並列接続さ
れたDC/DCコンバータからなるスイッチング電源装
置において、前記分圧抵抗を前記負荷に並列接続すると
共に、前記分圧抵抗の他端との接続点と、前記基準電源
のマイナス側端子との接続点との間にあるマイナス側出
力電圧ラインに抵抗を挿入接続したことを特徴とするス
イッチング電源装置。 - 【請求項2】 スイッチング素子をスイッチングするこ
とにより、トランスの二次巻線に発生した電圧を整流平
滑回路により整流平滑して負荷に直流出力電圧を供給す
ると共に、直列接続した第1の分圧抵抗の接続点の電圧
レベルと、基準電源の基準電圧とをコンパレータで比較
し、その比較結果に応じてスイッチング素子のスイッチ
ングを制御する並列接続されたDC/DCコンバータか
らなるスイッチング電源装置において、前記整流平滑回
路は出力電圧ラインに挿入接続されたチョークコイルを
備え、このチョークコイルに存在する抵抗の両端間電圧
を分圧するために、直列接続した第2の分圧抵抗を該チ
ョークコイルの両端間に接続すると共に、前記第1の分
圧抵抗の一端を前記第2の分圧抵抗の接続点に接続し、
前記第1の分圧抵抗の他端を前記基準電源のマイナス側
端子と同電位に接続したことを特徴とするスイッチング
電源装置。
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