JP2008096754A - スイッチ回路、電源回路、および閃光装置 - Google Patents

スイッチ回路、電源回路、および閃光装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 スイッチの切り換え操作に伴う過渡期間を短縮するスイッチ回路を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明のスイッチ回路は、第1電圧が印加される第1電圧ラインと第2電圧が印加される第2電圧ラインとに接続され、下記の回路要素を備える。スイッチ素子Qaは、制御端子Gaを第2電圧側に電圧設定することで、第1電圧ラインを信号ノードNaに導通させる。スイッチ素子Qbは、信号ノードNaに接続された制御端子Gbを備え、制御端子Gbを第1電圧側に電圧設定することで、制御端子Gaを第2電圧ラインに導通させる。スイッチ部品は、第1接点状態において制御端子Gaを第2電圧ラインに接点接続し、第2接点状態において信号ノードNaを第2電圧ラインに接点接続する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、スイッチ回路、電源回路、および閃光装置に関する。
従来、閃光装置の電源スイッチとして、特許文献1の図4,図5に記載されるスイッチ回路が開示されている。このスイッチ回路では、スイッチ接点の移動によって、閃光装置の電源スイッチがオン状態になる。
特開平10−260459公報
本発明者は、閃光装置に採用する電源装置として、図6に記載の回路形式について検討した。この電源装置100では、電源スイッチSWがオン状態になると、スイッチ出力Voutが電流変動抑制用のインダクタLを介してDC−DCコンバータ14に給電される。
さらに、このスイッチ出力Voutは、CR回路を介して高域通過信号に整形され、DC−DCコンバータ14の動作制御端子CEに入力される。この高域通過信号は、電源スイッチSWがオンした直後のみハイレベルとなることで、DC−DCコンバータ14に起動トリガを与える。
電源スイッチSWは、理想的には、電源オン時にスイッチ抵抗が瞬時にゼロまで変化する。しかし、現実の電源スイッチSWは、接点接触の状態が機械的に変化するため、抵抗値ゼロまで瞬時に変化することは難しい。実際には、スイッチ抵抗が予測困難に変動する過渡期間を経過して、抵抗値ゼロに整定する。
特に、電源スイッチSWにスライドスイッチを使用した場合、ユーザーがスライド操作をゆっくり行うことでスイッチ内の接点移動が緩慢に生じる。このような動作では、スイッチ抵抗の過渡期間は特に長くなる。
ここで、電源オンの瞬間のスイッチ抵抗をRswとし、CR回路の抵抗をRとし、電源電圧をVinとすると、電源オンの瞬間における高域通過信号の瞬時値Vaは、
Va=Vin・R/(R+Rsw) …[1]
となる。この式に依れば、電源オンの瞬間のスイッチ抵抗Rswが大きいほど、高域通過信号の瞬時値Vaは低くなる(図2参照)。その結果、瞬時値Vaが起動トリガの閾値Vthを下回ると、DC−DCコンバータ14は起動しなくなる。この場合、DC−DCコンバータ14から装置本体側への電力供給は開始されない。したがって、電源スイッチSWがオン状態にも拘わらず、装置本体は起動しないという不具合が生じてしまう。
そこで、本発明では、スイッチの切り換え操作に伴う過渡期間を短縮するスイッチ回路を提供することを目的とする。
《1》 本発明のスイッチ回路は、第1電圧が印加される第1電圧ラインと第2電圧が印加される第2電圧ラインとに接続され、信号ノードNaの電圧を第1電圧/第2電圧に切り換えるスイッチ回路であり、下記の回路要素を備える。
スイッチ素子Qaは、制御端子Gaを第2電圧側に電圧設定することで、第1電圧ラインを信号ノードNaに導通させる。
スイッチ素子Qbは、信号ノードNaに接続された制御端子Gbを備え、制御端子Gbを第1電圧側に電圧設定することで、制御端子Gaを第2電圧ラインに導通させる。
スイッチ部品は、第1接点状態において制御端子Gaを第2電圧ラインに接点接続し、第2接点状態において信号ノードNaを第2電圧ラインに接点接続する。
《2》 なお好ましくは、信号ノードNaに接続された制御端子Gcを備え、制御端子Gcを第2電圧側に電圧設定することで、第1電圧ラインと制御端子Gaとを導通させるスイッチ素子Qcを備える。この場合、制御端子Gaの接続ラインに第1電圧/第2電圧を切り換え出力する。
《3》 また好ましくは、スイッチ部品は、第1接点状態において、第1電圧ラインと信号ノードNaとを接点接続する。この場合、信号ノードNaの接続ラインに第1電圧/第2電圧を切り換え出力する。
《4》 本発明の電源装置は、スイッチ回路、高域通過回路、および電源回路を備える。
このスイッチ回路は、《1》〜《3》のいずれか1項に記載のスイッチ回路である。
高域通過回路は、スイッチ回路における第1電圧/前記第2電圧の切り換え信号を高域通過処理して高域通過信号を生成する。
電源回路は、第1電圧/前記第2電圧の切り換え信号を介して給電を受け、高域通過信号の入力を契機に電力供給を開始する。
《5》 本発明の閃光装置は、《4》に記載の電源装置から供給される電力を用いて、閃光発光を行うことを特徴とする。
本発明では、スイッチ部品を第1接点状態にすると、スイッチ素子Qaの制御端子Gaは、接点接続によって第2電圧側へ電圧変化する。その結果、スイッチ素子Qaを介して、信号ノードNaと第1電圧ラインは導通する。この動作によって、第1接点状態へのスイッチ切り換えとほぼ同時に、信号ノードNaは第1電圧に変化する。
この信号ノードNaは、スイッチ素子Qbの制御端子Gbに接続される。そのため、制御端子Gbにも第1電圧が印加され、スイッチ素子Qbは導通する。この導通によって、制御端子Gaは、第2電圧ラインに接続される。そのため、制御端子Gaは第2電圧に安定的に設定される。その結果、スイッチ素子Qaの導通状態は安定し、信号ノードNaは第1電圧に安定的に維持される。
一方、スイッチ部品を第2接点状態にすると、信号ノードNaが第2電圧ラインに接点接続される。この接点接続によって信号ノードNaに接続される制御端子Gbは第2電圧側へ電圧変化する。その結果、スイッチ素子Qbは非導通に変化し、制御端子Gaと第2電圧ラインとは電気的に遮断される。その結果、スイッチ素子Qaも非導通に変化する。この状態では、信号ノードNaには、スイッチ部品の接点接続を介して、第2電圧が出力される。
このように、本発明では、スイッチ部品を第1接点状態に切り換えることによって、信号ノードNaの電圧を、短い過渡期間で第1電圧に切り換えることが可能になる。
《第1実施形態》
図1は、第1実施形態における閃光装置11の構成を示す図である。
図1において、閃光装置11は、電源装置12、システムコントロール用のCPU15、および、閃光発光を制御する閃光制御部16から概略構成される。電源装置12から出力される電源電圧Vccは、CPU15および閃光制御部16にそれぞれ供給される。
電源装置12は、スイッチ回路13を備える。このスイッチ回路13は、ユーザーによるスイッチ操作に応じて、スイッチ出力Voutを出力する。このスイッチ出力Voutは、電流変動抑制用のインダクタLを介して、DC−DCコンバータ14に給電される。
さらに、このスイッチ出力Voutは、CR回路を介して、高域通過信号に整形される。この高域通過信号は、起動トリガとして、DC−DCコンバータ14の動作制御端子CEに入力される。
なお、この動作制御端子CEは、CPU15にも接続される。通常、DC−DCコンバータ14は、閃光装置11に対する動作指令(チャージまたは発光などの指令)が一定時間無い場合、スイッチ回路13が電源オンの状態のまま省電力モードに移行する。この省電力モードでは、DC−DCコンバータ14は、CPU15を駆動可能な最小電圧のみを出力する。この状態において、CPU15が動作制御端子CEに制御パルスを与えることによって、省電力モード(スリープモード)にあるDC−DCコンバータ14を適時に再起動することができる。
[スイッチ回路13の構成説明]
スイッチ回路13は、電源電圧Vinが印加される電源ライン(第1電圧ライン)と、信号接地の基準となる接地電圧GNDが印加される接地ライン(第2電圧ライン)とに接続される。
Pチャンネルのスイッチ素子Qaは、ソース端子を電源ラインに接続し、ドレイン端子を信号ノードNaに接続し、ゲート端子Gaを電源スイッチSWのオン側接点に接続する。
Nチャンネルのスイッチ素子Qbは、ソース端子を接地ラインに接続し、ドレイン端子をゲート端子Gaに接続し、ゲート端子Gbを信号ノードNaに接続する。
電源スイッチSWは、オフ側接点が信号ノードNaに接続され、共通接点が接地ラインに接続され、オン側接点がゲート端子Gaに接続される。
[スイッチ回路13の動作説明]
スイッチ回路13の電源スイッチSWをオン状態に切り換えると、スイッチ素子Qaのゲート端子Gaが、接地ラインに接点接続される。この場合、ゲート端子Gaから接地ラインに流れる電流は極めて小さい。そのため、電源スイッチSWの過渡的なスイッチ抵抗の影響は小さく、ゲート端子Gaの電圧は接地電圧GND側へ瞬時に変化する。その結果、Pチャンネルのスイッチ素子Qaは導通状態に瞬時に変化し、信号ノードNaと電源ラインとが導通する。この動作によって、電源スイッチSWのオン状態へのスイッチ切り換えとほぼ同時に、信号ノードNaには電源電圧Vinが出力される。
この信号ノードNaは、スイッチ素子Qbのゲート端子Gbに接続される。そのため、ゲート端子Gbにも電源電圧Vinが印加される。その結果、Nチャンネルのスイッチ素子Qbは導通状態に変化する。このスイッチ素子Qbの導通によって、ゲート端子Gaは、電源スイッチSWをバイパスして、接地ラインに接続される。この動作によって、ゲート端子Gaは、電源スイッチSWに依らずに、接地電圧GNDに安定設定される。その結果、スイッチ素子Qaの導通状態は安定に維持され、信号ノードNaは電源電圧Vinを安定に出力する。
一方、電源スイッチSWをオフ状態に切り換えると、信号ノードNaが接地ラインに接点接続される。この接点接続によって、信号ノードNaに接続されるゲート端子Gbは接地電圧GND側へ電圧変化する。その結果、スイッチ素子Qbは非導通に変化し、ゲート端子Gaと接地ラインとは電気的に遮断される。このようにゲート端子Gaがフローティング状態となることにより、スイッチ素子Qaは非導通に変化する。この状態では、信号ノードNaは、電源スイッチSWの接点接続を介して、接地ラインに接続される。その結果、信号ノードNaは接地電圧GNDに変化する。
このように、電源スイッチSWのオン/オフ操作に従って、信号ノードNaの電圧を電源電圧Vin/接地電圧GNDに切り換えることができる。第1実施形態では、この信号ノードNaの電圧を、スイッチ回路13のスイッチ出力Voutとして使用する。
[第1実施形態の効果など]
(1)DC−DCコンバータ14の起動動作
上述したスイッチ回路13では、電源スイッチSWを緩慢にオン状態に切り換えた場合であっても、スイッチ素子Qaは瞬間的に導通する。このとき、スイッチ素子Qaのオン抵抗も、CR回路の時定数に比べて格段に短い過渡時間で実質ゼロに変化する。
したがって、図6の回路で説明したようなスイッチ抵抗Rswの影響は殆ど無く、図2に示すように、電源オンの瞬間における高域通過信号の瞬時値Vaは、
Va≒Vin …[2]
となる。したがって、瞬時値Vaは起動トリガの閾値Vthを確実に上回るようになり、DC−DCコンバータ14は安定に起動する。その結果、電源スイッチSWが緩慢にオン状態に切り換わった場合であっても、閃光装置11(電源装置12)を確実に起動させることが可能になる。
(2)チャタリングの影響抑制効果
電源スイッチSWをオン状態に切り換えた瞬間、スイッチ接点の機械的な接触振動によって、接点状態が導通/開放を繰り返す場合がある(以下、この現象をチャタリングという)。
図6に示す回路において、電源スイッチSWにチャタリングが生じると、スイッチ出力Voutは、電源電圧Vinとハイインピーダンス状態を振動的に繰り返す。この振動的な出力Voutが、CR回路を通過すると、図3に点線で示す高域通過信号に変換される。この高域通過信号は、チャタリングに伴って振動的に電圧変化するため、起動トリガの閾値Vthを複数回にわたって上回る。そのため、DC−DCコンバータ14に対して、重畳的に起動トリガがかかるといった不具合が発生する。
一方、第1実施形態では、電源スイッチSWのオン状態に切り換わった直後、スイッチ素子Qbの導通によってゲート端子Gaに接地電圧GNDを与えるバイパス路が形成される。この状態では、電源スイッチSWに接点開放が生じても回路的な影響はない。したがって、第1実施形態の高域通過信号は、チャタリングに拘わらず、図3に実線で示すような単発的な波形となる。そのため、DC−DCコンバータ14に対して、重畳的に起動トリガがかかるといった不具合を回避することができる。
《第2実施形態》
図4は、第2実施形態における閃光装置21の構成を示す図である。
第2実施形態の構成上の特徴は、第1実施形態のスイッチ回路13に代えて、スイッチ回路23を設けている点である。なお、その他の構成は、第1実施形態と同じため、ここでの重複説明を省略する。
スイッチ回路23は、電源電圧Vinが印加される電源ライン(第2電圧ライン)と、信号接地の基準となる接地電圧GNDが印加される接地ライン(第1電圧ライン)とに接続される。
Nチャンネルのスイッチ素子Qa′は、ソース端子を接地ラインに接続し、ドレイン端子を信号ノードNaに接続し、ゲート端子Ga′を電源スイッチSWのオフ側接点に接続する。
Pチャンネルのスイッチ素子Qb′は、ソース端子を電源ラインに接続し、ドレイン端子をゲート端子Ga′に接続し、ゲート端子Gb′を信号ノードNaに接続する。
Nチャンネルのスイッチ素子Qcは、ソース端子を接地ラインに接続し、ドレイン端子をゲート端子Ga′に接続し、ゲート端子Gcを信号ノードNaに接続する。
電源スイッチSWは、オフ側接点が信号ノードNaに接続され、共通接点が電源ラインに接続され、オン側接点がゲート端子Ga′(図4に示す信号ノードNb)に接続される。
[スイッチ回路23の動作説明]
スイッチ回路23の電源スイッチSWをオン状態に切り換えると、スイッチ素子Qa′のゲート端子Ga′(信号ノードNb)が、電源ラインに接点接続される。この場合、電源ラインからゲート端子Ga′に流れる電流は極めて小さい。そのため、電源スイッチSWの過渡的なスイッチ抵抗の影響は小さく、ゲート端子Ga′の電圧は電源電圧Vin側へ瞬時に変化する。その結果、Nチャンネルのスイッチ素子Qa′は導通状態に瞬時に変化し、信号ノードNaと接地ラインとが導通する。すると、ゲート端子Gb′に接地電圧GNDが印加され、Pチャンネルのスイッチ素子Qb′は導通状態に変化する。その結果、信号ノードNbは、電源スイッチSWをバイパスして、電圧ラインに接続される。このバイパス路によって、ゲート端子Ga′は、電源スイッチSWの接点状態に依らずに、電源電圧Vinに安定設定される。その結果、スイッチ素子Qa′およびスイッチ素子Qb′の導通状態は安定に維持され、信号ノードNbは電源電圧Vinを安定出力する。したがって、電源スイッチSWのオン状態へのスイッチ切り換えとほぼ同時に、信号ノードNbからは電源電圧Vinが出力される。
一方、電源スイッチSWをオフ状態に切り換えると、信号ノードNaが電源ラインに接点接続される。この接点接続によって、信号ノードNaに接続されるゲート端子Gb′は電源電圧Vin側へ電圧変化する。その結果、スイッチ素子Qb′は非導通に変化し、ゲート端子Ga′(信号ノードNb)と電源ラインとは電気的に遮断される。このとき、スイッチ素子Qa′のゲート端子Ga′はフローティング状態となり、スイッチ素子Qa′は非導通に変化する。一方、信号ノードNaを介して、スイッチ素子Qcのゲート端子Gcは電源電圧Vin側へ電圧変化する。これによって、Nチャンネルのスイッチ素子Qcは導通状態に変化し、信号ノードNbは接地ラインに接続される。その結果、電源スイッチSWのオフ状態へのスイッチ切り換えとほぼ同時に、信号ノードNbからは接地電圧GNDが出力される。
このように、電源スイッチSWのオン/オフ操作に従って、信号ノードNbの電圧を電源電圧Vin/接地電圧GNDに切り換えることができる。第2実施形態では、この信号ノードNbの電圧を、スイッチ回路23のスイッチ出力Voutとして使用する。
[第2実施形態の効果など]
第2実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、第2実施形態の特徴は、オン状態の電源スイッチSWを経由して、電源電流をDC−DCコンバータ14に定常的に供給する点である。この構成では、スイッチ素子Qb′に大きな電源電流を流す必要がないため、スイッチ素子Qb′に小電力用の素子を採用できる。その結果、スイッチ回路23の小型化や低コスト化を容易に実現できる。
なお、スイッチ素子Qb′を通過する電源電流を更に積極的に抑制するため、スイッチ素子Qb′のドレイン端子と信号ノードNbとの間に抵抗(CR回路のRよりも充分に小さな抵抗値であれば問題ない)を挿入してもよい。
《第3実施形態》
図5は、第3実施形態における閃光装置31の構成を示す図である。
第3実施形態の構成上の特徴は、第1実施形態のスイッチ回路13に代えて、スイッチ回路33を設けている点である。なお、その他の構成は、第1実施形態と同じため、ここでの重複説明を省略する。
スイッチ回路33では、スイッチSWとして2回路スイッチを採用して、オン状態において電源ラインと信号ノードNaとを接点接続する点である。なお、その他の構成は、第1実施形態のスイッチ回路13と同じため、ここでの重複説明を省略する。
[第3実施形態の効果など]
第3実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、第3実施形態の特徴は、オン状態の電源スイッチSWを経由して、電源電流をDC−DCコンバータ14に定常的に供給する点である。この構成では、スイッチ素子Qaに大きな電源電流を流す必要がないため、スイッチ素子Qaに小電力用の素子を採用できる。その結果、スイッチ回路33の小型化や低コスト化を容易に実現できる。
なお、スイッチ素子Qaを通過する電源電流を更に積極的に抑制するため、スイッチ素子Qaのドレイン端子と信号ノードNaとの間に抵抗(CR回路のRよりも充分に小さな抵抗値であれば問題ない)を挿入してもよい。
《実施形態の補足事項》
なお、上述した実施形態では、スイッチ素子として電界効果トランジスタを使用している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。スイッチ素子としてバイポーラトランジスタその他のスイッチ素子を使用してもよい。
また、回路動作が等価であれば、電源の極性、回路素子の極性や導電型などを反転させてもよい。
なお、上述した実施形態では、基本的な回路構成を示している。したがって、回路動作に支障無い回路素子や、発振防止用の回路素子や、短絡防止用の回路素子や、省電力用の回路素子などを回路上に適宜追加してもよい。
また、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、前述の実施例はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。
以上説明したように、本発明は、スイッチ回路、電源装置、または閃光装置などに利用可能な技術である。
第1実施形態における閃光装置11の構成を示す図である。 緩慢なスイッチ操作時の高域通過信号を示す図である。 チャタリング発生時の高域通過信号を示す図である。 第2実施形態における閃光装置21の構成を示す図である。 第3実施形態における閃光装置31の構成を示す図である。 CR結合によって起動トリガをかける電源装置を示す図である。
符号の説明
11…閃光装置,12…電源装置,13…スイッチ回路,14…DC−DCコンバータ,15…CPU,16…閃光制御部,21…閃光装置,23…スイッチ回路,31…閃光装置,33…スイッチ回路,CE…動作制御端子,Na…信号ノード,Nb…信号ノード,Qa…スイッチ素子,Qa′…スイッチ素子,Qb…スイッチ素子,Qb′…スイッチ素子,Qc…スイッチ素子,Ga…ゲート端子,Ga′…ゲート端子,Gb…ゲート端子,Gb′…ゲート端子,Gc…ゲート端子,SW…電源スイッチ

Claims (5)

  1. 第1電圧が印加される第1電圧ラインと第2電圧が印加される第2電圧ラインとに接続され、信号ノードNaの電圧を前記第1電圧/前記第2電圧に切り換えるスイッチ回路であって、
    制御端子Gaを前記第2電圧側に電圧設定することで、前記第1電圧ラインを信号ノードNaに導通させるスイッチ素子Qaと、
    前記信号ノードNaに接続された制御端子Gbを備え、前記制御端子Gbを前記第1電圧側に電圧設定することで、前記制御端子Gaと前記第2電圧ラインとを導通させるスイッチ素子Qbと、
    第1接点状態において前記制御端子Gaを前記第2電圧ラインに接点接続し、第2接点状態において前記信号ノードNaを前記第2電圧ラインに接点接続するスイッチ部品と
    を備えたことを特徴とするスイッチ回路。
  2. 請求項1に記載のスイッチ回路において、
    前記信号ノードNaに接続された制御端子Gcを備え、前記制御端子Gcを前記第2電圧側に電圧設定することで、前記第1電圧ラインと前記制御端子Gaとを導通させるスイッチ素子Qcを備え、
    前記制御端子Gaの接続ラインに前記第1電圧/前記第2電圧を切り換え出力する
    ことを特徴とするスイッチ回路。
  3. 請求項1に記載のスイッチ回路において、
    前記スイッチ部品は、前記第1接点状態において、前記第1電圧ラインと前記信号ノードNaとを接点接続し、
    前記信号ノードNaの接続ラインに前記第1電圧/前記第2電圧を切り換え出力する
    ことを特徴とするスイッチ回路。
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のスイッチ回路と、
    前記スイッチ回路における前記第1電圧/前記第2電圧の切り換え信号を高域通過処理して高域通過信号を生成する高域通過回路と、
    前記第1電圧/前記第2電圧の切り換え信号を介して給電を受け、前記高域通過信号の入力を契機に電力供給を開始する電源回路と、
    を備えることを特徴とする電源装置。
  5. 請求項4に記載の電源装置を備え、前記電源装置から供給される電力を用いて、閃光発光を行う閃光装置。
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