JP2014212642A - スイッチング電源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】回路構成の大規模化を招くことなしに過負荷を高精度に検出することのできる過負荷検出回路を備えたスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】第1のスイッチング素子を介して直流入力電力をスイッチングしてインダクタに蓄え、第2のスイッチング素子により上記インダクタに蓄えた電力を該インダクタの共振を利用して出力コンデンサに転送して直流出力電力を得る電流共振型の電力変換装置本体と、前記第1および第2のスイッチング素子を交互にオン駆動して前記インダクタを共振させる駆動制御回路と、前記インダクタの共振により発生する共振電圧のピーク値または実効値から前記電力変換装置本体の負荷状態を検出して前記駆動制御回路の動作を制御する過負荷検出回路とを備える。
【選択図】 図2

Description

本発明は、検出精度の高い簡易な構成の過負荷検出回路を備えたスイッチング電源装置に関する。
共振型DC-DCコンバータや同期整流昇圧型コンバータに代表される電流共振型のスイッチング電源装置は、高効率であり、薄型化に適していることから各種電子機器の電源装置として採用されている。またこの種のスイッチング電源装置には、通常、該スイッチング電源装置の過負荷状態を検出してIGBTやMOS-FET等のスイッチング素子のオン駆動を停止させ、これによって負荷および上記スイッチング素子等を保護する保護機能が設けられる。
ちなみに上述した過負荷の検出は、従来では専らスイッチング電源装置の、例えば絶縁トランスの二次側における出力電力を監視することにより行われている。しかし上記絶縁トランスの二次側に過負荷検出回路を設けた場合、その構成が大掛かりとなる上、スイッチング電源装置のコストアップの要因となることが否めない。そこで従来、例えば特許文献1,2にそれぞれ開示されるように前記絶縁トランスの一次側において負荷状態を監視することが提唱されている。
具体的には特許文献1には、直流電力をスイッチングして絶縁トランスに流れる電流を制御するスイッチング素子を備えたDC-DCコンバータにおいて、前記絶縁トランスにおける一次巻線の一端に生じるVS電圧と、該絶縁トランスの一次巻線に流れる共振電流との積の積分値から負荷に供給される実効電力を求め、この実効電力から負荷状態を検出することが提唱されている。また特許文献2には、前記絶縁トランスに流れる共振電流の平均値からその負荷状態を検出する技術が開示されている。
米国特許第6087782号明細書 特開2012−170218号公報
しかしながら特許文献1に開示される手法においては、上述した実効電力を算出する上での回路規模が大掛かりとなることか否めない。しかも前記VS電圧および前記共振電流の検出精度、並びに積分回路での演算精度等を考慮すると、過負荷状態を高精度に検出することが難しい。また特許文献2に開示される手法においては、共振電流を平均化する上での平均化回路や乗算回路等が必要となり、回路規模が大型化すると言う問題がある。
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、回路構成の大規模化を招来することなしに過負荷を高精度に検出することのできる簡易な構成の過負荷検出回路を備えたスイッチング電源装置を提供することにある。
本発明は、電流共振型のDC-DCコンバータや同期整流昇圧型コンバータに代表されるスイッチング電源装置において、共振回路を形成する絶縁トランスの一次巻線、或いは共振用リアクトルに流れる共振電流が、励磁電流と負荷電流とからなることに着目している。そして無負荷の場合にはスイッチング素子を駆動する上でのゲインを維持する為の所定の励磁電流が流れて共振電圧が発生すること、また負荷が重くなるに従って負荷電流が増加し、これに伴って前記共振電圧が増大することに着目している。特に前記共振電圧のピーク値が、例えば図1に示すように負荷の大きさ(重さ)に応じて比例的に増加することに着目している。
そこで上述した目的を達成するべく本発明に係るスイッチング電源装置は、
第1のスイッチング素子を介して直流入力電力をスイッチングしてインダクタに蓄え、第2のスイッチング素子により上記インダクタに蓄えた電力を該インダクタの共振を利用して出力コンデンサに転送して直流出力電力を得る電流共振型の電力変換装置本体と、
前記第1および第2のスイッチング素子を交互にオン駆動して前記インダクタを共振させる駆動制御回路と、
前記インダクタの共振により発生する共振電圧のピーク値または実効値から前記電力変換装置本体の負荷状態を検出して前記駆動制御回路の動作を制御する過負荷検出回路と
を具備したことを特徴としている。
ちなみに前記電力変換装置本体は、例えば共振型DC-DCコンバータからなる。具体的には上記共振型DC-DCコンバータは、直流電圧源にコンデンサを介して絶縁トランスの一次巻線を接続して該絶縁トランスのリーケージインダクタンスと前記コンデンサとにより形成した直列共振回路を備える。更に前記共振型DC-DCコンバータは、駆動制御回路により駆動され、オン時に前記直流入力電圧源からの入力電圧を前記直列共振回路に印加する第1のスイッチング素子と、前記直列共振回路に並列接続され、前記第1のスイッチング素子のオフ時に前記駆動制御回路によりオン駆動されて前記直列共振回路の電流路を形成する第2のスイッチング素子とを備える。そして前記絶縁トランスの二次巻線側に生起された電力をダイオードを介して整流し、出力コンデンサを介して上記ダイオードを介して整流された電力を平滑化して出力するように構成される。そして前記共振電圧のピーク値または実効値については、例えば前記絶縁トランスの補助巻線に生起される電圧から、或いは前記絶縁トランスの一次巻線に生じる電圧を抵抗分割または容量分割して検出するように構成される。
また前記電力変換装置本体は、例えば同期整流昇圧型コンバータからなる。具体的には上記同期整流昇圧型コンバータは、直流電圧源に共振用リアクトルを介して接続され、前記駆動制御回路により駆動されてオン時に前記直流電圧源からの入力電圧を共振用リアクトルに印加する第1のスイッチング素子と、この第1のスイッチング素子のオフ時に前記駆動制御回路によりオン駆動されて前記共振用リアクトルに蓄積された電力エネルギーを出力コンデンサに転送する第2のスイッチング素子とを備えて構成される。そして前記共振電圧のピーク値または実効値については、例えば前記共振用リアクトルの補助巻線に生起される電圧から検出されるように構成される。
尚、前記過負荷検出回路については、前記第1のスイッチング素子のオン駆動、または前記第2のスイッチング素子のオン駆動に同期して、そのときの共振電圧から過負荷を検出するよう構成すれば十分である。
上記構成のスイッチング電源装置によれば、インダクタでの共振電流が負荷電流と励磁電流とにより構成されることに着目し、前記インダクタの共振により発生する共振電圧のピーク値または実効値から前記電力変換装置本体の負荷状態を検出するので、簡易に、しかも精度良く負荷状態を検出することができる。しかも絶縁トランスの一次側において従来のような煩雑な演算処理を要することなく負荷状態を簡易に検出することができる。従って過負荷検出回路を備えたスイッチング電源装置を安価に構築することができる等の効果が奏せられる。
本発明の基礎となる負荷の大きさと共振電圧のピーク値との関係を示す図。 本発明の第1の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成図。 図2に示すスイッチング電源装置における駆動制御回路の概略構成を示す図。 駆動制御回路に設けられる過負荷検出回路の構成例を示す図。 過負荷検出回路の基本動作を示す図。 過負荷検出回路による過負荷検出動作を示す図。 過負荷検出回路の別の構成例を示す図。 過負荷検出回路の更に別の構成例を示す図。 本発明の第2の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成図。 本発明の第3の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成図。 本発明の別の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成図。
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る電流共振型のスイッチング電源装置について説明する。
図2は本発明の第1の実施形態に係る電流共振型のスイッチング電源装置(DC-DCコンバータ)の概略構成図である。このスイッチング電源装置1は、直流電圧源にコンデンサC5を介して絶縁トランスTの一次巻線P1を接続し、該絶縁トランスTのリーケージインダクタンス(漏れインダクタンス)と前記コンデンサC5とにより形成した直列共振回路を主体として構成される。前記絶縁トランスTの一次巻線P1に直列に接続された第1のスイッチング素子Q1は、他励発振動作する駆動制御回路(電源IC)2によりオン駆動されて前記直流入力電圧源からの入力電圧Vinを前記直列共振回路に印加する。また前記直列共振回路に並列接続された第2のスイッチング素子Q2は、前記第1のスイッチング素子Q1のオフ時に前記駆動制御回路2によりオン駆動されて前記直列共振回路の共振電流路を形成する。これらの第1および第2のスイッチング素子Q1,Q2は、例えば高耐圧のn型MOS-FETからなる。
そして前記絶縁トランスTの二次巻線S1,S2に生起された電力は、ダイオードD3,D4および出力コンデンサC6からなる出力回路を介して整流・平滑化され、出力電圧Voutとして負荷(図示せず)に供給される。これらの回路部によって共振型電力変換装置本体3が構築される。そして前記出力電圧Vout、具体的には該出力電圧Voutと出力電圧設定値との偏差は出力電圧検出回路4にて検出され、フォトカプラPCを介してFB電圧として前記駆動制御回路2にフィードバックされる。
この駆動制御回路2にフィードバックされるFB電圧は、前記第1および第2のスイッチング素子Q1,Q2をオン・オフ駆動する出力制御信号のパルス幅変調に供され、これによって前記出力電圧Voutが安定化(一定化)される。尚、前記直流電圧源から供給される直流電力は、一般的には入力コンデンサC1を介してフィルタリングされた後、入力電圧Vinとして当該スイッチング電源装置1に給電される。
また前記駆動制御回路2には、前記絶縁トランスTの補助巻線P2に生起された電圧がダイオードD1とコンデンサC3とからなる整流回路を介して該駆動制御回路2の駆動電源電圧VCCとして印加される。また前記補助巻線P2に生起された電圧は、抵抗R1,R2を介して分圧されて前記駆動制御回路2の補助巻線電圧検出端子VWに入力され、後述する共振電圧のピーク値に基づく負荷状態の検出に供される。
さて前記駆動制御回路2は、図3にその要部概略構成を示すように前記第1のスイッチング素子Q1をオン・オフ駆動するローサイドドライブ回路11と、前記第2のスイッチング素子Q2をオン・オフ駆動するハイサイドドライブ回路12とを備える。これらの各ドライブ回路11,12は、制御回路13からの駆動制御信号を受けて前記第1および第2のスイッチング素子Q1,Q2を相反的にオン・オフ駆動し、これによって前記絶縁トランスTの一次巻線P1に流れる電流を制御する役割を担う。
ちなみに前記制御回路13は、発振回路14から与えられるパルス信号に基づいて前記各ドライブ回路11,12をそれぞれ駆動する駆動制御信号を生成する。特に前記発振回路14は、前記出力電圧検出回路4からフィードバックされるFB電圧に応じて前記パルス信号のパルス幅を変調(PWM変調)することで前記制御回路13の動作を制御し、これによって前記第1および第2のスイッチング素子Q1,Q2のオン期間をそれぞれ規定する。このパルス幅変調による前記第1および第2のスイッチング素子Q1,Q2のオン期間の制御により、該スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング動作に伴う出力電圧Voutが、前記出力電圧設定値となるように制御される。尚、前記発振回路14については、前記PWM信号に代えてFB電圧に応じた周波数のパルス信号(PFM信号)を前記駆動制御信号として生成するものであっても良い。
尚、前記駆動制御回路2は、該スイッチング電源装置の電源投入に伴う起動時には、前記入力電圧Vinを入力する起動回路15の下で動作を開始する。そして前記スイッチング素子Q1,Q2のオン・オフ駆動に伴って前記絶縁トランスTの補助巻線P2に電圧が生起された後には、前記駆動制御回路2は前述したように前記補助巻線P2に生起された電圧を受けてその動作を継続する。
また前記駆動制御回路2に設けられた過負荷検出回路16は、前記補助巻線電圧検出端子VWを介して検出される共振電圧Vxのピーク値から負荷状態を検出する。特に過負荷検出回路16は、前記共振電圧Vxのピーク値が所定の基準電圧Vrefを超えたとき、これを過負荷として検出する。そして前記過負荷検出回路16は、過負荷を検出したときに過負荷検出信号OLPを出力して前記制御回路13の動作を停止させ、これによって前記各ドライブ回路11,12による前記スイッチング素子Q1,Q2のオン駆動を停止させる。即ち、前記過負荷検出回路16は、過負荷検出時に前記スイッチング素子Q1,Q2のオン駆動を停止させることで、該スイッチング電源装置に接続された負荷(図示せず)、並びに前記スイッチング素子Q1,Q2を保護する役割を担う。
このような役割を担う前記過負荷検出回路16は、例えば図4に示すように前記第2のスイッチング素子Q2(ハイサイド側)のオン駆動時における共振電圧Vxのピーク値を検出するように構成される。具体的には前記過負荷検出回路16は、前記補助巻線電圧検出端子VWを介して検出される共振電圧Vxと所定の基準電圧Vrefとを比較器16aにて逐次比較する。そして前記ハイサイドドライブ回路12を駆動する駆動制御信号HIONを受けてアクティブとなるゲート回路(アンド回路)16bを介して上記比較器16aの出力をフリップフロップ16cに印加し、該フリップフロップ16cをセットすることで後述するように前記過負荷検出信号OLPを生成する。
即ち、前記過負荷検出回路16は、図5にその動作タイミングを示すように前記第2のスイッチング素子Q2がオン動作している期間において前記共振電圧Vxが前記基準電圧Vrefを超えたとき、前記フリップフロップ16cをセットするように構成される。尚、前記フリップフロップ16cは、前記ゲート回路(アンド回路)16bの出力が[L]レベルに反転したときに起動されるタイマー回路16dにより一定時間Treset後にリセットされる。
ちなみに前記タイマー回路16dは、定電流源Itにより一定電流で充電されるコンデンサCtと、前記ゲート回路(アンド回路)16bの出力を受けてオン動作して前記コンデンサCtを放電させてリセット(初期化)するスイッチSWと、前記コンデンサCtの充電電圧が所定の閾値電圧を超えたときに反転動作する反転回路(ノット回路)N1を備える。このコンデンサCtの充電電圧が前記閾値電圧を超えるまでの充電時間が前記一定時間Tresetである。そして前記反転回路N1の出力を、第2の反転回路(ノット回路)N2にて反転して前記フリップフロップ16cをリセットするように構成される。
従って前記タイマー回路16dは、図6にその動作タイミングを示すように前記共振電圧Vxが前記基準電圧Vrefを超えたタイミングで前記フリップフロップ16cをセットする。その後、前記共振電圧Vxが前記基準電圧Vrefを下回ると、前記タイマー回路16dは前記一定時間Tresetの経過後に前記フリップフロップ16cをリセットする。このようにしてセット・リセットされる前記フリップフロップ16cの出力は、所定の遅延時間Tdlyが設定された遅延回路16eを介して遅延制御されて出力される。具体的には前記遅延回路16eは、前記フリップフロップ16cの出力が前記遅延時間Tdlyに亘って継続することを条件として前記過負荷検出信号OLPを生成するように構成される。
このように構成された前記過負荷検出回路16は、図6に示すように前記共振電圧Vxが前記基準電圧Vrefを超える状態が前記遅延時間Tdlyに亘って継続したとき、これを過負荷状態であると判定して前記過負荷検出信号OLPを出力する。そしてこの過負荷検出信号OLPが前記制御回路13に与えられて前記ローサイドドライブ回路11および前記ハイサイドドライブ回路12の駆動がそれぞれ停止制御される。この結果、過負荷が検出されてから一定時間後(前記遅延時間Tdly後)に前記第1および第2のスイッチング素子Q1,Q2のオン駆動が停止されて過負荷に対する保護動作が実行される。
かくして上述した如く構成されたスイッチング電源装置1によれば、前記共振型電力変換装置本体3における共振電流に着目し、該共振電流によって生起される共振電圧のピーク値に着目して負荷状態を判定するので、過負荷検出を簡易に、しかも高精度に実行することができる。特に前述した特許文献1,2にそれぞれ紹介されるような演算処理を実行することなく過負荷状態を簡易に、且つ高精度に検出することができる。従って過負荷保護機能を備えた前記駆動制御回路2を電源ICとして実現する上で、その回路構成の簡素化を図ると共に、その製造コストの低廉化を図ることが可能となるので、その実用的利点が絶大である。
尚、上述した実施形態においては前記第2のスイッチング素子Q2をオン駆動する前記ハイサイドドライブ回路12に対する駆動制御信号HIONに同期させて過負荷の検出を行う例について示した。しかし前記共振型電力変換装置本体3における共振電流は、前記スイッチング素子Q1,Q2の相補的なオン・オフ動作に伴って発生するので対称性を有する。従って、例えば図7に示すように前記第1のスイッチング素子Q1をオン駆動する前記ローサイドドライブ回路11に対する駆動制御信号LWONに同期させて過負荷の検出を行うことも可能である。
更には図8に示すように前記各ドライブ回路11,12に対する駆動制御信号LWON,HIONのそれぞれに同期させて過負荷の検出を行うことも可能である。このように対称性を有する正の共振電流(共振電圧)と負の共振電流(共振電圧)とに基づいて過負荷をそれぞれ検出するように前記過負荷検出回路16を構成すれば、過負荷の検出精度を容易に高めることが可能となる。更には過負荷検出までの時間を短くすることが可能となり、過負荷に対する保護動作をいち早く実行することが可能となる。
ところで前述した実施形態においては、前記絶縁トランスTの補助巻線P2に生起される電圧から共振電圧のピーク値を検出するように構成した例について示した。しかし前記スイッチング素子Q1,Q2のオン・オフ動作に伴って前記絶縁トランスTの一次巻線P1に生じる共振電圧から直接的に過負荷を検出することも勿論可能である。
この場合、図9に本発明の第2の実施形態に係るスイッチング電源装置1の概略構成を示すように、前記絶縁トランスTの一次巻線P1に生じる共振電圧を、直列に接続された抵抗R11,R12を介して抵抗分圧して検出するように構成すれば良い。或いは図10に本発明の第3の実施形態に係るスイッチング電源装置1の概略構成を示すように、前記絶縁トランスTの一次巻線P1に生じる共振電圧を、直列に接続されたコンデンサC11,C12を介して容量分圧して検出するように構成しても良い。
このようにして前記絶縁トランスTの一次巻線P1に生じる共振電圧Vxを分圧して検出し、検出した共振電圧Vxのピーク値を判定するように構成しても先の実施形態と同様な効果が奏せられる。尚、このような構成を採用した場合には、前記絶縁トランスTの補助巻線P2については前記駆動制御回路2に対する電源電圧VCCの供給源として用いれば十分である。
尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば前記共振型電力変換装置本体3として同期整流昇圧型コンバータを用いる場合にも本発明を同様に適用することができる。ちなみに前記同期整流昇圧型コンバータは、例えば図11に示すように直流電圧源に共振用リアクトルLを介して接続され、前記駆動制御回路2により駆動されてオン時に前記直流電圧源からの入力電圧Vinを前記共振用リアクトルLに印加する第1のスイッチング素子Q1を備える。更に前記同期整流昇圧型コンバータは、前記第1のスイッチング素子Q1のオフ時に前記駆動制御回路2によりオン駆動されて前記共振用リアクトルLに蓄積された電力エネルギーを出力コンデンサに転送する第2のスイッチング素子Q2を備えて構築される。
このような同期整流昇圧型コンバータ(共振型電力変換装置本体3)に本発明を適用する場合には、例えば前記共振用リアクトルLの補助巻線に生じる共振電圧Vxを、抵抗R21,R22を介して分圧して前記駆動制御回路2に入力し、前記共振電圧Vxのピーク値から負荷状態を検出するようにすれば良い。またここでは前記共振電圧Vxのピーク値から負荷状態を検出したが、該共振電圧Vxの実効値から負荷状態を検出するように構成することも勿論可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
1 スイッチング電源装置
2 駆動制御回路(電源IC)
3 共振型電力変換装置本体(DC-DCコンバータ)
4 出力電圧検出回路
11 ローサイドドライブ回路
12 ハイサイドドライブ回路
13 制御回路
14 発振回路(PWM変調)
15 起動回路
16 過負荷検出回路
16a 比較器
16b ゲート回路(アンド回路)
16c フリップフロップ
16d タイマー回路
16e 遅延回路
Q1,Q2 スイッチング素子
T 絶縁トランス
P1 一次巻線
P2 補助巻線
S1,S2 二次巻線
R1,R2 抵抗
R11,R12 抵抗
C1,C2 コンデンサ

Claims (7)

  1. 第1のスイッチング素子を介して直流入力電力をスイッチングしてインダクタに蓄え、第2のスイッチング素子により上記インダクタに蓄えた電力を該インダクタの共振を利用して出力コンデンサに転送して直流出力電力を得る電流共振型の電力変換装置本体と、
    前記第1および第2のスイッチング素子を交互にオン駆動して前記インダクタを共振させる駆動制御回路と、
    前記インダクタの共振により発生する共振電圧のピーク値または実効値から前記電力変換装置本体の負荷状態を検出して前記駆動制御回路の動作を制御する過負荷検出回路と
    を具備したことを特徴とするスイッチング電源装置。
  2. 前記電力変換装置本体は、直流電圧源にコンデンサを介して絶縁トランスの一次巻線を接続して該絶縁トランスのリーケージインダクタンスと前記コンデンサとにより形成した直列共振回路と、
    前記駆動制御回路により駆動され、オン時に前記直流入力電圧源からの入力電圧を前記直列共振回路に印加する第1のスイッチング素子と、
    前記直列共振回路に並列接続され、前記第1のスイッチング素子のオフ時に前記駆動制御回路によりオン駆動されて前記直列共振回路の電流路を形成する第2のスイッチング素子と、
    前記絶縁トランスの二次巻線側に生起された電力を整流するダイオード、およびこのダイオードを介して整流された電力を平滑化して出力する出力コンデンサとを備えた共振型DC-DCコンバータからなる請求項1に記載のスイッチング電源装置。
  3. 前記共振電圧のピーク値または実効値は、前記絶縁トランスの補助巻線に生起される電圧から検出されるものである請求項2に記載のスイッチング電源装置。
  4. 前記共振電圧のピーク値または実効値は、前記絶縁トランスの一次巻線に生じる電圧を抵抗分割または容量分割して検出されるものである請求項2に記載のスイッチング電源装置。
  5. 前記電力変換装置本体は、直流電圧源に共振用リアクトルを介して接続され、前記駆動制御回路により駆動されてオン時に前記直流電圧源からの入力電圧を共振用リアクトルに印加する第1のスイッチング素子と、
    この第1のスイッチング素子のオフ時に前記駆動制御回路によりオン駆動されて前記共振用リアクトルに蓄積された電力エネルギーを出力コンデンサに転送する第2のスイッチング素子とを備えた同期整流昇圧型コンバータからなる請求項1に記載のスイッチング電源装置。
  6. 前記共振電圧のピーク値または実効値は、前記共振用リアクトルの補助巻線に生起される電圧から検出されるものである請求項5に記載のスイッチング電源装置。
  7. 前記過負荷検出回路は、前記第1のスイッチング素子のオン駆動、または前記第2のスイッチング素子のオン駆動に同期して、そのときの共振電圧から過負荷を検出する請求項1に記載のスイッチング電源装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5844432B1 (ja) * 2014-07-15 2016-01-20 堅田電機株式会社 電源回路
JP2017204921A (ja) * 2016-05-10 2017-11-16 富士電機株式会社 スイッチング電源装置
JP2018113762A (ja) * 2017-01-11 2018-07-19 富士電機株式会社 スイッチング電源装置
WO2019111504A1 (ja) * 2017-12-06 2019-06-13 富士電機株式会社 スイッチング電源装置の制御方法、スイッチング電源装置およびその制御回路

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105846414A (zh) * 2015-01-13 2016-08-10 富泰华工业(深圳)有限公司 电源控制模块供电防误电路
US10075083B2 (en) * 2015-04-02 2018-09-11 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Multi-step simplified optimal trajectory control (SOTC) based on only Vo and I load
US9692308B2 (en) * 2015-10-30 2017-06-27 Infineon Technologies Austria Ag Switch-mode power supply current monitoring with over current and overload protection
JP6665573B2 (ja) * 2016-02-17 2020-03-13 富士電機株式会社 スイッチング電源装置
US10326370B2 (en) * 2016-06-02 2019-06-18 Semiconductor Components Industries, Llc Controlling output voltage for power converter
CN109742964A (zh) * 2018-12-28 2019-05-10 成都芯源系统有限公司 具有输入功率限制的ac/dc变换器的控制电路和方法
CN109768711A (zh) * 2019-02-28 2019-05-17 深圳市西林电气技术有限公司 一种同步整流控制电路及方法
US11502609B2 (en) * 2019-11-04 2022-11-15 Appulse Power Inc. Digital nonlinear transformation for voltage-mode control of a power converter
EP4280442A4 (en) * 2021-02-20 2024-03-13 Huawei Tech Co Ltd LLC CONVERTER, CONTROL CIRCUIT, SOFT STARTING METHOD AND APPARATUS, AND CHIP

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07236271A (ja) * 1993-12-30 1995-09-05 Sanken Electric Co Ltd 共振型スイッチング電源装置
JP2002064976A (ja) * 1993-03-15 2002-02-28 Toshiba Corp 電源用磁気素子およびdc−dcコンバータ
JP2006340535A (ja) * 2005-06-03 2006-12-14 Mitsumi Electric Co Ltd 電流共振型マルチ出力dc/dcコンバータおよびその制御方法
JP2008061440A (ja) * 2006-09-01 2008-03-13 Fujitsu Ten Ltd 電源装置、電源装置の制御装置および電子装置
JP2008125266A (ja) * 2006-11-14 2008-05-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd スイッチング電源装置
US20110085354A1 (en) * 2009-10-08 2011-04-14 Acbel Polytech Inc. Burst mode resonant power converter with high conversion efficiency
JP2012170218A (ja) * 2011-02-14 2012-09-06 Sanken Electric Co Ltd スイッチング電源装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4078247A (en) * 1975-02-05 1978-03-07 Rca Corporation Inverter circuit control circuit for precluding simultaneous conduction of thyristors
US5583424A (en) 1993-03-15 1996-12-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic element for power supply and dc-to-dc converter
US6087782A (en) 1999-07-28 2000-07-11 Philips Electronics North America Corporation Resonant mode power supply having over-power and over-current protection
WO2003058799A1 (fr) * 2002-01-08 2003-07-17 Sanken Electric Co., Ltd. Convertisseur permettant l'amelioration du facteur de puissance et son procede de commande
JP2008283787A (ja) * 2007-05-10 2008-11-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd スイッチング電源装置
JP4979536B2 (ja) * 2007-10-15 2012-07-18 パナソニック株式会社 スイッチング電源装置
JP2011166917A (ja) * 2010-02-08 2011-08-25 Panasonic Corp スイッチング電源装置
CN102223064B (zh) * 2010-04-14 2014-01-22 天网电子股份有限公司 具过载延迟及短路保护机制的串联谐振转换器
KR101739550B1 (ko) * 2010-08-05 2017-05-25 페어차일드코리아반도체 주식회사 열 차단부, 이를 포함하는 스위치 제어부, 및 열 차단 보호 동작 제어 방법
JP5920075B2 (ja) * 2012-07-13 2016-05-18 富士電機株式会社 スイッチング電源装置
JP5920076B2 (ja) * 2012-07-13 2016-05-18 富士電機株式会社 スイッチング電源装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002064976A (ja) * 1993-03-15 2002-02-28 Toshiba Corp 電源用磁気素子およびdc−dcコンバータ
JPH07236271A (ja) * 1993-12-30 1995-09-05 Sanken Electric Co Ltd 共振型スイッチング電源装置
JP2006340535A (ja) * 2005-06-03 2006-12-14 Mitsumi Electric Co Ltd 電流共振型マルチ出力dc/dcコンバータおよびその制御方法
JP2008061440A (ja) * 2006-09-01 2008-03-13 Fujitsu Ten Ltd 電源装置、電源装置の制御装置および電子装置
JP2008125266A (ja) * 2006-11-14 2008-05-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd スイッチング電源装置
US20110085354A1 (en) * 2009-10-08 2011-04-14 Acbel Polytech Inc. Burst mode resonant power converter with high conversion efficiency
JP2012170218A (ja) * 2011-02-14 2012-09-06 Sanken Electric Co Ltd スイッチング電源装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5844432B1 (ja) * 2014-07-15 2016-01-20 堅田電機株式会社 電源回路
JP2017204921A (ja) * 2016-05-10 2017-11-16 富士電機株式会社 スイッチング電源装置
JP2021153390A (ja) * 2016-05-10 2021-09-30 富士電機株式会社 スイッチング電源装置
JP7095784B2 (ja) 2016-05-10 2022-07-05 富士電機株式会社 スイッチング電源装置
JP2018113762A (ja) * 2017-01-11 2018-07-19 富士電機株式会社 スイッチング電源装置
WO2019111504A1 (ja) * 2017-12-06 2019-06-13 富士電機株式会社 スイッチング電源装置の制御方法、スイッチング電源装置およびその制御回路
JPWO2019111504A1 (ja) * 2017-12-06 2020-04-23 富士電機株式会社 スイッチング電源装置の制御方法および制御回路
US10892688B2 (en) 2017-12-06 2021-01-12 Fuji Electric Co., Ltd. Switching power supply apparatus control method and control circuit of switching power supply apparatus

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