JP4222352B2 - 電源回路 - Google Patents

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Description

この発明は、商用交流電源を整流して昇圧し、この昇圧した直流電圧をスイッチングしてトランスの一次側に入力し、トランスの二次側出力電圧を整流して、制御回路や負荷回路に供給する電源回路に関する。
トランスの一次側に昇圧回路を設ける電源回路としては、たとえばプロジェクターに設けられる電源回路がある。プロジェクターの負荷回路としては、ランプ駆動回路があるために、通常は直流の高電圧が必要である(たとえば、DC380V)。
そこで、従来もっぱら使用されているプロジェクター用の電源回路では、商用交流電源を整流した後昇圧することによってランプ用の直流高電圧を生成し、さらに、この電圧をトランスの一次側に入力してスイッチングすることによって、二次側で所望の直流電圧を形成するようにしている。また、世界各国に供給されるプロジェクター用電源回路では、国による商用交流電圧の相違を吸収するために、入力電源電圧の定格をAC100V〜240Vの範囲に設定しているものが多く、この範囲の入力電源電圧の中のどの電圧であっても昇圧回路が作動し、いずれの場合も昇圧回路の出力電圧が一定の電圧(DC380V等)に制御されるようになっている。さらに、電源オンオフ用の電源投入スイッチ(ハードスイッチ)が設けられており、この電源オンオフ用の電源投入スイッチを切り換えることによって、装置への電源入力と昇圧回路のオンオフを制御するようにしている。したがって、電源投入スイッチをオンすると、商用電源電圧が装置本体に入力し、且つ同時に昇圧回路が作動して、トランスの一次側に昇圧された所定の直流高電圧が入力されることになる。
一方、プロジェクターを含む最近の電子機器に使用される制御用のIC(制御回路)には、PowerGood信号の入力端子が設けられている。このPowerGood信号は、制御回路に対して入力する電源電圧が動作保証電圧であることを示す信号であり、制御回路は、このPowerGood信号を受けると全体をリセットし、ソフトウェア上やイニシャライズ処理を行って動作を開始することになる。一般に、このPowerGood信号は電源回路において生成され、5V、2.5V、12V等のの各種電源電圧が全て各回路を動作させるのに十分な保証電圧に達したタイミングで形成するようにしている。
上記のプロジェクター用の電源回路では、従来、このPowerGood信号を、昇圧回路が作動して所定の直流高電圧(たとえば、DC380V)が形成された時に形成していた。昇圧回路が正常に作動すると、制御回路に供給するための電圧(トランスの二次側出力電圧)は、急速に立ち上がって保証電圧に達するからである。したがって、従来のプロジェクター用の電源回路では、電源投入スイッチがオンされると、短時間でPowerGood信号が形成されていた。また、電源スイッチがオフされると、昇圧回路の動作が直ちに停止するために、これを検出してPowerGood信号も直ちにオフするようにしていた。制御回路では、PowerGood信号がオンすると制御回路のリセットが行われ、また、PowerGood信号がオフすると、商用電源を整流する整流回路に設けられている大容量のコンデンサの充電電荷を利用して、ソフトウェア上及びハードウェア上所定の終了を行うための必要な処理を行っていた。
なお、プロジェクターの電源回路としては、従来、制御電圧が安定した後にランプを点灯させるための時定数回路を設け、この回路によってランプを始動する装置が示されている(たとえば、特許文献1)。
特開平8−36221号公報
上記のように、従来の電源回路(特に、プロジェクター用の電源回路)では、電源投入スイッチをオンすると昇圧回路が作動し、このスイッチをオフすると昇圧回路もオフするように構成されているが、コストダウンと、操作性の改善のためにこの電源投入スイッチを省略し、制御回路にソフトONスイッチ、ソフトOFFスイッチを接続し、このソフトONスイッチ、ソフトOFFスイッチの操作で負荷回路の駆動を制御するものが提案されている。このソフトスイッチを用いる場合は、電源コンセントに電源プラグを挿入した状態でソフトONスイッチをオンすると昇圧回路が作動し、これにより負荷回路に所定の電源電圧が供給される。
しかし、昇圧回路として、インダクタに流れる電流をスイッチングすることによって昇圧する昇圧回路が採用されているために、昇圧回路が作動しない時には、入力電源電圧を整流した直流電圧がそのままトランスの一次側に供給されるようになる。このため、従来のように、昇圧回路の出力電圧(昇圧電圧)が一定の直流高電圧(たとえば、DC380V)になるのを検出してPowerGood信号を生成するように構成すると、電源プラグ挿入後にPowerGood信号が生成されないことになるため、制御回路は動作せず、したがって、ソフトONスイッチをオンにしても昇圧回路が作動しないという不都合があった。
この発明の目的は、入力電源電圧をインダクタを介して昇圧する昇圧回路を用いた電源回路において、昇圧回路が作動していなくてもPowerGood信号が生成される電源回路を提供することにある。
上記課題を解決するために、この発明は次のように構成される。
(1)この発明の電源回路では、入力電源電圧に直列にインダクタを接続したスイッチング昇圧回路が用いられる。具体的には、インダクタの出力側にスイッチング素子を接続し、このスイッチング素子をオンしている時にインダクタにエネルギを蓄積し、スイッチング素子をオフすることによってこのエネルギを負荷側のコンデンサに放出する。この時のスイッチング素子のオンオフ時間を制御することによって、昇圧動作が可能となる。このようなスイッチング昇圧回路を用いることによって、昇圧回路がオフしている時には、入力電源電圧はインダクタを介してそのまま出力される。なお、昇圧回路の入力側には商用交流電源をダイオードブリッジ等によって整流した直流電圧が入力される。
負荷回路には、上記昇圧回路によって昇圧された電圧が供給される。
また、上記昇圧回路で昇圧された電圧はトランスの一次側に入力し、これをスイッチングすることによって、トランスの二次側出力を得る。本発明の電源電圧供給回路では、トランスの二次側出力電圧を一方の極性に整流し、これをトランスの一次側にフィードバックすることによって一定電圧に制御する。二次側の出力電圧としては、たとえば5V、12V、2.5V等である。これらの電圧は制御回路に電源電圧として供給される。
また、トランスの二次側出力に基づいて、制御回路に対して入力する電源電圧が動作保証電圧であることを示すPowerGood信号がPowerGood信号を生成回路において生成される。
上記PowerGood信号生成回路は、前記電源電圧供給回路の出力電圧の立ち上がり、すなわち、12V、5V、2.5V等の出力電圧の立ち上がりから所定の時定数によりPowerGood信号をオンする時定数回路を含んでいる。たとえば、2.5Vの出力電圧回路とグラウンド間に接続される抵抗とコンデンサで構成されるCR回路によってこの時定数回路が構成される。さらに、このPowerGood信号生成回路は、トランスの二次側出力電圧を他方の極性に整流し、この電圧の大きさに基づいて前記時定数回路を短絡してPowerGood信号をオフするPowerGood信号オフ回路を備えている。このPowerGood信号オフ回路は、たとえば、ツェナーダイオードを含んでいる。このPowerGood信号オフ回路は、入力電源電圧が停電した時から、すなわち、操作者が電源プラグをコンセントから引き抜いた時や、停電した時等、昇圧回路の入力側に接続されている整流回路の入力電圧がなくなった時から、前記他方の極性の電圧が低下して0になるまでの途中の電圧で前記CR回路等の時定数回路を短絡する信号を生成する時定数回路短絡信号生成回路を備えている。具体的には、この時定数回路短絡信号生成回路は、たとえば、ツェナーダイオードで構成される。
また、前記時定数回路を短絡するためには、たとえば時定数回路のコンデンサに並列に接続されるスイッチ素子(たとえば、トランジスタ素子)が用いられる。
この発明によれば、制御回路に接続されるソフトONスイッチによって負荷回路(たとえば、プロジェクターではランプ回路)を駆動する装置において、電源プラグをコンセントに挿入した時に、確実にPowerGood信号が生成されることになるため、このソフトONスイッチを操作することによって昇圧回路を確実に作動させることができる。
図1は、この発明の実施形態である電源回路を含むプロジェクターの概略の構成図である。
商用交流電源1は、AC100V〜AC240Vの範囲から選ばれた電圧である。たとえば、日本では商用交流電源1はAC100Vである。この商用交流電源1の電源コンセント2に対し電源プラグが挿入されると、商用交流電源1がダイオードブリッジからなる整流回路3に入力される。整流回路3の出力側には、大容量のコンデンサ4が接続され、さらに、昇圧回路5が接続されている。昇圧回路5の出力側には、ランプ回路6、及びトランス7が接続され、昇圧された電圧がランプ回路6に供給されると同時にトランス7の一次側に入力される。トランス7の二次側は、+極に整流する整流ダイオードを含む電源電圧供給回路8、及びPowerGood信号生成回路に接続される。電源電圧供給回路8で整流された電圧は、電源電圧として制御回路10に供給される。また、PowerGood信号生成回路9で生成されたPowerGood信号は制御回路10に出力される。
前記制御回路10には、ソフトONスイッチ11a、ソフトOFFスイッチ11b、ファン回路12及びその他の回路13等が接続されている。
前記昇圧回路5は、整流回路3で整流された入力電源電圧が供給されるインダクタ50、このインダクタ50の出力側に接続されるスイッチング素子51及び整流ダイオード52、整流ダイオード52の出力側に接続される平滑コンデンサ53、及び、スイッチング素子51を駆動するスイッチング駆動回路54を含んでいる。
前記ランプ回路6は、ランプ駆動回路60とランプ61とで構成され、ランプ駆動回路60は、昇圧回路5が昇圧した電圧によって駆動される。
前記電源電圧供給回路8は、トランス7の二次側出力電圧を+極に整流するダイオード80、その出力側に接続される平滑コンデンサ81、ダイオード80で整流した電圧をトランス7の一次側にフィードバックするフィードバック回路、トランス7の一次側入力電圧をスイッチングするスイッチング素子82、このスイッチング素子82を、前記フィードバック信号に基づいてスイッチング駆動するスイッチング駆動回路83を備えている。
上記の構成で、商用交流電源1の電源コンセント2に対して、装置の電源プラグが挿入されると、商用交流電源は、ダイオードブリッジからなる整流回路3で整流され、昇圧回路5に入力される。昇圧回路5は、制御回路10から昇圧動作信号Sが入力されない限り動作しないため、この整流回路3で整流された電圧は、昇圧回路5のインダクタ50を通過して、昇圧されることなくそのままランプ回路6及びトランス7の一次側に入力される。この時、昇圧回路5は昇圧動作をしてないために、ランプ回路6は作動することはない。一方、トランス7の二次側出力電圧は電源電圧供給回路8を介してスイッチング駆動回路83にフィードバックされ、スイッチングトランジスタ82は、トランス7の二次側出力電圧が一定電圧になるようにスイッチングする。このため、昇圧回路5が昇圧動作をしていなくても、電源投入後一定時間経過すると、電源電圧供給回路8からは制御回路10に対して所定の電圧が電源電圧として供給される。
一方、PowerGood信号生成回路9は、後述のように、昇圧回路5が作動していなくてもPowerGood信号を生成して制御回路10に供給する。このため、このPowerGood信号が制御回路10に供給されると、制御回路10は、動作可能状態となり、その後にソフトONスイッチ11aがオンすると、昇圧回路5のスイッチング駆動回路54に対して昇圧動作信号Sを出力する。これにより、ランプ回路6の動作が可能となる。
装置の動作中に、ソフトOFFスイッチ11bが操作されると、制御回路10から昇圧回路5に対して供給されている昇圧動作信号Sが立ち下がる。これにより、昇圧回路5は昇圧動作を停止して元の待機状態に戻る。そして、ソフトON信号11aが再び操作されると、待機状態から動作信号に遷移して、ランプ回路6が動作する。
後述のように、PowerGood信号生成回路9は、電源コンセント2に電源プラグが挿入されたときに、昇圧回路5が昇圧動作をしていなくてもPowerGood信号を生成し、これを制御回路10に供給するから、その後にソフトONスイッチ11aが操作されると、制御回路10は昇圧動作信号Sを立ち上げて昇圧回路5を動作状態とすることができる。
また、後述のように、PowerGood信号生成回路9は、電源コンセント2から電源プラグを引き抜いたりするなど、停電状態となった場合には、直ちに、制御回路10に対して供給しているPowerGood信号をオフする。この時、制御回路10は、整流回路3の出力側に接続されている大容量の電解コンデンサ4に充電されている電荷等によりハードウェア上及びソフトウェア上必要な終了処理を行う。
以上より、PowerGood信号生成回路9は、電源プラグが挿入された時に昇圧動作が行われなくてもPowerGood信号を生成して制御回路10に供給し、且つ、停電状態になった時には直ちにPowerGood信号をオフする機能を持っている。
図2は、PowerGood信号生成回路9を含む電源回路の要部回路図を示している。
トランス7の二次側出力端子は、3つあり、それぞれ、12V、5V、2.5V用となっている。各出力電圧は、ダイオード80(80a、80b、80c)、平滑コンデンサ81(81a、81b、81c)を介して整流平滑され、さらにインダクタと平滑コンデンサを介して出力される。また、12Vの出力電圧は、フィードバック部84を介してスイッチング駆動回路83にフィードバックされ、12Vの直流出力電圧が安定した電圧となるようにスイッチングトランジスタ82のオンオフが制御される。なお、出力電圧12Vが安定すると、5V、2.5Vも安定するため、本実施形態では、12Vの出力電圧のみフィードバックしている。
PowerGood信号生成回路9は、トランス7の2.5V生成用の二次側出力電圧Pを利用して行う。トランス7の出力電圧Pはダイオード80cによって+極に整流されると同時に、PowerGood信号生成回路9のダイオード90によって、−極に整流され、この−極に整流された電圧がツェナーダイオード91に供給される。ツェナーダイオード91のカソード端子は抵抗92を介して2.5V出力回路に接続されており、且つ、スイッチ素子であるトランジスタ93のベースに接続されている。トランジスタ93のコレクタ端子はPowerGood信号出力端子となっており、このコレクタ端子と2.5Vの出力回路間には、抵抗94が接続され、また、コレクタ端子とグラウンド間にはコンデンサ95が接続されている。この抵抗94とコンデンサ95とでこの発明に係る時定数回路を構成している。また、トランジスタ93は、この発明に係るスイッチ素子を構成している。
次に、上記PowerGood信号生成回路9の動作について説明する。
電源コンセント2に対して装置の電源プラグが挿入されると、整流回路3で整流された直流電圧がほぼそのままトランス7の一次側に入力され、この電圧がスイッチングトランジスタ82でスイッチングされ、ダイオード80の出力電圧が、12V、5V、2.5Vになるように制御される。しかし、この時のトランス7の出力電圧は、一次側巻線と二次側巻線の巻数比によって決まるために、P点(2.5Vの出力巻線端子)の電圧は昇圧回路5が動作している時に比べて相対的に低い電圧となっている。この電圧のマイナス成分は、ダイオード90を介してツェナーダイオード91のアノード端子に出力される。この時、ツェナーダイオード91はオンする。その結果、トランジスタ93はオフ状態となる。すると、抵抗94とコンデンサ95からなる時定数回路が動作し初めその時定数により一定時間となった時にPowerGood信号が立ち上がる。
本実施形態では、時定数回路を構成する抵抗94及びコンデンサ95の値は時定数が十分に大きくなるような値に設定されている。これにより、12V、5V、2.5Vが制御回路10の動作を保証する十分な電圧になった時にPowerGood信号が立ち上がることになる。
PowerGood信号が立ち上がると制御回路10が動作可能状態となる。この後、ソフトONスイッチ11aが操作されると、昇圧動作信号Sが立ち上がり、昇圧回路5の動作が開始される。昇圧回路5が昇圧動作を開始すると、ランプ回路6が動作してランプ61が点灯する。
また、昇圧回路5が動作すると、トランス7のP点の−側の出力電圧は急激に大きくなる。この電圧はダイオード90を介してツェナーダイオード91のアノード端子に導かれる。ツェナーダイオード91は、この時もオン状態を維持し、トランジスタ93のオフ状態を保持する。したがって、PowerGood信号のオン状態は保持される。
昇圧回路5が昇圧動作をしている状態で、ソフトOFFスイッチ11bが操作されると、昇圧動作信号Sが立ち下がる。これにより、昇圧回路5の昇圧動作は停止する。すると、トランス7の二次側のP点の電圧は低くなるが、この時も、ツェナーダイオード91はオン状態にあるためにPowerGood信号はオン状態を維持する。
次に、コンセントを引き抜く等停電状態になった時はP点の電圧は低下し始める。この時、ある電圧まで低下すると、ツェナーダイオード91がオフし、これによりトランジスタ93がオンして時定数回路のコンデンサ95を短絡状態とする。このタイミングで、PowerGood信号が立ち下がる(オフする)。すると、制御回路10は、電源がオフされたことを知るから、この時、整流回路4の出力側に接続されている大容量の平滑コンデンサ4等、電源側に接続されている平滑コンデンサ(電源回路には一般的に接続されている)の充電電荷によって、ハードウェア上及びソフトウェア上必要な終了処理を行う。
以上の動作が行われるよう、ツェナーダイオード91のツェナー電圧や、このツェナーダイオード91と2.5V出力回路間に接続される抵抗92の値等の設定が行われる。
本実施形態では、入力電源電圧がAC100V〜AC240Vの範囲で動作を可能とするものである。そこで、この範囲のどの入力電源電圧であっても、PowerGood回路9が上記のように正常に動作することが必要である。
図3は、図2のQ点(トランス7の一次側入力電圧)の電圧変化に対するツェナーダイオード91のオンオフ状態を示している。すなわち、入力電源電圧がAC100Vの場合、電源プラグ投入の段階では、Q点の電圧は140V(100V×1.4)であり、その時のツェナーダイオード91はオン状態である。続いて、ソフトONスイッチ11aをオンすると、Q点の電圧は380Vに上昇し、この時もツェナーダイオード91はオン状態である。電源プラグが抜かれたりする等停電状態が発生すると、Q点の電圧は低下していき、最終的に0Vになる。この変化時においてQ点の電圧が140V以下になった時にツェナーダイオード91はオンからオフに以降し、PowerGood信号が立ち下がる。
一方、入力電源電圧がAC240Vの場合は、電源プラグ投入段階でQ点の電圧が336Vとなり、ソフトONスイッチ11aがオンするとQ点の電圧が380Vとなる。この両方の時においてツェナーダイオード91はオン状態を維持し、停電状態になって、Q点の電圧が140V以下になるとツェナーダイオード91がオン状態からオフ状態に移行してPowerGood信号が立ち下がる。ツェナーダイオード91のツェナー電圧及び抵抗92等の定数は、上記の条件が満足されるよう適当な値に設定される。
以上のように、本実施形態のプロジェクター用電源回路においては、電源プラグが挿入されて昇圧回路が動作していない状態の時にも、PowerGood信号がオンして待機状態となり、また、電源プラグが抜かれる等停電状態になった時には、直ちにPowerGood信号がオフし、制御回路10が電源回路内の平滑コンデンサの蓄積電荷によって終了処理を行うことができる。また、入力電源電圧がAC100V〜AC240Vの広い範囲に渡って選択される場合でも、上記のようにPowerGood信号が正しくオンオフされる。
この発明の実施形態である電源回路を含むプロジェクター装置の概略構成図を示している。 PowerGood信号生成回路を含む電源回路の要部回路図である。 AC100V〜240Vの範囲で入力電源電圧が選択される場合のPowerGood信号生成回路の動作を説明するための図である。
符号の説明
5−昇圧回路
7−トランス
9−PowerGood信号生成回路
91−ツェナーダイオード
93−トランジスタ(スイッチ素子)
94、95−時定数回路

Claims (5)

  1. 所定の電圧範囲から選択された電圧の入力電源電圧をインダクタに入力し、スイッチングして前記選択された電圧の大きさに係わらず入力電源電圧を一定電圧に昇圧し、出力電圧をトランスの一次側に入力する昇圧回路と、
    前記昇圧回路の昇圧電圧により駆動されるランプ回路と、
    前記トランスの二次側出力電圧を一方の極性に整流し、これをトランスの一次側にフィードバックすることにより一定電圧に制御するとともに、この電圧を制御回路に電源電圧として供給する電源電圧供給回路と、
    前記トランスの二次側出力に基づいて、制御回路に対して入力する電源電圧が動作保証電圧であることを示すパワーグッド信号を生成するパワーグッド信号生成回路と、を備えたプロジェクター用の電源回路において、
    前記昇圧回路は、昇圧動作を行うための昇圧動作信号を前記制御回路から受けて昇圧動作を行い、
    前記パワーグッド信号生成回路は、前記電源電圧供給回路の出力電圧の立ち上がりから所定の時定数によりパワーグッド信号をオンする時定数回路と、前記トランスの二次側出力電圧を他方の極性に整流し、この電圧の大きさに基づいて前記時定数回路を短絡して前記パワーグッド信号をオフするパワーグッド信号オフ回路とを備え、
    前記パワーグッド信号オフ回路は、入力電源電圧が停電したときから前記他方の極性の電圧が低下してゼロになるまでの途中の電圧で前記時定数回路を短絡する信号を生成する時定数回路短絡信号生成回路を備え、
    前記パワーグッド信号オフ回路は、前記時定数回路のコンデンサに並列接続されるスイッチ素子を含み、該スイッチ素子の制御端子に前記時定数回路短絡信号生成回路が接続され、該時定数回路短絡信号生成回路からの信号により前記時定数回路のコンデンサが短絡されるようにしたことを特徴とする電源回路。
  2. 入力電源電圧をインダクタに入力し、スイッチングして入力電源電圧を一定電圧に昇圧し、出力電圧をトランスの一次側に入力する昇圧回路と、
    前記昇圧回路の昇圧電圧により駆動される負荷回路と、
    前記トランスの二次側出力電圧を一方の極性に整流し、これをトランスの一次側にフィードバックすることにより一定電圧に制御するとともに、この電圧を制御回路に電源電圧として供給する電源電圧供給回路と、
    前記トランスの二次側出力に基づいて、制御回路に対して入力する電源電圧が動作保証電圧であることを示すパワーグッド信号を生成するパワーグッド信号生成回路と、を備えた電源回路において、
    前記昇圧回路は、昇圧動作を行うための昇圧動作信号を前記制御回路から受けて昇圧動作を行い、
    前記パワーグッド信号生成回路は、前記電源電圧供給回路の出力電圧の立ち上がりから所定の時定数によりパワーグッド信号をオンする時定数回路と、前記トランスの二次側出力電圧を他方の極性に整流し、この電圧の大きさに基づいて前記時定数回路を短絡して前記パワーグッド信号をオフするパワーグッド信号オフ回路とを備え、
    前記パワーグッド信号オフ回路は、入力電源電圧が停電したときから前記他方の極性の電圧が低下してゼロになるまでの途中の電圧で前記時定数回路を短絡する信号を生成する時定数回路短絡信号生成回路を備えることを特徴とする、電源回路。
  3. 前記入力電源電圧は、所定の電圧から選択された電圧であり、
    前記昇圧回路は、前記選択された電圧に係わらず一定電圧に昇圧し、
    前記時定数回路短絡信号生成回路は、前記選択された電圧に係わらず入力電源電圧が停電したときから前記他方の極性の電圧が低下してゼロになるまでの途中の電圧で前記時定数回路を短絡する信号を生成する、請求項2記載の電源回路。
  4. 前記パワーグッド信号オフ回路は、前記時定数回路のコンデンサに並列接続されるスイッチ素子を含み、該スイッチ素子の制御端子に前記時定数回路短絡信号生成回路が接続され、該時定数回路短絡信号生成回路からの信号により前記時定数回路のコンデンサが短絡されるようにした請求項2又は3記載の電源回路。
  5. 前記負荷回路は、プロジェクター用のランプである請求項2〜4のいずれかに記載の電源回路。
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