JPH0421360A - スイッチングレギュレータ - Google Patents

スイッチングレギュレータ

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JPH0421360A
JPH0421360A JP12263490A JP12263490A JPH0421360A JP H0421360 A JPH0421360 A JP H0421360A JP 12263490 A JP12263490 A JP 12263490A JP 12263490 A JP12263490 A JP 12263490A JP H0421360 A JPH0421360 A JP H0421360A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、入出力絶縁型のスイッチングレギュレータに
関し、特に回路構成を簡素化したスイッチングレギュレ
ータに関する。
[従来の技術] 従来のスイッチングレギュレータとして、第7図に示す
回路のものがあった。これは、交流電源2からの交流電
圧を整流器4で整流すると共に平滑コンデンサ6で平滑
化することによって得られる整流電圧V INを、第1
の電力変換部8及び第2の電圧変換部10へ通すことに
より、安定な直流電圧Voを発生させる構成となってい
る。
即ち、第1の電力変換部8は、スイッチングトランジス
タQ1のスイッチング動作により入力■1Nから送り出
される断続エネルギーを、チョークコイルCHとコンデ
ンサC1からなるLCフィルタ及びフライホイールダイ
オードD1で平均化することにより直流安定化電圧Vc
を発生するものであり、パルス幅制御回路12が直流安
定化電圧Vcの電圧変動を検出して、電圧変動を抑制す
るようにスイッチングトランジスタQ1の通電期間制御
(PWM)を行う。
第2の電力変換部10は、安定化した直流電圧Vcを、
高周波トランスTの一次巻線L1に直列接続したトラン
ジスタQ2のスイッチング動作によって再び高周波パル
スの信号に変換して二次巻線L2側に発生させ、整流ダ
イオードD2及び平滑コンデンサCOで整流及び平滑化
することによって、安定化した直流電圧■0を発生させ
る。更に、パルス幅制御回路14が負荷RLの変動に伴
う電圧■0の電圧変動を検出して、電圧変動を抑制する
ようにスイッチングトランジスタQ2の通電期間制御を
行う。
このように、第1の電力変換部8と第2の電力変換部1
0をシリーズに接続したスイッチングレギュレータによ
れば、交流電源2の電圧振幅が大幅に変動しても第1の
電力変換部8の作用により電圧Vcを安定化させること
ができるので、コンデンサのCV積を最小値で済ますこ
とができるという利点がある。
例えば、第1の電力変換部8を省略して、平滑コンデン
サ6の電圧VinをコンデンサC1に直接供給する回路
構成として場合には、交流電源2の最大電圧振幅以上の
耐電圧のコンデンサを必要とし、更に、最小振幅時であ
っても負荷へ十分の電力を供給するために、極めて大容
量のコンデンサを設けることが必要となる。
これに対し、第1の電力変換回路8を設けることで、耐
電圧が低く且つ小容量のコンデンサで安定化した直流電
圧を発生することができる。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、このような従来のスイッチングレギュレ
ータにあっては、それぞれの電力変換回路にスイッチン
グトランジスタ及びパルス幅制御回路を設けているので
回路規模が大きくなるという問題があった。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、
回路規模の小さなスイッチングレギュレータを提供する
ことを目的とする。
[課題を解決するための手段] このような目的に対し本発明は、交流電圧を整流する整
流回路と、スイッチング素子の通電期間制御により該整
流回路に発生した整流電流をチョップして交播電流を発
生させ、更に該交播電流をチョークコイルとコンデンサ
から成るフィルタにより平滑化することで直流の第1電
圧を発生する第1の電力変換部と、該第1の電力変換部
のコンデンサ第1電圧をスイッチング素子の通電期間制
御によりチョップして交播電流をトランスの一次巻線へ
供給し、該トランスの二次巻線に誘起する電圧をフィル
タで平滑化することにより直流の第2電圧を発生するス
イッチングレギュレータを対象とする。
そして、上記第1の電力変換部の上記スイッチング素子
を第2の電力変換部の上記スイッチング素子で共用する
と共に、少なくとも第1の電力変換部に発生する第1電
圧と第2の電力変換部に発生する第2電圧の変動に対応
して該スイッチング素子の通電期間を制御するパルス幅
制御部を備える構成とした。
[作用] このような構成を有する本発明のスイッチングレギュレ
ータにあっては、第1の電力変換部及び第2の電力変換
部のチョップ動作を1つのスイッチング素子で共用して
行い、且つこのスイッチング素子の通電期間制御を共通
のパルス幅制御回路で行うようにしたので、第1の電力
変換部及び第2の電力変換部の電圧安定化の機能を低下
させることなく、回路を小形化することができる。
又、他励式のスイッチングレギュレータと自励式のスイ
ッチングレギュレータのいずれにも適用することができ
る。
[実施例] 本発明の第1実施例を図面と共に説明する。まず、回路
構成を第1図と共に説明すると、これは交流電源2から
供給される交流電圧を整流器4で整流すると共に平滑コ
ンデンサ6で平滑化することによって得られる整流電圧
VINを第1の電力変換部8及び第2の電力変換部10
へ通すことにより、安定な直流電圧VOを発生させる他
励式のスイッチングレギュレータである。
即ち、平滑コンデンサ6の一端に接続するチョークコイ
ルCHにダイオードDllとD12が接続し、これらの
ダイオードDllとD12のカソード間に高周波トラン
スTの一次巻線L1が接続すると共に、ダイオードDl
lのカソード接点とコンデンサ6の他端との間にコンデ
ンサC1が接続し、ダイオードD12のカソード接点と
コンデンサ6の他端との間にスイッチングトランジスタ
Qsが接続している。
そして、高周波トランスTの二次巻線L2の両端間に整
流ダイオードD2及び平滑コンデンサCOが直列に接続
し、平滑コンデンサCOの両端に生じる安定化電圧VO
を負荷RLに供給するようになっている。
更に、スイッチングトランジスタQsは、パルス幅制御
回路で制御される。即ち、パルス幅制御回路は、コンデ
ンサCOの両端電圧Voと基準電圧V REFを逐次比
較する差動増幅回路16、コンデンサC1の両端電圧V
cと基準電圧V REFを逐次比較する差動増幅回路1
8、差動増幅回路16の出力する差信号Δ1の電圧に応
じた周波数の三角波信号Saを出力する発振回路20及
び、発振回路22からの三角波信号Saの電圧と差動増
幅回路18からの差信号Δ2の電圧を比較することによ
って矩形波の駆動信号sbを発生する差動増幅器22か
ら構成されている。
ここで、チョークコイルCHのインダクタンスは、スイ
ッチングトランジスタQsがオン/オフ動作を繰り返す
際の全負荷時に連続モードとなる条件を満足させるため
に、臨界電流以上の電流が流れるように設定され、高周
波トランスTの二次巻線L2のインダクタンスは、断続
モードで臨界電流以下の電流が流れるように設定されて
いる。
又、高周波トランスTの一次巻線L1と二次巻線L2の
巻数比は、適宜の比率n、:n2に設定されている。
次に、かかる第1実施例の作動を説明する。
まず、スイッチングトランジスタQsが駆動信号sbに
同期してオン・オフ動作を繰り返すことにより、スイッ
チングトランジスタQsのソース・ドレイン間電圧VC
Eが第2図(a)に示すように変化する。それに伴って
、第2図(b)に示すように、スイッチングトランジス
タQsがオンとなる期間T。Nでは、チョークコイルC
Hの両端電圧v1がほぼコンデンサ6の電圧VINに等
しくなり、スイッチングトランジスタQsがオフとなる
期間T。F、では、チョークコイルCHの両端電圧V、
が、電圧V1NからコンデンサC1の両端電圧Vcを差
し引いた電圧VIN  Vcにほぼ等しくなる。そして
、チョークコイルCHには第2図(C)に示すような平
均電流11が流れる。
更に、交流電源2の電圧変動により電圧vlNが上昇し
、それに伴ってコンデンサC1の両端電圧Vcが上昇し
た場合には、差動増幅器18が基準電圧V□、と電圧V
cの差に相当する差信号Δ2を出力し、更に、差動増幅
器22が発振回路20からの三角波信号Saと差信号Δ
2を比較することによって、駆動信号sbの“H”レベ
ルとなる期間が短くなる。この結果、スイッチングトラ
ンジスタQsの通電期間T。Nが短くなり、コンデンサ
C1の電圧Vcの上昇を抑制する帰還制御が自動的に行
われることとなる。
逆に交流電源2の電圧変動により電圧V1Nが降下し、
それに伴ってコンデンサC1の両端電圧■Cが降下した
場合には、同様の帰還制御によって駆動信号sbの“H
”レベルとなる期間が長くなるのにしたがってスイッチ
ングトランジスタQsの通電期間T。Nが長くなり、コ
ンデンサC1の電圧Vcの降下を抑制する。
このように、スイッチングトランジスタQsの通電期間
T。Nを自動的に制御することで、常にコンデンサC1
の電圧Vcを一定に保つことができる。
更に、このように安定化された電圧Vcを、スイッチン
グトランジスタQsのオン・オフ動作でチョップするこ
とにより、高周波トランスTの一次巻線L1の両端電圧
v2が第2図(d)に示すように変化すると共に、−次
巻線L1を流れる電流12が第2図(e)に示すように
変化する。
そして、二次巻線L2には、第2図(f)に示すような
電流i3が流れ、この電流i3をダイオードD2とコン
デンサCoで整流及び平滑化することによって、直流電
圧Voを発生する。
又、負荷RLに流れる電流の変動に伴って、電圧Voが
降下した場合には、差動増幅器16が基準電圧VR1F
と比較することにより、電圧■0の降下分に相当する差
信号Δ1を出力する。そして、発振回路20は差信号1
の電圧分だけ低い周波数の三角波信号Saを発生し、差
動増幅器22からスイッチングトランジスタQsへ周波
数の低くなった分だけ“H”レベルの期間の長い駆動信
号Sbを供給する。この結果、高周波トランスTの一次
巻線L1を流れる電流12が、第2図(e)中の点線で
示すように増加することとなり、それに伴って、二次巻
線L2に誘起される電流i3も増加することとなって、
コンデンサCaの電圧V。
の降下を抑制するように作用する。
逆に負荷RLに流れる電流の変動に伴って、電圧vOが
上昇した場合には、差動増幅器16が基準電圧VIIE
Fと比較することにより、電圧Voの上昇分に相当する
差信号Δ1を出力し、発振回路20は差信号Δ1の電圧
分だけ高い周波数の三角波信号Saを発生し、差動増幅
器22からスイッチングトランジスタQsへ周波数の高
くなった分だけ“H” レベルの期間の短い駆動信号s
bを供給する。この結果、高周波トランスTの一次巻線
L1を流れる電流12が減少し、それに伴って、二次巻
線L2に誘起される電流i3も減少することとなって、
コンデンサCOの電圧vOの上昇を抑制するように作用
する。
このように、スイッチングトランジスタQsの通電期間
T。Nを自動的に制御することで、負荷RLの電圧変動
があっても、常にコンデンサCOの電圧Voを一定に保
つことができる。
そして、従来は、第1の電力変換部と第2の電力変換部
のそれぞれの出力電圧を安定化するための帰還制御を、
それぞれ別個のスイッチングトランジスタ及びパルス幅
制御回路で行っていたのに対し、この実施例では、それ
ぞれの電力変換部でスイッチングトランジスタ及びパル
ス幅制御回路を共用するので、回路規模を小形化するこ
とができる。
次に、第2実施例を第3図と共に説明する。これは、第
1図に示した実施例のパルス幅制御回路を変形したもの
である。即ち、コンデンサCoの電圧Voと基準電圧V
RErを差動増幅器16で比較することによって、変動
分に相当する差信号Δ1を発生させると共に、コンデン
サC1の電圧VCと基準電圧VptFを差動増幅器18
で比較することによって、変動分に相当する差信号Δ2
を発生させ、更に、掛は算器24によってコンデンサ6
に生じる電圧VINと差信号Δ2を乗算することで得ら
れる電圧を発振回路20に供給する。そして、発振回路
20が乗算結果に相当する分だけ発振周波数を変化させ
た三角波信号Saを発生し、差動増幅器22が三角波信
号Saと差信号Δ1を比較することにより、スイッチン
グトランジスタQsの通電期間を制御するための駆動信
号sbを発生する。
この第2実施例によれば、コンデンサC1の発生する電
圧V INの変動を含めてスイッチングトランジスタQ
sの通電期間制御を行うので、第1の電力変換部の出力
電圧Vcを更に安定化できると共に、力率を向上させる
ことができる。
尚、この第2実施例では、第1電圧の変動に対応して駆
動信号Saの周波数を変化させることで、スイッチング
トランジスタQoの通電期間制御を行うようにしており
、上記第1実施例が第2電圧の変動に対応して駆動信号
Saの周波数を変化させることで、スイッチングトラン
ジスタQOの通電期間制御を行うのとは、逆の構成を採
用しているが、何れも第1電圧及び第2電圧の安定化を
図ることができる。
次に、第3実施例を第4図に基づいて説明する。
これは、自励式のスイッチングレギュレータである。即
ち、高周波トランスTの一次巻線L L %l+に捲装
されている巻線L3に誘起する電流変化に同期してスイ
ッチングトランジスタQsの通電期間制御を行うことで
、第1の電力変換部のコンデンサC1に発生する電圧V
cを安定化させる。更に、出力電圧Voを抵抗R1,R
2で分圧して得られる電圧を電圧検出回路26で検出し
て、出力電圧VOの変動分に相当する電流をフォトダイ
オードPDに供給すると共に、フォトダイオードPDの
発光をフォトトランジスタPTで受光することにより、
スイッチングトランジスタQsのバイアス点を出力電圧
Voの変動に応じて自動調節して、出力電圧■0の変動
を抑制するようにスイッチングトランジスタQsの通電
期間制御を行うようになっている。
この実施例によれば、交流入力の力率を向上させること
ができると共に、第1.第2の電力変換部を共通のスイ
ッチングトランジスタ及びパルス幅制御回路で制御する
ので、構造を小形化することができる。
次に、第4実施例を第5図と共に説明する。これは自励
式のスイッチングレギュレータであり、コンデンサ6の
両端に、トランスT2の一次巻線L3とスイッチングト
ランジスタQs及びチョクコイルCHIが直列に接続す
ると共に、高周波トランスTの一次巻線L1の両端に、
トランスT2の一次巻線L3とスイッチングトランジス
タQSとコンデンサC1及びダイオードD3が直列に接
続する回路を有している。そして、トランスT2の二次
巻線L4に誘起される電流の変化に応じてスイッチング
トランジスタQsのバイアス点を自動調整して通電期間
制御を行うことにより、第1の電力変換部のコンデンサ
C1に発生する電圧Vcを安定化させる。更に、出力電
圧vOを抵抗R1,R2で分圧して得られる電圧を電圧
検出回路26で検出して、出力電圧■0の変動分に相当
する電流をフォトダイオードPDに供給すると共に、フ
ォトダイオードPDの発光をフォトトランジスタPTで
受光することにより、スイッチングトランジスタQsの
バイアス点を出力電圧Voの変動に応じて自動調整して
、出力電圧Voの変動を抑制するようにスイッチングト
ランジスタQsの通電期間制御を行うようになっている
次に、第5実施例を第6図と共に説明する。これは他励
式且つフォワード方式のスイッチングレギュレータであ
る。即ち、第1の電力変換部には、コンデンサC1に安
定な電圧Vcを発生させるためのチョークコイルCHと
コンデンサC1及びフリーホイールダイオード3を備え
、第2の電力変換部は、高周波トランスTの二次巻線L
2に続いてダイオードD21.D22及びチョークコイ
ルCH2を備えたフォワード方式の回路が設けられてい
る。
そして、コンデンサCOの電圧Voと基準電圧■IIE
Fを差動増幅器16で比較することによって、変動分に
相当する差信号Δ1を発生すると共に、コンデンサC1
の電圧Vcと基準電圧VREFを差動増幅器18て比較
することによって変動分に相当する差信号Δ2を発生し
、更に、発振回路20が差信号Δ2に相当する分だけ発
振周波数を変化させた三角波信号Saを発生し、差動増
幅器22が三角波信号Saと差信号Δ1を比較すること
により、スイッチングトランジスタQsの通電期間を制
御するための駆動信号sbを発生する。 このように、
この実施例によれば、フォワード方式を適用したので、
リップルの少ない出力電圧V(1を発生することができ
る。
「発明の効果」 以上説明したように本発明によれば、第1.第2の電力
変換部の動作制御を、1つのスイッチングトランジスタ
とパルス幅制御回路で共用して行うようにしたので、回
路を構成するための部品点数を低減することができ、装
置の小形化、低コストか、軽量化等を実現することがで
きる。又、少ない部品を追加するだけで、交流入力電流
の歪みを低減し、力率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例の回路図;第2図は第1実
施例の作動を説明するための波形図; 第3図は本発明の第2実施例の回路図;第4図は本発明
の第3実施例の回路図;第5図は本発明の第4実施例の
回路図;第6図は本発明の第5実施例の回路図;第7図
は従来例を示す回路図である。 図中の符号: 2;交流電源 4;整流器 6;コンデンサ 8;第1の電力変換部 10;第2の電力変換部 16.18.20.差動増幅器 20;発振回路 24;乗算器 26;:電圧検出回路 QS ;スイッチングトランジスタ CH,CH1,CH2,チョークコイルT;高周波トラ
ンス T1;トランス L1〜L4;巻線 Di、D2.D3.Dll。 Di2.D21.D22;ダイオード C1,Co ;コンデンサ R1,R2,抵抗 PD;発光ダイオード PT;フォトトランジスタ RL、負荷

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)交流電圧を整流する整流回路と、 スイッチング素子の通電期間制御により該整流回路に発
    生した整流電流をチョップして交播電流を発生させ、更
    に該交播電流をチョークコイルとコンデンサから成るフ
    ィルタにより平滑化することで直流の第1電圧を発生す
    る第1の電力交換部と、 該第1の電力交換部のコンデンサ出力をスイッチング素
    子の通電期間制御によりチョップして交播電流をトラン
    スの一次巻線へ供給し、該トランスの二次巻線に誘起す
    る電圧をフィルタ回路で平滑化することにより直流の第
    2電圧を発生する第2の電力変換部を備えたスイッチン
    グレギュレータにおいて、 前記第1の電力変換部の上記スイッチング素子を第2の
    電流変換部の上記スイッチング素子で共用すると共に、 上記第1、第2の電力変換部に流れる電流のいづれか一
    方の電流が臨界電流値以上、他方の電流が臨界電流値以
    下となるように、それぞれの電力変換部のインダクタン
    スを設定し、 第1の電力変換部に発生する第1電圧の変動に応じて上
    記スイッチング素子の導電期間を制御することにより第
    1電圧の変動を抑制させると共に、第2の電力変換部に
    発生する第2電圧の変動に応じて上記スイッチング素子
    の非導電期間を制御することにより第2電圧の変動を抑
    制させるパルス幅制御手段を備えたことを特徴とするス
    イッチングレギュレータ。
  2. (2)交流電圧を整流する整流回路と、 スイッチング素子の通電期間制御により該整流回路に発
    生した整流電流をチョップして交播電流を発生させ、更
    に該交播電流をチョークコイルとコンデンサから成るフ
    ィルタにより平滑化することで直流の第1電圧を発生す
    る第1の電力変換部と、 該第1の電力変換部のコンデンサ出力をスイッチング素
    子の通電期間制御によりチョップして交播電流をトラン
    スの一次巻線へ供給し、該トランスの二次巻線に誘起す
    る電圧をフィルタ回路で平滑化することにより直流の第
    2電圧を発生する第2の電力変換部を備えたスイッチン
    グレギュレータにおいて、 前記第1の電力変換部の上記スイッチング素子を第2の
    電力変換部の上記スイッチング素子で共用すると共に、 上記第1、第2の電力変換部に流れる電流のいづれか一
    方の電流が臨界電流値以上、他方の電流が臨海電流値以
    下となるように、それぞれの電力変換部のインダクタン
    スを設定し、 第1の電力変換部に発生する第1電圧の変動に応じて上
    記スイッチング素子の非導電期間を制御することにより
    第1電圧の変動を抑制させると共に、第2の電力変換部
    に発生する第2電圧の変動に応じて上記スイッチング素
    子の導電期間を制御することにより第2電圧の変動を抑
    制させるパルス幅制御手段を備えたことを特徴とするス
    イッチングレギュレータ。
  3. (3)交流電圧を整流する整流回路と、 スイッチング素子の通電期間制御により該整流回路に発
    生した整流電流をチョップして交播電流を発生させ、更
    に該交播電流をチョークコイルとコンデンサから成るフ
    ィルタにより平滑化することで直流の第1電圧を発生す
    る第1の電力変換部と、 該第1の電力交換部のコンデンサ出力をスイッチング素
    子の通電期間制御によりチョップして交播電流をトラン
    スの一次巻線へ供給し、該トランスの二次巻線に誘起す
    る電圧をフィルタ回路で平滑化することにより直流の第
    2電圧を発生する第2の電力変換部を備えたスイッチン
    グレギュレータにおいて、 前記第1の電力変換部の上記スイッチング素子を第2の
    電流変換部の上記スイッチング素子で共用すると共に、 上記第1、第2の電力変換部に流れる電流のいづれか一
    方の電流が臨界電流値以上、他方の電流が臨界電流値以
    下となるように、それぞれの電力変換部のインダクタン
    スを設定し、 第1の電力変換部に発生する第1電圧の変動に応じて上
    記スイッチング素子のオン・オフ周波数を制御すること
    により第1電圧の変動を抑制させると共に、第2の電力
    変換部に発生する第2電圧の変動に応じて上記スイッチ
    ング素子の導電期間と非導電期間の比を制御することに
    より第2電圧の変動を抑制させるパルス幅制御手段を備
    えたことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
  4. (4)交流電圧を整流する整流回路と、 スイッチング素子の通電期間制御により該整流回路に発
    生した整流電流をチョップして交播電流を発生させ、更
    に該交播電流をチョークコイルとコンデンサから成るフ
    ィルタにより平滑化することで直流の第1電圧を発生す
    る第1の電力変換部と、 該第1の電力変換部のコンデンサ出力をスイッチング素
    子の通電期間制御によりチョップして交播電流をトラン
    スの一次巻線へ供給し、該トランスの二次巻線に誘起す
    る電圧をフィルタ回路で平滑化することにより直流の第
    2電圧を発生する第2の電力変換部を備えたスイッチン
    グレギュレータにおいて、 前記第1の電力変換部の上記スイッチング素子を第2の
    電力変換部の上記スイッチング素子で共用すると共に、 上記第1、第2の電力変換部に流れる電流のいづれか一
    方の電流が臨界電流値以上、他方の電流が臨海電流値以
    下となるように、それぞれの電力変換部のインダクタン
    スを設定し、 第1の電力変換部に発生する第1電圧の変動に応じて上
    記スイッチング素子の導電期間と非導電期間の比を制御
    することにより第1電圧の変動を抑制させると共に、第
    2の電力変換部に発生する第2電圧の変動に応じて上記
    スイッチング素子のオン・オフ周波数を制御することに
    より第2電圧の変動を抑制させるパルス幅制御手段を備
    えたことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
  5. (5)請求項1乃至4記載のスイッチングレギュレータ
    において、 前記パルス幅制御手段は、前記整流回路に発生する電圧
    と第1の電力変換部に発生する第1電圧との乗算値によ
    ってスイッチング素子の通電期間制御を行うことにより
    、第1の電力変換部の第1電圧を安定化させる手段を備
    えることを特徴とするスイッチングレギュレータ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH08196076A (ja) * 1994-12-29 1996-07-30 I Hitsutsu Kenkyusho:Kk 単相入力複合整流方式

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