JPH1027030A - リダンダント型安定化電源装置 - Google Patents

リダンダント型安定化電源装置

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JPH1027030A
JPH1027030A JP18245296A JP18245296A JPH1027030A JP H1027030 A JPH1027030 A JP H1027030A JP 18245296 A JP18245296 A JP 18245296A JP 18245296 A JP18245296 A JP 18245296A JP H1027030 A JPH1027030 A JP H1027030A
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power supply
load
stabilized power
fet
redundant
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Shinji Kaneko
真二 金子
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Abstract

(57)【要約】 【課題】平滑用コンデンサなどがショートしたときでも
負荷が誤動作しないようにする。 【解決手段】並列運転用リダンダント型安定化電源装置
において、それぞれの安定化電源回路10A,10Bに
は平滑用コンデンサCa,Cbと負荷12との間の電源
路に第1のFET14C,14Dが接続される。これと
直列であって、第1のFETに内蔵されたダイオードと
は逆極性状態で接続されるように、第1のFETに対し
て第2のFET16E,16Fが接続される。内部ダイ
オードDcとDeおよびDdとDfとは逆極性に接続さ
れているので、負荷12側の電圧が高いときでもこれが
コンデンサ側の逆流しないので、負荷がコンデンサによ
ってショートされることはない。これによって負荷の誤
動作を回避できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、AVサーバーや
コンピュータ装置などに適用できるリダンダント型安定
化電源回路に関する。詳しくは、安定化電源回路の電源
路にオン抵抗の小さな2つのFETを逆向きに接続する
ことによって、並列運転中に何らかの原因で平滑用コン
デンサなどがショートしたときでも負荷の誤動作を確実
に回避できるようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】オーディオ・ビデオサーバ(AVサー
バ)やコンピュータ装置などでは、これに供給される交
流電源が瞬断したときでも、瞬断期間中、装置駆動電圧
が規定値以上の電圧となっているように、最近では並列
運転を行う安定化電源回路が使用されるようになってき
ている。
【0003】図6はその一例を示す従来例であって、こ
の並列運転を行う電源回路は、通常リダンダント(Redu
ndant)安定化電源回路と呼ばれている。
【0004】図6において、一対の安定化電源回路10
A,10Bがそれぞれ逆流防止素子であるダイオードD
a,Dbを介して負荷(IC回路など)12に接続され
る。
【0005】一対の電源回路10A,10Bが並列運転
されるための条件としては、これらの電源電圧(出力電
圧)の差が通常±50mV、就中±30mV以下に保持
されていなければならない。これ以上の電位差が発生す
ると、電圧の低い方の電源回路はカットオフされてしま
う。出力電圧の高い方によって他方の電源回路に接続さ
れたダイオードDa若しくはDbがカットオフされ、カ
ットオフされた電源回路側の出力電圧が負荷12に印加
されないようになるからである。
【0006】したがって例えば第2の安定化電源回路1
0Bがカットオフされ、第1の安定化電源回路10Aの
みで負荷12が駆動されているときは、図7Aのように
出力電流はIb=0,Ia=IL(ILは負荷電流)とな
る。出力電圧VaとVbの電位差が逆転すると、Ia=
0,Ib=ILとなって、電源回路10A,10Bのカ
ットオフ関係が逆転する。そして、図7BのようにIa
=Ib(=IL)となる時点taで電流がバランスし、
一対の電源回路10A,10Bの双方で負荷12が駆動
(並列運転)されることになる。
【0007】負荷12への電源供給路上にダイオードD
a,Dbを接続した場合、負荷12を大電流で駆動しな
ければならないとき、例えば負荷12に対して20〜3
0アンペア程度の大電流を流す必要があるときには、ダ
イオードDa,Dbの電圧降下による損失が問題とな
る。
【0008】例えばダイオードDa,Dbの順方向降下
電圧VFが0.4V程度あるときには上述したような例
えば30A程度の大電流を流すと、このダイオードD
a,Dbで12W程度の損失が発生してしまう。
【0009】大電流を取り扱う電源装置によるこのよう
な電力損失を極力するなくするためにはダイオードD
a,Dbによる損失を少なくすればよい。このダイオー
ドDa,Dbに代わる素子として最近オン抵抗が、9m
Ω程度と非常に小さなMOS・FETが開発されてい
る。このようなMOS・FETを図8のようなシンボル
で表すとする。
【0010】このMOS・FET14特に、Nチャネル
エンハンスメント型のMOS・FETは導通時のドレイ
ン・ソース間の抵抗RDS(オン抵抗という)は9.4m
Ω程度と非常に小さくなることが知られている。このよ
うにオン抵抗を小さくすると、トランジスタQcのドレ
イン・ソース間には、ドレインをカソード側とするダイ
オードDcが形成されることが知られている。したがっ
てオン抵抗の小さなMOS・FET14を以後図8のよ
うなダイオードDc付きのシンボルマークで表示する。
そしてこのダイオードDcを以後内部ダイオードとい
う。
【0011】このようなFET14をダイオードDa,
Dbの代わりに使用できれば電力損失を大幅に軽減でき
る。図9はこのFETを用いたリダンダント型安定化電
源装置10の一例である。この場合には、そのドレイン
Dが安定化電源回路10A側となり、そのカソードKが
負荷12側となるようにそれぞれの電源路にFET14
C,14Dが接続される。
【0012】図9において、平滑用のコンデンサ(電解
コンデンサなどを使用)Ca,CbはFET14C,1
4Dのドレイン側つまり安定化電源回路10A,10B
に接続される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】さて、FETを用いて
図9のように電源装置10を構成した場合には、上述し
たようにオン抵抗が小さいため、大電流負荷を駆動する
場合でもその損失を大幅に軽減できる。しかし、次のよ
うな問題を惹起する。
【0014】FET14C,14Dは周知のように、そ
のドレイン側がソース側より高いときに導通し(Vd〉
Vs)、逆にソース側がドレイン側より高くなるとカッ
トオフする(Vd〈Vs)。ここに、Vd=V1,V
1′であり、Vs=Va,Vbである。
【0015】したがって例えば平滑用のコンデンサCa
側が何らかの原因でショートしたようなときには、Vd
〈Vsの電位関係となるので、FET14Cはカットオ
フ状態となる。しかし、内部ダイオードDcが存在する
のでたとえトランジスタQcがカットオフ状態になって
いても、この内部ダイオードDcおよびショートしたコ
ンデンサCaをそれぞれ通じて電流が逆流するので、こ
れによって負荷12がショートされてしまう。負荷12
がショートされると、負荷12を正常に駆動できないば
かりか、これが誤動作したり、場合によっては素子が破
壊されたりするおそれがある。
【0016】そこで、この発明はこのような従来の課題
を解決したものであって、このようにオン抵抗の小さな
FETを使用したとき、平滑用のコンデンサがショート
したようなときでも、負荷を正常に駆動できるようにす
ると共に、その誤動作を回避できるようにしたものであ
る。
【0017】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、この発明に係るリダンダント型安定化電源回路で
は、2つの安定化電源回路を並列的に負荷に供給して上
記負荷を同時に駆動する並列運転用リダンダント型安定
化電源装置において、それぞれの安定化電源回路には平
滑用コンデンサと負荷との間の電源路に第1のFETが
接続されると共に、これと直列であって、上記第1のF
ETの内部ダイオードとは逆極性状態で接続されるよう
に、上記第1のFETに対して第2のFETが接続され
たことを特徴とする。
【0018】この発明では、ダイオード代わりとなるF
ETに対してさらにこれと直列に、別のFET(スイッ
チングFET)を接続する。そのときそれぞれの内部ダ
イオードの極性が反対となるように接続する。
【0019】そうして平滑用コンデンサがショートした
ようなとき、2つのFETを同時にカットオフする。こ
のときスイッチングFETに接続されている内部ダイオ
ードは負荷側がカソードとなる極性であるために逆バイ
アス状態となり、この内部ダイオードを通して平滑用コ
ンデンサに負荷12側から電流が流れ込まない。
【0020】これによってコンデンサと負荷との間を完
全に遮断でき、他方の安定化電源回路で負荷を正常に駆
動できるようになる。負荷がショートされないため負荷
が誤動作することはない。
【0021】
【発明の実施の形態】続いて、この発明に係るリダンダ
ント型安定化電源回路の一実施形態を図面を参照して詳
細に説明する。
【0022】図1はこの発明に係るリダンダント型安定
化電源回路の一実施態様を示す要部の接続図であって、
安定化電源回路10Aと負荷12との間には電源路を開
閉、遮断する制御回路15Aが接続される。他方の安定
化電源回路10B側にもこの制御回路15Bが接続され
るが、その説明は割愛する。
【0023】制御回路15Aは逆流防止素子とスイッチ
ング素子との2つの素子で構成され、この例では逆流防
止素子として機能するFET14C,14Dが電源路に
接続されると共に、これらと負荷12との間にさらにス
イッチング用のFET16E,16Fが接続される。
【0024】これらFET14C,16Eは図8に示し
たように、導通時のオン抵抗が非常に小さなMOS・F
ETが使用される。第1のFET14Cはそれぞれの内
部ダイオードDcのカソード(トランジスタQcのドレ
イン)が安定化電源回路10A側となるように接続され
る。
【0025】これに対して第2のFET(スイッチング
FET)16Eは、負荷12側であって第1のFET1
4Cに対して直列接続されるも、その内部ダイオードD
eは負荷12側がカソードとなるように接続される。こ
のように接続すると、図1からも明らかなように直列接
続された内部ダイオードDcとDeは逆極性となってい
る。
【0026】この構成において、安定化電源回路10A
で出力電圧V1が発生すると、V1〉Vaの関係になる
ので、ゲート信号が得られ、これによってFET14
C,16Eがオンし、出力電圧Vaが負荷12に供給さ
れる。そして、V1とV1′との電位差が±50mV以
内であるときは並列運転モードとなる。
【0027】並列運転モードのとき、FET14C,1
6Eのオン抵抗は10mΩ以下であるため、30A程度
の大電流を負荷12に流したとしても、そのときの電力
損失は6W(=10mΩ×2×30A)程度で済む。
【0028】この正常駆動状態のとき、何らかの原因で
コンデンサCa側がショートしたとする。そうすると、
V1=0となって、V1〈Va=Vbのように負荷12
側の電位が高くなるので、両FET14C,16Eがカ
ットオフする。
【0029】そして、内部ダイオードDeはそのカソー
ドが負荷12側となるように接続されているので、出力
電圧Vaによって逆バイアスされ、内部ダイオードDe
を介してコンデンサCa側に電流が逆流するようなこと
がなくなる。つまり、スイッチング用のFET16Eに
よって、負荷12とコンデンサCaとの間の電流通路
(電源路)が完全に遮断される。この遮断動作によって
負荷12は他方の安定化電源回路10B側の出力電圧V
bによって正常にその動作を継続することができる。
【0030】上述とは逆に、他方の安定化電源回路10
B側に設けられた平滑用のコンデンサCbがショートし
たようなときも、V1′=0、V1′〈V2=Vbとな
るから、同じく電源路制御回路15Bが動作してその電
源路を完全に遮断することができ、この場合には一方の
安定化電源回路10Aによって負荷12を連続して駆動
できる。
【0031】このような異常状態が発生したときには、
警報や表示などの手段を利用してオペレータに保守、点
検を促すように構成することもできる。
【0032】図2は安定化電源回路10A,10Bの具
体例を示すもので、負荷12に対して並列接続された第
1および第2の安定化電源回路10Aと10Bはそれぞ
れ直流電源11a,11bを有する。これら直流電源1
1a,11bとしては交流電源を別々に整流・平滑した
ものが使用される。一対の安定化電源回路10Aと10
Bは同一構成であるので、その説明は割愛する。
【0033】一対の安定化電源回路10Aと負荷12と
の間の電源路には、電圧安定化手段が設けられている。
安定化手段としてはシリーズレギュレータを例示する
が、スイッチングレギュレータであっても差し支えな
い。
【0034】安定化電源回路10Aを構成する電源供給
路La,La′に接続されるシリーズレギュレータ19
として本例ではシリーズレギュレータとシャントレギュ
レータを組み合わせて構成された高精度のシリーズレギ
ュレータを例示する。そのため、電源供給路Laに対し
てシリーズトランジスタ(制御トランジスタ)Qgが接
続され、このトランジスタQgがシャントレギュレータ
19によって制御される。
【0035】シャントレギュレータ20のシンボルマー
クとしては図4のようなシンボルを使用することとす
る。シャントレギュレータ20は図3に示すように、電
圧比較器22を有し、その反転端子には内蔵された電圧
基準源24が接続され、非反転端子には端子26よりリ
ファレンス電圧REFが供給される。
【0036】電圧比較器22の出力でトランジスタ28
が制御される結果、そのコレクタ電流が変化して、プラ
ス側電源端子(カソードK)とマイナス側電源端子(ア
ノードA)との間のアノード・カソード電流値(シャン
ト電流値)がリファレンス電圧REFによってコントロ
ールされる。リファレンス電圧REFが高くなるとそれ
に伴ってシャント電流が増えるように制御される。
【0037】このようなシャントレギュレータ20は、
図2に示すようにそのカソードKがプラス電源側となる
ように抵抗器21と直列接続され、さらにこのカソード
KがシリーズトランジスタQgのベース側に接続される
ことによって、全体として高精度なシリーズレギュレー
タ19を構成することができる。
【0038】シリーズトランジスタQgは上述した電源
路制御回路15Aを介してプラス側の電源端子35a側
につながり、電源端子35aはプラス側の電源供給路L
aを介して負荷12に接続される。負荷12に接続され
たマイナス側の電源供給路La′は電源端子35a′を
介して直流電源11aのマイナス側に接続される。
【0039】負荷12の両端からはさらにセンス(SENS
E)端子36a,36a′が導出され、負荷12の両端
電圧がセンスされる。そのため、このセンス端子36
a,36a′間に得られる電圧は抵抗分圧回路38によ
って分圧されて所定値のリファレンス電圧REFとなさ
れ、これがシャントレギュレータ20のリファレンス端
子に与えられる。
【0040】負荷12への駆動電圧が変動すると、その
変動分がセンスされてリファレンス電圧REFも変動
し、これに応じて負荷端の電圧が一定するように負帰還
がかかり駆動電圧の安定化が図られる。
【0041】上述した電源路制御回路15Aに設けられ
た一対のFET14C,16Eは共通のゲート信号によ
ってその導通状態が制御される。そのため本例では第1
のFET14Cのドレイン側の電圧V1と第2のFET
16Eのドレイン側の電圧V2=Vaがそれぞれ電圧比
較器32に供給される。電圧比較器32の比較出力がゲ
ート信号としてFET14C,16Eのゲートに供給さ
れる。これらゲートには所定の電圧が抵抗器33を介し
て印加されている。
【0042】V1〉V2=VaのときはFET14C,
16Eはゲート信号がハイレベルであるため導通状態と
なっているが、平滑用コンデンサCaがショートするな
どしてV1=0になったときにはゲート信号がローレベ
ルに反転するため、このとき両FET14C,16Eが
同時にカットオフする。
【0043】また、スイッチング用のFET16Eの内
部ダイオードDeが逆バイアスされるため、負荷12側
からコンデンサCaへの逆流は起こらず、上述したよう
に負荷12がショートされることはない。
【0044】図2に示す構成はこれらの基本構成の他に
過電圧検出回路41が設けられる。過電圧検出回路41
は過電圧検出手段42と電流検出手段46とで構成さ
れ、センス端子36a,36a′間に得られる負荷電圧
が過電圧検出手段42に供給されて、負荷端の過電圧状
態が検出される。例えば負荷12の定格電圧が5Vで、
250mV以上を過電圧とするときには、250mVの
電圧上昇がこの検出手段42で検出される。本例では過
電圧状態のときローレベルの出力が得られる。
【0045】電流検出手段40は、過電圧になると並列
運転が単独運転に切り換えられて、出力電流IaとIb
との間でもアンバランスになることを利用したものであ
る。過電圧状態となっている電源回路側は出力電流が流
れ続けるのに対して、カットオフされた電源回路側では
その出力電流がゼロになるからである。
【0046】そのため電源路La′の適当な位置には電
流検出抵抗器44が設けられ、その両端電圧が電流検出
手段46に供給される。電流がゼロのときには検出出力
Ciもローレベルとなる。
【0047】過電圧検出出力Cvと電流検出出力Ciが
アンド回路48に供給され、そのアンド出力がスイッチ
ング素子であるSCR40のトリガーパルスとして供給
される。SCR40はFET14C,16Eのゲート端
子Gに接続されている。
【0048】このように構成された過電圧検出動作を図
5を参照して説明する。
【0049】上述したように正常動作時はVa=Vb
(=VL),Ia=Ib(=IL)となって、並列運転状
態にある。図5Aのように何らかの原因で第1の安定化
電源回路10Aの出力電圧Vaが時点T1より異常に上
昇し始めたとする。両者の電位差が50mV以上になる
と第2の安定化電源回路10Bはカットオフ状態と同じ
状態になる。出力電圧Vaが過電圧として定めた電圧V
xまで上昇すると(時点T3)、過電圧検出手段42か
らハイレベルの検出出力Cvが得られる(図5C)。
【0050】一方、過電圧側の出力電流Iaは流れ続け
ているのでハイレベルのままである(図5B)。その結
果、時点T3で始めてアンド出力である電源制御信号
(第1の電源制御信号)Taがハイレベルとなり(図5
D)、これによってSCR40がトリガーされてこれが
導通するので、一対のFET14C,16Eが何れもカ
ットオフして、出力電圧Vaが遮断される。
【0051】第2の安定化電源回路10B側でも同様な
検出動作が同時に行われている。図示はしないが、この
安定化電源回路10Bに設けられた過電圧検出手段42
では過電圧状態が検出されるので、図5Cと同様な過電
圧検出出力Cvが得られる。
【0052】これに対して同じ安定化電源回路10Bに
設けられた電流検出手段46では出力電圧Ibがゼロに
なるためそのときの電流検出出力Ciがローレベルに反
転する(図5E)。したがってアンド出力である第2の
制御信号Tbはローレベルの状態を保持し(図5F)、
SCR40がトリガーされないので、このタイミングか
ら負荷12は出力電圧Vbによって駆動されるようにな
る(図5G)。
【0053】過電圧状態が検出されたときには、過電圧
状態で、電源が遮断状態となっている安定化電源回路が
何れの電源回路であるかをオペレータに知らせるため、
警告灯やブザー(何れも図示はしない)を設けて、これ
を駆動するようにすることもできる。
【0054】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明では、並列
運転を行うリダンダント型安定化電源回路にあって、電
源路の制御回路としてオン抵抗の小さなFETを使用す
るようにしたものである。
【0055】これによれば通常の並列運転状態のときの
FETによる電力損失を従来よりも大幅に軽減できる特
徴を有する。
【0056】さらにスイッチング用のFETを設けるこ
とによって電流の逆流を防止したから、平滑用コンデン
サなどがショートして負荷端をショートするようなおそ
れがなくなる。その結果、負荷の誤動作を回避できるこ
とに加え、負荷を保護できるなどの特徴を有する。
【0057】したがってこの発明はAVサーバやコンピ
ュータ装置など電源瞬断によっても負荷の保証電圧を維
持しなければならない電源装置などに適用して極めて好
適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るリダンダント型安定化電源装置
の基本構成の一実施態様を示す要部の系統図である。
【図2】この発明に係るリダンダント型安定化電源装置
の一実施態様を示す要部の系統図である。
【図3】シャントレギュレータの構成図である。
【図4】そのシンボルマークである。
【図5】この発明に係る安定化電源装置の過電圧時の動
作説明図である。
【図6】リダンダント型安定化電源装置の従来例を示す
系統図である。
【図7】並列運転の動作説明図である。
【図8】MOS・FETのシンボルマークを示す図であ
る。
【図9】MOS・FETを使用した電源装置の系統図で
ある。
【符号の説明】
10・・・安定化電源装置、10A,10B・・・安定
化電源回路、12・・・負荷、14C〜16F・・・M
OS・FET、15A・・・電源路制御回路、19・・
・シリーズレギュレータ、20・・・シャントレギュレ
ータ、40・・・SCR、41・・・過電圧検出回路、
42・・・過電圧検出手段、46・・・電流検出手段、
48・・・アンド回路、Dc〜Df・・・内部ダイオー
ド、La,La′・・・電源供給路

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2つの安定化電源回路を並列的に負荷に
    供給して上記負荷を同時に駆動する並列運転用リダンダ
    ント型安定化電源装置において、 それぞれの安定化電源回路には平滑用コンデンサと負荷
    との間の電源路に第1のFETが接続されると共に、 これと直列であって、上記第1のFETに内部ダイオー
    ドとは逆極性状態で接続されるように、上記第1のFE
    Tに対して第2のFETが接続されたことを特徴とする
    リダンダント型安定化電源装置。
  2. 【請求項2】 上記第1および第2のFETは、そのオ
    ン抵抗が低くなされたMOS型のFETが使用されたこ
    とを特徴とする請求項1記載のリダンダント型安定化電
    源装置。
  3. 【請求項3】 上記第1と第2のFETに対しゲート信
    号生成手段が設けられ、 第1のFETの入力電圧と第2のFETの出力電圧が上
    記ゲート信号生成手段に供給され、 両電圧の電位差が逆転したとき、上記ゲート信号生成手
    段よりのゲート信号によって、上記第1と第2のFET
    がカットオフされるようになされたことを特徴とする請
    求項1記載のリダンダント型安定化電源装置。
  4. 【請求項4】 上記第1のFETのゲート端子にはスイ
    ッチング素子が接続され、 このスイッチング素子には過電圧検出回路が接続され、 負荷端が過電圧となったとき、上記過電圧検出回路の出
    力で上記電源制御手段が制御されて上記第1と第2のF
    ETがカットオフされるようになされたことを特徴とす
    る請求項1記載のリダンダント型安定化電源装置。
  5. 【請求項5】 上記過電圧検出回路は、負荷端の電圧を
    センスする過電圧検出手段と、負荷の電源路を流れる出
    力電流を検出する電流検出手段と、それらの出力を論理
    積するアンド回路とで構成され、 出力電流の非遮断状態と過電圧状態の双方が検出された
    とき上記アンド回路の出力で上記スイッチング素子がト
    リガーされるようになされたことを特徴とする請求項1
    記載のリダンダント型安定化電源装置。
  6. 【請求項6】 上記スイッチング素子は、SCRが使用
    されたことを特徴とする請求項1記載のリダンダント型
    安定化電源装置。
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JP2008217780A (ja) * 2007-02-07 2008-09-18 Produce:Kk 電流制限回路
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