JPS62178161A - スイッチング制御回路における電力制御方法 - Google Patents

スイッチング制御回路における電力制御方法

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JPS62178161A
JPS62178161A JP1905386A JP1905386A JPS62178161A JP S62178161 A JPS62178161 A JP S62178161A JP 1905386 A JP1905386 A JP 1905386A JP 1905386 A JP1905386 A JP 1905386A JP S62178161 A JPS62178161 A JP S62178161A
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Jun Ando
純 安東
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MERETSUKU KK
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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】 本発明は、スイッチング制御回路における電力制御方法
とその回路の改良に関するもので、更に詳述すれば、第
1発明は、電流供給用の直流電源(D口、)と、直流電
源(Dl3.)の出力を制御する半導体チaツバ(Q、
)と、半導体チraツバ(Ql)をパルス幅変調スイッ
チング作用によって′IIJ fillするパルス幅変
調回路(PWM)とで構成されたスイッチング制御回路
において、制御回路のフィードバックループ内に入力電
流制御回路(3)を設け、入力電流制御回路(3)にて
直流電源(Dll、)の入力電流の最大値を規定し、パ
ルス幅変調回路(PIllM)を介して半導体ナヨッパ
(Q、)の周波数デエーティコントロールを行う事を特
徴とするスイッチング制御回路における電力制御方法に
係り、第2発明は、電流供給用の直流電源(Dll+)
と、rfl流電源(118,)の出力を制御する半導体
チョッパ(Q、)と、半導体チ1ツバ(Q、)をパルス
幅変調スイッチング作用によって制御するパルス幅変調
回路(PWN)とで構成されたスイッチング制御回路に
おいて、パルス幅変調回路(PWM)の人力に入力端誤
差増幅器(八HP、)の出力を接続し、基準電圧を得る
ための一対の分割抵抗(R,)(R5)を直列接続して
その接続点に入力側誤差増幅器(八HP1)の非反転入
力端子(+)を接続すると共に非反転入力端子(+)1
111の基準電圧(v2)を与える分i91抵抗(R7
)をグランドライン(GND)に(C2)接続し、比較
電圧を得るための一対の分割抵抗(L)(L)を直列接
続してその接続点に入力側誤差増幅器(^Ni1.)の
反転入力端子(−)を接続すると共に反転入力端子(−
)側の比較電圧を与える処の分割抵抗(11,)を直流
電源(D口、)の入力側に接続し、グランドライン(G
Nil)側の分割抵抗(R1)と直流電源(Dll、)
側の分割抵抗(R3)との闇に入力側センス抵抗(R6
)を接続して成る事を特徴とするスイッチング制御回路
における電力tIIJ御回路に係るものである。
まず、従来回路の一般的な例をFA1図に従って説明す
る。この回路は、ステッピングモータ(M)の駆動回路
であるが、勿論これに限られるものでない、この回路は
直til電源、直MLt源の出力をチ5ツバ制御するス
イッチングトランジスタのような半導体チ慶ツバ(Q、
)、半導体チョッパ(Ql)をパルス幅変調スイッチン
グ作用によって制御するパルス1幅変調回路(PWt4
 )、出力電圧制御回路(1〉、出力電流制御回路(2
)、半導体チaツバ(ql)がカットオフとなったとき
にリアクトル(Ll)に電流を供給するフライホイルダ
イオード(Dl)、半導体チ履ツバ(Q、)の出力側に
直列に挿入されたりアクドル(Ll)、駆動巻線スイッ
チング回路(IIQ)に並列接続された平滑コンデンサ
(CI)などにより構成されている。直流電源は、−・
殻には交流電源を全波整流して得た直流電源が用いられ
る。 (DQ)は駆動巻線スイッチング回路であり、ス
イッチ素子として励磁1ランノスタ(Q2〜Q、)を直
・並列接続し、1オ一ム程度の低い値を有するセンス抵
抗(図示せず、)を駆動巻線スイッチング回路(DQ)
の出力側に直列接続しである。(M)はステッピングモ
ータで、駆動8線(OL)[ここでは1組だけ示す、1
と回転子(図示せず)を有する。
以上の(δ成において、ステッピングモータ(旧はモー
タ内部の2つの駆動巻線(1)L)(2相)Xは5つの
駆動巻!!a(OL>(S相)を順次励磁していくこと
により回松を得るのであるが、出力′4i流制御回路(
2)により電流(i>を一定にするような周amデユー
ティ(オンデユーテイ)でコントロールされ、“オン0
オフ”動作を行い、出力電圧制御回路(1)によりある
規定された値以上に出力電圧(vo)が上がらないよう
半導体チ鰭ツバ(Q、)のオンデユーテイを制限してい
る0以上のように制御された電流、電圧を励磁トランジ
スタ(02〜Qs)の例えば台形駆動のような励磁パタ
ーン制御に五り)llljllb巻線(DL)を励磁し
、ステッピングモータ(H)が駆動される事になる。
さて、このようなステッピングモータ駆動回路は年々小
型化に向かって進んでいるが、小型化する上での最大の
障害は熱設計である。この熱設計を確実に行うためには
駆動回路の消費電力を規定することが必要となる。そこ
で、従来のステッピングモータ駆動回路は、回路の小型
化に対応するため並びにステッピングモータ(M)の発
熱を押さえるために前述のように出力電圧制御をイ〒っ
でいた。ところが、ステッピングモータ(M)は種類に
よって駆動巻線(OL)のインダクタンスがそれぞれ違
うため、駆動回路における消費電力も違ってくる。その
結果、出力電圧制御を行うことにより、消費電力の違う
すべての駆動対象のステッピングモータ(M)について
そのトルク特性を下落させる形となっていた。この点を
@2図に従って説明する。
■ Pt52図(イ)のようにPa点で下がる消費電力
をPIJ点で下げるとする。この場合出力電圧を(o)
の出力電圧(Vb)にて制御することになる。〔第2図
(ロ)の−・−一・#aJ 換言すれば、出力電圧が(vb)にてクランプされるた
め、ilYl型費は(イ)の−・−・−・線のようにp
b入χをピークにして下がる。以J−によりトルク特性
は(ハ)の−一・−・線のようになり一一一線に比べて
特性が落ちることになる。
■ 又、消費電力の小さい基チッピングモータ(N)に
対しても、出力電圧クランプを行うことになり、トルク
特性を落としてしまう、即ち、駆動回路において?lY
l型費がtt%2図(イ)のPb、+;2まで消費出来
るように熱設計がなされていても、それ以前に出力電圧
が(vb)点に達した時、出力電圧制御回路(1)は、
tlY費電力の小さいステッピングモータ(M)に対し
ても郭1#が佇なわれ、4Y費電力を下落させてしまう
ため、駆動回路の特性が十分生かせないことになる。こ
のように出力電圧制御回路(1)により駆動回路の最大
消費電力を押さえた場合上記の2つのデメリットがある
■ その他、従来の回路において、消費電力を規定する
ためには、実際に駆動回路を組み、各種のステッピング
モータ(M)を駆動し、その中で最大M9j電力となる
ステッピングモータ(M)のMi類及びその回転周波数
を捜し出さなくてはならないが、これは大変に手間がか
がるとともに設計時に確実な熱設計を什うことが出来な
いという欠、αもあった。
(以下余白) 本発明は係る従来例の欠点に鑑みてなされたらので、そ
の目的とするところは、スイッチング制御回路のフィー
ドバックループ内に入力電流制御回路を設け、入力電流
(消費電流)の最大値を規定し、半導体チ9ツバの周波
数デエーティコントロールを行う事により、例えば各種
ステッピングモータのような負荷に無関係に駆動回路の
消費電流を規定するJJtが出来、消″W電力の大きな
負荷に閃しては、適度な出力電圧制御を行い、消費電力
の小さい負荷に対しては十分なトルク特性を発揮させる
事が出来、更に駆動回路の消費電力を明確にする事が出
来るため、駆動回路の小型化設計が容易になるスイッチ
ング制御方法とその回路を提供するにあり、第3図は以
」二のような問題、1.χを解消したステッピングモー
タ(M)の駆動回路を例にとった本発明の概略実施例で
ある。以下の説明において、第1図と同一の部分には同
一の番号を付して説明を省略する。なお、駆動巻線スイ
ッチング回路(DQ)は図示実施例に限られず、負荷(
M)の種類に応じて適宜の回路を選定すればよい。
本発明は、前述のように駆動回路のフィードバックルー
プ内に入力電流制御回路(3)を設け、入力電流(消費
電流)の最大値を規定し、半導体チ謄ツバ(Q、)の周
波数デユーティフントロールを行うものである。即ち、
第3図の駆動回路において、コンデンサ(C2)に供給
される電流(i>が、規定された値になるようにスイッ
チングトランノスタ又はFETなどでMIt或された半
導体すaツバ(Ql)の周波数デユーティをコントロー
ルする。(最大消費電力規定) さて、出力flll!負荷が大電力を要した場合、電流
(i)は増大するため入力電流制御回路(3)により半
導体チnツバ(Q、)の周波数デユーティが下げられ、
出力電力を減少させ、電流(1)は規定された値まで下
がり、in ’R電力は規定値となる。
逆に、出力側負荷が小電力を要した場合、電流(i)が
規定値以下であれば、半導体チョッパ(Ql)の周波数
デユーティは負荷に合わせてコントロールされ、出力側
負荷が要する電力を半導体チョッパ(Q、)の周波数デ
ユーティの100%まで供給する!1丁になる。
以−にのように、最大消費電力を規定しながら、負荷の
変動、違い等に今わせ、半導体チコッパ(Ql)の周波
数デユーティを自在にコントロールすることが出来る。
第4図はスイッチング制御によるステッピングモータ駆
動回路の具体的−例である。入力端子はへ〇電圧を整流
回路([l[+、)にで整流した電圧(定電圧)を使用
している。又、」二記回路の出力側負荷r本実施例では
駆動a#1(OL)Jは駆動巻線スイッチング回路(D
Q)の“オン”オフ″の周波数によりインピーダンスの
変動する負荷である。(八MP、)は入力側誤差増幅器
、(八HP、)は出力側ごミ差増幅器で、その出力はい
ずれもパルス幅変調回路(1’WM)の入力に接続され
ている。E、電圧分割用の抵抗(ト)と抵抗(R,)は
直列接続されており、その接続点は出力側2(差増幅器
(^Mpz)の反転入力端子に接続されて基僧電圧を設
定しており、非反転入力端子に接続された抵抗(R1)
の他端は出力側センス抵抗イ北i(R−o)の人力11
1111こ接続されている。入力側誤差増幅器(^旧1
.)の反転入力端子(−)は抵抗(R1)を介して分割
用の抵抗(Hz)と抵抗(R1)の接続、αに接続され
てにす、非反転入力端子〈+)は抵抗(R1)と抵抗(
R9)の接続点に接続されており、入力11tllセン
ス抵抗(R6)は抵抗(Ri)と抵抗([<、)の間に
接続されている。さて、人力fA誤差増幅器(^8P、
)の回路は下記のように動作する。電流(i、)の電流
量によりグランド(GND)から見た検出電圧(V、)
のレベルは変化する。
5ttiAt (i 1)が増えれば検出電圧(■、)
のレベルは下がってい(。1入力端センス抵抗(R6)
の電圧降下が増えるため1よって、グランド(GND)
から見た基準電圧(v2)のレベルを検出電圧(vl)
に対しどのくらい低くするかによって、電流(il)に
流す電流量をコントロール出来る。尚、上記回路は、入
力電圧が^C電圧を整流したものであるため電流(i、
)にはパルス的な′Bi流しが流れないのでコンデンサ
(C3)、抵抗(R1)、抵抗〈貼)による積分回路を
設けた。ただし抵抗(貼))抵抗(L)である、従って
電tiL (i 1)は、基小電圧(V、)のレベルを
可変することにより自在に規定小米る。電流(11)が
規定小米れば′ifi流(1,)と比例するへ〇電流(
+)も規定できることになるので、入力電流(消費電流
)は規定される。また、第4図の入力側誤差増幅器(Δ
Ml’、)の動作に抵抗(R1)、(R7)及びコンデ
ンサ(Cz)のC8回路にて時定数を持たせ、入力側セ
ンス抵抗(R,)の検出レベルの変化に対し、入力l1
lll誤差増幅器(AMP、)の動作を遅C)せること
1こより急激なステッピングモータ(M)の負荷変動に
対し入力端子制御が一時的に遅れ、第7図のように入力
電流が増えるツfになる。これにより一時的にステッピ
ングモータ(M)への出力(消費)電力が増え、トルク
アップとなりステッピングモータ(M)の負荷変動に対
してステッピングモータ(M)の駆動回路の追従性を高
めることが出来る。これは例えばステッピングモータの
自起動特性の向上として表れる。以上のように電流(i
、)の最大値を規定するように″P−導体チaツバ(Q
l)にフィードバック制御を行う。一方、駆動巻a(O
L)(出力負荷)の定電流コントロールは出方(I11
誤差増幅器(八HP、)により電流(1、)によるセン
ス抵抗(Rho)の電圧降下を半導体チシッパ(貼)に
フィードバック制御n回路しで行なわれる。ステッピン
グモータ(Haはモーy内邪の2つのwA動巻#;I 
(DL)(2a ”)又115つの駆動巻線(DL)(
5相)を順次励磁していくことにより回転を得る。この
ためステッピングモータ(M)の回転周波数により負荷
変動が大きく、周波数が高くなるにつれて駆動巻#a(
DL)に電流が流れにくくなる6つ:1QwA勤巻線(
DL)のインピーダンスが増大していく特性を持ってい
る。 出力側誤差増幅器(八HP2)の回路はステッピ
ングモータ(14)の回転周波数が高くなると電流に2
)が減少していくため半導体チaツバ(q、)の周波数
デユーティ(オンデユーテイ)を上げていく。半導体ナ
タツバ(q、)のオンデユーテイが上かっていけば、電
流に、)が増えていくため入力側誤差増幅器(AMP、
)の回路の制限により電流に1)が規定された電流以上
流れないように半導体チラッパ(Ql)にフィードバッ
ク制御される。このように出力側誤差増幅器(^Np2
)の出力電流制御回路のみでは半導体チ!+7パ(シ)
のオ/テ゛ニーチーを100%まで引き上げてしまい、
入力の1lIf費電流を増大させてしまうのを入力端誤
差増幅器(八811.)の入力電流制御回路はこれを制
限し、駆動巻#a(DL>のインピーダンスの増加に合
わせゆっくりと半導体チタンパ(Q、)のオンデユーテ
イを上げていくので、入力電流が規定されたまま駆動回
路の最大出力「半導体チシッパ(Ql)のオンデユーテ
イ100%」までコントロールしていくことができる。
この点第5図(イ)〜(ハ)に従って説明する。ステッ
ピングモータ駆動回路は一般にAClooVを整流した
電圧(DC約140V)にて駆動されているため、ここ
では入力電圧がDC140Vとした場合での、消費電力
の規定及びそれによるステッピングモータ(M)のトル
ク特性について第5図(イ)(ロ)(ハ)に具体例を示
す、但し出力電流制御(出力電流)は一定とする。 消
費電流は(イ)の−一一一線に示すようにステッピング
モータ(M)の回転周波数により変化していく。
Pa点まで徐々に増加しているのは、ステッピングモー
タ(M)の回転周波数変化による駆動巻線([lL)の
インピーダンスの増加に対して、出力fti流制御によ
って、出力電圧を徐々に上げていくためである。[(ロ
)−−−−−4Q参照l Pa点まで増加すると、出力
電圧は最大(+40V)となり、その後は駆動巻線(O
L)のインピーダンスの増加に対し出力電圧は一定とな
るためtlYl型費は徐々に下がっていく。そしてステ
ッピングモータ(H)の特性を意味する回転トルク(T
)は消費電流の減少とともに減っていくことになる。[
(ハ)−一一一線参照1ここで消費電流をpb点に規定
したいとする。従来は、pb点に規定するため、出力電
圧制御回路(1)を用い、出力電圧を検出電圧(V、)
より上げないようにした。(出力電圧may=検出電圧
(Vb) !これにより、消費電流は(イ)の−・−・
−線のようにp b 、t’y。
をビークとし減少していく。その結果ステッピングモー
タ(M)のトルク特性は図3の−・−・−・線に示すよ
うに一一一一一線に比べて大幅に減っていくことになる
本発明回路例の入力電流制御回路(3)を使用した場合
、消費電流はpb点にて規定されるが、その後はステッ
ピングモータ駆動巻#X(OL)のインピーダンスの増
加に合わせ(ロ)の実1線のように徐々に出力電圧を上
げていくため消費電流は(イ)の実M491のように一
定レベルで保持される。この特性が得られるためステッ
ピングモータ(M)のトルク特性は図3の実細線に示す
特性となり従来の出力電圧制御回路(1)方式と比べ斜
4fA顔分だけステッピングモータ(M)の特性をアッ
プできる。
χ、本発明回路例の入力端子制御回路(3)を使用した
応用回路はステッピングモータ(M)の種類(負荷の特
性)が変わった場合、さらにそのvt徴を発揮する。第
6図にその具体例を示す。駆動巻#I(OL)のインピ
ーダンスが1氏いステッピングモータ(M)を、前述し
た出力電圧制御回路(1)を設けた従来の駆動回路で駆
動した場合、あく土でも出力電圧を規定してしまい、消
費電流が第6図(イ)のpb点に達しなくてもステッピ
ングモータ(M)の特性を落としてしまう、[(イ)(
ロ)の−・−−−・#a参照1ところが本発明回路例を
使用した場合消費電流が規定のPb点に達しない限り、
出力電圧を規定しないため(イ)(ロ)の−一一一線の
ように自然な特性をそのまま発揮出来る。
ttS1発明は叙J−のように、制御回路のフィードバ
ックループ内に入力電流制御回路を設け、入力電流制御
回路にて直流電源の入力電流の最大値を規定し、パルス
幅変調回路を介して半導体チシッパの周波数テ゛ニーテ
ィコントロールされており、第2発明は、パルス幅変調
回路の入力に入力fllll誤差増幅器の出力を接続し
、基部電圧を得ろための一対の分割抵抗を直列接続して
その接続、「、χに入力側誤差増幅器の非反転入力端子
を接続すると共に非反転入力端子側の基準電圧を与える
分割抵抗をグランドラインに接続し、比較電圧を得るた
めの一対の分割抵抗を直列接続してその接続点に入力側
誤差増幅器の反転入力端子を接続すると共に反転入力端
子側の比較電圧を与える分割抵抗を直流電源の入力側に
接続し、グランド側の分割抵抗と直流′di源側の分;
q抵抗との間に入力側センス抵抗を接続しであるので、
ステッピングモータの種類等に無関係に駆動回路の消費
電流を規定Cる°IVが出来、jlY費電力の大きなス
テッピングそ一タに関しては、適ノ文な出力電圧制御を
行い、消費電力の小さいステッピングモータに対しては
十分なトルク特性を発揮させる)tsが出来、更に駆動
回路の消W電力を明確にする事が出来るため、駆動回路
の小型化設計が容易になるという利点がある。又、駆動
回路における消費XIi流が明確に規定されるために、
人力電力にitするトランス設8ト等も確実な設計が出
来、消費電流の規定は磯枯設iト(放熱等の設計)を確
実なものとし安全性に優れた設計を行うことが出来ると
いう利、αも派生する。
尚、本発明によれば、定電流駆動回路においては出力電
圧制御回路、定電圧駆動回路においては出力電流制御回
路の各々を削除することができ、駆動回路内に制御回路
を増すことにはならない。
以−にのように本発明回路例の入力電流制御回路を使用
することによりステッピングモータ駆動回路の特性は最
大限に発揮される。
【図面の簡単な説明】
Pt51図・・・従来のステッピングモータ駆動回路の
一例を示す結mvlJ1 第2図・・・従来回路における性能曲線図、第3図・・
・本発明の概略結IQ図、 第4図・・・本発明の一実施例の結線図、第5図・・・
本発明回路における性能曲線図、第6図・・・本発明回
路をインピーダンスの低いステッピングモータに適用し
た場合の性 能曲線図。 fjSV図・・・本発明の入力側誤差増幅器に時定数を
持たせた時の消費電力を示すグラフ。 (D[l、)・・・1α流SKi源 (Q、)・・・半
導体チョッパ(PWM)・・・パルス変調駆動回路 (DI)・・・7?イホイルダイオード(Ll)・・・
リアクトル (DQ)・・・駆動巻線スイッチング回路(R3)・・
・抵抗 (R2)〜(R1)、(R7)〜(R1)・−・分割用
の抵抗(R6)・・・入力側センス抵抗 (R,、)・・・出力側センス抵抗 (M)・・・ステッピングモータ (OL)・・・駆動巻線  (C0)・・・平滑コンデ
ンサ(八HP、)・・・入力側誤差増幅器 (八MP2)・・・出力側誤差増幅器 (C2)・・・コンデンサ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電流供給用の直流電源と、直流電源の出力を制御
    する半導体チョッパと、半導体チョッパをパルス幅変調
    スイッチング作用によって制御するパルス幅変調回路と
    で構成されたスイッチング制御回路において、制御回路
    のフィードバックループ内に入力電流制御回路を設け、
    入力電流制御回路にて直流電源の入力電流の最大値を規
    定し、パルス幅変調回路を介して半導体チョッパの周波
    数デューティコントロールを行う事を特徴とするスイッ
    チング制御回路における電力制御方法。
  2. (2)電流供給用の直流電源と、直流電源の出力を制御
    する半導体チョッパと、半導体チョッパをパルス幅変調
    スイッチング作用によって制御するパルス幅変調回路と
    で構成されたスイッチング制御回路において、コンデン
    サを直流電源に並列接続し、パルス幅変調回路の入力に
    入力側誤差増幅器の出力を接続し、基準電圧を得るため
    の一対の分割抵抗を直列接続してその接続点に入力側誤
    差増幅器の非反転入力端子を接続すると共に非反転入力
    端子側の基準電圧を与える分割抵抗をグランドラインに
    接続し、比較電圧を得るための一対の分割抵抗を直列接
    続してその接続点に入力側誤差増幅器の反転入力端子を
    接続すると共に反転入力端子側の比較電圧を与える分割
    抵抗を直流電源の入力側に接続し、グランド側の分割抵
    抗と直流電源側の分割抵抗との間に抵抗を接続して成る
    事を特徴とするスイッチング制御回路における電力制御
    回路。
  3. (3)入力側誤差増幅器の反転入力端子に抵抗を直列接
    続するとともに入力側誤差増幅器の反転入力端子と出力
    との間にコンデンサを接続し、抵抗とコンデンサとでC
    R回路を形成して成る事を特徴とする特許請求の範囲第
    2項に記載のスイッチング制御回路における電力制御回
    路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH01243887A (ja) * 1988-03-22 1989-09-28 Meretsuku:Kk ステッピングモータの微小角駆動回路とその微小角駆動方法
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