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JP2000032753A - 直流安定化電源装置 - Google Patents

直流安定化電源装置

Info

Publication number
JP2000032753A
JP2000032753A JP10199327A JP19932798A JP2000032753A JP 2000032753 A JP2000032753 A JP 2000032753A JP 10199327 A JP10199327 A JP 10199327A JP 19932798 A JP19932798 A JP 19932798A JP 2000032753 A JP2000032753 A JP 2000032753A
Authority
JP
Japan
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output
voltage
control
power supply
pulse
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10199327A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuru Baba
満 馬場
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Corp filed Critical Yamaha Corp
Priority to JP10199327A priority Critical patent/JP2000032753A/ja
Publication of JP2000032753A publication Critical patent/JP2000032753A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 各電源出力を独立に制御することができ、し
かもコストアップや余分な発熱を招くことがない直流安
定化電源装置を提供する。 【解決手段】 直流入力電圧Vinを安定化して複数系統
の直流出力電圧Voutを出力する直流安定化電源装置が
提供される。複数の出力駆動部41は、制御パルスCP
に従って選択的に導通するスイッチング素子401及び
スイッチング素子の出力を平滑化させる平滑化回路40
2,403を備え、直流入力電圧Vinを安定化する。制
御部43は、これら出力駆動部41からの直流出力電圧
Voutを監視して、各直流出力電圧Voutと予め設定した
各系統の目標出力電圧とが等しくなるように制御パルス
CPのパルス幅をそれぞれ調整し、これら制御パルスを
出力タイミングをずらして各出力駆動部41に出力す
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、汎用スイッチン
グレギュレータやACアダプタ等に適用される直流安定
化電源装置に関し、特に多出力の直流電源に適用される
直流安定化電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】スイッチングレギュレータ等に適用され
る安定化電源装置は、通常、交流商用電源電圧を整流す
る一次側の整流回路と、この整流回路の出力を高周波ス
イッチングし、絶縁トランスを介して一次側から二次側
に交流電力を供給するインバータと、このインバータの
出力を整流する二次側の整流回路と、この整流回路から
出力される直流電圧を安定化する安定化回路とを備えて
構成される。負荷変動等により直流電源電圧が変動した
場合には、二次側の出力電圧をフォトカプラ等を用いて
一次側にフィードバックしてインバータのスイッチング
のパルス幅を調整することにより、常に目標とする出力
電源電圧が得られるようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の直流安定化電源装置では、多出力電源に適用し
た場合、最も精度が要求される特定の二次側出力のみを
一次側にフィードバックすることになるため、他の電源
出力は結果として負荷変動が無くてもこの影響を受けて
変動してしまう。これを防止して各電源出力を安定化す
るには、一次回路及び二次回路を各電源出力毎に設ける
必要があり、コストアップや余分な発熱を招くという問
題がある。
【0004】この発明は、このような問題点に鑑みなさ
れたもので、各電源出力を独立に制御することができ、
しかもコストアップや余分な発熱を招くことがない直流
安定化電源装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明に係る第1の直
流安定化電源装置は、直流入力電圧を安定化して複数系
統の直流出力電圧を出力する直流安定化電源装置であっ
て、制御パルスに従って選択的に導通するスイッチング
素子及びスイッチング素子の出力を平滑化させる平滑化
回路を備え前記直流入力電圧を安定化して直流出力電圧
を出力する複数の出力駆動部と、これら出力駆動部から
の各直流出力電圧を監視して、各直流出力電圧と予め設
定した各系統の目標出力電圧とが等しくなるように前記
各出力駆動部のスイッチング素子に供給する制御パルス
のパルス幅をそれぞれ調整し、これら制御パルスを出力
タイミングをずらして前記各出力駆動部に出力する共通
の制御部とを備えたことを特徴とする。
【0006】この発明に係る第2の直流安定化電源装置
は、交流電源電圧を整流する第1の整流回路と、この第
1の整流回路の出力を所定周波数でスイッチングして絶
縁トランスの一次側から二次側に交流電力を供給するイ
ンバータと、このインバータの出力を整流して直流電圧
を出力する第2の整流回路と、この第2の整流回路から
出力される直流電圧を安定化して複数系統の直流出力電
圧を出力する安定化回路とを備えた直流安定化電源装置
において、前記安定化回路が、制御パルスに従って選択
的に導通するスイッチング素子及びスイッチング素子の
出力を平滑化させる平滑化回路を備え前記直流入力電圧
を安定化して直流出力電圧を出力する複数の出力駆動部
と、これら出力駆動部からの各直流出力電圧を監視し
て、各直流出力電圧と予め設定した各系統の目標出力電
圧とが等しくなるように前記各出力駆動部のスイッチン
グ素子に供給する制御パルスのパルス幅をそれぞれ調整
し、これら制御パルスを出力タイミングをずらして前記
各出力駆動部に出力する共通の制御部とを備えたもので
あることを特徴とする。
【0007】この発明によれば、安定化すべき直流電
圧、即ち二次側の安定化前の直流電圧を共通に入力する
複数の出力駆動部が備えられる。各出力駆動部は、スイ
ッチング素子を備え、制御部は、各出力駆動部の直流出
力電圧を監視して、この直流出力電圧が目標出力電圧と
等しくなるように、スイッチング素子の導通時間を各出
力駆動部毎に独立に制御する。これにより、各直流出力
電圧を他の出力系統に影響を及ぼさずに、個々の負荷変
動に応じて独立して制御することが可能になる。各出力
駆動部が独立に制御されると、各出力駆動部のスイッチ
ング素子が同時にオンしたときに二次側に多大な突入電
流が発生する。しかし、この発明によれば、各スイッチ
ング素子を駆動する制御パルスの出力タイミングをずら
すようにしているので、このような突入電流が生じるこ
とがない。また、このように複数の出力駆動部を1つの
制御部によって集中的に制御することにより、効率良く
二次側の負荷分散を図ることができる。
【0008】なお、以上の構成において、制御部は、例
えば各出力駆動部からの直流出力電圧を直接又は分圧し
て入力すると共に基準電圧を入力してこれらをアナログ
・ディジタル変換するアナログ・ディジタル変換器と、
外部から与えられた各系統の目標出力電圧の情報とアナ
ログ・ディジタル変換器で変換された各電圧のディジタ
ル値とに基づいて、複数の制御パルスについて順番にそ
のパルス幅を決定しパルス幅情報を出力する制御回路
と、この制御回路から出力されたパルス幅情報を入力
し、各パルス幅情報で指定された時間だけ各出力駆動部
のスイッチング素子に順番に制御パルスを出力するパル
ス幅制御回路とを備えるように構成することができる。
【0009】制御部が、このような構成であると、各出
力駆動部の目標出力電圧を外部からディジタル情報の形
態で与えることができるので、出力電圧の調整や負荷条
件の変更等をソフト的に行うことができ、量産時のハー
ド的な調整が不要になり、自動化によるコストダウンが
図れるという利点がある。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の好ましい実施の形態について説明する。図1は、この
発明の一実施例に係る直流安定化電源装置のブロック図
である。この装置は、交流商用電源電圧(AC100
V)を整流する一次側の第1の整流回路1と、この第1
の整流回路1の出力を高周波(例えば30KHz)によ
りスイッチングして絶縁トランスの一次側から二次側に
交流高周波電力を供給するインバータ2と、このインバ
ータ2の出力を整流して直流電圧を出力する二次側の第
2の整流回路3と、この第2の整流回路3から出力され
る直流電圧を安定化して複数系統の直流出力電圧Vout
1,Vout2,…,Voutnを出力するチョッパー回路(安
定化回路)4とを備えて構成されている。
【0011】図2は、この電源装置の更に詳細な回路図
である。第1の整流回路1は、交流商用電源電圧をダイ
オード11で整流し、コンデンサ12で平滑化するコン
デンサ入力型整流コンバータである。インバータ2は、
絶縁トランス21の一次側巻線と直列にスイッチング用
のパワーFET(電界効果トランジスタ)22を挿入
し、このFET22をドライブ回路23によって所定周
波数でドライブすることにより、整流回路1の直流出力
を絶縁トランス21の二次側に交流電圧に変換して出力
する。第2の整流回路3は、絶縁トランス21の二次側
交流電圧を整流するダイオード31及びダイオード31
の出力を平滑化するコンデンサ32により構成されてい
る。
【0012】チョッパー回路4は、第2の整流回路3か
ら出力される直流電圧を直流入力電圧Vinとして共通に
入力し、これを予め設定された目標出力電圧に一致する
ように安定化して直流出力電圧Vout1〜Vout4として出
力する複数系統の出力駆動部411,412,413,4
14と、これら出力駆動部411〜414からの直流出力
電圧Vout1〜Vout4を直接又は抵抗47,48によって
分圧して入力すると共に、基準電源42からの基準電圧
Vrefを入力して、これら電圧値と外部から与えられる
目標出力電圧等のデータDAとに基づいて各出力駆動部
411〜414を目標出力電圧となるようにPWM(パル
ス幅変調)制御する1チップマイクロコンピュータ(制
御部)43とにより構成されている。
【0013】各出力制御部411〜414は、同一構成と
なっており、直流入力電圧Vinを入力とし、制御パルス
CP1〜CP4によってそれぞれ導通するスイッチング素
子であるFET401と、FET401の出力を平滑化
するチョークコイル402及びコンデンサ403からな
る平滑化回路と、FET401と平滑化回路との接続点
と接地との間に逆接続されたフライホイルダイオード4
04により構成されている。
【0014】1チップマイクロコンピュータ43は、A
/D変換器431、シリアルI/O部(SIO)43
2、CPU433、複数のパルス幅制御モジュール(P
WCM)4341〜4344、ROM435、RAM43
6及びこれらを接続するバス437により構成されてい
る。A/D変換器431は、各出力駆動部411〜414
の直流出力電圧Vout1〜Vout4を直接又は抵抗47,4
8によって分圧して入力すると共に、基準電源42から
の基準電圧Vrefを入力し、これらアナログ電圧をアナ
ログ/ディジタル変換する。SIO432は、目標出力
電圧等のデータDAをシリアル入出力する。CPU43
3は、A/D変換器431からのディジタル出力とSI
O432からのデータとに基づいて各出力駆動部411
〜414について、順番に制御パルスCP1〜CP4のパ
ルス幅を計算し、PWCM4341〜4344に出力す
る。PWCM4341〜4344は、CPU433からパ
ルス幅のデータが書き込まれたら、内部の図示しないタ
イマーを起動させてその時間だけ制御パルスCP1〜C
P4を出力駆動部411〜414に順番に出力(時分割出
力)する。なお、この1チップコンピュータ43は、整
流回路3の出力電圧を抵抗44、ツェナーダイオード4
5及びコンデンサ46で所定電圧に安定化した電圧を自
らの電源電圧Vccとして使用する。
【0015】次に、このように構成された直流安定化電
源装置の動作について説明する。ドライブ回路23から
のドライブパルスDPによって一次側のFET22がオ
ン状態になって絶縁トランス21に電流が流れると、二
次側のダイオード31もオン状態となり、二次側のコン
デンサ32に電荷が充電される。一次側のFET22が
オフ状態となり二次側のダイオード31もオフ状態とな
ると二次側のコンデンサ32に蓄積された電荷は放出状
態となる。
【0016】二次側のFET401は、このようなコン
デンサ32の充放電によって得られた直流入力電圧Vin
から予め設定された直流出力電圧Vout1〜Vout4を得る
ためにオンオフ制御される。CPU433は、SIO4
32を介して予め設定された目標出力電圧に出力電圧V
out1〜Vout4が到達するようにパルス幅が調整された制
御パルスCP1〜CP4をPWCM4341〜4344を介
して出力し、FET401をPWM制御する。FET4
01は、チョークコイル402及びコンデンサ403で
平滑化されて直流出力電圧Vout1〜Vout4となる。この
電圧は、抵抗47,48により分圧されてA/D変換器
431に入力されてA/D変換され、同じくA/D変換
された基準電圧Vrefとの差分が計算され、この差分と
目標出力電圧とに基づいて制御パルスCP1〜CP4のパ
ルス幅が決定される。例えば基準電圧Vref=2.5
V、抵抗47,48の抵抗値をR1,R2とし、A/D
変換器431の変換ビット数を8ビットとした場合の各
直流出力電圧Vout、抵抗値R1,R2及び最小分解能
の関係を下記表1に示す。
【0017】
【表1】
【0018】このように、この装置は目標出力電圧を維
持するようにサーボが働き、負荷が変動しても常に一定
の直流出力電圧が得られるように動作する。目標出力電
圧を変更する場合には、抵抗値R1,R2の比を変えて
もよいが、その場合、調整工程を要するため、この実施
例では、外部からSIO432を通じてソフト的に変更
する。ソフト的に変更するには、内部の出力設定定数を
変更すればよい。例えば、表1のVout=5.0Vの設
定のところを6.0Vに変更しようとした場合、A/D
変換器431へのフィードバック電圧は、3.0Vとな
るので、基準電圧Vrefとの差が0.5Vとなる。従っ
て、この0.5Vを出力設定定数として与えるようにす
ればよい。この情報は、予め各部品のばらつきも考慮し
た上で固有のデータとしてROM435に書き込んでお
く。これにより、正確で簡単な制御が可能になる。な
お、出力電圧の変更には、例えば、SIO432を介し
てパスワードの供給を必要とする等、システムのセキュ
リティーを確保するようにしても良い。
【0019】出力駆動部411〜414のFET401
は、同時にオン状態となるのではなく、少しずつずれた
タイミングでオン状態とされる。図3は、ドライブパル
スDPの1周期T(例えば33μs)を均等に4分割し
て各タイムスロットt1,t2,t3,t4を各出力駆
動部411〜414に割り当てることにより、時分割制御
を行った例を示している。この場合、CPU433は、
各タイムスロットt1〜t4の先頭で、例えば図4に示
すような処理を実行する。即ち、タイムスロットtN
(N=1,2,3,4)の先頭では、まずN番目の出力
電圧VoutNをチェックする(S1)。出力電圧VoutNの
チェックは、瞬時値でも良いし、平均値でも良い。次に
目標出力電圧と直流出力電圧VoutNとの誤差に応じてパ
ルス幅を決定し、N番のPWCM434Nにパルス幅の
データを書き込む(S2)。そして、制御する出力の番
号Nを更新して(S3)、次のタイムスロットの開始ま
で待つ。
【0020】一方、パルス幅のデータが書き込まれたP
WCM434Nは、直ちに制御パルスCPNをオン状態に
して出力制御部41Nに出力すると共に、内部のタイマ
ーを起動して書き込まれたパルス幅に相当する時間を計
測する。パルス幅に相当する時間が経過したら制御パル
スCPNをオフ状態にする。パルス幅は、内部の正確な
発振源に基づいて計測されるため、正確な制御が可能で
ある。また、それぞれの出力をどの順にどれ位の時間差
を持って立ち上げるかということも自由に設定可能であ
る。この方式は、ドライブパルスDPの周期を均等に分
割して各出力電圧の制御に割り当てているので、負荷分
散の面では良いというメリットがあるが、制御可能なパ
ルス幅は、タイムスロットtNの長さが限度となる。
【0021】図5は、他の制御方式を示す図である。こ
の実施例ではドライブパルスDPの1周期T内を固定的
に分割せずに、1つの制御パルスCPNがオフになった
ら、直ちに次の制御パルスCPN+1を立ち上げることに
より、制御パルスCP1〜CP4を連続的に出力するよう
にしている。この場合、CPU433は、各ドライブパ
ルスDPの周期Tの先頭で図6に示すような処理を起動
する。即ち、まず、N=1とし(S11)、N番目の出
力電圧VoutNをチェックする(S12)。次に目標出力
電圧と直流出力電圧VoutNとの誤差に応じてパルス幅を
決定し、N番のPWCM434Nにパルス幅のデータを
書き込む(S13)。そして、制御する出力の番号Nを
更新して(S14)、Nが4を超えたら処理を終了する
が(S15)、Nが4以下の場合には、PWCM434
Nからの一致パルスの入力を待つ(S16)。一致パル
スが入力されたら、次の出力電圧VoutNのチェックを実
行し(S12)、以後同様の処理を繰り返す。
【0022】パルス幅のデータが書き込まれたPWCM
434Nでは、直ちに制御パルスCPNをオン状態にして
出力制御部41Nに出力すると共に、内部のタイマーを
起動して書き込まれたパルス幅に相当する時間を計測す
る。パルス幅に相当する時間が経過したら制御パルスC
PNをオフ状態にすると同時に一致パルスをCPU43
3に返す。これにより、制御パルスCPNのパルス幅は
T/4に制限されることが無くなる。
【0023】なお、この発明は上述した実施例に限定さ
れるものではない。図7は、過負荷時の保護機能を負荷
した直流安定化電源装置の要部のみを示す回路図であ
る。この回路では、抵抗51,52,53及びトランジ
スタ54からなる過電流検出回路を新たに設けている。
出力短絡などによって過電流が生じると、抵抗53間の
電位差が所定レベルを超えてトランジスタ54がオン
し、バッファ55の入力が立ち下がるので、バッファ5
5の出力が立ち上がる。これがCPU433への割り込
み信号INTとなって、出力電圧を制御したりオフにす
ることができる。出力の短絡は、FET401をフルに
駆動しているのも拘わらず、出力電圧が0V近辺である
状態を検知することによっても検出することができる。
図3の方式のように、制御パルスの最大パルス幅を規定
しておけば、これを超えることはないので、素子破壊を
防ぐことができる。また、他の出力も同時にオフにした
り、その優先度を決めてテーブル化しておくこともでき
る。
【0024】この発明によれば、出力電圧VoutをCP
U433によって評価することができるので、例えばあ
る出力については出力電圧の上限と下限とを予めデータ
DAによって設定しておき、この範囲を超えたときに、
警告表示をしたり、外部にリセット信号を出力する等の
処置をとることも容易である。
【0025】また、A/D変換器431のA/D変換機
能を利用して、他の物理量を監視することもできる。例
えば図8には、FET401の過電流(オーバロード)
による加熱を検出するサーミスタ61の出力をA/D変
換し、CPU433がこれを監視して異常な加熱時に出
力をオフにしたり警告表示を行う例が示されている。ま
た、図示のように、システムがバックアップ用のバッテ
リ63を有する場合、このバッテリ63の充電回路62
を介した充電過程でバッテリ温度の上昇を見る必要があ
る場合、このバッテリ63にサーミスタ64を付け、そ
の測定値に基づきスイッチSWで充電オンオフして、過
充電等を防止することもできる。
【0026】この電源装置は、例えば図9に示すような
ACアダプタ71にも適用できる。この場合、ACアダ
プタ71には、ACプラグ72と、複数の直流電源出力
コネクタ73およびケーブルと、データDAを外部入出
力するためのデータ通信コネクタ74およびケーブルと
が備えられる。
【0027】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
各出力駆動部の直流出力電圧を監視して、この直流出力
電圧が目標出力電圧と等しくなるように、スイッチング
素子の導通時間を各出力駆動部毎に独立に制御すること
により、各直流出力電圧を他の出力系統に影響を及ぼさ
ずに、個々の負荷変動に応じて独立して制御することが
可能になる。また、この発明によれば、各スイッチング
素子を駆動する制御パルスの出力タイミングをずらすよ
うにしているので、各系統の突入電流集中等を排除で
き、電力負荷分散を図ることができるという効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例に係る直流安定化電源装
置のブロック図である。
【図2】 同装置の詳細回路図である。
【図3】 同装置の第1の方式による駆動方法を示すタ
イミングチャートである。
【図4】 同方式を実現するCPUの処理を示すフロー
チャートである。
【図5】 同装置の第2の方式による駆動方法を示すタ
イミングチャートである。
【図6】 同方式を実現するCPUの処理を示すフロー
チャートである。
【図7】 この発明の他の実施例に係る電源装置の要部
の回路図である。
【図8】 この発明の更に他の実施例に係る電源装置の
要部の回路図である。
【図9】 この発明の実施例に係る電源装置の応用例を
示す図である。
【符号の説明】
1…第1の整流回路、2…インバータ、3…第2の整流
回路、4…チョッパー、411〜414…出力駆動部、4
3…1チップマイクロコンピュータ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流入力電圧を安定化して複数系統の直
    流出力電圧を出力する直流安定化電源装置であって、 制御パルスに従って選択的に導通するスイッチング素子
    及びスイッチング素子の出力を平滑化させる平滑化回路
    を備え前記直流入力電圧を安定化して直流出力電圧を出
    力する複数の出力駆動部と、 これら出力駆動部からの各直流出力電圧を監視して、各
    直流出力電圧と予め設定した各系統の目標出力電圧とが
    等しくなるように前記各出力駆動部のスイッチング素子
    に供給する制御パルスのパルス幅をそれぞれ調整し、こ
    れら制御パルスを出力タイミングをずらして前記各出力
    駆動部に出力する共通の制御部とを備えたことを特徴と
    する直流安定化電源装置。
  2. 【請求項2】 交流電源電圧を整流する第1の整流回路
    と、 この第1の整流回路の出力を所定周波数でスイッチング
    して絶縁トランスの一次側から二次側に交流電力を供給
    するインバータと、 このインバータの出力を整流して直流電圧を出力する第
    2の整流回路と、 この第2の整流回路から出力される直流電圧を安定化し
    て複数系統の直流出力電圧を出力する安定化回路とを備
    えた直流安定化電源装置において、 前記安定化回路は、 制御パルスに従って選択的に導通するスイッチング素子
    及びスイッチング素子の出力を平滑化させる平滑化回路
    を備え前記第2の整流回路から出力される直流電圧を安
    定化して直流出力電圧を出力する複数の出力駆動部と、 これら出力駆動部からの各直流出力電圧を監視して、各
    直流出力電圧と予め設定した各系統の目標出力電圧とが
    等しくなるように前記各出力駆動部のスイッチング素子
    に供給する制御パルスのパルス幅をそれぞれ調整し、こ
    れら制御パルスを出力タイミングをずらして前記各出力
    駆動部に出力する共通の制御部とを備えたものであるこ
    とを特徴とする直流安定化電源装置。
  3. 【請求項3】 前記共通の制御部は、 前記各出力駆動部からの直流出力電圧を直接又は分圧し
    て入力すると共に基準電圧を入力してこれらをアナログ
    ・ディジタル変換するアナログ・ディジタル変換器と、 外部から与えられた各系統の目標出力電圧の情報と前記
    アナログ・ディジタル変換器で変換された各電圧のディ
    ジタル値とに基づいて、前記複数の制御パルスについて
    順番にそのパルス幅を決定しパルス幅情報を出力する制
    御回路と、 この制御回路から出力されたパルス幅情報を入力し、各
    パルス幅情報で指定された時間だけ前記各出力駆動部の
    スイッチング素子に順番に制御パルスを出力するパルス
    幅制御回路とを備えたものであることを特徴とする請求
    項1又は2記載の直流安定化電源装置。
JP10199327A 1998-07-14 1998-07-14 直流安定化電源装置 Withdrawn JP2000032753A (ja)

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