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JPH09247929A - スイッチング電源装置 - Google Patents

スイッチング電源装置

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Publication number
JPH09247929A
JPH09247929A JP8079396A JP7939696A JPH09247929A JP H09247929 A JPH09247929 A JP H09247929A JP 8079396 A JP8079396 A JP 8079396A JP 7939696 A JP7939696 A JP 7939696A JP H09247929 A JPH09247929 A JP H09247929A
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JP
Japan
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power supply
current
output
switching power
input
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JP8079396A
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峯  隆太
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Canon Inc
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Publication date
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Priority to US08/812,156 priority patent/US5949223A/en
Priority to EP97103896A priority patent/EP0794607B1/en
Priority to DE69733679T priority patent/DE69733679T2/de
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007Plural converter units in cascade

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  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Motor And Converter Starters (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷で急激なピーク電流を要求した場合に、
スイッチング電源装置の入力側にも大きな電流が流れて
しまうので、このピーク電流に対応できるように入力電
源やトランスや各回路素子に容量の大きなものを用いな
ければならないと共に、一時的な入力電源の異常が発生
した場合に出力電圧が低下してしまう。 【解決手段】 常時電力を蓄積している大容量の電力蓄
積兼平滑コンデンサC1を設け、負荷電流が急増した場
合に、この電力蓄積兼平滑コンデンサC1から負荷12
に電力を供給する

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、入力電源をスイッ
チングすることで出力電圧を一定に制御するようなスイ
ッチング電源装置、特に定常の出力電流に対して一時的
に大きなピーク電流を要求するような負荷に対して用い
られるスイッチング電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来の降圧チョッパー型のスイ
ッチング電源装置の構成を示すブロック図であり、同図
において、501,502は入力端子で、両入力端子5
01,502間には直流電源Vinが接続され、直流電
圧が供給される。503,504は出力端子で、両出力
端子503,504間には負荷505が接続される。Q
5はスイッチングトランジスタで、そのコレクタは一方
の入力端子501に接続され、エミッタはチョークコイ
ルL5の一方の端子及びダイオードD5のカソードに接
続され、べ一スは制御回路506に接続される。
【0003】チョークコイルL5の他方の端子は電流検
出抵抗R5の一方の端子と電流検出回路507に接続さ
れ、抵抗R5の他方の端子は、平滑用コンデンサC5の
プラス側、電流検出回路507、電圧検出回路508及
び一方の出力端子503に接続される。電流検出抵抗R
5の両端に接続された電流検出回路507の出力と、一
方の出力端子503に接続された電圧検出回路508の
出力は制御回路506に接続される。他方の入力端子5
02、他方の出力端子504、ダイオードD5のアノー
ド側、平滑用コンデンサC5の陰極側は共通であり、接
地されている。
【0004】このような構成の降圧チョッパー型のスイ
ッチング電源装置の動作を説明する。
【0005】入力端子501,502から直流電源Vi
nが供給されると、電流検出回路507、電圧検出回路
508の出力に基づき制御回路506でPWM(パルス
幅変調)制御が行われ、パルスがスイッチングトランジ
スタQ5のべ一スに供給される。スイッチングトランジ
スタQ5のべ一スにパルスが供給されると、スイッチン
グトランジスタQ5がオン/オフする。スイッチングト
ランジスタQ5がオンしている期間は、チョークコイル
L5、平滑用コンデンサC5、負荷505にエネルギー
が供給される。チョークコイルL5には電流が流れるこ
とによってエネルギーが蓄えられる。このときダイオー
ドD5はオフしている。
【0006】次に、スイッチングトランジスタQ5がオ
フすると、チョークコイルL5に蓄えられていたエネル
ギーがダイオードD5を通して負荷505に供給され
る。電流検出回路507は電流検出抵抗R5に流れる電
流を検出し、制御回路506に信号を出力し、電圧検出
回路508は一方の出力端子503における電圧(出力
電圧)を検出し、制御回路506に信号を出力してい
る。制御回路506では、電圧検出回路508からの信
号により出力電圧が一定になるようにスイッチングトラ
ンジスタQ5をオン/オフさせるデューティー比を変化
させると共に、出力に過電圧が発生した場合や電流検出
回路507からの信号により本装置に過電流が流れた場
合に、スイッチングトランジスタQ5の動作を停止させ
る等して、出力電圧を一定に保つと共に、過電流、過電
圧に対して保護をかけている。
【0007】なお、この過電流保護の設定値はピーク出
力電流に対応させるため大きめに設定しなければならな
い。
【0008】ここで、図5の負荷505がモーター及び
モータードライバで、しかも、例えば、複写装置等の紙
送りに用いられるモーターのように、停止期間の後に急
回転したり、停止、急回転、停止が繰り返し行われた
り、また、紙送りモータでなくても定回転している状態
から急に回転数が上がったりして、急回転するときに定
常の電流(停止しているときや定回転しているときの電
流)に対して非常に大きなピーク電流が要求されるよう
な負荷であったとする。例えば、負荷で図6(a)の出
力電流Ioutに示すような電流が要求されるとする
(モータ一負荷は停止から起動するときに急激に出力電
流が増加しピーク電流が流れてしまう)。
【0009】ここで、図5の入出力電力について考える
と、出力電力が急増するので当然入力電力も急増し、こ
のとき、スイッチング電源装置の入力側にも図6(b)
の入力電流Iinのようなピーク電流が流れてしまう。
【0010】また、図を用いての説明は省略するが、商
用交流電源を入力とし、交流を整流、平滑しトランスを
介してスイッチングすることで2次側に電力を供給する
電源装置(フォワードコンバータやフライバックコンバ
ータ等)の場合でも、前記のような負荷に用いた場合に
は、入力側にピーク電流が流れてしまう。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来のスイッチング電
源装置では、負荷で急激なピーク電流を要求した場合に
(例えば、モーター負荷の起動時等)、スイッチング電
源装置の入力側にも大きな電流が流れてしまうので、こ
のピーク電流に対応できるようにスイッチング電源装置
の入力電源やトランスや各回路素子に容量の大きな物を
用いなければならなかった。また、一時的な入力電源の
異常(電圧低下や電源瞬断等)が発生した場合に出力電
圧が低下してしまう等の問題があった。
【0012】本発明は上記従来の技術の有する問題点を
解消するためになされたもので、その目的とするところ
は、入力電源や各素子の容量を小さくすることができる
と共に、一時的な入力電源の異常が生じた場合でも、安
定した出力が得られるスイッチング電源装置を提供する
ことである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の請求項1記載のスイッチング電源装置は、入力
電源をスイッチングすることによりある定電圧定電流を
出力する第1スイッチング電源部と、前記第1スイッチ
ング電源部の出力を入力としてある定電圧を出力する第
2スイッチング電源部と、前記第1スイッチング電源部
の出力に接続され且つ定常時には前記第1スイッチング
電源部の出力を平滑し負荷電流急増時には前記第2スイ
ッチング電源部に電力を供給する電力蓄積兼平滑コンデ
ンサとを具備したことを特徴とするものである。
【0014】また、上記課題を解決するため本発明の請
求項2記載のスイッチング電源装置は、請求項1記載の
スイッチング電源装置において、前記入力電源を直流電
源としたことを特徴とするものである。
【0015】また、上記課題を解決するため本発明の請
求項3記載のスイッチング電源装置は、請求項1記載の
スイッチング電源装置において、前記入力電源を商用交
流電源としたことを特徴とするものである。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施の形態を図
1〜図4に基づき説明する。
【0017】(第1の実施の形態)まず、本発明の第1
の実施の形態を図1及び図2に基づき説明する。図1
は、本発明の第1の実施の形態に係る昇降圧型チョッパ
ーのスイッチング電源装置の構成を示すブロック図であ
る。同図において、1は第1スイッチング電源部、2は
第2スイッチング電源部である。第1スイッチング電源
部1は、入力端子3,4及び出力端子5,6を有してい
る。入力端子3,4間には直流電源Vinが接続され、
直流電圧が供給される。また、出力端子5,6間には容
量の大きな電力蓄積兼平滑コンデンサC1が接続されて
いる。第1スイッチング電源部1は、スイッチングトラ
ンジスタQ1を有し、そのコレクタは一方の入力端子3
に接続され、エミッタはチョークコイルL1の一方の端
子及びダイオードD1のカソードに接続され、べ一スは
制御回路7に接続される。
【0018】チョークコイルL1の他方の端子は電流検
出抵抗R1の一方の端子と電流検出回路8に接続され、
抵抗R1の他方の端子は、電力蓄積兼平滑用コンデンサ
C1のプラス側、電流検出回路8、電圧検出回路9及び
一方の出力端子5に接続される。電流検出抵抗R1の両
端に接続された電流検出回路8の出力と、出力端子5,
6に接続された電圧検出回路9の出力は制御回路7に接
続される。他方の入力端子4、他方の出力端子6、ダイ
オードD1のアノード側、電力蓄積兼平滑用コンデンサ
C1の陰極側は共通であり、接地されている。
【0019】第2スイッチング電源部2は、その入力端
子が第1スイッチング電源部1の出力端子5,6に接続
され且つ出力端子10,11を有し、この出力端子1
0,11間に負荷12が接続されている。
【0020】電力蓄積兼平滑コンデンサC1の正極側を
符号5、負極側を符号6とすると、図1の回路構成は、
符号3,4を入力とし、符号5,6を出力とする第1ス
イッチング電源部1、符号5,6を入力とし、符号1
0,11を出力とする第2スイッチング電源部2及び電
力蓄積兼平滑コンデンサC1で構成され、全体として降
昇圧型チョッパーのスイッチング電源装置となってい
る。
【0021】電力蓄積兼平滑コンデンサC1の正極側は
チョークコイルL2を介してスイッチングトランジスタ
Q2のコレクタに接続されると共に、ダイオードD2の
アノード側に接続される。ダイオードD2のカソード側
は平滑用コンデンサC2、一方の出力端子10及び負荷
12に接続される。スイッチングトランジスタQ2のエ
ミッタは電流検出抵抗R2を介し接地されている。電流
検出回路15は電流検出用抵抗R2の両端に接続され、
出力信号は制御回路14に入力される。また、電圧検出
回路16は出力端子10,11間に接続され、その出力
は制御回路14に入力される。他方の入力端子4、他方
の出力端子11、ダイオードD1のアノード側、平滑用
コンデンサC2のマイナス側、電力蓄積兼平滑コンデン
サC1のマイナス側及び電流検出抵抗R2の一端は共通
であり、接地されている。
【0022】次に、上記構成の本実施の形態に係るスイ
ッチング電源装置の動作について説明する。入力端子
3,4より直流電源が供給されると、電流検出回路8、
電圧検出回路9の検出値に基づき、第1スイッチング電
源部1における出力電流、出力電圧がある一定値になる
ように制御回路7によってスイッチングトランジスタQ
1がオン/オフされる。スイッチングトランジスタQ1
がオンしている期間は、チョークコイルL1、電力蓄積
兼平滑コンデンサC1及び第2スイッチング電源部2に
エネルギーが供給される。チョークコイルL1には電流
が流れることによってエネルギーが蓄えられる。このと
きダイオードD1はオフしている。次に、スイッチング
トランジスタQ1がオフすると、チョークコイルL1に
蓄えられていたエネルギーがダイオードD1を通して第
2スイッチング電源部2に供給される。
【0023】電流検出回路8は抵抗R1に流れる電流を
検出し、制御回路7に信号を出力し、電圧検出画路9は
一方の出力端子5における電圧(第1スイッチング電源
部1の出力電圧)を検出し、制御回路7に信号を出力し
ている。制御回路7は電流検出回路8、電圧検出回路9
からの信号に基づき、抵抗R1を流れる電流及び出力端
子5,6の両端の電圧がある所定の一定値、つまり第1
スイッチング電源部1の出力として定電圧定電流出力に
なるようにスイッチングトランジスタQ1のベースに供
給する駆動パルスのデュ一比を変化させ、スイッチング
トランジスタQ1のオン/オフを制御している。また、
第1スイッチング電源部1における過電流及び過電圧に
対して、そスイッチングトランジスタQ1の動作を停止
させる等の保護をかけている。
【0024】なお、この過電流保護の設定値は低めに設
定されており、第1スイッチング電源部1の入力電流に
ピーク電流が流れるのを抑制している。このようにして
出力端子5,6に得られたある直流電力が両出力端子
5,6から第2スイッチング電源部2に供給される。第
2スイッチング電源部2に所定のある直流電力が供給さ
れると、電流検出回路15、電圧検出回路16の検出値
に基づき、出力電圧がある一定値になるように制御回路
14によってスイッチングトランジスタQ2がオン/オ
フされる。スイッチングトランジスタQ2がオンしてい
る期間は、チョークコイルL2に電流が流れる。このと
き、チョークコイルL2には電流が流れることによって
エネルギーが蓄えられる。
【0025】次に、スイッチングトランジスタQ2がオ
フすると、チョークコイルL2に蓄えられていたエネル
ギーがダイオードD2を通して出力端子10,11に接
続された負荷12に供給される。このとき両出力端子1
0,11の電圧は両出力端子5,6の電圧(第1スイッ
チング電源部1の出力電圧)にチョークコイルL2の逆
起電力が加わった電圧となる。電流検出回路15は電流
検出抵抗R2に流れる電流を検出し、制御回路14に信
号を出力し、電圧検出回路16は両出力端子10,11
間における電圧(出力電圧)を検出し、制御回路14に
信号を出力している。制御回路14は電流検出回路1
5、電圧検出回路16からの信号に基づき、出力端子1
0,11の両端の電圧がある所定の一定値になるように
スイッチングトランジスタQ2のオン/オフを制御して
いる。
【0026】つまり第2スイッチング電源部2として考
えれば、出力電圧が定電圧出力制御されているというこ
とになる。また、電流検出回路15、電圧検出回路16
で第2スイッチング電源部2における過電流、過電圧を
検出した場合には、スイッチングトランジスタQ2の動
作を停止させる等して回路を保護している。
【0027】ここで、図1の負荷12がモーター及びモ
ータードライバーで、しかも、例えば複写装置等の紙送
りに用いられるモーターのように、停止期間の後に急回
転したり、停止、急回転、停止が繰り返し行われたり、
また、紙送りモーターでなくても定回転している状態か
ら急に回転数が上がったりして、急回転するときに定常
の電流(停止しているときや定回転しているときの電
流)に対して非常に大きなピーク電流が要求されるよう
な負荷であったとする。このピーク電流が要求されたと
き、負荷12に必要な電力を入力端子3,4からの入力
電源ではなく、電力蓄積兼平滑コンデンサC1から供給
するのが本発明の特徴である。
【0028】このときの動作を説明する、例えば負荷1
2で、図2(a)のIoutに示すような電流が要求される
とする(モーター負荷は停止から起動するときに急激に
出力電流が増加してピーク電流が流れてしまう)。この
とき、第2スイッチング電源部2について考えると、出
力電力が急増するので当然入力電力も急増する。しか
し、第2スイッチング電源部2の入力部である第1スイ
ッチング電源部1の出力部は常に定電圧、定電流に制御
されているために、第2スイッチング電源部2の入力部
がある電力以上になる電流を負荷12が要求した場合、
第1スイッチング電源部1の出力だけでは、その急増し
た電力をまかなえなくなってしまう。そのときは電力蓄
積兼平滑コンデンサC1から第2スイッチング電源部2
の入力部に必要な電力を供給する。
【0029】このようにして、負荷12で急激な電流の
増加を要求した場合は、第1スイッチング電源部1の出
力部と第2スイッチング電源部2の入力部に接続された
電力蓄積兼平滑コンデンサC1から第2スイッチング電
源部2に電力を供給することで、第1スイッチング電源
部1の出力電流(Ir1)は、わずかな増加に抑えら
れ、第1スイッチング電源部1の出力は常に定電圧、定
電流を保つことができるため、第1スイッチング電源部
1とすれば、負荷電流(Iout)が急増した場合に
も、入力端子3,4から供給される電力は急増すること
がない。つまり、負荷電流(Iout)が急増した場合
でも、入力電流(Iin)は、負荷電流の増加に比べる
とわずかに増加するだけに抑えられる。
【0030】よって、負荷電流(Iout)のピーク値
に合わせて入力電源を大容量にする必要もなく、小さな
入力電源容量のまま、一時的な負荷の電流急増に対応す
ることができる。また、一時的な入力電源の異常(電圧
低下や電源瞬断等)が発生した場合でも、電力蓄積兼平
滑コンデンサC1から第2スイッチング電源部2に電力
を供給することで、負荷12に安定した出力が得られ
る。
【0031】(第2の実施の形態)次に、本発明の第2
の実施の形態を図3に基づき説明する。図3は、本発明
の第2の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成
を示すブロック図である。同図において、上述した第1
の実施の形態に係る図1と同一部分には、同一符号が付
してある。
【0032】本実施の形態においては、第1スイッチン
グ電源部1を昇圧型チョッパーのスイッチング電源で、
第2スイッチング電源部2を降圧型チョッパ一のスイッ
チング電源で構成した回路である。電力蓄積兼平滑コン
デンサC1の正極側を一方の出力端子5とし、負極側を
他方の出力端子6とし、入力端子3,4を入力とし、出
力端子5,6を出力とする第1スイッチング電源部1
と、出力端子5,6を入力とし、出力端子10,11を
出力とする第2スイッチング電源部2で構成され、全体
として昇降圧型チョッパーのスイッチング電源装置とな
っている。
【0033】第1スイッチング電源部1の構成について
説明する。3,4は入力端子で、直流電源Vinが接続
されると共に、一方の入力端子3がチョークコイルL1
を介してスイッチングトランジスタQ1のコレクタ及び
ダイオードD1のアノード側に接続される。ダイオード
D1のカソード側は電流検出用抵抗R1に接続され、電
流検出用抵抗R1の他端は一方の出力端子5、つまり電
力蓄積兼平滑コンデンサC1に接続される。電流検出回
路8は電流検出用抵抗R1の両端に接続され、その出力
信号は制御回路7に入力される。また、電圧検出回路9
は一方の出力端子5、つまり電力蓄積兼平滑コンデンサ
C1の陽極側に接続され、その出力は制御回路7に入力
される。
【0034】第2スイッチング電源部2の回路構成は、
上述した従来の図5の構成とほぼ同一であるから、その
詳細な説明は省略する。第2スイッチング電源部2にお
いて従来例と回路構成で異なるのは、入力される電源が
直流電源でなく、第1スイッチング電源部1の出力であ
るという点である。一方の入力端子4、一方の出力端子
11、ダイオードD2のアノード側、平滑用コンデンサ
C2の陰極側、電力蓄積兼平滑コンデンサC1の陰極
側、スイッチングトランジスタQ1のコレクタは共通で
あり、接地されている。
【0035】次に、本実施の形態に係るスイッチング電
源装置の動作を説明する。入力端子3,4より直流電源
が供給されると、電流検出回路8、電圧検出回路9の検
出値に基づき、第1スイッチング電源部1において出力
電流(抵抗R1を流れる電流)、出力電圧(出力端子
5,6間の電圧)がある一定値になるように制御回路7
によってスイッチングトランジスタQ1がオン/オフさ
れる。スイッチングトランジスタQ1がオンしている期
間は、チョークコイルL1に電流が流れる。このとき、
チョークコイルL1には電流が流れることによってエネ
ルギーが蓄えられる。
【0036】次に、スイッチングトランジスタQ1がオ
フすると、チョークコイルL1に蓄えられていたエネル
ギーがダイオードD1を通して出力端子5,6に接続さ
れた負荷(第2スイッチング電源部2)に供給される。
このとき第1スイッチング電源部1の両出力端子5,6
の電圧は両入力端子3,4に接続された直流電源からの
入力電圧にチョークコイルL1の逆起電力が加わった電
圧となる。電流検出回路8は電流検出抵抗R1に流れる
電流を検出し制御回路7に信号を出力し、電圧検出回路
9は両出力端子10,11間における電圧(出力電圧)
を検出し、制御回路7に信号を出力している。
【0037】制御回路7は電流検出回路7、電圧検出回
路9からの信号に基づき、両出力端子5,6の電圧があ
る一定値になると共に、電流検出抵抗R1に流れる電流
がある一定値になるように、つまり第1スイッチング電
源部1の出力として定電圧、定電流出力になるようにス
イッチングトランジスタQ1のべ一スに供給する駆動パ
ルスのデューティー比を変化させ、スイッチングトラン
ジスタQ1のオン/オフを制御している。また、電流検
出抵抗R1を流れる電流や、両出力端子5,6の電圧が
ある一定値以上になった場合に、制御回路7の出力を停
止する等して回路を保護している。なお、この過電流保
護の設定値は低めに設定されており、第1スイッチング
電源部1の入力電流にピーク電流が流れるのを抑制して
いる。
【0038】次に、第2スイッチング電源部2の動作に
ついて説明する。第2スイッチング電源部2の入力端子
である出力端子5,6に第1スイッチング電源部1から
電力が供給されると、電流検出回路15、電圧検出回路
16の出力に基づき制御回路14でPWM制御が行わ
れ、パルスがスイッチングトランジスタQ2のべ一スに
供給される。スイッチングトランジスタQ2のベースに
パルスが供給されるとスイッチングトランジスタQ2が
オン/オフする。スイッチングトランジスクQ2がオン
している期間は、チョークコイルL2、平滑用コンデン
サC2、負荷12にエネルギーが供給される。チョーク
コイルL2には、電流が流れることによってエネルギー
が蓄えられる。このときダイオードD2はオフしてい
る。
【0039】次に、スイッチングトランジスタQ2がオ
フすると、チョークコイルL2に蓄えられていたエネル
ギーがダイオードD2を通して負荷12に供給される。
電流検出回路15は電流検出抵抗R2に流れる電流を検
出し、制御回路14に信号を出力し、電圧検出回路15
は一方の出力端子10における電圧(出力電圧)を検出
し、制御回路14に信号を出力している。制御回路14
では、電圧検出回路16からの信号により出力電圧が一
定になるようにスイッチングトランジスタQ2をオン/
オフさせるデューティー比を変化させ、出力電圧を一定
に保つと共に、電流検出回路15及び電圧検出回路16
で第2スイッチング電源部2における過電流及び過電圧
を検出した場合には、スイッチングトランジスタQ2の
動作を停止させる等して回路を保護してる。
【0040】ここで、図3の負荷12がモーター及びモ
ータードライバーで、しかも、例えば、複写装置等の紙
送りに用いられるモーターのように、停止期間の後に急
回転したり、停止、急回転、停止が繰り返し行われた
り、また、紙送りモーターでなくても定回転している状
態から急に回転数が上がったりして、急回転するときに
定常の電流(停止しているときや定回転しているときの
電流)に対して非常に大きなピーク電流が要求されるよ
うな負荷であったとする。このピーク電流が要求された
とき、負荷に必要な電力を入力端子3,4からの入力電
源からでなく、電力蓄積兼平滑コンデンサC1から供給
するのが本発明の特徴である。
【0041】このときの動作を説明する。例えば、負荷
で、図2(a)のIoutに示すような電流が要求され
るとする(モーター負荷は停止から起動時に急激に出力
電流が増加しピーク電流が流れてしまう)。このとき、
第2スイッチング電源部2について考えると、出力電力
が急増するので当然入力電力も急増する、しかし、第2
スイッチング電源部2の入力部である第1スイッチング
電源部1の出力部は常に定電圧、定電流に制御されてい
るために、第2スイッチング電源部2の入力部がある電
力以上になる電流を負荷が要求した場合、第1スイッチ
ング電源部1の出力だけでは、その急増した電力をまか
なえなくなってしまう。そのときは電力蓄積用コンデン
サC1から第2スイッチング電源部2の入力部に必要な
電力を供給する。
【0042】このようにして、負荷で急激な電流の増加
を要求した場合は、第1スイッチング電源部1の出力部
と第2スイッチング電源部2の入力部に接続された電力
蓄積兼平滑コンデンサC1から第2スイッチング電源部
2に電力を供給することで、第1スイッチング電源部1
の出力電流はわずかな増加に抑えられ、第1スイッチン
グ電源部1の出力は常に定電圧、定電流を保つことがで
きるため、第1スイッチング電源部1とすれば、負荷電
流が急増した場合にも、入力端子3,4から供給される
電力は急増することない。つまり、負荷電流が急増した
場合でも入力電流は、負荷電流の増加に比べるとわずか
に増加するだけである。
【0043】よって、負荷電流のピーク値に合わせて入
力電源を大容量にする必要もなく、小さな入力電源容量
のまま、一時的な負荷の電流急増に対応することができ
る。また、一時的な入力電源の異常(電圧低下や電源瞬
断等)が発生した場合でも、電力蓄積兼平滑コンデンサ
C1から第2スイッチング電源部2に電力を供給するこ
とで、負荷12に安定した出力が得られる。
【0044】(第3の実施の形態)次に、本発明の第3
の実施の形態を図4に基づき説明する。本実施の形態
は、入力電源を商用交流電源とし、出力部にある定電圧
を出力するスイッチング電源装置の場合であり、入出力
部間を絶縁しなければならない場合の実施の形態であ
る。
【0045】図4は、本発明の第3の実施の形態に係る
スイッチング電源装置の構成を示すブロック図であり、
同図において、上述した第1の実施の形態の図1と同一
部分には同一符号が付してある。
【0046】本実施の形態では、第1スイッチング電源
部1は、一般的なフォワードタイプのスイッチング電源
で構成されている。ここで、C1は電力蓄積兼平滑コン
デンサで、第1スイッチング電源部1の出力端子5,6
に接続されている。
【0047】第1スイッチング電源部1の回路構成を説
明する。入力端子3,4には商用交流電源が接続され
る。入力端子3,4はダイオードブリッジであるD32
に接続される。ダイオードブリッジD32の出力は平滑
コンデンサC33の両端に接続され、平滑用コンデンサ
C33の陰極側は、スイッチングトランジスタQ1のエ
ミッタに接続されると共に、接地されている。平滑用コ
ンデンサC33の陽極側は、トランスT31の一次側を
介してスイッチングトランジスタQ1のコレクタに接続
されている。スイッチングトランジスタQ1のベースは
制御回路11に接続されている。トランスT31の二次
側は、一端はダイオードD33、他端はダイオードD1
を介して、共にチョークコイルL1に接続されている。
このチョークコイルL1の他端は抵抗R1を介して第1
スイッチング電源部1の一方の出力端子5と電力蓄積兼
平滑コンデンサC1の陽極側に接続されている。
【0048】電力蓄積兼平滑コンデンサC1の陰極側
は、他方の出力端子6、ダイオードD1のアノード側、
トランスT31の二次側の一端に接続されている。電流
検出回路8は抵抗R1の両端に接続され、その出力は一
方のフォトカプラ37を介して制御回路11に接続され
ている。電圧検出回路9は電力蓄積兼平滑コンデンサC
1の陽極側及び一方の出力端子5に接続され、その出力
は他方のフォトカプラ38を介して制御回路11に接続
されている。第2スイッチング電源部2は降圧型チョッ
パーの電源で構成されており、入力を第1スイッチング
電源部1の出力(両出力端子5,6)とし、出力端子1
0,11を出力とし、出力端子10,11には負荷12
が接続されている。
【0049】第2スイッチング電源部2の回路構成は上
述した第2の実施の形態の図3における第2スイッチン
グ電源部2とほぼ同一なので、その説明は省略する。
【0050】次に、本実施の形態に係るスイッチング電
源装置の動作を説明する。
【0051】まず、第1スイッチング電源部1について
説明する。入力端子3,4より商用交流電源が供給され
ると、ダイオードブリッジD32で整流され、平滑コン
デンサC1で平滑される。また、電流検出回路8及び電
圧検出回路9の検出値に基づき、第1スイッチング電源
部1において出力電流(抵抗R1を流れる電流)及び出
力電圧(出力端子5,6間電圧)がある一定値になるよ
うに制御回路7によってスイッチングトランジスタQ1
がオン/オフされる。スイッチングトランジスタQ1が
オンしている期間はトランスT31の一次側に電流が流
れ、二次側でもダイオードD33、チョークコイルL
1,抵抗R1を介して電流が流れ、電力蓄積兼平滑コン
デンサC1に電力を蓄えると共に、出力端子5,6に接
続された第2スイッチング電源部2に電力を供給してい
る。このとき、チョークコイルL1には電流が流れるこ
とによってエネルギーが蓄えられる。
【0052】次に、スイッチングトランジスタQ1がオ
フすると、チョークコイルL1に蓄えられていたエネル
ギーがダイオードD1を通して出力端子5,6に接続さ
れた負荷(第2スイッチング電源部2)に供給される。
電流検出回路8は抵抗R1に流れる電流を検出し、一方
のフォトカプラ37を介し制御回路7に信号を出力し、
電圧検出回路9は出力端子5,6間における電圧(出力
電圧)を検出し、他方のフォトカプラ38を介し制御回
路7に信号を出力している。制御回路7はこれらの信号
に基づき、出力端子5,6の電圧がある一定値になると
共に、抵抗R1に流れる電流がある一定値になるよう
に、つまり第1スイッチング電源部1の出力として定電
圧、定電流出力になるようにスイッチングトランジスタ
Q1のベースに供給する駆動パルスのデューティー比を
変化させ、スイッチングトランジスタQ1のオン/オフ
を制御している。また、抵抗R1を流れる電流や、出力
端子5,6の電圧がある一定値以上になった場合に、制
御回路7の出力を停止するなどして回路を保護してい
る。なお、この過電流保護の設定値は低めに設定されて
おり、第1スイッチング電源部1の入力電流にピーク電
流が流れるのを抑制している。
【0053】次に、第2スイッチング電源部2の動作に
ついて説明する。第2スイッチング電源部2の入力であ
る出力端子5,6に第1スイッチング電源部1から電力
が供給されると、電流検出回路15及び電圧検出回路1
6の出力に基づき制御回路14でPWM制御が行われ、
パルスがスイッチングトランジスタQ2のべ一スに供給
される。スイッチングトランジスタQ2のべ一スにパル
スが供給されると、スイッチングトランジスタQ2がオ
ン/オフする。スイッチングトランジスタQ2がオンし
ている期間は、チョークコイルL2、平滑用コンデンサ
C2、負荷12にエネルギーが供給され、チョークコイ
ルL2には電流が流れることによって、エネルギーが蓄
えられる。このとき、ダイオードD2はオフしている。
次に、スイッチングトランジスタQ2がオフすると、チ
ョークコイルL2に蓄えられていたエネルギーがダイオ
ードD2を通して負荷12に供給される。電流検出回路
15は抵抗R2に流れる電流を検出し、制御回路14に
信号を出力し、電圧検出回路16は一方の出力端子10
における電圧(出力電圧)を検出し、制御回路14に信
号を出力している。
【0054】制御回路14では、電圧検出回路16から
の信号により出力電圧が一定になるようにスイッチング
トランジスタQ2をオン/オフさせるデューティー比を
変化させ、出力電圧を一定に保つと共に、電流検出回路
15及び電圧検出回路16で第2スイッチング電源部2
における過電流及び過電圧を検出した場合には、スイッ
チングトランジスタQ2の動作を停止させる等して回路
を保護してる。
【0055】ここで、図4の負荷12がモーター及びモ
ータードライバーで、しかも、例えば、複写装置等の紙
送りに用いられるモーターのように、停止期間の後に急
回転したり、停止、急回転、停止が繰り返し行われた
り、また、紙送りモーターでなくても定回転している状
態から急に回転数が上がったりして、急回転するときに
定常の電流(停止しているときや定回転しているときの
電流)に対して非常に大きなピーク電流が要求されるよ
うな負荷であったとする。このピーク電流が要求された
とき、負荷に必要な電力を入力端子3,4からの入力電
源からでなく、電力蓄積兼平滑コンデンサC1から供給
するのが本発明の特徴である。
【0056】このときの動作を説明する。例えば、負荷
で、図2のIoutに示すような電流が要求されるとす
る(モーター負荷は停止から起動時に急激に出力電流が
増加しピーク電流が流れてしまう)。このとき、第2ス
イッチング電源部2について考えると、出力電力が急増
するので当然入力電力も急増する、しかし、第2スイッ
チング電源部2の入力部である第1スイッチング電源部
1の出力部は常に定電圧、定電流に制御されているため
に、第2スイッチング電源部2の入力部がある電力以上
になる電流を負荷が要求した場合、第1スイッチング電
源部1の出力だけでは、その急増した電力をまかなえな
くなってしまう。そのときは電力蓄積兼平滑コンデンサ
C1から第2スイッチング電源部2の入力部に必要な電
力が供給される。電力蓄積兼平滑コンデンサC1に蓄積
された電力で負荷側の要求するピーク電流がまかなえる
範囲であれば、第1スイッチング電源部1の出力電流に
対して急増することもなく、常に定電流に制御すること
が可能となる。
【0057】このようにして、負荷12で急激な電流の
増加を要求した場合は、第1スイッチング電源部1の出
力部と第2スイッチング電源部2の入力部に接続された
電力蓄積兼平滑コンデンサC1から第2スイッチング電
源部2に電力を供給することで、第1スイッチング電源
部1の出力電流はわずかな増加に抑えられ、第1スイッ
チング電源部1の出力は常に定電圧、定電流を保つこと
ができるため、第1スイッチング電源部1とすれば、負
荷電流が急増した場合にも、入力端子3,4から供給さ
れる電力は急増することがない。
【0058】つまり、負荷電流が急増した場合でも入力
電流は、負荷電流の増加に比べるとわずかに増加するだ
けである。
【0059】よって、負荷電流のピーク値に合わせて第
1スイッチング電源部1に用いるトランスT31や各素
子に容量の大きな物を用いる必要もなく、小さな容量で
一時的な負荷の電流急増に対応することができる。ま
た、一時的な入力電源の異常(電圧低下や電源瞬断等)
が発生した場合でも、電力蓄積兼平滑コンデンサC1か
ら第2スイッチング電源部2に電力を供給することで、
負荷12に安定した出力が得られる。
【0060】なお、第1スイッチング電源部1は、フォ
ワードコンバータに限らず、フライバックコンバータで
あったり、入力に商用トランスと整流回路を設けたチョ
ッパーレギュレーターであっても同様な効果が得られ
る。
【0061】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のスイッチ
ング電源装置によれば、常時電力を蓄積している大容量
の電力蓄積電解コンデンサを設け、負荷電流が急増した
場合にこの電力蓄積電解コンデンサから負荷に電力を供
給することで、入力電流の急増を抑えることが可能とな
るので、直流電源入力のスイッチング電源装置の場合
は、入力に用いる電源に小容量の電源を使用することが
できる。また、商用交流電源入力のスイッチング電源装
置の場合は、トランスや各素子の容量を小さくすること
ができる。また、一時的な入力電源の異常(電圧低下や
出力停止)に対しても負荷に安定した出力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るスイッチング
電源装置の構成を示すブロック図である。
【図2】同スイッチング電源装置の各部の電流波形を示
す図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係るスイッチング
電源装置の構成を示すブロック図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態に係るスイッチング
電源装置の構成を示すブロック図である。
【図5】従来のスイッチング電源装置の構成を示すブロ
ック図である。
【図6】同従来のスイッチング電源装置の各部の電流波
形を示す図である。
【符号の説明】
1 第1スイッチング電源部 2 第2スイッチング電源部 3 入力端子 4 入力端子 5 出力端子 6 出力端子 7 制御回路 8 電流検出回路 9 電圧検出回路 10 出力端子 11 出力端子 12 負荷 14 制御回路 15 電流検出回路 16 電圧検出回路 37 フォトカプラ 38 フォトカプラ Q1 スイッチングトランジスタ Q2 スイッチングトランジスタ L1 チョークコイル L2 チョークコイル D1 ダイオード D2 ダイオード D32 ダイオードブリッジ D33 ダイオード R1 電流検出抵抗 R2 電流検出抵抗 T31 トランス C1 電力蓄積兼平滑コンデンサ C2 平滑コンデンサ C33平滑コンデンサ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力電源をスイッチングすることにより
    ある定電圧定電流を出力する第1スイッチング電源部
    と、前記第1スイッチング電源部の出力を入力としてあ
    る定電圧を出力する第2スイッチング電源部と、前記第
    1スイッチング電源部の出力に接続され且つ定常時には
    前記第1スイッチング電源部の出力を平滑し負荷電流急
    増時には前記第2スイッチング電源部に電力を供給する
    電力蓄積兼平滑コンデンサとを具備したことを特徴とす
    るスイッチング電源装置。
  2. 【請求項2】 前記入力電源を直流電源としたことを特
    徴とする請求項1記載のスイッチング電源装置。
  3. 【請求項3】 前記入力電源を商用交流電源としたこと
    を特徴とする請求項1記載のスイッチング電源装置。
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