JP2000209854A - Separately excited flyback type switching regulator - Google Patents
Separately excited flyback type switching regulatorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング周波
数を固定した他励式フライバック形スイッチングレギュ
レータに係り、特に出力電圧の制御方式に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a separately-excited flyback switching regulator having a fixed switching frequency, and more particularly to a control method of an output voltage.
【０００２】[0002]
【従来の技術】この種の従来回路を図３に示し、その各
部電圧電流波形を図４に示す。トランス１は、一次巻線
がスイッチング素子２と直列接続され、スイッチング素
子２のオンで直流電源電圧Ｅｉｎが印加される。トラン
ス１の二次巻線には逆極性の出力電圧Ｖ２で導通するダ
イオード３が設けられ、このダイオード３の整流出力を
平滑するコンデンサ４が設けられ、負荷５に制御された
直流電力を供給する。2. Description of the Related Art FIG. 3 shows a conventional circuit of this type, and FIG. The primary winding of the transformer 1 is connected in series with the switching element 2, and the DC power supply voltage Ein is applied when the switching element 2 is turned on. The secondary winding of the transformer 1 is provided with a diode 3 that conducts with an output voltage V2 of opposite polarity, a capacitor 4 for smoothing the rectified output of the diode 3 is provided, and a controlled DC power is supplied to a load 5. .
【０００３】トランス１の三次巻線には逆極性の出力電
圧で導通するダイオード６が設けられ、このダイオード
６の整流出力を平滑するコンデンサ７が設けられ、スイ
ッチング素子２の制御回路８に直流電力を供給する制御
電源にされる。The tertiary winding of the transformer 1 is provided with a diode 6 which conducts with an output voltage of the opposite polarity, a capacitor 7 for smoothing the rectified output of the diode 6 is provided, and a control circuit 8 of the switching element 2 Supply to the control power supply.
【０００４】上記の構成における基本動作を説明する。
スイッチング素子２がオンすると、トランス１の一次側
巻線には電源電圧Ｅｉｎが印加され、二次側巻線にはそ
の巻数比から（−ｎ２／ｎ１）×Ｅｉｎの電圧が発生す
る。このとき二次側のダイオード３には逆電圧が加わっ
て導通せず、巻線のインダクタンスＬにＥｉｎ／Ｌの電
流ｉが流れ、この電流はほぼ一定の傾斜で増加する。The basic operation of the above configuration will be described.
When the switching element 2 is turned on, the power supply voltage Ein is applied to the primary winding of the transformer 1 and a voltage of (−n2 / n1) × Ein is generated in the secondary winding from the turn ratio. At this time, a reverse voltage is applied to the secondary-side diode 3 so that the diode 3 does not conduct, and a current i of Ein / L flows through the inductance L of the winding, and this current increases with a substantially constant slope.
【０００５】次に、スイッチング素子２がオフすると、
トランス１のインダクタンスＬに蓄えられたエネルギー
はダイオード３を導通させ、コンデンサ４を充電する。
このとき、コンデンサ４の容量が大きく、その電圧が一
定であるとすると、二次側巻線電圧は出力電圧Ｅ0にク
ランプされ、トランス１の一次側には（−ｎ１／ｎ２）
×Ｅ0の電圧が発生する。Next, when the switching element 2 is turned off,
The energy stored in the inductance L of the transformer 1 makes the diode 3 conductive, and charges the capacitor 4.
At this time, assuming that the capacity of the capacitor 4 is large and its voltage is constant, the secondary winding voltage is clamped to the output voltage E 0 , and (−n1 / n2)
A voltage of × E 0 is generated.
【０００６】このとき、スイッチング素子２がオンして
いる期間Ｔ１と、ダイオード３が導通している期間Ｔ２
に発生する各巻線の平均電圧は０であるため、二次側出
力電圧Ｅ0は、下記の式で表現できる。At this time, a period T1 during which the switching element 2 is on and a period T2 during which the diode 3 is conducting
The secondary-side output voltage E 0 can be expressed by the following equation because the average voltage of each winding generated at the time is 0.
【０００７】[0007]
【数１】 Ｅ０＝（ｎ２／ｎ１）×（Ｔ１／Ｔ２）×Ｅｉｎ この式から、制御回路８による電圧制御は、スイッチン
グ素子２のオン期間Ｔ１を制御することになり、この制
御には出力電圧設定値と二次側電圧検出値を制御アンプ
の入力とし、その偏差を三角波等のキャリア信号とをコ
ンパレータで比較し、この比較出力でスイッチング素子
２を制御する。E0 = (n2 / n1) × (T1 / T2) × Ein From this equation, the voltage control by the control circuit 8 controls the on-period T1 of the switching element 2; The voltage setting value and the secondary voltage detection value are input to the control amplifier, and the deviation is compared with a carrier signal such as a triangular wave by a comparator, and the switching element 2 is controlled by the comparison output.
【０００８】なお、トランスに二次巻線を複数設け、各
巻線から異なる電圧で負荷に供給する構成とする場合、
二次側回路のうち、負荷が最も大きく、最も長く導通す
るダイオード３をもつ回路の導通期間Ｔ２によって出力
電流が決定される。When a transformer is provided with a plurality of secondary windings and each winding supplies a different voltage to a load,
The output current is determined by the conduction period T2 of the circuit having the largest load and the longest conducting diode 3 among the secondary circuits.
【０００９】また、制御アンプやスイッチング素子２の
駆動のための制御電源は、分離された別の電源から供給
されるものもあるが、図示のように、三次巻線から供給
するものではこの巻線電圧を二次側の電圧検出信号とし
て利用することができる。The control power supply for driving the control amplifier and the switching element 2 may be supplied from a separate power supply. However, as shown in FIG. The line voltage can be used as a secondary side voltage detection signal.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】従来のスイッチングレ
ギュレータをモータ駆動用インバータに組み込む場合な
ど、多数の二次側回路を設ける構成を必要とする場合、
トランス１には多数の巻線をもつものが必要となる。し
かし、トランス１用のボビンとして、汎用の製品を用い
ようとすると、端子数が不足したり、端子間隔の制約か
ら、一部の巻線回路についてボビンの端子が使用でき
ず、リード線を直接出力するような複雑な構造になって
しまう。In the case where a configuration in which a large number of secondary circuits are provided is required, for example, when a conventional switching regulator is incorporated in an inverter for driving a motor,
The transformer 1 needs to have many windings. However, when attempting to use a general-purpose product as the bobbin for the transformer 1, the number of terminals is insufficient, or the terminal spacing is limited, so that the bobbin terminals cannot be used for some winding circuits, and the lead wires are directly connected. It will be a complicated structure to output.
【００１１】また、端子数の制約から制御電源用巻線を
二次側巻線回路に利用する場合、分離した別の電源が必
要となったり、高価な絶縁された二次側電圧検出回路が
必要となる。Further, when the control power supply winding is used for the secondary winding circuit due to the limitation of the number of terminals, a separate power supply is required, or an expensive insulated secondary voltage detection circuit is required. Required.
【００１２】本発明の目的は、トランスに必要な巻線数
を減らし、また低価格で電源効率も高めた他励式フライ
バック形スイッチングレギュレータを提供することにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a separately-excited flyback switching regulator in which the number of windings required for a transformer is reduced, the power supply efficiency is increased at a low cost, and the cost is reduced.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は、スイッチング
素子のオフ時の電圧が二次側出力電圧に比例することに
着目し、スイッチング素子のオフ時の両端電圧からトラ
ンスの一次入力電圧を減算することにより二次側出力電
圧に比例した電圧を検出することで二次側電圧検出回路
を不要にし、また、制御電源用三次巻線を不要にしたも
のである。The present invention focuses on the fact that the off-state voltage of the switching element is proportional to the secondary output voltage, and subtracts the primary input voltage of the transformer from the off-end voltage of the switching element. By doing so, a voltage proportional to the secondary-side output voltage is detected, thereby eliminating the need for a secondary-side voltage detection circuit and eliminating the need for a tertiary winding for a control power supply.
【００１４】また、本発明は、スイッチング素子の両端
に設けるスナバ回路のコンデンサ電荷を制御回路の制御
電源として利用することで電源効率を高めると共に制御
電源用三次巻線を不要にしたものである。Further, the present invention uses a capacitor charge of a snubber circuit provided at both ends of a switching element as a control power supply of a control circuit to increase power supply efficiency and eliminate the need for a tertiary winding for a control power supply.
【００１５】トランスの一次巻線とスイッチング素子の
直列接続回路に直流入力電圧を印加し、前記スイッチン
グ素子のオン後のオフ時に前記トランスの二次側出力を
ダイオードで整流して負荷に直流電力を供給し、前記負
荷に供給する電圧を検出して前記スイッチング素子のオ
ン時間を制御する制御回路を設けた他励式フライバック
形スイッチングレギュレータにおいて、前記スイッチン
グ素子のオフ時の該スイッチング素子の両端電圧Ｖｄｓ
から前記直流入力電圧Ｅｉｎを減算して前記負荷に供給
する電圧に比例した電圧を得る電圧検出回路を備えたこ
とを特徴とする。A DC input voltage is applied to a series connection circuit of a primary winding of a transformer and a switching element, and when the switching element is turned off after the switching element is turned on, the secondary output of the transformer is rectified by a diode to supply DC power to a load. A separately excited flyback type switching regulator provided with a control circuit for controlling the ON time of the switching element by detecting the voltage supplied to the load and supplying the load to the load, wherein the voltage Vds across the switching element when the switching element is OFF
And a voltage detection circuit that subtracts the DC input voltage Ein from the voltage to obtain a voltage proportional to the voltage supplied to the load.
【００１６】また、前記スイッチング素子の両端に設け
るスナバ回路のコンデンサの電荷を電源として前記制御
回路の制御電源を得る定電圧電源回路を備えたことを特
徴とする。In addition, a constant voltage power supply circuit is provided which obtains a control power supply of the control circuit by using a charge of a capacitor of a snubber circuit provided at both ends of the switching element as a power supply.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態を示す
スイッチングレギュレータの回路構成であり、図３と同
等の部分は同一符号で示す。FIG. 1 shows a circuit configuration of a switching regulator according to an embodiment of the present invention, and portions equivalent to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
【００１８】分圧回路１１は、直流入力電圧Ｅｉｎを検
出する。分圧回路１２は、スイッチング素子２の両端電
圧を検出する。The voltage dividing circuit 11 detects the DC input voltage Ein. The voltage dividing circuit 12 detects a voltage between both ends of the switching element 2.
【００１９】サンプルホールド回路１３は、分圧回路１
２からの検出電圧のうち、スイッチング素子２のオフ時
から設定された遅れ時間経過後の値をサンプルホールド
する。このサンプルホールドのため、スイッチング素子
２の制御信号を反転回路１４で反転し、遅延回路１５で
遅れ時間を生成し、タイマ回路１６でサンプルホールド
時間を得る。The sample and hold circuit 13 includes a voltage dividing circuit 1
2, a value after a lapse of a set delay time from the time when the switching element 2 is turned off is sampled and held. For this sample hold, the control signal of the switching element 2 is inverted by the inverting circuit 14, the delay time is generated by the delay circuit 15, and the sample hold time is obtained by the timer circuit 16.
【００２０】減算回路１７は、サンプルホールド回路１
３からの検出電圧と分圧回路１１からの検出電圧との偏
差を求めることで二次側回路の出力電圧Ｅ0に比例した
電圧（ｎ１／ｎ２）×Ｅ0を得る。The subtraction circuit 17 includes the sample hold circuit 1
The voltage (n1 / n2) × E 0 proportional to the output voltage E 0 of the secondary side circuit is obtained by calculating the deviation between the detection voltage from No. 3 and the detection voltage from the voltage dividing circuit 11.
【００２１】この電圧（ｎ１／ｎ２）×Ｅ0が得られる
ことを説明する。前記のように、トランス１の二次側回
路のダイオード３の導通期間Ｔ２に一次側巻線に発生す
る電圧は、（−ｎ１／ｎ２）×Ｅ0となるため、一次側
回路の直流電流ＥｉｎのＮ端子からみたスイッチング素
子２の両端電圧Ｖｄｓは、下記の式であらわせる。The fact that this voltage (n1 / n2) × E 0 is obtained will be described. As described above, the voltage generated in the primary winding during the conduction period T2 of the diode 3 of the secondary circuit of the transformer 1 is (−n1 / n2) × E 0, and thus the DC current Ein of the primary circuit is obtained. The voltage Vds across the switching element 2 as viewed from the N terminal is expressed by the following equation.
【００２２】[0022]
【数２】Ｖｄｓ＝Ｅｉｎ＋（ｎ１／ｎ２）×Ｅ0 したがって、上記式の関係になるスイッチング素子２の
電圧Ｖｄｓから入力電圧Ｅｉｎを減算すれば、減算回路
１７に電圧（ｎ１／ｎ２）×Ｅ0を得ることができる。Vds = Ein + (n1 / n2) × E 0 Therefore, if the input voltage Ein is subtracted from the voltage Vds of the switching element 2 which satisfies the above equation, the voltage (n1 / n2) × E You can get 0 .
【００２３】次に、制御アンプ１８は、電流設定値とし
て（ｎ１／ｎ２）×Ｅ0に相当する値を設定し、減算回
路１７からの検出電圧（ｎ１／ｎ２）×Ｅ0とを突き合
わせ、その偏差を比例積分（ＰＩ）演算で増幅する。コ
ンパレータ１９は、制御アンプ１８からの出力と鋸波発
振器２０からの鋸波（キャリア）とのレベル比較を行
い、スイッチング素子２のオン・オフ制御信号を得る。Next, the control amplifier 18 sets a value corresponding to (n1 / n2) × E 0 as a current set value, and compares it with a detection voltage (n1 / n2) × E 0 from the subtraction circuit 17; The deviation is amplified by a proportional integral (PI) calculation. The comparator 19 compares the level of the output from the control amplifier 18 with the level of the sawtooth (carrier) from the sawtooth oscillator 20 to obtain an on / off control signal for the switching element 2.
【００２４】以上の構成により、制御アンプ１８の電圧
設定値に一致するようスイッチング素子２のオン・オフ
制御がなされ、負荷５に所期の出力電圧Ｅ0を得ること
ができる。[0024] With the above configuration, the control on-off control of the switching element 2 to match the voltage setting value of the amplifier 18 is made, it is possible to load 5 obtain the desired output voltage E 0.
【００２５】なお、電圧Ｖｄｓの検出のためのサンプル
ホールド回路１３のサンプルホールドの遅れ時間は、理
論的にはスイッチング素子２のオフ直後から二次側ダイ
オード３の導通期間にするが、トランス１に存在する漏
れインダクタンスによるサージ電圧（図４参照）の影響
を受けないようにするため、サージ電圧が減衰する時間
を遅延回路１５で確保する。この遅れ時間の設定は、漏
れインダクタンス等の回路定数やスイッチング素子２の
スイッチング速度によって最適値を決定する必要がある
が、基本的には想定されるスイッチング素子２の最小オ
ン時間になる。The delay time of the sample and hold of the sample and hold circuit 13 for detecting the voltage Vds is theoretically set to the conduction period of the secondary diode 3 immediately after the switching element 2 is turned off. In order not to be affected by the surge voltage (see FIG. 4) due to the existing leakage inductance, the delay time of the surge voltage is secured by the delay circuit 15. The setting of the delay time needs to determine an optimum value according to a circuit constant such as a leakage inductance and the switching speed of the switching element 2. However, the delay time is basically assumed to be the minimum ON time of the switching element 2.
【００２６】本実施形態によれば、トランスの二次側回
路の電圧検出を一次側で検出でき、従来の絶縁回路を設
けた高価な二次側電圧検出回路が不要になるし、制御電
源用の巻線をもたない装置に適用できる。According to this embodiment, the voltage detection of the secondary circuit of the transformer can be detected on the primary side, so that an expensive secondary voltage detection circuit provided with a conventional insulating circuit is not required, and the control power supply It can be applied to a device having no winding.
【００２７】図２は、本発明の他の実施形態を示す構成
図である。同図が図１と異なる部分は、スイッチング素
子２の両端に設けるスナバ回路２１を制御電源として利
用する点にある。FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention. 1 differs from FIG. 1 in that a snubber circuit 21 provided at both ends of the switching element 2 is used as a control power supply.
【００２８】トランス１の漏れインダクタンスによるサ
ージ電圧からスイッチング素子２を保護するため、スイ
ッチング素子２にはその両端にスナバ回路２１が設けら
れる。このスナバ回路２１は、スイッチング素子２がタ
ーンオフする時に発生するサージ電圧を逆流抑制用ダイ
オードＤSを通してコンデンサＣSで吸収する。コンデン
サＣSの充電電荷は、抵抗ＲSで消費する。In order to protect the switching element 2 from a surge voltage caused by the leakage inductance of the transformer 1, the switching element 2 is provided with a snubber circuit 21 at both ends thereof. The snubber circuit 21 absorbs a surge voltage generated when the switching element 2 is turned off by the capacitor C S through the backflow suppression diode D S. The charge of the capacitor C S is consumed by the resistor R S.
【００２９】このスナバ回路２１では、コンデンサＣS
の電圧は入力電圧Ｅｉｎを最低値とし、スイッチング素
子２のオフ時に最大Ｅｉｎ＋（ｎ１／ｎ２）×Ｅ0＋サ
ージ電圧まで上昇し、その後に抵抗ＲSによってコンデ
ンサＣSの電荷が放電され、スイッチング素子２の次の
スイッチングまでに電圧Ｅｉｎを目標に電圧は低下す
る。In the snubber circuit 21, the capacitor C S
Takes the input voltage Ein as a minimum value, rises to a maximum of Ein + (n1 / n2) × E 0 + surge voltage when the switching element 2 is turned off, and thereafter, the charge of the capacitor C S is discharged by the resistor R S and the switching is performed. By the next switching of the element 2, the voltage decreases with the target of the voltage Ein.
【００３０】ここで、本実施形態では、コンデンサＣS
と抵抗ＲSに並列に、電流制限用抵抗ＲLと定電圧ダイオ
ードＺＤの直列回路からなる定電圧電源回路２２を設
け、この出力を制御電源として制御回路２３の各部に供
給する。Here, in the present embodiment, the capacitor C S
A constant voltage power supply circuit 22 composed of a series circuit of a current limiting resistor RL and a constant voltage diode ZD is provided in parallel with the resistor R S and a constant voltage diode ZD.
【００３１】したがって、従来のスナバ回路２１の抵抗
ＲSで消費させるだけのスナバ吸収エネルギーを定電圧
電源回路２２の直流電源として利用する。このとき、抵
抗ＲSは制御電源として電力消費する分だけ従来のもの
よりも高い抵抗にすることになり、電源効率を高めるこ
とができる。また、トランス１には、制御電源用の巻線
を不要にし、必要な巻線数を減らすことができる。Therefore, the snubber absorbed energy that is consumed by the resistance R S of the conventional snubber circuit 21 is used as the DC power supply of the constant voltage power supply circuit 22. At this time, the resistance R S is made higher than the conventional resistance by the power consumed as the control power supply, and the power supply efficiency can be improved. Further, the transformer 1 does not require a winding for a control power supply, and the required number of windings can be reduced.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、スイッ
チング素子のオフ時の両端電圧からトランスの一次入力
電圧を減算することにより二次側出力電圧に比例した電
圧を検出するようにしたため、従来の二次側電圧検出回
路を不要にし、また、制御電源用三次巻線が不要にな
る。As described above, according to the present invention, the voltage proportional to the secondary output voltage is detected by subtracting the primary input voltage of the transformer from the voltage between both ends of the switching element when the switching element is off. It eliminates the need for a conventional secondary-side voltage detection circuit and eliminates the need for a tertiary winding for a control power supply.
【００３３】また、本発明によれば、スイッチング素子
の両端に設けるスナバ回路のコンデンサ電荷を制御回路
の制御電源として利用するようにしたため、電源効率を
高めると共に制御電源用三次巻線が不要になる。Further, according to the present invention, since the capacitor charge of the snubber circuit provided at both ends of the switching element is used as the control power supply of the control circuit, the power supply efficiency is improved and the tertiary winding for the control power supply becomes unnecessary. .
【００３４】これらのことから、本発明では、トランス
に必要な巻線数を減らし、また低価格で電源効率も高め
ることができる。From the above, according to the present invention, the number of windings required for the transformer can be reduced, and the power supply efficiency can be increased at low cost.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明の実施形態を示すスイッチングレギュレ
ータの構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a switching regulator according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の他の実施形態を示すスイッチングレギ
ュレータの構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a switching regulator showing another embodiment of the present invention.
【図３】従来のスイッチングレギュレータの構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional switching regulator.
【図４】スイッチングレギュレータの各部波形図。FIG. 4 is a waveform diagram of each part of the switching regulator.
１…トランス ２…スイッチング素子 ３…ダイオード １１、１２…分圧回路 １３…サンプルホールド回路 １７…減算回路 １８…制御アンプ １９…コンパレータ ２１…スナバ回路 ２２…定電圧電源回路 ２３…制御回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transformer 2 ... Switching element 3 ... Diode 11, 12 ... Voltage dividing circuit 13 ... Sample hold circuit 17 ... Subtraction circuit 18 ... Control amplifier 19 ... Comparator 21 ... Snubber circuit 22 ... Constant voltage power supply circuit 23 ... Control circuit
Claims (2)
の直列接続回路に直流入力電圧を印加し、前記スイッチ
ング素子のオン後のオフ時に前記トランスの二次側出力
をダイオードで整流して負荷に直流電力を供給し、前記
負荷に供給する電圧を検出して前記スイッチング素子の
オン時間を制御する制御回路を設けた他励式フライバッ
ク形スイッチングレギュレータにおいて、 前記スイッチング素子のオフ時の該スイッチング素子の
両端電圧Ｖｄｓから前記直流入力電圧Ｅｉｎを減算して
前記負荷に供給する電圧に比例した電圧を得る電圧検出
回路を備えたことを特徴とする他励式フライバック形ス
イッチングレギュレータ。1. A DC input voltage is applied to a series connection circuit of a primary winding of a transformer and a switching element, and a secondary output of the transformer is rectified by a diode when the switching element is turned off after the switching element is turned on. In a separately-excited flyback switching regulator provided with a control circuit that supplies power and detects a voltage supplied to the load to control an on-time of the switching element, both ends of the switching element when the switching element is off A separately-excited flyback switching regulator, comprising: a voltage detection circuit that subtracts the DC input voltage Ein from a voltage Vds to obtain a voltage proportional to a voltage supplied to the load.
ナバ回路のコンデンサの電荷を電源として前記制御回路
の制御電源を得る定電圧電源回路を備えたことを特徴と
する請求項１に記載の他励式フライバック形スイッチン
グレギュレータ。2. A separately-excited fly according to claim 1, further comprising a constant-voltage power supply circuit for obtaining a control power supply of said control circuit by using a charge of a capacitor of a snubber circuit provided at both ends of said switching element as a power supply. Buck type switching regulator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11003698A JP2000209854A (en) | 1999-01-11 | 1999-01-11 | Separately excited flyback type switching regulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11003698A JP2000209854A (en) | 1999-01-11 | 1999-01-11 | Separately excited flyback type switching regulator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000209854A true JP2000209854A (en) | 2000-07-28 |
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ID=11564604
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| JP11003698A Pending JP2000209854A (en) | 1999-01-11 | 1999-01-11 | Separately excited flyback type switching regulator |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP2000209854A (en) |
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