JP2001103741A - スイッチング電源装置 - Google Patents
スイッチング電源装置Info
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Abstract
けるスイッチング電源装置に関し、特に安価な制御IC
を使用し、応答性のよい定電流制御、及び過電流制御を
行うスイッチング電源装置を提供するものである。 【解決手段】 制御IC25から出力される制御信号に
従ってブリッジ形に配設されたMOSトランジスタQ5
〜Q8をオン/オフ駆動し、バッテリー20aの直流電
力を変換するスイッチング電源装置であり、スイッチン
グ素子である上記MOSトランジスタQ5〜Q8の出力
電流を検出するピークホールド回路26と、回路に流れ
る過電流を検出する過電流検出ラッチ回路27を、上記
制御回路とは別に設けることにより、制御IC25の負
担を軽減し、制御IC25の回路構成を簡単化し、安価
な制御IC25の使用を可能とするスイッチング電源装
置を提供するものである。
Description
リッドカー等のパワーエレクトロニクスの分野における
スイッチング電源装置に関する。
の開発によって、バッテリーを使用する電源装置が注目
されている。特に、MOSFET(metal oxide field-
effecttransistor 、以下MOSトランジスタで示す)
等のスイッチング素子を使用したチョッパ形の電源装置
は、直流電圧値を自由に設定できるため広く使用されて
いる。
電源装置の回路図である。同図において、バッテリー1
は、例えば電気自動車の走行に従って充電される直流電
源である。尚、入力フィルタ2はリップル除去用であ
る。フルブリッジ回路3は4個のMOSトランジスタQ
1〜Q4で構成され、バッテリー1から供給される直流
電力を交流電力に変換し、トランス4に供給する。ま
た、フルブリッジ回路3による上記変換処理は、MOS
トランジスタQ1〜Q4を所定のタイミングで切り替え
ることによって作成され、MOSトランジスタQ1〜Q
4の切換タイミングは、ドライブ回路6〜9の出力によ
って実行される。また、ドライブ回路6〜9の制御は制
御IC5によって行われる。例えば、ドライブ回路6と
9からドライブ信号を出力し、MOSトランジスタQ1
とQ4をオン駆動し、次にドライブ回路7と8からドラ
イブ信号を出力し、MOSトランジスタQ2とQ3をオ
ン駆動し、この制御を交互に繰り返すことによって、ト
ランス4に交流電力を供給する。
流電力に従って二次側の巻線に電流を流し、整流回路1
0に出力する。整流回路10は整流ダイオードD1、D
2、平滑用コイル11、平滑用コンデンサ12で構成さ
れ、直流電力に変換する。尚、上記整流回路10の出力
は制御IC5にフィードバックされ、制御IC5は出力
電圧値を知る。
ランス13によって検出され、ブリッジ整流回路14に
よって対応する信号に変換された後、上記制御IC5に
出力される。尚、同図に示すR1、R2は分割抵抗であ
り、制御IC5に出力される信号レベルを調整し、コン
デンサC1はリップル除去用のコンデンサである。
される電圧情報、及び上記ブリッジ整流回路14から出
力される電流情報に従って前述のドライブ回路6〜9に
制御信号を出力する。ここで、制御IC5が行う制御
は、図5に示すように出力電流(I)が一定範囲内(0
〜Io )であるとき、出力電圧(V)を一定に制御し、
ある一定電流値(Io )を越えると、出力電流(I)を
下げるように制御を行う(定電流制御)。したがって、
上記電圧情報と電流情報に従って、フルブリッジ回路3
の各MOSトランジスタQ1〜Q4のオン駆動時間が制
御される。
流トランス13によって検出された信号から、過電流が
供給されていないかを検出し、過電流が流れた場合には
直ちにMOSトランジスタQ1〜Q4へのドライブ信号
の出力を停止する制御も行っている(過電流制御)。
源装置では、上述のように制御IC5自体で定電流制
御、及び過電流制御を行うため、応答性のよい制御IC
5を使用する必要がある。すなわち、定電流制御を行う
ため、ブリッジ整流回路14から出力される信号を高速
に検出し、出力電流の変化を判断し、ドライブ回路6〜
9に出力する制御信号を作成する必要があるからであ
る。また、過電流制御を行うため、ブリッジ整流回路1
4から出力される信号を高速で判断し、過電流が含まれ
ていた場合、直ちに制御信号の出力を停止する処理を行
う必要があるからである。
が可能なICを採用するので、制御ICが高価な部品と
なり、汎用ICを使用することができず、装置のコスト
アップの原因ともなっている。
な制御ICを使用し、応答性のよい定電流制御、及び過
電流制御を行うスイッチング電源装置を提供するもので
ある。
項1の態様によれば、制御回路から出力される制御信号
に従ってスイッチング素子の切り替え制御を行い、直流
電力の変換を行うスイッチング電源装置において、前記
制御回路とは別に設けられ、前記スイッチング素子の出
力電流を検出し、そのピーク電流を検出するピーク電流
検出回路と、前記制御回路とは別に設けられ、前記スイ
ッチング素子の出力電流を検出し、一定レベル以上の過
電流を検出すると、前記スイッチング素子の駆動を停止
させる過電流検出回路とを有し、前記制御回路は、前記
ピーク電流検出回路の出力に基づいて前記スイッチング
素子に制御信号を出力するスイッチング電源装置を提供
することによって達成できる。
MOSトランジスタやバイポーラトランジスタをブリッ
ジ形に配設し、ドライブ信号によって上記スイッチング
素子をオン/オフ駆動し、直流電力の変換処理を行う電
源装置であり、スイッチング素子の出力をトランスを介
して整流回路で整流し、変換後の直流出力を得る。
チング素子の出力電流を検出し、そのピーク電流を検出
する回路であり、該ピーク電流検出回路の出力を上記制
御回路に出力することによって、制御回路では上記スイ
ッチング素子のドライブ信号を容易に制御し、定電流制
御を行う。
素子の出力電流を検出し、一定レベル以上の過電流を検
出する回路であり、この一定レベルの値は回路の短絡等
によって発生する異常電流を検出するものであり、例え
ば回路に短絡が発生したことを検出できるレベルである
と共に、回路を破損しないレベルである。
御回路とは別に設けられ、例えば制御回路に検出結果を
出力する構成である。したがって、制御回路自身は上記
制御を行う必要がなく、検出結果のみを使用してスイッ
チング制御を行えばよい。また、過電流検出回路は上記
制御回路とは別に設けられ、制御回路が全く関与するこ
となく回路駆動を停止できる構成である。
の回路構成を簡単化し、安価な制御回路を使用してスイ
ッチング電源回路を構成することができる。請求項2の
記載は、前記請求項1記載の発明において、前記制御回
路は、前記スイッチング素子の出力がトランスを介して
整流された出力の供給も受け、前記スイッチング素子に
制御信号を出力する構成である。
の記載において、前記過電流検出回路の出力はゲート回
路に供給され、前記制御回路から出力される制御信号の
出力を遮断し、前記スイッチング素子の駆動を停止させ
る構成である。
は過電流検出に関して一切関与することなく回路駆動を
停止することができ、しかも例えばアンドゲート等の簡
単なゲート回路で実現することができる。
は3の記載において、前記スイッチング素子は、例えば
ブリッジ形に配設されたトランジスタ回路である。本例
は請求項1乃至請求項3に記載されるスイッチング素子
の接続例、及びスイッチング素子の例を特定する構成で
あり、トランジスタ回路としては、例えばMOSトラン
ジスタ、バイポーラトランジスタ等を使用することがで
きる。
を参照しながら説明する。図1は、本実施形態を説明す
るスイッチング電源装置の回路図である。同図におい
て、本回路は直流電源20、フルブリッジ回路21、ト
ランス22、整流回路23、ドライブ回路24、制御I
C25、ピークホールド回路26、過電流検出ラッチ回
路27で構成されている。
ィルタ20bで構成され、バッテリー20aは例えばハ
イブリットカーのメインバッテリーであり、走行用モー
タの始動等に使用される。また、このバッテリー20a
の充電は、走行用モータを安定走行時において発電機と
して使用することによって行っている。また、入力フィ
ルタ20bは、従来例と同様リップルを除去する回路で
ある。
ンジスタQ5〜Q8をH形に接続した構成であり、各M
OSトランジスタQ5〜Q8は寄生ダイオードD5〜D
8を有する。フルブリッジ回路21の駆動はドライブ回
路24(24a〜24d)から出力されるドライブ信号
によって行われる。例えば、ドライブ回路24aから出
力されるドライブ信号aはMOSトランジスタQ5をオ
ン/オフ駆動する。また、ドライブ回路24bから出力
されるドライブ信号bはMOSトランジスタQ6のオン
/オフ駆動を行い、ドライブ回路24cから出力される
ドライブ信号cはMOSトランジスタQ7のオン/オフ
駆動を行い、ドライブ回路24dから出力されるドライ
ブ信号dはMOSトランジスタQ8のオン/オフ駆動を
行う。
ハイレベルのドライブ信号を出力し、ドライブ回路24
b、24cからローレベルのドライブ信号を出力し、M
OSトランジスタQ5、Q8を駆動してトランス22に
矢印e方向の電流を流し、次にドライブ回路24b、2
4cからハイレベルのドライブ信号を出力し、ドライブ
回路24a、24dからローレベルのドライブ信号を出
力し、MOSトランジスタQ6、Q7を駆動してトラン
ス22に矢印e’方向の電流を流す。したがって、上記
駆動を交互に行うことによって、トランス22に交流を
流す。
4、平滑用コイル23a、平滑用コンデンサ23bで構
成され、トランス22の二次側に誘起される二次電流を
整流する。すなわち、ダイオードD3、D4によって交
流出力を取り出し、平滑用コイル23aと平滑用コンデ
ンサ23bで整流し、直流出力を得る。
22の一次側に流れる電流、即ちフルブリッジ回路21
のチョッパ出力を検出し、整流を行い、当該整流出力の
ピーク値を保持する回路である。このため、ピークホー
ルド回路26はトランス22の一次側に流れる電流を検
出する電流トランス26a、電流トランス26aによっ
て検出した交流電流を整流するダイオード整流回路26
b、及びピーク値ホールド回路26cで構成されてい
る。電流トランス26aはトランス22の一次側に流れ
る交流電流を検出し、ダイオード整流回路26bに供給
する。ダイオード整流回路26bは電流トランス26a
によって検出した交流電流を脈流に変換し、ピーク値ホ
ールド回路26cに出力する。
D9、コンデンサC2、抵抗R1〜R6で構成され、ダ
イオード整流回路26bから出力される脈流をダイオー
ドD9、抵抗R6を介してコンデンサC2に充電する。
尚、コンデンサC2に充電された電荷はダイオードD9
によって逆流が阻止される。したがって、コンデンサC
2は、よりハイレベルの脈流がダイオード整流回路26
bを介して供給されると、順次充電され常時ピーク値が
ホールドされる。
コンデンサC2の両端に発生する電圧を分割し、所定の
電圧範囲の電圧値として制御IC25に供給する構成で
ある。尚、上記コンデンサC2への電荷の充電速度は、
抵抗R6とコンデンサC2の時定数によって制御でき
る。
ーク値ホールド回路26c)にホールドされる信号は、
制御IC25の入力(I1)に供給される。したがっ
て、制御IC25はピークホールド回路26から供給さ
れる信号によって、フルブリッジ回路21の出力電流の
ピーク値を直接知ることができる構成である。
検出部27a、過電流ラッチ部27bで構成され、上記
ピークホールド回路26のダイオード整流回路26bか
ら電流情報(上述の脈流)が入力する。過電流検出部2
7aはコンパレータ28、抵抗R7〜R11、及びコン
デンサC3で構成され、コンパレータ28の反転入力
(−入力)には抵抗R8を介して基準電圧1(Vref
1)が供給される。また、コンパレータ28の非反転入
力(+入力)には抵抗R7を介して上記電流情報が供給
される。ここで、コンパレータ28の反転入力(−入
力)に供給される基準電圧1(Vref 1)は、例えば5
Vであり、異常電圧を検出するための基準電圧である。
0を介して過電流ラッチ部27bに供給される。また、
過電流検出部27a(コンパレータ28)の出力電圧値
は、抵抗(プルアップ抵抗)R11、抵抗R10、及び
後述する抵抗R14の分割比で決定される。
9、抵抗R12〜R16で構成され、コンパレータ29
の反転入力(−入力)には基準電圧2(Vref 2)が抵
抗R12を介して供給され、コンパレータ29の非反転
入力(+入力)には上記過電流検出部27aから過電流
の検出信号が供給される。
9)は、一旦過電流が検出されると、その検出結果を保
持する回路であり、その出力は抵抗R17を介してトラ
ンジスタQ10のベースに供給される。また、トランジ
スタQ10がオン駆動すると、アンド(AND)回路3
0及び31へロー信号(接地レベル)を出力する。した
がって、一旦過電流が回路に流れると、アンド(AN
D)回路30及び31の出力が停止される。
10のベース・エミッタ間抵抗、及びコレクタ抵抗であ
り、またコンデンサC3はノイズ除去用のコンデンサで
ある。また、コンデンサC4は起動時の誤動作防止用コ
ンデンサである。
ルド回路26から出力されるホールド信号が供給される
入力I1と、前述の整流回路23の出力が供給される入
力I2を有し、制御IC25は両入力情報から制御信号
を作成する。また、制御IC25の出力(制御信号)は
出力O1、O2からアンド(AND)回路30及び31
に出力される。また、アンド(AND)回路30及び3
1に出力された制御信号は、前述の過電流検出ラッチ回
路27の出力と共にアンド処理され、前述のドライブ回
路24a〜24dに供給される。
て、以下に回路動作を説明する。先ず、バッテリー20
aから入力フィルタ20bを介して直流電流がフルブリ
ッジ回路21に供給され、フルブリッジ回路21はドラ
イブ回路24a〜24dから出力されるドライブ信号に
従ってオン/オフ駆動を行い、トランス22に交流出力
を供給する。このときフルブリッジ回路21から出力さ
れる交流出力は制御IC25から出力される制御信号に
基づく。すなわち、制御IC25には前述のように整流
回路23によって整流された電圧出力が入力I2に供給
されており、この電圧情報に従って、制御IC25から
制御信号を出力する。
は、ピークホールド回路26によって行われる。すなわ
ち、トランス22の一次側に流れる電流を前述の電流ト
ランス26aによって検出する。図2に示す電流波形は
電流トランス26aによってフルブリッジ回路21の出
力(トランス22の一次側に流れる電流)を検出した場
合の検出波形である。尚、同図に示す例ではMOSトラ
ンジスタQ5〜Q8(フルブリッジ回路21)の切り替
え周波数が80KHz であるので、同図では当該周波数
の検出信号となっている。
整流回路26bによって整流され、ピーク値ホールド回
路26cに入力する。ここで、ピーク値ホールド回路2
6cは前述のようにダイオードD9、コンデンサC2等
で構成され、ダイオードD9を通してコンデンサC2に
充電が行われる。すなわち、コンデンサC2側がダイオ
ードD9の順方向電圧(VF )より低い電位になるとダ
イオード整流回路26b側から電流が供給され、コンデ
ンサC2を充電する。このため、コンデンサC2の電位
は順次上昇し、例えば図3に示す電圧変化となる。
のピーク値が保持され、このピーク値の情報は前述のよ
うに制御IC25の入力I1に供給される。制御IC2
5は入力I1に供給されるピーク値のデータから対応す
る制御信号を出力する。そして、例えばピーク値が予め
設定した一定電流値より大きくなった場合、ドライブ回
路24a〜24dの出力を制御して、出力電圧を低下さ
せる。すなわち、この制御は前述の図5に示す通りであ
る。すなわち、出力電流(I)が一定範囲内(0〜Io
)であるとき、出力電圧(V)を一定に制御し、ある
一定電流値(Io)を越えると、出力電流(I)を下げ
る制御を行う。しかも本例では、この制御のため、制御
IC25は単にピークホールド回路26から出力される
信号が一定値を越えているか判断し、一定値を超えてい
る場合、出力電流を下げる制御を行えばよい。したがっ
て、制御IC25の回路を簡単に構成することができ
る。
の電流トランス26aによって検出した電流をダイオー
ド整流回路26bによって脈流化した信号が供給され、
先ずコンパレータ28によって基準電圧1(Vref 1)
と比較される。この基準電圧1(Vref 1)は、前述の
ように例えば5Vであり、コンパレータ28から比較結
果が過電流ラッチ部27bに出力される。ここで、例え
ば負荷に短絡等が発生し、過電流がトランス22の一次
側に流れると、コンパレータ28の非反転入力(+入
力)には基準電圧1(Vref 1)を越える大きな信号
(脈流信号)が入力し、コンパレータ28の出力はオー
プンとなる。また、この結果、コンパレータ29の非反
転入力(+入力)に電源電圧15Vが抵抗R11、R1
0を介して供給され、抵抗R17を介してトランジスタ
Q10をオン駆動し、アンド(AND)回路30及び3
1の一方入力にロー信号を供給する。
C25から出力される制御信号の供給はアンド(AN
D)回路30及び31によって遮断され、フルブリッジ
回路21の駆動を停止する。したがって、例えば負荷の
短絡によって過電流が回路に流れたとしても、過電流検
出ラッチ回路27がこれを検出し、制御IC25の制御
出力の供給を遮断し、以後フルブリッジ回路21の駆動
を停止する。
トランジスタQ10のオン駆動は継続し、例え過電流が
解消しても、一旦異常が発生した以上回路駆動を停止
し、回路の回復を待つ。
過電流検出ラッチ回路27から出力される検出結果をア
ンド(AND)回路30、31に出力することによっ
て、直ちに回路を遮断することができ、制御IC25に
負担をかけることなく過電流制御を行うことができる。
電流検出ラッチ回路27の出力をアンド(AND)回路
30、31に供給する構成としたが、直接制御IC25
に供給する構成とし、制御IC25内でドライブ回路2
4(24a〜24d)への制御信号の出力を停止する構
成としてもよい。
してMOSトランジスタQ5〜Q8を使用する構成とし
たが、バイポーラトランジスタを使用する構成としても
よい。
ダイオードD9、コンデンサC2等を使用する構成とし
たが、専用のIC等を使用する構成としてもよい。ま
た、過電流検出ラッチ回路27の構成も、必ずしもコン
パレータを使用する回路構成である必要はない。
価な制御IC(制御回路)を使用し、スイッチング電源
装置の定電流制御、及び過電流制御を行うことができ
る。
なり、電源装置の設計を容易とし、設計期間の短縮を図
ることもできる。さらに、本発明では制御回路とは別の
ピーク電流検出回路、及び過電流検出回路を使用するの
で、定電流制御及び過電流制御を高速に行うことができ
る。
ある。
である。
る。
御ICの制御動作を説明する波形図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 制御回路から出力される制御信号に従っ
てスイッチング素子の切り替え制御を行い、直流電力の
変換を行うスイッチング電源装置において、 前記制御回路とは別に設けられ、前記スイッチング素子
の出力電流を検出し、そのピーク電流を検出するピーク
電流検出回路と、 前記制御回路とは別に設けられ、前記スイッチング素子
の出力電流を検出し、一定レベル以上の過電流を検出す
ると、前記スイッチング素子の駆動を停止させる過電流
検出回路とを有し、 前記制御回路は、前記ピーク電流検出回路の出力に基づ
いて前記スイッチング素子に制御信号を出力することを
特徴とするスイッチング電源装置。 - 【請求項2】 前記制御回路は、前記スイッチング素子
の出力がトランスを介して整流された出力の供給も受
け、前記スイッチング素子に制御信号を出力することを
特徴とする請求項1記載のスイッチング電源装置。 - 【請求項3】 前記過電流検出回路の出力はゲート回路
に供給され、前記制御回路から出力される制御信号の出
力を遮断し、前記スイッチング素子の駆動を停止させる
ことを特徴とする請求項1、又は2記載のスイッチング
電源装置。 - 【請求項4】 前記スイッチング素子はブリッジ形に配
設されたトランジスタ回路であることを特徴とする請求
項1、2、又は3記載のスイッチング電源装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28120499A JP2001103741A (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | スイッチング電源装置 |
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-
1999
- 1999-10-01 JP JP28120499A patent/JP2001103741A/ja active Pending
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