JP3235295B2 - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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JP3235295B2
JP3235295B2 JP26763793A JP26763793A JP3235295B2 JP 3235295 B2 JP3235295 B2 JP 3235295B2 JP 26763793 A JP26763793 A JP 26763793A JP 26763793 A JP26763793 A JP 26763793A JP 3235295 B2 JP3235295 B2 JP 3235295B2
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は交流電源を整流平滑し、
負荷に供給する電源装置であって、特に入力電流歪みと
電源投入時の突入電流を抑制する機能を備えた電源装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図7は従来の昇圧チョッパー式の電源装
置の回路図である。以下、その回路構成について説明す
る。交流電源VsはダイオードブリッジDBの交流入力
端子に接続されている。ダイオードブリッジDBの直流
出力端子には、インダクタL2とトランジスタQ3の直
列回路が接続されている。トランジスタQ3の両端に
は、ダイオードD3を介して平滑用のコンデンサC1が
接続されている。コンデンサC1には負荷Fが並列接続
されている。トランジスタQ3がONのときには、ダイ
オードブリッジDBの整流出力によりインダクタL2に
電流が流れてエネルギーが蓄積される。トランジスタQ
3がOFFすると、前記インダクタL2の蓄積エネルギ
ーによりインダクタL2の両端に電圧が誘起され、この
電圧がダイオードブリッジDBの整流出力と重畳され
て、ダイオードD3を介してコンデンサC1が充電され
る。これにより、コンデンサC1にはダイオードブリッ
ジDBの整流出力を昇圧した直流電圧が得られる。
【0003】図8は従来の昇降圧チョッパー式の電源装
置の回路図である。この回路では、ダイオードブリッジ
DBの直流出力端子にインダクタL2とトランジスタQ
3を直列接続し、インダクタL2の両端にダイオードD
3を介して平滑用のコンデンサC1が接続されている。
トランジスタQ3がONのときには、ダイオードブリッ
ジDBの整流出力によりインダクタL2に電流が流れて
エネルギーが蓄積される。トランジスタQ3がOFFす
ると、前記インダクタL2の蓄積エネルギーによりイン
ダクタL2の両端に電圧が誘起され、この電圧がダイオ
ードD3を介してコンデンサC1が充電される。
【0004】図9は従来の降圧チョッパー式の電源装置
の回路図である。この回路では、ダイオードブリッジD
Bの直流出力端子の一端にインダクタL2を介してコン
デンサC1の一端を接続し、ダイオードブリッジDBの
直流出力端子の他端にトランジスタQ3を介してコンデ
ンサC1の他端を接続したものであり、インダクタL2
とコンデンサC1の直列回路にはダイオードD3が図示
された極性で接続されている。トランジスタQ3がON
のときには、インダクタL2を介してコンデンサC1に
電流が流れて、コンデンサC1が充電されると共に、イ
ンダクタL2にエネルギーが蓄積される。トランジスタ
Q3がOFFすると、インダクタL2の蓄積エネルギー
によりインダクタL2の両端に電圧が誘起され、ダイオ
ードD3を介してコンデンサC1に電流が流れる。これ
により、コンデンサC1には、ダイオードブリッジDB
の整流出力を降圧した直流電圧が得られる。
【0005】一般に知られる平滑直流電源回路として
は、図7の昇圧チョッパー回路、図8の昇降圧チョッパ
ー回路、図9の降圧チョッパー回路があるが、これらの
電源回路に対する課題として、電源投入時の突入電流抑
制と入力電流歪み改善が挙げられる。昇圧チョッパー回
路は入力電流歪み改善の効果はあるが、電源投入時の突
入電流抑制が困難である。また、降圧チョッパー回路は
電源投入時の突入電流抑制の効果はあるが、入力電流歪
み改善が困難である。昇降圧チョッパー回路のみが両方
の課題を解決できる。
【0006】一方、負荷として高周波インバータ回路を
用いた場合、小型化、薄型化、コストダウンのために、
インバータ回路とチョッパー回路のスイッチング素子を
兼用することがある。その従来例(特願平4−3819
2号)を図10に示した。この回路は、昇降圧チョッパ
ー回路のスイッチング素子とハーフブリッジ式インバー
タ回路のスイッチング素子を兼用した例である。以下、
その回路構成について説明する。交流電源Vsには、ダ
イオードブリッジDBの交流入力端子が接続されてい
る。ダイオードブリッジDBの直流出力端子には、イン
ダクタL2とトランジスタQ1の直列回路が接続されて
いる。インダクタL2の両端には、ダイオードD4を介
して平滑用のコンデンサC1が接続されている。コンデ
ンサC1の両端には、コンデンサC3,C4の直列回路
が接続されており、また、トランジスタQ1とダイオー
ドD3とトランジスタQ2の直列回路が接続されてい
る。負荷Fの一端はトランジスタQ2とダイオードD3
の接続点に接続されており、負荷Fの他端はコンデンサ
C3,C4の接続点に接続されている。トランジスタQ
2の両端にはダイオードD2が逆並列接続されている。
トランジスタQ1とダイオードD3の直列回路には、ダ
イオードD1が逆並列接続されている。
【0007】以下、この回路の動作について説明する。
まず、昇降圧チョッパー回路としての動作について説明
する。トランジスタQ1がONのとき、ダイオードブリ
ッジDB、インダクタL2、トランジスタQ1、ダイオ
ードブリッジDBを介して電流が流れて、インダクタL
2にエネルギーが蓄積される。トランジスタQ1がオフ
すると、インダクタL2、コンデンサC1、ダイオード
D4、インダクタL2の経路で電流が流れて、コンデン
サC1が充電される。次に、ハーフブリッジインバータ
回路としての動作について説明する。トランジスタQ1
がオン、トランジスタQ2がオフのときには、コンデン
サC1、トランジスタQ1、ダイオードD3、負荷F、
コンデンサC4、コンデンサC1の経路で電流が流れ
る。また、トランジスタQ2がオン、トランジスタQ1
がオフのときには、コンデンサC1、コンデンサC3、
負荷F、トランジスタQ2、コンデンサC1の経路で電
流が流れる。この動作を交互に繰り返し、コンデンサC
1の平滑直流電圧が高周波に変換されて、負荷Fに供給
される。
【0008】この回路では、トランジスタQ1が昇降圧
チョッパー回路とインバータ回路の両方のスイッチング
素子として動作する。また、昇降圧チョッパー回路を備
えるので、突入電流抑制及び入力電流歪み改善の効果は
得られる。しかしながら、昇降圧チョッパー回路による
コンデンサC1の充電は、トランジスタQ1のオフ時に
インダクタL2の誘起電圧のみによって行われる。この
とき、インダクタL2の電流はコンデンサC1の電圧に
比例した傾きで減少して行く。トランジスタQ1のオン
時のストレス等を考えると、インダクタL2の電流がゼ
ロになるまでトランジスタQ1はオフしておくのが望ま
しい。電源投入直後のコンデンサC1の電圧が低いとき
は、インダクタL2の電流の減少は緩やかでトランジス
タQ1のオフ期間が長くなる。トランジスタQ1のオン
・オフとインダクタL2の電流の関係を図11に示す。
図中、VinはダイオードブリッジDBの整流出力とし
て得られる入力電圧、VdcはコンデンサC1に得られ
る直流電圧である。
【0009】ここで、インバータの動作を考えると、ト
ランジスタQ1がオフのとき、トランジスタQ2はオン
しており、トランジスタQ1とトランジスタQ2のオン
時間比が極端に異なることになる。すると、負荷Fに安
定な高周波電力を供給できないばかりでなく、負荷Fに
LC共振回路を含むときは進相モードになり、スイッチ
ング素子に過大なストレスが加わる場合がある。
【0010】図12は他の従来例であり、切替スイッチ
SWがB側に接続されているときは、昇降圧チョッパー
回路として動作し、A側に接続されているときは、昇圧
チョッパー回路として動作する。電源投入時には、切替
スイッチSWをB側に接続することにより昇降圧チョッ
パー回路として動作させて突入電流を抑制し、定常時に
は切替スイッチSWをA側に接続することにより昇圧チ
ョッパー回路として動作させるものである。この従来例
においても、チョッパー回路とインバータ回路とでスイ
ッチング素子を兼用しているので、図10の従来例と同
様の問題がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のような
点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、簡単な構成で入力電流歪み及び電源投入時の突入電
流を抑制し、しかも制御の容易な電源装置を提供するこ
とにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の電源装置にあっ
ては、上記の課題を解決するために、図1に示すよう
に、交流電源Vsを全波整流する全波整流器DBと、全
波整流器DBの一方の出力端子に一端を接続されたイン
ダクタL2と、全波整流器DBの他方の出力端子に一端
を接続された第1のスイッチング素子Q2と、前記イン
ダクタL2の他端と第1のスイッチング素子Q2の他端
の間に接続されて直流電流を通電可能なインピーダンス
素子Zと、前記インダクタL2の他端に全波整流器DB
の出力電流を通電する方向に直列接続された第1のダイ
オードD5と、第1のスイッチング素子Q2の他端に全
波整流器DBの出力電流を通電する方向に直列接続され
た第2のダイオードD3と、第1および第2のダイオー
ドD5,D3を各端子に直列に接続されて前記インピー
ダンス素子Zの両端間に並列接続されたコンデンサC1
と、前記コンデンサC1と第2のダイオードD3の直列
回路に並列に接続されて第1のスイッチング素子Q2と
交互にオンされる第2のスイッチング素子Q1と、第1
または第2のスイッチング素子Q2,Q1のいずれかに
並列に接続された負荷回路と、前記コンデンサC1と第
2のダイオードD3の接続点と全波整流器DBの一対の
出力端子の間にそれぞれ全波整流器DBからの出力電流
を阻止する方向に接続された第3および第4のダイオー
ドD4,D6とを備えて成るものである。
【0013】
【作用】本発明の作用を図1の回路について説明する。
第1のスイッチング素子Q2がオンのときには、全波整
流器DB、インダクタL2、第1のダイオードD5、コ
ンデンサC1、第2のダイオードD3、第1のスイッチ
ング素子Q2、全波整流器DBを通る第1の電流経路、
または、全波整流器DB、インダクタL2、インピーダ
ンス素子Z、第1のスイッチング素子Q2、全波整流器
DBを通る第2の電流経路を介して入力電流が流れて、
第1のスイッチング素子Q2がオフしたときには、イン
ダクタL2、第1のダイオードD5、コンデンサC1、
第3のダイオードD4、インダクタL2を通る経路で電
流が流れて、インダクタL2の誘起電圧でコンデンサC
1を充電する。インピーダンス素子Zは第1のダイオー
ドD5、コンデンサC1、第2のダイオードD3の直列
回路に対して並列接続されているので、インピーダンス
素子Zの電圧はコンデンサC1の電圧Vdcによってク
ランプされる。したがって、電源投入直後のコンデンサ
C1が十分に充電されていないときには、インピーダン
ス素子Zを通る第2の電流経路を介して流れる電流は制
限され、主としてコンデンサC1を通る第1の電流経路
を介して電流が流れて、図9で説明した降圧チョッパー
に相当する動作となる。また、コンデンサC1が充電さ
れて、その電圧Vdcが上昇すると、主としてインピー
ダンス素子Zを通る第2の電流経路を介して入力電流が
流れることになり、これは図8で説明した昇降圧チョッ
パーに相当する動作となり、入力電流歪みの改善がなさ
れる。なお、図1の回路ではコンデンサC1の電圧は第
4のダイオードD6を介してスイッチング素子Q1,Q
2の直列回路に供給されるので、チョッパー用の第1の
スイッチング素子Q2は負荷に高周波電力を供給するイ
ンバータのスイッチング素子としても兼用される。
【0014】
【実施例】図1は本発明の第1実施例の回路図である。
以下、その回路構成について説明する。交流電源Vsは
ダイオードブリッジDBの交流入力端子に接続されてい
る。ダイオードブリッジDBの直流出力端子には、イン
ダクタL2とダイオードD5の直列回路を介して、トラ
ンジスタQ1とQ2の直列回路が接続されている。トラ
ンジスタQ1の両端には、ダイオードD1が逆並列接続
されており、また、共振用のインダクタL1と直流カッ
ト用のコンデンサC3の直列回路を介して放電灯Laが
並列接続されている。放電灯Laのフィラメントの非電
源側端子間には、共振用のコンデンサC2が並列接続さ
れている。共振用のコンデンサC2は予熱電流経路を兼
ねている。ダイオードブリッジDBの直流出力端子に
は、ダイオードD4,D6の直列回路が図示された極性
で接続されている。ダイオードD4,D6の接続点は、
ダイオードD3を介してトランジスタQ1,Q2の接続
点に接続されている。トランジスタQ1とダイオードD
3の直列回路には、平滑用のコンデンサC1が接続され
ている。コンデンサC1には直流電圧Vdcが得られ
る。インダクタL2とダイオードD5の接続点とトラン
ジスタQ1,Q2の接続点の間には、直流電流を通電可
能なインピーダンス素子Zが接続されている。トランジ
スタQ2の両端には、ダイオードD2を逆並列接続して
も良い。このダイオードD2は省略しても良い。なお、
本実施例では、インダクタL1とコンデンサC2及び放
電灯Laを含む共振回路を負荷としているが、これに限
定されるものではない。
【0015】以下、本実施例の動作について説明する。
まず、電源投入時の突入電流抑制のための動作について
説明する。トランジスタQ2がオンのときには、ダイオ
ードブリッジDB、インダクタL2、ダイオードD5、
コンデンサC1、ダイオードD3、トランジスタQ2、
ダイオードブリッジDBを通る第1の経路で電流が流れ
る。また、ダイオードブリッジDB、インダクタL2、
インピーダンス素子Z、トランジスタQ2、ダイオード
ブリッジDBを通る第2の経路で電流が流れる。これら
2つの電流経路のうち、第1の電流経路は降圧チョッパ
ーを構成している。電源投入直後のコンデンサC1が未
だ充電されていないときにはダイオードブリッジDBの
整流出力として得られる入力電圧Vinは、コンデンサ
C1の直流電圧Vdcよりも高く、入力電流は主に第1
の電流経路を流れて、降圧チョッパーとして動作する。
その理由は、ダイオードD5、コンデンサC1、ダイオ
ードD3の直列回路に対してインピーダンス素子Zが並
列接続されているので、インピーダンス素子Zの電圧は
コンデンサC1の電圧Vdcによってクランプされる。
したがって、第2の電流経路は制限され、実質上、第1
の電流経路のみを介して電流が流れて、降圧チョッパー
の動作となる。トランジスタQ2がオフしたときには、
インダクタL2、ダイオードD5、コンデンサC1、ダ
イオードD4、インダクタL2を通る経路、あるいは、
インダクタL2、インピーダンス素子Z、ダイオードD
1、コンデンサC1、ダイオードD4、インダクタL2
を通る経路で電流が流れて、インダクタL2の誘起電圧
でコンデンサC1を充電する。コンデンサC1がある程
度充電されても、電源電圧の瞬時値Vinがコンデンサ
C1の電圧Vdcよりも高いとき、即ち、Vin>Vd
cの期間には同様の動作となる。
【0016】次に、コンデンサC1が充電され、常にV
in<Vdcの状態では、トランジスタQ2がオンする
と、前記第2の電流経路でのみ入力電流が流れる。これ
は昇降圧チョッパーの動作となり、入力電流歪みの改善
がなされる。この回路は、電源投入後の突入電流抑制を
降圧チョッパーの動作によって行い、入力電流歪みの改
善を昇降圧チョッパーの動作によって行っている。しか
も、降圧チョッパーと昇降圧チョッパーとの切替えは入
力電圧VinとコンデンサC1の直流電圧Vdcの大小
関係で自動的に行われる。したがって、回路構成は複雑
にならず、小型で安価なものとなる。さらに、本回路で
は、突入電流抑制を降圧チョッパーにより行うようにし
たので、トランジスタQ2がオンのときには、コンデン
サC1を充電しながら入力電流が流れるため、インダク
タL2の電流の立上りが緩やかとなり、電流のピークが
低くなる。したがって、トランジスタQ2のオフ時間も
従来例に比べて短くなり、制御が容易である。図2にト
ランジスタQ2のオン時とオフ時にインダクタL2に流
れる電流の波形を示す。これにより、非常に簡単で小型
な照明用インバータ装置が実現できる。
【0017】図3は本発明の第2実施例の回路図であ
る。本実施例では、直流電流を通電可能なインピーダン
ス素子ZとしてインダクタL3を用いたものである。電
源投入直後のVin>Vdcのとき、トランジスタQ2
がオンすると、ダイオードD5,D3が導通し、インダ
クタL3にはコンデンサC1の電圧Vdc以上の電圧は
印加されない。したがって、実質的にダイオードブリッ
ジDB、インダクタL2、ダイオードD5、コンデンサ
C1、ダイオードD3、トランジスタQ2、ダイオード
ブリッジDBを通る第1の電流経路を通る降圧チョッパ
ーのみの動作となる。トランジスタQ2がオフすると、
インダクタL2,L3、ダイオードD1、コンデンサC
1、ダイオードD4、インダクタL2の経路で電流が流
れてコンデンサC1を充電する。Vin<Vdcになる
と、トランジスタQ2がオンしてもダイオードD5,D
3は非導通であり、インダクタL2,L3には入力電圧
Vinをインダクタンス値で分圧した電圧が印加され、
ダイオードブリッジDB、インダクタL2、インダクタ
L3、トランジスタQ2、ダイオードブリッジDBの経
路で入力電流が流れる。トランジスタQ2がオフする
と、インダクタL2,L3、ダイオードD1、コンデン
サC1、ダイオードD4、インダクタL2の経路で電流
が流れてコンデンサC1を充電する。これにより、昇降
圧チョッパー動作に切り替わる。本実施例の効果につい
ては、図1の実施例と同様である。
【0018】図4は本発明の第3の実施例の回路図であ
る。本実施例では、直流電流を通電可能なインピーダン
ス素子Zとして抵抗Rを用いたものである。動作及び効
果は図1の実施例と同様であるが、この例では第2の電
流経路上に抵抗Rが存在するため、効率上不利である。
この場合には、抵抗RをNTCサーミスタ、つまり、負
温度特性のサーミスタとすると、定常時には自己温度上
昇のために抵抗値が下がり、電力ロスが減るようにな
る。
【0019】図5は本発明の第4実施例の回路図であ
る。本実施例では、負荷部分をトランスTで電源から絶
縁したものである。動作及び効果は図1の実施例と同様
である。また、インバータはハーフブリッジインバータ
に限る必要はなく、フルブリッジインバータ、プッシュ
プルインバータにも適用可能である。
【0020】図6は本発明の第5実施例の回路図であ
る。本実施例では、インバータとして一石インバータを
用いたものであり、トランジスタQ1とダイオードD1
の並列回路に代えて、共振用のインダクタL3とコンデ
ンサC4の並列回路が接続されている。また、直流カッ
ト用のコンデンサC3は省略されている。電源投入時の
降圧チョッパー動作並びに定常時の昇降圧チョッパー動
作及び効果は図1の実施例と同様である。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、電源投入時には突入電
流抑制のために全波整流器、インダクタ、第1のダイオ
ード、コンデンサ、第2のダイオード、第1のスイッチ
ング素子、全波整流器を通る経路で電流を流す降圧チョ
ッパーを動作させ、定常時には入力電流歪みの改善のた
めに全波整流器、インダクタ、インピーダンス素子、第
1のスイッチング素子、全波整流器を通る経路で電流を
流す昇降圧チョッパーを動作させ、しかも両チョッパー
の動作が電源からの入力電圧コンデンサに得られる直
流電圧の大小関係により自動的に切り替わるように構成
したので、回路構成が簡単であり、小型・軽量で安価な
電源装置が実現できる。また、負荷に高周波電力を供給
するインバータのスイッチング素子をチョッパー用の素
子として兼用させたので、非常に小型のインバータ装置
が実現でき、例えば照明用インバータ装置として利用で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の回路図である。
【図2】本発明の第1実施例の動作波形図である。
【図3】本発明の第2実施例の回路図である。
【図4】本発明の第3実施例の回路図である。
【図5】本発明の第4実施例の回路図である。
【図6】本発明の第5実施例の回路図である。
【図7】昇圧チョッパー式電源装置の従来例を示す回路
図である。
【図8】昇降圧チョッパー式電源装置の従来例を示す回
路図である。
【図9】降圧チョッパー式電源装置の従来例を示す回路
図である。
【図10】インバータ兼用チョッパー回路の従来例を示
す回路図である。
【図11】インバータ兼用チョッパー回路の従来例の動
作波形図である。
【図12】インバータ兼用チョッパー回路の他の従来例
の回路図である。
【符号の説明】
Q1,Q2 トランジスタ D1〜D6 ダイオード L1〜L3 インダクタ C1〜C3 コンデンサ DB ダイオードブリッジ La 放電灯 Vs 交流電源 Z インピーダンス素子

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源を全波整流する全波整流器
    と、 全波整流器の一方の出力端子に一端を接続されたインダ
    クタと、 全波整流器の他方の出力端子に一端を接続された第1の
    スイッチング素子と、 前記インダクタの他端と第1のスイッチング素子の他端
    の間に接続されて直流電流を通電可能なインピーダンス
    素子と、 前記インダクタの他端に全波整流器の出力電流を通電す
    る方向に直列接続された第1のダイオードと、 第1のスイッチング素子の他端に全波整流器の出力電流
    を通電する方向に直列接続された第2のダイオードと、 第1および第2のダイオードを各端子に直列に接続され
    て前記インピーダンス素子の両端間に並列接続されたコ
    ンデンサと、 前記コンデンサと第2のダイオードの直列回路に並列に
    接続されて第1のスイッチング素子と交互にオンされる
    第2のスイッチング素子と、 第1または第2のスイッチング素子のいずれかに並列に
    接続された負荷回路と、 前記コンデンサと第2のダイオードの接続点と全波整流
    器の一対の出力端子の間にそれぞれ全波整流器からの出
    力電流を阻止する方向に接続された第3および第4のダ
    イオードとを備えて成る 電源装置。
  2. 【請求項2】 インピーダンス素子として第2のイン
    ダクタを有することを特徴とする請求項1記載の電源装
    置。
  3. 【請求項3】 インピーダンス素子として抵抗を有す
    ることを特徴とする請求項1記載の電源装置。
  4. 【請求項4】 インピーダンス素子としてNTCサー
    ミスタを有することを特徴とする請求項1記載の電源装
    置。
  5. 【請求項5】 負荷回路はLC直列共振回路とその共
    振電圧を印加される負荷とを含んで構成されることを特
    徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電源装置。
  6. 【請求項6】 第2のスイッチング素子をLC並列共
    振回路に置き換えたことを特徴とする請求項1記載の電
    源装置。
JP26763793A 1993-10-26 1993-10-26 電源装置 Expired - Fee Related JP3235295B2 (ja)

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