JP3501132B2 - マグネトロン駆動用電源 - Google Patents

マグネトロン駆動用電源

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子レンジなどの
マグネトロンを負荷とするマグネトロン駆動用電源に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のマグネトロン駆動用電源について
図面を用いて説明する。図5は、力率及び波形歪みを改
善した従来のマグネトロン駆動用電源の回路図である。
第1及び第2の半導体スイッチ7、8の直列接続体は第
1及び第2のダイオード5、6の直列接続体を各々並列
に接続している。ここで、半導体スイッチ7及び8は、
IGBTなどのスイッチング素子とフライホイルダイオ
ード25,26を並列に併せた形で同一パッケージに構
成されることが多い。直列接続された第1及び第2の半
導体スイッチ7、8は第3及び第4のダイオード3、4
の直列接続体と並列接続している。ここで、第3及び第
4のダイオードは安価なダイオードブリッジ14を用い
ることが多く、第3及び第4のダイオードと並列に接続
されている第1及び第2のダイオード5、6の直列素子
は、その接続点を、第3及び第4のダイオードの接続点
と互いに接続するように構成する。第3及び第4のダイ
オード3、4にはそれぞれ第1及び第2のコンデンサ
9、10が接続されており、第3及び第4のダイオード
の5、6の接続点と第1及び第2の半導体スイッチ7、
8の接続点の間に商用電源1、フィルタ2及び高圧トラ
ンス11が接続される構成となっている。高圧トランス
11の2次巻き線出力は高圧整流回路12に接続され、
マグネトロン13に直流高電圧を印可する。マグネトロ
ン13はこの直流高電圧によって2.45GHzの電波
を発生する。
【0003】また、この方式をさらに合理化した、安価
な方式として、図6に示す様に、第1及び第2の半導体
スイッチ7、8を半導体スイッチ単体で構成し、ダイオ
ードブリッジ14内の第1及び第2のダイオードを第1
及び第2のフライホイルダイオードとして用いる方式が
提案されている。
【0004】図7はインバータの各期間における電流が
流れる経路を示した図であり、図8はそれに対応した動
作波形図である。商用電源1の極性が図示の状態で半導
体スイッチ8がオン状態から説明をはじめる。この状態
では図7(a)に示すように商用電源1→フィルタ2→
高圧トランス11の一次巻き線→第2の半導体スイッチ
8→第4の整流ダイオード4の経路で電流が流れ、図8
のI8に示す電流が半導体スイッチ8及び高圧トランス
11の一次巻き線に流れることにより、高圧トランス1
1の一次巻き線にエネルギーを蓄積する。第2の半導体
スイッチ8を所定の時間でオフすると、高圧トランス1
1の一次巻き線電流は同一方向に流れるため、図7
(b)に示すように商用電源1→フィルタ2→高圧トラ
ンス11の一次巻き線→第1のダイオード5→第1のコ
ンデンサ9の経路で高圧トランス11のエネルギーを第
1のコンデンサ9に充電する。この動作により、第1の
コンデンサ9には商用電源1の電圧を昇圧した電圧が蓄
えられる。高圧トランス11の一次巻き線に蓄えられた
エネルギーを全て放出すると、図7(C)の経路が形成
され、第1のコンデンサ9の充電したエネルギーを、第
1のコンデンサ9→第1の半導体スイッチ7→高圧トラ
ンス11の一次巻き線→商用電源1の経路で取り出す。
そして、第1の半導体スイッチ7を所定の時間でオフす
ると、高圧トランス11の一次巻き線は同一方向に電流
を流すため、図7(d)のように高圧トランス11の一
次巻き線→商用電源1→第2のコンデンサ10→第2の
ダイオード6の経路で電流が流れる。商用電源1の電圧
極性が図7と逆極性の場合は半導体スイッチ7、8、第
1及び第2のダイオード5、6、第3及び第4のダイオ
ード3、4及びコンデンサ9、10の動作を入れ替える
だけで同様の動作をする。この一連の動作を20〜50
kHzで高周波動作させることにより、必要な出力を得
ることになる。
【0005】上記の動作において、コンデンサ9、10
は半導体スイッチ7、8のオンオフによって高圧トラン
ス11の一次巻き線に高周波電流を発生させるインバー
タ動作と商用電源1の電圧に対して昇圧した電圧をコン
デンサ9、10に発生させる動作を兼用できるような容
量に設計され、コンデンサ9、10の容量は相等しい容
量で構成されている。この結果商用電源1の電圧極性が
図示の場合はコンデンサ9に商用電源1の電圧を昇圧し
た電圧を蓄え、商用電源の極性が図示した場合と逆極性
の場合はコンデンサ10に商用電源1の電圧を昇圧した
電圧を蓄える動作をする。したがって、商用電源1の電
圧極性によらずコンデンサ9、10に発生する電圧を等
しくすることができるので、商用電源1の電流は正負対
称な波形とすることができる。そしてこのような動作を
継続することで図9に示すように商用電源1の周期に対
してコンデンサ9、10の電圧波形は商用電源1の電圧
極性に応じて昇圧した電圧を発生する。このため高圧ト
ランス11の一次巻き線に流れる電流の包絡線波形はV
11(Lp)に示すような波形となる。この電圧を高圧
電圧は昇圧してマグネトロン13に印可するのでマグネ
トロン13に印可する電圧はV13に示すような、常に
発振電圧以上の電圧を維持することが可能となる。この
結果、入力電流I1は商用電源1のいずれの期間におい
ても電流を流すことができ、力率改善、高調波抑制を実
現できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のマグネトロン駆動用電源においては、電源電圧及び
出力電力により、半導体素子の耐圧が決まることから、
電源電圧により半導体の耐圧を変える必要が生じてく
る。特に、半導体スイッチ7、8が駆動する前の待機状
態では、電源1と第3及び第4のダイオード3,4とコ
ンデンサ9,10により、倍電圧回路が形成されるた
め、半導体スイッチ7、8には、電源電圧のピークの2
倍の電圧がかかることになる。この電圧は動作中に半導
体スイッチ7、8にかかる電圧よりも大きい場合があ
り、この起動前電圧により半導体スイッチの耐圧が決定
されることになる。そこで、電源1の電圧により半導体
スイッチ7、8の耐圧を変える必要がある。
【0007】ここで、図5の構成を取る場合には、ダイ
オードブリッジ14の耐圧を半導体スイッチ7、8の耐
圧に併せる必要があり、電源1の電圧が高い場合には、
コストアップにつながる回路構成となる。
【0008】一方、図6の構成をとる場合、ダイオード
ブリッジ14の起動前電圧は、半導体スイッチ7、8の
1/2になるため、半導体スイッチ7、8の耐圧より小
さい素子を用いることが可能となる。しかし、電源1の
電圧が低い場合すなわち、耐圧の低い半導体スイッチ
7、8を用いることが可能な場合は、図5の構成よりも
コストアップにつながることになる。
【0009】また、電源1の電圧により異なるパターン
を持った2種類の基板を用いると、それ自体でコストア
ップにつながる課題が生じることになる。
【0010】本発明は上記の課題を解決するもので、電
源1の電圧に応じて、簡易に回路構成を選択できる安価
なマグネトロン駆動用電源を提供することを目的として
いる。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、第1及び第2の半導体スイッチの直列接続
体と、前記第1及び第2の半導体スイッチに各々逆並列
してなる第1及び第2のダイオードと、前記半導体スイ
ッチに並列接続される第3及び第4のダイオードの直列
接続体と、前記3及び第4のダイオードに各々並列に接
続される第1及び第2のコンデンサと、前記第1及び第
2の半導体スイッチの接続点と第3及び第4のダイオー
ドの接続点間に接続され、互いに直列に接続される商用
電源及び高圧トランスの1次巻き線と、前記高圧トラン
スの2次側出力に接続される高圧整流回路及びマグネト
ロンからなり、前記第1、第2の半導体スイッチの中点
と前記第1、第2のダイオードの中点の短絡、開放を行
う切り替え手段を備えたことを特徴とするマグネトロン
駆動用電源としている。
【0012】これにより、電源電圧に応じて半導体スイ
ッチにダイオード内蔵させるか否かを簡易に選択でき、
コスト的に最適な回路構成を実現でき、安価なマグネト
ロン駆動用電源を実現できるものである。
【0013】
【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、第1及
び第2の半導体スイッチの直列接続体と、前記第1及び
第2の半導体スイッチの直列接続体に逆並列接続してな
る第1及び第2のダイオードと、前記半導体スイッチに
並列接続される第3及び第4のダイオードの直列接続
体と、前記3及び第4のダイオードに各々並列に接続さ
れる第1及び第2のコンデンサと、前記第1及び第2の
半導体スイッチの接続点と第3及び第4のダイオードの
接続点間に接続され、互いに直列に接続される商用電源
及び高圧トランスの1次巻き線と、前記高圧トランスの
2次側出力に接続される高圧整流回路及びマグネトロン
からなり、前記第1、第2の半導体スイッチの接続点
前記第1、第2のダイオードの接続点の短絡、開放を行
う切り替え手段を備えたことを特徴とするマグネトロン
駆動用電源としている。
【0014】これにより、電源電圧に応じて半導体スイ
ッチにダイオード内蔵させるか否かを簡易に選択でき、
コスト的に最適な回路構成を実現でき、安価なマグネト
ロン駆動用電源を実現できるものである。
【0015】請求項2に記載の発明は、第1及び第2の
半導体スイッチの直列接続体と、前記第1及び第2の半
導体スイッチの直列接続体に逆並列接続してなる第1及
び第2のダイオードと、前記半導体スイッチに並列接
続される第3及び第4のダイオードの直列接続体と、前
記3及び第4のダイオードに各々並列に接続される第1
及び第2のコンデンサと、前記第1及び第2の半導体ス
イッチの接続点と第3及び第4のダイオードの接続点間
に接続され、互いに直列に接続される商用電源及び高圧
トランスの1次巻き線と、前記高圧トランスの2次側出
力に接続される高圧整流回路及びマグネトロンからな
り、前記第1、第2のダイオードの接続点を、前記第1
及び第2の半導体スイッチまたは前記第3及び第4の
イオードの接続点のいずれか一方に接続して短絡する切
り替え手段を備えたことを特徴とするマグネトロン駆動
用電源としている。
【0016】これにより、電源電圧に応じて半導体スイ
ッチにダイオード内蔵させるか否かを簡易に選択でき、
コスト的に最適な回路構成を実現でき、安価なマグネト
ロン駆動用電源を実現できるものである。
【0017】請求項3に記載の発明は、特に請求項1ま
たは2に記載の切り替え手段が、ジャンパー線を用いる
ことを特徴とするマグネトロン駆動用電源としている。
【0018】これにより、簡易な方法でしかも確実に切
り替えが行えることになり、安価なマグネトロン駆動用
電源を実現できるものである。
【0019】
【実施例】(実施例1) 本発明の第1の実施例について図面を参照しながら説明
する。
【0020】図1は本実施例のマグネトロン駆動用電源
の回路構成図である。第1及び第2の半導体スイッチ
7、8の直列接続体は第1及び第2のダイオード5、6
の直列接続体と並列に接続している。また、直列接続さ
れた第1及び第2の半導体スイッチ7、8は第3及び第
4のダイオード3、4の直列接続体を並列接続してい
る。第3のダイオード3及び第4のダイオード4にはそ
れぞれ第1及び第2のコンデンサ9、10が接続されて
おり、第3及び第4の整流ダイオードの3、4の接続点
と第1及び第2の半導体スイッチ7、8の接続点の間に
商用電源1、フィルタ2及び高圧トランス11が接続さ
れる構成となっている。ここで、第1から第4のダイオ
ードは一つのパッケージに収められダイオードブリッジ
14を構成している。また、第1及び第2のダイオード
の接続点と第1及び第2の接続点間には、第1の切り替
え手段15が接続されている。高圧トランス11の2次
巻き線出力は高圧整流回路12に接続され、マグネトロ
ン13に直流高電圧を印可する。マグネトロン13はこ
の直流高電圧によって2.45GHzの電波を発生す
る。また、図2に各半導体間の接続図の例を示してい
る。
【0021】本実施例の動作に関しては従来例と同一で
あるためここでは説明を省略する。
【0022】ここで、電源1の電圧が低い場合、例えば
100〜120V電源の場合には、駆動前に第1及び第
2の半導体スイッチ7、8には500V以下の電圧しか
発生せず、また動作時の電圧はこの電圧よりも低くなる
ため、600V耐圧の半導体スイッチを用いることが可
能である。この際、適したダイオードは600V耐圧の
ものになり、結果第1及び第2の半導体スイッチ7,8
は第1及び第2のフライホイルダイオードを内蔵しない
構成が最も安価であるため、第1の切り替え手段15に
より、接続点を短絡することになる。一方、電源1の電
圧が高い場合、例えば200V〜240V電源の場合に
は、駆動前電圧が700V前後になるため、第1及び第
2の半導体スイッチは7、8には、800〜900V程
度の耐圧が必要になる。また、実働時の第1及び第2の
半導体スイッチ7、8の素子電圧は500V程度であ
る。そこで、第1及び第2の半導体スイッチ7、8に第
1及び第2のフライホイルダイオード25、26を内蔵
させ、ダイオードブリッジ14は、フライホイルダイオ
ードを共用させない構成をとり、600V耐圧のダイオ
ードブリッジ14を用いることが、安価な構成となる。
そこで、第1の切り替え手段15により、接続点を開放
することになる。このように、電源1の電圧に応じて、
第1の切り替え手段15を用いて2つの回路方式を切り
替えることが可能になり、広い電源電圧範囲において共
通の基板を用いることが可能になる。このことにより、
設計の簡素化やマスメリットによる価格低下などが期待
でき、また部品構成も最も安価な構成を選択できること
になる。
【0023】以上のように本実施例によれば、第1及び
第2のダイオードの接続点5,6と第1及び第2の半導
体スイッチ7、8の接続点間に第1の切り替え手段15
を設け、使用する電源1の電圧により第1の切り替え手
段15により接続を切り替えることにより、安価な半導
体素子の組み合わせをつかうことができ、安価なマグネ
トロン駆動用電源を実現できるものである。
【0024】(実施例2) 本発明のマグネトロン駆動用電源の第2の実施例につい
て図面を参照しながら説明する。
【0025】図3は本実施例のマグネトロン駆動用電源
の回路構成図である。本実施例が実施例1の構成と異な
るのは、第1及び第2のダイオードの接続点が、第2の
切り替え手段16により、第1及び第2の半導体スイッ
チ7、8の接続点、あるいは第3及び第4のダイオード
5、6の接続点の一方に接続している点である。図4に
各半導体間の接続図の例を示す。本実施例の動作に関し
ては従来例と同一であるため説明を省略する。
【0026】ここで、電源1の電圧が低い場合、例えば
100〜120V電源の場合には、駆動前に第1及び第
2の半導体スイッチ7、8には500V以下の電圧しか
発生せず、また動作時の電圧はこの電圧よりも低くなる
ため、600V耐圧の半導体スイッチを用いることが可
能である。この際、適したダイオードは600V耐圧の
ものになり、結果第1及び第2の半導体スイッチ7,8
は第1及び第2のフライホイルダイオードを内蔵しない
構成が最も安価であるため、第2の切り替え手段16に
より、接続点を短絡することになる。一方、電源1の電
圧が高い場合、例えば200V〜240V電源の場合に
は、駆動前電圧が700V前後になるため、第1及び第
2の半導体スイッチは7、8には、800〜900V程
度の耐圧が必要になる。また、実働時の第1及び第2の
半導体スイッチ7、8の素子電圧は500V程度であ
る。そこで、第1及び第2の半導体スイッチ7、8に第
1及び第2のフライホイルダイオード25、26を内蔵
させ、ダイオードブリッジ14は、フライホイルダイオ
ードを共用させない構成をとり、600V耐圧のダイオ
ードブリッジ14を用いることが、安価な構成となる。
そこで、第2の切り替え手段16により、第1及び第2
のダイオードの接続点を第3及び第4のダイオードの接
続点を短絡することになる。このような接続をすること
でダイオードブリッジ14の電流がダイオード1個当た
りおよそ1/2になるため、ダイオードブリッジ14の
損失も併せて減少させることが可能になる。このよう
に、電源1の電圧に応じて、第2の切り替え手段16を
用いて2つの回路方式を切り替えることが可能になり、
広い電源電圧範囲において共通の基板を用いることが可
能になる。このことにより、設計の簡素化やマスメリッ
トによる価格低下などが期待でき、また部品構成も最も
安価な構成を選択できることになる。
【0027】以上のように本実施例によれば、第1及び
第2のダイオードの接続点5,6に第1及び第2の半導
体スイッチ7、8の接続点あるいは第3及び第4のダイ
オードの接続点に接続される第2の切り替え手段16を
設け、使用する電源1の電圧により第2の切り替え手段
16により接続を切り替えることにより、安価な半導体
素子の組み合わせをつかうことができ、安価なマグネト
ロン駆動用電源を実現できるものである。
【0028】(実施例3) 本発明の第3の実施例について図面を参照しながら説明
する。
【0029】本実施例の構成は図1、図3と同様な構成
をとるため説明を省略する。本実施例では、切り替え手
段として特にジャンパー線を使用する点が異なってい
る。
【0030】上記構成における動作について説明する。
本実施例では第1の切り替え手段15あるいは第2の切
り替え手段16として特にジャンパー線による切り替え
を行っている。これは、通常、マグネトロン駆動用電源
を電子レンジ等に搭載する場合、あらかじめ電源1の電
圧は分かっており、かつその電圧に併せて半導体の組み
合わせが選択されるため、基板の作成段階で基板上のジ
ャンパー線での切り替え方向が分かっており、最も確実
で、安価な切り替え方法であるからである。
【0031】以上の様に本実施例によれば、第1の切り
替え手段15あるいは第2の切り替え手段16として、
ジャンパー線による切り替えを行うことで、簡易でしか
も確実な切り替えが行えることになり、安価なマグネト
ロン駆動用電源を実現できるものである。
【0032】
【発明の効果】上記実施例から明らかなように、請求項
1記載の発明によれば、第1及び第2のダイオードの接
続点と第1及び第2の半導体スイッチの接続点間に第1
の切り替え手段を設け、使用する電源1の電圧により第
1の切り替え手段により接続を切り替えることにより、
安価な半導体素子の組み合わせをつかうことができ、安
価なマグネトロン駆動用電源を実現できるものである。
【0033】また、請求項2記載の発明によれば、第1
及び第2のダイオードの接続点に第1及び第2の半導体
スイッチの接続点あるいは第3及び第4のダイオードの
接続点に接続される第2の切り替え手段を設け、使用す
る電源1の電圧により第2の切り替え手段により接続を
切り替えることにより、安価な半導体素子の組み合わせ
をつかうことができ、安価なマグネトロン駆動用電源を
実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例におけるマグネトロン駆
動用電源の回路構成図
【図2】同マグネトロン駆動用電源の半導体の接続を示
す図
【図3】本発明の第2の実施例におけるマグネトロン駆
動用電源の回路構成図
【図4】同マグネトロン駆動用電源の半導体の接続を示
す図
【図5】従来のマグネトロン駆動用電源の回路構成図
【図6】従来のマグネトロン駆動用電源の他の回路構成
【図7】従来のマグネトロン駆動用電源の動作モードを
示す図
【図8】従来のマグネトロン駆動用電源の各部波形を示
す図
【図9】従来のマグネトロン駆動用電源の各部波形を示
す他の図
【符号の説明】
1 電源 2 フィルタ 3 第3のダイオード 4 第4のダイオード 5 第1のダイオード 6 第2のダイオード 7 第1の半導体スイッチ 8 第2の半導体スイッチ 9 第1のコンデンサ 10 第2のコンデンサ 11 高圧トランス 12 高圧整流回路 13 マグネトロン 14 ダイオードブリッジ 15 第1の切り替え手段 16 第2の切り替え手段 25 第1のフライホイルダイオード 26 第2のフライホイルダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森川 久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 酒井 伸一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開2000−125564(JP,A) 特開 平7−217900(JP,A) 特開 平8−280173(JP,A) 特開2002−110337(JP,A) 特開2002−110338(JP,A) 特開2002−272100(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 6/66 H02M 3/28 H02M 5/27 H02M 7/12 H05B 6/12

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1及び第2の半導体スイッチの直列接
    続体と、前記第1及び第2の半導体スイッチの直列接続
    体に逆並列接続してなる第1及び第2のダイオードの直
    列接続体と、前記第1及び第2の半導体スイッチに
    列接続される第3及び第4のダイオードの直列接続体
    と、前記3及び第4のダイオードに各々並列に接続され
    る第1及び第2のコンデンサと、前記第1及び第2の半
    導体スイッチの接続点と第3及び第4のダイオードの接
    続点間に接続され、互いに直列に接続される商用電源及
    び高圧トランスの1次巻き線と、前記高圧トランスの2
    次側出力に接続される高圧整流回路及びマグネトロンか
    らなり、前記第1、第2の半導体スイッチの接続点と前
    記第1、第2のダイオードの接続点の短絡、開放を行う
    切り替え手段を備えたことを特徴とするマグネトロン駆
    動用電源。
  2. 【請求項2】 第1及び第2の半導体スイッチの直列接
    続体と、前記第1及び第2の半導体スイッチの直列接続
    体に逆並列接続してなる第1及び第2のダイオードの直
    列接続体と、前記第1及び第2の半導体スイッチに
    列接続される第3及び第4のダイオードの直列接続体
    と、前記3及び第4のダイオードに各々並列に接続され
    る第1及び第2のコンデンサと、前記第1及び第2の半
    導体スイッチの接続点と第3及び第4のダイオードの接
    続点間に接続され、互いに直列に接続される商用電源及
    び高圧トランスの1次巻き線と、前記高圧トランスの2
    次側出力に接続される高圧整流回路及びマグネトロンか
    らなり、前記第1、第2のダイオードの接続点を、前記
    第1及び第2の半導体スイッチまたは前記第3及び第4
    ダイオードの接続点のいずれか一方に接続して短絡す
    る切り替え手段を備えたことを特徴とするマグネトロン
    駆動用電源
  3. 【請求項3】 切り替え手段は、ジャンパー線を用いる
    ことを特徴とする請求項1または2記載のマグネトロン
    駆動用電源。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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