JPH02197256A - 電源回路 - Google Patents

電源回路

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JPH02197256A
JPH02197256A JP1453389A JP1453389A JPH02197256A JP H02197256 A JPH02197256 A JP H02197256A JP 1453389 A JP1453389 A JP 1453389A JP 1453389 A JP1453389 A JP 1453389A JP H02197256 A JPH02197256 A JP H02197256A
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circuit
transformer
inductance
primary
oscillation
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JP1453389A
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Masao Hatami
播田実 正雄
Noritoshi Imamura
典俊 今村
Hiroyasu Ota
博康 太田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。
A産業上の利用分野 B発明の概要 C従来の技術 り発明が解決しようとする問題点(第8図〜第11図) E問題点を解決するための手段(第1図)F作用(第1
図) G実施例(第1図〜第7図) (G1)第1の実施例(第1図〜第4図)(G2)第2
の実施例(第5図) (G3)第3の実施例(第6図) (G4)第4の実施例(第7図) (G5)他の実施例 H発明の効果 A産業上の利用分野 本発明は電源回路に関し、特に1次2次間を絶縁したス
イッチングレギュレータ回路に適用して好適なものであ
る。
B発明の概要 本発明は、電源回路において、可飽和特性を利用して絶
縁トランスのインダクタンスを可変し、スイッチングト
ランスの駆動周波数を制御することにより、所望の制御
特性を得ることができる。
C従来の技術 従来、スイッチングレギュレータ回路においては、例え
ばスイッチングトランスの出力電圧に基づいて、スイッ
チングトランスに印加される駆動電源のデイニーティ比
又は周波数を制御することにより、出力電圧を所定の電
圧に保持するようになされている。
D発明が解決しようとする問題点 ところで、スイッチングレギュレータ回路において、駆
動周波数を高くす些ば、その9xイツチングレギユレ一
タ回路の効率を改善し得ると共に全体を小型化し得ると
考えられる。
この場合第8図に示すようなスイッチングレギュレータ
回路1の構成が考えられる。
すなわち、商用電源をダイオードブロック2で全波整流
した後、平滑コンデンサ3で平滑する。
電界効果型トランジスタ4及び5とコンデンサ6及び7
は、それぞれ直列接続されて平滑された電源を受壁ると
共に、接続中点間をコイル8で接続するようになされて
いる。
これに対してスイッチングトランス10は、1次巻線を
コンデンサ7に接続するようになされ、これにより電界
効果型トランジスタ4及び5が交互に、オン動作すると
、スイッチングトランス10の1次側インダクタンス、
コイル8のインダクタンス、コンデンサ6又は7の容量
で決まる周期で、当該1次巻線に充放電電流が流れるよ
うになされている。
さらにスイッチングトランス10の2次巻線は、ダイオ
ード12及び13を介して両波整流出力が得られるよう
になされ、その整流出力がリップルフィルタ15及び平
滑コンデンサ16で平滑されて出力されるようになされ
ている。
これに対して演算増幅回路20は、非反転入力端に所定
の基準電源2Iを接続すると共に、反転入力端に帰還抵
抗22及び2吹出力電圧■。tllを受けるようになさ
れている。
さらに演算増幅回路20は、出力抵抗23を介してフォ
トカップラ24の発光ダイオード25を駆動するように
なされ、これにより2吹出力電圧■oUoの変動に応動
して発光ダイオード250発光光量が変化するようにな
されている。
従ってフォトカップラ24のトランジスタ28は、2次
出力電圧V。IJTの変動に応動してコレクタ抵抗が変
動し、これにより電気的に絶縁した状態で2吹出力電圧
■。LITの変化を検出し得るようになされている。
当該トランジスタ28は、抵抗30と並列接続された状
態で、抵抗31及びダイオード32と直列に接続され、
当該直列回路が反転増幅回路として動作するように接続
されたイクスクルーシブノア回路33の入出力端に接続
されるようになされている。
さらにイクスクルーシブノア回路33は、ダイオード3
2と逆極性のダイオード34が抵抗35を介して入出力
端に接続されるようになされ、当該イクスクルーシブノ
ア回路33の出力信号が、反転増幅回路として動作する
ように接続されたイクスクルーシブノア回路38及びコ
ンデンサ39を介して帰還されるようになされている。
かくしてイクスクルーシブノア回路33は、イクスクル
ーシブノア回路38、ダイオード32及び33、抵抗3
0.31及び35、コンデンサ39とトランジスタ28
と共に発振回路を構成するようになされ、抵抗30.3
1.35の抵抗値及びトランジスタ28のコレクタ抵抗
値で決まる周波数で発振する。
すなわち第9図に示すように、当該発振回路の出力信号
S。、。(第9図(A))においては、その立ち上がり
期間T1が抵抗35の抵抗値で決まるのに対し、立ち下
がり期間T2が抵抗30.31の抵抗値及びトランジス
タ2日のコレクタ抵抗値で決まり、これにより当該出力
信号S。scの発振周波数が、2吹出力電圧■。LIT
の変動に応動して変動するようになされている。
これにより2吹出力電圧V。UTが低下すると、発光ダ
イオード25の電流■2が増加して発振周波数が高くな
るようになされている。
ここで抵抗35の抵抗値は、立ち上がり期間T、が十分
短くなるように選定されるのに対し、抵抗31の抵抗値
は、当該出力信号S。、Cの周波数が、2吹出力電圧■
。UTの変動に対して数〔MHz )の周波数で変動す
るように選定されている。
これに対してイクスクルーシブノア回路40及び41は
、一方の入力端に抵抗43を介して発振回路の出力信号
S。、。を受けると共に、他方の入力端にそれぞれ抵抗
44及び45を介して電源電圧VCCを受けるようにな
されている。
さらにイクスクルーシブノア回路40は、抵抗48、コ
ンデンサ49及びダイオード50を介して、出力信号を
イクスクルーシブノア回路41の入力端に出力するよう
になされ、同様にイクスクルーシブノア回路41は、抵
抗52、コンデンサ53及びダイオード54を介して、
出力信号をイクスクルーシブノア回路40の入力端に出
力するようになされている。
かくしてイクスクルーシブノア回路40及び41は、発
振回路の出力信号S。、Cで駆動するフリップフロップ
回路を構成するようになされ、これによりイクスクルー
シブノア回路40及び41から、はぼデユーティ比が5
0 (%〕で、相補的に信号レベルが変化する分周信号
5FFI 、5FF2  (第9図(B)及び(C))
を得ることができる。
実際上、周波数が数(M ](z )の範囲で変化する
発振回路を、抵抗及びコンデンサを用いた発振回路で構
成すると、発振回路から出力される出力信号においては
、デユーティ比が変動するおそれがある。
ところが、このように発振回路の出力信号をフリップフ
ロップ回路で分周するようにすれば、デユーティ比の変
動を未然に防止して、簡易に2吹出力電圧V QUIT
の変動に伴って周波数が変化する発振回路を構成するこ
とができる。
これに対して増幅回路55及び56ば、分周信号5FF
I −、5FF2を増幅してドライブトランス57に供
給するようになされている。
ドライブトランス57の2次巻線は、電界効果型トラン
ジスタ4及び5に接続されるようになされ、これにより
電界効果型トランジスタ4及び5を駆動して、交互にオ
ン動作するようになされている。
かくして、2吹出力電圧■。UTが低下すると、分周信
号5FFI 、5yrzの周波数が増加するように制御
されることから、この場合電界効果型トランジスタ4及
び5のオンオフ動作する周波数が増加し、かくして2吹
出力電圧■。IITを所定値に保持することができる。
ところが、このようにフォトカップラ24を用いて1次
2次間を絶縁する場合、フォトカップラ24で十分な絶
縁耐電圧を得ることが困難な問題がある。
さらに第10図に示すように、フォトカップラにおいて
は、トランジスタのコレクタ抵抗が、発光ダイオードの
電流I2に対して非直線的に変化し、電流■2が増加す
るとコレクタ抵抗が急激に減少する特性を有する。
従って第11図に示すように、発振回路においては、電
流■2が増加すると非直線的に発振周波数が増加するよ
うに制御され、発振周波数の制御特性が、フォトカップ
ラの特性に追従して一義的に決まる問題がある。
この場合制御特性を自由に選定することが困難なことか
ら、結局広範囲な電源電圧及び負荷の変動に対して、安
定した2吹出力電圧■。UTを得ることが困難になる。
さらにフォトカップラ自体、変換効率にバラツキを避は
得ないことから、これを補正するための補正回路が刑余
必要になる問題もある。
この問題を解決するための1つの方法として、例えば特
公昭63−1591号公報に開示されたように、スイッ
チングトランス自体を可飽和リアクトルで構成する方法
が考えられる。
ところがこのようにすると、スイッチングトランスが大
型化し、駆動周波数を高くしてもスイツチングレギュレ
ータ回路を小型化することが困難になる。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、所望の制
御特性で、1次2次間を絶縁した簡易な構成の電源回路
を提案しようとするものである。
E問題点を解決するための手段 かかる問題点を解決するため本発明においては、スイッ
チングトランス10と、絶縁トランス62と、スイッチ
ングトランス10の2次出力■。UTに基づいて、可飽
和特性を利用して、絶縁トランス62のインダクタンス
Lを可変制御する制御回路61.63と、絶縁トランス
62のインダクタンスしに応じて、発振周波数を可変す
る発振回路62.70.71.73.74.76と、発
振回路62.70.71.73.74.76の出力信号
S。SCIに基づいて、スイッチングトランス10を駆
動する駆動回路2.3.4.5.6.7.57.80と
を備えるようにする。
F作用 絶縁トランス62のインダクタンスしに応じて発振周波
数を可変すると共に、可飽和特性を利用して、当該イン
ダクタンスLを可変制御すれば、当該可飽和特性を所望
の特性に選定することにより、簡易に1次2次間を絶縁
して、所望の制御特性を得ることができる。
G実施例 以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
(G1)第1の実施例 第8図との対応部分に同一符号を付して示す第1図にお
いて、60は全体としてスイッチングレギュレータ回路
を示し、2吹出力電圧■。LITを演算増幅回路61の
反転入力端に受けると共に、直交トランス62の1次巻
線に受ける。
演算増幅回路61は、非反転入力端に基準電源63を接
続するようになされ、これにより直交トランス62の1
次巻線に、基準電源63を基準にして、2吹出力電圧■
。u7に応じて変化する1次電流■3が流れるようにな
されている。
第2図に示すように直交トランス62は、フェライトを
焼結して形成された同一形状のコ字状のコア65及び6
6を、当該コア65及び66の対向する脚が90度傾く
ように配置され、それぞれコア65及び66に1次巻線
67及び2次巻線68が捲回されるようになされている
これにより、1次巻線67から生じる磁束Φ1と2次巻
線68から生じる磁束Φ2とが互いに直交し、磁束Φ1
及びΦ2が通過するコア、65及び66の脚においては
、磁束Φ1及びΦ2が強め合う領域と、互いに打ち消し
合う領域とが生じるようになされている。
この実施例においては、コア65.66の材質、形状、
1次巻線及び2次巻線の捲回数を選定して、1次電流I
3の電流値に応じて、磁束Φ、及びΦ2が強め合う領域
で磁束が局所的に飽和するようになされている。
このようにすれば、1次電流■3の電流値の応じて、磁
束が飽和した領域の大きさを変化させることができ、2
次巻線側から見た当該直交トランス62のインダクタン
スLを、1次電流■3の電流値に応じて制御することが
できる。
さらに直交トランス62は、1次巻線67及び2次巻線
68間で充分な絶縁耐電圧が得られるように、1次巻線
67及び2次巻線68の巻線位置、コア65.66間の
配置位置が選定され、これによりスイッチングトランス
10の2次巻線側と、当該直交トランス62の2次巻線
とが、充分に絶縁されるようになされている。
コンデンサ70.71は、抵抗73.74と共に反転増
幅回路76の入出力端を結ぶ移相回路を構成するように
なされ、これにより反転増幅回路76から、次式 の関係式で表される出力信号S。5,1が得られるよう
になされている。
従って、直交トランス62のインダクタンスLを1次電
流I3の電流値に応じて制御できることから、当該出力
信号S。SCIの発振周波数fを1次電流I3の電流値
に応じて制御することができる。
実際上第3図に示すように、この種の直交トランス62
においては、コア65及び66の断面形状、フェライト
を組成するマンガンジンク(M nZn)、ニッケルジ
ンク(Ni Zn)等の組成比、フェライトの焼成条件
を選定すれば、1次電流I3に対するインダクタンスL
の変化を、所望の曲線を描いて変化するように選定し得
、これにより所望の磁気特性を得るごとかできる。
また、1次及び2次巻線の巻数を選定すれば、インダク
タンスLの絶対値を所望の値に選定することができる。
さらに、このときの磁気特性のバラツキも、発光ダイオ
ードの変換効率に比して、極めて小さな値に保持するこ
とができる。
従って第4図に示すように、直交トランス62を用いて
発振回路を構成すれば、インダクタンスLの変化に応じ
て、所望の制御特性で、発振周波数を精度良く可変制御
することができる。
さらに、直交トランス62を用いて発振回路を構成する
場合、この実施例のようにコンデンサ及びコイルで構成
された移相回路を増幅回路の入出力間に接続して発振回
路を構成し得、発振周波数を高い周波数に選定した場合
でも、全体として簡易な構成で、安定かつ確実に出力信
号S。SCIの発振周波数fを制御することができる。
か(してこの実施例において、演算増幅回路61、基準
電源63は、スイッチングトランス10の2次出力でな
る2吹出力電圧V。UTに基づいて、直交トランス62
の可飽和特性を利用して、インダクタンスLを可変制御
する制御回路を構成する。
これに対し、反転増幅回路76、コンデンサ70.71
、抵抗73.74は、直交l・ランス62と共に直交ト
ランス62のインダクタンスしに応じて、発振周波数を
可変する発振回路を構成する。
駆動回路80は、出力信号S。8,1に基づいて、ドラ
ブトランスを駆動し、これにより出力信号S 09CI
を基準にして、電界効果型トランジスタ4及び5が交互
にオン動作するようになされている。
従って所望の制御特性で、2吹出力電圧■。UTを所定
電圧に保持するように制御し得、これにより電源電圧及
び負荷の変動に対して安定した2吹出力電圧■。Lll
を得ることができる。
さらにこのとき、直交トランス62において、スイッチ
ングトランス10の2次巻線側と直交トランス62の2
次巻線とを充分に絶縁したことにより、簡易かつモ育実
に、当甚亥スイッチングレギュレータ回路60の1次2
次間を絶縁することができる。
かくして直交トランス62は、スイッチングレギュレー
タ回路60の1次2次間を絶縁する絶縁トランスを構成
するのに対し、ダイオードブロック2、平滑コンデンサ
3、電界効果型トランジスタ4.5、コンデンサ6.7
、コイル5、ドライブトランス57及び駆動回路80は
、出力信号S 0SCIに基づいて、スイッチングトラ
ンス10を駆動する駆動回路を構成する。
以上の構成において、ダイオードブロック2で全波整流
された電源は、平滑コンデンサ3で平滑されて、交互に
オン動作する電界効果型トランジスタ4及び5とコンデ
ンサ6及び7に与えられる。
これにより、スイッチングトランス10においては、電
界効果型トランジスタ4及び5が交互にオン動作する周
期で、スイッチングトランス10の1次側インダクタン
ス、コイル8のインダクタンス、コンデンサ6又は7の
容量で決まる充放電電流が1次巻線に流れ、2次巻線に
2次電圧が誘起される。
当該2次電圧は、ダイオード12及び13で両波整流さ
れた後、リップルフィルタ15及び平滑コンデンサ16
で平滑されて2吹出力電圧■。olとして出力される。
2吹出力電圧■。LITは、非反転入力端に基準電源6
3を接続するようになされた演算増幅回路61に与えら
れ、直交トランス62の1次巻線に、基準電源63を基
準にして、2吹出力電圧■。UTに応じて変化する1次
電流I3が流れる。
これにより直交トランス62のインダクタンスLが、1
次電流I3の電流値に応じて制御され、反転増幅回路7
6から出力される出力信号S。SCIの発振周波数fが
、所望の制御特性で、1次電流I3の電流値に応じて制
御されると共に、当該スイッチングレギュレータ回路6
0の1次2次間が、簡易かつ確実に絶縁される。
出力信号S。5,1は、駆動回路80に与えられ、これ
により出力信号S。SCIを基準に□して、電界効果型
トランジスタ4及び5が交互にオン動作するように制御
され、所望の制御特性で、2吹出力電圧■。U7が所定
電圧に保持される。
以上の構成によれば、直交トランス62で発振回路を構
成すると共に、当該直交トランス62の可飽和特性を利
用して、発振周波数を制御することにより、所望の制御
特性で、簡易かつ確実に1次2次間を絶縁することがで
きる。
(G2)第2の実施例 この実施例においては、第5図に示すような構成の直交
トランス83を用いて、発振回路を構成する。
すなわち直交トランス83においては、矩形形状のコア
84と、矩形形状で1部にギャップGが形成されたコア
85に、それぞれ2次巻線86及び1次巻線87が捲回
されるようになされている。
コア84は、その1部がコア85のギヤ710間に位置
するように配置され、これにより当該コア84の1部と
コア85とで1次巻線87の磁気血路を構成するよろに
なされている。
従って、ギヤ710間に配置されたコア84の一部領域
においては、1次巻線87で形成されたギャップGを通
過する磁束Φ3に対して、2次巻線86で形成された磁
束Φ4が直交するようになされ、2吹出力電圧■。UT
に応じて1次巻線87の電’413を制御することによ
り、磁束Φ3及びΦ4で合成される磁束の大きさを制御
することができる。
この実施例においては、コアの材質、形状、1次巻線及
び2次巻線の捲回数を選定して、1次電流13の電流値
に応じて、この合成される磁束に対してコア84が飽和
するようになされている。
従って、直交トランス8′3においては、1次電流■、
の電流値に応じて、2次巻線86のインダクタンスを制
御し得、当該直交トランス83を用いて発振回路を構成
することにより、当該発振回路の発振周波数を可変制御
することができる。
第5図の構成によれば、直交トランスを矩形形状のコア
で構成するようにしても、第1の実施例と同様の効果を
得ることができる。
(G3)第3の実施例 第6図に示すようにこの実施例においては、コア85の
ギャップGに、矩形形状のコア84(第5図)に代えて
2次巻線91を捲回した円柱形状のコア92を配置する
この場合筒2の実施例と同様に、コア92において、1
次巻線87で形成される磁束と、2次巻線91で形成さ
れる磁束とを直交させることができ、1次巻線87の電
流に応じて2次巻線のインダクタンスを可変制御するこ
とができる。
第6図の構成によれば、矩形形状のコアに代えて円柱形
状のコアを用いるようにしても、第1の実施例と同様の
効果を得ることができる。
(G4)第4の実施例 この実施例においては、直交トランスに代えて可飽和リ
アクトルを用いて、発振回路の発振周波数を可変制御す
る。
すなわち第1図との対応部分に同一符号を付して示す第
7図においては、絶縁トランス96の2次巻線の一端に
可飽和リアクトル95を介して2吹出力電圧V。LIT
を与えると共に、2次巻線の他端に演算増幅回路61の
出力電圧を与える。
さらに絶縁トランス96においては、1次巻線の入力が
バイパスコンデンサ97で交流的に短絡されるようにな
され、これにより絶縁トランス96の1次巻線側の交流
負荷が、可飽和リアクトル95でなるインダクタンスに
なるようになされている。
従って、1次電流■3に応じて可飽和リアクトル95の
インダクタンスが可変することから、絶縁トランス96
の2次巻線側から見たインダクタンスを、当該1次電流
I3に応じて制御することができる。
かくして反転増幅回路76から出力される出力信号S。
SCIの周波数を、1次電流■3に応じて可変制御する
ことができる。
因にこの実施例において、演算増幅回路61、基準電源
63、バイパスコンデンサ97及び可飽和リアクトル9
5ば、スイッチングトランスの2次出力に基づいて、可
飽和リアクトル95の可飽和特性を利用して、絶縁トラ
ンス96のインダクタンスを可変制御する制御回路を構
成する。
第7図の構成によれば、直交トランスに代えて可飽和リ
アクトルを用いるようにしても、第1の実施例と同様の
効果を得ることができる。
(G5)他の実施例 なお」二連の実施例においては、発振回路において、反
転増幅回路76の入力端に入力抵抗74を接続する場合
について述べたが、本発明はこれに限らず、必要に応じ
て当該入力抵抗74を省略するようにしてもよい。
さらに上述の実施例においては、フェライト製のコアを
用いて直交トランスを構成する場合について述べたが、
コアの材質はこれに限らず、例えばパーマロイ、センダ
スト等を用いるようにしても良い。
さらに上述の実施例においては、2次出力電圧に応じて
発振周波数を制御する場合について述べたが、本発明は
これに限らす、2次出力電流に応じて制御する場合、さ
らには2次出力電流及び2次出力電圧の双方に応じて制
御する場合に広(適用することができる。
さらに上述の実施例においては、スイッチングトランス
を駆動するスイッチング素子として電界効果型トランジ
スタ4及び5を用いた場合について述べたが、スイッチ
ング素子はこれに限らず、例えばバイポーラ型のトラン
ジスタ等広く適用することかできる。
さらに上述の実施例においては、電界効果型トランジス
タ4及び5をドライブトランスを介して駆動する場合に
ついて述べたが、本発明はこれに限らず、ドライブトラ
ンスを省略して直接電界効果型トランジスタを駆動する
場合にも広く適用することができる。
さらに上述の実施例においては、反転増幅回路の入出力
間を移相回路で接続して発振回路を構成する場合につい
て述べたが、発振回路はこれに限らず、要はインダクタ
ンスの変化に応じて発振周波数を可変し得る発振回路を
広く適用することができる。
H発明の効果 上述のように本発明によれば、可飽和特性を利用して、
発振回路を構成する絶縁トランスのインダクタンスを可
変制御したことにより、所望の制御特性で、簡易かつ確
実に1次2次間を絶縁した電源回路を得ることができる
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例によるスイッチングレギュレ
ータ回路を示す接続図、第2図はその直交トランスを示
す斜視図、第3図及び第4図はその動作の説明に供する
特性曲線図、第5図は直交トランスの第2の実施例を示
す斜視図、第6図はその第3の実施例を示す斜視図、第
7図は第4の実施例による発振回路を示す接続図、第8
図は問題点の説明に供するスイッチングレギュレータ回
路を示す接続図、第9図はその動作の説明に供する信号
波形図、第10図及び第11図はその問題点の説明に供
する特性曲線図である。 2・・・・・・ダイオードブロック、3・・・・・・平
滑コンデンサ、4.5・・・・・・電界効果型1〜ラン
ジスタ、10・・・・・・スイッチングトランス、62
.83.93・・・・・・直交トランス、95・・・・
・・可飽和リアクトル、96・・・・・・絶縁トランス

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 スイッチングトランスと、 絶縁トランスと、 上記スイッチングトランスの2次出力に基づいて、可飽
    和特性を利用して、上記絶縁トランスのインダクタンス
    を可変制御する制御回路と、上記絶縁トランスのインダ
    クタンスに応じて、発振周波数を可変する発振回路と、 上記発振回路の出力信号に基づいて、上記スイッチング
    トランスを駆動する駆動回路と を具えることを特徴とする電源回路。
JP1453389A 1989-01-23 1989-01-23 電源回路 Pending JPH02197256A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005538671A (ja) * 2002-09-05 2005-12-15 バイキング テクノロジィーズ エル.シー. コンデンサを充電および放電するための装置および方法
JP5597276B1 (ja) * 2013-04-02 2014-10-01 三菱電機株式会社 電源装置

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