JPH03141597A - スイッチング電源装置 - Google Patents

スイッチング電源装置

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JPH03141597A
JPH03141597A JP1279081A JP27908189A JPH03141597A JP H03141597 A JPH03141597 A JP H03141597A JP 1279081 A JP1279081 A JP 1279081A JP 27908189 A JP27908189 A JP 27908189A JP H03141597 A JPH03141597 A JP H03141597A
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幸男 山中
Hiroyuki Sako
浩行 迫
Futoshi Okamoto
太志 岡本
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    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、スイッチング電源装置に間するものであり、
例えば、放電灯を高周波点灯させる放電灯点灯装置など
に用いられるものである。
[従来の技術] 第7図は従来のインバータ装置の概略構成を示している
。以下、その回路構成について説明する。
直流電源E、には、スイッチング素子Tr+を介してイ
ンダクタL1が接続されている。スイッチング素子Tr
1の両端には、逆流阻止用のダイオードD1を介して平
滑用のコンデンサC1が接続されている。スイッチング
素子Tr、はチョッパー制御回路5aにより高周波でス
イッチングされる。スイッチング素子Tr、がオンのと
きには、直流電源E+からインダクタLI、スイッチン
グ素子Tr1を介して電流が流れて、インダクタL、に
電磁エネルギーが蓄積される0次に、スイッチング素子
T、rがオフめときには、インダクタL1に蓄積された
電磁エネルギーにより、インダクタL1に電流を流し続
ける方向に起電力が発生し、この起電力が直流電源E、
の電圧と加算されて、ダイオードDを介してコンデンサ
CIに充電される。これにより、コンデンサC1には直
流電源EIよりも高い直流電圧が得られる。以上により
、昇圧型のチョッパー装置1が構成されている。
次に、インバータ装置2では、チョッパー装置1から出
力される直流電力を高周波電力に変換し、限流用のイン
ダクタLsを介して負荷3に供給する。インバータ装置
2の構成は特に限定されるものではないが、入力直流電
力をスイッチングするために、1個又は2個以上のスイ
ッチング素子を備えている。このスイッチング素子は、
インバータ制御回路5bにより高周波でスイッチングさ
れる。チョッパー装置1及びインバータ装置2における
限流用のインダクタL + 、 L 3には、それぞれ
2次巻線L 2 、 L 4が設けられている。2次巻
線L2に得られた電力は、インバータ制御回路5bに供
給され、同回路の動作電源とされている。また、2次巻
線L4に得られた電力は、チョッパー制御回路5aに供
給され、同回路の動作電源とされている。
[発明が解決しようとする課題] ところが、上記の従来例においては、チョッパー装置1
の出力電力あるいはインバータ装置2の出力電力が変化
すると、2次巻線L 2 、 L 4からの供給電力が
変化するという問題がある。
今、第7図に示す従来例において、インバータ装置2を
除外して、第8図に示すように、チョッパー装置1のみ
について検討する。この装置において、負荷3に対して
多くのエネルギーを与える場合には、スイッチング素子
Tr+のオン期間を長くして、インダクタLIに流れる
電流11を増大させる必要がある。ここで、インダクタ
L1とその2次巻線L2との相互インダクタンスをMと
すると、V L2 = M (Δ1./Δt)となるか
ら、インダクタL1に流れる電流11が増大すると、そ
の2次巻線L2に得られる電圧VL2も増大する0反対
に、負荷3に対して与えるエネルギーが少ない場合には
、スイッチング素子Tr+のオン期間を短くして、イン
ダクタL1に流れる電流■1を減少させる必要があるが
、この場合、インダクタL1の2次巻線L2に得られる
電圧VL2も減少する。このため、負荷3に供給される
電力と、インダクタL1の2次巻線L2に得られる電圧
VL2の関係は、第9図に示すようになる。
同様に、第7図に示すインバータ装置2においても、限
流用のインダクタし、の2次巻線L4に得られる電圧は
、負荷3への供給電力により大きく変動する。したがっ
て、第7図に示す従来例では、チョッパー制御回路5a
やインバータ制御回路5bに安定した電源供給を行うこ
とができないという問題があった。
本発明はこのような点に濫みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、チョッパー装置とインバータ装
置を備えるスイッチング電源装置において、負荷への供
給電力に拘わらず、チョッパー装置のインダクタとイン
バータ装置のインダクタから安定した電力を得られるよ
うにすることにある。
[課題を解決するための手段] 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第1
図に示すように、入力電源を直流電源に変換するチョッ
パー装置1と、チョッパー装置1の出力電力を高周波電
力に変換して負荷3に供給するインバータ装置2とから
なり、インバータ装置2は負荷3への供給電力が増大す
ると共振電流が減少するような共振回路を備えるスイッ
チング電源装置であって、チョッパー装置1のスイッチ
ング電流が流れるインダクタL1の2次巻線L2の出力
と、インバータ装置2の共振電流が流れるインダクタし
、の2次巻線L4の出力とを合成する合成回路4を備え
ることを特徴とするものである。
ここで、インバータ装置2の回路構成について説明する
。スイッチング素子T r 2 、 T r *の直列
回路はインバータ装置2の直流入力端に接続されている
。一方のスイッチング素子Trzには、限流及び共振用
のインダクタし、と、直流カット用のコンデンサC8を
介して、共振用のコンデンサC9と負荷3の並列回路が
接続されている。スイッチング素子Tr2.Tr3は制
御回路5により高周波的に交互にオン・オフされる。ス
イッチング素子Tr2がオンのときには、コンデンサC
1からインダクタし1、コンデンサC4及び負荷3、コ
ンデンサC8を介して電流が流れる。スイッチング素子
Tr=がオンのときには、コンデンサC,を電源として
、コンデンサC1及び負荷3、インダクタL5、スイッ
チング素子Tr、を介して電流が流れる。これにより、
負荷3には高周波電流が流れる。インダクタL3とコン
デンサCsは共振回路を構成しており、コンデンサC9
の両端に発生する共振電圧が負荷3に印加される。直流
カット用のコンデンサC8は、共振用のコンデンサC1
よりも容量が大きく、共振には寄与しない。
なお、インバータ装置2は図示された回路構成に限定さ
れるものではなく、負荷3への供給電力が増大すると共
振電流が減少するような共振回路を備えていれば良い。
[作用] 第2図は本発明に用いるインバータ装置2の共振特性を
示している0図中、Aは無負荷時の共振特性曲線であり
、fAは無負荷共振周波数である。
また、Bは負荷があるときの共振特性曲線であり、f8
は負荷があるときの共振周波数である。負荷があるとき
のインバータ装置2の動作周波数は次のように設定され
る。
(i)無負荷時に遅相モードで動作し、負荷があるとき
も遅相モードで動作するインバータでは、無負荷時の動
作周波数L(>fA)での共振電流を■。
とじ、負荷があるときに共振電流がIoとなる動作周波
数をfo(>fa)とすると、負荷があるときの動作周
波数fは、f0≦f≦f1の範囲に設定する。
(ii)無負荷時に遅相モードで動作し、負荷があると
きは進相モードで動作するインバータでは、無負荷時の
動作周波数L(>fA)での共振電流を工。
とじ、負荷があるときに共振電流が工。となる動作周波
数をfo’(<fa)とすると、負荷があるときの動作
周波数fは、r≦(、+の範囲に設定する。
(苗)無負荷時に進相モードで動作し、負荷があるとき
は遅相モードで動作するインバータでは、無負荷時の動
作周波数f1′(<fA)での共振電流をIoとし、負
荷があるときに共振電流がIoとなる動作周波数を「。
(>fa)とすると、負荷があるときの動作周波数fは
、f0≦f≦f1”の範囲に設定する。
(iv)無負荷時に進相モードで動作し、負荷があると
きも進相モードで動作するインバータでは、無負荷時の
動作周波数r1°(<fA)での共振電流を1、とじ、
負荷があるときに共振電流がIoとなる動作周波数をf
。’(<re)とすると、負荷があるときの動作周波数
fは、r≦f0゛の範囲に設定する。
以上の(i)〜(iv)に示す条件を満たすインバータ
装置2では、負荷があるときの共振電流は、無負荷時の
共振電流よりも減少する。一方、チョッパー装置1では
、上述のように、負荷があるときのスイッチング電流は
、無負荷時のスイッチング電流よりも増加する。したが
って、チョッパー装置1のスイッチング電流とインバー
タ装置2の共振電流を合成すれば、安定した出力を得る
ことができる。
し実施例1〕 第3図は本発明の第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。直流電源E1に
は、電源スィッチSW1とトランジスタQを介してイン
ダクタし、が接続されており、トランジスタQ、の両端
には、逆流阻止用のダイオードD、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Q1はチ
ョッパー制御回路5&の出力により高周波でスイッチン
グされる。
まず、トランジスタQ1がオン状態のとき、直流電源E
、からの直流電流はトランジスタQ1を介してインダク
タLIに流れ、インダクタL1にエネルギーが蓄えられ
る0次に、トランジスタQ1がオフ状態になると、イン
ダクタL1はその両端に電圧を発生し、直流電源E、の
電圧にインダクタLの両端電圧を加えた電圧が、ダイオ
ードD、を介してコンデンサCIに印加される。これに
より、直流電源E1の電圧よりも高い電圧をコンデンサ
C1に得ることができる0以上によりチョッパー装置1
が構成されている0次に、インバータ装置2の構成につ
いて説明する。
コンデンサCIの両端には、トランジスタQ 21Q、
の直列回路が並列接続され、各トランジスタQ = 、
 Q 3にはそれぞれダイオードD、、D、が逆並列接
続されている。トランジスタQ2の両端には、インダク
タL o 、 L 3、コンデンサC1を介して、放電
灯Zが接続されている。放電灯Zの非電源側にはコンデ
ンサC,が並列接続されている。インダクタL o 、
 L yはコンデンサC9と共にLC共振回路を構成し
、負荷電流は振動電流となる。したがって、インダクタ
し、の2次巻線L5には、負荷に流れる振動電流に応じ
て極性の変化する電圧が誘起され、この誘起電圧をトラ
ンジスタQ2のベース・エミッタ間に印加して、トラン
ジスタQ2をスイッチングさせる。トランジスタQ、の
ベースには、インバータ制御回路5bの出力信号が供給
されている。インバータ制御回路5bは、トランジスタ
Q3の両端電圧を検出して、トランジスタQ。
の両端電圧が立ち下がってから所定時間トランジスタQ
、をオンさせるものである。
このインバータ装置2は、電源スィッチSWが投入され
たときに、自励発振動作を開始するための起動回路を備
えている。この起動回路は電源投入によりコンデンサC
2が抵抗R2を介して充電され、その充電電圧がダイア
ックD A +のブレークオーバー電圧に達するとダイ
アックDA、がオンし、トランジスタQ、のベースにダ
イアックDA、を介してベース電流を流してトランジス
タQ3を最初にオン動作させ、発振動作を開始させるも
のである。トランジスタQ3がオンになると、その両端
電圧が°’Low”レベルになる。これにより、インバ
ータ制御回路5bがトリガーされて、その出力が’Hi
gh”レベルとなり、トランジスタQ3のオン状態が維
持される。トランジスタQ、がオンすると、ダイオード
D、が導通して、コンデンサC2は充電されなくなるの
で、起動回路は停止する。このとき、インダクタし、の
2次巻線り、は、トランジスタQ2のベース・エミッタ
間に逆バイアスの電圧を印加するような極性に巻かれて
いるので、トランジスタQ2はオフ状態を維持する。
次に、所定時間の経過後に、インバータ制御回路5bの
出力は“Low”レベルとなり、トランジスタQ、はオ
フ状態になる。トランジスタQ、がオフすると、トラン
ジスタQ、のコレクタ電流が減少することによりインダ
クタL、、L、の残留インダクタンスは逆の誘起電圧を
発生し、インダクタL0゜L、に流れる振動電流は同一
方向に流れようとするので、ダイオードD、が導通ずる
。また、インダクタし、の2次巻線り、が逆の誘起電圧
を発生することにより、トランジスタQ2が順バイアス
されて、トランジスタQ2はオン状層となる。ダイオー
ドD、の電流がゼロになると、コンデンサC。
の蓄積電荷を電源としてトランジスタQ2に電流が流れ
る。このとき、インダクタL、、L、のコアは飽和磁束
に向かって直線的に磁化される。やがて、コアが飽和磁
束に達すると、インダクタンスは急激にゼロの方向に向
かい、その結果、トランジスタQ2のコレクタ電流の時
間変化分は無限大となる。トランジスタQ2のコレクタ
電流がベース電流のhfe倍に達すると、トランジスタ
Q2は不飽和状態となり、2次巻線り、により帰還され
るベース電流が減少してトランジスタQ2はオフする。
トランジスタQ2がオフした後も、インダクタL o 
、 L 3に流れる振動電流は同一方向に流れようとす
るので、ダイオードD、が導通し、インダクタし1、放
電灯Z、コンデンサC8、インダクタL0の経路で電流
が流れる。ダイオードD、が導通ずると、トランジスタ
Q3の両端電圧はゼロになるので、インバータ制御回路
5bがトリガーされて、インバータ制御回路5bの出力
が“High”レベルになり、トランジスタQ、は順バ
イアスされる。
ダイオードD、に流れる振動電流がゼロになった後は、
コンデンサC1からインダクタL0、コンデンサC6、
放電灯Z、インダクタL1、トランジスタQ3の経路で
電流が流れる。以下、上述の動作を繰り返すことにより
、インバータの発振動作が継続される。
インバータ制御回路5bは汎用の集積回路(例えば日本
電気製μPD4538)よりなる単安定マルチバイブレ
ータIC2を備えている。この単安定マルチバイブレー
タ■C2は、立ち下がりトリガー入力端子Bが″Hig
h”レベルから°’Low”レベルに変化した後、一定
時間は出力端子QがHigh”レベル、出力端子qが“
Low”レベルとなる0本実施例では、トランジスタQ
、の両端電圧を抵抗R1゜R4の直列回路で分圧するこ
とにより検出し、単安定マルチバイブレータIC2のト
リガー信号としている。コンデンサC6はノイズ防止用
である。
単安定マルチバイブレータIC2の出力端子Qが’Hi
gh”レベルになる時間(出力端子qが“LoIIl″
レベルになる時間)は、抵抗R8とコンデンサC7の時
定数で決定される。出力端子Qは駆動用のトランジスタ
Q7のベースに接続され、出力端子互は駆動用のトラン
ジスタQ、のベースに接続されている。トランジスタQ
7のコレクタは抵抗R12を介してコンデンサC1oの
正極に、トランジスタQ。
のエミッタはコンデンサCIGの負極に、それぞれ接続
され、トランジスタQ7のエミッタとトランジスタQ8
のコレクタは、トランジスタQ、のベースに接続されて
いる。したがって、単安定マルチバイブレータI C2
は、トランジスタQ、のオン期間を決めるためのタイマ
ー回路として動作する。
次に、チョッパー制御回路5aは汎用のスイッチングレ
ギュレータ制御用の集積回路(例えば三菱電機株式会社
製造のM5T494)よりなる発振回路IC,を備えて
いる。この発振回路IC,はコンデンサC1〜C1及び
抵抗R,〜RIO,RI4を接続され、コンデンサC3
と抵抗R1の時定数で決まる周期で出力端子(8番ビン
)を開放状態と接地状態とに交互に切り替える。コンデ
ンサC1゜の電圧は、抵抗R,,R,の直列回路により
分圧されて、トランジスタQ6のベースに印加されてお
り、このトランジスタQ、のベースには発振回路IC,
の出力端子(8番ビン)が接続されている。したがって
、トランジスタQ、は発振回路IC,の発振周期に従っ
てオン・オフされる。トランジスタQ6のコレクタは抵
抗R5を介してプルアップされているので、そのコレク
タ電位は発振回路IC,の発振周期に等しい矩形波電圧
となる。この電圧をトランジスタQ、、Q5よりなるト
ーテムポール回路を介してチョッパー装置1のトランジ
スタQ1に供給している。
本実施例にあっては、チョッパー装置1におけるインダ
クタL1の2次巻線L2と、インバータ装置2における
インダクタし3の2次巻線り、を直列接続し、両2次巻
線L 2 、 L <から出力される電流により、ダイ
オードD6と抵抗R13を介してコンデンサC1゜を充
電し、ツェナーダイオードZDでコンデンサCIGの電
圧を規制して、チョッパー制御回路5aとインバータ制
御回路5bの動作電源を得ている。なお、電源スィッチ
SW、の投入時には、チョッパー装置1が動作していな
いので、抵抗R1を介してコンデンサClを充電するも
のである。これによりチョッパー制御回路5aとインバ
ータ制御回路5bが動作を開始し、チョッパー装置1が
動作することにより、コンデンサC0が充電され、コン
デンサC2の電圧が上昇し、ダイアックD A +が導
通して、インバータ装置2が動作する。その後は、イン
ダクタL + 、 L 3の2次巻線L2.L、に得ら
れる起電圧によりコンデンサC1゜が充電される。
このように、本実施例にあっては、チョッパー装置1の
スイッチング電流が流れるインダクタLの2次巻線L2
に得られる起電圧と、インバータ装置2の共振電流が流
れるインダクタし、の2次巻線R4に得られる起電圧と
の合成電圧によりコンデンサC1゜が充電されるもので
あるから、いずれか一方の電圧が低下しても他方の電圧
は上昇するので、動作電圧の不足が生じることはない。
[実施例2] 第4図は本発明の第2実施例の回路図である。
本実施例にあっては、チョッパー装置におけるスイッチ
ング電流が流れるインダクタL1に一対の2次巻it!
 L 2 、 L @を設け、インバータ装置における
共振電流が流れるインダクタし、にも一対の2次巻線り
、、L、を設けている。そして、チョッパー装置におけ
るインダクタし、の一方の2次巻線L2とインバータ装
置におけるインダクタし、の−方の2次巻線り、を直列
接続し、両2次巻線L2゜R4の出力を合成して、放電
灯Zの一方のフィラメントを予熱すると共に、チョッパ
ー装置におけるインダクタし、の他方の2次巻線L6と
インバータ装置におけるインダクタし、の他方の2次巻
線り、を直列接続し、両2次巻線L s 、 L =の
出力を合成して、放電灯Zの他方のフィラメントを予熱
するようにしたものである。
本実施例にあっては、放電灯Zの各フィラメントがチョ
ッパー装置に流れるスイッチング電流とインバータ装置
に流れる共振電流の合成電流により予熱されているので
、安定した電流で予熱を行うことができるものである。
なお、制御回路における動作電流不足を補うために、抵
抗RI5を追加している。
[実施例3] 第5図は本発明の第3実施例の回路図である。
本実施例にあっては、チョッパー装置におけるインダク
タし、の2次巻線L2をダイオードD2を介してコンデ
ンサC5゜に接続し、インバータ装置におけるインダク
タし、の2次巻線L4をダイオードD6を介してコンデ
ンサC1゜に接続している0両2次巻線L 2 、 L
−の出力電圧のうち、2次巻線L2の出力電圧の方が高
い場合には、ダイオードD2が導通し、コンデンサC7
゜は2次巻線L2の出力により充電され、ダイオードD
6は遮断状態となる0反対に、2次状fiL、の出力電
圧の方が高い場合には、ダイオードD6が導通し、コン
デンサC3゜は2次巻線L4の出力により充電され、ダ
イオードD2は遮断状態となる。したがって、本実施例
にあっては、両2次巻線L 2 、 L 4の出力電圧
のうち、いずれか高い方の出力電圧によりコンデンサC
1゜が充電されることになり、制御回路の電源電圧が低
下することは防止できる。
[実施例4] 第6図は本発明の第4実施例の回路図である。
本実施例にあっては、チョッパー装置におけるインダク
タL、の2次巻線L2と、インバータ装置におけるイン
ダクタし、の2次巻線L4を直列接続し、両2次巻線り
、、L、から出力される電流により、ダイオードD、と
抵抗R13を介してコンデンサCを充電し、コンパレー
タCPの基準電圧を得ている。スイッチング素子Q、に
は低抵抗R+6が直列接続されている。インバータ装置
に過電流が流れると、この低抵抗R4の両端電圧が増大
し、この電圧がコンデンサC1に得られる基準電圧を越
えると、コンパレータCPの出力がLow”レベルとな
るので、トランジスタQ、、Q、への給電が停止され、
インバータ装置の発振は停止する。これにより、本実施
例では、インバータ装置に基準値以上の過電流が流れる
ことを防止することができるものである。
[発明の効果コ 本発明にあっては、上述のように、チョッパー装置とイ
ンバータ装置とを組み合わせたスイッチング電源装置に
おいて、負荷への供給電力が増大すると共振電流が減少
するような共振回路をインバータ装置に備え、チョッパ
ー装置のスイッチング電流が流れるインダクタの2次巻
線出力と、インバータ装置の共振電流が流れるインダク
タの2次巻線出力とを合成するようにしたから、チョッ
パー装置及びインバータ装置におけるインダクタの2次
巻線から得られる出力を、負荷への供給電力に拘わらず
安定した出力とすることできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本構成を示すブロック回路図、第2
図は同上の動作説明図、第3図は本発明の第1実施例の
回路図、第4図は本発明の第2実施例の回路図、第5図
は本発明の第3実施例の回路図、第6図は本発明の第4
実施例の回路図、第7図は従来例の概略構成を示すブロ
ック回路図、第8図は同上に用いるチョッパー装置の回
路図、第9図は同上の動作説明図である。 1はチョッパー装置、2はインバータ装置、3は負荷、
4は合成回路、5は制御回路、L + 、 L 3はイ
ンダクタ、L、、L、は2次巻線である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)入力電源を直流電源に変換するチョッパー装置と
    、チョッパー装置の出力電力を高周波電力に変換して負
    荷に供給するインバータ装置とからなり、インバータ装
    置は負荷への供給電力が増大すると共振電流が減少する
    ような共振回路を備えるスイッチング電源装置であって
    、チョッパー装置のスイッチング電流が流れるインダク
    タの2次巻線出力と、インバータ装置の共振電流が流れ
    るインダクタの2次巻線出力とを合成する合成回路を備
    えることを特徴とするスイッチング電源装置。
  2. (2)合成回路は大きい方の2次巻線出力を合成出力と
    する回路であ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。
  3. (3)合成回路は両2次巻線出力を重畳した出力を合成
    出力とする回路であ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。
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