JPH07194112A - 電源回路 - Google Patents

電源回路

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JPH07194112A
JPH07194112A JP33660693A JP33660693A JPH07194112A JP H07194112 A JPH07194112 A JP H07194112A JP 33660693 A JP33660693 A JP 33660693A JP 33660693 A JP33660693 A JP 33660693A JP H07194112 A JPH07194112 A JP H07194112A
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voltage
power supply
circuit
smoothing
full
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JP33660693A
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Hiroshi Shioda
浩史 塩田
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 リアクトルと整流素子を追加し、スイッチン
グ素子を大容量のものにして非常に安価に力率を改善で
きる電源回路を提供する。 【構成】 コンデンサ123の両端電圧に応じて、制御
回路124でスイッチングトランジスタ110のパルス
幅を制御して上記両端電圧を安定させると共に、スイッ
チングトランジスタ110がOFFの時、リアクトル1
07に蓄えられたエネルギーが交流電源101の電圧に
加算されて、ダイオード108を介してコンデンサ11
1に充電する。スイッチングトランジスタ110がON
の時、全波整流回路125間の電圧が小さくてもリアク
トル107に電流が流れ、交流電源101の電流の導通
角が拡がり、力率が改善される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電源回路に関し、特に交
流電源より整流回路,平滑回路によって直流に変換する
と共に、スイッチング素子とリアクトルを利用して交流
側力率を改善する力率改善回路を備えた電源回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図4は、従来の電源回路の一例を示す回
路図である。図4を参照すると、この従来の電源回路に
おいて、フィルタ回路302は交流電源301に接続さ
れている。全波整流回路303はフィルタ回路302の
出力端子に接続されている。スイッチング素子305
は、全波整流回路303のプラス側出力端子303aに
一方の端子が接続されているインダクタンス304の他
方の端子と、全波整流回路303のマイナス側出力端子
303bに一方の端子が接続されている抵抗308の他
方の端子との間に接続されている。ダイオード306の
アノードは、スイッチング素子305とインダクタンス
304との接続点に接続されている。平滑コンデンサ3
07は、ダイオード306のカソードと、抵抗308と
スイッチング素子305との接続点に接続されている。
平滑コンデンサ307の両端電圧を分圧する分圧手段3
09の出力電圧は演算増幅器319のマイナス端子に入
力され、演算増幅器319のマイナス端子と出力端子間
には抵抗313とコンデンサ312とが並列接続されて
いる。演算増幅器319のプラス端子は基準電圧318
に接続され、演算増幅器319の出力はマルチプライヤ
320の入力端子320aに供給されている。全波整流
器303の出力電圧は、フィルタ回路317を通して平
滑化されマルチプライヤ320の入力端子320cに入
力され、さらに基準電圧318との間を抵抗311と抵
抗310とで分圧する電圧をマルチプライヤ320の入
力端子320bに入力する。マルチプライヤ320の出
力端子320Yは演算増幅器321のプラス端子に接続
され、また抵抗325を介して全波整流回路303のマ
イナス端子303bに接続されている。演算増幅器32
1のマイナス端子は抵抗326を介して平滑コンデンサ
307とスイッチング素子305との接続点に接続され
ている。演算増幅器321の出力端子とマイナス端子間
にはコンデンサ316が接続され、さらに抵抗314と
コンデンサ315との直列接続されたものが接続されて
いる。さらに、演算増幅器321の出力端子は電圧比較
器323のマイナス端子に接続されている。のこぎり波
発振器322の出力電圧は電圧比較器323のプラス端
子に入力される。電圧比較器323は両入力端子の入力
電圧を比較し、その結果を駆動回路324に供給する。
駆動回路324はこの結果に基づいてスイッチング素子
305を制御する。
【0003】次に、この従来例の主要部分の波形を示す
図5を図4に併せて参照して、この従来例の動作を説明
する。全波整流回路303の出力電圧(図5A)はスイ
ッチング素子305の動作によりインダクタンス304
にエネルギーを蓄積し、ダイオード306を介して平滑
コンデンサ307に充電される。マルチプライヤ320
の入力端子320aには平滑コンデンサ307の両端電
圧の分圧電圧と基準電圧318との差(図5B)が入力
される。マルチプライヤ320の入力端子320bには
全波整流回路303の出力電圧から整形される電圧(図
5C)が入力される。マルチプライヤ320の入力端子
320cには全波整流回路303の出力電圧をフィルタ
回路317で平滑化することにより全波整流回路303
の出力電圧の実効電圧値が直流値として入力される。マ
ルチプライヤ320の出力端子320Yには各々の入力
信号を、(出力端子320Yの信号)=(入力端子32
0aの信号)・(入力端子320bの信号)/(入力端
子320cの信号)の演算結果に等しい電流(図5E)
が流れ出し、抵抗325の両端に電圧(図5F)を生じ
させる。この電圧は交流電源301の出力電流が正弦波
と相似にするための基準電圧になる。この基準電圧と抵
抗308に流れる電流により生じる抵抗308の両端電
圧とを演算増幅器321により差分増幅し、その出力を
電圧比較器323に入力する。このとき演算増幅器32
1のマイナス端子と出力端子間にコンデンサ316が接
続され、さらに抵抗314とコンデンサ315との直列
接続されたものが接続されていて、演算増幅器321は
50〜60Hzの低周波に応答するので、スイッチング
素子305のスイッチングにより生じるのこぎり波状の
電圧(図5G)には応答しない。この演算増幅器321
の出力端子とのこぎり波発振器322の出力電圧と(図
5H)を電圧比較器323は電圧比較し、その出力信号
(図5I)を駆動回路324に送出する。駆動回路32
4はこの出力信号によりスイッチング素子を制御して、
交流電源301の出力電流(図5J)を正弦波状にし、
平滑コンデンサ−307の両端電圧を安定化させる。
【0004】この様な制御を行えば、交流電源の出力電
流はほぼ正弦波状となり、高調波電流の低減が可能とな
るので、力率が改善される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電源回路では、スイッチング素子及び制御手段をそ
れぞれ力率改善用とDC−DCコンバータ用に持ってい
るので、スイッチング電源回路が2つあるのと同じ構成
となるため、回路構成が複雑な上に高価となり実装体積
も大幅に増加するという問題点があった。
【0006】それ故、本発明は、このような問題点を解
決するもので、リアクトルと整流素子を追加し、スイッ
チング素子を大容量のものにして非常に安価に力率を改
善できる電源回路を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の電源回路は上記
目的を達成するために、交流電源と、この交流電源の出
力電圧を整流する全波整流回路と、この全波整流回路で
整流された電圧を平滑する第1平滑素子と、この第1平
滑素子に充電された電圧を短絡,開放を繰り返すスイッ
チング素子と、第1平滑素子に充電された電圧を二次側
に供給するためのトランスと、このトランスを介して供
給された電圧を直流変換するダイオードと直流変換され
た電圧を平滑する第2平滑素子とを有する電源回路にお
いて、前記スイッチング素子がオンした時交流電源の電
圧を蓄積するためのリアクトルと、交流電源の電圧を第
1平滑素子へ供給する整流素子と、第2平滑素子の両端
電圧に応じてスイッチング素子のパルス幅を制御して上
記両端電圧を安定させる制御回路とを具備している。
【0008】
【実施例】ここで本発明の第1実施例について図面を参
照して説明する。図1は本発明の第1実施例を示す電源
回路のブロック図、図2は第1実施例の主要部分の波形
を示す図である。
【0009】本発明の電源回路は、図1において、交流
電源101と、この交流電源101の出力電圧を整流す
る全波整流回路125と、この全波整流回路125で整
流された電圧を平滑するコンデンサ111と、このコン
デンサ111に充電された電圧を短絡,開放を繰り返す
スイッチング素子であるスイッチングトランジスタ11
0と、コンデンサ111に充電された電圧を二次側に供
給するためのトランス121と、このトランス121を
介して供給された電圧を直流変換するダイオード122
と直流変換された電圧を平滑するコンデンサ123と、
スイッチングトランジスタ110がONした時、交流電
源101の電圧つまりエネルギーを蓄積するためのリア
クトル107と、交流電源101の電圧をコンデンサ1
11へ供給するダイオード108と、コンデンサ123
の両端電圧に応じてスイッチングトランジスタ110の
パルス幅を制御して上記両端電圧を安定させる制御回路
124とを具備している。
【0010】フィルタ回路2は、交流電源端子101a
及び101b間に接続されている。ダイオード103〜
106でブリッジ回路を構成する全波整流回路125
は、フィルタ回路102の出力端子102a及び102
bに接続されている。リアクトル107には、全波整流
回路125のプラス側出力端子125aが接続され、他
方はダイオード108とダイオード109のアノードが
接続されている。スイッチングトランジスタ110は、
ダイオード109のカソードと全波整流回路125のマ
イナス側出力端子125bの間に接続されている。ダイ
オード108のカソードと全波整流回路125のマイナ
ス側出力端子125bの間には、コンデンサ111が接
続されている。ダイオード108のカソードとダイオー
ド109のカソード間には、トランス121の一次側巻
線126が接続され、ダイオード108のカソードとス
イッチングトランジスタ110のベースの間に起動用抵
抗112が接続されている。トランス121のベース駆
動巻線127は、一方がスイッチングトランジスタ11
0のエミッタに接続され、他方はコンデンサ117,抵
抗116を直列接続した回路を介して、スイッチングト
ランジスタ110のベースに接続されている。また、ベ
ース駆動巻線127の両端には、ダイオード120とコ
ンデンサ119を直列接続したものを接続し、コンデン
サ119とダイオード120の接続点には、PNP型ト
ランジスタ118のコレクタが接続され、PNP型トラ
ンジスタ118のエミッタには、スイッチングトランジ
スタ110のベースが接続されている。トランス121
の二次側巻線128には、ダイオード122とコンデン
サ123が接続されて、ダイオード122とコンデンサ
123の接続点は制御回路124の入力に接続され、制
御回路124の出力はPNP型トランジスタ118のベ
ースに接続されている。
【0011】ここで、本実施例ではスイッチング素子と
してスイッチングトランジスタ110を使用したが、こ
れの代わりにFETあるいはIGBTをスイッチング素
子として使用しても良い。
【0012】次にこの主要部分の波形を示す図2を図1
に併せて、この実施例の動作を説明する。
【0013】交流電源101の出力電圧は、フィルタ回
路102を通過して全波整流回路125により全波整流
される。このとき、ダイオード108を通してコンデン
サ111に充電される。コンデンサ111の両端電圧が
ある値になると、起動抵抗112を通してスイッチング
トランジスタ110がバイアスされONする。スイッチ
ングトランジスタ110がONすると、全波整流回路1
25の電圧がリアクトル107に印加され、エネルギー
が蓄積されると共に、コンデンサ111の両端電圧がト
ランス121の一次側巻線126に印加される。
【0014】すると、トランス121のベース駆動巻線
127にも電圧があらわれ、コンデンサ117及び抵抗
116を介して、スイッチングトランジスタ110をよ
り深くバイアスさせる。スイッチングトランジスタ11
0のコレクタに流れる電流は、リアクトル107とダイ
オード109を流れる電流と、トランス121の一次側
巻線126を流れる電流の合計となるが、どちらの電流
もインダクタンス負荷の電流であるので、時間経過と共
に増加する電流となる。
【0015】トランス121のベース駆動巻線127か
ら出力される電圧は、一次側巻線126とベース駆動巻
線127の巻数比で決まるため、スイッチングトランジ
スタ110へのベース電流の供給は、抵抗116で決ま
る値で一定である。スイッチングトランジスタ110の
コレクタ電流は、時間経過と共に増加していくが、抵抗
116で決まるベース電流とスイッチングトランジスタ
110の持つhFE倍の電流値以上となろうとすると、ベ
ース電流の供給が不足するので増加できなくなり、スイ
ッチングトランジスタ110のコレクタ−エミッタ間電
圧が増加してくる。
【0016】スイッチングトランジスタ110のコレク
タ−エミッタ間電圧が増加すると、トランス121の一
次側巻線126に印加されている電圧が減少しはじめ
る。トランス121のベース駆動巻線127の電圧もそ
れにつれて減少しはじめ、スイッチングトランジスタ1
10へのベース電流の供給も少なくなり、ベース電流の
供給が少なくなると、スイッチングトランジスタ110
のコレクタ−エミッタ間電圧がますます増加し、それに
つれてベース駆動巻線127の電圧も減少し、やがてス
イッチングトランジスタ110をOFFさせる。
【0017】スイッチングトランジスタ110がOFF
すると、リアクトル107に蓄積されたエネルギーと交
流電源101の出力電圧が、ダイオード108を通して
コンデンサ111に充電される。これと同時に、トラン
ス121の二次側巻線128に電圧が出力され、ダイオ
ード122を通してコンデンサ123に電圧が充電され
る。コンデンサ123に電圧が充電されきるとトランス
121のベース駆動巻線127に電圧が生じ、抵抗11
6とコンデンサ117を介してスイッチングトランジス
タ110をバイアスし、スイッチングトランジスタ11
0がONする。スイッチングトランジスタ110がON
すると、全波整流回路125の電圧がリアクトル107
に印加され、エネルギーが蓄積されると同時にコンデン
サ111の両端電圧がトランス121の一次側巻線12
6に印加される。
【0018】以上の動作を繰り返して電圧を出力してい
るが、本電源回路の出力電圧の安定化は、コンデンサ1
23の両端電圧の電圧変動を制御回路124で検出し、
内部の基準電圧と比較して誤差増幅を行いPNP型トラ
ンジスタ118のベース電流の引き込み量を増減させ、
スイッチングトランジスタ110に流れるコレクタ電流
のパルス幅を制御することにより行われる。
【0019】ここで、負荷129の変動がない場合につ
いて説明する。
【0020】この時、コンデンサ111の両端電圧は、
スイッチングトランジスタ110のON/OFFにより
交流電源電圧とリアクトル107に蓄積されたエネルギ
ーとである一定の電圧値に充電されていると仮定する。
この場合、トランス121の一次側巻線126に印加さ
れる電圧は、コンデンサ111の両端電圧となるので、
トランス121の入力電圧としては一定と考えられ、負
荷変動もないので出力電圧の変動もない。従って、スイ
ッチングトランジスタ110のON/OFFのパルス幅
は一定となる。
【0021】ところで図2Aの電圧波形は、図1の端子
125bから見た125aの電圧で、全波整流回路12
5の出力電圧波形である。スイッチングトランジスタ1
10は、リアクトル107とダイオード109を介して
この電圧をON/OFFしている。
【0022】コンデンサ111の両端電圧が一定で負荷
129の変動がない場合、前述したように、ON/OF
Fのパルス幅は一定で、図2Bのパルス幅のようにな
る。この時リアクトル107に流れる電流は、125a
−125b間の電圧とリアクトル107のもつインダク
タンス値によって決まる。
【0023】スイッチングトランジスタ110がONし
ているときは、全波整流回路125の出力電圧を
125 ,ダイオード109の順方向電圧降下をVD109
スイッチングトランジスタ110のVCE(sat) をV
Tr110 ,リアクトル107のインダクタンスをL,スイ
ッチングトランジスタ110のON時間をtとすると、
スイッチングトランジスタ110がONしている時のリ
アクトル107に流れる電流IL(ON) は、
【0024】
【数1】
【0025】となる。この式を見てみると、V125 がV
D109とVTr110 を合計したものより大きくなると、電流
が流れることがわかる。V125 は交流電源電圧を全波整
流したものであるので、電圧値としては、0V〜√2倍
の交流電源電圧値まで変動する。V125 が0V近くの低
い電圧でも(1)式によるとリアクトル107に電流を
流すことができる。
【0026】この時リアクトル107に流れる電流の波
形は、リアクトル107のインダクタンス値にもよる
が、図2Cのような電流波形となる。スイッチングトラ
ンジスタ110がOFFの時には、リアクトル107に
蓄積されたエネルギーは交流電源101の電圧に加算さ
れて、ダイオード108を介してコンデンサ111に充
電される。
【0027】従って、交流電源101からは、交流電源
電圧の絶対値が0V付近であってもスイッチングトラン
ジスタ110がONすることにより電流が流れ出し、交
流電源電圧の一周期にわたってほぼ全域で交流電源10
1から電流が流れる。この電流をフィルタ回路102で
平均化すると、図2Dのような電流波形が得られる。
【0028】この図2Dに示した交流電源101の電流
波形は、交流電源101のほぼ全域で電流が流れている
ため、導通角が拡がり、力率が改善される。
【0029】次に、負荷129の変動が生じた場合につ
いて説明する。
【0030】負荷変動によって出力電圧が低下した場合
は、制御回路124からの信号により、トランジスタ1
18はスイッチングトランジスタ110のベース電流の
引き込みを弱くして、スイッチングトランジスタ110
にピーク値の大きいコレクタ電流を流す。逆に出力電圧
が上昇した場合は、トランジスタ118はスイッチング
トランジスタ110のベース電流の引き込みを強くし
て、スイッチングトランジスタ110にピーク値の小さ
いコレクタ電流を流して、コンデンサ123の出力電圧
を安定化している。
【0031】このように、制御回路124は、コンデン
サ123の出力電圧つまり両端電圧が一定となるよう
に、PNP型トランジスタ118を介してスイッチング
トランジスタ110のパルス幅を制御しているので、負
荷変動や交流電源電圧の変動があっても、コンデンサ1
23の出力電圧は安定している。
【0032】更に、上記負荷変動等によりスイッチング
トランジスタ110のパルス幅が変動しても(1)式の
時間tの長さつまりスイッチングトランジスタ10のO
N時間が変動するだけなので、交流電源電圧の絶対値が
0V付近であっても交流電源101からは電流が流れる
ため、力率の改善も必ず行われる。
【0033】次に本発明の第2実施例について図面を参
照して説明する。図3は本発明の第2実施例を示す電源
回路のブロック図である。
【0034】図3において、交流電源201はフィルタ
回路202を介して電源電圧を全波整流回路216に供
給する。この全波整流回路216は4つのダイオード2
03〜206をブリッジ接続して構成され、この全波整
流回路216とフィルタ回路202の間にリアクトル2
07が挿入されている。全波整流回路216の入力に
は、それぞれに第1のダイオード208と第2のダイオ
ード209のアノードが接続されており、第1のダイオ
ード208と第2のダイオード209のカソード同志を
接続し、その接続点にスイッチングトランジスタ210
のコレクタを接続し、更にトランス212の一次側巻線
の巻始めが接続されている。上記全波整流回路216の
プラス側出力には、コンデンサ211のプラス端子が接
続され、更にトランス212の一次側巻線の巻終わりが
接続されている。全波整流回路216のマイナス側出力
には、コンデンサ211のマイナス端子が接続され、更
にスイッチングトランジスタ210のエミッタが接続さ
れている。ダイオード213はそのアノードにトランス
212の二次側巻線の巻終わりが接続され、カソードに
コンデンサ214のプラス端子が接続され、更に制御回
路215の入力が接続されている。この制御回路215
の出力は、スイッチングトランジスタ210のベースに
接続されている。
【0035】次にこの実施例の動作について説明する。
【0036】交流電源201の電圧はフィルタ回路20
2を通過し、ダイオード203〜206で構成された全
波整流回路216を通してコンデンサ211に充電され
る。
【0037】今、スイッチングトランジスタ210がO
Nしたとすると、交流電源201の電圧は第1のダイオ
ード208を通してリアクトル207に印加され、リア
クトル207はエネルギーを蓄積する。これと同時にコ
ンデンサ211に蓄えられた電圧はトランス212の一
次側巻線に印加される。
【0038】次にスイッチングトランジスタ210がO
FFしたとすると、リアクトル207に蓄えられたエネ
ルギーは、交流電源201の電源電圧に加算され、ダイ
オード203を介してコンデンサ211に伝達される。
これと同時に、トランス212の二次側巻線から電圧が
出力され、ダイオード213を介してコンデンサ214
に電圧が充電される。これが本電源回路の出力電圧とな
る。
【0039】ここで負荷216の変動により出力電圧が
変動したとすると、第1実施例と同様にスイッチングト
ランジスタ210のコレクタ電流のピーク値を制御回路
215が増減させ、出力電圧を安定化させる。この動作
は上述した第1実施例と同様に、コンデンサインプット
型の整流平滑回路の電流波形のような導通角が狭いパル
ス状の電流波形とはならず、交流電圧波形のほぼ全域に
わたって電流が流れる導通角の広い電流波形となり、力
率が改善される。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、リアク
トル1つと整流素子を2つ追加し、スイッチング素子を
大容量のものとしたので、実装体積を大幅に増加させる
ことなく、回路構成が簡単となるため、非常に安価に力
率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す電源回路のブロック
図である。
【図2】第1実施例の主要部分の波形を示す図である。
【図3】本発明の第2実施例を示す電源回路のブロック
図である。
【図4】従来の電源回路の一例を示すブロック回路であ
る。
【図5】従来例の主要部分の波形を示す図である。
【符号の説明】
101,201 交流電源 102,202 フィルタ回路 107,207 リアクトル 108,109,208,209 ダイオード 110,210 スイッチングトランジスタ 111,123,211,214 コンデンサ 118 PNP型コンデンサ 121,212 トランス 124,215 制御回路 125,216 全波整流回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源と、この交流電源の出力電圧を
    整流する全波整流回路と、この全波整流回路で整流され
    た電圧を平滑する第1平滑素子と、この第1平滑素子に
    充電された電圧を短絡,開放を繰り返すスイッチング素
    子と、前記第1平滑素子に充電された電圧を二次側に供
    給するためのトランスと、このトランスを介して供給さ
    れた電圧を直流変換するダイオードと直流変換された電
    圧を平滑する第2平滑素子とを有する電源回路におい
    て、 前記スイッチング素子がオンした時、前記交流電源の電
    圧を蓄積するためのリアクトルと、 前記交流電源の電圧を前記第1平滑素子へ供給する整流
    素子と、 前記第2平滑素子の両端電圧に応じて前記スイッチング
    素子のパルス幅を制御して前記両端電圧を安定させる制
    御回路と、 を具備したことを特徴とする電源回路。
  2. 【請求項2】 前記リアクトルは、前記全波整流回路か
    ら出力された電圧が零ボルト付近の低い値でも、前記ス
    イッチング素子がオフした時に前記第1平滑素子へ電流
    を流すことを特徴とする請求項1記載の電源回路。
  3. 【請求項3】 前記リアクトルと整流素子を前記全波整
    流回路と第1平滑素子の間に直列に接続し、前記リアク
    トルと整流素子の接続点に第2整流素子のアノードを接
    続し、更に第2整流素子のカソードに前記スイッチング
    素子を接続したことを特徴とする請求項1記載の電源回
    路。
  4. 【請求項4】 前記リアクトルを前記交流電源と全波整
    流回路の間に接続し、前記全波整流回路の入力に2つの
    ダイオードのアノードをそれぞれ接続し、更に前記2つ
    のダイオードのカソード同志を接続すると共にその接続
    点に前記スイッチング素子とトランスを接続したことを
    特徴とする請求項1記載の電源回路。
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