JPH0998576A - 直流電源装置 - Google Patents
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- JPH0998576A JPH0998576A JP25327995A JP25327995A JPH0998576A JP H0998576 A JPH0998576 A JP H0998576A JP 25327995 A JP25327995 A JP 25327995A JP 25327995 A JP25327995 A JP 25327995A JP H0998576 A JPH0998576 A JP H0998576A
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Abstract
を短縮し、サージ電圧の発生も防止する。 【解決手段】 交流電源1から入力する交流を整流回路
によって整流して負荷10に供給する。その負荷10の
入力電圧が蓄積電圧以下になったときに負荷10の入力
側に電力を供給する電力蓄積回路3と、負荷10からこ
の電力蓄積回路に電力を帰還する電力帰還回路5と、起
動時に交流電源1又は整流回路2から電力蓄積回路3に
電力を供給する電力供給回路とを備える。そして、電源
装置の起動時に、電力供給回路4によって電力蓄積回路
3に電力を供給して短時間で立ち上げ、その蓄積電力を
負荷10の入力側に供給して、負荷10への供給電力の
谷間を埋めて安定化する。
Description
直流電源として用いられる直流電源装置に関し、より詳
細には、その起動時の動作を改善するための回路を備え
た直流電源装置に関する。
チングレギュレータのような直流電源装置が多用される
ようになってきた。一般に、このような直流電源装置で
は、交流電源から入力する交流は、ダイオードブリッジ
により全波整流され、平滑コンデンサにより平滑化され
る。ここで、ダイオードブリッジの整流出力のリップル
成分を除去するために、平滑コンデンサとしては大容量
の電解コンデンサが使用される。
流のピーク値が大きくなり、無効電力が流れて力率が低
下するとともに、平滑コンデンサの充放電電流による内
部損失によってコンデンサが発熱して、その寿命を低下
させる原因となっていた。さらに、入力電力が大きいた
め、スイッチング周波数およびその高調波の発生による
ノイズが大きくなり、そのことが、その直流電源装置ば
かりでなく交流電源を共用する他の機器にも悪影響を及
ぼすという問題があった。そのため、大容量のノイズフ
ィルタ回路を付加するなどの対策が必要であった。
に、従来から負荷における電力の一部をその入力側に帰
還させて蓄積するようにした電力帰還型の直流電源装置
が使用されている。そのような電力帰還型の直流電源装
置としては、例えば、特開平4−29566号公報、特
開平5−168240号公報、特開昭59−14857
7号公報、および特公昭58−36588号公報等に見
られるようなものがある。
開示されている電力帰還型の直流電源装置の回路図であ
る。この図において、交流電源1からの交流が整流回路
であるダイオードブリッジ2の入力端子間に入力され、
その出力端子a,b間に整流された脈流が出力され、そ
の直流電圧を負荷10に供給する。
ッジ2の正側出力端子aにカソードが接続されたダイオ
ードD1と、そのダイオードD1のアノードに一端が接
続され、ダイオードブリッジ2の負側出力端子bに他端
が接続されたコンデンサ(電解コンデンサ)C1とから
なる電力蓄積回路を接続している。この電力蓄積回路
は、負荷10から電力を帰還して蓄積し、負荷10の入
力端子間の電圧がその蓄積電圧以下に低下したときに、
負荷10の入力側に電力を供給するために設けた回路で
ある。
DCコンバータからなり、そのチョークトランス11の
一次巻線の一端が負荷10の正側入力端子cとなり、ダ
イオードブリッジ2の正側出力端子aと接続され、その
他端はDC−DCコンバータを構成する高周波トランス
12の一次巻線の一端に接続されている。その一次巻線
の他端は、スイッチングトランジスタ13を介して、ダ
イオードブリッジ2の負側出力端子bが接続される負荷
10の負側入力端子dに接続される。
オン・オフによってトランス12の二次巻線に誘起され
る電圧をダイオードD12で整流し、コンデンサC12
で平滑して、DC−DCコンバータの出力端子g,h間
に出力する。その出力電圧を制御回路14で検出し、そ
の検出値に応じてスイッチングトランジスタ13のオン
・オフ時間比(デューティ)を制御して、出力端子g,
h間に所定の出力電圧が得られるように制御する。
の一端を、電力蓄積回路のコンデンサC1とダイオード
D1との接続点に導通する帰還端子fに接続し、他端を
ダイオードD11のカソードに接続しており、そのダイ
オードD11のアノードを負荷10の負側入力端子dに
接続して、コンデンサC1への電力帰還回路を形成して
いる。
スタ13がオンのときにチョークトランス11に蓄えら
れたエネルギーにより、スイッチングトランジスタ13
がオフの時にダイオードD11を介してコンデンサC1
に充電電流を流し、電力を帰還する。そして、ダイオー
ドブリッジ2の出力電圧すなわち負荷10の入力端子
c,d間の電圧がコンデンサC1の蓄積電圧(充電電
圧)以下になると、ダイオードD1が導通して、その蓄
積電力を負荷10に供給する。
一般に図10に示すように簡略化して表わすことができ
る。負荷10はDC−DCコンバータに限らず、ドロッ
パ型のレギュレータ回路やチョッパ回路、あるいは単な
る抵抗負荷などでもよい。そして、電力蓄積回路を構成
するコンデンサC1の両端子に導通する電力帰還端子f
−f′間に負荷10から電力の一部を帰還して蓄積し、
負荷10の入力側の電圧がその蓄積電圧より低くなった
ときに、ダイオードD1が導通して蓄積した電力を放出
して負荷10に供給することにより、ダイオードブリッ
ジ2により全波整流された電流波形の谷間を浅くして平
滑化し、力率の低下と高調波の発生とを防止することが
できる。
リッジ2の出力電圧によって直接コンデンサC1に充電
電流が流れない向きにダイオードD1が介挿されている
ので、交流電源1による電力印加開始時(図示しない電
源スイッチのオン時)の突入電流を抑えることができ、
ノイズの発生を防ぐことができる。
うな従来の電力帰還型の直流電源装置では、電源スイッ
チ投入後、まず負荷に存在する素子に電力を供給して立
ち上げた後、その電力の一部を電力帰還回路のコンデン
サにも供給してその帰還回路を立ち上げることになる。
そのため、交流電源1から交流電力を投入して直流電源
装置を起動したとき、電力蓄積回路が電力を蓄積して電
源装置が安定状態になるまでに時間を要するという問題
があった。
還型の直流電源装置の起動時の負荷10の出力側での電
圧波形を示し、同図の(b)は交流入力電流波形を示
す。この実験での出力電力は120Wであり、立ち上が
りまでの所要時間は、約3.3秒であった。また、
(a)に見られるように、この電源装置が立ち上がるま
での3.3秒の期間に、出力電圧波形にサージ電圧が頻
発しており、負荷側に接続される機器に悪影響を与える
可能性がある。
であり、電力帰還型の直流電源装置において、交流電源
を投入してから負荷に安定した電力を供給できるように
なる(定常状態に立ち上がる)までに要する時間、すな
わち起動時間を短縮することを目的とする。また、その
立ち上がりまでの期間に、出力電圧波形にサージ電圧が
発生しないようにすることも目的とする。さらに、電力
帰還型の直流電源装置の利点である力率の向上と高調波
の発生防止効果等を損なうことなく、電源装置の小型化
及び低価格化を図ることも目的とする。
達成するため、図1に示すように、交流電源1から入力
する交流を整流して直流に変換し、負荷10に供給する
整流回路2と、負荷10の入力側に接続され、負荷10
の入力端子間の電圧が蓄積電圧以下になったときに負荷
10の入力側に電力を供給する電力蓄積回路3と、負荷
10から電力蓄積回路3に電力を帰還する電力帰還回路
5と、起動時に交流電源1または整流回路2から電力蓄
積回路3に電力を供給する電力供給回路4とによって、
直流電源装置6を構成するものである。
流電源1の投入による起動時には、交流電源1または整
流回路2から電力蓄積回路3に電力を供給してその電力
蓄積用のコンデンサを充電させるので、電力蓄積回路3
を速やかに立ち上げて、短時間で負荷10に安定した電
力を供給できるようになり、サージ電圧の発生もなくな
る。
5は、それぞれ図2乃至図6に示すように構成すること
ができるが、それらについては次の発明の実施の形態の
項で詳述する。
付図面に基づいて具体的に説明する。図2乃至図6は、
それぞれこの発明の第1乃至第5の実施形態(それぞれ
請求項2乃至6に対応する)を示す直流電源装置の回路
図であり、図9及び図10と対応する部分には同一の符
号を付してある。
の実施形態について、図1と対応させて説明する。この
直流電源装置では、交流電源1から入力する交流を全波
整流するダイオードブリッジ(整流回路と同じ符号2を
付す)が、図1における整流回路2を構成している。こ
の点は以下に説明する全ての実施形態に共通である。
出力端子aにカソードが接続された第1のダイオードD
1と、その第1のダイオードD1のアノードに一端が接
続され、ダイオードブリッジ2の負側出力端子bに他端
が接続されたコンデンサ(電解コンデンサ)C1とによ
って、図1における電力蓄積回路3を構成している。
サC1の両端子にそれぞれ導通する電力帰還端子f−
f′間に電力を帰還する回路であり、負荷10との接続
部の図示を省略しているが、負荷10としては前述のよ
うに供給された電力の一部を帰還できるものであれば種
々の回路を接続でき、図9に示したようなDC−DCコ
ンバータと電力帰還用のチョークトランスとからなる回
路を用いることができる。
端子aと第1のダイオードD1とコンデンサC1との接
続点eとの間に、正側出力端子aから接続点eに電流を
流す向きに接続した第2のダイオードD2と抵抗R1と
の直列回路によって、図1における電力供給回路4を構
成している。この第2のダイオードD2と抵抗1の位置
を入れ換えても差し支えない。
示した第1の実施の形態の作用について説明する。図7
は、この直流電源装置の安定状態での各部の電流または
電圧の波形を示し、(a)は交流電源1の出力電圧波
形、(b)はダイオードブリッジ2の出力電圧波形、
(c)は負荷10の入力電圧波形、(d)は交流電源1
の出力電流波形をそれぞれ示す。
端子f−f′間に電力が帰還されて生じるコンデンサC
1の蓄積電圧が、図7の(b)および(c)に示すV1
の値であるとする。しかし、起動時においてはこの電力
帰還端子f−f′間への電力の帰還はまだ不十分であ
り、コンデンサC1の蓄積電圧はV1よりはるかに小さ
い値である。このときに、電圧V1よりわずかに小さい
値である電圧V2を、ダイオードブリッジ2から第2の
ダイオードD2と抵抗R1の直列回路を介して電力帰還
端子f−f′間に印加することによって、短時間でその
コンデンサC1を充電するようにしている。
荷10から電力帰還端子f−f′間には電力帰還がまだ
なされておらず、コンデンサC1は充電されていない。
そして、ダイオードブリッジ2によって全波整流された
出力端子a−b間の図7の(b)に示す電圧が、第2の
ダイオードD2および抵抗R1を介して電力帰還端子f
−f′間に印加され、コンデンサC1を充電する。
び(c)に示すV2になるように、抵抗R1の抵抗値を
予め設定する。また、第1のダイオードD1はコンデン
サC1の充電を阻止する向きに接続されているので、こ
のときダイオードブリッジ2の出力電圧により第1のダ
イオードD1を介してコンデンサC1が充電されること
はない。
がピーク値を過ぎてその電圧がV2以下になってくる
と、コンデンサC1から第1のダイオードD1を介して
負荷10の入力端子に放電電流が流れる。このことは、
定常状態において負荷10の入力端子に第1のダイオー
ドD1を介して蓄積電力を供給することと同様のことで
あり、交流電源1の投入と同時にあたかも定常状態での
電力帰還が作用しているような状態となる。それによっ
て、電源装置の起動時間を短縮することになる。
えば、コンデンサC1は負荷10から電力帰還端子f−
f′への帰還電力によって、電圧がV2より高い電圧V
1に充電されるので、第2のダイオードD2を介しての
充電電流は流れなくなる。したがって抵抗R1による電
力の損失も生じない。また、図7の(d)に示すよう
に、交流電源1の出力電流波形のピーク値も低く、ダイ
オードブリッジ2からの出力電流の力率に影響を与える
こともない。
おける電源起動時の負荷10の出力電圧波形を示し、
(b)は交流入力電流波形を示す。この実験によれば、
図11に示した従来例の場合と比較して、立ち上がりま
での所要時間は0.6秒に短縮され、またその間にサー
ジ電圧の発生はみられなかった。
の実施形態を図3によって説明する。この図3に示す実
施形態において、図2に示した第1の実施形態と相違す
るのは、図1における電力供給回路4として、ダイオー
ドブリッジ2の出力端子a,b間に入力端子が接続さ
れ、出力電圧を電力蓄積回路のコンデンサC1の端子間
(電力帰還端子はf−f′間)に印加するシリーズレギ
ュレータ7に代えた点のみである。
実施形態による直流電源装置と同様に動作し、起動時に
ダイオードブリッジ2の出力電圧をシリーズレギュレー
タ7で調整した電圧V2によってコンデンサC1を充電
することができ、起動時間を短縮することができる。そ
して、負荷10が安定状態になってしまえば、コンデン
サC1は負荷10から電力帰還端子f−f′に帰還され
る電力によって電圧V2より高い電圧V1に充電される
ので、シリーズレギュレータ7の出力電流は流れなくな
り、制御トランジスタなどによる電力損失は生じない。
の実施形態を図4によって説明する。この図4に示す実
施形態において、図2に示した第1の実施形態と相違す
るのは、図1における電力供給回路4として、第2のダ
イオードD2と抵抗R1との直列回路を、ダイオードブ
リッジ2の一方の入力端子gと第1のダイオードD1と
コンデンサC1との接続点eとの間に、第2のダイオー
ドD2を一方の入力端子gから接続点eに電流を流す向
きにして接続した点のみである。この場合も、抵抗R1
と第2のダイオードD2との位置を入れ換えても差し支
えない。
にダイオードブリッジ2の出力端子a,b間の全波整流
された電圧によって、第2のダイオードD2と抵抗R1
との直列回路を介してコンデンサC1を充電するもので
あった。図4に示すこの第3の実施形態では、交流電源
1の一方の端子とダイオードブリッジ2の一方の負側出
力端子bとの間に得られる半波整流された電圧によっ
て、起動時に第2のダイオードD2と抵抗R1の直列回
路を介して蓄積回路のコンデンサC1を充電しようとす
るものである。
f−f′には負荷10による電力帰還がまだなされず、
コンデンサC1は充電されていない。そして、交流電源
1からの電圧がダイオードブリッジ2の一辺で半波整流
されて、第2のダイオードD2と抵抗R1の直列回路を
介してコンデンサC1を充電する。
(c)に示したV2になるように、抵抗R1の抵抗値を
予め設定しておく。そして、ダイオードブリッジ2から
の出力電圧がその谷間にさしかかって負荷10への供給
電圧がV2以下になると、コンデンサC1から第1のダ
イオードD1を介して負荷10の入力端子に放電電流が
流れる。すなわち、蓄積電力を負荷10に供給する。
えば、コンデンサC1は負荷10から電力帰還端子f−
f′に帰還される電力によって、電圧V2より高い電圧
V1に充電されるので、第2のダイオードD2は非導通
状態になり、抵抗R1を介してコンデンサC1に充電電
流は流れなくなり、抵抗R1による電力の損失は発生せ
ず、ダイオードブリッジ2からの出力電流の力率に影響
を与えることもない。
の実施形態を図5によって説明する。この図5に示す実
施形態においては、これまでに説明した各実施形態の電
力蓄積回路3に対して、その第1のダイオードD1とコ
ンデンサC1の位置を入れ換え、それに伴って図2にお
いて電力供給回路4を構成した第2のダイオードD2と
抵抗R1の接続位置を変更したものであり、その他の構
成及び作用・効果は上述の各実施形態と同様である。
は、ダイオードブリッジ2の負側出力端子bにアノード
が接続された第1のダイオードD1と、その第1のダイ
オードD1のカソードに一端が接続され、ダイオードブ
リッジ2の正側出力端子aに他端が接続されたコンデン
サC1とによって図1における電力蓄積回路3を構成
し、そのコンデンサC1の両端子にそれぞれ導通する帰
還端子f,f′を設けている。
サC1との接続点e′とダイオードブリッジ2の負側出
力端子bとの間に、接続点e′から負側出力端子bに電
流を流す向きに接続した第2のダイオードD2と抵抗R
1との直列回路によって、図1における電力供給回路4
を構成している。この第2のダイオードD2と抵抗R1
の位置を入れ替えても差し支えない。
の実施形態を図6によって説明する。この図6に示す実
施形態において、上述の第4の実施形態と相違するの
は、電力供給回路4として、第2のダイオードD2と抵
抗R1との直列回路に代えて、図3に示した第2の実施
形態と同様に、ダイオードブリッジ2の出力端子a,b
間に入力端子を接続し、出力電圧をコンデンサC1の端
子間(帰還端子f−f′間)に印加するシリーズレギュ
レータ7を設けた点のみである。この構成によっても、
前述した第2の実施形態による直流電源装置と同じ作用
・効果を得ることができる。
施形態において、電力供給回路の抵抗R1を定電圧ダイ
オードまたはバリスタの抵抗とし、それによって起動時
の充電電圧V2を設定するようにしてもよい。また、図
1における整流回路2は、上述した各実施形態における
ダイオードブリッジに限るものではなく、半波整流回路
や倍電圧整流回路等を用いることもできる。
れば、電力帰還型の直流電源装置としての入力電流の導
通角及び力率の改善並びに高調波の発生を防ぐ効果に影
響を与えることなく、起動時間を大幅に短縮することが
でき、且つその立ち上がりまでの期間中にサージ電圧が
発生することもなくなる。したがって、起動時間が短く
高性能な直流電源装置の小型化及び低価格化を図ること
ができる。
ブロック図である。
の回路図である。
の回路図である。
の回路図である。
の回路図である。
の回路図である。
び電流波形を示す波形図である。
電圧と交流入力電流の波形図である。
回路図である。
力電圧と交流入力電流の波形図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 交流電源(1)から入力する交流を整流
して直流に変換し、負荷(10)に供給する整流回路
(2)と、 前記負荷(10)の入力側に接続され、前記負荷(1
0)の入力端子間の電圧が蓄積電圧以下になったときに
前記負荷(10)の入力側に電力を供給する電力蓄積回
路(3)と、 前記負荷(10)から前記電力蓄積回路(3)に電力を
帰還する電力帰還回路(5)と、 起動時に前記交流電源(1)または前記整流回路(2)
から前記電力蓄積回路(3)に電力を供給する電力供給
回路(4)と、 を備えたことを特徴とする直流電源装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の直流電源装置において、 前記整流回路(2)が、前記交流電源(1)から入力す
る交流を全波整流するダイオードブリッジ(2)であ
り、 前記電力蓄積回路(3)が、前記ダイオードブリッジ
(2)の正側端子(a)にカソードが接続された第1の
ダイオード(D1)と、該第1のダイオード(D1)の
アノードに一端が接続され前記ダイオードブリッジ
(2)の負側端子(b)に他端が接続されたコンデンサ
(C1)とからなり、 前記電力帰還回路(5)が、前記負荷(10)から前記
コンデンサ(C1)の端子間に電力を帰還する回路であ
り、 前記電力供給回路(4)が、前記ダイオードブリッジ
(2)の正側端子(a)と前記第1のダイオード(D
1)と前記コンデンサ(C1)との接続点との間に、前
記正側端子(a)から前記接続点に電流を流す向きに接
続した第2のダイオード(D2)と抵抗(R1)との直
列回路である、 ことを特徴とする直流電源装置。 - 【請求項3】 請求項1記載の直流電源装置において、 前記整流回路(2)が、前記交流電源(1)から入力す
る交流を全波整流するダイオードブリッジ(2)であ
り、 前記電力蓄積回路(3)が、前記ダイオードブリッジ
(2)の正側端子(a)にカソードが接続された第1の
ダイオード(D1)と、該第1のダイオード(D1)の
アノードに一端が接続され前記ダイオードブリッジ
(2)の負側端子(b)に他端が接続されたコンデンサ
(C1)とからなり、 前記電力帰還回路(5)が、前記負荷(10)から前記
コンデンサ(C1)の端子間に電力を帰還する回路であ
り、 前記電力供給回路(4)が、前記ダイオードブリッジ
(2)の出力端子(a,b)間に入力端子が接続され、
出力電圧を前記コンデンサ(C1)の端子間に印加する
シリーズレギュレータ(7)である、 ことを特徴とする直流電源装置。 - 【請求項4】 請求項1記載の直流電源装置において、 前記整流回路(2)が、前記交流電源(1)から入力す
る交流を全波整流するダイオードブリッジ(2)であ
り、 前記電力蓄積回路(3)が、前記ダイオードブリッジ
(2)の正側端子(a)にカソードが接続された第1の
ダイオード(D1)と、該第1のダイオード(D1)の
アノードに一端が接続され前記ダイオードブリッジ
(2)の負側端子(b)に他端が接続されたコンデンサ
(C1)とからなり、 前記電力帰還回路(5)が、前記負荷(10)から前記
コンデンサ(C1)の端子間に電力を帰還する回路であ
り、 前記電力供給回路(4)が、前記ダイオードブリッジ
(2)の一方の入力端子と前記第1のダイオード(D
1)と前記コンデンサ(C1)との接続点との間に、前
記一方の入力端子から前記接続点に電流を流す向きに接
続した第2のダイオード(D2)と抵抗(R1)との直
列回路である、 ことを特徴とする直流電源装置。 - 【請求項5】 請求項1記載の直流電源装置において、 前記整流回路(2)が、前記交流電源(1)から入力す
る交流を全波整流するダイオードブリッジ(2)であ
り、 前記電力蓄積回路(3)が、前記ダイオードブリッジ
(2)の負側端子(b)にアノードが接続された第1の
ダイオード(D1)と、該第1のダイオード(D1)の
カソードに一端が接続され前記ダイオードブリッジ
(2)の正側端子(a)に他端が接続されたコンデンサ
(C1)とからなり、 前記電力帰還回路(5)が、前記負荷(10)から前記
コンデンサ(C1)の端子間に電力を帰還する回路であ
り、 前記電力供給回路(4)が、前記第1のダイオード(D
1)と前記コンデンサ(C1)との接続点と前記ダイオ
ードブリッジ(2)の負側端子(b)との間に、前記接
続点から前記負側端子(b)に電流を流す向きに接続し
た第2のダイオード(D2)と抵抗(R1)との直列回
路である、 ことを特徴とする直流電源装置。 - 【請求項6】 請求項1記載の直流電源装置において、 前記整流回路(2)が、前記交流電源(1)から入力す
る交流を全波整流するダイオードブリッジ(2)であ
り、 前記電力蓄積回路(3)が、前記ダイオードブリッジ
(2)の負側端子(b)にアノードが接続された第1の
ダイオード(D1)と、該第1のダイオード(D1)の
カソードに一端が接続され前記ダイオードブリッジ
(2)の正側端子(a)に他端が接続されたコンデンサ
(C1)とからなり、 前記電力帰還回路(5)が、前記負荷(10)から前記
コンデンサ(C1)の端子間に電力を帰還する回路であ
り、 前記電力供給回路(4)が、前記ダイオードブリッジ
(2)の出力端子(a,b)間に入力端子が接続され、
出力電圧を前記コンデンサ(C1)の端子間に印加する
シリーズレギュレータ(7)である、 ことを特徴とする直流電源装置。 - 【請求項7】 前記抵抗(R1)が定電圧ダイオード又
はバリスタである、請求項2、4、5のいずれか一項に
記載の直流電源装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25327995A JP3590160B2 (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 直流電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25327995A JP3590160B2 (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 直流電源装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0998576A true JPH0998576A (ja) | 1997-04-08 |
JP3590160B2 JP3590160B2 (ja) | 2004-11-17 |
Family
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