JPH11127577A - Dc/dcコンバータ装置 - Google Patents

Dc/dcコンバータ装置

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JPH11127577A
JPH11127577A JP30918797A JP30918797A JPH11127577A JP H11127577 A JPH11127577 A JP H11127577A JP 30918797 A JP30918797 A JP 30918797A JP 30918797 A JP30918797 A JP 30918797A JP H11127577 A JPH11127577 A JP H11127577A
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JP
Japan
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diode
pulse transformer
capacitor
voltage
inductance element
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JP30918797A
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Hidefumi Ueda
英史 上田
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電圧の異なる直流出力電圧源が作れ、その負
荷を大きくしても発生ロスの小さいDC/DCコンバー
タ装置を提供する。 【解決手段】 フライバック方式DC/DCコンバータ
装置において、第2のダイオード8と、該第2のダイオ
ード8に直列接続された定電圧手段と、前記第2のダイ
オードと該定電圧手段との直列接続体の一端を該第1の
ダイオードのアノード側に接続し、前記第2のダイオー
ド8と定電圧手段との該直列接続体の他端と前記パルス
トランスの2次側巻線の前記一端と第1のコンデンサ7
との接続点に接続されたインダクタンス素子10と、該
第2のダイオード8と該定電圧手段との直列接続体と該
インダクタンス素子10との接続点においてアノード側
を接続された第3のダイオード11と、該インダクタン
ス素子10と該パルストランスの2次側巻線の前記他端
との接続点と該第3のダイオードのカソード側との間に
接続された第2のコンデンサ12とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体スイッチン
グ素子を使用したDC/DCコンバータ装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】図5は特公平7−83594に記載され
た従来のDC/DCコンバータ装置の構成を示してい
る。図5において101は1次側直流電源、102
(a)はトランスの1次側巻線、102(b)はトラン
スの2次側巻線、103は主トランジスタ、104は第
1のダイオード、105は第2のダイオード、106は
第1のコンデンサ、107は第2のコンデンサ、108
は制御回路、109は第1のツェナーダイオード、11
0は第2のツェナーダイオード、111は第1の負荷、
112は第2の負荷、113は可変抵抗、114および
115は抵抗を示している。制御回路108は主トラン
ジスタ103をオン・オフ制御することによりトランス
102(a)の1次側巻線に流れる電流を断続し、トラ
ンス102(b)の2次側巻線に誘起電圧を発生させ
る。第1のダイオード104、第2のダイオード10
5、および第1のコンデンサ106、第2のコンデンサ
107はその誘起電圧を整流平滑しOUT1に所定の正
の直流電圧を発生させる。これにより第1の負荷111
および第1のツェナーダイオード109を介して負荷電
流IL1が流れる。このことよりB点の電位は負の定電
圧即ち第1のツェナーダイオード109のツェナー電圧
となる。また抵抗115を通して第2のツェナーダイオ
ード110にツェナー電流が流れ、C点の電位が正の定
電圧即ち第2のツェナーダイオード110のツェナー電
圧となる。したがって端子OUT2にはB点〜C点間の
電位差の可変抵抗113による分圧値に相当する電圧が
生じる。これによりトランスの2次側巻線から電圧値の
異なる2つの直流出力電圧源を作り出している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで前記従来の構
成である図5においては、パルストランスの2次側巻線
から電圧値の異なる2つの直流出力電圧源を作り出すた
めに抵抗による降下電圧やツェナーダイオードによる降
下電圧を直接に利用しているので、直流出力電圧源の負
荷が大きくなると元来大きかった前記降下電圧分から発
生するロスはさらに大きなものとなるので、直流出力電
圧源の負荷を大きくとれないという問題があった。そこ
で本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、パルス
トランスの2次側巻線から電圧値の異なる直流出力電圧
源を同時に作り、直流出力電圧源の負荷を大きくとれ、
しかも発生するロスを押さえたDC/DCコンバータ装
置を提供することを目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記問題を解決するため
本発明は、直流電源の正極側に1次側巻線の一端を接続
されたパルストランスと、該パルストランスの1次側巻
線の他端と前記直流電源の負極側との間に接続された半
導体スイッチング素子と、該パルストランスの2次側巻
線の一端にアノード側を接続された第1のダイオード
と、該第1のダイオードのカソード側と該パルストラン
スの2次側巻線の他端との間に接続された第1のコンデ
ンサと、該第1のコンデンサの端子間電圧を所定の電圧
値になるよう該半導体スイッチング素子のオン・オフ比
率をコントロールする制御回路とを備えたフライバック
方式DC/DCコンバータ装置において、第2のダイオ
ードと、該第2のダイオードに直列接続された定電圧手
段と、前記第2のダイオードと該定電圧手段との直列接
続体の一端を該第1のダイオードのアノード側に接続
し、前記第2のダイオードと定電圧手段との該直列接続
体の他端と前記パルストランスの2次側巻線の前記一端
と第1のコンデンサとの接続点に接続されたインダクタ
ンス素子と、該第2のダイオードと該定電圧手段との直
列接続体と該インダクタンス素子との接続点においてア
ノード側を接続された第3のダイオードと、該インダク
タンス素子と該パルストランスの2次側巻線の前記他端
との接続点と該第3のダイオードのカソード側との間に
接続された第2のコンデンサとを備えるものである。ま
た、前記フライバック方式DC/DCコンバータ装置に
おいて、半導体スイッチング素子の一端を直流電源の正
極側に接続し該半導体スイッチング素子の他端をパルス
トランスの1次側巻線の一端に接続した前記半導体スイ
ッチング素子と、該パルストランスの1次側巻線の他端
と前記直流電源の負極側との間に接続された第3のコン
デンサと、前記半導体スイッチング素子と前記パルスト
ランスの1次側巻線との接続点にカソードを接続されア
ノードは該1次側直流電源の負極側に接続された第4の
ダイオードとを備えるものである。
【0005】請求項1記載の構成において、フライバッ
ク方式DC/DCコンバータ装置は、半導体スイッチン
グ素子のオン時に1次側直流電源から供給されたエネル
ギーをパルストランス内部において磁気エネルギーとし
て蓄え、この蓄えた磁気エネルギーを半導体スイッチン
グ素子のオフ時にパルストランスの各2次側巻線と各ダ
イオードと各コンデンサとにより構成される各2次側直
流出力電圧源に放電する。ここで各2次側直流出力電圧
源のうちどれか1つの電圧値を直接にコントロールすれ
ば、他の2次側直流出力電圧源もパルストランスの各2
次側巻線数に対応した電圧値となるよう間接的にコント
ロールされる。このようにして請求項1記載の構成にお
ける第1のコンデンサの端子間電圧は、直接にあるいは
間接的に制御されて所定の電圧値となっている。ここで
1次側直流電源の電圧値をV1,パルストランスの1次
側巻線数をN1、第1のコンデンサに対応したパルスト
ランスの2次側巻線数をN2とすると、半導体スイッチ
ング素子のオン時にパルストランスの2次側巻線間にお
いて、V2on(=V1×N2/N1)の電圧が発生す
る。この電圧V2onによりインダクタンス素子、定電
圧回路(定電圧値をVcontとする)、第2のダイオ
ードへと流れる電流ILが発生する。そうして半導体ス
イッチング素子がオフする直前のこの電流値をILpと
し、インダクタンス素子のインダクタンス値をLとする
と、半導体スイッチング素子のオン期間中(オン時間を
Tonとする)においてインダクタンス素子の内部に磁
気エネルギー
【0006】(1/2)×L×ILp×ILp=(1/
2)×ILp×(V2on−Vcont)×Ton が蓄えられることになる。また半導体スイッチング素子
のオン期間中に定電圧回路内において発生するロスは (1/2)×ILp×Vcont×Ton となるが、VcontがV2onに比較し十分に小さい
ので、このロスはインダクタンス素子内部に蓄えられた
磁気エネルギーに比較し十分に小さな値となる。また当
然のことであるがこの磁気エネルギーはパルストランス
を介して1次側直流電源より供給されている。半導体ス
イッチング素子がオフするとパルストランスの内部に蓄
えられた磁気エネルギーの各2次側直流電圧源への放電
が開始される。この放電期間中、パルストランスの各2
次側巻線間電圧はそれぞれに所定の電圧値に維持され
る。請求項1記載の構成における第1のコンデンサの端
子間電圧(この電圧値をVcとする)に対応したパルス
トランスの2次側巻線電圧値V2offは、第1のダイ
オードの順電圧をVf1とすると、V2off=Vc+
Vf1 となっている。
【0007】半導体スイッチング素子のオン期間中に蓄
えられたインダクタンス素子内部の磁気エネルギーも、
前記放電期間中において放電される。このインダクタン
ス素子内部の磁気エネルギーの放電は、インダクタンス
素子を流れる電流ILによりこの電流ILの供給を受け
ている部分に対し行われる。この放電の際のインダクタ
ンス素子の端子間電圧値VLは請求項1記載の構成にお
ける第2のダイオードの順電圧をVf2とするとVL=
V2off+Vcont+Vf2 となっている。これ
により第2のコンデンサの端子間電圧Voutは、第3
のダイオードの順電圧をVf3とすると
【0008】 Vout=VL−Vf3 =(V2off+Vcont+Vf2)−Vf3 =V2off+Vcont+Vf2−Vf3 =(Vc+Vf1)+Vcont+Vf2−Vf3 =Vc+Vf1+Vcont+Vf2−Vf3 ここでVf1、Vf2、Vf3とは、ほぼ等しいことか
らこれをまとめてVfとおくと Vout=Vc+Vcont+Vf (1) となる。第2のコンデンサの端子間電圧値が式(1)記
載の電圧値より低くなればインダクタンス素子を流れる
電流ILによりすぐに充電が行われ(この場合、放電期
間中は定電圧回路内でのロスは発生しない)、逆に第2
のコンデンサの端子間電圧値が式(1)記載の電圧値よ
り高くなればインダクタンス素子を流れる電流ILから
の充電はストップし、この際のインダクタンス素子内部
の磁気エネルギー放電は第1のコンデンサに対してか、
あるいはパルストランスを介して他の2次側直流出力電
圧源に対して行われる(この場合、放電期間中は定電圧
回路内で1部ロスは発生するがその量は少なく、また第
1のコンデンサを直流電源とする負荷の大小とはまった
く無関係である)。従って第2のコンデンサの端子間電
圧値は式(1)記載の電圧値に維持されることになり第
1のコンデンサの端子間電圧値Vcよりも(Vcont
+Vf)だけ高い直流出力電圧源が作り出せることにな
る。従って第1のコンデンサによる直流出力電圧源に対
しては負荷の制約がなく、また定電圧回路内において発
生するロスも少なく押さえられている。
【0009】また請求項2記載の構成におけるフライバ
ック方式DC/DCコンバータ装置は、半導体スイッチ
ング素子のオン時にパルストランス1次側巻線を流れる
電流が第3のコンデンサを充電しかつ1次側直流電源か
ら供給されたエネルギーをパルストランス内部において
磁気エネルギーとして蓄え、この蓄えた磁気エネルギー
を半導体スイッチング素子のオフ時にパルストランスの
各2次側巻線と各ダイオードと各コンデンサとにより構
成される各2次側直流出力電圧源および第3のコンデン
サに放電する。ここで第3のコンデンサの端子間電圧値
をコントロールすれば、各2次側直流出力電圧源もパル
ストランスの各2次側巻線数に対応した電圧値となるよ
う間接的にコントロールされる。このようにして請求項
2記載の構成における第1のコンデンサの端子間電圧
は、間接的に制御されて所定の電圧値となっている。こ
こで1次側直流電源の電圧値をV1,パルストランスの
1次側巻線数をN1、第1のコンデンサに対応した2次
側巻線数をN2、第3のコンデンサの端子間電圧値をV
0とすると半導体スイッチング素子のオン時にパルスト
ランスの2次側巻線間において、 V2on’=(V1−V0)×N2/N1 の電圧が発生する。この電圧V2on’によりインダク
タンス素子、定電圧回路、第2のダイオードへと流れる
電流ILが発生する。そうして半導体スイッチング素子
がオフする直前のこの電流値をILpとし、インダクタ
ンス素子のインダクタンス値をLとすると、半導体スイ
ッチング素子のオン期間中でインダクタンス素子の内部
に磁気エネルギー(1/2×L×ILp×ILp)が蓄
えられることになる。半導体スイッチング素子のオフ時
にこの磁気エネルギーの放電により第2のコンデンサの
端子間電圧を作り出す方法は請求項1記載の場合と同様
である。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。本発明の第1の実施例の構成を図1に示
す。図1において1は1次側高圧直流電源、2はパルス
トランス1次側巻線、3はMOS−FETトランジス
タ、4はMOS−FETトランジスタのゲート駆動用抵
抗、5はパルストランスの2次側巻線、6は第1のダイ
オード、7は第1のコンデンサ、8は第2のダイオー
ド、9はツェナーダイオード、10はインダクタンス素
子、11は第3のダイオード、12は第2のコンデン
サ、13は第1のコンデンサ7の端子間電圧検出回路、
14はコンデンサ7の端子間電圧が所定の電圧値となる
ようにMOS−FETトランジスタ3のオン・オフ時間
を制御する制御回路である。
【0011】次に動作を説明する。MOS−FETトラ
ンジスタ3のオン時に1次側高圧直流電源1からパルス
トランス1次側巻線2に供給された1次側電流からこれ
をパルストランス内部において磁気エネルギーとして蓄
え、この蓄えた磁気エネルギーをMOS−FETトラン
ジスタ3のオフ時にパルストランスの2次側巻線5と第
1のダイオード6を流れる2次側電流により第1のコン
デンサ7に放電している。ここで第1のコンデンサ7の
端子間電圧は制御回路14がMOS−FETトランジス
タ3のオン・オフ時間をコントロールすることで所定の
電圧値(これをVcとする)に維持されている。つまり
電圧値が低くなればMOS−FETトランジスタ3のオ
ン時間を長くし、逆に電圧値が高くなればオン時間を短
くすることで、第1のコンデンサ7に放電される前記磁
気エネルギー量をコントロールしている。ここで図2に
示すように1次側高圧直流電源1の電圧値をV1,パル
ストランスの1次側巻線2の巻線数をN1、パルストラ
ンスの2次側巻線5の巻線数をN2とすると、MOS−
FETトランジスタ3のオン時にパルストランスの2次
側巻線間において、V2on(=V1×N2/N1)の
電圧が発生する。この電圧V2onによりインダクタン
ス素子10、ツェナーダイオード9(ツェナー電圧をV
contとする)、第2のダイオード8へと流れる電流
ILが発生する。そうしてMOS−FETトランジスタ
3がオフする直前のこの電流値をILpとし、インダク
タンス素子10のインダクタンス値をLとすると、MO
S−FETトランジスタ3のオン期間中(オン時間をT
onとする)においてインダクタンス素子10の内部に
磁気エネルギー
【0012】 (1/2)×L×ILp×ILp=(1/2)×ILp
×(V2on−Vcont)×Ton が蓄えられることになる。またMOS−FETトランジ
スタ3のオン期間中にツェナーダイオード9内において
発生するロスは (1/2)×ILp×Vcont×Ton となるが、VcontはV2onに比較し十分に小さい
値に設定されているので、このロスはインダクタンス素
子内部に蓄えられた磁気エネルギーに比較し十分に小さ
な値となる。MOS−FETトランジスタ3がオフする
とパルストランスの内部に蓄えられた磁気エネルギーの
第1のコンデンサ7への放電が開始される。この放電期
間中、パルストランスの2次側巻線5において発生する
電圧は所定の電圧値(V2off)に維持される。この
電圧値V2offは、第1のダイオード6の順電圧をV
f1とすると、V2off=Vc+Vf1 となってい
る。MOS−FETトランジスタ3のオン期間中に蓄え
られたインダクタンス素子10内部の磁気エネルギー
も、前記放電期間中において放電される。このインダク
タンス素子10内部の磁気エネルギーの放電は、インダ
クタンス素子10を流れる電流ILによりこの電流IL
の供給を受けている部分に対し行われる。この放電の際
のインダクタンス素子10の端子間電圧値VLは第2の
ダイオード8の順電圧をVf2とするとVL=V2of
f+Vcont+Vf2 となっている。これにより第
2のコンデンサ12の端子間電圧Voutは、第3のダ
イオード11の順電圧をVf3とすると
【0013】 Vout=VL−Vf3 =(V2off+Vcont+Vf2)−Vf3 =V2off+Vcont+Vf2−Vf3 =(Vc+Vf1)+Vcont+Vf2−Vf3 =Vc+Vf1+Vcont+Vf2−Vf3 ここでVf1、Vf2、Vf3とは、ほぼ等しいことか
らこれをまとめてVfとおくと Vout=Vc+Vcont+Vf となる。第2のコンデンサ12の端子間電圧値が前記V
outより低くなればインダクタンス素子10を流れる
電流ILによりすぐに充電(図2中の充電ルート1によ
る)が行われ(この場合ツェナーダイオード9内におい
てロスは発生しない)、逆に第2のコンデンサ12の端
子間電圧値がVoutより高くなればインダクタンス素
子を流れる電流ILからの充電はストップし、この際の
インダクタンス素子内部の磁気エネルギー放電は第1の
コンデンサ7(図2中の充電ルート2による)に対して
行われる(この場合、放電エネルギーの1部がツェナー
ダイオード9内でのロスとなる)。従って第2のコンデ
ンサ12の端子間電圧値はVoutに維持されることに
なり、第1のコンデンサ7の端子間電圧値Vcよりも
(Vcont+Vf)だけ高い直流出力電圧源が作り出
せることになる。
【0014】次に本発明の第2の実施例の構成を図3に
示す。図3において1は1次側高圧直流電源、2はパル
ストランス1次側巻線、3はMOS−FETトランジス
タ、4はMOS−FETトランジスタのゲート駆動用抵
抗、5はパルストランスの2次側巻線、6は第1のダイ
オード、7は第1のコンデンサ、8は第2のダイオー
ド、9はツェナーダイオード、10はインダクタンス素
子、11は第3のダイオード、12は第2のコンデン
サ、13aは第3のコンデンサ15の端子間電圧検出回
路、14はコンデンサ15の端子間電圧が所定の電圧値
となるようにMOS−FETトランジスタ3のオン・オ
フ時間を制御する制御回路、15は第3のコンデンサ、
16は第4のダイオードである。 MOS−FETトラ
ンジスタ3のオン時にパルストランス1次側巻線2を流
れる電流が第3のコンデンサ15を充電(図4中の充電
ルート1)し、かつこの電流により1次側高圧直流電源
1から供給されたエネルギーをパルストランス内部にお
いて磁気エネルギーとして蓄え、この蓄えた磁気エネル
ギーをMOS−FETトランジスタ3のオフ時にパルス
トランスの2次側巻線5と第1のダイオード6とを流れ
る2次側電流により第1のコンデンサ7に放電(図4中
の充電ルート2)し、かつパルストランスの1次側巻線
2と第4のダイオード16とを流れる電流により第3の
コンデンサ15に放電(図4中の充電ルート3)する。
ここで第3のコンデンサ15の端子間電圧を所定の電圧
値となるようにコントロールすれば、2次側直流出力電
圧源となる第1のコンデンサ7の端子間電圧値もパルス
トランスの2次側巻線5の巻線数に対応した電圧値とな
るよう間接的にコントロールされる。このようにして第
1のコンデンサ7の端子間電圧は、間接的に制御されて
所定の電圧値となっている。ここで1次側高圧直流電源
1の電圧値をV1,パルストランスの1次側巻線2の巻
線数をN1、パルストランスの2次側巻線5の巻線数を
N2、第3のコンデンサ15の端子間電圧値をV0とす
るとMOS−FETトランジスタ3のオン時にパルスト
ランスの2次側巻線5の巻線間において、
【0015】V2on’=(V1−V0)×N2/N1 の電圧が発生する。この電圧V2on’によりインダク
タンス素子10、ツェナーダイオード9、第2のダイオ
ード8へと流れる電流ILが発生する。そうしてMOS
−FETトランジスタ3がオフする直前のこの電流値を
ILpとし、インダクタンス素子10のインダクタンス
値をLとすると、MOS−FETトランジスタ3のオン
期間中においてインダクタンス素子10の内部に磁気エ
ネルギー(1/2×L×ILp×ILp)が蓄えられる
ことになる。MOS−FETトランジスタ3のオフ時に
このインダクタンス素子10に蓄えられた磁気エネルギ
ーの放電により第2のコンデンサ12の端子間電圧を作
り出す方法は図1の構成例と同様である。
【0016】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、パル
ストランスの2次側巻線から電圧値の異なる直流出力電
圧源を同時に作り出すことができ、しかもその方法とし
てDC/DCコンバータ装置における半導体スイッチン
グ素子のオン時においてインダクタンス素子に蓄えられ
た磁気エネルギーを利用していることでロスを小さく押
さえており、従って前記直流出力電圧源の負荷を大きく
とれるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例におけるDC/DCコ
ンバータ装置の構成図
【図2】 図1の構成において各部動作説明図
【図3】 本発明の第2の実施例におけるDC/DCコ
ンバータ装置の構成図
【図4】 図3の構成において各部動作説明図
【図5】 従来例におけるDC/DCコンバータ装置の
構成図
【符号の説明】 1 直流電源 2 パルストランスの1次側巻線 3 MOSFETトランジスタ 4 MOSFETトランジスタのゲート駆動用抵抗 5 パルストランスの2次側巻線 6、8、11、16 ダイオード 7、12、15 コンデンサ 9 ツェナーダイオード 10 インダクタンス素子 13、13a 電圧検出回路 14 制御回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源の正極側に1次側巻線の一端を
    接続されたパルストランスと、該パルストランスの1次
    側巻線の他端と前記直流電源の負極側との間に接続され
    た半導体スイッチング素子と、該パルストランスの2次
    側巻線の一端にアノード側を接続された第1のダイオー
    ドと、該第1のダイオードのカソード側と該パルストラ
    ンスの2次側巻線の他端との間に接続された第1のコン
    デンサと、該第1のコンデンサの端子間電圧を所定の電
    圧値になるよう該半導体スイッチング素子のオン・オフ
    比率をコントロールする制御回路とを備えたフライバッ
    ク方式DC/DCコンバータ装置において、 第2のダイオードと、該第2のダイオードに直列接続さ
    れた定電圧手段と、前記第2のダイオードと該定電圧手
    段との直列接続体の一端を該第1のダイオードのアノー
    ド側に接続し、前記第2のダイオードと定電圧手段との
    該直列接続体の他端と前記パルストランスの2次側巻線
    の前記一端と第1のコンデンサとの接続点に接続された
    インダクタンス素子と、該第2のダイオードと該定電圧
    手段との直列接続体と該インダクタンス素子との接続点
    においてアノード側を接続された第3のダイオードと、
    該インダクタンス素子と該パルストランスの2次側巻線
    の前記他端との接続点と該第3のダイオードのカソード
    側との間に接続された第2のコンデンサとを備えたこと
    を特徴とするDC/DCコンバータ装置。
  2. 【請求項2】 前記フライバック方式DC/DCコンバ
    ータ装置において、 半導体スイッチング素子の一端を直流電源の正極側に接
    続し該半導体スイッチング素子の他端をパルストランス
    の1次側巻線の一端に接続した前記半導体スイッチング
    素子と、該パルストランスの1次側巻線の他端と前記直
    流電源の負極側との間に接続された第3のコンデンサ
    と、前記半導体スイッチング素子と前記パルストランス
    の1次側巻線との接続点にカソードを接続されアノード
    は該1次側直流電源の負極側に接続された第4のダイオ
    ードとを備えたことを特徴とする請求項1に記載のDC
    /DCコンバータ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005245128A (ja) * 2004-02-26 2005-09-08 Sanken Electric Co Ltd Dc−dcコンバータ
CN102111073A (zh) * 2011-03-17 2011-06-29 浙江工业大学 反激式电压转换电路

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