JPH02211061A - スイツチングレギユレータ - Google Patents

スイツチングレギユレータ

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JPH02211061A
JPH02211061A JP2792489A JP2792489A JPH02211061A JP H02211061 A JPH02211061 A JP H02211061A JP 2792489 A JP2792489 A JP 2792489A JP 2792489 A JP2792489 A JP 2792489A JP H02211061 A JPH02211061 A JP H02211061A
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JP2792489A
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Takeshi Fukuchi
健 福地
Hiroto Oishi
広人 大石
Tsunehide Takahashi
恒秀 高橋
Masahide Nakatani
正秀 中谷
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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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〕 この発明はスイッチングレギュレータに関し、特に交流
電源に対して力率のよいスイッチングレギュレータに関
する。
〔従来の技術〕
最近は直流定電圧電源として、小型軽量で電力効率のよ
いスイッチングレギュレータがよく使用されている。
第7図は、従来のスイッチングレギュレータの一例を示
す回路図である。
交流電源1からの交流電力は、ダイオードブリッジより
なる整流器2で全波整流され、大容量の入力側平滑コン
デンサである電解コンデンサ3により平滑化される。
電解コンデンサ3に充電された直流電力は、変換トラン
ス4の1次巻線Lpとスイッチング素子であるトランジ
スタQとの直列向路に供給され。
高周波のスイッチング周波数(通常50KHz〜200
 KHz)で駆動されているトランジスタQによりオン
・オフされる。
そのため、変換トランス4の2次巻線LSには交流電力
が誘起され、ダイオードD1によって整流された後、チ
ョークCHと大容量のコンデンサC1よりなるチョーク
入力型平滑回路によって平滑化され、出力端子5を介し
て負荷6に出力電圧VQの直流電力を供給する。
ダイオードD2は、トランジスタQがオンの時に磁力と
してチョークCHに蓄積されたエネルギを、オフの時に
コンデンサCIに供給する為のものである。
フィードバック回路は、制御回路11とドライバ12と
パルストランス13および補助電源14とからなり、補
助電源14は交流電源1からの交流電力を直流電力に変
換して制御回路11とドライバ12に供給する。
制御回路11は、出力端子5の出力電圧v□を入力して
予め設定されている基準出力電圧Vsと比較し、その差
信号をドライバ12に出力する。
ドライバ12は、パルス幅変調された所定のスイッチン
グ周波数の駆動信号をパルストランス13を介してトラ
ンジスタQのエミッタ・ベース間に印加し駆動している
が、そのパルス幅(オンデユーテイ比)は制御回路11
から入力する差信号に応じて、出力電圧v□が基準出力
電圧VSよりも高ければ減少、低ければ増大するように
変調されている。
したがって、負荷6に供給される出力電圧VOは基準出
力電圧VSになるように安定化される。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、以上説明したように従来のスイッチング
レギュレータは、その入力側の平滑回路に大容量の電解
コンデンサ3を使ったコンデンサ入力型が採用されてい
るから、交流電源1からの交流電圧の瞬時値が電解コン
デンサ3の端子電圧よりも低い間は電流が流れず、短時
間の高い間だけで必要な全電力が供給されるため、出力
する電力容量に比べて大きな電流が流れることになり、
多くの無効電力が流れて力率が悪い(低い)。
この力率の低さは、モータ等の誘導負荷の場合と異なり
、位相がずれて起るものではないから、進相コンデンサ
等で改善することが出来ない。
また、瞬時に大電流が流れるから、スイッチングレギュ
レータの電力容量の増大にともないフユーズ、サーキッ
トブレーカ、配線あるいは整流器等の容量を大きくしな
ければならず、安全上の問題や他の機器への影響も無視
出来なくなっている。
この瞬時電流が過大になることを防止するため、例えば
特開昭63−107457号公報に見られるように、整
流器の出力段に並列に電流制限インピーダンス素子を介
して平滑コンデンサを接続し。
その平滑コンデンサの充電電圧が整流器の出力電圧より
も高い時にオンになる向きにダイオードを上記電流制限
インピーダンス素子と並列に接続して、平滑コンデンサ
の充電時にその電流を制限するようにしたものがある。
しかしながら、インピーダンス素子として、抵抗を用い
た場合はその損失が大きくなって効率を低下させ、イン
ダクタを用いると大容量のインダクタが必要になって高
価、大型になるという問題点があった。
この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、小型
軽量で電力効率がよいという長所を生かしながら、力率
の改善されたスイッチングレギュレータを提供すること
を目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明は上記の目的を達成するため、上記のようなス
イッチングレギュレータにおいて、入力側平滑回路の商
用周波数(50七〜6〇七)に対応する大容量の電解コ
ンデンサを、スイッチング素子のスイッチング周波数に
対応する比較的小容量のコンデンサに置換えると共に、
変換トランスの2次巻線を2個設けてそれぞれ独立した
第1及び第2の出力回路を備え、それらの出力を合成し
て出力端子に出力するようにし。
第2の2次巻線を、スイッチング素子がオフの間に電力
を出力するフライバック接続としたものである。
または、第2の出力回路の出力側に、その出力電圧が基
準出力電圧vsよりも僅かに低く設定された定電圧回路
を設けたものである。
あるいは、第2の出力回路の出力側に、第1の出力回路
の出力電圧が基準出力電圧VS以上の時はオフ、未満の
時はオンになる機能を有し、その出力電圧が基準出力電
圧vsとほぼ等しく設定された定電圧回路を設けたもの
である。
(作 用〕 この発明は上記のように構成することにより、入力側平
滑コンデンサの端子電圧が大幅に低下するため、交流電
源から電力が供給される時間が長くなり、電流が流れな
い時間が減少すると共に。
各瞬時に流れる電流値が小さくなる。
したがって、小型軽量で電力効率がよいという長所を生
かしながら、力率の改善されたスイッチングレギュレー
タを提供することが出来る。
〔実施例〕
以下、この発明を実施例に基づいて具体的に説明するが
、それに先立って、その基礎となる回路について第5図
によって説明する。
なお、第5図において、第7図に示した従来例と同一部
分には同一符号を付してあり、それらの説明は省略する
この回路例は、入力側平滑回路の平滑コンデンサとして
、従来例の商用周波数に対応する大容量の電解コンデン
サ3の代りに、スイッチング素子であるトランジスタQ
のスイッチング周波数に対応する比較的小容量のコンデ
ンサ7を設けたものであり、それ以外は従来例と同じで
ある。
従来例では、商用周波数を対象に考えていたから、整流
器2にダイオードブリッジよりなる全波整流器を使用し
ても、周波数が100Hz〜12〇七に対応する平滑コ
ンデンサとして1例えば出力容量200W級の場合に1
000μFかそれ以上の電解コンデンサが使用されてい
た。
この発明によれば、原理的には入力側平滑コンデンサが
不要であるが、全くコンデンサを置かない場合にはスイ
ッチング周波数を基本波とするノイズが交流電源側にリ
ークし、電源側に通常市販されているノイズフィルタを
設けても防ぎ切れない。
したがって、この回路側およびこの発明の実施例にはす
べて小容量のコンデンサ7を設けて、ノイズのリークを
防止している。
このコンデンサ7は、100Hz〜120七の周波数を
対象とするものでなく、スイッチング周波数例えば50
KHz〜200 KHzを対象としてノイズを抑える目
的であるから、その取扱う周波数比は500倍以上であ
る。
したがって、200W級の同一出力容量の場合でも、実
験的に10μF以下の比較的小容量のコンデンサで十分
な効果が得られた。
ただし、このコンデンサは高周波領域でも高いQが要求
されるから、電解コンデンサでなく、フィルムコンデン
サ或いは積1セラミックコンデンサ等であることが望ま
しい。
このようなコンデンサを使用しても、従来例に比し容量
が1/100以下と小さいから、入力側平滑コンデンサ
のサイズは小型になる。
第6図は、この回路例と従来例とを比較説明するための
電圧または電流を示す波形図であり、同図(a)は整流
器2が出力する全波整流波形を示している。
第6図(b)は従来例(第7図)の電解コンデンサ3の
端子電圧を、同図(c)は同じくその充電電流を示し1
図から明らかなように、充電時間は短くその瞬時電流値
が大きい。
第6図(d)は従来例から電解コンデンサ3を除いた場
合に整流器2を流れる電流を示し、ノイズとなる高周波
成分が極めて大きいことが分かる。
第6図(a)はこの回路例におけるコンデンサ7の端子
電圧を、同図(f)は整流器2を流れる電流を示す。
スイッチング周波数が高い為に、コンデンサ7は破線で
示した整流波形の電圧まで充電されないうちに放電を開
始し、Ovまで放電し切れないうちに充電が開始される
そのために、コンデンサ7の端子電圧は、整流波形の電
圧がOになる近傍を除いて、交流1′!7N1の電圧絶
対値に近似し、それより低い電圧の波形を示している。
したがって、電流が整流器2を流れる時間が長くなりそ
の瞬時電流値が小さくなると共に、電流の流れない時間
が短くなるから、力率が改善される。
しかしながら、短かくはなっても電流が流れず変換トラ
ンス4の2次側に電力が供給されない時間があるから、
その間は出力電力が出力側の平滑コンデンサC1の放電
により供給されるため、出力電圧voは第6図(g)に
矢示するように部分的な電圧降下が発生する。
以下の実施例は、この部分的な電圧降下の発生を防止し
たものである。
第1図は、この発明の第1実施例を示す回路図であり、
従来例(第7図)および上述した回路例(第5図)と同
一部分には同一符号を付してあり、それらの説明は省略
する。
回路例の入力側回路、フィードバック回路および出力側
回路は、そのままそれぞれこの第1実施例の入力側回路
、フィードバック回路および第1出力回路になっている
変換トランス8には2個の2次巻線が設けられ、第1の
2次巻線L1は回路例(第5図)では2次巻線LSとし
たもので、第1の出力回路の電源になっている。
第2の2次巻線L2は第2の出力回路の電源であり、ダ
イオードD3により片波整流された後、出力側平滑コン
デンサC1に接続されている。
したがって、平滑コンデンサC1は第1.第2の出力回
路によって共有され、第2の出力回路はコンデンサ入力
型である。
2個の2次巻線LL+L2の極性は1例えば第1の2次
巻線L1はフォーワード接続、第2の2次巻線L2はフ
ライバック接続になっているから、電力はトランジスタ
Qがオンの時は第1の出力回路へ、その間に磁力として
変換トランス8に蓄積されたエネルギは、トランジスタ
Qがオフの時に第2の出力回路へそれぞれ供給される。
第1.第2の出力回路の出力電圧は2次巻線L 1 *
 L 2の巻数比によって影響されるが、もし巻数が等
しく出力側平滑コンデンサがそれそn独立にあると仮定
、すると、第1の出力回路はチョーク入力型であり第2
の出力回路はコンデンサ入力型であるから、後者の出力
電圧の方が高い。
また、フライバック接続の巻線に生ずる電力は。
フォーワード接続の巻線に生ずる電力に比べてパルス幅
(デユーティ比)の影響を受は難く、スイッチング周波
数が一定であればほぼ一定の電力が発生している。
したがって、出力電力は常時は主として第1の出力回路
から供給されるが、第6図(g)に示した出力電圧の部
分的な電圧降下が発生した時には、主として第2の出力
回路から供給されて1部分的な電圧降下が抑制される。
この第1実施例は、出力側平滑コンデンサ7の容量が十
分大きく、多少の電圧降下があってもよい場合に実用さ
れ、回路が比較的簡単であるからコストも安い。
第2図は、この発明の第2実施例を示す回路図であり、
第1実施例(第1図)と同一部分には同一符号を付して
いる。
この第2実施例が第1実施例と異なる頂は、第2の出力
回路を直接筒1の出力回路に接続しないで、平滑コンデ
ンサC2からなる独立したコンデンサ入力型平滑回路を
設けると共に、出力電圧が基準出力電圧vSよりも僅か
に低く設定された定電圧回路20を介して第1の出力回
路に接続したことである。
定電圧回路20は1例えば日本電気製μPC317Hの
ようなシリーズ型レギュレータ用のIC21を中心とし
、抵抗R1t R2よりなる分圧器とコンデンサCRと
ダイオードD4とからなる補助回路とによって構成され
、その出力電圧は分圧器の分圧比によって所定の電圧に
調整される。
その定電圧回路としての動作は、既に公知であるから説
明を省略する。
定電圧回路20の出力電圧が基準出力電圧vsより僅か
に低い為に、常時は電力が第1の出力回路から出力され
、第2の出力回路からは出力されないから、その間平滑
コンデンサC2は充分に充電されている。
部分的な電圧降下が発生して出力電圧VOが定電圧回路
20の出力電圧より低下しようとすると、第2の出力回
路から電力が供給され始め、出力電圧VOは定電圧回路
20の出力電圧に保持される。
平滑コンデンサC2の容量と充電電圧は、再び第1の出
力回路から電力が供給され始めるまでの間、定電圧回路
20の出力電圧が維持されるに足るものであればよい。
したがってこの第2実施例では、このスイッチングレギ
ュレータの出力電圧vOはほとんどが基準出力電圧VS
であり、電圧降下が発生している短かい間だけ僅かに低
下するだけであって、その切換時の電圧変化も出力側の
コンデンサC1が大容量であるから極めてスムースであ
るから、実用的に一定電圧と見做すことが出来る。
第3図は、この発明の第3実施例における出力回路の部
分を示す回路図であり、それ以外の電源入力側回路やフ
ィードバック回路等は第2実施例と同じである。
この第3実施例は1図から明らかなように、定電圧回路
24が、例えばサンケン電気製5TR7005のような
制御回路を内蔵したチョッパ用のIC25よりなる降圧
型チョッパを中心とし。
抵抗Rt t R2よりなる分圧器と平滑用のチョーク
CHzとからなる補助回路とによって構成され。
その出力電圧は分圧器の分圧比によって所定の電圧に調
整される。
その定電圧回路としての動作は、既に公知であるから説
明を省略する。
この定電圧回路24の出力電圧も、第2実施例における
定電圧回路20と同様に基準出力電圧VSより僅かに低
く設定されているから、スイッチングレギュレータとし
ての効果は第2笑施例と同じである。
ただし、降圧型チョッパによる定電圧回路は、電流のオ
ン・オフによって定電圧が保持されるため、IC25の
出力側にチョークCH2を設け、出力側平滑コンデンサ
C1と共にチョーク入力型平滑回路を構成すると共に、
抵抗R1+ RZの直列回路よりなり定電圧回路24の
出力電圧を制御する信号を取出す分圧器を、チョークC
H2の出力側に配置している。
そのかわり、第2実施例の定電圧回路20におけるシリ
ーズ型のIC21に比べて電圧降下にともなう電力損失
がなく、全体の電力効率が改善される。
第4図は、この発明の第4実施例を示す回路図であり、
第2及び第3実施例と同一部分には同一符号を付してい
る。
この第4実施例が第2.第3実施例と異なる所は、第2
の出力回路に設けた定電圧回路28がオン・オフ機能を
有するシリーズ型レギュレータ用のIC29を中心とし
て構成され、第1の出力回路の出力電圧に応じてオン・
オフされることである。
定電圧回路28は、IC29を中心とし、抵抗Rt 、
R2よりなる分圧器と可変抵抗VRと定電圧ダイオード
RDとからなる補助回路とによって構成されている。
IC29は5例えばサンケン電気製5TR9000系の
ICのように、型番によって出力電圧が決められていて
、その2番端子とアースとの間に介挿された可変抵抗V
Rの抵抗値によって出力電圧を微調整することが出来、
その出力電圧は基準出力電圧vsとほぼ等しくなるよう
に調整されている。
また、IC29の3番端子が十電位にある時はその出力
がオフ、L°すなわちOvの時は定電圧素子として調整
された出力電圧の電力を出力するオン・オフ機能がある
第1の出力回路は、専用の平滑コンデンサC3とチョー
クCHとからなるチョーク入力型平滑回路を有し、逆流
防止用のダイオードD5を介して出力側平滑コンデンサ
C1に接続されている。
抵抗R1t R2よりなる分圧器は、第1の出力回路の
出力電圧が基準出力電圧Vs(詳しくいえば、さらにダ
イオードD5の電圧降下公約0.6Vを加えた電圧)よ
り僅か下った時に、定電圧ダイオードRDを介してIC
29の3番端子にかかる電圧がOvになるような分圧比
に設定されている。
スイッチングレギュレータの出力端子5から負荷6に出
力される電力は、殆んど第1の出力回路から供給される
が、その出力回路に部分的な電圧降下が発生して平滑コ
ンデンサC3の端子電圧が僅かに下るとIC29がオン
になる。
第1の出力回路が出力している間に第2の出力回路のコ
ンデンサC2に蓄積されていた電力は、IC29がオン
になっている間、定電圧化されて負荷6に供給される。
その間、第1の出力回路のコンデンサC3は放電するこ
となく、充電もされないから、通常の端子電圧から僅か
下った電位を維持し、部分的な電圧降下が回復すると直
ちに第1の出力回路が電力を供給し始め、IC29の3
番端子にかかる電位を十に戻してオフにする。
したがって、第2の出力回路は電力供給を停止し、コン
デンサC2の充電サイクルに戻る。
この第4実施例においては、IC29の出力電圧が基準
出力電圧vSにほぼ等しく調整されているから1部分的
な電圧降下が生じている期間中も出力電圧は基準出力電
圧vSに保たれ、第2.第3実施例のように同期間中、
出力電圧が僅かでも下ることがない。
また、第1の出力回路に部分的な電圧降下が発生してか
らIC29がオンになるまでに、コンデンサC3の端子
電圧が僅かに降下するが、出力側平滑コンデンサC1の
容量はコンデンサC3の容量より大きく設定され、ダイ
オードD5が電流の逆流を防いでいるから、コンデンサ
C1の端子電圧の降下は無視出来る程度に小さい。
もし、IC29の出力電圧が基準出力電圧V5より若干
高めであっても、ダイオードD5の逆流防止効果により
、抵抗R1* R2よりなる分圧器にかかる電圧が上っ
て、IC29がオフとオンを繰返すという発振現象を生
ずることがない。
以上、この発明を第1乃至第4実施例について説明した
が、入力側平滑コンデンサを従来の商用周波数に対応す
る大容量の電解コンデンサ3に代えて、スイッチング素
子のスイッチング周波数に対応する比較的小容量のコン
デンサ7とすることにより力率を改善し、一方その為に
発生する部分的な電圧降下を、第2の出力回路を並列に
設けることにより防止している。
また、大容量の電解コンデンサを小容量のコンデンサに
置換えたことにより、もともと小型軽量であるスイッチ
ングレギュレータを更に小型軽量化することが出来る。
さらに、同じ理由により、従来コンデンサ入力型平滑回
路を採用した電源装置で避けることが出来なかった電源
スィッチをオンにした瞬間の過大な突入電流を殆んどO
にすることが出来たから。
この突入電流による交流電源電圧の瞬間的な降下がなく
、電源スィッチのオンにより他の機器に悪影響を及ぼす
ことがないという効果もある。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明によれば、小型軽量で電
力効率がよいという長所を生かしながら、力率の改善さ
れたスイッチングレギュレータを提供することが出来る
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図はそれぞれこの発明の第1及び第2実
施例を示す回路図、 第3図はこの発明の第3実施例の要部のみを示す回路図
、 第4図はこの発明の第4実施例を示す回路図。 第5図はこの発明の基礎となる回路を説明するための回
路図、 第6図は同じくその各部の波形図。 第7図は従来のスイッチングレギュレータの一例を示す
回路図である。 1・・・交流電源        2・・・整流器5・
・・出力端子        6・・・負荷7・・・コ
ンデンサ       8・・・交換トランス11・・
・制御回路       12・・・ドライバ13・・
・パルストランス    14・・・補助電源20.2
4.28・・・定電圧回路 21.25.29・・・IC Lp・・・1次巻線     Ll 、Lz・・・2次
巻線Q・・・トランジスタ(スイッチング素子)第6囚 手続補正書(自制 特許庁長官 吉 1)文 毅 殿 1、事件の表示 特願平1−27924号 2、発明の名称 スイッチングレギュレータ 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 (674)  株式会社 リ コ − 4、代 理 人 〒170(電話986−2380)東
京都豊島区東池袋1丁目20番地5 6、補正の内容 (1)明細書第11頁第8行の「回路側」をr回路例」
と訂正する。 (2)同書第12頁第17行の「コンデンサ7」を「コ
ンデンサ7Aと訂正する。 (3)同書第13頁第6行の「近似し」を「相似し」と
訂正する。 (4)同、書簡140頁第13行のr片波整流」をr半
波整流」と訂正する。 (5)同書第18頁第1行の「スムースであるから」を
「スムースであり」と訂正する。 (6)同書第25頁第1行の「交換トランス」を「変換
トランスJと訂正する。 (7)図面の「第3図及び第4図」を別紙訂正図面のと
おり訂正する。 以上

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 交流電源に接続された整流器と、 その整流器の直流出力端子間に接続された、変換トラン
    スの1次巻線とスイッチング素子との直列回路と、 その直列回路に並列に接続された、前記スイッチング素
    子のスイッチング周波数に対応する比較的小容量の入力
    側平滑コンデンサと、 前記変換トランスの第1の2次巻線に誘起された電力を
    平滑整流して出力する第1の出力回路と、前記変換トラ
    ンスの第2の2次巻線に誘起された電力を、前記スイッ
    チング素子がオフの時に入力し、平滑整流して出力する
    第2の出力回路と、前記第1及び第2の出力回路の出力
    が互に並列に接続された出力端子と、 その出力端子の出力電圧に応じて前記スイッチング素子
    のデューティ比を変えることにより、前記出力電圧を基
    準出力電圧に保持するフィードバック回路とから構成さ
    れたことを特徴とするスイッチングレギュレータ。 2 交流電源に接続された整流器と、 その整流器の直流出力端子間に接続された、変換トラン
    スの1次巻線とスイッチング素子との直列回路と、 その直列回路に並列に接続された、前記スイッチング素
    子のスイッチング周波数に対応する比較的小容量の入力
    側平滑コンデンサと、 前記変換トランスの第1の2次巻線に誘起された電力を
    平滑整流して出力する第1の出力回路と、前記変換トラ
    ンスの第2の2次巻線に誘起された電力を平滑整流して
    出力する第2の出力回路と、その第2の出力回路の出力
    側に接続され、その出力電圧が基準出力電圧よりも僅か
    に低く設定された定電圧回路と、 前記第1の出力回路の出力と前記定電圧回路の出力とが
    互に並列に接続された出力端子と、その出力端子の出力
    電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を変
    えることにより、前記出力端子の出力電圧を前記基準出
    力電圧に保持するフィードバック回路とから構成された
    ことを特徴とするスイッチングレギュレータ。 3 交流電源に接続された整流器と、 その整流器の直流出力端子間に接続された、変換トラン
    スの1次巻線とスイッチング素子との直列回路と、 その直列回路に並列に接続された、前記スイッチング素
    子のスイッチング周波数に対応する比較的小容量の入力
    側平滑コンデンサと、 前記変換トランスの第1の2次巻線に誘起された電力を
    平滑整流して出力する第1の出力回路と、前記変換トラ
    ンスの第2の2次巻線に誘起された電力を平滑整流して
    出力する第2の出力回路と、その第2の出力回路の出力
    側に接続され、前記第1の出力回路の出力電圧が基準出
    力電圧以上の時はオフ、未満の時はオンになる機能を有
    し、その出力電圧が前記基準出力電圧とほぼ等しく設定
    された定電圧回路と、 前記第1の出力回路の出力と前記定電圧回路の出力とが
    互に並列に接続された出力端子と、その出力端子の出力
    電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を変
    えることにより、前記出力端子の出力電圧を前記基準出
    力電圧に保持するフィードバック回路とから構成された
    ことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0580187U (ja) * 1992-03-31 1993-10-29 長野日本無線株式会社 Acアダプタ

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JPH0580187U (ja) * 1992-03-31 1993-10-29 長野日本無線株式会社 Acアダプタ

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