JPH0716595U - プッシュプル型dc−dcコンバータ - Google Patents

プッシュプル型dc−dcコンバータ

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JPH0716595U
JPH0716595U JP4333293U JP4333293U JPH0716595U JP H0716595 U JPH0716595 U JP H0716595U JP 4333293 U JP4333293 U JP 4333293U JP 4333293 U JP4333293 U JP 4333293U JP H0716595 U JPH0716595 U JP H0716595U
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transformer
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽負荷時におけるプッシュプル型DC−DC
コンバータのスイッチング損失やノイズの発生を低減す
る。 【構成】 本考案によるプッシュプル型DC−DCコン
バータは、直流電源1とトランス6の第1の1次巻線6
aと第1のMOS-FET2とを直列に接続し、直流電源
1とトランス6の第2の1次巻線6bと第2のMOS-F
ET3とを直列に接続し、第1及び第2のMOS-FE
T2、3の各々と並列に第1及び第2の共振用コンデン
サ4、5を接続し、トランス6の2次巻線6cと直列に
共振用リアクトル7を接続し、トランス6の2次巻線6
c及び共振用リアクトル7の直列回路の両端に第3の共
振用コンデンサ21を接続し、トランス6の2次巻線6
c及び共振用リアクトル7の直列回路から整流回路を通
じて直流電圧を取り出す構成である。

Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】
本考案はスイッチングレギュレータ、特にプッシュプル型DC−DCコンバー タに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のプッシュプル型DC−DCコンバータの一例の回路図を図6に示す。図 6において、1は直流電源、2と3は第1及び第2のスイッチング素子としての MOS-FET、4と5は第1及び第2の共振用コンデンサ、6はトランス、7 は共振用リアクトル、8と9は整流ダイオード、10と11は倍電圧用コンデン サ、12は平滑コンデンサ、13は負荷、14と15は分圧用抵抗、16は基準 電圧源、17はオペアンプ、18と19はそれぞれフォトカプラを構成する発光 ダイオードと受光トランジスタ、20は制御回路である。整流ダイオード8、9 及び倍電圧用コンデンサ10、11は倍電圧整流回路を構成する。また、分圧用 抵抗14、15は電圧検出回路を構成し、基準電圧源16、オペアンプ17、発 光ダイオード18及び受光トランジスタ19は誤差増幅回路を構成する。制御回 路20は、負荷13の端子電圧に応じてパルス幅が変化する制御パルス信号をあ る一定の休止期間(デッドタイム)を設けて第1及び第2のMOS-FET2、 3の各ゲート端子に交互に付与し、第1及び第2のMOS-FET2、3を交互 にオン・オフ動作させるためのものである。
【0003】 次に、図6に示す回路の動作について説明する。制御回路20から、図7(A) 及び(B)に示す制御パルス信号VG1、VG2をある一定のデッドタイムtDを設け て各々第1及び第2のMOS-FET2、3のゲート端子に付与し、第1及び第 2のMOS-FET2、3を交互にオン・オフ動作させる。第1のMOS-FET 2がオンになると、トランス6の第1の1次巻線6aに直流電源1の電圧が印加 されて、2次巻線6cに電圧が誘起される。2次巻線6cに誘起された電圧により 、共振用リアクトル7、整流ダイオード8、倍電圧用コンデンサ10の経路に共 振電流が流れる。このときに第1のMOS-FET2に流れる電流IQ1の波形を 図7(C)に示す。電流IQ1の向きが反転しないうちに第1のMOS-FET2が オフになると、第1のMOS-FET2のオン期間中に共振用リアクトル7に蓄 積されたエネルギーが放出される。このとき、共振用リアクトル7と第1及び第 2の共振用コンデンサ4、5により電圧共振が起こり、第1のMOS-FET2 の両端の電圧VQ1が図7(E)に示すように正弦波状に上昇して行く。この結果、 図7(E)に示す電圧VQ1の波形と図7(C)に示す電流IQ1の波形との重なりが少 なくなるから、第1のMOS-FET2のオン・オフ転換期におけるゼロ電圧ス イッチング(ZVS)が可能となる。また、電圧共振により第2のMOS-FE T3の両端の電圧VQ2は図7(F)に示すように正弦波状に降下して行く。
【0004】 図7(F)に示す第2のMOS-FET3の両端の電圧VQ2が0Vに達したとき に第2のMOS-FET3がオンになると、トランス6の第2の1次巻線6bに直 流電源1の電圧が印加されて、2次巻線6cに電圧が誘起される。2次巻線6cに 誘起された電圧により、共振用リアクトル7、整流ダイオード9、倍電圧用コン デンサ11の経路に共振電流が流れる。このときに第2のMOS-FET3に流 れる電流IQ2の波形を図7(D)に示す。電流IQ2の向きが反転しないうちに第2 のMOS-FET3がオフになると、第2のMOS-FET3のオン期間中に共振 用リアクトル7に蓄積されたエネルギーが放出される。このとき、共振用リアク トル7と第1及び第2の共振用コンデンサ4、5により電圧共振が起こり、第2 のMOS-FET3の両端の電圧VQ2が図7(F)に示すように正弦波状に上昇し て行く。この結果、図7(F)に示す電圧VQ2の波形と図7(D)に示す電流IQ2の 波形との重なりが少なくなるから、第2のMOS-FET3のオン・オフ転換期 におけるゼロ電圧スイッチング(ZVS)が可能となる。また、電圧共振により 第1のMOS-FET2の両端の電圧VQ1は図7(E)に示すように正弦波状に降 下して行く。そして、図7(E)に示す電圧VQ1が0Vに達したときに第1のMO S-FET2が再びオンになる。
【0005】 上述の動作の繰り返しにより直流電源1の電圧が他の直流電圧に変換される。 この直流電圧は更に平滑コンデンサ12により平滑化され、負荷13に供給され る。また、平滑化された直流電圧は分圧用抵抗14、15により分圧され、分圧 された電圧はオペアンプ17により基準電圧源16の電圧と比較される。オペア ンプ17の比較出力はフォトカプラを構成する発光ダイオード18を通じて受光 トランジスタ19を制御する。受光トランジスタ19の出力は制御回路20に入 力され、この入力信号に応じて制御回路20は第1及び第2のMOS-FET2 、3の各ゲート端子に付与すべき制御パルス信号のパルス幅を制御して負荷13 に供給される直流電圧を一定に保持することができる。
【0006】
【考案が解決しようとする課題】
ところで、図6に示すプッシュプル型DC−DCコンバータでは、負荷13に 流れる電流が減少したとき、共振用リアクトル7に流れる電流も減少して、電圧 共振を起こすに充分なエネルギーを共振用リアクトル7に蓄積できない。したが って、軽負荷になると図7(A)及び(B)に示すように制御パルス信号VG1、VG2 のパルス幅が狭くなり、負荷13に流れる電流が減少するから、電圧共振ができ なくなり、第1及び第2のMOS-FET2、3の両端の電圧VQ1、VQ2の波形 の立上り及び立下りが図7(E)及び(F)に示すように乱れる。そのため、軽負荷 時において第1及び第2のMOS-FET2、3のスイッチング損失が大きくな ると共にノイズが発生する欠点があった。また、図7(A)及び(B)に示すデッド タイムtDは負荷の軽重に関わらず一定に保持する必要があり、それゆえ軽負荷 時には制御パルス信号VG1、VG2の周波数が極めて高くなるから、実際には制御 パルス信号の周波数の制御範囲が狭くなる問題点も発生した。
【0007】 そこで、本考案は軽負荷時でもスイッチング損失やノイズの発生を低減できる プッシュプル型DC−DCコンバータを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本考案によるプッシュプル型DC−DCコンバータは、直流電源とトランスの 第1の1次巻線と第1のスイッチング素子とを直列に接続し、前記直流電源と前 記トランスの第2の1次巻線と第2のスイッチング素子とを直列に接続し、前記 第1及び第2のスイッチング素子の各々と並列に第1及び第2の共振用コンデン サを接続し、前記トランスの2次巻線と直列に共振用リアクトルを接続し、前記 2次巻線及び前記共振用リアクトルの直列回路から整流回路を通じて直流電圧を 取り出す。このプッシュプル型DC−DCコンバータでは、前記2次巻線及び前 記共振用リアクトルの直列回路の両端に第3の共振用コンデンサを接続している 。
【0009】 また、本考案の他の実施例では、トランスの第1の2次巻線と第2の2次巻線 とを直列に接続し、前記第1及び第2の2次巻線の直列回路の両端に共振用リア クトルの第1の巻線の一端及び第2の巻線の一端を各々接続し、前記第1の巻線 の他端及び前記第2の巻線の他端に設けられた整流回路を通じて直流電圧を取り 出す。このプッシュプル型DC−DCコンバータでは、前記共振用リアクトルの 第1の巻線の他端と前記共振用リアクトルの第2の巻線の他端との間に第3の共 振用コンデンサを接続している。
【0010】 更に、本考案の別の他の実施例では、直流電源とトランスの第1の1次巻線と 共振用リアクトルの第1の巻線と第1のスイッチング素子とを直列に接続し、前 記直流電源と前記トランスの第2の1次巻線と前記共振用リアクトルの第2の巻 線と第2のスイッチング素子とを直列に接続し、前記トランスの2次巻線から整 流回路を通じて直流電圧を取り出す。このプッシュプル型DC−DCコンバータ では、前記トランスの第1の1次巻線及び前記共振用リアクトルの第1の巻線の 接続点と前記トランスの第2の1次巻線及び前記共振用リアクトルの第2の巻線 の接続点との間又は前記2次巻線の両端に第3の共振用コンデンサを接続してい る。
【0011】
【作用】
第3の共振用コンデンサを通して一定の共振電流を常時共振用リアクトルに流 すことにより、軽負荷時において電圧共振を起こすに充分なエネルギーを共振用 リアクトルに蓄積することができる。そのため、軽負荷時においてもスイッチン グ素子のスイッチング損失やノイズの発生を低減することが可能となる。
【0012】
【実施例】
以下、本考案によるプッシュプル型DC−DCコンバータの実施例を図1及び 図2に基づいて説明する。但し、これらの図面では図6及び図7に示す箇所と同 一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。 本実施例のDC−DCコンバータにおいては、図1に示すようにトランス6の 2次巻線6c及び共振用リアクトル7の直列回路の両端に第3の共振用コンデン サ21が接続されている。その他の構成は図6と同一である。
【0013】 上記の構成における動作は次の通りである。まず、制御回路20から図2(A) 及び(B)に示す制御パルス信号VG1、VG2がある一定のデッドタイムtDを設け て各々第1及び第2のMOS-FET2、3のゲート端子に付与される。これに より、第1及び第2のMOS-FET2、3を交互にオン・オフ動作させる。 第1のMOS-FET2がオンになると、トランス6の第1の1次巻線6aに直 流電源1の電圧が印加され、2次巻線6cに電圧が誘起される。2次巻線6cに誘 起された電圧により共振用リアクトル7と倍電圧用コンデンサ10が共振し、共 振用リアクトル7、整流ダイオード8及び倍電圧用コンデンサ10の経路に共振 電流が流れる。これと同時に、共振用リアクトル7と第3の共振用コンデンサ2 1も共振するから、共振用リアクトル7及び第3の共振用コンデンサ21の経路 にも共振電流が流れる。このとき、共振用リアクトル7には充分大きなエネルギ ーが蓄積される。このときに第1のMOS-FET2に流れる電流IQ1の波形を 図2(C)に示す。次に、電流IQ1の向きが反転しないうちに第1のMOS-FE T2がオフになると、第1のMOS-FET2のオン期間中に共振用リアクトル 7に蓄積されたエネルギーが放出される。このとき、共振用リアクトル7と第1 及び第2の共振用コンデンサ4、5により電圧共振が起こり、第1のMOS-F ET2の両端の電圧VQ1が図2(E)に示すように正弦波状に上昇して行く。この 結果、図2(E)に示す電圧VQ1の波形と図2(C)に示す電流IQ1の波形との重な りが少なくなるから、第1のMOS-FET2のオン・オフ転換期におけるゼロ 電圧スイッチング(ZVS)が可能となる。また、電圧共振により第2のMOS -FET3の両端の電圧VQ2は図2(F)に示すように正弦波状に降下して行く。
【0014】 続いて、図2(F)に示す第2のMOS-FET3の両端の電圧VQ2が0Vに達 したときに第2のMOS-FET3がオンになると、トランス6の第2の1次巻 線6bに直流電源1の電圧が印加されて、2次巻線6cに電圧が誘起される。2次 巻線6cに誘起された電圧により共振用リアクトル7と倍電圧用コンデンサ11 が共振し、共振用リアクトル7、整流ダイオード9、倍電圧用コンデンサ11の 経路に共振電流が流れる。これと同時に、共振用リアクトル7と第3の共振用コ ンデンサ21も共振するから、共振用リアクトル7及び第3の共振用コンデンサ 21の経路にも共振電流が流れる。このとき、共振用リアクトル7には充分大き なエネルギーが蓄積される。このときに第2のMOS-FET3に流れる電流IQ 2 の波形を図2(D)に示す。次に、電流IQ2の向きが反転しないうちに第2のM OS-FET3がオフになると、第2のMOS-FET3のオン期間中に共振用リ アクトル7に蓄積されたエネルギーが放出される。このとき、共振用リアクトル 7と第1及び第2の共振用コンデンサ4、5により電圧共振が起こり、第2のM OS-FET3の両端の電圧VQ2が図2(F)に示すように正弦波状に上昇して行 く。この結果、図2(F)に示す電圧VQ2の波形と図2(D)に示す電流IQ2の波形 との重なりが少なくなるから、第2のMOS-FET3のオン・オフ転換期にお けるゼロ電圧スイッチング(ZVS)が可能となる。また、電圧共振により第1 のMOS-FET2の両端の電圧VQ1は図2(E)に示すように正弦波状に降下し て行く。そして、図2(E)に示す電圧VQ1が0Vに達したときに第1のMOS- FET2が再びオンになる。
【0015】 上述の動作の繰り返しにより直流電源1の電圧が他の直流電圧に変換される。 この直流電圧は更に平滑コンデンサ12により平滑化され、負荷13に供給され る。また、制御回路20は、平滑コンデンサ12にて平滑化された直流電圧に応 じて第1及び第2のMOS-FET2、3の各ゲート端子に付与すべき制御パル ス信号のパルス幅を制御して負荷13に供給される直流電圧を一定に保持する。
【0016】 次に、図1の回路の負荷13が軽負荷の場合について説明する。負荷13が軽 負荷になると負荷13の両端の電圧が大きくなり、図2(A)及び(B)に示すよう に制御回路21から出力される制御信号パルス信号VG1、VG2のパルス幅が絞ら れ狭くなる。このとき、負荷13に流れる電流が減少するが、この回路では負荷 電流の大きさに関係なく一定の共振電流が常に共振用リアクトル7及び第3の共 振用コンデンサ21の経路に流れるため、軽負荷時においても共振用リアクトル 7に充分大きなエネルギーが蓄積される。そのため、軽負荷時において第1及び 第2のMOS-FET2、3のオフ転換時に電圧共振が起こり、図2(E)及び(F )に示すように第1及び第2のMOS-FET2、3の両端の電圧VQ1、VQ2の各 波形の立上り及び立下りが正弦波状となる。
【0017】 上記のように、本実施例では、負荷電流の大きさに関係なく第3の共振用コン デンサ21を通して一定の共振電流を常に共振用リアクトル7に流すことが可能 である。この共振電流は、第3の共振用コンデンサ21の容量を任意に選ぶこと により自由に設定できる。したがって、軽負荷時において電圧共振を起こすのに 必要なエネルギーを共振用リアクトル7に充分に蓄積することができる。このた め、図2(E)及び(F)に示すように、軽負荷時において第1及び第2のMOS- FET2、3の両端の電圧VQ1、VQ2の各波形の立上り及び立下りの乱れがない から、全ての負荷範囲においてゼロ電圧スイッチング(ZVS)が可能となる。 よって、第1及び第2のMOS-FET2、3のスイッチング損失の増加やノイ ズの発生もない。また、共振電流により一定の循環電流が形成されるため、比較 的広い制御パルス信号のパルス幅において軽負荷等に対応できるようになる。こ のため、負荷変動に対する著しい周波数上昇などがなく、制御パルス信号の周波 数制御範囲を極めて広くすることが可能となる。
【0018】 本考案の実施態様は前記の実施例に限定されず種々の変更が可能である。例え ば、図1の回路における倍電圧整流回路を構成する倍電圧用コンデンサ10、1 1の代わりに、図3の回路に示すように整流ダイオード22、23を接続してフ ルブリッジ整流回路を構成してもよい。また、図4はセンタータップ形式の出力 整流回路を有するプッシュプル型DC−DCコンバータに本考案を実施した例を 示し、6cと6dはトランス6の第1及び第2の2次巻線、7aと7bは共振用リア クトル7の第1及び第2の巻線である。更に、図5は図4の回路における共振用 リアクトル7の第1及び第2の巻線7a、7bと第3の共振用コンデンサ21をト ランス6の1次側に設けた例を示す。なお、図5の回路における第3の共振用コ ンデンサ21はトランス6の2次巻線6c、6dの両端に接続してもよい。 また、何れの例においても、出力整流回路をチョークコイルとコンデンサによ るLC平滑回路とすることも可能である。
【0019】
【考案の効果】
以上のように、本考案では、負荷電流の大きさに関係なく一定の共振電流を流 せるため、全ての負荷範囲においてゼロ電圧スイッチング(ZVS)が可能とな る。したがって、全ての負荷範囲においてスイッチング損失の低減及びノイズの 発生を低減することができる。また、この共振電流は一定の循環電流でもあるか ら、比較的広い制御パルス信号の最小パルス幅を実現して、負荷変動に対する著 しい周波数変動を抑制することが可能である。このため、制御パルス信号の周波 数の制御範囲を極めて広くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本考案の実施例を示すプッシュプル型DC−
DCコンバータの電気回路図
【図2】 図1の回路の通常負荷時及び軽負荷時におけ
る各部の電圧及び電流を示す波形図
【図3】 図1の回路の変形例を示す電気回路図
【図4】 本発明の他の実施例を示すプッシュプル型D
C−DCコンバータの電気回路図
【図5】 本発明の別の他の実施例を示すプッシュプル
型DC−DCコンバータの電気回路図
【図6】 従来のプッシュプル型DC−DCコンバータ
の電気回路図
【図7】 図6の回路の通常負荷時及び軽負荷時におけ
る各部の電圧及び電流を示す波形図
【符号の説明】
1...直流電源、2、3...第1及び第2のMOS
-FET(スイッチング素子)、4、5、21...第
1〜第3の共振用コンデンサ、6...トランス、6
a、6b...第1及び第2の1次巻線、6c、6d...
第1及び第2の2次巻線、7...共振用リアクトル、
7a、7b...第1及び第2の巻線、8、9、22、2
3...整流ダイオード、10、11...倍電圧用コ
ンデンサ、12...平滑コンデンサ、13...負
荷、14、15...分圧用抵抗、16...基準電圧
源、17...オペアンプ、18...発光ダイオー
ド、19...受光トランジスタ、20...制御回路

Claims (3)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源とトランスの第1の1次巻線と
    第1のスイッチング素子とを直列に接続し、前記直流電
    源と前記トランスの第2の1次巻線と第2のスイッチン
    グ素子とを直列に接続し、前記第1及び第2のスイッチ
    ング素子の各々と並列に第1及び第2の共振用コンデン
    サを接続し、前記トランスの2次巻線と直列に共振用リ
    アクトルを接続し、前記2次巻線及び前記共振用リアク
    トルの直列回路から整流回路を通じて直流電圧を取り出
    すプッシュプル型DC−DCコンバータにおいて、 前記2次巻線及び前記共振用リアクトルの直列回路の両
    端に第3の共振用コンデンサを接続したことを特徴とす
    るプッシュプル型DC−DCコンバ−タ。
  2. 【請求項2】 直流電源とトランスの第1の1次巻線と
    第1のスイッチング素子とを直列に接続し、前記直流電
    源と前記トランスの第2の1次巻線と第2のスイッチン
    グ素子とを直列に接続し、前記第1及び第2のスイッチ
    ング素子の各々と並列に第1及び第2の共振用コンデン
    サを接続し、前記トランスの第1の2次巻線と第2の2
    次巻線とを直列に接続し、前記第1及び第2の2次巻線
    の直列回路の両端に共振用リアクトルの第1の巻線の一
    端及び第2の巻線の一端を各々接続し、前記第1の巻線
    の他端及び前記第2の巻線の他端に設けられた整流回路
    を通じて直流電圧を取り出すプッシュプル型DC−DC
    コンバータにおいて、 前記共振用リアクトルの第1の巻線の他端と前記共振用
    リアクトルの第2の巻線の他端との間に第3の共振用コ
    ンデンサを接続したことを特徴とするプッシュプル型D
    C−DCコンバ−タ。
  3. 【請求項3】 直流電源とトランスの第1の1次巻線と
    共振用リアクトルの第1の巻線と第1のスイッチング素
    子とを直列に接続し、前記直流電源と前記トランスの第
    2の1次巻線と前記共振用リアクトルの第2の巻線と第
    2のスイッチング素子とを直列に接続し、前記第1及び
    第2のスイッチング素子の各々と並列に第1及び第2の
    共振用コンデンサを接続し、前記トランスの2次巻線か
    ら整流回路を通じて直流電圧を取り出すプッシュプル型
    DC−DCコンバータにおいて、 前記トランスの第1の1次巻線及び前記共振用リアクト
    ルの第1の巻線の接続点と前記トランスの第2の1次巻
    線及び前記共振用リアクトルの第2の巻線の接続点との
    間又は前記2次巻線の両端に第3の共振用コンデンサを
    接続したことを特徴とするプッシュプル型DC−DCコ
    ンバ−タ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012253968A (ja) * 2011-06-06 2012-12-20 Daihen Corp 電力変換装置
JP2012253967A (ja) * 2011-06-06 2012-12-20 Daihen Corp 電力変換装置

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