JPH09201052A - 直流電源装置 - Google Patents

直流電源装置

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JPH09201052A
JPH09201052A JP8007305A JP730596A JPH09201052A JP H09201052 A JPH09201052 A JP H09201052A JP 8007305 A JP8007305 A JP 8007305A JP 730596 A JP730596 A JP 730596A JP H09201052 A JPH09201052 A JP H09201052A
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voltage
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JP8007305A
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Keiichi Sugai
恵一 菅井
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Tohoku Ricoh Co Ltd
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Tohoku Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 力率改善回路を備えた直流電源装置の効率を
向上させる。 【解決手段】 交流電源1から入力する交流を整流する
整流回路2と、その整流回路2から出力される脈流を入
力し、その入力電流波形を正弦波に近い波形となるよう
に制御した後整流平滑するアクティブフイルタ等の力率
改善回路3と、力率改善回路3から出力される直流電圧
を所定の電圧に変換して負荷20に供給するDC/DC
コンバータ4とを備えた直流電源装置5において、DC
/DCコンバータ4の出力電流値あるいはそれに比例す
る電流値を検出する電流検出手段14と、その検出電流
値が予め設定した値より小さい時には力率改善回路3の
力率改善動作を停止させる動作停止制御手段15とを設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、OA機器等に用
いられる直流電源装置に関し、より詳細には、交流電源
からの入力電流の力率改善回路を備えた直流電源装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器から発生する高調波電流
が電力系統へ流出し、その電子機器だけでなくその電源
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。これは、大電力電源装置あるいは一部の特殊電源
装置を除くほとんどの直流電源装置が、コンデンサイン
プット方式の整流回路を採用しているため、交流入力電
流は幅の狭いパルス状の波形になり、多くの高調波電流
を含むことに起因している。
【0003】この高調波電流を抑え、力率を改善する有
効な手段の一つにアクティブフィルタがある。このアク
ティブフィルタとは、従来のスイッチング電源の入力整
流回路とDC/DCコンバータ間に挿入し、その整流回
路からの入力電流波形が正弦波に近い滑らかな波形にな
るように制御して力率を改善するとともに、入力電流の
高調波成分を低減するための回路として知られている。
このようなアクティブフィルタは、昇圧タイプ、降圧タ
イプ、昇降圧タイプ等、種々のものが提案されている
が、ここでは最も一般的な昇圧タイプを搭載する直流電
源装置を例にとって説明する。
【0004】図6は、この昇圧タイプのアクティブフィ
ルタを搭載した従来の直流電源装置の概略の回路図を示
す。この直流電源装置は、交流電源1から入力される交
流を全波整流するダイオードブリッジで構成された整流
回路2と、力率改善回路としての昇圧チョッパ方式のア
クティブフィルタ3と、そのアクティブフィルタ3の出
力電圧を入力し、出力端子8,9間に所定の直流電圧を
出力する回路を形成するDC/DCコンバータ4とから
構成される。
【0005】そのDC/DCコンバータ4は、トランス
T1の巻線m−n側において、アクティブフィルタ3の
制御回路5及び自己の制御回路6の駆動電源回路を形成
する。また、出力端子8,9間に電圧検出回路7を設
け、その検出電圧に応じて制御回路6を制御し、出力電
圧が所定の電圧になるようにする。
【0006】この直流電源装置の動作は、交流電源1が
投入されると、整流回路2によって入力電圧が全波整流
されて脈流電圧になる。この脈流電圧が起動抵抗R2と
R3の直列回路に印加され、抵抗分圧された電圧が駆動
電源平滑コンデンサC3で平滑され、その電圧が所定値
以上になるとアクティブフィルタ3の制御回路5とDC
/DCコンバータ4の制御回路6とが動作を開始し、そ
れぞれのFETによるスイッチング素子Q1およびQ2
に対して駆動用のパルスを出力する。
【0007】アクティブフィルタ3は、スイッチング素
子Q1をオン/オフすることにより、整流回路2からの
入力電流波形(抵抗R4の両端d−e間の電圧によって
検出する)が交流電源1からの入力電圧波形(f−d間
の電圧波形)と相似になるように近似し、かつ、ダイオ
ードD5と平滑コンデンサC1とによって整流平滑され
る出力電圧(g−e間の電圧)を安定化する。
【0008】一方、DC/DCコンバータ4において
は、制御回路6がスイッチング素子Q2をオン/オフす
ることによりトランスT1の一次巻線h−jに流れる電
流を断続し、それによって二次巻線k−p側に交流電圧
が誘起される。その交流電圧が、ダイオードD9,D1
0,インダクタL3,および平滑コンデンサC4によっ
て整流平滑され、直流電圧が端子8,9間に出力され
る。
【0009】電圧検出回路7が、その出力電圧を検出し
てその電圧が所定の値になるように制御回路6を制御す
る。また、トランスT1の巻線m−n側にも交流電圧が
誘起され、それをダイオードD7,D8,インダクタL
2,および駆動電源平滑コンデンサC3によって整流平
滑し、その電圧が駆動電源となって制御回路6に供給さ
れてDC/DCコンバータ4が連続動作状態になるとと
もに、アクティブフィルタ3の制御回路5にも駆動電源
が供給されて連続動作状態になる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の直流電源装置の回路では、交流電源1が投入さ
れると、DC/DCコンバータ4の出力端子8,9間に
接続された負荷の大きさまたは変動とは無関係に、アク
ティブフィルタ3およびDC/DCコンバータ4が無条
件に連続動作を開始するので、DC/DCコンバータ4
の出力端子8,9間に接続されている負荷が軽く出力電
力が小さい場合には、負荷が重く出力電力が大きい場合
に比べて極端に効率が低下する。
【0011】その効率低下の原因は、アクティブフィル
タ3およびDC/DCコンバータ4のいずれもが、出力
電力に比例しない損失、具体的に顕著なものは、制御回
路5および6の消費電力、スイッチング素子Q1および
Q2のドライブ電力及びスイッチング損失、電圧検出回
路7の消費電力等があげられるが、これらの電力損失の
入力電力に占める割合が増加するためである。
【0012】すなわち、図6に示した直流電源装置は、
高調波電流を低減するために昇圧チョッパ方式のアクテ
ィブフィルタ3を搭載しているので、アクティブフィル
タ3を搭載していない直流電源装置と比較すれば、スイ
ッチング回路が追加されているだけ電力損失が増え、そ
の電源装置の効率が低下するという問題があった。換言
すると、交流入力電流の力率改善回路とその負荷である
DC/DCコンバータで構成される直流電源装置は、力
率改善の必要性がない場合あるいは力率改善の必要性が
小さい場合においも、力率改善回路が連続動作してお
り、それによって電力損失が増えて電源装置の効率が低
下するという問題があった。
【0013】この発明は上記の点に鑑みてなされたもの
であり、このような整流回路とDC/DCコンバータの
間にアクティブフィルタのような力率改善回路を備えた
直流電源装置において、入力電流の高調波電流を低減す
る必要性がないか、あるいはその必要性が小さい時に、
その力率改善回路による電力損失を低減することによ
り、効率を向上させることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】この発明による直流電源
装置は、その基本構成を示すブロック図である図1に示
すように、交流電源1から入力する交流を整流する整流
回路2と、その整流回路2から出力される脈流を入力
し、その入力電流波形を正弦波に近い波形となるように
制御した後整流平滑するアクティブフイルタ等の力率改
善回路3と、力率改善回路3から出力される直流電圧を
所定の電圧に変換して負荷20に供給するDC/DCコ
ンバータ4とを備えた直流電源装置5において、上記の
目的を達成するために、DC/DCコンバータ4の出力
電流値を検出する電流検出手段14と、その電流検出手
段14によって検出された電流値が予め設定した値より
小さい時には力率改善回路3の力率改善動作を停止させ
る動作停止制御手段15とを設けたものである。
【0015】なお、電流検出手段14は、DC/DCコ
ンバータ4の出力電流に比例する電流として、図1に破
線で示すように整流回路2の出力電流、あるいは交流電
源1からの入力電流の値を検出するようにしてもよい。
この構成によれば、直流電源装置5の出力側または入力
側において、電流検出手段14がDC/DCコンバータ
の出力電流またはそれに比例する電流の値を検出し、動
作停止制御手段15がその検出した電流値を予め設定し
た値と比較し、予め設定した値より小さい時には力率改
善回路3の力率改善動作を停止させて、力率改善回路3
による電力損失を低減する。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付図面に基づいて具体的に説明する。図2は、この発明
の一実施形態である直流電源装置の構成を示す概略の回
路図であり、図1および図6と同一あるいは対応する部
分には同一の符号を付してある。
【0017】この図2に示す直流電源装置は、図6に示
した従来の直流電源装置と同様に、交流電源1に接続さ
れたダイオードブリッジからなる整流回路2と、その整
流回路2の出力端子に接続され、入力電流波形を正弦波
になるように制御して力率を改善すると共に、入力電流
の高調波成分を低減する力率改善回路である昇圧チョッ
パ方式のアクティブフィルタ3と、直流出力電圧と駆動
電源とをつくるフォワード方式のDC/DCコンバータ
4とから構成される。
【0018】そして、DC/DCコンバータ4における
トランスT1の二次側に、出力電流を検出する電流検出
回路を設け、その電流検出回路10によって検出された
電流値を任意の値と比較する比較回路11と、その比較
結果によってアクティブフィルタ3を作動あるいは停止
させるオン/オフ回路12とを設けている点が、図6に
示した従来の直流電源装置と異なる。そして、この図2
における電流検出回路10が図1における電流検出手段
14に、比較回路11とオン/オフ回路12が図1にお
ける動作停止制御手段15にそれぞれ相当する。
【0019】この直流電源装置の回路構成をさらに詳細
に説明すると、交流電源1が整流回路2の入力端子に接
続され、その整流回路2の正側の出力端子aと負側の出
力端子bに、力率改善回路であるアクティブアィルタ3
の入力端子が接続されている。このアクティブフィルタ
3は、整流回路2の正側出力端子aに接続するインダク
タL1とダイオードD5との直列回路と、正負の出力ラ
イン3a,3b間に接続したコンデンサC1と、インダ
クタL1とダイオードD5のアノードとの接続点と負側
の出力ライン3bとの間に接続したFETによるスイッ
チング素子Q1と、そのスイッチング素子Q1のオン・
オフを制御する制御回路5とによって構成されている。
【0020】その制御回路5には、整流回路2から入力
する脈流電圧を検出するための端子f−d間の電圧と、
整流回路2からの入力電流値を検出するための抵抗R4
の両端d−e間の電圧と、このアクティブフィルタ3の
出力電圧を検出するためのg−e間の電圧をそれぞれ入
力している。
【0021】そして、このアクティブフィルタ3の出力
ライン3a,3bを、DC/DCコンバータ4の入力ラ
イン4a,4bに接続している。その正負の入力ライン
4a,4b間に、トランスT1の第1の一次巻線h−j
とFETによるスイツチング素子Q2とを直列に接続し
ている。その一次巻線のj側にダイオードD6のアノー
ドを接続し、そのカソードに抵抗R1とコンデンサC2
との並列回路の一端を接続し、その他端を一次巻線のh
側(正側の入力ライン4a)に接続して、スナバ回路を
形成している。スイッチング素子Q2は、そのオン・オ
フを制御する制御回路6にゲートが接続されている。
【0022】さらに、トランスT1の巻線m−nのm側
にダイオードD7のアノードを接続し、そのカソードに
インダクタL2の一端を接続し、ダイオードD7とイン
ダクタL2との接続点にダイオードD8のカソードを接
続し、そのアノードとコンデンサC3の一端を巻線m−
nのn側(負の入力ライン4b)に接続し、そのコンデ
ンサC3の他端をインダクタL2の他端に接続して整流
平滑回路を形成している。
【0023】また、整流回路2の出力端子間には起動抵
抗R2とR3の直列回路も接続されており、その抵抗R
2とR3によって分圧された電圧を制御回路5,6内の
駆動回路及びコンデンサC3の両端子間に印加する。
【0024】一方、DC/DCコンバータ4内のトラン
スT1の二次側の構成は、図6に示した従来の直流電源
装置と同様に、整流平滑回路を構成するダイオードD
9,D10,インダクタL3,およびコンデンサC4が
接続され、出力端子8,9間に電圧検出回路7を接続
し、その検出電圧を制御回路6に入力させている。そし
て、トランスT1の二次巻線のp側と出力端子9とを結
ぶ負側出力ラインのダイオードD10のアノード接続点
と二次巻線のp側との間に、電流検出回路10を介挿
し、このDC/DCコンバータ4の出力電流の値を検出
する。さらに、この電流検出回路10の出力信号を入力
する比較回路11と、その比較出力を入力して制御回路
6を制御するオン/オフ回路12を設けていることは、
前述のとおりである。
【0025】次に、このように構成した直流電源装置の
動作について説明するが、アクティブフィルタが動作状
態にある時の通常の動作は、図6によって説明した従来
の直流電源装置の場合と同様であるので、その説明は省
略する。電流検出回路10は、常時DC/DCコンバー
タ4の出力電流の値を検出し、その検出値を比較回路1
1によって予め設定した基準値と比較する。そして、検
出値が基準値より小さい場合には、その比較結果によっ
てオン/オフ回路12がその出力信号Voによって、ア
クテイブフイルタ3の制御回路5の動作を停止させ、そ
れによってスイッチング素子Q1をオフのままの非動作
状態にする。
【0026】このように、交流電源1からの入力電流の
高調波電流を低減する必要性がないか、その必要性が小
さい時、すなわちDC/DCコンバータ4の出力電流が
小さい時に、アクティブフィルタ3の制御回路5の動作
を停止させる。それによって、アクティブフィルタ3に
おける電力損失を小さくして、直流電源装置の効率を向
上させることができる。
【0027】図3は、電流検出回路10,比較回路1
1,およびオン/オフ回路12の具体的な回路例を示
す。これを簡単に説明すると、図3において、電流検出
回路10では、交流電流を検出するためにカレントトラ
ンスCTを用いている。そして、図2に示したDC/D
Cコンバータ4のトランスT1の二次巻線側のp側とダ
イオードD10のアノード側との間に、カレントトラン
スCTの一次巻線を直列に接続する。
【0028】それによって、このカレントトランスCT
の一次巻線に流れる電流に対して巻数比に逆比例した電
流が二次巻線に流れる。その電流を抵抗R5で電圧に変
換し、この検出電圧Vd、すなわちDC/DCコンバー
タ4の出力電流に比例する値の電圧を、比較回路11の
コンパレータ30の+側入力端子に入力させ、5Vの電
源電圧を抵抗R6,R7によって分圧して所定の基準電
圧Vrをその−側入力端子に比較電圧として入力させ
る。
【0029】そして、検出電圧Vdが基準電圧Vrより
大きくなると、コンパレータ30は+側飽和出力電圧
(ハイレベルの出力)をダイオードD12を介してオン
/オフ回路12に出力する。その出力電圧により、オン
/オフ回路12のトランジスタTR1にベース電流が流
れ、そのトランジスタTR1がオンになる。そのため、
抵抗R7の電圧降下によってローレベルの出力信号Vo
がアクティブフィルタ3の制御回路5に出力され、制御
回路5の動作をオンにする。
【0030】逆に、検出電圧Vdが基準電圧Vrより小
さくなると、コンパレータ30の出力はローレベル(0
V)となり、オン/オフ回路12のトランジスタTR1
をオフにするので、出力信号Voがハイレベルになり、
アクティブフィルタ3の制御回路5の動作をオフにす
る。オン/オフ回路12のコンデンサC6は、トランジ
スタTR1のオン・オフに多少の遅れ(時定数)を持た
せるために設けている。
【0031】なお、図3のカレントトランスCTおよび
電流−電圧変換回路に換えて、トランスT1の二次巻線
側のp側とダイオードD10のアノード側との間に電流
検出用の抵抗を直列に接続し、その抵抗の両端子間に発
生する電圧によってDC/DCコンバータ4の出力電流
に比例する電圧値を検出するようにしてもよい。さら
に、このような電流検出回路10を介挿する箇所も、出
力端子8又は9の手前側の負荷への電流供給回路、トラ
ンスT1の一次側、整流回路2の出力側あるいは入力側
など、DC/DCコンバータ4の出力電流に比例する電
流値を検出できる箇所であればどこでもよい。スイッチ
ング素子Q1によるスイッチ電流で代用することもでき
る。
【0032】次に、この発明による直流電源装置の他の
実施形態を図4に示す。この図において、図2及び図6
と同じ部分には同一の符号を付してあり、それらの説明
は省略する。この実施形態では、DC/DCコンバータ
4は図6に示した従来例と同じであり、電流検出回路等
を設けていない。そして、アクティブフィルタ3におけ
る整流回路2からの入力電流を検出するための抵抗R4
の代わりに、負側の出力ライン3bのd−e間に電流検
出回路10′を介挿し、その検出電流値を制御回路5に
入力させると共に比較回路11′にも入力させ、その比
較回路11′の出力を入力するオン/オフ回路12′の
出力信号Voによって、制御回路5の動作と停止を制御
するようにしている。
【0033】図5は、電流検出回路10′,比較回路1
1′,およびオン/オフ回路12′の具体的な回路例を
示す。この例も電流検出回路にカレントトランスを使用
した例である。すなわち、この電流検出回路10′は、
カレントトランスCTの一次巻線を図4のd−e間に直
列に介挿し、そこに流れる電流(脈流)に応じた電流を
二次巻線に発生させる。そして、その電流をダイオード
ブリッジDBを介して抵抗R8で電圧に変換し、DC/
DCコンバータ4の出力電流に比例する検出電圧が出力
される。
【0034】この検出電圧を制御回路5に入力させると
共に、比較回路11′のダイオードD14のカソードに
印加する。それによって、この検出電圧のピーク値をダ
イオードD14でレベル検出し、所定の電圧以下である
とダイオードD14が導通し、抵抗値が大きい抵抗R9
での電圧降下によりトランジスタTR2のベース電圧が
低下し、ベース電流が流れなくなってこのトランジスタ
TR2がオフになる。
【0035】それにより、コンデンサC7が充電され、
オン/オフ回路12′のトランジスタTR3にベース電
圧が印加されるので、そのトランジスタTR3がオンに
なり、そのためトランジスタTR4もオンになる。した
がって、制御回路5への出力信号Voがハイレベルにな
り、制御回路5の動作を停止させ、スイッチング素子Q
1をオフのままの非動作状態にする。
【0036】逆に、抵抗R8の両端の検出電圧のピーク
値が所定の電圧を超えると、ダイオードD14は導通し
なくなり、トランジスタTR2がオンになり、コンデン
サCの充電電圧が放電されるため、オン/オフ回路1
2′のトランジスタTR3にベース電圧が印加されなく
なり、トランジスタTR3がオフになる。それによって
トランジスタTR4もオフになる。
【0037】したがって、制御回路5への出力信号Vo
がローレベルになり、制御回路5を動作させ、スイッチ
ング素子Q1をオン・オフ制御させる。この回路でもコ
ンデンサC7は、トランジスタTR3,TR4のオン・
オフに多少の遅れ(時定数)を持たせるために設けてい
る。
【0038】この例によっても、DC/DCコンバータ
4の出力電流が小さく、交流電源1からの入力電流の高
調波電流を低減する必要性がないか、その必要性が小さ
い時には、アクティブフィルタ3の制御回路5の動作を
停止させることができる。それによって、その時のアク
ティブフィルタ3における電力損失を小さくして、直流
電源装置の効率を向上させることができる。
【0039】なお、図5に示した電流検出回路10′,
比較回路11′,およびオン/オフ回路12′に代え
て、図3に示した電流検出回路10,比較回路11,お
よびオン/オフ回路12を使用してもよい。あるいは、
図2における抵抗R4を電流検出回路10あるいは1
0′に兼用し、その抵抗R4の両端d−e間に発生する
電圧を比較回路11あるいは11′にも入力させるよう
にしてもよい。
【0040】また、上述の各実施の形態では、DC/D
Cコンバータをフォワード方式としたが、フライバック
方式,ハーフブリッジ方式,チョッパ方式等の他の方式
のものにも適用することがでる。また、アクティブフィ
ルタ3の制御回路5の動作を停止させる手段としては、
制御回路5に用いる制御用ICのオン/オフ機能を用い
るか、制御用ICの駆動電源を遮断するか、スイッチン
グ素子の駆動信号を遮断するか、いずれの手段によって
も可能である。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、アクティブフィルタ3のような力率改善回路を備え
た直流電源装置において、入力電流の高調波電流を低減
する必要性がないか、あるいはその必要性が小さい時
に、その力率改善回路の動作を停止させ、電力損失を低
減して直流電源装置を高効率化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による直流電源装置の基本構成を示す
ブロック図である。
【図2】この発明による直流電源装置の一実施形態を示
す回路図である。
【図3】図2における電流検出回路10,比較回路1
1,およびオン/オフ回路12の具体的な回路例を示す
図である。
【図4】この発明による直流電源装置の他の実施の形態
を示す回路図である。
【図5】図4における電流検出回路10′,比較回路1
1′,およびオン/オフ回路12′の具体的な回路例を
示す図である。
【図6】力率改善回路としてアクティブフィルタを搭載
した従来の直流電源装置の回路図である。
【符号の説明】
1:交流電源 2:整流回路 3:力率改善回路,アクティブフィルタ 4:DC/DCコンバータ 5:アクティブフィルタの制御回路 6:DC/DCコンバータの制御回路 7:電圧検出回路 8,9:DC/DCコンバータ4の出力端子 10,10′:電流検出回路 11,11′:比較回路 12,12′:オン/オフ回路 14:電流検出手段 15:動作停止制御手段 20:負荷

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源から入力する交流を整流する整
    流回路と、該整流回路から出力される脈流を入力し、そ
    の入力電流波形を正弦波に近い波形となるように制御し
    た後整流平滑する力率改善回路と、該力率改善回路から
    出力される直流電圧を所定の電圧に変換するDC/DC
    コンバータとを備えた直流電源装置において、 前記DC/DCコンバータの出力電流または該電流に比
    例する電流の値を検出する電流検出手段と、 該電流検出手段によって検出された電流値が予め設定し
    た値より小さい時には前記力率改善回路の力率改善動作
    を停止させる動作停止制御手段と、 を備えたことを特徴とする直流電源装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の直流電源装置において、 前記力率改善回路が、前記整流回路とDC/DCコンバ
    ータとの間の正負ライン間に接続されたスイッチング素
    子を有するアクティブフィルタであり、前記動作停止制
    御手段が、前記スイッチング素子をオフのままの非動作
    状態にする手段であることを特徴とする直流電源装置。
JP8007305A 1996-01-19 1996-01-19 直流電源装置 Pending JPH09201052A (ja)

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JP8007305A JPH09201052A (ja) 1996-01-19 1996-01-19 直流電源装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007143392A (ja) * 2005-11-22 2007-06-07 Schneider Toshiba Inverter Europe Sas 可変速度駆動装置用の力率補正装置
JPWO2012104980A1 (ja) * 2011-01-31 2014-07-03 富士通株式会社 電源装置、および電子機器システム
US9590512B2 (en) 2013-11-20 2017-03-07 Fujitsu Limited Power supply apparatus

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