JPH09205766A - 力率補償回路 - Google Patents

力率補償回路

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JPH09205766A
JPH09205766A JP8349007A JP34900796A JPH09205766A JP H09205766 A JPH09205766 A JP H09205766A JP 8349007 A JP8349007 A JP 8349007A JP 34900796 A JP34900796 A JP 34900796A JP H09205766 A JPH09205766 A JP H09205766A
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control
current
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signal
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JP8349007A
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Inventor
Hwan-Ho Seong
煥 浩 成
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Samsung Electronics Co Ltd
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Samsung Electronics Co Ltd
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    • H02JELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/18Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • HELECTRICITY
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    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
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    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 最大限に外部ピン数を減少できる力率補償回
路を提供すること。 【解決手段】 力率改善用のブースト・コンバータ10
0の出力電圧に比例する半波整流器300の出力電圧と
基準電圧とを比較してセンス電界効果トランジスタ11
0のターン・オン時間制御用電圧を発生する制御電圧発
生回路400と、センス電界効果トランジスタ110の
ターン・オン時間一定保持用制御信号を発生するターン
・オン制御回路500と、センス電界効果トランジスタ
110のミラー端子電流が一定以上時に出力して、過電
流から保護する過電流検出回路600と、インダクタ電
流のゼロの時点を感知するゼロ電流検出回路200の出
力と、過電流検出回路600またはターン・オン制御回
路500の出力を受け、センス電界効果トランジスタ1
10を駆動する出力電流制御回路800とで構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、力率補償回路に係
り、より詳しくは、力率補償のためにブースト・コンバ
ータ(Boost Converter) の制御回路と電流感知が容易な
センス電界効果トランジスタ(Sense-FET) を一つのパッ
ケージに実装し、最大限に外部ピン数を減少するように
設計された力率補償回路に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、大部分の電気、電子機器等、例え
ば、SMPS(Switching Mode PowerSupply:スイッチ
ング・モード電源) 、電子式安定器、UPS(Uninterru
pt Power Supply :非遮断電源) などは交流電源を整流
器を用いて直流電源に変換した後、その直流電源をもっ
て必要とする異なる形態の電源を作っている。このよう
な場合、平滑キャパシタのリプル電圧を適正水準以下に
保持するためには平滑キャパシタを十分に大きくしなけ
ればならないし、このときの交流入力電流はパルス形態
に流れるようになり、そのときの交流入力電流の力率は
60〜70%になり、伝送線路の損失が増加し、同一の
設備容量の発電所において用いられる有効電力が減少す
るという問題がある。
【0003】整流器の入力力率を大きくし、かつ整流器
の出力電圧のリプル電圧を小さくするためには、一般に
二つの方法を用いている。一番目は、整流器と平滑キャ
パシタとの間にチョーク・インダクタを挿入する方法で
あり、二番目はブースト・コンバータを用いて入力電流
を制御して力率を改善する方法である。
【0004】ブースト・コンバータを用いて力率を改善
する方法には、連続電流制御、不連続電流制御、連続と
不連続との境界において制御する三つの方法があるが、
比較的小さい容量の電源装置においては三番目の方法が
力率、効率および原価面において比較的有利であると認
められている。三番目の方法を実現するための制御用集
積回路は各社で生産されているが、図4および図5にそ
の一部の応用回路が示されている。
【0005】図4は従来の力率補償回路を示すものであ
って、モデルUC3852の詳細回路図であり、図5は
従来の力率補償回路の他の例を示すものであって、モデ
ルKA7524の詳細回路図である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4お
よび図5に示す従来の応用回路は、集積回路とMOSト
ランジスタとがそれぞれのパッケージに搭載されてお
り、多くの周辺部品を必要とするため、全システムが大
きくなり生産コストが上昇するという課題がある。
【0007】したがって、本発明はこのような従来の課
題を解決するためになされたものであって、その目的
は、力率補償のためのブースト・コンバータを連続電流
と不連続電流との境界において制御する回路と電流感知
が容易なセンス電界効果トランジスタとを一つのパッケ
ージに実装し、最大限に外部のピン数を減少でき、周辺
部品の削減とコストの低減化とが可能となる力率補償回
路を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の力率補償回路は、キャパシタ、インダクタ、
センス電界効果トランジスタおよびダイオードを含み、
整流手段から直流電源を入力され、入力電流を制御する
ことにより、力率を改善するためのブースト・コンバー
タと、前記インダクタを流れる電流がゼロになる時点を
感知して信号を出力するためのゼロ電流検出手段と、前
記センス電界効果トランジスタのターン・オフの際、前
記ブースト・コンバータの出力電圧に比例するインダク
タ巻線電圧を整流して出力電圧に比例する制御電源を供
給するための制御電源供給手段と、前記制御電源供給手
段の出力電圧が入力され、入力される電圧を基準電圧と
比較して前記センス電界効果トランジスタのターン・オ
ン時間を制御するための制御電圧を発生する制御電圧発
生手段と、スタート制御信号とストップ制御信号とによ
り一定の上昇時間を有するのこぎり波を発生し、発生し
たのこぎり波を前記制御電圧発生手段の出力信号と比較
することにより、前記センス電界効果トランジスタのタ
ーン・オン時間を常に一定に保持することができるよう
にするための制御信号を発生するターン・オン制御手段
と、前記センス電界効果トランジスタのミラー端子電流
を検出し、ミラー端子電流が一定の電流以上になると信
号を出力することにより、過電流から保護することがで
きるようにするための過電流検出手段と、前記ゼロ電流
検出手段の出力信号をセット入力に受け、前記過電流検
出手段またはターン・オン制御手段の出力信号をリセッ
ト入力に受け、前記センス電界効果トランジスタのゲー
ト駆動信号を発生するための出力電流制御手段とから構
成される。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明
の実施の形態に従う5ピン力率補償回路の詳細回路図で
ある。図1に示すように、本発明の実施の形態に従う5
ピン力率補償回路は以下のように構成されている。
【0010】力率を改善するためのブースと・コンバー
タ100は、キャパシタCf、インダクタLf、センス
電界効果トランジスタ110およびダイオードD2を含
んで構成されており、ブリッジ整流器10から直流電源
を入力されて入力電流を制御することにより、力率を改
善するようにしている。ゼロ電流検出手段としてのゼロ
電流検出回路200は、インダクタLf電流がダイオー
ドD2を通じて負荷に流れることにより、ゼロになる時
点を感知して信号を出力するための回路である。
【0011】制御電源供給手段としての半波整流器30
0は、センス電界効果トランジスタ110のターン・オ
フの際、ブースト・コンバータ100の出力電圧Voに
比例するインダクタ巻線WFB電圧を整流して出力電圧V
oに比例する制御電源Vccを供給するための半波整流
器である。制御電圧発生手段としての制御電圧発生回路
400は、半波整流器300の出力電圧Vccが入力さ
れ、入力される電圧を基準電圧Vref1と比較してセンス
電界効果トランジスタ110のターン・オン時間を制御
するための制御電圧Vconを発生する回路である。
【0012】ターン・オン制御手段としてのターン・オ
ン制御回路500は、スタート端子START の制御信号と
ストップ端子STOPの制御信号により一定の上昇時間を有
するのこぎり波を発生し、発生したのこぎり波を制御電
圧発生回路400の制御電圧Vconと比較することに
より、センス電界効果トランジスタ110のターン・オ
ン時間を常に一定に保持することができるようにするた
めの制御信号を発生する回路である。
【0013】過電流検出手段としての過電流検出回路6
00は、センス電界効果トランジスタ110のミラー端
子M電流Isense を検出し、ミラー端子M電流Isense
が一定の電流以上になると信号を出力することにより、
過電流から保護することができるようにするための回路
である。ORゲート700は、ターン・オン制御回路5
00と過電流検出回路600の出力信号を論理和して出
力する。
【0014】出力電流制御手段としての出力電流制御回
路800は、ゼロ電流検出回路200の出力信号をセッ
トS入力端子に受け、ORゲート700の出力信号をリ
セットR入力端子に受け、センス電界効果トランジスタ
110のゲート駆動信号を発生するための回路である。
また、半波整流器300から出力される電源電圧が一定
の電圧以下であると全回路の消費電流を最小化し、電源
電圧が一定の電圧以上となると全回路を動作させる低電
圧保護回路UVLO900とを含んでなる。
【0015】ゼロ電流検出回路200の構成は、インダ
クタLf電流がゼロになる時点を感知するための抵抗R
ZCDCと、抵抗RZCDCを通じて流れる電流がゼロであると
き信号を発生させるインバータZCDとからなる。
【0016】制御電圧発生回路400の構成は、半波整
流器300の出力電圧Vccを分圧するための分圧抵抗
R1、R2と、分圧抵抗R1、R2の接続点に印加され
る電圧を反転(−)入力端子に受け、基準電圧Vref1を
非反転(+)入力端子に受け、入力された二つの信号を
比較してセンス電界効果トランジスタ110のターン・
オン時間を制御するための制御電圧Vconを発生する
差動増幅器410と、差動増幅器410の出力信号をフ
ィルタリングするため抵抗RconとキャパシタCco
nとで構成された低域通過フィルタ420とからなる。
【0017】ターン・オン制御回路500の構成は、ス
タート制御信号とストップ制御信号とにより一定の上昇
時間を有するのこぎり波を発生するランプ発生器510
と、ランプ発生器510を通じて発生したのこぎり波V
RAMPを非反転(+)入力端子に受け、制御電圧発生回路
400の出力電圧Vconを反転(−)入力端子に受
け、入力された二つの信号を比較することによりセンス
電界効果トランジスタ110のターン・オン時間を常に
一定に保持することができるようにするための制御信号
を発生すると同時にこの制御信号をランプ発生器510
のストップ端子STOP制御信号として供給する比較器52
0とからなる。
【0018】前記過電流検出回路600の構成は、セン
ス電界効果トランジスタ110のミラー端子電流Isens
e を検出するための抵抗Rsと、抵抗Rsの両端に印加
される電圧を非反転(+)入力端子に受け、基準電圧V
ref2を反転(−)入力端子に受け、入力された二つの信
号を比較してミラー端子電流Isense が一定の電流以上
になると信号を出力する比較器610と、センス電界効
果トランジスタ110のターン・オン時にドレイン電流
波形のリーディング・エッジ部分において発生するパル
ス性雑音信号を除去するためのリーディング・エッジ・
ブランキング回路620とからなる。
【0019】出力電流制御回路800の構成は、ゼロ電
流検出回路200の出力信号をセットS入力端子に受
け、ORゲート700の出力信号をリセットR入力端子
に受け、ランプ発生器510のスタート端子START に制
御信号を供給するRSフリップ・フロップ810と、R
Sフリップ・フロップ810の出力信号を入力され、セ
ンス電界効果トランジスタ110のゲート端子を駆動す
るためのゲート駆動回路820とからなる。
【0020】次に、前述の5ピン力率補償回路の動作に
ついて説明する。まず、ブースト・コンバータ100で
用いられるセンス電界効果トランジスタ110は、ドレ
イン電流IDRAINに比例する小さい出力電流Isense を
ミラー端子Mを通じて発生するトランジスタであって、
電力容量が小さい抵抗で大きいドレイン電流の感知を可
能にさせる。センス電界効果トランジスタ110はゲー
ト駆動回路820を通じて駆動されるが、ゲート駆動回
路820の入力が「ハイ」であると、センス電界効果ト
ランジスタ110はオンされ、「ロー」であると、セン
ス電界効果トランジスタ110はオフされる。
【0021】また、ゲート駆動回路820はRSフリッ
プ・フロップ810の出力端子からQ信号を入力される
が、RSフリップ・フロップ810はゼロ電流検出回路
200の出力信号が「ハイ」であると「ハイ」を出力
し、ORゲート700の出力信号が「ハイ」であると
「ロー」を出力する。
【0022】センス電界効果トランジスタ110のミラ
ー端子Mから流れる電流は、抵抗Rsを通じて電圧に変
換されて比較器610の非反転(+)入力端子に入力さ
れ、反転(−)入力端子に入力された基準電圧Vref2よ
り大きくなると、比較器610は[ハイ]信号を出力す
る。比較器610の出力信号はセンス電界効果トランジ
スタ110のターン・オン初期に発生されるパルス性雑
音を除去するためのリーディング・エッジ・ブランキン
グ回路620を経てORゲート700の一方の入力に印
加される。前述した過程を通じて、センス電界効果トラ
ンジスタ110のドレイン電流が一定の電流以上になる
とセンス電界効果トランジスタ110をターン・オフす
るようにする過電流検出動作がなされる。
【0023】ターン・オン制御回路500にあるランプ
発生器510は、スタート端子START に「ハイ」信号が
印加されると図3に示すように、電圧VLOW から直線的
に増加するランプ電圧VRAMPを出力し、出力電圧が制御
電圧Vconより大きくなるとランプ発生器510のス
トップ端子STOPとORゲート700の一方の入力端
子に連結された比較器520の出力電圧が「ハイ」にな
るので、ランプ発生器510の出力電圧VRAMPは電圧V
LOW になり、次のスタート端子STARTに「ハイ」信
号が印加されるまで電圧VLOW を保持するようになる。
【0024】制御電圧Vconのリプル成分がほとんど
ゼロであると仮定すると、図1に示す各ブロックの動作
でセンス電界効果トランジスタ110のターン・オン時
間は常に一定することになる。これは、RSフリップ・
フロップ810の出力信号が「ハイ」になり、ランプ発
生器510の出力電圧VRAMPが直線的に増加して、制御
電圧Vconまでに至る時間が一定であるためである。
【0025】本発明の実施の形態にしたがう5ピン力率
補償回路の動作原理の核心は、ブースト・コンバータ1
00にあるインダクタLfと共に巻いた巻線WFB電圧が
出力電圧Voに比例するので、巻線電圧を整流した制御
電源Vccも出力電圧Voに比例するため、制御電源V
ccを一定に定電圧化すると出力電圧Voを一定に保持
することができる。このような原理を用い、出力電圧V
oの感知と制御電源Vcc供給を一つのピンで解決する
ことにより外部の素子数を最小化することができる。
【0026】ブースト・コンバータ100において、セ
ンス電界効果トランジスタ110がターン・オンされる
と次のような(1)式が成立する。 VLf=−Vi ・・・・・(1) ここで、VLfはインダクタLf電圧、Viは入力電圧で
ある。
【0027】しかしながら、センス電界効果トランジス
タ110がターン・オフされると、インダクタLfの電
流がダイオードD2を通じてフリーホィーリング(Freew
heeling)するので、次のような(2)式が成立する。 VLf=Vo−Vi ・・・・・(2) 入力電圧Viがゼロであるとき、インダクタ電圧VLf
出力電圧Voは同一であるので、インダクタ電圧VLf
ダイオードD1に半波整流し、キャパシタCvccで平
滑にすると、電圧Vccは出力電圧Voに比例すること
になる。
【0028】次に、制御電圧発生回路400において差
動増幅器410は、分圧抵抗R1、R2の接続点に印加
される電圧Vcc・R2/(R1+R2)が基準電圧V
ref1より大きくなると、制御電圧Vconを減少させて
センス−電界効果トランジスタ110のターン・オン時
間を減少させ、逆に、基準電圧Vref1より小さくなる
と、制御電圧Vconを増加させて、センス電界効果ト
ランジスタ110のターン・オン時間を増加させる。低
域通過フィルタ420は差動増幅器410の出力信号に
生じるリプル電圧を十分に縮小させて交流入力電圧の1
周期の間前記制御電圧Vconをほとんど直流に作るた
めのものである。このようにすることにより、交流入力
電流の歪曲が小さくなることになる。
【0029】ゼロ電流検出回路200において、抵抗R
ZCD は前記インダクタLfの電流が前記ダイオードD2
を通じて負荷に流れることにより、ゼロになる時点を感
知するための抵抗である。インダクタLfの電流がゼロ
になるとインダクタ電圧VLfは(2)式に示されている
ように、(Vo−Vi)からゼロになる。このとき、イ
ンバータZCDの出力電圧は「ロー」から「ハイ」に変
更され、RSフリップ・フロップ810の出力は「ハ
イ」になり、センス電界効果トランジスタ110をター
ン・オンさせる。
【0030】図2は本発明の実施の形態に従う5ピン力
率補償回路において、インダクタ電圧VLfの波形を示す
ものである。したがって、図1に示すように、五つの外
部ピン#1〜#5であると力率補償のためのブースト・
コンバータ100の入力力率をほとんど100%に保持
して出力電圧を定電圧化することができる。
【0031】
【発明の効果】以上のように、本発明の力率補償回路
は、力率補償のためのブースト・コンバータを連続電流
と不連続電流との境界において制御する回路と電流感知
が容易なセンス電界効果トランジスタを一つのパッケー
ジに実装し、最大限に外部ピン数を減少することがで
き、したがって、周辺部品の削減とコストの低減化が可
能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の力率補償回路の実施の形態の詳細回路
図。
【図2】本発明の力率補償回路の実施の形態におけるイ
ンダクタ電圧の波形図。
【図3】本発明の力率補償回路の実施の形態におけるラ
ンプ発生器の出力信号波形図。
【図4】従来の力率補償回路(Power Factor Correction
Circuit)の一例を示す応用回路図UC3852。
【図5】従来の力率補償回路の他の例を示す応用回路図
KA7524。
【符号の説明】
10 ブリッジ整流器 100 ブースト・コンバータ 110 センス電界効果トランジスタ 200 ゼロ電流検出回路 300 半波整流器 400 制御電圧発生回路 410 差動増幅器 500 ターン・オン制御回路 510 ランプ発生器 600 過電流検出回路 610 比較器 620 リーディング・エッジ・ブランキング回路 700 ORゲート 800 出力電流制御回路 810 RSフリップ・フロップ 820 ゲート駆動回路 900 低電圧保護回路(UVLO)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 キャパシタ、インダクタ、センス電界効
    果トランジスタおよびダイオードを含み、整流手段から
    直流電源を入力され、入力電流を制御することにより、
    力率を改善するためのブースト・コンバータと、 前記インダクタを流れる電流がゼロになる時点を感知し
    て信号を出力するためのゼロ電流検出手段と、 前記センス電界効果トランジスタのターン・オフの際、
    前記ブースト・コンバータの出力電圧に比例するインダ
    クタ巻線電圧を整流して出力電圧に比例する制御電源を
    供給するための制御電源供給手段と、 前記制御電源供給手段の出力電圧が入力され、入力され
    る電圧を基準電圧と比較して前記センス電界効果トラン
    ジスタのターン・オン時間を制御するための制御電圧を
    発生する制御電圧発生手段と、 スタート制御信号とストップ制御信号とにより一定の上
    昇時間を有するのこぎり波を発生し、発生したのこぎり
    波を前記制御電圧発生手段の出力信号と比較することに
    より、前記センス電界効果トランジスタのターン・オン
    時間を常に一定に保持することができるようにするため
    の制御信号を発生するターン・オン制御手段と、 前記センス電界効果トランジスタのミラー端子電流を検
    出し、ミラー端子電流が一定の電流以上になると信号を
    出力することにより、過電流から保護することができる
    ようにするための過電流検出手段と、 前記ゼロ電流検出手段の出力信号をセット入力に受け、
    前記過電流検出手段またはターン・オン制御手段の出力
    信号をリセット入力に受け、前記センス電界効果トラン
    ジスタのゲート駆動信号を発生するための出力電流制御
    手段とを含んでなることを特徴とする力率補償回路。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の力率補償回路において、 前記ゼロ電流検出手段は、 前記インダクタ電流がゼロになる時点を感知するための
    抵抗と、 前記抵抗を通じて流れる電流がゼロであるとき信号を発
    生させるインバータと、を含んでなることを特徴とする
    力率補償回路。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の力率補償回路において、 前記制御電圧発生手段は、 前記制御電源供給手段の出力電圧を分圧するための分圧
    抵抗と、 前記分圧抵抗の接続点に印加される電圧を反転入力端子
    に受け、基準電圧を非反転入力端子に受け、入力された
    二つの信号を比較して前記センス電界効果トランジスタ
    のターン・オン時間を制御するための制御電圧を発生す
    る差動増幅器と、 前記差動増幅器の出力信号をフィルタリングするため抵
    抗とキャパシタとで構成された低域通過フィルタと、を
    含んでなることを特徴とする力率補償回路。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の力率補償回路において、 前記ターン・オン制御手段は、 スタート制御信号とストップ制御信号とにより一定の上
    昇時間を有するのこぎり波を発生するランプ発生器と、 前記ランプ発生器を通じてのこぎり波を非反転入力端子
    に受け、前記制御電圧発生手段の出力電圧を反転入力端
    子に受け、入力された二つの信号を比較することにより
    前記センス電界効果トランジスタのターン・オン時間を
    常に一定に保持することができるようにするための制御
    信号を発生すると同時に前記制御信号を前記ランプ発生
    器のストップ制御信号として供給する比較器と、を含ん
    でなることを特徴とする力率補償回路。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の力率補償回路において、 前記過電流検出手段は、 前記センス電界効果トランジスタのミラー端子電流を検
    出するための抵抗と、 前記抵抗両端に印加される電圧を非反転入力端子に受
    け、基準電圧を反転入力端子に受け、入力された二つの
    信号を比較して前記ミラー端子電流が一定の電流以上に
    なると信号を出力する比較器と、 前記センス電界効果トランジスタのターン・オン時にド
    レイン電流波形のリーディング・エッジ部分において発
    生するパルス性雑音信号を除去するためのリーディング
    ・エッジ・ブランキング回路と、を含んでなることを特
    徴とする力率補償回路。
  6. 【請求項6】 請求項1または4記載の力率補償回路に
    おいて、 前記出力電流制御手段は、 前記ゼロ電流検出手段の出力信号をセット入力端子に受
    け、前記ターン・オン制御手段または過電流検出手段の
    出力信号をリセット入力端子に受け、前記ランプ発生器
    のスタート端子に制御信号を供給するRSフリップ・フ
    ロップと、 前記RSフリップ・フロップの出力信号を入力され、前
    記センス電界効果トランジスタのゲート端子を駆動する
    ためのゲート駆動回路と、を含んでなることを特徴とす
    る力率補償回路。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の力率補償回路において、 前記制御電源供給手段は半波整流器からなることを特徴
    とする力率補償回路。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の力率補償回路において、 前記半波整流器の出力端子には、前記半波整流器の出力
    電圧が一定の電圧以上になると全体回路を動作させる低
    電圧保護回路をさらに含むことを特徴とする力率補償回
    路。
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