JPH09215330A - スイッチング電源回路 - Google Patents
スイッチング電源回路Info
- Publication number
- JPH09215330A JPH09215330A JP1488496A JP1488496A JPH09215330A JP H09215330 A JPH09215330 A JP H09215330A JP 1488496 A JP1488496 A JP 1488496A JP 1488496 A JP1488496 A JP 1488496A JP H09215330 A JPH09215330 A JP H09215330A
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- JP
- Japan
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- input voltage
- capacitor
- circuit
- switching
- power supply
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は入力電源がトランスの一次側とスイッ
チ素子の直列回路に接続され,前記スイッチ素子に並列
にアブソーバ用のコンデンサを備えるスイッチング電源
回路に関し,入力電圧の変動に対して許容範囲の全域で
最大効率を維持することを目的とする。 【解決手段】入力電源の電圧を検出する入力電圧検出回
路と,アブソーバ用のコンデンサとして容量の異なる複
数のコンデンサを設け,入力電圧検出回路からの検出信
号に応じて,切替部により複数のコンデンサの中から対
応する適正な容量のコンデンサをスイッチ素子に並列に
接続する切替えを行うよう構成する。
チ素子の直列回路に接続され,前記スイッチ素子に並列
にアブソーバ用のコンデンサを備えるスイッチング電源
回路に関し,入力電圧の変動に対して許容範囲の全域で
最大効率を維持することを目的とする。 【解決手段】入力電源の電圧を検出する入力電圧検出回
路と,アブソーバ用のコンデンサとして容量の異なる複
数のコンデンサを設け,入力電圧検出回路からの検出信
号に応じて,切替部により複数のコンデンサの中から対
応する適正な容量のコンデンサをスイッチ素子に並列に
接続する切替えを行うよう構成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はスイッチング電源回
路に関する。スイッチング電源は,直流をスイッチ素子
によりスイッチングしてその平均を出力することで必要
な電圧を発生する。しかし,スイッチング素子の開閉時
には,開閉サージがスイッチング素子に加わるため,そ
のサージから素子を保護する目的で,サージ・アブソー
バが用いられる。サージ・アブソーバはCR(コンデン
サ・抵抗)を用いる等の各種の素子を組み合わせたもの
があるが,サージ・アブソーバにより電力が消費されて
効率が悪く,その改善が望まれている。
路に関する。スイッチング電源は,直流をスイッチ素子
によりスイッチングしてその平均を出力することで必要
な電圧を発生する。しかし,スイッチング素子の開閉時
には,開閉サージがスイッチング素子に加わるため,そ
のサージから素子を保護する目的で,サージ・アブソー
バが用いられる。サージ・アブソーバはCR(コンデン
サ・抵抗)を用いる等の各種の素子を組み合わせたもの
があるが,サージ・アブソーバにより電力が消費されて
効率が悪く,その改善が望まれている。
【0002】
【従来の技術】図4は従来例1の構成である。動作を概
説すると,入力される電圧Viの直流電源は制御回路8
3により制御されるスイッチ素子81により断続され
て,トランス80の二次側から対応する交流出力を発生
して,整流ダイオード84,85,チョークコイル8
6,平滑コンデンサ87により直流に変換され出力電圧
Voが発生する。出力電圧Voの変動に対応して制御回
路83は所望の電圧になるようスイッチ素子81のオ
ン,オフの時間を制御する。
説すると,入力される電圧Viの直流電源は制御回路8
3により制御されるスイッチ素子81により断続され
て,トランス80の二次側から対応する交流出力を発生
して,整流ダイオード84,85,チョークコイル8
6,平滑コンデンサ87により直流に変換され出力電圧
Voが発生する。出力電圧Voの変動に対応して制御回
路83は所望の電圧になるようスイッチ素子81のオ
ン,オフの時間を制御する。
【0003】スイッチ素子81のオン,オフの時間をそ
れぞれTon,Toff,オン・オフの周期T(=To
n+Toff)が固定されている場合,制御回路83は
一定の出力電圧Voを発生するよう,次の関係を維持す
るようオン・オフ時間を調整する。
れぞれTon,Toff,オン・オフの周期T(=To
n+Toff)が固定されている場合,制御回路83は
一定の出力電圧Voを発生するよう,次の関係を維持す
るようオン・オフ時間を調整する。
【0004】Vo=(Ton/T)×Vi この回路では,スイッチ素子81がオンからオフに切り
換わると,トランス80のインダクタンスに蓄積された
エネルギーが蓄積されて電圧が急激に上昇してスイッチ
素子81に加わる。この時スイッチ素子81の耐圧が低
いと破壊される可能性がある。そのため,この従来例1
では,スイッチ素子81を保護する目的でコンデンサ8
2をサージ・アブソーバとして設けている。
換わると,トランス80のインダクタンスに蓄積された
エネルギーが蓄積されて電圧が急激に上昇してスイッチ
素子81に加わる。この時スイッチ素子81の耐圧が低
いと破壊される可能性がある。そのため,この従来例1
では,スイッチ素子81を保護する目的でコンデンサ8
2をサージ・アブソーバとして設けている。
【0005】このコンデンサ82によるアブソーバを用
いた場合,コンデンサの容量によりコンデンサでの損
失,スイッチ素子のスイッチングロスが変化する。すな
わち,コンデンサの容量が過大な場合,スイッチがオフ
の時に蓄積された電荷がオンになった時にもう放出され
なくなり電源電圧が高くなる。また,コンデンサの容量
が小さいと,スイッチがオフになった時に急激な電流が
流れコンデンサの電圧が急激に立ち上がるため電力(電
流×電圧)が無駄に消費される。
いた場合,コンデンサの容量によりコンデンサでの損
失,スイッチ素子のスイッチングロスが変化する。すな
わち,コンデンサの容量が過大な場合,スイッチがオフ
の時に蓄積された電荷がオンになった時にもう放出され
なくなり電源電圧が高くなる。また,コンデンサの容量
が小さいと,スイッチがオフになった時に急激な電流が
流れコンデンサの電圧が急激に立ち上がるため電力(電
流×電圧)が無駄に消費される。
【0006】そのため,アブソーバのコンデンサの容量
は,入力電圧に対して最大効率を実現するものを調整に
より決定していたが,実際には入力電圧は一定であるこ
とはなくある程度変動するために電力ロスの発生を防ぐ
ことは困難であった。
は,入力電圧に対して最大効率を実現するものを調整に
より決定していたが,実際には入力電圧は一定であるこ
とはなくある程度変動するために電力ロスの発生を防ぐ
ことは困難であった。
【0007】従来のサージ・アブソーバの回路の一つが
特開平3−32321号公報に記載されている。その構
成を図5に従来例2として示す。この構成では,トラン
ス80の1次巻線と並列に抵抗88とコンデンサ89及
びダイオード90からなるアブソーバを設け,トランス
80の励磁エネルギーを吸収している。広い入力電圧範
囲でのスイッチ素子81の耐圧と主トランスのリセット
時間を確保するため,入力電圧検出回路91とアブソー
バスイッチ92を含む回路を設け,入力電圧が高いとア
ブソーバスイッチ92をオンにしてアブソーバの等価抵
抗を低くし,入力電圧が低いとアブソーバスイッチ92
をオフにして等価抵抗を高くするものである。しかし,
この構成では,トランジスタの耐圧を越えないようにす
ることができるが,トランスの励磁エネルギーは全てア
ブソーバの抵抗で消費されることになり,効率の改善に
はならない。
特開平3−32321号公報に記載されている。その構
成を図5に従来例2として示す。この構成では,トラン
ス80の1次巻線と並列に抵抗88とコンデンサ89及
びダイオード90からなるアブソーバを設け,トランス
80の励磁エネルギーを吸収している。広い入力電圧範
囲でのスイッチ素子81の耐圧と主トランスのリセット
時間を確保するため,入力電圧検出回路91とアブソー
バスイッチ92を含む回路を設け,入力電圧が高いとア
ブソーバスイッチ92をオンにしてアブソーバの等価抵
抗を低くし,入力電圧が低いとアブソーバスイッチ92
をオフにして等価抵抗を高くするものである。しかし,
この構成では,トランジスタの耐圧を越えないようにす
ることができるが,トランスの励磁エネルギーは全てア
ブソーバの抵抗で消費されることになり,効率の改善に
はならない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来例2のよう
にトランスの1次巻線に並列に接続した抵抗を含むサー
ジ・アブソーバは,トランスの励磁エネルギーが抵抗に
より消費されるため電力効率が改善されなかった。ま
た,従来例1の技術ではスイッチ素子に並列に設けたコ
ンデンサCの場合,適正な容量を選択すればコンデンサ
に蓄積されたエネルギーは電源側(入力側)に帰還され
るため消費電力を少くできるが,入力電圧の変動により
無駄な消費電力を消費するという問題があった。
にトランスの1次巻線に並列に接続した抵抗を含むサー
ジ・アブソーバは,トランスの励磁エネルギーが抵抗に
より消費されるため電力効率が改善されなかった。ま
た,従来例1の技術ではスイッチ素子に並列に設けたコ
ンデンサCの場合,適正な容量を選択すればコンデンサ
に蓄積されたエネルギーは電源側(入力側)に帰還され
るため消費電力を少くできるが,入力電圧の変動により
無駄な消費電力を消費するという問題があった。
【0009】本発明は入力電圧の変動に対して許容範囲
の全域で最大効率を維持することができるスイッチング
電源回路を提供することを目的とする。
の全域で最大効率を維持することができるスイッチング
電源回路を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理構成
図である。図1において,1は制御回路(図示省略)に
よりオン・オフが制御されるスイッチ素子,2は入力電
圧検出回路,3は入力電圧検出回路2からの検出レベル
に応じてスイッチ素子1の2つの端子間に接続するサー
ジ・アブソーバ用のコンデンサを切替える切替回路,4
−1,4−2,4−3はサージ・アブソーバ用のコンデ
ンサであり,この例ではそれぞれ容量が異なる3つが設
けられている。5はトランスである。
図である。図1において,1は制御回路(図示省略)に
よりオン・オフが制御されるスイッチ素子,2は入力電
圧検出回路,3は入力電圧検出回路2からの検出レベル
に応じてスイッチ素子1の2つの端子間に接続するサー
ジ・アブソーバ用のコンデンサを切替える切替回路,4
−1,4−2,4−3はサージ・アブソーバ用のコンデ
ンサであり,この例ではそれぞれ容量が異なる3つが設
けられている。5はトランスである。
【0011】本発明は,スイッチ素子の端子(電極)端
子間に接続されるサージ・アブソーバ用のコンデンサを
予め複数個用意しておき,入力電圧検出回路2により入
力電圧を検出すると,予め各入力電圧に対応して無駄な
電力を消費せず,オフ時間の後に電圧が決められた電圧
に降下することができる最適な容量のコンデンサをスイ
ッチ素子1の電流が流れる2つの端子間に接続するよう
切替回路3により切替えるものである。
子間に接続されるサージ・アブソーバ用のコンデンサを
予め複数個用意しておき,入力電圧検出回路2により入
力電圧を検出すると,予め各入力電圧に対応して無駄な
電力を消費せず,オフ時間の後に電圧が決められた電圧
に降下することができる最適な容量のコンデンサをスイ
ッチ素子1の電流が流れる2つの端子間に接続するよう
切替回路3により切替えるものである。
【0012】
【発明の実施の形態】図2は実施例の構成図である。図
2において,10はFET(電界効果トランジスタ)で
構成するスイッチ素子,11は入力電圧Viの電圧を検
出する入力電圧検出回路,12は切替回路,13−1,
13−2,13−3はそれぞれ異なる容量を持つアブソ
ーバ用コンデンサ(C1,C2,C3で表す,但し容量
はC1<C2<C3),14はトランス,15−1,1
5−2は整流用のダイオード,16はチョークトラン
ス,17は平滑用コンデンサ,18は出力電圧を検出し
てスイッチ素子10のオン・オフの制御信号を発生する
スイッチ制御回路である。
2において,10はFET(電界効果トランジスタ)で
構成するスイッチ素子,11は入力電圧Viの電圧を検
出する入力電圧検出回路,12は切替回路,13−1,
13−2,13−3はそれぞれ異なる容量を持つアブソ
ーバ用コンデンサ(C1,C2,C3で表す,但し容量
はC1<C2<C3),14はトランス,15−1,1
5−2は整流用のダイオード,16はチョークトラン
ス,17は平滑用コンデンサ,18は出力電圧を検出し
てスイッチ素子10のオン・オフの制御信号を発生する
スイッチ制御回路である。
【0013】図2に示す入力電圧検出回路11は,入力
電圧Viのレベルが予め決められた複数のレベル帯の何
れに含まれるのかを検出する機能を備え,この実施例で
は2つの閾値V1,V2(V1<V2)を設定し,入力
電圧Viが次の3つのレベル帯の何れに該当するか判別
する。
電圧Viのレベルが予め決められた複数のレベル帯の何
れに含まれるのかを検出する機能を備え,この実施例で
は2つの閾値V1,V2(V1<V2)を設定し,入力
電圧Viが次の3つのレベル帯の何れに該当するか判別
する。
【0014】Vi<V1 V1≦Vi<V2 V2≦Vi そのため,入力電圧検出回路11の差動増幅回路を含む
比較器110と比較器112は,それぞれ閾値電圧とし
てV1,V2を発生するツェナーダイオード111,1
13と入力電圧Viを比較する。すなわち,比較器11
0はVi<V1の時“H”(ハイ)信号を発生し,Vi
≧V1の時“L”(ロウ)信号を発生し,比較器112
はV2≦Viの時“H”信号を発生し,Vi<V2の時
“L”信号を発生する。各比較器110と112の出力
は信号線11a,11bにより切替回路12に供給され
る。
比較器110と比較器112は,それぞれ閾値電圧とし
てV1,V2を発生するツェナーダイオード111,1
13と入力電圧Viを比較する。すなわち,比較器11
0はVi<V1の時“H”(ハイ)信号を発生し,Vi
≧V1の時“L”(ロウ)信号を発生し,比較器112
はV2≦Viの時“H”信号を発生し,Vi<V2の時
“L”信号を発生する。各比較器110と112の出力
は信号線11a,11bにより切替回路12に供給され
る。
【0015】切替回路12は,制御回路120とアブソ
ーバ用コンデンサC1,C2,C3をスイッチ素子10
の2つの端子間に接続するか否かを切替える3個のリレ
ーで構成するスイッチ121〜123とで構成される。
各リレーは制御回路120によりオン,オフが制御さ
れ,リレーがオンに駆動されるとその接点を閉じ,リレ
ーがオフに切替えられると接点が開放される。
ーバ用コンデンサC1,C2,C3をスイッチ素子10
の2つの端子間に接続するか否かを切替える3個のリレ
ーで構成するスイッチ121〜123とで構成される。
各リレーは制御回路120によりオン,オフが制御さ
れ,リレーがオンに駆動されるとその接点を閉じ,リレ
ーがオフに切替えられると接点が開放される。
【0016】制御回路120は入力電圧検出回路11か
らの信号線11a,11bの信号を識別して,信号線1
1aが“L”の場合はスイッチ121をオンにし,信号
線11aが“H”で信号線11bが“L”の場合はスイ
ッチ122をオンにし,信号線11bが“H”の場合は
スイッチ123をオンにする制御を行い,通常は3つの
中の一つのスイッチをオンにするよう制御する。但し,
一つのコンデンサだけで容量が不足する場合や,多段階
の制御を行うために同時に複数のコンデンサをオンにす
るようスイッチの制御をするようにしても良い。
らの信号線11a,11bの信号を識別して,信号線1
1aが“L”の場合はスイッチ121をオンにし,信号
線11aが“H”で信号線11bが“L”の場合はスイ
ッチ122をオンにし,信号線11bが“H”の場合は
スイッチ123をオンにする制御を行い,通常は3つの
中の一つのスイッチをオンにするよう制御する。但し,
一つのコンデンサだけで容量が不足する場合や,多段階
の制御を行うために同時に複数のコンデンサをオンにす
るようスイッチの制御をするようにしても良い。
【0017】これにより,スイッチ素子10の2つの電
極間には,スイッチ入力電圧Viのレベルが電圧V1よ
り低い時に小容量のコンデンサC1が接続され,入力電
圧ViがV1≦Vi<V2の範囲にある場合は,コンデ
ンサC2に切替えられ,入力電圧ViがV2≦Viにあ
る場合は,C3に切替えられる。
極間には,スイッチ入力電圧Viのレベルが電圧V1よ
り低い時に小容量のコンデンサC1が接続され,入力電
圧ViがV1≦Vi<V2の範囲にある場合は,コンデ
ンサC2に切替えられ,入力電圧ViがV2≦Viにあ
る場合は,C3に切替えられる。
【0018】図3はアブソーバ用コンデンサの電圧波形
を示す。一般的に,アブソーバ用のコンデンサは,スイ
ッチ素子10がオンした時,その時の入力電圧Viに対
して接続されたコンデンサに蓄えられたエネルギーはス
イッチ素子10の抵抗分で消費され(入力電源側に帰還
されない),スイッチ周波数をfとするとCVi2 f/
2の電力が消費される。
を示す。一般的に,アブソーバ用のコンデンサは,スイ
ッチ素子10がオンした時,その時の入力電圧Viに対
して接続されたコンデンサに蓄えられたエネルギーはス
イッチ素子10の抵抗分で消費され(入力電源側に帰還
されない),スイッチ周波数をfとするとCVi2 f/
2の電力が消費される。
【0019】図3の(a) は本発明による入力電圧Viに
対して適正な容量C(C1〜C3の一つを表す)を選択
した場合の波形を示し,スイッチがオフになって立ち上
がりの電圧が緩やかであり,スイッチ素子10でのロス
が少なく,蓄積されたエネルギーはピークをすぎるとス
イッチ素子10がオフの期間に電源側に帰還される。こ
れに対し,従来例のようにアブソーバ用のコンデンサの
容量が固定していると,入力電圧の変動に対し容量が小
さい状態では図3の(b) のようにスイッチ素子10がオ
フした時の電圧の立ち上がりが早くなってスイッチング
ロスが増える。また入力電圧に対し容量が大きすぎる状
態になると,図3の(c) に示すように,スイッチ素子1
0がオフの期間中にコンデンサのエネルギーを電源に帰
還しきれず,スイッチ素子がオンした時にも入力電圧の
レベルに戻らないため損失を増加させてしまう。従っ
て,図3の(a) のように入力電圧Viに対応して適正な
容量のアブソーバ用のコンデンサに切替えることにより
効率を上げることができる。
対して適正な容量C(C1〜C3の一つを表す)を選択
した場合の波形を示し,スイッチがオフになって立ち上
がりの電圧が緩やかであり,スイッチ素子10でのロス
が少なく,蓄積されたエネルギーはピークをすぎるとス
イッチ素子10がオフの期間に電源側に帰還される。こ
れに対し,従来例のようにアブソーバ用のコンデンサの
容量が固定していると,入力電圧の変動に対し容量が小
さい状態では図3の(b) のようにスイッチ素子10がオ
フした時の電圧の立ち上がりが早くなってスイッチング
ロスが増える。また入力電圧に対し容量が大きすぎる状
態になると,図3の(c) に示すように,スイッチ素子1
0がオフの期間中にコンデンサのエネルギーを電源に帰
還しきれず,スイッチ素子がオンした時にも入力電圧の
レベルに戻らないため損失を増加させてしまう。従っ
て,図3の(a) のように入力電圧Viに対応して適正な
容量のアブソーバ用のコンデンサに切替えることにより
効率を上げることができる。
【0020】上記の実施例ではアブソーバ用のコンデン
サとして3個を用いているが,入力電圧Viの変動範囲
の全域に対して適宜の個数のコンデンサと対応するスイ
ッチを設けることができる。
サとして3個を用いているが,入力電圧Viの変動範囲
の全域に対して適宜の個数のコンデンサと対応するスイ
ッチを設けることができる。
【0021】
【発明の効果】本発明によればスイッチ素子の電極間に
アブソーバ用のコンデンサを設けたスイッチング電源回
路において,入力電圧の変動が生じても回路の消費電力
を常に低減させることができ,高効率のスイッチング電
源回路を実現することができる。
アブソーバ用のコンデンサを設けたスイッチング電源回
路において,入力電圧の変動が生じても回路の消費電力
を常に低減させることができ,高効率のスイッチング電
源回路を実現することができる。
【図1】本発明の原理構成図である。
【図2】実施例の構成図である。
【図3】アブソーバ用コンデンサの電圧波形を示す図で
ある。
ある。
【図4】従来例1の構成図である。
【図5】従来例2の構成図である。
1 スイッチ素子 2 入力電圧検出回路 3 切替回路 4−1 サージ・アブソーバ用のコンデンサ 4−2 サージ・アブソーバ用のコンデンサ 4−3 サージ・アブソーバ用のコンデンサ 5 トランス
Claims (2)
- 【請求項1】 入力電源がトランスの一次側とスイッチ
素子の直列回路に接続され,制御信号によりオン・オフ
動作を行う前記スイッチ素子に並列にアブソーバ用のコ
ンデンサを備えるスイッチング電源回路において,入力
電源の電圧を検出する入力電圧検出回路と,前記アブソ
ーバ用のコンデンサとして容量の異なる複数のコンデン
サを設け,前記入力電圧検出回路により検出された入力
電圧に応じて,前記複数のコンデンサの中から対応する
適正な容量のコンデンサを前記スイッチ素子に並列に接
続する切替えを行う切替部を備えることを特徴とするス
イッチング電源回路。 - 【請求項2】 請求項1において,前記入力電圧検出回
路は,複数の電圧レベル帯を検出する出力を発生する回
路を備え,前記切替部は,前記複数の各コンデンサに直
列に設けられた各スイッチと前記入力電圧検出回路から
の検出出力に基づいて適正な1または複数のコンデンサ
に対応するスイッチをオンに切替える制御回路とで構成
されることを特徴とするスイッチング電源回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1488496A JPH09215330A (ja) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | スイッチング電源回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1488496A JPH09215330A (ja) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | スイッチング電源回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09215330A true JPH09215330A (ja) | 1997-08-15 |
Family
ID=11873449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1488496A Withdrawn JPH09215330A (ja) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | スイッチング電源回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09215330A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009153316A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Mitsubishi Electric Corp | 電力変換装置 |
-
1996
- 1996-01-31 JP JP1488496A patent/JPH09215330A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009153316A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Mitsubishi Electric Corp | 電力変換装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030401 |