JPH10243656A - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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Publication number
JPH10243656A
JPH10243656A JP9041220A JP4122097A JPH10243656A JP H10243656 A JPH10243656 A JP H10243656A JP 9041220 A JP9041220 A JP 9041220A JP 4122097 A JP4122097 A JP 4122097A JP H10243656 A JPH10243656 A JP H10243656A
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JP
Japan
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winding
leakage transformer
power supply
core
capacitor
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Application number
JP9041220A
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English (en)
Inventor
Hiroaki Mannami
寛明 万波
Yoshinobu Murakami
善宣 村上
Tomoyuki Nakano
智之 中野
Naoki Onishi
尚樹 大西
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】リーケージトランスを含む共振回路を有するイ
ンバータ装置で、交流電源から引き込まれる入力電流が
負荷の共振電流により制限される場合において、所定の
出力電流を流すリーケージインダクタを得て、出力電力
に見合った入力電流を引き込むことが可能なリーケージ
トランスを構成し、かつ、リーケージトランスの小型化
を可能とする。 【解決手段】交流電源を整流平滑して得た直流電圧を高
周波に変換し、リーケージトランスを介して負荷回路に
高周波の交流電力を供給し、かつ負荷の共振電流により
入力電流が制限される電力変換回路において、リーケー
ジトランスの構成を、第2の巻線L2 の一部を第1の巻
線L1 と重ねて巻回し、重ね巻いた巻数に応じて磁束を
打ち消し、漏れ磁束を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源を整流平
滑して得た直流を高周波に変換して負荷回路に供給する
電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6に従来例の基本回路図を示す。以
下、その回路構成について説明する。全波整流器DBの
交流入力端子には、トランスL3 とコンデンサC5 、C
6 よりなるフィルタ回路を介して交流電源Vsが接続さ
れている。全波整流器DBの直流出力端子には、ダイオ
ードD1 を介して平滑コンデンサC1 が接続されてい
る。平滑コンデンサC1 には、MOSFETよりなるス
イッチング素子Q1 、Q2 の直列回路が並列接続されて
いる。ダイオードD1 と全波整流器DBの接続点と、ス
イッチング素子Q1 、Q2 の接続点との間には、リーケ
ージトランスTlの1次巻線L1 とコンデンサC3 とか
らなる直列回路が接続されている。リーケージトランス
Tlの2次巻線L2 の両端には、放電灯laのフィラメ
ントの電源側端子が接続されており、放電灯laのフィ
ラメントの非電源側端子間にはコンデンサC2 が並列接
続されている。また、ダイオードD1 の両端にはコンデ
ンサC4が並列接続されている。
【0003】以下、上記回路の動作について説明する。
まず、インバータの動作について説明する。インバータ
はスイッチング素子Q1 、Q2 とリーケージトランスT
l(リーケージインダクタL0 )、コンデンサC2 、C
3 及び放電灯laで構成されている。スイッチング素子
1 、Q2 が高速度で交互にオン、オフし、平滑コンデ
ンサC1 の直流電圧を高周波の交流に変換して、放電灯
laを高周波点灯させる。コンデンサC2 は放電灯la
のフィラメントの予熱電流通電経路を構成しており、ま
たリーケージインダクタL0 との共振用コンデンサも兼
ねている。コンデンサC3 は直流成分カット用の結合コ
ンデンサである。
【0004】上記回路においてスイッチング素子Q2
オンすると、平滑コンデンサC1 からコンデンサC4
リーケージトランスTlの1次巻線L1 、コンデンサC
3 、スイッチング素子Q2 を経て平滑コンデンサC1
戻る経路で電流が流れる。このとき、コンデンサC4
充電され、|Vin|>VC1−VC4が成立するとき、全
波整流器DBから、リーケージトランスTlの1次巻線
1 、コンデンサC3、スイッチング素子Q2 を経て全
波整流器DBに戻る経路で電流が流れることになる。つ
まり、全波整流器DBの出力端と平滑コンデンサC1
間に挿入したコンデンサC4 が全波整流器DBの出力電
圧|Vin|と平滑コンデンサC1 の電圧VC1との差の
電圧を分担することになり、全波整流器DBの出力電圧
|Vin|が平滑コンデンサC1 の電圧VC1より低くて
も、入力電流Iinが高周波的に流れる。この入力歪改
善動作により入力力率が高くなる。また、コンデンサC
5、C6 とトランスL3 を含むフィルタ回路により高周
波成分を除去した入力電流波形は、高調波成分の少ない
正弦波に近い波形とすることができる。
【0005】この回路では、入力歪改善動作により引き
込まれる入力電流の割合はほぼ決まっており、リーケー
ジトランスTlの1次巻線L1 を流れる共振電流IL1
略1/3である。よって、リーケージトランスTlの昇
圧比が小さく、その1次巻線L1 を流れる共振電流IL1
が少なくなるに従い、引き込まれる入力電流Iinが不
足し、平滑コンデンサC1 の電圧VC1が低下し、電源電
圧Vinのピーク値以下になると、コンデンサインプッ
ト的なパルス状の電流が流れるため、入力電流歪の悪化
を招くことになる。一方、リーケージトランスTlの昇
圧比が大きく、その1次巻線L1 を流れる共振電流IL1
が大きくなるに従い、共振電流IL1が流れる経路に含ま
れるスイッチング素子Q1 、Q2 でのスイッチングロス
やリーケージトランスTlの巻線でのロスが増加するた
め、回路効率の低下を招くことになる。また、リーケー
ジトランスTlの1次巻線L1 を流れる共振電流I
L1は、リーケージトランスTlの2次側を流れる電流I
L2の略昇圧比倍である。したがって、引き込まれる入力
電流が負荷の共振電流に制限されるような回路におい
て、リーケージトランスTlの設計を行う場合、負荷電
流に応じてリーケージトランスTlの昇圧比を調節し、
入力電流Iinにコンデンサインプット的な電流が流れ
ないようにしなければならない。そして、流れる電流に
応じた線経、及び磁束が飽和しないような巻数が決ま
る。図8に従来のEE型コアを用いたリーケージトラン
スの形状を示す。図中、1はEコア、2はボビン、L1
は1次巻線、L 2 は2次巻線である。
【0006】図7に他の従来例の回路図を示す。以下、
その回路構成について説明する。全波整流器DBの交流
入力端子には、トランスL3 とコンデンサC5 、C6
りなるフィルタ回路を介して交流電源Vsが接続されて
いる。全波整流器DBの直流出力端子には、コンデンサ
4 が接続されると共に、ダイオードD1 と平滑コンデ
ンサC1 の直列回路が前記コンデンサC4 と並列に接続
されている。平滑コンデンサC1 の両端には、スイッチ
ング素子Q1 、Q2 の直列回路が並列接続されている。
ダイオードD1 と全波整流器DBの接続点と、スイッチ
ング素子Q1 、Q2 の接続点との間には、リーケージト
ランスTlの1次巻線L1 とコンデンサC3 とからなる
直列回路が接続されている。リーケージトランスTlの
2次巻線L2 の両端には、放電灯la1 と放電灯la2
のフィラメントの電源側端子が直列に接続されており、
放電灯la1 、放電灯la2 のフィラメントの非電源側
端子間にはコンデンサC21とコンデンサC22が各々並列
接続されている。
【0007】以下、上記回路動作について説明する。ま
ず、インバータの動作について説明する。インバータは
スイッチング素子Q1 、Q2 とリーケージトランスTl
(リーケージインダクタL0 )、コンデンサC21
22、コンデンサC3、放電灯la1 及び放電灯la2
で構成されている。スイッチング素子Q1 、Q2 が高速
度で交互にオン、オフし、平滑コンデンサC1 の直流電
圧を高周波の交流に変換して、放電灯la1 、la2
高周波点灯させる。コンデンサC21、C22は放電灯la
1 、la2 のフィラメントの予熱電流通電経路を構成し
ており、またリーケージインダクタL0 との共振用コン
デンサも兼ねている。コンデンサC3 は直流成分カット
用の結合コンデンサである。
【0008】上記回路において、次に挙げる6つの動作
モードがある。 モード:スイッチング素子Q1 がオンすると、コンデ
ンサC1 からスイッチング素子Q1 、コンデンサC3
リーケージトランスTlの1次巻線L1 、コンデンサC
4 を経て平滑コンデンサC1 に戻る経路でコンデンサC
4 がVdcに充電されるまで電流が流れる。
【0009】モード:モードの状態から、コンデン
サC4 がVdcまで充電された後、共振電流は、リーケ
ージトランスTlの1次巻線L1 、ダイオードD1 、ス
イッチング素子Q1 、コンデンサC3 を通ってリーケー
ジトランスTlの1次巻線L 1 の経路で流れる。
【0010】モード:モードの状態から、スイッチ
ング素子Q1 がオフして、スイッチング素子Q2 がオン
となるスイッチング動作により、共振電流は、リーケー
ジトランスTlの1次巻線L1 、ダイオードD1 、平滑
コンデンサC1 、スイッチング素子Q2 の内蔵ダイオー
ド、コンデンサC3 を通ってリーケージトランスTlの
1次巻線L1 の経路で流れる。
【0011】モード:共振電流の転流により、コンデ
ンサC3 、スイッチング素子Q2 、コンデンサC4 、リ
ーケージトランスTlの1次巻線L1 を通ってコンデン
サC 3 の経路で共振電流は流れ、コンデンサC4 の放電
が行われる。
【0012】モード:モードの状態から、|Vin
|>VC1となる時点より、共振電流は電源Vsを介し
て、全波整流器DB、リーケージトランスTlの1次巻
線L1、コンデンサC3 、スイッチング素子Q2 を通っ
て全波整流器DBの経路で流れる。
【0013】モード:モードの状態から、スイッチ
ング素子Q1 がオンして、スイッチング素子Q2 がオフ
となるスイッチング動作により、共振電流は、電源Vs
を介して、全波整流器DB、リーケージトランスTlの
1次巻線L1 、コンデンサC 3 、スイッチング素子Q1
の内蔵ダイオード、平滑コンデンサC1 を通って全波整
流器DBの経路で流れる。
【0014】上記各動作モードのうち、モードとモー
ドのとき、入力電流Iinが高周波的に流れる。従っ
て、この入力歪改善動作により入力力率が高くなる。ま
た、コンデンサC5 、C6 とトランスL3 を含むフィル
タ回路により高周波成分を除去した入力電流波形は、高
調波成分の少ない正弦波に近い波形とすることができ
る。以上の動作モード以外は、図6の従来例と同様であ
る。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】上記のような回路にお
いて、低コスト化のためリーケージトランスTlの小型
化を図る場合、次のような課題がある。まず、磁束につ
いて考えると、最大磁束密度Bmは、1次巻線L1 に印
加される電圧V1 に比例し、駆動周波数F、磁束が通る
コアの断面積S、及び1次巻線L1 の巻数N1 に反比例
する関係が有る。また、磁束を飽和させないためには、
最大磁束密度Bmが0.25〜0.3になるように設計
しなければならないことが過去の例により分かってい
る。そこで、コアサイズが小さくなるとコアの断面積S
が小さくなるため、最大磁束密度Bmを満足するには1
次巻線L1 の巻数N1 を増加する必要が有る。
【0016】ところが、漏れ磁束φLと巻数N1 は比例
関係にあるため、巻数N1 を増加するとリーケージイン
ダクタL0 が増加することになる。したがって、リーケ
ージトランスTlの小型化を行う場合、リーケージイン
ダクタL0 は巻数比の二乗に比例して増加し、その結
果、所定の出力が得られなくなるという課題がある。例
えば、巻数をN11からN12に増加した場合、リーケージ
インダクタはL01からL 02に増加するものとすると、L
02≒(N12/N112 ×L01となる。出力を増加するに
は駆動周波数Fを低くして、共振を強めるという手段も
考えられるが、駆動周波数Fを低くすると最大磁束密度
Bmが大きくなってしまう。また、トランスの昇圧比を
上げるという手段も考えられるが、前述のように回路効
率の低下を招くことになるため、コンデンサインプット
にならない程度にできる限り昇圧比は下げ、共振のリー
ケージインダクタL0 を小さくした設計が望ましい。し
たがって、従来の設計ではコアサイズを小さくする余裕
がある場合でも、リーケージインダクタL0 が大きくな
りすぎるためにリーケージトランスTlの小型化ができ
ないという課題があった。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明にあっては、上記
の課題を解決するために、図6又は図7に示すように、
交流電源Vsを整流平滑して得た直流電圧を高周波に変
換し、リーケージトランスTlを介して負荷回路に高周
波の交流電力を供給し、かつ負荷の共振電流により入力
電流が制限される電力変換回路において、リーケージト
ランスの構成を、図1に示すように、第2の巻線L2
一部を第1の巻線L1 と重ねて巻回したことを特徴とす
るものである。あるいは、図2に示すように、リーケー
ジトランスTlのコアが第1及び第2のコアからなり、
図3に示すように、第1の巻線L 1 は第1のコア上に巻
回され、第2の巻線L2 は第2のコア上と、第1の巻線
1 と同一のコア上との両方に巻回されていることを特
徴とするものである。
【0018】
【発明の実施の形態】図1は本発明の第1実施例を示し
ている。本実施例は、例えば図6あるいは図7に示した
ような、負荷の共振電流により引き込まれる入力電流が
制限されるような回路において、リーケージトランスT
lを図1に示すような構成とすることにより、所定の出
力電流を流すリーケージインダクタL0 を得ると共に、
出力電力に見合った入力電流を引き込むことを可能とし
た上で、リーケージトランスTlの小型化を可能とする
ものである。本実施例におけるリーケージトランスTl
の構成は、図2に示すような、いわゆるEEコア(Eコ
ア+Eコア)を用いており、ボビン形状は1次巻線、及
び2次巻線が個別に巻けるような形状となっている。そ
して、まずボビンの一方には1次巻線L1 が巻かれてお
り、ボビンの他方には2次巻線L2 が巻かれており、そ
の2次巻線L2 の一部が磁束を打ち消すように1次巻線
1 と重ねて巻かれている。図1に示したコア、ボビン
の形状は一例を示したにすぎず、形が異なるものであっ
てもよい。
【0019】このように、1次巻線L1 と2次巻線L2
を重ねて巻くことにより、重ね巻いた巻数に応じて磁束
を打ち消し、漏れ磁束を抑制することができる。つま
り、リーケージトランスTlをこのような構成にするこ
とにより、重ね巻く巻数を変え、リーケージインダクタ
0 を調節することができる。
【0020】本実施例では簡単で安価なボビンを用い、
2次巻線の一部を1次巻線と重ねて巻回することにより
磁束を打ち消し、リーケージインダクタL0 の増加を抑
え、所定のリーケージインダクタL0 を得ると共に、リ
ーケージトランスTlの小型化を可能とするものであ
る。尚、図6に示した回路において負荷が二灯の場合
は、2次巻線の両端にバランサを介して放電灯を二灯並
列に接続する構成が容易に考えられる。このように放電
灯が複数になっても本実施例に示した発明による効果は
同様である。
【0021】次に、図3は本発明の第2実施例を示して
いる。本実施例におけるリーケージトランスの構成は、
いわゆるEEコアを用いており、ボビン2の形状は1次
巻線L1 及び2次巻線L2 が個別に巻けるような形状と
なっている。まずボビンの一方には1次巻線L1 が巻か
れており、ボビンの他方には2次巻線L2 が巻かれてお
り、その一部が1次巻線が巻かれているのと同一コア上
に重なるように巻かれている。また、ボビンの形状によ
っては、図4に示すような巻き方もある。
【0022】本実施例によれば1次巻線、2次巻線共に
巻回が容易で、2次巻線の一部を1次巻線と同一のコア
上に巻くことにより、その巻数に応じて1次側と2次側
の結合が強まり、漏れ磁束が減小することによりリーケ
ージインダクタL0 の調節をすることができ、かつリー
ケージトランスの小型化を可能とするものである。例え
ば図6あるいは図7に示したような、負荷の共振電流に
より引き込まれる入力電流が制限されるような回路にお
いて、リーケージトランスTlを図3又は図4に示すよ
うな構成とすることにより、所定の出力電流を流すリー
ケージインダクタL0 を得ると共に、出力電力に見合っ
た入力電流を引き込むことが可能となり、かつ、リーケ
ージトランスTlの小型化も可能となるものである。
【0023】次に、図5は本発明の第3実施例を示して
いる。本実施例におけるリーケージトランスの構成は、
いわゆるEEコアを用いており、ボビン2の形状は1次
巻線L1 及び2次巻線L2 が個別に巻けるような形状と
なっている。まずボビンの一方には1次巻線L1 が巻か
れており、ボビンの他方には2次巻線L2 が巻かれてお
り、その一部が1次巻線L1 が巻かれているのと同一コ
ア上に重なるように巻かれている。さらに、2次巻線L
2 の一部が磁束を打ち消すように1次巻線L1と重ねて
巻かれている。
【0024】本実施例は、例えば図6あるいは図7に示
したような、負荷の共振電流により引き込まれる入力電
流が制限されるような回路において、リーケージトラン
スTlを図5に示すような構成とすることにより、所定
の出力電流を流すリーケージインダクタL0 を得ると共
に、出力電力に見合った入力電流を引き込むことを可能
とした上で、リーケージトランスTlの小型化を可能と
するものである。
【0025】従来例で述べたように、例えば図6あるい
は図7に示したような回路では、負荷の共振電流により
引き込まれる入力電流が制限され、また、負荷回路に例
えば蛍光ランプなどを含む共振回路を用いる場合、負荷
の共振電流はランプ電流などに制限される。これら二つ
のことによりトランスの昇圧比も制限される。トランス
の1次側、2次側に流れる電流により、各々の巻線の線
径が決定する。1次巻線、2次巻線の巻数はコアサイズ
と磁束の飽和を考慮して決定される。1次巻線、2次巻
線の巻回するスペースはコアサイズとボビン形状より決
定される。
【0026】本実施例によれば、これらの制約下におい
ても、1次巻線、2次巻線の巻数比に応じて、予め2次
巻線の一部を1次巻線と同一のコア上に巻き、かつ2次
巻線の一部を1次巻線と重ね巻くことで所定のリーケー
ジインダクタに調節でき、効率よくリーケージトランス
の小型化を可能とするものである。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、引き込まれる入力電流
が負荷の共振電流により制限される回路において、所定
の出力電流を流すリーケージインダクタを得て、出力電
力に見合った入力電流を引き込むことが可能なリーケー
ジトランスを構成した上で、リーケージトランスの小型
化を可能とするという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の要部構成を示す正面図で
ある。
【図2】本発明の第1実施例に用いるコアの形状を示す
正面図である。
【図3】本発明の第2実施例の要部構成を示す正面図で
ある。
【図4】本発明の第2実施例の一変形例の要部構成を示
す正面図である。
【図5】本発明の第3実施例の要部構成を示す正面図で
ある。
【図6】従来の電源装置の一例を示す回路図である。
【図7】従来の電源装置の他の一例を示す回路図であ
る。
【図8】従来の電源装置の要部構成を示す正面図であ
る。
【符号の説明】
1 Eコア 2 ボビン L1 1次巻線 L2 2次巻線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01F 31/06 501Z (72)発明者 大西 尚樹 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源を整流平滑して得た直流電圧
    を高周波に変換し、リーケージトランスを介して負荷回
    路に高周波の交流電力を供給し、かつ負荷の共振電流に
    より入力電流が制限される電力変換回路において、リー
    ケージトランスの第2の巻線の一部を第1の巻線と重ね
    て巻回したことを特徴とする電源装置。
  2. 【請求項2】 交流電源を整流平滑して得た直流電圧
    を高周波に変換し、リーケージトランスを介して負荷回
    路に高周波の交流電力を供給し、かつ負荷の共振電流に
    より入力電流が制限される電力変換回路において、リー
    ケージトランスのコアが第1及び第2のコアからなり、
    第1の巻線は第1のコア上に巻回され、第2の巻線は第
    2のコア上と、第1の巻線と同一のコア上との両方に巻
    回されていることを特徴とする電源装置。
  3. 【請求項3】 前記電力変換回路が、交流電源を全波
    整流する全波整流器と、全波整流器の直流出力端子にダ
    イオードを介して並列接続された平滑コンデンサと、前
    記ダイオードの両端に並列接続されたコンデンサと、前
    記平滑コンデンサの両端に並列接続されて交互にオン、
    オフする第1及び第2のスイッチング素子の直列回路
    と、第1及び第2のスイッチング素子に各々逆並列接続
    されたダイオードとを備え、全波整流器の直流出力端子
    とダイオードの接続点と、第1及び第2のスイッチング
    素子の接続点との間にリーケージトランスの第1の巻線
    と直流カット用の結合コンデンサの直列回路が接続され
    ており、リーケージトランスの第2の巻線の両端には負
    荷回路が接続されているような回路において、リーケー
    ジトランスの構成を、第2の巻線の一部を第1の巻線と
    重ねて巻回したことを特徴とする請求項1記載の電源装
    置。
  4. 【請求項4】 前記電力変換回路が、交流電源を全波
    整流する全波整流器と、全波整流器の直流出力端子にダ
    イオードを介して並列接続された平滑コンデンサと、前
    記ダイオードの両端に並列接続されたコンデンサと、前
    記平滑コンデンサの両端に並列接続されて交互にオン、
    オフする第1及び第2のスイッチング素子の直列回路
    と、第1及び第2のスイッチング素子に各々逆並列接続
    されたダイオードとを備え、全波整流器の直流出力端子
    とダイオードの接続点と、第1及び第2のスイッチング
    素子の接続点との間にリーケージトランスの第1の巻線
    と直流カット用の結合コンデンサの直列回路が接続され
    ており、リーケージトランスの第2の巻線の両端には負
    荷回路が接続されているような回路において、リーケー
    ジトランスのコアが第1及び第2のコアからなり、第1
    の巻線は第1のコア上に巻回され、第2の巻線は第2の
    コア上と、第1の巻線と同一のコア上との両方に巻回さ
    れていることを特徴とする請求項2記載の電源装置。
  5. 【請求項5】 リーケージトランスのコアが、第1及
    び第2のコアからなり、第1の巻線は第1のコア上に巻
    回され、第2の巻線は第2のコア上と、第1の巻線と同
    一のコア上との両方に巻回され、かつ第2の巻線の一部
    を第1の巻線と重ねて巻回したことを特徴とする請求項
    2又は4記載の電源装置。
  6. 【請求項6】 前記負荷回路が放電灯とコンデンサに
    より構成されていることを特徴とする請求項3又は4記
    載の電源装置。
  7. 【請求項7】 前記第2の巻線の両端に蛍光ランプの
    フィラメントの電源側端子が接続され、蛍光ランプのフ
    ィラメントの非電源側端子間にコンデンサが並列接続さ
    れていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに
    記載の電源装置。
JP9041220A 1997-02-25 1997-02-25 電源装置 Pending JPH10243656A (ja)

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