JPH0638712B2 - Dc−dcコンバ−タ - Google Patents
Dc−dcコンバ−タInfo
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- JPH0638712B2 JPH0638712B2 JP58180384A JP18038483A JPH0638712B2 JP H0638712 B2 JPH0638712 B2 JP H0638712B2 JP 58180384 A JP58180384 A JP 58180384A JP 18038483 A JP18038483 A JP 18038483A JP H0638712 B2 JPH0638712 B2 JP H0638712B2
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- Japan
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- circuit
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- voltage conversion
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
- H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
- H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
- H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は出力電圧の安定化されたDC−DCコンバータ
に関する。
に関する。
従来,この種のDC−DCコンバータは,第1図の回路
図に示すように,定電圧回路3と電圧変換回路5との縦
続接続により構成されている。例えば,乾電池1から与
えられる出力端子2の電圧は1.7Vから1.0Vまで
変化するが,定電圧回路3により端子4の電圧は一定電
圧1.0Vに安定化される。その後に電圧変換回路5に
より2倍に昇圧され,出力端子6には安定化された2V
の電圧が得られるようになっている。
図に示すように,定電圧回路3と電圧変換回路5との縦
続接続により構成されている。例えば,乾電池1から与
えられる出力端子2の電圧は1.7Vから1.0Vまで
変化するが,定電圧回路3により端子4の電圧は一定電
圧1.0Vに安定化される。その後に電圧変換回路5に
より2倍に昇圧され,出力端子6には安定化された2V
の電圧が得られるようになっている。
ここで第1図において,定電圧回路3を用いない場合,
すなわち,直接,電圧変換回路5を乾電池1により駆動
する場合について考察すると,帰還抵抗5−4の値が無
限大のときの出力端子6の電圧V(open)が目的の安定化
出力電圧V(STB)の2値よりも充分大きければ,上記抵
抗5−4および5−5の比により決まる帰還電圧によっ
てV(STB)の値は安定化される。いま,抵抗5−4およ
び5−5の値をそれぞれR4およびR5とし,トランジ
スタ5−2のベース・エミッタ間電圧をVBEとすると,
V(STB)は, となる。しかし,実際に, 程度しかない場合には,充分帰還がかけられず,端子4
の入力電圧が変化することによって出力端子6の出力電
圧が変わってしまうことになる。このような回路に,前
記定電圧回路3を付加すると,乾電池1の電圧が変わっ
たときの電源電流の変化は,第2図のグラフに見られる
ように,ほぼ一定値I1となる。この場合の変換効率η
1は,第3図のグラフに示すように, により表わされる。この(1)式において,IlおよびV
lは負荷の電流および電圧である。IL,Vl,I1は
条件が決まると,変化しない値であり,そのために,乾
電池1の電圧VB1が大きくなるほど効率η1が低下する
という欠点があった。
すなわち,直接,電圧変換回路5を乾電池1により駆動
する場合について考察すると,帰還抵抗5−4の値が無
限大のときの出力端子6の電圧V(open)が目的の安定化
出力電圧V(STB)の2値よりも充分大きければ,上記抵
抗5−4および5−5の比により決まる帰還電圧によっ
てV(STB)の値は安定化される。いま,抵抗5−4およ
び5−5の値をそれぞれR4およびR5とし,トランジ
スタ5−2のベース・エミッタ間電圧をVBEとすると,
V(STB)は, となる。しかし,実際に, 程度しかない場合には,充分帰還がかけられず,端子4
の入力電圧が変化することによって出力端子6の出力電
圧が変わってしまうことになる。このような回路に,前
記定電圧回路3を付加すると,乾電池1の電圧が変わっ
たときの電源電流の変化は,第2図のグラフに見られる
ように,ほぼ一定値I1となる。この場合の変換効率η
1は,第3図のグラフに示すように, により表わされる。この(1)式において,IlおよびV
lは負荷の電流および電圧である。IL,Vl,I1は
条件が決まると,変化しない値であり,そのために,乾
電池1の電圧VB1が大きくなるほど効率η1が低下する
という欠点があった。
本発明の目的は,電圧変換回路の出力側に定電流源回路
から成る定電圧回路を付加することにより,入力電圧の
変動にともなって電圧変換回路の出力に変化が生じて
も,安定化された出力電圧を供給することのできるDC
−DCコンバータを提供することにある。
から成る定電圧回路を付加することにより,入力電圧の
変動にともなって電圧変換回路の出力に変化が生じて
も,安定化された出力電圧を供給することのできるDC
−DCコンバータを提供することにある。
本発明によれば,非安定なDC電源を直接高電圧に変換
する電圧変換回路と、前記電圧変換回路の出力側に設け
られ、この電圧変換回路の出力を電源とする定電流源回
路と、この定電流源回路の電流駆動回路をなすトランジ
スタのコレクタと前記電圧変換回路と出力端との間に接
続された負荷回路をなす抵抗と、前記トランジスタのコ
レクタから入力し、前記電圧変換回路の制御入力端子に
帰還出力する設定回路を有し、前記設定回路を介して前
記コレクタ電圧を前記電圧変換回路に帰還することによ
り前記電圧変換回路の出力電圧を定電圧とすることを特
徴とするDC−DCコンバータが得られる。
する電圧変換回路と、前記電圧変換回路の出力側に設け
られ、この電圧変換回路の出力を電源とする定電流源回
路と、この定電流源回路の電流駆動回路をなすトランジ
スタのコレクタと前記電圧変換回路と出力端との間に接
続された負荷回路をなす抵抗と、前記トランジスタのコ
レクタから入力し、前記電圧変換回路の制御入力端子に
帰還出力する設定回路を有し、前記設定回路を介して前
記コレクタ電圧を前記電圧変換回路に帰還することによ
り前記電圧変換回路の出力電圧を定電圧とすることを特
徴とするDC−DCコンバータが得られる。
次に,本発明によるDC−DDコンバータについて実施
例を挙げ,図面を参照して説明する。
例を挙げ,図面を参照して説明する。
第4図は,本発明による第1の実施例の構成を示す回路
図である。この例は,乾電池11と,スイッチ12と,
スイッチ12を介して入力電圧の与えられる自己励振形
の電圧変換回路16と,電圧変換回路16の出力側に接
続される定電圧回路17と,電圧変換回路16の入力端
子14と制御入力端子15との間に接続された抵抗13
とにより構成されている。そして,定電圧回路17は、
電圧変換回路16の出力端18と19との間に、定電流
回路をなす抵抗17−1、17−2およびトランジスタ
17−4、17−5とこの定電流源回路の電流駆動回路
をなすトランジスタ17−5のコレクタに接続されたコ
レクタ負荷用の抵抗17−3とを設け、,さらに,トラ
ンジスタ17−5のコレクタにベースが接続され,コレ
クタが上記電圧変換回路16の制御入力端子15に接続
された帰還信号伝達用のトランジスタ17−6を設ける
ことによって形成されている。
図である。この例は,乾電池11と,スイッチ12と,
スイッチ12を介して入力電圧の与えられる自己励振形
の電圧変換回路16と,電圧変換回路16の出力側に接
続される定電圧回路17と,電圧変換回路16の入力端
子14と制御入力端子15との間に接続された抵抗13
とにより構成されている。そして,定電圧回路17は、
電圧変換回路16の出力端18と19との間に、定電流
回路をなす抵抗17−1、17−2およびトランジスタ
17−4、17−5とこの定電流源回路の電流駆動回路
をなすトランジスタ17−5のコレクタに接続されたコ
レクタ負荷用の抵抗17−3とを設け、,さらに,トラ
ンジスタ17−5のコレクタにベースが接続され,コレ
クタが上記電圧変換回路16の制御入力端子15に接続
された帰還信号伝達用のトランジスタ17−6を設ける
ことによって形成されている。
なお,電圧変換回路16は、周知技術として,例えば,
第5図の回路図に見られるように構成されている。スイ
ッチ12をONにすると,乾電池11からの電圧が入力
端子14に与えられて自動的に発振を始め,昇圧コイル
16−2の出力側に高電圧を発生させる。この発生電圧
は,ダイオード16−3とコンデンサ16−4とにより
整流され,出力端子18と19との間に昇圧された直流
の高電圧として取り出される。
第5図の回路図に見られるように構成されている。スイ
ッチ12をONにすると,乾電池11からの電圧が入力
端子14に与えられて自動的に発振を始め,昇圧コイル
16−2の出力側に高電圧を発生させる。この発生電圧
は,ダイオード16−3とコンデンサ16−4とにより
整流され,出力端子18と19との間に昇圧された直流
の高電圧として取り出される。
ここで,再び第4図の定電圧回路17を参照し,抵抗1
7−1の値をR1,抵抗17−2の値をR2,抵抗17
−3の値をR3,トランジスタ17−4のベース・エミ
ッタ間電圧をVF1,コレクタ電流をIC1,トランジス
タ17−5のベース・エミッタ間電圧をVF2,コレク
タ電流をIC2,トランジスタ17−6のベース・エミッ
タ間電圧をVF3とすると,出力端子18および19間
の出力電圧Voutは, となる。従って,抵抗値R1,R2およびR3を選ぶこ
とにより,ベース・エミッタ間電圧VF1,VF2,V
F3,コレクタ電流IC1およびIC2の値が決まり,かく
して出力電圧Voutが任意の値に設定可能となる。さら
に,抵抗17−2の値R2を, に選ぶことにより,出力端子18の電圧が変化してトラ
ンジスタ17−4のコレクタ電流IC1が変わっても,コ
レクタ電圧は変わらないから,トランジスタ17−5の
コレクタ電流IC2は一定になる。従って,上記(2)式に
より,抵抗17−3の値R3を出力電圧Voutが所望の
値になるように選べばよい。なお,上記(3)式における
26mVの値はKT/qによって算出される。ここに,K
はボルツマン定数,Tは絶対温度,そしてqは電荷を示
す。
7−1の値をR1,抵抗17−2の値をR2,抵抗17
−3の値をR3,トランジスタ17−4のベース・エミ
ッタ間電圧をVF1,コレクタ電流をIC1,トランジス
タ17−5のベース・エミッタ間電圧をVF2,コレク
タ電流をIC2,トランジスタ17−6のベース・エミッ
タ間電圧をVF3とすると,出力端子18および19間
の出力電圧Voutは, となる。従って,抵抗値R1,R2およびR3を選ぶこ
とにより,ベース・エミッタ間電圧VF1,VF2,V
F3,コレクタ電流IC1およびIC2の値が決まり,かく
して出力電圧Voutが任意の値に設定可能となる。さら
に,抵抗17−2の値R2を, に選ぶことにより,出力端子18の電圧が変化してトラ
ンジスタ17−4のコレクタ電流IC1が変わっても,コ
レクタ電圧は変わらないから,トランジスタ17−5の
コレクタ電流IC2は一定になる。従って,上記(2)式に
より,抵抗17−3の値R3を出力電圧Voutが所望の
値になるように選べばよい。なお,上記(3)式における
26mVの値はKT/qによって算出される。ここに,K
はボルツマン定数,Tは絶対温度,そしてqは電荷を示
す。
このような回路定数の選定によって,トランジスタ17
−5のコレクタからトランジスタ17−6のベースに帰
還信号が送られると,トランジスタ17−6の出力信号
により電圧変換回路16の発振周波数が制御されて,安
定化した変換電圧が出力端子18および19間に得られ
る。すなわち,この変換された電圧は抵抗17−1,1
7−2および17−3の値R1,R2およびR3によっ
て決まり,乾電池11の電圧変動には左右されないこと
が判る。これによれば,トランジスタ17−6の帰還量
が小さくなった場合でも,上記(2)式の関係により出力
電圧が決まるから,従来技術のように出力電圧の安定化
をそこなうことはない。さらに,乾電池からの供給電圧
が大きくなった場合には,もち上げられる電圧(変換電
圧対電池電圧の割合)は小さくなり,結果として消費電
流は少なくて済むという利点がある。なおトランジスタ
17−5はそのコレクタ出力を電圧変換回路16に帰還
する機能およびベース・エミッタ間電圧値VF3を設定
する機能を備えているが、以上の説明から分かるよう
に、その帰還機能は出力電圧の安定化に寄与することが
比較的に少ないのに対し、電圧VF3の設定は両端の電
圧値を特定するのに重要な役割を果たしている。従って
トランジスタ17−6は、負荷抵抗17−3及びこれを
通る電流IC2と共に、電圧設定手段の1つであると言っ
て良い。
−5のコレクタからトランジスタ17−6のベースに帰
還信号が送られると,トランジスタ17−6の出力信号
により電圧変換回路16の発振周波数が制御されて,安
定化した変換電圧が出力端子18および19間に得られ
る。すなわち,この変換された電圧は抵抗17−1,1
7−2および17−3の値R1,R2およびR3によっ
て決まり,乾電池11の電圧変動には左右されないこと
が判る。これによれば,トランジスタ17−6の帰還量
が小さくなった場合でも,上記(2)式の関係により出力
電圧が決まるから,従来技術のように出力電圧の安定化
をそこなうことはない。さらに,乾電池からの供給電圧
が大きくなった場合には,もち上げられる電圧(変換電
圧対電池電圧の割合)は小さくなり,結果として消費電
流は少なくて済むという利点がある。なおトランジスタ
17−5はそのコレクタ出力を電圧変換回路16に帰還
する機能およびベース・エミッタ間電圧値VF3を設定
する機能を備えているが、以上の説明から分かるよう
に、その帰還機能は出力電圧の安定化に寄与することが
比較的に少ないのに対し、電圧VF3の設定は両端の電
圧値を特定するのに重要な役割を果たしている。従って
トランジスタ17−6は、負荷抵抗17−3及びこれを
通る電流IC2と共に、電圧設定手段の1つであると言っ
て良い。
第6図および第7図のグラフは,第4図の実施例により
それぞれ得られる電池電圧の変化に対する電源電流およ
び効率の変化特性を示したものである。このグラフから
判るように,電池の電圧が高くなるにしたがって電源電
流は減少し,その結果,効率は電源電圧に関係なく一定
に保たれる。例えば,電池電圧1.4Vのとき,従来の
回路による効率η1に対して30%の改善が得られる。
この実施例によれば,電池電圧の変動範囲1.0〜1.
7V,安定化出力電圧を2.0Vに設定したときの入力
電圧に対する電圧変動率を約3%/Vにすることが可能
となり,従来の回路における約8%/Vと比べて約1/
2.6の改善が得られた。
それぞれ得られる電池電圧の変化に対する電源電流およ
び効率の変化特性を示したものである。このグラフから
判るように,電池の電圧が高くなるにしたがって電源電
流は減少し,その結果,効率は電源電圧に関係なく一定
に保たれる。例えば,電池電圧1.4Vのとき,従来の
回路による効率η1に対して30%の改善が得られる。
この実施例によれば,電池電圧の変動範囲1.0〜1.
7V,安定化出力電圧を2.0Vに設定したときの入力
電圧に対する電圧変動率を約3%/Vにすることが可能
となり,従来の回路における約8%/Vと比べて約1/
2.6の改善が得られた。
第6図、第7図により本願発明の効果を説明したが、こ
こで効果が生じる理由について少し説明する。
こで効果が生じる理由について少し説明する。
本願および一般的な自励型のDC−DCコンバータは、
電圧変換回路が負荷へ十分電力を供給できるように帰還
がかかっている。
電圧変換回路が負荷へ十分電力を供給できるように帰還
がかかっている。
このため負荷が一定の場合、入力電圧(電池電圧)が高
いときには電圧変換回路の発振周波数が低くなり、これ
によって電源電流値を小さくする。一方、入力電圧(電
池電圧)が低いときには電圧変換回路の発振周波数が高
くなり、これにより入力電流値を大きくする。このよう
に、電池電圧に応じて入力電流を制御しているので第
6、7図のような効果を生ずる。
いときには電圧変換回路の発振周波数が低くなり、これ
によって電源電流値を小さくする。一方、入力電圧(電
池電圧)が低いときには電圧変換回路の発振周波数が高
くなり、これにより入力電流値を大きくする。このよう
に、電池電圧に応じて入力電流を制御しているので第
6、7図のような効果を生ずる。
第8図は,本発明による第2の実施例の構成を示す回路
図である。この例は,定電圧回路におけるトランジスタ
としてNPN型からPNP形への変更と,これに対応して電源
電圧を基準にし,負側の電圧が安定化されている点に第
1の実施例との相違があるが,その他の構成および動作
に関しては,第の実施例と変わりがない。
図である。この例は,定電圧回路におけるトランジスタ
としてNPN型からPNP形への変更と,これに対応して電源
電圧を基準にし,負側の電圧が安定化されている点に第
1の実施例との相違があるが,その他の構成および動作
に関しては,第の実施例と変わりがない。
第9図は,本発明による第3の実施例の構成を示す回路
図である。この回路は,トランジスタ34−5のコレク
タ負荷として抵抗34−3に直列にダイオード特性をも
たせたトランジスタ34−6を接続した点に第1の実施
例との相違があるが,その他の構成および動作に関して
は第1の実施例と変わりがない。このトランジスタ34
−6の挿入は,周囲温度の変動により生ずる出力電圧の
変化を抑圧するために役立てられるもので,トランジス
タ34−6に流れるダイオード電流の温度変化により変
わる傾向がコンバータ回路自体の温度変化により生ずる
出力電圧の変化を補償するようにはたらく。なお,この
例では,温度補償用としてダイオード接続されたトラン
ジスタを用いたが,これに限定されることなく,補償す
るのに好ましい温度変化特性を有するダイオード,サー
ミスタ等を用いてもよいし,あるいは,その使用個数を
増やしてもよいことは言うまでもない。
図である。この回路は,トランジスタ34−5のコレク
タ負荷として抵抗34−3に直列にダイオード特性をも
たせたトランジスタ34−6を接続した点に第1の実施
例との相違があるが,その他の構成および動作に関して
は第1の実施例と変わりがない。このトランジスタ34
−6の挿入は,周囲温度の変動により生ずる出力電圧の
変化を抑圧するために役立てられるもので,トランジス
タ34−6に流れるダイオード電流の温度変化により変
わる傾向がコンバータ回路自体の温度変化により生ずる
出力電圧の変化を補償するようにはたらく。なお,この
例では,温度補償用としてダイオード接続されたトラン
ジスタを用いたが,これに限定されることなく,補償す
るのに好ましい温度変化特性を有するダイオード,サー
ミスタ等を用いてもよいし,あるいは,その使用個数を
増やしてもよいことは言うまでもない。
以上の説明により明らかなように,本発明によれば電圧
変換回路の出力側に定電圧回路を接続し,この定電圧回
路を介して電圧変換回路を制御することによって,帰還
量が少ない場合にも安定化した昇圧電圧が得られること
は勿論,電池電圧の変化範囲において,効率を一定にす
ることができ,さらに温度補償まで容易に得られる点,
出力電圧の安定性および信頼性の向上に対して得られる
効果は大きい。
変換回路の出力側に定電圧回路を接続し,この定電圧回
路を介して電圧変換回路を制御することによって,帰還
量が少ない場合にも安定化した昇圧電圧が得られること
は勿論,電池電圧の変化範囲において,効率を一定にす
ることができ,さらに温度補償まで容易に得られる点,
出力電圧の安定性および信頼性の向上に対して得られる
効果は大きい。
第1図は、従来のDC−DCコンバータの構成例を示す
回路図,第2図は,第1図の例における電源電流対電池
電圧の変化特性を示すグラフ,第3図は,第1図の例に
おける効率対電池電圧の変化特性を示すグラフ,第4図
は,本発明による第1の実施例の構成を示す回路図,第
5図は,第4図の実施例における電圧変換回路の具体例
を示す回路図,第6図は,第4図の実施例における電源
電流対電池電圧の変化特性を示すグラフ,第7図は,第
4図の実施例における効率対電池電圧の変化特性を示す
グラフ,第8図は,本発明による第2の実施例の構成を
示す回路図,第9図は,本発明による第3の実施例の構
成を示す回路図である。 図において,11,21,31は乾電池,13,22,
32は抵抗,16,23,33は電圧変換回路,17,
24,34は定電圧回路,17−1〜17−3,24−
1〜24−3,34−1〜34−3は抵抗,17−4〜
17−6,24−4〜24−6,34−4〜34−7は
トランジスタである。
回路図,第2図は,第1図の例における電源電流対電池
電圧の変化特性を示すグラフ,第3図は,第1図の例に
おける効率対電池電圧の変化特性を示すグラフ,第4図
は,本発明による第1の実施例の構成を示す回路図,第
5図は,第4図の実施例における電圧変換回路の具体例
を示す回路図,第6図は,第4図の実施例における電源
電流対電池電圧の変化特性を示すグラフ,第7図は,第
4図の実施例における効率対電池電圧の変化特性を示す
グラフ,第8図は,本発明による第2の実施例の構成を
示す回路図,第9図は,本発明による第3の実施例の構
成を示す回路図である。 図において,11,21,31は乾電池,13,22,
32は抵抗,16,23,33は電圧変換回路,17,
24,34は定電圧回路,17−1〜17−3,24−
1〜24−3,34−1〜34−3は抵抗,17−4〜
17−6,24−4〜24−6,34−4〜34−7は
トランジスタである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 泰啓 東京都港区芝5丁目33番1号 日本電気株 式会社内 (56)参考文献 特開 昭48−54460(JP,A) 実開 昭54−184438(JP,U)
Claims (2)
- 【請求項1】非安定なDC電源を直接高電圧に変換する
電圧変換回路と、 前記電圧変換回路の出力側に設けられ、この電圧変換回
路の出力を電源とする定電流源回路と、 この定電流源回路の電流駆動回路をなすトランジスタの
コレクタと前記電圧変換回路と出力端との間に接続され
た負荷回路をなす抵抗と、 前記トランジスタのコレクタから入力し、前記電圧変換
回路の制御入力端子に帰還出力する設定回路を有し、 前記設定回路を介して前記コレクタ電圧を前記電圧変換
回路に帰還することにより前記電圧変換回路の出力電圧
を定電圧とすることを特徴とするDC−DCコンバー
タ。 - 【請求項2】特許請求の範囲第1項に記載のDC−DC
コンバータにおいて、前記負荷回路が前記抵抗に直列に
接続されたダイオード特性を有する少なくとも1個の素
子とで構成されたことを特徴とするDC−DCコンバー
タ。
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