JP2000299925A - 電源供給制御装置 - Google Patents
電源供給制御装置Info
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Abstract
を損なうこと無く、通常ショート及びレアショートに対
しても負荷や電源線の保護動作を行うこと。 【解決手段】 並列接続された5個の温度センサー内蔵
FETに電流振動型遮断機能付きスイッチング回路を並
列接続し、この電流振動型遮断機能付きスイッチング回
路の過電流検出機能を用いて、負荷側にショートなどが
発生した場合に流れる過電流を検出し、検出信号を5個
の温度センサー内蔵FETを共通に駆動するドライバに
フィードバックする構成を採ることにより、ドライバは
前記検出信号を受け取ると、レアーショートの場合、前
記FET群のオンオフを繰り返す制御をするが、この場
合、過電流が各FETを流れているため、各FETは短
時間に加熱シャットダウンして過電流を遮断する。又、
完全ショートとの場合は、前記各FETに非常に大きな
過大電流が流れるため、各FETは瞬時に加熱シャット
ダウンして、過電流を遮断する。
Description
数の半導体スイッチング素子を通して大電流負荷への電
力の供給を制御する電源供給制御装置に関する。
などの半導体スイッチング素子(半導体スイッチ)を介
して負荷に電力を供給する構成のため、大電流負荷へ電
力を供給するにはスイッチング素子の容量を大きくしな
ければならなかった。しかし、容量の大きなスイッチン
グ素子は高価で、装置のコストが高くなってしまう。
の安価なスイッチング素子を並列接続して使用すること
が一般的に行われている。図5に示した電源供給制御装
置は、5個の並列に接続されたパワーMOSFET1
と、これらFET1を駆動するドライバ2と、ドライバ
2に所定の電圧を供給するチャージポンプ3と、過電流
保護用のヒューズ4を有している。
スイッチング制御することにより、電源VBの電力を負
荷5に供給する。
に示した従来の電源供給制御装置では、負荷5のショー
トや電力を負荷5に伝送するワイヤーハーネスのショー
トなどに起因する過電流に対し、ヒューズ4を用いた保
護対策が採られてきたが、ヒューズ4ではレアショート
(間欠ショート)に対しては無力であり、ワイヤーハー
ネスや負荷5を保護することができなかった。
るためになされたもので、その目的は、装置のコストを
高くすること無く且つ小型化を損なうこと無く、通常の
ショートは勿論、レアショートに対しても負荷や電源線
の保護動作を行うことができる大電流負荷対応の電源供
給制御装置を提供することである。
に、請求項1の発明の特徴は、並列接続された複数の加
熱遮断機能を有する第1の半導体スイッチング素子群
と、これら複数の第1の半導体スイッチング素子群を共
通に駆動して電源から負荷に電力を供給する駆動回路
と、これら半導体スイッチング素子に並列に接続される
電流振動型遮断機能付きスイッチング回路と、を具備
し、且つ、前記電流振動型遮断機能付きスイッチング回
路は、入力される制御信号に応じてスイッチング制御さ
れることにより前記電源から前記負荷に電流を供給する
第2の半導体スイッチング素子と、前記負荷が接続され
た状態で前記第2の半導体スイッチング素子の端子間電
圧特性と等価な電圧特性を有する第1の基準電圧を発生
する第1の基準電圧発生手段と、前記第2の半導体スイ
ッチング素子の端子間電圧と前記第1の基準電圧との差
を検出する第1の検出手段と、前記負荷が接続された状
態で前記第2の半導体スイッチング素子の端子間電圧特
性と等価な電圧特性を有する第2の基準電圧を発生する
第2の基準電圧発生手段と、前記第2の半導体スイッチ
ング素子の端子間電圧と前記第2の基準電圧との差を検
出する第2の検出手段と、前記第1の検出手段により検
出された端子間電圧と前記第1の基準電圧との差に応じ
て前記第1の半導体スイッチング素子群を前記駆動回路
によりオン/オフ制御する第1の制御手段と、前記第2
の検出手段の検出結果に応じて前記第2の半導体スイッ
チング素子をオン/オフ制御する第2の制御手段とを有
することにある。
複数の第1の半導体スイッチング素子群と、これら複数
の第1の半導体スイッチング素子群を共通に駆動して電
源から負荷に電力を供給する駆動回路と、これら半導体
スイッチング素子に並列に接続される電流振動型遮断機
能付きスイッチング回路と、を具備し、且つ、前記電流
振動型遮断機能付きスイッチング回路は、入力される制
御信号に応じてスイッチング制御されることにより前記
電源から前記負荷に電流を供給する第2の半導体スイッ
チング素子と、前記負荷が接続された状態で前記第2の
半導体スイッチング素子の端子間電圧特性と等価な電圧
特性を有する第1の基準電圧を発生する第1の基準電圧
発生手段と、前記第2の半導体スイッチング素子の端子
間電圧と前記第1の基準電圧との差を検出する第1の検
出手段と、前記負荷が接続された状態で前記第2の半導
体スイッチング素子の端子間電圧特性と等価な電圧特性
を有する第2の基準電圧を発生する第2の基準電圧発生
手段と、前記第2の半導体スイッチング素子の端子間電
圧と前記第2の基準電圧との差を検出する第2の検出手
段と、前記第1の検出手段により検出された端子間電圧
と前記第1の基準電圧との差に応じて前記第1の半導体
スイッチング素子群を前記駆動回路によりオフ制御する
第1の制御手段と、前記第2の検出手段の検出結果に応
じて前記第2の半導体スイッチング素子をオン/オフ制
御する第2の制御手段とを有することにある。
チング素子群は加熱遮断機能を有する温度センサー内蔵
FET群である。
チング素子は加熱遮断機能付きスイッチング回路を有す
る温度センサー内蔵FETである。
に基づいて説明する。図1は、本発明の電源供給制御装
置の第1の実施の形態を示した回路図である。電源供給
制御装置は、5個の並列接続された通常のサーマルMO
SFET11と、これらFET11を駆動するドライバ
12と、このドライバ12に所定の電圧を供給するチャ
ージポンプ13と、前記サーマルMOSFET11に電
流制限用抵抗Rを介して並列接続された電流振動型遮断
機能付きスイッチング回路16を有している。
回路16は温度センサー内蔵FET161、温度センサ
ー内蔵FET161をドライブするドライバ162及び
温度センサー内蔵FET161を流れる過電流を検出す
る第1の過電流検出回路163を有し、特願平10−3
73877号で示された電源供給制御装置と同様の性能
を備え、シャント抵抗無しで且つマイクロコンピュータ
を必要することなく、下流側の短絡等による過電流を検
出することができるものである。
イッチング回路16は、上記の回路の他に、第2の過電
流検出回路164を備えている。この第2の過電流検出
回路164は、第1の過電流検出回路163が負荷15
側の過電流を検出した後、それよりも若干大きい過電流
を検出し、検出信号をドライバ162にフィードバック
する。また、本例の電流振動型遮断機能付きスイッチン
グ回路16は上記した追加部分も含めて1チップ化が可
能で、ここでは1チップ化されているものとする。
付きスイッチング回路16の内部構成を示した回路図で
あり、図3は、図2に示した温度センサー内蔵FET1
61の内部構成を示した回路図である。
断機能付きスイッチング回路16は、電源電圧VBを負
荷15に供給する経路に、半導体スイッチとしての温度
センサー内蔵FET161のドレインD−ソースSを直
列接続した構成である。ここで、温度センサー内蔵FE
T161にはDMOS構造のNMOS型を使用している
がPMOS型でも実現可能である。
T161を駆動制御する部分については、リファレンス
FETQB1,QB2、抵抗R1,R2,R5,R8,
R10,RG,Rr,RV、ツェナーダイオードZD
1、ダイオードD1、コンパレータCMP1,CMP
2、ドライバー162およびスイッチSW1を備えた構
成である。なお、参照符号として抵抗には“R”とそれ
に続く数字および文字を使用しているが、以下の説明で
は参照符号として使用すると共に、それぞれ該抵抗の抵
抗値をも表すものとする。また、図2中の点線で囲った
部分16はアナログ集積化されるチップ部分を示す。
ィンドウの駆動モータ等々であり、ユーザ等がスイッチ
SW1をオンさせることにより機能する。ドライバー1
62には、コレクタ側が電位VPに接続されたソースト
ランジスタQ5と、エミッタ側が接地電位(GND)に
接続されたシンクトランジスタQ6とを直列接続して備
え、スイッチSW1のオン/オフ切換えによる切換え信
号に基づき、ソーストランジスタQ5およびシンクトラ
ンジスタQ6をオン/オフ制御して、温度センサー内蔵
FET161を駆動制御する信号を出力する。
FET161は、より詳しくは図3に示すような構成を
備えている。図3において、温度センサー内蔵FETQ
Aは、内蔵抵抗RG、温度センサ121、ラッチ回路1
22及び過熱遮断用FETQSを備えている。なお、Z
D1はゲートG−ソースS間を12[V]に保ってゲー
トGに過電圧が印加されようとした場合にこれをバイパ
スさせるツェナーダイオードである。
ー内蔵FET161は、温度センサー内蔵FET161
が規定以上の温度まで上昇したことが温度センサ121
によって検出された場合には、その旨の検出情報がラッ
チ回路122に保持され、ゲート遮断回路としての過熱
遮断用FETQSがオン動作となることによって、温度
センサー内蔵FET161を強制的にオフ制御する過熱
遮断機能を備えている。
続接続されてなり、実装上、温度センサ121は温度セ
ンサー内蔵FET161の近傍に配置形成されている。
温度センサー内蔵FET161の温度が上昇するにつれ
て温度センサ121の各ダイオードの抵抗値が減少する
ので、FETQ51のゲート電位が“L”レベルとされ
る電位まで下がると、FETQ51がオン状態からオフ
状態に遷移する。これにより、FETQ54のゲート電
位が温度センサー内蔵FETQAのゲート制御端子
(G)の電位にプルアップされ、FETQ54がオフ状
態からオン状態に遷移して、ラッチ回路122に“1”
がラッチされることとなる。このとき、ラッチ回路12
2の出力が“H”レベルとなって過熱遮断用FETQS
がオフ状態からオン状態に遷移するので、温度センサー
内蔵FETQAの真のゲート(TG)と温度センサー内
蔵FETQAのソース(SA)が同電位になって、温度
センサー内蔵FETQAがオン状態からオフ状態に遷移
して、過熱遮断されることとなる。
きスイッチング回路16では、負荷15または温度セン
サー内蔵FET161のソース(SA)と負荷15間に
おいて発生する短絡故障による過電流、或いは不完全短
絡故障による異常電流に対する保護機能をも備えてい
る。以下、図2を参照して、この保護機能を実現する構
成について説明する。
手段は、リファレンスFET(第2半導体スイッチ)Q
B1および抵抗(第2負荷)Rr1で構成されている。
リファレンスFETQB1のドレインおよびゲートはそ
れぞれ温度センサー内蔵FET161のドレイン(D)
および真のゲート(TG)に接続され、リファレンスF
ETQB1のソース(SB)は抵抗Rr1の一方の端子
に接続され、抵抗Rr1の他の端子は接地電位(GN
D)に接続されている。このように、リファレンスFE
TQB1および温度センサー内蔵FET161のドレイ
ン(D)およびゲート(TG)を共通化することにより
同一チップ(16)への集積化を容易にすることができ
る。
度センサー内蔵FETQAは同一プロセスで同一チップ
(16)上に形成されたものを使用している。本実施形
態における電流検出手法は、コンパレータCMP1によ
る温度センサー内蔵FET161のドレイン−ソース間
電圧VDSA と基準電圧との差の検出によって行われるこ
とから、同一チップ上にリファレンスFETQBおよび
温度センサー内蔵FET161を形成することにより、
電流検出における同相的誤差要因、即ち電源電圧、温度
ドリフトやロット間のバラツキの影響を除去(削減)す
ることもできる。さらに、抵抗Rr1をチップ16の外
部に設置しているので、基準電圧へのチップ16の温度
変化の影響を受け難くすることができ、高精度の電流検
出を実現することが可能となる。
が温度センサー内蔵FET161の電流容量よりも小さ
くなるように、それぞれのFETを構成する並列接続の
トランジスタ数の比を(リファレンスFETQBのトラ
ンジスタ数:1個)<(温度センサー内蔵FET161
のトランジスタ数:1000個)となるように構成して
いる。
に負荷102の抵抗値×(温度センサー内蔵FET16
1のトランジスタ数:1000個/リファリンスFET
QBのトランジスタ数:1個)の値となるように設定さ
れる。この抵抗Rrの設定により、温度センサー内蔵F
ET161に負荷電流(5[A])が流れたときに抵抗
Rr1に5[mA]の電流が流れると、温度センサー内
蔵FET161と同じドレイン−ソース間電圧VDSをリ
ファレンスFETQBに発生させることができる。ま
た、以上のような回路規定により、リファレンスFET
QBおよび抵抗Rrで構成される基準電圧発生手段の構
成を極力小型化することができ、実装スペースを縮小し
て装置コストを低減することができる。
抗R2に並列に接続される。可変抵抗RVは温度センサ
ー内蔵FET161がオフした後、オンさせるための正
電圧をコンパレータCMP1の+側に加えるためのもの
である。温度センサー内蔵FET161がオンしている
時のR1とR2の中点電圧は負荷が正常ならVBに近い
電圧となっている。負荷15がショートした場合は中点
電圧は下がり、Rr端電圧より低くなるとコンパレータ
CMP1は反転する。レファレンスFETQBがオフす
る段階でRrの電圧はグランド電位に近づいていき、あ
る処で中点電圧が高くなるのでまた、コンパレータCM
P1が反転する。
にいう検出手段の一部を成す。コンパレータCMP1の
“+”入力端子には、温度センサー内蔵FET161の
ドレインD−ソースSA間電圧VDSA を抵抗R1と抵抗
R2および可変抵抗RVの並列抵抗(R2‖RV)とで
分圧した電圧が抵抗R5を介して供給されている。ま
た、コンパレータCMP1の“−”入力端子には、リフ
ァレンスFETQBのドレイン−ソース間電圧VDSB が
供給されている。つまり、“−”入力端子に供給される
電位より“+”入力端子に供給される電位が大きいとき
に出力は有効(“H”レベル)となり、“−”入力端子
に供給される電位より“+”入力端子に供給される電位
が小さいときに無効(“L”レベル)となる。なお、後
述のように、コンパレータCMP1は一定のヒステリシ
スを持っている。
検出回路164として、FET(第3半導体スイッチ)
QB2および第2のコンパレータCMP2を有する構成
となっている。
イバ12は並列接続した5個の通常の温度センサー内蔵
FET11のゲートにスイッチング信号を出力して、こ
れら5個のFET11をスイッチング制御することによ
り、電源VBの電力を負荷15に供給する。この時、電
流振動型遮断機能付きスイッチング回路16の温度セン
サー内蔵FET161もドライバ162によりスイッチ
ングされ、電源VBから負荷15側に抵抗Rを介して電
流を流す。この電流振動型遮断機能付きスイッチング回
路16は負荷15側の過電流検出に用いられるため、負
荷15側に流す電流は小さくて良く、従って温度センサ
ー内蔵FET161の容量も小さいもので良い。
いる際に、負荷15に電力を伝送するワイヤーハーネス
や負荷15に短絡が生じると、電流振動型遮断機能付き
スイッチング回路16の第1の過電流検出回路163が
温度センサー内蔵FET161を流れる電流の過電流を
検出し、その検出信号をドライバ12に出力する。
と、レアーショートの場合、5個の温度センサー内蔵F
ET11のオンオフを繰り返す制御をするが、この場
合、過電流が各温度センサー内蔵FET11を流れてい
るため、各温度センサー内蔵FET11は短時間に加熱
シャットダウンしてしまい、負荷15側に流れる過電流
が確実に遮断される。又、完全ショートとの場合は、5
個の温度センサー内蔵FET11に非常に大きな過大電
流が流れるため、これらFET11は瞬時に加熱シャッ
トダウンしてしまい、負荷15側に流れる過電流が確実
に遮断される。
機能付きスイッチング回路16の温度センサー内蔵FE
T161は駆動しているため、前記5個のFET11か
ら負荷15への電力の供給が止まると、電流振動型遮断
機能付きスイッチング回路16は更に大きな電流を負荷
15へ流そうとする。その場合、抵抗R1の抵抗降下電
圧よりも更に大きな抵抗降下電圧が抵抗R2に発生し、
過電流検出回路164が更に大きな過電流を検出し、検
出信号を電流振動型遮断機能付きスイッチング回路16
のドライバ162に出力する。
と、温度センサー内蔵FET161のオンオフを繰り返
す制御を行うため、温度センサー内蔵FET161は短
時間で加熱シャットダウンし、電流振動型遮断機能付き
スイッチング回路16も負荷15側への電流供給を停止
し、過電流保護が完了する。
個の温度センサー内蔵FET11に並列に電流振動型遮
断機能付きスイッチング回路16を接続し、ショート等
で過電流が負荷15側へ流れた場合、この電流振動型遮
断機能付きスイッチング回路16の過電流検出機能を用
いて前記過電流を検出することにより、ヒューズを用い
ること無く確実に過電流保護を行うことができる。
ング回路16の過電流検出機能はレアーショートに対し
ても有効であり、温度センサー内蔵FET11の加熱シ
ャットダウンにより、レアーショートに対するワイヤー
ハーネス等の保護を行うこともできる。
回路16はワンチップ化でき1個用いるだけであるた
め、装置の配線数が多くなることがなく、装置の小型化
を図ることができると共に、その電流供給容量は過電流
検出機能を動作させるに足る安価な低容量タイプのもの
であれば良いため、装置が高くなることを抑制すること
ができる。
れれば、電流振動型遮断機能付きスイッチング回路16
は自動復帰して、装置は再び動作可能となるため、ヒュ
ーズを取り替える手間を省くことができる。
実施の形態を示した回路図である。但し、図1に示した
実施の形態と同一部分には同一符号を付し、その説明を
適宜省略する。
スイッチング素子として、5個のパワーMOSFET1
8を用いたことと、電流振動型遮断機能付きスイッチン
グ回路16が過電流を検出した場合に、ドライバ12に
よる5個のパワーMOSFET18に対する制御方法が
異なることが前記第1の実施の形態と異なり、他の構成
は図1に示した第1の実施の形態と同様である。
る。ドライバ12が5個のパワーMOSFET18を駆
動して、負荷15に電力を供給している時、負荷15側
でショート等が起きた場合、電流振動型遮断機能付きス
イッチング回路16の過電流検出回路163が過電流を
検出し、検出信号をドライバ12に出力する。ドライバ
12は前記検出信号を受けると、5個のパワーMOSF
ET18を全てオフする制御を行うことにより、負荷1
5側に流れる過電流を遮断する。
個のパワーMOSFET18に電流振動型遮断機能付き
スイッチング回路16を並列接続し、ショート等で過電
流が負荷15側へ流れた場合、この電流振動型遮断機能
付きスイッチング回路16の過電流検出機能を用いて前
記過電流を検出することにより、ヒューズを用いること
無く確実に過電流保護を行うことができる。
回路16は1個用いるだけであるため、装置の配線数が
多くなることがなく、装置の小型化を阻むことを回避す
ることができると共に、その電流供給容量は過電流検出
機能を動作させるに足る安価な低容量タイプでものであ
れば良いため、装置が高くなることを抑制することがで
きる。
れれば、電流振動型遮断機能付きスイッチング回路16
は自動復帰して装置は再び動作可能となるため、ヒュー
ズを取り替える手間を省くことができる。
源供給制御装置によれば、並列接続された温度センサー
内蔵FETに過電流検出用の電流振動型遮断機能付きス
イッチング回路を並列接続することにより、装置のコス
トを高くすること無く且つ小型化を損なうこと無く、通
常のショートは勿論、レアショートに対しても負荷や電
源線の保護動作を行うことができる。
を示した回路図である。
スイッチング回路の回路図である。
の回路図である。
を示した回路図である。
である。
Claims (4)
- 【請求項1】 並列接続された複数の加熱遮断機能を有
する第1の半導体スイッチング素子群と、 これら複数の第1の半導体スイッチング素子群を共通に
駆動して電源から負荷に電力を供給する駆動回路と、 これら半導体スイッチング素子に並列に接続される電流
振動型遮断機能付きスイッチング回路と、 を具備し、 且つ、前記電流振動型遮断機能付きスイッチング回路
は、入力される制御信号に応じてスイッチング制御され
ることにより前記電源から前記負荷に電流を供給する第
2の半導体スイッチング素子と、 前記負荷が接続された状態で前記第2の半導体スイッチ
ング素子の端子間電圧特性と等価な電圧特性を有する第
1の基準電圧を発生する第1の基準電圧発生手段と、 前記第2の半導体スイッチング素子の端子間電圧と前記
第1の基準電圧との差を検出する第1の検出手段と、 前記負荷が接続された状態で前記第2の半導体スイッチ
ング素子の端子間電圧特性と等価な電圧特性を有する第
2の基準電圧を発生する第2の基準電圧発生手段と、 前記第2の半導体スイッチング素子の端子間電圧と前記
第2の基準電圧との差を検出する第2の検出手段と、 前記第1の検出手段により検出された端子間電圧と前記
第1の基準電圧との差に応じて前記第1の半導体スイッ
チング素子群を前記駆動回路によりオン/オフ制御する
第1の制御手段と、 前記第2の検出手段の検出結果に応じて前記第2の半導
体スイッチング素子をオン/オフ制御する第2の制御手
段とを有することを特徴とする電源供給制御装置。 - 【請求項2】 並列接続された複数の第1の半導体スイ
ッチング素子群と、 これら複数の第1の半導体スイッチング素子群を共通に
駆動して電源から負荷に電力を供給する駆動回路と、 これら半導体スイッチング素子に並列に接続される電流
振動型遮断機能付きスイッチング回路と、 を具備し、 且つ、前記電流振動型遮断機能付きスイッチング回路
は、入力される制御信号に応じてスイッチング制御され
ることにより前記電源から前記負荷に電流を供給する第
2の半導体スイッチング素子と、 前記負荷が接続された状態で前記第2の半導体スイッチ
ング素子の端子間電圧特性と等価な電圧特性を有する第
1の基準電圧を発生する第1の基準電圧発生手段と、 前記第2の半導体スイッチング素子の端子間電圧と前記
第1の基準電圧との差を検出する第1の検出手段と、 前記負荷が接続された状態で前記第2の半導体スイッチ
ング素子の端子間電圧特性と等価な電圧特性を有する第
2の基準電圧を発生する第2の基準電圧発生手段と、 前記第2の半導体スイッチング素子の端子間電圧と前記
第2の基準電圧との差を検出する第2の検出手段と、 前記第1の検出手段により検出された端子間電圧と前記
第1の基準電圧との差に応じて前記第1の半導体スイッ
チング素子群を前記駆動回路によりオフ制御する第1の
制御手段と、 前記第2の検出手段の検出結果に応じて前記第2の半導
体スイッチング素子をオン/オフ制御する第2の制御手
段とを有することを特徴とする電源供給制御装置。 - 【請求項3】 前記第1の半導体スイッチング素子群は
加熱遮断機能を有する温度センサー内蔵FET群である
ことを特徴とする請求項1記載の電源供給制御装置。 - 【請求項4】 前記第2の半導体スイッチング素子は加
熱遮断機能付きスイッチング回路を有する温度センサー
内蔵FETであることを特徴とする請求項1又は2記載
の電源供給制御装置。
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Cited By (5)
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