JP2002528938A - Incorrect polarity protection circuit for a power output stage having at least one high side semiconductor switch - Google Patents

Incorrect polarity protection circuit for a power output stage having at least one high side semiconductor switch

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JP2002528938A
JP2002528938A JP2000577753A JP2000577753A JP2002528938A JP 2002528938 A JP2002528938 A JP 2002528938A JP 2000577753 A JP2000577753 A JP 2000577753A JP 2000577753 A JP2000577753 A JP 2000577753A JP 2002528938 A JP2002528938 A JP 2002528938A
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side semiconductor
channel power
output stage
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ヴェーバー マルセルス
ブラウン ペーター
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Robert Bosch GmbH
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H11/00Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result
    • H02H11/002Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result in case of inverted polarity or connection; with switching for obtaining correct connection
    • H02H11/003Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result in case of inverted polarity or connection; with switching for obtaining correct connection using a field effect transistor as protecting element in one of the supply lines

Abstract

(57)【要約】 本発明は、少なくとも1つのハイサイド半導体スイッチを有する電力出力段のための誤極性保護回路であって、前記ハイサイド半導体スイッチは供給電圧のプラス電位よりも大きな制御電圧を必要とし、該制御電圧は前置された電子回路により形成され、該電子回路ではプラス電位の線路に誤極性保護としてNチャネル電力FETが挿入接続されており、該Nチャネル電力FETは電力出力段が制御されるときに導通制御される形式の誤極性保護回路に関するものである。このような回路おいて部分コストが次のようにして格段に低減される。すなわち、電子回路(E)からハイサイド半導体スイッチ(T1,T2,T3,T4)に供給される制御電圧が誤極性保護Nチャネル電力FET(T)の制御のために供給されるようにするのである。 (57) The present invention is a mispolarity protection circuit for a power output stage having at least one high-side semiconductor switch, wherein the high-side semiconductor switch applies a control voltage greater than a positive potential of a supply voltage. Required, the control voltage is formed by a preceding electronic circuit, in which an N-channel power FET is inserted and connected to a positive potential line as a wrong polarity protection, and the N-channel power FET is connected to a power output stage. And an erroneous polarity protection circuit in which conduction is controlled when is controlled. The partial cost in such a circuit is significantly reduced as follows. That is, the control voltage supplied from the electronic circuit (E) to the high-side semiconductor switches (T1, T2, T3, T4) is supplied for controlling the wrong polarity protection N-channel power FET (T). is there.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 従来の技術 本発明は、少なくとも1つのハイサイド半導体スイッチを有する電力出力段の
ための誤極性保護回路に関する。このハイサイド半導体スイッチは、供給電圧の
プラス電位よりも大きな制御電圧を必要とし、この制御電圧は前置された電子回
路により形成される。この電子回路ではプラス電位の線路に誤極性保護としてN
チャネル電力FETが挿入されており、このFETは電力出力段が制御されると
き導通制御される。
The present invention relates to a wrong polarity protection circuit for a power output stage having at least one high-side semiconductor switch. This high-side semiconductor switch requires a control voltage which is greater than the positive potential of the supply voltage, which control voltage is formed by the preceding electronic circuit. In this electronic circuit, a line having a positive potential is provided with N polarity as an erroneous polarity protection.
A channel power FET is inserted, which is controlled to conduct when the power output stage is controlled.

【0002】 この形式の公知の誤極性保護回路では、電子回路がNチャネル電力FETのリ
バースダイオードを介してプラス電位の線路へ、これがスイッチオンオフされる
ように、すなわち制御されるように設けられている。この電子回路は電荷ポンプ
を、Nチャネル電力FETのゲート端子を制御するためにアクティブにする。そ
してこのFETは導通し、低抵抗となる。プラス電位はこれに基づき相応に低抵
抗で電子回路と電力出力段に供給される。ここで電荷ポンプは発振器またはマイ
クロコントローラによりクロッキングされる。このNチャネル電力FETの制御
は、供給電圧の極性が間違っているとき行われない。Nチャネル電力FETの阻
止は供給電圧の極性が間違っているとき、供給電圧のマイナス極に接続されたN
チャネルFETに対する固有の制御回路の代わりをする。
In known mispolarity protection circuits of this type, an electronic circuit is provided via a reverse diode of an N-channel power FET to a line of positive potential, so that it is switched on and off, ie controlled. I have. This electronic circuit activates the charge pump to control the gate terminal of the N-channel power FET. Then, this FET becomes conductive and has low resistance. The positive potential is accordingly supplied to the electronic circuit and the power output stage with a correspondingly low resistance. Here, the charge pump is clocked by an oscillator or microcontroller. The control of the N-channel power FET is not performed when the polarity of the supply voltage is wrong. The blocking of the N-channel power FET is such that when the polarity of the supply voltage is wrong, the N connected to the negative pole of the supply voltage
Substitutes a unique control circuit for the channel FET.

【0003】 供給電圧が正しく極性付けられている場合のNチャネル電力FETの制御に対
しては、電荷ポンプと発振器を有する公知の誤極性保護回路ではかなりの部分コ
ストが必要である。
For the control of an N-channel power FET when the supply voltage is correctly polarized, a known partial polarity protection circuit with a charge pump and an oscillator has a considerable partial cost.

【0004】 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の誤極性保護回路において部分コストを格
段に低減し、これにより必要な導体基板面積と回路の故障率を低く押さえること
である。
An object of the present invention is to reduce the partial cost in a mispolarity protection circuit of the type mentioned at the beginning, thereby reducing the required conductor board area and the failure rate of the circuit.

【0005】 この課題は本発明により、電子回路からハイサイド半導体スイッチに供給され
る制御電圧を、誤極性保護Nチャネル電力FETの制御のためにフィードバック
することによって解決される。
According to the present invention, this problem is solved by feeding back a control voltage supplied from an electronic circuit to a high-side semiconductor switch for controlling an incorrect polarity protection N-channel power FET.

【0006】 電力出力段に対する電子回路の制御電圧を、誤極性保護Nチャネル電力FET
の制御のためにも使用することにより、電荷ポンプと発振器が省略される。すな
わちNチャネル電力FETを導通切り替えするために付加的な構成素子が必要な
く、このことは導体基板構造を格段に簡素化し、回路の故障確実性を高める。
A control voltage of an electronic circuit for a power output stage is provided by an incorrect polarity protection N-channel power FET.
Also eliminates the need for charge pumps and oscillators. That is, no additional components are required to switch the conduction of the N-channel power FET, which greatly simplifies the structure of the conductive substrate and increases the reliability of circuit failure.

【0007】 改善実施形態によれば、誤極性保護Nチャネル電力FETのゲート・ソース区
間の電力出力段がクロック動作される際、RC素子が並列回路に並列に接続され
る。このRC素子は、Nチャネル電力FETに対する制御電圧を平滑化するため
に必要であり、これによりFETはクロック動作時に持続的に導通状態に留まる
According to the improved embodiment, when the power output stage in the gate-source section of the wrong polarity protection N-channel power FET is clocked, the RC element is connected in parallel to the parallel circuit. This RC element is needed to smooth the control voltage for the N-channel power FET, so that the FET remains permanently on during clocking.

【0008】 誤極性保護回路の改善形態では、ハーフブリッジ回路またはフルブリッジ回路
として構成された電力出力段において、供給電圧のプラス極に接続されたハイサ
イド半導体スイッチに電子回路から供給される制御電圧だけが供給される。この
ハイサイド半導体スイッチの正の制御電圧は、誤極性保護Nチャネル電力FET
を制御するのに十分である。
In an improvement of the wrong polarity protection circuit, a control voltage supplied from an electronic circuit to a high-side semiconductor switch connected to the positive pole of the supply voltage in a power output stage configured as a half-bridge circuit or a full-bridge circuit Only supplied. The positive control voltage of this high-side semiconductor switch is an incorrect polarity protection N-channel power FET.
Is enough to control.

【0009】 Nチャネル電力FETにフィードバックされる電子回路の制御電圧が影響を受
けないようにするため、誤極性保護Nチャネル電力FETにフィードバックされ
る制御電圧をダイオードによって相互に減結合しなければならない。
In order to keep the control voltage of the electronic circuit fed back to the N-channel power FET unaffected, the control voltage fed back to the wrong polarity protection N-channel power FET must be mutually decoupled by diodes. .

【0010】 さらに公知のように、電子回路はスタート信号によりスイッチオン・オフする
ことが可能である。これにより誤極性保護の制御の開始と終了が簡単に設定され
る。
As is further known, electronic circuits can be switched on and off by a start signal. Thus, the start and the end of the control of the protection of the wrong polarity can be easily set.

【0011】 供給電圧が誤極性付けされた場合にNチャネル電力FETを阻止するため、公
知のように、誤極性保護Nチャネル電力FETは、供給電圧のマイナス極に接続
された制御回路を介して阻止される。
[0011] To prevent the N-channel power FET when the supply voltage is mis-polarized, as is known, the mis-polarity protected N-channel power FET is connected via a control circuit connected to the negative pole of the supply voltage. Will be blocked.

【0012】 本発明を、図面に示された2つの実施例に基づいて詳細に説明する。The present invention will be described in detail based on two embodiments shown in the drawings.

【0013】 図1は、ハイサイド半導体スイッチと負荷との直列回路からなる電力出力段と接
続された誤極性保護回路である。
FIG. 1 shows an incorrect polarity protection circuit connected to a power output stage composed of a series circuit of a high-side semiconductor switch and a load.

【0014】 図2は、4つのハイサイド半導体スイッチと負荷からなるフルブリッジ回路とし
て構成された電力出力段を有する誤極性保護回路である。
FIG. 2 shows an incorrect polarity protection circuit having a power output stage configured as a full bridge circuit including four high-side semiconductor switches and a load.

【0015】 図1が示すように、誤極性保護部としてNチャネル電力FETのソース・ドレ
イン区間S−Dが供給電圧Uのプラス電位の線路に挿入接続されている。供給電
圧Uの極性を誤った際に、供給電圧Uのマイナス極(アース)と接続されたNチ
ャネル電力FETを阻止するための制御回路は公知のように構成することができ
、従って本発明の枠内では省略する。これに対しては電力出力段の制御の際に誤
極性保護を低抵抗に導通接続することについてだけ説明する。
As shown in FIG. 1, a source / drain section SD of an N-channel power FET is inserted and connected to a line of a positive potential of the supply voltage U as an erroneous polarity protection section. The control circuit for blocking the N-channel power FET connected to the negative pole (ground) of the supply voltage U when the polarity of the supply voltage U is wrong can be configured in a known manner, and therefore the present invention Omitted within the frame. In contrast, only the connection of the erroneous polarity protection to a low resistance during the control of the power output stage will be described.

【0016】 供給電圧Uが正しく接続されないと、プラス電位+が制御されないNチャネル
電力FETのリバースダイオードRDを介して電子回路E、およびハイサイド半
導体スイッチT1と負荷Vを有する電力出力段に流れ込む。電子回路Eの入力側
に供給されたスタート信号stを介して電子回路Eをスイッチオン・オフするこ
とができる。電子回路Eがスイッチオンされると、電子回路は出力側にハイサイ
ド半導体T1に対する制御信号を出力する。この制御信号は供給電圧Uのプラス
電位よりも正である。
If the supply voltage U is not connected correctly, the positive potential + flows into the electronic circuit E and the power output stage with the high-side semiconductor switch T1 and the load V via the reverse diode RD of the uncontrolled N-channel power FET. The electronic circuit E can be switched on and off via a start signal st supplied to the input side of the electronic circuit E. When the electronic circuit E is switched on, the electronic circuit outputs a control signal for the high-side semiconductor T1 on the output side. This control signal is more positive than the positive potential of the supply voltage U.

【0017】 ハイサイドトランジスタとして構成されたハイサイド半導体スイッチT1はこ
の比較的に高い制御電圧を必要とする。これによりこのスイッチは低抵抗の回路
状態となり、負荷Vを投入接続する。すなわち負荷を低抵抗に供給電圧Uのプラ
ス極と接続する。しかしこのためには、誤極性保護Nチャネル電力FETを導通
させなければならない。すなわち低抵抗状態にもたらさなければならない。この
ことは最も簡単には、電子回路Eの制御電圧をNチャネル電力FETのゲート端
子Gにも供給することにより達成される。Nチャネル電力FETはさらに導通状
態にもたらされるから、負荷Vに全電流を供給することができる。
The high-side semiconductor switch T1 configured as a high-side transistor requires this relatively high control voltage. As a result, this switch is in a low-resistance circuit state, and the load V is connected. That is, the load is connected to the positive pole of the supply voltage U with low resistance. However, this requires turning on the wrong polarity protection N-channel power FET. That is, it must be brought to a low resistance state. This is most simply achieved by supplying the control voltage of the electronic circuit E also to the gate terminal G of the N-channel power FET. Since the N-channel power FET is further brought into conduction, it can supply the full current to the load V.

【0018】 負荷に対してクロックモードが選択される場合には、電子回路Eの出力側の制
御信号は相応のパルスシーケンスである。Nチャネル電力FET Tのゲート・
ソース区間G−Sは、抵抗RとコンデンサCの並列回路に並列に接続されており
、これによりNチャネル電力FET Tをパルスシーケンスのパルス休止期間中
にも導通状態に保持する。
If the clock mode is selected for the load, the control signal at the output of the electronic circuit E is a corresponding pulse sequence. Gate of N-channel power FET T
The source section G-S is connected in parallel with a parallel circuit of a resistor R and a capacitor C, thereby keeping the N-channel power FET T conductive during the pulse pause of the pulse sequence.

【0019】 図2に示すように、負荷Vは4つのハイサイド半導体スイッチT1〜T4から
なるフルブリッジ回路を介してもスイッチオン・オフすることができる。これら
はペアで、例えばT1とT4、ないしT2とT3が制御される。負荷Vが例えば
モータである場合、ペアT1とT4並びにT2とT3の制御によってモータの回
転方向を変化することができる。ここで電子回路Eはそれぞれ出力端子1と4な
いし2と3に、高さの異なる2つの正の電位の制御信号を出力する。この電位は
それぞれ、配属されたハイサイド半導体スイッチT1とT4、ないしT2とT3
のドレイン端子の電位よりも大きい。しかしNチャネル電力FETによる誤極性
保護を制御するためには、比較的に高い正の電位の制御信号、すなわち電子回路
Eの出力側1ないし2の制御信号を供給するだけでよい。ゲート端子とソース端
子との間に作用するハイサイド半導体スイッチT1とT2に対する制御電圧は出
力側1と5,ないし2と6から取り出される。電子回路Eの出力側1および2か
ら取り出された制御信号はダイオードD1とD2を介して減結合され、誤極性保
護Nチャネル電力FETのゲート端子に供給される。これにより電力出力段の制
御がハイサイド半導体スイッチT1〜T4のフルブリッジ回路により影響を受け
なくなる。
As shown in FIG. 2, the load V can be switched on / off via a full bridge circuit including four high-side semiconductor switches T1 to T4. These are pairs, for example, T1 and T4 or T2 and T3 are controlled. When the load V is, for example, a motor, the rotation direction of the motor can be changed by controlling the pairs T1 and T4 and T2 and T3. Here, the electronic circuit E outputs two positive potential control signals having different heights to the output terminals 1 and 4 or 2 and 3 respectively. These potentials respectively correspond to the assigned high-side semiconductor switches T1 and T4 or T2 and T3.
Is larger than the potential of the drain terminal. However, in order to control the erroneous polarity protection by the N-channel power FET, it is only necessary to supply a control signal having a relatively high positive potential, that is, a control signal at the output 1 or 2 of the electronic circuit E. The control voltages for the high-side semiconductor switches T1 and T2 acting between the gate terminal and the source terminal are taken from the outputs 1 and 5, or 2 and 6. The control signals derived from the outputs 1 and 2 of the electronic circuit E are decoupled via the diodes D1 and D2 and supplied to the gate terminal of the wrong polarity protection N-channel power FET. Thus, the control of the power output stage is not affected by the full bridge circuit of the high-side semiconductor switches T1 to T4.

【0020】 ハーフブリッジ回路として構成された電力出力段の場合でも、Nチャネル電力
FETを導通切り替えするための制御電圧を、供給電圧Uのプラス電位+と接続
されたハイサイド半導体に対する電子回路の制御信号から取り出すことができる
。ここで抵抗RとコンデンサCからなるRC素子はクロック動作でのみ必要であ
り、誤極性保護回路へフィードバックされるただ1つの制御線路にダイオードは
必要ない。
Even in the case of the power output stage configured as a half-bridge circuit, the control voltage for switching the conduction of the N-channel power FET is controlled by the electronic circuit for the high-side semiconductor connected to the plus potential + of the supply voltage U. Can be extracted from the signal. Here, the RC element including the resistor R and the capacitor C is necessary only for the clock operation, and the diode is not necessary for only one control line fed back to the wrong polarity protection circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1は、ハイサイド半導体スイッチと負荷との直列回路からなる電力出力段と
接続された誤極性保護回路である。
FIG. 1 is an erroneous polarity protection circuit connected to a power output stage composed of a series circuit of a high-side semiconductor switch and a load.

【図2】 図2は、4つのハイサイド半導体スイッチと負荷からなるフルブリッジ回路と
して構成された電力出力段を有する誤極性保護回路である。
FIG. 2 is an incorrect polarity protection circuit having a power output stage configured as a full bridge circuit including four high-side semiconductor switches and a load.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H730 AA20 BB21 DD04 DD16 XX02 XX13 XX22 XX33 XX41 5H740 BA12 BB01 BB05 HH01 JA01 KK01 MM01 5J055 AX31 AX32 AX44 AX64 BX16 CX20 DX13 DX59 DX60 DX84 EY01 EY10 EY12 FX05 GX01──────────────────────────────────────────────────続 き Continued from the front page F term (reference)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも1つのハイサイド半導体スイッチを有する電力出
力段のための誤極性保護回路であって、 前記ハイサイド半導体スイッチは供給電圧のプラス電位よりも大きな制御電圧
を必要とし、 該制御電圧は前置された電子回路により形成され、 該電子回路ではプラス電位の線路に誤極性保護としてNチャネル電力FETが
挿入接続されており、 該Nチャネル電力FETは電力出力段が制御されるときに導通制御される形式
の誤極性保護回路において、 電子回路(E)からハイサイド半導体スイッチ(T1,T2,T3,T4)に
供給される制御電圧が誤極性保護Nチャネル電力FET(T)の制御のために供
給される、 ことを特徴とする誤極性保護回路。
1. A mispolarity protection circuit for a power output stage having at least one high-side semiconductor switch, said high-side semiconductor switch requiring a control voltage greater than a plus potential of a supply voltage, The voltage is formed by a preceding electronic circuit, in which an N-channel power FET is inserted and connected to the positive potential line as an incorrect polarity protection, and the N-channel power FET is controlled when the power output stage is controlled. The control voltage supplied from the electronic circuit (E) to the high-side semiconductor switches (T1, T2, T3, T4) is the same as that of the erroneous polarity protection N-channel power FET (T). An incorrect polarity protection circuit provided for control.
【請求項2】 誤極性保護Nチャネル電力FET(T)のゲート・ソース区
間(G−S)の電力出力段がクロック動作される際、RC素子(R、C)が並列
回路に並列に接続される、請求項1記載の誤極性保護回路。
2. The RC element (R, C) is connected in parallel to a parallel circuit when the power output stage of the gate-source section (GS) of the wrong polarity protection N-channel power FET (T) is clocked. The incorrect polarity protection circuit according to claim 1, wherein:
【請求項3】 ハーフブリッジ回路またはフルブリッジ回路として構成され
た電力出力段において、供給電圧(U)のプラス電位(+)に接続されたハイサ
イド半導体スイッチ(T1,T2)に電子回路(E)から供給される制御電圧(
1,2)が供給される、請求項1または2記載の誤極性保護回路。
3. In a power output stage configured as a half-bridge circuit or a full-bridge circuit, an electronic circuit (E) is connected to a high-side semiconductor switch (T1, T2) connected to the positive potential (+) of the supply voltage (U). ) Supplied from the control voltage (
3. An incorrect polarity protection circuit according to claim 1 or 2, wherein (1, 2) is supplied.
【請求項4】 誤極性保護Nチャネル電力FET(T)に供給される制御電
圧はダイオード(D1,D2)によって相互に減結合される、請求項3記載の誤
極性保護回路。
4. The circuit of claim 3, wherein the control voltages supplied to the N-channel power FETs (T) are decoupled from one another by diodes (D1, D2).
【請求項5】 電子回路(E)はスタート信号(st)によってスイッチオ
ン・オフされる、請求項1から4までのいずれか1項記載の誤極性保護回路。
5. The circuit of claim 1, wherein the electronic circuit is switched on and off by a start signal.
【請求項6】 誤極性保護Nチャネル電力FET(T)は、供給電圧(U)
のマイナス極(アース)に接続された制御回路を介して供給電圧(U)の誤極性
付けの際に阻止される、請求項1から5までのいずれか1項記載の誤極性保護回
路。
6. An incorrect polarity protection N-channel power FET (T) comprising a supply voltage (U)
6. A circuit according to claim 1, wherein the supply voltage is blocked by a control circuit connected to the negative pole of the power supply.
JP2000577753A 1998-10-20 1999-10-13 Incorrect polarity protection circuit for a power output stage having at least one high side semiconductor switch Pending JP2002528938A (en)

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