JP2005006467A - 半導体装置のゲート駆動回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体装置のゲート駆動電圧を安定化することが可能なゲート駆動回路を得る。
【解決手段】ゲート駆動IC4の電源端子4aとバッテリ1との間に、昇圧電源回路11を接続配置する。バッテリ1の電圧が低下した場合に、昇圧電源回路11にて設定値まで昇圧させ、その出力電圧をゲート駆動IC4側に供給することで、ゲート駆動電圧を安定して確保する。そして、昇圧電源回路とゲート駆動IC側に設けられた電源端子の間に配置接続された第一のダイオード、ゲート駆動ICとバッテリの間に配置接続された第二のダイオードを備え、電源端子に、第一のダイオードまたは第二のダイオードを介して電圧を供給できるように構成した。
【選択図】 図1
【解決手段】ゲート駆動IC4の電源端子4aとバッテリ1との間に、昇圧電源回路11を接続配置する。バッテリ1の電圧が低下した場合に、昇圧電源回路11にて設定値まで昇圧させ、その出力電圧をゲート駆動IC4側に供給することで、ゲート駆動電圧を安定して確保する。そして、昇圧電源回路とゲート駆動IC側に設けられた電源端子の間に配置接続された第一のダイオード、ゲート駆動ICとバッテリの間に配置接続された第二のダイオードを備え、電源端子に、第一のダイオードまたは第二のダイオードを介して電圧を供給できるように構成した。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置のゲートを駆動させるためのゲート駆動回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来では、半導体装置のゲート駆動回路に供給されるゲート駆動電圧は、バッテリの電圧に依存するように構成されていた。(例えば、非特許文献1参照。)。
【0003】
【非特許文献1】
半導体メーカinfineon発行のデータシート(商品カタログ)、番号Q67007−A9406。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体装置のゲート駆動電圧は、バッテリの電圧に依存するため、バッテリの電圧が低下すると、ゲート駆動電圧もバッテリの電圧に比例して低下する。従って、半導体装置のスイッチング時間が長くなり、損失が増大する、また、耐ノイズ性も低下し、誤動作が発生し易くなるという問題があった。
【0005】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、安定した電圧をゲート駆動IC側に供給し、ゲート駆動電圧を安定して確保することが可能な半導体装置のゲート駆動回路を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる半導体装置のゲート駆動回路は、電源電圧を供給するバッテリ、半導体装置のゲートを駆動させるゲート駆動IC、上記ゲート駆動IC側に設けられた電源端子、上記電源端子と上記バッテリとの間に接続配置され、上記電源電圧を入力し、上記ゲート駆動IC側に設定値以上の出力電圧を供給する昇圧電源回路を備えたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1について、図1を用いて説明する。図1は、半導体装置のゲート駆動回路を示すブロック図である。図1に示すように、このゲート駆動回路を構成するバッテリ1とゲート駆動IC4との間には、昇圧電源回路11が接続配置されており、この昇圧電源回路11は、入力電圧となるバッテリ1の電源電圧が設定値よりも低い場合には設定値まで昇圧させて、設定値よりも高い場合にはそのままの電圧を出力電圧としてゲート駆動IC4側に供給しており、常に設定値以上の電圧を供給している。
この回路においてバッテリ1は電源電圧を供給するものであり、ゲート駆動IC4に対してゲート信号を出力するマイクロコンピュータ2には、レギュレータ3によってバッテリ1の出力電圧(電源電圧。)を5Vに変換した電圧が供給される。
【0008】
ゲート駆動IC4では、マイクロコンピュータ2からのゲート信号を受け、バッテリ1から昇圧電源回路11を経て入力される電圧が、半導体装置のゲート駆動に必要な電圧に増幅して出力される。ゲート駆動IC4は、チャージポンプ回路5a、ハイサイド側半導体装置8を駆動させるためのハイサイド駆動回路6a、ローサイド側半導体装置9を駆動させるためのローサイド駆動回路7aによって主に構成されている。
【0009】
また、ゲート駆動IC4は、バッテリ1からの出力電圧(電源電圧。)を、ゲート駆動IC側電源端子(以下、単に電源端子とする。)4aから入力する。また、ゲート駆動IC4には、チャージポンプ用コンデンサ5、ハイサイド側半導体装置8のゲート駆動電圧の供給源となるハイサイド側ブートストラップコンデンサ6、ローサイド側半導体装置9のゲート駆動電圧の供給源となるローサイド側ブートストラップコンデンサ7が接続配置されている。さらに、ローサイド側半導体装置9のGND電位を安定化させるために抵抗10が接続配置されている。
【0010】
昇圧電源回路11は、入力電圧が変動した場合においても、出力電圧は設定した値(設定値、または出力電圧設定値。)の電圧を供給するように動作するものであり、バッテリ1の電圧が変動した場合においても、ゲート駆動IC4に安定した電圧を供給できる。ここで言う入力電圧の変動とは、入力電圧が必要となる電圧よりも低下することであり、昇圧電源回路11では出力電圧を設定値まで昇圧して出力するように動作する。入力電圧が設定値よりも高い場合には、昇圧電源回路11としての動作はせず、その電圧をバイパスさせて出力する。なお、昇圧電源回路11は一般的な回路であるため、詳細な内部構成の説明は省略する。
【0011】
次に、この半導体装置のゲート駆動回路の動作について説明する。
ハイサイド側半導体装置8、ローサイド側半導体装置9のゲート駆動電圧は、バッテリ1から昇圧電源回路11を介して、ゲート駆動ICに供給され、チャージポンプ回路5aを介して、一旦チャージポンプ用コンデンサ5に蓄えられる。ハイサイド側ブートストラップコンデンサ6は、ローサイド側半導体装置9がONした時に、チャージポンプ用コンデンサ5に蓄えられた電圧が充電され、その電圧がハイサイド側半導体装置8のゲート駆動用電源(ゲート駆動電圧。)となる。
【0012】
ローサイド側ブートストラップコンデンサ7は、抵抗10を介してGNDと接続されているため、常に充電できる状態になっており、チャージポンプ用コンデンサ5に蓄えられた電圧が充電され、その電圧がローサイド側半導体装置9のゲート駆動用電源(ゲート駆動電圧。)となる。
【0013】
昇圧電源回路11が安定した出力電圧を供給することについては既に述べた通りであり、例えば、出力電圧を10Vと設定した場合、入力電圧が6〜8Vと低下しても、出力電圧は10Vを供給するように動作する。
図2に、昇圧電源回路11の入出力特性の一例を示す。図2に示すように、出力電圧設定値を14Vとした場合、入力電圧が6〜13Vと変動しても、出力電圧は約14Vと常に安定した出力となる。
【0014】
このように、バッテリ1とゲート駆動IC4の電源端子4aの間に、昇圧電源回路11を挿入していることにより、ゲート駆動IC4の電源端子4aには、昇圧電源回路11を介して出力される安定した電圧が供給され、これに伴ってゲート駆動電圧を安定供給することができる。
【0015】
半導体装置は、ゲート駆動電圧が高いほど確実にONし、ゲート駆動電圧が低いとノイズの影響を受け易くなる傾向があるが、上述したように、昇圧電源回路11を挿入することで、必要となるゲート駆動電圧を確保できるため、ONしている半導体装置がOFFへ誤動作することのない、耐ノイズ性に強いゲート駆動回路を得ることができる。また、ゲート駆動電圧を安定して確保できるため、半導体装置のスイッチングに時間を要することがなく、スイッチング損失の増大を防ぐことが可能である。
【0016】
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2による半導体装置のゲート駆動回路を示すブロック図である。上述の実施の形態1で示した構成に加え、この実施の形態2では、昇圧電源回路11とゲート駆動IC4の電源端子4aの間にダイオード12(第一のダイオード。)を接続配置し、ゲート駆動IC4とバッテリ1の間にダイオード13(第二のダイオード。)を接続配置した構成となっており、電源端子4aに、ダイオード12またはダイオード13を介して、バッテリ1の出力電圧(電源電圧。)と、昇圧電源回路11の出力電圧のいずれかを選択的に供給できるように構成している。
【0017】
ダイオード12は、逆流防止用ダイオードで、バッテリ1の出力電圧が昇圧電源回路11の出力電圧(出力電圧設定値と同じ値。)よりも高い場合、昇圧電源回路11への電流を防止するためのものである。また、ダイオード13も、逆流防止用ダイオードで、昇圧電源回路11の出力電圧がバッテリ1の出力電圧より高い場合、バッテリ1への電流を防止するためのものである。
バッテリ1の出力電圧が昇圧電源回路11の設定値より高い場合は、昇圧電源回路11を介さずに、ダイオード13にてバイパスさせることにより、バッテリ1の出力電圧がゲート駆動IC4の電源端子4aに供給される。
【0018】
上記のようなゲート駆動回路を用いることで、バッテリ1の出力電圧が正常(必要となる電圧値以上の値。)である場合には、バッテリ1からダイオード13を介して、ゲート駆動IC4側の電源端子4aに電圧を供給し、また、バッテリ1の出力電圧が昇圧電源回路11の出力電圧より低くなった場合には、昇圧電源回路11の出力電圧をダイオード12を介して、ゲート駆動IC4の電源端子4aに供給することができる。
【0019】
バッテリ1の電圧は通常12Vであるので、その場合においては、昇圧電源回路11の出力電圧設定値は約10Vに設定して用いる。
なお、ダイオード12とダイオード13は、同じものを用いることができ、具体的には、サンケン電気のMI1A3(ショットキバリアダイオード、30V、1A。)を用いることができる。
【0020】
このように、ゲート駆動IC4側へ、通常時にはバッテリ1から電源を供給し、何らかの原因によりバッテリ1の電圧が昇圧電源回路11の出力電圧より低くなった場合のみ、昇圧電源回路11を動作させるように構成することで、半導体装置のゲート駆動回路全体としての消費電力を低減でき、経済的である。
【0021】
【発明の効果】
以上のように、この発明の半導体装置のゲート駆動回路によれば、電源電圧を供給するバッテリ、半導体装置のゲートを駆動させるゲート駆動IC、上記ゲート駆動IC側に設けられた電源端子、上記電源端子と上記バッテリとの間に接続配置され、上記電源電圧を入力し、上記ゲート駆動IC側に設定値以上の出力電圧を供給する昇圧電源回路を備えたため、ゲート駆動ICの電源として、常に一定以上の電圧を供給することができ、スイッチング損失の増加を防ぎ、耐ノイズ性に強いゲート駆動回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1による半導体装置のゲート駆動回路を示すブロック図である。
【図2】この発明の実施の形態1による、昇圧電源回路の入出力特性を示す図である。
【図3】この発明の実施の形態2による半導体装置のゲート駆動回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 バッテリ 2 マイクロコンピュータ
3 レギュレータ 4 ゲート駆動IC
4a ゲート駆動IC側電源端子
5 チャージポンプ用コンデンサ 5a チャージポンプ回路
6 ハイサイド側ブートストラップコンデンサ
6a ハイサイド駆動回路
7 ローサイド側ブートストラップコンデンサ
7a ローサイド駆動回路
8 ハイサイド側半導体装置 9 ローサイド側半導体装置
10 抵抗 11 昇圧電源回路
12、13 ダイオード。
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置のゲートを駆動させるためのゲート駆動回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来では、半導体装置のゲート駆動回路に供給されるゲート駆動電圧は、バッテリの電圧に依存するように構成されていた。(例えば、非特許文献1参照。)。
【0003】
【非特許文献1】
半導体メーカinfineon発行のデータシート(商品カタログ)、番号Q67007−A9406。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体装置のゲート駆動電圧は、バッテリの電圧に依存するため、バッテリの電圧が低下すると、ゲート駆動電圧もバッテリの電圧に比例して低下する。従って、半導体装置のスイッチング時間が長くなり、損失が増大する、また、耐ノイズ性も低下し、誤動作が発生し易くなるという問題があった。
【0005】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、安定した電圧をゲート駆動IC側に供給し、ゲート駆動電圧を安定して確保することが可能な半導体装置のゲート駆動回路を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる半導体装置のゲート駆動回路は、電源電圧を供給するバッテリ、半導体装置のゲートを駆動させるゲート駆動IC、上記ゲート駆動IC側に設けられた電源端子、上記電源端子と上記バッテリとの間に接続配置され、上記電源電圧を入力し、上記ゲート駆動IC側に設定値以上の出力電圧を供給する昇圧電源回路を備えたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1について、図1を用いて説明する。図1は、半導体装置のゲート駆動回路を示すブロック図である。図1に示すように、このゲート駆動回路を構成するバッテリ1とゲート駆動IC4との間には、昇圧電源回路11が接続配置されており、この昇圧電源回路11は、入力電圧となるバッテリ1の電源電圧が設定値よりも低い場合には設定値まで昇圧させて、設定値よりも高い場合にはそのままの電圧を出力電圧としてゲート駆動IC4側に供給しており、常に設定値以上の電圧を供給している。
この回路においてバッテリ1は電源電圧を供給するものであり、ゲート駆動IC4に対してゲート信号を出力するマイクロコンピュータ2には、レギュレータ3によってバッテリ1の出力電圧(電源電圧。)を5Vに変換した電圧が供給される。
【0008】
ゲート駆動IC4では、マイクロコンピュータ2からのゲート信号を受け、バッテリ1から昇圧電源回路11を経て入力される電圧が、半導体装置のゲート駆動に必要な電圧に増幅して出力される。ゲート駆動IC4は、チャージポンプ回路5a、ハイサイド側半導体装置8を駆動させるためのハイサイド駆動回路6a、ローサイド側半導体装置9を駆動させるためのローサイド駆動回路7aによって主に構成されている。
【0009】
また、ゲート駆動IC4は、バッテリ1からの出力電圧(電源電圧。)を、ゲート駆動IC側電源端子(以下、単に電源端子とする。)4aから入力する。また、ゲート駆動IC4には、チャージポンプ用コンデンサ5、ハイサイド側半導体装置8のゲート駆動電圧の供給源となるハイサイド側ブートストラップコンデンサ6、ローサイド側半導体装置9のゲート駆動電圧の供給源となるローサイド側ブートストラップコンデンサ7が接続配置されている。さらに、ローサイド側半導体装置9のGND電位を安定化させるために抵抗10が接続配置されている。
【0010】
昇圧電源回路11は、入力電圧が変動した場合においても、出力電圧は設定した値(設定値、または出力電圧設定値。)の電圧を供給するように動作するものであり、バッテリ1の電圧が変動した場合においても、ゲート駆動IC4に安定した電圧を供給できる。ここで言う入力電圧の変動とは、入力電圧が必要となる電圧よりも低下することであり、昇圧電源回路11では出力電圧を設定値まで昇圧して出力するように動作する。入力電圧が設定値よりも高い場合には、昇圧電源回路11としての動作はせず、その電圧をバイパスさせて出力する。なお、昇圧電源回路11は一般的な回路であるため、詳細な内部構成の説明は省略する。
【0011】
次に、この半導体装置のゲート駆動回路の動作について説明する。
ハイサイド側半導体装置8、ローサイド側半導体装置9のゲート駆動電圧は、バッテリ1から昇圧電源回路11を介して、ゲート駆動ICに供給され、チャージポンプ回路5aを介して、一旦チャージポンプ用コンデンサ5に蓄えられる。ハイサイド側ブートストラップコンデンサ6は、ローサイド側半導体装置9がONした時に、チャージポンプ用コンデンサ5に蓄えられた電圧が充電され、その電圧がハイサイド側半導体装置8のゲート駆動用電源(ゲート駆動電圧。)となる。
【0012】
ローサイド側ブートストラップコンデンサ7は、抵抗10を介してGNDと接続されているため、常に充電できる状態になっており、チャージポンプ用コンデンサ5に蓄えられた電圧が充電され、その電圧がローサイド側半導体装置9のゲート駆動用電源(ゲート駆動電圧。)となる。
【0013】
昇圧電源回路11が安定した出力電圧を供給することについては既に述べた通りであり、例えば、出力電圧を10Vと設定した場合、入力電圧が6〜8Vと低下しても、出力電圧は10Vを供給するように動作する。
図2に、昇圧電源回路11の入出力特性の一例を示す。図2に示すように、出力電圧設定値を14Vとした場合、入力電圧が6〜13Vと変動しても、出力電圧は約14Vと常に安定した出力となる。
【0014】
このように、バッテリ1とゲート駆動IC4の電源端子4aの間に、昇圧電源回路11を挿入していることにより、ゲート駆動IC4の電源端子4aには、昇圧電源回路11を介して出力される安定した電圧が供給され、これに伴ってゲート駆動電圧を安定供給することができる。
【0015】
半導体装置は、ゲート駆動電圧が高いほど確実にONし、ゲート駆動電圧が低いとノイズの影響を受け易くなる傾向があるが、上述したように、昇圧電源回路11を挿入することで、必要となるゲート駆動電圧を確保できるため、ONしている半導体装置がOFFへ誤動作することのない、耐ノイズ性に強いゲート駆動回路を得ることができる。また、ゲート駆動電圧を安定して確保できるため、半導体装置のスイッチングに時間を要することがなく、スイッチング損失の増大を防ぐことが可能である。
【0016】
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2による半導体装置のゲート駆動回路を示すブロック図である。上述の実施の形態1で示した構成に加え、この実施の形態2では、昇圧電源回路11とゲート駆動IC4の電源端子4aの間にダイオード12(第一のダイオード。)を接続配置し、ゲート駆動IC4とバッテリ1の間にダイオード13(第二のダイオード。)を接続配置した構成となっており、電源端子4aに、ダイオード12またはダイオード13を介して、バッテリ1の出力電圧(電源電圧。)と、昇圧電源回路11の出力電圧のいずれかを選択的に供給できるように構成している。
【0017】
ダイオード12は、逆流防止用ダイオードで、バッテリ1の出力電圧が昇圧電源回路11の出力電圧(出力電圧設定値と同じ値。)よりも高い場合、昇圧電源回路11への電流を防止するためのものである。また、ダイオード13も、逆流防止用ダイオードで、昇圧電源回路11の出力電圧がバッテリ1の出力電圧より高い場合、バッテリ1への電流を防止するためのものである。
バッテリ1の出力電圧が昇圧電源回路11の設定値より高い場合は、昇圧電源回路11を介さずに、ダイオード13にてバイパスさせることにより、バッテリ1の出力電圧がゲート駆動IC4の電源端子4aに供給される。
【0018】
上記のようなゲート駆動回路を用いることで、バッテリ1の出力電圧が正常(必要となる電圧値以上の値。)である場合には、バッテリ1からダイオード13を介して、ゲート駆動IC4側の電源端子4aに電圧を供給し、また、バッテリ1の出力電圧が昇圧電源回路11の出力電圧より低くなった場合には、昇圧電源回路11の出力電圧をダイオード12を介して、ゲート駆動IC4の電源端子4aに供給することができる。
【0019】
バッテリ1の電圧は通常12Vであるので、その場合においては、昇圧電源回路11の出力電圧設定値は約10Vに設定して用いる。
なお、ダイオード12とダイオード13は、同じものを用いることができ、具体的には、サンケン電気のMI1A3(ショットキバリアダイオード、30V、1A。)を用いることができる。
【0020】
このように、ゲート駆動IC4側へ、通常時にはバッテリ1から電源を供給し、何らかの原因によりバッテリ1の電圧が昇圧電源回路11の出力電圧より低くなった場合のみ、昇圧電源回路11を動作させるように構成することで、半導体装置のゲート駆動回路全体としての消費電力を低減でき、経済的である。
【0021】
【発明の効果】
以上のように、この発明の半導体装置のゲート駆動回路によれば、電源電圧を供給するバッテリ、半導体装置のゲートを駆動させるゲート駆動IC、上記ゲート駆動IC側に設けられた電源端子、上記電源端子と上記バッテリとの間に接続配置され、上記電源電圧を入力し、上記ゲート駆動IC側に設定値以上の出力電圧を供給する昇圧電源回路を備えたため、ゲート駆動ICの電源として、常に一定以上の電圧を供給することができ、スイッチング損失の増加を防ぎ、耐ノイズ性に強いゲート駆動回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1による半導体装置のゲート駆動回路を示すブロック図である。
【図2】この発明の実施の形態1による、昇圧電源回路の入出力特性を示す図である。
【図3】この発明の実施の形態2による半導体装置のゲート駆動回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 バッテリ 2 マイクロコンピュータ
3 レギュレータ 4 ゲート駆動IC
4a ゲート駆動IC側電源端子
5 チャージポンプ用コンデンサ 5a チャージポンプ回路
6 ハイサイド側ブートストラップコンデンサ
6a ハイサイド駆動回路
7 ローサイド側ブートストラップコンデンサ
7a ローサイド駆動回路
8 ハイサイド側半導体装置 9 ローサイド側半導体装置
10 抵抗 11 昇圧電源回路
12、13 ダイオード。
Claims (2)
- 電源電圧を供給するバッテリ、半導体装置のゲートを駆動させるゲート駆動IC、上記ゲート駆動IC側に設けられた電源端子、上記電源端子と上記バッテリとの間に接続配置され、上記電源電圧を入力し、上記ゲート駆動IC側に設定値以上の出力電圧を供給する昇圧電源回路を備えた半導体装置のゲート駆動回路。
- 上記昇圧電源回路と上記ゲート駆動IC側に設けられた上記電源端子の間に配置接続された第一のダイオード、上記ゲート駆動ICと上記バッテリの間に配置接続された第二のダイオードを備え、上記電源端子に、上記第一のダイオードまたは第二のダイオードを介して電圧を供給できるように構成したことを特徴とする請求項1記載の半導体装置のゲート駆動回路。
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JP2003169772A Pending JP2005006467A (ja) | 2003-06-13 | 2003-06-13 | 半導体装置のゲート駆動回路 |
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---|---|---|---|---|
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WO2022264831A1 (ja) * | 2021-06-15 | 2022-12-22 | 日本電産株式会社 | 駆動装置、モータ、電動自転車、および掃除機 |
-
2003
- 2003-06-13 JP JP2003169772A patent/JP2005006467A/ja active Pending
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