JP2012513737A - チャージポンプコンデンサを備えるdc−dc電圧コンバータ - Google Patents

チャージポンプコンデンサを備えるdc−dc電圧コンバータ Download PDF

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Abstract

【課題】
【解決手段】本発明は、チャージポンプコンデンサ(C)を含むDC/DC電圧コンバータに関するものであり、このチャージポンプコンデンサ(C)は、スイッチ(T1,T2)を制御する手段(10,20)と並列に設置され、かつ所定の電圧範囲を、上側スイッチ(T1)を制御する前記手段(10)の両端に保持するように構成されている。前記制御手段(10,20)は、前記上側スイッチ(T1)が開いているときに、下側スイッチ(T2)を閉じて、ゼロ電位をスター接続の中心端子(O)に印加することにより、前記チャージポンプコンデンサ(C)を強制的に充電するように構成されている。
【選択図】図3

Description

本発明は、エネルギー変換の分野に関し、特にこの技術分野の当業者に「DC−DCコンバータ」として良く知られているDC−DC電圧コンバータに関するものである。本発明は、更に詳細には、自動車両に搭載するDC−DCコンバータを最適化して、変換損失を小さく抑えることにより、コンバータの出力で安定電圧を実現することを目的としている。
DC−DCコンバータは、自動車の種々の電子機器において使用することができる。このDC−DCコンバータの機能は、入力電圧(例えば、24V)を、この入力電圧よりも低い出力電圧(例えば、12V)に変換して、自動車内の機器に給電することである。「ストップアンドスタート」システムとして知られ、かつ自動車を停車すると、エンジンを自動的に停止させることにより、都市で運転しているときのエネルギー消費量を小さく抑える省エネルギーシステムは、大量の電力を必要とする。通常の車載用回路網の電圧12V〜14Vは、内燃エンジンが大排気量気筒エンジン(>1.6L)である場合のこのタイプのシステムに適していない。このタイプのシステムは、より高い電圧(例えば、24V)を必要とする。この場合、コンバータを使用して、「ストップアンドスタート」システムが使用する電圧(24V)を12Vの電圧に変換することにより、自動車の機器に給電する。
「チョッパー」としても知られるDC−DCコンバータは、コントローラによって制御される1つ以上のスイッチを使用することにより、主電圧を縮減して、当該電圧をより低い出力電圧にするパワー電子装置である。縮減またはチョッピングを非常に高い周波数で行なうことにより、コンバータだけでなく、コンバータの内部フィルタ素子群のサイズを小さくすることができる。このようにして生成される電圧は、DCである。
従来、DC−DCコンバータは、入力電圧の印加先である入力端子と、出力電圧がサンプリングされるときのサンプリング先の出力端子と、グランドとを含む電圧変換回路の形態を採り、この回路は、中心点を有する3分岐スター接続を形成している。
図1に示すように、スター接続の中心点を入力端子に接続する回路の入力分岐は、上側スイッチT1と表記されるスイッチを備えている。スター接続の中心点をグランドに接続する回路のグランド分岐は、下側ダイオードD2と表記されるダイオードを備えている。スター接続の中心点を出力端子に接続する回路の出力分岐は、出力電流ILが流れるインダクタンスLを備えている。ダイオードD2の機能は、スイッチT1の状態に応じて、電流がこのダイオードD2を通過することができるようにする、または当該電流を阻止することができるようにすることである。
この技術分野の当業者に「ハイサイド(High Side)」スイッチとして知られる上側スイッチT1は、通常、トランジスタ(MOSFET/バイポーラトランジスタ)の形態を採り、このトランジスタは、このトランジスタの端子群に接続され、かつ図1には示していないコントローラによって個々に制御される。コントローラで上側スイッチT1を制御して、このコントローラの制御機能を果たさせる場合、このコントローラを低定電位(例えば、12V)に接続する必要がある。この低定電位は、このコントローラに給電する機能を果たす(「ドライバ」)。
上側スイッチT1は、一方の側で、入力端子(断続的な値を取る電圧)に接続され、他方の側で、可変の電位を有するスター接続の中心点に接続されている。上側スイッチT1のコントローラの電源の基準電位になることがあるスター接続の中心点の電位は変化するので、この電源は十分に安定することがない。
上側スイッチT1のコントローラに給電するために、「ブートストラップコンデンサ(Boot Strap Capacitor)」として良く知られている「チャージポンプ」コンデンサを、DC−DCコンバータ回路において使用することが知られている。これにより、スター接続の中心点の電位が変化する問題を解決することができる。
この目的のために、図2に示すように、「ブートストラップコンデンサ」コンバータは、入力端子、出力端子、及びグランドの他に、スター接続の中心点に制御分岐を介して接続される制御端子を備えている。上側スイッチT1を制御するモジュール1を、図2に示すように、コンバータ制御分岐に位置するチャージポンプコンデンサCに並列に設置する。
上側スイッチT1を閉じると、スター接続の中心点の電位(Va)は、入力端子の電位(Ue)に等しくなる。チャージポンプコンデンサCから、モジュール1に給電される(コンデンサが放電する)。従って、制御モジュールは、上側スイッチT1を制御する当該モジュールの機能を果たすことができる。
上側スイッチT1を開くと、出力電流ILを瞬時にインダクタンスL内で打ち消すことができないので、ダイオードD2が順方向にバイアスされる。スター接続の中心点の電位(Va)は接地される。コンデンサを流れる電流は減少する。
スター接続の中心点の電位(Va)ともなるモジュール1の基準電位は、グランドに接続される。
この場合、モジュール1には、電圧Udにより、ダイオードDc(順方向にバイアスされる)及び抵抗Rを介して給電される。同時に、コンデンサCが再充電される。抵抗Rの目的は、コンデンサCの再充電電流を制限することにある。
電流ILが負である場合、ダイオードD1が順方向にバイアスされ、電位Va=Ueが成り立つ。チャージポンプコンデンサCが放電して、制御モジュールに給電する。
最後に、出力電流ILがゼロである場合、電位Vaは、いずれの電位も基準とすることがない(浮遊状態になる)ので、チャージポンプコンデンサCが放電して、制御モジュールに給電する。
コンデンサCの充電量が出力電流ILの値によって変わるとすると、コンデンサCの充電時間が極めて短くなって、コンデンサCが再び満充電されるのが阻止される可能性がある。これにより、コンデンサCから、DC−DCコンバータ制御モジュール1に給電する必要がある場合に、入力電圧を断続する制御が妨害される。多数の充電/放電サイクルの後、チャージポンプコンデンサCは、制御モジュールに給電するために、十分に充電されない可能性がある。
ある解決策では、インダクタンスLを流れる最小電流を確保して、スイッチT1が開くときのダイオードD2の導通時間を確保する。しかしながら、インダクタンスに不必要な電流が流れると、補助回路網(出力S)に過電圧が発生する。
別の解決策では、上側スイッチT1を開閉するスイッチング周波数を高くする。しかしながら、スイッチングに関連するエネルギー損失がそれによって極めて大きくなる。
本発明の複数目的のうちの1つは、チャージポンプコンデンサの充電時間を確保して、電圧の断続を最適なものに維持することである。
本発明は、入力端子と、出力端子と、制御端子と、グランドとを含み、かつ中心端子を有する4分岐スター接続回路を構成するDC/DC電圧コンバータに関するものであり、入力電圧は、前記入力端子と前記グランドとの間に印加されるように構成され、前記コンバータは、
前記入力端子を、前記スター接続の中心端子に接続するスター接続の分岐に設置され、かつ前記入力電圧を断続するために開閉制御されるように構成されている上側スイッチと、
前記スター接続の中心端子を、前記グランドに接続するスター接続の分岐に設置され、かつ開閉制御されるように構成されている下側スイッチと、
前記上側スイッチ及び下側スイッチを制御する手段と、
前記制御手段に並列に設置され、かつ所定の電圧範囲を、前記上側スイッチを制御する手段の両端に保持するように構成されているチャージポンプコンデンサとを含み、
コンバータは、
前記制御手段が、前記上側スイッチが開いているときに、前記下側スイッチを閉じて、ゼロ電位をスター接続の前記中心端子に印加することにより、前記チャージポンプコンデンサを強制的に充電するようになっていることを特徴としている。
本発明により、チャージポンプコンデンサは、このチャージポンプコンデンサで上側スイッチの制御モジュールに給電する必要がある場合に、十分に充電される。従って、制御手段は、断続制御機能、及び断続動作の精度を確保するコンデンサの強制充電機能を果たす。この制御手段は、各スイッチに対応する個別制御モジュール、または2つの制御を統合した単一モジュールの形態を採ることができる。
自動車の分野では、チャージポンプコンデンサは、普通、10〜15Vである電圧範囲を、上側スイッチを制御する手段の両端に保持している。
チャージポンプコンデンサの充電は、出力電流の値に依存することはないが、その理由は、基準電位が、上側スイッチが開いているときに、完全なゼロ値に保持されて、コンデンサの効率的な高速再充電を確保することができるからである。
小さい値の内部抵抗を含む下側スイッチを使用して、電流が非常に大きい場合の変換に関連する損失を小さくすることが、従来技術において知られている。しかしながら、この下側スイッチが、コンデンサを強制的に充電するために制御されることはなかった。
本発明の1つの特定の実施形態によれば、前記コンバータは、出力端子をスター接続の中心端子に接続する前記スター接続の分岐に設けられているインダクタンスを含み、出力電流は、前記インダクタンスを流れる。前記制御モジュールは、下側スイッチを所定の時間に亘って閉じることにより、コンデンサを充電する。
上側スイッチが開くと、出力電流は徐々に小さくなる。下側スイッチも開くと、電流は自然にゼロ値に落ち着き、スター接続の中心端子の電位は従って、浮遊状態になる。しかしながら、制御モジュールが下側スイッチを閉じたままにして、ゼロ電位をスター接続の中心端子に印加する場合、出力電流は、それが減少する(下側スイッチが閉じたままになっていることに起因して)につれて、電流のゼロ値に落ち着くということがなく、負値を採る可能性がある。
制御モジュールが、出力電流が正になっているときにのみ、下側スイッチを強制的に閉じる(従って、チャージポンプコンデンサを強制的に充電する)。この好適な実施形態によると、出力電流は正のままであり、強制的な充電は、当該電流がゼロ値に達する前に中止される。従って、出力電流はゼロ値に落ち着き、基準電位は或る電位(浮遊電位)に保持される。
制御モジュールは、上側スイッチが開いた直後に、ゼロ電位をスター接続の中心端子に印加するのが好ましい。
制御モジュールは、前記上側スイッチが:
Tmin=3xRC(μ秒)(簡易方程式)、例えばR=2.4Ω、C=470nFの場合に次式により計算される→Tmin=3x2.4Ωx470nF=3.4μs
と少なくとも等しい回復期間に亘って開いているときに、前記下側スイッチを閉じるように構成されているのが好ましい。
本発明は更に、上に定義したコンバータを制御する方法にも関するものであり、前記モジュールをプログラムして、上側スイッチが開いているときに、下側スイッチを閉じて、ゼロ電位をスター接続の中心端子に印加することにより、チャージポンプコンデンサを強制的に充電するようになっている。
本発明はまた、上に定義したコンバータの制御モジュールをプログラミングする方法にも関するものであり、前記モジュールをプログラムして、上側スイッチが開いているときに、前記モジュールが下側スイッチを閉じて、ゼロ電位を前記スター接続の中心端子に印加することにより、チャージポンプコンデンサを強制的に充電するようになっている。
添付の図面を参照することにより、本発明を、より深く理解しうると思う。
先行技術によるハーフブリッジコンバータを模式的に示している。 チャージポンプコンデンサ及び制御回路を備える先行技術によるコンバータを模式的に示している。 制御モジュールにより制御される下側スイッチを備える本発明のコンバータ回路を模式的に示している。 図3の回路の種々の箇所の電位の値、及び出力電流の値を、スイッチ群の異なる位置に応じて示すタイミング図であり、制御モジュールは、インダクタンスを流れる出力電流が負である場合に、下側スイッチの開放を指令するようになっている。 制御モジュールが、インダクタンスを流れる出力電流が正である場合に、下側スイッチの開放を指令するときのタイミング図を示している。
本発明は、自動車両に搭載されるコンバータのようなDC/DC電圧コンバータ、またはDC−DC電圧コンバータに関するものである。コンバータは、1つの電圧を、別の大きさの電圧または電流に変換する変換回路である。
図3に示すように、コンバータの回路は、入力端子Eと、出力端子Sと、制御端子Dと、グランドMとを備えており、中心端子Oを有する4分岐スター接続を形成している。
コンバータの変換回路は、この技術分野の当業者に「ハイサイド」スイッチとして知られ、かつ入力端子Eをスター接続の中心端子Oに接続するスター分岐に設置されている上側スイッチT1を備え、上側スイッチT1は、開閉制御されるように構成されている。すなわち、開位置と閉位置との間で移動するように構成されている。
変換回路は更に、この技術分野の当業者に「ローサイド」スイッチとして知られ、かつグランドMをスター接続の中心端子Oに接続するスター分岐に設置されている下側スイッチT2を含み、下側スイッチT2も、開閉制御されるように構成されている。
この例では24Vである入力電圧Ueが、入力端子Eと回路のグランドとの間に印加される。
スイッチT2が回路のグランドに接続されるとすると、下側スイッチT2を制御することにより、問題が生じることは全くないことに注目されたい。これは、低定電位に接続されるスイッチを制御するのが簡単であるからである。
上側スイッチT1及び下側スイッチT2は、この場合、MOSFET型、バイポーラ型、またはIGBT型トランジスタの形態である。これらのスイッチは、高位側ダイオードD1、及び低位側ダイオードD2にそれぞれ接続されている。高位側ダイオードD1及び低位側ダイオードD2は、それぞれ、前記上側スイッチT1及び下側スイッチT2に並列接続されている。
変換回路は、出力端子Sをスター接続の中心端子Oに接続するスター分岐に設置されているインダクタンスLを有し、出力電流ILは、前記インダクタンスLを流れる。電圧コンバータの機能は、このコンバータの出力から、電流消費素子によって消費される出力電流ILを供給するか、または出力端子Sで、サンプリングすることができる電圧を供給することである。インダクタンスはこの場合、コイルLの形態を採っているが、他のいずれの電流消費素子も、適切なインダクタンスとなり得る。
変換回路は更に、制御端子Dをスター接続の中心端子Oに接続するスター分岐に設置されている上側スイッチT1を制御するモジュール10だけでなく、下側スイッチT2を制御するモジュール20を備えている。制御モジュール10,20は、スイッチT1,T2を制御する手段を形成している。各制御モジュール10,20は、この場合、トランジスタ「ドライバ」である。FPGAまたは「フィールドプログラマブルゲートアレイ(field−programmable gate array)」としてよく知られているプログラマブル論理回路を使用して、論理信号をモジュール10に送信する。
制御モジュール10は、変換回路の制御端子Dと変換回路のグランドMとの間に印加される制御電圧Udによって給電される。制御モジュールは、基準を、素子群を制御するために使用する必要がある。前に述べたように、変換回路の制御モジュール10は、基準として、浮遊電位であるスター接続の中心端子Oの電位Vaを使用する。以後、「基準電位Va」と記されているこの基準電位Vaの変化を打ち消すために、変換回路は更に、制御モジュール10に並列接続されているチャージポンプコンデンサCを、コンバータの制御分岐に備えている。図3に示すように、抵抗R及び充電ダイオードDcは、制御分岐内で、制御端子Dと制御モジュール10及びチャージポンプコンデンサCの並列接続複合体との間に、直列に設置されている。充電ダイオードDcは、電流が制御端子に流れるのを阻止するので有利であり、抵抗Rで、制御分岐を流れる電流の値を調整する。
本発明の変換回路の制御モジュール10は、上側スイッチT1が開くときに、基準電位Vaをゼロ電位にすることにより、チャージポンプコンデンサCを強制的に充電するように構成されている。
この例では、制御モジュール10は、上側スイッチT1が開いた後に、下側スイッチT2を、回復期間tに亘って閉じて、チャージポンプコンデンサCの再充電を可能にするようになっている。このように、基準電位Vaを変換回路のグランドに接続して、チャージポンプコンデンサCを強制的に充電する。
図4のタイミング図に示すように、電圧を断続する操作中に、上側スイッチT1を閉じ(T1=1)、下側スイッチT2を開く(T2=0)と、基準電位Vaは入力端子(E)の電位と等しくなる。すなわち、入力電圧Ueと等しくなる。チャージポンプコンデンサCは、制御モジュール10に給電することにより放電し、チャージポンプコンデンサCの両端に現われる電圧の値Vcが小さくなる。上側スイッチT1を閉じている間(T1=1)、出力電流ILは増加する。コンバータの出力端子(S)に現われる出力電圧Usは増加する。
以後、便宜上、上側スイッチT1の閉じ期間を「正のチョッピング期間M1」と記し、上側スイッチT1の開き期間を「負のチョッピング期間N1」と記する。
正のチョッピング期間M1の終了時に、制御モジュール10は、上側スイッチT1を開いて、(T1=0)に制御し、次に出力電流ILは、出力分岐内に設置されるインダクタンスL内で減少し始める。
図4には見ることができない短いスイッチング期間tcomの後、制御モジュール10は下側スイッチT2を閉じ、(T2=1)に制御する。制御モジュール10は、スイッチング期間tcomが可能な限り最も短くなるように構成されているのが好ましい。しかしながら、スイッチング期間tcomは、仮にスイッチT1及びT2が同時に閉じるとした場合に生じる短絡の危険を、低く抑えるためにゼロではない。
下側スイッチT2を閉じた後、基準電位Vaを変換回路のグランドに、回復期間trecupに亘って接続し、この回復期間trecupでは、チャージポンプコンデンサCが再充電される。この回復期間trecupの長さは、チャージポンプコンデンサCを再び満充電することができるように設定される。
チャージポンプコンデンサCが再び満充電されると、上側スイッチT1を極めて正確に制御して、チャージポンプコンデンサCで、スター接続の中心端子Oに現われる電位Vaの変化を打ち消すことができる。従って、スイッチT2に対する制御モジュール10による制御を利用して、チャージポンプコンデンサCの充電を、従って上側スイッチT1に対する制御を最適化し、その結果、断続の精度、従って電圧変換の精度を最適化する。
回復期間trecupの終了時に、下側スイッチT2を開位置(T2=0)に移動させる。上側スイッチT1は開位置(T1=0)のままである。次に出力電流ILは、増加し始め、ゼロ値に落ち着く。
出力電流ILがインダクタンスLを負の方向に流れ、かつ下側スイッチT2が開いている限り、基準電位Vaは、高位ダイオードD1が順方向にバイアスされるとすると、回路の入力端子Eの電位に等しい。出力電流ILがインダクタンスL内でゼロになる場合、高位ダイオードD1が阻止状態となり、基準電位Vaは浮遊状態になる。
本発明の別の実施形態によれば、図5に示すように、制御モジュール10は、出力電流ILがインダクタンスLを正の方向に流れているときにのみ、下側スイッチT2を閉じに制御する。別の表現をすると、制御モジュール10は、出力電流ILが、出力電流のゼロ値に達してしまう前に、スイッチT2を再び開きに制御する。従って、出力電流が負値を採るのが観察される危険が低く抑えられる。出力電流が負値を採ると、前に説明したように、結果的に基準電位Vaが、比較的高い入力端子Eの電位の値を採ることになり、制御モジュール10に対する制御の精度に悪影響を及ぼす。図5に示すように、下側スイッチT2を期間trecup2に亘って閉じ、この期間trecup2では、インダクタンスLを流れる出力電流ILは必ず正になっている。
制御モジュール10は、上側スイッチT1を開いた直後に、下側スイッチT2を閉じに制御するのが好ましく、これにより、下側スイッチT2を閉じることができる期間を最適化することができ、かつ出力電流を正に流し続けることができる。
本発明の好適な実施形態によれば、チャージポンプコンデンサCの最小充電時間に対応する回復期間trecupに亘って、スイッチT2を閉じに制御する。スイッチT2の閉期間を短く抑えることにより、出力電流が負値を採る危険は更に低く抑えられる。
一例として、チャージポンプコンデンサCが470nfであり、制御電圧Ucが15ボルトであり、かつ抵抗Rが2.4オームである場合、回復時間3.4μsは、次の方程式で計算される。簡略方程式:Tmin=3xRC=3x2.4Ωx470nF=3.4μs
1,10,20 制御モジュール
C チャージポンプコンデンサ
D 制御端子
D1 高位側ダイオード
D2 低位側ダイオード
Dc 充電ダイオード
E 入力端子
IL 出力電流
L インダクタンス
M グランド
M1 正のチョッピング期間
N1 負のチョッピング期間
O スター接続の中心端子
R 抵抗
S 出力端子
t 回復期間
com スイッチング期間
recup 回復期間
recup2 期間
T1 上側スイッチ
T2 下側スイッチ
Uc 制御電圧
Ud 電圧
Ue 入力端子の電位、入力電圧
Us 出力電圧
Va スター接続の中心点の電位、基準電位
Vc チャージポンプコンデンサの両端の電圧の値

Claims (6)

  1. 入力端子(E)と、出力端子(S)と、制御端子(D)と、グランド(M)とを含み、かつ中心端子(O)を有する4分岐スター接続を構成するDC/DC電圧コンバータであって、入力電圧は、前記入力端子と前記グランドとの間に印加されるように構成され、前記コンバータは、
    前記入力端子(E)を前記スター接続の中心端子(O)に接続するスター接続の分岐に設置され、かつ前記入力電圧を断続するために開閉制御されるように構成されている上側スイッチ(T1)と、
    前記スター接続の中心端子(O)を、前記グランド(M)に接続するスター接続の分岐に設置され、かつ開閉制御されるように構成されている下側スイッチ(T2)と;
    前記上側スイッチ(T1)及び下側スイッチ(T2)を制御する手段(10,20)と、
    前記制御手段(10,20)と並列に設置され、かつ所定の電圧範囲を、前記上側スイッチ(T1)を制御する手段(10)の両端に保持するように構成されているチャージポンプコンデンサ(C)とを含み、
    コンバータは、
    前記制御手段(10,20)が、前記上側スイッチ(T1)が開いているときに、前記下側スイッチ(T2)を閉じて、ゼロ電位を前記スター接続の中心端子(O)に印加することにより、前記チャージポンプコンデンサ(C)を強制的に充電するように構成されていることを特徴とする、DC/DC電圧コンバータ。
  2. 前記出力端子(S)を前記スター接続の中心端子(O)に接続するスター接続の分岐に設置されているインダクタンス(L)を含み、出力電流(IL)が、前記インダクタンス(L)を流れ、前記制御手段(10,20)は、前記出力電流(IL)が正である限り、前記下側スイッチのみを閉じるようになっている、請求項1に記載のコンバータ。
  3. 前記制御手段(10,20)は、前記上側スイッチ(T1)が開いた直後に、ゼロ電位を前記スター接続の中心端子(O)に印加するようになっている、請求項1または2に記載のコンバータ。
  4. 前記制御手段(10,20)は、前記上側スイッチ(T1)が、コンデンサ(C)の値に、コンデンサと前記制御端子(D)との間に設けられている電気抵抗(R)の値を乗算した積の3倍と少なくとも等しい回復期間(t)に亘って開いているときに、前記下側スイッチ(T2)を閉じるように構成されている、請求項3に記載のコンバータ。
  5. 前記制御手段(10,20)をプログラムして、前記上側スイッチ(T1)が開いているときに、前記下側スイッチ(T2)を閉じて、ゼロ電位を前記スター接続の中心端子(O)に印加することにより、前記チャージポンプコンデンサ(C)を強制的に充電するようになっている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のコンバータを制御する方法。
  6. 前記制御手段(10,20)をプログラムして、前記上側スイッチ(T1)が開いているときに、前記下側スイッチ(T2)を閉じることにより、ゼロ電位を前記スター接続の中心端子(O)に印加して、前記チャージポンプコンデンサ(C)を強制的に充電するようになっている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のコンバータの制御手段(10,20)をプログラミングする方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014087609A1 (ja) * 2012-12-03 2014-06-12 パナソニック株式会社 Dc/dcコンバータ

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9627962B2 (en) * 2015-03-09 2017-04-18 Texas Instruments Incorporated Fast blocking switch

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006141191A (ja) * 2004-03-16 2006-06-01 Rohm Co Ltd スイッチングレギュレータ

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19946025B4 (de) * 1999-09-25 2012-02-23 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Stromversorgung einer Ansteuerschaltung für ein getaktetes Schaltnetzteil
US6963498B2 (en) * 2004-02-02 2005-11-08 International Rectifier Corporation Bootstrap capacitor refresh circuit
ITMI20052055A1 (it) * 2005-10-27 2007-04-28 St Microelectronics Srl Dispositivo di controllo per un convertitore a commutazione e relativo convertitore a commutazione
DE602006010884D1 (de) * 2006-10-30 2010-01-14 Infineon Technologies Austria Schaltungsanordnung und Verfahren zum Treiben einer spannungsseitigen Halbleiterschaltung

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006141191A (ja) * 2004-03-16 2006-06-01 Rohm Co Ltd スイッチングレギュレータ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014087609A1 (ja) * 2012-12-03 2014-06-12 パナソニック株式会社 Dc/dcコンバータ
US9479055B2 (en) 2012-12-03 2016-10-25 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. DC-DC converter
JPWO2014087609A1 (ja) * 2012-12-03 2017-01-05 パナソニックIpマネジメント株式会社 Dc/dcコンバータ

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