JPH06261540A - 負荷制御回路 - Google Patents

負荷制御回路

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JPH06261540A
JPH06261540A JP4640793A JP4640793A JPH06261540A JP H06261540 A JPH06261540 A JP H06261540A JP 4640793 A JP4640793 A JP 4640793A JP 4640793 A JP4640793 A JP 4640793A JP H06261540 A JPH06261540 A JP H06261540A
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JP
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current
fet
load
control circuit
gate
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JP4640793A
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Inventor
Toru Yoshioka
徹 吉岡
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Sawafuji Electric Co Ltd
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Sawafuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は,負荷制御回路に関し,負荷電流を
正確に検出し,スパイク電流に起因するノイズを吸収す
ることを目的とする。 【構成】 FET7は負荷3に直列に接続され負荷3に
流れる電流を制御する。電流検出抵抗8はFET7に直
列に接続され,負荷3に流れる電流を検出するためのも
のである。FETドライブ回路6はFET7を制御する
ゲート信号をFET7のゲートに印加する。制御回路5
はFETドライブ回路6に所定の制御信号を送る。増幅
器10は電流検出抵抗8に流れる電流を検出し増幅して
出力する。FET7と電流検出抵抗8との接続点がこの
回路の基準電位とされると共にFETドライブ回路6,
制御回路5及び増幅器10の接地電位端子が基準電位に
接続される。電流検出抵抗8の両端が増幅器10の入力
端子に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,負荷制御回路に関し,
特に,FET(電界効果トランジスタ)をスイッチング
させることによって,負荷にかかる電圧,流れる電流又
は消費する電力を制御する回路であって,FET又は負
荷に流れる電流を制御又は制限するための電流検出を適
正に行う手段を備えた負荷制御回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は従来の負荷制御回路を示す。この
負荷制御回路は,負荷3(例えば,小型電気自動車のモ
ーター)にかかる電圧及び流れる電流を,FET7をス
イッチングすることによって制御する。負荷3に流れる
電流を制御又は制限するため,電流検出の手段として,
電流検出抵抗8及び演算増幅器(以下,オペアンプとい
う)10を備える。
【0003】FETドライブ回路6は,制御回路5から
の所定の制御信号に従ってゲート信号を形成し,FET
7のゲートGに印加する。このゲート信号により,FE
T7のON/OFFが制御される。FET7のON/O
FFにより,負荷3に流れる電流が制御又は制限され
る。
【0004】一方,負荷3に流れる電流は,FET7を
介して電流検出抵抗8を流れ,更に回路の接地電位へ流
れる。電流検出抵抗8の抵抗値は,損失を少なくするた
めに小さくされる。電流検出抵抗8を流れる電流がオペ
アンプ10によって検出され増幅され電流(検出)信号
として出力される。
【0005】即ち,電流検出抵抗8の一端(FET7の
ソースSに接続された側)がオペアンプ10の非反転端
子に接続され,他端(FET7のソースSに接続された
側とは反対の側,即ち,接地電位に接続された側)がオ
ペアンプ10の反転端子に接続される。これにより,電
流検出抵抗を流れる電流を,その両端の電位差として検
出する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図5は従来技術の問題
点説明図である。FETドライブ回路6から出力される
ゲート信号は,図示の如く矩形波のパルス信号である。
このパルス信号がFET7のゲートGに印加されると,
ゲートGとソースS及びドレインDとの間の容量結合に
より,パルス信号のON時及びOFF時にスパイク電流
(雑音)を生じる。
【0007】このゲート信号に起因するスパイク電流
(以下,ゲート電流という)は,その値が数アンペアと
比較的大きく,その波形が図示の如く急峻になる。この
ゲート電流も,また,電流検出抵抗8を流れる。従っ
て,電流検出抵抗8を流れる電流は,図示の正味の負荷
電流による電流値にゲート電流を重畳した波形となる。
この波形は,(電流検出抵抗8により),検出された電
流信号として図5に示される。
【0008】このように,急峻で値の大きいゲート電流
が電流検出抵抗8を流れるため,電流検出抵抗8の持つ
インダクタンス成分の影響が無視できなくなる。即ち,
ゲート電流が流れると,これとインダクタンス成分とに
より,電流検出抵抗8に大きなパルス電圧が発生する
(雑音レベルが大きくされる)。一方,電流検出抵抗8
の抵抗値は前述の如く小さいので,正味の負荷電流が発
生し得る信号(電圧幅)も小さい。このため,パルス電
圧によって本来検出されるべき信号が乱されてしまい正
確な電流値が検出できないという問題があった。
【0009】この問題は,正味の負荷電流の電流値の大
きい負荷制御回路(大電流回路)において,より顕著で
あった。即ち,大電流回路の場合,電流検出抵抗8にお
ける損失を抑えるため,その抵抗値を更に小さくする必
要がある。このため,正味の負荷電流の発生し得る信号
も更に小さくなる。一方,大電流を流すためFET7の
ゲートGの容量が大きくなるので,スパイク電流が大き
くなる。このため,インダクタンス成分によるパルス電
圧も更に大きくなる。以上のことから,大電流回路にお
ける前記問題は顕著であった。
【0010】一方,ゲート電流は,図示の如く,ゲート
信号のON/OFF時では,その符号が異なる。そこ
で,電流検出抵抗8の両端の出力を平滑して雑音成分の
正負を相殺するためのコンデンサ9が,電流検出抵抗8
に並列に接続される。
【0011】しかし,ゲート電流が急峻でその値が大き
いため,電流検出抵抗8のインダクタンス成分の影響に
より,コンデンサ9によっては雑音成分の正負成分が吸
収不可能であった。
【0012】更に,コンデンサ9によっては吸収不可能
であっても,他の手段によって吸収できるはずであるか
ら,実際にはこれも不可能であった。即ち,ゲート電流
が急峻であるためオペアンプ10がこれに追従できない
ため,また,ゲート電流の値が大きいため,オペアンプ
10の出力が飽和して正負の値が違ってしまう。このた
め,雑音成分の正負を相殺できなかった。あるいは,図
4に示す如く,一電源(正の電源のみ)のオペアンプ1
0を用いる場合(二電源(正負の電源)のオペアンプは
電源の数が増すため,コスト高等により,使用しにく
い),図5に示す如く,オペアンプ10での増幅後の電
流信号において,雑音成分の負の部分がカットされてし
まう。このため,雑音成分の正負を相殺することができ
なかった。以上のことから,従来は,スパイク電流に起
因するノイズを吸収しきれないという問題があった。
【0013】本発明は,正確に正味の負荷電流を検出す
ることが可能な負荷制御回路を提供することを目的とす
る。また,本発明は,大電流回路に適した負荷制御回路
を提供することを目的とする。
【0014】更に,本発明は,スパイク電流に起因する
ノイズを吸収することが可能な負荷制御回路を提供する
ことを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の負荷制御回路
は,直流電源によって駆動される負荷と,負荷に直列に
接続され少なくとも負荷に流れる電流を制御するFET
と,FETに直列に接続され,負荷に流れる電流を検出
するための電流検出抵抗と,FETを制御するゲート信
号を形成しこれをFETのゲートに印加するFETドラ
イブ回路と,FETドライブ回路に対してゲート信号を
形成するための所定の制御信号を送る制御回路と,電流
検出抵抗に流れる電流を検出しこれを増幅して電流検出
信号として出力する増幅器とを備え,負荷とFETと電
流検出抵抗との直列回路が直流電源によって給電される
よう構成し,FETと電流検出抵抗との接続点を当該回
路の基準電位とすると共にFETドライブ回路,制御回
路及び増幅器の接地電位端子を基準電位に接続し,電流
検出抵抗の両端を前記増幅器の入力端子に接続する。
【0016】
【作用】FETは,FETドライブ回路からのゲート信
号に従って,ON/OFFする。このON/OFF時
に,FETにおいてゲート信号に起因するスパイク電流
(以下,ゲート電流という)が発生する。
【0017】このゲート電流は,本発明においては,F
ETと電流検出抵抗との接続点,即ちこの回路の基準電
位に流れる。即ち,ゲート電流が電流検出抵抗に流れる
ことはない。従って,ゲート電流と電流検出抵抗のイン
ダクタンス成分とによってゲート電流(雑音)のレベル
が大きくされることもない。これにより,電流検出抵抗
を用いて,正確に正味の負荷電流を検出することができ
る。
【0018】また,大電流回路において,電流検出抵抗
の値を小さくしても,スパイク電流による雑音がないの
で,正確に負荷電流を検出できる。即ち,大電流回路に
適した負荷制御回路を得ることができる。
【0019】一方,電流検出抵抗の両端が増幅器の入力
端子に接続される。即ち,増幅器が検出の対象とする電
流にはゲート電流は含まれない。従って,後述するコン
デンサによって雑音成分を相当程度吸収できる。また,
増幅器がゲート電流に追従できないことにより雑音成分
の正負を相殺できないことは考慮する必要がない。これ
により,ゲート電流に起因するノイズを吸収し,増幅器
からゲート電流に影響されない電流検出信号を出力する
ことができる。
【0020】
【実施例】図1は本発明の実施例構成図であり,本発明
による負荷制御回路を示す。負荷3は,例えば小型電気
自動車のモーターからなり,直流(DC)電源1により
駆動される。従って,この負荷制御回路は,直流モータ
ーに流れる電流を制御する回路であって,この電流を制
御するための電流検出を行う手段を備えるものである。
【0021】FET7は,負荷3に直列に接続され,そ
のON/OFFによって負荷3に流れる電流(及び負荷
3にかかる電圧,負荷3で消費される電力)を制御す
る。電流検出抵抗8は,FET7に直列に接続され,負
荷3に流れる正味の負荷電流を検出するために設けられ
るものである。
【0022】FET7のON時,DC電源1,インダク
タンス2,負荷3,FET7,電源検出抵抗8,DC電
源1の如く電流パスが形成され,FET7のOFF時,
インダクタンス2,負荷3,還流ダイオード4,インダ
クタンス2の如く電流パスが形成される。ここで,ON
/OFFの比(duty比)を適当にとると,負荷3に
継続的に電源電圧がかかり,インダクタンスにより平滑
されて,負荷3の電圧が調整される。
【0023】例えば,負荷がモータのとき,モータの回
転数はモータに加える電圧によって変わる。また,同じ
電圧をかけても,モータに接続されている機械的な負荷
によっても回転数は変わる。よって,モータの回転数を
検出し,目的の回転数になるようにduty比を変えて
やれば,モータの回転数を任意に制御できる。
【0024】FET7のON/OFFはFETドライブ
回路6により制御される。このために,FETドライブ
回路6は,FETを制御するための制御信号であるゲー
ト信号を形成し,これをFET7のゲート(ゲート電
極)Gに印加する。ゲート信号は,制御回路5からの所
定の制御信号に基づいて,図2に示す如きパルス信号と
して形成される。
【0025】制御回路5は,増幅器10の出力である電
流検出信号及びその他の信号に基づいて,ゲート信号形
成のための所定の制御信号を形成し,これをFETドラ
イブ回路6へ送る。
【0026】FET7のON時,前述の電流パスの形成
により,電流検出抵抗8に電流が流れる。電流検出抵抗
8は,負荷3に流れる(正味の)負荷電流を検出するた
めのものであり,このためにFET7(及び負荷3)に
直列に接続される。電流検出抵抗8の一端がFET7に
接続され,他端がDC電源1に接続される。
【0027】ここで,電流検出抵抗8に正味の負荷電流
のみを流しゲート電流を流さないようにするために,本
発明に従って,FET7と電流検出抵抗との接続点aが
当該負荷制御回路の基準電位(又は接地電位)とされ
る。従って,この負荷制御回路を構成する制御回路5,
FETドライブ回路6及び増幅器10の各々の電源端子
の一方である基準電位端子即ち接地電位端子が,図示の
如く,この基準電位に接続される。
【0028】換言すれば,この負荷制御回路の電源電位
線の一方である基準電位線(又は接地電位線)14に対
して,FET7のソースS,制御回路5,FETドライ
ブ回路6,増幅器10が接続される。また,基準は電位
線14とDC電源1との間に電流検出抵抗8が接続さ
れ,電流検出抵抗8と並列に電流平滑用のコンデンサ9
が接続される。
【0029】パルス信号であるゲート信号(図2)がF
ET7のゲートGに印加されると,ゲートGとソースS
及びドレインDとの間の容量結合により,ゲート信号の
ON/OFF時に,図2に示す如きゲート電流を生じ
る。即ち,ゲート電流は,ゲート信号のON/OFF時
にこれに起因してFET7の半導体基板内に生じるスパ
イク電流である。
【0030】ゲート電流は回路の低電位側に流れて吸収
される。従って,この場合,FET7のソースSへ,即
ち,電流検出抵抗8の接続された側へ流れる。なお,F
ET7の導電型が逆であっても,ゲート電流は,そのド
レインDへ,即ち,電流検出抵抗8側へ流れる。
【0031】FET7のON時,FET7のソースSか
ら接続点aへ,図2に示す(正の)ゲート電流と正味の
負荷電流との和が流れる。この電流成分のうち,ゲート
電流は接続点aから基準電位線14へ流れる。一方,正
味の負荷電流は,前述の電流パスに従い,接続点aから
電流検出抵抗8へ流れる。
【0032】FET7のOFF時,FET7のソースS
から接続点aへ,図2に示す(負の)ゲート電流が流れ
る。このゲート電流は接続点aから基準電位線14へ流
れる。
【0033】以上により,電流検出抵抗8へゲート電流
が流れることを防止できる。この結果,電流検出抵抗8
に流れる電流は正味の負荷電流からなる。従って,図2
に示す如く,電流検出抵抗8で検出された(される)電
流信号は,正味の負荷電流による電流値と等しくなる。
なお,電流検出抵抗8には,ゲート電流その他の原因に
より多少の雑音電流が流れるが,これはゲート電流と比
べて十分小さいレベルであり,コンデンサ9で吸収(平
滑)可能である。
【0034】電流検出抵抗8に流れる電流は,この負荷
制御回路の備える電流検出手段である増幅器10によっ
て検出される。増幅器10は,この電流を電流検出抵抗
8の両端ab間の電位差として検出し,これを増幅して
電流検出信号として出力する。
【0035】増幅器10は入力インピーダンスの大きい
演算増幅器からなる(以下,オペアンプ10という)。
オペアンプ10の非反転端子は,入力抵抗11を介し
て,接続点a,即ち,電流検出抵抗8のFET7に接続
された一端aに接続される。換言すれば,基準電位線1
4に接続される。オペアンプ10の反転端子は,入力抵
抗12を介して,電流検出抵抗8のFET7に接続され
ていない一端bに接続される。なお,抵抗13は,オペ
アンプ10の出力端子と反転端子との間に接続された帰
還抵抗である。
【0036】電流検出抵抗8の両端ab間の電位差はこ
れに流れる電流に依存するが,この電流は,前述の如
く,正味の負荷電流であり雑音成分を殆ど含まない。ま
た,この電流はゲート電流の如き急峻な大電流ではない
ので,電流検出抵抗8のインダクタンス成分による影響
(雑音)も小さくすることができる。更に,このように
雑音を小さくすることができたことにより,この残った
雑音をコンデンサ9により殆ど吸収することができる。
【0037】従って,オペアンプ10に入力されるab
間の電位差は,正味の負荷電流に起因するものとなる。
これにより,正味の負荷電流を正確に検出できる。接続
点aを基準電位線14に接続したことにより,オペアン
プ10に入力されるab間の電位差(即ち,電流信号)
は負の信号となる。しかし,図示の如く,オペアンプ1
0の反転端子及び非反転端子を各々接続点b及びaに接
続することにより,前記電流信号は反転増幅される。こ
れにより,オペアンプ10の出力である電流検出信号と
して,図2に示す如く,正の符号の増幅後の電流信号を
得ることができる。
【0038】ここで,前述の如く,ゲート電流の影響が
ないので,正負のスパイク電流を相殺する必要がない。
従って,一電源(正の電源のみ)のオペアンプ10によ
って,正味の負荷電流を正確に検出し,反転増幅した結
果として,正の符号の電流検出信号を得ることができ
る。
【0039】なお,ゲート電流が基準電位線14に流れ
ることにより,基準電位が多少変動する。しかし,基準
電位線14は大きい配線であり,その寄生容量も大きい
ため,基準電位の変動は緩やかで小さいものになる。従
って,制御回路5,FETドライブ回路6,オペアンプ
10への影響もあまり大きくはなく,電流検出抵抗8へ
ゲート電流が流れた場合の検出精度への影響と比べると
無視できる。
【0040】特に,オペアンプ10においては,非反転
端子を基準電位線14に接続しているので,これにより
電位変動の影響を小さくできる。従って,電流検出抵抗
8による微小な電位変動も検出できる。
【0041】オペアンプ10の出力である電流検出信号
は,制御回路5に入力され,負荷3の制御のため,即
ち,ゲート信号を形成するための所定の制御信号を形成
するために用いられる。従って,負荷電流を正確に検出
できるので,負荷3を正確に制御することが可能とな
る。
【0042】図3は,本発明の負荷制御回路を搬送車と
して用いられる小型電気自動車に適用して,そのモータ
ー制御を行う例を示す。この例では,DC電源1として
モーター用電源1Aが用いられ,これからインダクタン
ス2であるチョークコイル2Aを介して,負荷3である
モーター3Aに電流が供給される。また,制御回路5と
してスイッチングレギュレータ用IC5A,具体的には
市販されているTR494が用いられ,FETドライブ
回路6としてFETドライバ(IC)6A,具体的に
は,市販されているIR2121が用いられる。
【0043】モーター3A用の接地電位は必須であるの
で,モーター用電源1Aと電流検出抵抗8との接続点b
が,当該電気自動車のシャーシ16に接続され,接地電
位とされる。即ち,モーター回路の接地電位が,負荷制
御回路の基準電位(基準電位線14)とは別に,シャー
シ16を利用して設けられる。
【0044】これに対して,負荷制御回路の基準電位
(基準電位線14)は,特に他に接続されることはな
い。即ち,当該電気自動車における現実の接地電位であ
るシャーシ16からは浮いた状態にある。従って,本発
明の負荷制御回路は,当該電気自動車における現実の接
地電位であるシャーシ16から分離した基準電位を有
し,これら両電位の間に接続された電流検出抵抗8を有
するものである。
【0045】タコジェネレータ15は,モーター3Aの
回転数を検出し,これを所定の電気信号に変換し,スイ
ッチングレギュレータ用IC5Aの1番ピン(端子)に
入力する。スイッチングレギュレータ用IC5Aの2番
ピンには基準信号としての回転数信号が入力される。ス
イッチングレギュレータ用IC5Aは,タコジェネレー
タ15からの入力と回転数信号とを,内蔵する比較器で
比較する。
【0046】オペアンプ10は,モーター3Aの負荷電
流を電流検出抵抗8の両端ab間の電位差として検出
し,電流検出信号を形成し,スイッチングレギュレータ
用IC5Aの16番ピンに入力する。スイッチングレギ
ュレータ用ICの15番ピンには基準信号としての(電
流)信号Iref が入力される。スイッチングレギュレー
タ用IC5Aは,オペアンプ10からの入力と信号I
ref とを,内蔵する比較器で比較する。
【0047】スイッチングレギュレータ用IC5Aは,
前述の2つの比較の結果を用いてゲート信号を形成する
ための所定の制御信号を形成し,これを出力トランジス
タ(のエミッタ)を介してその10番ピンから出力す
る。この所定の制御信号は,FETドライバ6Aの2番
ピンに入力される。FETドライバ6Aは,この入力を
用いてゲート信号を形成し,これをその6番ピンから出
力し,FET7のゲートに印加する。これにより,モー
ター3A具体的にはモーター3Aを流れる負荷電流は,
モーター3Aの回転数と負荷電流とに基づいて制御され
る。
【0048】本発明に従って,負荷電流を正確に検出す
ることにより,モーター3Aを所望の運転状態となるよ
うに正確に制御することができる。即ち,モーター3A
の正味の負荷電流を,電流検出抵抗8を用いてオペアン
プ10により正確に検出できるので,これに基づいてゲ
ート信号を形成することにより,モーター3Aを正確に
制御することができる。
【0049】特に,本発明は,このような電気自動車の
モーター3Aのための負荷制御回路として有効である。
即ち,モーター3Aは電気自動車の駆動源であるので大
電流を流すため,FET7のサイズも大きくなる。従っ
て,FET7においてゲート信号に起因して発生するス
パイク電流(ゲート電流)も大きく急峻なものとなる。
【0050】しかし,本発明によれば,電流検出抵抗8
はこの大きく急峻なゲート電流の影響を殆ど受けない。
従って,本発明は大電流の流れるモーター3Aのための
負荷制御回路として最適のものを提供することができ
る。
【0051】
【発明の効果】以上説明したように,本発明によれば,
負荷制御回路において,FETと電流検出抵抗との接続
点を当該回路の基準電位とすると共にFETドライブ回
路,制御回路及び増幅器の接地電位端子を基準電位に接
続することによって,FETのON/OFF時に発生す
るスパイク電流を基準電位に流すことができるので,ス
パイク電流が電流検出抵抗に流れることを防止でき,こ
の結果,正味の負荷電流を正確に検出でき,スパイク電
流に起因するノイズを吸収できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例構成図である。
【図2】実施例を説明するための図である。
【図3】実施例構成図である。
【図4】従来技術説明図である。
【図5】従来技術の問題点説明図である。
【符号の説明】
1 DC(直流)電源 2 インダクタンス 3 負荷 4 還流ダイオード 5 制御回路 6 FETドライブ回路 7 FET 8 電流検出抵抗 9 コンデンサ 10 増幅器(オペアンプ) 11 抵抗 12 抵抗 13 抵抗 14 基準電位線 15 タコジェネレータ 16 シャーシ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源によって駆動される負荷と, 前記負荷に直列に接続され,少なくとも前記負荷に流れ
    る電流を制御するFETと, 前記FETに直列に接続され,前記負荷に流れる電流を
    検出するための電流検出抵抗と, 前記FETを制御するゲート信号を形成し,これを前記
    FETのゲートに印加するFETドライブ回路と, 前記FETドライブ回路に対して前記ゲート信号を形成
    するための所定の制御信号を送る制御回路と, 前記電流検出抵抗に流れる電流を検出し,これを増幅し
    て電流検出信号として出力する増幅器とを備える負荷制
    御回路において, 前記負荷と前記FETと前記電流検出抵抗との直列回路
    が上記直流電源によって給電されるよう構成し, かつ前記FETと電流検出抵抗との接続点を当該回路の
    基準電位とすると共に,前記FETドライブ回路,制御
    回路及び増幅器の接地電位端子が前記基準電位に接続さ
    れ, 前記電流検出抵抗の両端を前記増幅器の入力端子に接続
    することを特徴とする負荷制御回路。
  2. 【請求項2】 前記増幅器は演算増幅器からなり, その非反転端子を前記電流検出抵抗の前記FETに接続
    された一端に接続し, その反転端子を前記電流検出抵抗の前記FETに接続さ
    れていない一端に接続することを特徴とする請求項1記
    載の負荷制御回路。
  3. 【請求項3】 前記負荷は電気自動車のモーターであ
    り, 前記直流電源と電流検出抵抗との接続点を当該モーター
    回路の接地電位とすると共に,これを当該電気自動車の
    シャーシに接続することを特徴とする請求項1又は2記
    載の負荷制御回路。
JP4640793A 1993-03-08 1993-03-08 負荷制御回路 Pending JPH06261540A (ja)

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JP4640793A JPH06261540A (ja) 1993-03-08 1993-03-08 負荷制御回路

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