JPH08125513A - 3端子スイッチング手段 - Google Patents

3端子スイッチング手段

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JPH08125513A
JPH08125513A JP27422394A JP27422394A JPH08125513A JP H08125513 A JPH08125513 A JP H08125513A JP 27422394 A JP27422394 A JP 27422394A JP 27422394 A JP27422394 A JP 27422394A JP H08125513 A JPH08125513 A JP H08125513A
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JP
Japan
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switching means
electrode
control electrode
main
main electrode
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JP27422394A
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Toshiyasu Suzuki
利康 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 その1つは、部品点数が少なく、構成が簡単
であり、完全な同時オン防止機能を持つ3端子スイッチ
ング手段を提供することを目的としている。 【構成】 NPNトランジスタ1、ダイオード3、4及
びPNPトランジスタ6をこの順序で順方向に直列接続
し、NPNトランジスタ1のエミッタからPNPトラン
ジスタ6のベースへ向けてダイオード2を接続し、NP
Nトランジスタ1のベースからPNPトランジスタ6の
エミッタへ向けてダイオード5を接続したことを特徴と
している。このことによって、上記目的を果たすことが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技 術 分 野】第1、第2の発明は、複数の可制御
なスイッチング手段の直列接続によって構成した、切換
えスイッチ機能を持つ3端子スイッチング手段におい
て、その両可制御スイッチング手段が同時オンするのを
防止した3端子スイッチング手段に関する。従って、本
発明は電力変換装置、論理回路などの分野に大いに役に
立つ。
【0002】
【背 景 技 術】従来技術として、同時オン防止機能
を持つ3端子スイッチング手段を図2〜図4に示す。図
2の3端子スイッチング手段は部品点数が少なく構成が
簡単であるが、トランジスタ7がオンの間トランジスタ
1のターン・オンは防止されるのに、トランジスタ1が
オンの間トランジスタ7のターン・オンは防止されず、
『両トランジスタ1、7の同時オン防止機能は不完全で
ある』という問題点が有る。一方、図3の3端子スイッ
チング手段ではトランジスタ1がオンの間トランジスタ
6のターン・オンは防止され、トランジスタ6がオンの
間トランジスタ1のターン・オンは防止され、トランジ
スタ1、6の同時オン防止機能は完全であるが、『部品
点数が多く、構成が複雑である』という問題点が有る。
【0003】また、図3の3端子スイッチング手段では
両スイッチング手段(トランジスタ1、6)の制御電極
(ベース)の順バイアス電圧極性は互いに逆でなければ
ならず、『制御電極の順バイアス電圧極性が同じである
2つのスイッチング手段を使うことができない』という
問題点が有る。(参考:特開昭58−81332号) さらに、図2、図3の3端子スイッチング手段や他の3
端子スイッチング手段などでは『スイッチング速度をよ
り速くしたい』という問題点が常に有る。尚、図4〜図
10の各3端子スイッチング手段は図3の3端子スイッ
チング手段を利用したCMOSやCBi−CMOSの論
理回路である。(参考:実開昭47−14052号、特
開昭55−136727号、特開昭55−14618
号)
【0004】
【第 1 発 明 の 目 的】そこで、第1の本発明
は、部品点数が少なく、構成が簡単であり、完全な同時
オン防止機能を持つ3端子スイッチング手段を提供する
ことを目的としている。
【0005】
【第 2 発 明 の 目 的】また、第2の本発明
は、制御電極の順バイアス電圧極性が同じである2つの
スイッチング手段を使うことができて、完全な同時オン
防止機能を持つ3端子スイッチング手段を提供すること
を目的としている。
【0006】
【第 3 発 明 の 目 的】さらに、第3の本発明
は、従来よりスイッチング速度を速くした3端子スイッ
チング手段を提供することを目的としている。
【0007】
【第 1 発 明 の 開 示】即ち、第1の本発明
は、第1のスイッチング手段の駆動信号入力用に対を成
す制御電極、主電極を制御電極ce1、主電極me1と
呼び、前記制御電極ce1・前記主電極me1間の順バ
イアス電圧極性をプラスとし、第2のスイッチング手段
の駆動信号入力用に対を成す制御電極、主電極を制御電
極ce2、主電極me2と呼び、前記制御電極ce2・
前記主電極me2間の順バイアス電圧極性をマイナスと
したときに、前記主電極me1から前記主電極me2へ
向かって2つの非可制御スイッチング手段を直列接続
し、前記主電極me1から前記制御電極ce2へ第1の
定電圧手段を接続し、前記制御電極ce1から前記主電
極me2へ第2の定電圧手段を接続した3端子スイッチ
ング手段である。
【0008】このことによって、前記第1のスイッチン
グ手段がオンである限り、前記第1のスイッチング手段
が前記第1の定電圧手段を介して前記第2のスイッチン
グ手段のターン・オンを阻止し、一方、前記第2のスイ
ッチング手段がオンである限り、前記第2のスイッチン
グ手段が前記第2の定電圧手段を介して前記第1のスイ
ッチング手段のターン・オンを阻止する。その結果、前
記第1、第2のスイッチング手段の同時オンは完全に阻
止され、同時オン防止機能は完全なものとなる。しか
も、その部品点数は少なく、構成が簡単である。(第
1 発 明 の 効 果 )
【0009】
【第 2 発 明 の 開 示】即ち、第2の本発明
は、第1のスイッチング手段の駆動信号入力用に対を成
す制御電極、主電極を制御電極ce1、主電極me1と
呼び、第2のスイッチング手段の制御電極、主電極を制
御電極ce2、主電極me2a、me2bと呼び、その
駆動信号入力用に前記制御電極ce2と前記主電極me
2aが対を成し、前記制御電極ce1・前記主電極me
1間と前記制御電極ce2・前記主電極me2a間の順
バイアス電圧極性が同じとしたときに、両前記主電極m
e1・me2b間に2つの非可制御スイッチング手段が
来るようにこれら4つのスイッチング手段を2つの直流
電源端子間に順方向に直列接続し、前記主電極me1の
電位検出から前記第1のスイッチング手段のオン、オフ
を検出し、そのオンが検出される間、前記第2のスイッ
チング手段のオンを阻止するオン阻止手段を設け、前記
制御電極ce1と前記主電極me2bを双方向に接続
し、バイアス用電源端子から前記制御電極ce1へのバ
イアス・エネルギーの供給と前記第2のスイッチング手
段のオン制御をその入力信号に基づいて切り換えるバイ
アス切換え手段を設けた3端子スイッチング手段であ
る。
【0010】このことによって、前記第1のスイッチン
グ手段がオンである限り、前記オン阻止手段が前記第2
のスイッチング手段のオンを阻止し、一方、前記第2の
スイッチング手段がオンである限り、前記第2のスイッ
チング手段が前記第1のスイッチング手段のオンを阻止
する。しかも、前述した通り前記第1、第2のスイッチ
ング手段の順バイアス電圧極性は同じである。(第 2
発 明 の 効 果 ) そして、前記バイアス切換え手段がその入力信号に基づ
いて前記第1か第2どちらか一方のスイッチング手段を
オン制御する。
【0011】
【第 3 発 明 の 開 示】即ち、第3の本発明
は、4つの直流電源端子が有って、これらを高電位側か
ら電源端子st4、st3、st2、st1と呼び、可
制御な第1〜第4のスイッチング手段が有って、前記第
2のスイッチング手段の制御電極、主電極を制御電極c
e2、主電極me2a、me2bと呼び、その駆動信号
入力用に前記制御電極ce2と前記主電極me2aが対
を成し、前記制御電極ce2・前記主電極me2a間の
順バイアス電圧極性はプラスとし、前記第3のスイッチ
ング手段の制御電極、主電極を制御電極ce3、主電極
me3a、me3bと呼び、その駆動信号入力用に前記
制御電極ce3と前記主電極me3aが対を成し、前記
制御電極ce3・前記主電極me3a間の順バイアス電
圧極性はマイナスとしたときに、前記制御電極ce3を
前記電源端子st3に接続し、前記制御電極ce2を前
記電源端子st2に接続し、前記電源端子st4・前記
主電極me3a間に前記第4のスイッチング手段を接続
し、両前記主電極me3b・me2bを接続し、前記主
電極me2a・前記電源端子st1間に前記第1のスイ
ッチング手段を接続した3端子スイッチング手段であ
る。
【0012】このことによって、前記第3、第2のスイ
ッチング手段の各制御電極は接地され、ミラー効果によ
って各スイッチング速度は従来より速くなる。( 第
3 発 明 の 効 果 )
【0013】
【発明を実施するための最良の形態】本発明をより詳細
に説明するために以下添付図面に従ってこれを説明す
る。図1に第1発明の実施例を示す。次の通りそれぞれ
がそれぞれに相当する。 a) トランジスタ1、6が前述の第1、第2のスイッ
チング手段に。 b) ダイオード3、4が前述の2つの非可制御スイッ
チング手段に。 c) ダイオード2、5が前述の第1、第2の定電圧手
段に。 d) トランジスタ1のベース、エミッタが前述の制御
電極ce1、主電極me1に。 e) トランジスタ6のべース、エミッタが前述の制御
電極Ce2、主電極me2に。 その動作は次の通りである。トランジスタ1がオンであ
る限りトランジスタ1がダイオード2を介してトランジ
スタ6のベース電位を持ち上げるので、トランジスタ6
のターン・オンは阻止される。一方、トランジスタ6が
オンである限りトランジスタ6がダイオード5を介して
トランジスタ1のベース電位を引き下げるので、トラン
ジスタ1のターン・オンは阻止される。
【0014】また、仮に、トランジスタ1、6が同時に
ターン・オンしようとしても、トランジスタ1、ダイオ
ード3、4及びトランジスタ6を流れ始める短絡電流が
ダイオード3、4に電圧降下を生じ、両順電圧の和がダ
イオード5を介してトランジスタ1のエミッタ接合(ベ
ース・エミッタ間PN接合)に、そして、ダイオード2
を介してトランジスタ6のエミッタ接合に、それぞれ印
加される。その結果、トランジスタ1、6は同時に逆バ
イアスされ、同時ターン・オンは阻止される。尚、ダイ
オード2、5それぞれにダイオードを1個ずつ逆並列接
続してもその同時オン防止機能は変わらない。これはダ
イオード2、5それぞれが定電圧手段として機能してい
るからである。
【0015】図11〜図13の各図に第1発明の実施例
を1つずつ示す。図11の実施例はMOS・FETを使
った3端子スイッチング手段である。図12の実施例は
IGBTを使った3端子スイッチング手段である。図1
3の実施例はサイリスタを使った3端子スイッチング手
段である。
【0016】図14〜図18の各図に論理回路を構成す
る第1発明の実施例を1つずつ示す。図14の実施例は
図1の実施例を利用したCBi−CMOSのインバータ
回路である。図15の実施例は図1の実施例を利用した
CBi−CMOSのNAND回路である。図16の実施
例は図1の実施例を利用したCBi−CMOSのNOR
回路である。図17の実施例は図14の実施例において
4つのダイオードを使って1組のCMOSを無くしたC
Bi−CMOSのインバータ回路である。図18の実施
例は図14の実施例において1つのダイオードを使って
1組のCMOSを無くしたCBi−CMOSのインバー
タ回路である。(参考:特開平2−153618号の図
62、図63、図76)
【0017】図19〜図25の各図に1つずつ示す第1
発明の実施例は請求項2記載の3端子スイッチング手段
などに対応する。図19の実施例は図1の実施例におい
てトランジスタ1、6の両ベースを接続した3端子スイ
ッチング手段である。同様に図20〜図22の各実施例
も可能である。図23の実施例は図19の実施例を利用
したCBi−CMOSのインバータ回路である。図24
の実施例は図19の実施例を利用したCBi−CMOS
のNAND回路である。図25の実施例は図19の実施
例を利用したCBi−CMOSのNOR回路である。
【0018】図26〜図28の各実施例は、第2の本発
明の実施例で、完全な同時オン防止機能を持つ3端子ス
イッチング手段である。順バイアス電圧極性が同じであ
る可制御スイッチング手段を使うことができる、という
効果が第2の本発明に有る。図26の実施例はBi−C
MOSのインバータ回路である。図27の実施例はBi
−CMOSのNAND回路である。図28の実施例はB
i−CMOSのNOR回路である。 (参考:特
開平5−268037号の図19、図20)
【0019】図26の実施例では次の通りにそれぞれが
それぞれに相当する。 a) トランジスタ1、7が前述の第1、第2のスイッ
チング手段に。 b) ダイオード3、4が前述の2つの非可制御スイッ
チング手段に。 c) トランジスタ9、ダイオード3及び抵抗12、1
3の接続部分が前述のオン阻止手段に。 d) トランジスタ10、11が前述のバイアス切換え
手段に。 e) トランジスタ1のベース、エミッタが前述の制御
電極ce1、主電極me1に。 f) トランジスタ7のベース、エミッタ、コレクタが
前述の制御電極ce2、主電極me2a、me2bに。
【0020】その動作は次の通りである。トランジスタ
1がオンである限りトランジスタ9がトランジスタ7の
ターン・オンを阻止し、一方、トランジスタ7がオンで
ある限りトランジスタ7自体がトランジスタ1のベース
電位を引き下げてトランジスタ1のターン・オンを阻止
する。そして、入力端子15に入力される入力信号に基
づいてトランジスタ10、11及び抵抗14がトランジ
スタ1、7の一方をオン制御し、他方をオフ制御する。
【0021】図29〜図66の各実施例は第3の本発明
の実施例である。ただし、各実施例中、V4からV3、
V2、V1へと行くに従って順々にその電位は低くな
る。スイッチング速度が速い、という効果がこれら実施
例を含め第3の本発明に有る。図29の実施例などの場
合、NPN、PNPトランジスタ対それぞれをオフ制御
するとき、その1対を成すNPN、PNPトランジスタ
の両方を同時に逆バイアスすることが可能なので、各N
PN、PNPトランジスタ対のターン・オフをさらに高
速化できる。このため、両NPN、PNPトランジスタ
対は同時オンし難くなり、電源短絡電流(貫通電流)も
流れ難くなる、という効果も有る。
【0022】最後に、以下の事を補足する。 (A) 図1、図11〜図25の各実施例では前述の第
1、第2のスイッチング手段として同じ種類の可制御ス
イッチング手段を組み合わせた例を示したが、異なる種
類の可制御スイッチング手段(例:NPNトランジスタ
とP・MOS・FET。)を組み合わせても構わない。
また、各可制御スイッチング手段としてそれぞれの代わ
りに他にSIT、SIサイリスタなど、それと順バイア
ス電圧極性が同じ可制御なスイッチング手段なら何でも
使うことができる。ただし、ノーマリィ・オン型を使う
場合、その逆バイアス電圧を大きくするために前述の各
定電圧手段の定電圧値の大きいもの、あるいは、前述の
各非可制御スイッチング手段の順電圧値の大きいものを
使う必要が有る。
【0023】(B) 図14〜図18の各実施例では、
NPNトランジスタのコレクタとP・MOS・FETの
ソースは同電位の電源ラインに接続してあるけれども、
違う場合もある。例えば、コレクタ電位の方がソース電
位より高い場合もあるし、その逆の場合もある。しか
も、その各場合において、PNPトランジスタのコレク
タ電位とN・MOS・FETのソース電位についても同
様の事が言える。 (C) 各実施例において、各ダイオードの代わりにツ
ェナー・ダイオード、ショットキー・バリア・ダイオー
ドを使っても良いし、各バイポーラ・トランジスタのベ
ース・コレクタ間にショットキー・バリア・ダイオード
を1つずつ接続して、そのコレクタ電圧をクランプして
も良い。
【0024】(D) 第1の本発明の効果には他に以下
4つの効果が有る。 a) 電源電圧の大きさに関係無く作用する。図3の従
来技術ではその作用は電源電圧に左右される。つまり、
電源電圧が小さいとトランジスタ8、9それぞれは順バ
イアスされてもそのオン、オフしきい値電圧の関係でタ
ーン・オンできない。 b) コレクタ接地、ドレイン接地、カソード・ゲート
に対するアノード接地、あるいは、アノード・ゲートに
対するカソード接地など、使用する制御電極と駆動信号
入力用に対を成さない方の主電極を接地する回路方式を
使うことができる。図2、図3の各従来技術ではエミッ
タ接地やソース接地に限定される。使用できる接地方式
の選択肢が増えて便利になる。 c) ターン・オンを阻止できる順バイアス電流が大き
い。図3の従来技術ではトランジスタ8、9の各ベース
と各電流増幅率の積に応じた各コレクタ電流以上のトラ
ンジスタ6、1の各ベース電流が流れるのを阻止できな
い。また、阻止する方のスイッチング手段は一般的に阻
止される方のスイッチング手段より電流容量が小さいか
ら、図4の回路についても言える。 d) 一方がオンのとき他方をオフに保つためのエネル
ギー損失が無い。図3〜図10等の従来技術ではトラン
ジスタ1、6の一方がオンの間トランジスタ8、9の一
方にベース電流が流れっ放しになるので、エネルギー損
失、発熱が有る。特に、電源電圧が大きい場合、このエ
ネルギー損失、発熱は無視できない。
【0025】(E) 各実施例において、各可制御スイ
ッチング手段をその相補関係にあるスイッチング手段で
1つずつ置き換え、電圧極性の有る各回路構成手段
(例:直流電源、ダイオード等。)の向きを逆にした各
回路、つまり、各実施例と電圧極性に関して対称的な関
係にある各実施例もまた可能である。 (F) 図48〜図53、図55〜図58、図60、図
62、図64〜図66の各実施例において、ノーマリィ
・オンのP・MOS・FET又はN・MOS・FETそ
れぞれの代わりに抵抗、そのドレインとゲートを接続し
たノーマリィ・オフのMOS・FET、そのゲートとソ
ースを接続したノーマリィ・オンのMOS・FET等を
使うことができる。そして、各実施例において抵抗をそ
の構成要素として使う場合その抵抗の代わりにそのドレ
インとゲートを接続したノーマリィ・オフのMOS・F
ET、そのゲートとソースを接続したノーマリイ・オン
のMOS・FET等を使うことができる。
【0026】(G) 図29〜図43の各実施例などで
は出力用の2つの電源端子としてV4、V1の各電源ラ
インから引き出しているけれども、図44〜図46の各
実施例などの様にV3、V2の各電源ラインから引き出
しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の本発明の1実施例を示す回路図である。
【図2〜図10】各図は、従来の3端子スイッチング手
段を1つずつ示す回路図である。
【図11〜図25】各図は、第1の本発明の実施例を1
つずつ示す回路図である。
【図26〜図28】各図は、第2の本発明の実施例を1
つずつ示す回路図である。
【図29〜図66】各図は、第3の本発明の実施例を1
つずつ示す回路図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03K 19/20 9199−5K

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のスイッチング手段の駆動信号入力
    用に対を成す制御電極、主電極を制御電極ce1、主電
    極me1と呼び、前記制御電極ce1・前記主電極me
    1間の順バイアス電圧極性をプラスとし、第2のスイッ
    チング手段の駆動信号入力用に対を成す制御電極、主電
    極を制御電極ce2、主電極me2と呼び、前記制御電
    極ce2・前記主電極me2間の順バイアス電圧極性を
    マイナスとしたときに、前記主電極me1から前記主電
    極me2へ向かって2つの非可制御スイッチング手段を
    直列接続し、前記主電極me1から前記制御電極ce2
    へ第1の定電圧手段を接続し、前記制御電極ce1から
    前記主電極me2へ第2の定電圧手段を接続したことを
    特徴とする3端子スイッチング手段。
  2. 【請求項2】 両前記制御電極ce1、ce2を接続し
    たことを特徴とする請求項1記載の3端子スイッチング
    手段。
  3. 【請求項3】 第1のスイッチング手段の駆動信号入力
    用に対を成す制御電極、主電極を制御電極ce1、主電
    極me1と呼び、第2のスイッチング手段の制御電極、
    主電極を制御電極ce2、主電極me2a、me2bと
    呼び、その駆動信号入力用に前記制御電極ce2と前記
    主電極me2aが対を成し、前記制御電極ce1・前記
    主電極me1間と前記制御電極ce2・前記主電極me
    2a間の順バイアス電圧極性が同じとしたときに、両前
    記主電極me1・me2b間に2つの非可制御スイッチ
    ング手段が来るようにこれら4つのスイッチング手段を
    2つの直流電源端子間に順方向に直列接続し、前記主電
    極me1の電位検出から前記第1のスイッチング手段の
    オン、オフを検出し、そのオンが検出される間、前記第
    2のスイッチング手段のオンを阻止するオン阻止手段を
    設け、前記制御電極ce1と前記主電極me2bを双方
    向に接続し、バイアス用電源端子から前記制御電極ce
    1へのバイアス・エネルギーの供給と、前記第2のスイ
    ッチング手段のオン制御をその入力信号に基づいて切り
    換えるバイアス切換え手段を設けたことを特徴とする3
    端子スイッチング手段。
  4. 【請求項4】 前記バイアス用電源端子として一方の前
    記直流電源端子を用いたことを特徴とする請求項3記載
    の3端子スイッチング手段。
  5. 【請求項5】 4つの直流電源端子が有って、これらを
    高電位側から電源端子st4、st3、st2、st1
    と呼び、可制御な第1〜第4のスイッチング手段が有っ
    て、前記第2のスイッチング手段の制御電極、主電極を
    制御電極ce2、主電極me2a、me2bと呼び、そ
    の駆動信号入力用に前記制御電極ce2と前記主電極m
    e2aが対を成し、前記制御電極ce2・前記主電極m
    e2a間の順バイアス電圧極性はプラスとし、前記第3
    のスイッチング手段の制御電極、主電極を制御電極ce
    3、主電極me3a、me3bと呼び、その駆動信号入
    力用に前記制御電極ce3と前記主電極me3aが対を
    成し、前記制御電極ce3・前記主電極me3a間の順
    バイアス電圧極性はマイナスとしたときに、前記制御電
    極ce3を前記電源端子st3に接続し、前記制御電極
    ce2を前記電源端子st2に接続し、前記電源端子s
    t4・前記主電極me3a間に前記第4のスイッチング
    手段を接続し、両前記主電極me3b・me2bを接続
    し、前記主電極me2a・前記電源端子st1間に前記
    第1のスイッチング手段を接続したことを特徴とする3
    端子スイッチング手段。
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JP27422394A Pending JPH08125513A (ja) 1994-08-30 1994-10-02 3端子スイッチング手段

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JP (1) JPH08125513A (ja)

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