JPS61102816A - 半導体スイツチ回路 - Google Patents
半導体スイツチ回路Info
- Publication number
- JPS61102816A JPS61102816A JP22492184A JP22492184A JPS61102816A JP S61102816 A JPS61102816 A JP S61102816A JP 22492184 A JP22492184 A JP 22492184A JP 22492184 A JP22492184 A JP 22492184A JP S61102816 A JPS61102816 A JP S61102816A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- drain
- current
- voltage
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/10—Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage
- H03K17/102—Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage in field-effect transistor switches
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、MOSFETを追従点弧で動作させるスイッ
チモジュールを複数個直列にして構成した半導体スイッ
チ回路に関する。
チモジュールを複数個直列にして構成した半導体スイッ
チ回路に関する。
半導体素子の高耐圧化の進展に伴い5高電圧回路のスイ
ッチング素子も、従来からの真空管に代えて半導体電子
を直列接続したスイッチに置き換えられようとする試み
がなされている2代表的な例として、GTOの直列接続
回路が一般に知られている。
ッチング素子も、従来からの真空管に代えて半導体電子
を直列接続したスイッチに置き換えられようとする試み
がなされている2代表的な例として、GTOの直列接続
回路が一般に知られている。
この回路は追従点弧方式と呼ばれ、GTOのオン、オフ
を制御するドライブ回路は最下段のGTOにだけ必要で
あり、その他の素子は最下段の素子のオン、オフ動作に
追従して動作をすることができるという特徴がある。し
かしながら、高速拡大ステレオ撮映用X線管装置および
制御装置(東芝しビュー昭56年36巻5号)の如き用
途のように負荷電流が大幅に変わり、GTOをオン状態
に保持するに必要な値に達しない領域が生ずる場合には
、ドライブ回路で直接制御されていないGTOがオフし
てしまい、オン状態を持続できない。つまり、GTOの
場合にはラッキング電流が必要となる。しかし、MOS
FETの場合は電荷により動作するのでGTOのように
ラッキング電流を要せず消費電力の点で好ましい、そこ
で、高速動作、低損失、駆動容易なMOSFETを多数
個直列接続して追従点弧する方式のスイッチの試みがな
されている。
を制御するドライブ回路は最下段のGTOにだけ必要で
あり、その他の素子は最下段の素子のオン、オフ動作に
追従して動作をすることができるという特徴がある。し
かしながら、高速拡大ステレオ撮映用X線管装置および
制御装置(東芝しビュー昭56年36巻5号)の如き用
途のように負荷電流が大幅に変わり、GTOをオン状態
に保持するに必要な値に達しない領域が生ずる場合には
、ドライブ回路で直接制御されていないGTOがオフし
てしまい、オン状態を持続できない。つまり、GTOの
場合にはラッキング電流が必要となる。しかし、MOS
FETの場合は電荷により動作するのでGTOのように
ラッキング電流を要せず消費電力の点で好ましい、そこ
で、高速動作、低損失、駆動容易なMOSFETを多数
個直列接続して追従点弧する方式のスイッチの試みがな
されている。
一般に知られているMOSFETの電圧電流特性より、
ゲート・ソース間に印加する電圧を一定とすると、ドレ
イン電流は一定値に抑えられる。
ゲート・ソース間に印加する電圧を一定とすると、ドレ
イン電流は一定値に抑えられる。
このため、スイッチ回路に接続した負荷回路の異常等に
より過大な電流がスイッチ回路に流れようとすると、M
OSFETのドレイン−ソース間電圧が増大する。M
OS F E Tは個々に特性のバラツキをもっており
、特に、追従点弧する方式のスイッチを複数個直列に接
続して構成したスイッチ回路では、各MOSFETの特
性や回路素子のバラツキ等により分担電圧の差が大きく
なるという問L11がある。この分担電圧のバラツキは
、遮断動作のバラツキを生せしめ、安定に遮断に移行さ
せることができず、<3頼性の面で問題が残る。
より過大な電流がスイッチ回路に流れようとすると、M
OSFETのドレイン−ソース間電圧が増大する。M
OS F E Tは個々に特性のバラツキをもっており
、特に、追従点弧する方式のスイッチを複数個直列に接
続して構成したスイッチ回路では、各MOSFETの特
性や回路素子のバラツキ等により分担電圧の差が大きく
なるという問L11がある。この分担電圧のバラツキは
、遮断動作のバラツキを生せしめ、安定に遮断に移行さ
せることができず、<3頼性の面で問題が残る。
本発明は、過大電流の通電時にも安定に遮断できるMO
SFETの追従点弧方式の半導体スイッチ回路を提供す
ることを目的とする。
SFETの追従点弧方式の半導体スイッチ回路を提供す
ることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明による半導体スイッ
チ回路は、オン時におけるMOSFETのドレイン−ソ
ース間電圧(又はオン抵抗)がドレイン電流の増加に伴
って増加することを利用し、当該ドレイン−ソース間電
圧が所定値以上のときその値を検出してフィードバック
することにより遮断させるようにしたものである。
チ回路は、オン時におけるMOSFETのドレイン−ソ
ース間電圧(又はオン抵抗)がドレイン電流の増加に伴
って増加することを利用し、当該ドレイン−ソース間電
圧が所定値以上のときその値を検出してフィードバック
することにより遮断させるようにしたものである。
すなわち、本発明は、ゲートに与えられる制御(8号に
より導通が制御されるM OS F E Tと、このM
OSFETのドレイン側に直列に接続されてこのMOS
FETの動作に追従して動作する1個あるいは複数個の
MOSFETからなるスイッチモジュールを複数個直列
接続してなる半導体スイッチ回路において、MOSFE
Tのドレイン−ソース間電圧を検出する手段と、当該ス
イッチ回路のイオン状態時の前記ドレイン−ソース間電
圧が設定値以上のときにスイッチ回路にオフ指令を出力
する制御回路を備えたことを特徴とするものである。
より導通が制御されるM OS F E Tと、このM
OSFETのドレイン側に直列に接続されてこのMOS
FETの動作に追従して動作する1個あるいは複数個の
MOSFETからなるスイッチモジュールを複数個直列
接続してなる半導体スイッチ回路において、MOSFE
Tのドレイン−ソース間電圧を検出する手段と、当該ス
イッチ回路のイオン状態時の前記ドレイン−ソース間電
圧が設定値以上のときにスイッチ回路にオフ指令を出力
する制御回路を備えたことを特徴とするものである。
前記ドレイン−ソース間電圧を検出する手段は、好まし
くはスイッチモジュールの最上段のMOSFETで検出
するようにする。
くはスイッチモジュールの最上段のMOSFETで検出
するようにする。
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図はスイッチ主回路と制御回路の全体を示すブロッ
ク図である。第1図において、スイッチ主回路100は
後述するスイッチモジュールを81〜S、のようにn個
直列接続した構成される。
ク図である。第1図において、スイッチ主回路100は
後述するスイッチモジュールを81〜S、のようにn個
直列接続した構成される。
制御回路200は、各スイッチモジュール81〜S、か
ら光信号で伝達される電圧検出信号を電気信号に変換す
る光電変換器21.OR回路22゜25、AND回路2
3.27、パルス成形回路24、インバータ26.駆動
信号形成回路28を備え、駆動信号発生回路29を介し
て各スイッチモジュール81〜S、に出力する。
ら光信号で伝達される電圧検出信号を電気信号に変換す
る光電変換器21.OR回路22゜25、AND回路2
3.27、パルス成形回路24、インバータ26.駆動
信号形成回路28を備え、駆動信号発生回路29を介し
て各スイッチモジュール81〜S、に出力する。
第2図にスイッチモジュールの詳細を示すが、S工〜S
、は全で同じ構成なのでS工を代表的に用いて以下説明
する。第2図において、複数のMOSFET (以下、
MO3Tと略記する。)Q、〜Q、が直列に接続されて
おり、その周辺要素としてコンデンサC1〜C3、抵抗
R1〜R,。
、は全で同じ構成なのでS工を代表的に用いて以下説明
する。第2図において、複数のMOSFET (以下、
MO3Tと略記する。)Q、〜Q、が直列に接続されて
おり、その周辺要素としてコンデンサC1〜C3、抵抗
R1〜R,。
ダイオードD1〜D1、ツェナーダイオードZD1−Z
D、、抵抗i’1〜il、、ツェナーダイオードZd1
〜Zd1.発光ダイオードLED、MOSTQ、のオン
、オフを行うドライブ回路DRVを備えている。
D、、抵抗i’1〜il、、ツェナーダイオードZd1
〜Zd1.発光ダイオードLED、MOSTQ、のオン
、オフを行うドライブ回路DRVを備えている。
まず、スイッチモジュールS1の動作を説明する。ドラ
イブ回路DRVには外部から駆動信号が与えられる。M
OSTQ、に、正のゲート信号が印加されていないとき
、MOSTQよは遮断状態であり、追従して動作するM
OSTQ、〜Q、も遮断状態となり、スイッチモジュー
ルS8には回路電圧で定まる電圧が印加される。MO8
TQ1〜Q、のドレイン、ソース間の印加電圧は、はぼ
抵抗r工〜r、で決まる均等な電圧が印加される。
イブ回路DRVには外部から駆動信号が与えられる。M
OSTQ、に、正のゲート信号が印加されていないとき
、MOSTQよは遮断状態であり、追従して動作するM
OSTQ、〜Q、も遮断状態となり、スイッチモジュー
ルS8には回路電圧で定まる電圧が印加される。MO8
TQ1〜Q、のドレイン、ソース間の印加電圧は、はぼ
抵抗r工〜r、で決まる均等な電圧が印加される。
次に駆動信号をドライブ回路DRVに印加して、MOS
TQ、に正のゲート信号を印加すると。
TQ、に正のゲート信号を印加すると。
MO3TQ□は導通を開始する。このMOSTQ。
が導通を開始すると、コンデンサC0の電荷は抵抗R1
,MOSTQ、のゲート、ソース及びMOSTQ、のド
レイン、ソースを介して改電を開始し、MO8TQz
のゲート、ソース間にMO5TQz が動作するに充分
な電圧が印加されMOSTQ、は導通を開始する。なお
、ツェナーダイオードZD、はMOSTQ2のゲート、
ソース間電圧を所定値以下に抑えるためのツェナーダイ
オードである。MOSTQ、〜Q、は、Q2 と同様に
して順次導通を開始し、スイッチモジュールS1はオン
状態となる0次に、ドライブ回路DRVに印加していた
駆動信号を停止して、MO3TQ□のゲート信号の印加
を停止すると、MOSTQ、は遮断状態とな)J、MO
STQ、のドレイン電流はOとなる。このため、負荷回
路の電流は、MOSTQ、のソース、ゲート、ダイオー
ドD1、コンデンサC4を介して流れ、オン時にMOS
TQ、のゲート、ソース間に与えた電荷を引き抜<、M
OSTQ、のゲート、ソース間の引き抜きが行われると
、MOSTQ、が遮断状態となり電流はOとなる。同様
にして、順次MO3TQ3 、Q、・・・・・・Q、が
遮断状態となりスイッチモジュールS、はオフ状態にな
る。
,MOSTQ、のゲート、ソース及びMOSTQ、のド
レイン、ソースを介して改電を開始し、MO8TQz
のゲート、ソース間にMO5TQz が動作するに充分
な電圧が印加されMOSTQ、は導通を開始する。なお
、ツェナーダイオードZD、はMOSTQ2のゲート、
ソース間電圧を所定値以下に抑えるためのツェナーダイ
オードである。MOSTQ、〜Q、は、Q2 と同様に
して順次導通を開始し、スイッチモジュールS1はオン
状態となる0次に、ドライブ回路DRVに印加していた
駆動信号を停止して、MO3TQ□のゲート信号の印加
を停止すると、MOSTQ、は遮断状態とな)J、MO
STQ、のドレイン電流はOとなる。このため、負荷回
路の電流は、MOSTQ、のソース、ゲート、ダイオー
ドD1、コンデンサC4を介して流れ、オン時にMOS
TQ、のゲート、ソース間に与えた電荷を引き抜<、M
OSTQ、のゲート、ソース間の引き抜きが行われると
、MOSTQ、が遮断状態となり電流はOとなる。同様
にして、順次MO3TQ3 、Q、・・・・・・Q、が
遮断状態となりスイッチモジュールS、はオフ状態にな
る。
以上のスイッチモジュールS1をn個直列接続した場合
(第1図)のスイッチ主回路の通常動作を第3図を用い
て説明する。第3図(a)に示すようにL□時点でオン
指令が印加されるとAND回路27を介して駆動信号形
成回路28に印加され、(d)に示すようにオン信号が
出力され、駆動信号発生回路29に印加され各スイッチ
モジュール81〜S、のドライブ回路DRVに印加され
る。前述したように各スイッチモジュール81〜S、は
オン状態に移行する。このとき、MOSTQ、がオン状
態となるまでの期間(ti tz )発光ダイオー
ドLEDに電流が流れるので、光電変換器21を介して
OR回路22に信号が与えられ(a)に示す信号を生ず
る。なお、t41は駆動信号発生回路及びドライブ回路
DRVによる遅れ時間である。このためパルス形成回路
24は(tl−ti)よりも長い幅の(b)に示す(t
4−tl)のマスク用パルスを形成してAND回路23
に印加し、スイッチモジュールのオン状態移行時に生ず
る22の出力によるオフ動作が生じないようにしている
0次に(C)に示すようにt5時点でオフ指令が印加さ
れると、OR回路25を介し駆動信号形成回路28に印
加され、(a)に示すようにオン信号が停止され、駆動
信号発生回路29を介し各スイッチモジュール81〜S
、に印加しスイッチ回路をオフ状態にする。なお、オフ
動作時もオン時と同様に駆動信号発生回路29.ドライ
ブ回路DRV等による遅れ時間td2の後、(e)に示
すようにOR回路22から信号が得られる。
(第1図)のスイッチ主回路の通常動作を第3図を用い
て説明する。第3図(a)に示すようにL□時点でオン
指令が印加されるとAND回路27を介して駆動信号形
成回路28に印加され、(d)に示すようにオン信号が
出力され、駆動信号発生回路29に印加され各スイッチ
モジュール81〜S、のドライブ回路DRVに印加され
る。前述したように各スイッチモジュール81〜S、は
オン状態に移行する。このとき、MOSTQ、がオン状
態となるまでの期間(ti tz )発光ダイオー
ドLEDに電流が流れるので、光電変換器21を介して
OR回路22に信号が与えられ(a)に示す信号を生ず
る。なお、t41は駆動信号発生回路及びドライブ回路
DRVによる遅れ時間である。このためパルス形成回路
24は(tl−ti)よりも長い幅の(b)に示す(t
4−tl)のマスク用パルスを形成してAND回路23
に印加し、スイッチモジュールのオン状態移行時に生ず
る22の出力によるオフ動作が生じないようにしている
0次に(C)に示すようにt5時点でオフ指令が印加さ
れると、OR回路25を介し駆動信号形成回路28に印
加され、(a)に示すようにオン信号が停止され、駆動
信号発生回路29を介し各スイッチモジュール81〜S
、に印加しスイッチ回路をオフ状態にする。なお、オフ
動作時もオン時と同様に駆動信号発生回路29.ドライ
ブ回路DRV等による遅れ時間td2の後、(e)に示
すようにOR回路22から信号が得られる。
次に過電流通電時の動作を説明する。負荷回路などに異
常が生じスイッチ回路に過電流が流れると、一般に知ら
れているMOSFETの電圧、電流特性の関係で表わさ
れると1M05TQ□〜Q2のドレイン、ソース間電圧
が上昇する。
常が生じスイッチ回路に過電流が流れると、一般に知ら
れているMOSFETの電圧、電流特性の関係で表わさ
れると1M05TQ□〜Q2のドレイン、ソース間電圧
が上昇する。
MOSTQ、のドレイン、ソース間電圧が上昇すると1
発光ダイオードLED、ダイオードD、及びコンデンサ
C1の回路に電流が流れ、光電変換器21を介してOR
回路22の出力に信号が得られる。このため、AND回
路23、OR回路25を介してこの信号が駆動信号形成
回路28に印加されオン信号が停止され、スイッチモジ
ュールS、〜S、のオフ動作を行い過電流通電を防ぎ安
全に遮断を行うことができる。
発光ダイオードLED、ダイオードD、及びコンデンサ
C1の回路に電流が流れ、光電変換器21を介してOR
回路22の出力に信号が得られる。このため、AND回
路23、OR回路25を介してこの信号が駆動信号形成
回路28に印加されオン信号が停止され、スイッチモジ
ュールS、〜S、のオフ動作を行い過電流通電を防ぎ安
全に遮断を行うことができる。
更に、負荷電流や負荷電圧の異常を検知してオフ制御を
行う回路を併用することもできる。
行う回路を併用することもできる。
なお、MOSTQ、のドレイン、ソース間電圧上昇の検
知をダイオードD、に流れる電流で行ったが、検出箇所
はMOSTQ、〜Q2 のどれで行ってもよく、また、
ドレイン、ソース間電圧、コンデンサ電圧等を検出して
行うことができるのは勿論である。また、検出には発光
ダイオードL E Dではなく他の同種の素子を用いる
ことも可能であり、MOSFETの特性や検出に用いる
素子特性によっては検出レベルの定める回路を付加する
ことは、勿論である。
知をダイオードD、に流れる電流で行ったが、検出箇所
はMOSTQ、〜Q2 のどれで行ってもよく、また、
ドレイン、ソース間電圧、コンデンサ電圧等を検出して
行うことができるのは勿論である。また、検出には発光
ダイオードL E Dではなく他の同種の素子を用いる
ことも可能であり、MOSFETの特性や検出に用いる
素子特性によっては検出レベルの定める回路を付加する
ことは、勿論である。
本発明によれば、過負荷保護ができ、小信号駆動で安定
にオン、オフできるスイッチ回路を実現できる。
にオン、オフできるスイッチ回路を実現できる。
第1図は本発明の一実施例を示すブロック回路図、第2
図はスイッチモジュールの詳細例を示す回路図、第3図
は第1図のスイッチ回路の動作説明図である。 81〜S、・・・スイッチモジュール、200・・・制
御回路、21・・・光な変換器、22・・・OR回路、
23・・・AND回路、24・・・パルス形成回路、2
5・・・OR回路、27・・・AND回路、28・・・
駆動信号形成回路、29・・・駆動信号発生回路、LE
D・・・発光ダイオード。
図はスイッチモジュールの詳細例を示す回路図、第3図
は第1図のスイッチ回路の動作説明図である。 81〜S、・・・スイッチモジュール、200・・・制
御回路、21・・・光な変換器、22・・・OR回路、
23・・・AND回路、24・・・パルス形成回路、2
5・・・OR回路、27・・・AND回路、28・・・
駆動信号形成回路、29・・・駆動信号発生回路、LE
D・・・発光ダイオード。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、ゲートに与えられる制御信号により導通が制御され
るMOSFETと、このMOSFETのドレイン側に直
列に接続されてこのMOSFETの動作に追従して動作
する1個あるいは複数個のMOSFETからなるスイッ
チモジュールを複数個直列接続してなる半導体スイッチ
回路において、MOSFETのドレイン−ソース間電圧
を検出する手段と、当該スイッチ回路のオン状態時の前
記ドレイン−ソース間電圧が設定値以上のときにスイッ
チ回路にオフ指令を出力する制御回路を備えたことを特
徴とする半導体スイッチ回路。 2、特許請求の範囲第1項記載の半導体スイッチ回路に
おいて、前記ドレイン−ソース間電圧を検出する手段は
、スイッチモジュールの最上段のMOSFETで検出す
るようにしたことを特徴とする半導体スイッチ回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22492184A JPS61102816A (ja) | 1984-10-25 | 1984-10-25 | 半導体スイツチ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22492184A JPS61102816A (ja) | 1984-10-25 | 1984-10-25 | 半導体スイツチ回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61102816A true JPS61102816A (ja) | 1986-05-21 |
Family
ID=16821251
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22492184A Pending JPS61102816A (ja) | 1984-10-25 | 1984-10-25 | 半導体スイツチ回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61102816A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0352659A2 (de) * | 1988-07-27 | 1990-01-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaltungsanordnung zum Erfassen des Kurzschlusses einer mit einem FET in Reihe liegenden Last |
EP0353406A1 (de) * | 1988-07-07 | 1990-02-07 | AEG Olympia Aktiengesellschaft | Hochspannungsschalter |
US6885532B2 (en) | 2001-08-13 | 2005-04-26 | Yamaha Corporation | Current detection and overcurrent protection for transistors in pulse-width modulation amplifier |
-
1984
- 1984-10-25 JP JP22492184A patent/JPS61102816A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0353406A1 (de) * | 1988-07-07 | 1990-02-07 | AEG Olympia Aktiengesellschaft | Hochspannungsschalter |
EP0352659A2 (de) * | 1988-07-27 | 1990-01-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaltungsanordnung zum Erfassen des Kurzschlusses einer mit einem FET in Reihe liegenden Last |
US5086364A (en) * | 1988-07-27 | 1992-02-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Circuitry for detecting a short circuit of a load in series with an fet |
US6885532B2 (en) | 2001-08-13 | 2005-04-26 | Yamaha Corporation | Current detection and overcurrent protection for transistors in pulse-width modulation amplifier |
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