JPWO2016098196A1 - レベルシフト回路、集積回路、およびパワー半導体モジュール - Google Patents

レベルシフト回路、集積回路、およびパワー半導体モジュール Download PDF

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Abstract

1次側回路(2a)は入力信号(IN)に対応して第1の基準電位(GND)での第1の信号を出力する。レベルシフト主回路(3)は、1次側回路(2a)から受け付けた第1の信号の基準電位(GND)を第2の基準電位(VS)へ変換することにより、第2の基準電位(VS)での第2の信号を出力する。2次側回路(4a)は第2の信号を用いることにより第2の基準電位(VS)での出力信号(OUT)を生成する。少なくとも1つの整流性素子回路(23)は、1次側回路(2a)と2次側回路(4a)との間に設けられている。1次側回路(2a)および2次側回路(4a)の少なくともいずれかは、整流性素子回路(23)に流れる電流の変化を検知することにより第2の基準電位(VS)に対応する電位(VE2)が第1の基準電位(GND)に対応する電位(VE1)以下であるか否かを検知する少なくとも1つの検知回路(24,25)を有する。

Description

本発明は、レベルシフト回路、集積回路、およびパワー半導体モジュールに関するものである。
代表的な電力用半導体装置であるインバータ装置は、当該装置における基準電位(基準電位HGNDとも称する)を有する端子と、それに対して正の高電圧(電圧HVCCとも称する)が印加される端子との間に、互いに直列接続された高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子を有する。高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子の間の中点電位が、インバータ装置の出力電圧(電圧HVOとも称する)として用いられる。このような配線構造の結果、低電位側スイッチング素子の動作の基準電位が基準電位HGNDである一方で、高電位側スイッチング素子の基準電位は、基準電位HGNDに対して電圧HVOに従って変動する基準電位VSである。このため、高電位側スイッチング素子に入力される駆動信号(典型的にはゲート信号)の基準電位は、基準電位VSに合わせる必要がある。
基準電位VSでの駆動信号を得るため、高電位側スイッチング素子を駆動する集積回路(いわゆるHVIC(High Voltage IC))には、信号の基準電位を変換するレベルシフト回路が設けられる。レベルシフト回路は、高電位側スイッチング素子のスイッチングのタイミングを表す入力信号を受け付ける1次側回路と、1次側回路からの信号の基準電位を変換する回路(以下、レベルシフト主回路と称する)と、レベルシフト主回路によって基準電位が変換された信号を用いて高電位側スイッチング素子を実際に駆動する駆動信号を出力する2次側回路とを有する。2次側回路は、上述した基準電位VSで電源電圧VBにより動作される。一方、1次側回路は、基準電位GNDで電源電圧VCCにより動作される。
上記のように正の電圧HVCCを扱うインバータ装置の動作においては、高電位側半導体スイッチング素子がターンオフする際に、電流の急峻な変化と配線のインダクタンスとにより、2次側回路の基準電位VSに負サージが発生する。負サージにより2次側回路の基準電位VSが低下する結果、2次側回路における電源電圧VBによる電位も低くなる。2次側回路の電源電圧VBによる電位が1次側回路の基準電位GNDよりも低くなると、レベルシフト主回路による1次側回路から2次側回路への信号伝達が不能となる。また、そこまでの電位低下がない場合であっても、両電位の差異が不十分となれば、レベルシフト主回路における論理回路が正常に動作しなくなることにより、やはり信号伝達が不能となり得る。
信号伝達が不能である期間においては、HVICへの入力信号が切り替わってもその出力信号は切り替わらず、レベルシフト回路のラッチ誤動作が発生する。その後、2次側回路の電源電圧VBによる電位が1次側回路の基準電位GNDより十分に高くなり、かつ入力信号が再度切り替わるまで、このラッチ誤動作が継続し、インバータ装置の正常な動作が妨げられることがある。
特開2010−263116号公報(特許文献1)によれば、負サージ対策として、基準電位VSと基準電位GNDとの間にクランプダイオードが挿入される。該クランプダイオードのアノードは基準電位GNDに、カソードは基準電位VSに接続されている。基準電位VSが基準電位GNDよりも低くなった場合、該クランプダイオードは、基準電位GNDから基準電位VSに電流を流すことにより、基準電位GNDからクランプダイオードの順方向電圧分だけ低い電圧に基準電位VSをクランプする。また国際公開第01/59918号(特許文献2)によれば、クランプダイオードおよび保護回路がHVICの外部に設けられる。
特開2010−263116号公報 国際公開第01/59918号
上記特開2010−263116号公報の技術においては、基準電位VSの単位時間あたりの変動dV/dtが大きいと、基準電位VSの低下を十分に抑制することができない場合がある。また上記国際公開第01/59918号の技術によれば、保護回路がHVICの外部に設けられているので、パッケージングの制約が問題となる。また、このようなHVIC外部への配線は、インダクタンスの増大を招き、それ自体が負サージの発生要因となる。
上記のように従来の技術では、レベルシフト回路の信号伝達が負サージ(制御される高電圧が負の場合は、逆サージとしての正サージ)に起因して不能となることへの対策が十分ではなかった。もし信号伝達が不能となるような状態の発生を検知することができれば、その対策に有用である。上述したように、レベルシフト回路による信号伝達が行われるためには、1次側回路の基準電位に対する2次側回路の基準電位が適切である必要があり、少なくとも、1次側回路の基準電位に対する2次側回路の基準電位の符号(正/負)が適切な状態にあることが必要である。よって1次側回路の基準電位と2次側回路の基準電位との関係を検知することが有用である。しかしながら、そのような手法についてこれまで十分な検討がなされていなかった。
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その一の目的は、1次側回路の基準電位と2次側回路の基準電位との関係を検知することができるレベルシフト回路を提供することである。
本発明のレベルシフト回路は、1次側回路と、レベルシフト主回路と、2次側回路と、少なくとも1つの整流性素子回路とを有する。1次側回路は、受け付けた入力信号に対応して、第1の基準電位での第1の信号を出力する。レベルシフト主回路は、1次側回路から受け付けた第1の信号の基準電位を第1の基準電位から第2の基準電位へ変換することにより、第2の基準電位での第2の信号を出力する。2次側回路は、レベルシフト主回路から受け付けた第2の信号を用いることにより、入力信号に対応して、第2の基準電位での出力信号を生成する。整流性素子回路は、1次側回路と2次側回路との間に設けられている。1次側回路および2次側回路の少なくともいずれかは、整流性素子回路に流れる電流の変化を検知することにより第2の基準電位に対応する電位が第1の基準電位に対応する電位以下であるか否かを検知する少なくとも1つの検知回路を有する。
なお「第1の基準電位に対応する電位」とは、第1の基準電位の変化に対応して変化する電位のことであり、第1の基準電位自体であってもよい。また「第2の基準電位に対応する電位」とは、第2の基準電位の変化に対応して変化する電位のことであり、第2の基準電位自体であってもよい。
また「整流性素子回路」は、一の素子によって構成されてもよく、あるいは複数の素子によって構成されてもよい。
本発明によれば、1次側回路と2次側回路の間に整流性素子回路が設けられ、この整流性素子回路に流れる電流の変化が検知される。これにより、2次側回路の基準電位に対応する電位が1次側回路の基準電位に対応する電位以下であるか否かを検知することができる。よって、1次側回路の基準電位と、2次側回路の基準電位との関係を検知することができる。
本発明の各実施の形態におけるレベルシフト回路を適用可能なパワー半導体モジュールとしてのインバータ装置の構成の一例を示す回路図である。 図1のインバータ装置が有するHVICの構成の一例を示す回路図である。 本発明の実施の形態1におけるレベルシフト回路の構成の一例を示すブロック図である。 図3のレベルシフト回路が有する負電位検知回路の構成の一例を示す回路図である。 本発明の実施の形態2におけるレベルシフト回路の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態3におけるレベルシフト回路の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態4におけるレベルシフト回路の構成の一例を示すブロック図である。 図7のレベルシフト回路が有する負電位検知回路の構成の一例を示す回路図である。 本発明の実施の形態5におけるレベルシフト回路の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態6におけるレベルシフト回路の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態7におけるレベルシフト回路の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態8におけるレベルシフト回路の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態9におけるレベルシフト回路の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態11におけるレベルシフト回路の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態12におけるレベルシフト回路の構成の一例を示すブロック図である。 参考例のレベルシフト回路の構成を示すブロック図である。 図16のレベルシフト回路が有するレベルシフト主回路の構成を示す回路図である。
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態の説明と、その理解を容易とするための予備的説明とを行う。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
(パワー半導体モジュール)
図1を参照して、はじめに、本発明の各実施の形態におけるレベルシフト回路が適用され得るインバータ装置900(パワー半導体モジュール)について、以下に説明する。
インバータ装置900は、高電位側スイッチング素子102と、低電位側スイッチング素子103と、駆動モジュール800とを有する。これらの構成は、典型的には、絶縁性の封止材(図示せず)によって封止されることにより一体化されている。
インバータ装置900は、その制御対象となる正の電圧HVCCが印加される端子と、この電圧HVCCの基準電位HGNDが印加される端子と、インバータ出力として電圧HVOが出力される端子とを有する。高電位側スイッチング素子102および低電位側スイッチング素子103は、互いに直列接続されており、基準電位HGNDの端子と、電圧HVCCの端子との間に設けられている。電圧HVOの端子は、高電位側スイッチング素子102および低電位側スイッチング素子103の間の中点電位の端子である。高電位側スイッチング素子102および低電位側スイッチング素子103の各々は、たとえば、還流ダイオードが設けられたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。
駆動モジュール800は、HVIC600と、LVIC(Low Voltage IC)チップ700とを有する。すなわち本例においては、HVIC600とLVIC700とが別個のチップとして形成されている。なお変形例としてHVIC600とLVIC700とが一のチップに形成されていてもよい。
駆動モジュール800は、HVIC600への入力信号INとして入力信号HINを受け付ける端子と、LVIC700への入力信号INとして入力信号LINを受け付ける端子とを有する。また駆動モジュール800は、基準電位GNDと、基準電位GNDを基準電位として電源電圧VCCが印加される端子とを有する。また駆動モジュール800は、インバータ装置900の電圧HVOに従って変動する基準電位VSが印加される端子と、基準電位VSを基準電位として電源電圧VBが印加される端子とを有する。また駆動モジュール800は、HVIC600からの出力信号OUTを高電位側スイッチング素子102への駆動電圧HOとして出力する端子と、LVIC700からの出力信号OUTを低電位側スイッチング素子103への駆動電圧LOとして出力する端子とを有する。駆動電圧HOの基準電位は基準電位VSであり、駆動電圧LOの基準電位は基準電位HGNDである。なお基準電位HGNDは基準電位GNDと同じであってもよい。
図2を参照して、HVIC600には、上述した、入力信号INと、出力信号OUTと、基準電位GNDおよびVSと、電源電圧VCCおよびVBとのための端子が設けられている。HVIC600には、基準電位GNDでの入力信号INから、基準電位VSでの出力信号OUTを得るために基準電位を変換するレベルシフト回路500が設けられている。
以下において、レベルシフト回路500として用いることができる参考例としてのレベルシフト回路と、本発明の各実施の形態におけるレベルシフト回路とについて、具体的に説明する。
(レベルシフト回路の参考例)
図16を参照して、参考例のレベルシフト回路590は、1次側信号伝達回路2と、レベルシフト主回路3と、2次側信号伝達回路4とを有する。1次側信号伝達回路2は、入力回路5と、ONワンショットパルス回路6と、OFFワンショットパルス回路7とを有する。2次側信号伝達回路4は、インターロック回路8と、駆動回路9とを有する。1次側信号伝達回路2は入力信号INからパルス信号ONLVおよびOFFLVを生成する回路である。レベルシフト主回路3はパルス信号ONLVおよびOFFLVのそれぞれをパルス信号ONHVおよびOFFHVとして2次側信号伝達回路4に伝達する回路である。2次側信号伝達回路4は出力信号OUTを生成する回路である。
1次側信号伝達回路2は、基準電位GNDで電源電圧VCCにより駆動されるものである。1次側信号伝達回路2は、入力信号INに同期してパルス信号ONLVおよびOFFLVを発生させる回路である。パルス信号ONLVは入力信号INの立ち上がりエッジに同期して立ち上り、パルス信号OFFLVは入力信号INの立下りエッジに同期して立ち上る。
入力回路5は入力信号INに同期して、信号INONおよびINOFFを生成する回路である。信号INONは入力信号INと同期した信号であり、信号INOFFは入力信号INを反転させた信号と同期した信号である。すなわち、ON状態またはOFF状態のいずれか一方の状態を取る入力信号INの情報について、ON状態が信号INONによって表され、OFF状態が信号INOFFによって表される。信号INONおよびINOFFの両方が入力信号INの内容を正しく反映している場合は、信号INONは信号INOFFの反転信号に対応し、信号INOFFは信号INONの反転信号に対応する。
ONワンショットパルス回路6は、信号INONに同期してパルス信号ONLVを発生させる回路である。パルス信号ONLVは信号INONの立ち上りエッジに同期して立ち上る信号である。OFFワンショットパルス回路7は、信号INOFFに同期してパルス信号OFFLVを発生させる回路である。パルス信号OFFLVは信号INOFFの立ち上りエッジに同期して立ち上る信号である。
レベルシフト主回路3は、パルス信号ONLVおよびOFFLVのそれぞれに同期して、基準電位GNDとは異なる基準電位VSを基準にして、パルス信号ONHVおよびOFFHVを生成する回路である。
2次側信号伝達回路4は、基準電位VSで電源電圧VBにより駆動されるものである。2次側信号伝達回路4は、パルス信号ONHVおよびOFFHVに同期して出力信号OUTを生成する回路である。出力信号OUTはパルス信号ONHVの立ち上りエッジに同期して立ち上り、なおかつパルス信号OFFHVの立ち上りエッジに同期して立ち下がる。
インターロック回路8は、パルス信号ONHVおよびOFFHVのそれぞれに同期してパルス信号OUTONおよびOUTOFFを生成する回路である。具体的には、パルス信号ONHVのH(ハイレベル)およびL(ローレベル)に対応してパルス信号OUTONのHおよびLが切り替えられ、同様に、パルス信号OFFHVのHおよびLに対応してパルス信号OUTOFFのHおよびLが切り替えられる。ただし、パルス信号ONHVおよびOFFHVが共にHである場合には、パルス信号OUTONおよびOUTOFFが両方ともLとされる。
駆動回路9は、パルス信号OUTONおよびOUTOFFに同期して、基準電位VSでの出力信号OUTを生成する回路である。具体的には、出力信号OUTは、パルス信号OUTONの立ち上りエッジに同期して立ち上り、パルス信号OUTOFFの立ち上りエッジに同期して立ち下がる信号である。
図17を参照して、上述したレベルシフト主回路3は、高耐圧NMOSFET(n-channel Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)11,12、および抵抗13,14を有する。パルス信号ONLVおよびOFFLVのそれぞれにより高耐圧NMOSFET11および12のON/OFFを切り替えることで、1次側信号伝達回路2から2次側信号伝達回路4へ信号が伝達される。
高耐圧NMOSFET11,12がOFFのときは、高耐圧NMOSFET11,12および抵抗13,14に電流が流れない。このため、抵抗13と高耐圧NMOSFET11との中間点電位は、抵抗13によりプルアップされ、また同様に、抵抗14と高耐圧NMOSFET12の中間点電位は、抵抗14によりプルアップされる。この結果、インバータ15および16の各々の入力電圧信号はHとなる。よってインバータ15および16のそれぞれから出力されるパルス信号ONHVおよびOFFHVはLとなる。
一方、高耐圧NMOSFET11,12がONのときは、高耐圧NMOSFET11および12のそれぞれと抵抗13および14とを介して電源電圧VBから基準電位GNDへ電流が流れる。このため、抵抗13と高耐圧NMOSFET11との中間点電位、および、抵抗14と高耐圧NMOSFET12との中間点電位の各々が低下する。この結果、インバータ15および16の各々の入力電圧信号はLとなる。よってインバータ15および16のそれぞれから出力されるパルス信号ONHVおよびOFFHVはHとなる。
従って、レベルシフト主回路3においてパルス信号ONLVおよびOFFLVに基づく信号を伝達するためには、抵抗13および14に電流を供給する必要がある。よって電源電圧VBは基準電位GNDよりも高くなければならない。電源電圧VBが基準電位GNDよりも低い場合、電源電圧VBから基準電位GNDへ電流が流れないため、信号伝達が不能となる。このような状況は、前述したように、インバータ装置900(図1)の動作において基準電位VSへ負サージが生じることにより発生し得る。
次に、上述したレベルシフト回路590(図16)と同一または相当する部分についての説明は適宜省略しつつ、本発明の各実施の形態について、以下に説明する。
(実施の形態1)
図3を参照して、はじめに、レベルシフト回路501の概要について説明する。レベルシフト回路501は、1次側回路2aと、レベルシフト主回路3と、2次側回路4aと、整流性素子回路23とを有する。
1次側回路2aは、基準電位GND(第1の基準電位)で電源電圧VCC(第1の電源電圧)により駆動されるものであり、入力信号INを受け付ける。2次側回路4aは、基準電位VS(第2の基準電位)で電源電圧VB(第2の電源電圧)により駆動されるものであり、出力信号OUTを生成する。これらは他の実施の形態においても同様である。
1次側回路2aは、1次側信号伝達回路2(図16)を含むものであり、受け付けた入力信号INに対応して、基準電位GNDでのパルス信号ONLVおよびOFFLV(第1の信号)を出力する回路である。レベルシフト主回路3は、参考例(図16)においてと同様、1次側信号伝達回路2から受け付けたパルス信号ONLVおよびOFFLVの基準電位を基準電位GNDから基準電位VSへ変換することにより、基準電位VSでのパルス信号ONHVおよびOFFHV(第2の信号)を出力する回路である。2次側回路は、前述した2次側信号伝達回路4(図16)を含み、レベルシフト主回路3から受け付けたパルス信号ONHVおよびOFFHVを用いることにより、入力信号INに対応して基準電位VSでの出力信号OUTを生成する回路である。
整流性素子回路23は、整流性を有する素子を含み、1次側回路2aと2次側回路4aとの間をつないでいる。これにより整流性素子回路23は、1次側回路2aと2次側回路4aとの間において一方方向の電流の流れに比して他方方向の電流の流れを阻害する整流性を有する。インバータ装置900(図1)のように基準電位HGNDを基準として正の電圧HVCCが扱われる場合、言い換えれば、インバータ装置900の動作に起因した逆サージが生じていない通常状態において基準電位GNDよりも高い基準電位VSが用いられる場合において、上記の整流性の方向は、1次側回路2aから2次側回路4aへの電流の流れを許容するもの、言い換えれば、2次側回路4aから1次側回路2aへの電流の流れを阻害するものであることが好ましい。なお、基準電位HGNDを基準として負の電圧HVCCが扱われる場合、整流性の方向も逆とされる。
1次側回路2aおよび2次側回路4aの少なくともいずれかは、整流性素子回路23に流れる電流の変化を検知することにより2次側回路4aの基準電位としての基準電位VSが1次側回路2aの基準電位としての基準電位GND以下であるか否かを検知する検知回路を有する。この検知回路として、図3の構成においては、1次側回路2aに含まれる1次側負電位検知回路24と、2次側回路4aに含まれる2次側負電位検知回路25とが設けられている。整流性素子回路23と、1次側負電位検知回路24と、2次側負電位検知回路25とは、負電位検知部22を構成している。なお1次側負電位検知回路24および2次側負電位検知回路25のいずれかは省略され得る。
負電位検知部22は、詳しくは図4を参照して後述するが、2次側回路4aの基準電位VSに対応する電位VE2が1次側回路2aの基準電位GNDに対応する電位VE1以下の電位(以降、便宜上「負電位」と称す)であることを検知し、負電位検知信号VmVSLVおよびVmVSHVのうち少なくともいずれか一方を生成する回路である。整流性素子回路23は1次側回路2aと2次側回路4aとの間に挿入されており、1次側負電位検知回路24および2次側負電位検知回路25の少なくともいずれか一方に接続されている。1次側負電位検知回路24および2次側負電位検知回路25のいずれか一方は整流性素子回路23に流れる電流を検知する回路であるが、負電位検知部22が1次側負電位検知回路24および2次側負電位検知回路25の両方を有する場合には、いずれか一方を整流性素子回路23に流れる電流を制御する回路とすることができる。整流性素子回路23に流れる電流を検知する形態は任意であり、たとえば電流を電圧などに変換して検知してもよいが、少なくとも電位VE2の負電位時と正電位(電位VE1以上の電位)時とにおける整流性素子回路23に流れる電流の変化を検知するものである。
本実施の形態によれば、1次側負電位検知回路24または2次側負電位検知回路25にて、電位VE2の負電位時と正電位時とにおける整流性素子回路23に流れる電流の変化を検知することにより、電位VE2が負電位であることを検知し、負電位検知信号VmVSLVおよびVmVSHVのうち少なくともいずれか一方を生成することが可能である。たとえば、1次側回路2aにて負電位が検知される場合は、1次側負電位検知回路24にて整流性素子回路23に供給される電流を検知することで負電位検知信号VmVSLVが生成され、また2次側回路4aにて負電位が検知される場合は、2次側負電位検知回路25にて整流性素子回路23に供給される電流を検知することで負電位検知信号VmVSHVが生成される。この際、他方の負電位検知回路にて整流性素子回路23に流れる電流値が制御されてもよい。
生成された負電位検知信号VmVSLVおよびVmVSHVは、図3に示されているようにレベルシフト回路501内部で処理されてもよいし、外部端子(図示せず)によって外部に出力されてもよい。たとえば、負電位を検知した信号をマイコンに出力し、このマイコンにてレベルシフト回路501を制御することも可能である。
特に負電位検知回路22(図3)が負電位検知回路22z(図4)のように電位GNDと電位VSとの間に設けられる場合、基準電位GNDと基準電位VSとの関係を直接検知することができる。このことは、他の実施の形態における負電位検知回路についても同様である。
なお図3においては、レベルシフト回路501内に整流性素子回路23を有する実施例を示している。これにより、パッケージ制約を緩和でき、また配線のインダクタンスの影響を抑制することができる。ただしこれらが特に問題とならない場合は、整流性素子回路がレベルシフト回路の外部に設けてられてもよい。他の実施の形態においても同様である。
さらに図4を参照して、次に、負電位検知部22の具体例としての負電位検知部22zについて、以下に説明する。
負電位検知部22zは、上述した1次側負電位検知回路24および2次側負電位検知回路25のうち後者を有するものである。負電位検知部22zは、電位VE2が負電位のときにHとなる2次側負電位検知信号VmVSHVを生成する回路である。本例においては、整流性素子回路23として高耐圧ダイオード23zが用いられている。高耐圧ダイオード23zのアノード電位が電位VE1とされ、カソード電位が電位VE2とされている。高耐圧ダイオード23zのアノード部は基準電位GNDに接続されており、カソード部は抵抗31を介して基準電位VSに接続されている。電位VE2が電位VE1よりも高い場合は、高耐圧ダイオード23zが逆バイアスとなるため、1次側回路2aおよび2次側回路4aの間に電流が流れず、高耐圧ダイオード23zのカソード電位VE2は抵抗31により基準電位VSにプルダウンされる。すなわち、電位VE2が基準電位VSと等しくなる。この場合、NMOSFET32はOFF状態であるため、NMOSFET32のドレイン電位は抵抗33により電源電圧VBにプルアップされ、インバータ34の出力VmVSHVはLとなる。基準電位VSが低下することにより電位VE2が電位VE1以下となると、高耐圧ダイオード23zが順バイアスとなることにより、基準電位GNDから基準電位VSへ電流が流れる。高耐圧ダイオード23zのカソード電位VE2は抵抗31の電圧降下分だけ基準電位VSよりも高い電位となるため、ソース電位を基準電位VSとするNMOSFET32がONし、インバータ34の出力VmVSHVはHとなる。上記回路動作により、基準電位VSに対応する電位VE2が負電位であることを検知可能である。なお、図示しないが、負電位検知部22zはNMOSFET32のゲートとソースとの間に過大な電圧が印加されるのを阻止する保護素子を有してもよい。たとえば、アノード部がNMOSFET32のゲートに接続され、カソード部が電源電圧VBに接続されるダイオード、あるいはアノード部が基準電位VSに接続され、カソード部がNMOSFET32のゲートに接続されるツェナーダイオード、を有してもよい。
なお図4においては、整流性素子回路23として高耐圧ダイオード23zを用いる例を示したが、整流性素子回路23は複数の素子によって構成されてもよく、たとえば、ダイオードと、その耐圧性を補うための高耐圧抵抗とが直列接続されることにより構成されてもよい。またダイオード以外の半導体素子が用いられてもよく、たとえば高耐圧MOSFETなどを用いることも可能である。なお「高耐圧」は、レベルシフト回路501が扱う電圧に耐える程度の耐圧を意味し、たとえば100V程度以上である。
また、図4においては、1次側負電位検知回路24(図2)を介さず基準電位GNDに高耐圧ダイオード23zのアノード部を接続しているが、1次側負電位検知回路24の位置に定電流源などを挿入することで、高耐圧ダイオード23zに流れる電流を制御してもよい。
なお上述した負電位検知部22z(図4)の回路は、負電位検知部22(図3)の回路の一例に過ぎず、他の回路構成が用いられてもよい。
(実施の形態2)
前述したように実施の形態1において、基準電位VSに対応する電位VE2が負電位であることを検知したことを表す負電位検知信号VmVSLVおよびVmVSHVの少なくともいずれかが生成される。本実施の形態においては、検知信号VmVSLVを用いて、入力信号INのON状態およびOFF状態のうち少なくともいずれか一方を伝達する信号が生成される。
図5を参照して、レベルシフト回路502の負電位検知部22bは、基準電位VSに対応する電位VE2が負電位であることを表す負電位検知信号VmVSLVを生成する1次側負電位検知回路24bを有する。入力回路5aは、入力回路5(図16)と同様、入力信号INに同期して信号INONおよびINOFFを生成する。すなわち、入力信号INのON状態およびOFF状態のそれぞれに対応した信号INONおよびINOFFを生成する。信号INONおよびINOFFの少なくともいずれかは、負電位検知信号VmVSLVによっても生成される。つまり、信号INONおよびINOFFの少なくともいずれかは、入力信号INとは異なる少なくとも1つの信号によっても生成される。
本実施の形態によれば、入力回路5aに負電位検知信号VmVSLVを入力することにより、負電位検知信号VmVSLVによっても信号INONおよびINOFFのうち少なくともいずれか一方を生成することが可能である。たとえば、電位VE2が負電位かつレベルシフト主回路3にて信号伝達不能のときに負電位検知信号VmVSLVが生成される。この負電位検知信号VmVSLVは、電位VE2が上昇することでレベルシフト主回路3にて信号伝達が可能となると反転する信号であってもよく、たとえば、レベルシフト主回路3にて信号伝達不能のときにH、信号伝達可のときにLとなる信号である(同様の構成を有する他の実施の形態においても同様である)。この場合、入力回路5aは、入力信号INがHかつ負電位検知信号VmVSLVが反転したときに信号INONを生成し、あるいは、入力信号INがLかつ負電位検知信号VmVSLVが反転したときに信号INOFFを生成する回路である。これにより、電位VE2が上昇しレベルシフト主回路3にて信号伝達可能となったときに、入力信号に同期した信号ONLVおよびOFFLVのうち少なくともいずれか一方を発生させることができる。よって、入力信号の状態のうち少なくともいずれか一方をレベルシフト主回路3を介して2次側回路4bへ伝達することが可能である。これにより、電位VE2の負電位を検知後、レベルシフト主回路3にて信号伝達可能になったときに、入力信号INの切り替わりを待たずして、入力信号INの状態を2次側回路4aに伝達可能である。たとえば、電位VE2が負電位のときにラッチ誤動作が生じた場合は、誤動作の期間を短縮することが可能である。
なお図5においては、1次側負電位検知回路24bにて負電位検知信号VmVSLVを生成する例を示しているが、2次側回路4bにおいて2次側負電位検知回路25が生成した負電位検知信号VmVSHVが1次側回路2bに伝達されてもよい。また、入力回路5aに入力される負電位検知信号VmVSLVの形態は任意でよく、たとえば、パルス信号とされてもよい。同様の構成を有する他の実施の形態においても同様である。
(実施の形態3)
前述したように実施の形態1または2において、基準電位VSに対応する電位VE2が負電位であることを検知したことを表す負電位検知信号VmVSLVおよびVmVSHVの少なくともいずれかが生成される。本実施の形態においては、この検知信号を用いて、出力信号OUTの状態のうち少なくともいずれかが、2次側回路から1次側回路に伝達される。該信号により、入力信号INの状態のうち少なくともいずれかを伝達する信号を、出力信号OUTの状態を加味して生成可能である。
図6を参照して、レベルシフト回路503は、2次側回路4cから1次側回路2cへ出力信号OUTの状態のうち少なくともいずれかを伝達するために、逆レベルシフト駆動回路42と、逆レベルシフト主回路41とを有する。
逆レベルシフト駆動回路42は、出力信号OUTのON状態およびOFF状態のうち少なくともいずれかの状態を伝達する信号を生成する回路である。具体的には、逆レベルシフト駆動回路42は、2次側負電位検知回路25cからの負電位検知信号VmVSHVを用いて、信号OUTONHVおよびOUTOFFHVのうち少なくともいずれかを生成する。図6においては、信号OUTONHVが出力信号OUTの状態がHであることを表し、信号OUTOFFHVが出力信号OUTの状態がLであることを表す。
逆レベルシフト主回路41は、基準電位VSを基準電位とする信号を基準電位GNDを基準電位とする信号にレベルシフトする回路である。逆レベルシフト主回路41は、2次側信号OUTONHVおよびOUTOFFHVのうち少なくともいずれか一方をレベルシフトさせ、1次側信号OUTONLVおよびOUTOFFLVのうち少なくともいずれか一方を生成する。
入力回路5bは、入力信号INに同期して信号INONおよびINOFFを生成するものである。また入力回路5bは、逆レベルシフト主回路41から伝達された1次側信号OUTONLVおよびOUTOFFLVの少なくともいずれかによっても、信号INONおよびINOFFのうち少なくともいずれかを生成する回路である。すなわち、入力回路5bは、入力信号INとは異なる少なくとも1つの信号によっても、信号INONおよびINOFFのうち少なくともいずれかを生成する回路である。
本実施の形態によれば、電位VE2が負電位のときの出力信号OUTの状態を1次側回路2cへ伝達することにより、出力信号OUTの状態を加味した制御を実施することが可能である。たとえば、電位VE2が負電位かつレベルシフト主回路3および逆レベルシフト主回路41にて信号伝達不能のときに負電位検知信号VmVSHVが生成される。この負電位検知信号VmVSHVは、電位VE2が上昇することでレベルシフト主回路3および逆レベルシフト主回路41にて信号伝達が可能となると反転する信号であってもよい。該信号の反転をトリガとして信号OUTONHVおよびOUTOFFHVのうち少なくともいずれかを生成することで、該信号の反転時の出力信号OUTの状態を1次側回路2cに伝達可能である。また1次側回路2cに伝達された信号OUTONLVおよびOUTOFFLVのうち少なくともいずれかを入力回路5bに入力することで、信号INONおよびINOFFのうち少なくともいずれかを生成し、2次側回路4cに伝達することが可能である。
さらに、入力回路5bを、入力信号IN=Hのときに信号OUTOFFLVを用いて信号INONを生成し、入力信号IN=Lのときに信号OUTONLVを用いて信号INOFFを生成する回路とすることで、入力信号INと出力信号OUTの状態が異なる場合において、信号INONおよびINOFFのうち少なくともいずれかを生成することが可能である。これにより、電位VE2が負電位でラッチ誤動作が生じた場合において、誤動作の期間を短縮することが可能である。またそれとともに、入力信号INおよび出力信号OUTの状態が同じ場合、つまりラッチ誤動作が生じていない場合に、レベルシフト主回路3の不要な動作を抑制することができるので、消費電流および発熱を抑制可能である。
なお、図6では出力信号OUTの状態を表す信号として出力信号OUT自体が逆レベルシフト駆動回路42に入力されているが、出力信号OUTの状態を表す信号として、信号OUTONおよびOUTOFFを用いることも可能である。このことは、同様の構成を含む他の実施の形態においても同様である。
(実施の形態4)
本実施の形態においては、実施の形態1で説明した整流性素子回路23に流れる電流値が、1次側回路または2次側回路における任意の信号に応じて可変とされる。これにより、電位VE2が負電位であるときに、1次側回路と2次側回路との間で、任意の信号の状態のうち少なくともいずれかを伝達可能である。
図7を参照して、レベルシフト回路504の負電位検知部22dは、整流性素子回路23、2次側負電位検知回路25、および電流可変回路26dを有する。電流可変回路26dは、与えられた任意の信号Vabに応じて可変な電流を整流性素子回路23に供給する回路である。この回路は、信号Vabの異なる状態に対応して整流性素子回路23に異なる値の電流を供給することができるものであれば任意である。また2次側負電位検知回路25は、信号Vabの異なる状態に対応して整流性素子回路23に供給される電流の変化を検知することができるものであれば任意である。
本実施の形態によれば、電流可変回路26dにより、信号Vabの状態に応じて可変な電流が整流性素子回路23に供給され、2次側負電位検知回路25により、電位VE2の負電位時においてその電流の変化が検知される。よって電位VE2が負電位である期間に信号Vabの状態のうち少なくともいずれかを1次側回路2dから2次側回路4dへ伝達可能である。つまり、電位VE2が負電位でありレベルシフト主回路3にて信号伝達不能である場合でも、整流性素子回路23を介して1次側回路2dから2次側回路4dへ信号伝達が可能である。
なお上記構成においては2次側負電位検知回路25と、1次側回路2dに設けられた電流可変回路26dとが用いられるが、この構成が逆とされてもよい。すなわち、1次側負電位検知回路24(図3)と、2次側回路4dに設けられた電流可変回路26dとが用いられてもよい。この場合、上記と同様の信号伝達が2次側回路4dから1次側回路2dへ可能である。
さらに図8を参照して、次に、負電位検知部22d(図7)の具体例としての負電位検知部22yについて、以下に説明する。
負電位検知部22yは、電位VE2が電位VE1以下であり、かつ信号Vab=Lであるときに検知信号VmVSHVをHとする回路である。負電位検知部22yは実施の形態1で例示した負電位検知部22zに、電流可変回路26d(図7)として、基準電位GNDを基準とした電源電圧VCC(1次側回路にて生成される内部電源電圧VREGでもよい)の電位をソース電位とするPMOSFET26zが接続されている。PMOSFET26zのゲートには任意の信号Vabが入力される。
本例によれば、電位VE2が電位VE1以下であるときに、高耐圧ダイオード23zが順バイアスとなり、1次側回路2dから2次側回路4dに電流を流すことが可能になる。この際に、PMOSFET26zのゲートに入力される任意の信号Vabにより、高耐圧ダイオード23zに供給する電流を変化させることで、信号Vabの状態のうち少なくともいずれかを1次側回路2dから2次側回路4dへ伝達可能である。
電位VE2が電位VE1以下でありかつ信号Vab=Lである場合、高耐圧ダイオード23zが順バイアスかつPMOSFET26zがON状態となる。このため1次側回路2dから2次側回路4dに電流が流れるので、2次側負電位検知回路25zにより検知信号VmVSHV=Hとなる。電位VE2が電位VE1以下でありかつ信号Vab=Hである場合、高耐圧ダイオード23zは順バイアスであるが、PMOSFET26zがOFF状態であるため、1次側回路2dから2次側回路4dに電流が供給されない。このため2次側負電位検知回路25zにより検知信号VmVSHV=Lとなる。電位VE2が電位VE1以上である場合は、高耐圧ダイオード23zが逆バイアスであるため、信号Vabの状態に依らず、検知信号VmVSHV=Lとなる。上記回路動作により、図8の例においては、電位VE2が電位VE1以下であり、かつ信号Vab=Lの場合のみ検知信号VmVSHV=Hとなる。このため電位VE2が負電位のときに信号Vab=Lの状態を伝達可能である。
なお、当然のことであるが、信号Vab=HのときにPMOSFET26zがON状態となる回路構成であれば、電位VE2が負電位のときに信号Vab=Hの状態を伝達可能である。
(実施の形態5)
本実施の形態においては、実施の形態4で説明した、電流可変回路を有する負電位検知回路を用いることにより、電位VE2が負電位である期間に出力信号OUTの状態のうち少なくともいずれかが2次側回路から1次側回路へ伝達される。該信号により入力信号の状態のうち少なくともいずれかを伝達する信号を、出力信号の状態を加味して生成可能である。
図9を参照して、レベルシフト回路505の負電位検知部22eは、1次側負電位検知回路24eと、電流可変回路26eとを有する。
電流可変回路26eは出力信号OUTの状態に対して整流性素子回路23に流す電流値を変化させる回路である。1次側負電位検知回路24eは該電流値の変化を検知することで、電位VE2が負電位である間に出力信号OUTの状態のうち少なくともいずれかを信号VmVSOUTsigとして検知する回路である。入力回路5aに2次側回路4eから伝達した信号VmVSOUTsigを入力することにより、信号VmVSOUTsigによっても信号INONおよびINOFFのうち少なくともいずれを生成することが可能である。信号VmVSOUTsigは、たとえば、電位VE2が負電位かつレベルシフト主回路3にて信号伝達不能のときに発生し、電位VE2が上昇しレベルシフト主回路3にて信号伝達可となると反転する信号とされる。該信号の反転をトリガとして信号INONおよびINOFFのうち少なくともいずれかを生成することで、入力信号INの状態のうち少なくともいずれかを2次側回路4eに伝達することが可能である。
入力回路5aは、信号VmVSOUTsigが出力信号OUT=Lの状態を表し、かつ入力信号IN=Hのときに、信号VmVSOUTsigを用いて信号INONを生成するものであってもよい。あるいは、入力回路5aは、信号VmVSOUTsigが出力信号OUT=Hの状態を表し、かつ入力信号IN=Lのときに、信号VmVSOUTsigを用いて信号INOFFを生成するものであってもよい。これにより、入力信号INの状態と出力信号OUTの状態とが異なる場合において、信号INONおよびINOFFのうち少なくともいずれかを生成することが可能である。
本実施の形態によれば、電位VE2が負電位である期間に出力信号OUTの状態のうち少なくともいずれかが2次側回路4eから1次側回路2eに伝達され、該信号の反転をトリガとして入力信号INの状態のうち少なくともいずれかを伝達する信号が生成される。これより、入力信号INの状態と出力信号OUTの状態とが同じ場合、つまり、ラッチ誤動作していない場合の、レベルシフト回路505の不要動作を抑制することが可能である。またそれとともに、電位VE2が負電位のときのラッチ誤動作において、実施の形態3よりもラッチ誤動作の期間を短縮することが可能である。
(実施の形態6)
本実施の形態においては、実施の形態4で説明した、電流可変回路を有する負電位検知回路を用いることにより、電位VE2が負電位である期間に入力信号INの状態のうち少なくともいずれかが1次側回路から2次側回路へ伝達される。
図10を参照して、レベルシフト回路506の負電位検知部22fは、電流可変回路26fと、2次側負電位検知回路25fとを有する。電流可変回路26fは整流性素子回路23に流す電流値を入力信号INの状態に応じて変化させる回路である。2次側負電位検知回路25fは該電流値の変化を検知することで、電位VE2が負電位である間に入力信号INの状態のうち少なくともいずれかを信号VmVSINsigとして検知する回路である。
駆動回路9aは、パルス信号OUTONおよびOUTOFFに同期して出力信号OUTを生成するものである。特に本実施の形態の駆動回路9aは、パルス信号OUTONおよびOUTOFFとは異なる少なくとも1つの信号によっても、出力信号OUTの状態のうち少なくともいずれかを生成するものである。具体的には、駆動回路9aは、信号VmVSINsigによっても、出力信号OUTの状態のうち少なくともいずれかを生成するものである。これにより信号VmVSINsigを出力信号OUTに反映させることが可能である。
たとえば、電位VE2が負電位でありかつVmVSINsigを検出しているときに出力信号OUTに信号VmVSINsigが反映されるよう、駆動回路9aが構成される。具体的には、信号VmVSINsigが入力信号IN=Hを表す場合に出力信号OUT=Hとするか、あるいは、信号VmVSINsigが入力信号IN=Lを表す場合に出力信号OUT=Lとするように駆動回路9aが構成される。これにより、電位VE2が負電位である間に入力信号INの状態のうち少なくともいずれかを出力信号OUTに反映させることが可能である。
本実施の形態によれば、電位VE2が負電位でありレベルシフト主回路3にて信号伝達不能である場合でも、1次側回路2fから2次側回路4fに整流性素子回路23を介して入力信号INを伝達可能である。よって電位VE2が負電位のときにおけるラッチ誤動作の防止または誤動作期間の短縮が可能である。
(実施の形態7)
図11を参照して、レベルシフト回路507が有する負電位検知部22gは、負電位検知部22b(図5:実施の形態2)と、負電位検知部22f(図10:実施の形態6)とを含む。よって、負電位検知部22bの整流性素子回路231(第1の整流性素子回路)と、負電位検知部22fの整流性素子回路232(第2の整流性素子回路)とが配置されている。整流性素子回路231の電流変化は、1次側負電位検知回路24b(第1の検知回路)によって検知される。整流性素子回路232の電流変化は、2次側負電位検知回路25f(第2の検知回路)によって検知される。
なお整流性素子回路231の端部の電位VE1と、整流性素子回路232の端部の電位VE1とは互いに同じである必要はない。電位VE2についても同様である。
本実施の形態によれば、実施の形態6と同様に、レベルシフト主回路3における信号伝達が不能な状態でも、1次側回路2gから2次側回路4gに整流性素子回路232を介して入力信号INが伝達される。また仮にこの伝達が不能であっても、実施の形態2と同様に、レベルシフト主回路3における信号伝達が不能な状態が解消されたときに、入力信号INの切り替わりを待たずして入力信号INの状態を2次側回路4gに伝達可能である。よってレベルシフト主回路3のラッチ誤動作の防止または誤動作期間の短縮が、より確実に可能である。
(実施の形態8)
図12を参照して、レベルシフト回路508が有する負電位検知部22hは、電流可変回路26e(第1の電流可変回路)を有する負電位検知部22e(図9:実施の形態5)と、電流可変回路26f(第2の電流可変回路)を有する負電位検知部22f(図10:実施の形態6)とを含む。よって、負電位検知部22eの整流性素子回路231(第1の整流性素子回路)と、負電位検知部22fの整流性素子回路232(第2の整流性素子回路)とが配置されている。整流性素子回路231の電流変化は、1次側回路2hが有する1次側負電位検知回路24e(第1の検知回路)によって検知される。整流性素子回路232の電流変化は、2次側回路4hが有する2次側負電位検知回路25f(第2の検知回路)によって検知される。
なお整流性素子回路231の端部の電位VE1と、整流性素子回路232の端部の電位VE1とは互いに同じである必要はない。電位VE2についても同様である。
本実施の形態によれば、負電位検知部22eにて負電位期間中の出力信号の状態が信号VmVSOUTsigとして検知される。これより負電位検知部22fによる負電位期間中の入力信号の伝達の有無を検知することが可能である。よって該情報を用いて負電位検知後の動作を制御可能である。
たとえば、負電位検知部22fにより負電位期間中に入力信号INが伝達された場合には、負電位期間終了時において入力信号INと出力信号OUTとが同じ状態となるため、信号INON,INOFFが生成されない。また負電位検知部22fにより負電位期間中に入力信号が伝達されずかつ負電位期間終了時において入力信号INと出力信号OUTとが異なる状態となる場合には、信号INON,INOFFが生成される。これより、負電位期間中にラッチ誤動作を解消できなかった場合に、レベルシフト主回路3を介して入力信号を伝達することが可能である。これにより、負電位期間中においてラッチ誤動作の防止または誤動作期間の短縮が可能となるともに、負電位期間中にラッチ誤動作を解除した場合の不要動作を抑制することが可能である。
(実施の形態9)
図13を参照して、レベルシフト回路509の1次側回路2iは入力回路5cを有する。入力回路5cは、入力信号INに同期して信号INONおよびINOFFを生成し、かつ負電位検知部22eの1次側負電位検知回路24eからの信号VmVSOUTsigによっても信号INON,INOFFまたはVmVSINLVを生成する回路である。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態8の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
本実施の形態によれば、負電位検知部22eにより負電位期間中の出力信号OUTの状態を1次側回路2iに伝達することにより、負電位状態にありかつ入力信号INと出力信号OUTの状態が異なる場合のみ、負電位検知部22fにより入力信号INを伝達させることが可能である。これにより、ラッチ誤動作していない場合の不要動作を抑制することが可能である。
たとえば、信号VmVSOUTsigにより伝達される出力信号OUTの状態と入力信号INの状態とが異なる場合のみ、入力信号INの状態を伝達する信号VmVSINLVを入力回路5cが生成する。信号VmVSINLVが負電位検知部22fにより2次側回路4hに伝達することにより、不要動作を抑制しつつ、ラッチ誤動作の防止あるいは誤動作期間の短縮が可能である。
また実施の形態8と同様に、負電位検知部22eにて負電位検知部22fによる信号伝達の有無を確認することができる。このため、負電位期間中にラッチ誤動作を解消できなかった場合に、レベルシフト主回路3を介して入力信号を伝達することが可能である。
(実施の形態10)
本実施の形態においては、駆動回路9a(図10〜図13:実施の形態6〜9)にて、出力信号OUTに反映させる信号に優先順位が設けられる。電位VE2が電位VE1以下でありかつレベルシフト主回路3にて信号伝達可能な状態、つまりレベルシフト主回路3において電源電圧VBによる電位が基準電位GNDより高い状態においては、レベルシフト主回路3を介して伝達される信号OUTONおよびOUTOFFと、整流性素子回路23,231または232を介して伝達される信号とが同時に駆動回路9aに入力される場合がある。このとき、レベルシフト主回路3を介して伝達される信号OUTONおよびOUTOFFの状態と、整流性素子回路23,231または232を介して伝達される信号の状態とが異なると、駆動回路9aが誤動作し得る。
本実施の形態では、レベルシフト主回路3を介して伝達される信号OUTONおよびOUTOFFを優先して出力信号OUTに反映させることで、駆動回路9aの誤動作を防止することができる。具体的には、駆動回路9aへパルス信号OUTON,OUTOFFが入力されていない場合にのみ、信号VmVSINsigが出力信号OUTに反映させられる。これにより、レベルシフト主回路3を介して伝達された入力信号と、負電位検知部22fを介して伝達された入力信号とが同時に入力された場合に、レベルシフト主回路3を介して伝達された信号を優先して出力信号OUTに反映させることが可能である。
本実施の形態によれば、電位VE2が負電位のときの信号伝達を実現可能であるとともに、該信号伝達に伴う誤動作を防止可能である。
(実施の形態11)
図14を参照して、レベルシフト回路511の負電位検知部22jは、レベルシフト回路504の負電位検知部22d(図7:実施の形態4)の構成に加えて、負電位検知部22cと、2次側信号生成回路51とを含む。本実施の形態においては、2次側信号生成回路51は2次側回路4jに含まれる。
負電位検知部22jは、負電位検知部22cおよび22dの各々の電位VE2がともに負電位のときに、任意の信号Vabを表す信号を1次側回路2jから2次側回路4jへ伝達する回路である。ここで任意の信号Vabは、H状態およびL状態(第1および第2の状態)のいずれか一方の状態を取るものである。負電位検知部22dの2次側負電位検知回路25は、上記H状態およびL状態の一方を表す信号(一の信号)を生成する回路である。この信号を用いて2次側信号生成回路51は、H状態およびL状態のそれぞれを表す信号VmVSONHVおよびVmVSOFFHVを生成する回路である。2次側信号生成回路51による信号VmVSONHVおよびVmVSOFFHVの生成は、負電位検知部22dの電位VE2だけでなく負電位検知部22cの電位VE2も負電位のときに行われる。この目的で2次側信号生成回路51は、負電位検知部22cにおける2次側負電位検知回路25cの検知信号VmVSも参照する。
たとえば、信号VmVSHVは信号Vab=Hの状態を表す信号とされる。その場合、信号VmVSHVに同期して信号VmVSONHVが生成され、また、信号VmVSHVを反転させた信号に同期して信号VmVSOFFHVが生成される。これにより、負電位検知部22cおよび22dの各々の電位VE2がともに負電位のときに、信号Vab=Hの場合に信号VmVSONHVを、信号Vab=Lの場合に信号VmVSOFFHVを生成可能である。
本実施の形態によれば、2次側回路4jの基準電位VSが負電位でありかつレベルシフト主回路3にて信号伝達不能である場合において、整流性素子回路232を介して1次側回路2jと2次側回路4jとの間で、2つの状態のいずれか(HまたはL)を取る任意の信号Vabの情報を伝達可能である。
なお上記においては任意の信号Vabが1次側回路2jから2次側回路4jへ伝達される場合について詳しく説明したが、実施の形態4と同様、任意の信号を2次側回路4jから1次側回路2jへ伝達することも可能である。
(実施の形態12)
図15を参照して、レベルシフト回路512は、レベルシフト回路504(図7:実施の形態4)における負電位検知部22dの代わりに、負電位検知部22kを有する。負電位検知部22kは、電流可変回路26kと、整流性素子回路231(第1の整流性素子回路)および232(第2の整流性素子回路)と、2次側負電位検知回路25kとを有する。
整流性素子回路231および232は電流可変回路26kおよび2次側負電位検知回路25kの間に設けられている。電流可変回路26kは、1次側信号伝達回路2から、任意の信号のH状態(第1の状態)およびL状態(第2の状態)を個別に表す信号VabONおよびVabOFFを受け付ける。そして、信号VabONおよびVabOFFのそれぞれに応じて整流性素子回路231および232に流れる電流を変化させる。2次側負電位検知回路25kは、整流性素子回路231および232のそれぞれに流れる電流を検知することにより、信号VmVSONHVおよびVmVSOFFHVを2次側信号伝達回路4へ出力する。
上記構成により、負電位検知部22kは、任意の信号のH状態およびL状態を個別に伝達する経路を有する。具体的には、整流性素子回路231の電位VE2が負電位かつ上記任意の信号がH状態であるときに整流性素子回路231に電流が流れ、また整流性素子回路232の電位VE2が負電位かつ上記任意の信号がL状態であるときに整流性素子回路232に電流が流れる。これら電流の各々を検知することにより、任意の信号のH状態およびL状態の両方が2次側回路4kへと個別に伝達される。
本実施の形態によれば、2次側回路4kの基準電位VSが負電位でありレベルシフト主回路3にて信号伝達不能である場合でも、整流性素子回路231および232を介して1次側回路2kから2次側回路4kへ任意の信号を伝達可能である。
また本実施の形態の負電位検知部22kによって、前述した実施の形態11のレベルシフト回路511における負電位検知部22dが置き換えられてもよい。これにより、任意の信号の情報を伝達するための経路が2つとなる。よって、一方の経路に不具合が生じても、他方の経路による伝達が可能である。また他方の経路による信号により、一方の経路により伝達されるはずであった信号が補完され得る。
なお上記においては任意の信号の情報が1次側回路2kから2次側回路4kへ伝達される場合について詳しく説明したが、実施の形態4または11と同様、任意の信号を2次側回路4kから1次側回路2kへ伝達することも可能である。
(実施の形態13)
再び図2を参照して、本実施の形態のHVIC(集積回路)600は、レベルシフト回路500と、配線によってそれに接続された他の回路400とを有する。レベルシフト回路500としては、具体的には、上述した各実施の形態のレベルシフト回路501〜509,511,512のいずれかを用い得る。他の回路400は、信頼性を確保するための保護回路を含んでもよい。また他の回路400は、LVIC700(図1)と同様の機能を有する回路を含んでもよい。
本実施の形態によれば、レベルシフト回路500と他の回路400との間の配線を短縮可能である。これにより配線のインダクタンスを抑制することが可能である。よって負サージの発生を抑制することができる。
またHVIC600において、レベルシフト回路500と、他の回路400が有する保護回路とが連動させられてもよい。これにより集積回路の信頼性をより高めることができる。
(実施の形態14)
再び図1を参照して、本実施の形態のインバータ装置900(パワー半導体モジュール)は、実施の形態13のHVIC600(集積回路)と、LVIC700と、高電位側スイッチング素子102(半導体スイッチング素子)と、低電位側スイッチング素子103とを有する。高電位側スイッチング素子102はHVIC600により駆動され、低電位側スイッチング素子103はLVIC700により駆動される。
本実施の形態によれば、高電位側スイッチング素子102とHVIC600とが一体となっているので、両者の間の配線を短縮可能である。これにより配線のインダクタンスを抑制することが可能である。よって負サージの発生を抑制することができる。
なおパワー半導体モジュールは、上述したものに限定されるものではなく、上記実施の形態で説明したレベルシフト回路を有する集積回路と、それによって駆動される半導体スイッチング素子とを含むものであればよい。
(実施の形態15)
本実施の形態においては、高電位側スイッチング素子102(図1)および低電位側スイッチング素子103(図1)の少なくともいずれかの少なくとも一部が、炭化珪素(SiC)半導体素子によって構成される。たとえばIGBTおよび還流ダイオードによって高電位側スイッチング素子102が構成されている場合、少なくともいずれかが炭化珪素(SiC)半導体素子であり、好ましくは、少なくともスイッチング機能を担う素子(上記例ではIGBT)がSiC半導体素子である。
SiC半導体素子を搭載した装置は、前述した基準電位VSの単位時間あたりの変動dV/dtが急峻となる条件で動作されることが多い。このため、負サージが大きくなる傾向があり、またその発生期間も長くなる傾向がある。よって実施の形態14で述べた負サージの抑制の利点が大きくなる。またレベルシフト主回路3の通常動作による信号伝達が負サージに起因して行えなくなる期間が長くなるので、負サージ時でも信号伝達が可能であるレベルシフト回路が設けられている場合、その有用性が大きくなる。
なお、上記各実施の形態の構成において扱われる信号の正負とは反対の正負を有する信号が扱われる構成が用いられてもよい。この場合、各実施の形態の説明における「正」および「負」を互いに置き換えた議論がほぼ成立する。
本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
2 1次側信号伝達回路、2a〜2k 1次側回路、3 レベルシフト主回路、4 2次側信号伝達回路、4a〜4h,4j,4k 2次側回路、5,5a〜5c 入力回路、6 ONワンショットパルス回路、7 OFFワンショットパルス回路、8 インターロック回路、9,9a 駆動回路、11,12 高耐圧NMOSFET、13,14,31,33 抵抗、15,16,34 インバータ、22,22b〜22h,22j,22k,22y,22z 負電位検知部、23,231,232 整流性素子回路、23z 高耐圧ダイオード、24,24b,24e 1次側負電位検知回路、25,25c,25f,25k,25z 2次側負電位検知回路、26d,26e,26f,26k 電流可変回路、26z PMOSFET、32 NMOSFET、41 逆レベルシフト主回路、42 逆レベルシフト駆動回路、51 2次側信号生成回路、102 高電位側スイッチング素子(半導体スイッチング素子)、103 低電位側スイッチング素子、500〜508,511,512,590 レベルシフト回路、600 HVIC(集積回路)、700 LVIC、800 駆動モジュール、900 インバータ装置(パワー半導体モジュール)。

Claims (15)

  1. 受け付けた入力信号(IN)に対応して、第1の基準電位(GND)での第1の信号を出力する1次側回路(2a〜2k)と、
    前記1次側回路から受け付けた前記第1の信号の基準電位を前記第1の基準電位から第2の基準電位(VS)へ変換することにより、前記第2の基準電位での第2の信号を出力するレベルシフト主回路(3)と、
    前記レベルシフト主回路から受け付けた前記第2の信号を用いることにより、前記入力信号に対応して、前記第2の基準電位での出力信号(OUT)を生成する2次側回路(4a〜4h,4j,4k)と、
    前記1次側回路と前記2次側回路との間に設けられた少なくとも1つの整流性素子回路(23,231,232)とを備え、前記1次側回路および前記2次側回路の少なくともいずれかは、前記整流性素子回路に流れる電流の変化を検知することにより前記第2の基準電位に対応する電位(VE2)が前記第1の基準電位に対応する電位(VE1)以下であるか否かを検知する少なくとも1つの検知回路(24,24b,24e,25,25c,25f,25k,25z)を有する、レベルシフト回路(501〜509,511,512)。
  2. 前記検知回路(24b)は、前記第2の基準電位に対応する電位が前記第1の基準電位に対応する電位以下であるか否かを表す検知信号を生成し、
    前記1次側回路(2b)は、前記入力信号が取り得る複数の状態のそれぞれに対応した複数の信号を生成し、前記複数の信号の少なくともいずれかは、前記検知信号によっても生成される、請求項1に記載のレベルシフト回路(502)。
  3. 前記検知回路(25c)は、前記第2の基準電位に対応する電位が前記第1の基準電位に対応する電位以下であるか否かを表す検知信号を生成し、
    前記レベルシフト回路(501)は、前記検知信号を用いて前記出力信号の状態のうち少なくともいずれかを表す信号を前記1次側回路(2c)へ伝達する逆レベルシフト主回路(41)をさらに備え、前記1次側回路は、前記逆レベルシフト主回路から伝達された前記信号によっても前記入力信号の状態のうち少なくともいずれかを伝達する信号を生成する、請求項1に記載のレベルシフト回路(503)。
  4. 前記1次側回路(2d〜2f)および前記2次側回路(4d〜4f)のうち、一方は前記検知回路(24e,25)を有し、他方は、前記整流性素子回路に流れる電流値を任意の信号に応じて可変とする電流可変回路(26d,26e)を有する、請求項1に記載のレベルシフト回路(504〜506)。
  5. 前記電流可変回路(26e)は前記2次側回路(4e)に含まれ、前記電流可変回路における前記任意の信号は前記出力信号の状態のうち少なくともいずれかを表す信号であり、
    前記1次側回路(2e)は、前記検知回路(24e)によって生成された信号によっても前記入力信号の状態の少なくともいずれかを伝達する信号を生成する、請求項4に記載のレベルシフト回路(505)。
  6. 前記電流可変回路(26f)は前記1次側回路(2f)に含まれ、前記電流可変回路における前記任意の信号は前記入力信号の状態のうち少なくともいずれかを表す信号である、請求項4に記載のレベルシフト回路(506)。
  7. 前記少なくとも1つの整流性素子回路は、第1の整流性素子回路(231)および第2の整流性素子回路(232)を含み、
    前記少なくとも1つの検知回路は、前記第1の整流性素子回路に流れる電流の変化を検知する第1の検知回路(24b)と、前記第2の整流性素子回路に流れる電流の変化を検知する第2の検知回路(25f)とを含み、
    前記第1の検知回路は、前記第2の基準電位に対応する電位が前記第1の基準電位に対応する電位以下であるか否かを表す検知信号を生成し、
    前記1次側回路(2g)は、前記入力信号が取り得る複数の状態のそれぞれに対応した複数の信号を生成し、前記複数の信号の少なくともいずれかは、前記検知信号によっても生成され、
    前記1次側回路は、前記第2の整流性素子回路に流れる電流値を、前記入力信号の状態のうち少なくともいずれかを表す信号に応じて可変とする、電流可変回路(26f)を有する、請求項1に記載のレベルシフト回路(507)。
  8. 前記少なくとも1つの整流性素子回路は、第1の整流性素子回路(231)および第2の整流性素子回路(232)を含み、
    前記少なくとも1つの検知回路は、前記第1の整流性素子回路に流れる電流の変化を検知する第1の検知回路(24e)と、前記第2の整流性素子回路に流れる電流の変化を検知する第2の検知回路(25f)とを含み、
    前記2次側回路(4h)は、前記第1の整流性素子回路に流れる電流値を、前記出力信号の状態のうち少なくともいずれかを表す信号に応じて可変とする、第1の電流可変回路(26e)を有し、
    前記1次側回路(2h)は、前記第1の検知回路によって生成された信号によっても前記入力信号の状態の少なくともいずれかを伝達する信号を生成し、
    前記1次側回路は、前記第2の整流性素子回路に流れる電流値を、前記入力信号の状態のうち少なくともいずれかを表す信号に応じて可変とする、第2の電流可変回路(26f)を有する、請求項1に記載のレベルシフト回路(508)。
  9. 前記少なくとも1つの整流性素子回路は、第1の整流性素子回路(231)および第2の整流性素子回路(232)を含み、
    前記少なくとも1つの検知回路は、前記第1の整流性素子回路に流れる電流の変化を検知する第1の検知回路(24e)と、前記第2の整流性素子回路に流れる電流の変化を検知する第2の検知回路(25f)とを含み、
    前記2次側回路(4h)は、前記第1の整流性素子回路に流れる電流値を、前記出力信号の状態のうち少なくともいずれかを表す信号に応じて可変とする、第1の電流可変回路(26e)を有し、
    前記1次側回路(2i)は、前記第1の検知回路によって生成された信号によっても前記入力信号の状態の少なくともいずれかを伝達する信号を生成する入力回路(5c)を有し、
    前記1次側回路は、前記第2の整流性素子回路に流れる電流値を、前記入力回路によって生成された前記信号に応じて可変とする、第2の電流可変回路(26f)を有する、請求項1に記載のレベルシフト回路(509)。
  10. 前記2次側回路(4f〜4h)は、前記レベルシフト主回路を介して伝達される信号と、前記整流性素子回路を介して伝達される信号とのいずれかに基づいて前記出力信号を生成する駆動回路(9a)を有し、前記駆動回路は、前記レベルシフト主回路を介して伝達される信号と、前記整流性素子回路を介して伝達される信号との両方が入力された場合、前記レベルシフト主回路を介して伝達される信号に基づいて前記出力信号を生成する、請求項6から9のいずれか1項に記載のレベルシフト回路(506〜509)。
  11. 前記1次側回路(2j)および前記2次側回路(4j)のうち、一方は前記検知回路(25)と信号生成回路(51)とを有し、他方は、整流性素子回路(232)に流れる電流値を任意の信号の第1の状態に応じて可変とする電流可変回路(26d)を有し、前記任意の信号は前記第1の状態と、前記第1の状態と異なる第2の状態とのいずれか一方の状態を取るものであり、
    前記検知回路(25)は、前記任意の信号の前記第1の状態を表す一の信号を生成し、
    前記信号生成回路は前記一の信号を用いて、前記第1の状態を表す信号と、前記第2の状態を表す信号との各々を生成する、請求項1に記載のレベルシフト回路(511)。
  12. 前記少なくとも1つの整流性素子回路は、第1の整流性素子回路(231)および第2の整流性素子回路(232)を含み、
    前記1次側回路(2k)および前記2次側回路(4k)の一方は、第1の状態および第2の状態のいずれか一方の状態を取る任意の信号の前記第1の状態を表す信号に応じて、前記第1の整流性素子回路に流れる電流値を可変とし、かつ、前記第2の状態を表す信号に応じて、前記第2の整流性素子回路に流れる電流値を可変とする、電流可変回路(26k)を含み、
    前記1次側回路および前記2次側回路の他方は前記検知回路(25k)を含み、前記検知回路は、前記第1の整流性素子回路および前記第2の整流性素子回路の各々に流れる電流の変化を検知することにより、前記任意の信号の前記第1の状態を表す信号と前記任意の信号の前記第2の状態を表す信号とを生成する、請求項1に記載のレベルシフト回路(512)。
  13. 請求項1から12のいずれか1項に記載のレベルシフト回路と、前記レベルシフト回路に配線によって接続された他の回路(400)とを備える、集積回路(600)。
  14. 請求項13に記載の集積回路と、前記集積回路によって駆動される半導体スイッチング素子(102)とを備える、パワー半導体モジュール(900)。
  15. 前記半導体スイッチング素子は炭化珪素半導体素子を含む、請求項14に記載のパワー半導体モジュール(900)。
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