JPH09266681A - インバータ用ゲート電源回路 - Google Patents
インバータ用ゲート電源回路Info
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- JPH09266681A JPH09266681A JP8073589A JP7358996A JPH09266681A JP H09266681 A JPH09266681 A JP H09266681A JP 8073589 A JP8073589 A JP 8073589A JP 7358996 A JP7358996 A JP 7358996A JP H09266681 A JPH09266681 A JP H09266681A
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- Japan
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- power supply
- voltage
- circuit
- supply circuit
- inverter
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
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-
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- Inverter Devices (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】通電や消費電力により電圧変動幅が大きい電源
から、簡単な回路でIGBTゲートドライブ回路の電源
を得ることにある。 【解決手段】直流電源から規定電圧を出力する第1の電
源回路を設け、規定電圧を入力とするプッシュ・プルで
高周波トランスの1次コイルを大きな通流率で通電する
回路を設ける。巻数を同じとする2次コイル2個から、
共通接続点を0ボルト基準にして整流回路による正・負
電圧を得る回路構成とする。
から、簡単な回路でIGBTゲートドライブ回路の電源
を得ることにある。 【解決手段】直流電源から規定電圧を出力する第1の電
源回路を設け、規定電圧を入力とするプッシュ・プルで
高周波トランスの1次コイルを大きな通流率で通電する
回路を設ける。巻数を同じとする2次コイル2個から、
共通接続点を0ボルト基準にして整流回路による正・負
電圧を得る回路構成とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はインバータ用ゲート
電源回路に関する。
電源回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来IGBTゲートドライブ回路の電源
として、特開平7−115736 号公報がある。これは商用電
源を有した構成のシステムに有効である。
として、特開平7−115736 号公報がある。これは商用電
源を有した構成のシステムに有効である。
【0003】あるいは直流電源から、高周波発振(スイ
ッチングレギュレータ)でトランスを介して絶縁された
電源を得ていた。ここで用いられる直流電源は、十数ボ
ルトの補助電源でこの電源電圧変動が大きく、出力電圧
をフイードバックして制御していた。
ッチングレギュレータ)でトランスを介して絶縁された
電源を得ていた。ここで用いられる直流電源は、十数ボ
ルトの補助電源でこの電源電圧変動が大きく、出力電圧
をフイードバックして制御していた。
【0004】
(1)直流電源(バッテリ)の電圧が数十から百数十ボ
ルトあり、通電や消費電力により電圧変動幅が大きい電
源から、簡単な回路でIGBTゲートドライブ回路の電
源を得ることにある。
ルトあり、通電や消費電力により電圧変動幅が大きい電
源から、簡単な回路でIGBTゲートドライブ回路の電
源を得ることにある。
【0005】(2)ゲートドライブ用電源の消費電力を
少なくし、IGBTの損失を少なくすることにある。
少なくし、IGBTの損失を少なくすることにある。
【0006】
(1)直流電源(バッテリ)から電源回路Aで規定電圧
を出力する回路を設ける。この規定電圧を入力とするプ
ッシュ・プルのスイッチング素子で高周波トランスの鉄
心に巻かれた1次コイルを大きな通流率で通電する回路
を設ける。巻数を同じとする2次コイル2個から、共通
接続点を0ボルト基準にして整流し正電圧と負電圧を得
る回路構成とする。
を出力する回路を設ける。この規定電圧を入力とするプ
ッシュ・プルのスイッチング素子で高周波トランスの鉄
心に巻かれた1次コイルを大きな通流率で通電する回路
を設ける。巻数を同じとする2次コイル2個から、共通
接続点を0ボルト基準にして整流し正電圧と負電圧を得
る回路構成とする。
【0007】(2)モータ電流の大きさを検出し、電圧
に変換する回路、その変換された電圧を電源回路Aの検
出レベルを加減する回路、それで規定電圧が加減され、
ゲート電圧が加減される回路構成とする。
に変換する回路、その変換された電圧を電源回路Aの検
出レベルを加減する回路、それで規定電圧が加減され、
ゲート電圧が加減される回路構成とする。
【0008】(1)大きな通流率例えば95%であれ
ば、負荷電流が変動しても2次側電圧は5%の変動です
む。規定電圧を一定にすれば、2次側電圧を検出して制
御しなくともほぼ一定の電圧を得る。トランスの鉄心に
巻く出力巻線を多くし、多くの絶縁電源を出力しても同
じ効果を得る。
ば、負荷電流が変動しても2次側電圧は5%の変動です
む。規定電圧を一定にすれば、2次側電圧を検出して制
御しなくともほぼ一定の電圧を得る。トランスの鉄心に
巻く出力巻線を多くし、多くの絶縁電源を出力しても同
じ効果を得る。
【0009】(2)ゲート電圧を高くすれば、電源の消
費電力が大きくなる。モータ電流が少ないとき、ゲート
電圧を高くしてもIGBTのオン電圧(コレクタ−エミ
ッタ間電圧)はほぼ同じである。しかしモータ電流が多
いとき、ゲート電圧をさらに高くすれば、IGBTのオ
ン電圧(コレクタ−エミッタ間電圧)は少なくなる。そ
れでIGBTの損失が減ると共にゲート電源の消費電力
も減る。
費電力が大きくなる。モータ電流が少ないとき、ゲート
電圧を高くしてもIGBTのオン電圧(コレクタ−エミ
ッタ間電圧)はほぼ同じである。しかしモータ電流が多
いとき、ゲート電圧をさらに高くすれば、IGBTのオ
ン電圧(コレクタ−エミッタ間電圧)は少なくなる。そ
れでIGBTの損失が減ると共にゲート電源の消費電力
も減る。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明について図に従い詳
細に説明する。
細に説明する。
【0011】図2は電気車の駆動主回路を示す。バッテ
リ1の(+)電源線2からブレーカ4を経て(+)電圧
線5からインバータ6に供給する。インバータ6は電力
用スイッチング素子としてIGBT(絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタ)Q1,Q2(Q3,Q4あるいはQ
5,Q6)を2個直列に接続しアームを構成し3個のア
ームを並列にし3相インバータとしている。各IGBT
のゲートにゲートドライブ回路8が接続される。
リ1の(+)電源線2からブレーカ4を経て(+)電圧
線5からインバータ6に供給する。インバータ6は電力
用スイッチング素子としてIGBT(絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタ)Q1,Q2(Q3,Q4あるいはQ
5,Q6)を2個直列に接続しアームを構成し3個のア
ームを並列にし3相インバータとしている。各IGBT
のゲートにゲートドライブ回路8が接続される。
【0012】インバータ6のアームから電流センサ9,
電流センサ10を介し残りのアームから直接(あるいは
電流センサ11を介し)交流モータ12に接続してい
る。
電流センサ10を介し残りのアームから直接(あるいは
電流センサ11を介し)交流モータ12に接続してい
る。
【0013】(+)電源線2からキースイッチ13を経
て、インバータ制御回路14に接続する。
て、インバータ制御回路14に接続する。
【0014】アクセル15は、アクセルペダルの踏み込
みに応じて電気信号の大きさを変えインバータ制御回路
14に入力する。
みに応じて電気信号の大きさを変えインバータ制御回路
14に入力する。
【0015】図1は本発明から成るゲート電源回路を示
す。
す。
【0016】キースイッチ13からダイオードD1,電
界効果トランジスタFET1,インダクターL1を直列
に接続し、インダクターL1の入力側にダイオード2出
力側にコンデンサ1を接続し他端を(−)電源線3に接
続しいわゆるスイッチング電源回路を構成する。
界効果トランジスタFET1,インダクターL1を直列
に接続し、インダクターL1の入力側にダイオード2出
力側にコンデンサ1を接続し他端を(−)電源線3に接
続しいわゆるスイッチング電源回路を構成する。
【0017】スイッチング電源制御回路16は、規定電
圧線17の電圧がある規定値になるよう検出回路18の
信号をフィードバックして電界効果トランジスタFET
1のオン・オフをおこなう。
圧線17の電圧がある規定値になるよう検出回路18の
信号をフィードバックして電界効果トランジスタFET
1のオン・オフをおこなう。
【0018】検出回路18は、以下の(1)(2)に示
した構成と動作を行う。
した構成と動作を行う。
【0019】(1)規定電圧線17からツェナダイオー
ドZD1,抵抗R8,トランジスタTR1のベースに接
続しエミッタは、一般的には(−)電源線3に接続され
規定電圧線17の電圧がツェナー電圧VZより大きいと
トランジスタTR1が導通し信号をスイッチング電源制
御回路16に伝達する。
ドZD1,抵抗R8,トランジスタTR1のベースに接
続しエミッタは、一般的には(−)電源線3に接続され
規定電圧線17の電圧がツェナー電圧VZより大きいと
トランジスタTR1が導通し信号をスイッチング電源制
御回路16に伝達する。
【0020】(2)抵抗器R9,R10演算増幅器OP
A1モータ電流ピーク値検出回路19から構成している
回路の演算増幅器OPA1の出力端にトランジスタTR
1のエミッタ接続することにより、規定電圧線17の電
圧が電圧VMに電圧VZを加えた値より大きいとトラン
ジスタTR1が導通し信号をスイッチング電源制御回路
16に伝達する。
A1モータ電流ピーク値検出回路19から構成している
回路の演算増幅器OPA1の出力端にトランジスタTR
1のエミッタ接続することにより、規定電圧線17の電
圧が電圧VMに電圧VZを加えた値より大きいとトラン
ジスタTR1が導通し信号をスイッチング電源制御回路
16に伝達する。
【0021】IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジ
スタ)の特性で違うが、電圧VZは12Vから15V程
度とし電圧VMの変化を0Vから5V程度とする。
スタ)の特性で違うが、電圧VZは12Vから15V程
度とし電圧VMの変化を0Vから5V程度とする。
【0022】図3はモータ電流ピーク値検出回路19の
詳細図である。
詳細図である。
【0023】電流センサ9の出力波形は、正弦波を示し
ダイオードD3で(+)極のみ検出しコンデンサC2で
ピーク値を保つ。抵抗R13,R14でゲインを変え適
正な出力を得る。
ダイオードD3で(+)極のみ検出しコンデンサC2で
ピーク値を保つ。抵抗R13,R14でゲインを変え適
正な出力を得る。
【0024】この特性を図4に示す。横軸にモータ電流
のピーク値を縦軸に検出回路18の電圧VMを示す。
のピーク値を縦軸に検出回路18の電圧VMを示す。
【0025】電力用スイッチング素子IGBTに流れる
電流が大きくなると、ゲート電圧を大きくするのでIG
BTオン電圧の増加を低くして、IGBT損失の増加を
低減し、発熱を低減する。
電流が大きくなると、ゲート電圧を大きくするのでIG
BTオン電圧の増加を低くして、IGBT損失の増加を
低減し、発熱を低減する。
【0026】つまり、ゲートドライブ電源回路の消費電
力を小さくしIGBTの損失を従来とほぼ同じにするこ
とができる。
力を小さくしIGBTの損失を従来とほぼ同じにするこ
とができる。
【0027】以上説明した回路は電源回路20である。
【0028】図1の電界効果トランジスタFET2,F
ET3,トランスの鉄心24に同じ巻数で巻かれた1次
コイル21、1次コイル22、一定通流率発振回路23
は、フリップ・フロップ素子などを用いて、スイッチン
グ素子の電界効果トランジスタFET2,FET3を交
互に導通するプッシュ・プル回路を構成している。
ET3,トランスの鉄心24に同じ巻数で巻かれた1次
コイル21、1次コイル22、一定通流率発振回路23
は、フリップ・フロップ素子などを用いて、スイッチン
グ素子の電界効果トランジスタFET2,FET3を交
互に導通するプッシュ・プル回路を構成している。
【0029】トランスの鉄心24に巻かれた2次コイル
25,2次コイル26,ダイオードD4…D7,インダ
クタL2,インダクタL3,コンデンサC3…C5,3
端子負電圧レギュレータ29で構成しているゲートドラ
イブ電源回路30はゲートドライブ回路8の電源を供給
する。
25,2次コイル26,ダイオードD4…D7,インダ
クタL2,インダクタL3,コンデンサC3…C5,3
端子負電圧レギュレータ29で構成しているゲートドラ
イブ電源回路30はゲートドライブ回路8の電源を供給
する。
【0030】端子aは正電圧線、bは0ボルト線、cは
負電圧線である。
負電圧線である。
【0031】2次コイル25,2次コイル26の巻数を
同じとする。これはプッシュ・プル回路が動作しても、
トランスの鉄心24が偏磁しないようにするためであ
る。3端子負電圧レギュレータ29を用いて一定の電圧
(7V程度)にするのは、スイッチング素子IGBTの
オン信号で導通するまでの遅れ時間を少なくするための
ものである。
同じとする。これはプッシュ・プル回路が動作しても、
トランスの鉄心24が偏磁しないようにするためであ
る。3端子負電圧レギュレータ29を用いて一定の電圧
(7V程度)にするのは、スイッチング素子IGBTの
オン信号で導通するまでの遅れ時間を少なくするための
ものである。
【0032】ゲートドライブ回路8の端子ab間に多く
電流が流れても、2次コイル25からダイオードD4を
経て、また2次コイル26からダイオードD7を経て供
給されるので端子ab間の電圧変動を微小にすることが
できる。同じように端子bc間に多く電流が流れても、
2次コイルからダイオードD5,ダイオードD6より供
給され、端子bc間の電圧変動を微小にすることができ
る。
電流が流れても、2次コイル25からダイオードD4を
経て、また2次コイル26からダイオードD7を経て供
給されるので端子ab間の電圧変動を微小にすることが
できる。同じように端子bc間に多く電流が流れても、
2次コイルからダイオードD5,ダイオードD6より供
給され、端子bc間の電圧変動を微小にすることができ
る。
【0033】端子ab間の電圧は、2次コイルと1次コ
イルの比に規定電圧線17の電圧を掛け算し、電界効果
トランジスタFET2(あるいはFET3)の通流率を
掛け算したものである。ここで通流率を95%程度にす
れば、端子ab間の電圧変動は負荷電流が変わっても5
%以内にできる。
イルの比に規定電圧線17の電圧を掛け算し、電界効果
トランジスタFET2(あるいはFET3)の通流率を
掛け算したものである。ここで通流率を95%程度にす
れば、端子ab間の電圧変動は負荷電流が変わっても5
%以内にできる。
【0034】つまり出力電圧をフィードバックしなくと
も、ほぼ一定の電圧を得る。
も、ほぼ一定の電圧を得る。
【0035】これは、ゲートドライブ電源回路を多くし
ても同じ効果を持たせることを意味する。ゲートドライ
ブ電源回路30と同じ部品構成でゲートドライブ電源回
路31を作り端子dは正電圧線、eは0ボルト線、fは
負電圧線とする。ゲートドライブ回路8の詳細図を図5
に示す。
ても同じ効果を持たせることを意味する。ゲートドライ
ブ電源回路30と同じ部品構成でゲートドライブ電源回
路31を作り端子dは正電圧線、eは0ボルト線、fは
負電圧線とする。ゲートドライブ回路8の詳細図を図5
に示す。
【0036】ゲートドライブ回路は、ホトカプラPC,
抵抗R15…R18,トランジスタTR2…TR5から
構成されホトカプラPCのホトダイオードはインバータ
制御回路14に接続され、ホトトランジスタのコレクタ
から抵抗R15でゲートドライブ電源回路30のb端子
に接続する。
抵抗R15…R18,トランジスタTR2…TR5から
構成されホトカプラPCのホトダイオードはインバータ
制御回路14に接続され、ホトトランジスタのコレクタ
から抵抗R15でゲートドライブ電源回路30のb端子
に接続する。
【0037】スイッチング素子IGBTQ1を導通させ
るときは、インバータ制御回路14の端子st間に電圧
を発生させる。トランジスタTR3・TR4が導通し電
力用スイッチング素子IGBT:Q1のゲートに正電圧
が印加され、導通する。
るときは、インバータ制御回路14の端子st間に電圧
を発生させる。トランジスタTR3・TR4が導通し電
力用スイッチング素子IGBT:Q1のゲートに正電圧
が印加され、導通する。
【0038】抵抗R18は、キースイッチ13を投入す
る前にブレーカ4が投入され、ゲート電源の電圧が確立
していないときに電力用スイッチング素子IGBTが導
通するのを防止する。
る前にブレーカ4が投入され、ゲート電源の電圧が確立
していないときに電力用スイッチング素子IGBTが導
通するのを防止する。
【0039】トランジスタTR5をオン状態にせずIG
BTのコレクタに電圧を印加するとIGBTのコレクタ
・ゲート間のコンデンサCgを介してゲートに電流が流
れIGBTが通電する場合があり、これを防止するため
ゲート電圧をほぼ0Vにしておく方法がある。
BTのコレクタに電圧を印加するとIGBTのコレクタ
・ゲート間のコンデンサCgを介してゲートに電流が流
れIGBTが通電する場合があり、これを防止するため
ゲート電圧をほぼ0Vにしておく方法がある。
【0040】しかし、抵抗R18が接続していれば、I
GBTのコレクタ・ゲート間のコンデンサCgを介して
ゲートに流れる電流は、抵抗R1トランジスタTR5の
エミッタ−ベースそして抵抗R18コンデンサC5へ流
れトランジスタTR5が導通する。コンデンサC5の容
量が小さいときは、並列にダイオードD9を接続すれば
よい。
GBTのコレクタ・ゲート間のコンデンサCgを介して
ゲートに流れる電流は、抵抗R1トランジスタTR5の
エミッタ−ベースそして抵抗R18コンデンサC5へ流
れトランジスタTR5が導通する。コンデンサC5の容
量が小さいときは、並列にダイオードD9を接続すれば
よい。
【0041】図1のゲートドライブ電源回路31はIG
BTQ3に用いられ、ゲートドライブ電源回路32はI
GBTQ5に用いられゲートドライブ電源回路33はIG
BTQ2,Q4,Q6をオンオフさせる電源に用いられる。
BTQ3に用いられ、ゲートドライブ電源回路32はI
GBTQ5に用いられゲートドライブ電源回路33はIG
BTQ2,Q4,Q6をオンオフさせる電源に用いられる。
【0042】3点鎖線の内部は電源回路35を示す。
【0043】
【発明の効果】本発明によれば負荷(各ゲートドライブ
回路)に流れる電流が違っても、出力電圧をフィードバ
ックしないで、ほぼ一定の電圧を供給できる複数のゲー
トドライブ電源回路ができた。
回路)に流れる電流が違っても、出力電圧をフィードバ
ックしないで、ほぼ一定の電圧を供給できる複数のゲー
トドライブ電源回路ができた。
【0044】また、電力用スイッチング素子IGBTに
流れる電流の大きさによりゲート電圧を変えるので、I
GBTオン電圧を小さくできるのでIGBTの損失を従
来と同じにし、ゲートドライブ電源回路の消費電力を小
さくすることができた。
流れる電流の大きさによりゲート電圧を変えるので、I
GBTオン電圧を小さくできるのでIGBTの損失を従
来と同じにし、ゲートドライブ電源回路の消費電力を小
さくすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明から成る電源回路図。
【図2】電気車の駆動主回路図。
【図3】モータ電流ピーク値検出回路図。
【図4】モータ電流と検出レベル変化電圧の関係図の特
性。
性。
【図5】ゲートドライブ回路図。
3…(−)電源線、8…ゲートドライブ回路、9…電流
センサ、13…キースイッチ、17…規定電圧線、18
…検出回路、19…モータ電流ピーク値検出回路、20
…電源回路、21…1次コイル、23…一定通流率発信
回路、24…トランスの鉄心、25,26…2次コイ
ル、29…3端子負電圧レギュレータ、30,31,3
2,33…ゲートドライブ電源回路。
センサ、13…キースイッチ、17…規定電圧線、18
…検出回路、19…モータ電流ピーク値検出回路、20
…電源回路、21…1次コイル、23…一定通流率発信
回路、24…トランスの鉄心、25,26…2次コイ
ル、29…3端子負電圧レギュレータ、30,31,3
2,33…ゲートドライブ電源回路。
───────────────────────────────────────────────────── 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 H02M 3/28 H02M 3/28 U 3/337 3/337 D
Claims (2)
- 【請求項1】バッテリ,交流モータ,インバータ,アク
セル,インバータ制御回路を含む電気車の駆動装置にお
いて、バッテリ電圧を入力としある規定電圧を出力する
第一の電源回路、規定電圧をトランスの1次コイルの入
力とし、プッシュ・プル回路のスイッチング素子を大き
な一定通流率で駆動し、同じ巻数を有する2個の2次コ
イルからダイオードを介し正電圧線,負電圧線と0ボル
ト線を出力する回路を、複数個有した第二の電源回路か
ら構成されることを特徴とするインバータ用ゲート電源
回路。 - 【請求項2】請求項1において、前記第一の電源回路に
おける規定電圧制御の検出レベルをモータ電流の大きさ
により変える検出回路を有したインバータ用ゲート電源
回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8073589A JPH09266681A (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | インバータ用ゲート電源回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8073589A JPH09266681A (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | インバータ用ゲート電源回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09266681A true JPH09266681A (ja) | 1997-10-07 |
Family
ID=13522660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8073589A Pending JPH09266681A (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | インバータ用ゲート電源回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09266681A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007089325A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Hitachi Ltd | 電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法及び装置 |
| KR101258356B1 (ko) * | 2011-10-31 | 2013-04-30 | 주식회사 현대케피코 | 자동차 모터 구동용 게이트 구동장치 |
| CN111585427A (zh) * | 2019-02-19 | 2020-08-25 | 夏普株式会社 | 整流电路以及电源装置 |
-
1996
- 1996-03-28 JP JP8073589A patent/JPH09266681A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN111585427A (zh) * | 2019-02-19 | 2020-08-25 | 夏普株式会社 | 整流电路以及电源装置 |
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