JPH0429558A - 電圧駆動形半導体素子のゲート駆動回路 - Google Patents
電圧駆動形半導体素子のゲート駆動回路Info
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- JPH0429558A JPH0429558A JP13442190A JP13442190A JPH0429558A JP H0429558 A JPH0429558 A JP H0429558A JP 13442190 A JP13442190 A JP 13442190A JP 13442190 A JP13442190 A JP 13442190A JP H0429558 A JPH0429558 A JP H0429558A
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- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
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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
この発明はI(1,BT、FETなどの電圧駆動形半導
体素子のスイッチング(ターンオン、ターンオフ)のた
めにこの半導体素子のゲートを駆動する回路、 特にこのスイッチング時における主回路電圧のはね上が
りを抑制し、また定常時はこの半導体素子のオン、オフ
の安定度を高め得るようにした電圧駆動形半導体素子の
ゲート駆動回路に関する。 なお以下各図において同一の符号は同一もしくは相当部
分を示す。
体素子のスイッチング(ターンオン、ターンオフ)のた
めにこの半導体素子のゲートを駆動する回路、 特にこのスイッチング時における主回路電圧のはね上が
りを抑制し、また定常時はこの半導体素子のオン、オフ
の安定度を高め得るようにした電圧駆動形半導体素子の
ゲート駆動回路に関する。 なお以下各図において同一の符号は同一もしくは相当部
分を示す。
第3図は電圧駆動形半導体素子の従来のゲート駆動回路
を示す。同図において外部よりロジック演算回路5に電
圧駆動形半導体素子6へのオン・オフ指令01が入力さ
れると、ロジック演算回路5では信号人力01を絶縁増
巾し、順逆切換スイッチ3に必要なオン・オフ信号5a
として伝達する。 ここでオン指令の場合、順逆切換スイッチ3内の順バイ
アススイッチ3−1がオンし、順バイアス電源1の電圧
E1が、ゲート抵抗RGを介し、電圧駆動形半導体素子
6のゲー)GとエミッタEとの間に順バイアスの電圧と
して加わる。 他方、オフ指令の場合、順逆切換スイッチ3内の逆バイ
アススイッチ3−2がオンし、逆バイアス電源2の電圧
E2が、ゲート抵抗RGを介し、電圧駆動形半導体素子
6のゲートG、エミッタE間に逆バイアスの電圧−E2
として加わる。但し以上の動作において順バイアススイ
ッチ3−1と逆バイアススイッチ3−2が同時にオンし
て、順バイアス電源Elと逆バイアス電源E2が短絡し
ないように、ロジック演算回路5が制御している。 第4図は第3図の回路における半導体素子6のゲート電
圧波形の例を示す、但しこの電圧制御形半導体素子6は
ゲート電圧VGtが正電圧のときオンする素子とする。 ロジック演算回路5への信号人力01がオン指令になる
と、順逆切換スイッチ3により、ゲート電圧v、tは−
E2からElへと切り換わり、電圧制御形半導体素子6
はオンする。 但しゲート抵抗RGと電圧制御形半導体素子6のゲート
G、エミッタE間の等価容量C3により、ゲート電圧V
GEはある時定数をもって切り換わる。 また信号人力01がオフ指令になると、同様にある時定
数をもって、ゲート電圧vGxはElから−E2へと切
り換わり、電圧制御形半導体素子6はオフする。
を示す。同図において外部よりロジック演算回路5に電
圧駆動形半導体素子6へのオン・オフ指令01が入力さ
れると、ロジック演算回路5では信号人力01を絶縁増
巾し、順逆切換スイッチ3に必要なオン・オフ信号5a
として伝達する。 ここでオン指令の場合、順逆切換スイッチ3内の順バイ
アススイッチ3−1がオンし、順バイアス電源1の電圧
E1が、ゲート抵抗RGを介し、電圧駆動形半導体素子
6のゲー)GとエミッタEとの間に順バイアスの電圧と
して加わる。 他方、オフ指令の場合、順逆切換スイッチ3内の逆バイ
アススイッチ3−2がオンし、逆バイアス電源2の電圧
E2が、ゲート抵抗RGを介し、電圧駆動形半導体素子
6のゲートG、エミッタE間に逆バイアスの電圧−E2
として加わる。但し以上の動作において順バイアススイ
ッチ3−1と逆バイアススイッチ3−2が同時にオンし
て、順バイアス電源Elと逆バイアス電源E2が短絡し
ないように、ロジック演算回路5が制御している。 第4図は第3図の回路における半導体素子6のゲート電
圧波形の例を示す、但しこの電圧制御形半導体素子6は
ゲート電圧VGtが正電圧のときオンする素子とする。 ロジック演算回路5への信号人力01がオン指令になる
と、順逆切換スイッチ3により、ゲート電圧v、tは−
E2からElへと切り換わり、電圧制御形半導体素子6
はオンする。 但しゲート抵抗RGと電圧制御形半導体素子6のゲート
G、エミッタE間の等価容量C3により、ゲート電圧V
GEはある時定数をもって切り換わる。 また信号人力01がオフ指令になると、同様にある時定
数をもって、ゲート電圧vGxはElから−E2へと切
り換わり、電圧制御形半導体素子6はオフする。
【発明が解決しようとする課8】
しかしながら第3図のゲート駆動回路では順バイアス電
源電圧El、逆バイアス電源電圧−E2は固定であり、
このゲート電圧を高めると、電圧駆動形半導体素子は定
常時、ノイズ等による外乱を受は難くなり、そのオン、
オフの動作状態の安定度が高まり、スイッチング速度も
速くなるが、他方スイッチング速度が速いと、主回路の
配線インダクタンスによる電圧のはね上がりが太き(な
り、素子の絶対最大定格電圧を越えてしまう場合がある
。 これはターンオフ時は、電源より電圧制御形半導体素子
までの前記配線インダクタンスのため、電流が減少する
ことにより、この配線インダクタンスのエネルギが電圧
のはね上がりを惹起し、他方、ターンオン時は、ブリッ
ジ結線のインバータ回路等の場合、対向アームのダイオ
ードにフライホイルモードの電流が流れていた時に、電
圧制御形半導体素子のターンオンにより、そのターンオ
ンした素子に電流が転流し、対向アームのダイオードの
逆回復時の電圧のはね上がりを生ずるためである。 またゲート抵抗RGを大きくすれば、スイ・プチング速
度が遅くなり、主回路の配線インダクタンスによる電圧
のはね上がりは小さくなるが、スイッチング速度が遅く
なる影響でスイッチング損失が増大するという悪影響が
ある。 そこで本発明はこの問題を解消し得る電圧駆動形半導体
素子のゲート駆動回路を提供することを課題とする。
源電圧El、逆バイアス電源電圧−E2は固定であり、
このゲート電圧を高めると、電圧駆動形半導体素子は定
常時、ノイズ等による外乱を受は難くなり、そのオン、
オフの動作状態の安定度が高まり、スイッチング速度も
速くなるが、他方スイッチング速度が速いと、主回路の
配線インダクタンスによる電圧のはね上がりが太き(な
り、素子の絶対最大定格電圧を越えてしまう場合がある
。 これはターンオフ時は、電源より電圧制御形半導体素子
までの前記配線インダクタンスのため、電流が減少する
ことにより、この配線インダクタンスのエネルギが電圧
のはね上がりを惹起し、他方、ターンオン時は、ブリッ
ジ結線のインバータ回路等の場合、対向アームのダイオ
ードにフライホイルモードの電流が流れていた時に、電
圧制御形半導体素子のターンオンにより、そのターンオ
ンした素子に電流が転流し、対向アームのダイオードの
逆回復時の電圧のはね上がりを生ずるためである。 またゲート抵抗RGを大きくすれば、スイ・プチング速
度が遅くなり、主回路の配線インダクタンスによる電圧
のはね上がりは小さくなるが、スイッチング速度が遅く
なる影響でスイッチング損失が増大するという悪影響が
ある。 そこで本発明はこの問題を解消し得る電圧駆動形半導体
素子のゲート駆動回路を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段]
前記の課題を解決するために本発明の回路は、rゲート
電圧の2つの極性に応じてそれぞれオン9オフする電圧
駆動形半導体素子のゲートを駆動する回路において、 前記半導体素子のターンオフ時にそのゲート電圧の絶対
値を低目にし、この半導体素子が定常のオフ状態に入る
と徐々にこのゲート電圧の絶対値を上げる手段(ツェナ
ダイオードZD2.抵抗R2など)、および前記半導体
素子のターンオン時にそのゲート電圧の絶対値を低目に
し、この半導体素子が定常のオン状態に入ると、徐々に
このゲート電圧の絶対値を上げる手段(ツェナダイオー
ドZDI、抵抗R1など)を備えたJものとする。 【作 用】 第2図は本発明による電圧駆動形半導体素子に印加させ
るゲート電圧V、の波形図である。信号人力01がオフ
指令からオン指令に切り換ると、ゲート電圧■1はある
時定数τ1にて、最終到達ゲート電圧E1より小さい値
(第2図では1/2E、)を目標に立ち上がる。そのの
ちターンオン完了前後に1/2E、から再びElを目標
にある時定数τ2(τ、〉τI)でゲート電圧は増加す
る。これにより、ターンオン時は速すぎないターンオン
時間のため、電圧のはね上がりが最適値に納まり、また
定常オン時は高いゲート電圧のため、外乱に強い安定し
たオン状態と、電圧駆動形半導体素子の低飽和電圧(低
損失)とが得られる。 また同様に信号人力01がオン指令からオフ指令に切り
換ると、ゲート電圧VGEはある時定数τ。 にて最終到達ゲート電圧−E2より絶対値が小さい値(
第2図では−t/2Ez)を目標に立ち上がる。 その後ターンオフ完了前後に一1/2EZから再びE2
を目標にある時定数τ4(τ4〉τ3)でゲート電圧の
絶対値は増加する。これによりターンオフ時は速すぎな
いターンオフ時間のため、電圧のはね上がりが最適値に
納まり、また定常オフ時には十分絶対値の大きなゲート
電圧のため、電圧駆動形半導体素子は外乱に強い安定し
たオフ状態となる。
電圧の2つの極性に応じてそれぞれオン9オフする電圧
駆動形半導体素子のゲートを駆動する回路において、 前記半導体素子のターンオフ時にそのゲート電圧の絶対
値を低目にし、この半導体素子が定常のオフ状態に入る
と徐々にこのゲート電圧の絶対値を上げる手段(ツェナ
ダイオードZD2.抵抗R2など)、および前記半導体
素子のターンオン時にそのゲート電圧の絶対値を低目に
し、この半導体素子が定常のオン状態に入ると、徐々に
このゲート電圧の絶対値を上げる手段(ツェナダイオー
ドZDI、抵抗R1など)を備えたJものとする。 【作 用】 第2図は本発明による電圧駆動形半導体素子に印加させ
るゲート電圧V、の波形図である。信号人力01がオフ
指令からオン指令に切り換ると、ゲート電圧■1はある
時定数τ1にて、最終到達ゲート電圧E1より小さい値
(第2図では1/2E、)を目標に立ち上がる。そのの
ちターンオン完了前後に1/2E、から再びElを目標
にある時定数τ2(τ、〉τI)でゲート電圧は増加す
る。これにより、ターンオン時は速すぎないターンオン
時間のため、電圧のはね上がりが最適値に納まり、また
定常オン時は高いゲート電圧のため、外乱に強い安定し
たオン状態と、電圧駆動形半導体素子の低飽和電圧(低
損失)とが得られる。 また同様に信号人力01がオン指令からオフ指令に切り
換ると、ゲート電圧VGEはある時定数τ。 にて最終到達ゲート電圧−E2より絶対値が小さい値(
第2図では−t/2Ez)を目標に立ち上がる。 その後ターンオフ完了前後に一1/2EZから再びE2
を目標にある時定数τ4(τ4〉τ3)でゲート電圧の
絶対値は増加する。これによりターンオフ時は速すぎな
いターンオフ時間のため、電圧のはね上がりが最適値に
納まり、また定常オフ時には十分絶対値の大きなゲート
電圧のため、電圧駆動形半導体素子は外乱に強い安定し
たオフ状態となる。
第1図は本発明の一実施例としての回路図で、第3図に
対応するものである。第1図においては第3図に対し順
バイアススイッチ3−1に直列に抵抗R1が挿入され、
さらにこの抵抗R1に並列に、かつ順バイアス電源1を
阻止する極性にツェナダイオードZDIが接続されてい
る。そしてまた逆バイアススイッチ3−2にも同様に直
列に抵抗R2が挿入され、さらにこの抵抗R2と並列に
、かつ逆バイアス電源2を阻止する極性にツェナダイオ
ードZD2が接続されている。 ロジック演算回路5に与えられる信号人力01がオフ指
令より、オン指令に切換ねると、逆バイアススイッチ3
−2がオフ、順バイアススイッチ31がオンとなる。こ
の初期状態では電圧駆動形半導体素子6のゲートG、エ
ミッタE間に寄生する等価容量C5は−E2の電圧に充
電されている。 またツェナダイオードZDIのツェナ電圧v2DIは順
バイアス電源電圧E、より低い電圧値に設定しである。 従って始めはツェナダイオードZDIがオンすることに
なり、順バイアス電源1の電圧E、は順バイアススイッ
チ3−1.ツェナダイオードZD1.ゲート抵抗R,を
通り、電圧駆動形半導体素子6のゲートG、エミッタE
間に印加される。この場合、ゲート電圧vexは初期値
−E2.最終到達目標値E、 −V、□9時定数c、X
Reで(つまり速すぎない立上がり時間で)立ち上がる
。その後、ゲート電圧■、が増大し、等価容量C3の充
tii流が減少して、この充電を流による抵抗R1の電
圧降下がツェナ電圧■2ゎ、以下の状態になると、ツェ
ナダイオードZDIはオフ状態となり、ゲート電圧■1
は最終到達値Elf時定数C8x (RG +Rυにて
ゆっくりと上昇していく。 他方、信号人力01がオン指令よりオフ指令に切換る時
も同様で、順バイアススイッチ3−1がオフ、逆バイア
ススイッチ3−2がオンとなり、等価容量C5が反転充
電される。この場合、ツェナダイオードZD2のツェナ
電圧v2□は逆バイアス電源2の電圧E2より低い電圧
値に設定されているので、初めはツェナダイオードZD
2がオンすることにより、ゲート電圧■Gやは初期値E
1.最終到達値−(E2−V2D、)、時定数Cs X
Rc T: (ツまり速すぎない立下がり時間で)立
下り、その後、ツェナダイオードZD2がオフすると、
ゲート電圧■1は最終到達値−E2.時定数c s x
(RG+R,)にてゆっくりと下降していく。 このように適当なEI+ EIV2DI+VZ11Z
+R1+R2,R,の値を選べば、第2図のタイムチャ
ートが得られることになる。
対応するものである。第1図においては第3図に対し順
バイアススイッチ3−1に直列に抵抗R1が挿入され、
さらにこの抵抗R1に並列に、かつ順バイアス電源1を
阻止する極性にツェナダイオードZDIが接続されてい
る。そしてまた逆バイアススイッチ3−2にも同様に直
列に抵抗R2が挿入され、さらにこの抵抗R2と並列に
、かつ逆バイアス電源2を阻止する極性にツェナダイオ
ードZD2が接続されている。 ロジック演算回路5に与えられる信号人力01がオフ指
令より、オン指令に切換ねると、逆バイアススイッチ3
−2がオフ、順バイアススイッチ31がオンとなる。こ
の初期状態では電圧駆動形半導体素子6のゲートG、エ
ミッタE間に寄生する等価容量C5は−E2の電圧に充
電されている。 またツェナダイオードZDIのツェナ電圧v2DIは順
バイアス電源電圧E、より低い電圧値に設定しである。 従って始めはツェナダイオードZDIがオンすることに
なり、順バイアス電源1の電圧E、は順バイアススイッ
チ3−1.ツェナダイオードZD1.ゲート抵抗R,を
通り、電圧駆動形半導体素子6のゲートG、エミッタE
間に印加される。この場合、ゲート電圧vexは初期値
−E2.最終到達目標値E、 −V、□9時定数c、X
Reで(つまり速すぎない立上がり時間で)立ち上がる
。その後、ゲート電圧■、が増大し、等価容量C3の充
tii流が減少して、この充電を流による抵抗R1の電
圧降下がツェナ電圧■2ゎ、以下の状態になると、ツェ
ナダイオードZDIはオフ状態となり、ゲート電圧■1
は最終到達値Elf時定数C8x (RG +Rυにて
ゆっくりと上昇していく。 他方、信号人力01がオン指令よりオフ指令に切換る時
も同様で、順バイアススイッチ3−1がオフ、逆バイア
ススイッチ3−2がオンとなり、等価容量C5が反転充
電される。この場合、ツェナダイオードZD2のツェナ
電圧v2□は逆バイアス電源2の電圧E2より低い電圧
値に設定されているので、初めはツェナダイオードZD
2がオンすることにより、ゲート電圧■Gやは初期値E
1.最終到達値−(E2−V2D、)、時定数Cs X
Rc T: (ツまり速すぎない立下がり時間で)立
下り、その後、ツェナダイオードZD2がオフすると、
ゲート電圧■1は最終到達値−E2.時定数c s x
(RG+R,)にてゆっくりと下降していく。 このように適当なEI+ EIV2DI+VZ11Z
+R1+R2,R,の値を選べば、第2図のタイムチャ
ートが得られることになる。
本発明によれば、スイッチング時にゲート電圧の立上が
り(立下り)時間を増加させずにその絶対値を低目にし
、スイッチング完了前後より、ゲート電圧を高く変化さ
せるようにしたので、従来のゲート駆動回路に若干の部
品を追加するのみで、スイッチング時の主回路電圧のは
ね上がりを最小限にしながら、定常時の電圧駆動形半導
体素子の損失(オン時)の減少ができ、かつ外乱に強い
ゲート駆動回路を実現することができる。
り(立下り)時間を増加させずにその絶対値を低目にし
、スイッチング完了前後より、ゲート電圧を高く変化さ
せるようにしたので、従来のゲート駆動回路に若干の部
品を追加するのみで、スイッチング時の主回路電圧のは
ね上がりを最小限にしながら、定常時の電圧駆動形半導
体素子の損失(オン時)の減少ができ、かつ外乱に強い
ゲート駆動回路を実現することができる。
第1図は本発明の一実施例としての回路図、第2図は同
じく第1図に基づくゲート電圧のタイムチャート、 第3図は第1図に対応する従来の回路図、第4図は第3
図に基づくゲート電圧の例を示すタイムチャートである
。 01:信号入力、1:順バイアス電源、2:逆バイアス
ミ源、3:順逆切換スイッチ、3−1:順バイアススイ
ッチ、3−2二逆バイアススイツチ、RG :ゲート抵
抗、5:ロジック演算回路、6:電圧駆動形半導体素子
、ZDI、ZD2 :ツエナダイオード、R1,R2:
抵抗、C5:等価容量。 第3図 第4図
じく第1図に基づくゲート電圧のタイムチャート、 第3図は第1図に対応する従来の回路図、第4図は第3
図に基づくゲート電圧の例を示すタイムチャートである
。 01:信号入力、1:順バイアス電源、2:逆バイアス
ミ源、3:順逆切換スイッチ、3−1:順バイアススイ
ッチ、3−2二逆バイアススイツチ、RG :ゲート抵
抗、5:ロジック演算回路、6:電圧駆動形半導体素子
、ZDI、ZD2 :ツエナダイオード、R1,R2:
抵抗、C5:等価容量。 第3図 第4図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)ゲート電圧の2つの極性に応じてそれぞれオン,オ
フする電圧駆動形半導体素子のゲートを駆動する回路に
おいて、 前記半導体素子のターンオフ時にそのゲート電圧の絶対
値を低目にし、この半導体素子が定常のオフ状態に入る
と徐々にこのゲート電圧の絶対値を上げる手段、および
前記半導体素子のターンオン時にそのゲート電圧の絶対
値を低目にし、この半導体素子が定常のオン状態に入る
と、徐々にこのゲート電圧の絶対値を上げる手段を備え
たことを特徴とする電圧駆動形半導体素子のゲート駆動
回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13442190A JPH0429558A (ja) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | 電圧駆動形半導体素子のゲート駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13442190A JPH0429558A (ja) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | 電圧駆動形半導体素子のゲート駆動回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0429558A true JPH0429558A (ja) | 1992-01-31 |
Family
ID=15127997
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13442190A Pending JPH0429558A (ja) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | 電圧駆動形半導体素子のゲート駆動回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0429558A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7710187B2 (en) | 2007-09-12 | 2010-05-04 | Mitsubishi Electric Corporation | Gate drive circuit |
US9461640B2 (en) | 2012-12-21 | 2016-10-04 | Mitsubishi Electric Corporation | Switching element drive circuit, power module, and automobile |
-
1990
- 1990-05-24 JP JP13442190A patent/JPH0429558A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7710187B2 (en) | 2007-09-12 | 2010-05-04 | Mitsubishi Electric Corporation | Gate drive circuit |
US8610485B2 (en) | 2007-09-12 | 2013-12-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Gate drive circuit |
US9461640B2 (en) | 2012-12-21 | 2016-10-04 | Mitsubishi Electric Corporation | Switching element drive circuit, power module, and automobile |
DE112012007247B4 (de) | 2012-12-21 | 2022-11-10 | Mitsubishi Electric Corporation | Ansteuerschaltung für ein Schaltelement, Leistungsmodul und Kraftfahrzeug |
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