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公開番号2025132996
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-10
出願番号2024154441,2024542401
出願日2024-09-09,2024-02-29
発明の名称回路、電圧補償回路、電源回路、および、レベルシフト回路
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02M 3/00 20060101AFI20250903BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ローサイド回路の信号をハイサイド回路に伝達する回路において、高電圧化しても低コストかつ高速伝達を実現する。
【解決手段】グランド電圧を共有する、低電圧のローサイドおよび高電圧のハイサイドがある回路であって、電圧を制御する絶縁型ゲート端子を有する半導体素子142と、ハイサイドの回路に接続し、ローサイドの電圧とハイサイドの電圧との差に基づく一定の電圧に充電された昇圧コンデンサ145と、を備え、半導体素子142に対して、昇圧コンデンサとローサイドの回路144とを直列接続し、ローサイドの回路144の制御信号の電圧を昇圧コンデンサ145でハイサイドの電圧まで昇圧させ、ハイサイドにある半導体素子142の絶縁型ゲート端子に印加する回路。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
グランド電圧を共有する、低電圧のローサイドおよび高電圧のハイサイドがある回路であって、
電圧を制御する絶縁型ゲート端子を有する半導体素子と、
前記ハイサイドの回路に接続し、前記ローサイドの電圧と前記ハイサイドの電圧との差に基づく一定の電圧に充電された昇圧コンデンサと、
を備え、
前記半導体素子に対して、前記昇圧コンデンサと前記ローサイドの回路とを直列接続し、前記ローサイドの回路の制御信号の電圧を前記昇圧コンデンサで前記ハイサイドの電圧まで昇圧させ、前記ハイサイドにある前記半導体素子の絶縁型ゲート端子に印加する回路。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記半導体素子の絶縁型ゲート端子とソース端子との間に、ダイオードを接続することで、前記昇圧コンデンサを充電する、
請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記ダイオードは、前記ローサイドの電圧に合わせたツェナー電圧のツェナーダイオードである、
請求項２に記載の回路。
【請求項４】
グランド電圧を共有する、低電圧のローサイドおよび高電圧のハイサイドがある電圧補償回路であって、
電圧を制御する絶縁型ゲート端子を有する半導体素子と、
前記ハイサイドの回路に接続し、前記ローサイドの電圧と前記ハイサイドの電圧との差に基づく一定の電圧に充電された昇圧コンデンサと、
を備え、
前記半導体素子に対して、前記昇圧コンデンサと前記ローサイドの回路とを直列接続し、前記ローサイドの回路の制御信号の電圧を前記昇圧コンデンサで前記ハイサイドの電圧まで昇圧させ、前記ハイサイドにある前記半導体素子の絶縁型ゲート端子に印加し、
前記半導体素子の抵抗値を制御し、前記半導体素子のソース端子側の電圧を、予め定められた電圧で電圧補償する帰還回路が接続されている、
電圧補償回路。
【請求項５】
チャージポンプ回路を用いて前記昇圧コンデンサを充電する、
請求項４に記載の電圧補償回路。
【請求項６】
請求項４または５に記載の電圧補償回路と、
電源入力に接続され、電荷を蓄電する出力コンデンサと、
電源入力に接続され、電圧を昇圧させる昇圧回路と、
前記昇圧回路によって充電される電圧補償コンデンサと、
を備え、
前記電圧補償回路は、前記電圧補償コンデンサから前記出力コンデンサへ電圧補償を行う電源回路。
【請求項７】
請求項４または５に記載の電圧補償回路と、
電源入力に接続され、電圧補償速度以上の変動を取り除くローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタによって充電される電圧補償コンデンサと、
前記電圧補償回路によって充電される出力コンデンサと、
を備え、
前記電圧補償回路は、前記電圧補償コンデンサから前記出力コンデンサへ電圧補償を行う電源回路。
【請求項８】
グランド電圧を共有する、低電圧のローサイドおよび高電圧のハイサイドがあるレベルシフト回路であって、
電圧を制御する絶縁型ゲート端子を有する半導体素子と、
前記ハイサイドの回路に接続し、前記ローサイドの電圧と前記ハイサイドの電圧との差に基づく一定の電圧に充電された昇圧コンデンサと、
を備え、
前記半導体素子に対して、前記昇圧コンデンサと前記ローサイドの回路とを直列接続し、前記ローサイドの回路から出力されるパルス信号の電圧を前記昇圧コンデンサで前記ハイサイドの電圧まで昇圧させ、前記ハイサイドにある前記半導体素子の絶縁型ゲート端子に印加するレベルシフト回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、回路、電圧補償回路、電源回路、および、レベルシフト回路に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
工場における製品の外観検査、製品加工時の位置出しのためのアライメント制御、高速に動作する機械装置の動作観察などのために、高速移動する製品、装置、治具などを撮像することが求められている。特に外観検査およびアライメント制御においては、ブレの無い鮮明な画像を得るために、撮影対象物をごく短時間だけ照明する照明器具、即ち、ストロボ点灯させる照明器具が用いられることがある。照明器具として近年は、長寿命、省電力などの利点から、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源としたＬＥＤ照明器具の利用が急速に進んでいる。
【０００３】
ＬＥＤを点灯する際、光量を制御するために一般的には電流量の制御を行う。例えば、指定電圧に維持する電圧制御回路とＬＥＤ側に実装された電流制限抵抗の組み合わせによって、ＬＥＤ照明器具の仕様の合わせた電流量に制御する。電圧制御回路と電流制限抵抗を組み合わせた場合は、電圧と電流とが比例しない関係上、少量であっても電圧降下が発生すると、電流量つまり光量が大きく減少する。このため、出力電圧の維持が重要な課題となる。特に、ブレの無い鮮明な画像を得るためにはより短時間により明るい光量での照射が望まれており、出力電圧の維持がより重要である。また、ＬＥＤ照明器具の高輝度化要求に対して、出力電流および出力電圧が増大している。
【０００４】
特許文献１には、定電圧回路の正負の電圧入力端間に電圧低下抑制用のコンデンサを設けたパルス電流出力装置を含むＬＥＤストロボ点灯電源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１７－２２０３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のＬＥＤストロボ点灯電源装置に含まれるパルス電流出力装置では、出力電流および出力電圧の増大に対応すると、高電圧化により定電圧制御部に選択できる高電圧対応素子が限定的で高価になる。また、電流量の増大による電圧補償速度の高速化要求に対して、高電圧対応素子では逆に電圧補償速度が低下してしまう。電圧補償に限らず、ローサイド回路の信号をハイサイド回路に伝達する回路では、高電圧化により、高電圧対応素子が限定的で高価になり、かつ、伝達速度が低下してしまう。一般的に高電圧化時に伝達速度が低下する原因として、半導体スイッチング素子の端子間の電圧差に由来する電圧増幅時のミラー効果が上げられる。
【０００７】
本開示は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ローサイド回路の信号をハイサイド回路に伝達する回路において、高電圧化しても低コストかつ高速伝達を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本開示に係る回路はグランド電圧を共有する、低電圧のローサイドおよび高電圧のハイサイドがある回路である。回路は、半導体素子と、昇圧コンデンサとを備える。半導体素子は、電圧を制御する絶縁型ゲート端子を有する。昇圧コンデンサは、ハイサイドの回路に接続し、ローサイドの電圧とハイサイドの電圧との差に基づく一定の電圧に充電される。回路は、半導体素子に対して、昇圧コンデンサとローサイドの回路とを直列接続し、ローサイドの回路の制御信号の電圧を昇圧コンデンサでハイサイドの電圧まで昇圧させ、ハイサイドにある半導体素子の絶縁型ゲート端子に印加する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、ローサイドの信号をハイサイドに伝達する回路において、ローサイドの回路の制御信号の電圧を昇圧コンデンサでハイサイドの電圧まで昇圧させる昇圧コンデンサを設けたことにより、ローサイド回路においては電圧の制約がなくなり、高速なデバイスを低コストの候補から選択することができ、半導体スイッチング素子による電圧増幅が不要となることで、伝達速度の低下を最小限にすることができ、高電圧化しても低コストかつ高速伝達を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施の形態１に係るパルス電流出力装置の構成例を示す図
実施の形態１に係る電流制限回路の一例を示す図
実施の形態１に係る電流制限回路にインダクタを挿入した一例を示す図
実施の形態１に係る電流制限回路にインダクタを挿入した他の例を示す図
実施の形態１に係る電流制限回路の突入電流の抑え込み効果を比較したグラフを示す図
実施の形態１に係る電流制限回路のインダクタンスを利用した電流の先回り制御を表すグラフを示す図
実施の形態１に係る電流制限回路を用いた電流制限と抵抗器を用いた電流制限との動作差異を表すグラフを示す図
実施の形態１に係る電圧監視がある場合とない場合の立ち上げ時の入力コンデンサ電圧とメインコンデンサ電圧との関係を表すグラフを示す図
実施の形態１に係る電圧監視回路の一例を示す図
実施の形態１に係る高速電圧補償回路の一例を示す図
実施の形態１に係る高速電圧補償回路の昇圧コンデンサによる昇圧制御動作を表すグラフを示す図
実施の形態１に係る高速電圧補償回路における昇圧コンデンサを充電する回路の一例を示す図
実施の形態１に係る高速電圧補償回路における昇圧コンデンサを充電する回路にオペアンプを保護するツェナーダイオードを付加した一例を示す図
実施の形態１に係る高速電圧補償回路における昇圧コンデンサを充電する回路に簡易な電圧補償回路を迂回路として付加した一例を示す図
実施の形態１に係る高速電圧補償回路における昇圧コンデンサを充電する回路に簡易な電圧補償回路を迂回路として付加した場合の充電動作を表すグラフを示す図
実施の形態１に係る高速電圧補償回路における昇圧コンデンサを充電する回路にチャージポンプ回路を付加した一例を示す図
実施の形態２に係る複数のＬＥＤのチャンネルを設けたパルス電流出力装置の構成の一例を示す図
実施の形態２に係る複数のＬＥＤのチャンネルを設けたパルス電流出力装置の構成の他の例を示す図
実施の形態２に係るパルス電流出力装置の４チャンネルのＬＥＤを連続的に点灯させた場合の電流および電圧の変化を表すグラフを示す図
実施の形態３に係る高速電圧補償回路を用いた突入電流発生時の電圧低下を防止する電源回路の一例を示す図
実施の形態３に係る高速電圧補償回路を用いた低リップルの電源回路の一例を示す図
実施の形態４に係る昇圧コンデンサを用いたレベルシフト回路の一例を示す図
実施の形態４に係るレベルシフト回路におけるパルス信号の高速高電圧レベルシフトを表すグラフを示す図
実施の形態４に係るレベルシフト回路におけるローサイドのパルス信号とハイサイドのパルス信号との間の高速伝達を表すグラフを示す図
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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