DE4228671C2 - Festkörperrelais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Festkörperrelais der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art. Bei derartigen Festkörperrelais wird ein Eingangssignal beispielsweise durch eine lichtemittierende Diode in ein Lichtsignal umgewandelt. Eine photovoltaische Diodengruppe ist mit der lichtemittierenden Diode optisch gekoppelt, um das Lichtsignal in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Dieses wird dann zur Ansteuerung eines MOS-Feldeffekttransistors benutzt, der einer Ausgangsvorrichtung zur Erzielung eines Kontaktsignals als Ausgang dient.

Ein Festkörperrelais der eingangs genannten Art ist in der EP 0 442 561 A1 beschrieben. Bei diesem bekannten Festkör­ perrelais ist der Widerstand zwischen die Verbindungsstelle des Impedanzelements mit dem Ansteuertransistor und den Source-Anschluß des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors geschaltet. Demnach liegt dieser Widerstand nicht nur im Entladestromkreis, sondern gleichzeitig auch im Ladestromkreis des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors. Hierbei tritt nun aber das Problem auf, daß eine voneinander unabhängige Einstellung der Einschalt- und Ausschalt-Zeitkonstanten nicht mehr ohne weiteres möglich ist. Um dennoch eine voneinander unabhängige Einstellung zu ermöglichen, ist bei einer Ausführungsvariante als zum Widerstand paralleles spannungsabhängiges Element beispielsweise eine Gleichrichterdiode vorgesehen. Dies führt nun aber dazu, daß die Gate-Source-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors nur noch bis zu einer Spannung aufgeladen wird, die um die Durchlaßspannung der Diode verringert ist. Überdies sperrt eine solche Diode im allgemeinen während der gesamten Abschaltphase, so daß eine Entladung der Gate-Source-Kapazität des Ausgangs-MOS- Feldeffekttransistors ausschließlich über den Widerstand erfolgt. Damit werden sowohl die Abfallzeit als auch die Ansprechzeit entsprechend verlängert, woraus sich eine relativ große resultierende Ausschaltzeit ergibt. Bei anderen Ausführungsformen wird als spannungsabhängiges Element eine Zenerdiode oder ein weiterer MOS-Feldeffekttransistor eingesetzt.

Bei einer in Patents Abstracts of Japan, E-1076, June 11, 1991 Vol. 15/Nr. 229 (JP-A2-3-65816) beschriebenen, mit einem Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistor versehenen Relaisschaltung wird die Ausschaltzeit verkürzt, indem das Durchschalten eines ersten, zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors liegenden Ansteuertransistors durch einen zweiten Ansteuertransistor beschleunigt wird, über den ein Widerstand kurzgeschlossen wird, der zusammen mit einem weiteren Widerstand dazu dient, in der Einschaltphase, d. h. bei Auftreten eines photovoltaischen Ausgangssignals, den ersten Ansteuertransistor im Sinne eines Sperrens vorzuspannen. Während der Ausgangs-MOS- Feldeffekttransistor durch das photovoltaische Ausgangssignal eingeschaltet wird, wird der zweite Steuertransistor durchgeschaltet, wodurch der betreffende Widerstand kurzgeschlossen wird. Dadurch wird in der Auschaltphase das Durchschalten des ersten Ansteuertransistors beschleunigt, wodurch u. a. auch die Abfallzeit des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors verkürzt wird.

Bei einem aus der EP 0 506 288 A2 bekannten Relais sind die Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistoren vom Verarmungstyp und normalerweise eingeschaltet. Indem über einen zuschaltbaren Widerstand die Entladung der Gate-Source-Kapazität der Ausgangs- MOS-Feldeffekttransistoren verzögert wird, wird die Einschaltgeschwindigkeit entsprechend verringert.

Bei einem aus der US-A-4 390 790 bekannten Festkörperrelais ist eine photovoltaische Diodengruppe, die mit einer lichtemittierenden Diode optisch gekoppelt ist, in Serie mit einem MOS-Feldeffekttransistor geschaltet, zwischen dessen Gate-Anschluß und Basis-Anschluß ein normalerweise eingeschalteter Sperrschicht-Feldeffekttransistor angeschlossen ist, während eine zusätzliche photovoltaische Diodengruppe zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des Sperrschicht-Feldeffekttransistors über einen Widerstand liegt. Bei diesem bekannten Festkörperrelais können momentane Fehlauslösungen, wie sie bei dem Festkörperrelais aufgetreten sind, die in der genannten US-A-4 390 790 als bekannt angegeben wurden, durch Vorsehen der zusätzlichen Diodengruppe verhindert werden, die den normalerweise eingeschalteten Sperrschicht-Feldeffekttransistor ansteuern kann. Die Vergrößerung der Chip-Größen wegen der Notwendigkeit der zusätzlichen photovoltaischen Diodengruppe und die Notwendigkeit der kombinierten Schaltungsanordnung des Sperrschicht-Feldeffekttransistors mit der zusätzlichen Diodengruppe machte einen mit hoher Geschwindigkeit ablaufenden Relaisbetrieb nahezu kaum realisierbar.

Ein Festkörperrelais, das einen sehr schnellen Betrieb zu­ läßt, ist in der US-A-4 804 866 beschrieben. Bei diesem Festkörperrelais ist eine photovoltaische Diodengruppe optisch mit einer lichtemittierenden Diode gekoppelt. Ein Ausgangs- MOS-Feldeffekttransistor ist mit der photovoltaischen Diodengruppe in Serie geschaltet. Ein normalerweise eingeschalteter Ansteuertransistor liegt zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß dieses Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors. Ferner ist eine Steuerelektrode dieses Ansteuertransistors am Verbindungspunkt zwischen der photovoltaischen Diodengruppe und einem Impedanzelement angeschlossen, so daß beim Auftreten eines photovoltaischen Ausgangssignals an der photovoltaischen Diodengruppe als Reaktion auf einen Eingangstrom zur lichtemittierenden Diode der Ansteuertransistor in einen Zustand mit hoher Impedanz durch eine an dem Impedanzelement erzeugte Spannung vorgespannt wird. Bei diesem Relais wird das an der photovoltaischen Diodengruppe aufgrund des Lichtsignals aus der lichtemittierenden Diode auftretende photovoltaische Ausgangssignal zwischen den Gate-Anschluß und den Source-Anschluß des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors angelegt und es bewirkt das Fließen eines photovoltaischen Stroms durch den Ansteuertransistor, der von einem Feldeffekttransistor vom Verarmungstyp gebildet ist. Wenn der Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistor des Relais nach der US-A-4 804 866 ein Feldeffekttransistor vom N-Typ und vom Anreicherungstyp ist, verursacht das photovoltaische Ausgangssignal das Fließen eines Stroms zum Aufladen einer elektrostatischen Gate- Kapizität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors und auch das Fließen eines Stroms durch den Ansteuertransistor und durch einen Vorspannungstransistor wie dem Impedanzelement, wobei der Gate-Anschluß des Ansteuertransistors auf eine negative Spannung von einer an den Vorspannungstransistor auftretenden Spannung vorgespannt wird, so daß der Ansteuertransistor sofort in den Zustand mit hoher Impedanz versetzt wird und die elektrostatische Gate-Kapazität des Ausgangs- MOS-Feldeffekttransistors wirksam aufgeladen wird. Dabei wird das Festkörperrelais veranlaßt, seinen Zustand an beiden Ausgangsanschlüssen vom Aus-Zustand zum Ein-Zustand zu ändern. Falls der Eingangsstroms des Festkörperrelais unterbrochen wird, tritt an der photovoltaischen Diodengruppe kein photovoltaisches Ausgangssignal auf, so daß der durch den Vorspannungswiderstand fließende Strom verschwindet und der Ansteuertransistor in den eingeschalteten Zustand zurückkehrt. Eine an der elektrostatischen Gate-Kapizität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors angesammelte Ladung wird über den Ansteuertransistor entladen, und der Aus-Zustand an den Ausgangsanschlüssen des Relais wird wiederhergestellt.

Das Festkörperrelais gemäß der US-A-4 804 866 hat jedoch die Eigenschaft, daß der Anstiegsgradient des Ausgangssignals als Reaktion auf den Anstieg des Eingangssignals des Relais relativ steil ist und daß der abfallende Gradient des Ausganssignals als Reaktion auf einen Abfall des Eingangssignals extrem steil wird. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Ladung an der elektrostatischen Gate-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors zwar durch den Vorspannungswiderstand fließt und daher relativ viel Zeit benötigt, die Entladung der in der elektrostatischen Gate- Kapizität angesammelten Ladung jedoch über den in den Zustand mit niedriger Impedanz versetzten Ansteuertransistor sehr schnell erfolgt. Aus diesem Grund bestand bei diesem bekannten Relais das Problem, daß beim Anschließen einer kapazitiven oder induktiven Last an das Relais das Risiko entsteht, daß beim Schalten desselben ein großer Strom oder eine hohe Spannung hervorgerufen werden, was zur Verursachung elektrischer Störungen führen kann, die zum einem fehlerhaften Betrieb weiterer zugehöriger Schaltungen führen kann.

Ziel der Erfindung ist es, ein Festkörperrelais der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die genannten Probleme beseitigt sind und zur Vermeidung elektrischer Störungen insbesondere eine verringerte Abfallgeschwindigkeit des Ausgangssignals sichergestellt ist, wobei dennoch die insgesamt resultierende Ausschaltzeit in Grenzen gehalten werden soll.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der den Parallelkreis aus dem Widerstand und dem Schaltelement sowie den Ansteuertransistor enthaltende Serienkreis zu dem die photovoltaische Diodengruppe und das Impedanzelement enthaltenden Serienkreis parallelgeschaltet ist und daß der den Umschaltpunkt des Schaltelements bestimmende Grenzwert bei der Einschaltspannung des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors liegt, d. h. daß das Schaltelement bei Erreichen der Einschaltspannung am Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistor bereits zumindest im wesentlichen seinen Zustand hoher Impedanz aufweist.

Aufgrund dieser Ausbildung wird einerseits eine flachere Abfallflanke bzw. eine verlängerte Abfallzeit erreicht, wodurch störende Spannungsspitzen beispielsweise aufgrund einer induktiven Last zuverlässig ausgeschlossen werden. Andererseits ist durch einfachste Schaltungsmaßnahmen jedoch sichergestellt, daß die Ausschalt-Ansprechzeit verkürzt wird, so daß die resultierende Ausschaltzeit in Grenzen gehalten werden kann. Hierbei wird die Ausschalt-Ansprechzeit insbesondere dadurch verkürzt, daß das Schaltelement den Widerstand solange kurzschließt, bis die Gate-Source-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors auf eine Spannung entladen wurde, die gleich der Einschaltspannung ist. Erst nachdem diese Einschaltspannung im Verlauf der Entladung unterschritten wird, geht das Schaltelement in den Zustand hoher Impedanz über, so daß die weitere Entladung nur noch über den Widerstand erfolgen kann. In der kritischen Phase, während der tatsächlich eine Änderung der Ausgangsimpedanz und damit des Ausgangssignals erfolgt, ist somit sichergestellt, daß die Änderungsgeschwindigkeit relativ klein und die Gefahr unerwünschter Spannungsspitzen auf ein Minimum herabgesetzt ist. Nachdem erfindungsgemäß gleichzeitig eine kürzere Ansprechzeit erreicht wird, bleibt die resultierende Ausschaltzeit dennoch relativ klein. Nachdem an dem Serienkreis aus der photovoltaischen Diodenanordnung und dem Impedanzelement stets die gesamte Spannung der Gate- Source-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors anliegt, ist die photovoltaische Diodengruppe während der anfänglichen Entladephase in Durchlaßrichtung vorgespannt. Damit kann durch das Impedanzelement ein Strom fließen, durch den der Ansteuertransistor rascher und vollständiger durchgeschaltet wird. Dies trägt zur weiteren Verkürzung der Ausschalt- Ansprechzeit bei.

Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer einfachen Ausführungsform des Festkörperrelais,

Fig. 2 ein Schaltbild einer Ausführungsform des Festkörperrelais nach der Erfindung,

Fig. 3 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des Festkörperrelais nach der Erfindung,

Fig. 4a-4d Signaldiagramme zur Erläuterung des Betriebs des Festkörperrelais nach den Fig. 1-3,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom der in dem Festkörperrelais verwendeten photovoltaischen Dio­ dengruppe und

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom des in dem Festkörperrelais verwendeten Feldeffekttransistors vom Verarmungstyp.

In Fig. 1 ist eine einfache Ausführungsform eines Festkörperrelais dargestellt, bei der als lichtemittieren­ des Element eine lichtemittierende Diode 12 an Eingangsklem­ men 11 und 11A des Festkörperrelais angeschlossen ist; eine photovoltaische Diodengruppe 13 ist optisch mit der licht­ emittierenden Diode 12 gekoppelt. Die Anzahl der Dioden, die in der photovoltaischen Diodengruppe 13 in Serie geschaltet ist, ist so eingestellt, daß die Gruppe eine Spannung er­ zeugt, die höher als die Schwellenspannung eines Ausgangs- MOS-Feldeffekttransistors 15 ist, der mit seinem Gate-An­ schluß G und seinem Source-Anschluß S in Serie zur photovol­ taischen Diodengruppe 13 über ein von einem Widerstand gebil­ detes Impedanzelement 14 geschaltet ist. Dieser Ausgangs-MOS- Feldeffekttransistor 15 ist ein N-Kanal-Transistor vom Anrei­ cherungstyp, und sein Drain-Anschluß D und Source-Anschluß S bilden zwei Ausgangsklemmen 16 und 16A des Festkörperrelais.

Parallel zum Gate-Anschluß G und zum Source-Anschluß S des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistor 15 liegt ein normalerweise eingeschalteter Ansteuertransistor 17, bei dem es sich um einen N-Transistor vom Verarmungstyp handelt, wobei dieser Transistor parallel zur photovoltaischen Diodengruppe 13 liegt. In diesem Fall ist der Ansteuertransistor 17 mit sei­ nem Drain-Anschluß über einen Widerstand 18 mit dem Gate- Anschluß G des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 15 verbun­ den; mit seinem Gate-Anschluß ist er an einen Verbindungs­ punkt zwischen der photovoltaischen Diodengruppe 13 und dem Impedanzelement 14 angeschlossen, und mit seinem Source-Anschluß ist er an den Source-Anschluß des Ausgangs-MOS-Feldeffekt­ transistors 15 angeschlossen.

Es wird nun der Betrieb des Festkörperrelais von Fig. 1 er­ läutert. Wenn zwischen den Eingangsklemmen 11 und 11A des Relais ein Eingangsstrom hervorgerufen wird, erzeugt die lichtemittierende Diode 12 ein Lichtsignal, das von der pho­ tovoltaischen Diodengruppe 13 empfangen wird; an beiden Enden der Diodengruppe 13 wird ein photovoltaisches Ausgangssignal erzeugt. Dieses photovoltaische Ausgangssignal wird zwischen den Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß S des Ausgangs-MOS- Feldeffekttransistors 15 angelegt. Ferner wird es an den nor­ malerweise eingeschalteten Ansteuertransistor 17 und den Wi­ derstand 18 angelegt. An diesem Zeitpunkt beginnen ein Strom zum Aufladen einer elektrostatischen Kapazität am Gate-An­ schluß G des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 15 und ein Strom durch den Ansteuertransistor 17 sowie den Widerstand 18 über das durch einen Widerstand gebildete Impedanzelement 14 zu fließen. Eine am Impedanzelement 14 erzeugte Spannung verursacht eine negative Vorspannung der Gate-Elektrode des Ansteuer­ transistors 17, so daß dieser Ansteuertransistor 17 augen­ blicklich in einen Zustand mit hoher Impedanz umgeschaltet wird. Als Reaktion darauf ändert sich der Zustand mit hoher Impedanz an den Ausgangsklemmen 16 und 16a in einen Zustand mit niedriger Impedanz. Der Widerstand 18 bewirkt hier keine Begrenzung der Ladung der elektrostatischen Kapazität am Gate-Anschluß G des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 15, und das Relais wird beim Einschaltvorgang durch die Anwesen­ heit des Widerstands 18 nicht beeinflußt.

Falls der Eingangsstrom zu den Eingangsklemmen 11, 11A des Relais unterbrochen wird, erzeugt die photovoltaische Diodengruppe 13 kein photovoltaisches Ausgangssignal mehr, so daß das Fließen des Stroms durch das Impedanzelement 14 aufhört, die Vor­ spannung des Gate-Anschlusses des Ansteuertransistors 17 en­ det und der Ansteuertransistor 17 in den eingeschalteten Zu­ stand zurückkehrt. Als Reaktion darauf wird die in der elek­ trostatischen Gatekapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttran­ sistors 15 angesammelte Ladung allmählich über den Widerstand 18 und den Ansteuertransistor 17 entladen. An den Ausgangs­ klemmen 16 und 16A des Relais erscheint dadurch wieder der Zustand mit hoher Impedanz.

Bei Fehlen des Widerstandes 18 würde das Entladen der ange­ sammelten Ladung an der elektrostatischen Gate-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistor 15 augenblicklich vollen­ det. Durch das Einfügen des Widerstands 18 mit einem optima­ len Wert von mehreren MEG-Ohm wird der Entladestrom der elek­ trostatischen Gate-Kapazität des Ausgangs-Feldeffekttransi­ stors 15 durch den Widerstand 18 begrenzt, so daß die Aus­ schaltzeit verlängert und der Abfall der Ausgangssignalform des Relais flacher gemacht wird.

Mit spezieller Bezugnahme auf die Arbeitsweise führt ein an die Eingangsklemmen 11 und 11A des Relais angelegtes Impuls­ signal gemäß Fig. 4a bei Fehlen des Widerstandes 18 zu einem Ausgangssignal an den Ausgangsklemmen 16 und 16A des Relais, wie es in Fig. B dargestellt ist, bei dem der Abfall des Sig­ nalverlaufs beim Abschalten des Relais sehr steil ist, so daß sicherlich Störungen erzeugt werden. Durch Einfügen des Wi­ derstandes 18 erhält das Ausgangssignal an den Ausgangsklem­ men 16 und 16A den in Fig. 4c dargestellten Verlauf, bei dem Ausschaltzeit des Relais verlängert ist und der Abfall des Signals flacher wird, so daß die Störungserzeugung einge­ schränkt wird. Bei der in Fig. 4c dargestellten Kurvenform ist t_d die Zeitperiode von der Unterbrechung des Eingangs­ stroms bis zu einem Startpunkt des Abschaltens, und t_f ist die Zeitperiode von diesem Startpunkt zum Endpunkt der Ab­ schaltung. Dies heißt, daß die Zeitperiode t_d diejenige Zeit­ periode ist, für deren Dauer die Spannung zwischen dem Gate- Anschluß und dem Source-Anschluß des Ausgangs-MOS-Feldeffekt­ transistors 15 von der photovoltaischen Spannung an der Dio­ dengruppe 13 zu einer erforderlichen Gate-Source-Spannung V_gs(on) zum Einschalten des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 15 in den Einschaltzustand abnimmt. Die Zeitperiode t_f ist diejenige Zeitperiode, für deren Dauer die Spannung zwi­ schen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des Ausgangs-MOS- Feldeffekttransistors 15 von der Spannung V_gs(on) zur Schwellenspannung V_th des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 15 abnimmt.

Wäre der Widerstand 18 im Entladeweg der elek­ trostatischen Gate-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttran­ sistors 15, insbesondere im Entladeweg des Gate-Anschlusses G und des Source-Anschlusses S des Ausgangs-MOS-Feldeffekttran­ sistors 15 nicht vorhanden, wenn eine induktive Last an die Ausgangsklemmen 16, 16A angeschlossen wird, würde beim Schalten des Relais eine über einer Durchbruchsspannung des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 15 liegende elektromotori­ sche Gegenspannung auftreten, die eine Lastspannung über­ schreiten würde, so daß es erforderlich wäre, eine Schutzschaltung vorzusehen. Durch Einfügung des Widerstandes 18 in den Entladeweg des Gate-Anschlusses G und des Source- Anschlusses S des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 15 gemäß der Ausführung von Fig. 1 wird erreicht, daß die elektromoto­ rische Gegenspannung die beim Schalten des Relais er­ zeugt wird, kleiner als die des Ausgangs-MOS-Feldeffekttran­ sistors 25 ist, so daß keine Schutzschaltung benötigt wird.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform des Festkörperre­ lais nach der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungs­ form liegt ein als Schaltelement dienendes Konstant-Spannungselement 29 zusätzlich paral­ lel zum Widerstand 28, der in Serie zum Ansteuertransistor 27 liegt, wie sich aus einem Vergleich der zuvor beschriebenen Ausführungsform von Fig. 1 erkennen läßt. Für dieses Kon­ stant-Spannungselement wird vorzugsweise eine Zenerdiode verwendet, die so angeschlossen ist, daß sie vom Source-An­ schluß zum Gate-Anschluß des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransi­ stors 25 in Vorwärtsrichtung liegt. Die Zenerspannung V_z dieser Zenerdiode 29 ist so eingestellt, daß sie dem Rest der Subtraktion des Spannungsabfalls beim Einschalten des Ansteuertransistors 27 von der Gate-Source-Spannung V_gs(on) des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 ist, und die Entla­ dung der angesammelten Ladung in der elektrostatischen Gate- Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 erfolgt in der Weise, wie anschließend beschrieben wird.

Wenn die Gate-Source-Spannung des Ausgangs-MOS-Feldeffekt­ transistors 25 über V_gs(on) liegt, ist die Spannung an bei­ den Enden der Zenerdiode 29 größer als die Zenerspannung V_z, so daß die Entladung der elektrosta­ tischen Gate-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 durch die Zenerdiode 29 und den Ansteuertransistor 27 schnell erfolgen kann. In diesem Anfangszustand der Entladung wird an die photovoltaische Diodengruppe 23 eine ausreichend große Spannung angelegt, um die Gruppe im eingeschalteten Zustand zu erhalten, und der Entladestrom fließt auch durch die photovoltaische Diodengruppe 23 und das durch einen Widerstand gebildete Impedanzelement 24. Zu diesem Zeitpunkt ist die Gate-Elektrode des Ansteuertransi­ stors 27 positiv vorgespannt, und der Ansteuertransistor 27 wird in einen weiteren niederohmigen Zustand mit einem ver­ stärkten Effekt des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 ver­ setzt, so daß die Entladung beschleunigt wird.

Wenn die Spannung zwischen dem Gate-Anschluß G und dem Source-Anschluß-S des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 kleiner als V_GS(on) wird, fällt die Spannung an der Zenerdiode 29 unter die Zenerspannung V_z, so daß die Zenerdiode 29 da­ durch in den gesperrten Zustand versetzt wird; die Entladung der elektrostatischen Gate-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feld­ effekttransistors 25 erfolgt dadurch allmählich durch den Widerstand 28 und den Ansteuertransistor 27.

In der Ausführung von Fig. 2 wird bei Anlegen eines in Fig. 4a dargestellten Impulssignals an die Eingangsklemmen 21 und 21A zur Erzeugung eines Lichtsignals durch das lichtemittierende Element 22 das Ausgangssignal an den Ausgangsklemmen 26 und 26A einen Verlauf haben, wie in Fig. 4d dargestellt ist. Dies bedeutet, daß die Entladung der angesammelten Ladung an der elektrostatischen Gate-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekt­ transistors 25 für die Zeitdauer T₀-T₁ schnell erfolgt und dann für die Zeitperiode T₁-T₂ langsamer stattfindet, so daß die Verzögerungszeit t_d im Ausgangssignalverlauf beim Abschalten des Relais verkürzt werden kann, während die Ab­ fallzeit t_f verlängert werden kann, damit der abfallende Gradient flacher wird.

In der oben beschriebenen Anordnung ist der Widerstand 28 mit dem Drain-Anschluß des Ansteuertransistors 27 verbunden, je­ doch kann dieser Widerstand 28 auch an den Source-Anschluß des Ansteuertransistors 27 angeschlossen werden. Wenn der Wider­ stand 28 jedoch in Serie mit dem durch einen Widerstand gebildeten Impedanzelement 24 zwischen dem Verbindungspunkt des Source-An­ schlusses des Ansteuertransistors 27 mit dem Impedanzelement 24 und dem Source-Anschluß S des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransi­ stors 25 angeschlossen wird, d. h. so angeschlossen wird, wie in dem oben erwähnten bekannten Relais gemäß dem EP 0 442 561 A1, wird beim Übergang des Ansteuertransistors 27 in den einge­ schalteten Zustand eine zwischen dem Gate-Anschluß G und dem Source-Anschluß S des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 auftretende Potentialdifferenz an die beiden Enden dieses Widerstandes 28 angelegt, der in Serie zum Impedanzelement 24 liegt, was bedeutet, daß ein Potential am Verbindungspunkt zwischen dem Source-Anschluß des Ansteuertransistors 27 und dem Impedanzelement 24 ansteigt, so daß dann der Entladestrom in diesem anfänglichen Zustand der Entladung nicht durch die photovol­ taische Diodengruppe 23 und das Impedanzelement 24 fließen kann. Unter Bezugnahme auf Fig. 5 fließt ein Entladestrom gemäß einer Potentialdifferenz DDC zwischen einer Stromkurve O ab­ hängig von einer Zunahme der Spannung bei Abwesenheit des Eingangssignals an den Eingangsklemmen 21 und 21A des Relais und der anderen Stromkurve N abhängig vom Anstieg der Span­ nung in Anwesenheit des Eingangssignals, wie in der Strom­ Spannungs-Kennlinie der photovoltaischen Diodengruppe 23 von Fig. 5 dargestellt ist, jedoch ist die Potentialdifferenz zwischen dem Gate-Anschluß G des Ausgangs-MOS-Feldeffekttran­ sistors 25 und dem Verbindungspunkt zwischen dem Source-An­ schluß des Ansteuertransistors 27 und dem Impedanzelement 24 wegen des Potentialanstiegs am Verbindungspunkt zwischen dem Sour­ ce-Anschluß des Ansteuertransistors 27 und dem Impedanzelement 24 kleiner, so daß die Entladung der elektrostatischen Gate­ Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 nicht über den Weg der photovoltaischen Diodengruppe 23 und dem Widerstand 24 fließt und die Verzögerungszeit des Relais ver­ längert wird, was zur Folge hat, daß das Schalten des Relais übermäßig viel Zeit in Anspruch nimmt. In der in Fig. 2 dar­ gestellten Ausführung fließt der Entladestrom jedoch durch die photovoltaische Diodengruppe 23 und das Impedanzelement 24, und die Gate-Elektrode des Ansteuertransistors 27 wird vom Entladestrom durch den Transistor 24 positiv vorgespannt, so daß der Ansteuertransistor 27 durch den Verstärkungseffekt des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 gemäß der obigen Be­ zugnahme (Fig. 6) in einen Zustand noch niedrigerer Impe­ danz versetzt wird, wobei die Entladung durch eine Zunahme des Entladestroms beschleunigt werden kann, der durch den Weg des Gate-Anschlusses des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25, der Zenerdiode 29 des Ansteuertransistors 27 und des Source-Anschlusses des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 fließt. Wenn die Spannung zwischen dem Gate-Anschluß G und dem Source-Anschluß S des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 abnimmt und V_gs(on) erreicht, erfolgt die Entladung über den Widerstand 28 und den Ansteuertransistor 27 allmählich, wie oben erwähnt wurde.

Weitere Bauteile und ihre Funktion in der Ausführung von Fig. 2 sind dieselben wie in der Ausführungsform von Fig. 1.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dar­ gestellt. Das Konstant-Spannungselement der zuvor beschriebe­ nen Ausführung von Fig. 2 ist dabei durch einen MOS-Feldef­ fekttransistor 39 vom Anreicherungstyp ersetzt, der parallel zum Widerstand 38 in der Serienschaltung mit dem Ansteuer­ transistor 37 liegt und dessen Gate-Anschluß und Drain-An­ schluß kurzgeschlossen sind. Im vorliegenden Fall wird der MOS-Feldeffekttransistor 39 vom Anreicherungstyp im Zustand mit niedriger Impedanz gehalten, bis die Spannung am Wider­ stand 38 auf einen vorbestimmten Wert abnimmt, so daß die Entladung der angesammelten Ladung an der elektrostatischen Gate-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 35 schnell erfolgen kann. Wenn die Spannung am Widerstand 38 unter den vorbestimmten Wert sinkt, geht der MOS-Feldeffekt­ transistor 39 vom Anreicherungstyp in den Zustand mit hoher Impedanz über, und die Entladung der an der elektrostatischen Gate-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 35 an­ gesammelten Ladung erfolgt langsam durch den Widerstand 38. Es sei bemerkt, daß ähnlich wie bei der Ausführung von Fig. 2 die Verzögerungszeit t_d im Ausgangssignalverlauf beim Ab­ schalten des Relais verkürzt wird, während die Abfall­ zeit t_f verlängert wird, so daß der abfallende Gradient flach wird.

In der Ausführung von Fig. 3 gleichen alle weiteren Bauteile und ihre Funktion denen in der Ausführung von Fig. 1, und die gleichen Bauteile von Fig. 3 wie in der Ausführung von Fig. 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet, jedoch ist jeweils der Wert 20 hinzuaddiert.

Claims (5)

1. Festkörperrelais mit einem lichtemittierenden Element, das zur Abgabe eines Lichtsignals von einem Eingangsstrom beaufschlagbar ist, einer photovoltaischen Diodengruppe, die optisch mit dem lichtemittierenden Element gekoppelt ist und beim Empfang des Lichtsignals ein photovoltaisches Ausgangssignal liefert, einem mit der photovoltaischen Diodengruppe in Serie geschalteten Impedanzelement, einem normalerweise ausgeschalteten Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistor, zwischen dessen Gate-Anschluß und Source-Anschluß der die photovoltaische Diodengruppe und das Impedanzelement enthaltende Serienkreis so angeschlossen ist, daß dieser Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistor mit dem Auftreten des photovoltaischen Ausgangsignals eingeschaltet wird, einem normalerweise eingeschalteten Ansteuertransistor, der über einen in Reihe geschalteten Widerstand zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors geschaltet ist und eine Steuerelektrode aufweist, die an dem Verbindungspunkt zwischen der photovoltaischen Diodengruppe und dem Impedanzelement angeschlossen ist, wobei dieser Ansteuertransistor durch eine Steuerspannung, die aufgrund des photovoltaischen Ausgangssignals am Impedanzelement abfällt, ausgeschaltet und bei verschwindendem photovoltaischen Ausgangssignal eingeschaltet wird, und einem zum Widerstand parallelen Schaltelement, das bei einer an ihm anliegenden Spannung oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes einen Zustand niedriger Impedanz annimmt und mit einem Unterschreiten dieses Grenzwertes in einen Zustand hoher Impedanz umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der den Parallelkreis (28, 29; 38, 39) aus dem Widerstand (28, 38) und dem Schaltelement (29, 39) sowie den Ansteuertransistor (27, 37) enthaltende Serienkreis (28, 29, 27; 38, 39, 37) zu dem die photovoltaische Diodengruppe (23, 33) und das Impedanzelement (24, 34) enthaltenden Serienkreis (23, 24; 33, 34) parallelgeschaltet ist und daß der den Umschaltpunkt des Schaltelements (29, 39) bestimmende Grenzwert bei der Einschaltspannung des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors (25, 35) liegt, d. h. daß das Schaltelement (29, 39) bei Erreichen der Einschaltspannung am Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistor (25, 35) bereits zumindest im wesentlichen seinen Zustand hoher Impedanz aufweist.

2. Festkörperrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein Konstantspannungselement (29) ist.

3. Festkörperrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Konstantspannungselement eine Zenerdiode (29) ist, die vom Source-Anschluß zum Gate- Anschluß des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors (25, 35) in Vorwärtsrichtung geschaltet ist.

4. Festkörperrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein MOS-Feldeffekttransistor (39) vom Anreicherungstyp ist.

5. Festkörperrelais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der MOS- Feldeffekttransistor (39) mit seinem Drain-Anschluß und seinem Source-Anschluß zu dem Widerstand (38) parallel liegt und zwischen seinem Gate-Anschluß und seinem Drain-Anschluß kurzgeschlossen ist.