JP2000286688A - スイッチング回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アイソレーションタイプの高能率のスイッチ
ング回路を実現する。 【解決手段】 フォトカプラ４００，５００を介してス
イッチングトランジスタ３００を駆動するスイッチング
回路において、フォトカプラの入力信号に時定数を持た
せる時定数付与手段６２０，６４０，９００を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング（ｓ
ｗｉｔｃｈｉｎｇ）回路に関し、特に、スイッチングト
ランジスタ（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｔｒａｎｓｉｓｔｏ
ｒ）がフォトカプラ（ｐｈｏｔｏ ｃｏｕｐｌｅｒ）を
介して駆動されるアイソレーションタイプ（ｉｓｏｌａ
ｔｉｏｎ ｔｙｐｅ）のスイッチング回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】アイソレーションタイプのスイッチング
回路は、図３に示すように、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅ
ｔａｌ−ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆ
ｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｔｏｒ）等を用
いたスイッチングトランジスタ３０を、フォトカプラ４
０，５０を介して駆動するようになっている。

【０００３】フォトカプラ４０，５０の発光ダイオード
（ｄｉｏｄｅ）４２，５２には、入力信号が互いに逆な
極性で与えられ、これによってフォトトランジスタ（ｐ
ｈｏｔｏ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）４４，５４は、一方
がオン（ＯＮ）になるとき他方がオフ（ＯＦＦ）になる
関係で動作する。

【０００４】フォトトランジスタ４４がオンになること
により、スイッチングトランジスタ３０のゲート・ソー
ス（ｇａｔｅ ｓｏｕｒｃｅ）間に、キャパシタ７０に
充電された直流電源８０の電圧が印加される。直流電源
８０としては、アイソレーションが容易な点で太陽電池
等の光発電素子が用いられる。スイッチングトランジス
タ３０は、ゲート・ソース間に電圧が印加されとたきオ
ンとなる。フォトトランジスタ５４がオンになることに
より、スイッチングトランジスタ３０のゲート・ソース
間が短絡されてゲート・ソース間の電荷が放電される。

【０００５】スイッチングトランジスタ３０は、ゲート
・ソース間に電圧が印加されとたきオンとなり、ゲート
・ソース間が短絡されたときオフとなる。すなわち、ス
イッチングトランジスタ３０はフォトカプラ４０，５０
の入力信号に対応してオン・オフする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなスイッチ
ング回路では、フォトトランジスタ４４，５４のオン動
作とオフ動作の速度の相違により、オン・オフが交代す
る時期にフォトトランジスタ４４，５４が同時にオンと
なる瞬間がある。これを図４に示したタイムチャート
（ｔｉｍｅ ｃｈａｒｔ）によって詳しく説明すれば、
同図の（ａ）に示すように、入力信号源側から見た抵抗
６２，６４の上流の２点１，４間に矩形波電圧Ｖ１４が
印加されたとき、抵抗６２，６４の下流の２点２，３間
の電圧Ｖ２３は、抵抗６２，６４における電圧降下によ
り振幅が減少した矩形波電圧Ｖ２３となる。この矩形波
電圧Ｖ２３が発光ダイオード４２，５２の両端に印加さ
れる。

【０００７】このような矩形波電圧Ｖ２３に対応した発
光ダイオード４２，５２の点滅により、フォトトランジ
スタ４４，５４が（ｂ）に示すようにオン・オフする。
フォトトランジスタ４４，５４の動作はオンになる方が
オフになるよりも応答が早く、ｔＯＮ＜ｔＯＦＦとな
る。このためｔＯＦＦ−ｔＯＮだけ両フォトトランジス
タが同時にオンになる期間が生じる。この期間の長さは
１０〜３０μｓ程度である。

【０００８】フォトトランジスタ４４，５４が同時にオ
ンとなると、それによってキャパシタ７０の両端が短絡
され電荷が放電される。このためキャパシタ７０の両端
電圧が（ｃ）に示すように急速に低下する。キャパシタ
７０の両端電圧は、短絡から解放された後に直流電源８
０からの充電に伴って次第に回復するが、太陽電池等で
構成した直流電源８０の出力電流は１〜５０μＡ程度と
微弱なので、スイッチングトランジスタ３０をオンにす
る電圧ＶＧＳまで回復するのに、放電時間よりはるかに
長い時間がかかる。この時間は０．１〜１０ｍｓ程度で
ある。

【０００９】その間スイッチングトランジスタ３０はオ
ンになることができないので、（ｄ）に示すように、ス
イッチングトランジスタ３０がオンになるまでｔＦＥＴ
ＯＮの遅れが生じる。このため、スイッチングトランジ
スタ３０のオン継続時間が、破線で示した本来のオン継
続時間よりも短くなり、このため、スイッチングの能率
が低下する。特に、オン・オフの周期が短いほど能率の
低下が著しく、場合によっては動作不能になる。

【００１０】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、アイソレーションタイプの
高能率のスイッチング回路を実現することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】（１）上記の課題を解決
する第１の発明は、互いに逆位相でレベルが交代する入
力信号が与えられ互いに逆位相でオン・オフする１対の
フォトカプラと、前記１対のフォトカプラのうちの一方
の出力素子を通じて制御入力端子と１つの出力端子との
間に駆動信号が与えられ、前記１対のフォトカプラのう
ちの他方の出力素子を通じて前記制御入力端子と前記１
つの出力端子との間が短絡されるスイッチングトランジ
スタとを備えたスイッチング回路であって、前記１対の
フォトカプラの入力回路に設けられ、前記入力信号のレ
ベル交代時の過渡的な変化に時定数を持たせる時定数付
与手段を具備することを特徴とするスイッチング回路で
ある。

【００１２】（２）上記の課題を解決する第２の発明
は、前記スイッチングトランジスタとしてＭＯＳＦＥＴ
を用いることを特徴とする(１）に記載のスイッチング
回路である。

【００１３】（３）上記の課題を解決する第３の発明
は、前記駆動信号としてキャパシタに充電した光発電素
子の電圧を用いることを特徴とする(１）または(２）に
記載のスイッチング回路である。

【００１４】（４）上記の課題を解決する第４の発明
は、前記時定数付与手段としてキャパシタを用いること
を特徴とする(１）ないし(３）のうちのいずれか１つに
記載のスイッチング回路である。

【００１５】（作用）本発明では、時定数付与手段によ
りフォトカプラの入力信号のレベル交代時の過渡的な変
化に時定数を持たせ、フォトカプラの出力素子がオンに
なる時間を遅らせる。これによって、２つの出力素子が
同時にオンになる期間を無くす。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態
に限定されるものではない。図１に、スイッチング回路
の電気的接続図を示す。本回路は本発明のスイッチング
回路の実施の形態の一例である。図１に示すように、本
回路は、図３に示した回路と大部分が共通する構成を有
する。実質的な相違点は、フォトカプラの入力信号供給
ライン（ｌｉｎｅ）の間にキャパシタ９００を接続した
点である。

【００１７】本回路は、例えばＭＯＳＦＥＴ等を用いた
スイッチングトランジスタ３００を、フォトカプラ４０
０，５００を介して駆動する構成になっている。スイッ
チングトランジスタ３００は、本発明におけるスイッチ
ングトランジスタの実施の形態の一例である。フォトカ
プラ４００，５００は、本発明におけるフォトカプラの
実施の形態の一例である。フォトカプラ４００，５００
の発光ダイオード４２０，５２０には、入力信号が互い
に逆な極性で与えられ、これによってフォトトランジス
タ４４０，５４０は、一方がオンになるとき他方がオフ
になる関係で動作する。フォトトランジスタ４４０，５
４０は、本発明における出力素子の実施の形態の一例で
ある。

【００１８】フォトトランジスタ４４０がオンになるこ
とにより、スイッチングトランジスタ３００のゲート・
ソース間に、キャパシタ７００に充電された直流電源８
００の電圧が印加される。直流電源８００としては例え
ば太陽電池等の光発電素子が用いられる。フォトトラン
ジスタ５４０がオンになることにより、スイッチングト
ランジスタ３００のゲート・ソース間が短絡されてゲー
ト・ソース間の電荷が放電される。

【００１９】スイッチングトランジスタ３００は、ゲー
ト・ソース間に電圧が印加されとたきオンとなり、ゲー
ト・ソース間が短絡されたときオフとなる。すなわち、
スイッチングトランジスタ３００はフォトカプラ４０
０，５００の入力信号に対応してオン・オフする。

【００２０】図２に、本回路の動作のタイムチャートを
示す。同図の（ａ）ように、入力信号源側から見た抵抗
６２０，６４０の上流の２点１，４間に矩形波電圧Ｖ１
４が印加される。このとき、抵抗６２０，６４０の下流
の２点２，３間の電圧Ｖ２３は、抵抗６２０，６４０に
おける電圧降下分だけ減少した振幅と、抵抗６２０，６
４０とキャパシタ９００によって定まる立ち上がり時定
数を持つ台形波状の電圧Ｖ２３となる。この台形波状の
電圧Ｖ２３が発光ダイオード４２０，５２０の両端に印
加される。抵抗６２０，６４０およびキャパシタ９００
からなる回路は、本発明における時定数付与手段の実施
の形態の一例である。

【００２１】このような台形波状の電圧Ｖ２３に対応し
た発光ダイオード４２０，５２０の点滅により、フォト
トランジスタ４４０，５４０が（ｂ）に示すようにオン
・オフする。ここで、発光ダイオード４２０，５２０
は、台形波状の電圧Ｖ２３が発光電圧Ｖ４２０，Ｖ５２
０以上になったとき発光するので、台形波状の電圧Ｖ２
３の立ち上がりおよび立ち下がりの時定数に基づく発光
遅れ時間ｔＯＮ（ＬＥＤ）および消光遅れ時間ｔＯＦＦ
（ＬＥＤ）が生じる。

【００２２】台形波状の電圧Ｖ２３の立ち上がりおよび
立ち下がりの時定数は、発光遅れ時間ｔＯＮ（ＬＥＤ）
が消光遅れ時間ｔＯＦＦ（ＬＥＤ）とフォトトランジス
タ４４０，５４０のオフ遅れ時間ｔＯＦＦの和よりも大
きくなるように設定されており、このため、フォトトラ
ンジスタ４４０，５４０が同時にオンになることがな
い。

【００２３】したがって、キャパシタ７００が短絡され
る期間が発生せず、その電荷が放電されることがない。
このため、スイッチングトランジスタ３００は、（ｃ）
に示すように、フォトトランジスタ４４０がオンになる
と同時にオンとなり、また、フォトトランジスタ５４０
がオンになると同時にオフとなる。このようにして、ス
イッチングトランジスタ３００のオン期間が短くなるこ
とを防止することができ、能率の良いスイッチングを行
うことができる。

【００２４】以上、スイッチングトランジスタとしてＭ
ＯＳＦＥＴを用いた例について説明したが、ＭＯＳＦＥ
Ｔに限らず例えば接合型ＦＥＴやバイポーラトランジス
タ（ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等、種々
のタイプのトランジスタを用いて良い。また、スイッチ
ングトランジスタの駆動信号のエネルギー源としては太
陽電池等の光発電素子に限らず、通常のバッテリ（ｂａ
ｔｔｅｒｙ）を用いて良いのはいうまでもない。

【００２５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、アイソレーションタイプの高能率のスイッチング
回路を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例のスイッチング回路
の電気的接続図である。

【図２】図１に示したスイッチング回路の動作のタイム
チャートである。

【図３】従来のスイッチング回路の電気的接続図であ
る。

【図４】図３に示したスイッチング回路の動作のタイム
チャートである。

【符号の説明】

３００ スイッチングトランジスタ ４００，５００ フォトカプラ ４２０，５２０ 発光ダイオード ４４０，５４０ フォトトランジスタ ６２０，６４０ 抵抗 ７００ キャパシタ ８００ 電池 ９００ キャパシタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに逆位相でレベルが交代する入力信
   号が与えられ互いに逆位相でオン・オフする１対のフォ
   トカプラと、 前記１対のフォトカプラのうちの一方の出力素子を通じ
   て制御入力端子と１つの出力端子との間に駆動信号が与
   えられ、前記１対のフォトカプラのうちの他方の出力素
   子を通じて前記制御入力端子と前記１つの出力端子との
   間が短絡されるスイッチングトランジスタと、を備えた
   スイッチング回路であって、 前記１対のフォトカプラの入力回路に設けられ、前記入
   力信号のレベル交代時の過渡的な変化に時定数を持たせ
   る時定数付与手段、を具備することを特徴とするスイッ
   チング回路。
2. 【請求項２】 前記スイッチングトランジスタとしてＭ
   ＯＳＦＥＴを用いる、ことを特徴とする請求項１に記載
   のスイッチング回路。
3. 【請求項３】 前記駆動信号としてキャパシタに充電し
   た光発電素子の電圧を用いる、ことを特徴とする請求項
   １または請求項２に記載のスイッチング回路。
4. 【請求項４】 前記時定数付与手段としてキャパシタを
   用いる、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のう
   ちのいずれか１つに記載のスイッチング回路。