JP2002026710A - スイッチ回路、リレー回路及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで製造できる、高速ターンオンが可
能なスイッチ回路、リレー回路及びその駆動方法の実
現。 【解決手段】 ＭＯＳＦＥＴ9 を有するスイッチ回路21
は、入力信号に応答して点灯若しくは消灯する発光素子
6 と、発光素子6 からの光を受光する１個又は直列接続
された複数個のアバランシェフォトダイオードから成る
アバランシェフォトダイオードアレイ7 であって、ＭＯ
ＳＦＥＴ9 のゲートG とドレインD との間に接続される
アバランシェフォトダイオードアレイ7 とを備えて成
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＯＳＦＥＴ等の
半導体素子を有するスイッチ回路、そのスイッチ回路を
利用したリレー回路及びそれらの駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子を有するス
イッチ回路は、負荷となる各種電気機器を駆動する電源
の投入及び開放のためのリレー回路として幅広く用いら
れている。このようなスイッチ回路及びリレー回路に
は、発光素子及び受光素子を更に備え、入出力間が光結
合により絶縁されるものもある。受光素子としては、例
えばフォトダイオードが用いられている。フォトダイオ
ードにおいては、そのＰＮ接合近傍にバンドギャップ以
上の光子エネルギーを有する光が入射すると、光電流が
発生する。フォトダイオードをバイアス電圧の印加なし
で使用する状態は、一般に太陽電池モードと呼ばれてい
る。

【０００３】図３は従来例によるリレー回路の構成図で
ある。この図は、ＭＯＳＦＥＴを有するスイッチ回路
を、負荷となる回路を駆動する電源の投入及び開放のた
めのリレー回路５０として用いた一例を示している。従
来例によるリレー回路５０は、図３では２点鎖線で囲ま
れて示されているが、入力抵抗５５、発光ダイオード５
６、複数のフォトダイオードが直列接続されて形成され
たフォトダイオードアレイ５７、フォトダイオードアレ
イ５７に並列接続される放電抵抗５８及びＭＯＳＦＥＴ
５９を備える。リレー回路５０は、入力端子５３及び５
４の間に入力信号生成用電源５１及びスイッチ５２が、
出力端子６０及び６１の間に負荷回路６２及び負荷回路
駆動用電源６３がそれぞれ接続されて使用される。

【０００４】スイッチ５２を閉じると、入力信号生成用
電源５１の電圧がリレー回路の入力端子５３及び５４間
に印加され、入力抵抗５５を介して発光ダイオード５６
に電流が流れる。すると、発光ダイオード５６は発光
し、この光をフォトダイオードアレイ５７が受光する。
これによりフォトダイオードアレイ５７は光電流を発生
し、この光電流はフォトダイオードアレイ５７のアノー
ドＡからＭＯＳＦＥＴ５９のゲートＧへと流れる。ＭＯ
ＳＦＥＴ５９のゲートＧとソースＳとの間には入力容量
があり、この入力容量をしきい値電圧以上に充電するま
で、光電流がＭＯＳＦＥＴ５９のゲートＧからゲートＳ
を介してフォトダイオードアレイ５７のカソードＫへ流
れる。

【０００５】ＭＯＳＦＥＴ５９のゲートＧとソースＳと
の間の入力容量がしきい値電圧以上に充電されると、ド
レインＤとソースＳとの間は低インピーダンス状態に移
行して導通し、リレー回路５０はターンオンする。これ
により負荷回路駆動用電源６３が投入され、負荷回路６
２に電力が供給され始める。この状態においてスイッチ
５２を開くと、発光ダイオード５６に流れる電流がなく
なるので、発光ダイオード５６は消灯する。従ってフォ
トダイオードアレイ５７は受光しなくなるので光電流を
発生せず、ＭＯＳＦＥＴ５９のゲートＧとソースＳとの
間の入力容量に充電されていた電荷が放電抵抗５８を介
して放電され始める。入力容量がしきい値電圧以下にな
るまで放電されると、ドレインＤとソースＳとの間は高
インピーダンス状態に移行して非導通状態となり、リレ
ー回路５０はターンオフする。これにより負荷回路駆動
用電源６３が開放され、負荷回路６２への電力供給はな
くなる。

【０００６】このようにスイッチ５２を開閉することに
より、リレー回路２１によって負荷回路６２に対して負
荷回路駆動用電源６３を投入若しくは開放することがで
きる。一般にスイッチ回路やリレー回路に用いられるＭ
ＯＳＦＥＴは、素子自体の大きさにも依存するがゲート
とソースとの間に数百ピコ前後の入力容量を有してお
り、ゲートに電圧が印加されて入力容量がしきい値電圧
以上に充電されるとドレインとソースとの間は低インピ
ーダンス状態に移行して導通し、ＭＯＳＦＥＴはターン
オンする。図３で示した従来例では、ＭＯＳＦＥＴ５９
の駆動に必要なゲート電流として、フォトダイオードア
レイ５７が生成する光電流を用いる。

【０００７】現在、発光ダイオードとフォトダイオード
アレイとが１つのパッケージに納めされたフォトダイオ
ードアレイカプラが市販されているが、このフォトダイ
オードアレイカプラは、発光ダイオードに１０ｍＡ程度
の電流を流すと、フォトダイオードアレイに光起電力が
１０Ｖ程度で光電流が１０μＡ程度である光起電力を発
生するのが一般的である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ＭＯＳＦＥＴを有する
スイッチ回路やリレー回路において、発光ダイオード及
びフォトダイオードアレイによる光結合により入出力間
が絶縁されるような場合、フォトダイオードアレイが生
成する微弱な光電流では、ＭＯＳＦＥＴの入力容量をし
きい値電圧以上に充電するまでに時間がかかり、その結
果、ターンオンを指示する入力信号が発生してからスイ
ッチ回路やリレー回路が実際にターンオンするまでの時
間が長くなってしまい、応答性が悪いという問題があ
る。

【０００９】ＭＯＳＦＥＴの入力容量を急速に充電でき
れば、ターンオンを指示する入力信号が発生してからス
イッチ回路やリレー回路がターンオンするまでの時間を
短くすることができるが、そのためには、ゲートに入力
される電流を大きくする必要がある。フォトダイオード
アレイの光起電圧は直列接続数に、光電流は１個当りの
フォトダイオードの受光面積に比例する。従って、ゲー
トに入力される光電流を大きくするためには、例えばフ
ォトダイオードの受光面積を増やせばよいことになる
が、しかしながら、所望の電流を得るためにはこの受光
面積を大きくしなければならない。更には直列接続され
ているフォトダイオード全てに光が当るようにしなけれ
ば効果がないので発光素子の数を増やす必要もある。い
ずれの場合でもコストの増加は避けられないといった問
題がある。

【００１０】従って本発明の目的は、上記問題を鑑み、
低コストで製造できる、高速ターンオンが可能なスイッ
チ回路、それを利用したリレー回路及びそれらの駆動方
法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するため
に、本発明の第１の態様においては、Ｎチャネルタイプ
のＭＯＳＦＥＴを有するスイッチ回路は、入力信号に応
答して点灯若しくは消灯する発光素子と、発光素子から
の光を受光する１個又は直列接続された複数個のアバラ
ンシェフォトダイオードから成るアバランシェフォトダ
イオードアレイであって、アバランシェフォトダイオー
ドアレイのアノードがＭＯＳＦＥＴのゲートに、カソー
ドがＭＯＳＦＥＴのドレインにそれぞれ接続されるアバ
ランシェフォトダイオードアレイとを備えて成る。

【００１２】本発明の第２の態様においては、Ｐチャネ
ルタイプのＭＯＳＦＥＴを有するリレー回路は、入力信
号に応答して点灯若しくは消灯する発光素子と、発光素
子からの光を受光する１個又は直列接続された複数個の
アバランシェフォトダイオードから成るアバランシェフ
ォトダイオードアレイであって、アバランシェフォトダ
イオードアレイのカソードがＭＯＳＦＥＴのゲートに、
アノードがＭＯＳＦＥＴのドレインにそれぞれ接続され
るアバランシェフォトダイオードアレイとを備えて成
る。

【００１３】本発明の第３の態様においては、本発明の
第１又は第２の態様におけるスイッチ回路を利用したリ
レー回路は、ＭＯＳＦＥＴのソースとドレインとの間が
導通若しくは非導通となることで、負荷となる回路を駆
動する電源が投入若しくは開放され、この電源の電圧値
がアバランシェフォトダイオードアレイのブレークダウ
ン電圧よりも低い。

【００１４】また、本発明の第１又は第２の態様による
スイッチ回路の駆動方法は、アバランシェフォトダイオ
ードを少なくとも１つ直列接続して形成されるアバラン
シェフォトダイオードアレイであって、ＭＯＳＦＥＴの
ゲートとドレインとの間に接続されるアバランシェフォ
トダイオードアレイを、アバランシェフォトダイオード
のブレークダウン電圧よりも低い電圧値を有する逆方向
電圧でバイアスし、入力信号に応答して発光素子を点灯
若しくは消灯させ、発光素子が点灯したとき、アバラン
シェフォトダイオードアレイは受光してアバランシェ倍
増効果によるアバランシェ電流を生成してソースとゲー
トとの間の入力容量を充電し、入力容量がしきい値電圧
以上に充電されるとＭＯＳＦＥＴのソースとドレインと
の間が非導通から導通に切り替わる。

【００１５】また、本発明の第３の態様によるリレー回
路の駆動方法は、ドレインとソースとの間が導通若しく
は非導通となることで、負荷となる回路を駆動する電源
を投入若しくは開放し、本発明の第２の態様によるリレ
ー回路の駆動方法を利用して、逆方向電圧は、この電源
で形成される。本発明によれば、アバランシェフォトダ
イオードアレイのアバランシェ倍増効果により生じた極
めて大きい光電流を、ＭＯＳＦＥＴの入力容量の充電に
利用するので高速なターンオンが可能である。

【００１６】また、アバランシェ倍増効果を発生させる
ためにアバランシェフォトダイオードアレイにバイアス
される逆方向電圧を、リレー回路の出力側に接続され
る、負荷回路の駆動用の電源を用いて形成するので、バ
イアス用電源を独立して設ける必要がなく、部品点数の
増加を抑え、製造コストを低減できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明によれば、ＭＯＳＦＥＴを
有するスイッチ回路は、入力信号に応答して点灯若しく
は消灯する発光素子と、発光素子からの光を受光する１
個又は直列接続された複数個のアバランシェフォトダイ
オードから成るアバランシェフォトダイオードアレイで
あって、ＭＯＳＦＥＴのゲートとドレインとの間に接続
されるアバランシェフォトダイオードアレイとを備えて
成る。

【００１８】このようなスイッチ回路を利用したリレー
回路は、ＭＯＳＦＥＴのソースとドレインとの間が導通
若しくは非導通となることで、負荷となる回路を駆動す
る駆動用電源が投入若しくは開放するが、この駆動用電
源の電圧値がアバランシェフォトダイオードアレイのブ
レークダウン電圧よりも若干低く設定される。本発明に
よるリレー回路では、アバランシェフォトダイオードア
レイのアバランシェ倍増効果により生じた光電流を、Ｍ
ＯＳＦＥＴのゲートとソースとの間の入力容量の充電に
利用し、リレー回路の高速ターンオンを実現する。

【００１９】ここでは、本発明によるスイッチ回路に負
荷回路及びこの負荷回路を駆動する駆動電源を接続して
リレー回路として利用する場合について、実施例を挙げ
て説明する。まず、本発明の第１の実施例におけるリレ
ー回路の回路構成について説明する。

【００２０】図１は、本発明の第１の実施例におけるリ
レー回路の回路図である。本実施例によるリレー回路２
１は、図１では２点鎖線で囲まれて示されており、発光
ダイオード６と、ＭＯＳＦＥＴ９のゲートＧとドレイン
Ｄとの間に接続されるアバランシェフォトダイオードア
レイ７とを備えて成る。本実施例によるリレー回路２１
においては、ＭＯＳＦＥＴ９としてＮチャネルタイプを
用いる。このとき、ＭＯＳＦＥＴ９のドレインＤ及びゲ
ートＧは、アバランシェフォトダイオードアレイ７のカ
ソードＫ及びアノードＡにそれぞれ接続される。また、
ＭＯＳＦＥＴ９のゲートＧとソースＳとの間には放電回
路８が接続される。なお、ＭＯＳＦＥＴは、一般にその
製造段階において、ソースＳとドレインＤとの間に寄生
ダイオードを形成する。

【００２１】発光ダイオード６とアバランシェフォトダ
イオードアレイ７とは光結合される。すなわち、発光ダ
イオード６が発する光を受光できるような位置にアバラ
ンシェフォトダイオードアレイ７が設置される。入力端
子３と発光ダイオード６との間には入力抵抗５が接続さ
れる。本実施例によるリレー回路２１の入力側には、入
力端子３と入力端子４との間に入力信号生成のための入
力信号生成用電源１及びスイッチ２が接続される。入力
信号生成用電源１は、例えば５、１２若しくは２４Ｖ等
でよい。

【００２２】本実施例によるリレー回路２１は、出力端
子１０と出力端子１１との間に負荷回路１２及び負荷回
路駆動用電源１３が接続されて使用される。負荷回路１
２を駆動するための負荷回路駆動用電源１３は、その正
極側がアバランシェフォトダイオードアレイ７のカソー
ドＫ側に、負極側がアノードＡ側にそれぞれ接続される
ように、その極性が後述する理由に基づいて考慮されて
各出力端子１０及び１１に接続される。使用され得る負
荷回路駆動用電源１３は、電圧が例えば２４Ｖであり、
電流が例えば０．１〜２Ａである。接続され得る負荷回
路１１は、例えばステッピングモータ等の各種電気機器
である。

【００２３】詳しい動作原理については後述するが、ス
イッチ２が閉じられることによって負荷回路駆動用電源
１３の投入が指示されると、それに応答してＭＯＳＦＥ
Ｔ９のドレインＤとソースＳとの間が非導通状態から導
通状態にターンオンし、負荷回路駆動用電源１３、負荷
回路１２、出力端子１０、ドレインＤ、ソースＳ、出力
端子１１の順で閉ループが形成される。すなわち、負荷
回路駆動用電源１３が投入されて負荷回路１２に電力が
供給される。一方で、スイッチ２を開くことによって負
荷回路駆動用電源１３の開放が指示されると、それに応
答してＭＯＳＦＥＴ９のドレインＤとソースＳとの間が
導通状態から非導通状態にターンオフする。このとき、
負荷回路駆動用電源１３、負荷回路１２、出力端子１
０、アバランシェフォトダイオードアレイ７のカソード
Ｋ、アノードＡ、放電回路８及び出力端子１１によって
ループが形成される。

【００２４】本実施例によるリレー回路２１では、アバ
ランシェフォトダイオードアレイ７のアバランシェ倍増
効果により生じた光電流を、ＭＯＳＦＥＴ９のゲートＧ
とソースＳとの間の入力容量の充電に利用し、高速ター
ンオンを実現する。アバランシェ倍増効果を発生させる
ためには、アバランシェフォトダイオードアレイ７をブ
レークダウン電圧よりも若干低い値の、ブレークダウン
電圧を超えない逆方向電圧をバイアスする必要がある。
この状態は一般にアバランシェフォトダイオードモード
と呼ばれている。上述のように本実施例では、負荷回路
駆動用電源１３の正極側がアバランシェフォトダイオー
ドアレイ７のカソードＫ側に、負極側がアノードＡ側に
それぞれ接続されているので、ＭＯＳＦＥＴ９のドレイ
ンＤとソースＳとの間が非導通状態にあるときは、負荷
回路駆動用電源１３の電圧はアバランシェフォトダイオ
ードアレイ７に対して逆方向電圧として印加されること
になる。すなわち、アバランシェフォトダイオードアレ
イ７をアバランシェフォトダイオードモードで動作させ
るために、アバランシェフォトダイオードアレイ７にバ
イアスされる逆方向電圧は、本発明によれば、ＭＯＳＦ
ＥＴ９のドレインＤとソースＳとの間が非導通状態にあ
るときの負荷回路駆動用電源１３によって形成されるこ
とになる。このため、バイアス用電源を独立して設ける
必要がないので部品点数の増加を抑えることができる。

【００２５】既に説明したように、本発明におけるアバ
ランシェフォトダイオードアレイは、複数個のアバラン
シェフォトダイオードを直列接続して形成される。本発
明によるリレー回路２１においては、負荷回路駆動用電
源１３によって形成される逆方向電圧が、アバランシェ
フォトダイオードアレイのブレークダウン電圧よりも若
干低い値にバイアスされるように、換言すれば、直列接
続されるアバランシェフォトダイオードのブレークダウ
ン電圧の合計値よりも若干低い値にバイアスされるよう
に、アバランシェフォトダイオードの接続数が選ばれ
る。すなわち、このアバランシェフォトダイオードの接
続数は、本発明によるリレー回路２１が適用される負荷
回路１２に対する負荷回路駆動用電源１３とアバランシ
ェフォトダイオード単体の特性との関係から決定され、
アバランシェフォトダイオードアレイ７が形成される。
なお、負荷回路駆動用電源１３の電圧値が小さい場合
は、アバランシェフォトダイオードの数が１個の場合も
あり得る。

【００２６】このようにブレークダウン電圧よりも若干
低い値の逆方向電圧がバイアスされたアバランシェフォ
トダイオードアレイ７は、そのＰＮ接合の近傍にバンド
ギャップ以上の光子エネルギーを有する光を受光する
と、アバランシェ倍増効果が発生する。すなわち、アバ
ランシェフォトダイオードが光を受光すると、その空乏
層内において、高電界で加速された電子及びホールによ
ってイオン化が生じ、その際発生する電子−ホール対
が、再度高電界で加速されてイオン化を起こして電子−
ホール対を発生するという、イオン化の連鎖反応が生ず
る。その結果、極めて大きな光電流を発生する。

【００２７】本実施例では、この光電流をＮチャネルＭ
ＯＳＦＥＴ９のゲートＧとソースＳとの間の入力容量の
充電に利用する。この光電流は、通常のフォトダイオー
ドが生成するものに比べて極めて大きいので、Ｎチャネ
ルＭＯＳＦＥＴ９の入力容量を急速に充電することがで
き、リレー回路２１の高速なターンオンが可能となる。

【００２８】続いて、本発明の第１の実施例におけるリ
レー回路の動作原理について説明する。図１に示された
本実施例のリレー回路２１において、ＭＯＳＦＥＴ９の
ドレインＤとソースＳとの間が非導通状態にあるとき、
アバランシェフォトダイオードアレイ７は、そのブレー
クダウン電圧よりも若干低い値である、負荷回路駆動用
電源１３により形成される逆方向電圧がバイアスされて
いるアバランシェフォトダイオードモードにある。

【００２９】このとき、負荷回路１２に負荷回路駆動用
電源１３を投入するためにスイッチ２を閉じると、入力
信号生成用電源１の電圧がリレー回路２１の入力端子３
及び４間に印加され、入力抵抗５を介して発光ダイオー
ド６に電流が流れる。この電流は負荷回路駆動用電源１
３の投入を指示する入力信号に相当する。発光ダイオー
ド６に電流が流れると、発光ダイオード６は点灯する。
発光ダイオード６から発せられた光は、アバランシェフ
ォトダイオードアレイ７に受光される。

【００３０】アバランシェフォトダイオードアレイ７が
光を受光すると、この光により生成された電子−ホール
対は、アバランシェ倍増効果によって、バイアスされた
逆方向電圧によって加速され、図３の従来例における光
電流に比べて極めて大きい光電流を発生する。この光電
流は、アバランシェフォトダイオードアレイ７のアノー
ドＡから流れ出し、ＭＯＳＦＥＴ９のゲートＧとソース
Ｓとの間の入力容量がしきい値電圧以上に充電されるま
で、ゲートＧ、ソースＳ、ドレインＤを通ってアバラン
シェフォトダイオードアレイ７のカソードＫに流れ込
む。なお、ＭＯＳＦＥＴ９のソースＳからドレインＤへ
の光電流の経路は、ソースＳとドレインＤとの間に形成
された寄生ダイオードになる。この寄生ダイオードは、
ＭＯＳＦＥＴを製造する際に発生するものであり、Ｎチ
ャネルＭＯＳＦＥＴにおいては、図１に示すように、寄
生ダイオードのアノードがソースＳに、カソードがドレ
インＤにそれぞれ接続されたような形で形成される。

【００３１】アバランシェ倍増効果により発生した光電
流は非常に大きな値を有しているので、ＭＯＳＦＥＴ９
のゲートＧとソースＳとの間の入力容量が急速に充電さ
れる。入力容量がしきい値電圧以上に充電されると、ド
レインＤとソースＳとの間は低インピーダンス状態に移
行して非導通状態から導通状態に切り替わり、リレー回
路２１はターンオンする。これにより負荷回路駆動用電
源１３が投入され、負荷回路１２に電力が供給され始め
る。

【００３２】このように、本発明によれば、スイッチ２
が閉じられると、アバランシェ倍増効果により発生した
光電流によってＭＯＳＦＥＴ９の入力容量が急速に充電
されてドレインＤとソースＳとの間が非導通状態から導
通状態に切り替わるので、従来例に比べて高速なターン
オンが可能となる。リレー回路２１のターンオン完了後
は、負荷回路駆動用電源１３、負荷回路１２、出力端子
１０、ドレインＤ、ソースＳ、出力端子１１の順で電流
経路が形成されるので、負荷回路駆動用電源１３の電圧
は負荷回路１２に印加される。また、アバランシェフォ
トダイオードアレイ７にバイアスされていた逆方向電圧
はなくなり、アバランシェ倍増効果は起きなくなる。従
って従来例とほぼ同様の大きさの通常の光電流が発生す
る。その後はこの光電流によってリレー回路２１のター
ンオンを維持する。

【００３３】この状態でスイッチ２を開くと、発光ダイ
オード６に流れる電流がなくなるので、発光ダイオード
６は消灯する。従ってアバランシェフォトダイオードア
レイ７は受光しなくなるので光電流を発生せず、ＭＯＳ
ＦＥＴ９のゲートＧとソースＳとの間の入力容量に充電
されていた電荷が放電抵抗８を介して放電され始める。
入力容量がしきい値電圧以下になるまで放電されると、
ドレインＤとソースＳとの間は高インピーダンス状態に
移行して非導通状態となり、リレー回路２１はターンオ
フする。これにより負荷回路駆動用電源１３が開放さ
れ、負荷回路１２への電力供給はなくなる。

【００３４】このようにしてスイッチ２を開閉すること
により、負荷回路１２に対して負荷回路駆動用電源１３
を投入若しくは開放する。以上説明したように、本発明
の第１の実施例によれば、アバランシェフォトダイオー
ドアレイをブレークダウン電圧よりも若干低い値を有す
る逆方向電圧をバイアスしておき、アバランシェフォト
ダイオードアレイが受光したときに発生するアバランシ
ェ倍増効果により生じる極めて大きな光電流を利用して
ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間の入力容量
を急速に充電するので、リレー回路の高速なターンオン
が可能となる。

【００３５】また、本実施例のリレー回路は、アバラン
シェフォトダイオードアレイのアバランシェ倍増効果を
利用するためにバイアスされるブレークダウン電圧より
も若干低い値の逆方向電圧が、ＭＯＳＦＥＴのドレイン
−ソース間の非導通状態における負荷回路駆動用電源に
よって形成されることになり、バイアス用電源を独立し
て設ける必要がなく、高速ターンオンが可能なリレー回
路を、部品点数を少なくして実現できる。

【００３６】次に、本発明の第２の実施例におけるリレ
ー回路の回路構成について説明する。図２は、本発明の
第２の実施例におけるリレー回路の回路図である。この
図に示す第２の実施例によるリレー回路２１は、ＭＯＳ
ＦＥＴ９としてＰチャネルタイプを用いた場合である。

【００３７】本実施例によるリレー回路２１は、図２で
は２点鎖線で囲まれて示されており、ＭＯＳＦＥＴ９が
Ｎチャネルタイプであった第１の実施例と同様に、発光
ダイオード６と、ＭＯＳＦＥＴ９のゲートＧとドレイン
Ｄとの間に接続されるアバランシェフォトダイオードア
レイ７とを備える。本実施例によるリレー回路２１にお
いては、ＰチャネルタイプのＭＯＳＦＥＴ９のドレイン
Ｄはアバランシェフォトダイオードアレイ７のアノード
Ａに、ゲートＧはアバランシェフォトダイオードアレイ
７のカソードＫにそれぞれ接続される。そして、ＭＯＳ
ＦＥＴ９のソースＳが出力端子１０に、ドレインＤが出
力端子１１にそれぞれ接続される。これら以外の回路構
成については第１の実施例と同様であるので説明は省略
する。

【００３８】本実施例におけるリレー回路２１において
も、負荷回路駆動用電源１３は、その正極側がアバラン
シェフォトダイオードアレイ７のカソードＫ側に、負極
側がアノードＡ側にそれぞれ接続される。従って、ＭＯ
ＳＦＥＴ９のドレインＤとソースＳとの間が非導通状態
にあるときは、負荷回路駆動用電源１３、負荷回路１
２、出力端子１０、放電回路８、アバランシェフォトダ
イオードアレイ７のカソードＫ、アノードＡ及び出力端
子１１によってループが形成されるので、負荷回路駆動
用電源１３の電圧はアバランシェフォトダイオードアレ
イ７に対して逆方向電圧としてバイアスされる。

【００３９】このとき、アバランシェフォトダイオード
アレイ７が光を受光すると、アバランシェ倍増効果によ
り極めて大きい光電流を発生する。この光電流は、アバ
ランシェフォトダイオードアレイ７のアノードＡから流
れ出し、ＭＯＳＦＥＴ９のソースＳとゲートＧとの間の
入力容量がしきい値電圧以上に充電されるまで、ドレイ
ンＤ、ソースＳ、ゲートＧを通って、アバランシェフォ
トダイオードアレイ７のカソードＫに流れ込む。なお、
ＭＯＳＦＥＴ９のドレインＤからソースＳまでの光電流
の経路は、ドレインＤとソースＳとの間に形成された寄
生ダイオードになる。

【００４０】この光電流によりＭＯＳＦＥＴ９のソース
ＳとゲートＧとの間の入力容量は急速に充電されて、ソ
ースＳとドレインＤとの間が非導通状態から導通状態に
切り替わるので、第１の実施例同様、高速なターンオン
が可能となる。ターンオフ時の動作原理については第１
の実施例と同様であるので説明は省略する。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＭＯＳＦＥＴを有するスイッチ回路若しくはリレー回路
において、アバランシェフォトダイオードアレイをブレ
ークダウン電圧よりも若干低い値の逆方向電圧をバイア
スしておき、アバランシェフォトダイオードアレイが受
光したときに発生するアバランシェ倍増効果により生じ
る極めて大きな光電流を利用してＭＯＳＦＥＴの入力容
量を急速に充電するので、ＭＯＳＦＥＴの高速なターン
オンが可能となる。

【００４２】また、アバランシェフォトダイオードアレ
イのアバランシェ倍増効果を利用するためにバイアスさ
れるブレークダウン電圧よりも若干低い値を有する逆方
向電圧は、負荷回路を駆動するための駆動用電源によっ
て形成されるので、バイアス用電源を独立して設ける必
要がなく、部品点数を少なくして実現できるので、高速
ターンオンが可能なリレー回路をコストで製造すること
ができる。

【００４３】本発明によるスイッチ回路及びリレー回路
は、高速ターンオンが可能であるので、例えばステッピ
ングモータの駆動用等、高速応答が要求される用途に特
に効果的であるといえる。また、ＭＯＳＦＥＴの非導通
から導通への切り替え動作が高速に行われるので、ＭＯ
ＳＦＥＴのスイッチング損失も低減でき、各素子に加わ
るストレスも低減されるので長寿命であるといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるリレー回路の回
路図である。

【図２】本発明の第２の実施例におけるリレー回路の回
路図である。

【図３】従来例による半導体リレー回路の構成図であ
る。

【符号の説明】

１…入力信号生成用電源 ２…スイッチ ３、４…入力端子 ５…入力抵抗 ６…発光ダイオード ７…アバランシェフォトダイオードアレイ ８…放電回路 ９…ＭＯＳＦＥＴ １０、１１…出力端子 １２…負荷回路 １３…負荷回路駆動用電源 ２１…リレー回路 Ｇ…ゲート Ｄ…ドレイン Ｓ…ソース Ａ…アノード Ｋ…カソード

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＮチャネルタイプのＭＯＳＦＥＴを有す
   るスイッチ回路であって、 入力信号に応答して点灯若しくは消灯する発光素子と、 該発光素子からの光を受光する１個又は直列接続された
   複数個のアバランシェフォトダイオードから成るアバラ
   ンシェフォトダイオードアレイであって、該アバランシ
   ェフォトダイオードアレイのアノードが前記ＭＯＳＦＥ
   Ｔのゲートに、カソードが前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン
   にそれぞれ接続されるアバランシェフォトダイオードア
   レイとを備えて成ることを特徴とするスイッチ回路。
2. 【請求項２】 ＰチャネルタイプのＭＯＳＦＥＴを有す
   るリレー回路であって、 入力信号に応答して点灯若しくは消灯する発光素子と、 該発光素子からの光を受光する１個又は直列接続された
   複数個のアバランシェフォトダイオードから成るアバラ
   ンシェフォトダイオードアレイであって、該アバランシ
   ェフォトダイオードアレイのカソードが前記ＭＯＳＦＥ
   Ｔのゲートに、アノードが前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン
   にそれぞれ接続されるアバランシェフォトダイオードア
   レイとを備えて成ることを特徴とするスイッチ回路。
3. 【請求項３】 前記ＭＯＳＦＥＴのソース及びゲートの
   間に接続される放電回路を更に備える請求項１又は２に
   記載のスイッチ回路。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか一項に記載のス
   イッチ回路を利用したリレー回路であって、前記ＭＯＳ
   ＦＥＴのソースと前記ドレインとの間が導通若しくは非
   導通となることで、負荷となる回路を駆動する電源が投
   入若しくは開放されるリレー回路において、 前記電源の電圧値が前記アバランシェフォトダイオード
   アレイのブレークダウン電圧よりも低いことを特徴とす
   るリレー回路。
5. 【請求項５】 ＭＯＳＦＥＴを有するスイッチ回路の駆
   動方法であって、 アバランシェフォトダイオードを少なくとも１つ直列接
   続して形成されるアバランシェフォトダイオードアレイ
   であって、前記ＭＯＳＦＥＴのゲートとドレインとの間
   に接続されるアバランシェフォトダイオードアレイを、
   前記アバランシェフォトダイオードのブレークダウン電
   圧よりも低い電圧値を有する逆方向電圧でバイアスし、 入力信号に応答して発光素子を点灯若しくは消灯させ、 前記発光素子が点灯したとき、前記アバランシェフォト
   ダイオードアレイは受光してアバランシェ倍増効果によ
   るアバランシェ電流を生成して前記ＭＯＳＦＥＴのソー
   スと前記ゲートとの間の入力容量を充電し、前記入力容
   量がしきい値電圧以上に充電されると前記ソースと前記
   ドレインとの間が非導通から導通に切り替わることを特
   徴とするスイッチ回路の駆動方法。
6. 【請求項６】 前記発光素子が消灯したとき、前記アバ
   ランシェフォトダイオードは光電流を生成せず、前記ソ
   ースと前記ゲートとの間に接続される放電回路を介して
   前記入力容量は放電し、前記入力容量がしきい値電圧以
   下に放電されると前記ドレインと前記ソースとの間が前
   記導通から前記非導通に切り替わる請求項５に記載のス
   イッチ回路の駆動方法。
7. 【請求項７】 ドレインとソースとの間が導通若しくは
   非導通となることで、負荷となる回路を駆動する電源を
   投入若しくは開放するＭＯＳＦＥＴを有するリレー回路
   の駆動方法であって、 アバランシェフォトダイオードを少なくとも１つ直列接
   続して形成されるアバランシェフォトダイオードアレイ
   であって、前記ＭＯＳＦＥＴのゲートと前記ドレインと
   の間に接続されるアバランシェフォトダイオードアレイ
   を、前記アバランシェフォトダイオードのブレークダウ
   ン電圧よりも低い電圧値を有する逆方向電圧でバイアス
   し、 前記逆方向電圧は、前記電源で形成され、 前記の投入若しくは開放を指示する入力信号に応答して
   発光素子を点灯若しくは消灯させ、 前記発光素子が点灯したとき、前記アバランシェフォト
   ダイオードアレイは受光してアバランシェ倍増効果によ
   るアバランシェ電流を生成して前記ＭＯＳＦＥＴのソー
   スと前記ゲートとの間の入力容量を充電し、前記入力容
   量がしきい値電圧以上に充電されると前記ドレインと前
   記ソースとの間が前記非導通から前記導通に切り替わる
   ことを特徴とするリレー回路の駆動方法。
8. 【請求項８】 前記発光素子が消灯したとき、前記アバ
   ランシェフォトダイオードは光電流を生成せず、前記ゲ
   ートと前記ソースとの間に接続される放電回路を介して
   前記入力容量は放電し、前記入力容量がしきい値電圧以
   下に放電されると前記ドレインと前記ソースとの間が前
   記導通から前記非導通に切り替わる請求項７に記載のリ
   レー回路の駆動方法。