JP2003115755A - Drive circuit for semiconductor switch element and semiconductor relay using it - Google Patents
Drive circuit for semiconductor switch element and semiconductor relay using itInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体スイッチ素
子の駆動回路およびそれを用いた半導体リレーに関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drive circuit for a semiconductor switch element and a semiconductor relay using the drive circuit.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、高周波のアナログ信号を高精度に
伝達でき、高速にオンオフできるスイッチ要素として半
導体スイッチのニーズが高まっている。このような半導
体スイッチとしては、発光ダイオードのような発光素子
と、発光素子に光結合された太陽電池と、逆直列に接続
された一対のMOSFETからなり太陽電池の出力によ
りオンオフされる半導体スイッチ素子とを備えた半導体
リレーが知られている。2. Description of the Related Art In recent years, there is an increasing need for semiconductor switches as switching elements that can transmit high-frequency analog signals with high accuracy and can be turned on and off at high speed. Such a semiconductor switch includes a light emitting element such as a light emitting diode, a solar cell optically coupled to the light emitting element, and a pair of MOSFETs connected in anti-series, which is turned on / off by the output of the solar cell. A semiconductor relay including and is known.
【0003】この種の半導体リレーの回路図を図4に示
す(特開昭63−153916号公報参照)。図4に示
す半導体リレーは、発光ダイオードよりなる発光素子1
1と、発光素子11に光結合され光起電力を発生する太
陽電池21と、ゲート端子(以下、ゲートと略称する)
同士およびソース端子(以下、ソースと略称する)同士
がそれぞれ共通接続された2個のnチャネルMOSFE
T22a,22bからなる半導体スイッチ素子22とを
備え、太陽電池21の起電力に応答して半導体スイッチ
素子22をオンオフさせるように構成されている。な
お、半導体スイッチ素子22は、各nチャネルMOSF
ET22a,22bのドレイン端子(以下、ドレインと
略称する)がそれぞれ主端子を構成し出力端子(リレー
出力端子)26a,26bに接続されている。A circuit diagram of this type of semiconductor relay is shown in FIG. 4 (see Japanese Patent Laid-Open No. 63-153916). The semiconductor relay shown in FIG. 4 is a light emitting device 1 including a light emitting diode.
1, a solar cell 21 that is optically coupled to the light emitting element 11 to generate a photoelectromotive force, and a gate terminal (hereinafter abbreviated as a gate).
And two source terminals (hereinafter abbreviated as sources) are commonly connected to each other in two n-channel MOSFEs.
The semiconductor switch element 22 composed of T22a and 22b is provided, and is configured to turn on / off the semiconductor switch element 22 in response to the electromotive force of the solar cell 21. It should be noted that the semiconductor switch element 22 is composed of n-channel MOSFs.
The drain terminals (hereinafter abbreviated as drains) of the ETs 22a and 22b respectively constitute main terminals and are connected to output terminals (relay output terminals) 26a and 26b.
【0004】ここにおいて、発光素子11は、駆動電源
であるパルス電源12の両端間に抵抗R1を介して接続
されている。パルス電源12は、パルス電圧を出力する
ように構成されている。また、上述の半導体スイッチ素
子22におけるゲート同士の接続点とソース同士の接続
点との間(制御入力端間)には、ゲート−ソース間にバ
イアス抵抗R2が接続されたノーマリオン型(デプレッ
ション型)のnチャネルMOSFET23が接続されて
いる。このノーマリオン型のnチャネルMOSFET2
3は、半導体スイッチ素子22の各MOSFET22
a,22bのゲート電荷を引く抜くために設けられてい
る。さらに、ノーマリオン型のnチャネルMOSFET
23のゲート−ソース間には、ゲート−ドレイン間が短
絡されたnチャネルMOSFET24のソース−ドレイ
ン間が接続されている。なお、上述のnチャネルMOS
FET22a,22bはゲートが太陽電池21の正極端
子に接続され、ソースがバイアス抵抗R2を介して太陽
電池21の負極端子に接続されている。Here, the light emitting element 11 is connected between both ends of a pulse power source 12 which is a driving power source via a resistor R1. The pulse power supply 12 is configured to output a pulse voltage. A normally-on type (depletion type) in which a bias resistor R2 is connected between the gate and the source between the connection point between the gates and the connection point between the sources (between the control input terminals) in the semiconductor switch element 22 described above. ) N-channel MOSFET 23 is connected. This normally-on type n-channel MOSFET 2
3 is each MOSFET 22 of the semiconductor switch element 22.
It is provided to pull out the gate charges of a and 22b. Furthermore, a normally-on type n-channel MOSFET
The gate-source of 23 is connected between the source and drain of an n-channel MOSFET 24 whose gate-drain is short-circuited. The n-channel MOS described above
The gates of the FETs 22a and 22b are connected to the positive terminal of the solar cell 21, and the sources are connected to the negative terminal of the solar cell 21 via the bias resistor R2.
【0005】以上説明した半導体リレーでは、パルス電
源12、抵抗R1、発光素子11、太陽電池21、ノー
マリオン型のnチャネルMOSFET23、バイアス抵
抗R2、およびnチャネルMOSFET24により半導
体スイッチ素子22の駆動回路を構成しており、半導体
スイッチ素子22は交流電力を導通、遮断できるように
なっている。In the semiconductor relay described above, the drive circuit for the semiconductor switch element 22 is constituted by the pulse power source 12, the resistor R1, the light emitting element 11, the solar cell 21, the normally-on type n-channel MOSFET 23, the bias resistor R2, and the n-channel MOSFET 24. The semiconductor switch element 22 is configured to be able to conduct and block AC power.
【0006】以下、上述の駆動回路の動作について説明
する。The operation of the above drive circuit will be described below.
【0007】まず、半導体スイッチ素子22がオフ状態
からオン状態へ移行するときの動作について説明する。First, the operation when the semiconductor switch element 22 shifts from the off state to the on state will be described.
【0008】パルス電源12から抵抗R1を介して発光
素子11に順方向電流が流れると、発光素子11が点灯
(発光)し、太陽電池21が光起電力を発生する。この
光起電力による電流は最初、太陽電池21の正極端子−
ノーマリオン型のnチャネルMOSFET23のドレイ
ン−ノーマリオン型のnチャネルMOSFET23のソ
ース−バイアス抵抗R2−太陽電池21の負極端子の経
路で流れる。この電流によってバイアス抵抗R2の両端
にはnチャネルMOSFET23のゲート−ソース間を
逆バイアスする向きに電圧降下が発生し、バイアス抵抗
R2の両端電圧がnチャネルMOSFET23の閾値電
圧を超えるとnチャネルMOSFET23が高インピー
ダンス化する。この後、太陽電池21の光起電力による
電流はそのほとんどが太陽電池21の正極端子−nチャ
ネルMOSFET22a,22bの各ゲート−nチャネ
ルMOSFET22a,22bの各ソース−バイアス抵
抗R2−太陽電池21の負極端子の経路で流れて各nチ
ャネルMOSFET22a,22bのゲート−ソース間
を順バイアスする方向に充電する。そして、この充電電
圧が各nチャネルMOSFET22a,22bの閾値電
圧を超えると各nチャネルMOSFET22a,22b
はターンオンする。さらに、各nチャネルMOSFET
22a,22bのゲート−ソース間が完全に充電された
後は、光起電力による電流は高インピーダンス化したノ
ーマリオン型のnチャネルMOSFET23を通して、
太陽電池21の正極端子−ノーマリオン型のnチャネル
MOSFET23のドレイン−ノーマリオン型のnチャ
ネルMOSFET23のソース−バイアス抵抗R2−太
陽電池21の負極端子の経路で流れ続ける。これは、ノ
ーマリオン型のnチャネルMOSFET23は自らを通
して流れる電流がバイアス抵抗R2での電圧降下によっ
て高インピーダンス状態を保持しているためにある一定
のインピーダンスで平衡状態に達するからである。この
状態において、バイアス抵抗R2を流れていた電流の多
くは並列接続されている中程度のインピーダンスに調整
されたnチャネルMOSFET24を流れるようにな
り、バイアス抵抗R2の電圧降下によってnチャネルM
OSFET22a,22bのゲート−ソース間のバイア
ス電圧が低下してnチャネルMOSFET22a,22
bのオン抵抗が上昇しないようにしている。When a forward current flows from the pulse power source 12 to the light emitting element 11 via the resistor R1, the light emitting element 11 is turned on (emits light), and the solar cell 21 generates a photoelectromotive force. The current due to this photovoltaic power is initially the positive terminal of the solar cell 21
It flows in the path of the drain of the normally-on type n-channel MOSFET 23-the source of the normally-on type n-channel MOSFET 23-the bias resistance R2-the negative terminal of the solar cell 21. This current causes a voltage drop across the bias resistor R2 in the direction of reverse biasing between the gate and the source of the n-channel MOSFET 23, and when the voltage across the bias resistor R2 exceeds the threshold voltage of the n-channel MOSFET 23, the n-channel MOSFET 23 is turned on. High impedance. After this, most of the photovoltaic current of the solar cell 21 is the positive terminal of the solar cell 21-the gates of the n-channel MOSFETs 22a and 22b-the source of the n-channel MOSFETs 22a and 22b-the bias resistance R2-the negative electrode of the solar cell 21. The n-channel MOSFETs 22a and 22b are charged in the direction of forward bias between the gates and sources by flowing through the path of the terminals. When this charging voltage exceeds the threshold voltage of each n-channel MOSFET 22a, 22b, each n-channel MOSFET 22a, 22b
Turns on. Furthermore, each n-channel MOSFET
After the gate-sources of 22a and 22b are completely charged, the current due to the photovoltaic power is passed through the normally-on type n-channel MOSFET 23 having high impedance,
The current continues to flow in the path of the positive electrode terminal of the solar cell 21, the drain of the normally-on type n-channel MOSFET 23, the source of the normally-on type n-channel MOSFET 23, and the bias resistor R2-the negative terminal of the solar cell 21. This is because the normally-on type n-channel MOSFET 23 reaches the equilibrium state with a certain impedance because the current flowing therethrough maintains the high impedance state due to the voltage drop in the bias resistor R2. In this state, most of the current flowing through the bias resistor R2 comes to flow through the n-channel MOSFET 24 that is connected in parallel and adjusted to a medium impedance, and the voltage drop of the bias resistor R2 causes the n-channel M to flow.
The bias voltage between the gate and the source of the OSFETs 22a and 22b is lowered to decrease the n-channel MOSFETs 22a and 22b.
The on-resistance of b is prevented from increasing.
【0009】また、この状態において、発光素子11を
含む1次側回路10と太陽電池21を含む2次側回路2
0との間は電気的には非常に小さな静電容量を介して良
好に絶縁されているので、2次側回路20の半導体スイ
ッチ素子22の各主端子が接続された出力端子26a,
26b間に高周波電源が接続されている場合などにも、
大きな対地間容量(固定電位との間の静電容量)を有す
る1次側回路10との間の高周波インピーダンスが非常
に大きい。このため、図4に示す構成の半導体リレー
は、半導体スイッチ素子22の導通時の高周波特性(出
力端子26a,26b間の高周波信号の導通特性)が優
れており、高周波電源の出力が回路のインダクタンス成
分および対地間容量と干渉することによって生じるディ
ップの落ち込み量が非常に小さいという特徴を有してい
る。要するに、特定の周波数で導通損失が極大になるよ
うなディップの発生が抑制される。In this state, the primary side circuit 10 including the light emitting element 11 and the secondary side circuit 2 including the solar cell 21.
Since it is electrically well isolated from 0 through a very small electrostatic capacity, the output terminal 26a to which each main terminal of the semiconductor switch element 22 of the secondary side circuit 20 is connected,
Also when a high frequency power supply is connected between 26b,
The high frequency impedance with the primary side circuit 10 having a large capacitance to ground (capacitance between a fixed potential) is very large. Therefore, the semiconductor relay having the configuration shown in FIG. 4 has excellent high-frequency characteristics (conduction characteristics of high-frequency signals between the output terminals 26a and 26b) when the semiconductor switch element 22 is conductive, and the output of the high-frequency power source is the inductance of the circuit. It has a feature that the amount of dip drop caused by interference with the component and the capacitance to ground is very small. In short, it is possible to suppress the occurrence of a dip that maximizes the conduction loss at a specific frequency.
【0010】次に、半導体スイッチ素子22がオン状態
からオフ状態へ移行するときの動作について説明する。Next, the operation when the semiconductor switch element 22 shifts from the on state to the off state will be described.
【0011】パルス電源12の出力電圧が0Vになり、
発光素子11が消灯すると、太陽電池21の出力電流は
低減する。このため、バイアス抵抗R2の電圧降下が低
下してノーマリオン型のnチャネルMOSFET23が
低インピーダンス状態となる。すると、nチャネルMO
SFET22a,22bのゲート−ソース間に蓄積され
ていた電荷および太陽電池21の正極端子と負極端子と
の間に蓄積されていた電荷がnチャネルMOSFET2
3を通して放電され、nチャネルMOSFET22a,
22bのゲート−ソース間電圧が閾値電圧を下回ったと
きに各nチャネルMOSFET22a,22bがターン
オフする。The output voltage of the pulse power source 12 becomes 0V,
When the light emitting element 11 is turned off, the output current of the solar cell 21 decreases. Therefore, the voltage drop of the bias resistor R2 is reduced, and the normally-on type n-channel MOSFET 23 is in a low impedance state. Then, n channel MO
The electric charge accumulated between the gate and the source of the SFETs 22a and 22b and the electric charge accumulated between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the solar cell 21 are the n-channel MOSFET 2
3 through the n-channel MOSFET 22a,
When the gate-source voltage of 22b falls below the threshold voltage, each n-channel MOSFET 22a, 22b is turned off.
【0012】上述のように構成された半導体リレーは、
半導体スイッチ素子22の各nチャネルMOSFET2
2a,22bのターンオン時にはnチャネルMSOFE
T22a,22bのゲート−ソース間を比較的短い時間
で充電して高速にターンオンするように動作し、充電が
完了した後も太陽電池21の出力電圧のほとんどがnチ
ャネルMOSFET22a,22bのゲート−ソース間
に印加されてnチャネルMOSFET22a,22bが
低オン抵抗に保持されるように動作する。一方、ターン
オフ時においても、nチャネルMOSFET22a,2
2bのゲート・ソース間に蓄積されている電荷を比較的
短い時間で放電して高速にターンオフするように動作す
る。さらには、半導体スイッチング素子22の導通時に
おいて1次側回路10と2次側回路20との間の静電容
量が極めて小さいので、高周波特性(出力端子26a,
26b間の高周波信号の導通特性)が優れているという
利点も有する。The semiconductor relay configured as described above is
Each n-channel MOSFET 2 of the semiconductor switch element 22
N-channel MSOFT when 2a and 22b are turned on
The gate-sources of T22a and 22b operate so as to be charged in a relatively short time and turned on at high speed, and most of the output voltage of the solar cell 21 after the completion of charging is the gate-source of the n-channel MOSFETs 22a and 22b. It is applied between the n-channel MOSFETs 22a and 22b so that the n-channel MOSFETs 22a and 22b are maintained at low on-resistance. On the other hand, even when turned off, the n-channel MOSFETs 22a, 2
The charge accumulated between the gate and the source of 2b is discharged in a relatively short time and turned off at a high speed. Furthermore, since the electrostatic capacitance between the primary side circuit 10 and the secondary side circuit 20 is extremely small when the semiconductor switching element 22 is conducting, high frequency characteristics (output terminal 26a,
There is also an advantage that the conduction characteristic of the high frequency signal between 26b) is excellent.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の駆動回路では、ターンオン時において、半導体スイ
ッチ素子22を構成する2個のnチャネルMOSFET
22a,22bのゲート・ソース間を順バイアスするの
に先だってノーマリオン型のnチャネルMOSFET2
3をオフするための時間が必要となるので、ターンオン
の高速性が十分満足されるものではないという不具合が
あった。However, in the above-mentioned conventional drive circuit, at the time of turn-on, two n-channel MOSFETs forming the semiconductor switch element 22 are formed.
The normally-on type n-channel MOSFET 2 is provided before the forward bias between the gate and source of 22a and 22b.
Since the time for turning off 3 is required, there is a problem that the high speed of turn-on is not sufficiently satisfied.
【0014】また、ターンオフ時においても、半導体ス
イッチ素子22を構成する2個のnチャネルMOSFE
T22a,22bのゲート−ソース間容量に加えて太陽
電池21の有する大きな端子間容量それぞれの蓄積電荷
の放電が必要であること、太陽電池21の端子間容量の
蓄積電荷が消滅するのに時間がかかること、太陽電池2
1の端子間容量に蓄積された電荷の放電電流がノーマリ
オン型のnチャネルMOSFET23を高インピーダン
スとなるように動作させることなどから、ターンオフの
高速性は満足されるものではなく、さらなる高速化が要
求されている。Further, even at the time of turn-off, the two n-channel MOSFEs constituting the semiconductor switch element 22 are formed.
In addition to the gate-source capacitance of T22a and 22b, it is necessary to discharge the accumulated charge of each large terminal capacitance of the solar cell 21, and it takes time for the accumulated charge of the terminal capacitance of the solar cell 21 to disappear. That, solar cell 2
Since the discharge current of the electric charge accumulated in the inter-terminal capacitance of 1 operates the normally-on type n-channel MOSFET 23 to have a high impedance, the turn-off speed is not satisfactory, and further speed-up can be achieved. Is required.
【0015】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、半導体スイッチ素子のターンオン時
間およびターンオフ時間の短縮化を図れる半導体スイッ
チ素子の駆動回路を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a drive circuit for a semiconductor switch element, which can shorten the turn-on time and turn-off time of the semiconductor switch element.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、上記
目的を達成するために、制御入力端間に与えられる制御
入力に応じてオンオフされる半導体スイッチ素子の駆動
回路であって、発光素子と、発光素子に光結合され前記
制御入力端間に半導体スイッチ素子をオン状態とする制
御入力を与えることができる太陽電池と、太陽電池の両
端間に挿入され発光素子に光結合されたフォトダイオー
ドと、太陽電池の両端間に接続されてフォトダイオード
の導通・非導通によってオンオフされ発光素子が点灯し
ている間はオフとなり発光素子が消灯している間はオン
となる半導体スイッチとを備えることを特徴とするもの
であり、太陽電池の両端間に挿入され太陽電池と共通の
発光素子に光結合されたフォトダイオードの導通・非導
通によって半導体スイッチ素子の制御入力端間への制御
入力が変化することになり、半導体スイッチ素子のター
ンオン時に従来のようにノーマリオン型のnチャネルM
OSFETをオフするための時間を必要とせず、高速に
ターンオンでき、また、半導体スイッチ素子のターンオ
フ時には太陽電池の蓄積電荷が太陽電池の両端間に接続
された半導体スイッチ以外の素子を通さずに放電される
ので、従来のように太陽電池からの放電経路にバイアス
抵抗および当該バイアス抵抗がゲート−ソース間に接続
されたノーマリオン型のnチャネルMOSFETが挿入
されている場合に比べて、半導体スイッチ素子を高速に
ターンオフさせることができる。したがって、従来に比
べて半導体スイッチ素子のターンオン時間およびターン
オフ時間を短縮化できる。In order to achieve the above-mentioned object, the invention of claim 1 is a drive circuit for a semiconductor switch element which is turned on / off according to a control input provided between control input terminals. An element, a solar cell optically coupled to the light emitting element and capable of providing a control input for turning on the semiconductor switch element between the control input terminals, and a photocell optically inserted into both ends of the solar cell and optically coupled to the light emitting element. A diode and a semiconductor switch that is connected between both ends of the solar cell and is turned on / off by conduction / non-conduction of the photodiode and turned off while the light emitting element is on and turned on while the light emitting element is off. It is characterized by the fact that a photodiode is inserted between both ends of the solar cell and optically coupled to the light emitting element common to the solar cell, by the conduction / non-conduction of the semiconductor. Control input to between the control input of switch elements will be change, n-channel M of normally-as in the prior art when turning on the semiconductor switching element
It does not require time to turn off the OSFET, it can be turned on at high speed, and when the semiconductor switch element is turned off, the accumulated charge of the solar cell is discharged without passing through elements other than the semiconductor switch connected between both ends of the solar cell. Therefore, as compared with the conventional case where a bias resistor and a normally-on type n-channel MOSFET in which the bias resistor is connected between the gate and the source are inserted in the discharge path from the solar cell, the semiconductor switch element is Can be turned off at high speed. Therefore, the turn-on time and turn-off time of the semiconductor switch element can be shortened as compared with the conventional case.
【0017】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記フォトダイオードは、カソードが抵抗を介して
前記太陽電池の正極端子に接続され且つアノードが前記
太陽電池の負極端子に接続され、前記半導体スイッチ
は、前記太陽電池の正極端子および負極端子にそれぞれ
ドレイン端子およびソース端子が接続され且つ前記フォ
トダイオードのカソードにゲート端子が接続されたnチ
ャネルMOSFETよりなるので、前記半導体スイッチ
がnチャネルMOSFETにより構成されていることに
よって、前記半導体スイッチをpチャネルMOSFET
により構成する場合に比べて半導体チップに占める前記
半導体スイッチの素子面積を増大させることなく前記半
導体スイッチのオン抵抗を低減することができ、ターン
オフ時間の短縮化に有利になる。According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the photodiode has a cathode connected to a positive electrode terminal of the solar cell through a resistor and an anode connected to a negative electrode terminal of the solar cell. The semiconductor switch is an n-channel MOSFET having a drain terminal and a source terminal connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the solar cell, respectively, and a gate terminal connected to the cathode of the photodiode. The semiconductor switch is a p-channel MOSFET because it is composed of a MOSFET.
The ON resistance of the semiconductor switch can be reduced without increasing the element area of the semiconductor switch occupying the semiconductor chip, as compared with the configuration described above, which is advantageous in shortening the turn-off time.
【0018】請求項3の発明は、請求項1の発明におい
て、前記フォトダイオードは、カソードが前記太陽電池
の正極端子に接続され且つアノードが抵抗を介して前記
太陽電池の負極端子に接続され、前記半導体スイッチ
は、前記太陽電池の正極端子および負極端子にそれぞれ
ソース端子およびドレイン端子が接続され且つ前記フォ
トダイオードのアノードにゲート端子が接続されたpチ
ャネルMOSFETよりなるので、前記半導体スイッチ
がpチャネルMOSFETにより構成されていることに
よって、前記太陽電池としてn形半導体基板の主表面側
に形成されたp形拡散領域の表面が受光面を構成する太
陽電池を採用する場合に、前記太陽電池と前記半導体ス
イッチとを同一の半導体チップに集積化するプロセスの
簡略化を図れ低コスト化を図れる。According to a third aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the photodiode has a cathode connected to a positive electrode terminal of the solar cell and an anode connected to a negative electrode terminal of the solar cell through a resistor, Since the semiconductor switch is a p-channel MOSFET in which a source terminal and a drain terminal are connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the solar cell, respectively, and a gate terminal is connected to the anode of the photodiode, the semiconductor switch is a p-channel MOSFET. When the solar cell is constituted by a MOSFET, and the surface of the p-type diffusion region formed on the main surface side of the n-type semiconductor substrate constitutes a light receiving surface, the solar cell and the solar cell are used. It is possible to simplify the process of integrating the semiconductor switch and the same semiconductor chip, and to reduce the cost. It attained the reduction.
【0019】請求項4の発明は、請求項1ないし請求項
3のいずれか1項に記載の半導体スイッチ素子の駆動回
路と、前記半導体スイッチ素子とを備え、前記半導体ス
イッチ素子は、2つの電界効果トランジスタのゲート端
子同士の接続点とソース端子同士の接続点との間を前記
制御入力端間とし且つ各ドレイン端子をそれぞれ主端子
として構成され、前記制御入力端間に前記太陽電池が接
続されてなることを特徴とするものであり、前記半導体
スイッチ素子の主端子間に例えば負荷と交流電源との直
列回路を接続して用いることができ、前記半導体スイッ
チ素子を高速にターンオン、ターンオフすることができ
る。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor switch element drive circuit according to any one of the first to third aspects and the semiconductor switch element, wherein the semiconductor switch element has two electric fields. Between the control input terminals between the connection points of the gate terminals and the connection points of the source terminals of the effect transistor, and the drain terminals are respectively configured as main terminals, and the solar cell is connected between the control input terminals. It is possible to use, for example, a series circuit of a load and an AC power source connected between the main terminals of the semiconductor switch element, and to turn the semiconductor switch element on and off at high speed. You can
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】(実施形態1)本実施形態では、
図1に示すように、nチャネルMOSFETからなる半
導体スイッチ素子22の駆動回路を例示する。なお、本
実施形態では、半導体スイッチ素子22であるnチャネ
ルMOSFETのゲート端子(以下、ゲートと略称す
る)−ソース端子(以下、ソースと略称する)間が制御
入力端間となり、ドレイン端子(以下、ドレインと略称
する)およびソースがそれぞれ主端子を構成しており、
ゲート−ソース間に与えられるゲート電圧(ゲート−ソ
ース間電圧)が制御入力となる。ここに、各主端子はそ
れぞれ出力端子26a,26bに接続されている。(First Embodiment) In the present embodiment,
As shown in FIG. 1, a drive circuit for the semiconductor switch element 22 composed of an n-channel MOSFET is illustrated. In the present embodiment, the gate terminal (hereinafter abbreviated as a gate) -source terminal (hereinafter abbreviated as a source) of the n-channel MOSFET that is the semiconductor switching element 22 serves as the control input terminal, and the drain terminal (hereinafter , Abbreviated as drain) and a source respectively constitute a main terminal,
A gate voltage (gate-source voltage) applied between the gate and the source serves as a control input. Here, each main terminal is connected to the output terminals 26a and 26b, respectively.
【0021】本実施形態における駆動回路は、発光ダイ
オードよりなる発光素子11と、発光素子11に光結合
された太陽電池21と、発光素子11に光結合されたフ
ォトダイオード25とを備えている。すなわち、太陽電
池21およびフォトダイオード25は同一の発光素子1
1に光結合している。太陽電池21は、半導体スイッチ
素子22を構成するnチャネルMOSFETをオン状態
とするゲート電圧(ゲート−ソース間電圧)を供給可能
となっている。The drive circuit in this embodiment includes a light emitting element 11 formed of a light emitting diode, a solar cell 21 optically coupled to the light emitting element 11, and a photodiode 25 optically coupled to the light emitting element 11. That is, the solar cell 21 and the photodiode 25 are the same as the light emitting element 1.
Optically coupled to 1. The solar cell 21 is capable of supplying a gate voltage (gate-source voltage) for turning on an n-channel MOSFET that constitutes the semiconductor switch element 22.
【0022】ここにおいて、発光素子11は、駆動電源
であるパルス電源12の両端間に抵抗R1を介して接続
されている。パルス電源12は、パルス電圧を出力する
単極性のパルス電源であって、出力電圧が発光素子11
を点灯させるための第1の規定電圧と発光素子11を消
灯させるための第2の規定電圧(0V)との2値をとれ
るようになっており、発光素子11を点灯・消灯させる
ことができる。Here, the light emitting element 11 is connected through a resistor R1 between both ends of a pulse power source 12 which is a driving power source. The pulse power supply 12 is a unipolar pulse power supply that outputs a pulse voltage, and the output voltage is a light emitting element 11
It is possible to take a binary value of a first specified voltage for turning on the light emitting element and a second specified voltage (0V) for turning off the light emitting element 11, so that the light emitting element 11 can be turned on and off. .
【0023】太陽電池21の両端間には、抵抗R3と上
述のフォトダイオード25との直列回路が接続されてい
る。ここに、フォトダイオード25は、カソードが抵抗
R3を介して太陽電池21の正極端子に接続され、アノ
ードが太陽電池21の負極端子に接続されている。さら
に、太陽電池21の両端間には半導体スイッチであるn
チャネルMOSFET27aが接続されている。nチャ
ネルMOSFET27aは、太陽電池21の正極端子お
よび負極端子にそれぞれドレインおよびソースが接続さ
れ且つフォトダイオード25のカソードにゲート端子が
接続されている。すなわち、太陽電池21の両端間に接
続されてフォトダイオード25の導通・非導通によって
オンオフされる半導体スイッチを構成するnチャネルM
OSFET27aは、発光素子11が点灯している間は
オフとなり発光素子11が消灯している間はオンとなる
ように接続されている。また、半導体スイッチを構成す
るnチャネルMOSFET27aは、ソース−ドレイン
間に半導体スイッチ素子22を構成するnチャネルMO
SFETのゲート−ソース間が接続されている。A series circuit of a resistor R3 and the above-mentioned photodiode 25 is connected between both ends of the solar cell 21. Here, in the photodiode 25, the cathode is connected to the positive electrode terminal of the solar cell 21 via the resistor R3, and the anode is connected to the negative electrode terminal of the solar cell 21. Furthermore, a semiconductor switch n is provided between both ends of the solar cell 21.
The channel MOSFET 27a is connected. The n-channel MOSFET 27 a has a drain and a source connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the solar cell 21, respectively, and a gate terminal connected to the cathode of the photodiode 25. That is, an n-channel M which is connected between both ends of the solar cell 21 and constitutes a semiconductor switch which is turned on / off by conduction / non-conduction of the photodiode 25.
The OSFET 27a is connected so as to be off while the light emitting element 11 is on and on when the light emitting element 11 is off. Further, the n-channel MOSFET 27a that constitutes the semiconductor switch is an n-channel MO that constitutes the semiconductor switch element 22 between the source and the drain.
The gate and source of the SFET are connected.
【0024】以下、本実施形態の駆動回路の動作につい
て説明する。The operation of the drive circuit of this embodiment will be described below.
【0025】まず、半導体スイッチ素子22がオフ状態
からオン状態へ移行するときの動作について説明する。First, the operation when the semiconductor switch element 22 shifts from the off state to the on state will be described.
【0026】本実施形態の駆動回路では、パルス電源1
2からパルス電圧が出力されると(パルス電源12の出
力電圧が上記第1の規定電圧になると)、発光素子11
が点灯し、太陽電池21が光電変換によって光起電力を
発生し半導体スイッチ素子22を構成するnチャネルM
OSFETのゲート−ソース間容量および太陽電池21
の端子間容量を充電する。また、発光素子11が点灯す
ると、フォトダイオード25が導通状態となり、半導体
スイッチを構成するnチャネルMOSFET27aのゲ
ート−ソース間電圧が閾値電圧よりも小さくなってnチ
ャネルMOSFET27aがオフとなるので、nチャネ
ルMOSFET27aに電流が流れることはなく、太陽
電池21で発生した起電力は全て半導体スイッチ素子2
2を構成するnチャネルMOSFETのゲート−ソース
間容量および太陽電池21の端子間容量を充電すること
に使用されるから、半導体スイッチ素子22が高速にタ
ーンオンすることになる。In the drive circuit of this embodiment, the pulse power source 1
When the pulse voltage is output from 2 (when the output voltage of the pulse power supply 12 becomes the first specified voltage), the light emitting element 11
Is turned on, the solar cell 21 generates a photovoltaic power by photoelectric conversion, and an n-channel M that constitutes the semiconductor switch element 22.
Gate-source capacitance of OSFET and solar cell 21
Charge the inter-terminal capacitance of. When the light emitting element 11 is turned on, the photodiode 25 is turned on, the gate-source voltage of the n-channel MOSFET 27a forming the semiconductor switch becomes lower than the threshold voltage, and the n-channel MOSFET 27a is turned off. No current flows through the MOSFET 27a, and all the electromotive force generated in the solar cell 21 is generated by the semiconductor switch element 2.
Since it is used to charge the gate-source capacitance of the n-channel MOSFET and the inter-terminal capacitance of the solar cell 21 that form the element 2, the semiconductor switch element 22 turns on at high speed.
【0027】次に、半導体スイッチ素子22を構成する
nチャネルMOSFETがオン状態からオフ状態に移行
する時の動作について説明する。Next, the operation when the n-channel MOSFET forming the semiconductor switch element 22 shifts from the on state to the off state will be described.
【0028】パルス電源12の出力電圧が0Vになると
(パルス電源12の出力電圧が上記第2の規定電圧にな
ると)、発光素子11が消灯し、太陽電池21の光電変
換およびフォトダイオード25の光電変換が終了するの
で、nチャネルMOSFET27aのゲート電位が太陽
電池21の正極端子の電位に引き上げられ、nチャネル
MOSFET27aがターンオンし、太陽電池21の両
端間および半導体スイッチ素子22を構成するnチャネ
ルMOSFETのゲート−ソース間に蓄積されていた電
荷が半導体スイッチを構成するnチャネルMOSFET
27aのドレイン−ソース間を通して急速に放電され、
半導体スイッチ素子22がターンオフする。この放電
時、nチャネルMOSFET27aのゲート電圧は太陽
電池21の蓄積電荷による電圧によってバイアスされる
ので、従来のように放電電流が大きいことによってオン
抵抗が上昇する現象は発生しない(太陽電池21の電圧
が大きいほどオン抵抗が低くなる傾向にある)。また、
この放電時の放電経路には従来のようなバイアス抵抗R
2が挿入されていないので、半導体スイッチ素子22を
高速にターンオフさせることができる。When the output voltage of the pulse power source 12 becomes 0V (when the output voltage of the pulse power source 12 becomes the second specified voltage), the light emitting element 11 is turned off, the photoelectric conversion of the solar cell 21 and the photoelectric conversion of the photodiode 25 are performed. Since the conversion is completed, the gate potential of the n-channel MOSFET 27a is raised to the potential of the positive terminal of the solar cell 21, the n-channel MOSFET 27a is turned on, and the n-channel MOSFET between the both ends of the solar cell 21 and the semiconductor switching element 22 is formed. N-channel MOSFET in which the charge accumulated between the gate and the source constitutes a semiconductor switch
It is rapidly discharged through the drain-source of 27a,
The semiconductor switch element 22 is turned off. At the time of this discharge, the gate voltage of the n-channel MOSFET 27a is biased by the voltage due to the accumulated charges of the solar cell 21, so that the phenomenon that the on-resistance increases due to the large discharge current does not occur (the voltage of the solar cell 21). Is larger, the on-resistance tends to be lower). Also,
A bias resistor R of the conventional type is used in the discharge path during this discharge.
Since 2 is not inserted, the semiconductor switch element 22 can be turned off at high speed.
【0029】しかして、本実施形態では、太陽電池21
の両端間に挿入され太陽電池21と共通の発光素子11
に光結合されたフォトダイオード25の導通・非導通に
よって半導体スイッチ素子22の制御入力端間への制御
入力が変化することになり、半導体スイッチ素子22の
ターンオン時に図4に示した従来構成のようにノーマリ
オン型のnチャネルMOSFET23をオフするための
時間を必要とせず、高速にターンオンでき、また、半導
体スイッチ素子22のターンオフ時には太陽電池21の
蓄積電荷が太陽電池21の両端間に接続された半導体ス
イッチであるnチャネルMOSFET27a以外の素子
を通さずに放電されるので、従来構成のように太陽電池
21からの放電経路にバイアス抵抗R2およびバイアス
抵抗R2がゲート−ソース間に接続されたノーマリオン
型のnチャネルMOSFET23が挿入されている場合
に比べて、半導体スイッチ素子22を高速にターンオフ
させることができる。要するに、従来構成に比べて半導
体スイッチ素子22のターンオン時間およびターンオフ
時間を短縮化できる。In this embodiment, however, the solar cell 21
The light emitting element 11 that is inserted between both ends of the
When the semiconductor switch element 22 is turned on, the control input between the control input terminals of the semiconductor switch element 22 is changed depending on the conduction / non-conduction of the photodiode 25 optically coupled to the semiconductor switch element 22, as shown in FIG. It does not require time to turn off the normally-on type n-channel MOSFET 23 and can be turned on at high speed. Further, when the semiconductor switch element 22 is turned off, the accumulated charge of the solar cell 21 is connected between both ends of the solar cell 21. Since it is discharged without passing through elements other than the n-channel MOSFET 27a which is a semiconductor switch, the bias resistor R2 and the bias resistor R2 are connected normally between the gate and the source in the discharge path from the solar cell 21 as in the conventional configuration. Type n-channel MOSFET 23, compared to the case of inserting a semiconductor The switch element 22 can be turned off at high speed. In short, the turn-on time and turn-off time of the semiconductor switch element 22 can be shortened as compared with the conventional configuration.
【0030】また、太陽電池21の両端間に接続される
半導体スイッチがnチャネルMOSFET27aにより
構成されていることによって、半導体スイッチをpチャ
ネルMOSFETにより構成する場合に比べて半導体チ
ップに占める半導体スイッチの素子面積を増大させるこ
となく半導体スイッチのオン抵抗を低減することがで
き、ターンオフ時間の短縮化に有利になる。Since the semiconductor switch connected between both ends of the solar cell 21 is composed of the n-channel MOSFET 27a, the semiconductor switch element occupies the semiconductor chip as compared with the case where the semiconductor switch is composed of the p-channel MOSFET. The ON resistance of the semiconductor switch can be reduced without increasing the area, which is advantageous for shortening the turn-off time.
【0031】(実施形態2)本実施形態における駆動回
路の基本構成は実施形態1と略同じであって、図2に示
すように、フォトダイオード25のカソードが太陽電池
21の正極端子に接続され且つアノードが抵抗R3を介
して太陽電池21の負極端子に接続されている点、太陽
電池21の両端間に接続される半導体スイッチがpチャ
ネルMOSFET27bにより構成されている点が相違
する。ここにおいて、pチャネルMOSFET27b
は、太陽電池21の正極端子および負極端子にそれぞれ
ソースおよびドレインが接続され且つフォトダイオード
25のアノードにゲートが接続されている。他の構成は
実施形態1と同様なので、実施形態1と同様の構成要素
には同一の符号を付して説明を省略する。(Embodiment 2) The basic structure of the drive circuit in this embodiment is substantially the same as that in Embodiment 1, and the cathode of the photodiode 25 is connected to the positive terminal of the solar cell 21 as shown in FIG. Moreover, the anode is connected to the negative electrode terminal of the solar cell 21 via the resistor R3, and the semiconductor switch connected between both ends of the solar cell 21 is configured by a p-channel MOSFET 27b. Here, the p-channel MOSFET 27b
Has a source and a drain connected to the positive terminal and the negative terminal of the solar cell 21, respectively, and a gate connected to the anode of the photodiode 25. Since other configurations are similar to those of the first embodiment, the same components as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【0032】しかして、本実施形態の駆動回路において
も、実施形態1と同様、太陽電池21の両端間に挿入さ
れ太陽電池21と共通の発光素子11に光結合されたフ
ォトダイオード25の導通・非導通によって半導体スイ
ッチ素子22の制御入力端間への制御入力が変化するこ
とになり、半導体スイッチ素子22のターンオン時に図
4に示した従来構成のようにノーマリオン型のnチャネ
ルMOSFET23をオフするための時間を必要とせ
ず、高速にターンオンでき、また、半導体スイッチ素子
22のターンオフ時には太陽電池21の蓄積電荷が太陽
電池21の両端間に接続された半導体スイッチであるn
チャネルMOSFET27a以外の素子を通さずに放電
されるので、従来構成のように太陽電池21からの放電
経路にバイアス抵抗R2およびバイアス抵抗R2がゲー
ト−ソース間に接続されたノーマリオン型のnチャネル
MOSFET23が挿入されている場合に比べて、半導
体スイッチ素子22を高速にターンオフさせることがで
きる。要するに、従来構成に比べて半導体スイッチ素子
22のターンオン時間およびターンオフ時間を短縮化で
きる。In the drive circuit of the present embodiment, however, as in the first embodiment, the photodiode 25 inserted between both ends of the solar cell 21 and optically coupled to the light emitting element 11 common to the solar cell 21 is electrically connected. The non-conduction changes the control input between the control input terminals of the semiconductor switch element 22, and when the semiconductor switch element 22 is turned on, the normally-on type n-channel MOSFET 23 is turned off as in the conventional configuration shown in FIG. It is a semiconductor switch in which the semiconductor switch element 22 can be turned on at high speed without requiring time for storing, and the accumulated charge of the solar cell 21 is connected between both ends of the solar cell 21 when the semiconductor switch element 22 is turned off.
Since it is discharged without passing through elements other than the channel MOSFET 27a, a normally-on type n-channel MOSFET 23 in which the bias resistor R2 and the bias resistor R2 are connected between the gate and the source in the discharge path from the solar cell 21 as in the conventional configuration. The semiconductor switch element 22 can be turned off at a higher speed than in the case where is inserted. In short, the turn-on time and turn-off time of the semiconductor switch element 22 can be shortened as compared with the conventional configuration.
【0033】また、本実施形態では、太陽電池21の両
端間に接続される半導体スイッチがpチャネルMOSF
ET27bにより構成されていることによって、太陽電
池21としてn形半導体基板の主表面側に形成されたp
形拡散領域の表面が受光面を構成する太陽電池を採用す
る場合に、太陽電池21と半導体スイッチとを同一のチ
ップに集積化するプロセスを簡略化することができ、例
えば、n形半導体基板の主表面側にpチャネルMOSF
ETのドレイン領域およびソース領域を形成するための
p形不純物を導入する工程と、太陽電池21のp形格段
領域を形成するためのp形不純物を導入する工程とを共
通化することができるので、工程数を削減して低コスト
化を図ることができる。In this embodiment, the semiconductor switch connected between both ends of the solar cell 21 is a p-channel MOSF.
Since it is composed of ET27b, p formed on the main surface side of the n-type semiconductor substrate as the solar cell 21.
When a solar cell in which the surface of the shape diffusion region constitutes the light receiving surface is adopted, it is possible to simplify the process of integrating the solar cell 21 and the semiconductor switch in the same chip. P channel MOSF on main surface
Since the step of introducing the p-type impurity for forming the drain region and the source region of ET and the step of introducing the p-type impurity for forming the p-type marked region of solar cell 21 can be made common. Therefore, the number of steps can be reduced and the cost can be reduced.
【0034】(実施形態3)本実施形態では、実施形態
1における駆動回路を備えた図3に示す構成の半導体リ
レーを例示する。本実施形態では、実施形態1において
1個のnチャネルMOSFETにより構成されていた半
導体スイッチ素子22を、ゲート同士およびソース同士
がそれぞれ共通接続された2個のnチャネルMOSFE
T22a,22bにより構成している。なお、本実施形
態では、各nチャネルMOSFET22a,22bのド
レインがそれぞれ主端子を構成し出力端子(リレー出力
端子)26a,26bに接続されており、半導体スイッ
チ素子22におけるゲート同士の接続点とソース同士の
接続点との間を制御入力端間とし、各nチャネルMOS
FET22a,22bのゲート−ソース間に与えられる
ゲート電圧(ゲート−ソース間電圧)が制御入力とな
る。(Third Embodiment) In this embodiment, a semiconductor relay having the drive circuit of the first embodiment and having the structure shown in FIG. 3 is exemplified. In the present embodiment, the semiconductor switch element 22 configured by one n-channel MOSFET in the first embodiment has two n-channel MOSFEs whose gates and sources are commonly connected.
It is composed of T22a and T22b. In the present embodiment, the drains of the n-channel MOSFETs 22a and 22b form main terminals and are connected to the output terminals (relay output terminals) 26a and 26b, respectively. The n-channel MOS of each n-channel MOS
A gate voltage (gate-source voltage) applied between the gates and sources of the FETs 22a and 22b serves as a control input.
【0035】しかして、本実施形態の半導体リレーで
は、半導体スイッチ素子22の主端子に接続された出力
端子26a,26b間に例えば負荷と交流電源との直列
回路を接続して用いることができ、半導体スイッチ素子
22を従来構成に比べて高速にターンオン、ターンオフ
することができる。Therefore, in the semiconductor relay of this embodiment, for example, a series circuit of a load and an AC power source can be connected between the output terminals 26a and 26b connected to the main terminal of the semiconductor switch element 22 for use. The semiconductor switch element 22 can be turned on and off faster than in the conventional configuration.
【0036】なお、本実施形態では、駆動回路として実
施形態1の駆動回路を用いた場合について例示したが、
実施形態2の駆動回路を用いてもよいことは勿論であ
る。In the present embodiment, the case where the drive circuit of the first embodiment is used as the drive circuit has been exemplified.
Of course, the drive circuit of the second embodiment may be used.
【0037】ところで、上記各実施形態では、半導体ス
イッチ素子22を1個ないし2個のnチャネルMOSF
ETにより構成した例について説明したが、nチャネル
MOSFETに限らず、pチャネルMOSFET、IG
BTなどの他の半導体素子により構成してもよい。By the way, in each of the above-mentioned embodiments, one or two n-channel MOSF semiconductor switch elements 22 are provided.
Although the example configured by the ET has been described, it is not limited to the n-channel MOSFET, but the p-channel MOSFET, the IG
You may comprise by other semiconductor elements, such as BT.
【0038】[0038]
【発明の効果】請求項1の発明は、制御入力端間に与え
られる制御入力に応じてオンオフされる半導体スイッチ
素子の駆動回路であって、発光素子と、発光素子に光結
合され前記制御入力端間に半導体スイッチ素子をオン状
態とする制御入力を与えることができる太陽電池と、太
陽電池の両端間に挿入され発光素子に光結合されたフォ
トダイオードと、太陽電池の両端間に接続されてフォト
ダイオードの導通・非導通によってオンオフされ発光素
子が点灯している間はオフとなり発光素子が消灯してい
る間はオンとなる半導体スイッチとを備えるものであ
り、太陽電池の両端間に挿入され太陽電池と共通の発光
素子に光結合されたフォトダイオードの導通・非導通に
よって半導体スイッチ素子の制御入力端間への制御入力
が変化することになり、半導体スイッチ素子のターンオ
ン時に従来のようにノーマリオン型のnチャネルMOS
FETをオフするための時間を必要とせず、高速にター
ンオンでき、また、半導体スイッチ素子のターンオフ時
には太陽電池の蓄積電荷が太陽電池の両端間に接続され
た半導体スイッチ以外の素子を通さずに放電されるの
で、従来のように太陽電池からの放電経路にバイアス抵
抗および当該バイアス抵抗がゲート−ソース間に接続さ
れたノーマリオン型のnチャネルMOSFETが挿入さ
れている場合に比べて、半導体スイッチ素子を高速にタ
ーンオフさせることができる。したがって、従来に比べ
て半導体スイッチ素子のターンオン時間およびターンオ
フ時間を短縮化できるという効果がある。According to a first aspect of the present invention, there is provided a drive circuit for a semiconductor switch element which is turned on / off according to a control input provided between control input terminals, wherein the light emitting element and the control input are optically coupled to the light emitting element. A solar cell that can provide a control input to turn on the semiconductor switch element between the ends, a photodiode that is inserted between both ends of the solar cell and optically coupled to the light emitting element, and connected between both ends of the solar cell. It is equipped with a semiconductor switch that is turned on and off by conduction / non-conduction of the photodiode and turned off while the light emitting element is lit and turned on while the light emitting element is off. The control input between the control input terminals of the semiconductor switch element will change due to conduction / non-conduction of the photodiode optically coupled to the light emitting element common to the solar cell. , The normally-as in the prior art when turning on the semiconductor switching element n-channel MOS
It does not require time to turn off the FET, it can be turned on at high speed, and when the semiconductor switch element is turned off, the accumulated charge of the solar cell is discharged without passing through elements other than the semiconductor switch connected between both ends of the solar cell. Therefore, as compared with the conventional case where a bias resistor and a normally-on type n-channel MOSFET in which the bias resistor is connected between the gate and the source are inserted in the discharge path from the solar cell, the semiconductor switch element is Can be turned off at high speed. Therefore, there is an effect that the turn-on time and the turn-off time of the semiconductor switch element can be shortened as compared with the conventional case.
【0039】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記フォトダイオードは、カソードが抵抗を介して
前記太陽電池の正極端子に接続され且つアノードが前記
太陽電池の負極端子に接続され、前記半導体スイッチ
は、前記太陽電池の正極端子および負極端子にそれぞれ
ドレイン端子およびソース端子が接続され且つ前記フォ
トダイオードのカソードにゲート端子が接続されたnチ
ャネルMOSFETよりなるので、前記半導体スイッチ
がnチャネルMOSFETにより構成されていることに
よって、前記半導体スイッチをpチャネルMOSFET
により構成する場合に比べて半導体チップに占める前記
半導体スイッチの素子面積を増大させることなく前記半
導体スイッチのオン抵抗を低減することができ、ターン
オフ時間の短縮化に有利になるという効果がある。According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the photodiode has a cathode connected to a positive electrode terminal of the solar cell through a resistor and an anode connected to a negative electrode terminal of the solar cell. The semiconductor switch is an n-channel MOSFET having a drain terminal and a source terminal connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the solar cell, respectively, and a gate terminal connected to the cathode of the photodiode. The semiconductor switch is a p-channel MOSFET because it is composed of a MOSFET.
As compared with the configuration described above, the on-resistance of the semiconductor switch can be reduced without increasing the element area of the semiconductor switch in the semiconductor chip, which is advantageous in shortening the turn-off time.
【0040】請求項3の発明は、請求項1の発明におい
て、前記フォトダイオードは、カソードが前記太陽電池
の正極端子に接続され且つアノードが抵抗を介して前記
太陽電池の負極端子に接続され、前記半導体スイッチ
は、前記太陽電池の正極端子および負極端子にそれぞれ
ソース端子およびドレイン端子が接続され且つ前記フォ
トダイオードのアノードにゲート端子が接続されたpチ
ャネルMOSFETよりなるので、前記半導体スイッチ
がpチャネルMOSFETにより構成されていることに
よって、前記太陽電池としてn形半導体基板の主表面側
に形成されたp形拡散領域の表面が受光面を構成する太
陽電池を採用する場合に、前記太陽電池と前記半導体ス
イッチとを同一の半導体チップに集積化するプロセスの
簡略化を図れ低コスト化を図れるという効果がある。According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the photodiode has a cathode connected to a positive electrode terminal of the solar cell and an anode connected to a negative electrode terminal of the solar cell through a resistor, Since the semiconductor switch is a p-channel MOSFET in which a source terminal and a drain terminal are connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the solar cell, respectively, and a gate terminal is connected to the anode of the photodiode, the semiconductor switch is a p-channel MOSFET. When the solar cell is constituted by a MOSFET, and the surface of the p-type diffusion region formed on the main surface side of the n-type semiconductor substrate constitutes a light receiving surface, the solar cell and the solar cell are used. It is possible to simplify the process of integrating the semiconductor switch and the same semiconductor chip, and to reduce the cost. There is an effect that attained the reduction.
【0041】請求項4の発明は、請求項1ないし請求項
3のいずれか1項に記載の半導体スイッチ素子の駆動回
路と、前記半導体スイッチ素子とを備え、前記半導体ス
イッチ素子は、2つの電界効果トランジスタのゲート端
子同士の接続点とソース端子同士の接続点との間を前記
制御入力端間とし且つ各ドレイン端子をそれぞれ主端子
として構成され、前記制御入力端間に前記太陽電池が接
続されてなることを特徴とするものであり、前記半導体
スイッチ素子の主端子間に例えば負荷と交流電源との直
列回路を接続して用いることができ、前記半導体スイッ
チ素子を高速にターンオン、ターンオフすることができ
るという効果がある。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor switch element drive circuit according to any one of the first to third aspects, and the semiconductor switch element, wherein the semiconductor switch element has two electric fields. Between the control input terminals between the connection points of the gate terminals and the connection points of the source terminals of the effect transistor, and the drain terminals are respectively configured as main terminals, and the solar cell is connected between the control input terminals. It is possible to use, for example, a series circuit of a load and an AC power source connected between the main terminals of the semiconductor switch element, and to turn the semiconductor switch element on and off at high speed. There is an effect that can be.
【図1】実施形態1を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment.
【図2】実施形態2を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment.
【図3】実施形態3を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a third embodiment.
【図4】従来例を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a conventional example.
11 発光素子 12 パルス電源 21 太陽電池 22 半導体スイッチ素子 25 フォトダイオード 26a,26b 出力端子 27a nチャネルMOSFET R3 抵抗 11 Light emitting element 12 pulse power supply 21 solar cells 22 Semiconductor switch element 25 photodiode 26a, 26b output terminals 27a n-channel MOSFET R3 resistance
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J050 AA02 BB16 BB21 CC00 DD03 EE02 EE17 EE34 FF04 FF10 5J055 AX02 BX16 BX48 CX24 DX09 DX22 DX61 DX72 EX07 EX30 EY01 EY12 EY14 EY21 EY28 EZ28 EZ51 GX01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F-term (reference) 5J050 AA02 BB16 BB21 CC00 DD03 EE02 EE17 EE34 FF04 FF10 5J055 AX02 BX16 BX48 CX24 DX09 DX22 DX61 DX72 EX07 EX30 EY01 EY12 EY14 EY21 EY28 EZ28 EZ51 GX01
Claims (4)
じてオンオフされる半導体スイッチ素子の駆動回路であ
って、発光素子と、発光素子に光結合され前記制御入力
端間に半導体スイッチ素子をオン状態とする制御入力を
与えることができる太陽電池と、太陽電池の両端間に挿
入され発光素子に光結合されたフォトダイオードと、太
陽電池の両端間に接続されてフォトダイオードの導通・
非導通によってオンオフされ発光素子が点灯している間
はオフとなり発光素子が消灯している間はオンとなる半
導体スイッチとを備えることを特徴とする半導体スイッ
チ素子の駆動回路。1. A drive circuit for a semiconductor switch element, which is turned on / off according to a control input applied between control input terminals, wherein a semiconductor switch element is optically coupled to the light emitting element and the light emitting element. A solar cell that can provide a control input to turn it on, a photodiode that is inserted between both ends of the solar cell and optically coupled to the light emitting element, and a photodiode that is connected between both ends of the solar cell
A semiconductor switch element drive circuit, comprising: a semiconductor switch which is turned on and off by non-conduction and turned off while the light emitting element is on and turned on while the light emitting element is off.
抗を介して前記太陽電池の正極端子に接続され且つアノ
ードが前記太陽電池の負極端子に接続され、前記半導体
スイッチは、前記太陽電池の正極端子および負極端子に
それぞれドレイン端子およびソース端子が接続され且つ
前記フォトダイオードのカソードにゲート端子が接続さ
れたnチャネルMOSFETよりなることを特徴とする
請求項1記載の半導体スイッチ素子の駆動回路。2. The photodiode has a cathode connected to a positive electrode terminal of the solar cell through a resistor and an anode connected to a negative electrode terminal of the solar cell, and the semiconductor switch includes a positive electrode terminal of the solar cell and 2. The drive circuit for a semiconductor switch element according to claim 1, comprising an n-channel MOSFET in which a drain terminal and a source terminal are respectively connected to a negative electrode terminal and a gate terminal is connected to a cathode of the photodiode.
記太陽電池の正極端子に接続され且つアノードが抵抗を
介して前記太陽電池の負極端子に接続され、前記半導体
スイッチは、前記太陽電池の正極端子および負極端子に
それぞれソース端子およびドレイン端子が接続され且つ
前記フォトダイオードのアノードにゲート端子が接続さ
れたpチャネルMOSFETよりなることを特徴とする
請求項1記載の半導体スイッチ素子の駆動回路。3. The photodiode has a cathode connected to a positive electrode terminal of the solar cell and an anode connected to a negative electrode terminal of the solar cell through a resistor, and the semiconductor switch includes a positive electrode terminal of the solar cell and 2. The drive circuit for a semiconductor switch element according to claim 1, comprising a p-channel MOSFET in which a source terminal and a drain terminal are respectively connected to a negative electrode terminal and a gate terminal is connected to an anode of the photodiode.
に記載の半導体スイッチ素子の駆動回路と、前記半導体
スイッチ素子とを備え、前記半導体スイッチ素子は、2
つの電界効果トランジスタのゲート端子同士の接続点と
ソース端子同士の接続点との間を前記制御入力端間とし
且つ各ドレイン端子をそれぞれ主端子として構成され、
前記制御入力端間に前記太陽電池が接続されてなること
を特徴とする半導体リレー。4. A semiconductor switch element drive circuit according to claim 1, and the semiconductor switch element, wherein the semiconductor switch element is 2
Between the connection points of the gate terminals and the connection points of the source terminals of the two field effect transistors are the control input terminals and each drain terminal is configured as a main terminal,
A semiconductor relay, wherein the solar cell is connected between the control input terminals.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001311358A JP2003115755A (en) | 2001-10-09 | 2001-10-09 | Drive circuit for semiconductor switch element and semiconductor relay using it |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ID=19130202
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JP2001311358A Withdrawn JP2003115755A (en) | 2001-10-09 | 2001-10-09 | Drive circuit for semiconductor switch element and semiconductor relay using it |
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JP (1) | JP2003115755A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9166069B2 (en) | 2012-01-27 | 2015-10-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Light receiving circuit |
CN114826234A (en) * | 2022-06-28 | 2022-07-29 | 苏州锴威特半导体股份有限公司 | Silicon carbide MOSFET driving circuit |
-
2001
- 2001-10-09 JP JP2001311358A patent/JP2003115755A/en not_active Withdrawn
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CN114826234A (en) * | 2022-06-28 | 2022-07-29 | 苏州锴威特半导体股份有限公司 | Silicon carbide MOSFET driving circuit |
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