JP2003218382A

JP2003218382A - 半導体リレー

Info

Publication number: JP2003218382A
Application number: JP2002014843A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nobe; 武野辺; Shigeo Akiyama; 茂夫秋山; Takuya Sunada; 卓也砂田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2003-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】出力側において異常状態が発生して、出力側
を遮断させる保護機能が動作した場合、入力側において
も適切な動作をし得る半導体リレーを提供すること。【解決手段】本発明の半導体リレー１は、入力信号に
応じて発光する発光素子２１と、この光により起電力を
発生する受光素子３１１と、この起電力による充放電制
御を行う充放電回路３１２と、この充放電制御によりイ
ンピーダンスが変化する出力用半導体素子３２と、を有
する半導体リレーであって、出力用半導体素子３２の素
子温度を検知して遮断信号を出力する温度センサ２３を
設け、その遮断信号により入力信号を遮断する遮断回路
２２を備えたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、過大に温度上昇し
たとき等に出力側を遮断させる保護機能を有する半導体
リレーに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の半導体リレーとして、例えば図
６に示すような入出力間が光結合方式により結合された
ものがある。この半導体リレー１００は、スイッチ機能
を有する出力用半導体素子３２が過電流等により温度上
昇して所定温度になったとき、それを検知して出力用半
導体素子３２に電流が流れないようにしてそれを保護す
るものである。

【０００３】この半導体リレー１００は、以下のように
構成されている。入力側２は、入力端子２ａ，２ｂ間
に、入力信号に応じて発光する発光ダイオード（発光素
子）２１が接続される。出力側３は、発光ダイオード２
１の光を受けて光起電力を発生するフォトダイオード３
１１ａを直列に接続したフォトダイオードアレイ（受光
素子）３１１と、その起電力による充放電制御を行う充
放電回路３１２と、を有し、出力用半導体素子３２であ
るＮチャネルエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴが出力端
子３ａ，３ｂ間に接続されるとともに、充放電回路３１
２の一端はインピーダンス成分３５を介して出力用半導
体素子３２のゲートに接続される。

【０００４】そして、出力用半導体素子３２に対し保護
機能を果たす保護部は、次のように構成されている。保
護用半導体素子３４であるＮチャネルエンハンスメント
型ＭＯＳＦＥＴは、出力用半導体素子３２のゲートと出
力端子３ｂ間に接続されるとともに、そのゲートは保護
回路３６に接続される。保護回路３６は保護用半導体素
子３４を制御するものであり、それへの電源供給用半導
体素子３３であるＮチャネルエンハンスメント型ＭＯＳ
ＦＥＴと直列接続されて出力端子３ａ，３ｂ間に接続さ
れる。この電源供給用半導体素子３３は、そのゲートが
充放電回路３１２の一端に接続される。感温回路３７
は、出力用半導体素子３２の温度を検知してそれが所定
温度になったとき、保護回路３６を動作させる。

【０００５】この半導体リレー１００は、以下のように
動作する。通常時、例えば、出力端子３ａ，３ｂ間を導
通させる場合、入力端子２ａ，２ｂ間に入力信号を入力
する。この入力信号に応じて発光ダイオード２１が発光
し、この光を受けてフォトダイオードアレイ３１１が起
電力を発生し、その起電力は充放電回路３１２に制御さ
れて出力用半導体素子３２のゲート・ソース間に印加さ
れる。これにより、出力用半導体素子３２が低インピー
ダンス状態になり、出力端子３ａ，３ｂ間が導通する。
また、出力端子３ａ，３ｂ間を遮断させる場合、入力端
子２ａ，２ｂ間の入力信号を停止すればよい。

【０００６】次に、異常時、例えば、出力用半導体素子
３２に過電流が流れた場合や半導体リレー１００周囲の
温度が高くなった場合には、感温回路３７がそれを検知
して所定温度になったとき、保護回路３６を動作させ
る。すると保護回路３６が動作して保護用半導体素子３
４を駆動し、ドレイン・ソース間を高インピーダンス状
態から低インピーダンス状態に変化させる。これによ
り、出力用半導体素子３２は、ゲート・ソース間を短絡
され、そのドレイン・ソース間が高インピーダンス状態
になる。その結果、出力端子３ａ，３ｂ間が遮断する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した半導体リレー
１００は、出力側を遮断させる保護機能を備えているこ
とにより、出力用半導体素子３２の異常な温度上昇をす
ることを防ぐことができる。しかしながら、このように
出力側においては保護機能が働いて異常な温度上昇を防
ぐことができるものの、入力側はこの働きとは関係のな
い状況におかれている。

【０００８】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、出力側において異常状態
が発生した場合、入力側においても適切な動作をし得る
半導体リレーを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の半
導体リレーは、入力信号に応じて発光する発光素子と、
この光により起電力を発生する受光素子と、この起電力
による充放電制御を行う充放電回路と、この充放電制御
によりインピーダンスが変化する出力用半導体素子と、
を有する半導体リレーであって、出力用半導体素子の素
子温度を検知して遮断信号を出力する温度センサを設
け、その遮断信号により入力信号を遮断する遮断回路を
備えたことを特徴としている。

【００１０】請求項２に係る発明の半導体リレーは、請
求項１の構成において、遮断回路は、発光素子と直列に
接続されるようにしている。

【００１１】請求項３に係る発明の半導体リレーは、請
求項２の構成において、発光素子と前記遮断回路の間
に、検出端子を設けてなるものとしている。

【００１２】請求項４に係る発明の半導体リレーは、請
求項１乃至３の構成において、温度センサを駆動するた
めの駆動電源は、前記発光素子のアノード側から供給さ
れるようにしている。

【００１３】請求項５に係る発明の半導体リレーは、請
求項１乃至４の構成において、遮断回路は、遮断信号に
基づいて動作した後に、入力信号を遮断し続けるものと
している。

【００１４】請求項６に係る発明の半導体リレーは、請
求項１乃至５の構成において、出力用半導体素子は、そ
の素子温度を検知する感温回路からの保護信号に基づい
て、保護回路が動作して前記インピーダンスを変化させ
るものとしている。

【００１５】請求項７に係る発明の半導体リレーは、請
求項６の構成において、保護回路は、前記保護信号に基
づいて所定の時間間隔で間けつ動作するものとしてい
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。なお、従来の技術
において説明したものと基本的機能が実質的に同様の部
分には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略す
る。

【００１７】（第１の実施の形態）図１は本発明に係る
半導体リレーの第１の実施の形態を示す回路図である。
図において、１は半導体リレー、２は入力側、３は出力
側で、入出力間を光結合方式により結合している。

【００１８】入力側２は、入力端子２ａ，２ｂ間に、発
光ダイオード（発光素子）２１と、入力信号を遮断する
遮断回路２２とを、直列に接続し、さらに、出力用半導
体素子３２の素子温度を検知する温度センサ２３を遮断
回路２２に接続している。この遮断回路２２の駆動電源
は、電源端子２ｃから供給するようにしている。

【００１９】出力側３は、発光ダイオード２１の光を受
けて光起電力を発生するフォトダイオード３１１ａを直
列に接続したフォトダイオードアレイ（受光素子）３１
１と、その起電力による充放電制御を行う充放電回路３
１２と、を有し、出力用半導体素子３２であるＮチャネ
ルエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴが出力端子３ａ，３
ｂ間に接続されるとともに、充放電回路３１２の一端は
インピーダンス成分３５を介して出力用半導体素子３２
のゲートに接続される。さらに、保護用半導体素子３４
であるＮチャネルエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴは、
出力用半導体素子３２のゲートと出力端子３ｂ間に接続
されるとともに、そのゲートは保護回路３６に接続され
る。保護回路３６は保護用半導体素子３４を制御するも
のであり、それへの電源供給用半導体素子３３であるＮ
チャネルエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴと直列接続さ
れて出力端子３ａ，３ｂ間に接続される。この電源供給
用半導体素子３３は、そのゲートが充放電回路３１２の
一端に接続される。感温回路３７は、出力用半導体素子
３２の温度を検知してそれが所定温度になったとき、保
護回路３６を動作させる。

【００２０】次に、上記構成による半導体リレー１の出
力端子３ａ，３ｂ間を、入力端子２ａ，２ｂ間に印加す
る入力信号によって導通、遮断させる動作を説明する。

【００２１】半導体リレー１の出力端子３ａ，３ｂ間を
導通させるときは、入力端子２ａ，２ｂ間に入力信号を
入力する。すると、発光ダイオード２１が入力信号に応
じて光信号を発生させ、フォトダイオードアレイ３１１
が、この光信号を受光して光起電力を発生させる。この
光起電力は、充放電回路３１２に制御されて出力用半導
体素子３２のゲート・ソース間に印加される。そして、
出力用半導体素子３２のゲート・ソース間電圧がしきい
値電圧を超えると、そのドレイン・ソース間が、高イン
ピーダンス状態から低インピーダンス状態へ変化する。
その結果、半導体リレー１の出力端子３ａ，３ｂ間が導
通する。

【００２２】半導体リレー１の出力端子３ａ，３ｂ間を
開放させるときは、入力端子２ａ，２ｂ間に入力する入
力信号を停止する。すると、発光ダイオード２１が発光
しなくなるので、フォトダイオードアレイ３１１が光起
電力を発生しなくなる。そして、出力用半導体素子３２
のゲートに充電された電荷が、充放電回路３１２を介し
て速やかに放電され、出力用半導体素子３２のドレイン
・ソース間が低インピーダンス状態から高インピーダン
ス状態へ変化する。その結果、半導体リレー１の出力端
子３ａ，３ｂ間が開放する。

【００２３】次に、信号入力によってこの半導体リレー
１の出力端子３ａ，３ｂ間が導通しているときに、出力
端子３ａ，３ｂ間に過電流が流れるなどして出力用半導
体素子３２の素子温度が著しく上昇したときの保護動作
について説明する。

【００２４】出力端子３ａ，３ｂ間が導通しているとき
に、出力用半導体素子３２の素子温度が著しく上昇する
と、感温回路３７が素子温度を検知して、保護動作信号
を発生させる。すると、この保護動作信号に基づいて保
護回路３６が動作して保護用半導体素子３４が駆動し、
ドレイン・ソース間が高インピーダンス状態から低イン
ピーダンス状態に変化する。そうすると、出力用半導体
素子３２のゲート・ソース間を短絡させるので、出力用
半導体素子３２のドレイン・ソース間が低インピーダン
ス状態から高インピーダンス状態に変化して、出力端子
３ａ，３ｂ間に電流が流れなくなる。この実施の形態で
は、出力用半導体素子３２の素子温度がおよそ９０℃に
なったとき、感温回路３７が保護動作信号を発生させる
ようにしているが、適宜、設定できることは言うまでも
ない。

【００２５】また、このとき、温度センサ２３は、出力
用半導体素子３２の素子温度を検知して、遮断信号を遮
断回路２２へ送信する。すると、遮断回路２２が動作し
て、入力端子２ａ，２ｂ間に印加されている入力信号を
遮断して、発光ダイオード２１に電流が流れないように
する。この実施の形態では、出力用半導体素子３２の素
子温度がおよそ９０℃になったとき、温度センサ２３が
遮断信号を発生させるようにしているが、適宜、設定で
きることは言うまでもない。

【００２６】上記構成によると、出力用半導体素子３２
が過度に発熱するなどして出力側において異常状態が発
生した場合、出力端子３ａ，３ｂ間が遮断すると共に、
入力端子２ａ，２ｂ間に印加されている入力信号が遮断
されるので、入力側においても適切な動作をし得るもの
となる。

【００２７】また、遮断回路２２の動作状況又は入力端
子２ａ，２ｂ間に流れる電流をモニタすれば、出力側に
おいて異常状態が発生しているかどうかを検知すること
ができるものとなる。

【００２８】（第２の実施の形態）図２は本発明に係る
半導体リレーの第２の実施の形態を示す回路図である。

【００２９】この実施の形態に係る半導体リレー１は、
上述した第１の実施の形態に係るものとは、発光ダイオ
ード（発光素子）２１と遮断回路２２との間に、遮断回
路２２の動作状態を検出する検出端子２ｄを設けた点が
相違している。詳しくは、検出端子２ｄは、発光ダイオ
ード２１のカソードと遮断回路２２との接続点に接続し
て、この点の電位を計測できるように設けている。

【００３０】上記構成によると、遮断回路２２が動作し
て、発光ダイオード２１に電流が流れないようになった
とき、発光ダイオード２１による電圧降下が生じなくな
るので、検出端子２ｄの電位が変化する。よって、その
電位の変化を計測することによって、遮断回路２２の動
作状態を容易に検知することができるものとなる。

【００３１】（第３の実施の形態）図３は本発明に係る
半導体リレーの第３の実施の形態を示す回路図である。

【００３２】この実施の形態に係る半導体リレー１は、
上述した第１及び第２の実施の形態に係るものとは、温
度センサ２３を駆動するための駆動電源が、発光ダイオ
ード（発光素子）２１のアノード側から供給されるよう
にしている点が相違している。詳しくは、温度センサ２
３は、一端が発光ダイオード２１のアノード側の入力端
子２ａと接続され、他端が入力端子２ｂと接続されると
共に、遮断回路２２へ遮断信号を送信するように接続し
ている。

【００３３】上記構成によると、温度センサ２３は、入
力端子２ａから供給される電力によって駆動できるの
で、温度センサ２３を駆動する外部駆動電源が不要なも
のとなる。また、入力側２の端子の数を少なくできるの
で、端子を形成する工程が少なくなって、半導体リレー
１の製造工程の簡略化が図れるものとなる。

【００３４】（第４の実施の形態）図４は本発明に係る
半導体リレーの第４の実施の形態を示す回路図である。

【００３５】この実施の形態に係る半導体リレー１は、
上述した第１乃至第３の実施の形態に係るものとは、遮
断回路２２及び保護回路３６に代えて、それぞれラッチ
型遮断回路２４及び間けつ動作保護回路３８を接続して
いる点が相違している。

【００３６】詳しくは、入力側２には、遮断回路２２に
代えて、ラッチ型遮断回路２４を発光ダイオード（発光
素子）２１と直列に接続している。このラッチ型遮断回
路２４は、温度センサ２３から送信される遮断信号に基
づいて動作した後に、入力信号を遮断し続けるものであ
る。

【００３７】また、出力側３には、保護回路３６に代え
て、間けつ動作保護回路３８を図に示すように接続し、
感温回路３７からの保護動作信号に基づいて動作するよ
うにしている。この間けつ動作保護回路３８は、感温回
路３７から送信される保護動作信号に基づいて所定の時
間間隔で間けつ動作するものである。

【００３８】信号入力によってこの半導体リレー１の出
力端子３ａ，３ｂ間が導通しているときに、出力側３に
ノイズ、サージ等が発生するなどして、出力用半導体素
子３２に瞬間的な突入電流が流れた場合には、出力用半
導体素子３２が破壊されることはない。よって、この場
合、入力側２は、入力信号を遮断する保護動作が働かな
いようにすることが望ましい。

【００３９】上記構成の半導体リレー１は、出力用半導
体素子３２に瞬間的な突入電流が流れたときには、入力
側２に保護動作が働かないようにしている。その動作
は、以下のとおりである。

【００４０】出力用半導体素子３２に瞬間的な突入電流
が流れたとき、間けつ動作保護回路３８は、感温回路３
７から送信される保護動作信号に基づいて所定の時間間
隔で間けつ動作する。そうすると、出力用半導体素子３
２の素子温度は徐々に上昇するため、入力側２の温度セ
ンサ２３は温度上昇を検知しない。よって、この場合に
は、温度センサ２３は、ラッチ型遮断回路２４へ遮断信
号を送信しないので、ラッチ型遮断回路２４は、入力端
子２ａ，２ｂ間に印加されている入力信号を遮断しな
い。その結果、出力側３にノイズ、サージ等が発生する
などして、出力用半導体素子３２に瞬間的な突入電流が
流れたときには、入力側２の保護動作が働かないことと
なる。したがって、半導体リレー１は、ノイズやサージ
等により誤って保護動作が作動することを抑えることが
できるものとなる。

【００４１】一方、前述した突入電流が頻繁に出力用半
導体素子３２に流れる等して、素子温度が過度に上昇し
た場合には、温度センサ２３は、出力用半導体素子３２
の素子温度を検知して、遮断信号をラッチ型遮断回路２
４へ送信する。すると、ラッチ型遮断回路２４が動作し
て、入力端子２ａ，２ｂ間に印加されている入力信号を
遮断し続ける。その結果、出力用ＭＯＳＦＥＴ３２の温
度が低下しても、入力信号が遮断され続けるので、出力
端子３ａ，３ｂ間に電流が流れることがない保護動作状
態を維持し続けるものとなる。

【００４２】（第５実施の形態）図５本発明に係る半導
体リレーの第５実施の形態を示す回路図である。

【００４３】この実施の形態に係る半導体リレー１は、
上述した実施の形態に係るものとは、出力側３が保護部
を有していない点が相違している。詳しくは、出力側３
は、フォトダイオードアレイ（受光素子）３１１と、充
放電回路３１２と、を有し、、出力用半導体素子３２が
出力端子３ａ，３ｂ間に接続されるとともに、充放電回
路３１２を出力用半導体素子３２のゲートと出力端子３
ｂの間に接続している。

【００４４】上記構成によると、出力用半導体素子３２
が過度に発熱するなどして出力側において異常状態が発
生した場合、温度センサ２３が、出力用半導体素子３２
の素子温度を検知して、遮断信号を遮断回路２２へ送信
し、入力端子２ａ，２ｂ間に印加されている入力信号を
遮断するので、発光ダイオード２１が発光しなくなる。
すると、フォトダイオードアレイ３１１が光起電力を発
生しなくなるとともに、出力用半導体素子３２のゲート
に充電された電荷が、充放電回路３１２を介して速やか
に放電され、出力用半導体素子３２のドレイン・ソース
間が低インピーダンス状態から高インピーダンス状態へ
変化する。その結果、半導体リレー１の出力端子３ａ，
３ｂ間が開放する。

【００４５】これにより、出力側において異常状態が発
生した場合、入力側に設けた保護機能が働いて、出力側
を遮断することができるものとなる。

【００４６】

【発明の効果】請求項１に係る発明の半導体リレーは、
出力側において異常状態が発生して、出力側を遮断させ
る保護機能が動作した場合、入力側においても適切な動
作をし得るものとなる。

【００４７】請求項２に係る発明の半導体リレーは、請
求項１の構成において、遮断回路が発光素子と直列に接
続されるようにしているので、入力信号を確実に遮断で
きるものとなる。

【００４８】請求項３に係る発明の半導体リレーは、請
求項２の構成において、検出端子を設けたものとしてい
るので、遮断回路の動作状態を容易に検知することがで
きるものとなる。

【００４９】請求項４に係る発明の半導体リレーは、請
求項１乃至３の構成において、温度センサを駆動するた
めの駆動電源が、発光素子のアノード側から供給される
ようにしているので、温度センサを駆動する外部駆動電
源が不要なものとなる。

【００５０】請求項５に係る発明の半導体リレーは、請
求項１乃至４の構成において、遮断回路は、遮断信号に
基づいて動作した後に、入力信号を遮断し続けるものと
しているので、保護動作状態を維持し続けるものとな
る。

【００５１】請求項６に係る発明の半導体リレーは、請
求項１乃至５の構成において、出力用半導体素子は、そ
の出力用半導体素子の素子温度を検知する感温回路から
の保護動作信号に基づいて、保護回路が動作して前記イ
ンピーダンスを変化させるものとしているので、過大な
温度上昇が確実に抑えられ、一層損傷しにくいものとな
る。

【００５２】請求項７に係る発明の半導体リレーは、請
求項６記載の構成において、保護回路は、保護動作信号
に基づいて所定の時間間隔で間けつ動作するものとして
いるので、ノイズやサージ等により誤って保護動作が作
動することを抑えることができるものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体リレーの第１の実施の形態
を示す回路図である。

【図２】同上の第２の実施の形態を示す回路図である。

【図３】同上の第３の実施の形態を示す回路図である。

【図４】同上の第４の実施の形態を示す回路図である。

【図５】同上の第５の実施の形態を示す回路図である。

【図６】従来の半導体リレーを示す回路図である。

【符号の説明】

１半導体リレー２１発光素子（発光ダイオード）２２遮断回路２３温度センサ２ｄ検出端子３１１受光素子（フォトダイオードアレイ）３１２充放電回路３２出力用半導体素子３６保護回路３７感温回路

フロントページの続き (72)発明者砂田卓也大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 5F089 AB03 CA19 CA21 FA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号に応じて発光する発光素子と、
この光により起電力を発生する受光素子と、この起電力
による充放電制御を行う充放電回路と、この充放電制御
によりインピーダンスが変化する出力用半導体素子と、
を有する半導体リレーであって、出力用半導体素子の素子温度を検知して遮断信号を出力
する温度センサを設け、その遮断信号により入力信号を
遮断する遮断回路を備えたことを特徴とする半導体リレ
ー。
【請求項２】前記遮断回路は、発光素子と直列に接続
されている請求項１記載の半導体リレー。
【請求項３】前記発光素子と前記遮断回路の間に、検
出端子を設けてなる請求項２記載の半導体リレー。
【請求項４】前記温度センサを駆動するための駆動電
源は、前記発光素子のアノード側から供給されるように
した請求項１乃至３記載のいずれかに記載の半導体リレ
ー。
【請求項５】前記遮断回路は、遮断信号に基づいて動
作した後に、入力信号を遮断し続けるものとした請求項
１乃至４のいずれかに記載の半導体リレー。
【請求項６】前記出力用半導体素子は、その素子温度
を検知する感温回路からの保護信号に基づいて、保護回
路が動作して前記インピーダンスを変化させるものとし
た請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体リレー。
【請求項７】前記保護回路は、前記保護信号に基づい
て所定の時間間隔で間けつ動作するものとした請求項６
記載の半導体リレー。