JP2004319674A - Mos半導体リレー - Google Patents
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Abstract
【課題】ターンオンの高速化と誤動作の無い安定なMOS半導体リレーを提供すること。
【解決手段】電源端子間10a、10bに接続された発光素子11a及びこの発光素子からの発光を受光して電圧を発生するフォトダイオード素子11bとから成る第1のフォトカプラ11と、この第1のフォトカプラの出力が、ゲート13c・ソース13d間に接続された接点MOSトランジスタ13と、リレー駆動信号14により選択的に発光制御される発光素子12、及びこの発光素子からの光により導通或いは非導通となるフォトトランジスタ素子12bから成り、このフォトトランジスタ素子12bの出力が、前記接点MOSトランジスタ13のゲート13c・ソース13d間に接続された第2のフォトカプラ12とから成り、この第2のフォトカプラ12のオン、オフにより前記接点MOSトランジスタをオン、オフ制御することを特徴とするMOS半導体リレー。
【選択図】 図1
【解決手段】電源端子間10a、10bに接続された発光素子11a及びこの発光素子からの発光を受光して電圧を発生するフォトダイオード素子11bとから成る第1のフォトカプラ11と、この第1のフォトカプラの出力が、ゲート13c・ソース13d間に接続された接点MOSトランジスタ13と、リレー駆動信号14により選択的に発光制御される発光素子12、及びこの発光素子からの光により導通或いは非導通となるフォトトランジスタ素子12bから成り、このフォトトランジスタ素子12bの出力が、前記接点MOSトランジスタ13のゲート13c・ソース13d間に接続された第2のフォトカプラ12とから成り、この第2のフォトカプラ12のオン、オフにより前記接点MOSトランジスタをオン、オフ制御することを特徴とするMOS半導体リレー。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体リレー、特に駆動側と接点側が電気的に絶縁されたMOS半導体リレーに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のMOS半導体リレーの駆動は、図3に示すように、リレードライバ(リレー駆動信号)31により駆動されるフォト起電力ダイオードカプラ32と、このフォト起電力ダイオードカプラ32の起電力が発生する出力に接続された接点MOSトランジスタ33とにより構成される。
【0003】
リレードライバ(リレー駆動信号)31が、発光ダイオードを駆動して、その発光を受光したフォト起電力ダイオードカプラ32のフォト起電力ダイオードが端子32a、32bに、起電力を発生する。
【0004】
この起電力は、端子32a、32bに接続される接点MOSトランジスタ33のゲート端子33a及びソース端子33bに印加されて、2つのドレイン端子33c、33d間が低インピーダンスの導通状態になり、この端子33c、33dがクローズ状態のリレー接点と成る。
【0005】
次に、リレードライバ31への信号電圧が無くなれば、発光ダイオードは消灯して、フォト起電力ダイオードの起電力が消滅する。これにより、接点MOSトランジスタ33は、高インピーダンスの非導通状態となり、端子33c、33dはオープン状態のリレー接点と成る。
【0006】
さらに、接点MOSトランジスタ33が「オフ」となる時に、オフ時間を早めるために蓄積電荷を放電させる放電回路34が、ゲート端子33a及びソース端子33bに接続される場合もある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上に述べた構成の従来のMOS半導体リレーでは、リレーオン時間(リレーがオン状態に成るに要する時間:ターンオン時間、以降、Ton時間と呼ぶ)がフォト起電力ダイオードカプラ32の起電力発生特性に依存し、その特性の現状は、5Vの発生に200マイクロ秒から1ミリ秒を要し、必然的にTon時間をそれ以上に高速化させることは困難である。
【0008】
この起電力特性を見掛け上改善する方法として、複数個のフォト起電力ダイオードカプラを用いて、起電力特性の向上を図る駆動方式もあるが、コストとスペースの点で問題がある。
【0009】
また、上述の従来のMOS半導体リレーは、フォト起電力ダイオードカプラ32が起電力を発生していない状態(MOS半導体リレーの接点「オフ」)では、接点MOSトランジスタ33のゲート端子33aは高インピーダンスの状態になっている。
【0010】
この高インピーダンスの状態では、外来ノイズなどにより、ゲート端子33aは異常充電され、蓄積された電荷で接点MOSトランジスタ33が一時的なオン状態となる誤動作を生じる。この誤動作も、MOS半導体リレーを使用する上で、大きな問題となっていた。
【0011】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、ターンオンの高速化と誤動作の無い安定なMOS半導体リレーを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明のMOS半導体リレーは、電源端子間に接続された発光素子及びこの発光素子からの発光を受光して電圧を発生するフォトダイオード素子とから成る第1のフォトカプラと、この第1のフォトカプラの出力が、ゲート・ソース間に接続された接点MOSトランジスタと、リレー駆動信号により選択的に発光制御される発光素子、及びこの発光素子からの光により導通或いは非導通となるフォトトランジスタ素子から成り、このフォトトランジスタ素子の出力が、前記接点MOSトランジスタのゲート・ソース間に接続された第2のフォトカプラとから成り、この第2のフォトカプラのオン、オフにより前記接点MOSトランジスタをオン、オフ制御するものである。
【0013】
さらに、本発明のMOS半導体リレーは、前記第2のフォトカプラを駆動するリレー駆動信号は、インバータ手段を介して接続されるものである。
【0014】
また、本発明のMOS半導体リレーは、電源端子間に接続された発光素子及びこの発光素子からの発光を受光して電圧を発生するフォトダイオード素子とから成る第1のフォトカプラと、この第1のフォトカプラの出力が、ゲート・ソース間に接続された第1の接点MOSトランジスタと、リレー駆動信号が供給され、このリレー駆動信号が低い電圧のオン信号のときに非発光となり、高い電圧のオフ信号のときに発光となる発光素子、及びこの発光素子からの光により導通或いは非導通となるフォトトランジスタ素子から成り、このフォトトランジスタ素子の出力が、前記第1の接点MOSトランジスタのゲート・ソース間に接続された第2のフォトカプラとから成る第1のMOS半導体リレーと、電源端子間に接続された発光素子、及びこの発光素子からの発光を受光して電圧を発生するフォトダイオード素子とから成る第3のフォトカプラと、この第3のフォトカプラの出力が、ゲート・ソース間に接続された第2の接点MOSトランジスタと、リレー駆動信号が供給され、このリレー駆動信号が低い電圧のオン信号のときに発光し、高い電圧のオフ信号のときに非発光となる発光素子、及びこの発光素子からの光により導通或いは非導通となるフォトトランジスタ素子の出力が、前記第2の接点MOSトランジスタのゲート・ソース間に接続された第4のフォトカプラとから成る第2のMOS半導体リレーとから成るものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面により詳細に説明する。
【0016】
図1は、本発明の第1の実施形態を示す構成図である。
【0017】
本発明のMOS半導体リレーは、図1に示すように、電源端子10a、10bに電源が接続された発光素子11aにより常時起電力を発生しているフォト起電力ダイオードカプラ11と、このフォト起電力ダイオードカプラ11の出力がゲート端子13c及びソース端子13dに接続される接点MOSトランジスタ13を備える。さらに、MOS半導体リレー10には、リレー駆動信号14を逆論理で出力するインバータ15と、このインバータ15により内蔵する発光素子12aが駆動され、同じく内蔵するフォトトランジスタ12bのコレクタ及びエミッタが、前述のフォト起電力ダイオードカプラ11の出力に並列接続されるフォトトランジスタカプラ12を有して構成される。
【0018】
上述の構成による本実施形態の作用・動作を詳細に説明する。
【0019】
電源端子10a、10bに電源が接続され、発光素子11aは常時発光し、フォト起電力ダイオードカプラ11のフォト起電力ダイオード11bは常時起電力を発生している。
【0020】
リレー駆動信号14の出力が高電位の「オフ信号」の場合には、逆論理のインバータ15の出力がオン(低電位)となる。これによりフォトトランジスタカプラ12の発光ダイオード12aに電流が流れて発光し、フォトトランジスタ12bのコレクタ・エミッタ間が低抵抗の短絡状態となる。
【0021】
これにより、フォトトランジスタ12bのコレクタ及びエミッタが接続されるフォト起電力ダイオード11bの起電力出力、及び接点MOSトランジスタ13の入力端子のゲート13c・ソース13d間は短絡となる。したがって、接点MOSトランジスタ13の出力端子(ドレイン)13a、13b間は高抵抗となって、リレー接点13a、13bが非導通のオープン状態となる。
【0022】
一方、リレー駆動信号14の出力が低電位の「オン信号」の場合には、逆論理のインバータ15の出力がオフ(高電位)となり、発光ダイオード12aには電流が流れず、フォトトランジスタカプラ12のフォトトランジスタ12bのコレクタ・エミッタ間が高抵抗の開放状態となる。これにより、電源に接続されている発光素子11aの発光を受光するフォト起電力ダイオード11bの起電力電圧出力が、接点MOSトランジスタ13の入力端子のゲート13c・ソース13d間に印加され、その出力端子(ドレイン)13a、13b間は低抵抗となり、リレー接点は導通のクローズ状態となる。
【0023】
すなわち、リレー駆動信号14の出力をインバータ15により逆論理に変換して、フォトトランジスタカプラ12の発光ダイオード12aを駆動する。この発光ダイオード12aの発光、消光により、フォトトランジスタカプラ12のフォトトランジスタ12bが、常時起電力を発生しているフォト起電力ダイオード11bの出力を短絡あるいは開放する。
【0024】
この短絡あるいは開放により、ゲート13c・ソース13d間に印加される電圧がオフ・オンされて、接点MOSトランジスタ13のリレー接点13a、13bが「非導通」、あるいは「導通」に切替えられる。
【0025】
このリレー接点13a、13bの「非導通」から「導通」へ、または「導通」から「非導通」への移行は、フォトトランジスタ12bのターンオフ或いはターンオン特性時間で行われるので、5マイクロ秒〜40マイクロ秒と高速で作動する。
【0026】
また、接点MOSトランジスタ13の非導通の状態のときには、フォトトランジスタカプラ12のフォトトランジスタ12bが低抵抗となり蓄積電荷を放電するので、従来技術の放電回路の作用も兼ねて、接点MOSトランジスタ13のターンオフ時間も早くなる。
【0027】
なお、上述の実施形態では、リレー駆動信号14の出力が高電圧の「オフ信号」で、時々信号として低電圧の「オン信号」となるようなリレー駆動信号に対し、「オン信号」の時に接点MOSトランジスタ13のリレー接点13a、13bがクローズ(導通)状態となるA接点(ノーマリーオープン接点)リレーについて説明した。
【0028】
また、上述のインバータ15を除去して、リレー駆動信号14で直接フォトトランジスタカプラ12の発光素子を駆動する回路構成では、リレー駆動信号14の出力が低電圧の「オン信号」で、フォトトランジスタカプラ12のフォトトランジスタ12bが短絡状態となり、高電圧の「オフ信号」で開放状態となる。したがって、このインバータ15を除去した場合には、接点MOSトランジスタ13のリレー接点13a、13bは、リレー駆動信号14の入力の「オン信号」に対しオープン状態に、「オフ信号」に対しクローズ状態となる。
【0029】
インバータ15を除去した上述の回路構成では、いわゆるB接点(ノーマリークローズ接点)リレーの動作をするMOS半導体リレーとなる。
【0030】
本実施形態では、発光素子を有するフォト起電力ダイオードカプラ11が常時起電力を発生した状態で、接点MOSトランジスタ13のオン、あるいはオフが、フォトトランジスタカプラ12により制御される。したがって、一般的なフォトトランジスタカプラのスイッチング特性時間は、5マイクロ秒〜40マイクロ秒と高速で作動するので、従来のフォト起電力ダイオードカプラの起電力のオン/オフによる場合のターンオン/ターンオフ特性時間の200マイクロ秒〜1ミリ秒に比較して、数十倍高速のリレー接点駆動が可能となる。
【0031】
本発明は、従来のMOS半導体リレーと比較して、数十倍高速のMOS半導体リレーを提供できる効果がある。
【0032】
また、従来の駆動方式では、接点MOSトランジスタが非導通状態の場合には、そのゲート・ソース間が高インピーダンスとなり、外来ノイズに対し不安定であったが、本実施形態によれば、接点出力が非導通のときにも、接点MOSトランジスタ13のゲート・ソース間は、受光しているフォトトランジスタのコレクタ・エミッタ間による低インピーダンスの短絡状態であり、ノイズマージンが高く、接点MOSトランジスタ13の誤動作が無い安定したMOS半導体リレーを提供できる利点も有る。
【0033】
図2は、本発明の第2の実施形態を示す構成図である。
【0034】
本実施形態は、図2に示すように、上述の本発明のMOS半導体リレーによるC接点(トランスファ接点)リレーの実施形態であり、リレードライバ24に接続される上述のA接点回路21と、同じリレードライバ24に接続される同じく上述のB接点回路22とにより構成され、ノーマリーオープン接点端子21d、21e及びノーマリークローズ接点端子22d、22eの両接点端子を備える。
【0035】
A接点回路21は、発光素子が常時通電されて起電力を発生しているフォト起電力ダイオードカプラ21aと、リレー駆動信号24を逆論理で出力するインバータ23と、このインバータ23の出力に接続され、前記起電力ダイオードカプラ21aの起電力出力にその出力を並列接続したフォトトランジスタカプラ21bと、この並列接続された起電力出力を入力とする接点MOSトランジスタ21cとからなる。接点MOSトランジスタ21cの2つのドレインがノーマリーオープン接点(A接点)端子21d、21eとなる。
【0036】
B接点回路22は、同じく発光素子が常時通電されて起電力を発生しているフォト起電力ダイオードカプラ22aと、リレー駆動信号24に直接接続されて、前記起電力ダイオードカプラ22aの起電力出力にその出力を並列接続したフォトトランジスタカプラ22bと、この並列接続された起電力出力を入力とする接点MOSトランジスタ22cとからなる。接点MOSトランジスタ22cの2つのドレインがノーマリークローズ接点(B接点)端子22d、22eとなる。
【0037】
本実施形態の作用・動作は、A接点回路21の接点端子21d、21eが、第1の実施形態において説明したように、リレー駆動信号(ドライバ)24の出力信号と同相の接点出力(ノーマリーオープン接点出力)で動作する。
【0038】
一方、B接点回路22は、リレー駆動信号(ドライバ)24にフォトカプラ22bが直接接続されて、リレー駆動信号24の出力が「オン」の場合に、フォト起電力ダイオードカプラ22aの起電力が短絡されて、接点MOSトランジスタ22cの端子22d、22eはオープン状態になる。また、リレー駆動信号24の出力が「オフ」となれば、フォト起電力ダイオードカプラ22aの起電力が接点MOSトランジスタ22cのゲート・ソース間に印加されて、端子22d、22eはクローズ状態になる。したがって、B接点回路22の接点端子22d、22eは、リレー駆動信号(ドライバ)24の入力に対し逆相の接点出力(ノーマリークロース接点出力)で動作する。
【0039】
本実施形態では、A接点回路21の接点端子21d、21eからノーマリーオープン接点作動を、B接点回路22の接点端子22d、22eからノーマリークローズ接点作動をそれぞれ得ることができるC接点(トランスファ接点)リレーとなる。
【0040】
フォト起電力ダイオードカプラをリレー駆動信号で駆動する従来のMOS半導体リレーのターンオン/ターンオフの時間200マイクロ秒〜1ミリ秒に比べて、本実施形態では、リレー駆動信号により駆動され、ターンオン/ターンオフの時間が5マイクロ秒〜40マイクロ秒とで作動するフォトカプラ21b、22bのフォトトランジスタより、フォト起電力ダイオードカプラ21a、22aの常時発生している起電力を、短絡或いは開放する制御が行なわれて、高速作動が可能なC接点(トランスファ接点)のMOS半導体リレーとなる。
【0041】
また、それぞれの接点が非導通状態(オープン状態)の時に、従来のMOS半導体リレーの駆動方式では不安定となるが、本実施形態ではそれぞれの接点MOSトランジスタのゲート・ソース間が、受光しているフォトトランジスタの低抵抗で短絡されて、安定なオープン状態を維持することができるMOS半導体リレーが実現できる。
【0042】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、常時起電力を発生する発光素子を有するフォト起電力ダイオードカプラの出力をターンオン/ターンオフ時間の短いフォトトランジスタカプラで制御して、リレー接点のターンオン/ターンオフを高速に行うMOS半導体リレーが提供できる。
【0043】
また、MOS半導体リレーがオープン状態の場合でも、リレー素子の接点MOSトランジスタのゲート・ソース間を低抵抗で短絡するので、誤動作の無い安定なMOS半導体リレーを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の構成を示す図。
【図2】本発明の第2の実施形態の構成を示す図。
【図3】従来のMOS半導体リレーの構成を示す図。
【符号の説明】
10・・・MOS半導体リレー、
10a、10b・・・電源端子、
10c・・・リレー駆動信号入力端子、
11、21a、22a、32・・・フォト起電力ダイオードカプラ、
11a、12a・・・発光素子、
11b・・・フォト起電力ダイオード、
12、21b、22b・・・フォトトランジスタカプラ、
12b・・・フォトトランジス、
13、21c、22c、33・・・接点MOSトランジスタ、
13a、13b、21d、21e、22d、22e、33c、33d・・・リレー接点端子(ドレイン)、
13c、33a・・・ゲート端子、
13d、33b・・・ソース端子、
14、24、31・・・リレー駆動信号(ドライバ)、
15、23・・・インバータ、
32a、32b・・・フォト起電力ダイオードカプラ出力端子。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体リレー、特に駆動側と接点側が電気的に絶縁されたMOS半導体リレーに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のMOS半導体リレーの駆動は、図3に示すように、リレードライバ(リレー駆動信号)31により駆動されるフォト起電力ダイオードカプラ32と、このフォト起電力ダイオードカプラ32の起電力が発生する出力に接続された接点MOSトランジスタ33とにより構成される。
【0003】
リレードライバ(リレー駆動信号)31が、発光ダイオードを駆動して、その発光を受光したフォト起電力ダイオードカプラ32のフォト起電力ダイオードが端子32a、32bに、起電力を発生する。
【0004】
この起電力は、端子32a、32bに接続される接点MOSトランジスタ33のゲート端子33a及びソース端子33bに印加されて、2つのドレイン端子33c、33d間が低インピーダンスの導通状態になり、この端子33c、33dがクローズ状態のリレー接点と成る。
【0005】
次に、リレードライバ31への信号電圧が無くなれば、発光ダイオードは消灯して、フォト起電力ダイオードの起電力が消滅する。これにより、接点MOSトランジスタ33は、高インピーダンスの非導通状態となり、端子33c、33dはオープン状態のリレー接点と成る。
【0006】
さらに、接点MOSトランジスタ33が「オフ」となる時に、オフ時間を早めるために蓄積電荷を放電させる放電回路34が、ゲート端子33a及びソース端子33bに接続される場合もある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上に述べた構成の従来のMOS半導体リレーでは、リレーオン時間(リレーがオン状態に成るに要する時間:ターンオン時間、以降、Ton時間と呼ぶ)がフォト起電力ダイオードカプラ32の起電力発生特性に依存し、その特性の現状は、5Vの発生に200マイクロ秒から1ミリ秒を要し、必然的にTon時間をそれ以上に高速化させることは困難である。
【0008】
この起電力特性を見掛け上改善する方法として、複数個のフォト起電力ダイオードカプラを用いて、起電力特性の向上を図る駆動方式もあるが、コストとスペースの点で問題がある。
【0009】
また、上述の従来のMOS半導体リレーは、フォト起電力ダイオードカプラ32が起電力を発生していない状態(MOS半導体リレーの接点「オフ」)では、接点MOSトランジスタ33のゲート端子33aは高インピーダンスの状態になっている。
【0010】
この高インピーダンスの状態では、外来ノイズなどにより、ゲート端子33aは異常充電され、蓄積された電荷で接点MOSトランジスタ33が一時的なオン状態となる誤動作を生じる。この誤動作も、MOS半導体リレーを使用する上で、大きな問題となっていた。
【0011】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、ターンオンの高速化と誤動作の無い安定なMOS半導体リレーを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明のMOS半導体リレーは、電源端子間に接続された発光素子及びこの発光素子からの発光を受光して電圧を発生するフォトダイオード素子とから成る第1のフォトカプラと、この第1のフォトカプラの出力が、ゲート・ソース間に接続された接点MOSトランジスタと、リレー駆動信号により選択的に発光制御される発光素子、及びこの発光素子からの光により導通或いは非導通となるフォトトランジスタ素子から成り、このフォトトランジスタ素子の出力が、前記接点MOSトランジスタのゲート・ソース間に接続された第2のフォトカプラとから成り、この第2のフォトカプラのオン、オフにより前記接点MOSトランジスタをオン、オフ制御するものである。
【0013】
さらに、本発明のMOS半導体リレーは、前記第2のフォトカプラを駆動するリレー駆動信号は、インバータ手段を介して接続されるものである。
【0014】
また、本発明のMOS半導体リレーは、電源端子間に接続された発光素子及びこの発光素子からの発光を受光して電圧を発生するフォトダイオード素子とから成る第1のフォトカプラと、この第1のフォトカプラの出力が、ゲート・ソース間に接続された第1の接点MOSトランジスタと、リレー駆動信号が供給され、このリレー駆動信号が低い電圧のオン信号のときに非発光となり、高い電圧のオフ信号のときに発光となる発光素子、及びこの発光素子からの光により導通或いは非導通となるフォトトランジスタ素子から成り、このフォトトランジスタ素子の出力が、前記第1の接点MOSトランジスタのゲート・ソース間に接続された第2のフォトカプラとから成る第1のMOS半導体リレーと、電源端子間に接続された発光素子、及びこの発光素子からの発光を受光して電圧を発生するフォトダイオード素子とから成る第3のフォトカプラと、この第3のフォトカプラの出力が、ゲート・ソース間に接続された第2の接点MOSトランジスタと、リレー駆動信号が供給され、このリレー駆動信号が低い電圧のオン信号のときに発光し、高い電圧のオフ信号のときに非発光となる発光素子、及びこの発光素子からの光により導通或いは非導通となるフォトトランジスタ素子の出力が、前記第2の接点MOSトランジスタのゲート・ソース間に接続された第4のフォトカプラとから成る第2のMOS半導体リレーとから成るものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面により詳細に説明する。
【0016】
図1は、本発明の第1の実施形態を示す構成図である。
【0017】
本発明のMOS半導体リレーは、図1に示すように、電源端子10a、10bに電源が接続された発光素子11aにより常時起電力を発生しているフォト起電力ダイオードカプラ11と、このフォト起電力ダイオードカプラ11の出力がゲート端子13c及びソース端子13dに接続される接点MOSトランジスタ13を備える。さらに、MOS半導体リレー10には、リレー駆動信号14を逆論理で出力するインバータ15と、このインバータ15により内蔵する発光素子12aが駆動され、同じく内蔵するフォトトランジスタ12bのコレクタ及びエミッタが、前述のフォト起電力ダイオードカプラ11の出力に並列接続されるフォトトランジスタカプラ12を有して構成される。
【0018】
上述の構成による本実施形態の作用・動作を詳細に説明する。
【0019】
電源端子10a、10bに電源が接続され、発光素子11aは常時発光し、フォト起電力ダイオードカプラ11のフォト起電力ダイオード11bは常時起電力を発生している。
【0020】
リレー駆動信号14の出力が高電位の「オフ信号」の場合には、逆論理のインバータ15の出力がオン(低電位)となる。これによりフォトトランジスタカプラ12の発光ダイオード12aに電流が流れて発光し、フォトトランジスタ12bのコレクタ・エミッタ間が低抵抗の短絡状態となる。
【0021】
これにより、フォトトランジスタ12bのコレクタ及びエミッタが接続されるフォト起電力ダイオード11bの起電力出力、及び接点MOSトランジスタ13の入力端子のゲート13c・ソース13d間は短絡となる。したがって、接点MOSトランジスタ13の出力端子(ドレイン)13a、13b間は高抵抗となって、リレー接点13a、13bが非導通のオープン状態となる。
【0022】
一方、リレー駆動信号14の出力が低電位の「オン信号」の場合には、逆論理のインバータ15の出力がオフ(高電位)となり、発光ダイオード12aには電流が流れず、フォトトランジスタカプラ12のフォトトランジスタ12bのコレクタ・エミッタ間が高抵抗の開放状態となる。これにより、電源に接続されている発光素子11aの発光を受光するフォト起電力ダイオード11bの起電力電圧出力が、接点MOSトランジスタ13の入力端子のゲート13c・ソース13d間に印加され、その出力端子(ドレイン)13a、13b間は低抵抗となり、リレー接点は導通のクローズ状態となる。
【0023】
すなわち、リレー駆動信号14の出力をインバータ15により逆論理に変換して、フォトトランジスタカプラ12の発光ダイオード12aを駆動する。この発光ダイオード12aの発光、消光により、フォトトランジスタカプラ12のフォトトランジスタ12bが、常時起電力を発生しているフォト起電力ダイオード11bの出力を短絡あるいは開放する。
【0024】
この短絡あるいは開放により、ゲート13c・ソース13d間に印加される電圧がオフ・オンされて、接点MOSトランジスタ13のリレー接点13a、13bが「非導通」、あるいは「導通」に切替えられる。
【0025】
このリレー接点13a、13bの「非導通」から「導通」へ、または「導通」から「非導通」への移行は、フォトトランジスタ12bのターンオフ或いはターンオン特性時間で行われるので、5マイクロ秒〜40マイクロ秒と高速で作動する。
【0026】
また、接点MOSトランジスタ13の非導通の状態のときには、フォトトランジスタカプラ12のフォトトランジスタ12bが低抵抗となり蓄積電荷を放電するので、従来技術の放電回路の作用も兼ねて、接点MOSトランジスタ13のターンオフ時間も早くなる。
【0027】
なお、上述の実施形態では、リレー駆動信号14の出力が高電圧の「オフ信号」で、時々信号として低電圧の「オン信号」となるようなリレー駆動信号に対し、「オン信号」の時に接点MOSトランジスタ13のリレー接点13a、13bがクローズ(導通)状態となるA接点(ノーマリーオープン接点)リレーについて説明した。
【0028】
また、上述のインバータ15を除去して、リレー駆動信号14で直接フォトトランジスタカプラ12の発光素子を駆動する回路構成では、リレー駆動信号14の出力が低電圧の「オン信号」で、フォトトランジスタカプラ12のフォトトランジスタ12bが短絡状態となり、高電圧の「オフ信号」で開放状態となる。したがって、このインバータ15を除去した場合には、接点MOSトランジスタ13のリレー接点13a、13bは、リレー駆動信号14の入力の「オン信号」に対しオープン状態に、「オフ信号」に対しクローズ状態となる。
【0029】
インバータ15を除去した上述の回路構成では、いわゆるB接点(ノーマリークローズ接点)リレーの動作をするMOS半導体リレーとなる。
【0030】
本実施形態では、発光素子を有するフォト起電力ダイオードカプラ11が常時起電力を発生した状態で、接点MOSトランジスタ13のオン、あるいはオフが、フォトトランジスタカプラ12により制御される。したがって、一般的なフォトトランジスタカプラのスイッチング特性時間は、5マイクロ秒〜40マイクロ秒と高速で作動するので、従来のフォト起電力ダイオードカプラの起電力のオン/オフによる場合のターンオン/ターンオフ特性時間の200マイクロ秒〜1ミリ秒に比較して、数十倍高速のリレー接点駆動が可能となる。
【0031】
本発明は、従来のMOS半導体リレーと比較して、数十倍高速のMOS半導体リレーを提供できる効果がある。
【0032】
また、従来の駆動方式では、接点MOSトランジスタが非導通状態の場合には、そのゲート・ソース間が高インピーダンスとなり、外来ノイズに対し不安定であったが、本実施形態によれば、接点出力が非導通のときにも、接点MOSトランジスタ13のゲート・ソース間は、受光しているフォトトランジスタのコレクタ・エミッタ間による低インピーダンスの短絡状態であり、ノイズマージンが高く、接点MOSトランジスタ13の誤動作が無い安定したMOS半導体リレーを提供できる利点も有る。
【0033】
図2は、本発明の第2の実施形態を示す構成図である。
【0034】
本実施形態は、図2に示すように、上述の本発明のMOS半導体リレーによるC接点(トランスファ接点)リレーの実施形態であり、リレードライバ24に接続される上述のA接点回路21と、同じリレードライバ24に接続される同じく上述のB接点回路22とにより構成され、ノーマリーオープン接点端子21d、21e及びノーマリークローズ接点端子22d、22eの両接点端子を備える。
【0035】
A接点回路21は、発光素子が常時通電されて起電力を発生しているフォト起電力ダイオードカプラ21aと、リレー駆動信号24を逆論理で出力するインバータ23と、このインバータ23の出力に接続され、前記起電力ダイオードカプラ21aの起電力出力にその出力を並列接続したフォトトランジスタカプラ21bと、この並列接続された起電力出力を入力とする接点MOSトランジスタ21cとからなる。接点MOSトランジスタ21cの2つのドレインがノーマリーオープン接点(A接点)端子21d、21eとなる。
【0036】
B接点回路22は、同じく発光素子が常時通電されて起電力を発生しているフォト起電力ダイオードカプラ22aと、リレー駆動信号24に直接接続されて、前記起電力ダイオードカプラ22aの起電力出力にその出力を並列接続したフォトトランジスタカプラ22bと、この並列接続された起電力出力を入力とする接点MOSトランジスタ22cとからなる。接点MOSトランジスタ22cの2つのドレインがノーマリークローズ接点(B接点)端子22d、22eとなる。
【0037】
本実施形態の作用・動作は、A接点回路21の接点端子21d、21eが、第1の実施形態において説明したように、リレー駆動信号(ドライバ)24の出力信号と同相の接点出力(ノーマリーオープン接点出力)で動作する。
【0038】
一方、B接点回路22は、リレー駆動信号(ドライバ)24にフォトカプラ22bが直接接続されて、リレー駆動信号24の出力が「オン」の場合に、フォト起電力ダイオードカプラ22aの起電力が短絡されて、接点MOSトランジスタ22cの端子22d、22eはオープン状態になる。また、リレー駆動信号24の出力が「オフ」となれば、フォト起電力ダイオードカプラ22aの起電力が接点MOSトランジスタ22cのゲート・ソース間に印加されて、端子22d、22eはクローズ状態になる。したがって、B接点回路22の接点端子22d、22eは、リレー駆動信号(ドライバ)24の入力に対し逆相の接点出力(ノーマリークロース接点出力)で動作する。
【0039】
本実施形態では、A接点回路21の接点端子21d、21eからノーマリーオープン接点作動を、B接点回路22の接点端子22d、22eからノーマリークローズ接点作動をそれぞれ得ることができるC接点(トランスファ接点)リレーとなる。
【0040】
フォト起電力ダイオードカプラをリレー駆動信号で駆動する従来のMOS半導体リレーのターンオン/ターンオフの時間200マイクロ秒〜1ミリ秒に比べて、本実施形態では、リレー駆動信号により駆動され、ターンオン/ターンオフの時間が5マイクロ秒〜40マイクロ秒とで作動するフォトカプラ21b、22bのフォトトランジスタより、フォト起電力ダイオードカプラ21a、22aの常時発生している起電力を、短絡或いは開放する制御が行なわれて、高速作動が可能なC接点(トランスファ接点)のMOS半導体リレーとなる。
【0041】
また、それぞれの接点が非導通状態(オープン状態)の時に、従来のMOS半導体リレーの駆動方式では不安定となるが、本実施形態ではそれぞれの接点MOSトランジスタのゲート・ソース間が、受光しているフォトトランジスタの低抵抗で短絡されて、安定なオープン状態を維持することができるMOS半導体リレーが実現できる。
【0042】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、常時起電力を発生する発光素子を有するフォト起電力ダイオードカプラの出力をターンオン/ターンオフ時間の短いフォトトランジスタカプラで制御して、リレー接点のターンオン/ターンオフを高速に行うMOS半導体リレーが提供できる。
【0043】
また、MOS半導体リレーがオープン状態の場合でも、リレー素子の接点MOSトランジスタのゲート・ソース間を低抵抗で短絡するので、誤動作の無い安定なMOS半導体リレーを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の構成を示す図。
【図2】本発明の第2の実施形態の構成を示す図。
【図3】従来のMOS半導体リレーの構成を示す図。
【符号の説明】
10・・・MOS半導体リレー、
10a、10b・・・電源端子、
10c・・・リレー駆動信号入力端子、
11、21a、22a、32・・・フォト起電力ダイオードカプラ、
11a、12a・・・発光素子、
11b・・・フォト起電力ダイオード、
12、21b、22b・・・フォトトランジスタカプラ、
12b・・・フォトトランジス、
13、21c、22c、33・・・接点MOSトランジスタ、
13a、13b、21d、21e、22d、22e、33c、33d・・・リレー接点端子(ドレイン)、
13c、33a・・・ゲート端子、
13d、33b・・・ソース端子、
14、24、31・・・リレー駆動信号(ドライバ)、
15、23・・・インバータ、
32a、32b・・・フォト起電力ダイオードカプラ出力端子。
Claims (3)
- 電源端子間に接続された発光素子及びこの発光素子からの発光を受光して電圧を発生するフォトダイオード素子とから成る第1のフォトカプラと、
この第1のフォトカプラの出力が、ゲート・ソース間に接続された接点MOSトランジスタと、
リレー駆動信号により選択的に発光制御される発光素子、及びこの発光素子からの光により導通或いは非導通となるフォトトランジスタ素子から成り、このフォトトランジスタ素子の出力が、前記接点MOSトランジスタのゲート・ソース間に接続された第2のフォトカプラとから成り、この第2のフォトカプラのオン、オフにより前記接点MOSトランジスタをオン、オフ制御することを特徴とするMOS半導体リレー。 - 前記第2のフォトカプラを駆動するリレー駆動信号は、インバータ手段を介して接続されることを特徴とする請求項1記載のMOS半導体リレー。
- 電源端子間に接続された発光素子及びこの発光素子からの発光を受光して電圧を発生するフォトダイオード素子とから成る第1のフォトカプラと、
この第1のフォトカプラの出力が、ゲート・ソース間に接続された第1の接点MOSトランジスタと、
リレー駆動信号が供給され、このリレー駆動信号が低い電圧のオン信号のときに非発光となり、高い電圧のオフ信号のときに発光となる発光素子、及びこの発光素子からの光により導通或いは非導通となるフォトトランジスタ素子から成り、このフォトトランジスタ素子の出力が、前記第1の接点MOSトランジスタのゲート・ソース間に接続された第2のフォトカプラとから成る第1のMOS半導体リレーと、
電源端子間に接続された発光素子、及びこの発光素子からの発光を受光して電圧を発生するフォトダイオード素子とから成る第3のフォトカプラと、
この第3のフォトカプラの出力が、ゲート・ソース間に接続された第2の接点MOSトランジスタと、
リレー駆動信号が供給され、このリレー駆動信号が低い電圧のオン信号のときに発光し、高い電圧のオフ信号のときに非発光となる発光素子、及びこの発光素子からの光により導通或いは非導通となるフォトトランジスタ素子の出力が、前記第2の接点MOSトランジスタのゲート・ソース間に接続された第4のフォトカプラとから成る第2のMOS半導体リレーとから成ることを特徴とするMOS半導体リレー。
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WO2020103067A1 (zh) * | 2018-11-22 | 2020-05-28 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 开关电路以及充电设备的充电电路 |
CN114101617A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-01 | 广东韶钢松山股份有限公司 | 非接触式继电器和冶金连铸机 |
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2003
- 2003-04-15 JP JP2003110060A patent/JP2004319674A/ja active Pending
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