JP2006332304A - Semiconductor relay device - Google Patents

Semiconductor relay device Download PDF

Info

Publication number
JP2006332304A
JP2006332304A JP2005153444A JP2005153444A JP2006332304A JP 2006332304 A JP2006332304 A JP 2006332304A JP 2005153444 A JP2005153444 A JP 2005153444A JP 2005153444 A JP2005153444 A JP 2005153444A JP 2006332304 A JP2006332304 A JP 2006332304A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic field
magnetoresistive element
relay device
semiconductor relay
optical signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005153444A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Okada
洋 岡田
Kazuhiko Kusuda
和彦 楠田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP2005153444A priority Critical patent/JP2006332304A/en
Publication of JP2006332304A publication Critical patent/JP2006332304A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve photo sensitivity upon turn-on of an optical-coupling PNPN switch, and to prevent the deterioration of noise resistance upon turn-off, in a semiconductor relay device employing the optical-coupling PNPN switch. <P>SOLUTION: The semiconductor relay device 1a is equipped with: an LED (light emitting diode) 2a generating an optical signal L1 in accordance with an input signal S1; an optical switch 3 for output switching an AC power supply by receiving the optical signal L1 of the LED 2a; and an impedance circuit generating a voltage for putting the optical switch 3 on between a p-gate and a cathode. In such a semiconductor relay device 1a, the impedance circuit is constituted of a magnetic resistance element 4 changing a resistance value by the magnitude of an external magnetic field, and the resistance value of the magnetic resistance element 4 is controlled by a magnetic field generated by a magnetism generating means 5 both to improve optical sensitivity upon turn-on of the optical switch 3, and to prevent deterioration of noise resistance upon turn-off of the same. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、交流電源に接続される負荷のスイッチング等に用いる半導体リレー装置に関するものであり、詳しくは、光信号でスイッチングする光トリガサイリスタを用いた半導体リレー装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor relay device used for switching of a load connected to an AC power source, and more particularly to a semiconductor relay device using an optical trigger thyristor that switches with an optical signal.

光トリガサイリスタは、光信号によって直接点弧(トリガ)させる逆阻止型サイリスタであり、わずかな光信号のゲート入力によって、オン、オフを切り替えることができる3端子のスイッチング素子である。この光トリガサイリスタを用いた半導体リレー装置は、光信号を用いることにより、主電力回路と制御回路とを電気的に絶縁でき、ノイズによる誤動作が少なく耐ノイズ性に優れているので、制御システムの簡素化が可能であり、高電圧の交流電源回路等に多く用いられる。   The optical trigger thyristor is a reverse blocking thyristor that is directly ignited (triggered) by an optical signal, and is a three-terminal switching element that can be switched on and off by a slight optical signal gate input. The semiconductor relay device using this optical trigger thyristor can electrically insulate the main power circuit from the control circuit by using an optical signal, and is less susceptible to malfunction due to noise and has excellent noise resistance. Simplification is possible, and it is often used in high-voltage AC power supply circuits and the like.

近年、このような半導体リレー装置においては、サイリスタの高耐圧化・大容量化に伴い、入力信号に対して高感度であって、さらに順方向阻止状態におけるアノード・カソード間の印加電圧の変化による誤点弧に対する耐量が大きく、ノイズ等による誤動作が生じないことが望まれている。   In recent years, in such a semiconductor relay device, as the thyristor has a higher withstand voltage and a larger capacity, it is highly sensitive to an input signal, and further due to a change in applied voltage between the anode and the cathode in the forward blocking state. It is desired that the tolerance to erroneous firing is large and that malfunction due to noise or the like does not occur.

従来のこの種の半導体リレー装置の例を図7(a)に示す。半導体リレー装置100は、PNPN4層構造を有する逆阻止3端子光点弧サイリスタの光結合型PNPNスイッチ(以下、光スイッチと略す)102と、ゲートへの光制御信号を送出する発光ダイオード(LED)101とを備えている。この光スイッチ102は、図7(b)の等価回路に示すように、PNPトランジスタとNPNトランジスタで構成される。入力側のLED101の光を受光すると、光スイッチ102は、PゲートとNゲートの間のPN接合で光電流(Ipnp)を発生する。この光電流(Ipnp)によりゲート・カソード間の短絡抵抗(Rgk)103に電流が流れ、短絡抵抗103に端子間電圧(Vgk=Ipnp×Rgk)を生じる。この端子間電圧がNPNトランジスタTr2(以下、単にTr2と記す)を動作させるのに十分な大きさの電圧になると、Tr2がオンし、次に、トランジスタTr1(以下、単にTr1と記す)がオンしてアノードとカソード間が導通(ターンオン)する。即ち、光スイッチ102は、順方向阻止状態から順方向導通状態に移行され、光制御のスイッチング動作をする。従って、短絡抵抗103の抵抗値が大きければ、導通が早まり光感度は良くなる。   An example of this type of conventional semiconductor relay device is shown in FIG. The semiconductor relay device 100 includes an optically coupled PNPN switch (hereinafter abbreviated as an optical switch) 102 of a reverse blocking three-terminal light-igniting thyristor having a PNPN four-layer structure, and a light emitting diode (LED) that sends a light control signal to a gate. 101. The optical switch 102 includes a PNP transistor and an NPN transistor as shown in the equivalent circuit of FIG. When receiving light from the LED 101 on the input side, the optical switch 102 generates a photocurrent (Ipnp) at the PN junction between the P gate and the N gate. This photocurrent (Ipnp) causes a current to flow through the short-circuit resistance (Rgk) 103 between the gate and the cathode, and a terminal voltage (Vgk = Ipnp × Rgk) is generated in the short-circuit resistance 103. When this inter-terminal voltage becomes a voltage large enough to operate the NPN transistor Tr2 (hereinafter simply referred to as Tr2), Tr2 is turned on, and then the transistor Tr1 (hereinafter simply referred to as Tr1) is turned on. As a result, the anode and the cathode are electrically connected (turned on). That is, the optical switch 102 shifts from the forward blocking state to the forward conducting state, and performs a light control switching operation. Therefore, if the resistance value of the short-circuit resistor 103 is large, conduction is accelerated and the photosensitivity is improved.

一方、電源投入時などにおいて、光スイッチ102におけるPNPN素子のアノード・カソード間に立ち上がりの急峻な電圧が掛かった時、光スイッチ102には、過渡電流による変位電流が各PN接合の接合容量に発生する。この変位電流は、不要なノイズ電流であり、短絡抵抗103に流れることにより端子間電圧(Vgk)を発生させ、光スイッチ102を誤動作(ON状態に)させる。この誤動作を防ぐには、ノイズ等による誤動作に対するdV/dt耐量(順方向阻止状態におけるアノード・カソード間の印加電圧の変化による誤点弧に対する耐量)を向上させることが必要である。そして、dV/dt耐量を向上させるには、短絡抵抗103の抵抗値を小さくすることが有効な手段である。しかし、短絡抵抗103の抵抗値を小さくすると、逆に光感度を悪くすることになる。   On the other hand, when a sharply rising voltage is applied between the anode and cathode of the PNPN element in the optical switch 102 when the power is turned on, a displacement current due to a transient current is generated in the junction capacitance of each PN junction. To do. This displacement current is an unnecessary noise current, and flows through the short-circuit resistor 103 to generate a terminal voltage (Vgk), causing the optical switch 102 to malfunction (turn on). In order to prevent this malfunction, it is necessary to improve the dV / dt tolerance against malfunction caused by noise or the like (resistance against malfunction due to a change in the applied voltage between the anode and the cathode in the forward blocking state). In order to improve the dV / dt resistance, reducing the resistance value of the short-circuit resistor 103 is an effective means. However, if the resistance value of the short-circuit resistor 103 is reduced, the photosensitivity is adversely affected.

上記のように、従来の光スイッチ102を用いた半導体リレー装置100では、光感度向上とノイズによる誤動作低減とは常に、相反する関係があった。   As described above, in the semiconductor relay device 100 using the conventional optical switch 102, there has always been a contradictory relationship between improvement in optical sensitivity and reduction in malfunction due to noise.

このような関係を解消するために提案された従来例として、誤点弧光防止回路を備え、光結合型PNPNスイッチを形成する半導体層における配線部分において、配線材料に不純物をデポジションする処理を行い、配線部分の抵抗を削減することにより、高感度化を図った半導体リレー装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   As a conventional example proposed to eliminate such a relationship, a process for depositing impurities in the wiring material is performed in the wiring portion in the semiconductor layer that includes the false firing light prevention circuit and forms the optically coupled PNPN switch. There is known a semiconductor relay device in which the resistance of the wiring portion is reduced to increase the sensitivity (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、この従来例では誤点弧光防止回路用に別途半導体素子を必要とすると共に、光感度を向上するために、配線材料に不純物をデポジションする処理を必要とし、半導体プロセスを複雑化する等の問題があった。
特開平5−75108号公報
However, this conventional example requires a separate semiconductor element for the false firing light prevention circuit and also requires a process of depositing impurities in the wiring material to improve the photosensitivity, complicating the semiconductor process, etc. There was a problem.
JP-A-5-75108

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、光結合型PNPNスイッチのゲート・カソード間のインピーダンス回路として、外部磁気の大きさによって抵抗値が変化する磁気抵抗素子を用い、この磁気抵抗素子の抵抗値を磁気発生手段で発生させる外部磁界で制御することにより、光結合型PNPNスイッチのターンオン時の光感度の向上と、ターンオフ時のノイズ耐量の低下防止とを両立することのできる半導体リレー装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and uses a magnetoresistive element whose resistance value changes depending on the magnitude of external magnetism as an impedance circuit between the gate and the cathode of an optically coupled PNPN switch. By controlling the resistance value of this magnetoresistive element with an external magnetic field generated by the magnetism generating means, it is possible to improve both the photosensitivity at the time of turn-on of the optically coupled PNPN switch and prevent the reduction of the noise tolerance at the time of turn-off. An object of the present invention is to provide a semiconductor relay device that can perform the above-described operation.

上記目的を達成するために請求項1の発明は、入力信号に応じて光信号を発生する発光素子と、この発光素子の光信号を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光結合型PNPNスイッチと、この光結合型PNPNスイッチをオンするための電圧を前記光結合型PNPNスイッチのPゲートとカソード間に発生させるインピーダンス回路とを備えた半導体リレー装置において、前記インピーダンス回路は、印加される磁気の大きさにより抵抗値が変化する磁気抵抗素子を備えたものである。   In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a light emitting element that generates an optical signal in response to an input signal, and an optically coupled PNPN switch for output that switches an AC power supply in response to the optical signal of the light emitting element. And an impedance circuit for generating a voltage for turning on the optically coupled PNPN switch between the P-gate and the cathode of the optically coupled PNPN switch, This comprises a magnetoresistive element whose resistance value varies depending on the size of.

請求項2の発明は、請求項1に記載の半導体リレー装置において、前記磁気抵抗素子と磁気的に結合し、該磁気抵抗素子を制御するための磁界を発生する磁気発生手段を備え、前記磁気発生手段の磁界を発生させる電流の流れる回路と、前記発光素子の光信号を発生させる電流の流れる回路とを直列に接続したものである。   According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor relay device according to the first aspect of the present invention, the semiconductor relay device includes a magnetic generation unit that is magnetically coupled to the magnetoresistive element and generates a magnetic field for controlling the magnetoresistive element. A circuit through which a current for generating a magnetic field of the generating means flows and a circuit through which a current for generating an optical signal of the light emitting element is connected in series.

請求項3の発明は、請求項1に記載の半導体リレー装置において、前記磁気抵抗素子と磁気的に結合し、該磁気抵抗素子を制御するための磁界を発生する磁気発生手段を備え、前記磁気発生手段は、前記発光素子の光信号を受光して発電する受光素子を有し、この受光素子の発電により磁界を発生するものである。   According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor relay device according to the first aspect of the present invention, the semiconductor relay device includes a magnetic generation unit that is magnetically coupled to the magnetoresistive element and generates a magnetic field for controlling the magnetoresistive element. The generating means has a light receiving element that receives the light signal of the light emitting element and generates power, and generates a magnetic field by the power generation of the light receiving element.

請求項4の発明は、入力信号に応じて光信号を発生する発光素子と、この発光素子の光信号を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光結合型PNPNスイッチと、この光結合型PNPNスイッチをオンするための電圧を前記光結合型PNPNスイッチのPゲートとカソード間に発生させるインピーダンス回路とを備えた半導体リレー装置において、前記インピーダンス回路に並列に、前記光結合型PNPNスイッチのPゲートとカソードにドレインとソースが接続されるディプレッション型のPチャンネルMOSFETを備え、前記PチャンネルMOSFETのゲートと前記光結合型PNPNスイッチのNゲート間に、印加される磁界の大きさにより抵抗値が変化する磁気抵抗素子を接続したものである。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a light emitting element that generates an optical signal in response to an input signal, an output optically coupled PNPN switch that receives an optical signal from the light emitting element and switches an AC power supply, and the optically coupled PNPN. A semiconductor relay device comprising an impedance circuit for generating a voltage for turning on a switch between a P gate and a cathode of the optically coupled PNPN switch, and in parallel with the impedance circuit, a P gate of the optically coupled PNPN switch. And a depletion type P-channel MOSFET whose drain and source are connected to the cathode, and the resistance value varies depending on the magnitude of the magnetic field applied between the gate of the P-channel MOSFET and the N gate of the optically coupled PNPN switch. The magnetoresistive element to be connected is connected.

請求項5の発明は、請求項4に記載の半導体リレー装置において、前記磁気抵抗素子と磁気的に結合し、該磁気抵抗素子を制御するための磁界を発生する磁気発生手段を備え、前記磁気発生手段の磁界を発生させる電流の流れる回路と、前記発光素子の光信号を発生させる電流の流れる回路とを直列に接続したものである。   According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor relay device according to the fourth aspect of the present invention, the semiconductor relay device includes magnetic generation means for magnetically coupling with the magnetoresistive element and generating a magnetic field for controlling the magnetoresistive element. A circuit through which a current for generating a magnetic field of the generating means flows and a circuit through which a current for generating an optical signal of the light emitting element is connected in series.

請求項6の発明は、請求項4に記載の半導体リレー装置において、前記磁気抵抗素子と磁気的に結合し、該磁気抵抗素子を制御するための磁界を発生する磁気発生手段とを備え、前記磁気発生手段により発生させる磁界と、前記発光素子により発生させる光信号とを同じ電流により発生させるものである。   A sixth aspect of the present invention is the semiconductor relay device according to the fourth aspect, further comprising: a magnetic generating means that is magnetically coupled to the magnetoresistive element and generates a magnetic field for controlling the magnetoresistive element, The magnetic field generated by the magnetic generation means and the optical signal generated by the light emitting element are generated by the same current.

請求項1の発明によれば、光結合型PNPNスイッチ(以下、光スイッチと略す)のPゲートとカソード間のインピーダンス回路に磁気抵抗素子を備えたことにより、インピーダンス回路のインピーダンス自体を外部磁界で容易に制御できる。これにより、磁気抵抗素子のインピーダンスを光スイッチがオン時には大きく、オフ時には小さくなるように制御することにより、スイッチオン時に光感度を向上すると共に、スイッチオフ時にノイズ耐量の低下を防止することの両立を簡単に実現できる。また、外部からの磁界の制御のみで、他の回路に影響を与えず独立してインピーダンスを制御することができるので、インピーダンスの制御を極めて容易にできる。   According to the first aspect of the present invention, the impedance circuit between the P gate and the cathode of the optically coupled PNPN switch (hereinafter abbreviated as an optical switch) is provided with a magnetoresistive element, so that the impedance of the impedance circuit itself can be reduced by an external magnetic field. Easy to control. As a result, the impedance of the magnetoresistive element is controlled to be large when the optical switch is on and small when the optical switch is off, thereby improving the photosensitivity when the switch is turned on and preventing the reduction of noise tolerance when the switch is turned off. Can be realized easily. Further, since the impedance can be controlled independently only by controlling the magnetic field from the outside without affecting other circuits, the impedance can be controlled very easily.

請求項2の発明によれば、磁気発生手段における磁界を発生させる電流と、発光素子における光信号を発生させる電流とを同一にできるので、光信号による光スイッチのオン、オフと連動して、磁界による磁気抵抗素子のインピーダンスを大きく、又は小さくでき、インピーダンス制御のタイミングを同期させることができる。従って、光スイッチのオン時の光感度の向上と、スイッチオフ時のノイズ耐量の低下の防止とを効率よく確実に行うことができる。また、磁気発生手段に電源回路を必要とぜず、発光素子と磁気発生手段を一体化できるので、省電力、省スペース化が図れる。   According to the invention of claim 2, since the current for generating the magnetic field in the magnetism generating means and the current for generating the optical signal in the light emitting element can be made the same, in conjunction with the on / off of the optical switch by the optical signal, The impedance of the magnetoresistive element due to the magnetic field can be increased or decreased, and the timing of impedance control can be synchronized. Therefore, it is possible to efficiently and surely improve the photosensitivity when the optical switch is on and prevent the reduction of the noise tolerance when the switch is off. In addition, since the magnetism generating means does not require a power supply circuit and the light emitting element and the magnetism generating means can be integrated, power saving and space saving can be achieved.

請求項3の発明によれば、磁気発生手段の磁界は、光信号を受光する受光素子の発電より発生させるので、光スイッチのオン、オフに同期して、磁気抵抗素子の大きく、又は小さくできるので、光感度の向上と、ノイズ耐量の低下の防止との両立を確実に行うことができる。また、磁気発生手段に電源供給を必要とせず、省電力、省スペース化が図られる。さらに、発光素子と、電磁コイルと、磁気抵抗素子とが光結合又は磁界結合で結ばれ、各々を空間的に分離独立して配置できるので、装置設計の自由度をさらに増すことができる。   According to the invention of claim 3, since the magnetic field of the magnetism generating means is generated by the power generation of the light receiving element that receives the optical signal, the magnetoresistive element can be made larger or smaller in synchronization with the on / off of the optical switch. Therefore, it is possible to reliably achieve both improvement in photosensitivity and prevention of reduction in noise tolerance. Further, no power supply is required for the magnetism generating means, and power saving and space saving can be achieved. Furthermore, since the light emitting element, the electromagnetic coil, and the magnetoresistive element are coupled by optical coupling or magnetic field coupling, and each can be spatially separated and independently arranged, the degree of freedom in device design can be further increased.

請求項4の発明によれば、インピーダンス回路に並列に、ディプレッション型のPチャンネルMOSFET(以下、MOSFETと略す)を接続し、MOSFETのゲートと光スイッチのNゲート間を磁気抵抗素子で接続したことにより、外部磁界により磁気抵抗素子の抵抗を制御して、MOSFETを簡単にオン、オフすることができる。従って、インピーダンス回路の抵抗を大きくしておけば、Pゲート・カソード間のインピーダンスの値を正確に大きく変動させることができる。これにより、ノイズ耐量の低下防止と共に、光感度を向上することができる。また、外部磁界により独立して磁気抵抗素子の抵抗を可変できるので、MOSFETのオン、オフ制御を容易にできる。   According to the invention of claim 4, a depletion type P-channel MOSFET (hereinafter abbreviated as MOSFET) is connected in parallel to the impedance circuit, and the gate of the MOSFET and the N gate of the optical switch are connected by a magnetoresistive element. Thus, the MOSFET can be easily turned on and off by controlling the resistance of the magnetoresistive element with an external magnetic field. Therefore, if the resistance of the impedance circuit is increased, the impedance value between the P gate and the cathode can be accurately varied greatly. Thereby, the noise sensitivity can be prevented from being lowered, and the photosensitivity can be improved. Further, since the resistance of the magnetoresistive element can be varied independently by an external magnetic field, the on / off control of the MOSFET can be facilitated.

請求項5の発明によれば、磁気発生手段における磁界を発生する電流と、発光素子における光信号を発生させる電流を同一電流で発生させることができるため、光信号による光スイッチのスイッチングと、磁界によるMOSFETのスイッチング動作とを同時に連動して行うことができる。従って、光スイッチのオン、オフに同期して、確実にインピーダンスを変動させることができ、光感度の向上とノイズ耐量の低下防止を両立させることができる。また、磁気発生手段に電源回路が不要となると共に、発光素子と磁気発生手段を一体化できるので、省電力、省スペース化が図れる。   According to the invention of claim 5, since the current for generating the magnetic field in the magnetism generating means and the current for generating the optical signal in the light emitting element can be generated with the same current, the switching of the optical switch by the optical signal and the magnetic field The switching operation of the MOSFET can be simultaneously performed in conjunction with each other. Therefore, the impedance can be reliably varied in synchronization with the on / off of the optical switch, and both the improvement of the photosensitivity and the prevention of the noise tolerance can be achieved. In addition, a power supply circuit is not required for the magnetism generating means, and the light emitting element and the magnetism generating means can be integrated, thereby saving power and space.

請求項6の発明によれば、磁気発生手段の磁界が、光信号を受光する受光素子の発電より発生されるので、光信号による光スイッチのオン、オフと、MOSFETのオン、オフ及びPゲート・カソード間インピーダンスの切り替えを同時に連動させることができる。これにより、光スイッチのオン時の光感度の向上と、スイッチオフ時のノイズ耐量の低下の防止とを確実に行うことができる。また、磁気発生手段への電源供給が不要となり、省電力化、省スペース化が可能となる。さらに、互いに光結合又は磁界結合される発光素子と磁気発生手段と磁気抵抗素子とを空間的に分離して構成でき、装置設計の自由度を増すことができる。   According to the invention of claim 6, since the magnetic field of the magnetism generating means is generated by the power generation of the light receiving element that receives the optical signal, the optical switch is turned on and off by the optical signal, the MOSFET is turned on and off, and the P gate.・ Switching of impedance between cathodes can be linked simultaneously. As a result, it is possible to reliably improve the photosensitivity when the optical switch is on and prevent the noise tolerance from being lowered when the switch is off. Further, it is not necessary to supply power to the magnetism generating means, and power saving and space saving can be achieved. Further, the light emitting element, the magnetism generating means, and the magnetoresistive element that are optically or magnetically coupled to each other can be spatially separated, and the degree of freedom in device design can be increased.

以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体リレー装置について図1を参照して説明する。   Hereinafter, a semiconductor relay device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

半導体リレー装置1aは、入力信号S1に応じて光信号L1を発生する発光ダイオードのLED(発光素子)2aを有する発光部2と、磁気抵抗素子4と、LED2aの光信号L1を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光結合型PNPNスイッチ(以下、光スイッチと略す)3とで構成される。   The semiconductor relay device 1a receives an optical signal L1 from the light emitting unit 2 having a light emitting diode LED (light emitting element) 2a that generates an optical signal L1 in response to an input signal S1, an magnetoresistive element 4, and an optical signal L1 from the LED 2a. And an output optically coupled PNPN switch (hereinafter abbreviated as an optical switch) 3.

光スイッチ3は、PNPN4層構造を有する通常の逆阻止3端子サイリスタにおいて、ゲートへの制御信号を電気信号に代えて、光信号の照射により順方向阻止状態から順方向導通状態に移行するように構成された光点弧型サイリスタである。   The optical switch 3 is a normal reverse blocking three-terminal thyristor having a PNPN four-layer structure so that the control signal to the gate shifts from the forward blocking state to the forward conducting state by irradiating the optical signal instead of the electric signal. This is a light ignition type thyristor constructed.

この光点弧型サイリスタからなる光スイッチ3は、PNPトランジスタTr1とNPNトランジスタTr2とを備え、Tr1のエミッタ側をアノードとし、Tr1のコレクタとTr2のベースとの交点をPゲート、Tr1のベースとTr2のコレクタとの交点をNゲート、トランジスタTr2のエミッタ側をカソードとして構成される。   The optical switch 3 comprising this light-igniting thyristor includes a PNP transistor Tr1 and an NPN transistor Tr2, the emitter side of Tr1 being an anode, the intersection of the collector of Tr1 and the base of Tr2 being a P gate, and the base of Tr1 being The intersection of the Tr2 and the collector is configured as an N gate, and the emitter side of the transistor Tr2 is configured as a cathode.

この半導体リレー装置1aは、光スイッチ3のPゲートとカソード間に短絡接続されるインピーダンス回路としての磁気抵抗素子4と、この磁気抵抗素子4に磁界結合され、磁気抵抗素子4を制御するための磁界を発生する磁気発生手段5とを備えている。入力信号S1によりLED2aで発生された光信号が光スイッチ3で受光されると、PゲートとNゲートの間のPN接合で光電流(Ipnp)を発生する。この光電流(Ipnp)によりPゲート・カソード間の短絡抵抗となる磁気抵抗素子4に電流が流れる。そして、この時の磁気抵抗素子4の抵抗をRmとすると、端子間電圧(Vm=Ipnp×Rm)を生じる。この端子間電圧がTR2を動作させるのに十分な大きさの電圧になると、Tr2がオンし、次にTr1がオンしてアノードとカソード間が導通(ターンオン)する。即ち、光スイッチ3は、順方向阻止状態から順方向導通状態に移行され、光制御のスイッチング動作をする。 This semiconductor relay device 1a includes a magnetoresistive element 4 as an impedance circuit short-circuited between the P gate and the cathode of the optical switch 3, and a magnetic field coupled to the magnetoresistive element 4 for controlling the magnetoresistive element 4. And a magnetic generation means 5 for generating a magnetic field. When the optical signal generated by the LED 2a by the input signal S1 is received by the optical switch 3, a photocurrent (Ipnp) is generated at the PN junction between the P gate and the N gate. This photocurrent (Ipnp) causes a current to flow through the magnetoresistive element 4 serving as a short-circuit resistance between the P gate and the cathode. If the resistance of the magnetoresistive element 4 at this time is Rm, a voltage between terminals (Vm = Ipnp × Rm) is generated. When this inter-terminal voltage becomes a voltage large enough to operate TR2, Tr2 is turned on, and then Tr1 is turned on to conduct (turn on) between the anode and the cathode. That is, the optical switch 3 is shifted from the forward blocking state to the forward conducting state, and performs a light control switching operation.

ここで、Pゲート・カソード間のインピーダンスをZで表す。この半導体リレー装置1aでは、Pゲート・カソード間に接続されるインピーダンス回路は、磁気抵抗素子4の抵抗(Rm)と同じであり、インピーダンスZと同じとなる。 Here, the impedance between the P gate and the cathode is represented by Z. In this semiconductor relay device 1a, the impedance circuit connected between the P gate and the cathode is the same as the resistance (Rm) of the magnetoresistive element 4, and is the same as the impedance Z.

磁気抵抗素子4は、印加磁界の大きさによって抵抗値が変化する可変抵抗素子(例えば、MR(Magneto Resistive)効果素子等)から成り、光スイッチ3のPゲートとカソード間に接続される。この磁気抵抗素子4は、ここでは、印加磁界の増大により抵抗値が増加する特性を持ち、磁気発生手段5に磁界結合され、磁気発生手段5で発生された磁界により抵抗の大きさが制御される。   The magnetoresistive element 4 is composed of a variable resistance element (for example, an MR (Magneto Resistive) effect element) whose resistance value changes depending on the magnitude of the applied magnetic field, and is connected between the P gate and the cathode of the optical switch 3. Here, the magnetoresistive element 4 has a characteristic that the resistance value increases as the applied magnetic field increases. The magnetoresistive element 4 is magnetically coupled to the magnetism generating means 5, and the magnitude of the resistance is controlled by the magnetic field generated by the magnetism generating means 5. The

上記の構成において、発光部2では、入力信号S1に応じて回路21を通してLED2aに電流が供給され、光信号が発生される。光スイッチ3は、この発生された光信号L1を受光してターンオンする。この時、磁気発生手段5において、制御入力信号S2により磁界を発生させ、この磁界を磁気抵抗素子4に印加して、その抵抗値を増加する。また、光スイッチ3のターンオフ時は、抵抗値を減少する。   In the above configuration, in the light emitting unit 2, a current is supplied to the LED 2a through the circuit 21 in response to the input signal S1, and an optical signal is generated. The optical switch 3 receives the generated optical signal L1 and turns on. At this time, in the magnetism generating means 5, a magnetic field is generated by the control input signal S2, and this magnetic field is applied to the magnetoresistive element 4 to increase its resistance value. Further, when the optical switch 3 is turned off, the resistance value is decreased.

このように、磁気抵抗素子4を外部磁界で直接可変できることにより、光スイッチ3のPゲートとカソード間のインピーダンスZ自体を、直接、容易に制御できる。従って、スイッチがオン時には、インピーダンスZを大きくし、オフ時には、インピーダンスZを小さくすることが容易にでき、、スイッチオン時に光感度を向上すると共に、スイッチオフ時にノイズ耐量の低下を防止することができる。また、磁界の制御だけにより、他の電子回路に影響を与えず独立してインピーダンスZを制御をすることができるので、Pゲート・カソード間のインピーダンスの回路制御を容易に行える。さらに、磁気抵抗素子と磁気発生手段は磁界結合されるので、両者を空間的に分離することができ、回路配置設計の自由度を高めることができる。   As described above, since the magnetoresistive element 4 can be directly varied by the external magnetic field, the impedance Z itself between the P gate and the cathode of the optical switch 3 can be directly and easily controlled. Therefore, when the switch is on, the impedance Z can be easily increased, and when the switch is off, the impedance Z can be easily reduced. This improves the photosensitivity when the switch is on, and prevents a reduction in noise tolerance when the switch is off. it can. Further, since the impedance Z can be controlled independently without affecting other electronic circuits only by controlling the magnetic field, the circuit control of the impedance between the P gate and the cathode can be easily performed. Furthermore, since the magnetoresistive element and the magnetism generating means are magnetically coupled, the two can be spatially separated, and the degree of freedom in circuit layout design can be increased.

次に、本発明の第2の実施形態に係る半導体リレー装置について図2を参照して説明する。本実施形態の半導体リレー装置1bは、磁気抵抗素子4に磁界結合する電磁コイル5aを有する磁気発生手段5を備え、磁界を発生させる電磁コイル5aの電流が流れる回路51と、光信号L1を発生させる発光素子2aの電流が流れる回路21とを直列に接続した点で前記実施形態と異なる。   Next, a semiconductor relay device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The semiconductor relay device 1b according to the present embodiment includes a magnetic generation means 5 having an electromagnetic coil 5a that is magnetically coupled to the magnetoresistive element 4, and generates a light signal L1 and a circuit 51 through which the current of the electromagnetic coil 5a that generates a magnetic field flows. This is different from the above embodiment in that the circuit 21 through which the current of the light emitting element 2a to be flowed is connected in series.

半導体リレー装置1bは、入力信号S1に応じて光信号L1を発生する発光ダイオードのLED2aを有する発光部2と、このLED2aの光信号L1を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光結合型PNPNスイッチ(以下、光スイッチと略す)3と、この光スイッチ3をオンする電圧をPゲートとカソード間に発生させるためのインピーダンス回路としての磁気抵抗素子4と、LED2aに直列に接続される電磁コイル5aを有する磁気発生手段5とにより構成される。この磁気抵抗素子4は、上記第1の実施形態と同じものである。   The semiconductor relay device 1b includes a light emitting unit 2 including a light emitting diode LED 2a that generates an optical signal L1 in response to an input signal S1, and an output optically coupled PNPN that receives the optical signal L1 from the LED 2a and switches an AC power source. A switch (hereinafter abbreviated as an optical switch) 3, a magnetoresistive element 4 as an impedance circuit for generating a voltage for turning on the optical switch 3 between the P gate and the cathode, and an electromagnetic coil connected in series to the LED 2a It is comprised with the magnetic generation means 5 which has 5a. The magnetoresistive element 4 is the same as that in the first embodiment.

上記の構成において、発光部2への入力信号S1に応じてLED2aで発生された光信号L1が、光スイッチ3で受光されると、光スイッチ3はターンオンする。このとき、同時に、光信号の電流が流れるLED2aと直列に接続された電磁コイル5aより磁界が発生し、この磁界を磁気抵抗素子4に印加することにより、その抵抗値を大きくすることができる。そして、LED2aがオフされて電流が切れ、光信号が無くなると、光スイッチ3がターンオフされ、同時に、電磁コイル5aの磁界が無くなり、磁気抵抗素子4の抵抗値を低下することができる。   In the above configuration, when the optical signal L1 generated by the LED 2a in response to the input signal S1 to the light emitting unit 2 is received by the optical switch 3, the optical switch 3 is turned on. At the same time, a magnetic field is generated from the electromagnetic coil 5a connected in series with the LED 2a through which the current of the optical signal flows. By applying this magnetic field to the magnetoresistive element 4, the resistance value can be increased. When the LED 2a is turned off, the current is cut off, and the optical signal is lost, the optical switch 3 is turned off. At the same time, the magnetic field of the electromagnetic coil 5a is lost, and the resistance value of the magnetoresistive element 4 can be lowered.

ここで、LED2aと電磁コイル5aとは直列に接続されているので、光信号L1の電流と磁界の電流とは同じとなる。従って、光信号L1による光スイッチ3のオン、オフと、磁界による磁気抵抗素子4の抵抗値の制御とを同期したタイミングで行うことができる。これにより、光スイッチ3がオン時には、インピーダンスZを大きくして光感度を向上し、スイッチオフ時にはインピーダンスZを小さくして、ノイズ耐量の低下を防止することができ、両特性の両立を確実に精度良く行うことができる。また、電磁コイル5aの電源が不要となり、発光部2と電磁コイル5aとが一体化でき、省電力化、省スペース化が可能となる。   Here, since the LED 2a and the electromagnetic coil 5a are connected in series, the current of the optical signal L1 and the current of the magnetic field are the same. Therefore, on / off of the optical switch 3 by the optical signal L1 and control of the resistance value of the magnetoresistive element 4 by the magnetic field can be performed at a synchronized timing. As a result, when the optical switch 3 is on, the impedance Z is increased to improve the photosensitivity, and when the switch is off, the impedance Z can be reduced to prevent a reduction in noise immunity, thereby ensuring both characteristics. It can be performed with high accuracy. In addition, the power source of the electromagnetic coil 5a is not required, and the light emitting unit 2 and the electromagnetic coil 5a can be integrated, so that power saving and space saving can be achieved.

次に、本発明の第3の実施形態に係る半導体リレー装置について図3を参照して説明する。本実施形態の半導体リレー装置1cは、電磁コイル5bを有する磁気発生手段5に受光素子6を備え、光信号L2を受光する受光素子6の発電により磁界を発生させる点で前記実施形態と異なっている。   Next, a semiconductor relay device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The semiconductor relay device 1c of the present embodiment is different from the above-described embodiment in that the magnetic generator 5 having the electromagnetic coil 5b includes the light receiving element 6 and generates a magnetic field by power generation of the light receiving element 6 that receives the optical signal L2. Yes.

半導体リレー装置1cは、入力信号S1に応じて光信号L1を発生するLED(発光素子)2aを有する発光部2と、このLED2aの光信号L1を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光結合型PNPNスイッチ(以下、光スイッチと略す)3と、この光スイッチ3をオンする電圧をPゲートとカソード間に発生させるインピーダンス回路としての磁気抵抗素子4と、LED2aからの光信号L2を受光して発電する受光素子6と、この受光素子6からの電流で磁界を発生する電磁コイル5bを有する磁気発生手段5とで構成される。この磁気抵抗素子4は、上記第1の実施形態と同じものである。   The semiconductor relay device 1c includes a light emitting unit 2 having an LED (light emitting element) 2a that generates an optical signal L1 in response to an input signal S1, and an optical coupling for output that receives the optical signal L1 from the LED 2a and switches an AC power source. Type PNPN switch (hereinafter abbreviated as an optical switch) 3, a magnetoresistive element 4 as an impedance circuit for generating a voltage for turning on the optical switch 3 between the P gate and the cathode, and an optical signal L2 from the LED 2a. A light receiving element 6 that generates electric power and a magnetic generating means 5 having an electromagnetic coil 5b that generates a magnetic field by a current from the light receiving element 6. The magnetoresistive element 4 is the same as that in the first embodiment.

受光素子6は、LED2aの光信号L1と同時に発生された光信号L2を受光して発電する。この発電電力により電磁コイル5bは、磁気抵抗素子4を制御する磁界を発生する。この発生された磁界を磁気抵抗素子4に印加することにより、磁気抵抗素子4の抵抗値を制御することができる。   The light receiving element 6 receives the optical signal L2 generated simultaneously with the optical signal L1 of the LED 2a and generates power. The electromagnetic coil 5b generates a magnetic field for controlling the magnetoresistive element 4 by the generated power. By applying the generated magnetic field to the magnetoresistive element 4, the resistance value of the magnetoresistive element 4 can be controlled.

上記の構成において、発光部2への入力信号S1に応じてLED2aで発生された光信号L1が、光スイッチ3で受光されると、光スイッチ3はターンオンする。このとき、同時に、LED2aにおいて発生された光信号L2は、受光素子6で受光される。受光素子6は、受光した光信号L2を電気信号に変換して発電する。この発電された電力を電源として、電磁コイル5bより磁界が発生される。この発生された磁界により電磁コイル5bと結合される磁気抵抗素子4の抵抗値が増大する。次に、LED2aがオフされて電流が切れ、光信号L1及びL2が無くなると、光スイッチ3がターンオフされ、同時に、磁界が無くなるので、磁気抵抗素子4の抵抗値を小さくすることができる。   In the above configuration, when the optical signal L1 generated by the LED 2a in response to the input signal S1 to the light emitting unit 2 is received by the optical switch 3, the optical switch 3 is turned on. At the same time, the light signal L2 generated in the LED 2a is received by the light receiving element 6. The light receiving element 6 generates electric power by converting the received optical signal L2 into an electric signal. Using this generated power as a power source, a magnetic field is generated from the electromagnetic coil 5b. The generated magnetic field increases the resistance value of the magnetoresistive element 4 coupled with the electromagnetic coil 5b. Next, when the LED 2a is turned off and the current is cut off, and the optical signals L1 and L2 are lost, the optical switch 3 is turned off. At the same time, the magnetic field is lost, so that the resistance value of the magnetoresistive element 4 can be reduced.

このように、同時発生の光信号L1、L2により、光スイッチ3のオン、オフと、磁気抵抗素子4の抵抗値(インピーダンスZと同じ)の制御のタイミングを同期させることができる。従って、確実に、光スイッチ3がオン時には、磁気抵抗素子4のインピーダンスZを大きくして光感度を良くし、スイッチオフ時には磁気抵抗素子4のインピーダンスZを小さくして、ノイズ耐量の低下を防止することができる。また、LED2aと、LED2aと光結合する電磁コイル5bと、電磁コイル5bと磁界結合する磁気抵抗素子4とを空間的に分離して構成できるので、装置設計の自由度を増すことができる。   In this way, the timing of control of the on / off state of the optical switch 3 and the resistance value (same as the impedance Z) of the magnetoresistive element 4 can be synchronized by the simultaneously generated optical signals L1 and L2. Accordingly, when the optical switch 3 is turned on, the impedance Z of the magnetoresistive element 4 is increased to improve the photosensitivity, and when the switch is turned off, the impedance Z of the magnetoresistive element 4 is decreased to prevent a reduction in noise tolerance. can do. Further, since the LED 2a, the electromagnetic coil 5b optically coupled to the LED 2a, and the magnetoresistive element 4 magnetically coupled to the electromagnetic coil 5b can be spatially separated, the degree of freedom in device design can be increased.

次に、本発明の第4の実施形態に係る半導体リレー装置について図4を参照して説明する。本実施形態の半導体リレー装置1dは、光結合型PNPNスイッチ(以下、光スイッチと略す)3のPゲートとカソード間に抵抗7(インピーダンス回路)を設け、この抵抗7に並列に、ディプレッション型のPチャンネルMOSFET(以下、MOSFETと略す)8を接続し、さらに、このMOSFET8のゲートと光スイッチ3のNゲート間を磁気抵抗素子9を介して接続した点で前記実施形態と異なる。   Next, a semiconductor relay device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The semiconductor relay device 1d of this embodiment is provided with a resistor 7 (impedance circuit) between a P gate and a cathode of an optically coupled PNPN switch (hereinafter abbreviated as an optical switch) 3, and a depletion type in parallel with the resistor 7. A P-channel MOSFET (hereinafter abbreviated as a MOSFET) 8 is connected, and the gate of this MOSFET 8 and the N gate of the optical switch 3 are connected via a magnetoresistive element 9.

半導体リレー装置1dは、光スイッチ3と、入力信号S1に応じて光信号L1を発生するLED(発光素子)2aを有する発光部2と、インピーダンス回路となる抵抗7と、抵抗7に並列に接続されるMOSFET8と、MOSFET8のバイアス抵抗となる磁気抵抗素子9と、この磁気抵抗素子9に磁界結合される磁気発生手段5から構成される。   The semiconductor relay device 1d is connected in parallel to the optical switch 3, the light emitting unit 2 having an LED (light emitting element) 2a that generates the optical signal L1 in response to the input signal S1, the resistor 7 serving as an impedance circuit, and the resistor 7. MOSFET 8, a magnetoresistive element 9 serving as a bias resistance of MOSFET 8, and magnetism generating means 5 magnetically coupled to the magnetoresistive element 9.

光スイッチ3は、PNPトランジスタTr1とNPNトランジスタTr2を備え、Tr1のエミッタ側をアノードとし、Tr1のコレクタとTr2のベースとの交点をPゲート、Tr1のベースとTr2のコレクタとの交点をNゲート、トランジスタTr2のエミッタ側をカソードとして構成される。   The optical switch 3 includes a PNP transistor Tr1 and an NPN transistor Tr2. The emitter side of Tr1 is an anode, the intersection of the collector of Tr1 and the base of Tr2 is a P gate, and the intersection of the base of Tr1 and the collector of Tr2 is an N gate. The emitter side of the transistor Tr2 is configured as a cathode.

この光スイッチ3のPゲート・カソード間には、光スイッチ3をオンする電圧を発生させるための抵抗7と、抵抗7に並列にMOSFET8のドレイン、ソースが接続される。同時に、このドレイン、ソースは、光スイッチ3のPゲートとカソードにそれぞれ接続される。また、MOSFET8のゲートと光スイッチ3のNゲート間には、MOSFET8のゲートバイアス抵抗となる磁気抵抗素子9が接続される。   Between the P gate and the cathode of the optical switch 3, a resistor 7 for generating a voltage for turning on the optical switch 3 and a drain and a source of the MOSFET 8 are connected in parallel with the resistor 7. At the same time, the drain and source are connected to the P gate and cathode of the optical switch 3, respectively. Further, a magnetoresistive element 9 serving as a gate bias resistance of the MOSFET 8 is connected between the gate of the MOSFET 8 and the N gate of the optical switch 3.

この磁気抵抗素子9は、印加磁界の増大により抵抗値が減少する特性を持つ。そして、この磁気抵抗素子9は、制御入力信号S2で磁界を発生する磁気発生手段5に磁界結合され、この磁界により磁気抵抗素子9の抵抗の大きさが制御される。ここで、光スイッチ3のPゲートとカソード間のインピーダンスZは、抵抗7とMOSFET8との並列合成のインピーダンスとなる。   The magnetoresistive element 9 has a characteristic that the resistance value decreases as the applied magnetic field increases. The magnetoresistive element 9 is magnetically coupled to the magnetism generating means 5 that generates a magnetic field by the control input signal S2, and the magnitude of the resistance of the magnetoresistive element 9 is controlled by the magnetic field. Here, the impedance Z between the P gate and the cathode of the optical switch 3 is the impedance of the parallel combination of the resistor 7 and the MOSFET 8.

上記の構成において、光スイッチ3のターンオン時に、制御入力信号S2により磁気発生手段5で磁界を発生させ、この磁界により磁気抵抗素子9の抵抗値を小さくする。これにより、MOSFET8のゲート電圧が上昇され、MOSFET8はオフ(オープン)なる。そして、MOSFET8のインピーダンスは急激に高くなり、Pゲート・ソース間のインピーダンスZは抵抗7で決まる。   In the above configuration, when the optical switch 3 is turned on, a magnetic field is generated by the magnetic generation means 5 by the control input signal S2, and the resistance value of the magnetoresistive element 9 is reduced by this magnetic field. As a result, the gate voltage of the MOSFET 8 is raised and the MOSFET 8 is turned off (open). The impedance of the MOSFET 8 increases rapidly, and the impedance Z between the P gate and the source is determined by the resistor 7.

次に、光スイッチ3がターンオフ時は、磁気発生手段5の磁界を削減することにより、磁気抵抗素子9の抵抗値を増大させる。従って、MOSFET8をオンにさせることができ、Pゲート・ソース間のインピーダンスZは、短絡されて略ゼロの低インピーダンスとなる。これにより、抵抗7の値を大きくしておけば、MOSFET8のオン、オフ時のゲート・ソース間のインピーダンスZの変化を大きく取ることができる。   Next, when the optical switch 3 is turned off, the resistance value of the magnetoresistive element 9 is increased by reducing the magnetic field of the magnetism generating means 5. Therefore, the MOSFET 8 can be turned on, and the impedance Z between the P gate and the source is short-circuited and becomes a low impedance of substantially zero. Thus, if the value of the resistor 7 is increased, the change in the impedance Z between the gate and the source when the MOSFET 8 is turned on / off can be greatly increased.

このように、光スイッチ3がオンの時には、磁気抵抗素子9の抵抗を小さくし、MOSFET8をオフすることにより、インピーダンスZを大きくできる。同様に、光スイッチ3がオフの時には、磁気抵抗素子9の抵抗を大きくしてMOSFET8をオンし、インピーダンスZを小さくすることができる。これにより、光スイッチ3がオン時の光感度を良くすると共に、オフ時には、ノイズ耐量の低下を防止することができる。また、MOSFET8のスイッチ動作を独立した磁界の強度で行えるので、MOSFET8の制御を容易に行える。 Thus, when the optical switch 3 is on, the impedance Z can be increased by reducing the resistance of the magnetoresistive element 9 and turning off the MOSFET 8. Similarly, when the optical switch 3 is off, the resistance of the magnetoresistive element 9 can be increased to turn on the MOSFET 8 and the impedance Z can be reduced. As a result, the optical sensitivity when the optical switch 3 is on can be improved, and a reduction in noise tolerance can be prevented when the optical switch 3 is off. Further, since the switching operation of the MOSFET 8 can be performed with an independent magnetic field strength, the MOSFET 8 can be easily controlled.

次に、本発明の第5の実施形態に係る半導体リレー装置について図5を参照して説明する。本実施形態の半導体リレー装置1eは、磁気抵抗素子9に磁界結合する電磁コイル5cを有する磁気発生手段5を備え、磁界を発生させる電磁コイル5cの電流の流れる回路51と、光信号L1を発生させる発光素子2aの電流の流れる回路51とを直列に接続した点で前記実施形態とことなる。   Next, a semiconductor relay device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The semiconductor relay device 1e according to the present embodiment includes a magnetic generator 5 having an electromagnetic coil 5c that is magnetically coupled to the magnetoresistive element 9, and generates an optical signal L1 and a circuit 51 through which a current flows in the electromagnetic coil 5c that generates a magnetic field. This embodiment is different from the above-described embodiment in that the current-carrying circuit 51 of the light-emitting element 2a is connected in series.

半導体リレー装置1eは、入力信号S1に応じて光信号L1を発生するLED2aを有する発光部2と、このLED2aの光信号L1を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光スイッチ3と、この光スイッチ3をオンする電圧を光スイッチ3のPゲート・カソード間に発生させるための抵抗7(インピーダンス回路)と、この抵抗7に並列に接続され、光スイッチ3のPゲートとカソード間に接続されるMOSFET8と、このMOSFET8のゲートと光スイッチ3のNゲート間を接続する磁気抵抗素子9と、この磁気抵抗素子9に磁界結合し、LED2aに流れる電流と同じ電流で磁界を発生する電磁コイル5cとから構成される。磁気抵抗素子9は、上記第4の実施形態と同じものである。   The semiconductor relay device 1e includes a light emitting unit 2 having an LED 2a that generates an optical signal L1 in response to an input signal S1, an optical switch 3 for output that receives an optical signal L1 from the LED 2a, and switches an AC power source. A resistor 7 (impedance circuit) for generating a voltage for turning on the switch 3 between the P gate and the cathode of the optical switch 3 is connected in parallel to the resistor 7 and is connected between the P gate and the cathode of the optical switch 3. MOSFET 8, magnetoresistive element 9 connecting the gate of MOSFET 8 and N gate of optical switch 3, and electromagnetic coil 5 c that is magnetically coupled to magnetoresistive element 9 and generates a magnetic field with the same current as the current flowing in LED 2 a. It consists of. The magnetoresistive element 9 is the same as that in the fourth embodiment.

この磁気抵抗素子9は、電磁コイル5cに磁界結合され、電磁コイル5cは、LED2aに直列に接続されている。これにより、電磁コイル5cの磁界を発生する電流とLED2aの光信号を発生する電流とは、同じ電流となり、磁気抵抗素子9の抵抗値は、LED2aの発光と連動して制御される。   The magnetoresistive element 9 is magnetically coupled to the electromagnetic coil 5c, and the electromagnetic coil 5c is connected in series to the LED 2a. Thereby, the current for generating the magnetic field of the electromagnetic coil 5c and the current for generating the optical signal of the LED 2a become the same current, and the resistance value of the magnetoresistive element 9 is controlled in conjunction with the light emission of the LED 2a.

上記の構成において、LED2aが発光され、光信号L1が光スイッチ3で受光されて光スイッチ3がターンオンされると、これに同期して電磁コイル5cで磁界が発生され、磁気抵抗素子9の抵抗値をが小さくなる。一方、LED2aの発光が停止され、光スイッチ3がターンオフされると、同時に、磁界も無くなり、磁気抵抗素子9の抵抗値をが大きくなる。これにより、LED2aが発光に同期して、MOSFET8はオフ、オンされる。   In the above configuration, when the LED 2a emits light, the optical signal L1 is received by the optical switch 3 and the optical switch 3 is turned on, a magnetic field is generated in the electromagnetic coil 5c in synchronization with this, and the resistance of the magnetoresistive element 9 The value becomes smaller. On the other hand, when the light emission of the LED 2a is stopped and the optical switch 3 is turned off, the magnetic field disappears at the same time, and the resistance value of the magnetoresistive element 9 increases. Thus, the MOSFET 8 is turned off and on in synchronization with the light emission of the LED 2a.

このように、光スイッチ3のスイッチオン、オフに連動して、磁気抵抗素子9の抵抗値を制御してMOSFETをオフ、オンでき、インピーダンスZを大きく切り替えることができる。これにより、確実に、スイッチがオン時の光感度を向上させると共に、スイッチオフ時には、ノイズ耐量の低下を防止することができる。また、空間的に離れた位置から磁気抵抗素子9を制御できるのでMOSFET8の制御が容易にでき、設計の自由度も増すことができる。   In this way, the MOSFET can be turned off and on by controlling the resistance value of the magnetoresistive element 9 in conjunction with the switch on and off of the optical switch 3, and the impedance Z can be largely switched. As a result, it is possible to reliably improve the photosensitivity when the switch is on, and to prevent a reduction in noise tolerance when the switch is off. Further, since the magnetoresistive element 9 can be controlled from a spatially separated position, the MOSFET 8 can be easily controlled and the degree of freedom in design can be increased.

次に、本発明の第6の実施形態に係る半導体リレー装置について図6を参照して説明する。本実施形態の半導体リレー装置1fは、電磁コイル5dを有する磁気発生手段5にLED(発光素子)2aからの光信号L2を受けて発電する受光素子6を備え、この受光素子6の発電により磁界を発生させた点で前記実施形態と異なる。   Next, a semiconductor relay device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The semiconductor relay device 1f according to the present embodiment includes a light receiving element 6 that generates power by receiving an optical signal L2 from an LED (light emitting element) 2a in a magnetism generating means 5 having an electromagnetic coil 5d. This is different from the above embodiment in that

半導体リレー装置1fは、入力信号S1に応じて光信号L1を発生するLED2aを有する発光部2と、このLED2aの光信号L1を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光スイッチ3と、この光スイッチ3をオンする電圧をPゲートとカソード間に発生させるための抵抗7(インピーダンス回路)と、この抵抗7に並列に接続され、光スイッチ3のPゲートとカソードにドレインとソースが接続されるディプレッション型PチャンネルMOSFET(以下、MOSFETと略す)8と、このMOSFET8のゲートと光スイッチ3のNゲート間を接続する磁気抵抗素子9と、LED2aから光信号L2を受けて発電する受光素子6を有し、この発電により磁界を発生する電磁コイル5dを備えた磁気発生手段5とにより構成される。磁気抵抗素子9は、上記第4の実施形態と同じものである。   The semiconductor relay device 1f includes a light emitting unit 2 having an LED 2a that generates an optical signal L1 in response to an input signal S1, an output optical switch 3 that receives the optical signal L1 from the LED 2a and switches an AC power supply, and the light A resistor 7 (impedance circuit) for generating a voltage for turning on the switch 3 between the P gate and the cathode and the resistor 7 are connected in parallel, and a drain and a source are connected to the P gate and the cathode of the optical switch 3. A depletion type P-channel MOSFET (hereinafter abbreviated as MOSFET) 8, a magnetoresistive element 9 connecting the gate of the MOSFET 8 and the N gate of the optical switch 3, and a light receiving element 6 that receives the optical signal L2 from the LED 2a and generates power. And magnetic generation means 5 including an electromagnetic coil 5d that generates a magnetic field by this power generation.The magnetoresistive element 9 is the same as that in the fourth embodiment.

受光素子6は、LED2aの光信号L1と同時に発生された光信号L2を受光して発電する。この発電電力により電磁コイル5dは、磁気抵抗素子9の制御用の磁界を発生する。この発生された磁界は、磁気抵抗素子9に印加され、磁気抵抗素子9の抵抗値を制御する。   The light receiving element 6 receives the optical signal L2 generated simultaneously with the optical signal L1 of the LED 2a and generates power. The electromagnetic coil 5d generates a magnetic field for controlling the magnetoresistive element 9 by the generated power. The generated magnetic field is applied to the magnetoresistive element 9 to control the resistance value of the magnetoresistive element 9.

上記半導体リレー装置1fにおいて、LED2aで発生された光信号L1、L2により、光スイッチ3のオン、オフと、受光素子6の発電のオン、オフと、MOSFET8のオフ、オンを連動させることができる。このMOSFET8のオフ、オンにより、光スイッチのPゲート・ソース間のインピーダンスZは、大きい抵抗値を持たせた抵抗Rから略短絡まで変化させることができる。   In the semiconductor relay device 1f, on / off of the optical switch 3, on / off of power generation of the light receiving element 6, and off / on of the MOSFET 8 can be linked by optical signals L1, L2 generated by the LED 2a. . By turning the MOSFET 8 off and on, the impedance Z between the P gate and the source of the optical switch can be changed from a resistor R having a large resistance value to a substantially short circuit.

これにより、光スイッチ3がターンオンの時に、Pゲート・ソース間のインピーダンスZを高くして光感度を高め、ターンオフの時には、インピーダンスZを低くして、ノイズ耐量の向上を図ることができる。また、LED2aを含む発光部2と、電磁コイル5dを含む磁気発光手段5と、磁気抵抗素子9とは、光又は磁界で結合されるので、これらを空間的に離れて配置することができ、装置設計の自由度を高めることができる。   Thereby, when the optical switch 3 is turned on, the impedance Z between the P gate and the source is increased to increase the photosensitivity, and when the optical switch 3 is turned off, the impedance Z is decreased to improve the noise tolerance. Moreover, since the light emitting part 2 including the LED 2a, the magnetic light emitting means 5 including the electromagnetic coil 5d, and the magnetoresistive element 9 are coupled by light or a magnetic field, they can be arranged spatially apart from each other. The degree of freedom in device design can be increased.

以上述べたように、本実施形態に係る半導体リレー装置1a乃至1fによれば、光スイッチ3のPゲート・カソード間のインピーダンス回路に磁気抵抗素子4を設けたことにより、インピーダンスZ自体を外部磁界で容易に制御することができる。これにより、光スイッチ3がオン時には、インピーダンスZを大きくして光感度を向上でき、オフ時には、インピーダンスZを小さくしてノイズ耐量の低下を防止でき、両特性を両立させることができる。また、磁界による制御だけで、他の回路に影響を与えず独立してインピーダンスZを制御することができるので、インピーダンス制御回路設計を容易にできる。さらに、磁気抵抗素子4に磁界結合する磁気発生手段5を空間的に分離して配置できるので、磁気発生手段5の回路配置を含め装置設計の自由度を高めることができる。   As described above, according to the semiconductor relay devices 1a to 1f according to the present embodiment, by providing the magnetoresistive element 4 in the impedance circuit between the P gate and the cathode of the optical switch 3, the impedance Z itself is changed to the external magnetic field. Can be easily controlled. Thereby, when the optical switch 3 is turned on, the impedance Z can be increased to improve the photosensitivity, and when the optical switch 3 is turned off, the impedance Z can be reduced to prevent the noise tolerance from being lowered. Further, since the impedance Z can be controlled independently only by the control by the magnetic field without affecting other circuits, the impedance control circuit design can be facilitated. Furthermore, since the magnetism generating means 5 that is magnetically coupled to the magnetoresistive element 4 can be spatially separated and arranged, the degree of freedom in device design including the circuit arrangement of the magnetism generating means 5 can be increased.

また、電磁コイルの磁界を発生する電流と、LEDの光信号を発生する電流とを同じにすることにより、光信号による光スイッチのスイッチと、磁界による磁気抵抗素子のインピーダンス制御とを連動、同期して行え、制御タイミングの精度が良くなる。これにより、スイッチオン時に光感度を良くすることと、スイッチオフ時にノイズ耐量の低下を防止することを確実に両立させることができる。   In addition, by making the current that generates the magnetic field of the electromagnetic coil the same as the current that generates the optical signal of the LED, the switch of the optical switch by the optical signal and the impedance control of the magnetoresistive element by the magnetic field are linked and synchronized. The control timing accuracy is improved. As a result, it is possible to reliably achieve both improvement in photosensitivity when the switch is turned on and prevention of reduction in noise tolerance when the switch is turned off.

また、発光素子と、電磁コイルと、磁気抵抗素子とが光結合又は磁界結合で結ばれるので、各々を空間的に分離独立して配置でき、装置設計の自由度を増すことができる。   Further, since the light emitting element, the electromagnetic coil, and the magnetoresistive element are connected by optical coupling or magnetic field coupling, each can be spatially separated and independently arranged, and the degree of freedom in device design can be increased.

また、インピーダンス回路に並列に、MOSFETを接続し、MOSFETのゲートと光スイッチのNゲート間にゲートバイアス抵抗として磁気抵抗素子を接続したことにより、磁界制御によりMOSFETを簡単にオン、オフできる。そして、インピーダンス回路の抵抗値を大きくしておけば、オン、オフ時のPゲート・ソース間インピーダンスの差を大きくすることができる。これにより、確実に精度良く、スイッチがオン時の光感度を向上すると共に、スイッチオフ時のノイズ耐量の低下を防止することができる。また、空間的に離れた位置から磁気抵抗素子を制御できるのでMOSFETの制御を容易にでき、装置設計の自由度も増す。   Further, by connecting a MOSFET in parallel with the impedance circuit and connecting a magnetoresistive element as a gate bias resistor between the gate of the MOSFET and the N gate of the optical switch, the MOSFET can be easily turned on and off by magnetic field control. If the resistance value of the impedance circuit is increased, the difference in impedance between the P gate and the source during on and off can be increased. As a result, it is possible to reliably improve the photosensitivity when the switch is on and to prevent a reduction in noise tolerance when the switch is off. Further, since the magnetoresistive element can be controlled from a spatially separated position, the MOSFET can be easily controlled, and the degree of freedom in device design is increased.

さらに、磁気発生手段の電流を、発光素子の電流源又は、光信号を利用した発電から得ることにより、光信号による光スイッチ動作と同期して、電磁コイルの磁界を発生させ、磁気抵抗素子のインピーダンスを制御することにより、MOSFETのオン、オフをそれぞれ連動させることができる。これにより、スイッチオン時に、光感度を良くすると共に、スイッチオフ時には、ノイズ耐量の低下を防止することを確実に行える。   Furthermore, by obtaining the current of the magnetism generating means from the current source of the light emitting element or the power generation using the optical signal, the magnetic field of the electromagnetic coil is generated in synchronization with the optical switch operation by the optical signal. By controlling the impedance, the MOSFET can be turned on and off in conjunction with each other. Accordingly, it is possible to improve the photosensitivity when the switch is turned on and to reliably prevent the noise tolerance from being lowered when the switch is turned off.

本発明の第1の実施形態に係る半導体リレー装置の構成図。The block diagram of the semiconductor relay apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体リレー装置の構成図。The block diagram of the semiconductor relay apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る半導体リレー装置の構成図。The block diagram of the semiconductor relay apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る半導体リレー装置の構成図。The block diagram of the semiconductor relay apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る半導体リレー装置の構成図。The block diagram of the semiconductor relay apparatus which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係る半導体リレー装置の構成図。The block diagram of the semiconductor relay apparatus which concerns on the 6th Embodiment of this invention. (a)は従来例の半導体リレー装置の構成図、(b)は(a)のPNPN層側の等価回路図。(A) is a block diagram of a conventional semiconductor relay device, (b) is an equivalent circuit diagram on the PNPN layer side of (a).

符号の説明Explanation of symbols

1a〜1f 半導体リレー装置
2a LED(発光素子)
3 光スイッチ(光結合型PNPNスイッチ)
4 磁気抵抗素子(インピーダンス回路)
5 磁気発生手段
5a〜5d 電磁コイル(磁気発生手段)
6 受光素子
7 抵抗(インピーダンス回路)
8 MOSFET(ディプレッション型PチャンネルMOSFET)
9 磁気抵抗素子
L1 光信号
S1 入力信号
1a to 1f Semiconductor relay device 2a LED (light emitting element)
3 Optical switch (Optically coupled PNPN switch)
4 Magnetoresistive element (impedance circuit)
5 Magnetic generating means 5a to 5d Electromagnetic coil (magnetic generating means)
6 Light receiving element 7 Resistance (impedance circuit)
8 MOSFET (depletion type P-channel MOSFET)
9 Magnetoresistive element L1 Optical signal S1 Input signal

Claims (6)

入力信号に応じて光信号を発生する発光素子と、この発光素子の光信号を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光結合型PNPNスイッチと、この光結合型PNPNスイッチをオンするための電圧を前記光結合型PNPNスイッチのPゲートとカソード間に発生させるインピーダンス回路とを備えた半導体リレー装置において、
前記インピーダンス回路は、印加される磁界の大きさにより抵抗値が変化する磁気抵抗素子を備えたことを特徴とする半導体リレー装置。
A light emitting element that generates an optical signal according to an input signal, an output optically coupled PNPN switch that receives an optical signal from the light emitting element and switches an AC power source, and a voltage for turning on the optically coupled PNPN switch In a semiconductor relay device comprising: an impedance circuit for generating a current between a P gate and a cathode of the optically coupled PNPN switch;
The semiconductor relay device according to claim 1, wherein the impedance circuit includes a magnetoresistive element whose resistance value varies depending on the magnitude of the applied magnetic field.
前記磁気抵抗素子と磁気的に結合し、該磁気抵抗素子を制御するための磁界を発生する磁気発生手段を備え、
前記磁気発生手段の磁界を発生させる電流の流れる回路と、前記発光素子の光信号を発生させる電流の流れる回路とを直列に接続したことを特徴とする請求項1に記載の半導体リレー装置。
Magnetic generation means for generating a magnetic field for magnetically coupling to the magnetoresistive element and controlling the magnetoresistive element;
2. The semiconductor relay device according to claim 1, wherein a circuit through which a current for generating a magnetic field of the magnetic generation unit flows and a circuit through which a current for generating an optical signal of the light emitting element is connected in series.
前記磁気抵抗素子と磁気的に結合し、該磁気抵抗素子を制御するための磁界を発生する磁気発生手段を備え、
前記磁気発生手段は、前記発光素子の光信号を受光して発電する受光素子を有し、この受光素子の発電により磁界を発生することを特徴とする請求項1に記載の半導体リレー装置。
Magnetic generation means for generating a magnetic field for magnetically coupling to the magnetoresistive element and controlling the magnetoresistive element;
2. The semiconductor relay device according to claim 1, wherein the magnetism generating unit includes a light receiving element that receives an optical signal of the light emitting element to generate electric power, and generates a magnetic field by the electric power generation of the light receiving element.
入力信号に応じて光信号を発生する発光素子と、この発光素子の光信号を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光結合型PNPNスイッチと、この光結合型PNPNスイッチをオンするための電圧を前記光結合型PNPNスイッチのPゲートとカソード間に発生させるインピーダンス回路とを備えた半導体リレー装置において、
前記インピーダンス回路に並列に、前記光結合型PNPNスイッチのPゲートとカソードにドレインとソースが接続されるディプレッション型のPチャンネルMOSFETを備え、
前記PチャンネルMOSFETのゲートと前記光結合型PNPNスイッチのNゲート間に、印加される磁界の大きさにより抵抗値が変化する磁気抵抗素子を接続したことを特徴とする半導体リレー装置。
A light emitting element that generates an optical signal according to an input signal, an output optically coupled PNPN switch that receives an optical signal from the light emitting element and switches an AC power source, and a voltage for turning on the optically coupled PNPN switch In a semiconductor relay device comprising: an impedance circuit for generating a current between a P gate and a cathode of the optically coupled PNPN switch;
In parallel with the impedance circuit, a depletion type P-channel MOSFET in which a drain and a source are connected to a P gate and a cathode of the optically coupled PNPN switch,
A semiconductor relay device, wherein a magnetoresistive element whose resistance value varies depending on the magnitude of an applied magnetic field is connected between the gate of the P-channel MOSFET and the N gate of the optically coupled PNPN switch.
前記磁気抵抗素子と磁気的に結合し、該磁気抵抗素子を制御するための磁界を発生する磁気発生手段を備え、
前記磁気発生手段における磁界を発生させる電流の流れる回路と、前記発光素子における光信号を発生させる電流の流れる回路とを直列に接続したことを特徴とする請求項4に記載の半導体リレー装置。
Magnetic generation means for generating a magnetic field for magnetically coupling to the magnetoresistive element and controlling the magnetoresistive element;
5. The semiconductor relay device according to claim 4, wherein a circuit through which a current for generating a magnetic field in the magnetism generating means flows and a circuit through which a current for generating an optical signal in the light emitting element flows are connected in series.
前記磁気抵抗素子と磁気的に結合し、該磁気抵抗素子を制御するための磁界を発生する磁気発生手段とを備え、
前記磁気発生手段は、前記発光素子の光信号を受光して発電する受光素子を有し、この受光素子の発電により磁界を発生することを特徴とする請求項4に記載の半導体リレー装置。
Magnetic generation means for magnetically coupling with the magnetoresistive element and generating a magnetic field for controlling the magnetoresistive element;
5. The semiconductor relay device according to claim 4, wherein the magnetism generating unit has a light receiving element that receives an optical signal of the light emitting element and generates electric power, and generates a magnetic field by the electric power generation of the light receiving element.
JP2005153444A 2005-05-26 2005-05-26 Semiconductor relay device Withdrawn JP2006332304A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005153444A JP2006332304A (en) 2005-05-26 2005-05-26 Semiconductor relay device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005153444A JP2006332304A (en) 2005-05-26 2005-05-26 Semiconductor relay device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006332304A true JP2006332304A (en) 2006-12-07

Family

ID=37553684

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005153444A Withdrawn JP2006332304A (en) 2005-05-26 2005-05-26 Semiconductor relay device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006332304A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017203615A1 (en) * 2016-05-25 2017-11-30 日立オートモティブシステムズ株式会社 Power conversion device
KR20190041530A (en) * 2016-09-05 2019-04-22 지멘스 악티엔게젤샤프트 Method for discharging an electric energy storage unit

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017203615A1 (en) * 2016-05-25 2017-11-30 日立オートモティブシステムズ株式会社 Power conversion device
KR20190041530A (en) * 2016-09-05 2019-04-22 지멘스 악티엔게젤샤프트 Method for discharging an electric energy storage unit
JP2019527018A (en) * 2016-09-05 2019-09-19 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトSiemens Aktiengesellschaft How to discharge an electrical energy store
KR102269017B1 (en) 2016-09-05 2021-06-25 지멘스 악티엔게젤샤프트 Method for discharging an electrical energy storage unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110178444B (en) Circuit and method for operating a circuit
US6545515B2 (en) Semiconductor switch having a voltage detection function
JP2006332304A (en) Semiconductor relay device
US8598938B2 (en) Power switch
JP2007165831A (en) Light-emitting semiconductor device equipped with bypass switch
KR20110139886A (en) Gate drive circuit of inverter
US4322637A (en) Solid state switch
JP5334359B2 (en) DC-DC converter latch-up prevention circuit
EP2161761A2 (en) Relay circuit
JPS6053488B2 (en) Gate circuit of gate turn-off thyristor
JP2006340311A (en) Semiconductor relay device
JPH09321598A (en) Detection switch
CN110071619B (en) IGBT drive circuit
JPH07112150B2 (en) Optical trigger switching circuit
EP3972126A1 (en) Bidirectional switch for power control in a daisy chain
KR0171711B1 (en) Overcurrent protection circuit of a power semiconductor transistor
JP3806108B2 (en) Semiconductor relay device
US6424201B2 (en) Diode element circuit and switch circuit using the same
JP2004088886A (en) Semiconductor device
JPH10233668A (en) Digital signal input device for electronic device
JP2004031390A (en) Optical trigger thyristor
JP5510136B2 (en) Constant voltage circuit
JP2002164534A (en) Semiconductor device
JPS6019394Y2 (en) Opening/closing circuit
KR20120021661A (en) Thyristor of semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20080805