JP2016111514A - Driving device and semiconductor device - Google Patents

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優 分木
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保司 小西
砂田　卓也
Takuya Sunada
卓也 砂田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a driving device that can increase a voltage applicable between a pair of output terminals while suppressing increase of the cost, and a semiconductor device using the same.SOLUTION: A driving device 1 has a light emission unit 2, a light receiving unit 3 and a switching circuit 5. The switching circuit 5 switches the connection state of a semiconductor switch 6 for switching ON and OFF according to photoelectromotive force. The semiconductor switch 6 contains a main switch 7 and a sub switch 8. The switching circuit 5 switches a first path and a second path according to the photoelectromotive force, the first path electrically connecting the gate (control terminal) of the sub switch 8 to the gate of the main switch 7, and the second path electrically connecting the gate of the sub switch 8 to the source (a terminal other than the control terminal).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、一般に駆動装置、半導体装置、より詳細には発光部と受光部とが光結合する駆動装置及びそれを用いた半導体装置に関する。   The present invention generally relates to a drive device and a semiconductor device, and more particularly to a drive device in which a light emitting portion and a light receiving portion are optically coupled and a semiconductor device using the drive device.

従来、光を受けて駆動する半導体スイッチ回路が知られており、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の従来例は、光起電力ダイオードアレイと、抵抗器と、出力用ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）と、駆動用ＦＥＴ（Field-Effect Transistor）とを備える。駆動用ＦＥＴは、デプレッション型のＪＦＥＴ（Junction FET）である。   2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor switch circuit that is driven by receiving light is known and disclosed in, for example, Patent Document 1. The conventional example described in Patent Document 1 includes a photovoltaic diode array, a resistor, an output MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), and a driving FET (Field-Effect Transistor). The driving FET is a depletion type JFET (Junction FET).

この従来例では、入射光が有る場合には、駆動用ＦＥＴが光起電力ダイオードアレイの出力電圧によりオフ状態とされ、出力用ＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間容量が光起電力ダイオードアレイの出力により充電される。これにより、出力用ＭＯＳＦＥＴがオン状態になり、一対の出力端子間が導通する。   In this conventional example, when there is incident light, the driving FET is turned off by the output voltage of the photovoltaic diode array, and the gate-source capacitance of the output MOSFET is charged by the output of the photovoltaic diode array. Is done. As a result, the output MOSFET is turned on, and the pair of output terminals are electrically connected.

入射光が無い場合には、駆動用ＦＥＴのゲート−ソース間に蓄積されていた電荷が抵抗器を介して放電され、駆動用ＦＥＴがオン状態となる。これにより、出力用ＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間容量に蓄えられた電荷が放電して出力用ＭＯＳＦＥＴがオフ状態になり、一対の出力端子間が遮断される。   When there is no incident light, the charge accumulated between the gate and source of the driving FET is discharged through the resistor, and the driving FET is turned on. As a result, the charge stored in the gate-source capacitance of the output MOSFET is discharged, the output MOSFET is turned off, and the pair of output terminals are disconnected.

特開昭６３−１５３９１６号公報JP 63-153916 A

ところで、上記従来例のような半導体スイッチ回路（半導体装置）において、一対の出力端子間に印加可能な電圧は、一対の出力端子間に電気的に接続された出力用ＭＯＳＦＥＴ（スイッチ）の耐圧により決定される。したがって、一対の出力端子間に印加可能な電圧を上昇させるためには、一対の出力端子間に複数のスイッチを直列に電気的に接続することが考えられる。   By the way, in the semiconductor switch circuit (semiconductor device) as in the above conventional example, the voltage that can be applied between the pair of output terminals depends on the withstand voltage of the output MOSFET (switch) electrically connected between the pair of output terminals. It is determined. Therefore, in order to increase the voltage that can be applied between the pair of output terminals, it is conceivable to electrically connect a plurality of switches in series between the pair of output terminals.

しかしながら、上記従来例では、複数のスイッチを備える場合、スイッチ毎に光起電力ダイオードアレイを用意する必要があり、コストが増大するという問題があった。   However, in the above conventional example, when a plurality of switches are provided, it is necessary to prepare a photovoltaic diode array for each switch, and there is a problem that costs increase.

本発明は、上記の点に鑑みて為されており、コストの増大を抑制しつつ一対の出力端子間に印加可能な電圧を上昇させることのできる駆動装置及びそれを用いた半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and provides a driving device capable of increasing a voltage that can be applied between a pair of output terminals while suppressing an increase in cost, and a semiconductor device using the driving device. For the purpose.

本発明の駆動装置は、電気信号を光に変換する発光部と、前記発光部が出力する光に応じて光起電力を発生する受光部と、前記光起電力に応じてオン／オフを切り替える半導体スイッチの接続状態を切り替える切替回路とを備え、前記半導体スイッチは、メインスイッチと、前記メインスイッチと直列に電気的に接続されるサブスイッチとを含み、前記切替回路は、前記サブスイッチの制御端子が前記メインスイッチの制御端子に電気的に接続される第１経路と、前記サブスイッチの制御端子が前記サブスイッチの制御端子以外の端子に電気的に接続される第２経路とを切り替えるように構成され、前記切替回路は、前記受光部が前記光起電力を発生すると前記第１経路に、前記受光部が前記光起電力を発生しなくなると前記第２経路に切り替えるように構成されることを特徴とする。   The driving device according to the present invention switches a light emitting unit that converts an electrical signal into light, a light receiving unit that generates a photovoltaic power according to light output from the light emitting unit, and switches on / off according to the photovoltaic power. A switching circuit for switching a connection state of the semiconductor switch, wherein the semiconductor switch includes a main switch and a sub switch electrically connected in series with the main switch, and the switching circuit controls the sub switch. Switching between a first path whose terminal is electrically connected to the control terminal of the main switch and a second path where the control terminal of the sub switch is electrically connected to a terminal other than the control terminal of the sub switch. The switching circuit switches to the first path when the light receiving unit generates the photovoltaic power, and switches to the second path when the light receiving unit stops generating the photovoltaic power. Characterized in that it is configured to obtain.

この駆動装置において、前記切替回路は、半導体素子のみで構成されることが好ましい。   In this driving apparatus, it is preferable that the switching circuit is composed of only semiconductor elements.

この駆動装置において、前記切替回路は、前記発光部が出力する光に応じてオン／オフを切り替えるフォトトランジスタと、前記フォトトランジスタに電気的に接続される抵抗素子とを備え、前記第２経路は、前記抵抗素子を含み、前記切替回路は、前記フォトトランジスタがオンに切り替わると前記第１経路に、前記フォトトランジスタがオフに切り替わると前記第２経路に切り替わるように構成されることが好ましい。   In the driving device, the switching circuit includes a phototransistor that is turned on / off according to light output from the light emitting unit, and a resistance element that is electrically connected to the phototransistor, and the second path includes Preferably, the switching circuit includes the resistance element, and is configured to switch to the first path when the phototransistor is switched on and to switch to the second path when the phototransistor is switched off.

この駆動装置において、前記抵抗素子のインピーダンスは、前記受光部と前記抵抗素子とを通る閉回路において、前記抵抗素子に直列に電気的に接続される他のインピーダンス成分の総和よりも大きいことが好ましい。   In this drive device, it is preferable that the impedance of the resistance element is larger than a sum of other impedance components electrically connected in series to the resistance element in a closed circuit passing through the light receiving unit and the resistance element. .

本発明の半導体装置は、上記の何れかの駆動装置と、一対の出力端子間に電気的に接続され、前記光起電力に応じてオン／オフを切り替える半導体スイッチとを備え、前記半導体スイッチは、メインスイッチと、前記一対の出力端子間において前記メインスイッチと直列に電気的に接続されるサブスイッチとを含むことを特徴とする。   A semiconductor device according to the present invention includes any one of the drive devices described above and a semiconductor switch that is electrically connected between a pair of output terminals and that is turned on / off according to the photovoltaic power. The main switch and a sub switch electrically connected in series with the main switch between the pair of output terminals.

この半導体装置において、前記サブスイッチ及び前記切替回路はそれぞれ複数あって、前記複数のサブスイッチは、前記一対の出力端子間において前記メインスイッチに直列に電気的に接続され、前記複数の切替回路は、それぞれ前記複数のサブスイッチと１対１に電気的に接続されることが好ましい。   In this semiconductor device, there are a plurality of the sub switches and the switching circuits, and the plurality of sub switches are electrically connected in series to the main switch between the pair of output terminals, and the plurality of switching circuits are Each of the plurality of sub-switches is preferably electrically connected in a one-to-one relationship.

本発明は、一対の出力端子間に複数のスイッチを直列に電気的に接続して半導体スイッチを構成しても、スイッチ毎に受光部を設ける必要がない。このため、本発明は、コストの増大を抑制しつつ一対の出力端子間に印加可能な電圧を上昇させることができる。   In the present invention, even if a plurality of switches are electrically connected in series between a pair of output terminals to constitute a semiconductor switch, it is not necessary to provide a light receiving portion for each switch. For this reason, this invention can raise the voltage which can be applied between a pair of output terminals, suppressing the increase in cost.

実施形態１に係る駆動装置及び半導体装置を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a drive device and a semiconductor device according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る駆動装置及び半導体装置の一例を示す回路図である。1 is a circuit diagram illustrating an example of a drive device and a semiconductor device according to Embodiment 1. FIG. 図３Ａは、実施形態１に係る駆動装置及び半導体装置において、第１経路に切り替えられている状態を示す概略図で、図３Ｂは、実施形態１に係る駆動装置及び半導体装置において、第２経路に切り替えられている状態を示す概略図である。FIG. 3A is a schematic diagram illustrating a state in which the driving device and the semiconductor device according to the first embodiment are switched to the first path, and FIG. 3B illustrates a second path in the driving device and the semiconductor device according to the first embodiment. It is the schematic which shows the state currently switched to. 実施形態１に係る駆動装置及び半導体装置の動作説明図である。FIG. 5 is an operation explanatory diagram of the drive device and the semiconductor device according to the first embodiment. 比較例１に係る駆動装置を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a drive device according to Comparative Example 1. 比較例２に係る駆動装置を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a drive device according to Comparative Example 2. 実施形態２に係る駆動装置及び半導体装置の一例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram illustrating an example of a drive device and a semiconductor device according to a second embodiment.

（実施形態１）
本発明の実施形態に係る駆動装置１は、図１に示すように、発光部２と、受光部３と、切替回路５とを備える。発光部２は、電気信号を光に変換する。受光部３は、発光部２が出力する光に応じて光起電力を発生する。切替回路５は、光起電力に応じてオン／オフを切り替える半導体スイッチ６の接続状態を切り替える。半導体スイッチ６は、メインスイッチ７と、メインスイッチ７と直列に電気的に接続されるサブスイッチ８とを含む。 (Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the drive device 1 according to the embodiment of the present invention includes a light emitting unit 2, a light receiving unit 3, and a switching circuit 5. The light emitting unit 2 converts an electrical signal into light. The light receiving unit 3 generates a photovoltaic power according to the light output from the light emitting unit 2. The switching circuit 5 switches the connection state of the semiconductor switch 6 that switches on / off according to the photovoltaic power. The semiconductor switch 6 includes a main switch 7 and a sub switch 8 electrically connected in series with the main switch 7.

切替回路５は、サブスイッチ８のゲート（制御端子）がメインスイッチ７のゲートに電気的に接続される第１経路と、サブスイッチ８のゲートがサブスイッチ８のソース（制御端子以外の端子）に電気的に接続される第２経路とを切り替える。そして、切替回路５は、受光部３が光起電力を発生すると第１経路に、受光部３が光起電力を発生しなくなると第２経路に切り替えるように構成される。   The switching circuit 5 includes a first path in which the gate (control terminal) of the sub switch 8 is electrically connected to the gate of the main switch 7, and the gate of the sub switch 8 is the source of the sub switch 8 (terminal other than the control terminal). To the second path that is electrically connected to. The switching circuit 5 is configured to switch to the first path when the light receiving unit 3 generates the photovoltaic power, and to switch to the second path when the light receiving unit 3 stops generating the photovoltaic power.

また、本発明の実施形態に係る半導体装置１００は、図１に示すように、駆動装置１と、半導体スイッチ６とを備える。半導体スイッチ６は、一対の出力端子１０３，１０４間に電気的に接続され、光起電力に応じてオン／オフを切り替える。また、半導体スイッチ６は、メインスイッチ７と、一対の出力端子１０３，１０４間においてメインスイッチ７と直列に電気的に接続されるサブスイッチ８とを含む。   In addition, the semiconductor device 100 according to the embodiment of the present invention includes a driving device 1 and a semiconductor switch 6 as shown in FIG. The semiconductor switch 6 is electrically connected between the pair of output terminals 103 and 104, and is switched on / off according to the photovoltaic power. The semiconductor switch 6 includes a main switch 7 and a sub switch 8 electrically connected in series with the main switch 7 between the pair of output terminals 103 and 104.

以下、本実施形態の駆動装置１及びそれを用いた半導体装置１００について詳細に説明する。但し、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は下記の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。   Hereinafter, the drive device 1 of the present embodiment and the semiconductor device 100 using the same will be described in detail. However, the configuration described below is only an example of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment, and the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Various changes can be made in accordance with the design or the like as long as they are not.

本実施形態の半導体装置１００は、例えば半導体リレーであって、メカニカルリレーのような可動接点を持たない無接点リレーである。本実施形態の半導体装置１００は、例えばセキュリティ機器、アミューズメント機器、医療機器や蓄電池システム、ヒータ、ＤＣモータ等の制御など、種々の用途がある。   The semiconductor device 100 of the present embodiment is, for example, a semiconductor relay, and is a contactless relay that does not have a movable contact such as a mechanical relay. The semiconductor device 100 of this embodiment has various uses such as control of security devices, amusement devices, medical devices, storage battery systems, heaters, DC motors, and the like.

本実施形態の半導体装置１００は、図１に示すように、駆動装置１と、駆動装置１の出力する駆動信号に応じてオン／オフを切り替える半導体スイッチ６とを備えている。また、本実施形態の半導体装置１００は、一対の入力端子１０１，１０２（第１入力端子１０１、第２入力端子１０２）と、一対の出力端子１０３，１０４（第１出力端子１０３、第２出力端子１０４）とを備えている。また、本実施形態の駆動装置１は、４つの出力点１１〜１４（第１出力点１１、第２出力点１２、第３出力点１３、第４出力点１４）を備えている。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device 100 according to the present embodiment includes a driving device 1 and a semiconductor switch 6 that switches on / off according to a driving signal output from the driving device 1. Further, the semiconductor device 100 according to the present embodiment includes a pair of input terminals 101 and 102 (first input terminal 101 and second input terminal 102) and a pair of output terminals 103 and 104 (first output terminal 103 and second output). Terminal 104). Further, the driving device 1 of the present embodiment includes four output points 11 to 14 (first output point 11, second output point 12, third output point 13, and fourth output point 14).

一対の入力端子１０１，１０２には、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）が電気的に接続される。そして、マイコンが出力する電気信号が一対の入力端子１０１，１０２に入力される。また、一対の出力端子１０３，１０４には、負荷と当該負荷に電力を供給する電源が電気的に接続される。そして、一対の出力端子１０３，１０４間が導通しているときは、一対の出力端子１０３，１０４間に電流が流れる。   For example, a microcomputer (microcomputer) is electrically connected to the pair of input terminals 101 and 102. An electric signal output from the microcomputer is input to the pair of input terminals 101 and 102. The pair of output terminals 103 and 104 are electrically connected to a load and a power source that supplies power to the load. When the pair of output terminals 103 and 104 are conductive, a current flows between the pair of output terminals 103 and 104.

本実施形態の半導体装置１００では、半導体スイッチ６は、メインスイッチ７と、サブスイッチ８とで構成されている。メインスイッチ７及びサブスイッチ８は、何れもｎチャネルのエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴである。メインスイッチ７のソース（第２端子）は、第１出力点１１及び第２出力端子１０４に電気的に接続されている。また、メインスイッチ７のゲート（制御端子）は、第２出力点１２に電気的に接続されている。サブスイッチ８のドレイン（第１端子）は、第１出力端子１０３に電気的に接続されている。また、サブスイッチ８のゲート（制御端子）は、第４出力点１４に電気的に接続されている。そして、メインスイッチ７のドレイン（第１端子）及びサブスイッチ８のソース（第２端子）は、何れも第３出力点１３に電気的に接続されている。したがって、メインスイッチ７及びサブスイッチ８は、一対の出力端子１０３，１０４間に直列に電気的に接続されている。また、メインスイッチ７及びサブスイッチ８は、何れもゲート（制御端子）への入力に応じてドレイン（第１端子）−ソース（第２端子）間のオン／オフが切り替えられる。   In the semiconductor device 100 of the present embodiment, the semiconductor switch 6 includes a main switch 7 and a sub switch 8. The main switch 7 and the sub switch 8 are both n-channel enhancement type MOSFETs. The source (second terminal) of the main switch 7 is electrically connected to the first output point 11 and the second output terminal 104. The gate (control terminal) of the main switch 7 is electrically connected to the second output point 12. The drain (first terminal) of the sub switch 8 is electrically connected to the first output terminal 103. Further, the gate (control terminal) of the sub switch 8 is electrically connected to the fourth output point 14. The drain (first terminal) of the main switch 7 and the source (second terminal) of the sub switch 8 are both electrically connected to the third output point 13. Therefore, the main switch 7 and the sub switch 8 are electrically connected in series between the pair of output terminals 103 and 104. The main switch 7 and the sub switch 8 are both turned on / off between the drain (first terminal) and the source (second terminal) in accordance with the input to the gate (control terminal).

本実施形態の駆動装置１は、図１に示すように、発光部２と、受光部３と、充放電回路４と、切替回路５とを備えている。   As shown in FIG. 1, the drive device 1 of this embodiment includes a light emitting unit 2, a light receiving unit 3, a charge / discharge circuit 4, and a switching circuit 5.

発光部２は、一対の入力端子１０１，１０２に電気的に接続され、一対の入力端子１０１，１０２に入力された電気信号を光に変換するように構成されている。本実施形態の駆動装置１では、図２に示すように、発光部２は発光ダイオード２１で構成されている。発光ダイオード２１は、アノードが第１入力端子１０１に、カソードが第２入力端子１０２に電気的に接続されている。したがって、第１入力端子１０１を正極、第２入力端子１０２を負極とする電圧（順方向電圧）を一対の入力端子１０１，１０２間に印加すると、発光ダイオード２１が発光する。なお、発光部２を構成する発光ダイオード２１の数は１つに限定されず、複数の発光ダイオード２１で発光部２を構成してもよい。   The light emitting unit 2 is electrically connected to the pair of input terminals 101 and 102, and is configured to convert an electrical signal input to the pair of input terminals 101 and 102 into light. In the driving device 1 of the present embodiment, the light emitting unit 2 is configured by a light emitting diode 21 as shown in FIG. The light emitting diode 21 has an anode electrically connected to the first input terminal 101 and a cathode electrically connected to the second input terminal 102. Therefore, when a voltage (forward voltage) having the first input terminal 101 as the positive electrode and the second input terminal 102 as the negative electrode is applied between the pair of input terminals 101 and 102, the light emitting diode 21 emits light. The number of light emitting diodes 21 constituting the light emitting unit 2 is not limited to one, and the light emitting unit 2 may be composed of a plurality of light emitting diodes 21.

受光部３は、発光部２が出力する光を電気信号に変換するように構成されている。本実施形態の駆動装置１では、図２に示すように、受光部３は複数のフォトダイオード３０を電気的に直列に接続してなるフォトダイオードアレイで構成されている。受光部３は、その受光面を発光部２の発光面に対向させる向きに配置されている。具体的には、受光部３は、電気絶縁性及び透光性を有する光結合部材を介して、発光部２と向かい合わせに配置されている。このため、発光部２と受光部３とが互いに光結合するので、発光部２の発光面から出力される光が受光部３の受光面へ入射する。そして、受光部３は、発光部２から出力される光を受けると光起電力を発生する。   The light receiving unit 3 is configured to convert light output from the light emitting unit 2 into an electrical signal. In the driving apparatus 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the light receiving unit 3 is configured by a photodiode array in which a plurality of photodiodes 30 are electrically connected in series. The light receiving unit 3 is arranged in a direction in which the light receiving surface faces the light emitting surface of the light emitting unit 2. Specifically, the light receiving unit 3 is disposed to face the light emitting unit 2 through an optical coupling member having electrical insulation and translucency. For this reason, since the light emitting unit 2 and the light receiving unit 3 are optically coupled to each other, the light output from the light emitting surface of the light emitting unit 2 enters the light receiving surface of the light receiving unit 3. And the light-receiving part 3 will generate a photovoltaic power, if the light output from the light emission part 2 is received.

フォトダイオードアレイのアノードは、充放電回路４の正極の入力点に電気的に接続されている。また、フォトダイオードアレイのカソードは、充放電回路４の負極の入力点に電気的に接続されている。このため、充放電回路４の正極の入力点には、受光部３が発生する光起電力により光電流が流れ込むことになる。   The anode of the photodiode array is electrically connected to the positive input point of the charge / discharge circuit 4. The cathode of the photodiode array is electrically connected to the negative input point of the charge / discharge circuit 4. For this reason, a photocurrent flows into the positive input point of the charge / discharge circuit 4 due to the photovoltaic force generated by the light receiving unit 3.

充放電回路４は、図２に示すように、受光部３の一対の出力点間に電気的に接続された抵抗素子４０で構成されている。充放電回路４は、半導体スイッチ６（ここでは、メインスイッチ７及びサブスイッチ８）のゲート容量を充放電するように構成されている。   As shown in FIG. 2, the charging / discharging circuit 4 includes a resistance element 40 electrically connected between a pair of output points of the light receiving unit 3. The charge / discharge circuit 4 is configured to charge / discharge the gate capacitance of the semiconductor switch 6 (here, the main switch 7 and the sub switch 8).

以下、充放電回路４の動作について簡単に説明する。受光部３において光起電力が発生すると、充放電回路４の抵抗素子４０の両端電圧が駆動信号として第２出力点１２及び第１出力点１１間に出力される。これにより、メインスイッチ７のゲート−ソース間に正電圧が印加され、メインスイッチ７のゲート容量が充電される。また、この駆動信号は、切替回路５を介して第４出力点１４及び第１出力点１１間にも出力される。これにより、サブスイッチ８のゲート−ソース間にも正電圧が印加され、サブスイッチ８のゲート容量が充電される。   Hereinafter, the operation of the charge / discharge circuit 4 will be briefly described. When a photoelectromotive force is generated in the light receiving unit 3, the voltage across the resistance element 40 of the charge / discharge circuit 4 is output as a drive signal between the second output point 12 and the first output point 11. As a result, a positive voltage is applied between the gate and source of the main switch 7 and the gate capacitance of the main switch 7 is charged. This drive signal is also output between the fourth output point 14 and the first output point 11 via the switching circuit 5. As a result, a positive voltage is also applied between the gate and source of the sub switch 8, and the gate capacitance of the sub switch 8 is charged.

受光部３が光起電力を発生しなくなると、メインスイッチ７のゲートに蓄積された電荷が抵抗素子４０を介して放電される。また、サブスイッチ８のゲートに蓄積された電荷は、切替回路５（本実施形態の駆動装置１では、後述する抵抗素子Ｒ１）を介して放電される。なお、本実施形態の駆動装置１における充放電回路４の構成は一例であって、半導体スイッチ６のゲート容量を充放電できる構成であれば他の構成であってもよい。   When the light receiving unit 3 does not generate a photoelectromotive force, the charge accumulated in the gate of the main switch 7 is discharged through the resistance element 40. Further, the electric charge accumulated in the gate of the sub switch 8 is discharged via the switching circuit 5 (resistive element R1 described later in the driving device 1 of the present embodiment). In addition, the structure of the charging / discharging circuit 4 in the drive device 1 of this embodiment is an example, Comprising: As long as it is the structure which can charge / discharge the gate capacity of the semiconductor switch 6, another structure may be sufficient.

切替回路５は、半導体スイッチ６の接続状態を切り替えるように構成されている。切替回路５は、接点Ａ１と、接点Ｂ１と、接点Ｃ１とを有している。接点Ｃ１は、第４出力点１４を介してサブスイッチ８のゲートに電気的に接続されている。接点Ａ１は、第２出力点１２を介してメインスイッチ７のゲートに電気的に接続され、且つ充放電回路４の正極の出力点に電気的に接続されている。接点Ｂ１は、第３出力点１３を介してメインスイッチ７のドレイン及びサブスイッチ８のソースに電気的に接続されている。   The switching circuit 5 is configured to switch the connection state of the semiconductor switch 6. The switching circuit 5 has a contact A1, a contact B1, and a contact C1. The contact C <b> 1 is electrically connected to the gate of the sub switch 8 through the fourth output point 14. The contact A <b> 1 is electrically connected to the gate of the main switch 7 via the second output point 12 and is electrically connected to the positive output point of the charge / discharge circuit 4. The contact B 1 is electrically connected to the drain of the main switch 7 and the source of the sub switch 8 through the third output point 13.

切替回路５は、図３Ａ，図３Ｂに示すように、接点Ｃ１と接点Ａ１とを電気的に接続する第１経路と、接点Ｃ１と接点Ｂ１とを電気的に接続する第２経路とを切り替えるように構成されている。言い換えれば、切替回路５は、サブスイッチ８のゲートがメインスイッチ７のゲートに電気的に接続される第１経路と、サブスイッチ８のゲートがサブスイッチ８のソースに電気的に接続される第２経路とを切り替えるように構成されている。ここで、ゲートは「制御端子」であり、ソースは、「制御端子以外の端子」である。そして、切替回路５は、受光部３が光起電力を発生すると第１経路に、受光部３が光起電力を発生しなくなると第２経路に切り替えるように構成されている。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the switching circuit 5 switches between a first path that electrically connects the contact C1 and the contact A1, and a second path that electrically connects the contact C1 and the contact B1. It is configured as follows. In other words, the switching circuit 5 includes a first path in which the gate of the sub switch 8 is electrically connected to the gate of the main switch 7, and a first path in which the gate of the sub switch 8 is electrically connected to the source of the sub switch 8. It is configured to switch between two routes. Here, the gate is a “control terminal” and the source is a “terminal other than the control terminal”. The switching circuit 5 is configured to switch to the first path when the light receiving unit 3 generates the photovoltaic power, and to switch to the second path when the light receiving unit 3 stops generating the photovoltaic power.

本実施形態の駆動装置１では、図２に示すように、切替回路５は、ＮＰＮ型のフォトトランジスタＰＴ１と、抵抗素子Ｒ１とで構成されている。フォトトランジスタＰＴ１のエミッタは、接点Ｃ１に電気的に接続されている。フォトトランジスタＰＴ１のコレクタは、接点Ａ１に電気的に接続されている。抵抗素子Ｒ１は、その両端のうち第１端が接点Ｃ１に電気的に接続され、第２端が接点Ｂ１に電気的に接続されている。つまり、第２経路は、抵抗素子Ｒ１を含んでいる。   In the driving apparatus 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the switching circuit 5 includes an NPN phototransistor PT1 and a resistance element R1. The emitter of the phototransistor PT1 is electrically connected to the contact C1. The collector of the phototransistor PT1 is electrically connected to the contact A1. The resistor element R1 has a first end electrically connected to the contact C1 and a second end electrically connected to the contact B1. That is, the second path includes the resistance element R1.

フォトトランジスタＰＴ１は、その受光面を発光部２の発光面に対向させる向きに配置されている。具体的には、フォトトランジスタＰＴ１は、そのベースが発光部２と向かい合わせに配置されている。このため、発光部２とフォトトランジスタＰＴ１のベースとが互いに光結合するので、発光部２の発光面から出力する光がフォトトランジスタＰＴ１のベースへ入射する。   The phototransistor PT1 is arranged in a direction in which the light receiving surface faces the light emitting surface of the light emitting unit 2. Specifically, the base of the phototransistor PT1 is arranged so as to face the light emitting unit 2. For this reason, since the light emitting unit 2 and the base of the phototransistor PT1 are optically coupled to each other, the light output from the light emitting surface of the light emitting unit 2 enters the base of the phototransistor PT1.

以下、切替回路５の動作について簡単に説明する。受光部３において光起電力が発生するとき、発光部２が出力する光はフォトトランジスタＰＴ１にも入射する。このため、フォトトランジスタＰＴ１は、発光部２が出力する光を受けると、コレクタ−エミッタ間が導通し、オンに切り替わる。これにより、切替回路５は第１経路に切り替わる。受光部３において光起電力が発生しないときは、発光部２が光を出力しなくなる。このため、フォトトランジスタＰＴ１は受光せず、コレクタ−エミッタ間が非導通となり、オフに切り替わる。これにより、切替回路５は、第２経路に切り替わる。   Hereinafter, the operation of the switching circuit 5 will be briefly described. When a photoelectromotive force is generated in the light receiving unit 3, the light output from the light emitting unit 2 also enters the phototransistor PT1. For this reason, when the phototransistor PT1 receives the light output from the light emitting section 2, the collector-emitter conducts and is turned on. As a result, the switching circuit 5 switches to the first path. When no photoelectromotive force is generated in the light receiving unit 3, the light emitting unit 2 does not output light. For this reason, the phototransistor PT1 does not receive light, and the collector-emitter becomes non-conductive and is turned off. Thereby, the switching circuit 5 is switched to the second path.

つまり、本実施形態の駆動装置１では、切替回路５は、フォトトランジスタＰＴ１がオンに切り替わると第１経路に、フォトトランジスタＰＴ１がオフに切り替わると第２経路に切り替わるように構成されている。この構成では、切替回路５を構成する素子の数が少なくて済み、小型化を図ることができる。なお、本実施形態の駆動装置１における切替回路５の構成は一例であって、受光部３の発生する光起電力に応じて第１経路と第２経路とを切り替える構成であれば他の構成であってもよい。   That is, in the drive device 1 of the present embodiment, the switching circuit 5 is configured to switch to the first path when the phototransistor PT1 is switched on and to switch to the second path when the phototransistor PT1 is switched off. In this configuration, the number of elements constituting the switching circuit 5 is small, and the size can be reduced. Note that the configuration of the switching circuit 5 in the driving device 1 of the present embodiment is an example, and other configurations are possible as long as the configuration switches the first path and the second path according to the photovoltaic power generated by the light receiving unit 3. It may be.

以下、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００の動作について図２〜図４を用いて説明する。一対の入力端子１０１，１０２間に発光ダイオード２１の順方向電圧以上の電圧が印加されると、発光部２が発光する。そして、受光部３は、発光部２が出力する光を受けて光起電力を発生する（時刻ｔ１）。受光部３が光起電力を発生すると、時刻ｔ１から少し遅れて充放電回路４から駆動信号が出力される（時刻ｔ２）。また、切替回路５では、発光部２が出力する光を受けてフォトトランジスタＰＴ１がオンに切り替わるので、第２経路（接点Ｃ１−接点Ｂ１）から第１経路（接点Ｃ１−接点Ａ１）に切り替わる（時刻ｔ２）。   Hereinafter, operations of the driving device 1 and the semiconductor device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. When a voltage equal to or higher than the forward voltage of the light emitting diode 21 is applied between the pair of input terminals 101 and 102, the light emitting unit 2 emits light. And the light-receiving part 3 receives the light which the light emission part 2 outputs, and generate | occur | produces a photovoltaic power (time t1). When the light receiving unit 3 generates a photovoltaic power, a drive signal is output from the charge / discharge circuit 4 with a slight delay from time t1 (time t2). Further, in the switching circuit 5, since the phototransistor PT1 is turned on in response to the light output from the light emitting unit 2, the second path (contact C1-contact B1) is switched to the first path (contact C1-contact A1) ( Time t2).

そして、充放電回路４から出力される駆動信号を受けて、メインスイッチ７及びサブスイッチ８のゲート容量が充電され、時刻ｔ２から少し遅れてメインスイッチ７及びサブスイッチ８がオンに切り替わる（時刻ｔ３）。つまり、半導体スイッチ６がオンに切り替わり、一対の出力端子１０３，１０４間が導通する。   Then, in response to the drive signal output from the charge / discharge circuit 4, the gate capacities of the main switch 7 and the sub switch 8 are charged, and the main switch 7 and the sub switch 8 are turned on a little after time t2 (time t3). ). That is, the semiconductor switch 6 is turned on, and the pair of output terminals 103 and 104 are electrically connected.

その後、一対の入力端子１０１，１０２間に電圧が印加されなくなる、或いは発光ダイオード２１の順方向電圧以上の電圧が印加されなくなると、発光部２が光を出力しなくなる。すると、受光部３は光起電力を発生しなくなる（時刻ｔ４）。受光部３が光起電力を発生しなくなると、時刻ｔ４から少し遅れて充放電回路４から駆動信号が出力されなくなる（時刻ｔ５）。また、切替回路５では、発光部２が光を出力しなくなることからフォトトランジスタＰＴ１がオフに切り替わるので、第１経路から第２経路に切り替わる（時刻ｔ５）。   Thereafter, when a voltage is not applied between the pair of input terminals 101 and 102 or a voltage higher than the forward voltage of the light emitting diode 21 is not applied, the light emitting unit 2 does not output light. Then, the light receiving unit 3 does not generate photovoltaic power (time t4). When the light receiving unit 3 does not generate a photoelectromotive force, the drive signal is not output from the charge / discharge circuit 4 with a slight delay from time t4 (time t5). Further, in the switching circuit 5, the phototransistor PT1 is switched off because the light emitting unit 2 does not output light, so that the first path is switched to the second path (time t5).

そして、メインスイッチ７及びサブスイッチ８のゲート容量が、それぞれ充放電回路４の抵抗素子４０及び切替回路５の抵抗素子Ｒ１を介して放電され、時刻ｔ５から少し遅れてメインスイッチ７及びサブスイッチ８がオフに切り替わる（時刻ｔ６）。つまり、半導体スイッチ６がオフに切り替わり、一対の出力端子１０３，１０４間が非導通となる。   The gate capacitances of the main switch 7 and the sub switch 8 are discharged through the resistance element 40 of the charge / discharge circuit 4 and the resistance element R1 of the switching circuit 5, respectively, and the main switch 7 and the sub switch 8 are slightly delayed from time t5. Is switched off (time t6). That is, the semiconductor switch 6 is switched off, and the pair of output terminals 103 and 104 are not connected.

本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００では、メインスイッチ７の耐圧（ドレイン−ソース間に印加することのできる最大電圧）と、サブスイッチ８の耐圧との和に相当する電圧まで、一対の出力端子１０３，１０４間に印加可能である。   In the driving device 1 and the semiconductor device 100 of the present embodiment, a pair of voltages up to a voltage corresponding to the sum of the withstand voltage of the main switch 7 (the maximum voltage that can be applied between the drain and the source) and the withstand voltage of the sub switch 8 are obtained. It can be applied between the output terminals 103 and 104.

ここで、受光部３と充放電回路４とを半導体スイッチ６を構成するスイッチ（ここでは、メインスイッチ７及びサブスイッチ８）毎に設けた駆動装置２００を、本実施形態の駆動装置１の比較例１として説明する。比較例１の駆動装置２００は、図５に示すように、発光部２と、２つの受光部３と、２つの充放電回路４とを備えている。図５では、発光部２の図示を省略している。なお、以下では、２つの受光部３を第１受光部３１と、第２受光部３２とに区別して説明する。また、以下では、２つの充放電回路４を第１充放電回路４１と、第２充放電回路４２とに区別して説明する。   Here, the driving device 200 provided with the light receiving unit 3 and the charge / discharge circuit 4 for each switch (here, the main switch 7 and the sub switch 8) constituting the semiconductor switch 6 is compared with the driving device 1 of the present embodiment. This will be described as Example 1. As shown in FIG. 5, the driving device 200 of Comparative Example 1 includes a light emitting unit 2, two light receiving units 3, and two charge / discharge circuits 4. In FIG. 5, illustration of the light emitting unit 2 is omitted. In the following description, the two light receiving units 3 are classified into a first light receiving unit 31 and a second light receiving unit 32. Hereinafter, the two charging / discharging circuits 4 will be described by distinguishing them into a first charging / discharging circuit 41 and a second charging / discharging circuit 42.

第１受光部３１は、第１充放電回路４１に電気的に接続されており、発光部２が出力する光を受けて光起電力を発生する。第１充放電回路４１は、メインスイッチ７のゲート容量を充放電するように構成されている。第２受光部３２は、第２充放電回路４２に電気的に接続されており、発光部２が出力する光を受けて光起電力を発生する。第２充放電回路４２は、サブスイッチ８のゲート容量を充放電するように構成されている。   The first light receiving unit 31 is electrically connected to the first charge / discharge circuit 41 and receives the light output from the light emitting unit 2 to generate photovoltaic power. The first charge / discharge circuit 41 is configured to charge / discharge the gate capacitance of the main switch 7. The second light receiving unit 32 is electrically connected to the second charge / discharge circuit 42 and receives the light output from the light emitting unit 2 to generate photovoltaic power. The second charge / discharge circuit 42 is configured to charge / discharge the gate capacitance of the sub switch 8.

比較例１の駆動装置２００は、本実施形態の駆動装置１と同様に、一対の出力端子１０３，１０４間にメインスイッチ７の耐圧と、サブスイッチ８の耐圧との和に相当する電圧を印加可能な構成である。しかしながら、比較例１の駆動装置２００では、半導体スイッチ６を構成するスイッチ毎に受光部３と充放電回路４とを設ける必要がある。このため、比較例１の駆動装置２００は、例えば１つのチップに製造する場合に、チップが大型化し、コストが増大するという問題がある。   The driving device 200 of Comparative Example 1 applies a voltage corresponding to the sum of the withstand voltage of the main switch 7 and the withstand voltage of the sub switch 8 between the pair of output terminals 103 and 104, as in the driving device 1 of the present embodiment. This is a possible configuration. However, in the driving device 200 of Comparative Example 1, it is necessary to provide the light receiving unit 3 and the charge / discharge circuit 4 for each switch constituting the semiconductor switch 6. For this reason, the drive device 200 of the comparative example 1 has a problem that, for example, when the chip is manufactured as one chip, the chip becomes large and the cost increases.

次に、本実施形態の駆動装置１から切替回路５を除いた駆動装置３００を、本実施形態の駆動装置１の比較例２として説明する。比較例２の駆動装置３００は、図６に示すように、切替回路５を有さない点を除いて本実施形態の駆動装置１と同じ構成である。したがって、比較例２の駆動装置３００では、充放電回路４の正極の出力点は、切替回路５を介さずにサブスイッチ８のゲートに電気的に接続されている。なお、図６では、発光部２の図示を省略している。   Next, a driving device 300 obtained by removing the switching circuit 5 from the driving device 1 of the present embodiment will be described as a comparative example 2 of the driving device 1 of the present embodiment. As shown in FIG. 6, the driving device 300 of Comparative Example 2 has the same configuration as the driving device 1 of the present embodiment except that the switching circuit 5 is not provided. Therefore, in the driving device 300 of Comparative Example 2, the positive output point of the charge / discharge circuit 4 is electrically connected to the gate of the sub switch 8 without going through the switching circuit 5. In addition, illustration of the light emission part 2 is abbreviate | omitted in FIG.

比較例２の駆動装置３００では、半導体スイッチ６を構成するスイッチ毎に受光部３と充放電回路４とを設ける必要がないため、チップの大型化を回避し、コストの増大も避けることができる。しかしながら、比較例２の駆動装置３００では、一対の出力端子１０３，１０４間が非導通の状態で一対の出力端子１０３，１０４間に電圧が印加されると、次のような問題が生じる。   In the driving apparatus 300 of the comparative example 2, since it is not necessary to provide the light receiving unit 3 and the charge / discharge circuit 4 for each switch constituting the semiconductor switch 6, it is possible to avoid an increase in the size of the chip and an increase in cost. . However, in the driving device 300 of the comparative example 2, when a voltage is applied between the pair of output terminals 103 and 104 while the pair of output terminals 103 and 104 is non-conductive, the following problem occurs.

すなわち、この場合、メインスイッチ７では、ゲート電位とソース電位とが何れも第２出力端子１０４と同電位となるため、メインスイッチ７の耐圧に問題はない。一方、サブスイッチ８では、ソース電位が一対の出力端子１０３，１０４間の印加電圧をメインスイッチ７及びサブスイッチ８で分圧した電圧となり、ゲート電位が第２出力端子１０４と同電位となる。このため、サブスイッチ８において、ゲート電位がソース電位に対して負電位となる。   That is, in this case, in the main switch 7, since the gate potential and the source potential are both the same potential as the second output terminal 104, there is no problem in the withstand voltage of the main switch 7. On the other hand, in the sub switch 8, the source potential becomes a voltage obtained by dividing the applied voltage between the pair of output terminals 103 and 104 by the main switch 7 and the sub switch 8, and the gate potential becomes the same potential as the second output terminal 104. For this reason, in the sub switch 8, the gate potential becomes a negative potential with respect to the source potential.

ここで、サブスイッチ８は、ゲート電位がソース電位に対して負電位になると、電界分布が不均一となることから、ゲート電位とソース電位とが同電位である状態と比較して、耐圧が低下する。つまり、比較例２の駆動装置３００では、半導体スイッチ６を構成するスイッチ毎に受光部３と充放電回路４とを設ける必要はないが、比較例１の駆動装置２００よりも一対の出力端子１０３，１０４間に印加可能な電圧が低下する。   Here, since the electric field distribution becomes non-uniform when the gate potential becomes negative with respect to the source potential, the sub switch 8 has a withstand voltage that is lower than that in the state where the gate potential and the source potential are the same. descend. That is, in the driving device 300 of the comparative example 2, it is not necessary to provide the light receiving unit 3 and the charging / discharging circuit 4 for each switch constituting the semiconductor switch 6, but the pair of output terminals 103 than the driving device 200 of the comparative example 1. , 104 can be applied to a lower voltage.

これに対して、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００は、切替回路５を備えることで、上記の問題を解消することが可能である。つまり、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００では、受光部３が光起電力を発生しなくなる（一対の出力端子１０３，１０４間が非導通になる）と、切替回路５が第２経路に切り替えることで、サブスイッチ８のゲートとソースとが電気的に接続される。このため、一対の出力端子１０３，１０４間が非導通の状態において、サブスイッチ８のゲート電位とソース電位とが同電位となり、サブスイッチ８の耐圧が低下しない。   On the other hand, the drive device 1 and the semiconductor device 100 of the present embodiment can solve the above problem by including the switching circuit 5. That is, in the driving device 1 and the semiconductor device 100 according to the present embodiment, when the light receiving unit 3 does not generate a photovoltaic power (the pair of output terminals 103 and 104 becomes non-conductive), the switching circuit 5 causes the second path. By switching to, the gate and source of the sub switch 8 are electrically connected. For this reason, when the pair of output terminals 103 and 104 are in a non-conductive state, the gate potential and the source potential of the sub switch 8 are the same potential, and the breakdown voltage of the sub switch 8 does not decrease.

上述のように、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００は、切替回路５を備えることにより、比較例２の駆動装置３００と比べて、一対の出力端子１０３，１０４間に印加可能な電圧を上昇させることができる。また、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００は、一対の出力端子１０３，１０４間に複数のスイッチを直列に電気的に接続して半導体スイッチ６を構成しても、スイッチ毎に受光部３を設ける必要がない。このため、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００は、比較例１の駆動装置２００と比べてコストを低減することができる。つまり、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００は、コストの増大を抑制しつつ一対の出力端子１０３，１０４間に印加可能な電圧を上昇させることができる。   As described above, the drive device 1 and the semiconductor device 100 according to the present embodiment include the switching circuit 5, so that the voltage that can be applied between the pair of output terminals 103 and 104 compared to the drive device 300 of Comparative Example 2. Can be raised. Further, in the driving device 1 and the semiconductor device 100 of the present embodiment, even if a plurality of switches are electrically connected in series between the pair of output terminals 103 and 104 to constitute the semiconductor switch 6, a light receiving unit is provided for each switch. 3 need not be provided. For this reason, the drive device 1 and the semiconductor device 100 of the present embodiment can reduce the cost compared to the drive device 200 of the comparative example 1. That is, the drive device 1 and the semiconductor device 100 of the present embodiment can increase the voltage that can be applied between the pair of output terminals 103 and 104 while suppressing an increase in cost.

また、本実施形態の駆動装置１において、切替回路５は、半導体素子のみで構成されていてもよい。この構成では、切替回路５を、切替回路５以外の駆動装置１を構成する素子と併せて同一のチップ上に作成することができるので、小型化を図ることができる。なお、切替回路５を半導体素子のみで構成する場合、抵抗素子Ｒ１は拡散抵抗で構成されるのが好ましい。   Moreover, in the drive device 1 of this embodiment, the switching circuit 5 may be comprised only with the semiconductor element. In this configuration, since the switching circuit 5 can be formed on the same chip together with the elements constituting the driving device 1 other than the switching circuit 5, the size can be reduced. In addition, when the switching circuit 5 is comprised only with a semiconductor element, it is preferable that resistive element R1 is comprised by diffused resistance.

ここで、受光部３の正極の出力点とフォトトランジスタＰＴ１のコレクタとの間のインピーダンスを‘Ｚ１’〔Ω〕、フォトトランジスタＰＴ１のオン状態におけるコレクタ−エミッタ間のインピーダンスを‘Ｚ２’〔Ω〕とする。また、メインスイッチ７のオン状態におけるドレイン−ソース間のインピーダンスを‘Ｚ３’〔Ω〕、受光部３の負極の出力点とメインスイッチ７のソースとの間のインピーダンスを‘Ｚ４’〔Ω〕とする。   Here, the impedance between the output point of the positive electrode of the light receiving unit 3 and the collector of the phototransistor PT1 is 'Z1' [Ω], and the impedance between the collector and the emitter in the on state of the phototransistor PT1 is 'Z2' [Ω]. And Further, the impedance between the drain and the source when the main switch 7 is on is “Z3” [Ω], and the impedance between the negative output point of the light receiving unit 3 and the source of the main switch 7 is “Z4” [Ω]. To do.

このとき、切替回路５の抵抗素子Ｒ１は、そのインピーダンスを‘Ｚ５’〔Ω〕とすると、‘Ｚ５＞Ｚ１＋Ｚ２＋Ｚ３＋Ｚ４’を満たす素子であることが好ましい。言い換えれば、切替回路５の抵抗素子Ｒ１のインピーダンスは、受光部３と抵抗素子Ｒ１とを通る閉回路において、抵抗素子Ｒ１に直列に電気的に接続される他のインピーダンス成分の総和よりも大きいことが好ましい。受光部３の光起電力により切替回路５の抵抗素子Ｒ１の両端に印加される電圧は、サブスイッチ８のゲート−ソース間電圧となる。したがって、上記のように抵抗素子Ｒ１のインピーダンスを十分に大きくすることで、抵抗素子Ｒ１の両端電圧がサブスイッチ８を駆動するのに十分な大きさとなり、サブスイッチ８のオン抵抗を下げることができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。   At this time, the resistance element R1 of the switching circuit 5 is preferably an element satisfying ‘Z5> Z1 + Z2 + Z3 + Z4’, assuming that the impedance is ‘Z5’ [Ω]. In other words, the impedance of the resistance element R1 of the switching circuit 5 is larger than the sum of the other impedance components electrically connected in series to the resistance element R1 in the closed circuit passing through the light receiving unit 3 and the resistance element R1. Is preferred. The voltage applied to both ends of the resistance element R 1 of the switching circuit 5 by the photoelectromotive force of the light receiving unit 3 becomes the gate-source voltage of the sub switch 8. Therefore, by sufficiently increasing the impedance of the resistance element R1 as described above, the voltage across the resistance element R1 becomes sufficiently large to drive the sub switch 8, and the on-resistance of the sub switch 8 can be lowered. it can. Note that whether or not to adopt the configuration is arbitrary.

なお、上述した発光部２、受光部３の構成は一例に過ぎず、適宜変更可能である。すなわち、発光部２は、例えば有機ＥＬ（Electro-Luminescence）素子など、発光ダイオード以外の発光素子を用いて構成されていてもよい。また、受光部３は、例えば一つのフォトダイオード、フォトトランジスタや太陽電池などを用いて構成されていてもよい。   In addition, the structure of the light-emitting part 2 and the light-receiving part 3 mentioned above is only an example, and can be changed suitably. That is, the light emitting unit 2 may be configured using a light emitting element other than the light emitting diode, such as an organic EL (Electro-Luminescence) element. In addition, the light receiving unit 3 may be configured using, for example, one photodiode, a phototransistor, a solar cell, or the like.

また、上述した充放電回路４、半導体スイッチ６の回路構成は一例に過ぎず、適宜変更可能である。例えば、半導体スイッチ６のメインスイッチ７及びサブスイッチ８は、エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴを用いた構成に限らず、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等を用いて構成されていてもよい。   The circuit configurations of the charge / discharge circuit 4 and the semiconductor switch 6 described above are merely examples, and can be changed as appropriate. For example, the main switch 7 and the sub switch 8 of the semiconductor switch 6 are not limited to the configuration using the enhancement type MOSFET, but may be configured using an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or the like.

なお、本実施形態の駆動装置１と、半導体スイッチ６とが別体である場合は、各出力点１１〜１４は端子である。一方、本実施形態の駆動装置１と半導体スイッチ６とを一体に形成する場合（つまり、半導体装置１００）では、各出力点１１〜１４は端子ではない。   In addition, when the drive device 1 of this embodiment and the semiconductor switch 6 are separate bodies, each output point 11-14 is a terminal. On the other hand, when the driving device 1 and the semiconductor switch 6 of this embodiment are formed integrally (that is, the semiconductor device 100), the output points 11 to 14 are not terminals.

（実施形態２）
実施形態１の駆動装置１及び半導体装置１００では、半導体スイッチ６は、メインスイッチ７と、１つのサブスイッチ８とで構成されているが、複数のサブスイッチ８を備えていてもよい。複数のサブスイッチ８を備えることで、一対の出力端子１０３，１０４間に印加可能な電圧に複数のサブスイッチ８の耐圧を上乗せすることができ、一対の出力端子１０３，１０４間に印加可能な電圧を更に上昇させることができる。 (Embodiment 2)
In the driving device 1 and the semiconductor device 100 of the first embodiment, the semiconductor switch 6 includes the main switch 7 and one sub switch 8, but may include a plurality of sub switches 8. By providing the plurality of sub-switches 8, the withstand voltage of the plurality of sub-switches 8 can be added to the voltage that can be applied between the pair of output terminals 103 and 104, and can be applied between the pair of output terminals 103 and 104. The voltage can be further increased.

以下、複数（ここでは２つ）のサブスイッチ８と、複数（ここでは２つ）の切替回路５を備えた本発明の実施形態２に係る駆動装置１及び半導体装置１００について図７を用いて説明する。なお、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００において、実施形態１の駆動装置１及び半導体装置１００と共通する構成要素については適宜説明を省略する。また、以下では、２つのサブスイッチ８を第１サブスイッチ８１と、第２サブスイッチ８２とに区別して説明する。更に、以下では、２つの切替回路５を第１切替回路５１と、第２切替回路５２とに区別して説明する。但し、第１サブスイッチ８１は実施形態１のサブスイッチ８と同じであり、第１切替回路５１は実施形態１の切替回路５と同じであるので、ここでは説明を省略する。   Hereinafter, a drive device 1 and a semiconductor device 100 according to the second embodiment of the present invention including a plurality (here, two) of sub-switches 8 and a plurality (here, two) of switching circuits 5 will be described with reference to FIG. explain. Note that in the driving device 1 and the semiconductor device 100 of the present embodiment, the description of the components common to the driving device 1 and the semiconductor device 100 of the first embodiment will be omitted as appropriate. In the following description, the two sub-switches 8 are classified into a first sub-switch 81 and a second sub-switch 82. Further, the following description will be made by distinguishing the two switching circuits 5 into a first switching circuit 51 and a second switching circuit 52. However, since the first sub switch 81 is the same as the sub switch 8 of the first embodiment, and the first switching circuit 51 is the same as the switching circuit 5 of the first embodiment, the description thereof is omitted here.

本実施形態の駆動装置１は、４つの出力点１１〜１４の他に、更に２つの出力点１５，１６（第５出力点１５、第６出力点１６）を備えている。第２サブスイッチ８２のドレインは、第１出力端子１０３に電気的に接続されている。また、第２サブスイッチ８２のゲートは、第６出力点１６に電気的に接続されている。そして、第１サブスイッチ８１のドレイン及び第２サブスイッチ８２のソースは、何れも第５出力点１５に電気的に接続されている。したがって、メインスイッチ７及び第１サブスイッチ８１、第２サブスイッチ８２は、一対の出力端子１０３，１０４間に直列に電気的に接続されている。   In addition to the four output points 11 to 14, the drive device 1 of the present embodiment further includes two output points 15 and 16 (fifth output point 15 and sixth output point 16). The drain of the second sub switch 82 is electrically connected to the first output terminal 103. The gate of the second sub switch 82 is electrically connected to the sixth output point 16. The drain of the first sub switch 81 and the source of the second sub switch 82 are both electrically connected to the fifth output point 15. Therefore, the main switch 7, the first sub switch 81, and the second sub switch 82 are electrically connected in series between the pair of output terminals 103 and 104.

第２切替回路５２は、接点Ａ２と、接点Ｂ２と、接点Ｃ２とを有している。接点Ｃ２は、第６出力点１６を介して第２サブスイッチ８２のゲートに電気的に接続されている。接点Ａ２は、第４出力点１４を介して第１サブスイッチ８１のゲートに電気的に接続され、且つ第１切替回路５１の接点Ｃ１に電気的に接続されている。接点Ｂ２は、第５出力点１５を介して第１サブスイッチ８１のドレイン及び第２サブスイッチ８２のソースに電気的に接続されている。   The second switching circuit 52 has a contact A2, a contact B2, and a contact C2. The contact C <b> 2 is electrically connected to the gate of the second sub switch 82 via the sixth output point 16. The contact A <b> 2 is electrically connected to the gate of the first sub switch 81 via the fourth output point 14 and is electrically connected to the contact C <b> 1 of the first switching circuit 51. The contact B <b> 2 is electrically connected to the drain of the first sub switch 81 and the source of the second sub switch 82 via the fifth output point 15.

第２切替回路５２は、接点Ｃ２と接点Ａ２とを電気的に接続する第１経路と、接点Ｃ２と接点Ｂ２とを電気的に接続する第２経路とを切り替えるように構成されている。第１経路は、第２サブスイッチ８２のゲートが第１切替回路５１を介してメインスイッチ７のゲートに電気的に接続される経路である。第２経路は、第２サブスイッチ８２のゲートが第２サブスイッチ８２のソースに電気的に接続される経路である。そして、第２切替回路５２は、受光部３が光起電力を発生すると第１経路に、受光部３が光起電力を発生しなくなると第２経路に切り替えるように構成されている。   The second switching circuit 52 is configured to switch between a first path that electrically connects the contact C2 and the contact A2 and a second path that electrically connects the contact C2 and the contact B2. The first path is a path in which the gate of the second sub switch 82 is electrically connected to the gate of the main switch 7 via the first switching circuit 51. The second path is a path in which the gate of the second sub switch 82 is electrically connected to the source of the second sub switch 82. The second switching circuit 52 is configured to switch to the first path when the light receiving unit 3 generates photovoltaic power, and to switch to the second path when the light receiving unit 3 stops generating photovoltaic power.

本実施形態の駆動装置１では、第２切替回路５２は、ＮＰＮ型のフォトトランジスタＰＴ２と、抵抗素子Ｒ２とで構成されている。フォトトランジスタＰＴ２のエミッタは、接点Ｃ２に電気的に接続されている。フォトトランジスタＰＴ２のコレクタは、接点Ａ２に電気的に接続されている。抵抗素子Ｒ２は、その両端のうち第１端が接点Ｃ２に電気的に接続され、第２端が接点Ｂ２に電気的に接続されている。   In the drive device 1 of the present embodiment, the second switching circuit 52 is configured by an NPN phototransistor PT2 and a resistance element R2. The emitter of the phototransistor PT2 is electrically connected to the contact C2. The collector of the phototransistor PT2 is electrically connected to the contact A2. The resistance element R2 has a first end electrically connected to the contact C2 and a second end electrically connected to the contact B2.

以下、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００の動作について簡単に説明する。一対の入力端子１０１，１０２間に発光ダイオード２１の順方向電圧以上の電圧が印加されると、発光部２が発光し、受光部３は光起電力を発生する。このとき、第１切替回路５１では、発光部２が出力する光を受けてフォトトランジスタＰＴ１がオンに切り替わるので、第２経路（接点Ｃ１−接点Ｂ１）から第１経路（接点Ｃ１−接点Ａ１）に切り替わる。同様に、第２切替回路５２では、発光部２が出力する光を受けてフォトトランジスタＰＴ２がオンに切り替わるので、第２経路（接点Ｃ２−接点Ｂ２）から第１経路（接点Ｃ２−接点Ａ２）に切り替わる。   Hereinafter, operations of the driving device 1 and the semiconductor device 100 of the present embodiment will be briefly described. When a voltage equal to or higher than the forward voltage of the light emitting diode 21 is applied between the pair of input terminals 101 and 102, the light emitting unit 2 emits light, and the light receiving unit 3 generates photovoltaic power. At this time, in the first switching circuit 51, the phototransistor PT1 is turned on in response to the light output from the light emitting unit 2, so that the first path (contact C1-contact A1) from the second path (contact C1-contact B1). Switch to Similarly, in the second switching circuit 52, the phototransistor PT2 is turned on in response to the light output from the light emitting unit 2, so that the second path (contact C2-contact B2) to the first path (contact C2-contact A2). Switch to

そして、充放電回路４から出力される駆動信号を受けて、メインスイッチ７及び第１サブスイッチ８１、第２サブスイッチ８２のゲート容量が充電され、メインスイッチ７及び第１サブスイッチ８１、第２サブスイッチ８２がオンに切り替わる。つまり、半導体スイッチ６がオンに切り替わり、一対の出力端子１０３，１０４間が導通する。   In response to the drive signal output from the charge / discharge circuit 4, the gate capacitances of the main switch 7, the first sub switch 81, and the second sub switch 82 are charged, and the main switch 7, the first sub switch 81, and the second sub switch 82 are charged. The sub switch 82 is turned on. That is, the semiconductor switch 6 is turned on, and the pair of output terminals 103 and 104 are electrically connected.

その後、一対の入力端子１０１，１０２間に電圧が印加されなくなる、或いは発光ダイオード２１の順方向電圧以上の電圧が印加されなくなると、発光部２が光を出力しなくなる。そして、受光部３が光起電力を発生しなくなると、第１切替回路５１及び第２切替回路５２では、発光部２が光を出力しなくなることからフォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ２がオフに切り替わるので、第１経路から第２経路に切り替わる。   Thereafter, when a voltage is not applied between the pair of input terminals 101 and 102 or a voltage higher than the forward voltage of the light emitting diode 21 is not applied, the light emitting unit 2 does not output light. Then, when the light receiving unit 3 does not generate a photoelectromotive force, in the first switching circuit 51 and the second switching circuit 52, the light emitting unit 2 does not output light, so that the phototransistors PT1 and PT2 are switched off. The first route is switched to the second route.

そして、メインスイッチ７のゲート容量が、充放電回路４の抵抗素子４０を介して放電され、メインスイッチ７がオフに切り替わる。また、第１サブスイッチ８１及び第２サブスイッチ８２のゲート容量が、それぞれ第１切替回路５１の抵抗素子Ｒ１及び第２切替回路５２の抵抗素子Ｒ２を介して放電され、第１サブスイッチ８１及び第２サブスイッチ８２がオフに切り替わる。つまり、半導体スイッチ６がオフに切り替わり、一対の出力端子１０３，１０４間が非導通となる。   Then, the gate capacitance of the main switch 7 is discharged through the resistance element 40 of the charge / discharge circuit 4, and the main switch 7 is switched off. Also, the gate capacitances of the first sub switch 81 and the second sub switch 82 are discharged through the resistance element R1 of the first switching circuit 51 and the resistance element R2 of the second switching circuit 52, respectively, and the first sub switch 81 and The second sub switch 82 is switched off. That is, the semiconductor switch 6 is switched off, and the pair of output terminals 103 and 104 are not connected.

上述のように、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００は、複数のサブスイッチ８（第１サブスイッチ８１、第２サブスイッチ８２）と、複数の切替回路５（第１切替回路５１、第２切替回路５２）とを備えている。また、複数のサブスイッチ８は、一対の出力端子１０３，１０４間においてメインスイッチ７に直列に電気的に接続されている。そして、複数の切替回路５は、それぞれ複数のサブスイッチ８と１対１に電気的に接続されている。したがって、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００は、コストの増大を抑制しつつ、一対の出力端子１０３，１０４間に印加可能な電圧を複数のサブスイッチ８の耐圧分だけ上昇させることができる。   As described above, the driving device 1 and the semiconductor device 100 of the present embodiment include the plurality of sub switches 8 (first sub switch 81 and second sub switch 82) and the plurality of switching circuits 5 (first switching circuit 51, A second switching circuit 52). The plurality of sub switches 8 are electrically connected in series to the main switch 7 between the pair of output terminals 103 and 104. The plurality of switching circuits 5 are electrically connected to the plurality of sub-switches 8 on a one-to-one basis. Therefore, the driving device 1 and the semiconductor device 100 according to the present embodiment can increase the voltage that can be applied between the pair of output terminals 103 and 104 by the withstand voltages of the plurality of sub-switches 8 while suppressing an increase in cost. it can.

ここで、フォトトランジスタＰＴ２のオン状態におけるコレクタ−エミッタ間のインピーダンスを‘Ｚ６’〔Ω〕、第１サブスイッチ８１のオン状態におけるドレイン−ソース間のインピーダンスを‘Ｚ７’〔Ω〕とする。このとき、第２切替回路５２の抵抗素子Ｒ２は、そのインピーダンスを‘Ｚ８’〔Ω〕とすると、‘Ｚ８＞Ｚ１＋Ｚ２＋Ｚ３＋Ｚ４＋Ｚ５＋Ｚ６＋Ｚ７’を満たす素子であることが好ましい。言い換えれば、第２切替回路５２の抵抗素子Ｒ２のインピーダンスは、受光部３と抵抗素子Ｒ２とを通る閉回路において、抵抗素子Ｒ２に直列に電気的に接続される他のインピーダンス成分の総和よりも大きいことが好ましい。この構成では、抵抗素子Ｒ２のインピーダンスが十分に大きいために、抵抗素子Ｒ２の両端電圧が第２サブスイッチ８２を駆動するのに十分な大きさとなり、第２サブスイッチ８２のオン抵抗を下げることができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。   Here, the collector-emitter impedance in the on state of the phototransistor PT2 is ‘Z6’ [Ω], and the drain-source impedance in the on state of the first sub switch 81 is ‘Z7’ [Ω]. At this time, the resistance element R2 of the second switching circuit 52 is preferably an element satisfying ‘Z8> Z1 + Z2 + Z3 + Z4 + Z5 + Z6 + Z7’, assuming that the impedance is ‘Z8’ [Ω]. In other words, the impedance of the resistance element R2 of the second switching circuit 52 is greater than the sum of other impedance components electrically connected in series to the resistance element R2 in the closed circuit passing through the light receiving unit 3 and the resistance element R2. Larger is preferred. In this configuration, since the impedance of the resistance element R2 is sufficiently large, the voltage across the resistance element R2 is large enough to drive the second sub switch 82, and the on-resistance of the second sub switch 82 is lowered. Can do. Note that whether or not to adopt the configuration is arbitrary.

なお、本実施形態の駆動装置１と、半導体スイッチ６とが別体である場合は、各出力点１１〜１６は端子である。一方、本実施形態の駆動装置１と半導体スイッチ６とを一体に形成する場合（つまり、半導体装置１００）では、各出力点１１〜１６は端子ではない。   In addition, when the drive device 1 of this embodiment and the semiconductor switch 6 are separate bodies, each output point 11-16 is a terminal. On the other hand, when the drive device 1 and the semiconductor switch 6 of this embodiment are formed integrally (that is, the semiconductor device 100), the output points 11 to 16 are not terminals.

１ 駆動装置
２ 発光部
３ 受光部
５ 切替回路
６ 半導体スイッチ
７ メインスイッチ
８ サブスイッチ
１０３ 第１出力端子
１０４ 第２出力端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drive device 2 Light emission part 3 Light reception part 5 Switching circuit 6 Semiconductor switch 7 Main switch 8 Sub switch 103 1st output terminal 104 2nd output terminal

Claims (6)

電気信号を光に変換する発光部と、
前記発光部が出力する光に応じて光起電力を発生する受光部と、
前記光起電力に応じてオン／オフを切り替える半導体スイッチの接続状態を切り替える切替回路とを備え、
前記半導体スイッチは、メインスイッチと、前記メインスイッチと直列に電気的に接続されるサブスイッチとを含み、
前記切替回路は、前記サブスイッチの制御端子が前記メインスイッチの制御端子に電気的に接続される第１経路と、前記サブスイッチの制御端子が前記サブスイッチの制御端子以外の端子に電気的に接続される第２経路とを切り替えるように構成され、
前記切替回路は、前記受光部が前記光起電力を発生すると前記第１経路に、前記受光部が前記光起電力を発生しなくなると前記第２経路に切り替えるように構成されることを特徴とする駆動装置。 A light emitting unit for converting an electrical signal into light;
A light receiving unit that generates a photovoltaic power according to light output from the light emitting unit;
A switching circuit that switches a connection state of a semiconductor switch that switches on / off according to the photovoltaic power,
The semiconductor switch includes a main switch and a sub switch electrically connected in series with the main switch,
The switching circuit includes a first path in which a control terminal of the sub switch is electrically connected to a control terminal of the main switch, and a control terminal of the sub switch is electrically connected to a terminal other than the control terminal of the sub switch. Configured to switch between connected second paths,
The switching circuit is configured to switch to the first path when the light receiving unit generates the photovoltaic power, and to switch to the second path when the light receiving unit stops generating the photovoltaic power. To drive. 前記切替回路は、半導体素子のみで構成されることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。   The drive device according to claim 1, wherein the switching circuit includes only a semiconductor element. 前記切替回路は、前記発光部が出力する光に応じてオン／オフを切り替えるフォトトランジスタと、前記フォトトランジスタに電気的に接続される抵抗素子とを備え、
前記第２経路は、前記抵抗素子を含み、
前記切替回路は、前記フォトトランジスタがオンに切り替わると前記第１経路に、前記フォトトランジスタがオフに切り替わると前記第２経路に切り替わるように構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の駆動装置。 The switching circuit includes a phototransistor that is turned on / off according to light output from the light emitting unit, and a resistance element that is electrically connected to the phototransistor,
The second path includes the resistance element,
3. The switch circuit according to claim 1, wherein the switching circuit is configured to switch to the first path when the phototransistor is switched on and to switch to the second path when the phototransistor is switched off. 4. Drive device. 前記抵抗素子のインピーダンスは、前記受光部と前記抵抗素子とを通る閉回路において、前記抵抗素子に直列に電気的に接続される他のインピーダンス成分の総和よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の駆動装置。   The impedance of the resistance element is larger than the sum of other impedance components electrically connected in series to the resistance element in a closed circuit passing through the light receiving unit and the resistance element. The drive device described. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の駆動装置と、一対の出力端子間に電気的に接続され、前記光起電力に応じてオン／オフを切り替える半導体スイッチとを備え、
前記半導体スイッチは、メインスイッチと、前記一対の出力端子間において前記メインスイッチと直列に電気的に接続されるサブスイッチとを含むことを特徴とする半導体装置。 A drive device according to any one of claims 1 to 4, and a semiconductor switch that is electrically connected between a pair of output terminals and switches on / off according to the photovoltaic power,
The semiconductor switch includes a main switch and a sub switch electrically connected in series with the main switch between the pair of output terminals. 前記サブスイッチ及び前記切替回路はそれぞれ複数あって、
前記複数のサブスイッチは、前記一対の出力端子間において前記メインスイッチに直列に電気的に接続され、
前記複数の切替回路は、それぞれ前記複数のサブスイッチと１対１に電気的に接続されることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。 There are a plurality of sub-switches and switching circuits, respectively.
The plurality of sub switches are electrically connected in series to the main switch between the pair of output terminals,
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein each of the plurality of switching circuits is electrically connected to the plurality of sub-switches on a one-to-one basis.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020217723A1 (en) * 2019-04-26 2020-10-29 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Mosfet output-type isolator

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