JP2973679B2 - 半導体リレー - Google Patents

半導体リレー

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JP2973679B2
JP2973679B2 JP1205792A JP1205792A JP2973679B2 JP 2973679 B2 JP2973679 B2 JP 2973679B2 JP 1205792 A JP1205792 A JP 1205792A JP 1205792 A JP1205792 A JP 1205792A JP 2973679 B2 JP2973679 B2 JP 2973679B2
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幸男 飯高
周一郎 山口
久和 宮島
義幸 杉浦
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光結合方式によるアイ
ソレーションを用いた半導体リレーに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図3は従来の半導体リレーの回路図であ
る。以下、その回路構成について説明する。信号源Xと
抵抗Rの直列回路が接続されたリレー入力端子I1,I2
の間には、発光ダイオード1が接続されている。この発
光ダイオード1は、光起電力ダイオードアレイ2と光学
的に結合されている。光起電力ダイオードアレイ2の正
極は、抵抗3を介してパワーMOSタイプの出力用FE
T4のゲートGに接続されており、負極は、出力用MO
SFET4のソースSに接続されている。出力用FET
4のゲートGとソースSの間には、ディプレッション型
の制御用FET5のソートSとドレインDがそれぞれ接
続されている。また、制御用FET5のゲートGとソー
スSは、抵抗3の両端に接続されている。出力用FET
4のドレインDとゲートGの間には、整流素子7とトラ
ンジスタ6の直列回路が接続されている。トランジスタ
6のベースとエミッタは抵抗3の両端に接続されてい
る。出力用FET4のドレインD及びソースSはリレー
出力端子O1,O2にそれぞれ接続されており、リレー出
力端子O1,O2の間には、負荷Zと直流電源Eの直列回
路が接続されている。
【0003】以下、上記回路の動作について説明する。
まず、信号源Xからの入力信号が無いときには、発光ダ
イオード1が光信号を発生しないので、光起電力ダイオ
ードアレイ2に光起電力が発生せず、ディプレッション
型の制御用FET5のゲート・ソース間にはバイアス電
圧が印加されず、制御用FET5は導通状態となり、ま
た、スピードアップ用のトランジスタ6は非導通状態と
なっている。したがって、出力用FET4のゲート・ソ
ース間にはバイアスが印加されず、出力用FET4は非
導通状態である。次に、入力信号が印加されて、発光ダ
イオード1からの光信号が、光起電力ダイオードアレイ
2に照射されると、抵抗3と制御用FET5を通り、光
起電力ダイオードアレイ2からの光電流が流れる。した
がって、抵抗3の両端に電圧が発生し、制御用FET5
を高インピーダンス状態に変化させて、制御用FET5
に流れる電流を制限すると共に、トランジスタ6のベー
ス・エミッタ間に電流を流して、トランジスタ6のコレ
クタ・エミッタ間を導通状態とするように働く。そのた
め、出力用FET4のゲート・ソース間に光起電力ダイ
オードアレイ2からの光電流が流れると共に、整流素子
7とトランジスタ6を通して直流電源Eからも電流が流
れ込み、出力用FET4のゲート電位が上昇し、出力用
FET4が導通状態となる。その後、入力信号が無くな
ると、光起電力ダイオードアレイ2からの光電流が流れ
なくなり、抵抗3の両端電圧が消失するので、制御用F
ET5は導通状態、トランジスタ6は非導通状態に戻
り、出力用FET4のゲート・ソース間の蓄積電荷は制
御用FET5を介して放電されて、出力用FET4のド
レイン・ソース間は非導通状態となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来例では、発
光ダイオード1と出力用のパワーMOSFET4を除い
た各素子は、通常、1チップの半導体基板上に形成され
る。そのため、発光ダイオード1からの入射光は、光起
電力ダイオードアレイ2だけでなく、他の制御素子にも
照射される。したがって、トランジスタ6と整流素子7
よりなる高速化回路にも光照射による漏れ電流が生じ
て、出力用FET4がオン状態になったとき、整流素子
7の逆方向に光照射による漏れ電流が流れる。そのた
め、入力電流が大きくなり、入射光が強くなると、前記
光照射による漏れ電流も大きくなり、前記抵抗3での電
圧降下も大きくなる。したがって、出力用FET4のゲ
ート・ソース間に印加される電圧は、光起電力ダイオー
ドアレイ2の光起電力から、前記抵抗3での電圧降下分
を差し引いた電圧となり、入射光が強いと、光起電力ダ
イオードアレイ2の光起電圧の増加よりも前記電圧降下
分の方がより大きくなるため、出力用FET4のゲート
・ソース間電圧は低下し、やがて、導通状態を維持でき
なくなるという問題があった。
【0005】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、入力電流が大きく
なっても、安定的に導通状態を維持できる光結合型の半
導体リレーを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体リレ
ーにあっては、上記の課題を解決するために、図1に示
すように、入力信号に応答して光信号を発生する発光ダ
イオード1と、発光ダイオード1の光信号を受光するよ
うに配置された光起電力ダイオードアレイ2と、光起電
力ダイオードアレイ2と直列に接続された抵抗3と、光
起電力ダイオードアレイ2の光起電力を前記抵抗3を介
してゲート・ソース間に印加されてドレイン・ソース間
の導通状態と非導通状態とが切り替わる出力用FET4
と、この出力用FET4のゲート・ソース間に蓄積電荷
の放電経路を形成する制御回路とを備え、前記制御回路
とは別に、出力用FET4のゲートに充電電流が流れる
とき、低インピーダンス状態になり、前記出力用FET
4のゲート・ソース間蓄積電荷の充電経路を形成するト
ランジスタ6を、前記出力用FET4のドレイン・ゲー
ト間に逆流阻止用の整流素子7を介して接続した高速化
回路を付加した半導体リレーにおいて、発光ダイオード
1からの光入射時に、前記高速化回路での光照射による
漏れ電流が前記抵抗3の両端に生じさせる電圧降下分を
打ち消す方向に光起電力を発生させる光起電力ダイオー
ド8を前記抵抗3と並列に接続したことを特徴とするも
のである。
【0007】
【作用】本発明では、上記の構成にすることにより、発
光ダイオード1からの光信号が増大して、トランジスタ
6や整流素子7を介して流れる漏れ電流が増大しても、
その漏れ電流により抵抗3の両端に生じる電圧降下分は
光起電力ダイオード8により打ち消されるので、出力用
FET4のゲート・ソース間の印加電圧が低下すること
は防止できる。
【0008】
【実施例】図1は本発明の一実施例の回路図である。以
下、その回路構成について説明する。信号源Xと抵抗R
の直列回路が接続されたリレー入力端子I1,I2の間に
は、発光ダイオード1が接続されている。この発光ダイ
オード1は、光起電力ダイオードアレイ2と光学的に結
合されている。光起電力ダイオードアレイ2の正極は、
抵抗3を介してパワーMOSタイプの出力用FET4の
ゲートGに接続されており、負極は、出力用MOSFE
T4のソースSに接続されている。本実施例では、出力
用FET4がNチャンネルのエンハンスメントモードで
ある場合について説明する。出力用FET4のゲートG
とソースSの間には、ディプレッション型の制御用FE
T5のソートSとドレインDがそれぞれ接続されてい
る。また、制御用FET5のゲートGとソースSは、抵
抗3の両端に接続されている。抵抗3の両端には、光起
電力ダイオード8が図示された極性で接続されている。
出力用FET4のドレインDとゲートGの間には、整流
素子7とトランジスタ6の直列回路が接続されている。
トランジスタ6のベースとエミッタは抵抗3の両端に接
続されている。出力用FET4のドレインD及びソース
Sはリレー出力端子O1,O2にそれぞれ接続されてお
り、リレー出力端子O1,O2の間には、負荷Zと直流電
源Eの直列回路が接続されている。
【0009】以下、本実施例の動作について説明する。
まず、信号源Xからの入力信号が無いときには、発光ダ
イオード1が光信号を発生しないので、光起電力ダイオ
ードアレイ2に光起電力が発生せず、ディプレッション
型の制御用FET5のゲート・ソース間にはバイアス電
圧が印加されず、制御用FET5は導通状態となり、ま
た、スピードアップ用のトランジスタ6は非導通状態と
なっている。したがって、出力用FET4のゲート・ソ
ース間にはバイアスが印加されず、出力用FET4は非
導通状態である。次に、入力信号が印加されて、発光ダ
イオード1からの光信号が、光起電力ダイオードアレイ
2に照射されると、抵抗3と制御用FET5を通り、光
起電力ダイオードアレイ2からの光電流が流れる。した
がって、抵抗3の両端に電圧が発生し、制御用FET5
を高インピーダンス状態に変化させて、制御用FET5
に流れる電流を制限すると共に、トランジスタ6のベー
ス・エミッタ間に電流を流して、トランジスタ6のコレ
クタ・エミッタ間を導通状態とするように働く。そのた
め、出力用FET4のゲート・ソース間に光起電力ダイ
オードアレイ2からの光電流が流れると共に、整流素子
7とトランジスタ6を通して直流電源Eからも電流が流
れ込み、出力用FET4のゲート電位が上昇し、出力用
FET4が導通状態となる。その後、入力信号が無くな
ると、光起電力ダイオードアレイ2からの光電流が流れ
なくなり、抵抗3の両端電圧が消失するので、制御用F
ET5は導通状態、トランジスタ6は非導通状態に戻
り、出力用FET4のゲート・ソース間の蓄積電荷は制
御用FET5を介して放電されて、出力用FET4のド
レイン・ソース間は非導通状態となる。
【0010】本実施例において、入力電流が大きくな
り、入射光が強くなると、発光ダイオード1からの光信
号が増大し、この光照射によりトランジスタ6や整流素
子7を介して流れる漏れ電流が増大するが、その漏れ電
流により抵抗3の両端に生じる電圧降下分は光起電力ダ
イオード8により打ち消される。したがって、入力信号
が増大しても、制御用FET4のゲート・ソース間の印
加電圧が低下することは防止できる。
【0011】図2は本実施例に用いる抵抗3と光起電力
ダイオード8の構成を示している。N型の半導体基板9
の表面には、P型の不純物拡散層よりなる拡散抵抗3が
形成されており、このP型不純物拡散層とN型の半導体
基板9の間には、光起電力ダイオード8が寄生してい
る。このように構成すれば、半導体チップの面積を増大
させることなく、抵抗3と並列に光起電力ダイオード8
を形成することができる。
【0012】
【発明の効果】請求項1記載の発明にあっては、上述の
ように、光結合方式を用いた半導体リレー回路におい
て、出力用FETのゲート・ソース間容量の充電を加速
するための回路に照射される光による漏れ電流が、出力
用FETのゲート・ソース間容量の放電を加速するため
の制御用FETのバイアス用の抵抗に流れることによる
電圧降下分を打ち消すように、前記抵抗と並列に光起電
力ダイオードを接続したので、入力信号が増大して、光
信号が強くなっても、出力用FETのゲート・ソース間
電圧が低下することを防止できるという効果がある。
【0013】請求項2記載の発明にあっては、前記抵抗
を半導体基板上の拡散抵抗として形成したときに寄生し
て形成されるダイオードを前記光起電力ダイオードとし
たので、半導体チップの面積を増加させることなく、出
力用FETのゲート・ソース間電圧の低下を防止できる
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路図である。
【図2】本発明の一実施例に用いる抵抗の一部を破断し
た斜視図である。
【図3】従来例の回路図である。
【符号の説明】
1 発光ダイオード 2 光起電力ダイオードアレイ 3 抵抗 4 出力用FET 5 制御用FET 6 トランジスタ 7 整流素子 8 光起電力ダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉浦 義幸 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電 工株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−88419(JP,A) 特開 平2−100417(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03K 17/78 H03K 17/13

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号に応答して光信号を発生する
    発光ダイオードと、発光ダイオードの光信号を受光する
    ように配置された光起電力ダイオードアレイと、光起電
    力ダイオードアレイと直列に接続された抵抗と、光起電
    力ダイオードアレイの光起電力を前記抵抗を介してゲー
    ト・ソース間に印加されてドレイン・ソース間の導通状
    態と非導通状態とが切り替わる出力用FETと、この出
    力用FETのゲート・ソース間に蓄積電荷の放電経路を
    形成する制御回路とを備え、前記制御回路とは別に、出
    力用FETのゲートに充電電流が流れるとき、低インピ
    ーダンス状態になり、前記出力用FETのゲート・ソー
    ス間蓄積電荷の充電経路を形成する半導体素子を、前記
    出力用FETのドレイン・ゲート間に逆流阻止用の整流
    素子を介して接続した高速化回路を付加した半導体リレ
    ーにおいて、発光ダイオードからの光入射時に、前記高
    速化回路での光照射による漏れ電流が前記抵抗の両端に
    生じさせる電圧降下分を打ち消す方向に光起電力を発生
    させる光起電力ダイオードを前記抵抗と並列に接続した
    ことを特徴とする半導体リレー。
  2. 【請求項2】 前記抵抗を半導体基板上の拡散抵抗と
    して形成したときに寄生して形成されるダイオードを前
    記光起電力ダイオードとしたことを特徴とする請求項1
    記載の半導体リレー。
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