JP3607490B2 - 光結合装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力側の信号により動作する光結合素子と、出力側に接続された負荷を駆動するためのスイッチング素子とを有する光結合装置に関し、特に入力側にマイコン、ICあるいはスイッチ等の制御回路を接続し、出力側にモータ、ヒータ等の負荷を接続して用いるソリッドステートリレーに適用される光結合装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図14は、従来から用いられているソリッドステートリレータイプの光結合装置の等価回路である。この光結合装置は、マイコン、IC等からの制御信号が入力される入力側に接続された発光素子41およびフォトトライアック42を有するフォトトライアックカプラ43と、フォトトライアックカプラ43に接続されたトライアック44とから構成される。そして、出力側には、AC電源で駆動する図示しない負荷が接続される。
【0003】
この光結合装置の動作を説明すると、発光素子41に電流が流れると発光素子41からの光を受けてフォトトライアック42がオンする。フォトトライアック42がオンしたときの電流はトライアック44のゲート端子に流れ、トライアック44がオンする。これにより、負荷に電源が供給されて駆動する。
【0004】
一方、図15は、フォトカプラを用い負荷を駆動するためのスイッチング素子を出力側に接続して動作する光結合装置の等価回路である。この光結合装置は、発光素子45と、発光素子45からの光を受けてオンするOPIC(Optical Integrated Circuit)受光部46とを有する。OPIC受光部46は、受光素子47と、受光素子47に接続され定電圧回路48から電源電圧が供給されるアンプ49およびインターフェース回路50と、インターフェース回路50に接続されたスイッチング用トランジスタ51とで構成される。
【0005】
この光結合装置では、出力側に図示しないIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOS FET(Field Effect Transistor)等のパワートランジスタが接続される。さらに、IGBTにDC電源で駆動する負荷が接続される。また、OPIC受光部46には、上記IGBT用にIGBT保護回路52が設けられている。このIGBT保護回路52は、IGBTに過電流が流れたときにIGBTを保護するための過電流保護機能と、過電流が流れた場合に外部に警報出力するための警報出力機能とを有している。
【0006】
上記光結合装置によれば、発光素子45に電流が流れると、発光素子45からの光を受けてOPIC受光部46が駆動する。OPIC受光部46の駆動により出力側に接続されたIGBTがオンし、IGBTに接続された負荷が駆動する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
前者のソリッドステートリレータイプの光結合装置は、トライアック44を備えているため、商用周波数でのAC電源における負荷を駆動することには適している。しかし、トライアック44を備えているために、以下のような課題がある。
【0008】
▲1▼DC電源における負荷を駆動することができないこと
▲2▼発光素子41のオン、オフに対して、トライアック44が高速に応答できないこと
▲3▼トライアック44の転流作用により、高周波AC電源や大電流時(特に高温時)に誤点弧をする場合があること
▲4▼負荷の駆動時、過電流が流れた場合にトライアック44に対する保護機能がないこと
▲5▼負荷の駆動時、過電流が流れて過熱した場合に回路部品に対する保護機能がないこと等が挙げられる。
【0009】
一方、後者の光結合装置は、OPIC受光部46にIGBT保護回路52による過電流保護機能および警報出力機能を有しているが、
▲1▼AC電源における負荷を直接駆動することができないこと
▲2▼トライアック等を備えていないため、大電流が流れる負荷を駆動するためには、IGBT等の多くの回路部品を外部に接続する必要があること等の課題がある。
【0010】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、AC電源およびDC電源のいずれの電源においても負荷を直接駆動できるといった汎用性を有し、かつ過電流に対する回路部品の保護機能を備えるといった信頼性の高い光結合装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明による課題解決手段は、入力側の信号により動作する光結合素子と、光結合素子からの信号に基づいてオン、オフ制御され、出力側に接続された負荷を駆動するための複数のバイポーラトランジスタ(IGBT)または電界効果トランジスタ(MOS FET)のパワートランジスタからなる出力スイッチング素子と、各出力スイッチング素子にそれぞれ並列に接続され、一方向の電流の流れを許容する複数の電流許容素子とを備え、出力スイッチング素子はミラー接続されたものである。
【0012】
そして、出力スイッチング素子の信号応答速度を上げるために、出力スイッチング素子の出力端子に逆バイアス電圧を印加する定電圧素子が接続されたものである。
【0013】
上記構成によれば、電流許容素子が各出力スイッチング素子にそれぞれ並列に接続され、出力スイッチング素子がミラー接続されるので、ある方向の電流が一方の出力スイッチング素子に流れた場合には、他方の出力スイッチング素子には電流は流れず、他方の出力スイッチング素子に並列に接続された電流許容素子に電流が流れる。また、逆方向の電流が他方の出力スイッチング素子に流れた場合には、一方の出力スイッチング素子には電流は流れず、一方の出力スイッチング素子に並列に接続された電流許容素子に電流が流れる。したがって、出力側にAC電源およびDC電源のいずれの電源を接続しても、負荷を駆動することができる。
【0014】
また、上記構成に加え、異常を検出するための異常検出手段を備え、異常検出手段により異常を検出したときに出力スイッチング素子をオフ制御するようにしてもよい。異常検出手段としては、出力スイッチング素子に流れた過電流を検出する過電流検出手段、装置内部あるいは外部の温度を検出する温度検出手段、または外部で検出した異常検出信号を受信する信号入力手段等を含んでいる。そして、異常検出手段により異常を検出したときに、出力スイッチング素子をオフ制御する。また、異常検出手段により異常を検出したときに外部に報知するための報知出力手段を備えてもよい。
【0015】
そして、異常を検出したとき、出力スイッチング素子をオフにして、その後、異常を検出しなくなったとき、出力スイッチング素子をオン制御して、負荷の駆動を自動復帰させる。
【0016】
あるいは、異常が解消されても異常検出手段の出力状態を保持するようにして、出力スイッチング素子のオフ制御を継続するようにしてもよい。その後、外部からの入力信号により保持状態を解除する解除手段を備えるようにしてもよく、これにより初期状態に復帰させる。
【0017】
このように、複数の異常検出手段により異常を検出したときに出力スイッチング素子をオフ制御することにより、信頼性の高い光結合装置を提供できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る光結合装置の等価回路を示す図である。この光結合装置は、入力側の信号により動作する光結合素子1と、出力側に接続された負荷を駆動するための2個の出力スイッチング素子としてのIGBT2a,2b(総称するときは「IGBT2」という。)と、光結合素子1からの信号に基づいてIGBT2をオン、オフ制御するドライバー回路3と、各IGBT2の後段にそれぞれ並列に接続され、一方向の電流の流れを許容する2個の電流許容素子としてのダイオード4a,4b(総称するときは「ダイオード4」という。)と、IGBT2の信号応答速度を上げるために、IGBT2のソース端子に負のバイアス電圧を印加する定電圧素子としてのツェナーダイオード5とを備えており、1チップの基板上に構成される。
【0019】
なお、この光結合装置をソリッドステートリレーとして用いる場合、光結合装置は、外部接続端子が設けられた筺体内に配された基板上に設けられる。ここで、装置内部とは上記回路基板をいい、装置外部とは基板を除く筺体内部あるいは筺体外部をいうこととする。
【0020】
光結合素子1は、ともにフォトダイオードからなる発光素子6および受光素子7で構成される。発光素子6が入力側の信号により発光すると、受光素子7は発光素子6からの光を受光する。そして、受光した旨を後段に接続されたドライバー回路3に伝達する。なお、この光結合素子1は、上記のように入力された電気信号を光信号に変換して信号を伝達するので、入出力信号を電気的に絶縁する機能を有する。
【0021】
ドライバー回路3は、受光素子7からの信号に基づいて後段に接続された2つのIGBT2をオン、オフ制御する。すなわち、ドライバー回路3の出力は、各IGBT2のゲート端子にそれぞれ接続される。そして、各IGBT2に対してハイレベルの信号を出力することにより、各IGBT2をオンし、ローレベルの信号を出力することにより、各IGBT2をオフする。
【0022】
2つのIGBT2はミラー接続され、すなわちソース端子が互いに接続されている。そして、各IGBT2のドレイン端子は、外部端子8,9にそれぞれ接続されている。なお、IGBT2に代わり、MOS FETや接合型FET等のパワートランジスタが用いられてもよい。
【0023】
このIGBT2のドレイン端子とソース端子の両端には、一方向の電流の流れを許容する2個のダイオード4がIGBT2に対してそれぞれ並列に逆接続されている。すなわち、ダイオード4のカソード端子がIGBT2のドレイン端子に接続され、ダイオード4のアノード端子がIGBT2のソース端子に接続されている。したがって、2個のダイオード4のアノード端子同士も接続されることになる。
【0024】
また、IGBT2のソース端子には、ツェナーダイオード5のカソード端子が接続され、カソード端子は抵抗10を介して電源電圧Vccに接続されている。このツェナーダイオード5は、IGBT2の信号応答速度を上げるために用いられる。なお、ツェナーダイオード5のアノード側は、GNDに接続されている。
【0025】
以上の構成による動作を説明すると、入力側の発光素子6に電流が流れると、受光素子7が光を受けてオンし、このオンによりドライバー回路3は、後段のIGBT2のゲート端子にハイレベルのドライブ信号を出力する。これにより、IGBT2がオンする。そして、出力側に接続された負荷が駆動する。
【0026】
ここで、出力側の負荷は、商用周波数でのAC電源で駆動することができ、DC電源でも駆動することができる。すなわち、図2に示すように、出力側にAC電源11が接続されている場合、ある方向の電流(矢印A参照)が一方のIGBT2aに流れるときには、他方のIGBT2bには電流は流れず、他方のIGBT2bに並列に接続されたダイオード4bに電流が流れる。
【0027】
また、逆方向の電流(二点破線矢印B参照)が他方のIGBT2bに流れるときには、一方のIGBT2aには電流は流れず、一方のIGBT2aに並列に接続されたダイオード4aに電流が流れる。
【0028】
具体的には、ある方向の電流は、端子8、IGBT2a、ダイオード4bを経由して端子9に流れる。それに対し、逆方向の電流は、端子9、IGBT2b、ダイオード4aを経由して端子8に流れる。なお、この光結合装置の入力側には、例えば、マイコン、IC等により制御されるスイッチSWが接続される。
【0029】
また、図3に示すように、出力側にDC電源12が1個接続されている場合、電流(矢印C参照)は端子8、IGBT2a、ダイオード4bを経由して端子9に流れる。また、図4に示すように、DC電源12a,12bが2個接続されている場合、DC電源12aによる電流(矢印D参照)は端子8、IGBT2aを経由して端子13に流れ、DC電源12bによる電流(矢印E参照)は端子9、IGBT2bを経由して端子13に流れる。
【0030】
このように、2つのIGBT2をミラー接続しIGBT2に対してダイオード4を並列に逆接続するようにすれば、上記のように電流が流れるので、出力側にAC電源およびDC電源のいずれの電源を接続しても、負荷を駆動させることができる。したがって、この光結合装置の用途が広がり、汎用性が高くなる。
【0031】
図1に戻り、入力側の発光素子6に流れる電流を遮断すると、受光素子7がオフする。これに応じて、ドライバー回路3はIGBT2のゲート端子にローレベルのドライブ信号を出力する。これにより、IGBT2がオフし、出力側に接続された負荷の駆動が停止される。
【0032】
ここで、IGBT2のゲート端子にローレベルの信号が入力されIGBT2がオフする瞬間には、ツェナーダイオード5によりIGBT2のソース端子に負のバイアス電圧が印加される。すなわち、IGBT2がオフする瞬間では、IGBT2のソース端子における電位は、ツェナーダイオード5のカソード端子における電位より高くなる。そのため、電流は、ソース端子からツェナーダイオード5のカソード端子に流れる。これにより、IGBT2の伝送損失が低減され、IGBT2における信号のスイッチングスピードを速くすることができる。したがって、従来のトライアックで構成された光結合装置に比べ、信号の応答速度を飛躍的に向上させることができ、高速応答が可能となる。
【0033】
また、IGBT2を用いて負荷をスイッチングすることにより、従来のようにトライアックで生じる転流作用は発生しなくなる。そのため、この光結合装置では、高周波AC電源や大電流時に誤点弧をしないという利点がある。
【0034】
ところで、負荷の状態によって、負荷およびIGBT2には通常流れる電流よりも過大な電流が流れる場合がある。図5は、そのような過電流からIGBT2を保護するための過電流保護機能が備えられた光結合装置の等価回路である。また、図6は、過電流保護機能を有するコンパレータ部の構成を示す図である。
【0035】
図5,6によると、ドライバー回路3は、IGBT2に流れた過電流を検出する過電流検出手段としてのコンパレータ部16を備えている。そして、ドライバー回路3は、このコンパレータ部16の出力に応じてIGBT2をオン、オフ制御する。
【0036】
回路の接続構成を説明すると、この光結合装置は図1に示した構成に加え、IGBT2のドレイン端子に、逆電流防止用ダイオード17のカソード端子が接続されている。そして、逆電流防止用ダイオード17のアノード端子は、ドライバー回路3内に設けられたコンパレータ18の入力プラス端子に接続されている。コンパレータ18の入力プラス端子は、電源電圧Vccに抵抗19を介してプルアップされてスイッチング用トランジスタ20のコレクタ端子に接続されている。また、コンパレータ18の入力マイナス端子は、予め定める基準電位Vrefに設定されている。そして、コンパレータ18の出力端子はラッチ回路21に接続され、ラッチ回路21の出力は、ドライバー回路3内のIGBT2へドライブ信号を出力する図示しない信号出力回路に接続されている。
【0037】
この構成による動作を説明すると、IGBT2に過電流が流れた場合、逆流防止用ダイオード17を介してコンパレータ18の入力プラス端子に高電圧が入力される。そして、コンパレータ18の入力プラス端子が基準電位Vrefより高くなれば、コンパレータ18の出力端子から信号が出力される。この出力信号はラッチ回路21で保持され、ドライバー回路3は、IGBT2に対するドライブ信号をローレベルにしてIGBT2をオフさせる。
【0038】
このように、過電流を検出する回路を設ければ、過電流が流れた場合にIGBT2の出力を確実にオフさせることができ、IGBT2の保護を適切に行うことができる。
【0039】
なお、スイッチング用トランジスタ20は、発光素子6に電流が流れていない場合、常にオンさせておくことが望ましい。つまり、コンパレータ18の入力マイナス端子を常にローレベルに保持しておく。これは、発光素子6に電流が流れていないとき、コンパレータ18が誤ってラッチ回路21に出力しないようにするためである。
【0040】
次に、過電流等が負荷に流れて内部発熱したり、外部から熱が加えられたりして、回路部品が過熱状態になるときがある。図7に、回路部品を過熱状態から保護するための過熱保護機能を備えた光結合装置を示す。また、図8に、過熱保護機能を有するコンパレータ部の構成を示す。
【0041】
図7,8によれば、ドライバー回路3は、過熱状態を認識するためのコンパレータ部22を備え、コンパレータ部22が所定温度より高い温度を検出した場合にIGBT2をオフ制御する。また、その後、コンパレータ部22が所定温度(前述の所定温度と同じ温度でもよく、異なった温度でもよい。)より低い温度を検出した場合にIGBT2をオン制御する。ここで、所定温度とは、回路部品が過熱状態になっても不良にならない程度の温度のことであり、本実施形態では、後述するコンパレータの基準電圧Vrefに相当するものである。
【0042】
コンパレータ部22は、コンパレータ23と、装置の内部あるいは外部の温度を検出するための温度検出手段としての過熱検出用ダイオード24と、電源電圧Vccに接続され一定電圧を過熱検出用ダイオード24に供給する定電流源25とから構成される。そして、過熱検出用ダイオード24のアノード端子が、コンパレータ23の入力マイナス端子に接続されるとともに定電流源25に接続されている。過熱検出用ダイオード24のカソード端子は、GNDに接続されている。
【0043】
過熱検出用ダイオード24は、周囲温度が上昇してある値より高くなると両端の抵抗値が低くなるといった負の温度特性を有するPN接合型のダイオードである。コンパレータ23は、過熱検出用ダイオード24の抵抗値の変化に伴って変化する電圧値を入力マイナス端子に入力し、予め設定した電位Vrefと比較する。すなわち、コンパレータ23は、所定温度に相当する電位Vrefの値と、過熱検出用ダイオード24の抵抗値による検出温度に相当する電位の値とを比較している。
【0044】
この構成により、発熱等により温度が上昇すると、過熱検出用ダイオード24は、これを検出し自己の抵抗値を下げる。これにより、コンパレータ23の入力マイナス端子に入力される電圧が下がり、予め設定した電位Vrefより電位が低くなった場合、コンパレータ23から出力信号が出力される。この出力信号により、ドライバー回路3は、IGBT2に対するドライブ信号をローレベルにしてIGBT2をオフさせる。これにより、負荷の駆動は停止する。
【0045】
このように、温度を検出する回路を設ければ、過電流が流れて過熱した場合にIGBT2を確実にオフさせることができ、回路部品の保護を適切に行うことができる。
【0046】
その後、負荷の駆動が停止したり、外部の熱の影響がなくなって周囲の温度が下がると、過熱検出用ダイオード24は自己の抵抗値を上げる。これにより、コンパレータ23の入力マイナス端子に入力される電圧が上がり、予め設定した電圧Vrefより電位が高くなった場合、コンパレータ23の出力信号が反転する。この出力信号により、ドライバー回路3は、IGBT2に対するドライブ信号をハイレベルにしてIGBT2をオンさせる。このように、温度が下がればIGBT2をオンさせることができ、負荷の駆動を自動的に復帰させることができる。
【0047】
なお、IGBT2がオンするときの所定温度とオフするときの所定温度が異なる場合には、図8に示すコンパレータ部の構成を別に設け、コンパレータの基準電圧Vrefの値をオフするときの所定温度に相当する値に設定すればよい。
【0048】
ドライバー回路3には、上述した過熱保護機能に加え、コンパレータ23の出力状態を保持し、IGBT2のオフ状態を継続する機能を有するようにしてもよい。すなわち、図9に示すように、上述したコンパレータ部22に、コンパレータ23の出力状態を保持する保持手段としてのラッチ回路26を設け、コンパレータ23の出力端子にラッチ回路26を接続する。
【0049】
この構成によれば、負荷の駆動時に過電流等が流れて過熱した場合、この過熱状態を過熱検出用ダイオード24で検出し、コンパレータ23の出力端子からIGBT2の出力をオフさせる信号を出力する。その後、温度が下がってもコンパレータ23の出力信号はラッチ回路26により保持されるので、IGBT2のオフ状態が維持される。
【0050】
このように、一旦過電流が流れて過熱した場合に、IGBT2のオフ状態を保持すれば、負荷の駆動も停止状態のままとなる。したがって、負荷における過電流の発生を強制的に抑制することができ、例えば、ユーザは負荷の交換等の作業が行え、保守性に優れた光結合装置とすることができる。
【0051】
さらに、ドライバー回路3は、外部からの入力信号によりラッチ回路26によってなされた保持状態を解除する、いわゆる外部復帰入力機能を有するようにしてもよい。すなわち、図10に示すように、光結合装置には、外部復帰入力端子27が設けられ、外部復帰入力端子27からの入力信号により保持状態が解除される。
【0052】
詳細には、外部復帰入力端子27は、ドライバー回路3に接続される。外部復帰入力端子27は、例えば、外部に設けられた外部スイッチやリレー等に接続されており、外部スイッチ等からの復帰信号としての入力信号により、ラッチ回路26がリセットされ保持状態が解除される。これにより、発光素子6がオンの場合には、IGBT2はオン状態に復帰し、発光素子6がオフの場合には、初期状態に戻る。
【0053】
このように、IGBT2がオフ状態で保持されている場合、外部からの復帰信号によって保持状態を解除して、IGBT2のオンが可能な初期状態に強制復帰させることができる。
【0054】
また、この光結合装置では、外部で検出した異常検出信号が入力され、この異常信号の入力に応じてIGBT2をオフ制御する、いわゆる外部センシング入力機能が備えられていてもよい。すなわち、ドライバー回路3は、図11,12に示すように、外部からの異常検出信号を受信する信号入力手段としての信号入力端子28を備え、信号入力端子28からの入力に応じてIGBT2をオフ制御する。
【0055】
詳細には、ドライバー回路3に設けられたコンパレータ部29は、コンパレータ30とラッチ回路31とを備え、信号入力端子28はコンパレータ30の入力プラス端子に接続され、コンパレータ30の出力端子はラッチ回路31に接続されている。なお、異常検出信号としては、例えば、温度を検出するための温度センサ、過電流を検出することのできる抵抗、非常停止スイッチ等からの信号が挙げられる。
【0056】
この構成によれば、負荷の駆動時に外部で何らかの異常状態を検出した場合に、外部から異常検出信号が入力される。これにより、コンパレータ30の入力プラス端子に入力される電圧が上がり、予め設定した電位Vrefより電位が高くなった場合、コンパレータ30から出力信号が出力され、ラッチ回路31によってラッチされる。この出力信号により、ドライバー回路3からIGBT2へ出力されるドライブ信号をローレベルにしてIGBT2をオフする。これにより、負荷の駆動が停止する。
【0057】
なお、このように異常検出信号が入力されてIGBT2がオフになった場合、上述した外部復帰入力端子27からの入力信号により復帰させるようにしてもよい。
【0058】
また、この光結合装置では、負荷の駆動時に過電流が流れた場合、過熱を検出した場合、あるいは外部から異常信号を入力した場合等にIGBT2の出力をオフさせるとともに、警報出力として外部に警報信号を出力する、いわゆる警報出力機能を備えるようにしてもよい。
【0059】
図13は、警報出力機能を備えた光結合装置の等価回路を示す図である。同図によれば、ドライバー回路3には、上記警報信号を出力するための報知出力手段としてのスイッチング用トランジスタ32が備えられている。詳細には、スイッチング用トランジスタ32のコレクタ端子が外部警報出力端子33に、いわゆるオープンコレクタとして接続されている。また、スイッチング用トランジスタ32のエミッタ端子は、GNDに接続されている。そして、スイッチング用トランジスタ32のベース端子は、ドライバー回路3が異常を検出した場合に出力する図示しない信号出力回路に接続されている。この出力は、IGBT2のソース端子に出力するオフ信号と同じタイミングで出力される。ただし、出力論理は逆となる。
【0060】
この構成によれば、負荷の駆動時に過電流が流れた場合等の異常状態を検出すると、ドライバー回路3は、スイッチング用トランジスタ32のベース端子にハイレベルの信号を出力する。これにより、スイッチング用トランジスタ32がオンし、外部警報出力端子33に接続された図示しないLED、ベル、音声装置等が起動し、警報出力される。このように、外部警報出力機能を有することにより、ユーザは過電流が流れた等の異常状態を即座に認識することができる。
【0061】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることができる。例えば、上記実施形態で説明した過電流保護機能、過熱保護機能、あるいは外部センシング入力機能等は、1つの光結合装置に組み合わせられて備えられてもよい。
【0062】
また、図1に示したIGBTおよびダイオードは2個に限らず、IGBTのドライブが可能な限り、複数個接続されてもよい。さらに、IGBTに並列接続されるダイオードに代わり、電流の流れる方向に応じて交互にオン、オフして切り換わるスイッチが設けられてもよい。
【0063】
【発明の効果】
以上のように、この発明によると、各出力スイッチング素子をミラー接続し各出力スイッチング素子に対して電流許容素子をそれぞれ並列に接続することにより、出力側に接続したAC電源およびDC電源のいずれの電源でも負荷を駆動させることができる。そのため、供給電源の種別に左右されずに負荷を駆動できるので、例えば、ソリッドステートリレーとしての用途が広がり、汎用性の高い光結合装置を提供することができる。
【0064】
出力スイッチング素子をオフするときに、定電圧素子によって出力スイッチング素子の出力端子に逆バイアス電圧が印加されるので、出力スイッチング素子の損失が低減され、出力スイッチング素子のスイッチングスピードを速くすることができる。そのため、従来のトライアックで構成された光結合装置に比べ、信号の応答速度を飛躍的に向上させることができ、高性能化を図ることができる。
【0065】
また、出力スイッチング素子を用いて負荷をスイッチングすることにより、従来のようにトライアックで生じる転流作用は発生しないので、高周波AC電源や大電流時に誤点弧をしない。そのため、信頼性の高い光結合装置を提供することができる。
【0066】
また、出力スイッチング素子に流れる過電流、過熱、外部で発生した異常等の異常状態を検出した場合には、出力スイッチング素子をオフ制御するので、確実に負荷の駆動を停止することができる。そのため、保護機能を有する安全性の高い光結合装置を提供できる。また、異常状態を検出した場合に、外部に接続される報知装置等を駆動することができるので、ユーザは異常状態を迅速にかつ容易に認識することができる。
【0067】
過熱を検出した後に、温度が低下した場合、出力スイッチング素子をオン制御するので、負荷の駆動を自動的に復帰させることができ、使い勝手を向上させることができる。
【0068】
さらに、異常状態を保持して出力スイッチング素子のオフ制御を継続するようにしているので、異常の発生を強制的に抑えることができる。また、外部からの入力信号により保持状態を容易に解除することができるので、ユーザは負荷の交換等を行うことができ、異常の発生原因を排除でき、保守性に優れた光結合装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る光結合装置の等価回路を示す図
【図2】光結合装置にAC電源で駆動する負荷を接続した等価回路を示す図
【図3】光結合装置にDC電源で駆動する負荷を接続した等価回路を示す図
【図4】光結合装置に2つのDC電源で駆動する負荷を接続した等価回路を示す図
【図5】過電流保護機能を備えた光結合装置の等価回路を示す図
【図6】過電流保護用コンパレータ部の構成を示す図
【図7】過熱保護機能を備えた光結合装置の等価回路を示す図
【図8】過熱保護用コンパレータ部の構成を示す図
【図9】過熱保護用コンパレータ部およびラッチ回路の構成を示す図
【図10】外部復帰入力機能を備えた光結合装置の等価回路を示す図
【図11】外部センシング入力機能を備えた光結合装置の等価回路を示す図
【図12】外部センシング入力用コンパレータ部の構成を示す図
【図13】外部警報出力機能を備えた光結合装置の構成を示す図
【図14】従来のソリッドステートタイプの光結合装置の等価回路を示す図
【図15】従来のフォトカプラを用いた負荷駆動用の光結合装置の等価回路を示す図
【符号の説明】
1 光結合素子
2 IGBT
3 ドライバー回路
4 ダイオード
5 ツェナーダイオード
16 コンパレータ部
24 過熱検出用ダイオード
26 ラッチ回路
28 信号入力端子
32 スイッチング用トランジスタ
Claims (10)
- 入力側の信号により動作する光結合素子と、該光結合素子からの信号に基づいてオン、オフ制御され、出力側に接続された負荷を駆動するための複数の出力スイッチング素子と、該各出力スイッチング素子にそれぞれ並列に接続され、一方向の電流の流れを許容する複数の電流許容素子とを備え、前記出力スイッチング素子はミラー接続され、前記出力スイッチング素子の信号応答速度を上げるために、前記出力スイッチング素子の出力端子に逆バイアス電圧を印加する定電圧素子が接続されたことを特徴とする光結合装置。
- 出力スイッチング素子をオン、オフ制御するドライバー回路が設けられ、該ドライバー回路は、異常を検出するための異常検出手段を備え、該異常検出手段により異常を検出したときに前記出力スイッチング素子をオフ制御することを特徴とする請求項1記載の光結合装置。
- 異常検出手段は、出力スイッチング素子に流れた過電流を検出する過電流検出手段を含み、該過電流検出手段により過電流を検出したときに前記出力スイッチング素子をオフ制御することを特徴とする請求項2記載の光結合装置。
- 異常検出手段は、装置内部あるいは外部の温度を検出する温度検出手段を含み、該温度検出手段が所定温度より高い温度を検出した場合に出力スイッチング素子をオフ制御することを特徴とする請求項2または3記載の光結合装置。
- 温度検出手段が高温を検出した後、所定温度より低い温度を検出した場合に出力スイッチング素子をオン制御することを特徴とする請求項4記載の光結合装置。
- 異常検出手段は、外部で検出した異常検出信号を受信する信号入力手段を含み、該信号入力手段から異常検出信号が入力されたときに出力スイッチング素子をオフ制御することを特徴とする請求項2ないし5のいずれかに記載の光結合装置。
- ドライバー回路は、異常が解消されても異常検出手段の出力状態を保持する保持手段を備え、この保持状態に基づいて出力スイッチング素子のオフ制御を継続することを特徴とする請求項2ないし6のいずれかに記載の光結合装置。
- ドライバー回路は、外部からの入力信号により保持状態を解除する解除手段を備えることを特徴とする請求項7記載の光結合装置。
- 異常検出手段により異常を検出したときに外部に報知するための報知出力手段を備えることを特徴とする請求項2ないし8のいずれかに記載の光結合装置。
- 出力スイッチング素子は、バイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタのパワートランジスタからなることを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の光結合装置。
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