JP3615036B2 - スイッチ駆動回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は各種の制御装置等に利用されるスイッチ駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より一方の半導体集積回路素子から他方のICに信号を伝送する場合、信号を受ける側のICにスイッチ素子を設け、このスイッチ素子をオン、オフ制御して信号の受信を行っている。
図5にその一例を示す。一方のIC11から他方のIC21に信号を伝送する場合、他方のIC21にはその入力端子22にスイッチ素子23が接続され、このスイッチ素子23を一方のIC11の信号源13から出力端子12を介して送り出した信号によりオン、オフ制御して信号を伝送している。スイッチ素子23としては一般にIC化が容易なフォトカプラ型式のスイッチ素子が用いられる。つまり、フォトダイオード23Aと、このフォトダイオード23Aが発光した光を受光して受光電流を発生するフォトFET23Bとによって構成される。
【0003】
IC11は一般的な構成としてCMOS構造で集積化されているから、IC11の能動素子は電界効果トランジスタで構成され、更に電界効果トランジスタは電圧増幅素子として接続構成されるため、信号を送り出す側のIC11の出力端子12から多くの電流を取り出すことはできない。このため一般には、一方のIC11と他方のIC21の間にオープンコレクタ型式の電流増幅器Aと、電流制限抵抗器Rとの直列回路を接続し、一方のIC11が出力する電圧出力を電流増幅器Aで増幅し、フォトダイオード23Aを電流駆動している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図5に示したように、従来は電圧出力型のIC11から他方のIC21に設けた電流駆動型のスイッチ素子23を駆動する場合に、一方のIC11と他方のIC21の間に電流増幅器Aを設け、この電流増幅器Aによって他方のIC21に設けた電流駆動型のスイッチ素子23を駆動する構成を採るから、一方のIC11と他方のIC21の間に外付けの部品を配置しなければならない。従って部品の実装に手間が掛かる点と、実装面積が大きくなる欠点がある。
【0005】
特に一方のIC11と他方のIC21の間を多数の信号線路によって接続する場合は、一方のIC11と他方のIC21の間に配置する外付けの部品の数が多くなり、その実装面積が益々大きくなる欠点がある。
更に、他方のIC21に設けた電流駆動型のスイッチ素子23を高速でオンの状態に制御するためには、図6に示すように電流制限抵抗器Rに対して並列にスピードアップコンデンサCを接続し、電流増幅器Aを構成するオープンコレクタ型式で接続されたトランジスタがオンになった時点でコンデンサCに充電電流を流し、この充電電流をフォトダイオード23Aに流すことにより、電流の流れ始めからフォトダイオード23Aが発光に至るまでの時間を短縮させ、信号の高速伝送を実現しようとした場合には、ICの外部に外付けされる部品の数が益々多くなり、上述した欠点が更に増長される。
【0006】
この発明の第1の目的は、一方のICから他方のICに設けられた電流駆動型のスイッチ素子をオン、オフ制御して信号を伝送するスイッチ駆動回路においてICの外部に外付けの部品を接続しなくて済む構造のスイッチ駆動回路を提供しようとするものである。
この発明の第2の目的はスピードアップコンデンサのような外付け部品を用いることなく、電流駆動型のスイッチ素子の動作速度を高速化することができるスイッチ駆動回路を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項1では、信号の送り出し側のICの出力端子に複数の電界効果トランジスタを並列接続し、この複数の電界効果トランジスタによって受信側のICに設けた電流駆動型のスイッチ素子をオン、オフ制御する構造としたスイッチ駆動回路を提案するものである。
【0008】
この請求項1で提案したスイッチ駆動回路の回路構造によれば、信号を送り出すICに並列接続した複数の電界効果トランジスタを設けたから、この複数の電界効果トランジスタをオン、オフ制御することにより、充分な駆動電流を他方のICに設けたスイッチ素子に与えることができる。よって、この電流によって他方のICに設けた電流駆動型のスイッチ素子を高速でオンの状態に駆動させることができる。
【0009】
この結果、一方のICと他方のICの間は外付部品を配置することなく、単に配線導体によって直接接続することができ、IC間の接続を簡素化することができる利点が得られる。
更に、信号を送り出す側のICに設けた並列接続された複数の電界効果トランジスタを選択的にオン、オフ制御し、電流駆動型のスイッチ素子をオンに制御する場合は、同時に全ての電界効果トランジスタをオンに制御し、電流駆動型のスイッチ素子に一度に多量の電流を流し、発光の立上りを速めると共に、発光が開始された時点以後は徐々にオンの状態にある電界効果トランジスタの数を減らして駆動電流を減少させる制御を行う制御回路を具備したスイッチ素子駆動回路を提案するものである
この請求項1で提案したスイッチ駆動回路によれば、他方のICに設けた電流駆動型のスイッチ素子にはオンに制御すべき初期の状態で多量の駆動電流が供給されるから、発光に至るまでの時間が短縮され、高速動作が可能となる。この結果、信号の立上りの速度を高めることができ、高速伝送が可能となる利点が得られる。
【0010】
更に、このスイッチ駆動回路によれば、電流駆動型のスイッチ素子がオンの状態に制御された後は、信号の送り出し側のICに設けた電界効果トランジスタを徐々に1個ずつオフの状態に戻し、オンの状態にある電界効果トランジスタの数を減少させる制御を行う制御回路を設けたから電流駆動型のスイッチ素子に電力消費量を少なくでき、発熱を抑えることができる利点が得られる。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1にスイッチ駆動回路の一実施例を示す。図中11は信号源13を具備し、この信号源13から制御信号を送り出す側のIC,21はIC11から出力された制御信号により、オン、オフ制御される電流駆動型のスイッチ素子23を内蔵したICを示す。
【0012】
制御信号を送り出すIC11の内部に出力端子12に対してドレインを共通接続した電界効果トランジスタQ1 ,Q2 ,Q3 を複数設け、これら複数の電界効果トランジスタQ1 ,Q2 ,Q3 を制御信号の信号源13から出力される制御信号によってオンの状態に制御することにより、各電界効果トランジスタQ1 ,Q2 ,Q3 を流れる電流I1 ,I2 ,I3 の和の電流I1 +I2 +I3 を他方のIC21に設けた電流駆動型のスイッチ素子23に与え、このスイッチ素子23をオン、オフ制御するように構成したスイッチ駆動回路を提案するものである。
【0013】
一般に電界効果トランジスタはオンの状態に制御されてもオン抵抗が大きく、一般には抵抗器としても用いられる。従って、1本の電界効果トランジスタでは電流駆動型のスイッチ素子23をオンの状態に反転制御することは起動電流に不足を来す。このため、この発明では複数の電界効果トランジスタを並列接続し、そのドレインの共通接続点を出力端子12に接続し、複数の電界効果トランジスタQ1 ,Q2 ,Q3 を流れる電流I1 ,I2 ,I3 の和の電流I1 +I2 +I3 を電流駆動型のスイッチ素子23に与え、充分な量の起動電流を電流駆動型のスイッチ素子23に与えるように構成したものである。
【0014】
このように1本の電界効果トランジスタによって出力できる電流値が電流駆動型のスイッチ素子23を起動する起動電流値より小さくても、複数の電界効果トランジスタを並列接続することにより、各電界効果トランジスタQ1 ,Q2 ,Q3 を流れる電流I1 ,I2 ,I3 の和により充分な電流値を得ることができ、スイッチ素子23をオンの状態に反転させることができる。然も電界効果トランジスタの数を適宜に選択することにより、スイッチ素子23がオンになる時間を短くすることができる。
【0015】
図1に示す実施例では、電界効果トランジスタを3本並列接続した場合を示すが、電界効果トランジスタの数はスイッチ素子23の起動電流と、各電界効果トランジスタを流れる電流I1 ,I2 ,I3 の値によって決められるものであるから、必ずしも3本の電界効果トランジスタに限定されるものでないことは容易に理解できよう。
【0016】
上述したように複数の電界効果トランジスタにより他のIC21に格納された電流駆動型のスイッチ素子23を駆動する構成にすることにより、電界効果トランジスタQ1 ,Q2 ,Q3 はよく知られているようにIC化が容易であるから、一方のIC11の内部に形成することができる。よって、一方のIC11の出力端子12と他方のIC21の入力端子22との間は単に導線30によって接続すればよく、プリント配線基板上であれば配線パターンによってIC11とIC21の間を直接接続することができる。
【0017】
この結果、IC21に多数のスイッチ素子23が存在し、この多数のスイッチ素子23を一方のIC11からオン、オフ制御する場合でも、IC11とIC21の間は単に配線パターンによって接続するだけであるから、場所を占めることもなく、実装密度を高めることができる。また、IC11内に並列接続された多数の電界効果トランジスタを形成したとしても、集積回路の内部であるため、IC11の形状が極端に大きくなることはない。
【0018】
図2はこの発明の請求項1で提案するスイッチ駆動回路の実施例を示す。この実施例ではスイッチ素子23をオンの状態に制御する場合において、当初は全ての電界効果トランジスタQ1 ,Q2 ,Q3 を全てオンの状態に制御するが、スイッチ素子23がオンの状態に反転した後は、駆動側のIC11に設けた電界効果トランジスタを順次1個ずつオフの状態に戻し、スイッチ素子23に与える駆動電流の値を抑えてスイッチ素子23を内蔵したIC21の温度が上昇することを阻止する構成とした場合を示す。
【0019】
このために、各電界効果トランジスタQ1 ,Q2 ,Q3 と信号源13との間にタイミング制御回路14を設け、このタイミング制御回路14により各電界効果トランジスタQ1 ,Q2 ,Q3 をオンに制御するタイミングと、オフに制御するタイミングを設定できる構成とした場合を示す。
タイミング制御回路14の構成としては電界効果トランジスタQ1 に対しては信号源13の信号を直接供給する構成とすると共に、他の電界効果トランジスタQ2 とQ3 に対しては、例えばカウンタCN2 ,CN3 と、アンドゲートG2 ,G3 を設け、カウンタCN2 とCN3 の出力によってアンドゲートG2 とG3 を開閉制御し、カウンタCN2 ,CN3 がフルカウントの状態に達するまでの時間を短と長に設定することにより、電界効果トランジスタQ2 がオンの状態にある時間を最も短く設定し、電界効果トランジスタQ3 を電界効果トランジスタQ2 のオンの時間より長く設定し、電界効果トランジスタQ1 のオンの状態にある時間を信号源13から出力される信号のH論理にある状態の時間で規定することにより、出力端子12に流れる電流を図3Dに示すように階段状に変化させることができる。
【0020】
カウンタCN2 とCN3 は信号源13から出力されるH論理の信号P1 の立上りのタイミングによって起動され、その出力にH論理を出力する。このH論理の信号によってアンドゲートG2 とG3 が開の状態に制御される。アンドゲートG2 ,G3 の他方の入力端子には信号源13から信号P1 が入力される。従って、信号源13から信号P1 が出力された時点では、全ての電界効果トランジスタQ1 ,Q2 ,Q3 がオンの状態に制御される。これと共にカウンタCN2 とCN3 はクロックCLKの計数を開始する。カウンタCN2 がフルカンウトに達する計数値N2 と、カウンタCN3 がフルカンウトに達する計数値N3 の関係をN2 <N3 に設定することにより、カウンタCN2 はカウンタCN3 がフルカンウトの状態に達する前の状態でフルカンウトの状態に達し、その出力をL論理に立下げ電界効果トランジスタQ2 をオフの状態に制御する。更に、カウンタCN3 はクロックCLKをN3 個計数すると、その出力をL論理に立下げ、電界効果トランジスタQ3 をオフの状態に制御する。
【0021】
このように、タイミング制御回路14を設けたことにより、IC21に設けたスイッチ素子23をオンにするための初期の段階では電界効果トランジスタQ1 ,Q2 ,Q3 の全てがオンの状態に制御されるから、スイッチ素子23には各電界効果トランジスタQ1 ,Q2 ,Q3 を流れる電流I1 ,I2 ,I3 の和の電流I1 +I2 +I3 が流れ、オンの状態に短時間に反転させることができる。これと共に、電界効果トランジスタQ2 とQ3 が一定時間後に順次オフの状態に制御されるから、最終的には電界効果トランジスタQ1 だけがオンの状態を維持し、スイッチ素子23に電流I1 を流し続ける。
【0022】
フォトダイオード23Aを用いた電流駆動型のスイッチ素子23によれば、一旦オンの状態に反転すればフォトダイオード23Aは小さい電流で発光状態を維持し、オンの状態を維持することができる。この結果、小さい電力でオンの状態を維持できるからIC21の温度上昇を抑えることができる利点が得られる。
また、この実施例でもタイミング制御回路14はカウンタCN2 とCN3 及びアンドゲートG2 とG3 によって構成できるから、IC化が容易な回路で構成される。従って、IC11にIC化して格納することができる。
【0023】
従って、図1に示した実施例と同様にIC11とIC21の間に外付ける部品を実装しなくて済むことと、占有スペースを採らなくて済むため、実装密度を高めることができる利点も得られる。
図4は図2に示した実施例の他の実施例を示す。図4に示す実施例では電界効果トランジスタQ1 ,Q2 ,Q3 を直列と並列回路の組合せによって構成し、タイミング制御回路14によってオン、オフ制御される場合の出力電流の変化量を任意の特性で変化させることができるように構成した場合を示す。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によればICの相互間に外付けの部品を実装しなくても、一方のIC11から他方のIC21に設けた電流駆動型のスイッチ素子23をオン、オフ駆動させることができる。従って、IC相互の接続を簡素化することができ、実装密度を高めることができる利点が得られる。
【0025】
また、複数の電界効果トランジスタによってスイッチ素子23に与える電流を制御する構成を採るから、スイッチ素子23に与える電流を初期は大きく、時間の経過に従って順次減少させる制御を行う構成とすることができる。この構成を採ることによりスイッチ素子23をオンの状態に反転させる初期の状態で大電流を印加し、オンの状態に反転した後は電流値を低下させるから、スイッチ素子23の反転動作を高速化することができる。更に電流を減少させる動作によりスイッチ素子23に与える電流を少なくできるから、発熱量を小さくできる利点も得られ、その効果は実用に供して頗る大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】スイッチ駆動回路の実施例を示すブロック図。
【図2】この発明の請求項1で提案するスイッチ駆動回路の実施例を示すブロック図。
【図3】図2の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図4】図2に示した実施例の変形実施例を示すブロック図。
【図5】従来の技術を説明するためのブロック図。
【図6】従来の技術の他の例を示すブロック図。
【符号の説明】
11 一方のIC
12 出力端子
13 信号源
14 タイミング制御回路
Q1 ,Q2 ,Q3 電界効果トランジスタ
21 他方のIC
22 入力端子
23 電流駆動型のスイッチ素子
Claims (1)
- 一方の半導体集積回路素子から他方の半導体集積回路素子に形成されたフォトカプラ型のスイッチ素子をオン、オフ制御するスイッチ駆動回路において、
一方の半導体集積回路素子の内部に形成され、
それらの半導体集積回路素子内の信号源13に並列接続した複数の電界効果トランジスタと、この複数の電界効果トランジスタを上記スイッチ駆動回路をオンの状態に反転させる初期の状態で全てをオンに制御し、その後徐々にオンの状態にある上記電界効果トランジスタの数を減少させ、最終的には1個の電界効果トランジスタだけオンの状態を維持させる制御を行う、複数のアンドゲート回路及びこれらのアンドゲート回路を開閉制御する複数のカウンタよりなるタイミング制御回路とを設け、上記フォトカプラ駆動型のスイッチ素子に流れる電流波形を制御し、一方と他方の半導体集積回路素子との間を導線によって直結する構造としたことを特徴とするスイッチ駆動回路。
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