JPH01208015A - 光結合形電界効果トランジスタスイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光結合形電界効果１〜ランジスタ、特にその放
電回路における高速制御に関するものである。

（従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、第２図〜第４図
に示すようなものがおった。以下、その（１４成を図を
用いて説明する。

第２図は従来の光結合形電界効果トランジスタスイッヂ
（以下、光結合形ＦＥＴスイッチという）の基本構成を
示す回路図、第３図は従来の一般的な光結合形ＦＥＴス
イッチの構成例を示す回路図、及び第４図は第３図の光
結合形ＦＥＴスイッチにおける光起電力素子群と放電回
路の平面図でおる。

第２図において、この光結合形ＦＥＴスイッチは、光起
電力素子としてのホトダイオードが複数個直列に並べら
れて成る光起電力素子群１を有している。光起電力素子
群１の両端は、それぞれ２個のＭＯ８形電界効果トラン
ジスタ（以下、ＭＯＳＦＥＴという）２のゲートとソー
スに接続されており、そのゲート・ソース間には放電回
路としての抵抗３か接続されている。

このように構成された光結合形ＦＥＴスイッチの光起電
力素子群１に対向する位置には、発光ダイオード４が配
置されている。いま、この発光ダイオード４の入力端子
に電流を流し、これを点灯させると、この光照射により
光起電力素子１に光電流が発生する。発生した光電流は
抵抗３を流れ、その電圧降下により両端に電位が発生す
る。抵抗３の両端における電位か所定電位に達すれば、
ＭＯＳＦＥＴ２はオン状態となる。

一方、発光ダイオード４の入力端子に電流が供給されず
、発光ダイオード４が消灯づると、光起電力素子群１か
ら光電流は発生しなくなり、ＭＯＳＦＥＴ２のゲート・
ソース間に蓄積された電荷は、抵抗３を介して放電され
てＭＯＳＦＥＴ２はオフ状態となる。

以上の光結合形ＦＥＴスイッチは、最も基本的な構成を
有するものであるが、光起電ツノ素子群１に発生づる光
電流は高々士数μＡ稈度で必り、抵抗３を数百にΩ〜数
ＭΩにしなければ所定電位に達しない。そのため、抵抗
３を放電回路としたときの放電時間はかなり長いものと
なり、実際に使用する上で問題がある。

これに対し、実用に供し得るような放電回路か施された
構成例を第３図に示づ。

この光結合形ＦＥエスイッチは、第２図の抵抗３から成
る放電回路に代えて、デプレション形ＦＥＴ５、光起電
力素子群６及び抵抗７によって放電回路を構成したもの
である。デプレション形ＦＥＴ５のドレイン・ソースは
ＭＯＳＦＥＴ２のゲート・ソース間に接続され、デプレ
ション形Ｆ　Ｅ　Ｔ　５のゲートとＭＯＳＦＥＴ２のソ
ースの間には、光起電力素子群６と抵抗７が並列に接続
されている。光起電ツク索子６は複数のホトダイオード
８か直列に接続されて成るもので必る。

このように構成された光結合形ＦＥＴスイッチにおいて
、発光ダイオード４を点灯させ光起電力素子群１に照射
する際に、放電回路の光起電ツノ素子群６にも同時に照
射させる。光起電力素子群６に生じた光電流は、抵抗７
を流れて電位を発生させ、デプレション形ＦＦＴ５をオ
フ状態とさせる。

デプレション形ＦＥＴ５がオフ状態になると光起電力素
子群１の両端、即ちＭＯＳＦＥＴ２のゲート・ソース間
のインピーダンスが非常に高くなるため、発生した光電
流は殆ど損失なく電位を高めるように作用する。したが
って、第２図の抵抗３だけで放電回路を構成した場合に
比べ、ターンオン時間が短縮される。

一方、発光ダイオード４が消灯すると、光起電力素子！
！￥１．６に光電流か発生しなくなる。これに伴い、デ
プレション形ＦＥＴ５は、そのゲート・ソース間に蓄積
された電荷を抵抗７を通して放電し、オン状態となって
ＭＯＳＦＥＴ２のゲート・ソース間に蓄積された電荷の
放電経路となる。

この際のインピーダンスは非常に小さいものとなるため
、放電は急速に行なわれ、ターンオン時間は大幅に短縮
される。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、第３図の光結合形ＦＥＩ−スイッチにお
いては、放電回路用の光起電力群６を設けるために、小
型化及び低コスト化か難しいという課題かあった。その
課題について第４図を用いてば１明する。

第４図は第３図の光結合形ＦＥＴスイッヂにおける光起
電力ｉＹ１と放電回路の平面図である。光起電力索子Ｊ
’Ｊ’１と放電回路は１個のデツプ９に形成されている
。放電回路のうち、デプレション形ＦＥＴ５及び抵抗７
の占める面積は小さいが、光起電力素子群６の占有面積
はかなり大ぎい。光起電力素子１１Ｙ６は、例えば光起
電力素子群１と同様に１６個のホトダイオード８によっ
て構成されており、光起電力素子群１に次いで大きな面
積を有している。そのため、デツプ９の小型化が難しく
、光結合形Ｆ　Ｅ　Ｔスイッチの小型化を極めて困難な
ものとしていた。

また、チップ９而偵の増大に起因する製造コストの増加
を招いたり、光起電力素子群１，６を同時に照射するた
めに複数の発光ダイオード４を必要とする等、低コスト
化を困難とする要因となっていた。

本発明は、前記従来技術がもっていた問題点として、光
結合形Ｆ　Ｅ　Ｔスイッチの小型化が難しい点、及び低
コスト化を図ることが困テ（］な点について解決した光
結合形ＦＥＴスイッチを提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、前記課題を解決するために、受光状態におい
て端子間に所定電圧を生じる光起電力素子と、前記端子
間にゲート及びソースが接続され前記所定電圧が印加さ
れると出力が反転する電界効果トランジスタと、前記ゲ
ートとソースの間に設けられ前記電界効果トランジスタ
に蓄積された電荷を放電する放電回路とを備えた光結合
形電界効果トランジスタスイッチにおいて、前記放電回
路を、前記光起電力素子と共に受光する受光素子及び抵
抗が前記ゲートとソースの間に直列接続されてなる反転
回路と、コレクタとエミッタが前記ゲートとソースの間
に接続されベースが前記受光素子及び前記抵抗に接続さ
れたバイポーラトランジスタとで、構成したものである
。

（作　用） 本発明によれば、以上のにうに光結合形Ｆ　Ｅ　Ｔスイ
ッチを１１４成したので、受光素子及び抵抗から成る反
転回路とバイポーラ１〜ランジスタとは、相互に作用し
て電界効果トランジスタを高速制御すると共に、受光素
子を僅かな電流によって機能させるように動く。これら
の鋤ぎによって、光結合形［：ピー「スイッチに高速性
を与えると共に、受光素子の設置周数を最小限に止め、
放電回路の小型化及び低コスト化が可能となる。

したがって、前記課題を解決することができる。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を示す光結合形ＦＥＴスイッチ
の回路図、及び第５図は第１図の光結合形ＦＥＴスイッ
チにおける光起電力素子群と放電回路の平面図でおる。

第１図において、この光結合形Ｆ　Ｅ　Ｔスイッチは、
少数の光起電力素子、例えばホトダイオード１０が直列
に接続されて成る光起電力素子群１１を有している。光
起電力素子群１１の両端部の一方は２個のＭＯ３ＦＥＴ
１２のゲートに接続され、他方はソースに接続されてい
る。ＭＯ３ＦＥＴ１２のドレインは出力端子１３に接続
されている。

ＭＯ３ＦＥＴ１２のゲート・ソース間には、抵抗１４及
び受光素子として例えばホトダイオード１５か、直列に
接続されて成る反転回路が設けられている。また、前記
ゲート・ソースにそれぞれコレクタ・エミッタが接続さ
れたｎｐｎ形のバイポーラトランジスタ１６が８堪フら
れており、このバイポーラトランジスタ１６のベースは
抵抗１４及びホトダイオード１５の接点に接続されてい
る。

前記反転回路及びバイポーラトランジスタ１６によって
放電回路が構成されている。

このように構成された光結合形ＦＥＴスイッチの光起電
力素子群１１及びホトダイオード１５に対向する位置に
は、例えば発光ダイオード１７が配置されており、その
両端は入力端子１８に接続されている。

上記のように構成された光結合形ＦＥＴスイッヂにおい
て、入力端子１８に電流を流して発光ダイオード１７を
発光状態にすると、その光照射によって光起電力素子群
１１に光電流が発生する。

同時に反転回路のホトダイオード１５も光照射されて動
作する。このとき、ホトダイオード１５は前記光電流を
十分許容するものであり、抵抗１４を流れてきた光電流
はホトダイオード１５を流れると同時に、バイポーラト
ランジスタ１６のベース・エミッタ間電圧をほぼＯ■と
するので、バイポーラトランジスタ１６はオフ状態を維
持する。

それ故、光電流は反転回路のみを流れ、抵抗１４の電圧
降下によってＭＯ３ＦＥＴ１２のゲート電位を所定電位
に高め、ＭＯ３ＦＥＴ１２を反転させてオン状態と１６
゜ 一方、入力端子１８に電流が流れなくなり発光ダイオー
ド１７が消光状態になると、光起電力素子群１１に光電
流は発生しなくなるが、ＭＯ３ＦＥＴ１２のゲートに蓄
積された電荷によってゲート電圧はそのまま保持される
。同時にホトダイオード１５が遮断状態となることがら
、ゲートに蓄積されていた電荷は抵抗１４からバイポー
ラトランジスタ１６のベースに供給され、バイポーラト
ランジスタ１６がオン状態となる。これによって、ＭＯ
３ＦＥＴ１２のゲート・ソース間の抵抗が下がり、ゲー
トの電何が急速に放電されて、ＭＯ３ＦＥＴ１２はオフ
状態となる。

以上の光結合形ＦＥＴスイッヂにおいては、放電回路を
抵抗１４及びホトダイオード１５から成る反転回路とバ
イポーラトランジスタ１６とで構成し、しかもホトダイ
オード１５は光起電力素子群１１の１個のホトダイオー
ド１０が発生する光電流を許容する能力があれば十分で
あり、またバイポーラトランジスタ１６も光電流を許容
するだけの能力を有すればよい。それ故、第５図に示す
ように、光結合形ＦＥＴスイッチを形成するチップの構
成は、単純・縮小化される。

第５図において、１個のチップ１つ上には、光起電力素
子群１１及σ放電回路が形成されている。

光起電力素子群１１は例えば１５個のホトダイオード１
０を有しており、これらによってチップ１９の平面積の
大半が占有されている。一方、放電回路の抵抗１／！４
及びバイポーラトランジスタ１６は小さなものであり、
しかもホトダイオード１５は１個設ければよいので、そ
の占有面積は第４図の従来のものに比して極めて小さな
ものとなる。

このように、本実施例の光結合形ＦＥＴスイッチにおい
ては、デツプ１９上における放電回路の構成を単純化し
、従来に比べて放電回路の占有面積を箸しく減少さける
ことができる。したかつて、光結合形ＦＥＴスイッチの
小型化が容易に達成されると共に、低コスト化も図れる
という利点がおる。

なＪ３、本発明は図示の実施例に限定されず、種々の変
形が可能であり、例えば次のような変形例が挙げられる
。

（１）　第１図においては、光起電力素子群１１のアノ
ード側にＭＯ３ＦＥＴ１２のゲートを接続し、カソード
側にソースを接続するものとしたが、逆に接続してもよ
い。また、バイポーラ（・ランジスタ１６のコレクタ・
エミッタとＭＯ３ＦＥ’Ｔ１２のゲート・ソースのそれ
ぞれの接続を逆にすることもできる。

（２）　第１図のＭＯ３ＦＥＴ１２は２個設けるものと
したが、これに限定されない。例えば、１個としてもよ
い。また、ＭＯ３ＦＥＴ１２に代えて他の形式のＦＥＴ
、例えばジャンクション形ＦＥＴを用いることも可能で
ある。

（３）　第１図の発光ダイオード１７に代えて、例えば
レーザダイオード等を用いてもよい。要は光起電力素子
群１１及びホトダイオード１５を照射し得るものであれ
ば、如何なる発光手段をも用いることができる。また、
ホトダイオード１５に代えて仙の受光素子を用いてもよ
い。

（４）　第５図では光起電力素子群１１は１５個のホト
ダイオード１０から成るものとしたか、必要に応じて個
数を変えることができる。

（５）　第５図では１個のチップ１９上に光起電力素子
群１１と放電回路を形成するものとしたが、これに限定
されない。例えば１デツプ１９上にさらにＭＯ８ＦＥＴ
１２を加えて形成してもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、放電回路を
受光素子及び抵抗から成る反転回路とバイポーラトラン
ジスタとで構成したので、光結合形ＦＥＴスイッヂのタ
ーンオン及びターンオフ時間（！−短縮できると共に、
受光素子及びバイポーラトランジスタの能力を極力小さ
くすることができる。それ故、放電回路の構成を単純化
し、その平面積の縮小化を図ることができる。

したがって、高速性に優れ、しかも小型化及び低コスト
化が容易に達成できる光結合形ＦＥＴスイッヂを得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す光結合形ＦＥＴスイッヂ
の回路図、第２図は従来の光結合形ＦＥＴスイッチの基
本構成を示す回路図、第３図は従来の一般的な光結合形
ＦＥＴスイッヂの回路図、第４図は第３図の光結合形Ｆ
ＥＴスイッチにおける光起電力素子群と放電回路の平面
図、及び第５図は第１図の光結合形ＦＥＴスイッチにお
ける光起電力素子群と放電回路の平面図である。 １０、’　１５・・・・・・ホトダイオード、１１・・
・・・・光起電力素子群、１２・・・・・・ＭＯＳＦＥ
Ｔ、１４・・・・・・抵抗、１６・・・・・・バイポー
ラトランジスタ、１７・・・・・・発光グイオート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 受光状態において端子間に所定電圧を生じる光起電力素
   子と、前記端子間にゲート及びソースが接続され前記所
   定電圧が印加されると出力が反転する電界効果トランジ
   スタと、前記ゲートとソースの間に設けられ前記電界効
   果トランジスタに蓄積された電荷を放電する放電回路と
   を備えた光結合形電界効果トランジスタスイッチにおい
   て、前記放電回路は、 前記光起電力素子と共に受光する受光素子及び抵抗が前
   記ゲートとソースの間に直列接続されてなる反転回路と
   、 コレクタとエミッタが前記ゲートとソースの間に接続さ
   れ、ベースが前記受光素子及び前記抵抗に接続されたバ
   イポーラトランジスタとで、構成したことを特徴とする
   光結合形電界効果トランジスタスイッチ。