JPH02266614A - 固体リレー回路の負荷過渡電圧保護回路 - Google Patents

固体リレー回路の負荷過渡電圧保護回路

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JPH02266614A
JPH02266614A JP2044698A JP4469890A JPH02266614A JP H02266614 A JPH02266614 A JP H02266614A JP 2044698 A JP2044698 A JP 2044698A JP 4469890 A JP4469890 A JP 4469890A JP H02266614 A JPH02266614 A JP H02266614A
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mosfet
gate
circuit
power semiconductor
terminals
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JP2044698A
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Ciro Guajardo
シロ　グアジャード
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    • H03K17/785—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled controlling field-effect transistor switches

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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） 本発明は固体リレー回路に関し、更に詳細には固体リレ
ーを負荷回路の急激な電圧変化から保護する回路を有し
た固体リレー回路に関する。
（従来の技術） 電力用半導体を出力回路のスイッチング　デバイスとし
て用いる固体リレー回路は非常に多くの種類のものが開
発されている。このような回路のしな欠点は、負荷回路
の過Ｗ１！圧に対する感応性である。ある種の回路では
過渡電圧はルＳ（マイクロ秒）あたり１００〜２００Ｖ
　（ボルト）にもなる、このようなスパイク電圧は端子
間キャパシタンスによってスイッチング　デバイスのゲ
ートに伝達され１本来ターン・オンずべきてないときに
スイッチング　デバイスを瞬時にターン・オンしてしま
う。
（発明の目的） 本発明の目的は、改良された固体リレー回路を提供する
ことにある。
本発明の他の目的は、負荷回路の過渡電圧に対する出力
スイッチング　デバイスの応答を減少させる回路を有し
た固体リレー回路を提供することにある。
（発明のｌ！要） −Ｌ述の本発明の目的は、回路出力端子に接続されたド
レインとソース端子を有する金属酸化物電力半導体電界
効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を使用する固体リレ
ー回路によって達成される。
出力端子は負荷と電源との間に直列接続されている。更
に、負荷の過渡電圧を検地するスイッチング回路も設け
られており、過渡電圧が十分に大きい場合にはＭＯＳＦ
ＥＴがその電圧変化に応じてターン・オンする前にＭＯ
ＳＦＥＴのゲート端子を短絡させる。
また、特定構造を有する二つの回路が開示されている。
一方の回路はトランジスタ回路構成を用いて負荷回路の
過渡電圧からの保護を行ない、他方の回路はＭＯＳＦＥ
Ｔ回路構成を用いて保護を行なっている。
（実施例） 本発明のその他の目的、特徴及び利点は、以下の説明及
び添付図面を参照することによって当業者にとっては明
らかとなろう、尚１図面では同一素子に対しては同一参
照番号を付している。
第１図は本発明によって構成された制御回路ｌＯを示し
ている。この回路は一対の入力端Ｉ１２と１４及び一対
の出力端子１６と１８を有している。
端子１２と１４との間には、ｆｆ１ｌと第２の発光ダイ
オード（ＬＥＤ）２０と２２、及び抵抗２４のような電
流制限素子によって構成される直列回路がｔａ統されて
いる。
本実施例においては、まずＬＥＤ２０と２２か駆動され
て赤外線信号を出力する。ＬＥＤ２０ど２２は、正と負
の出力端子３０と３２とを人々有する発光ダイオードア
レイ２６に隣接しこれに光学的に結合されている。アレ
イ２６は直列接続された複数の発光ダイオード２８を有
し光起電性電圧源（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｖｏｌ
ｔａｇｅ　５ｏｕｒｃｅ）を形成している０発光ダイオ
ードはその表面に入り込む光に応して′電圧とＷ、ｆｌ
Ｌ（小面積シリコン　ダイ才−ドの場合には約ｌＯμＡ
（マイクロアンペア）で約Ｏ，ＳＶ）を発生することが
当業者に知られている０個々の発光ダイオードから得ら
れる電流縁はその表面に入り込む光り、に比例している
。
複数の発光ダイオード２８を接続することによって、各
発光ダイオードで発生する電圧は相互に加えられてアレ
イ２６の出力端子３０と３２に所望の電圧を発生させる
０本実施例では、１６個の発光ダイオード２８を直列接
続することによってＬＥＤ２０と２２からの光に応答し
て約１０ｐＡの電流レベルで約８ｖの出力電圧を発生さ
せる。この電圧は回路の出力スイッチング　デバイスを
作動させるのに十分である。アレイ２６を光照射するの
に使用するＬＥＤの数は設計時の選択に委ねられている
。アレイ２６は、当業者に周知の誘電体アイソレーショ
ン（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｉｓｏｌａｔｉｏｎ）等の製
造技術を用いて集植回路デバイスとして製造するのが一
般的である。
アレイ２６の正の端子３０は、ダイオード６２を介して
Ｎチャネルのエンハンスメント　七−トＭＯＳ　Ｆ　Ｅ
Ｔ（ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅ　ＭＯＳＦＥＴ
）　３８（７）ゲート端子３４に接続されている。アレ
イ２６の負端子３２はＭＯＳＦＥＴ３８のソース端子に
接続され、ＭＯＳＦＥＴ３８のドレインとソース端子は
夫々回路の出力端子１６と１８とに接続されている。
電力用ＭＯｓＦＥＴは、数１００Ｖまテノ＊源から数ア
ンペアの電流をその出力端子（ドレインとソース端子）
間でスイッチングできる能力かあるという特徴を有する
。これらのデバイスは、オン（導通状態）で低出力抵抗
（通常は１／ｌｏ。
Ω（オーム）から１０Ω）を呈し、オフ（非導通状態）
で高出力抵抗（通常はＩＭΩ（メガオーム）から１００
ＭΩ）を呈する０本発明において使用する通常のＭＯＳ
ＦＥＴデバイスは、アメリカ合衆国カリフォルニア用エ
ル　セグンド（ＥＩＳｅｇｕｎｄｏ）を本撚とするイン
ターナショナル　レフティファイア（Ｉｎｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌ　Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）社の型番ＩＲＦ５２
０、又はＲＣＡ社のＲＳＰ　　１２Ｎ１０である。
ＭＯＳＦＥＴ３８は、ゲート端子３４とソース端子３６
との間に第１のレベルの電圧（通常は６〜８Ｖ）を印加
することによって完全導通状態にバイアスされる。第ル
ベルの電圧はＭＯＳＦＥＴ３Ｂのターン・オン電圧と称
される。ゲートとソース間の電圧が第２のレベルの電圧
（通常は１〜３Ｖ）未満のときＭＯＳＦＥＴは非導通状
態にバイアスされる。この第２のレベルの電圧はＭＯＳ
ＦＥＴ３Ｂのターン・オフ電圧と称される。
以上に説明した回路ｌＯは以下のように動作する０例え
ば、第１図示のスイッチ４４を用いて端子１２と１４間
に電圧源４２を接続することによって、入力端子１２と
１４に入力信号が印加される。この人力信号に応じてＬ
ＥＤ２０と２２は光を発生する。この光は光学的にダイ
オード　アレイ２６に結合され、アレイはＭＯＳＦＥＴ
３Ｂのゲートとソース端子間に電圧を発生させる。
ＭＯＳＦＥＴ３Ｂは、入力端子１６と１８との間に低イ
ンピーダンス電流路をケえる完全導通状態にバイアスさ
れる。ＭＯＳＦＥＴ３８が導通しているときは、電力が
電力源４８から負荷（１ｏａｄ）４６に供給される。負
荷４６と電力源４８とは第１図に示すように端子１６と
１８間に直列接続されている。スイッチ４４が開くとＬ
ＥＤ２０と２２はもはや光を発生しない。その結果、ア
レイ２６によって発生させられた電圧は零に下がりＭＯ
ＳＦＥＴ３Ｂはターン・オフする。
アレイ２６の端子３０とＭＯＳＦＥＴ３８のゲート端子
３４との間には、電流がゲート端子３４の方向に流れる
ことのできるような極性でダイオード６２が接続されて
いる。ＰＮＰバイポーラ　トランジスタ６４のエミッタ
端子はゲート端子３４にｔａ統され、コレクタ端子はＭ
ＯＳＦＥＴ３８のソース端子３６に接続され、そしてベ
ース端子はアレイ２６の端子３０に接続されている。
抵抗６６はアレイ２６の端子３０と３２間に接続されて
いる。ＰＮＰトランジスタ６４はＭＯＳＦＥＴ３Ｂの動
作中は通常非導通状態である。しかし、アレイ、２６が
電圧の発生を止めるとエミツタとコレクタ間が導通状態
にバイアスされる。
従って、トランジスタ６４はＭＯＳＦＥＴ３Ｂのゲート
とソースに関連する固有のキャパシタンス（ｃａｐａｃ
ｉｔａｎｃｅ）に対する放電路を与えることによってＭ
ＯＳＦＥＴ３Ｂのターン・オフ時間を早めるように動作
する。ダイオード６２はアレイ２６からのバイアス電圧
をＭＯＳＦＥＴ３Ｂのゲート３４に結合する。従って、
ＭＯＳＦＥＴ３８はスイッチ４４が閉じられるのに応じ
て導通状態にスイッチングされる。スイッチ４４が開く
とＭＯＳＦＥＴ３Ｂは、トランジスタ６４の導通も一部
の原因で、極めて短時間で非導通状態にスイッチングさ
れる。
出力回路の急激な過渡電圧によって出力ＭＯＳＦＥＴ３
Ｂがターン・オンするのを免れるための最良の方法は、
ＭＯＳＦＥＴ３Ｂのゲート３４を短絡することである。
このため、第１図の回路１０はＭＯＳＦＥＴ３Ｂのゲー
トとソース端子間に直列接続されたコンデンサ５０と抵
抗５２とを有している。本実施例ではコンデンサ５０の
値は約４７０ＰＦ　（ピコファラド）てあり抵抗５２の
値は５にΩ〜ＩＯＫである。コンデンサ５０と抵抗５２
間にはＮＰＮトランジスタ５４のベース端子が接続され
ている。トランジスタ５４　（２Ｎ２２２２タイプでも
よい）のエミッタは端子１８に接続され、コレクタはＭ
ＯＳＦＥＴ３Ｂのゲートに接続されている。
ＭＯＳＦＥＴ３Ｂをターン・オフするのに１・分な過渡
電圧が出力回路の端子１６と１８との間に現われると、
この過′１１１電圧はＭＯＳＦＥＴ３Ｂのドレイン−ゲ
ート間キャパシタンスによってコンデンサ５０に結合さ
れる。この過渡電圧はＭＯＳＦＥＴ３Ｂのターン・オン
時間よりも短いターン・オン時間を持つように選ばれた
トランジスタ５４をターン・オンするのに１−分である
。従って、トランジスタ５４はＭＯＳＦＥＴ３８のゲー
トソース端子間を短絡し、その結果導通が起こちない。
第２図示の構成では、第２のＭＯＳＦＥＴ７０がＭＯＳ
ＦＥＴ３Ｂのゲート３４と端子３２との間に配置されて
いる。ＭＯＳＦＥＴ７０のゲート端子は負荷端子１６と
１８との間に直接接続された抵抗７２とコンデンサ７４
との間に接続されている。抵抗７２とコンデンサ７４の
ＲＣ（抵抗−キャパシタンス）峙定数は約０．３μｓに
設定されている。通常の負荷状態ではＭＯＳＦＥＴ７０
は導通しないので回路に影響を与えない、しかし、す、
い過渡電圧が出力回路に生じるとコンデンサ７４はＭＯ
ＳＦＥＴ７０のゲートをターン・オンしＭＯＳＦＥＴ３
Ｂがターン・オンするのを防ぐのに十分な時間だけＭＯ
ＳＦＥＴ３Ｂのゲートとソースを短絡する。
”／ｘナナ−ダイオード（Ｚｅｎｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）　
７６か第２図示のＭＯＳＦＥＴ７０のソースとゲート端
子間に接続され、ＭＯＳＦＥＴ７０を破壊するような抵
抗７２の電圧を制限している。
（発明の効果） ここに開示した発明によって、スイッチンクデバイスと
して電力トランジスタを使用した固体リレー回路の負荷
回路に生しる過渡電圧に対する感応性がなくなる。ここ
で開示した回路は、スパイク電圧がスープ・ンチンタ　
デバイスの端子間キャパシタンスによって伝達されてス
イッチング　デバイスか瞬時にターン・オンし周辺回路
の破壊につながるおそれのあるようなところ、即ち、大
きな過＃電圧が存在するようなところに使用することか
てきる。
以−Ｌ、本発明の一つの好ましい実施例について説明し
たが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく当業者
にと７て種々の変更と改変が可能である。
【図面の簡単な説明】
第１１Ａは、負荷に過渡電圧か発生したときに出力のス
イッチングＭＯ３ＦＥＴのゲートとソース端子間を短絡
するためにタイミング回路てパ・イアスされたトランジ
スタか使用された未発１１のｉｆの実施例の機略図であ
り、 第２ＬＪは、負荷に′ｊｊＩ渡電圧か発生したときに出
力のスイッチングＭＯＳＦＥＴのゲートとソース端子間
を１フ鯖するためにタイミング回路でパイアスされたＭ
ＯＳＦＥＴか使用された未発＋１１の第２の実施例の概
略図である。 く図中符号の説明〉 １０　・・・　制御回路 １２　・・・　入力端子 １４　・・・　入力端子 １６　・・・　出力端子 １８　・・・　出力端子 ２０　・・・　第１の発光ダイオード ２２　・・・　第２の発光ダイオード ２６　・・・　発光ダイオード　アレイ２８　・・・　
発光ダイオード ３０　・・・　出力端子 ３２　・・・　出力端子

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ゲート、ソース及びドレイン端子を有し、ソースと
    ドレイン端子が負荷回路に接続されるようになされた、
    スイッチングデバイス用の電力用半導体と、 前記ゲートとソース端子間に通常は非導通路を与えるス
    イッチ手段と、 出力回路に前記電力用半導体を導通するのに十分な値を
    有したスパイク電圧が発生すると、前記電力用半導体が
    導通させられる前に前記スイッチ手段を導通状態にスイ
    ッチングする手段とからなる固体リレー回路。 ２、前記スイッチ手段はトランジスタを有することを特
    徴とする請求項１記載の固体リレー回路。 ３、前記トランジスタのエミッタとコレクタ端子は前記
    電力用半導体のゲートとソース端子間に接続され、ベー
    ス端子は前記電力用半導体の内部キャパシタンスによっ
    て伝達されるスパイク電圧を受けるように接続されるこ
    とを特徴とする請求項２記載の固体リレー回路。 ４、前記スイッチ手段を導通状態にスイッチングする手
    段は、前記電力用半導体のゲートとソース端子間に接続
    され、そして前記トランジスタのベース端子に接続され
    たコンデンサを有することを特徴とする請求項３記載の
    固体リレー回路。 ５、前記スイッチ手段を導通状態にスイッチングする手
    段は、更に前記電力用半導体のゲートとソース端子間で
    前記コンデンサと直列に接続される抵抗を有することを
    特徴とする請求項４記載の固体リレー回路。 ６、前記スイッチ手段は金属酸化物半導体電界効果トラ
    ンジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を有することを特徴とする請
    求項１記載の固体リレー回路。 ７、前記ＭＯＳＦＥＴのドレインとソース端子は前記電
    力用半導体のゲートとソース端子間に接続され、ゲート
    端子は負荷回路から伝達されるスパイク電圧を受けるよ
    うに接続されていることを特徴とする請求項６記載の固
    体リレー回路。 ８、前記スイッチ手段を導通状態にスイッチングする手
    段は、前記電力用半導体のドレインとソース端子間に接
    続され、そして前記ＭＯＳＦＥＴのゲート端子に接続さ
    れるコンデンサを有することを特徴とする請求項７記載
    の固体リレー回路。 ９、前記スイッチ手段を導通状態にスイッチングする手
    段は、更に前記電力用半導体のドレインとソース端子間
    で前記コンデンサと直列に接続される抵抗を有すること
    を特徴とする請求項８記載の固体リレー回路。
JP2044698A 1989-02-27 1990-02-27 固体リレー回路の負荷過渡電圧保護回路 Pending JPH02266614A (ja)

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FR (1) FR2645689A1 (ja)
GB (1) GB2229335A (ja)
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