JPH0365816A - 光結合型リレー回路 - 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、光結合方式を用いて入出力間を絶縁した光結
合型のリレー回路に関する。

［従来の技術］ 第２図は従来の光結合型リレー回路を示す回路図である
。この回路にあっては、入力端子８ａ。

８ｂ間に接続された発光ダイオード１が発生する光信号
をフォトダイオードアレイ２が受光して光起電力を発生
し、この光起電力を抵抗５を介して出力用ＭＯＳＦＥＴ
３のゲート・ソースに印加するものである。出力用ＭＯ
ＳＦＥＴ３のゲート及びソースには、ノーマリ・オン型
の制御用トランジスタ４のドレイン及びソースがそれぞ
れ接続されており、この制御用トランジスタ４のゲート
及びソースは抵抗５の両端にそれぞれ接続されている。

かかる構成のリレー回路において、発光ダイオード１に
入力信号が印加されて、フォトダイオードアレイ２に光
起電力が発生すると、ノーマリ・オン型の制御用トラン
ジスタ４のドレイン・ソース間と抵抗５を介して光電流
が流れ、抵抗５の両端に電圧が発生する。この電圧によ
り、制御用トランジスタ４が高抵抗状態にバイアスされ
るので、出力用ＭＯＳＦＥＴ３のゲート・ソース間にフ
ォトダイオードアレイ２の光起電力が印加されて出力用
ＭＯ３ＦＥＴ３がオン状態となる。

発光ダイオード１への入力信号が遮断されると、フォト
ダイオードアレイ２の光起電力が消失し、抵抗５の両端
電圧が消失するので、ノーマリ・オン型の制御用トラン
ジスタ３はオン状態に戻り、出力用ＭＯ３ＦＥＴ３のゲ
ート・ソース間の蓄積電荷を放電させるので、出力用Ｍ
Ｏ３ＦＥＴ３はオフ状態となる。

［発明が解決しようとする課題］ 一般に、半導体リレーにはスイッチング速度の高速性が
要求される。従来、高速スイッチングが可能な光結合型
のリレーとしては、発光ダイオードとフォトトランジス
タとを光結合せしめたフォトカプラが広く用いられてい
るが、これは出力側にバイポーラトランジスタを用いて
いるので、微小信号をスイッチング制御する場合には、
オフセットの影響により信号が歪むという問題がある。

そこで、微小信号をスイッチング制御する用途には、第
２図に示す従来回路のように、出力側にＭＯ３ＦＥＴ３
を用いることが望まれる。ところが、上述の従来例にあ
っては、ＭＯ３ＦＥＴ３のゲート容量をフォトダイオー
ドアレイ２の光電流にて充電し、出力用ＭＯ３ＦＥＴ３
をオンさせているため、このゲート容量に対し光電流が
小さいことにより、高速スイッチングは余り望めないと
いう問題がある。しかし、この問題は、発光ダイオード
１への通電電流を多くすることで光電流量も多くなるた
め、ターンオンを速くすることが可能となる。

しかしながら、ターンオフ時間は、出力用のＭＯ３ＦＥ
Ｔ３のゲート・ソース間の蓄積電荷の放電径路を構成す
る制御用トランジスタ４及び該トランジスタ４を高抵抗
状態にバイアスするための抵抗５によって決まる。制御
用トランジスタ４のしきい値が高い程あるいは抵抗５が
小さい程、ターンオフは速くなる。けれどもこれらの条
件は、このリレー回路を動作状態とするために必要な発
光ダイオード１への最小入力電流、つまりリレー感度に
関わり、前記変更はリレー感度を悪くすることにつなが
る。すなわち、ターンオフを速めるためにはリレー感度
を犠牲にしなければならないという問題があった。

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、リレーの感度を変えることなく
高速ターンオフが可能な光結合型リレー回路を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段１ 本発明に係る光結合型リレー回路にあっては、上記課題
を解決するために、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ｌの光信号を受
光するように配置されたフォトダイオードアレイ２と、
フォトダイオードアレイ２の光起電力をゲート・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
状態が切り替わる出力用のＭＯ３ＦＥＴ３と、出力用の
ＭＯＳ　Ｆ　ＥＴ　３のゲート・ソース間の蓄積電荷の
放電径路を構成するノーマリ・オン型の第１の制御用ト
ランジスタ４と、第１の制御用トランジスタ４を介して
フォトダイオードアレイ２の光電流を通電されて該制御
用トランジスタ４を高抵抗状態にバイアスする電圧を発
生する第１及び第２のインピーダンス要素５．６の直列
回路と、第１の制御用トランジスタ４のソースに接続さ
れた第１のインピーダンス要素５に並列に接続され、フ
ォトダイオードアレイ２の光起電力をゲート・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
態が切り替わるノーマリ・オフ型の第２の制御用トラン
ジスタ７とから構成されたことを特徴とするものである
。

［作　用］ 本発明にあっては、ノーマリ・オフ型の第２の制御用ト
ランジスタ７をノーマリ・オン型の第１の制御用トラン
ジスタ４を高抵抗状態にバイアスするためのインピーダ
ンス要素の一つである第１のインピーダンス要素５に並
列に接続し、そのゲートを発光ダイオードｌと光結合し
たフォトダイオードアレイ２に接続したので、発光ダイ
オードｌに入力信号が印加されると、フォトダイオード
アレイ２によって発生した光電流を通電されて第１及び
第２のインピーダンス要素５．６がノーマリ・オン型の
第１の制御用トランジスタ４を高抵抗状態にバイアスす
るため、フォトダイオードアレイ２の光起電圧が出力用
ＭＯ３ＦＥＴ３のゲート・ソース間に印加され、出力用
ＭＯ３ＦＥＴ３は導通状態となる。さらに、この光起電
圧によりノーマリ・オフ型の第２の制御用トランジスタ
７が低抵抗状態にバイアスされるため、第１の制御用ト
ランジスタ４を高抵抗状態にバイアスしているインピー
ダンス要素の抵抗値が見かけ上、下がることになる。こ
のことにより、ターンオフが速くなるものである。

また、リレーとしての感度は、従来通り、放電回路を構
成しているノーマリ・オン型の第１の制御用トランジス
タ４及び該トランジスタ４を高抵抗状態にバイアスする
第１及び第２のインピーダンス要素５．６によって決ま
るものであり、第１のインピーダンス要素５に並列に接
続されているノーマリ・オフ型の第２の制御用トランジ
スタ７は作用しない。

［実施例１ 第１図は本発明の一実施例を示す回路図で、発光ダイオ
ードｌは入力端子８ａ、Ｂｂ間に接続され、発光ダイオ
ード１はフォトダイオードアレイ２と光結合されており
、フォトダイオードアレイ２の正極は出力用ＭＯ３ＦＥ
Ｔ３のゲートに、負極は出力用ＭＯ３ＦＥＴ３のゲート
・ソース間に接続された第１の制御用トランジスタ４の
ゲートにそれぞれ接続されている。第１の制御用トラン
ジスタ４はノーマリ・オン型で、そのドレインは出力用
ＭＯ３ＦＥＴ３のゲートに、ソースは第１のインピーダ
ンス要素である抵抗５を介して出力用ＭＯ３ＦＥＴ３の
ソースにそれぞれ接続され、ゲートは第２のインピーダ
ンス要素である抵抗６を介して出力用ＭＯ３ＦＥＴ３の
ソースに接続されている。第２の制御用トランジスタ７
はノーマリ・オフ型で、そのドレインは第１の制御用ト
ランジスタ４のソースに、ソースは出力用ＭＯ３ＦＥＴ
３のソースにそれぞれ接続され、ゲートは出力用ＭＯ３
ＦＥＴ３のゲートに接続されている。

出力用ＭＯ３ＦＥＴ３のドレインは一方の出力端子９ａ
に、ソースは他方の出力端子９ｂに接続され、出力端子
９ａ、９ｂ間には直流を源ｌＯと負荷１１の直列回路が
接続されている。

次に、上記実施例の動作を説明する。まず、入力端子８
ａ、Ｂｂ間に入力信号が通電されると、発光ダイオード
１が光信号を発生し、この光信号を受光してフォトダイ
オードアレイ２が光電流を発生し、この光電流を通電さ
れて抵抗５．６がノーマリ・オン型の第１の制御用トラ
ンジスタ４を高抵抗状態にバイアスするため、フォトダ
イオードアレイ２の光起電圧が出力用ＭＯ３ＦＥＴ３の
ゲート・ソース間に印加され、出力用ＭＯ３ＦＥＴ３は
導通状態となる。

ノーマリ・オフ型の第２の制御用トランジスタ７は、上
記光起電圧により低抵抗状態にバイアスされるわけであ
るが、リレーの感度入力電流付近で得られる光起電圧は
低く、この第２の制御用トランジスタ７を低抵抗状態に
バイアスするには、更なる入力電流によって得られる高
い光起電圧を必要とし、従って、第２の制御用トランジ
スタ７はリレーの感度には影響しない。

次に、ターンオフ時は、第２の制御用トランジスタ７が
低抵抗状態にバイアスされる。従って、放電径路を構成
する第１の制御用トランジスタ４の高抵抗状態バイアス
の一端を担っている抵抗５の抵抗値が見かけ上下がって
いるため、第１の制御用トランジスタ４の復帰が速くな
り、それゆえに出力用ＭＯＳ　Ｆ　ＥＴ　３のゲート電
荷が急速に放電し、ターンオフが速くなる。

［発明の効果］ 本発明にあっては、上述のように、入力信号に応答して
光信号を発生する発光ダイオードにフォトダイオードア
レイを光結合させ、フォトダイオードアレイの光起電力
をゲート・ソース間に印加されて導通状態となる出力用
ＭＯＳ　Ｆ　ＥＴのゲート電荷を、ターンオフ時に放電
するための放電径路を構成する第１の制御用トランジス
タを高抵抗状態にバイアスしているインピーダンス要素
の抵抗値を光起電力により低抵抗状態となる第２の制御
用トランジスタを用いて下げることにより、リレーのタ
ーンオフが速まるという効果があり、また、第２の制御
用トランジスタを低抵抗状態にバイアスするためには充
分な光起電圧を必要とし、リレーの感度付近では動作し
ないようにしたことにより、リレーの感度には影響しな
いという効果がある。

従って、本発明によれば、リレーの感度を変えることな
く高速ターンオフが可能な光結合型リレー回路を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は従来
例を示す回路図である。 ■・・・発光ダイオード、２・・・フォトダイオードア
レイ、３・・・出力用のＭＯＳＦＥＴ、４・・・第１の
制御用トランジスタ、５・・・第１のインピーダンス要
素、６・・・第２のインピーダンス要素、７・・・第２
の制御用トランジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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フ
   ォトダイオードアレイと、 フォトダイオードアレイの光起電力をゲート・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
   態が切り替わる出力用のＭＯＳＦＥＴと、 出力用のＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間の蓄積電荷の
   放電径路を構成するノーマリ・オン型の第１の制御用ト
   ランジスタと、 第１の制御用トランジスタを介してフォトダイオードア
   レイの光電流を通電されて該制御用トランジスタを高抵
   抗状態にバイアスする電圧を発生する第１及び第２のイ
   ンピーダンス要素の直列回路と、 第１の制御用トランジスタのソースに接続された第１の
   インピーダンス要素に並列に接続され、フォトダイオー
   ドアレイの光起電力をゲート・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が切り替わる
   ノーマリ・オフ型の第２の制御用トランジスタと から構成されたことを特徴とする光結合型リレー回路。