JPH0575292B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はトライアツクトリガ用光結合半導体
素子の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の光結合半導体素子とトライアツクを組合
せた交流負荷制御回路の一例を第２図に示し説明
する。

図において、１００はトライアツクトリガ用光
結合半導体素子で、このトライアツクトリガ用光
結合半導体素子１００は赤外発光ダイオード１０
１と受光素子１０２より構成される。そして、こ
の受光素子１０２の両端は負荷電力を制御するト
ライアツク１０３のT₂−ゲート端子間に接続さ
れ、交流電源１０４と負荷１０５および上記トラ
イアツク１０３の端子T₂−T₁間からなる負荷制
御の主回路を制御するように構成されている。な
お、１０６はトライアツク１０３のゲートと一方
の極との間に接続された抵抗である。

このように構成された交流負荷制御回路は次の
ように動作する。

まず、赤外発光ダイオード１０１に順電流が供
給されないときには、受光素子１０２は端子T₂
−T₁間に電源電圧が印加されるが、阻止状態で
あり、したがつて、トライアツク１０３にゲート
電流が供給されないので、トライアツク１０３も
阻止状態で、負荷１０５には電力は供給されな
い。

つぎに、赤外発光ダイオード１０１に順電流が
供給され、受光素子１０２が導通すると、 交流電源１０４−負荷１０５−受光素子１０２
−トライアツク１０３のゲート・T₁間−交流電
源１０４の経路を通してトライアツク１０３にゲ
ート電流が供給され、トライアツク１０３がトリ
ガされて、端子T₁−T₂間が導通して負荷１０５
に電力が供給される。このとき、トライアツク１
０３のオン電圧は通常1V程度と低くなる。また、
トライアツク１０３の端子T₂−ゲート間の電圧
もこの値より若干低い値となり、この電圧が受光
素子１０２の保持に必要な電圧（保持電圧）未満
となることによつて受光素子１０２には電流が流
れなくなる。すなわち、リセツトれる。

そして、次の1/2サイクルで、負荷電流が減少
して零（ゼロ）となつた位相で、トライアツク１
０３が逆方向の阻止能力を回復し、受光阻止１０
２に電源電圧が印加されるようになる。このと
き、赤外発光ダイオード１０１に順電流が十分供
給されれば、受光素子１０２は再度導通し負荷１
０５に継続して電力を供給することができる。ま
た、順電流供給を停止すれば、上記動作により停
止した時点より1/2サイクル以内に負荷１０５へ
の電力供給を停止することができる。また、赤外
発光ダイオード１０１に流す順電流を交流電源１
０４の位相と同期して、適当な位相角で与えるこ
とにより、負荷１０５の位相制御が可能となる。

以上の動作が第２図に示す回路に期待されるも
のであるが、従来の光結合素子は第３図に示すよ
うに、単に、赤外発光ダイオード１０１の光を受
けてオンするｎゲート形光サイリスタ１０７，１
０８を逆並列に接続し、それらのゲート・陰極間
をそれぞれ抵抗器１０９，１１０で短絡した構造
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来の光結合素子では、負荷のイ
ンピーダンスが高いかまたは誘導負荷を制御角
150°で位相制御するときなどトライアツクの電流
定格に比べ実際に流れるオン電流が1/10位と小さ
いとき、トライアツクのオン電圧は低い値となる
ものの、原理的にｐ−ｎ接合のえん層電圧＋α以
下にはならない。一方、トライアツクのゲート−
T₁、端子間電圧は数十〜数百ｍＶオン状態で誘
起されるが、この電圧はトライアツクの製造プロ
セスや外付抵抗１０６（第２図参照）の抵抗値に
よつてかなり変わる。特に上記外付抵抗１０６を
数十Ω以下と低くすると、この電圧は低くなり、
トライアツク１０３のT₂−ゲート端子間電圧は
上記ｐ−ｎ接合のえん層電圧＋αの値に近くな
る。

一方、第３図に示すような従来の光結合素子の
受光素子では、その保持電圧がｐ−ｎ接合のえん
層電圧よりも若干高い0.8V程度であり、高温で
は0.6V程度まで低下する。

そして、負荷電流が小さい場合には、このよう
にしてトライアツク１０３のT₂−ゲート端子間
電圧が受光素子１０２の保持電圧よりも大きくな
ると、前記第２図に示す回路の動作で説明したリ
セツト効果がなくなつて、トライアツク１０３が
オンしても、受光素子１０２にまだ負荷電流の一
部が流れ続けることになる。このようになると、
受光素子１０２は負荷電流が零（ゼロ）をきつ
て、トライアツク１０３が転流する際に同時に転
流する状況となる。そして、この受光素子１０２
にとつて、トライアツク１０３と同時に転流する
ことは困難で、次の1/2サイクルまで導通を維持
してしまう場合がある。このとき、負荷制御がオ
ン・オフ制御の場合は阻止の応答が1/2サイクル
遅れる応答性の低下がおこり、位相制御では半波
導通状況となつて、制御不能になる場合があると
いう問題点があつた。そして、従来の受光素子で
は、このような問題を素子感度を低下させるよう
な方法で対策を図つていたが、その効果は十分で
なかつた。

この発明はかかる問題点を解決するためになさ
れたもので、制御できる負荷範囲を広くとること
のできるトライアツクトリガ用光結合半導体素子
を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明によるトライアツクトリガ用結合半導
体素子は、トライアツクの第１の電極と第２の電
極間に電源を介した負荷が接続され、前記第１の
電極とゲート間に接続されるトライアツクトリガ
用光結合半導体素子において、赤外発光ダイオー
ドと、この赤外発光ダイオードの光を受けてオン
するｎゲート形光サイリスタと、このｎゲート形
光サイリスタの陰極に陽極が接続されたダイオー
ドと、前記ｎゲート形光サイリスタのゲートと前
記ダイオードの陰極間に接続された抵抗器と、前
記ダイオードの陽極と陰極間に接続された抵抗器
からなる一方向性をもつ第１の導電路と、この第
１の導電路と同じ構造をもち方向性が逆となつて
その第１の導電路と並列に接続された第２の導電
路とを備えてなるようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、ｎゲート形光サイリスタ
にオン電流が例えば１ｍＡ程度流れていれば、こ
れに直列接続されたダイオードに順電圧降下がｐ
−ｎ接合のえん層電圧の程度発生する。このた
め、受光素子ではホトサイリスタの保持電流が１
ｍＡ程度あれば、保持電圧はｐ−ｎ接合のえん層
電圧の２倍以上となる。

〔実施例〕

以下、図面に基づきこの発明の実施例を詳細に
説明する。

第１図はこの発明によるトライアツクトリガ用
光結合半導体素子の一実施例を示す構成図であ
る。

図において、１は赤外発光ダイオードを示し、
２，３はそれぞれ導電路を示す。

そしてこの導電路２は、赤外発光ダイオード１
の光を受けてオンするｎゲート形光サイリスタ
（以下ホトサイリスタと呼称する）２₁と、このホ
トサイリスタ２₁の陰極に陽極が接続されたダイ
オード２₂と、ホトサイリスタ２₁のゲートとダイ
オード２₂の陰極間に接続された抵抗器２₃と、ダ
イオード２₂の陽極と陰極間に接続された抵抗器
２₄からなる一方向性をもつように構成されてい
る。また、導電路３は導電路２と同じ構造をも
ち、すなわち、赤外発光ダイオード１の光を受け
てオンするホトサイリスタ３₁と、このホトサイ
リスタ３₁の陰極に陽極が接続されたダイオード
３₂と、ホソタイリスタ３₁のゲートとダイオード
３₂の陰極間に接続された抵抗器３₃と、ダイオー
ド３₂の陽極と陰極間に接続された抵抗器３₄から
なり、かつ方向性が導電路２と逆となつてその導
電路２と並行に接続されている。

このように、赤外発光ダイオード１の光を受け
てオンするホトサイリスタ２₁とホトサイリスタ
３₁とが互いに逆並列状に接続されるのは、従来
のものと同様であるが、各ホトサイリスタ２₁，
３₁の陰極にダイオード２₂，３₂がそれぞれ直列
に接続されており、このダイオード２₂，３₂の各
両端は1KΩ程度の抵抗器２₄または抵抗器３₄でそ
れぞれ短絡されている。また、ホトサイリスタ２
_１，３₁の各ゲート抵抗、すなわち、抵抗器２₃ま
たは抵抗器３₃はそれぞれホトサイリスタ２₁，３
_１の各ゲート端子とダイオード２₂，３₂の各陰極
端子との間に接続されている。

つぎにこの第１図に示す実施例の動作を説明す
る。

この発明によるトライアツクトリガ用光結合半
導体素子は上記のように構成されているので、第
２図に示すような回路で用いると次のような動作
をする。

まず、赤外発光ダイオード１に順電流を流す
と、ホトサイリスタ２₁またはホトサイリスタ３₁
が電源の極性に応じて導通し、トライアツク１０
３をトリガして負荷１０５に電力が供給されるの
は従来のものと同様である。

そして、トライアツク１０３が導通中は前記の
従来のものの説明どおり、トライアツク１０３の
T₂−ゲート端子間電圧が、ｐ−ｎ接合のえん層
電圧＋α程度であるのに対し、この発明による光
結合半導体素子では、例えば、ホトサイリスタ２
_１にオン電流が１ｍＡ程度流れていればこれに直
列接続されたダイオード２₂に順電圧降下がｐ−
ｎ接合のえん層電圧の程度発生する。

このため、この受光素子では光サイリスタの保
持電流が１ｍＡ程度あれば、保持電圧はｐ−Ｎ接
合のえん層電圧の２倍以上となるので、第２図に
示すような回路で使えば、トライアツク１０３の
T₂−ゲート端子間電圧（ｐ−ｎ接合のえん層
電圧＋α）程度ならば確実にリセツトされること
になる。ここで、逆の極性でも同じ動作をする。

したがつて、従来の光結合半導体素子でおこつ
たリセツトが十分でないための誤動作は防止する
ことができるので、より小さな電流の負荷まで安
定に制御することができるようになる。また、第
１図に示す回路構成では、ホトサイリスタ２₁ま
たはホトサイリスタ３₁が光トリガされるときダ
イオード２₂またはダイオード３₂の両端電圧は発
生していないので、この回路がない場合と同じト
リガ感度とすることができる。なお、オン電流が
流れていれば、ダイオード２₂またはダイオード
３₂の順電圧降下により、抵抗器２₃または抵抗器
３₃を通して、各ホトサイリスタ２₁，３₁のゲー
ト・陰極間が逆バイアス状態になるので、ホトサ
イリスタの保持電流が増加し、この受光素子のリ
セツトをより容易にすることができる。

そして、この受光素子はプレーナ形のIC構造
で、ホトサイリスタとダイオードおよ抵抗を容易
に１チツプ上に集積することができるので、ダイ
オードや抵抗を追加することによる経済的な負担
は減微にすることができる。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、各ホトサイリ
スタの陰極にそれぞれダイオードが直列に接続さ
れ、この両端はそれぞれ1KΩ程度の抵抗で短絡
されており、また、ホトサイリスタのゲート抵抗
はホトサイリスタのゲート端子と上記ダイオード
の陰極との間に接続されるという簡単な構成によ
り、制御できる負荷の範囲を広くとることがで
き、また、従来の素子でおこつたリセツトが十分
でないための誤動作を防止することができ、より
小さな電流の負荷まで安定に制御することがで
き、さらに、受光素子のリセツトをより容易にす
ることができるので、受光素子のリセツト動作の
確実化のみならず、トリガ感度が高く、応答性の
低下をも防止改善できるなど、実用上の効果は極
めて大である。

また、受光素子は、プレーナ形のIC構造で、
ホトサイリスタとダイオードおよび抵抗を１チツ
プ上に集積することができるので、ダイオードや
抵抗を追加することによる経済的な負担を軽微に
することができるという点において極めて有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるトライアツクトリガ用
光結合半導体素子の一実施例を示す構成図、第２
図は光結合半導体素子とトライアツクを組合せた
交流負荷制御回路の一例を示す回路図、第３図は
従来のトライアツクトリガ用光結合半導体素子の
一例を示す構成図である。 １……赤外発光ダイオード、２……導電路、２
_１……ホトサイリスタ、２₂……ダイオード、２₃，
２₄……抵抗器、３……導電路、３₁……ホトサイ
リスタ、３₂……ダイオード、３₃，３₄……抵抗
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ トライアツクの第１の電極と第２の電極間に
   電源を介した負荷が接続され、前記第１の電極と
   ゲート間に接続されるトライアツクトリガ用光結
   合半導体素子において、 赤外発光ダイオードと、この赤外発光ダイオー
   ドの光を受けてオンするｎゲート形光サイリスタ
   と、このｎゲート形光サイリスタの陰極に陽極が
   接続されたダイオードと、前記ｎゲート形光サイ
   リスタのゲートと前記ダイオードの陰極間に接続
   された抵抗器と、前記ダイオードの陽極と陰極間
   に接続された抵抗器からなる一方向性をもつ第１
   の導電路と、この第１の導電路と同じ構造をもち
   方向性が逆となつて該第１の導電路と並列に接続
   された第２の導電路とを備えてなることを特徴と
   するトライアツクトリガ用光結合半導体素子。