JPH06177736A - Solid-state relay - Google Patents

Solid-state relay

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JPH06177736A
JPH06177736A JP33078592A JP33078592A JPH06177736A JP H06177736 A JPH06177736 A JP H06177736A JP 33078592 A JP33078592 A JP 33078592A JP 33078592 A JP33078592 A JP 33078592A JP H06177736 A JPH06177736 A JP H06177736A
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voltage
input
state relay
current
solid
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Takeshi Nobe
武 野辺
Shigeo Akiyama
茂夫 秋山
Minoru Fukumori
稔 福森
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a solid-state relay in which only an input current of a prescribed limit flows with respect to a wide range of input voltage by connecting a depletion MOSFET whose gate and source are short-circuited via a resistive component in series with a light emitting element. CONSTITUTION:When a voltage is supplied between input terminals 6a and 6b, an input current flows via a resistance component 5. Thus, the gate of a depletion DMOSFET 8 is biased to a negative voltage with respect to a source by a voltage across the resistance component 5. An input current to the DMOSFET 8 is limited by the bias voltage. Thus, only a current of a prescribed limit flows to the light emitting element 1 against a wide range of input voltage in the voltage versus current characteristic between the input terminals 6A and 6B of the solid-state relay.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、入出力間のアイソレー
ションに光結合方式を用いた固体リレーに関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid state relay using an optical coupling system for isolation between input and output.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の固体リレーの回路図を図2に示
す。入力端子6A,6B間に入力信号が印加されると、
発光素子1は入力信号により光信号を発生する。光起電
力ダイオードアレイ2は、この光信号により光起電力を
発生する。この光起電力は出力用MOSFET3のゲー
ト・ソース間に印加され、リレー出力端子7A,7B間
は、高インピーダンス状態から低インピーダンス状態に
変化する。次に、入力端子6A,6B間の入力信号が遮
断された場合には、光起電力ダイオードアレイ2の起電
力が無くなり、出力用MOSFET3のゲート静電容量
に蓄積された電荷は、ゲート電荷の放電手段である制御
回路4を介して放電され、リレー出力端子7A,7B間
は、高インピーダンス状態に戻る。これにより、負荷に
流れる電流を入力信号に応じてオン・オフすることがで
きる。
2. Description of the Related Art A circuit diagram of a conventional solid state relay is shown in FIG. When an input signal is applied between the input terminals 6A and 6B,
The light emitting element 1 generates an optical signal according to an input signal. The photovoltaic diode array 2 generates photovoltaic power by this optical signal. This photovoltaic power is applied between the gate and source of the output MOSFET 3, and the high impedance state changes to the low impedance state between the relay output terminals 7A and 7B. Next, when the input signal between the input terminals 6A and 6B is cut off, the electromotive force of the photovoltaic diode array 2 disappears, and the charge accumulated in the gate capacitance of the output MOSFET 3 becomes the gate charge. It is discharged through the control circuit 4 which is a discharging means, and returns to a high impedance state between the relay output terminals 7A and 7B. As a result, the current flowing through the load can be turned on / off according to the input signal.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の固体リ
レーの入力端子6A,6B間の発光素子1は、図3に示
すような電圧−電流特性を有し、入力電圧に対して入力
電流の立ち上がりは非常に急峻なものとなる。入力端子
間に過大な電圧が印加されると、発光ダイオードに過剰
な電流が流れることになり、その結果、発光ダイオード
は破壊されることになるため、固体リレーの入力端子間
に印加できる電圧範囲は非常に小さいものとなるという
問題点があった。
The light emitting element 1 between the input terminals 6A and 6B of the above-mentioned conventional solid state relay has a voltage-current characteristic as shown in FIG. The rise is very steep. If an excessive voltage is applied between the input terminals, an excessive current will flow in the light emitting diode, and as a result, the light emitting diode will be destroyed, so the voltage range that can be applied between the input terminals of the solid state relay. Had the problem that it would be very small.

【0004】本発明は、上述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、固体リレーの
入力端子間の許容入力電圧範囲を大きくすることにあ
る。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to increase the allowable input voltage range between the input terminals of a solid-state relay.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明にかかる固体リレ
ーでは、上記の課題を解決するために、図1に示すよう
に、入力信号に応答して光信号を発生する発光素子1
と、前記光信号を受光して、電子・正孔対を発生し、第
1のインピーダンス状態から第2のインピーダンス状態
へ遷移される出力用半導体素子(光起電力ダイオードア
レイ2と出力用MOSFET3及び制御回路4)とから
構成される固体リレーにおいて、前記発光素子1と直列
的に、ゲート・ソース間が抵抗成分5を介して短絡され
たディプレッション型MOSFET8よりなる電流制限
要素を接続したことを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problems, in the solid-state relay according to the present invention, as shown in FIG. 1, a light-emitting element 1 for generating an optical signal in response to an input signal is provided.
And an output semiconductor element (photovoltaic diode array 2, output MOSFET 3 and output MOSFET 3 and an output MOSFET 3 which receives the optical signal, generates electron-hole pairs, and transits from a first impedance state to a second impedance state. In a solid-state relay composed of a control circuit 4), a current limiting element composed of a depletion type MOSFET 8 whose gate and source are short-circuited via a resistance component 5 is connected in series with the light emitting element 1. It is what

【0006】[0006]

【作用】本発明において、発光素子1と直列的に接続さ
れたディプレッション型MOSFET8は、そのゲート
・ソース間に接続された抵抗成分5により入力電流に応
じて増減する電圧がゲート電極に印加されることにな
り、これにより、ドレイン・ソース間の電流を制御する
ことになる。その結果、固体リレーの入力間端子6A,
6B間に流れる電流量は、図4に示すように、広範囲な
入力電圧に対して一定の上限値を取ることができるもの
である。
In the present invention, in the depletion type MOSFET 8 connected in series with the light emitting element 1, the resistance component 5 connected between the gate and the source of the depletion type MOSFET 8 applies a voltage to the gate electrode which increases or decreases according to the input current. As a result, the current between the drain and the source is controlled. As a result, the terminals 6A between the inputs of the solid-state relay,
As shown in FIG. 4, the amount of current flowing between 6B can take a constant upper limit value for a wide range of input voltages.

【0007】[0007]

【実施例】図1は本発明の一実施例の回路図である。以
下、その回路構成について説明する。一方の入力端子6
Aにはディプレッション型DMOSFET8のドレイン
が接続されている。ディプレッション型DMOSFET
8のソースは抵抗成分5を介して発光ダイオードよりな
る発光素子1のアノードに接続されており、その接続点
には、このDMOSFET8のゲートが接続されてい
る。発光素子1のカソードは、他方の入力端子6Bに接
続されている。発光素子1は、光起電力ダイオードアレ
イ2と光学的に結合されている。光起電力ダイオードア
レイ2により発生する光起電力は、出力用MOSFET
3のゲート・ソース間に印加されている。出力用MOS
FET3のドレインは一方の出力端子7Aに接続されて
おり、ソースは他方の出力端子7Bに接続されている。
出力用MOSFET3のゲート・ソース間には、制御回
路4が接続されている。この制御回路4は、光起電力ダ
イオードアレイ2が光起電力を発生したときには、出力
用MOSFET3のゲート・ソース間電圧が速やかに上
昇するように高インピーダンス状態となる。また、光起
電力ダイオードアレイ2が光起電力の発生を停止したと
きには、出力用MOSFET3のゲート・ソース間電圧
が速やかに降下するように制御回路4は低インピーダン
ス状態となる。なお、DMOSFET8と抵抗成分5
は、1チップで構成することが好ましい。また、光起電
力ダイオードアレイ2と出力用MOSFET3及び制御
回路4よりなる出力用半導体素子も1チップで構成する
ことが好ましい。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention. The circuit configuration will be described below. One input terminal 6
The drain of the depletion type DMOSFET 8 is connected to A. Depletion type DMOSFET
The source of 8 is connected to the anode of the light emitting element 1 formed of a light emitting diode via the resistance component 5, and the gate of the DMOSFET 8 is connected to the connection point. The cathode of the light emitting element 1 is connected to the other input terminal 6B. The light emitting element 1 is optically coupled to the photovoltaic diode array 2. The photovoltaic power generated by the photovoltaic diode array 2 is output MOSFET
3 is applied between the gate and the source. Output MOS
The FET 3 has a drain connected to one output terminal 7A and a source connected to the other output terminal 7B.
The control circuit 4 is connected between the gate and the source of the output MOSFET 3. The control circuit 4 is in a high impedance state so that the gate-source voltage of the output MOSFET 3 rapidly rises when the photovoltaic diode array 2 generates a photovoltaic force. Further, when the photovoltaic diode array 2 stops the generation of photovoltaic power, the control circuit 4 is in a low impedance state so that the gate-source voltage of the output MOSFET 3 drops quickly. The DMOSFET 8 and the resistance component 5
Is preferably composed of one chip. Further, it is preferable that the output semiconductor element including the photovoltaic diode array 2, the output MOSFET 3 and the control circuit 4 is also configured by one chip.

【0008】以下、図1の回路の動作について説明す
る。入力端子6A,6B間に電圧を印加すると、入力電
流は抵抗成分5を介して流れる。このため、抵抗成分5
の両端電圧により、ディプレッション型DMOSFET
8のゲートはソースに対して負電圧にバイアスされる。
このバイアス電圧により、ディプレッション型DMOS
FET8は、入力電流を制限することになる。したがっ
て、固体リレーの入力端子6A,6B間の電圧−電流特
性は、図4に示すようになる。つまり、発光素子1に
は、広範囲な入力電圧に対して、一定限度までの電流し
か流れないことになる。上述の図3に示した従来例の電
圧−電流特性が電流入力型であるのに対して、図4に示
した本発明の電圧−電流特性は電圧入力型となってい
る。
The operation of the circuit shown in FIG. 1 will be described below. When a voltage is applied between the input terminals 6A and 6B, the input current flows through the resistance component 5. Therefore, the resistance component 5
Depletion type DMOSFET
The gate of 8 is biased negative with respect to the source.
With this bias voltage, depletion type DMOS
The FET 8 will limit the input current. Therefore, the voltage-current characteristic between the input terminals 6A and 6B of the solid state relay is as shown in FIG. That is, in the light emitting element 1, only a current up to a certain limit flows for a wide range of input voltage. While the voltage-current characteristic of the conventional example shown in FIG. 3 is the current input type, the voltage-current characteristic of the present invention shown in FIG. 4 is the voltage input type.

【0009】図5は、本発明の固体リレーの入力端子側
の実装構造を示している。正電圧が印加される入力端子
6Aのコム上には、ゲート・ソース間を抵抗成分5によ
り短絡されたディプレッション型DMOSFET8を配
置する。一般的に、DMOSFET8は素子の裏面側が
ドレインである。また、負電圧が印加される入力端子6
Bのコム上には、表面側にアノード、裏面側にカソード
を備える発光素子1を配置する。ゲート・ソース間を抵
抗成分5により短絡されたディプレッション型DMOS
FET8のゲートから、発光素子1の表面側のアノード
へワイヤーボンディング9を施すことにより、図1に示
した本発明の固体リレーの入力側の回路を容易に実現で
きる。
FIG. 5 shows a mounting structure on the input terminal side of the solid state relay of the present invention. On the comb of the input terminal 6A to which the positive voltage is applied, the depletion type DMOSFET 8 whose gate and source are short-circuited by the resistance component 5 is arranged. In general, the DMOSFET 8 has a drain on the back surface side of the device. In addition, the input terminal 6 to which a negative voltage is applied
On the comb of B, the light emitting element 1 having an anode on the front surface side and a cathode on the back surface side is arranged. Depletion type DMOS in which the gate and source are short-circuited by a resistance component 5.
By performing wire bonding 9 from the gate of the FET 8 to the anode on the surface side of the light emitting element 1, the input side circuit of the solid state relay of the present invention shown in FIG. 1 can be easily realized.

【0010】なお、本発明は、図示された実施例の回路
に限定されるものではなく、出力側半導体素子が、フォ
トトランジスタやフォトサイリスタ、フォトトライアッ
ク等であっても構わない。
The present invention is not limited to the circuit of the illustrated embodiment, and the output side semiconductor element may be a phototransistor, a photothyristor, a phototriac or the like.

【0011】[0011]

【発明の効果】本発明によれば、広範囲な入力電圧に対
し、一定限度までの入力電流しか流れない固体リレーを
実現でき、しかも、定電流化のためのフィードバック制
御回路が不要なため、回路駆動電力が消耗されず、入力
部でのロスが少ないという利点がある。
According to the present invention, it is possible to realize a solid state relay in which only an input current up to a certain limit flows for a wide range of input voltage, and further, a feedback control circuit for constant current is not necessary, and therefore, a circuit is provided. There is an advantage that the driving power is not consumed and the loss in the input section is small.

【0012】なお、実施例の説明において開示したよう
に、発光素子として発光ダイオードを使用し、そのアノ
ード側にディプレッション型DMOSFETを接続すれ
ば、図5に示したように、チップの表面から裏面への電
流路を形成できるので実装構造が簡単になるという効果
がある。
As disclosed in the description of the embodiment, if a light emitting diode is used as a light emitting element and a depletion type DMOSFET is connected to the anode side of the chip, as shown in FIG. Since the current path can be formed, the mounting structure can be simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の固体リレーの一実施例を示す回路図で
ある。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a solid state relay of the present invention.

【図2】従来の固体リレーの回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional solid state relay.

【図3】従来の固体リレーの入力端子間の電流−電圧特
性を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing current-voltage characteristics between input terminals of a conventional solid state relay.

【図4】本発明の固体リレーの入力端子間の電流−電圧
特性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing current-voltage characteristics between input terminals of the solid state relay of the present invention.

【図5】本発明の固体リレーの入力端子側の実装構造を
示す平面図である。
FIG. 5 is a plan view showing a mounting structure on the input terminal side of the solid-state relay of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 発光素子 2 光起電力ダイオードアレイ 3 出力用MOSFET 4 制御回路 5 抵抗成分 6A 入力端子 6B 入力端子 7A 出力端子 7B 出力端子 8 ディプレッション型DMOSFET 1 light emitting element 2 photovoltaic diode array 3 output MOSFET 4 control circuit 5 resistance component 6A input terminal 6B input terminal 7A output terminal 7B output terminal 8 depletion type DMOSFET

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力信号に応答して光信号を発生する
発光素子と、前記光信号を受光して、電子・正孔対を発
生し、第1のインピーダンス状態から第2のインピーダ
ンス状態へ遷移される出力用半導体素子とから構成され
る固体リレーにおいて、前記発光素子と直列的に、ゲー
ト・ソース間が抵抗成分を介して短絡されたディプレッ
ション型MOSFETよりなる電流制限要素を接続した
ことを特徴とする固体リレー。
1. A light-emitting element that generates an optical signal in response to an input signal, and an electron-hole pair that is generated by receiving the optical signal and transitions from a first impedance state to a second impedance state. In the solid-state relay composed of the output semiconductor element, a current limiting element composed of a depletion type MOSFET whose gate and source are short-circuited via a resistance component is connected in series with the light emitting element. And solid state relay.
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