JPH0645357U

JPH0645357U - 光電気的に隔絶された固体リレー

Info

Publication number: JPH0645357U
Application number: JP8609992U
Authority: JP
Inventors: 煥林劉
Original assignee: 煥林劉
Priority date: 1992-11-24
Filing date: 1992-11-24
Publication date: 1994-06-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】誤動作が少なく、効率のよい光信号結合と良
好な温度特性が交流または直流制御のいずれでも得られ
る固体リレーを提供する。【構成】直列接続された発光ダイオードと、迅速放電
回路とフォトダイオード配列とを具備した光起電性集積
回路と、モス電界効果トランジスタとを備え、発光ダイ
オードは反対極性で並列配列され、導電膜が被着された
サブストレート上にマウントされ、サブストレートは中
央部に装着されフォトダイオードは中央部周囲に直列配
列され、中央部分は、ブランク領域であり、出力端子３
０が電界効果トランジスタのゲートへ、第２の出力端子
３４は電界効果トランジスタのソースへそしてモス電界
効果トランジスタのソースは第３の出力端子３２に接続
されており、ドレインはそれぞれ第４の出力端子３１お
よび第５の出力端子３３に接続されている固体リレー。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、光起電性の集積回路、２つの発光ダイオード（LED)および一対のモス電界効果トランジスタ(MOS-FET) を具備し、この光起電性集積回路はフォトダイオード配列とターンオフ回路とから構成されている光電気的に隔絶された固体リレー(solid-state relay) に関する。

【０００２】

【従来の技術】

現在の固体リレーは、シリコン制御リレー（SCR)またはトライアック(TRIAC) などのバイポーラ素子を出力部として使用しており、（１）負の温度係数により熱暴走が頻繁に生ずる、（２）大きな電流漏れ、（３）ターンオン信号は低電圧かつ大電流であるので複雑な回路を具備する、（４）それが自動的にロックされた後に再び始動するとき、出力源の閉成を必要とする、（５）それは交流源に適合せず、そして（６）温度が上昇するとき誤動作が容易に生ずるという欠点を有する。

【０００３】従来から、直流−直流変換器が出力電圧の制御に使用されている。しかしながら、かかる変換器は大型でそして相互干渉の問題および高い製造コストという問題を有する。

【０００４】さらに、従来の光電結合部は屈折光を含み、光の大部分が酸化アルミニウムのサブストレートを透過し失われてしまう。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】本考案は、光電気的に隔絶された固体リレーを提供し、上述の欠点を緩和および／または除去する。

【０００６】

【考案の構成】

本考案による光電気的に隔絶された固体リレー（OISSR 、以下単に、光電アイソレート固体リレーという) は２つの直列接続された発光ダイオード(LED) と、光起電性集積回路(PVIC)と、一対のモス電界効果トランジスタ(MOS-FET) とを具備する。光起電性集積回路は十分に高い電圧を発生し、従来の直流−直流変換器の欠点を除去する。モス電界効果トランジスタは出力部として動作し、固体リレーの欠点を除去する。本考案は酸化アルミニウムのサブストレートを使用し、その上にマウントされる発光ダイオードを隔絶する。酸化アルミニウムは赤外線に対して良好な透過性を有するので、発光ダイオードからの光は従来の光電結合よりも効率よく印加される。さらに、ターンオン時間は従来の素子で必要とされるよりも短い。

【０００７】本考案は反対極性の２つの発光ダイオードを使用し、光起電性集積回路の周辺部に沿って複数のフォトダイオードを配列しそして光起電性集積回路の中央領域に発光ダイオードをマウントすることにより、発光ダイオードの最も効果的な賦活を可能にする。

【０００８】発光ダイオードは入力へ直列接続されておりそして外部電流により賦活され光を放射し、光起電性集積回路のアノードおよびカソード間の電圧を、アノードがモス電界効果トランジスタのゲートの接続点へそしてカソードがモス電界効果トランジスタのソースの接続点へ接続された光電結合手段により、制御する。こうして、モス電界効果トランジスタのドレイン間のインピーダンスは無限大となりそしてモス電界効果トランジスタを制御するための電圧は光起電性集積回路により賦与される。もし大きな外部抵抗がモス電界効果トランジスタのゲートおよびソース間に提供されれば、ゲートおよびソース間に蓄積される電荷は光電アイソレート固体リレーがオフのときに解放される。ドレインは一対のリレーの接点出力に対応する。十分な誘電体アイソレーションがサブストレートと２つのフォトダイオードのそれぞれとの間に提供される。

【０００９】本考案の他の利益および新規な特長は添付図面を参照しつつ以下の実施例の説明からより明瞭となろう。

【００１０】

【実施例】

図１を参照すると、光電アイソレート固体リレー１０が２つの直列接続された発光ダイオード１１、１２と、フォトダイオード配列１７およびターンオフ回路１００から構成される光起電性集積回路と、一対のモス電界効果トランジスタ２１、２２とを具備する。光起電性集積回路１７のアノード１９´はターンオフ回路１００の第１端子１９へ接続されており、しかしてこのターンオフ回路１００は第２接続点にてフォトダイオード配列１７のカソード２０´へ接続されている。２つのモス電界効果トランジスタ２１、２２のゲート２５、２６は互いに接続され、第３の接続点３０を形成する。モス電界効果トランジスタ２１、２２のソース２３、２４は第４の接続点３４で接続されている。モス電界効果トランジスタ２１、２２はそれぞれドレイン２７、２８を具備する。モス電界効果トランジスタ２１および２２では、デプレションモードあるいはエンハンスメントモードのＮ形モス電界効果トランジスタが種々の要求に応じて任意に使用できる。

【００１１】光電アイソレート固体リレー１０はリレーの一対のコイルに対応する一対の入力１４、１６を別途具備する。発光ダイオード組１１、１２のカソード１３ｂは一方の入力１４へそして発光ダイオード組１１、１２のアノード１３ａは他方の入力１６へ接続される。

【００１２】フォトダイオード配列１７は、発光ダイオード１１、１２から放射される光を受光するよう発光ダイオード１１、１２と結合される。第１の接続点１９は第３の接続点３０に、第２の接続点２０は第４の接続点３４に接続される。光電アイソレート固体リレー１０は別途３つの出力３１、３２、３３を有し、出力３１はモス電界効果トランジスタ２１のドレイン２７に、出力３３はモス電界効果トランジスタ２２のドレイン２８にそして出力３２は第４の接続点３４に接続される。交流源が適用されるとき、出力３１および３３が使用される。直流源が適用されるとき、出力３１および３２（または出力３３および３２）が使用される。

【００１３】図１の光電アイソレート固体リレーの作動原理は以下の通りである。まずモス電界効果トランジスタはＮ形エンハンスメントモード電界効果トランジスタであると仮定する。もし、入力１４および１６間に適当な順電流が流れれば、発光ダイオード１１および１２は光を放射する。この時点に、フォトダイオード配列１７の２つの端子１９と端子２０との間に電圧が発生せられる。電圧値は、光の強さに依存して、フォトダイオード配列１７のそれぞれのフォトダイオード１８により発生せられる電圧の和である。電圧をモス電界効果トランジスタ２１および２２の接続点３０および３４に印加するとき、もし、ソース２３、２４に対するゲート２５、２６のバイアスが正であれば、モス電界効果トランジスタ２１および２２は導通すなわち低インピーダンス導通状態となる。したがって、（リレーのオン状態に類似した）閉回路が３つの出力３１、３２および３３のうちの２つの出力間に随意に形成される。実際上、出力端子３１並びに出力３３は交流負荷へ接続可能であり、出力端子３１並びに出力端子３２は直流負荷へ接続可能である。何らの電流も入力１４および１６間に印加されなければ、何らの出力電圧もフォトダイオード配列１７によって発生されない。したがって、何らの電圧もモス電界効果トランジスタのソースへ印加されず、リレーのオフ状態に類似した高インピーダンスすなわち解放状態を与える。

【００１４】図１、図２および図３を参照すると、発光ダイオード１１、１２は導電性の樹脂によって、その全領域にわたり厚膜導体が印刷された酸化アルミニウムのサブストレート４４にマウントされ、それにより直列接続形の回路を提供する。発光ダイオード１１のアノード１３ａは金線４１ａおよび厚膜導体４５によりピン１６へ接続される。発光ダイオード１２のカソード１３ｂは金線４１ａおよび厚膜導体４７によりピン１４へ接続される。光起電性集積回路では、３６個のフォトダイオード１８が、酸化アルミニウムのサブストレート４４が非導電性樹脂を介して装着されるところの中央空間を残し、その周辺部に提供される。この構成により、順電流が入力１４および１６間に印加されれば、発光ダイオード１１および１２により放射される光は酸化アルミニウムのサブストレート４４を通じて透過しそして効率よくフォトダイオード１８に到達し、フォトダイオード配列１７のアノード１９およびカソード２０間に誘導出力電圧を発生させる。

【００１５】モス電界効果トランジスタ２１および２２の基部には、すず半田により酸化アルミニウムのサブストレート４２上の厚膜導体へそれぞれ接続されそして引き続きアルミニウム線４８ｂにより出力３１および３３へ接続されたドレイン２７および２８が配置されている。ソース２３および２４は、酸化アルミニウムのサブストレート４３上で金線４１ｂおよび厚膜導体４９によりフォトダイオード配列１７のカソード２０へ接続される。ドレイン２５および２６が金線４１および厚膜導体５０によりフォトダイオード配列１７のアノード１９へ接続される。抵抗Ｒ１およびＲ２が、種々の回路並びに光起電性集積回路に基づいて選択され、短絡防護の機能および回路の迅速なスイッチオフ機能を提供する。

【００１６】次に、図６〜図９を参照されたい。図６および図７は図１のモス電界効果トランジスタ２１および２２を駆動するのに適当なモス電界効果トランジスタ用駆動装置を図示する。モス電界効果トランジスタ駆動装置は、２つの発光ダイオード１１、１２から構成される駆動手段２９と（ピン保持部６１およびピン６６を具備する）ピン手段と光起電性集積回路とを具備しており、発光ダイオード１１および１２が酸化アルミニウムのサブストレート４４にマウントされ、このサブストレート４４は引き続き光起電性集積回路のブランク（空白）領域にマウントされている。金線６４が提供せられ、発光ダイオード１１、１２および光起電性集積回路を、ピン保持部６１に装着されたピン６６へ接続する。パッド６２が与えられ、光起電性集積回路１７を適所に固定する。図７に図示されているように、組立後、透過性の接着剤６０の層が提供され得そして順次モス電界効果トランジスタ駆動装置は白色のプラスチック粉末によりパッケージされ、標準ＩＣを形成し、図１のモス電界効果トランジスタ２１および２２を駆動する。図８および図９は、２つの駆動手段２９が提供されていることを除いて、電気接続が図６および図７のそれと同様の別のモス電界効果トランジスタ駆動装置を図示する。

【００１７】図１０は光起電性集積回路と駆動手段２９の一部とを図示しており、そして図１１は、図１０の２つのフォトダイオード１８間の接続を図示する。多結晶サブストレート８０が提供されそしてサブストレート８０は複数のシリカのポケット６５を有する。それぞれのポケット６５はフォトダイオード１８を形成しそしてそれぞれのフォトダイオード１８は内部にシリカの薄層６６を有する。さらに、シリカの厚い層６７が２つの隣り合うフォトダイオード１８間に設けられる。それぞれのフォトダイオード１８はアノードを形成するＰ形領域とカソードを形成するＮ形領域層を有する。それぞれのフォトダイオード１８はＰ形の開口部を表わすポケット７２とＮ形の開口部を表わすポケット７１とを具備する。アルミニウム線７２が設けられ、２つの隣り合うフォトダイオードのアノードおよびカソードを接続する。最も左側のＰ形フォトダイオード１８は接続点１９´へ接続され、そして右下隅のＮ形フォトダイオード１８は接続点２０´へ接続され、必要な光起電性集積回路を形成する。図１０で左側のラベル表示されていないダイオードと結線場所３、４、５および６は図２の抵抗Ｒ１およびＲ２と共同し駆動手段２９の回路の一部を形成する。

【００１８】上述したことから、反対極性の２つの発光ダイオードが複数のフォトダイオードからなる光起電性集積回路上にマウントされるので、発光ダイオードから放射された光は直接フォトダイオードを賦活できる。したがって、少ない誤動作に加えて、より効率のよい光信号結合と良好な温度特性が交流または直流制御のいずれでも得られる。

【００１９】本考案をその好ましい実施例との関係で説明したけれども、請求の範囲に記載の本考案の技術思想から逸脱することなく種々の修正および変更が可能であることに注意されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による光電気的に隔絶された固体リレー
の回路図を図示する模式図である。

【図２】図１の回路の平面図である。

【図３】図２の３−３線に沿って得られる断面図であ
る。

【図４】図２の右側の部分を図示する拡大平面図であ
る。

【図５】図４の正面図である。

【図６】本考案によるモス電界効果トランジスタ駆動装
置の平面図である。

【図７】図６の正面図である。

【図８】本考案による別のモス電界効果トランジスタ駆
動装置の平面図である。

【図９】図８の正面図である。

【図１０】光起電性集積回路の模式図である。

【図１１】２つのフォトダイオード間の接続を示す、図
１０の１１−１１線に沿って得られる断面図である。

【符号の説明】

３、４、５、６結線場所１０光電アイソレート固体リレー１１、１２発光ダイオード１３ａアノード１３ｂカソード１４、１６入力１７フォトダイオード配列（光起電性
集積回路）１９第１端子（接続点）１９´ アノード（接続点）２０第２の接続点２０´ カソード２１、２２モス電界効果トランジスタ２３、２４ソース２５、２６ゲート２７、２８ドレイン２９駆動手段３０第３の接続点３１、３２、３３出力３４第４の接続点４１ａ金線４４サブストレート４５厚膜導体４７厚膜導体４８ｂアルミニウム線６０接着剤６１ピン保持部６５ポケット６６シリカの薄層６７シリカの厚い層７１ポケット７２ポケット８０多結晶サブストレート１００ターンオフ回路Ｒ１、Ｒ２抵抗

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】２つの直列接続された発光ダイオード
と、迅速放電回路と複数のフォトダイオードからなるフォト
ダイオード配列とを具備した光起電性集積回路と、一対のモス電界効果トランジスタとを備え、前記２つの発光ダイオードは反対極性で並列に配列され
ており、導電膜が被着された酸化アルミニウムのサブス
トレート（４４）上にマウントされ、それにより、当該
２つの発光ダイオードを電気的に直列に接続しており、各発光ダイオードの自由端は入力端子であり、前記酸化アルミニウムのサブストレート（４４）は前記
光起電性集積回路（１７）の中央部に装着されておりそ
して前記フォトダイオードは当該中央部の周囲に直列に
配列されており、当該中央部分は、前記発光ダイオードからの赤外線が伝
搬しそして前記フォトダイオードへ到達するのを許容す
るブランク領域でありそして当該フォトダイオード集積
回路の第１の出力端子（３０）が前記２つのモス電界効
果トランジスタの２つのゲートへ電気接続されており、
前記フォトダイオード集積回路の第２の出力端子（３
４）は前記２つのモス電界効果トランジスタの２つのソ
ースへ電気接続されており、当該２つのモス電界効果ト
ランジスタの２つのソースは別途第３の出力端子（３
２）に接続されており、当該モス電界効果トランジスタ
のドレインはそれぞれ第４の出力端子（３１）および第
５の出力端子（３３）に接続されている光電気的に隔絶
された固体リレー。
【請求項２】前記第４の出力端子（３１）並びに前記
第５の出力端子（３３）は交流負荷へ接続するのが許容
され、前記第４の出力端子（３１）並びに前記第３の出
力端子（３２）は直流負荷へ接続するのが許容され、前
記第５の出力端子（３３）並びに前記第３の出力端子
（３２）は直流負荷へ接続するのが許容される請求項１
の光電気的に隔絶された固体リレー。
【請求項３】前記光起電性集積回路は、それぞれのフ
ォトダイオードの全体電圧に等しくかつ当該フォトダイ
オードの数を変化することにより変化可能な電圧を提供
する請求項１の光電気的に隔絶された固体リレー。
【請求項４】前記光起電性集積回路は、直列に接続されたフォトダイオードと、短絡防護および迅速放電のための迅速放電回路と、それぞれがフォトダイオードを構成するSiO₂から作られ
た複数のポケットと、各フォトダイオード間に配列された複数の厚いSiO₂層と
を具備し、各フォトダイオードは、アノードとしてのＰ形領域およ
びその下部に配列されたカソードとしてのＮ形領域とを
具備し、それぞれのＰ形領域およびそれぞれのＮ形領域
は対応する開口部を有し、各開口部は、隣り合うアノー
ドまたはカソードを接続する金属線を収容し、直列接続
のフォトダイオードを構成し、迅速放電および短絡防護
を提供するために、抵抗構造体が当該フォトダイオード
集積回路の前記２つの出力端子間に配列されている請求
項１の光電気的に隔絶された固体リレー。
【請求項５】前記２つの発光ダイオードと前記光起電
性集積回路並びにピン保持部および複数のピンを具備す
るピン手段は前記２つのモス電界効果トランジスタを駆
動するためのモス電界効果トランジスタ駆動装置を構成
し、複数の金線（６４）が前記発光ダイオードおよび前
記光起電性集積回路を前記複数のピンへ接続する請求項
１の光電気的に隔絶された固体リレー。