JPH07154225A - 半導体リレー装置 - Google Patents

半導体リレー装置

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JPH07154225A
JPH07154225A JP6200277A JP20027794A JPH07154225A JP H07154225 A JPH07154225 A JP H07154225A JP 6200277 A JP6200277 A JP 6200277A JP 20027794 A JP20027794 A JP 20027794A JP H07154225 A JPH07154225 A JP H07154225A
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JP
Japan
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control signal
transistor
signal generator
switch
resistor
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JP6200277A
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English (en)
Inventor
Jerome J Joseph
ジョン ジョウジフ ジェロム
Michael F Petras
フランシス ペトラス マイケル
Steven B Witmer
ブルック ウィトマー スティーブン
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AT&T Corp
Original Assignee
American Telephone and Telegraph Co Inc
AT&T Corp
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    • H03K17/04Modifications for accelerating switching
    • H03K17/041Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0412Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
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    • H03K17/6871Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor
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    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
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    • H03K17/785Electronic 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】 【目的】 ターンオフ時間が、従来のリレーよりも高速
な半導体リレーを提供する。 【構成】 本発明の半導体リレーは、出力トランジスタ
2、3の導通性を制御するホトダイオードアレイ6を有
し、このホトダイオードアレイ6が電流の生成をやめた
ときに、JFETスイッチ14が閉じて、出力トランジ
スタのゲートを放電する。バイポーラトランジスタスイ
ッチ12は、JFETスイッチ14が閉じたことを検知
すると、光ダイオードアレイ6を放電させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体リレーに関し、
特に、その駆動回路に関する。
【0002】
【従来技術の説明】半導体リレーは、電磁リレーの分野
で幅広く使われている。しかし、この半導体リレーの速
度は、ある種の用途においては、遅すぎるものである。
従来、半導体リレーのターンオン時間は、約100μs
以下で十分であったが、この従来のリレーのターンオフ
時間は、将来の高速の素子に対しては一桁遅すぎる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、従来の半導体リレーに比較して、ターンオフ時間が
より速い半導体リレーを提供することである。特に、そ
の回路が複雑とはならずに、さらに、ターンオン時間に
大きな影響を与えること無く、より高速なターンオフ時
間を有する半導体リレーを提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の半導体リレーは、特許請求の範囲に記載し
たとおりである。
【0005】
【実施例】本発明の一実施例を、図1に基づいて説明す
る。同図において、本発明の半導体リレー20は、入力
端子8に接続された発光ダイオードのアレイ7からの光
放射をうけるように、フォトダイオードのアレイ6が配
列されている。このフォトダイオードのアレイからなる
制御信号生成器6とこの制御信号生成器6の出力に接続
される回路構成9と、回路構成9の出力に接続される出
力トランジスタ2、3を有する。この出力トランジスタ
2,3は、一つの入力端末と、2個の出力端末とを有
し、この出力端末は、半導体リレー20の出力4、4´
に接続されている。そして、出力トランジスタの入力端
末は、回路構成9の出力端子26に接続されている。
【0006】次に、回路構成9の構成について述べる。
回路構成9の入力端子22は、制御信号生成器6の一端
に接続され、同じく回路構成9の一方の出力端子24
は、制御信号生成器6の一端に接続されている。また、
回路構成9の他方の出力端子26は、出力トランジスタ
2、3のゲートに入力されている。この出力端子24
は、さらに、出力トランジスタ2、3の共通端子(ソー
ス、または、ドレイン)の共通ソース端子11に接続さ
れている。(1)前記入力端子22と出力端子26との
間には、抵抗13とツェナーダイオード15が並列に接
続されている。(2)入力端子22と出力端子24との
間には、トランジスタ12のコレクタと、エミッタが接
続され、(3)出力端子26と出力端子24との間に
は、電界効果型トランジスタ14のソース、ドレインと
抵抗10の直列接続が形成されている。電界効果型トラ
ンジスタ14のゲートは、入力端子22に接続され、電
界効果型トランジスタ14と電界効果型トランジスタ1
4のソースと抵抗10の一端の中点は、トランジスタ1
2のベースに接続されている。
【0007】次に、上記のように構成した半導体リレー
20の動作について述べる。制御信号生成器6が発光ダ
イオード(LED)アレイ7により照射されると、この
制御信号生成器6は、出力トランジスタ2、3を駆動す
るのに必要な電圧と電流をチャージする。制御信号生成
器6が電流の生成を中断すると、回路構成9は、出力ト
ランジスタ2、3のゲートの放電を速めるよう機能す
る。制御信号生成器6が電流を放電すると、抵抗13の
両端の電圧ドロップにより、出力トランジスタ2、3の
ゲートが完全に充電されるまで、ディプレーション・モ
ードの電界効果型トランジスタ14をほぼ被導通状態に
保持する。その後、電界効果型トランジスタ14がオン
状態になると、この電界効果型トランジスタ14は、制
御信号生成器6から少量の電流を引き出す。その結果得
られた抵抗13の電圧ドロップは、電界効果型トランジ
スタ14のピンチオフ電圧にほぼ等しくなり、それによ
り、出力トランジスタ2、3の何れかがオン状態になる
よう、そのゲートに十分な電圧をかけておく。制御信号
生成器6が電流の供給を中止すると、抵抗13にかかる
電圧ドロップは減少して、電界効果型トランジスタ14
がより多くの電流を導通させ、それにより、出力トラン
ジスタ2、3のゲートを放電する。
【0008】半導体リレー20のターンオンを補助する
ために、ツェナーダイオード15が追加されて、出力ト
ランジスタ2、3のゲートのチャージアップの間、抵抗
13にかかる電圧を制限する。これは、抵抗13にかか
る電圧が高すぎる場合に、電界効果型トランジスタ14
を、ゲート−ソースの間の破壊から保護するためであ
る。
【0009】半導体リレー20のターンオフの間、制御
信号生成器6は、電流の供給を中止し、電界効果型トラ
ンジスタ14は、導通を開始して、出力トランジスタ
2、3のゲートを共通ソース端子11に放電する。電界
効果型トランジスタ14が導通すると、制御信号生成器
6内の残留チャージにより、抵抗13が電圧をドロップ
して、電界効果型トランジスタ14の導通を減少させ、
出力トランジスタ2、3の放電を遅らせる。
【0010】回路構成9内の抵抗10とバイポーラ・ト
ランジスタ12は、電界効果型トランジスタ14が出力
トランジスタ2、3のゲートを放電していると、制御信
号生成器6を放電する。抵抗10は、電界効果型トラン
ジスタ14が、十分な電流(出力トランジスタ2、3が
放電していることを表す)を搬送している時を検知す
る。電界効果型トランジスタ14に十分な電流が流れて
いると、トランジスタ12は、ターンオンして、制御信
号生成器6を、抵抗13と電界効果型トランジスタ14
の組み合わせとは別のパスにより、制御信号生成器6を
放電する。これにより、抵抗13にかかる電圧ドロップ
が小さくなり、電界効果型トランジスタ14による高い
導通が得られる。それにより、出力トランジスタ2、3
と制御信号生成器6の両方の放電が高速化し、半導体リ
レー20のターンオフが高速化する。
【0011】電界効果型トランジスタ14は、出力トラ
ンジスタ2、3の入力端子を制御信号の除去により短絡
し、これにより、入力端末を放電する。トランジスタ1
2は、電界効果型トランジスタ14に応じて、制御信号
生成器6を放電する。一方、電界効果型トランジスタ1
4は、出力トランジスタ2、3の入力端末を放電する。
この制御信号は、半導体リレー20が導通状態か被導通
状態かを決定する。
【0012】半導体リレー20は、出力4、4´に接続
された出力トランジスタ2、3を有し、入力端子8、8
´に接続される発光ダイオード(LED)アレイ7によ
り制御信号生成器6が駆動される。トランジスタ12
は、電界効果型トランジスタ14が出力トランジスタ
2、3のゲートを放電するときに、制御信号生成器6の
放電を補助する。
【0013】抵抗10、抵抗13の抵抗値と、電界効果
型トランジスタ14のしきい電圧の選択は、半導体リレ
ー20がターンオンする時のトランジスタ12のインパ
クトを減少させるのに重要である。トランジスタ12の
コレクタ電流が、半導体リレー20のターンオンと定常
のオン状態の間、大きくなると、半導体リレー20のタ
ーンオン特性が悪くなる。これらの間にコレクタ電流の
主なインパクトは、同一のターンオン時間に対するより
大きな制御信号生成器6の電流が必要で、そのことは、
発光ダイオード(LED)アレイ7の最低の電流を増加
しなければならないことを意味する。このことは、様々
な特性において好ましいことではない。
【0014】抵抗13の抵抗と電界効果型トランジスタ
14のピンチオフ電圧は、制御信号生成器6の最低限の
照射のために、抵抗13に流れる電流は十分に小さく、
制御信号生成器6の出力電圧が、出力トランジスタ2、
3を定常のオン状態の間、完全にオン状態に維持するの
に必要な値以下に落ちるのを阻止する。このような電流
は、Vp/R13に等しく、ここで、Vpは、電界効果型ト
ランジスタ14のピンチオフ電圧で、R13は、抵抗13
の抵抗値である。
【0015】トランジスタ12のコレクタ電流は、制御
信号生成器6の電流が出力トランジスタ2、3のゲート
のチャージからあまり離れないように、および、電界効
果型トランジスタ14からの電流があまり離れないよう
にするレベルに制限される。コレクタ電流は、リレーの
定常オン状態における電界効果型トランジスタ14の電
流の約5%が好ましい。トランジスタ12のコレクタ電
流を適切に設定するために、抵抗10の抵抗値は (R13T/VP)ln(VP0.01X/IS13) の値以下が好ましい。ここで、lnは自然体数を表し、
Tは熱電圧(kT)で、ISはトランジスタ12の飽
和電流(約10-15A)で、Xはトランジスタ12のコ
レクタの電界効果型トランジスタ14の電流のパーセン
ト割合である。
【0016】しかし、抵抗13の抵抗値の、抵抗10の
抵抗値に対する比率が高くなると、上記の条件により制
限されるが、半導体リレー20のターンオフ時間はより
速くなる。
【0017】具体的実施例 半導体リレー20は、共通の集積回路上に形成され、1
20μsのターンオン時間と、20μsのターンオフ時
間を達成するために、抵抗等の値を次のように設定し
た。 抵抗10 3.2MΩ 抵抗13 14.5MΩ VP 2ボルト 制御信号生成器6 最小1μmで最大15ボルト
【0018】上記の実施例の変形例としては、トランジ
スタダイオード、および、制御信号生成器6の極性を反
転させることもできる。さらにまた、トランジスタ12
は、エンハンス型FETで置換でき、さらにまた、電界
効果型トランジスタ14は、バイポーラトランジスタで
も置換できる。
【0019】
【発明の効果】以上述べたような本発明の構成によれ
ば、ターンオン時間に大きな影響をおよぼすことなく、
ターンオフ時間を従来のものに比較して、大幅に減少さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるブロック図。
【符号の説明】
2・3 出力トランジスタ 4・4´ 出力 6 制御信号生成器 7 発光ダイオード(LED)アレイ 8・8´ 入力端子 9 回路構成 10・13 抵抗 11 共通ソース端子 12 トランジスタ 14 電界効果型トランジスタ 15 ツェナーダイオード 20 半導体リレー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル フランシス ペトラス アメリカ合衆国、19522 ペンシルベニア、 フリートウッド、プリンスタウン ロード 4042 (72)発明者 スティーブン ブルック ウィトマー アメリカ合衆国、19608 ペンシルベニア、 シンキング スプリング、ウイルシアー ブルバード 601

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 制御信号生成器(6)と、 一つの入力端末(26)と、共通ソース端子(11)
    と、2個の出力端末(4、4’)とを有し、この出力端
    末が、リレーの出力端末と結合され、入力端末(26)
    と共通ソース端子(11)とは、前記制御信号生成器
    (6)に結合される、直列接続された一対の出力トラン
    ジスタ(2、3)と、 前記出力トランジスタの入力端末(26)と前記制御信
    号生成器(6)の一端との間に配置され、前記制御信号
    生成器(6)からのの制御信号が除去されると、入力端
    末(26)を放電して、出力トランジスタ(2,3)の
    共通ソース端子(11)に短絡する第1スイッチ(1
    3、14)と、 前記第1スイッチ(13、14)に応答して、前記第1
    スイッチが出力トランジスタの入力端末(26)を放電
    している間、制御信号生成器(6)を放電する第2スイ
    ッチ(10、12)とからなり、前記制御信号は、リレ
    ーが、導通状態か、非導通状態かを決定することを特徴
    とする半導体リレー装置。
  2. 【請求項2】 前記第2スイッチ(10、12)は、 前記第1スイッチ(13、14)に直列に接続された抵
    抗(10)と第1トランジスタ(12)とからなり、 前記第1トランジスタ(12)が、前記第1電流検知装
    置に応答し、電流が所定値を超えたときに、制御信号生
    成器(6)を短絡するを有することを特徴とする請求項
    1の装置。
  3. 【請求項3】 前記第1スイッチ(13、14)は、 制御信号生成器(6)から、前記出力トランジスタの入
    力端末への制御信号電流を検知する抵抗(13)と前記
    抵抗が、制御信号電流が、所定値以下であると検知した
    ときに、出力トランジスタの共通ソース端子(11)
    に、入力端末(26)を短絡する第2トランジスタ(1
    4)とを有することを特徴とする請求項2の装置。
  4. 【請求項4】 前記電流検知装置は、抵抗で、 前記第1トランジスタは、バイポーラトランジスタで、 第2トランジスタは、JFETで、 前記制御信号生成器は、光ダイオードアレイであること
    を特徴とする請求項3の装置。
JP6200277A 1993-08-05 1994-08-03 半導体リレー装置 Pending JPH07154225A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US08/102,431 US5360979A (en) 1993-08-05 1993-08-05 Fast turn-off circuit for solid-state relays or the like
US102431 1993-08-05

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JPH07154225A true JPH07154225A (ja) 1995-06-16

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ID=22289808

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JP6200277A Pending JPH07154225A (ja) 1993-08-05 1994-08-03 半導体リレー装置

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EP (1) EP0639005A1 (ja)
JP (1) JPH07154225A (ja)

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