JPH07193220A - Photo thyristor - Google Patents

Photo thyristor

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JPH07193220A
JPH07193220A JP5330718A JP33071893A JPH07193220A JP H07193220 A JPH07193220 A JP H07193220A JP 5330718 A JP5330718 A JP 5330718A JP 33071893 A JP33071893 A JP 33071893A JP H07193220 A JPH07193220 A JP H07193220A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photothyristor
gate
mosfet
voltage
cathode
Prior art date
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Pending
Application number
JP5330718A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hajime Kamiuchi
元 上内
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide a very reliable photo thyristor which can be reduced in size and is resistant to pulse noise. CONSTITUTION:In one and the same substrate wherein a photo thyristor 16 is formed, a normally-on type MOSFET 17 which is to be connected between the gate and the cathode of the photo thyristor 16 is formed and a photo transistor 18 to be connected to the gate of the normally-type MOSFET 17 is also formed.

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、フォトサイリスタとフ
ォトサイリスタのゲート制御用素子とが同一基板内にモ
ノリシックに形成された高耐ノイズ型フォトサイリスタ
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high noise resistant photothyristor in which a photothyristor and a gate control element of the photothyristor are monolithically formed in the same substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、フォトサイリスタは通常赤外発
光ダイオードと組み合わされ、フォトサイリスタカプラ
と呼ばれる光結合素子に内蔵され、主に交流回路のスイ
ッチングや大電力用トライアックの点孤用として用いら
れている。スイッチング素子であるフォトサイリスタ、
入力である光が入った時のみONし、光が入っていない
時はいかなる場合においてもOFFしていることが重要
である。
2. Description of the Related Art Generally, a photothyristor is usually combined with an infrared light emitting diode and built in an optical coupling element called a photothyristor coupler, which is mainly used for switching an AC circuit and firing a high power triac. There is. A photothyristor that is a switching element,
It is important that it is turned on only when the light which is the input is input and is turned off in all cases when the light is not input.

【0003】ところが、フォトサイリスタに急峻な立ち
上がりの電圧を印加した場合や雷等によるパルス的高電
圧を印加した場合、入力が入っていない状態でもフォト
サイリスタがONすることがある。このような誤動作を
避けるために従来は、回路全体にバリスタや抵抗、コン
デンサからなるスナバ回路を設ける外に、フォトサイリ
スタのゲート、カソード間にゲートコンデンサと呼ばれ
るコンデンサを外付けし、ノイズがゲートに入りフォト
サイリスタが誤点孤する事を防止していた。
However, when a voltage with a sharp rise is applied to the photothyristor or when a pulse-like high voltage is applied by lightning or the like, the photothyristor may be turned on even when there is no input. In order to avoid such malfunctions, conventionally, in addition to providing a snubber circuit consisting of a varistor, a resistor, and a capacitor in the entire circuit, a capacitor called a gate capacitor is externally attached between the gate and cathode of the photothyristor, and noise is applied to the gate. The photo thyristor was prevented from being erroneously shot.

【0004】また、第3図に示すような、突入電流防止
の目的で設けられているゼロクロス機能付きフォトサイ
リスタではアノード・カソード間電圧が0V近傍のゼロ
クロス電圧以外では、ゲート制御回路がゲート、カソー
ド間をショートしているために、パルス的なノイズに対
してはゼロクロス機能なしのものに比べ強い構成となっ
ている。図3において、100がフォトサイリスタ部、
101がノーマリーオフ型NチャンネルMOSFET部
である。
Further, in a photothyristor with a zero-cross function provided for the purpose of preventing inrush current as shown in FIG. 3, the gate control circuit operates as a gate and a cathode except when the anode-cathode voltage is near 0V. Due to the short-circuiting between them, the structure is stronger against pulse-like noise than that without the zero-cross function. In FIG. 3, 100 is a photothyristor part,
101 is a normally-off type N-channel MOSFET section.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、フォトサイ
リスタの誤点孤を防止する方法として、前述のようにゲ
ートコンデンサを使用する場合、大きな容量を必要とす
るため、同一素子内に作り込むことは困難であり外付け
することが必要となり、構成部品を増やすことになる
上、ゲート・カソード間に入れることになるので、入力
ONに対するスイッチング応答が悪くなるという欠点が
ある。
By the way, as a method of preventing the false firing of the photothyristor, when a gate capacitor is used as described above, a large capacitance is required, so that it is not possible to build it in the same element. It is difficult and needs to be externally attached, the number of components is increased, and since it is placed between the gate and the cathode, there is a drawback that the switching response to input ON is deteriorated.

【0006】また、ゼロクロス内蔵のものについては、
通常20〜50V程度に設定されているゼロクロス電圧
内ではゼロクロス機能が動作しておらず、急峻な電圧が
印加された場合、ゼロクロス回路が動作する前にフォト
サイリスタがONしてしまうという欠点がある。
[0006] In addition, for those with a built-in zero cross,
The zero-cross function does not operate within the zero-cross voltage which is usually set to about 20 to 50V, and when a steep voltage is applied, the photothyristor turns on before the zero-cross circuit operates. .

【0007】そこで、本発明の目的は、小型化を図れ、
パルス的なノイズにも強い高信頼性のフォトサイリスタ
を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to reduce the size,
It is to provide a highly reliable photothyristor that is strong against pulse noise.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、フォトサイリスタが形成された基板と同一
基板内に、前記フォトサイリスタのゲート、カソード間
に接続されるノーマリーオン型のMOSFETを形成
し、且つ前記ノーマリーオン型のMOSFETのゲート
に接続されるフォトトランジスタを形成してなることを
特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a normally-on type which is connected between a gate and a cathode of the photothyristor in the same substrate on which the photothyristor is formed. A MOSFET is formed, and a phototransistor connected to the gate of the normally-on type MOSFET is formed.

【0009】[0009]

【作用】本発明は上記のように、ノーマリーオン型のM
OSFETをフォトサイリスタのゲート、カソード間に
接続されており、MOSFETのゲートに接続されたフ
ォトトランジスタに入力信号である光が入っていない時
はフォトサイリスタのゲート、カソード間をショートし
ているため、パルス的なノイズがゲートに入りフォトサ
イリスタを誤点孤させることはない。この構造により、
従来のゼロクロス型フォトサイリスタで発生するゼロク
ロス電圧内での誤点孤はなくなり、ゲートコンデンサ等
の外付部品も不要となる。
The present invention, as described above, is a normally-on type M
The OSFET is connected between the gate and cathode of the photothyristor, and when the phototransistor connected to the gate of the MOSFET does not receive light as an input signal, the gate and cathode of the photothyristor are short-circuited. Pulse-like noise does not enter the gate and cause the photothyristor to be misfired. This structure allows
Erroneous discharge within the zero-cross voltage generated in the conventional zero-cross type photothyristor is eliminated, and external parts such as a gate capacitor are also unnecessary.

【0010】さらに、この構造はMOSFETの閾値電
圧を任意の電圧にすることによりゼロクロス回路として
使用することもできる。
Furthermore, this structure can also be used as a zero-cross circuit by setting the threshold voltage of the MOSFET to an arbitrary voltage.

【0011】[0011]

【実施例】本発明の一実施例について図1及び図2を参
照して説明する。図1及び図2はそれぞれ、本実施例に
よるフォトサイリスタの断面図及び等価回路である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 are a sectional view and an equivalent circuit of a photothyristor according to this embodiment, respectively.

【0012】なお、図1においては本発明の構造に関す
る部分以外、例えばMOSFET部以外の酸化膜等につ
いては省略している。また、各素子の製造方法について
は、周知の技術であるので簡単に説明する。
It should be noted that, in FIG. 1, parts other than the part related to the structure of the present invention, such as an oxide film other than the MOSFET part, are omitted. A method of manufacturing each element is a well-known technique and will be briefly described.

【0013】まず、N-基板1にフォトサイリスタのア
ノード2となるP型不純物を裏面よりフォトサイリスタ
のゲート及びMOSFETのソース4、MOSFETの
ドレイン5、フォトトランジスタのベース7となるP型
不純物を表面より同時に拡散する。
First, a P-type impurity which becomes the anode 2 of the photothyristor is formed on the N substrate 1 from the back surface, and a P-type impurity which becomes the gate 4 of the photothyristor, the source 4 of the MOSFET, the drain 5 of the MOSFET and the base 7 of the phototransistor is formed on the surface. Spread more simultaneously.

【0014】次に、フォトサイリスタのカソード3とフ
ォトトランジスタのエミッタ8の部分に表面よりN型不
純物を拡散する。
Next, N-type impurities are diffused from the surface into the cathode 3 of the photothyristor and the emitter 8 of the phototransistor.

【0015】最後に、MOSFETのウェル6の部分に
チャンネルドープと呼ばれるMOSのチャンネルと同一
の低い濃度のP型不純物を拡散することにより、フォト
サイリスタ部16、ノーマリーON型MOSFET部1
7、フォトトランジスタ部18が形成される。ここで、
上記各部は、フォトサイリスタ部16のゲート、カソー
ド間にノーマリーON型MOSFET部17が接続さ
れ、且つノーマリーON型MOSFETのゲートにフォ
トトランジスタ部18を接続した構成となっている。
Finally, the photo-thyristor portion 16 and the normally-on type MOSFET portion 1 are diffused in the well 6 of the MOSFET by diffusing a P-type impurity having the same low concentration as the channel of the MOS called channel doping.
7, the phototransistor portion 18 is formed. here,
In each of the above-mentioned parts, a normally-on type MOSFET part 17 is connected between the gate and cathode of the photothyristor part 16, and a phototransistor part 18 is connected to the gate of the normally-on type MOSFET.

【0016】そして、各々の素子をAl等により配線し
裏面にアノード電極を形成し本実施例のフォトサイリス
タは完成する。MOSFETのゲート電極12はチャン
ネル間の上に設けたゲート酸化膜15を介して設けられ
ている。
Then, each element is wired with Al or the like, and an anode electrode is formed on the back surface to complete the photothyristor of this embodiment. The gate electrode 12 of the MOSFET is provided via a gate oxide film 15 provided between the channels.

【0017】次に、動作について説明する。上記の工程
によって形成されたフォトトライアックチップは赤外発
光ダイオードと同一パッケージに組み込まれフォトサイ
リスタカプラとなる。同一チップに形成されたフォトサ
イリスタ部16とフォトトランジスタ部18には赤外発
光ダイオードの光は同時に照射されることになる。
Next, the operation will be described. The phototriac chip formed by the above process becomes a photothyristor coupler when incorporated in the same package as the infrared light emitting diode. The light of the infrared light emitting diode is simultaneously applied to the photothyristor portion 16 and the phototransistor portion 18 formed on the same chip.

【0018】入力OFF時、フォトトランジスタ部には
光が当たっていないため、MOSFETのゲートには電
圧が印加されず、ノーマリーON型FETはON状態に
なっている。このため、フォトサイリスタのゲート、カ
ソード間はショートしているため、フォトサイリスタの
A−K間やG−K間にノイズが入ってもフォトサイリス
タは絶対にONしない。
When the input is turned off, since the phototransistor section is not exposed to light, no voltage is applied to the gate of the MOSFET and the normally-on type FET is in the on state. For this reason, since the gate and cathode of the photothyristor are short-circuited, the photothyristor is never turned on even if noise enters between the A and K or the G and K of the photothyristor.

【0019】次に、入力がONになりフォトトランジス
タ部に光が照射されると、フォトトランジスタがONし
MOSFET17のゲートに電圧が印加される。
Next, when the input is turned on and the phototransistor portion is irradiated with light, the phototransistor is turned on and a voltage is applied to the gate of the MOSFET 17.

【0020】この電圧はA−K間電圧よりフォトサイリ
スタ部16のPNP Trのベース・エミッタ間順方向
電圧とフォトサイリスタ部18の電圧降下を差し引いた
電圧であり、この電圧がMOSFETの閾値を超えると
MOSFETがOFF状態となりフォトサイリスタのゲ
ート・カソード間はオープンになるため、光の照射され
ているフォトサイリスタはONする。MOSFETの閾
値電圧は、チャンネルドープを行う不純物の量によって
制御が可能であり、閾値電圧を5V程度以下に設定する
ことによりゼロクロス機能のフォトサイリスタとなる。
This voltage is a voltage obtained by subtracting the base-emitter forward voltage of the PNP Tr of the photothyristor portion 16 and the voltage drop of the photothyristor portion 18 from the voltage between A and K, and this voltage exceeds the threshold value of the MOSFET. And the MOSFET is turned off and the gate and cathode of the photothyristor are opened, so that the photothyristor irradiated with light is turned on. The threshold voltage of the MOSFET can be controlled by the amount of impurities for channel doping, and by setting the threshold voltage to about 5 V or less, a zero-cross function photothyristor is obtained.

【0021】以上のように、本実施例のフォトサイリス
タによると入力OFF時にはフォトサイリスタのゲート
・カソード間はMOSFETにより必ずショートされて
いる為、パルス的なノイズが入っても確実に誤点孤を防
止できる。また、従来のように、大きな容量のコンデン
サを外付する必要がないので、小型化を図れる。さら
に、MOSFETの閾値電圧を適切な値に設定すること
により、ゼロクロス機能付きフォトサイリスタとして使
用することもできる。
As described above, according to the photothyristor of this embodiment, when the input is turned off, the gate and cathode of the photothyristor are always short-circuited by the MOSFET, so that even if pulsed noise is entered, the erroneous arc is surely caused. It can be prevented. Further, unlike the conventional case, it is not necessary to externally attach a capacitor having a large capacity, so that the size can be reduced. Furthermore, by setting the threshold voltage of the MOSFET to an appropriate value, it can be used as a photothyristor with a zero-cross function.

【0022】なお、上記実施例においては、バーティカ
ル型のフォトサイリスタについて説明を行ったが、ラテ
ラル型のフォトサイリスタやフォトトライアックについ
てもゲート制御素子として同様な効果が得られる。
Although the vertical type photothyristor has been described in the above embodiments, a lateral type photothyristor and a phototriac can also obtain the same effect as a gate control element.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、小型化
を図れる上、パルス的なノイズが入っても確実に誤点孤
を防止できる高信頼性のフォトサイリスタを実現でき
る。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a highly reliable photothyristor which can be miniaturized and can surely prevent erroneous firing even when pulsed noise is introduced.

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

【図1】本発明の一実施例によるフォトサイリスタの断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a photothyristor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のフォトサイリスタの等価回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the photothyristor of FIG.

【図3】従来例によるフォトサイリスタの回路図であ
る。
FIG. 3 is a circuit diagram of a photothyristor according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 共通フィルム 2 共通接続パターン 101 LEDチップ 103 LEDドライバ用IC 105 基板 1 common film 2 common connection pattern 101 LED chip 103 LED driver IC 105 substrate

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フォトサイリスタが形成された基板と同
一基板内に、前記フォトサイリスタのゲート、カソード
間に接続されるノーマリーオン型のMOSFETを形成
し、且つ前記ノーマリーオン型のMOSFETのゲート
に接続されるフォトトランジスタを形成してなることを
特徴とするフォトサイリスタ。
1. A normally-on type MOSFET connected between a gate and a cathode of the photothyristor is formed in the same substrate as the substrate on which the photothyristor is formed, and a gate of the normally-on type MOSFET. A photothyristor formed by forming a phototransistor connected to the.
JP5330718A 1993-12-27 1993-12-27 Photo thyristor Pending JPH07193220A (en)

Priority Applications (1)

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JP5330718A JPH07193220A (en) 1993-12-27 1993-12-27 Photo thyristor

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JP5330718A JPH07193220A (en) 1993-12-27 1993-12-27 Photo thyristor

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JP5330718A Pending JPH07193220A (en) 1993-12-27 1993-12-27 Photo thyristor

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