JPS5840425B2

JPS5840425B2 - サイリスタセイギヨソウチ

Info

Publication number: JPS5840425B2
Application number: JP50031630A
Authority: JP
Inventors: 敏郎阿部; 由彦名越
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1975-03-15
Filing date: 1975-03-15
Publication date: 1983-09-06
Also published as: JPS51107057A

Description

【発明の詳細な説明】この発明はサイリスク制御装置に関するものである。

従来の光によるサイリスクの点弧制御は、光によってサ
イリスタを単にターンオンするだけであり、光の強度に
よってサイリスクの点弧位相を制御することができなか
った。

したがって、この発明の目的は、光の強度を可変するこ
とによりサイリスクの点弧位相を制御することかできる
サイリスク制御装置を提供するととである。

この発明に用いられる光感固体発振素子の一例の構造図
を第１図に示す。

図において、１はｎ形シリコン基板、２は基板１上の片
面の一部にｐ形不純物を部分的に拡散したｐ＋層、３は
その上にｎ形不純物を高濃度に拡散したｎ中層、４は基
板１上の片面の一部にｎ形不純物を高濃度に部分拡散し
たｎ中層、５は基板１の逆面にｐ形不純物を拡散したｐ
中層である。

６，７および８はそれぞれ層３，４および５上に設けら
れたオーミック電極、９は負荷抵抗、１０は電源、Ｌは
光、１１は光感固体発振素子である。

この素子１１の印加電圧すなわち電源１０の電圧Ｖを一
定にして光りを照射すると、素子１１はパルス状の発振
を始め、その発振周波数は光りの光強度に応じて変化す
る。

すなわち、光りか弱いときは周波数が低く、光りが強い
ときは周波数が高くなる。

また、印加電圧■を変化させた場合、発振素子１１の発
振開始の光照度は、印加電圧Ｖが高いと発振開始光照度
は弱く、印加電圧Ｖが低いと発振開始光照度は強いとい
う関係がある。

この関係を第２図に示す。素子１１の構造はサイリスク
とフォトトランジスタとを結合させた形になっている。

すなわち、ｐ＋十層、ｎ形基板１ｙｐ中層２およびｎ中
層３でサイリスクを構成し、ｎ中層４．ｎ形基板１．ｐ
＋十層およびｎ中層３でフォトトランジスタを構成して
いる。

光りが素子１１に照射されると、ｎ形基板１内でホール
・電子対が発生する。

この生成されたホール・電子対のうち、基板１内におい
て少数キャリアであるホールは、拡散によりｐ中層５へ
流れて行く。

基板１内でのホールの生成率は、ｇ（ｘ）−Φ αｅ
−αＸ・・・・・・・・・・・・（１）で表わされ
る。

ここで、Φ。は光束、αはシリコン中の吸収係数、Ｘは
表面からの距離である。

この生成されたホールがｐ＋層５へ入り、ｐ中層５の電
位が高まり、ｎ形基板１よりも高電位になる。

そうすると、ｐ中層５（アノード）−ｎ形基板１−ｐ＋
層２−ｎ＋層３（カソード）のサイリスクが順バイアス
された形になる。

一方、ｐ＋層２にも光りが照射されており、とのｐ＋層
２内でもホール・電子対が生成される。

そして、第１図の印加電圧Ｖで、ｐ＋層２とｎ形基板１
の接合は逆バイアスされている。

そのため、ｐ＋層２内で生成した電子は、拡散と空乏層
内の電界によりｎ形基板１へ流れる光電流となる。

また、ｐ＋層２とｎ形基板１の空乏層内で生成上た電子
も直ちにｎ形基板１へ流れ、また、ｎ形基板１で生成し
たホールのうちｎ形基板１とｐ＋層２の接合付近のもの
はｐ中層２へ流れる光電流となる。

そして、ｐ中層２内で発生したホールはｐ中層２内の電
位を高め、ｎ＋層３よりの電子の注入を容易にする。

そのため、光電流を■Ｌとすると、ｎ中層４−ｎ形基板
１−ｐ＋層２−ｎ＋層３のトランジスタを流れる電流■
１は、となる。

ここで、α１は上記トランジスタの増幅率で■１に依存
しており、■１が大きい程大きくなる。

そのため、小さな■Ｌに対してもＩｔが大きくなり、そ
の工、が大きいためα、も大きくなっている。

また、ｐ、中層５− ｎ形基板１−ｐ＋層２で構成され
るトランジスタの増幅率をα２とすると、α、が大きい
ため、わずかな光の照射でもの条件を満足するようになり、そのため、ｐ中層５の電
位がｎ形基板１よりも高くなると直ちにｐ＋層５− ｎ
形基板１−ｎ＋層２−ｎ＋層３のサイリスは導通になる
。

すなわちｐ中層５のホールはｎ形基板１に注入され、ま
たｎ中層３の電子はｐ＋層２に注入され、ｐ中層２とｎ
形基板１の接合でダブルインジェクションが起す、この
接合（ｚ−ｉ）は直ちに順方向バイアスになる。

しかし、ｐ＋層５のホールが出掃い、またｎ中層３より
の電子がｐ中層５に入ると、ｎ中層３の電位は下がり、
そのためｐ中層５よりｎ形基板１へのホールの注入がな
くなり、ダブルインジェクションは起らなくなる。

しかし接合（２−１）には過剰のキャリアの蓄積が起っ
ていて、これらのキャリアがなくなるまでは順バイアス
されたままである。

そのため、トランジスタ（４−１−２−３）には、この
接合が順バイアスのとき飽和電流ＩＳが流れる。

すなわち、印加電圧をＶとし、負荷抵抗をＲとすると、
となる。

そしてこの接合（２−１）の過剰キャリアがなくなると
、この接合（２−１）は逆バイアスされて、電流は式（
１）で表わされる光電流に基づくものだけとなる。

一方、サイリスタ（５−１−２−３）が導通したとき、
ｐ中層５はアース電位まで下がり、接合（１−２）が逆
方向バイアスになっても、ｐ＋層５に貯えられた電子の
ためにアース電位に近いままの電位である。

そしてｎ形基板１中に発生したホールがｐ＋層５に入り
、そのためｐ中層５の電位を上げて行き、ｎ形基板１の
電位よりｐ中層５の電位が高くなると、ふたたびサイリ
スク（５−１−２−３）が導通して、トランジスタ（４
−１−２−３）に飽和電流ＩＳが流れる。

以上が光照射による発振素子１１の発振機構である。

この負荷電流■とｐ＋層５の電位ｖ５の変化の様子を第
３図ａ、ｂに示す。

この発明のサイリスタ制御装置の一実施例の回路図を第
４図に示す。

図において、ｖｌは交流電源、ＲＬはサイリスタ１２の
負荷、１３は位相遅れ回路、ＤＩはダイオード、１４は
発光ダイオード、１５は可変抵抗、ｖ２は発光ダイオー
ド１４の信号電源である。

位相遅れ回路１３は、抵抗Ｒ□。Ｒ２およびコンデンサ
Ｃ□、ｃ２で構成されている。

１６は光感固体発振素子１１と発光ダイオード１４を一
体化したホトカプラである。

動作において、電源ｖ１によりサイリスタ１２の両端（
Ａ−Ｂ）に印加される電圧波形を第５図ａに示している
。

このサイリスク電圧を位相遅れ回路１３で位相を遅らせ
（第５図ｂ）、電源電圧がＯｖの時ｔ１、光感固体発振
素子１１に印加される電圧がピークかあるいはそれ以下
であるようにしている。

すなわち、時刻ｔ。で最低でかつｔｌまでは単調に上昇
する第５図すの電圧が素子１１の正端子Ｉとサイリスタ
１２のカソード間（Ｃ−Ｂ）に印加される。

また、ｔ１〜１２間で電源ｖ１の電圧が負のサイクルと
なり、Ｃ−Ｂ間は、コンデンサＣ０，Ｃ２の放電で電位
が下がり、ｔ２以前でＯＶまで放電されるようにしてい
る。

この電圧がＯｖになると、ダイオードＤ１でクランプさ
れて、負電位にはならないようにしている。

このように、電源ｖ０の電圧が０Ｖ（ｔｏ）で発振素子
１１に印加される電圧が最低となり、電源電圧が１８０
°進んだ所（ｔｌ）で発振素子１１に印加される電圧が
最大になり、この印加電圧に依存して発振開始光照度が
変るため、発光ダイオード１４に電流を流して光を発振
素子１１に照射すると、光の強さに応じて素子１１の発
振開始電圧が変化する。

すなわち、光の弱いときには電圧の最も高い所でのみ発
振を始めるので、第６図ａのように時刻ｔ１附近で発振
を行い、その発振電流でサイリスタ１２をオンさせる。

この時、サイリスタ１２の点弧位置は１８０°附近であ
るから、負荷ＲＬに流れる電流は微小である。

つぎに、光を強くすると、電圧の低い所より発振を始め
るため、サイリスタ１２の点弧位相は小さくなって、負
荷ＲＬには大きな電流が流れる。

さらに光を強くすると、発振素子１１は電圧の最も低い
所で発振を始め、はとんど電源電圧Ｏｖ附近でサイリス
タ１２をオンさせる。

このときの様子を第６図すに示している。

しかし、実際にはＯｖ附近でサイリスタ１２がオンする
ため、それ以後は第６図Ｃのように素子１１にはｔ２ま
で電圧が印加されなくて、ｔ２でふたたび発振を行ない
、サイリスタ１２をオンさせる。

このようにして、光の強度に応じて負荷電流を制御する
ことができる。

すなわち、光が弱いときは電流が小さく、光が強いとき
には大きな負荷電流を流すことができる。

すなわち、サイリスタ１２は光信号によりＯ〜１８０°
まで位相制御される。

このように、サイリスタ１２の制御信号が光であるので
信号が一方向性となり、信号源と制御装置（サイリスク
回路）が完全に分離できるので、サイリスタ１２の部分
の制御時の影響が信号部分に影響を及ぼすことなく、光
信号の強度を変化してサイリスタ１２を０〜ｉｓｏ
’ｉで位相制御することができる。

そのため、従来のように制御信号部分で位相を変化させ
てサイリスタ１２の制御を行なう必要がなく、また、光
感固体発振素子１１の応答が非常に速いので信号の伝達
は瞬時に行なえる。

以上のように、この発明のサイリスク制御装置によれば
、光の強度を可変することにより、サイリスタの点弧位
相を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に用いられる光感固体発振素子の一例
の構造図、第２図および第３図はその動作説明図、第４
図はこの発明のサイリスク制御装置の一実施例の回路図
、第５図および第６図はその動作説明のための信号波形
図である。１１・・・・・・光感固体発振素子、１２・・・・・・
サイリスク、１３・・・・・・位相遅れ回路、１４・・
・・・・発光ダイオード、■、・・・・・・電源、Ｄｌ
・・・・・・ダイオード。

Claims

【特許請求の範囲】

１電源電圧が負荷を介してアノード・カソード間に印
加されるサイリスタと、このサイリスクのアノード・カ
ソード間に印加される電圧の位相を遅らせる位相遅れ回
路とこの位相遅れ回路の出力端に設けられたクランプ用
ダイオードとから構成され前記サイリスタのアノード・
カソード間の電圧の位相が００のとき最低電圧となり位
相が１８０゜のとき最高電圧となりこの区間で単調増加
する直流電圧を発生する電圧源と、発振開始光照度が印
加電圧に依存して変化する特性をもち前記電圧源の出力
端に一端を接続し前記サイリスクのゲートに他端を接続
した光感固体発振素子と、この光感固体発振素子に光を
照射する照度可変型光源とを備えたサイリスタ制御装置
。