JPS63148713A - 半導体スイツチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、光によるアイソレーションを用いた半導体ス
イッチング装置に関するものである。

（背景技術） 第３図は従来の半導体スイッチング装置の回路図である
。入力端子（ＩＩ）、（Ｉ２）間には発光ダイオードの
ような発光素子（Ｌｌ）が接続されている。

入力端子（ｒ　＋）、（Ｉ　２）間に入力電流が流れる
と、発光素子（Ｌｌ）は光信号を発生する。この光信号
は光起電力素子（Ｐｌ）にて受光される。光起電力素子
（Ｐｌ）は光を受光すると、光起電力を発生し、電界効
果トランジスタ（Ｑ）のゲート・ソース間の電圧をスレ
ショルド電圧以上に上昇させ、電界効果トランジスタ（
Ｑ）のドレイン・ソース間のインピーダンスを第１の状
態から第２の状態に変化させる０例えば、電界効果トラ
ンジスタ（Ｑ）がエンハンスメントモードである場合に
は、電界効果トランジスタ（Ｑ＞のドレイン・ソース間
は低インピ−ダンス状態となり、出力端子（０１＞、（
０２）間は導通状態となる。

入力端子（Ｉ、）、（Ｉ２）間の入力電流が消失すると
、発光素子（Ｌ、）は光信号の発生を停止する。

このため、光起電力素子（Ｐ、）の光起電力が低下して
、電界効果トランジスタ（Ｑ）のゲート・ソース間の電
圧が低下するので、電界効果トランジスタ（Ｑ）のドレ
イン・ソース間のインピーダンスは前述の第２の状態か
ら第１の状態に戻る。

この半導体スイッチング装置は、入力側の発光素子（Ｌ
、）から、出力側の電界効果トランジスタ（Ｑ）への信
号伝達が光信号によって行われるようになっているため
、入出力間が電気的に絶縁されている必要がある場合な
どに利用価値が高いものである。

ところが、この半導体スイッチング装置では、発光素子
（Ｌｌ）が光信号の発生を停止したときには、光起電力
素子（Ｐｌ）が高抵抗となるため、電界効果トランジス
タ（Ｑ）のゲート・ソース間静電容量に蓄積された電荷
が放電されに＜＜、電界効果トランジスタ（Ｑ）のソー
ス・ドレイン間インピーダンスを第２の状態から第１の
状態に速やかに復帰させることができない。したがって
、電界効果トランジスタ（Ｑ）がＯＮ状態でもＯＦＦ状
懸でもない中間的な状態となる恐れがあり、このような
スイッチング装置では高速且つ確実な動作をさせること
が難しいという問題があった。

（発明の目的） 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、高速且つ確実な動作を可能と
した半導体スイッチング装置を提供するにある。

（発明の開示） 本発明に係る半導体スイッチング装置にあっては、第１
図に示すように、一方向に通電されたときに光信号を発
生する第１の発光素子（Ｌ、）と、第１の発光素子（Ｌ
ｌ）と並列的に接続されて前記一方向とは逆方向に電流
が流れたときに光信号を発生する第２の発光素子（Ｌｍ
）と、第１及び第２の発光素子（Ｌ、）、（Ｌｍ＞と並
列的に接続されたインダクタンス成分（Ａ１）と、出力
用の電界効果トランジスタ（Ｑ＞と、電界効果トランジ
スタ（Ｑ）のゲート・ソース間に接続され、第１の発光
素子（Ｌｌ）とより強く光学的に結合されて、光を受光
したときに光起電力を発生して電界効果トランジスタ（
Ｑ）のゲート・ソース間の電圧をスレショルド電圧以上
に上昇させる第１の光応答素子としての光起電力素子〈
Ｐｌ）と、電界効果トランジスタ（Ｑ）のゲート・ソー
ス間に接続され、第２の発光素子（Ｌｍ）とより強く光
学的に結合されて、光を受光したときに電界効果トラン
ジスタ（Ｑ）のゲート・ソース間容量の蓄積電荷を放電
させる第２の光応答素子としての光起電力素子（Ｐ２〉
とを有して成るものであり、第１の発光素子（Ｌ＋）に
流れる入力電流が遮断された時にはインダクタンス成分
（Ａ、）に発生する逆起電力により第２の発光素子（Ｌ
ｍ）を瞬時発光させ、その光信号により第２の光起電力
素子（Ｐ２）を動作させて、電界効果トランジスタ（Ｑ
）のゲート・ソース間容量に蓄積された電荷を急速に放
電させるようにしたものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図に示す実施例では、電界効果トランジスタ（Ｑ）
として、ＮチャンネルのエンハンスメントモードのＭＯ
ＳＦＥＴが使用されている。この電界効果トランジスタ
（Ｑ）のドレイン及びソースはそれぞれ出力端子（０，
）、（０２）に接続されている。

また、そのゲート・ソース間には、第１の光起電力素子
（Ｐｌ）と第２の光起電力素子（Ｐ２）とが、互いにそ
の光起電力の極性が逆になるように並列的に接続されて
いる。第１の光起電力素子（Ｐｌ）はフォトダイオード
直列アレイよりなり、その直列段数は光起電力が電界効
果トランジスタ（Ｑ＞のスレショルド電圧よりも高くな
るように選定される。

第２の光起電力素子（Ｐ２）はフォトダイオードよりな
る。

入力端子（Ｉ　＋＞、（Ｉ　ｚ）間には、発光ダイオー
ドよりなる第１及び第２の発光素子（Ｌ、）、（Ｌｍ）
が互いにその極性を逆にして並列に接続されている。

第１の発光素子（Ｌ　ｌ）は、第１の光起電力素子（Ｐ
、）とは光学的により強く結合されているが、第２の光
起電力素子（Ｒ２）とは光学的により弱く結合されてい
るか、又は、光学的に分離されている。

第２の発光素子（Ｒ２）は、第１の発光素子（Ｌｌ）と
は逆に、第２の光起電力素子（Ｒ２）とは光学的により
強く結合されているが、第１の光起電力素子（Ｐｌ）と
は光学的により弱く結合されているか、又は、光学的に
分離されている。第１及び第２の発光素子（Ｌ＋）、（
ｔ、ｉ）の並列回路には、更に、コイル（Ａ、）と抵抗
（Ｒ５）の直列回路が並列的に接続されている。

本実施例の半導体スイッチング装置を作動させるために
は、まず、第２図（ａ）に示すように、第１の発光素子
（Ｌ、）が発光するように入力端子（Ｉ＋）、＜１２）
間に入力電流ｉを流す、このとき、コイル（Ａ１）と抵
抗（Ｒ，）の直列回路には電流ｉ、が流れ、第１の発光
素子（Ｌｌ）には電流１２が流れる。電流１１によって
第１の発光素子（Ｌｌ）が光信号を発生し、この光信号
によって第１の光起電力素子（Ｐ、）に光起電力が発生
して、それが電界効果トランジスタ（Ｑ）のゲート・ソ
ース間に印加される。この光起電力は、電界効果トラン
ジスタ（Ｑ）のスレショルド電圧よりも高くなるように
設定されているので、電界効果トランジスタ（Ｑ）のソ
ース・ドレイン間のインピーダンスは低インピーダンス
状態となり、出力端子（０１＞、（Ｏ□）間はＯＮ状態
となる。

次に、入力端子（Ｉ　＋）、（Ｉ　ｚ＞閏の入力電流ｉ
を急に遮断すると、第１の発光素子（Ｌｌ）は発光を停
止する。一方、インダクタンス成分（Ａ１）に流れてい
た電流が急激に遮断されることにより逆起電力が発生し
、第２図（ｂ）に示すような経路に電流ｉ、が流れ、第
２の発光素子（Ｒ２）が瞬時発光する。

このため、第２の光起電力素子（Ｒ２）によって第１の
光起電力素子（Ｐｌ）とは逆方向の光起電力が発生し、
この光起電力が電界効果トランジスタ（Ｑ）のゲート・
ソース間に入力される。電界効果トランジスタ（Ｑ）の
ゲート・ソース間の静電容量に前記第１の光起電力素子
（Ｐ、）による光起電力によって蓄積されていた電荷は
、第２の光起電力素子（Ｒ２）による逆方向の光起電力
によって打ち消され、電界効果トランジスタ（Ｑ）のゲ
ート・ソース間の電圧は急速に低下する。これによって
、電界効果トランジスタ（Ｑ）のソース・ドレイン間の
インピーダンスは急速に高インピーダンス状態となる。

したがって、出力端子＜ｏｌ）、（０２）間は速やかに
ＯＦＦ状態に復帰するものであり、ＯＮ状態とＯＦＦ状
態との中間的な状態となることはなく、高速で且つ確実
な動作を行うことが可能となるものである。

上記実施例では、光起電力素子（Ｒ２）が光の照射によ
って光起電力を発生すると共に光電流が流れることを利
用して、電界効果トランジスタ（Ｑ）のゲート・ソース
間容量に蓄積された電荷を放電させているが、第２の光
応答素子としては、光起電力素子（Ｒ２）に代えてフォ
トトランジスタ等の光導電素子を用いても良く、この場
合には、光の照射によって光導電素子が低インピーダン
スとなることによって電界効果トランジスタ（Ｑ）のゲ
ート・ソース間に蓄積された電荷を放電させることがで
きる。

なお、電界効果トランジスタ（Ｑ＞としては、エンハン
スメントモードに代えてデプレッションモードとしたり
、Ｎチャンネル型に代えてＰチャンネル型としたり、Ｍ
ＯＳ型に代えて接合型とすること等が可能であることは
言うまでもない。

（発明の効果） 本発明は上述のように、入力電流を急激に遮断したこと
によってインダクタンス成分に発生する逆起電力により
第２の発光素子を瞬時発光させ、第１の発光素子の発光
時における第１の光応答素子の光起電力によって電界効
果トランジスタのゲート・ソース間容量に蓄積された電
荷を、第２の光応答素子によって放電させることができ
るため、電界効果トランジスタのゲート・ソース間の電
圧を急激に低下させることができ、電界効果トランジス
タのソース・ド、レイン間インピーダンスを瞬時に切り
換えることができ、高速且つ確実な動作が可能になると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図（ａ）
（ｂ）は同上の動作説明のための回路図、第３図は従来
例の回路図である。 （Ａ＋）はインダクタンス成分、（Ｌ、）、（Ｌ２）は
発光素子、（Ｐ　ｌ）、（Ｐ　２）は光起電力素子、（
Ｑ）は電界効果トランジスタである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方向に通電されたときに光信号を発生する第１
   の発光素子と、第１の発光素子と並列的に接続されて前
   記一方向とは逆方向に電流が流れたときに光信号を発生
   する第２の発光素子と、第１及び第２の発光素子と並列
   的に接続されたインダクタンス成分と、出力用の電界効
   果トランジスタと、電界効果トランジスタのゲート・ソ
   ース間に接続され、第１の発光素子とより強く光学的に
   結合されて、光を受光したときに光起電力を発生して電
   界効果トランジスタのゲート・ソース間の電圧をスレシ
   ョルド電圧以上に上昇させる第１の光応答素子と、電界
   効果トランジスタのゲート・ソース間に接続され、第２
   の発光素子とより強く光学的に結合されて、光を受光し
   たときに電界効果トランジスタのゲート・ソース間容量
   の蓄積電荷を放電させる第２の光応答素子とを有して成
   ることを特徴とする半導体スイッチング装置。