JPH0388419A - Semiconductor relay circuit - Google Patents

Semiconductor relay circuit

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JPH0388419A
JPH0388419A JP2055822A JP5582290A JPH0388419A JP H0388419 A JPH0388419 A JP H0388419A JP 2055822 A JP2055822 A JP 2055822A JP 5582290 A JP5582290 A JP 5582290A JP H0388419 A JPH0388419 A JP H0388419A
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photovoltaic
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幸男 飯高
Shuichiro Yamaguchi
周一郎 山口
Takeshi Matsumoto
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Abstract

PURPOSE:To speed up the semiconductor relay circuit by connecting a photoconductive semiconductor element arranged to receive an optical signal of alight emitting diode between a drain and a gate of an output FET via a reverse flow block rectifier element. CONSTITUTION:A semiconductor element like a photo transistor(TR) 6 reaching a low impedance state in response to a light input is connected between a drain and a gate of an output FET 4 to form a path charting a gate-source capacitance of the output FET 4 from the load side via the semiconductor element. Moreover, since the reverse flow blocking rectifier element 7 connects in series with the semiconductor element, a current from a photovolatile diode array 2 is prevented from being leaked from the gate of the output FET 4 to the drain. Thus, the time required for increasing the gate-source voltage of the output FET 4 is reduced and the switching operation of the semiconductor relay circuit is speeded up.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、光結合によるアイソレーションを用いた半導
体リレー回路に関するもcr)である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor relay circuit using isolation by optical coupling.

[従来の技術] 第6図は従来の半導体リレー回路(特開昭631539
1、6号公報参照)の回路図である。以下、その回路構
成について説明する。リレー入力端子11+I2の間に
は売先ダイオード1が接続されている。発光ダイオード
1には光起電力ダイオードアレイ2が光学的に結合され
ている。光起電力タイオー1ヘアレイ2の正極は、抵抗
3を介してNMOSタイプのエンハンスメン1−モート
の出力用FET4のゲートに接続されている。また、光
起電力ダイオートアレイ2の負極は、出力用FET4の
ソースに接続されている。出力用FET4のゲート及び
ソースには、テプレツションモードの制御用F’ET5
のソース及びドレインがそれぞれ接続されている。この
制御用FET5のゲートは、光起電力ダイオードアレイ
2の正極に接続されている。リレー出力端子0 + 、
 02には、出力用FET4のトレイン及びソースがそ
れぞれ接続されている。なお、抵抗3にはツェナダイオ
ード8が図示された極性で並列接続されている。
[Prior art] Figure 6 shows a conventional semiconductor relay circuit (Japanese Patent Laid-Open No. 631539
1 and 6). The circuit configuration will be explained below. A vendor diode 1 is connected between relay input terminal 11+I2. A photovoltaic diode array 2 is optically coupled to the light emitting diode 1 . The positive electrode of the photovoltaic transistor 1 is connected via a resistor 3 to the gate of an output FET 4 of an NMOS type enhancer 1-mote. Further, the negative electrode of the photovoltaic diode array 2 is connected to the source of the output FET 4. A depression mode control F'ET5 is connected to the gate and source of the output FET4.
The source and drain of each are connected to each other. The gate of this control FET 5 is connected to the positive electrode of the photovoltaic diode array 2 . Relay output terminal 0 +,
02 is connected to the train and source of the output FET 4, respectively. Note that a Zener diode 8 is connected in parallel to the resistor 3 with the polarity shown.

リレー入力端子り、I2間には、外部回路として信号源
Sが抵抗Rを介して接続されている。リレー出力端子0
..02間には、外部回路として負荷Zと直流電源Eの
直列回路が図示された極性で接続されている。今、信号
源Sから抵抗Rを介して発光ダイオードlに入力電流が
流れると、発光ダイオード1が光信号を発生する。この
光信号を受けて光起電力ダイオードアレイ2が電流を発
生する。この電流は常時は低インピーダンス状態にある
制御用ト” E T 5のソース・トレイン間を介して
抵抗3に流れる。抵抗3で発生ずる電圧が、制御用FE
T5のスレショルド電圧を越えると、制御用FET5が
高インピーダンス状態となる。これによって、光起電力
ダイオードアレイ2からの電流は、出力用FET4のゲ
ー1−・ソース間を充電し、その充電電圧が出力用FE
 T 4のスレショルド電圧を越えると、出力用FET
4がオン状態となり、リレー出力端子0..02間が導
通ずる。
A signal source S is connected as an external circuit via a resistor R between the relay input terminal and I2. Relay output terminal 0
.. .. 02, a series circuit of a load Z and a DC power source E is connected as an external circuit with the polarity shown. Now, when an input current flows from the signal source S to the light emitting diode 1 through the resistor R, the light emitting diode 1 generates an optical signal. In response to this optical signal, the photovoltaic diode array 2 generates a current. This current flows to the resistor 3 between the source and train of the control transistor ET5, which is normally in a low impedance state.The voltage generated in the resistor 3
When the threshold voltage of T5 is exceeded, control FET5 enters a high impedance state. As a result, the current from the photovoltaic diode array 2 charges between the gate 1 and the source of the output FET 4, and the charging voltage is applied to the output FET 4.
When the threshold voltage of T4 is exceeded, the output FET
4 is in the on state, and relay output terminal 0. .. 02 becomes conductive.

これによって、負荷Zには直流電源Eから負荷電流が流
れる。その後は、制御用FET5のソース・ドレイン間
を介して僅かな電流が抵抗3に流れ、抵抗3に生じるバ
イアス電圧によって制御用FE]゛5が高インピーダン
ス状態に保持されるようになっている。
As a result, a load current flows through the load Z from the DC power supply E. Thereafter, a small amount of current flows through the resistor 3 between the source and drain of the control FET 5, and the bias voltage generated in the resistor 3 causes the control FE 5 to be maintained in a high impedance state.

リレー入力端子I、、I2間の入力電流が遮断されて、
発光ダイオード■からの光信号がなくなると、光起電力
ダイオードアレイ2からの出力電流がなくなる。このた
め、制御用F ET 5のケート・ソース間電圧が下が
り、制御用FET5が低インピーダンス状態となって、
出力用FET4のケート・ソース間容量に蓄積されてい
た電荷が制御用FET5を通って急速に放電される。こ
れによって、出力用FET4はオフ状態となり、リレー
出力端子0 + 、 02間が遮断される。
The input current between relay input terminals I, I2 is cut off,
When the light signal from the light emitting diode (3) disappears, the output current from the photovoltaic diode array 2 disappears. Therefore, the gate-source voltage of the control FET 5 decreases, and the control FET 5 enters a low impedance state.
The charge accumulated in the gate-source capacitance of the output FET 4 is rapidly discharged through the control FET 5. As a result, the output FET 4 is turned off, and the relay output terminals 0 + and 02 are cut off.

この回路では、出力用FET4がオンされている定常状
態においては、制御用F E i’ 5を介して流れる
電流が小さくても、抵抗3の値を上げれば、制御用FE
T5をオフ状態に保持するのに充分なバイアス電圧を得
ることができる。しかしながら、抵抗3の値を上げると
、出力用FET4をオンさせる過渡期において、ゲート
・ソース間容量を充電するCR回路の時定数か大きくな
るので、リレーのターンオン時間が長くなる。そこで、
この出力用FET4のゲート・ソース間電圧が上昇する
までの過渡期においては、ツェナタイオート8が導通す
るようにして、リレーのターンオン時間を短縮している
In this circuit, in a steady state when the output FET 4 is turned on, even if the current flowing through the control FET i' 5 is small, if the value of the resistor 3 is increased, the control FET
Sufficient bias voltage can be obtained to keep T5 in the off state. However, if the value of the resistor 3 is increased, the time constant of the CR circuit that charges the gate-source capacitance during the transition period when the output FET 4 is turned on increases, so the turn-on time of the relay becomes longer. Therefore,
During the transition period until the gate-source voltage of the output FET 4 rises, the Zener tie auto 8 is made conductive to shorten the turn-on time of the relay.

一方、出力用FETのゲートを光入力によって制御され
る半導体素子を介して出力用FETのトレインに接続す
ることにより、スイッチング時間の短縮を図った従来技
術として、実開昭64−33228号公報と米国特許第
4,390,790号公報か存在する。
On the other hand, as a conventional technique that aims to shorten the switching time by connecting the gate of the output FET to the train of the output FET via a semiconductor element controlled by optical input, Japanese Utility Model Application Publication No. 64-33228 discloses No. 4,390,790 exists.

まず、実開昭64−33228号公報においては、光入
力に応じてMOSトランジスタのゲート容量の充電を行
う光入力駆動トランジスタにわいて、光入力によって導
通ずる高速フォトトランジスタと、この高速フォト1〜
ランジスタの導通により被制御部から上記MO8)ラン
ジスタのケートへ電流を供給する回路とを設けることが
提案されているが、フォトトランジスタに逆流阻止用の
整流素子を直列的に接続する組成については開示されて
いない。
First, in Japanese Utility Model Application Publication No. 64-33228, an optical input drive transistor that charges the gate capacitance of a MOS transistor in response to optical input includes a high-speed phototransistor that becomes conductive in response to optical input, and high-speed phototransistors 1 to 1.
It has been proposed to provide a circuit for supplying current from the controlled part to the gate of the MO8) transistor through conduction of the transistor, but a composition in which a rectifying element for blocking reverse current is connected in series to the phototransistor is not disclosed. It has not been.

また、米国特許第4.390,790号公報には、出力
用MO8FETのドレイン・グー1〜間に、光入力によ
り制御されるバイアス用M OS F E Tのドレイ
ン・ソース間を接続する回路構成が開示されているが、
バイアス用MO3FETに逆流阻止用の整流素子を直列
的に接続する組成については開示されていない。
Furthermore, U.S. Patent No. 4,390,790 discloses a circuit configuration in which the drain and source of a bias MOSFET controlled by optical input are connected between the drain and source of an output MO8FET. has been disclosed, but
There is no disclosure of a composition in which a rectifying element for blocking backflow is connected in series to a MO3FET for bias.

[発明か解決しようとする課M] 第6図に示す従来技術にあっては、出力用FET4のケ
ート・ソース間電圧の上昇に利用される電流は、光起電
力ダイオートアレイ2からのみ供給されている。したが
って、入力電流の大きさが一定ならば、リレーのターン
オン時間は光起電力ダイオードアレイ2の能力により決
定され、それ以上速くすることはできない。
[Invention or problem to be solved M] In the prior art shown in FIG. 6, the current used to increase the gate-source voltage of the output FET 4 is supplied only from the photovoltaic diode array 2. has been done. Therefore, if the magnitude of the input current is constant, the turn-on time of the relay is determined by the capability of the photovoltaic diode array 2 and cannot be made any faster.

そこで、実開昭64−33228号公報又は米国特許第
4,390,790号公報に開示されているように、光
入力により制御されるフォト1ヘランジスタやMOSF
ETを出力用FETのドレイン・ゲート間に接続し、出
力用FETのゲート・ソース間電圧の上昇を加速するこ
とが考えられる。
Therefore, as disclosed in Japanese Utility Model Application Publication No. 64-33228 or U.S. Pat.
It is conceivable to connect an ET between the drain and gate of the output FET to accelerate the rise in the voltage between the gate and source of the output FET.

しかしながら、上記2つの公報に開示された技術は実施
困難である。なぜなら、光入力によりベース領域に電荷
を注入されたフォトトランジスタは、逆方向電流を阻止
することができない。また、MOSFETはドレイン・
ソース間に逆並列のPN接合ダイオードが寄生している
ので、逆方向電流を阻止できない。したがって、これら
の半導体素子を出力用FETのドレイン・ゲート間に接
続した場合には、出力用FETのケートからトレインに
電流を逃がす経路が存在することになるので、出力用F
 E Tが完全にオンとなって、トレインソース間電圧
が実質的にゼロになったときには、光起電力ダイオート
アレイからの電流が出力用FETのドレイン・ソース間
に流れようとする。このため、高速化の効果を発揮でき
るのは、出力用FETのオン抵抗かかなり大きく、完全
なオン状態でも、そのトレイン電圧がゲーl〜電圧より
も高い値(通常5V程度以上)となる極めて稀な場合の
みてあり、実質的にその動作範囲が限られるという問題
がある。
However, the techniques disclosed in the above two publications are difficult to implement. This is because a phototransistor whose base region has charges injected by optical input cannot block reverse current. Also, the MOSFET has a drain
Since an anti-parallel PN junction diode is parasitic between the sources, reverse current cannot be blocked. Therefore, when these semiconductor elements are connected between the drain and gate of the output FET, there is a path for current to escape from the gate of the output FET to the train, so the output FET
When ET is fully turned on and the train-source voltage is essentially zero, current from the photovoltaic diode array attempts to flow between the drain and source of the output FET. Therefore, the on-resistance of the output FET is quite large, and even in a completely on state, the output FET can achieve the effect of speeding up, and its train voltage is extremely high (usually about 5 V or more) higher than the gate voltage. This is only possible in rare cases, and there is a problem in that the operating range is essentially limited.

本発明はこ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、出力用FETのゲート・ソース
間電圧の上昇に要する時間を短縮して半導体リレー回路
の高速化を実現することにある。
The present invention has been made in view of these points, and its purpose is to shorten the time required for the voltage between the gate and source of the output FET to rise, thereby realizing high-speed semiconductor relay circuits. There is a particular thing.

[課題を解決するための手段] 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第1
図に示すように、入力信号に応答して光信号を発生する
発光ダイオード1と、発光ダイオード■の光信号を受光
するように配置された光起電力タイオートアレイ2と、
光起電力ダイオードアレイ2の光起電力をゲート・ソー
ス間に印加されてドレイン・ソース間の導通状態と非導
通状態とが切替わる出力用F E ′F4と、出力用F
 E T 4のゲート・ソース間に蓄積電荷の放電経路
を形成する制御回路10とを備える半導体リレー回路に
おいて、前記発光ダイオード1の光信号を受光するよう
に配置されたフォトトランジスタ6のような光導電型の
半導体素子を、前記出力用FET4のドレイン・ゲート
間に逆流阻止用の整流素子7を介して接続したことを特
徴とするものである。
[Means for Solving the Problems] In the present invention, in order to solve the above problems, the first
As shown in the figure, a light emitting diode 1 that generates an optical signal in response to an input signal, a photovoltaic tie-auto array 2 arranged to receive the optical signal of the light emitting diode (2),
An output F E 'F4 to which the photovoltaic force of the photovoltaic diode array 2 is applied between the gate and source to switch between a conducting state and a non-conducting state between the drain and source, and an output F
In a semiconductor relay circuit including a control circuit 10 that forms a discharge path for accumulated charges between the gate and source of the E The present invention is characterized in that a conductive type semiconductor element is connected between the drain and gate of the output FET 4 via a rectifying element 7 for blocking backflow.

また、第4図に示すように、光起電力ダイオードアレイ
2の光起電力が抵抗3を介して出力用FET4のゲート
・ソース間に印加されている場合には、光起電力ダイオ
ートアレイ2による光起電力の発生時に前記抵抗3の両
端に生じる電圧により低インピーダンス状態にバイアス
されて、前記出力用FET4のゲート・ソース間蓄積電
荷の充電経路を形成するトランジスタ16のような半導
体素子を、前記フォトトランジスタ6に代えて接続して
も良い。
Further, as shown in FIG. 4, when the photovoltaic force of the photovoltaic diode array 2 is applied between the gate and source of the output FET 4 via the resistor 3, the photovoltaic diode array 2 A semiconductor element such as a transistor 16 that is biased to a low impedance state by the voltage generated across the resistor 3 when a photovoltaic force is generated by the transistor 16 to form a charging path for the accumulated charge between the gate and source of the output FET 4, It may be connected in place of the phototransistor 6.

なお、第2図又は第5図に示すように、限流用の抵抗9
を逆流阻止用の整流素子7と直列的に接続することが好
ましい。
In addition, as shown in FIG. 2 or FIG. 5, the current limiting resistor 9
It is preferable to connect the rectifying element 7 in series with the rectifying element 7 for blocking backflow.

[作用] 本発明にあっては、このように、光入力に応答して低イ
ンピーダンス状態となるフォト1−ランジスタロやトラ
ンジスタ16のような半導体素子を出力用F E T 
4のドレイン・ゲーI・間に接続したので、この半導体
素子を介して負荷側から出力用FET4のゲート・ソー
ス間容量を充電する経路を形成する・ことができる。ま
た、上記半導体素子には、逆流阻止用の整流素子7が直
列的に接続されているので、光起電力ダイオードアレイ
2からの電流が出力用FET4のゲートからドレインに
漏れることを防止できる。したがって、出力用FET4
のゲート・ソース間電圧の上昇に要する時間を短縮する
ことができ、半導体リレー回路のスイッヂング動作を高
速化できるものである。
[Function] According to the present invention, as described above, semiconductor elements such as the photo transistor 16 and the transistor 16, which become in a low impedance state in response to optical input, are connected to the output FET.
Since it is connected between the drain and the gate I of the output FET 4, a path can be formed to charge the gate-source capacitance of the output FET 4 from the load side via this semiconductor element. Further, since the rectifying element 7 for blocking backflow is connected in series to the semiconductor element, it is possible to prevent the current from the photovoltaic diode array 2 from leaking from the gate to the drain of the output FET 4. Therefore, output FET4
The time required for the gate-source voltage to rise can be shortened, and the switching operation of the semiconductor relay circuit can be speeded up.

[実施例] 第1図は本発明の一実施例の回路図である。以下、その
回路構成について説明する。リレー入力端子I、、I2
の間には発光ダイオード1か接続されている。発光ダイ
オード1には光起電力ダイオートアレイ2が光学的に結
合されている。光起電力ダイオードアレイ2の正極は、
NMOSタイプのエンハンスメントモードの出力用FE
T4のゲートに接続されている。また、光起電力ダイオ
ードアレイ2の負極は、出力用FET4のソースに接続
されている。出力用FET4のゲート・ソース間には、
制御回路10が接続されている。この制御回路10は、
光起電力ダイオードアレイ2が光起電力を発生したとき
には高インピーダンス状態となり、光起電力の発生を停
止したときには低インピーダンス状!序となるように構
成されている。
[Embodiment] FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention. The circuit configuration will be explained below. Relay input terminals I,, I2
A light emitting diode 1 is connected between them. A photovoltaic diode array 2 is optically coupled to the light emitting diode 1 . The positive electrode of the photovoltaic diode array 2 is
NMOS type enhancement mode output FE
Connected to the gate of T4. Further, the negative electrode of the photovoltaic diode array 2 is connected to the source of the output FET 4. Between the gate and source of output FET4,
A control circuit 10 is connected. This control circuit 10 is
When the photovoltaic diode array 2 generates photovoltaic force, it is in a high impedance state, and when it stops generating photovoltaic force, it is in a low impedance state! It is structured in such a way that it follows the sequence.

リレー出力端子0 + 、 02には、出力用FET4
のドレイン及びソースがそれぞれ接続されている。
Output FET 4 is connected to relay output terminals 0 + and 02.
The drain and source of each are connected to each other.

以上の回路は、1つのパッケージ内に収納されている。The above circuits are housed in one package.

リレー入力端子II、I2間には、外部回路として直流
電源VとスイッチQと抵抗Rの直列回路が接続されてい
る。リレー出力端子0..02間には、外部回路として
負荷Zと直流電源Eの直列回路が図示された極性で接続
されている。今、スイッチQがオンとなり直流電源■か
ら抵抗Rを介して発光ダイオード1に入力電流が流れる
と、発光ダイオード1が光信号を発生ずる。この光信号
を受けて光起電力ダイオードアレイ2が電流を発生ずる
A series circuit of a DC power supply V, a switch Q, and a resistor R is connected between relay input terminals II and I2 as an external circuit. Relay output terminal 0. .. 02, a series circuit of a load Z and a DC power source E is connected as an external circuit with the polarity shown. Now, when the switch Q is turned on and an input current flows from the DC power supply 2 to the light emitting diode 1 through the resistor R, the light emitting diode 1 generates an optical signal. In response to this optical signal, the photovoltaic diode array 2 generates a current.

このとき、制御回路10は高インピーダンス状堀となる
ので、上記光起電力ダイオートアレイ2からの電流は、
出力用FET4のゲート・ソース間容量を充電する。ま
た、発光タイオート1からの光信号を受c−+てフォト
トランジスタロが導通ずるので、直流電源Eから負荷Z
、リレー出力端子Oダイオード7、フォトトランジスタ
6、出力用ドET4のゲート・ソース間容量、リレー出
力端子02を介しても電流が流れる。この電流も出力用
FET4のゲート・ソース間容量を充電するので、出力
用FET4のゲート・ソース間電圧の上昇は加速される
。出力用FET4のゲート・ソース間電圧が出力用FE
T4のスレショルド電圧を越えると、出力用FET4が
オン状態となり、リレー出力端子0..02間が導通ず
る。これによって、負荷Zには直流電源Eから負荷電流
が流れる。なお、出力用FET4が完全にオン状態とな
って、ドレイン・ソース間電圧がほぼゼロの状態になっ
ても、逆流阻止用のダイオード7が存在するので、光起
電力ダイオードアレイ2からの電流がフォト1〜ランジ
スタロを介して出力用FET4のドレイン・ソース間に
流れることはない。
At this time, since the control circuit 10 becomes a high impedance moat, the current from the photovoltaic diode array 2 is
Charge the gate-source capacitance of output FET4. In addition, since the phototransistor RO receives the optical signal from the light emitting tie 1 and becomes conductive, the load Z is transferred from the DC power supply E to the load Z.
Current also flows through the relay output terminal O diode 7, the phototransistor 6, the gate-source capacitance of the output transistor 4, and the relay output terminal 02. Since this current also charges the gate-source capacitance of the output FET 4, the rise in the gate-source voltage of the output FET 4 is accelerated. The gate-source voltage of output FET4 is the output FE
When the threshold voltage of T4 is exceeded, output FET4 turns on, and relay output terminal 0. .. 02 becomes conductive. As a result, a load current flows through the load Z from the DC power supply E. Note that even if the output FET 4 is completely turned on and the drain-source voltage is almost zero, the current from the photovoltaic diode array 2 is still It does not flow between the drain and source of the output FET 4 via the photo 1 to the transistor.

次に、スイッチQがオフとなり、リレー入力端子I、、
12間の入力電流が遮断されて、発光ダイオ−1〜1か
らの光信号がなくなると、光起電力ダイオードアレイ2
からの出力電流がなくなる。このとき、制御回路10は
低インピーダンス状態となるので、出力用F E T 
4のゲー1〜 ソース間容量にN積されていた電荷が制
御回路10を通って急速に放電される。これによって、
出力用FET4はオフ状態となり、リレー出力端子0.
.02間が遮断される。
Next, switch Q is turned off, and relay input terminals I,...
When the input current between the photovoltaic diode arrays 2 and 12 is cut off and there is no light signal from the light emitting diodes 1 to 1, the photovoltaic diode array 2
There is no output current from the. At this time, since the control circuit 10 is in a low impedance state, the output FET
The charge N multiplied in the gate 1 to source capacitance of No. 4 is rapidly discharged through the control circuit 10. by this,
Output FET4 is turned off, and relay output terminal 0.
.. 02 is cut off.

第2図は上記実施例の変形例であり、逆流阻止用の整流
素子7に限流用の抵抗9を直列的に接続したものである
。この回路構成において、限流用の抵抗9の値を変化さ
せながら出力用FET4の応答時間を測定したところ、
第3図に示す結果か得られた。すなわち、限流用の抵抗
9の値は、他の回路要素の持つ特性に応して適宜選択さ
れるか、例えは第3図に示した例では、限流用の抵抗9
の値を0.5〜1.OMΩの範囲としたところ、ターン
オンの応答時間′l’ o n ;/J・48μS前後
て、ターンオフの応答時間Toffか36μS前後て各
々安定して得られることが理解されよう。これは、出力
用FET4のゲート・ソース間電圧の上昇を加速するた
めの半導体素子であるフォトトランジスタ6のターンオ
フ時間か、制御回路10の低インピーダンス化に要する
時間よりも遅くなった場きでも、限流用の抵抗9により
ターンオフ時に出力用FE5 T4のドレインからゲー1へに流れ込む電流を限流し、
出力用FET4のゲート・ソース間電圧の下降を妨げな
いようにしているためである。
FIG. 2 shows a modification of the above embodiment, in which a current limiting resistor 9 is connected in series to a rectifying element 7 for blocking backflow. In this circuit configuration, the response time of the output FET 4 was measured while changing the value of the current-limiting resistor 9.
The results shown in FIG. 3 were obtained. That is, the value of the current-limiting resistor 9 may be appropriately selected depending on the characteristics of other circuit elements, or, for example, in the example shown in FIG.
The value of 0.5 to 1. It will be understood that when the range is set to OMΩ, the turn-on response time 'l'on;/J·48 μS can be stably obtained, and the turn-off response time Toff can be stably obtained around 36 μS. Even if this is later than the turn-off time of the phototransistor 6, which is a semiconductor element for accelerating the rise in the gate-source voltage of the output FET 4, or the time required to lower the impedance of the control circuit 10, The current flowing from the drain of the output FE5 T4 to the gate 1 at turn-off is limited by the current limiting resistor 9.
This is to prevent the voltage between the gate and source of the output FET 4 from decreasing.

なお、第1図又は第2図に示す半導体リレー回路におい
て、出力用F E T 4のゲーI〜・ソース間容量の
負荷側からの充電経路を形成するための光導電型の半導
体素子としてフォトトランジスタ6を用いているが、フ
ォトサイリスタやフォトダイオード等を採用しても良い
。特に、フォトサイリスクを使用した場合には、上記半
導体素子と逆流阻止用の整流素子を1素子で実現できる
In the semiconductor relay circuit shown in FIG. 1 or 2, a photoconductive semiconductor element is used as a photoconductive semiconductor element to form a charging path from the load side of the gate I to source capacitance of the output FET 4. Although the transistor 6 is used, a photothyristor, a photodiode, etc. may also be used. Particularly, when photosilisk is used, the semiconductor element and the rectifying element for blocking backflow can be realized in one element.

第4図は本発明の他の実施例の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of another embodiment of the present invention.

本実施例の回路は、第6図に示す従来例において、抵抗
3と並列に接続されたツェナダイオード8を省略し、代
わりに、NPN)ランジスタ16のベースを光起電力ダ
イオードアレイ2の正極に接続し、エミッタを出力用F
ET4のゲートに接続し、コレクタを逆流阻止用の整流
素子7を介して出力用F E T 4のドレインに接続
したものである。その他の回路構成については、第6図
に示す従来例6 と同様て゛ある。
The circuit of this embodiment omits the Zener diode 8 connected in parallel with the resistor 3 in the conventional example shown in FIG. Connect the emitter to F for output.
It is connected to the gate of the ET4, and its collector is connected to the drain of the output FET4 via a rectifying element 7 for blocking backflow. The rest of the circuit configuration is the same as the conventional example 6 shown in FIG.

以下、本実施例の動作について説明する。発光ダイオー
ド1に入力電流が流れると、発光タイオート1が光信号
を発生する。この光信号を受けて光起電力タイオートア
レイ2が電流を発生ずる。
The operation of this embodiment will be explained below. When an input current flows through the light emitting diode 1, the light emitting diode 1 generates a light signal. In response to this optical signal, the photovoltaic tie auto array 2 generates a current.

この電流は常時は低インピーダンス状態にある制御用F
ET5のソース・トレイン間を介して抵抗3に流れる。
This current flows through the control F, which is normally in a low impedance state.
Flows into resistor 3 via the source and train of ET5.

抵抗3で発生する電圧か、制御用FET5のスレショル
ド電圧を越えると、制御用FET5が高インピーダンス
状態となる。これによって、光起電力ダイオードアレイ
2からの電流は、出力用FET4のケー1〜・ソース間
を充電する。
When the voltage generated by the resistor 3 exceeds the threshold voltage of the control FET 5, the control FET 5 enters a high impedance state. As a result, the current from the photovoltaic diode array 2 charges between the cable 1 and the source of the output FET 4.

また、抵抗3で発生する電圧によりトランジスタ16の
ベース・エミッタ間が順バイアスされて、トランジスタ
16のコレクタ・エミッタ間が導通状態となる。これに
よって、直流電源Eから負荷2、リレー出力端子01、
逆流阻止用の整流素子7、トランジスタ16のコレクタ
・エミッタ間を介して、出力用FET’4のゲート・ソ
ース間に充電電流が流れる。したがって、出力用FET
4の7 ゲート・ソース間電圧は速やかに上昇する。この電圧が
出力用F E T 4のスレショルド電圧を越えると、
出力用FET4がオン状態となり、リレー出力端子0.
.02間が導通ずる。その後は、制御用FET5のソー
ス・ドレイン間を介して僅かな電流が抵抗3に流れ、抵
抗3に生じるバイアス電圧によって制御用FET5が高
インピーダンス状態に保持されるようになっている。な
お、出力用FET4が完全にオン状態となった後は、そ
のドレイン・ソース間電圧かほぼゼロとなるので、光起
電力ダイオードアレイ2からの電流が、トランジスタ1
6のベース・コレクタ間のPN接合を介して出力用FE
T4のドレイン・ソース間に流れようとするが、この経
路には逆流阻止用の整流素子7が設けられているので、
電流は流れない。
Furthermore, the voltage generated by the resistor 3 forward biases the base and emitter of the transistor 16, so that the collector and emitter of the transistor 16 become conductive. As a result, from DC power supply E to load 2, relay output terminal 01,
A charging current flows between the gate and source of the output FET'4 via the rectifying element 7 for blocking reverse current and the collector and emitter of the transistor 16. Therefore, the output FET
4-7 The gate-source voltage rises quickly. When this voltage exceeds the threshold voltage of output FET4,
Output FET4 turns on and relay output terminal 0.
.. 02 becomes conductive. Thereafter, a small amount of current flows through the resistor 3 between the source and drain of the control FET 5, and the bias voltage generated in the resistor 3 keeps the control FET 5 in a high impedance state. Note that after the output FET 4 is completely turned on, its drain-source voltage becomes almost zero, so the current from the photovoltaic diode array 2 flows through the transistor 1.
Output FE via PN junction between base and collector of 6
It tries to flow between the drain and source of T4, but since this path is provided with a rectifying element 7 for blocking backflow,
No current flows.

リレー入力端子It、I2間の入力電流が遮断されて、
発光タイオート1からの光信号がなくなると、光起電力
ダイオートアレイ2からの出力電流がなくなる。このと
き、トランジスタ16は出力用FET4のゲート・ソー
ス間電圧によりヘース8 ・エミッタ間を逆バイアスされるので、そのコレクタ・
エミッタ間は非導通状態となっている。また、光起電力
の消失により、制御用FET5のゲート ソース間電圧
が下がるので、制御用F E T5が低インピーダンス
状態となって、出力用1? ET4のゲート・ソース間
容量に蓄積されていた電荷がlfi!制御用FET5を
通って急速に放電される。
The input current between relay input terminals It and I2 is cut off,
When the light signal from the light emitting diode 1 disappears, the output current from the photovoltaic diode array 2 disappears. At this time, the transistor 16 is reverse biased between the gate and the emitter of the output FET 4, so its collector and emitter are reverse biased.
There is no conduction between the emitters. Also, due to the disappearance of the photovoltaic force, the gate-source voltage of the control FET5 decreases, so the control FET5 becomes a low impedance state and the output 1? The charge accumulated in the gate-source capacitance of ET4 is lfi! It is rapidly discharged through the control FET5.

これによって、出力用FET4はオフ状態となり、リレ
ー出力端子0..02間が遮断される。
As a result, output FET 4 is turned off, and relay output terminal 0. .. 02 is cut off.

第5図は上記実施例の変形例であり、逆流阻止用の整流
素子7に限流用の抵抗9を直列的に接続したものである
。この回路においても、第2図に示ず回路と同様の効果
が得られることは明らがである9 なお、第4図又は第5図に示す半導体リレー回路におい
て、抵抗3の両端に生じる電圧によって順バイアスされ
る半導体素子としてNPN型のバイポーラトランジスタ
16を用いているが、接合型又はMOS型のFETを用
いても良く、サイリスタを用いても構わない。特に、逆
阻止三端子サイリスタを用いれば、上記半導体素子と整
流素子を1素子で実現できる。
FIG. 5 shows a modification of the above embodiment, in which a current limiting resistor 9 is connected in series to a rectifying element 7 for blocking backflow. It is clear that the same effect as the circuit not shown in Fig. 2 can be obtained in this circuit as well.9 In addition, in the semiconductor relay circuit shown in Fig. 4 or 5, the voltage generated across the resistor 3 Although an NPN type bipolar transistor 16 is used as a semiconductor element that is forward biased by, a junction type or MOS type FET may be used, or a thyristor may be used. In particular, if a reverse blocking three-terminal thyristor is used, the semiconductor element and the rectifying element can be implemented in one element.

[発明の効果] 本発明の半導体リレー回路にあっては、出力用FETの
ゲート・ソース間電圧の上昇に利用される電流は、入力
側の発光ダイオードと光結合された光起電力ダイオード
アレイからのみならず、負荷側からも逆流阻止用の整流
素子と半導体素子を介して供給されるので、出力用FE
Tのゲート・ソース間電圧の上昇に要する時間を短縮す
ることがてき、スイッチング動作を高速化できるという
効果がある。また、逆流阻止用の整流素子が存在するこ
とにより、出力用FETのオン時におけるトレイン電圧
がゲート電圧よりも低い場合にも本発明を実施すること
ができ、従来技術に比べると、動作範囲を飛躍的に広く
することがてきるという効果がある。
[Effects of the Invention] In the semiconductor relay circuit of the present invention, the current used to increase the gate-source voltage of the output FET is supplied from the photovoltaic diode array optically coupled to the light emitting diode on the input side. Not only that, it is also supplied from the load side via the rectifying element and semiconductor element for blocking reverse current, so
This has the effect of shortening the time required for the voltage between the gate and source of T to rise and speeding up the switching operation. Furthermore, due to the presence of the rectifying element for blocking reverse current, the present invention can be implemented even when the train voltage when the output FET is turned on is lower than the gate voltage, and the operating range is reduced compared to the conventional technology. The effect is that it can be expanded dramatically.

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

第1図は本発明の一実施例の回路図、第2図は同上の一
変形例の回路図、第3図は同上の動作説明図、第4図は
本発明の他の実施例の回路図、第5図は同上の一変形例
の回路図、第6図は従来例の回路図である。 1は発光グイオート、2は光起電力ダイオードアレイ、
3は抵抗、4は出力用F” E T、5は制御用FET
、6はフォトトランジスタ、7は整流素子、9は抵抗、
10は制御回路、1Gは1〜ランシスタである。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a modified example of the same, FIG. 3 is an explanatory diagram of the operation of the same, and FIG. 4 is a circuit of another embodiment of the present invention. 5 is a circuit diagram of a modified example of the same as the above, and FIG. 6 is a circuit diagram of a conventional example. 1 is a light emitting diode array, 2 is a photovoltaic diode array,
3 is a resistor, 4 is an output FET, and 5 is a control FET.
, 6 is a phototransistor, 7 is a rectifier, 9 is a resistor,
10 is a control circuit, and 1G is 1 to run sister.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)入力信号に応答して光信号を発生する発光ダイオ
ードと、発光ダイオードの光信号を受光するように配置
された光起電力ダイオードアレイと、光起電力ダイオー
ドアレイの光起電力をゲート・ソース間に印加されてド
レイン・ソース間の導通状態と非導通状態とが切替わる
出力用FETと、出力用FETのゲート・ソース間に蓄
積電荷の放電経路を形成する制御回路とを備える半導体
リレー回路において、前記発光ダイオードの光信号を受
光するように配置された光導電型の半導体素子を、前記
出力用FETのドレイン・ゲート間に逆流阻止用の整流
素子を介して接続したことを特徴とする半導体リレー回
路。
(1) A light-emitting diode that generates an optical signal in response to an input signal, a photovoltaic diode array arranged to receive the optical signal of the light-emitting diode, and a gate gate for the photovoltaic force of the photovoltaic diode array. A semiconductor relay that includes an output FET to which a conductive state and a non-conductive state are applied between the drain and the source by applying an electric current between the sources, and a control circuit that forms a discharge path for accumulated charges between the gate and source of the output FET. In the circuit, a photoconductive semiconductor element arranged to receive an optical signal from the light emitting diode is connected between the drain and gate of the output FET via a rectifying element for blocking backflow. Semiconductor relay circuit.
(2)入力信号に応答して光信号を発生する発光ダイオ
ードと、発光ダイオードの光信号を受光するように配置
された光起電力ダイオードアレイと、光起電力ダイオー
ドアレイと直列に接続された抵抗と、光起電力ダイオー
ドアレイの光起電力を前記抵抗を介してゲート・ソース
間に印加されてドレイン・ソース間の導通状態と非導通
状態とが切替わる出力用FETと、該FETのゲート・
ソース間に蓄積電荷の放電経路を形成する制御回路とを
備える半導体リレー回路において、光起電力ダイオード
アレイによる光起電力の発生時に前記抵抗の両端に生じ
る電圧により低インピーダンス状態にバイアスされて、
前記出力用FETのゲート・ソース間蓄積電荷の充電経
路を形成する半導体素子を、前記出力用FETのドレイ
ン・ゲート間に逆流阻止用の整流素子を介して接続した
ことを特徴とする半導体リレー回路。
(2) A light emitting diode that generates a light signal in response to an input signal, a photovoltaic diode array arranged to receive the light signal of the light emitting diode, and a resistor connected in series with the photovoltaic diode array. an output FET to which the photovoltaic force of the photovoltaic diode array is applied between the gate and source via the resistor to switch between a conductive state and a non-conductive state between the drain and source;
and a control circuit for forming a discharge path for accumulated charge between sources, the semiconductor relay circuit is biased to a low impedance state by a voltage generated across the resistor when a photovoltaic diode array generates a photovoltaic force,
A semiconductor relay circuit characterized in that a semiconductor element forming a charging path for accumulated charges between the gate and source of the output FET is connected between the drain and gate of the output FET via a rectifying element for blocking reverse flow. .
(3)前記制御回路は、光起電力ダイオードアレイによ
る光起電力の発生時に前記抵抗の両端に生じる電圧によ
り高インピーダンス状態にバイアスされ、無バイアス時
には低インピーダンス状態に変化して出力用FETのゲ
ート・ソース間に蓄積電荷の放電経路を形成する制御用
FETを含むことを特徴とする請求項1又は2記載の半
導体リレー回路。
(3) The control circuit is biased to a high impedance state by a voltage generated across the resistor when a photovoltaic force is generated by the photovoltaic diode array, and changes to a low impedance state when no bias is applied to the gate of the output FET. - The semiconductor relay circuit according to claim 1 or 2, further comprising a control FET that forms a discharge path for accumulated charge between sources.
(4)逆流阻止用の整流素子に対して直列的に限流用の
抵抗を接続したことを特徴とする請求項1又は2又は3
記載の半導体リレー回路。
(4) Claim 1, 2 or 3, characterized in that a current limiting resistor is connected in series to the rectifying element for blocking backflow.
The semiconductor relay circuit described.
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