JPH0465171A - 光結合装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、フォトカプラあるいはソリッドステートフォ
トリレー等の光結合装置に関するしのである。

〈従来技術〉 現在、実用化されている光結合素子は、入力部に発光グ
イオート、出力部にフォトダイオード、フォトトランジ
スタ、フォトサイリスタ、フォトトライアック等から構
成されている。

ここで、入力信号に対応して出力をオンオフさせるフォ
トトライアックを用いた光結合スイッチとしての、ソリ
ッドステートフォトリレー（以下ＳＳＲと略す）を、第
１１図〜第１５図に示す。

第１１図はＳＳＲの出力部のリードフレームの平面図、
第１２図は同しく入力部のり−トフレームの平面図であ
る。

出力部ｌのリードフレーム２は、受光素子としてのフォ
トトライアック素子３を載置する受光素子載置片４と、
該載置片４の両側に突出形成された一対のリード端子ｃ
、ｄとを一橋造単位として、一定間隔をおいて複数個連
結されてなる。

そして、前記載置片４にフォトトライアック素子３が銀
ペーストあるいは半田付等により載置される。また、フ
ォトトライアック素子３の一対の電極３ａ、３ｂから両
横のリード端子ｃ、ｄに金線５等によりワイヤボンディ
ングされる。

なお、フォトトライアック素子３は素子内にゼロクロス
回路を構成されたものも実用化されている。

一方、入力部６のリードフレーム７は、一対のリード端
子ａ、ｂのうち一側のリート端子すに発光素子としての
赤外発光ダイオード８を載置する発光素子載置片９が形
成され、これらのリート端子ａｂを一構造単位として、
前記出力部ｌのリードフレーム２と同一間隔をおいて複
数個連結されてなる。

そして、前記載置片９に発光ダイオード８が銀ペースト
あるいは半田付等により載置される。また、発光ダイオ
ード８の表面（アノード）電極８ａが金線５等によりリ
ード端子ａにワイヤポンディングされる。なお、発光ダ
イオード８の裏面のカソード電極は、リート端子すに取
り出される。

その後、第１３〜１５図の如く、赤外ダイオード８とフ
ォトトライアック素子３とを対向させた状態で、透光性
絶線樹脂１０によりモールドした後、タイバーカット、
リードフォーミングされ製品となる。

次に、ＳＳＲを使用したリレースイッチを第１６図に示
す。

図中、１１は直流電圧Ｖｃを発生する直流電源、１２は
電流制限抵抗、１３は入力駆動トランジスタ、１４はト
ランジスタ１３のベース電流制限抵抗である。

ＳはＳＳＲをオンオフさせるための制御信号で、これら
は入力回路を構成する。

一方、出力回路は、負荷１５および交流電源１６から構
成される。

ここで、該リレースイッチの動作について説明する。直
流電源１１の正極はＳＳＲの入力端子ａに接続され、入
力端子すは電流制限抵抗■２を介して入力駆動トランジ
スタ１３のコレクタに、入力駆動トランジスタ１３のエ
ミッタは直流電源ｌｌの負極に接続されている。

いま、制御信号ＳがＬｏｔ＋レベル（＝ＯＶ）のとき、
入力駆動トランジスタ１３のベース電位はへ−ス駆動抵
抗１４を介し約ＯＶとなり、入力駆動トランジスタ！３
のコレクターエミッタ間は非導通状袢となり、ＳＳＲの
入力端子ａ−ｂ間には駆動電流か供給されず、ＳＳＲの
出力端子ｃ−ｄ間はオフ状態となる。

次に、制御信号ＳがＨｉｇｈレヘルのとき、入力駆動ト
ランジスタ１３のベースには、ベース駆動抵抗１４を介
し入力駆動トランジスタ！３にベース電流を供給し、ひ
いては入力駆動トランジスタ１３のコレクターエミッタ
間を導通状態とする。

このとき、ＳＳＲの入力端子ａ−ｂ間には、電流制限抵
抗１２を介して直流電源Ｉ＋から０式に示す入力電流Ｉ
ｉｎが、ＳＳＲの入力端子ａ−ｂ間に供給される。

Ｉ　Ｆ　Ｔ　（ｍｉｎ）≦Ｉｉｎ≦Ｉ　Ｆ　（ｍａｘ）
　　−−■ｖｃ：直流電源１１の電圧値（入力電圧）Ｖ
　ｃｅ（ｓａｔ）入力駆動トランジスタ１３のコレクタ
ーエミッタ間飽和電圧 ＶＦＩ・赤外発光ダイオード１８の順方向降下電圧 Ｒｉｎ電流制限抵抗１２の抵抗値 このとき、入力電流１ｉｎはＳＳＲを駆動するために必
要な電流（最小トリカミ流口Ｆ　Ｔ　（ｍｉｎ）以上、
かつ赤外発光ダイオード８の最大定格電流■Ｆ　（ｍａ
ｙ）以下に選ばれる。（０式）この様に上記光結合装置
では、ユーザーが使用する入力電圧に応じた電流制限抵
抗値Ｒｉｎを計算し、電流制限抵抗１２を外付する必要
があった。

く　発明か解決しようとする課題　〉 上記従来の光結合装置では、 （１）ユーザーが使用する入力電圧ごとに電流制限抵抗
値を計算し、 （２）電流制限抵抗１２を外付する必要がある。

また、光結合装置の内部に電流制限抵抗１２を内蔵しよ
うとする場合、 （３）ユーザーの使用する入力電圧ごとに電流制限抵抗
１２の抵抗値を変えた機種を複数揃える必要がある。

（４）光結合装置の小型化に伴ない抵抗を内蔵すること
が構造的に不可能な場合が生しる。

そこで、本発明は、上記に鑑み、いかなる入力電圧に対
しても適正な入力電流で駆動でき、しかもｌチップの半
導体にして小型化にも対応できる光結合装置の提供を目
的とする。

く　課題を解決するｆこめの手段　〉 本発明による課題解決手段は、第１．２図の如く、一対
のリード端子ａ、ｂ間に加えられた制御信号により作動
する発光素子８と、該発光素子８からの光を受光して信
号を出力する受光素子３とを備えた光結合装置において
、発光素子８へ駆動電圧を印加する電源１１の電圧値に
関係なく一定値の駆動電流を発光素子８に供給する定電
流素子２０が設けられ、前記発光素子８が一方のリード
端子す上に搭載され、前記定電流素子２０が他方のリー
ド端子ａ上に搭載され、発光素子８の一方の電極２】と
定電流素子２０の一方の電極２２とが接続されたもので
ある。

〈作用〉 上記課題解決手段において、リート端子ａ、ｂ間に電源
から駆動電圧か供給されると、定電流素子２０により発
光素子８に定電流１ｉｎか流され、発光素子８か発光し
て、この光か受光素子３を導通させる。

したかって、光結合装置の入力側リードフレーム上に、
定電流１ｉｎを出力する１チツプの半導体から成る定電
流素子２０を載置して、発光素子８と直列に接続するこ
とにより、広い入力電圧範囲て動作する汎用性の高い光
結合装置となり、かつ光結合装置の小型化、薄型化を図
ることができる。

〈実施例〉 以下、本発明をソリッドステートリレー（ＳＳＲ）に適
用した実施例を図面に基づいて説明する。

［第一実施例］ 第１図は本発明の第一実施例を示す光結合装置の平面図
、第２図は同しく光結合装置の回路図、第３図は入力部
のリードフレームの平面図、第４図は定電流素子の回路
図、第５図はその構造図、第６図（ａ）は定電流素子の
電流−電圧特性図、同図（ｂ）は発光素子の電流−電圧
特性図、同図（ｃ）は入力部の入力端子間の電流−電圧
特性図である。

なお、従来と同じ＃！Ｉ！能部品には同一符号を付す。

本実施例の光結合装置は、一対のリート端子８５間に加
えられた制御信号により作動する発光素子８と、該発光
素子８からの光を受光して信号を出力する受光素子３と
を備え、発光素子８へ駆動電圧を印加する電源１１の電
圧値に関係なく一定値の駆動電流を発光素子８に供給す
る定電流素子２０が設けられ、前記発光素子８が一方の
リード端子す上に搭載され、前記定電流素子２０が他方
のリード端子ａ上に搭載され、発光素子８の一方の電極
２１と定電流素子２０の一方の電極２２とか接続された
ものである。

前記発光素子８は、ＧａＡｓ等の赤外発光ダイオードか
らなり、一方のリード端子すに延設された発光素子載置
片９に銀ペースト、半田等の導電性材料によりグイボン
ドされる。

前記定電流素子２０は、第４．５図の如く、Ｎチャンネ
ル接合型電界効果トランジスタからなり、そのゲート２
３・ソース２４間を短絡しｆこものである。そして、ド
レイン２５は素子裏面に位置し、ゲート２３・ソース２
４間はアルミ配線２６により素子表面上て接続されてい
る。

該定電流素子２０は、他方のり−ト端子ａに延設された
定電流素子載置片２７に銀ペースト、半田等の導電性材
料によりグイボンドされ、トレイン２５かリート端子ａ
に接続される。

そして、発光素子８のアノード電極２１と定電流素子２
０の負極（ゲート・ソース開側）２２とが、金線２８に
よりワイヤホンディングされる。

前記受光素子３は、従来と同じ構成であり、詳細な説明
は省略する。

前記発光素子８と定電流素子２０とから入力部６が構成
され、発光素子８と受光素子３とが対向するように入力
側リードフレーム７と出力側リードフレーム２とを対向
させて、溶接等により接続して、透光性絶縁樹脂ｌＯで
トランスファモールドをして外装した後、タイバーカッ
ト、リードフォーミングを行ない、ＳＳＲとして完成す
る。

次に、ＳＳＲの入力部の電流−電圧特性を第６図に基づ
いて説明する。

第６図（ａ）は定電流素子２０の電流−電圧特性で、Ｖ
ＡＩは定電流素子２０が定電流特性を開始する電圧であ
る。なお、定電流値ｆｉｎは、定電流素子２０のプロセ
ス条件により制御か可能であり、受光素子３のフォトト
ライアックの最小トリガ電流Ｉ　Ｆ　Ｔ　（ｍｉｎ）以
上、かつ発光素子８の赤外発光ダイオードの最大定格電
流Ｉ　Ｆ　（ｍａｙ）以下の値に設定されている。

同図（ｂ）は発光素子８の電流−電圧特性で、ＶＦＩは
Ｉ　Ｆ　Ｔ　（ｍｉｎ）≦ｆｉｎ≦Ｉ　Ｐ　（ｍａｘ）
なる定電流ｆｉｎを流したときの発光素子８の順方向降
下電圧である。

同図（ｃ）は発光素子８と定電流素子２０とを直列接続
した場合の電流−電圧特性で、入力回路の電源電圧Ｖｃ
が（ＶＦＩ＋ＶＡＩ）以上であれば、定電流（Ｉ　ｉｎ
）特性を示す。ここで、ＶＦＩはＧａＡｓ赤外発光ダイ
オード２の順方向降下電圧値でほぼｌ　Ｏ〜１．３Ｖ、
ＶＡＩは本実施例の場合、１〜２Ｖに設定できる。

すなわち、入力部６のリード端子ａ、ｂ間に（ＶＦ１＝
−ＶＡＩ）以上の電圧が供給されると、発光素子８にＩ
　Ｆ　Ｔ　（ｍｉｎ）≦Ｉｉｎ≦Ｉ　Ｐ　（ｍａｘ’）
なる定電流ｆｉｎか流れ、発光素子８が発光して、この
光が受光素子３のフォトトライアックを励起し、フォト
トライアックを導通させる。

し１こかつて、光結合装置の入力側リードフレーム上に
、Ｉ　Ｆ　Ｔ　（ｍｉｎ）≦Ｉｉｎ≦Ｉ　Ｆ　（ｍａｘ
）なる定電流１ｉｎを出力する１チツプの半導体から成
る定電流素子２０を載置して、発光素子８と直列に接続
することにより、広い入力電圧範囲で動作する汎用性の
高い光結合装置となり、かつ光結合装置の小型化、薄型
化を図ることができる。

しかも、入力電圧値による制限の無い、電圧駆動型光結
合装置とすることにより、 （１）ユーザの設計に費やす負担が軽減できる（２）電
流制限抵抗等の外付は部品が不要となる（３）従来の光
結合装置の構造を大きく変えることが無い （４）従来の製造プロセスを変えることかないといった
光結合装置の実現か可能となる。

ε第二実施例］ 第７図は本発明の第二実施例を示す定電流素子の回路図
、第８図は同しくその構造図、第９図は入力部のリード
フレームの平面図である。

本実施例の定電流素子２０は、図示の如く、定電圧回路
３０と抵抗３１とを備えたバイポーラＩＣからなり、出
力電流Ｉｉｎは、定電圧回路３ｏの出力電圧ｖＯと、抵
抗３Ｉの抵抗値Ｒ１よりＩ　１ｎ−Ｖｏ／Ｒ１と設定さ
れる。なお、第７図中、３２は正極、３３は負極である
。

そして、該定電流素子２０は、リート端子ａに延設され
た定電流素子載置片２７に絶縁性と熱伝導性を備えた無
機フィシ３４を含むエボキン等の絶縁性接着剤３５て、
リードフレーム７と絶縁された状態で載置され、発光素
子８の赤外発光グイオートは銀ペーストやハンダ等の導
電性接合剤３６でリード端子す側のリードフレーム２に
載置される。

然る後、発光ダイオード８のカソード電極２１と定電流
素子２０の負極３３問および定電流素子２０の正極３２
とリード端子８間はそれぞれ金線３７によりワイヤボッ
ディングされ、入力部６を構成する。

他の構成は、上記第一実施例と同様であり、同様の作用
効果を奏する。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく
、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修正および変更
を加え得ることは勿論である。

定電流特性を持つ半導体定電ゐ素子は、電界効果トラン
ジスタ、バイポーラＩＣ以外の１チツプ定電流素子であ
ればよい。

また、第１０図の如く、入力部６において、赤外発光ダ
イオード８のカソード電極４０と定電流索子２０の正極
４１が直列接続して成る構造の光結合装置であってもよ
い。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかな通り、本発明によると、発光素
子へ１動電圧を印加する電源の電圧値に関係なく一定値
の駆動電流を発光素子に供給する定電流素子か設けられ
、前記発光素子か一方のり−ト端子上に搭載され、前記
定電流素子が他方のリード端子上に搭載され、発光素子
の一方の電極と定電流素子の一方の電極とが接続されて
いるので、広い入力電圧範囲で動作する汎用性の高い光
結合装置となり、かつ光結合装置の小型化、薄型化を図
ることができる。

しかも、入力電圧値による制限の無い、電圧駆動型光結
合装置とすることにより、 （１）ユーザの設計に費やす負担が軽減できる（２）電
流制限抵抗等の外付は部品が不要となる（３）従来の光
結合装置の構造を大きく変えることが無い （４）従来の製造プロセスを変えることがないといった
光結合装置の実現が可能となるといった優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例を示す光結合装置の平面図
、第２図は同じく光結合装置の回路図、第３図は入力部
のリードフレームの平面図、第４図は定電流素子の回路
図、第５図はその構造図、第６図（ａ）は定電流素子の
電流−電圧特性図、同図（ｂ）は発光素子の電流−電圧
特性図、同図（ｃ）は入力部の入力端子間の電流−電圧
特性図、第７図は本発明の第二実施例を示す定電流素子
の回路図、第８図は同しくその構造図、第９図は入力部
のリードフレームの平面図、第１０図は他の実施例を示
す人力部の回路図、第１１図は従来の光結合装置として
のＳＳＲの出力部のリードフレームの平面図、第１２図
は同じく入力部のり−トフレームの平面図、第１３図は
同しくＳＳＲの内部構造図、第１４図は同じくその平面
図、第１５図は同じくその回路図、第１６図はＳＳＲを
利用した半導体素子リレーの回路図である。 ３：受光素子、８：発光素子、ｌｌ：電源、２０定電流
素子、２１，２２：電極、ａ、ｂ：リード端子。 出　願　人　　ンヤーブ株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一対のリード端子間に加えられた制御信号により作動す
   る発光素子と、該発光素子からの光を受光して信号を出
   力する受光素子とを備えた光結合装置において、発光素
   子へ駆動電圧を印加する電源の電圧値に関係なく一定値
   の駆動電流を発光素子に供給する定電流素子が設けられ
   、前記発光素子が一方のリード端子上に搭載され、前記
   定電流素子が他方のリード端子上に搭載され、発光素子
   の一方の電極と定電流素子の一方の電極とが接続された
   ことを特徴とする光結合装置。