JPH05199095A - Switching circuit driving method - Google Patents

Switching circuit driving method

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JPH05199095A
JPH05199095A JP4009803A JP980392A JPH05199095A JP H05199095 A JPH05199095 A JP H05199095A JP 4009803 A JP4009803 A JP 4009803A JP 980392 A JP980392 A JP 980392A JP H05199095 A JPH05199095 A JP H05199095A
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JP
Japan
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switch circuit
source
type fet
gate
fet
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JP4009803A
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Japanese (ja)
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Akihiko Konoue
明彦 鴻上
Mutsuzou Suzuki
睦三 鈴木
Tadashi Narisei
正 成清
Ho Kitagawa
邦 北川
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Hitachi Ltd
Japan Display Inc
Original Assignee
Hitachi Device Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】スイッチ回路FET106をフォトトランジス
タとそれにカップリングした発光ダイオードにより駆動
する。また、フォトトランジスタの代わりにフォトダイ
オード、あるいは、トランスを用いて駆動する。 【効果】従来のスイッチ回路駆動電力に比べて大幅に少
ない消費電力の駆動方法を与える。
(57) [Summary] [Structure] The switch circuit FET 106 is driven by a phototransistor and a light emitting diode coupled thereto. Further, instead of the phototransistor, a photodiode or a transformer is used for driving. [Effect] A driving method that consumes significantly less power than the conventional switch circuit driving power is provided.

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、正及び負の高電圧パル
スを負荷に印加することを制御するスイッチ回路に係
り、特に、低消費電力を実現するスイッチ回路の駆動方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switch circuit for controlling application of positive and negative high voltage pulses to a load, and more particularly to a method for driving the switch circuit realizing low power consumption.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、高電圧のパルス信号のスイッチ回
路に関しては、特願昭63−245446号明細書にその記載が
ある。
2. Description of the Related Art Conventionally, a switch circuit for a high voltage pulse signal is described in Japanese Patent Application No. 63-245446.

【0003】これは、高電圧の正,負のパルスを負荷
(容量性負荷)に印加するのを制御するため、FETに
よるスイッチ回路を設け、FETのゲートを高電圧の電
流源を用いて駆動し、高電圧の入力パルスのオン,オフ
を行うものである。その例を図14と図15を用いて説
明する。
In order to control application of high-voltage positive and negative pulses to a load (capacitive load), a switching circuit of FET is provided and the gate of the FET is driven by using a high-voltage current source. The high voltage input pulse is turned on and off. An example thereof will be described with reference to FIGS. 14 and 15.

【0004】図14は高電圧の負のパルスを負荷に印加
するのを制御するスイッチ回路図である。N型FET1
06のソースに負の高電圧パルスを入力し、ドレンに負
荷を接続する。FET106のゲート・ソース間には電
圧破壊防止用としてツェナーダイオード104が接続さ
れているが、このダイオードはソースが高電位になった
時にゲートに電荷を供給する役目もする。FET106
のゲートは接地電位へのスイッチ回路であるFET14
01のドレンに接続されている。
FIG. 14 is a switch circuit diagram for controlling application of a high voltage negative pulse to a load. N-type FET1
The negative high voltage pulse is input to the source of 06, and the load is connected to the drain. A Zener diode 104 is connected between the gate and source of the FET 106 to prevent voltage breakdown, and this diode also serves to supply charge to the gate when the source becomes high potential. FET 106
FET14 is a switch circuit to the ground potential
Connected to 01 drain.

【0005】今、FET106をオンする時は、スイッ
チ回路FET1401をオフする。その場合、高電圧の
入力パルスが立ち下がるに従って、FET106のソー
スが低電位に下がり、ツェナーダイオード104によっ
てFET106のゲート・ソース間に電位差が生じ、F
ET106はオンする。従って、負荷108には負の高
電圧パルスが印加される。
Now, when turning on the FET 106, the switch circuit FET 1401 is turned off. In that case, as the high-voltage input pulse falls, the source of the FET 106 drops to a low potential, and the Zener diode 104 causes a potential difference between the gate and the source of the FET 106.
The ET 106 turns on. Therefore, a negative high voltage pulse is applied to the load 108.

【0006】FET106をオフする時は、FET14
01をオンする。入力のパルスが立ち下がると同時に、
FET106のゲートから、FET1401と抵抗14
02を通して電流が流れ、スイッチ回路FET106の
ゲート・ソース間の電位差がなくなる。従って、FET
106はオフし、負荷108には負の高電圧パルスは印
加されない。なお、ダイオード107はFET106の
寄生ダイオードである。
When turning off the FET 106, the FET 14
Turn 01 on. At the same time that the input pulse falls,
From the gate of the FET 106, the FET 1401 and the resistor 14
A current flows through 02, and the potential difference between the gate and source of the switch circuit FET 106 disappears. Therefore, the FET
106 turns off and no negative high voltage pulse is applied to the load 108. The diode 107 is a parasitic diode of the FET 106.

【0007】図15は正の高電圧パルスを負荷に印加す
るのを制御するスイッチ回路図である。N型FET10
6のドレンに正の高電圧パルスを入力し、ソースには負
荷108を接続する。ゲート・ソース間には抵抗105
とツェナーダイオード104を接続し、ゲートは高電位か
らの電流供給源のスイッチ回路FET1501のドレン
に接続されている。
FIG. 15 is a switch circuit diagram for controlling application of a positive high voltage pulse to a load. N-type FET 10
A positive high voltage pulse is input to the drain of 6, and the load 108 is connected to the source. Resistor 105 between gate and source
Is connected to the Zener diode 104, and the gate is connected to the drain of the switch circuit FET 1501 which is a current supply source from a high potential.

【0008】このスイッチ回路FET106をオンする
時には、FET1501をオンし、高電位(VH)から電
流を供給し、抵抗105によってFET106のゲート
・ソース間に電位差を与えて、FET106をオンす
る。
When the switch circuit FET 106 is turned on, the FET 1501 is turned on, a current is supplied from a high potential (VH), a potential difference is applied between the gate and source of the FET 106 by the resistor 105, and the FET 106 is turned on.

【0009】FET106をオフする時は、FET15
01をオフし、抵抗105に電流が流れないので、FE
T106のゲート・ソース間は同電位となり、FET1
06はオフする。
When turning off the FET 106, the FET 15
01 is turned off and no current flows through the resistor 105.
The gate and source of T106 have the same potential, and FET1
06 turns off.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来回路例
では、FET106のゲートを駆動するために高電位か
ら接地電位まで電流を流している。そのため、スイッチ
回路の駆動電力は、ゲートの入力容量をCgsとした場
合、Cgs(VH)2(VHは高電圧パルスの電圧振幅)とな
り、極めて大きな値となる。これは、スイッチ回路FE
T106のソースが入力パルスに応じて電位が変動する
ため、FET106のゲートもこのソースの電位に追従
させて制御しなければならないことによるものである。
In the conventional circuit example described above, a current is passed from the high potential to the ground potential in order to drive the gate of the FET 106. Therefore, the drive power of the switch circuit becomes Cgs (VH) 2 (VH is the voltage amplitude of the high voltage pulse), which is an extremely large value, when the input capacitance of the gate is Cgs. This is the switch circuit FE
This is because the potential of the source of T106 fluctuates according to the input pulse, and the gate of the FET 106 must also be controlled so as to follow the potential of this source.

【0011】本発明の目的は、低電圧でスイッチ回路F
ETのゲート・ソース間に電位差を与えて、スイッチ回
路の駆動電力を大幅に減少させる、新規な駆動方法およ
びその装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a switch circuit F at a low voltage.
It is an object of the present invention to provide a novel driving method and a device thereof, in which a potential difference is applied between the gate and the source of ET to drastically reduce the driving power of the switch circuit.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的は、高電圧パル
スをスイッチするFETのゲート・ソース間の駆動を、
フォトトランジスタまたはフォトダイオードと発光ダイ
オードとのカップリングにより駆動することにより達成
される。この場合、ソース電位は高電圧パルス入力信号
により電位が変動するが、与える電位差がゲート・ソー
ス間の電位差に変換されるため、低電圧で駆動できる。
The above-mentioned object is to drive a gate-source of a FET for switching a high voltage pulse,
It is achieved by driving by coupling a phototransistor or a photodiode with a light emitting diode. In this case, the source potential varies depending on the high-voltage pulse input signal, but since the potential difference applied is converted into the potential difference between the gate and the source, the source potential can be driven at a low voltage.

【0013】この時のスイッチ回路駆動電力は、フォト
カップリングの変換効率をηとすると、Cgs(VL)2
η(VLは発光ダイオード駆動電圧)となり、極めて小
さな値となる。例えば、VH=300V,VL=5V,η
=50%と仮定すると、本発明のスイッチ回路駆動電力
は従来の回路の駆動電力の1800分の1の値となる。
The switching circuit driving power at this time is Cgs (VL) 2 /, where η is the conversion efficiency of the photocoupling.
η (VL is a light emitting diode drive voltage), which is an extremely small value. For example, VH = 300V, VL = 5V, η
= 50%, the switch circuit drive power of the present invention is 1800 times lower than the drive power of the conventional circuit.

【0014】また、上記目的は、スイッチ回路FETの
ゲート・ソース間の駆動をトランスを用いて行っても達
成される。フォトトランジスタの場合、電荷供給ができ
ないので、スイッチ回路の回路構成が限定されるのに対
し、トランス駆動の場合は電荷供給ができるので、スイ
ッチ回路の回路構成の範囲も広くなる。
The above object can also be achieved by using a transformer to drive the gate and source of the switch circuit FET. In the case of the phototransistor, since the electric charge cannot be supplied, the circuit configuration of the switch circuit is limited, whereas in the case of the transformer drive, the electric charge can be supplied, so that the range of the circuit configuration of the switch circuit is widened.

【0015】[0015]

【作用】フォトトランジスタおよびフォトダイオードと
発光ダイオードとの光カップリングによるスイッチ回路
のゲート駆動では、光カップリングの応答速度が問題と
なる。現在得られる低価格のこれらフォトカプラでは、
10kbit/secが一般であるが、さらなる高速とするた
めには、GaAs等の素子を用いるとよい。
In the gate driving of the switch circuit by the optical coupling between the phototransistor and the photodiode and the light emitting diode, the response speed of the optical coupling becomes a problem. With these low-cost photocouplers available today,
Although 10 kbit / sec is generally used, an element such as GaAs may be used for higher speed.

【0016】トランスを用いた駆動方法では、価格が低
価格であるが、IC化が困難であり、体積が大きくな
る。しかし、低電圧駆動であるため、製造方法によって
はかなり小さくできる。
Although the driving method using the transformer is low in price, it is difficult to form an IC and the volume is large. However, since it is driven at a low voltage, it can be made quite small depending on the manufacturing method.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の実施例を図1から図13まで
を用いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 13.

【0018】図1は、スイッチ回路N型FET106の
ソースに負の高電圧パルスを入力し、ドレンに負荷10
8を接続し、スイッチ回路FET106のゲート・ソー
ス間に抵抗105とツェナーダイオード104とフォト
トランジスタ103を並列に接続した回路図である。
In FIG. 1, a negative high voltage pulse is input to the source of the switch circuit N-type FET 106, and a load 10 is applied to the drain.
8 is a circuit diagram in which a resistor 105, a Zener diode 104, and a phototransistor 103 are connected in parallel between the gate and the source of the switch circuit FET 106 by connecting 8 of FIG.

【0019】ここで、負のパルスとは、スイッチ回路が
オフした時、負荷には直流(あるいはそれに近い)の高
電圧が印加され、スイッチ回路がオンした時には低電位
まで下降するパルスが印加されることをいう。
Here, the negative pulse means that when the switch circuit is turned off, a high voltage of direct current (or close thereto) is applied to the load, and when the switch circuit is turned on, a pulse that drops to a low potential is applied. I mean that.

【0020】図1で、ダイオード107はスイッチ回路
FET106の寄生ダイオードであり、フォトトランジ
スタ103は発光ダイオード102とフォトカップリン
グしており、スイッチ回路FET106のオン,オフの
制御は制御信号入力端子101に低電圧パルス信号を入力
して行う。
In FIG. 1, the diode 107 is a parasitic diode of the switch circuit FET 106, the phototransistor 103 is photocoupled with the light emitting diode 102, and the ON / OFF control of the switch circuit FET 106 is performed by the control signal input terminal 101. It is performed by inputting a low voltage pulse signal.

【0021】図2は図1のスイッチ回路の入力電圧波
形,制御信号電圧波形,出力信号(負荷に印加される信
号)電圧波形を示す。この図2を用いて、図1のスイッ
チ回路の動作を次に説明する。
FIG. 2 shows an input voltage waveform, a control signal voltage waveform, and an output signal (signal applied to the load) voltage waveform of the switch circuit of FIG. The operation of the switch circuit shown in FIG. 1 will be described below with reference to FIG.

【0022】図1の入力信号端子109には図2の入力
信号(負の高電圧パルス)を印加する。スイッチ回路F
ET106をオフする時には、図1の制御信号入力端子
101に低電圧パルスを印加する。その時、フォトトラン
ジスタ103は発光ダイオード102とカップリングし
ているためオンする。フォトトランジスタ103がオン
すると、スイッチ回路FET106のゲート・ソース間
の電位差がなくなるので、スイッチ回路FET106は
オフし、負荷108には負の高電圧パルスは印加されな
い。
The input signal (negative high voltage pulse) of FIG. 2 is applied to the input signal terminal 109 of FIG. Switch circuit F
When turning off the ET 106, the control signal input terminal of FIG.
A low voltage pulse is applied to 101. At that time, the phototransistor 103 is turned on because it is coupled with the light emitting diode 102. When the phototransistor 103 turns on, the potential difference between the gate and the source of the switch circuit FET 106 disappears, so the switch circuit FET 106 turns off, and the negative high voltage pulse is not applied to the load 108.

【0023】ここで、図2の制御信号パルスで、負荷1
08が容量性負荷である場合には、制御信号のパルスは
入力信号の立ち下がりの時間幅のパルスでもよい。ま
た、図2の出力信号で、FET106がオフ時に出力信
号に小さなパルスを記載しているが、これは負荷108
のインピーダンスと、FET106の出力容量とのイン
ピーダンス分割比で、パルス電圧の漏れがあることを示
している。
Here, with the control signal pulse of FIG.
When 08 is a capacitive load, the pulse of the control signal may be the pulse of the falling time width of the input signal. In the output signal of FIG. 2, a small pulse is shown in the output signal when the FET 106 is off.
It is shown that there is a leakage of the pulse voltage by the impedance division ratio between the impedance of 1 and the output capacitance of the FET 106.

【0024】スイッチ回路FET106をオンする時に
は、図1の制御信号入力端子101にはパルスを印加し
ない。この時、発光ダイオード102は発光せず、フォ
トトランジスタ103はオフする。その場合、入力信号
の高電圧パルスが立ち下がった時、スイッチ回路FET
のソースが入力の高電圧パルスに追従して立ち下がり、
抵抗105およびツェナーダイオード104によって、
自動的にスイッチ回路FET106のゲート・ソース間
に電位差が生じ、スイッチ回路FET106はオンす
る。従って、この時負荷108には負の高電圧パルスが
印加される。
When the switch circuit FET 106 is turned on, no pulse is applied to the control signal input terminal 101 of FIG. At this time, the light emitting diode 102 does not emit light, and the phototransistor 103 is turned off. In that case, when the high voltage pulse of the input signal falls, the switch circuit FET
Source follows the high voltage pulse of the input and falls,
By the resistor 105 and the Zener diode 104,
A potential difference automatically occurs between the gate and source of the switch circuit FET 106, and the switch circuit FET 106 turns on. Therefore, at this time, a negative high voltage pulse is applied to the load 108.

【0025】ここで、このスイッチ回路の消費電力は、
制御信号入力端子101に印加したパルスの電力であ
り、その入力信号電圧は通常5Vである。今、スイッチ
回路FET106のゲートの入力容量をCgsとした時、
フォトカップラの変換効率をηとすると、スイッチ回路
駆動電力はCgs(5)2/ηとなり、極めて小さな値であ
る。
Here, the power consumption of this switch circuit is
The power of the pulse applied to the control signal input terminal 101, and the input signal voltage thereof is usually 5V. Now, when the input capacitance of the gate of the switch circuit FET 106 is Cgs,
When the conversion efficiency of the photocoupler is η, the switch circuit driving power is Cgs (5) 2 / η, which is an extremely small value.

【0026】なお、図1のスイッチ回路FET106の
ゲート・ソース間には抵抗105とツェナーダイオード
104の両方を接続しているが、抵抗またはツェナーダ
イオードの片方のみであってもよい。これは図1から図
13までの回路図にも適用される。
Although both the resistor 105 and the Zener diode 104 are connected between the gate and the source of the switch circuit FET 106 in FIG. 1, only one of the resistor and the Zener diode may be connected. This also applies to the circuit diagrams of FIGS. 1 to 13.

【0027】図3は図1のフォトトランジスタ301の
代わりにフォトダイオードでスイッチ回路FET106
を駆動する場合の回路図である。
FIG. 3 shows a switching circuit FET 106 with a photodiode instead of the phototransistor 301 of FIG.
It is a circuit diagram in the case of driving the.

【0028】図3ではフォトダイオード301は一個の
み記載してあるが、一般にFETを駆動するためにはフ
ォトダイオードを数個直列に接続する。図3のフォトダ
イオード301は図の簡便化のため一個のみ示している
が、これは勿論一個以上の数個を意味している。
Although only one photodiode 301 is shown in FIG. 3, generally several photodiodes are connected in series in order to drive the FET. Although only one photodiode 301 is shown in FIG. 3 for simplification of the drawing, this means, of course, more than one photodiode.

【0029】図3のスイッチ回路の駆動方法を図4のタ
イムチャートと合わせて説明する。まず、図3のスイッ
チ回路FET106をオンする時は、制御信号入力端子
101に低電圧パルスを入力する。この時、発光ダイオ
ード102は発光し、フォトダイオード301の両端
(つまりスイッチ回路106のゲート・ソース間)に電
位差が生じてスイッチ回路FET106はオンする。従
って、負の高電圧パルスは負荷108に印加される。
A method of driving the switch circuit of FIG. 3 will be described with reference to the time chart of FIG. First, when the switch circuit FET 106 of FIG. 3 is turned on, a low voltage pulse is input to the control signal input terminal 101. At this time, the light emitting diode 102 emits light, a potential difference is generated across the photodiode 301 (that is, between the gate and source of the switch circuit 106), and the switch circuit FET 106 is turned on. Therefore, a negative high voltage pulse is applied to the load 108.

【0030】次に、スイッチ回路FET106をオフす
る時は、制御信号入力端子101にはパルスを印加しな
い。この時、発光ダイード102は発光せず、フォトダ
イオード301の両端子には電位差は生じず、スイッチ
回路FET106はオフする。従って、負荷108には
負の高電圧パルスは印加されない。
Next, when the switch circuit FET 106 is turned off, no pulse is applied to the control signal input terminal 101. At this time, the light emitting diode 102 does not emit light, no potential difference occurs between the two terminals of the photodiode 301, and the switch circuit FET 106 is turned off. Therefore, the negative high voltage pulse is not applied to the load 108.

【0031】図5は、スイッチ回路P型FET501の
ソースに正の高電圧パルスを入力し、ドレンに負荷10
8を接続し、スイッチ回路FET501のゲート・ソー
ス間に抵抗105,ツェナーダイオード104,フォト
トランジスタ103を接続し、フォトトランジスタ10
3とカップリングした発光ダイオード102でスイッチ
回路FET501を駆動する場合の回路図である。ここ
で、正の高電圧パルスとは、スイッチ回路がオフしたと
き、負荷に直流(またはそれに近い)の低電圧が印加さ
れ、スイッチ回路がオンしたとき、高電圧のパルスが負
荷に印加されることを言う。
In FIG. 5, a positive high voltage pulse is input to the source of the switch circuit P-type FET 501 and the drain 10 is loaded.
8, the resistor 105, the Zener diode 104, and the phototransistor 103 are connected between the gate and the source of the switch circuit FET 501, and the phototransistor 10 is connected.
3 is a circuit diagram in the case of driving a switch circuit FET 501 with the light emitting diode 102 coupled with No. 3; FIG. Here, a positive high-voltage pulse means that a low DC voltage (or a voltage close to it) is applied to the load when the switch circuit is turned off, and a high-voltage pulse is applied to the load when the switch circuit is turned on. Say that.

【0032】図5の回路動作を図6のタイムチャートと
合わせて説明する。図5のスイッチ回路FET501を
オフする時は、制御信号入力端子101に低電圧パルス
を入力する。その時、発光ダイオード102は発光し、
フォトトランジスタ103はオンする。したがって、ス
イッチ回路FET501のゲート・ソース間に電位差が
ないので、スイッチ回路FET501はオフする。
The circuit operation of FIG. 5 will be described with reference to the time chart of FIG. When turning off the switch circuit FET 501 in FIG. 5, a low voltage pulse is input to the control signal input terminal 101. At that time, the light emitting diode 102 emits light,
The phototransistor 103 is turned on. Therefore, since there is no potential difference between the gate and source of the switch circuit FET501, the switch circuit FET501 is turned off.

【0033】図6の出力波形図では多少の漏れ電圧パル
スを示しているが、これは負荷108のインピーダンスと
スイッチ回路FET501の出力容量とのインピーダン
ス分割による漏れ電圧を示している。
Although some leakage voltage pulses are shown in the output waveform diagram of FIG. 6, this shows a leakage voltage due to impedance division between the impedance of the load 108 and the output capacitance of the switch circuit FET 501.

【0034】ここで、負荷108が容量性負荷である場
合、制御信号のパルスは、入力信号の高電圧パルスの立
ち上がり時間のみのパルス幅でもよい。
Here, when the load 108 is a capacitive load, the pulse of the control signal may have a pulse width only for the rising time of the high voltage pulse of the input signal.

【0035】次に、スイッチ回路FET501をオフす
る場合、制御信号入力端子101にはパルスを印加しな
い。その時、発光ダイオードが発光しないので、フォト
トランジスタはオフとなる。入力信号の正の高電圧パル
スが立ち上がった時、スイッチ回路FET501のソー
スが高電圧にひっぱられるので、抵抗105とツェナー
ダイオード104によって、スイッチ回路FET501
のゲート・ソース間に電位差が生じ、スイッチ回路FE
T501はオンする。従って、負荷108には高電圧の
正のパルスが印加される。
Next, when turning off the switch circuit FET 501, no pulse is applied to the control signal input terminal 101. At that time, since the light emitting diode does not emit light, the phototransistor is turned off. When the positive high voltage pulse of the input signal rises, the source of the switch circuit FET 501 is pulled to a high voltage, so the resistor 105 and the Zener diode 104 cause the switch circuit FET 501 to operate.
Potential difference between the gate and source of the switch circuit FE
T501 turns on. Therefore, a high voltage positive pulse is applied to the load 108.

【0036】図7は図5のフォトトランジスタの代わり
にフォトダイオードを用いてスイッチ回路FET501
を駆動する場合の回路図であり、図8はスイッチ回路FE
T501のオン,オフ状態を示すタイムチャートである。
FIG. 7 shows a switching circuit FET 501 using a photodiode instead of the phototransistor of FIG.
FIG. 8 is a circuit diagram for driving a switch, and FIG. 8 shows a switch circuit FE.
It is a time chart which shows an ON / OFF state of T501.

【0037】まず、スイッチ回路FET501をオンす
る時は、制御信号入力端子101に低電圧パルスを印加
する。その時、フォトダイオード301の両端(スイッ
チ回路FET501のゲート・ソース間)に電位差を生
じ、スイッチ回路FET501はオンして、負荷108に
高電圧の正パルスが印加される。
First, when the switch circuit FET 501 is turned on, a low voltage pulse is applied to the control signal input terminal 101. At that time, a potential difference is generated across the photodiode 301 (between the gate and source of the switch circuit FET 501), the switch circuit FET 501 is turned on, and a high-voltage positive pulse is applied to the load 108.

【0038】スイッチ回路FET501をオフする時
は、制御信号入力端子101にはパルスを印加しない。
その時、フォトダイオード301の両端には電位差が生
じないので、スイッチ回路FET501のゲート・ソー
ス間に電位差が生じないのでスイッチ回路FET501
はオフし、負荷108には高電圧パルスは印加されな
い。
When the switch circuit FET 501 is turned off, no pulse is applied to the control signal input terminal 101.
At that time, since there is no potential difference between both ends of the photodiode 301, there is no potential difference between the gate and source of the switch circuit FET 501.
Turns off and no high voltage pulse is applied to the load 108.

【0039】図9は、スイッチ回路N型FET106の
ドレンに正の高電圧パルスを印加し、ソースに負荷10
8を接続し、スイッチ回路FET106のゲート・ソー
ス間に抵抗105,ツェナーダイオード104,フォト
ダイオード301を接続し、フォトダイオード301と
カップリングした発光ダイオード102でスイッチ回路
FET106を駆動する場合の回路図である。
In FIG. 9, a positive high voltage pulse is applied to the drain of the switch circuit N-type FET 106, and the load 10 is applied to the source.
8 is connected, the resistor 105, the Zener diode 104, and the photodiode 301 are connected between the gate and source of the switch circuit FET 106, and the switch circuit FET 106 is driven by the light emitting diode 102 coupled with the photodiode 301. is there.

【0040】この回路動作を示すタイムチャートは図8
と同じである。制御信号入力端子101に低電圧パルス
が入力されると、フォトダイオード301の両端(スイ
ッチ回路FET106のゲート・ソース間)に電位差が
生じ、スイッチ回路FET106はオンする。
A time chart showing this circuit operation is shown in FIG.
Is the same as. When a low voltage pulse is input to the control signal input terminal 101, a potential difference is generated across the photodiode 301 (between the gate and the source of the switch circuit FET 106) and the switch circuit FET 106 is turned on.

【0041】スイッチ回路FET106をオフするとき
は、制御信号入力端子101にはパルスを印加しない。
その時、フォトダイオード301の両端に電位差は生じ
ず、スイッチ回路FET106はオフする。
When the switch circuit FET 106 is turned off, no pulse is applied to the control signal input terminal 101.
At that time, no potential difference is generated across the photodiode 301, and the switch circuit FET 106 is turned off.

【0042】図10は、図1の発光ダイオード102と
それにカップリングしたフォトトランジスタ103の代
わりにトランス1001を用いてスイッチ回路FET1
06を駆動した場合の回路図である。
FIG. 10 shows a switch circuit FET1 using a transformer 1001 instead of the light emitting diode 102 and the phototransistor 103 coupled thereto in FIG.
It is a circuit diagram at the time of driving 06.

【0043】動作は図4のタイムチャートと同じであ
る。スイッチ回路FET106をオンする時には、制御
信号入力端子101に低電圧パルスを印加する。その
時、二次側のコイルに電位差を生じ、スイッチ回路FE
T106のゲート・ソース間に電位差を生じて、スイッ
チ回路FET106はオンする。
The operation is the same as the time chart of FIG. When the switch circuit FET 106 is turned on, a low voltage pulse is applied to the control signal input terminal 101. At that time, a potential difference is generated in the coil on the secondary side, and the switch circuit FE
A potential difference is generated between the gate and source of T106, and the switch circuit FET106 is turned on.

【0044】スイッチ回路FET106をオフする時
は、制御信号入力端子101にパルスを加えない。その
時、二次側のコイルには電位差は生じず、スイッチ回路
FET106のゲート・ソース間に電位差が生じないので、ス
イッチ回路FET106はオフする。
When the switch circuit FET 106 is turned off, no pulse is applied to the control signal input terminal 101. At that time, no potential difference occurs in the coil on the secondary side, and the switch circuit
Since there is no potential difference between the gate and source of the FET 106, the switch circuit FET 106 is turned off.

【0045】図11は図9の発光ダイオード102とそ
れにカップリングしたフォトダイオード301の代わり
にトランス1001を用いて、スイッチ回路FET10
6を駆動する場合の回路図である。動作は図8のタイム
チャートと同じである。
FIG. 11 shows a switch circuit FET10 using a transformer 1001 instead of the light emitting diode 102 and the photodiode 301 coupled thereto in FIG.
6 is a circuit diagram when driving 6 of FIG. The operation is the same as the time chart of FIG.

【0046】図12は図7の発光ダイオード102とそ
れにカップリングしたフォトダイオード301の代わり
にトランス1001を用いて、スイッチ回路FET50
1を駆動した場合の回路図である。動作は図8のタイム
チャートと同じである。
FIG. 12 shows a switch circuit FET50 in which a transformer 1001 is used in place of the light emitting diode 102 and the photodiode 301 coupled thereto in FIG.
2 is a circuit diagram when 1 is driven. FIG. The operation is the same as the time chart of FIG.

【0047】図13は、スイッチ回路P型FET501
のドレンに高電圧の負のパルスを入力し、ソースに付加
108を接続し、スイッチ回路FET501のゲート・
ソース間に抵抗105,ツェナーダイオード104を接
続し、スイッチ回路FET501のゲート・ソース間をトラン
ス1001で駆動した場合の回路図である。動作は図4
のタイムチャートと同じである。
FIG. 13 shows a switch circuit P-type FET 501.
Input a high voltage negative pulse to the drain of, connect the addition 108 to the source, and connect the gate of the switch circuit FET501.
FIG. 6 is a circuit diagram in the case where a resistor 105 and a Zener diode 104 are connected between sources and a gate and a source of a switch circuit FET 501 are driven by a transformer 1001. Operation is Figure 4
It is the same as the time chart of.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明によれば、高電圧パルスを負荷に
印加するのを制御するスイッチ回路で、スイッチ回路F
ETのゲート・ソース間の駆動をフォトトランジスタ,
フォトダイオード、あるいはトランスで行うことによ
り、従来の電流源駆動に比べて、大幅な駆動電力の低下
となる。
According to the present invention, a switch circuit for controlling application of a high voltage pulse to a load is provided.
Drive between ET gate and source is a phototransistor,
By using a photodiode or a transformer, the driving power is significantly reduced as compared with the conventional current source driving.

【0049】例えば、高電圧パルスの電圧をVH ,スイ
ッチ回路のゲート・ソース間容量をCgs,発光ダイオー
ドの駆動電圧をVL ,発光ダイオードとフォトトランジ
スタ(あるいはフォトダイオード)の変換効率をηとし
た場合、従来のスイッチ回路駆動電力は、Cgs(VH)2
で与えられるのに対し、本発明ではCgs(VL)2/ηと
なる。例えば、VH=300V,VL=5V,η=50%
と仮定すれば、本発明のスイッチ回路の駆動電力は、従
来のスイッチ回路の駆動電力に比べて1800分の1と
なる。
For example, when the voltage of the high voltage pulse is VH, the gate-source capacitance of the switch circuit is Cgs, the drive voltage of the light emitting diode is VL, and the conversion efficiency between the light emitting diode and the phototransistor (or photodiode) is η. , Conventional switch circuit drive power is Cgs (VH) 2
However, in the present invention, it becomes Cgs (VL) 2 / η. For example, VH = 300V, VL = 5V, η = 50%
Assuming that, the drive power of the switch circuit of the present invention is 1/1800 of the drive power of the conventional switch circuit.

【0050】特に、このスイッチ回路をマトリクス表示
素子に応用し、パルス発生回路を電力回収回路とした場
合、マトリクス表示素子の端子数が多いことから、この
スイッチ回路の低電力駆動は、電力回収率の大幅な向上
になることは明らかである。
In particular, when this switch circuit is applied to a matrix display element and the pulse generating circuit is used as a power recovery circuit, the number of terminals of the matrix display element is large. It is clear that this will be a significant improvement.

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

【図1】本発明のフォトトランジスタを用いたスイッチ
の回路図。
FIG. 1 is a circuit diagram of a switch using a phototransistor of the present invention.

【図2】図1の回路動作を示すタイムチャート。FIG. 2 is a time chart showing the circuit operation of FIG.

【図3】本発明のフォトダイオードを用いたスイッチ回
路図。
FIG. 3 is a switch circuit diagram using the photodiode of the present invention.

【図4】図3の回路動作を示すタイムチャート。FIG. 4 is a time chart showing the circuit operation of FIG.

【図5】本発明のフォトトランジスタを用いた他のスイ
ッチ回路図。
FIG. 5 is another switch circuit diagram using the phototransistor of the present invention.

【図6】図5の回路動作を示すタイムチャート。FIG. 6 is a time chart showing the circuit operation of FIG.

【図7】本発明のフォトダイオードを用いた他のスイッ
チ回路図。
FIG. 7 is another switch circuit diagram using the photodiode of the present invention.

【図8】図7の回路動作を示すタイムチャート。FIG. 8 is a time chart showing the circuit operation of FIG.

【図9】フォトダイオードを用いた他のスイッチ回路
図。
FIG. 9 is another switch circuit diagram using a photodiode.

【図10】トランスを用いたスイッチ回路図。FIG. 10 is a switch circuit diagram using a transformer.

【図11】トランスを用いた他のスイッチ回路図。FIG. 11 is another switch circuit diagram using a transformer.

【図12】トランスを用いた他のスイッチ回路図。FIG. 12 is another switch circuit diagram using a transformer.

【図13】トランスを用いた他のスイッチ回路図。FIG. 13 is another switch circuit diagram using a transformer.

【図14】従来のスイッチ回路図。FIG. 14 is a conventional switch circuit diagram.

【図15】従来の他のスイッチ回路図。FIG. 15 is another conventional switch circuit diagram.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

102…発光ダイオード、103…フォトトランジス
タ、106…N型FET、301…フォトダイオード、
501…P型FET、1001…トランス。
102 ... Light emitting diode, 103 ... Phototransistor, 106 ... N-type FET, 301 ... Photodiode,
501 ... P-type FET, 1001 ... Transformer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成清 正 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 北川 邦 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイス エンジニアリング株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Tadashi Narisei 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Kuni Kitagawa, 3681 Hayano, Mobara-shi, Chiba Hitachi Device Engineering Co., Ltd. Within

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】N型FETのソースに負の高電圧パルスを
入力し、前記N型FETのドレンに負荷を接続し、前記
N型FETのゲート・ソース間に少なくとも抵抗かツェ
ナーダイオードの片方あるいは両方を接続して、負の高
電圧パルスを負荷に印加することを制御するスイッチ回
路において、前記N型FETのゲート・ソース間にフォ
トトランジスタを接続し、前記フォトトランジスタとカ
ップリングした発光ダイオードとで、前記N型FETを
駆動することを特徴とするスイッチ回路の駆動方法。
1. A negative high voltage pulse is input to the source of the N-type FET, a load is connected to the drain of the N-type FET, and at least one of a resistor or a Zener diode is connected between the gate and the source of the N-type FET, or In a switch circuit connecting both of them to control application of a negative high voltage pulse to a load, a phototransistor is connected between a gate and a source of the N-type FET, and a light emitting diode coupled with the phototransistor is provided. Then, a method for driving a switch circuit, characterized in that the N-type FET is driven.
【請求項2】N型FETのソースに負の高電圧パルスを
入力し、前記N型FETのドレンに負荷を接続し、前記
N型FETのゲート・ソース間に少なくとも抵抗かツェ
ナーダイオードの片方あるいは両方を接続して、負の高
電圧パルスを負荷に印加することを制御するスイッチ回
路において、前記N型FETのゲート・ソース間にフォ
トダイオードを接続し、前記フォトダイオードとカップ
リングした発光ダイオードとで前記N型FETを駆動す
ることを特徴とするスイッチ回路の駆動方法。
2. A negative high voltage pulse is input to the source of the N-type FET, a load is connected to the drain of the N-type FET, and at least one of a resistor or a Zener diode is connected between the gate and the source of the N-type FET, or In a switch circuit connecting both of them to control application of a negative high voltage pulse to a load, a photodiode is connected between a gate and a source of the N-type FET, and a light-emitting diode coupled with the photodiode is provided. A method for driving a switch circuit, characterized in that the N-type FET is driven by.
【請求項3】P型FETのソースに正の高電圧パルスを
入力し、前記P型FETのドレンに負荷を接続し、前記
P型FETのゲート・ソース間に少なくとも抵抗かツェ
ナーダイオードの片方あるいは両方を接続して正の高電
圧パルスを負荷に印加することを制御するスイッチ回路
において、前記P型FETのゲート・ソース間にフォト
トランジスタを接続し、前記フォトトランジスタとカッ
プリングした発光ダイオードとで、前記P型FETを駆
動することを特徴とするスイッチ回路の駆動方法。
3. A positive high voltage pulse is input to the source of the P-type FET, a load is connected to the drain of the P-type FET, and at least one of a resistor or a Zener diode is connected between the gate and the source of the P-type FET, or In a switch circuit that controls the application of a positive high-voltage pulse to a load by connecting both of them, a phototransistor is connected between the gate and source of the P-type FET, and the phototransistor and a light-emitting diode coupled thereto are used. A driving method of a switch circuit, characterized in that the P-type FET is driven.
【請求項4】P型FETのソースに正の高電圧パルスを
入力し、前記P型FETのドレンに負荷を接続し、前記
P型FETのゲート・ソース間に少なくとも抵抗かツェ
ナーダイオードの片方あるいは両方を接続して、正の高
電圧パルスを負荷に印加することを制御するスイッチ回
路において、前記P型FETのゲート・ソース間にフォ
トダイオードを接続し、前記フォトダイオードとカップ
リングした発光ダイオードとで前記P型FETを駆動す
ることを特徴とするスイッチ回路の駆動方法。
4. A positive high voltage pulse is input to the source of the P-type FET, a load is connected to the drain of the P-type FET, and at least one of a resistor or a Zener diode is connected between the gate and the source of the P-type FET, or In a switch circuit for controlling the application of a positive high voltage pulse to a load by connecting both, a photodiode is connected between the gate and source of the P-type FET, and a light emitting diode coupled with the photodiode is provided. A method for driving a switch circuit, wherein the P-type FET is driven by the method.
【請求項5】N型FETのドレンに正の高電圧パルスを
入力し、前記N型FETのソースに負荷を接続し、前記
N型FETのゲート・ソース間に少なくとも抵抗かツェ
ナーダイオードの片方あるいは両方を接続して正の高電
圧パルスを負荷に印加することを制御するスイッチ回路
において、前記N型FETのゲート・ソース間にフォト
ダイオードを接続し、前記フォトダイオードとカップリ
ングした発光ダイオードとで、前記N型FETを駆動す
ることを特徴とするスイッチ回路の駆動方法。
5. A high positive voltage pulse is input to the drain of the N-type FET, a load is connected to the source of the N-type FET, and at least one of a resistor and a Zener diode is connected between the gate and the source of the N-type FET, or In a switch circuit for connecting both to control application of a positive high voltage pulse to a load, a photodiode is connected between the gate and source of the N-type FET, and the photodiode is coupled with the light emitting diode. A driving method of a switch circuit, characterized in that the N-type FET is driven.
【請求項6】N型FETのソースに負の高電圧パルスを
入力し、前記N型FETのドレンに負荷を接続し、前記
N型FETのゲート・ソース間に少なくとも抵抗かツェ
ナーダイオードの片方あるいは両方を接続して負の高電
圧パルスを負荷に印加することを制御するスイッチ回路
において、前記N型FETのゲート・ソース間をトラン
スで駆動することを特徴とするスイッチ回路の駆動方
法。
6. A negative high voltage pulse is input to the source of the N-type FET, a load is connected to the drain of the N-type FET, and at least one of a resistor and a Zener diode is connected between the gate and the source of the N-type FET, or A method of driving a switch circuit, characterized in that, in a switch circuit that connects both of them and controls application of a negative high voltage pulse to a load, a gate and source of the N-type FET are driven by a transformer.
【請求項7】N型FETのドレンに正の高電圧パルスを
入力し、前記N型FETのソースに負荷を接続し、前記
N型FETのゲート・ソース間に少なくとも抵抗かツェ
ナーダイオードの片方あるいは両方を接続して正の高電
圧パルスを負荷に印加することを制御するスイッチ回路
において、前記N型FETのゲート・ソース間をトラン
スで駆動することを特徴とするスイッチ回路の駆動方
法。
7. A positive high voltage pulse is input to the drain of the N-type FET, a load is connected to the source of the N-type FET, and at least one of a resistor and a Zener diode is connected between the gate and the source of the N-type FET, or A method of driving a switch circuit, characterized in that, in a switch circuit that connects both of them and controls application of a positive high-voltage pulse to a load, a transformer is driven between the gate and the source of the N-type FET.
【請求項8】P型FETのソースに正の高電圧パルスを
入力し、前記P型FETのドレンに負荷を接続し、前記
P型FETのゲート・ソース間に少なくとも抵抗かツェ
ナーダイオードの片方あるいは両方を接続して正の高電
圧パルスを負荷に印加することを制御するスイッチ回路
において、前記P型FETのゲート・ソース間をトラン
スで駆動することを特徴とするスイッチ回路の駆動方
法。
8. A positive high voltage pulse is input to the source of the P-type FET, a load is connected to the drain of the P-type FET, and at least one of a resistor or a Zener diode is connected between the gate and the source of the P-type FET, or In a switch circuit for controlling the application of a positive high-voltage pulse to a load by connecting both of them, a method for driving the switch circuit is characterized in that the gate and source of the P-type FET are driven by a transformer.
【請求項9】P型FETのドレンに負の高電圧パルスを
入力し、前記P型FETのソースに負荷を接続し、前記
P型FETのゲート・ソース間に少なくとも抵抗かツェ
ナーダイオードの片方あるいは両方を接続して負の高電
圧パルスを負荷に印加することを制御するスイッチ回路
において、前記P型FETのゲート・ソース間をトラン
スで駆動することを特徴とするスイッチ回路の駆動方
法。
9. A negative high voltage pulse is input to the drain of a P-type FET, a load is connected to the source of the P-type FET, and at least one of a resistor or a Zener diode is connected between the gate and the source of the P-type FET, or A switch circuit for controlling the application of a negative high-voltage pulse to a load by connecting both of them, and driving a switch circuit between the gate and source of the P-type FET.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017022510A (en) * 2015-07-09 2017-01-26 株式会社Ihi Semiconductor switch circuit and semiconductor relay circuit
CN110086458A (en) * 2019-06-10 2019-08-02 天通盛邦通信科技(苏州)有限公司 A kind of NMOS output driving circuit and driving method
CN111884628A (en) * 2020-07-30 2020-11-03 武汉博畅通信设备有限责任公司 Negative high-voltage driving circuit of PIN diode
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WO2024202425A1 (en) * 2023-03-29 2024-10-03 ローム株式会社 Insulation switch and sequencer

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