JPS63103518A

JPS63103518A - ソリツドステ−トリレ−

Info

Publication number: JPS63103518A
Application number: JP25031486A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nozaki; 豊野崎
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1986-10-20
Filing date: 1986-10-20
Publication date: 1988-05-09

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】〈発明の分野〉本発明は、入力端子間に接続された発光素子（発光ダイ
オードなど）と、この発光素子とともにフォトカプラを
構成する光起電力発生素子（太陽電池やフォトダイオー
ドなど）と、この光起電力発生素子の発生起電力によっ
て駆動されるスイッチング素子と、このスイッチング素
子の両端に接続された出力端子とを備えたソリッドステ
ートリレーに関する。

〈従来技術とその問題点〉従来例を説明する前に、光起電力発生素子の代わりにフ
ォトトランジスタを用いていた旧来例のソリッドステー
トリレーを第３図に示して説明する。

ソリッドステートリレーＢは、入力端子１ａ。

ｌｂ間に接続された発光ダイオードＬ　ＥＤ　Ｉ　と、
出力端子２ｃ、２ｂ間に接続されたフォトトランジスタ
ＰＴ、、分圧抵抗Ｒ＋、Ｒｚの直列回路と、出力端子２
ａ、２ｂ間に接続されたバイポーラトランジスタＴｒ、
とから構成されている。発光ダイオードＬＥＤ、とフォ
トトランジスタＰＴ、とは、信号授受は行うが電気的に
は絶縁されたフォトカプラＰＣ，を構成している。

このソリッドステートリレーＢの入力端子１ａ。

Ｉｂ間に、論理設計に基づいたタイミングで信号を出力
する論理回路３が接続されている。また、出力乾；子２
ｃ、２ｂ間に直２Ｒ電６Ｅが接続され、直流量ｔＸＥの
正極と出力端子２ａとの間に、モータ、ヒータ、ランプ
等の負荷りが接続されている。

次に、この旧来例の動作を説明する。

■　非駆動状態論理回路３からの入力信号がないときは、発光ダイオー
ドＬＥＤ、が発光せず、フォトトランジスタＰＴ、がオ
フであるため、バイポーラトランジスタＴｒ＋　もオフ
であり、負荷りには電流が供給されない。

■　駆動状態論理回路３からの入力信号があると、発光ダイオードＬ
ＥＤ、が発光し、その光を受光したフォトトランジスタ
ＰＴ、がオンする。これによって、直流量ａＥから分圧
抵抗Ｒ，，Ｒアに電流が流れ、抵抗Ｒ１の両端電圧に基
づくベース電流がバイポーラトランジスタＴｒ、のベー
ス・エミッタ間に流れる。その結果、バイポーラトラン
ジスタＴｒ。

がオンし、直流電源Ｅから負荷りに電流が供給される。

しかしながら、このような構成を有する旧来例には、次
のような問題点がある。

（イ）バイポーラトランジスタＴｒ、をオンするために
は、そのベースに電流を供給する必要があるが、フォト
トランジスタＰＴ、　と発光ダイオードＬＥＤ、とが電
気的に絶縁されているため、論理回路３側からベース電
流を供給することはできない。従って、負荷り側の直流
量′ａＥからバイポーラトランジスタＴｒ、にベース電
流を供給する構成をとらざるを得ない。

そのため、ベースＴＬ流の大きさが直流電源Ｅの出力電
圧に依存することになるため、直流量ＳＥの電圧変動と
か負荷変動によって、あるいは直流電源Ｅからベース電
流を供給していること自体によって、直流量ｐＪＥの出
力電圧が適正範囲から外れると、この直流量′ａＥから
ベース電流の供給を受けているバイポーラトランジスタ
Ｔｒｌの動作が不安定になる。極端な場合には、論理回
路３からの人力信号があるにもかかわらず、バイポーラ
トランジスタＴｒ１　がオンしないという不都合な事態
を発生するおそれがある。

（ロ）ソリッドステートリレーＢには、バイポーラトラ
ンジスタＴｒ、のコレクタ、エミッタを接続する端子と
しての出力端子２ａ、２ｂとは別に、バイポーラトラン
ジスタＴｒ、に対してフォトトランジスタＰＴ、を介し
て直流量［Ｅからベース電流を供給するための出力端子
２Ｃを必要としている。そのため、ソリッドステートリ
レーＢが大型化しているのも問題である。

これらの問題を解決する技術として、従来、特開昭５４
−１３５３４１号公報に記載のソリッドステートリレー
が提案された。以下、この従来例の回路を第４図に示し
て説明する。

このソリッドステートリレーＣは、フォトカプラＰＣ２
における受光素子として太陽電池やフォトダイオードな
どの光起電力発生素子ＰＶ、を用い、この光起電力発生
素子ＰＶ、が発生する光起電力によってバイポーラトラ
ンジスタＴｒ、をドライブするものである。

この従来例によれば、光起電力発生素子ＰＶ。

の駆動エネルギーを論理回路３側から得ているので、光
起電力発生素子ＰＶ、によってドライブされるバイポー
ラトランジスタＴｒ、の動作は、直流電源Ｅの出力電圧
の変動による影否を受けないですむ。従って、バイポー
ラトランジスタＴｒ。

の動作が安定する。また、第３図に示した旧来例で必要
であった出力端子２ｃが不要となり、その分、ソリッド
ステートリレーの小型化が達成されている。

しかし、この従来例にも、次のような問題が残っている
。

即ち、負荷りへの７ｒＬ流供給の制御を司るスイ。

チング素子としてバイポーラトランジスタＴｒ。

を使用しているため、光起電力発生素子Ｐ■、として大
容量のものを使用しなければならないという問題である
。

以下、この点を第５図に基づいて説明する。

バイポーラトランジスタＴｒ、のコレクタＴｈ流をｌ（
、ベース電流をｉｔ、ベース・エミッタ間電圧をｖｌ、
電流増幅率をｈｅｍとすると、１ｓ　”ｌｃ　／ｈｙｅ
　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・■プリント配線基板用のソリッド
ステートリレーに用いられるバイポーラトランジスタＴ
ｒ＋　のコレクタ電流ｉ、の領域は、通常、１〜１０（
Ａ）である。電流増幅率ｈｅｍの値は、通常、５０〜１
００位である。ｈ、、＝７０として、０式からベース電
流ｉ１を求めると、ｉ　！＋　＃１３〜１３０　（ｍ　
Ａ）となる、ベース・エミッタ間電圧ＶＢ！は、ＶＩＥ
＝０．７　　（ｖ）であるので、バイポーラトランジス
タＴｒ、を導通状態に維持するためには、Ｐ＝Ｖ＋ｔＸ　ＩＢ　＃０．７Ｘ１３〜０．７Ｘ１３０
＝９．１〜９１（ｍＷ）・・・・・・・・・・・・■も
の相当大きな電力ＰをバイポーラトランジスタＴｒ１に
供給しなければならない。換言すれば、光起電力発生素
子Ｐ　Ｖ　＋　として大写■のものを使用しなければな
らない。

そうすると、光起電力発生素子ＰＶ、の大型化。

高コスト化を避けることができず、ソリッドステートリ
レー自体としても不利は免れない。

〈発明の目的〉本発明は、このような事情に瀉みてなされたものであっ
て、ソリッドステートリレーの小型化および低コスト化
を図ることを目的とする。

〈発明の構成と効果〉〔構成〕本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な構成をとる。

即ち、本発明のソリッドステートリレーは、入力端子間
に接続された発光素子と、この発光素子とともにフ第１
・カブラを構成する光起電力発生素子と、この光起電力
発生素子の発生起電力によって駆動されるスイッチング
素子と、このスイッチング素子の両端に接続された出力
端子とを備えたソリッドステートリレーにおいて、前記
スイッチング素子を絶縁ゲート型バイポーラトランジス
タ（ＩＧＢＴ）で構成してあることを特徴とするもので
ある。

〔作用〕

この構成による作用は、次の通りである。

絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）は、
入力電荷をチャージするときには当然入力電流を必要と
するが、チャージ以外のときには入力電流を必要としな
いという特性をもっている。

従って、光起電力発生素子から絶縁ゲート型バイポーラ
トランジスタ（１（１，ＢＴ）に電力を供給するのは、
ＩＧＢＴを駆動させるときのみである。

また、Ｉ　ＧＢＴの駆動に必要な時間は数μｓｅｃと３
１：常に短時間である。それ故に、全体として、光起電
力発生素子からの供給電力は十分に少なくてすむ。

〔効果〕

以上のことから、本発明によれば、次のような効果が発
揮される。

即ち、負荷に電流を供給するためのスイッチング素子と
して、消費電力が従来のバイポーラトランジスタに比べ
て十分に少ない絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（
［ＧＢＴ）を採用したので、光起電力発生素子としても
小容量のものですむ。

従って、その分、ソリッドステートリレーの小型化およ
び低コスト化を図ることができる。

〈実施例の説明〉以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の実施例に係るソリッドステートリレー
の回路図である。

本実施例のソリッドステートリレーＡは、入力端子１ａ
、ｌｂ間に接続された発光素子としての発光ダイオード
ＬＥＤ＋　と、出力端子’ｌａ、　　２ｂ間に接続され
た絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＴＧＢＴ）１
０と、この絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１０の
ゲート端子とエミ、夕との間に挿入された放電用抵抗Ｒ
１と、この放電用抵抗Ｒ１に並列接続された光起電力発
生素子ｐｖ。

とから構成されている。光起電力発生素子ＰＶ＋は、発
光ダイオードＬ　Ｅ　Ｄ　＋　とともにフォトカプラｐ
ｃ、を構成している。この光起電力発生素子Ｐ■、とし
ては、太陽電池とかフォ１−ダイオードとかが採用され
る。

このソリッドステートリレーＡの入力端子１ａ。

ｌｂ間に、論理設計に基づいたタイミングで信号を出力
する論理回路３が接続されている。また、出力端子２ａ
、２ｂ間に直流電＃（Ｅと負荷りの直列回路が接続され
ている。

次に、この実施例の動作を説明する。

■　非駆動状態論理回路３からの入力信号がないときは、発光ダイオー
ドＬＥＤＩが発光せず、光起電力発生素子ＰＶｌに光起
電力が発生しないため、絶縁ゲート型バイポーラトラン
ジスタ１０もオフであり、負荷Ｉ７には電流が供給され
ない。

■　駆動状態論理回路３からの人力信号があると、発光ダイオードＬ
ＥＤ、が発光し、その光を受光した光起電力発生素子Ｐ
　Ｖ　＋　に光起電力が発生する。これによって、絶縁
ゲート型バイポーラトランジスタ１０のゲート端子に電
流が供給され、ゲート端子に・おける電荷Ｍ積に基づい
て絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１０がオンし、
直流Ｔ４源Ｅから負荷りに電流が供給される。

論理回路３からの入力信号がなくなると、光起電力発生
素子ｐｖ、から絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１
０に供給される光起電力もなくなる。

そして、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１０のゲ
ート端子に蓄積されていた電荷が放電用抵抗Ｒ３を介し
て放電し、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタＩＯが
オフするので、負荷りへの電流供給が停止される。

この実施例によれば、光起電力発生素子ＰＶ。

の駆動エネルギーを論理回路３側から得ているので、光
起電力発生素子ＰＶ、によってドライブされる絶縁ゲー
ト型バイポーラトランジスタＩＯの動作は、従来例（特
開昭５４−１３５３４１号公報。第４図参照）と同様に
、直流電源Ｅの出力電圧の変動による影響を受けないで
すむ。従って、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ１
０の動作が安定する。

また、第３図に示した旧来例で必要であった出力端子２
Ｃが不要となり、その分、ソリッドステートリレーの小
型化が達成される。

次に、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタＩＯ（以下
、ＩＧＢＴＩＯと記載する）の特性を第２図に基づいて
説明する。

ＩＧＢＴＩＯがオンするためのゲート・エミッタ間電圧
■。はＶＧｔ＃６　（Ｖ）　、入力容量は約ｉｏｏ。

（ｐＦ）であるが、ＩＧＢＴＩＯは、そのオンのために
ゲート端子Ｇに入力電荷をチャージするとき以外は入力
電流を必要としないという特性をもっている。従って、
ＩＣ，ＢＴＩＯをオンするときに限ってのみ光起電力発
生素子ｐｖ、からＩＧＢＴＩＯに光起電力を供給すれば
よい。加えて、ＩＧＢＴｌｏのオン動作時間は数μｓｅ
ｃと非常に短時間であるため、光起電力発生素子ｐｖ、
からの光起電力の供給も十分に少なくてよい。

従って、バイポーラトランジスタＴｒ、の場合に比べて
、光起電力発生素子Ｐ　Ｖ　＋　の容量を大幅に小さく
することができる。それ故に、ソリッドステートリレー
Ａ自体の小型化および低コスト化を促進することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例に係り、第１図は
ソリッドステートリレーの回路図、第２図は絶縁ゲート
型バイポーラトランジスタの記号図である。また、第３
図は旧来例のソリッドステートリレーの回路図である。第４図および第５図は従来例に係り、第４図はソリッド
ステートリレー回路図、第５図はバイポーラトランジス
タの動作説明図である。ｌａ、ｌｂ・・・入力端子２ａ、２ｂ・・・出力端子ＬＥＤ、・・・発光ダイオード（発光素子）ＰＶ、・・
・光起電力発生素子ＰＣよ・・・フォトカブラ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入力端子間に接続された発光素子と、この発光素
子とともにフォトカプラを構成する光起電力発生素子と
、この光起電力発生素子の発生起電力によって駆動される
スイッチング素子と、このスイッチング素子の両端に接続された出力端子とを備えたソリッドステートリレーにおいて、前記スイ
ッチング素子を絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（
ＩＧＢＴ）で構成してあることを特徴とするソリッドス
テートリレー。