DE69020416T2

DE69020416T2 - Hochleistungs-Halbleiterrelais.

Info

Publication number: DE69020416T2
Application number: DE69020416T
Authority: DE
Inventors: Joseph Pernyeszi
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 1989-04-14
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: DE69020416D1; US4902901A; EP0393876B1; JP3121338B2; EP0393876A3; EP0393876A2; JPH02295220A

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf einen Hochleistungs-Festkörperschalter, und insbesondere auf ein optisch gekoppeltes Relais zum Schalten von hohen Spannungen, das durch eine Niederspannungs-Steuerungsschaltung steuerbar ist und verbesserte Einschalt- und Ausschaltfähigkeiten aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Ein Festkörperrelais schafft eine Isolation zwischen einer Steuerungsschaltung und einer geschalteten Schaltung und kann ein elektromechanisches Bauelement, wie zum Beispiel ein Reed-Relais, ersetzen. Ein typisches Festkörperrelais besteht aus einer lichtemittierenden Diode (LED), die über einen elektrischen Isolationszwischenraum mit einem Photovoltaik-Array optisch gekoppelt ist. Das Photodiodenarray ist elektrisch mit einem Ausgangsbauelement, wie zum Beispiel einem Feldeffekttransistor (FET) verbunden. Licht von der LED erzeugt eine Spannung über das Photovoltaik-Array und aktiviert den Ausgangs-FET. Alternativ bricht die Spannung über das Photovoltaik-Array zusammen, und der Ausgangs-FET wird deaktiviert, wenn das Licht von der LED erlöscht.
Eine der kritischen Beschränkungen von Festkörperrelais ist die Geschwindigkeit der Schaltaktion. Dies ist das Ergebnis einer Kapazität, die dem Ausgangs-FET eigen ist. Jedesmal, wenn das Photovoltaik-Array betätigt wird, muß diese Kapazität geladen werden, bevor der Ausgangs-FET eingeschaltet wird. Auf ähnliche Weise muß diese Kapazität jedesmal, wenn das Photovoltaik-Array deaktiviert wird, entladen werden, bevor der Ausgangs-FET ausgeschaltet wird. Das Laden und Entladen dieser Eigenkapazität behindert die Geschwindigkeit der Schaltfunktion. Dieses Problem wird vergrößert, wenn Hochleistungsschaltungen geschaltet werden müssen, nachdem größere FETS verwendet werden müssen. Dementsprechend muß eine größere Kapazität geladen und entladen werden.
Derzeitig erhältliche Festkörperrelais weisen oft relativ langsame Einschalt- und Ausschaltcharakteristika auf und sind gegenüber elektrischen Spitzen empfindlich. Das Relais, das im US-Patent 4,390,790 von Rodriguez offenbart ist, schließt zum Beispiel ein Photodioden-Array ein, das direkt mit einem Ausgangs-FET verbunden ist. Die Verwendung eines Ausschalt-Transistors durch Rodriguez, um die Gate-zu-Source-Kapazität des Ausgangs-FET zu entladen, schafft etwas Verbesserung bezüglich der Ausschalt-Geschwindigkeit, schafft aber für das Relais keinen Spitzenschutz. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, das in dem Patent von Rodriguez offenbart ist, wird ein optisch gekoppelter JFET-Schalter verwendet, um die geschaltete Spannung mit dem Gate des Ausgangs-FET zu koppeln. Dadurch lädt sich der Ausgangs-FET mit einer schnelleren Rate auf, als er dies normalerweise tun würde. Bei dieser Einstellung leidet der Schalt-JFET jedoch an denselben Nachteilen wie der Ausgangs-FET. Das heißt, daß dem JFET eine Aufladungskapazität zugeordnet ist, die überwunden werden muß. Damit der JFET den Strom schaltet, der notwendig ist, um die Gate-zu-Source-Kapazität des Ausgangs-FET schnell zu laden, muß der JFET-Schalter ferner deutlich über seine Schwellen-Einschaltspannung vorgespannt sein. Relais, wie zum Beispiel dieses, sind ebenfalls gegenüber eine Spitzenausbreitung zwischen der Steuerungs- und der geschalteten Schaltung verwundbar.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft ein Festkörperrelais mit verbesserten Einschalt- und Ausschaltcharakteristika und einer Spitzenimmunität, wie es im Anspruch 1 nachfolgend beschrieben ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat das Relais eine LED, die mit einer Steuerungsschaltung verbindbar ist, und ein primäres Photodioden-Array, das optisch mit der LED gekoppelt ist. Ein Paar von Ausgang-FETS, die mit einer Lastschaltung verbindbar sind, sind mit dem primären Photodioden-Array über optisch aktivierte Isolationsphototransistoren gekoppelt. Optisch-gesteuerte Umgehungsschalter sind mit dem Paar von Ausgangs-FETS verbunden, um die Entladung der den Ausgangs-FETs eigenen Kapazität zu beschleunigen. Ein optisch gesteuertes Ladenetzwerk ist zwischen den Ausgangs-FETS und die Lastschaltung geschaltet, um die Einschaltgeschwindigkeit des Relais zu erhöhen. Phototransistoren werden verwendet, um das primäre Photodioden- Array mit den Ausgangs-FETS beim Einschalten und beim Ausschalten zu koppeln und zu entkoppeln. Ein Umgehungs-FET und ein Halbleiter-gesteuerter Umgehungsgleichrichter (SCR = Semiconductor-Controlled Rectifier) erzeugen die Entladungswege für die Gate-zu-Source-Kapazität des Ausgangs-FET beim Abschalten. Ein Array von Phototransistoren ist seriell mit dem Gate-Anschluß der Ausgangs-FETS und mit den Ausgangsanschlüssen über Sperrdioden verbunden. Wenn das Relais eingeschaltet wird, wird die geschaltete Spannung über die Phototransistoren an die Ausgangs-FETs gekoppelt, wodurch eine zusätzliche Leistung bereitgestellt wird, um die Gate-zu- Source-Kapazität der Ausgangs-FETs zu laden. Wenn der FET- Schalter "geschlossen" ist, existiert kein Spannungsabfall über den Schalter, und es wird keine zusätzliche Spannung durch das Phototransistor-Array angelegt. Der Schalter wird durch das primäre Photodioden-Array auf eine herkömmliche Art und Weise geschlossen gehalten.
Die EP-A-0 226 395 beschreibt einen optisch gekoppelten Festkörperrelais, der ein Paar (einen ersten und einen zweiten) von komplementären Ausgangs-FETS aufweist, die seriell verschaltet sind und durch ein gemeinsames Photodioden-Array gesteuert sind. Ein SCR ist als eine Umgehung zwischen die gemeinsamen Source-Anschlüsse und die gemeinsamen Gate-Anschlüsse der Ausgangs-FETs geschaltet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung besser verstanden werden, wenn diese in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung betrachtet wird, die eine schematische Darstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Das Relais hat zwei Eingangsanschlüsse 11 und 12, die mit einer Niederspannungs-Steuerungsschaltung verbindbar sind, und zwei Ausgangsanschlüsse 13 und 14, die mit einer geschalteten Lastschaltung verbindbar sind. Ein Ausgangsanschluß 13 ist mit dem Drain-Anschluß eines Ausgangs-Feldeffekttransistors (FET) 16 verbunden, und der andere Ausgangsanschluß 14 ist mit dem Drain-Anschluß eines zweiten Ausgangs-FET 17 verbunden. Die Source-Anschlüsse jedes Ausgangs-FET sind miteinander verbunden, so wie die Gate-Anschlüsse jedes Ausgangs-FET.
Bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel sind die Ausgangs-FETS 16 und 17 vertikale, doppelt diffundierte MOS(DMOS-) Bauelemente. Diese FETS werden durch Verändern des Spannungspotentials zwischen den Gate-Anschlüsse und den Source-Anschlüsse gesteuert. Die Ausgangs-FETS werden zum Beispiel "eingeschaltet", wenn das Gate-zu-Source-Potential etwa ein bis zwei Volt oder größer ist. Die Ausgangs-FETS werden "ausgeschaltet", wenn das Gate-zu-Source-Potential unter diesen Wert abfällt. Um die Ausgangs-FETs ein- und auszuschalten, ist es notwendig, deren Gate-zu-Source-Eigenkapazität 15 zu laden und zu entladen. Wenn diese Transistoren "ausgeschaltet" sind, haben sie eine sehr hohe Impedanz und wirken folglich als ein offener Schalter in der Lastschaltung. Wenn die Transistoren jedoch "eingeschaltet" sind, wird ein Weg mit einer niedrigen Impedanz von etwa 200 Ohm zwischen den Ausgangsanschlüssen geschaffen.
Die Ausgangs-FETS sind mit DMOS-Bauelementen ausgeführt, da diese die Fähigkeit aufweisen, hohe Spannungen zu blockieren, während sie in einem Zustand hoher Impedanz sind. Während des Betriebes können die Ausgang-FETS eine Spannung in eine Richtung blockieren, können aber in der umgekehrten Richtung lediglich etwa einem Volt standhalten. Durch Verbinden der Source-Anschlüsse der Ausgangs-FETS 16 und 17 miteinander ist immer einer der FETs in dem vollständig blockierenden Modus (wenn sie "ausgeschaltet" sind), und sie sind fähig, die erwünschte, hohe, 230 Volt, bilaterale Durchbruchsspannung unabhängig vom Vorhandensein parasitärer Dioden zwischen den Source- und Drain-Anschlüssen zu erreichen.
Ein primäres Photodioden-Array 18 besteht aus 10 einzelnen Photodioden, die seriell miteinander Anode zu Kathode verschaltet sind. Ein Ende des Diodenarrays 18 ist mit den Gate-Anschlüssen der Ausgangs-FETS 16 und 17 über einen Isolationsphototransistor 19 gekoppelt. Das andere Ende des primären Photodiodenarrays ist mit den Source-Anschlüssen der Ausgangs-FETS über einen zweiten Isolationsphototransistor 20 gekoppelt. Die Isolationsphototransistoren sind bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel pnp-Transistoren. Es ist offensichtlich, daß ebenfalls npn-Transistoren verwendet werden können, um das Photodiodenarray mit den Ausgangs-FETs zu koppeln. Nachdem die Phototransistoren im wesentlichen symmetrisch sind und im Vorwärts- und im Rückwärtsmodus gleich gut leiten, ist zusätzlich deren Emitter/Kollektor-Ausrichtung kein wesentliches Merkmal. Die Basiselektrode dieser Bauelemente muß nicht angeschlossen sein, nachdem ein Basis/Kollektor-Strom durch deren Photovoltaikaktivität erzeugt wird, wenn sie durch die Steuerungs-LED beleuchtet werden.
Das Einschalten des Relais wird dadurch erreicht, daß bewirkt wird, daß ein Strom in einer Steuerungsschaltung fließt, die ihrerseits bewirkt, daß eine lichtemittierende Diode (LED) 21 Licht emittiert. Wenn das primäre Photodiodenarray 15 durch Licht von der Steuerungs-LED 21 beleuchtet ist, erzeugt jede der Photodioden in dem Array etwa ein Potential von 0,5 Volt über ihre Anschlüsse, wodurch etwa ein Potential von 5 Volt über das gesamte Diodenarray erzeugt wird. Dieses Potential wird an die Ausgangs-FETs über die Isolationsphototransistoren 19 und 20 gekoppelt. Die Beleuchtung der Phototransistoren bewirkt, daß die Transistoren leiten. Die 5 Volt, die an die Ausgangs-FETs gekoppelt sind, treiben die FETS in den "eingeschalteten" Zustand, sobald deren Gate-zu-Source-Kapazität geladen ist.
Die Einschaltgeschwindigkeit der Ausgangs-FETS wird durch das Ladungsnetzwerk 22 verbessert. Das Ladungsnetzwerk umfaßt einen Array von Ladungsphototransistoren 26 und ein Paar von Sperrdioden 23 und 24. Das Phototransistorarray besteht aus einer Anzahl von Ladungsphototransistoren, die miteinander seriell verschaltet sind, wobei die Kollektorelektroden jedes Phototransistors mit den Emitterelektroden eines benachbarten Phototransistors verbunden sind. Ein Ende des Phototransistorarrays ist mit den Gate-Anschlüssen der Ausgangs-FETS 16 und 17 verbunden. Das andere Ende des Phototransistorarrays ist mit den Anoden der zwei Sperrdioden 23 und 24 verbunden. Die Kathode einer Sperrdiode 23 ist mit einem Ausgangsanschluß 14, und die Kathode der anderen Sperrdiode 24 ist mit dem anderen Ausgangsanschluß 13 verbunden.
Das Array aus Ladungsphototransistoren 28 wirkt wie eine Hochstromquelle, wenn es mit einem Spannungspotential zwischen den Ausgangsanschlüssen 13 und 14 gekoppelt ist. Wenn die Ladungsphototransistoren durch Licht der LED 21 aktiviert sind, wird durch die Ladungsphototransistoren an ihrem Basis-Kollektor-Übergang ein Strom erzeugt. Dies allein stellt dem Relais eine kleinen Betrag an Strom bereit. Wenn die Ladungsphototransistoren jedoch ordnungsgemäß vorgespannt sind, wird dieser durch das Licht erzeugte Strom durch die "Transistorwirkung" etwa um einen Faktor des Stromgewinns des Phototransistors (Beta) verstärkt.
Das Vorspannen des Ladungsphototransistorarrays 26 wird durch das Koppeln eines Endes des Arrays von Ladungsphototransistoren mit der geschalteten Spannung in der Lastschaltung erreicht. Wenn das Relais offen ist (die Ausgangs-FETS sind "ausgeschaltet"), erscheint ein Spannungspotential über den Ausgangsanschlüssen 13 und 14. Einige Phototransistoren werden verwendet, um sicherzustellen, daß die Vorspannungsspannung richtig über jeden Transistor verteilt wird, wenn das Relais in Verbindung mit Hochspannungslastschaltungen verwendet wird.
Die Sperrdioden 23 und 24 wirken durch das Koppeln des Ausgangsanschlusses bei dem höchsten Potential mit dem Photosensorarray wie ein Vollwellengleichrichter. Die Spannung am anderen Ausgangsanschluß stellt eine Referenzspannung für das gegenüberliegende Ende des Phototransistorarrays bereit. Es wird darauf hingewiesen, daß unabhängig von dem relativen Potential zwischen den Ausgangsanschlüssen, einer der Ausgangs-FETS 16 oder 17 immer in umgekehrter Richtung vorgespannt ist. Die Spannung am Ausgangsanschluß, der dem umgekehrt vorgespannten Ausgangs-FET zugeordnet ist, stellt eine Referenzspannung an den Gate-Elektroden der Ausgangs-FETs über die parasitäre Diode zwischen dem Source- und dem Drain-Anschluß dieses Ausgangs-FETS bereit. Es wird ebenfalls darauf hingewiesen, daß die oben beschriebene Vorspannung auftreten wird, wenn der Schalter entweder mit Wechselstrom- oder Gleichstrom-geschalteten Lastschaltungen verwendet wird.
Sobald die Gate-zu-Source-Kapazität der Ausgangs-FETs angemessen geladen ist, werden die Ausgangs-FETS eingeschaltet. Wenn dies auftritt, fällt das Spannungspotential über den Ausgang aufgrund des Weges mit niedriger Impedanz, der durch die Ausgangs-FETS erzeugt wird, ab. Dies entfernt seinerseits die Vorspannung von dem Phototransistorarray, und die Ladungsphototransistoren beenden die Stromverstärkung.
Die Ladungsphototransistoren fahren fort, einen Photostrom zu erzeugen, nachdem die LED eingeschaltet bleibt, ihre Auswirkung auf das Relais ist jedoch vernachlässigbar. Sobald die Ausgangs-FETS eingeschaltet sind, werden sie durch die Vorspannungsspannung, die durch das primäre Photodiodenarray 18 erzeugt wird, eingeschaltet gehalten.
Diese besondere Architektur schafft ein schnelles Einschalten ohne Leistungsverschwendung von der Lastschaltung. Wenn die LED 21 eingeschaltet ist, führt das Phototransistorarray für eine kurze Zeitdauer einen relativ großen Betrag an Strom dem Relais zu. Sobald die Ausgangs-FETs eingeschaltet sind, wird von der Lastschaltung keine Leistung mehr abgezogen.
Einschaltanstiegszeiten von 200 Mikrosekunden können mit der Erfindung erreicht werden. Ohne diese Verbesserungen betrügen diese Einschaltanstiegszeiten 100 bis 200 Millisekunden, abhängig von der Größe der Ausgangs-FETS. Die Schaltgeschwindigkeit ist aus zwei Gründen wichtig. Erstens kann die bestimmte Anwendung, für die das Relais verwendet wird, ein schnelles Schalten erfordern. Zweitens belastet ein langsames Einschalten, unabhängig von der Anwendungsanforderung, die FETS dadurch, daß es verursacht, daß diese Strom ziehen, und kann folglich bewirken, daß der FET sich überheizt.
Um den Relaisschalter zu öffnen, müssen die FETs 16 und 17 ausgeschaltet werden. Dies wird durch Abschalten der LED 21 erreicht, was bewirkt, daß das Spannungspotential über das primäre Photodiodenarray 18 in Richtung Null Volt zusammenbricht. Es sollte beachtet werden, daß die Ausgangs-FETS jedoch nicht abgeschaltet werden, bis sich deren Gate-zu-Source-Kapazität 15 entladen hat. Beim Nichtvorhandensein von Umgehungen zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluß der Ausgangs-FETS müßte sich diese Kapazität über Streuleckwege entladen. Nachdem für die Entladung auf diese Art einige Sekunden erforderlich sein könnten, sind normalerweise alternative Einrichtungen für ein schnelleres Abschalten erforderlich.
Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel hat zwei optisch ausgelöste Festkörperschalter, die offen sind, wenn die Ausgangs-FETS "eingeschaltet" sind, und die die Gate- und Source-Anschlüsse der Ausgangs-FETS im Nebenschluß verbinden, wenn diese ausgeschaltet sind. Diese Schalter schaffen einen Weg, über den die Gate-zu-Source-Kapazität der Ausgangs-FETS entladen werden kann. Einer der Schalter ist ein gesteuerter Siliziumgleichrichter (SCR = Silicon Controlled Rectifier) 27, der zwei Transistoren 28 und 29 umfaßt. Der SCR ist zwischen die Gate- und die Source-Anschlüsse der Ausgangs-FETS geschaltet und wird durch das Spannungspotential über das primäre Photodiodenarray 18 gesteuert. Wenn das primäre Photodiodenarray beleuchtet ist, wird der SCR in einem offenen Zustand gehalten; wenn die Spannung über das primäre Photodiodenarray jedoch auf Null Volt zusammenbricht, wird der SCR ausgelöst und es wird bewirkt, daß er geschlossen wird. Die Gate-Anschlüsse der Ausgangs-FETs 16 und 17 sind ebenfalls mit dem Drain-Anschluß eines Entladungs-Sperrschicht-FET (JFET = Junction-FET) 31 verbunden, während der Sourceanschluß des Niederstrom-JFET mit den Source-Anschlüssen der Ausgangs-FETS verbunden ist. Der Gate-Anschluß des Entladungs-JFET ist mit einem Ende eines sekundären Photodiodenarrays 32 verbunden. Das andere Ende des sekundären Photodiodenarrays ist mit den Source-Anschlüssen der Ausgangs-FETs verbunden. Das sekundäre Photodiodenarray umfaßt zwei Photodioden, die miteinander seriell verschaltet sind. Wenn das sekundäre Photodiodenarray durch die Steuer-LED beleuchtet ist, erzeugt es etwa ein Volt über seine Enden, die den Entladungs-JFET in umgekehrter Richtung vorspannen, um diesen auszuschalten. Wenn die Spannung über das sekundäre Photodiodenarray auf Null Volt zusammenbricht, wird der Entladungs-JFET vorgespannt, was bewirkt, daß dieser eingeschaltet wird und Strom leitet.
Das Nichtvorhandensein von Licht schaltet ebenfalls die Isolationsphototransistoren 19 und 20 aus, die ihrerseits das primäre Photodiodenarray 18 von den Ausgangs-FETs 16 und 17 entkoppeln. Dieser Schritt ist wichtig, nachdem er das primäre Photodiodenarray von den Ausgangs-FETS isoliert. Wenn dies nicht der Fall wäre, würden die Ausgangs-FETS versuchen, ihre Gate-zu-Source-Kapazität über ein umgekehrt vorgespanntes Diodenarray zu entladen. Dies würde zu einer sehr langsamen Entladung führen. Wenn das Diodenarray statt dessen von den Ausgangs-FETS isoliert ist, wird der SCR 27 ausgelöst und stellt einen Entladungsweg zwischen dem Gateund dem Source-Anschluß bereit.
Zwei Umgehungsschalter werden verwendet, um die Gate-zu- Source Kapazität des Ausgangs-FET zu entladen, da jeder der Schalter unterschiedlich reagiert. Der SCR wird sehr schnell ausgelöst und er kann einen großen Strompegel in einer kurzen Zeit schalten; er kann jedoch aufgrund der Bipolartransistorübergänge in dem Schalter die Kapazität des Ausgangs- FET nur auf etwa 0,8 Volt entladen. Eine Entladung auf Null Volt, oder nahe Null Volt ist wichtig, da sogar dann, wenn die Ausgangs-FETS unter ihrer Einschalt-Schwellenspannung vorgespannt sind, die Drain-zu-Source-Impedanz abhängig von der Gate-zu-Source-Spannung bleibt. Der Entladungs-JFET 31 wird verwendet, um das Gate-zu-Source-Potential an den Ausgangs-FETS auf nahezu Null Volt herunterzubringen. Der Entladungs-JFET hat eine langsame Einschaltzeit und eine geringe Stromleitfähigkeit, relativ zu dem SCR.
Das Relais schafft ebenfalls einen Schutz vor Spitzen in der Steuerungsschaltung. Die pnp-Isolationsphototransistoren 19 und 20 sind symmetrisch und leiten im Vorwärts- und im Rückwärtsmodus gleich gut, so daß sie fortfahren, den SCR ausgeschaltet zu halten, sogar beim Vorhandensein von Eingangsspitzen.
Die gesamte Schaltung, außer der LED 21, ist als eine integrierte Schaltung auf einem einzelnen Siliziumchip hergestellt. Bekannte dielektrische Isolationstechniken, die im US-Patent 4,390,790 von Rodriguez beschrieben sind, werden verwendet, um die notwendige elektrische Isolation zwischen verschiedenen Komponenten der Schaltung bereitzustellen. Die LED kann Seite an Seite mit dem Siliziumchip über einen Isolationszwischenraum angeordnet sein, oder die LED kann alternativ in derselben Ebene wie der Chip angeordnet sein. Bei der letzteren Anordnung wird ein gebogener, strahlungsbrechender Film über der LED und dem Siliziumchip, der die Festkörperrelaisschaltung, wie sie von Rodriguez offenbart wurde, enthält, angeordnet. Die Ausrichtung Seite an Seite ermöglicht eine maximale optische Kopplung zwischen der LED und dem Relais, während ein minimaler LED-Treiberstrom bereitgestellt wird. Dies erhöht jedoch ebenso den unerwünschten Effekt der kapazitiven Kopplung zwischen der LED und den Festkörperbauelementen in dem Relais, wodurch die Empfindlichkeit des Relais gegenüber einem falschen Ausschalten aufgrund von Spitzen in der Steuerungsschaltung erhöht wird.
Die vorhergehende Beschreibung wurde anhand des derzeitig bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, die in den Zeichnungen dargestellt ist, dargestellt. Fachleute, an die sich diese Erfindung richtet, werden ohne weiteres feststellen, daß Abweichungen und Änderungen von den beschriebenen Strukturen durchgeführt werden können.
Es ist zum Beispiel offensichtlich, daß andere Einrichtungen zum Ausführen des Kopplungs- und Entladungsnetzwerkes verwendet werden. Einrichtungen, um die Gate- und Source-Anschlüsse der Ausgangs-FETs beim Ausschalten des Schalters im Nebenschluß zu verbinden, können durch widerstandsbehaftete Nebenschlüsse oder Bipolartransistoren ausgeführt werden. Es ist ebenfalls offensichtlich, daß andere Photovoltaikbauelemente anstatt der hier beschriebenen Diodenarrays verwendet werden können.
Folglich sollte die vorhergehende Beschreibung nicht so gelesen werden, als ob sie sich lediglich auf die genaue Struktur, die beschrieben wurde, bezieht, sondern sollte im Zusammenhang und als Unterstützung mit und für die folgenden Ansprüche gelesen werden.

Claims

1. Ein Festkörperrelais, das auf Licht reagiert, mit folgenden Merkmalen:

einem Photodiodenarray (18) zum Erzeugen einer Spannung, wenn dieses beleuchtet wird;

einem Festkörperschalter (16, 17), der auf die Photodiodenarrayspannung reagiert, um eine Ausgangsspannung zu schalten, wobei der Festkörperschalter (16, 17) eine ihm eigene Eingangskapazität (15) aufweist;

einer photoreagierende Serienschaltereinrichtung (19, 20) zum Koppeln und Entkoppeln des Festkörperschalters (16, 17) mit und von dem Photodiodenarray (18) als Reaktion auf Licht; und

einer Stromgeneratoreinrichtung (22), die mit der Eingangskapazität (15) des Festkörperschalters (16, 17) gekoppelt ist, wobei die Stromgeneratoreinrichtung einen Photostrom als Reaktion auf Licht zum Laden der Eigenkapazität (15) erzeugt, wobei die Stromgeneratoreinrichtung (22) ferner eine Verstärkungseinrichtung (26) zum Verstärken des Photostroms umfaßt.

2. Ein Festkörperrelais nach Anspruch 1, bei dem die Verstärkungseinrichtung (26) den Photostrom nur verstärkt, während der Festkörperschalter (16, 17) in einem ausgeschalteten Zustand ist.

3. Ein Festkörperrelais nach Anspruch 2, bei dem die Stromgeneratoreinrichtung (22) eine Mehrzahl von Phototransistoren (26) umfaßt, wobei die Phototransistoren durch eine Ausgangsspannung über den Ausgang (13, 14) des Festkörperschalters (16, 17) vorgespannt sind.

4. Ein Festkörperrelais nach Anspruch 1, bei dem der Festkörperschalter einen Feldeffekttransistor (FET) (16, 17) umfaßt.

5. Ein Festkörperrelais nach Anspruch 4, bei dem die Stromgeneratoreinrichtung (22) eine Mehrzahl von Phototransistoren (26) umfaßt, die zwischen dem Gate- und Drain-Anschluß der Ausgangs-FETS (16, 17) geschaltet sind.

6. Ein Festkörperrelais nach Anspruch 1, bei dem der Festkörperschalter einen ersten und einen zweiten Ausgangs-Feldeffekttransistor (FETS) (16, 17) umfaßt, die Gate-zu-Gate und Source-zu-Source verschaltet sind, wobei die Drain-Anschlüsse jedes FET mit einer Ausgangsspannung verbindbar sind.

7. Ein Festkörperrelais nach Anspruch 6, bei dem die Stromgeneratoreinrichtung (22) ein Array von Phototransistoren (26) umfaßt, die zwischen die Gate- und Drain-Anschlüsse der Ausgangs-FETS (16, 17) geschaltet sind.

8. Ein Festkörperrelais nach Anspruch 7, bei dem die Stromgeneratoreinrichtung (22) ferner eine Gleichrichtereinrichtung (23, 24) umfaßt, die das Phototransistorarray mit den Drain-Anschlüssen der Ausgangs-FETS (16, 17) koppelt.