JP2009004522A

JP2009004522A - Semiconductor relay device

Info

Publication number: JP2009004522A
Application number: JP2007163276A
Authority: JP
Inventors: Goro Takeuchi; 悟朗竹内
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2009-01-08

Abstract

【課題】オン・オフ動作の高速な半導体リレー装置を提供する。
【解決手段】駆動電流Ｉｄの供給によって発光する発光ダイオード２と、発光ダイオード２からの光を受光して光起電力Ｖ１を発生するフォトダイオードアレイ３と、制御電流Ｉｓの供給によって発光する発光ダイオード５ａと、光起電力Ｖ１を作動用電力として作動すると共に発光ダイオード５ａからの光を受光して駆動信号Ｓｄを発生する受光ＩＣ５ｂと、駆動信号Ｓｄに基づいてオン・オフする第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９とを備えている。
【選択図】図１A high-speed semiconductor relay device having an on / off operation is provided.
A light emitting diode 2 that emits light by supplying a drive current Id, a photodiode array 3 that receives light from the light emitting diode 2 to generate a photovoltaic voltage V1, and a light emitting diode that emits light by supplying a control current Is. 5a, a light receiving IC 5b that operates using the photovoltaic power V1 as an operating power and receives light from the light emitting diode 5a to generate a driving signal Sd, and a first MOSFET 8 and a second MOSFET 9 that are turned on / off based on the driving signal Sd. And.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、発光素子および受光素子を備えた絶縁型の半導体リレー装置に関するものである。 The present invention relates to an insulating semiconductor relay device including a light emitting element and a light receiving element.

この種の半導体リレー装置として、特開平９−２１３９２６号公報に開示された半導体リレー（半導体リレー装置）が知られている。この半導体リレー装置は、入力信号に応答して光信号を発生する発光素子と、この光信号を受光して光起電力を発生するフォトダイオードアレイと、このフォトダイオードアレイの光起電力がゲート・ソース間に印加されるとソース・ドレイン間が導通状態になる出力用ＭＯＳＦＥＴとを有している。また、この半導体リレー装置は、出力用ＭＯＳＦＥＴを横型の高耐圧ＤＭＯＳＦＥＴにし、このＦＥＴのゲート・ソース間に並列的に接続されてこの高耐圧ＤＭＯＳＦＥＴのゲートに蓄積した電荷を放電させるための抵抗体を薄膜抵抗体にして同一チップ上に形成して構成されている。この半導体リレー装置では、出力用ＭＯＳＦＥＴのゲートに蓄積された電荷を放電させるための上記抵抗体を拡散抵抗ではなく多結晶シリコン膜によって薄膜抵抗体として形成したことにより、ゲート電流をバイパスさせる寄生トランジスタの形成を回避して、各出力用ＭＯＳＦＥＴのドレイン端子間の定格電流の制限を無くすことが可能となっている。
特開平９−２１３９２６号公報報（第２−３頁、第１−２図） As this type of semiconductor relay device, a semiconductor relay (semiconductor relay device) disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-213926 is known. The semiconductor relay device includes a light emitting element that generates an optical signal in response to an input signal, a photodiode array that receives the optical signal and generates a photovoltaic power, and the photovoltaic power of the photodiode array is gated. And an output MOSFET that is conductive between the source and drain when applied between the sources. In addition, this semiconductor relay device has a lateral high-voltage DMOSFET as an output MOSFET, and is connected in parallel between the gate and source of the FET to discharge charges accumulated in the gate of the high-voltage DMOSFET. Are formed on the same chip as thin film resistors. In this semiconductor relay device, the resistor for discharging the charge accumulated in the gate of the output MOSFET is formed as a thin film resistor not by a diffused resistor but by a polycrystalline silicon film, thereby bypassing the gate current. Thus, it is possible to eliminate the limitation of the rated current between the drain terminals of the output MOSFETs.
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9-213926 (page 2-3, Fig. 1-2)

ところが、この種の半導体リレー装置には、以下の問題点がある。すなわち、この種の半導体リレー装置では、上記したように、出力用ＭＯＳＦＥＴのゲート（ゲート容量）に蓄積された電荷を放電させるために、出力用ＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間に抵抗体が形成されているが、この抵抗体の抵抗値は、出力用ＭＯＳＦＥＴのスイッチング動作（オン状態からオフ状態への移行動作、およびオフ状態からオン状態への移行動作）に要する時間を左右する要因となっている。具体的には、上記したように、抵抗体は、出力用ＭＯＳＦＥＴのゲート容量に蓄積された電荷を放電させる機能を有しているため、その抵抗値を小さくすることにより、出力用ＭＯＳＦＥＴのオン状態からオフ状態への移行動作を高速化することができる。その一方で、出力用ＭＯＳＦＥＴは、フォトダイオードアレイが発生する光起電力によってゲート容量が充電されてオフ状態からオン状態へ移行するが、フォトダイオードアレイが発生する光起電力の容量が小さいため、抵抗体の抵抗値が小さいときにはフォトダイオードアレイから出力される電流のうち、抵抗体に流れる電流の量が増加する分だけ、ゲート容量の充電に使われる電流の量が減少する。したがって、この種の半導体リレー装置には、出力用ＭＯＳＦＥＴのオフ状態からオン状態への移行動作が遅くなるという問題点が存在している。逆に、出力用ＭＯＳＦＥＴのオフ状態からオン状態への移行動作を高速化すべく、抵抗体の抵抗値を大きくしたときには、出力用ＭＯＳＦＥＴのゲート容量に蓄積された電荷の放電時間が長くなるため、オン状態からオフ状態への移行動作が遅くなるという課題が生じる。 However, this type of semiconductor relay device has the following problems. That is, in this type of semiconductor relay device, as described above, a resistor is formed between the gate and source of the output MOSFET in order to discharge the charge accumulated in the gate (gate capacitance) of the output MOSFET. However, the resistance value of this resistor is a factor that determines the time required for the switching operation of the output MOSFET (the transition operation from the on state to the off state and the transition operation from the off state to the on state). . Specifically, as described above, the resistor has a function of discharging the electric charge accumulated in the gate capacitance of the output MOSFET. Therefore, by reducing the resistance value, the output MOSFET is turned on. The transition operation from the state to the off state can be speeded up. On the other hand, the output MOSFET is charged with the gate capacitance by the photovoltaic power generated by the photodiode array and shifts from the off state to the on state, but the capacitance of the photovoltaic power generated by the photodiode array is small. When the resistance value of the resistor is small, among the currents output from the photodiode array, the amount of current used for charging the gate capacitance decreases by the amount of current flowing through the resistor. Therefore, this type of semiconductor relay device has a problem that the transition operation of the output MOSFET from the OFF state to the ON state becomes slow. On the contrary, when the resistance value of the resistor is increased in order to speed up the transition operation from the OFF state to the ON state of the output MOSFET, the discharge time of the charge accumulated in the gate capacitance of the output MOSFET becomes long. There arises a problem that the transition operation from the on state to the off state becomes slow.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、オン・オフ動作の高速な半導体リレー装置を提供することを主目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and a main object of the present invention is to provide a high-speed semiconductor relay device with an on / off operation.

上記目的を達成すべく請求項１記載の半導体リレー装置は、駆動電流の供給によって発光する第１発光素子と、当該第１発光素子からの光を受光して光起電力を発生する第１受光素子と、前記光起電力を作動用電力として作動すると共に入力した制御信号を当該制御信号と電気的に絶縁された駆動信号に変換して出力する絶縁型信号伝達素子と、前記駆動信号に基づいてオン・オフする半導体スイッチ素子とを備えている。 In order to achieve the above object, a semiconductor relay device according to claim 1, wherein a first light emitting element that emits light by supplying a driving current, and a first light receiving element that receives light from the first light emitting element and generates a photovoltaic power. An element, an isolated signal transmission element that operates using the photovoltaic power as an operating power and converts a control signal that is input into a drive signal that is electrically insulated from the control signal and outputs the drive signal, and based on the drive signal And a semiconductor switch element that is turned on and off.

また、請求項２記載の半導体リレー装置は、請求項１記載の半導体リレー装置において、前記光起電力を蓄積して前記第２受光素子に供給するコンデンサを備えている。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the semiconductor relay device according to the first aspect, further comprising a capacitor that accumulates the photovoltaic power and supplies the photovoltaic power to the second light receiving element.

請求項１記載の半導体リレー装置では、半導体スイッチ素子は、第１受光素子で発生する光起電力を作動用電力として作動すると共に、入力した制御信号をこの制御信号と電気的に絶縁された駆動信号に変換して出力する絶縁型信号伝達素子のこの駆動信号に基づいて駆動される。したがって、この半導体リレー装置によれば、一般的にフォトダイオードアレイで構成される第１受光素子よりも応答速度の速い絶縁型カプラ（光結合型カプラ、容量結合型カプラおよび磁気結合型カプラなど）を絶縁型信号伝達素子として使用することにより、半導体スイッチ素子を高速にオン・オフ動作させることができる。 2. The semiconductor relay device according to claim 1, wherein the semiconductor switch element operates using the photovoltaic power generated by the first light receiving element as an operating power, and the input control signal is electrically insulated from the control signal. It is driven on the basis of this drive signal of the insulated signal transmission element that converts to a signal and outputs the signal. Therefore, according to this semiconductor relay device, an insulating coupler (such as an optically coupled coupler, a capacitively coupled coupler, and a magnetically coupled coupler) having a response speed higher than that of the first light receiving element generally formed of a photodiode array. Is used as an insulated signal transmission element, the semiconductor switch element can be turned on and off at high speed.

また、請求項２記載の半導体リレー装置によれば、第２受光素子の光起電力で充電されるコンデンサを備えたことにより、半導体スイッチ素子をオフ状態からオン状態に移行させる際に、第２受光素子と共にコンデンサから半導体スイッチ素子に対してより多くの電流を供給することができるため、さらに高速にオン状態に移行させることができる。 According to the semiconductor relay device of the second aspect, when the semiconductor switch element is shifted from the OFF state to the ON state by providing the capacitor charged by the photovoltaic power of the second light receiving element, the second Since more current can be supplied from the capacitor to the semiconductor switch element together with the light receiving element, it is possible to shift to the ON state at a higher speed.

以下、添付図面を参照して、本発明に係る半導体リレー装置の最良の形態について説明する。 The best mode of a semiconductor relay device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

最初に、半導体リレー装置１の構成について、図１を参照して説明する。 First, the configuration of the semiconductor relay device 1 will be described with reference to FIG.

半導体リレー装置１は、図１に示すように、発光ダイオード２、フォトダイオードアレイ３、コンデンサ４、フォトカプラ５、ｐ型ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）６、ｎ型ＦＥＴ７、第１ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦＥＴ）８、および第２ＭＯＳＦＥＴ９を備え、絶縁型の半導体リレー装置として構成されている。 As shown in FIG. 1, the semiconductor relay device 1 includes a light emitting diode 2, a photodiode array 3, a capacitor 4, a photocoupler 5, a p-type FET (field effect transistor) 6, an n-type FET 7, a first MOSFET (Metal Oxide Semiconductor). FET) 8 and second MOSFET 9 are provided, and the semiconductor relay device is configured as an insulation type.

具体的には、発光ダイオード２は、本発明における第１発光素子であって、駆動電流Ｉｄの供給によって発光する。フォトダイオードアレイ３は、本発明における第１受光素子の一例であって、発光ダイオード２からの光を受光しているときに光起電力Ｖ１を発生して、フォトカプラ５、ｐ型ＦＥＴ６およびｎ型ＦＥＴ７に光起電力Ｖ１を供給することにより、これらの電源として機能する。なお、本発明における第１受光素子としては、フォトダイオードアレイ３に代えて、太陽電池や光電管などの光を入射して光起電力を生成する各種の光電変換素子を用いることができる。コンデンサ４は、本発明におけるコンデンサに相当し、フォトダイオードアレイ３に並列に接続されて、光起電力Ｖ１によって充電される。この場合、コンデンサ４もフォトダイオードアレイ３と同様にして、フォトカプラ５等に対する電源として機能して、充電されている電力をフォトカプラ５等に供給する。このため、コンデンサ４としては、例えば１μＦ程度の容量のコンデンサを使用するのが好ましい。 Specifically, the light emitting diode 2 is the first light emitting element in the present invention, and emits light when supplied with the driving current Id. The photodiode array 3 is an example of a first light receiving element according to the present invention, and generates a photovoltaic voltage V1 when receiving light from the light emitting diode 2, and generates a photocoupler 5, a p-type FET 6, and n. By supplying the photovoltaic power V1 to the type FET 7, it functions as these power sources. In addition, as a 1st light receiving element in this invention, it can replace with the photodiode array 3, and can use the various photoelectric conversion elements which generate | occur | produce photovoltaic power by injecting light, such as a solar cell and a photoelectric tube. The capacitor 4 corresponds to the capacitor in the present invention, is connected in parallel to the photodiode array 3, and is charged by the photovoltaic voltage V1. In this case, similarly to the photodiode array 3, the capacitor 4 functions as a power source for the photocoupler 5 and the like, and supplies charged power to the photocoupler 5 and the like. For this reason, it is preferable to use a capacitor having a capacity of, for example, about 1 μF as the capacitor 4.

フォトカプラ５は、本発明における絶縁型信号伝達素子の一例であって、発光ダイオード５ａおよび受光ＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）５ｂを備え、絶縁型カプラとして構成されている。この場合、発光ダイオード５ａは、本発明における制御信号としての制御電流Ｉｓの供給によって発光する。受光ＩＣ５ｂは、その電源端子がフォトダイオードアレイ３のプラス端子（アノード端子）に接続されると共に、そのグランド端子（接地端子）がフォトダイオードアレイ３のマイナス端子（カソード端子）に接続されて、光起電力Ｖ１を作動用電力として作動する。また、受光ＩＣ５ｂは、一例として、作動状態において、発光ダイオード５ａから出力される光を受光しているときにローレベルの駆動信号（本例では一例としてディジタル信号）Ｓｄを出力端子から出力し、発光ダイオード５ａからの光を受光していないときにはハイレベルの駆動信号Ｓｄを出力する。すなわち、フォトカプラ５は、入力した制御信号（制御電流Ｉｓ）をこの制御信号と電気的に絶縁された駆動信号Ｓｄに変換して出力する。 The photocoupler 5 is an example of an insulated signal transmission element in the present invention, and includes a light emitting diode 5a and a light receiving IC (Integrated Circuit) 5b, and is configured as an insulated coupler. In this case, the light emitting diode 5a emits light by supplying the control current Is as the control signal in the present invention. The light receiving IC 5b has its power supply terminal connected to the plus terminal (anode terminal) of the photodiode array 3, and its ground terminal (ground terminal) connected to the minus terminal (cathode terminal) of the photodiode array 3. The electromotive force V1 operates as the operating power. Further, as an example, the light receiving IC 5b outputs a low-level drive signal (digital signal as an example in this example) Sd from the output terminal when receiving light output from the light emitting diode 5a in the operating state. When light from the light emitting diode 5a is not received, a high level drive signal Sd is output. That is, the photocoupler 5 converts the input control signal (control current Is) into a drive signal Sd that is electrically insulated from the control signal and outputs the drive signal Sd.

ｐ型ＦＥＴ６は、そのソース端子がフォトダイオードアレイ３のプラス端子（アノード端子）に接続され、そのドレイン端子が第１ＭＯＳＦＥＴ８のゲート端子に接続されている。また、ｐ型ＦＥＴ６は、そのゲート端子が受光ＩＣ５ｂの出力端子に接続されている。ｎ型ＦＥＴ７は、そのドレイン端子が第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９の各ゲート端子に接続され、そのソース端子がフォトダイオードアレイ３のマイナス端子（カソード端子）、および第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９のソース端子に接続されている。また、ｎ型ＦＥＴ７は、そのゲート端子が受光ＩＣ５ｂの出力端子に接続されている。第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９は、一例としてｎ型ＭＯＳＦＥＴでそれぞれ構成されて、全体として本発明における半導体スイッチ素子を構成する。具体的には、各ＭＯＳＦＥＴ８，９は、互いのソース端子同士が接続されることによって互いに直列に接続されて、半導体リレー装置１におけるリレー本体を等価的に構成する。また、各ＭＯＳＦＥＴ８，９は、駆動信号Ｓｄに基づいて作動するｐ型ＦＥＴ６およびｎ型ＦＥＴ７によって駆動されてオン・オフ動作を実行する（オン・オフする）。 The p-type FET 6 has its source terminal connected to the plus terminal (anode terminal) of the photodiode array 3 and its drain terminal connected to the gate terminal of the first MOSFET 8. The gate terminal of the p-type FET 6 is connected to the output terminal of the light receiving IC 5b. The n-type FET 7 has a drain terminal connected to the gate terminals of the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9, and a source terminal connected to the minus terminal (cathode terminal) of the photodiode array 3 and the source terminals of the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9. ing. Further, the gate terminal of the n-type FET 7 is connected to the output terminal of the light receiving IC 5b. The first MOSFET 8 and the second MOSFET 9 are each constituted by an n-type MOSFET as an example, and constitute the semiconductor switch element of the present invention as a whole. Specifically, the MOSFETs 8 and 9 are connected to each other in series by connecting their source terminals to each other, and equivalently constitute a relay body in the semiconductor relay device 1. Further, the MOSFETs 8 and 9 are driven by the p-type FET 6 and the n-type FET 7 that operate based on the drive signal Sd to execute an on / off operation (turn on / off).

次いで、制御回路２１によって半導体リレー装置１を駆動する駆動方法およびその際の半導体リレー装置１の動作について、図１を参照して説明する。 Next, a driving method for driving the semiconductor relay device 1 by the control circuit 21 and the operation of the semiconductor relay device 1 at that time will be described with reference to FIG.

この半導体リレー装置１に対しては、まず、第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９に対してオン・オフ動作させる前に、つまり、制御電流Ｉｓの供給に先立ち、制御回路２１から発光ダイオード２に対して駆動電流Ｉｄを供給する。これにより、発光ダイオード２が発光し、発光ダイオード２の光を受光したフォトダイオードアレイ３が光起電力Ｖ１を発生させる。また、フォトダイオードアレイ３は、発生させた光起電力Ｖ１をフォトカプラ５に供給すると共に、光起電力Ｖ１でコンデンサ４を充電する。このフォトダイオードアレイ３によるコンデンサ４の充電動作は、第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９のオン・オフ動作に拘わらず、駆動電流Ｉｄの供給状態において常に行われる。また、この半導体リレー装置１では、制御電流Ｉｓの非入力状態においては、フォトカプラ５の発光ダイオード５ａは発光していない。このため、発光ダイオード５ａの光を受光していないフォトカプラ５ｂからはハイレベルの駆動信号Ｓｄが出力されており、これにより、ｐ型ＦＥＴ６については、ゲート端子の電位がソース端子の電位に近い電位（高電位）となることからオフ状態にある。一方、ｎ型ＦＥＴ７については、ソース端子に対してゲート端子の電位が高電位となることからオン状態にある。したがって、第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９において、ゲート端子とソース端子とがｎ型ＦＥＴ７を介して短絡されることにより、ゲート端子の電位がソース端子の電位とほぼ等しくなって、第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９は共にオフ状態に維持されている。 For the semiconductor relay device 1, first, before the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9 are turned on / off, that is, prior to the supply of the control current Is, the drive current from the control circuit 21 to the light emitting diode 2 is supplied. Id is supplied. As a result, the light emitting diode 2 emits light, and the photodiode array 3 that has received the light from the light emitting diode 2 generates the photovoltaic voltage V1. The photodiode array 3 supplies the generated photovoltaic power V1 to the photocoupler 5 and charges the capacitor 4 with the photovoltaic power V1. The charging operation of the capacitor 4 by the photodiode array 3 is always performed in the supply state of the driving current Id regardless of the on / off operation of the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9. In the semiconductor relay device 1, the light emitting diode 5a of the photocoupler 5 does not emit light when the control current Is is not input. For this reason, the high-level drive signal Sd is output from the photocoupler 5b that does not receive the light from the light-emitting diode 5a. As a result, the potential of the gate terminal of the p-type FET 6 is close to the potential of the source terminal. Since it is at a potential (high potential), it is in an off state. On the other hand, the n-type FET 7 is in an ON state because the potential of the gate terminal is higher than the source terminal. Therefore, in the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9, the gate terminal and the source terminal are short-circuited via the n-type FET 7, so that the potential of the gate terminal becomes substantially equal to the potential of the source terminal, and both the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9 It is kept off.

この各ＭＯＳＦＥＴ８，９がオフ状態であって、制御回路２１から半導体リレー装置１に対して制御電流Ｉｓが供給されたときには、フォトカプラ５では、発光ダイオード５ａが発光し、この光を受光したフォトカプラ５ｂがローレベルの駆動信号Ｓｄの出力を開始する。これにより、ｐ型ＦＥＴ６については、ソース端子に対してゲート端子の電位が低電位となることからオン状態に移行する。一方、ｎ型ＦＥＴ７については、ゲート端子の電位がソース端子の電位に近い電位（低電位）となることからオフ状態に移行する。このため、第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９において、ゲート端子およびソース端子のｎ型ＦＥＴ７による短絡が解除されると共に、第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９の各ゲート端子に対して、フォトダイオードアレイ３およびコンデンサ４からオン状態のｐ型ＦＥＴ６を介しての光起電力Ｖ１の供給（印加）が開始される。これにより、第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９はオフ状態からオン状態に移行する。 When the MOSFETs 8 and 9 are in the OFF state and the control current Is is supplied from the control circuit 21 to the semiconductor relay device 1, the photocoupler 5 emits light from the light-emitting diode 5a and receives the light. The coupler 5b starts outputting the low level drive signal Sd. As a result, the p-type FET 6 is turned on because the potential of the gate terminal is lower than the source terminal. On the other hand, the n-type FET 7 shifts to the off state because the potential of the gate terminal is close to the potential of the source terminal (low potential). For this reason, in the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9, the short circuit of the gate terminal and the source terminal by the n-type FET 7 is released, and the gate terminals of the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9 are turned on from the photodiode array 3 and the capacitor 4. Supply (application) of the photovoltaic power V1 through the p-type FET 6 is started. As a result, the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9 shift from the off state to the on state.

この半導体リレー装置１では、駆動電流Ｉｄの供給によってフォトダイオードアレイ３が常時作動状態に維持されると共に、これによってコンデンサ４が常時充電された状態となっている。したがって、フォトダイオードアレイ３で第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９を直接駆動する従来の半導体リレー装置と比較して、フォトダイオードアレイ３よりも高速動作が可能なフォトカプラ５で第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９を駆動するため、第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９は高速にオン・オフ動作が実行可能となっている。特に、半導体リレー装置１では、第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９をオフ状態からオン状態に移行させる際に、第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９の各ゲート端子にコンデンサ４から電力が供給されるため、各ゲート容量Ｃ１，Ｃ２が短時間で充電される結果、第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９は極めて短時間でオン状態に移行する。 In the semiconductor relay device 1, the photodiode array 3 is always kept in an operating state by supplying the driving current Id, and the capacitor 4 is always charged. Therefore, in order to drive the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9 by the photocoupler 5 capable of operating at a higher speed than the photodiode array 3 as compared with the conventional semiconductor relay device in which the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9 are directly driven by the photodiode array 3. The first MOSFET 8 and the second MOSFET 9 can be turned on / off at high speed. In particular, in the semiconductor relay device 1, when the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9 are shifted from the off state to the on state, power is supplied from the capacitor 4 to the gate terminals of the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9. As a result of charging C2 in a short time, the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9 are turned on in an extremely short time.

一方、各ＭＯＳＦＥＴ８，９がオン状態であって、制御回路２１から半導体リレー装置１への制御電流Ｉｓの供給が停止されたときには、フォトカプラ５では、発光ダイオード５ａの発光が停止し、フォトカプラ５ｂがハイレベルの駆動信号Ｓｄの出力を開始する。これにより、ｐ型ＦＥＴ６については、ゲート端子の電位がソース端子の電位に近い電位となることからオフ状態に移行する。一方、ｎ型ＦＥＴ７については、ゲート端子の電位がソース端子の電位に対して高電位となることからオン状態に移行する。このため、第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９において、ゲート端子がソース端子にｎ型ＦＥＴ７を介して短絡されるため、第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９の各ゲート容量Ｃ１，Ｃ２に充電されていた電荷が短時間で放電されて、各ＭＯＳＦＥＴ８，９のゲート端子の電位がソース端子の電位に近い電位に短時間で移行される。この結果、各第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９はオフ状態からオン状態に極めて短時間で移行する。 On the other hand, when the MOSFETs 8 and 9 are in the ON state and the supply of the control current Is from the control circuit 21 to the semiconductor relay device 1 is stopped, the photocoupler 5 stops the light emission of the light emitting diode 5a, and the photocoupler 5b starts outputting the high level drive signal Sd. As a result, the p-type FET 6 shifts to the off state because the potential at the gate terminal is close to the potential at the source terminal. On the other hand, the n-type FET 7 is turned on because the potential at the gate terminal is higher than the potential at the source terminal. For this reason, in the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9, since the gate terminal is short-circuited to the source terminal via the n-type FET 7, the charges charged in the gate capacitors C1 and C2 of the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9 are discharged in a short time. Thus, the potentials of the gate terminals of the MOSFETs 8 and 9 are shifted to a potential close to the potential of the source terminal in a short time. As a result, the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9 shift from the off state to the on state in a very short time.

このように、この半導体リレー装置１では、第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９は、フォトダイオードアレイ３で発生する光起電力Ｖ１を作動用電力として作動するフォトカプラ５から出力される駆動信号Ｓｄに基づいて駆動される。したがって、この半導体リレー装置１によれば、一般的にフォトダイオードアレイ３よりも応答速度の速いフォトカプラ５の応答速度で第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９を作動させることができるため、高速にオン・オフさせることができる。 Thus, in this semiconductor relay device 1, the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9 are driven based on the drive signal Sd output from the photocoupler 5 that operates using the photovoltaic power V1 generated in the photodiode array 3 as the operating power. Is done. Therefore, according to the semiconductor relay device 1, the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9 can be operated at a response speed of the photocoupler 5 generally having a response speed faster than that of the photodiode array 3. be able to.

また、この半導体リレー装置１によれば、フォトダイオードアレイ３の光起電力Ｖ１で充電されるコンデンサ４を備えたことにより、第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９をオフ状態からオン状態に移行させる際に、フォトダイオードアレイ３と共にコンデンサ４から第１ＭＯＳＦＥＴ８および第２ＭＯＳＦＥＴ９に対してより多くの電流を供給することができるため、さらに高速にオン状態に移行させることができる。 In addition, according to the semiconductor relay device 1, the capacitor 4 charged with the photovoltaic power V1 of the photodiode array 3 is provided, so that when the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9 are shifted from the off state to the on state, Since more current can be supplied from the capacitor 4 together with the diode array 3 to the first MOSFET 8 and the second MOSFET 9, it is possible to shift to the ON state at higher speed.

なお、本発明は、上記した発明の実施の形態に限定されず、適宜変更が可能である。例えば、上述した実施の形態では、絶縁型信号伝達素子として、光結合型の絶縁型カプラであるフォトカプラ５を採用しているが、これに限らず、容量結合型カプラや磁気結合型カプラなどの絶縁型カプラを採用することもできる。また、上述した実施の形態では、フォトカプラ５と各ＭＯＳＦＥＴ８，９との間に、駆動信号Ｓｄに基づいて作動して各ＭＯＳＦＥＴ８，９を駆動するｐ型ＦＥＴ６およびｎ型ＦＥＴ７を配設しているが、フォトカプラ５の受光ＩＣ５ｂに各ＭＯＳＦＥＴ８，９を駆動する十分な能力があるときには、ｐ型ＦＥＴ６およびｎ型ＦＥＴ７の配設を省いて、フォトカプラ５の出力端子を各ＭＯＳＦＥＴ８，９のゲート端子に接続することにより、駆動信号Ｓｄで各ＭＯＳＦＥＴ８，９を直接駆動する構成を採用することもできる。これにより、半導体リレー装置１の構成を簡略化することができる。なお、この場合には、駆動信号Ｓｄに対する各ＭＯＳＦＥＴ８，９のオン・オフ状態の論理が反転するが、受光ＩＣ５ｂを非反転型のＩＣとすることにより、ｐ型ＦＥＴ６およびｎ型ＦＥＴ７を配設した場合の論理に合わせることができる。 Note that the present invention is not limited to the embodiment of the invention described above, and can be modified as appropriate. For example, in the above-described embodiment, the photocoupler 5 that is an optically coupled insulating coupler is employed as the insulating signal transmission element, but the present invention is not limited thereto, and a capacitively coupled coupler, a magnetically coupled coupler, or the like. Insulating couplers of the above can also be adopted. In the above-described embodiment, the p-type FET 6 and the n-type FET 7 that operate based on the drive signal Sd and drive the MOSFETs 8 and 9 are arranged between the photocoupler 5 and the MOSFETs 8 and 9. However, when the light receiving IC 5b of the photocoupler 5 has sufficient ability to drive the MOSFETs 8 and 9, the p-type FET 6 and the n-type FET 7 are omitted, and the output terminal of the photocoupler 5 is connected to the MOSFETs 8 and 9. By connecting to the gate terminal, it is possible to adopt a configuration in which the MOSFETs 8 and 9 are directly driven by the drive signal Sd. Thereby, the structure of the semiconductor relay apparatus 1 can be simplified. In this case, the logic of the on / off states of the MOSFETs 8 and 9 with respect to the drive signal Sd is inverted, but the p-type FET 6 and the n-type FET 7 are provided by making the light receiving IC 5b a non-inverting IC. Can be matched to the logic of the case.

半導体リレー装置１の構成図である。1 is a configuration diagram of a semiconductor relay device 1. FIG.

Explanation of symbols

１半導体リレー装置
２発光ダイオード
３フォトダイオードアレイ
４コンデンサ
５フォトカプラ
５ａ発光ダイオード
５ｂフォトカプラ
６ｐ型ＦＥＴ
７ｎ型ＦＥＴ
８第１ＭＯＳＦＥＴ
９第２ＭＯＳＦＥＴ
Ｉｄ駆動電流
Ｉｓ制御電流
Ｓｄ駆動信号
Ｖ１光起電力 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor relay apparatus 2 Light emitting diode 3 Photodiode array 4 Capacitor 5 Photocoupler 5a Light emitting diode 5b Photocoupler 6 p-type FET
7 n-type FET
8 First MOSFET
9 Second MOSFET
Id drive current Is control current Sd drive signal V1 photovoltaic power

Claims

A first light emitting element that emits light by supplying a driving current;
A first light receiving element that receives light from the first light emitting element and generates a photovoltaic force;
An insulation type signal transmission element that operates the photovoltaic power as an operating power and converts the input control signal into a drive signal electrically insulated from the control signal and outputs the drive signal;
A semiconductor relay device comprising: a semiconductor switch element that is turned on / off based on the drive signal.

The semiconductor relay device according to claim 1, further comprising a capacitor that accumulates the photovoltaic power and supplies the photovoltaic power to the second light receiving element.