JPH0478211B2 - - Google Patents
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- JPH0478211B2 JPH0478211B2 JP62041089A JP4108987A JPH0478211B2 JP H0478211 B2 JPH0478211 B2 JP H0478211B2 JP 62041089 A JP62041089 A JP 62041089A JP 4108987 A JP4108987 A JP 4108987A JP H0478211 B2 JPH0478211 B2 JP H0478211B2
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/04—Modifications for accelerating switching
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(技術分野)
本発明は、半導体リレー回路に関するものであ
り、さらに詳しくは、光結合によるアイソレーシ
ヨンを利用した半導体リレー回路に関するもので
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field) The present invention relates to a semiconductor relay circuit, and more particularly to a semiconductor relay circuit that utilizes isolation by optical coupling.
(背景技術)
従来、フオトカツプラとMOSFETとを組み合
わせた半導体リレー回路が提案されている。この
従来例にあつては、例えば、リレーの入力端子に
LEDを接続し、このLEDからの光をフオトダイ
オードアレイにて受光し、フオトダイオードアレ
イの両端に発生した電圧を、MOSFETのゲー
ト・ソース間に印加すると共に、MOSFETのソ
ース・ドレイン間をリレーの出力端子としていた
ものである。(Background Art) Conventionally, semiconductor relay circuits that combine a photocoupler and a MOSFET have been proposed. In this conventional example, for example, the input terminal of the relay
An LED is connected, the light from this LED is received by a photodiode array, and the voltage generated across the photodiode array is applied between the gate and source of the MOSFET, and a relay is applied between the source and drain of the MOSFET. It was used as an output terminal.
しかしながら、このような方式の半導体リレー
回路において、高速スイツチング特性を実現する
ためには、光信号が出力された時には、この光信
号を受けた受光素子に発生した電気信号にて、ス
イツチング素子の制御端子電圧を素早く上昇させ
ると共に、光信号が遮断された時には、スイツチ
ング素子の制御端子に蓄積されていた電荷を、速
やかに放電させて制御端子電圧を素早く降下させ
る必要があつた。このため、この種の半導体リレ
ー回路では、上記の動作を実現するために種々の
制御回路が付加されてきたが、回路構成が複雑で
高価なものとなつたり、逆に回路構成が簡単すぎ
て十分な効果を期待できないものが多かつた。 However, in order to achieve high-speed switching characteristics in this type of semiconductor relay circuit, when an optical signal is output, the switching element must be controlled by an electrical signal generated in the light receiving element that receives this optical signal. In addition to quickly increasing the terminal voltage, when the optical signal is interrupted, it is necessary to quickly discharge the charge accumulated in the control terminal of the switching element and quickly lower the control terminal voltage. For this reason, various control circuits have been added to this type of semiconductor relay circuit to achieve the above operations, but the circuit configuration has become complicated and expensive, or conversely, the circuit configuration has been too simple. There were many cases where we could not expect sufficient effects.
そこで、本発明者らは、制御回路として必要な
条件は、リレーの出力端子間をスイツチングする
素子の制御端子に蓄積された電荷の充放電を高速
に行うことであるとの認識の下に、このような制
御回路の構成要素として適する素子を種々検討し
た結果、試行錯誤の末、近年開発された絶縁ゲー
トプレーナサイリスタ(IGT:Insulated−Gate
Planar Thyristor)が極めて有効な素子である
ことを見出した。 Therefore, the present inventors recognized that a necessary condition for a control circuit is to quickly charge and discharge the charge accumulated in the control terminal of the element that switches between the output terminals of the relay. As a result of examining various elements suitable as components of such control circuits, and after much trial and error, we finally decided on the recently developed insulated-gate planar thyristor (IGT).
Planar Thyristor was found to be an extremely effective device.
(発明の目的)
本発明は、上述のような知見に基づいてなされ
たものであり、その目的とするところは、スイツ
チング素子の制御電圧の充放電を速やかに行うた
めの制御回路を備え、高速スイツチングを可能と
した半導体リレー回路を絶縁ゲートプレーナサイ
リスタを用いた簡単な回路構成で実現することに
ある。(Object of the Invention) The present invention has been made based on the above-mentioned knowledge, and its object is to provide a control circuit for quickly charging and discharging the control voltage of a switching element, and to provide a high-speed switching device. The object of this invention is to realize a semiconductor relay circuit that enables switching with a simple circuit configuration using an insulated gate planar thyristor.
(発明の開示)
基本構成
本発明に係る半導体リレー回路は、第1図に示
されるように、一対の入力端子8,9と、前記入
力端子8,9に接続された発光素子1と、前記発
光素子1の光信号を受けて電気信号を出力する受
光素子2と、受光素子2の両端に接続された抵抗
4と、前記受光素子2の陽極に陽極が接続された
ダイオード3と、前記ダイオード3の陰極に接続
されたPチヤンネルMOSFETと前記受光素子2
の陰極に接続されたNチヤンネルMOSFETとを
直列接続して成り、前記受光素子2の陽極に前記
各MOSFETのゲート端子を接続されたCMOSイ
ンバータ5と、アノード端子が前記ダイオード3
の陰極に、カソード端子が前記受光素子2の陰極
に、ゲート端子が前記CMOSインバータ5にお
ける前記各MOSFETの直列接続点に接続された
絶縁ゲートプレーナサイリスタ6と、前記ダイオ
ード3の陰極と前記受光素子2の陰極との間に制
御端子を接続され、制御端子間に印加される電圧
に応じて通電端子間のインピーダンスが変化する
スイツチング素子7と、スイツチング素子7の通
電端子に接続された一対の出力端子10,11と
を備えて成るものである。(Disclosure of the Invention) Basic Configuration As shown in FIG. 1, the semiconductor relay circuit according to the present invention includes a pair of input terminals 8 and 9, a light emitting element 1 connected to the input terminals 8 and 9, and A light-receiving element 2 that receives an optical signal from the light-emitting element 1 and outputs an electric signal, a resistor 4 connected to both ends of the light-receiving element 2, a diode 3 whose anode is connected to the anode of the light-receiving element 2, and the diode. P-channel MOSFET connected to the cathode of 3 and the light receiving element 2
A CMOS inverter 5 has the gate terminal of each MOSFET connected to the anode of the light receiving element 2, and a CMOS inverter 5 whose anode terminal is connected to the diode 3.
an insulated gate planar thyristor 6 whose cathode terminal is connected to the cathode of the light receiving element 2 and whose gate terminal is connected to the series connection point of each MOSFET in the CMOS inverter 5; the cathode of the diode 3 and the light receiving element; a switching element 7 with a control terminal connected between the cathode of the switching element 2 and the cathode of the switching element 7, and whose impedance between the current-carrying terminals changes depending on the voltage applied between the control terminals; and a pair of outputs connected to the current-carrying terminals of the switching element 7. Terminals 10 and 11 are provided.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
実施例 1
第1図は本発明の一実施例の回路図である。本
実施例においては、スイツチング素子7として、
Nチヤンネルのエンハンスメントモードの
DMOSFETが使用されている。実施例回路にお
いて、受光素子2の陽極はダイオード3を介して
スイツチング素子7のゲート端子に接続され、陰
極はスイツチング素子7のソース端子に接続され
ている。スイツチング素子7は、ドレイン端子が
リレーの出力端子10として、また、ソース端子
がリレーの出力端子11として用いられ、スイツ
チング素子7がオフ状態のときに、出力端子10
が出力端子11に対して正電位に保たれた状態で
使用され、オン状態のときに、一方の出力端子1
0から他方の出力端子11に向けて電流を流すよ
うに動作する。さらに、スイツチング素子7の基
板はソース端子に接続されている。Embodiment 1 FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention. In this embodiment, as the switching element 7,
N channel enhancement mode
DMOSFET is used. In the embodiment circuit, the anode of the light receiving element 2 is connected to the gate terminal of the switching element 7 via the diode 3, and the cathode is connected to the source terminal of the switching element 7. The switching element 7 has a drain terminal used as the output terminal 10 of the relay, and a source terminal used as the output terminal 11 of the relay, and when the switching element 7 is in the off state, the output terminal 10 is used.
is used while being kept at a positive potential with respect to the output terminal 11, and when it is in the on state, one of the output terminals 1
0 to the other output terminal 11. Furthermore, the substrate of the switching element 7 is connected to the source terminal.
絶縁ゲートプレーナサイリスタ6(以下、単に
IGT6という)の構造及び基本動作については、
例えば、IEEE TRANSACTIONS ON
ELECTRON DEVICES VOL.ED−27,NO.2,
FEBRUARY 1980等に開示されているが、ここ
で簡単に説明しておく。IGT6は第2図に示すよ
うな構造を有しており、その等価回路は第3図に
示すようになる。第2図及び第3図において、A
はアノード端子、Kはカソード端子、Gはゲート
端子である。第2図に示されるように、N型半導
体バルクの一方の面は、P型に強くドープされ、
このP型領域にアノード端子Aを接続されてい
る。また、N型半導体バルクの他方の面には、一
対のP型に弱くドープされた領域を作り、その中
心部をP型に強くドープし、P型に強くドープさ
れた領域とP型に弱くドープされた領域とに亘る
部分をN型に強くドープし、このN型に強くドー
プされた領域にアルミ電極を蒸着し、カソード端
子Kとしてある。P型に弱くドープされた領域と
N型半導体バルクとに亘る部分の表面には、薄い
絶縁層を介してゲート電極が配置されており、こ
のゲート電極はゲート端子Gに接続されている。 Insulated gate planar thyristor 6 (hereinafter simply referred to as
Regarding the structure and basic operation of IGT6),
For example, IEEE TRANSACTIONS ON
ELECTRON DEVICES VOL.ED−27, NO.2,
FEBRUARY 1980, etc., but I will briefly explain it here. The IGT 6 has a structure as shown in FIG. 2, and its equivalent circuit is shown in FIG. 3. In Figures 2 and 3, A
is an anode terminal, K is a cathode terminal, and G is a gate terminal. As shown in FIG. 2, one side of the N-type semiconductor bulk is heavily doped with P-type;
An anode terminal A is connected to this P-type region. In addition, on the other side of the N-type semiconductor bulk, a pair of weakly doped P-type regions are formed, the center of which is strongly doped with P-type, and a region strongly doped with P-type and a region weakly doped with P-type. The portion extending over the doped region is strongly doped with N type, and an aluminum electrode is deposited on this region which is heavily doped with N type to form a cathode terminal K. A gate electrode is arranged on the surface of the portion extending between the weakly doped P-type region and the N-type semiconductor bulk via a thin insulating layer, and this gate electrode is connected to the gate terminal G.
この第2図に示される構造の等価回路は、第3
図に示されるように、PNPトランジスタと、
NPNトランジスタとをサイリスタ構造となるよ
うに接続し、NPNトランジスタの両端間にNチ
ヤンネルMOSFETを並列接続した回路となる。
すなわち、PNPトランジスタのベース及びコレ
クタは、それぞれ、NPNトランジスタのコレク
タ及びベースに接続され、PNPトランジスタの
エミツタは、IGT6のアノード端子Aに接続さ
れ、NPNトランジスタのエミツタは、IGT6の
カソード端子Kに接続される。NPNトランジス
タのコレクタ及びエミツタは、それぞれ、Nチヤ
ンネルMOSFETのドレイン及びソースに接続さ
れている。NチヤンネルMOSFETのソースは基
板端子と共通接続されており、ゲートはIGT6の
ゲート端子Gに接続されている。なお、R1,R
2は寄生抵抗である。 The equivalent circuit of the structure shown in FIG.
As shown in the figure, a PNP transistor and
The circuit consists of an NPN transistor connected to form a thyristor structure, and an N-channel MOSFET connected in parallel between both ends of the NPN transistor.
That is, the base and collector of the PNP transistor are connected to the collector and base of the NPN transistor, respectively, the emitter of the PNP transistor is connected to the anode terminal A of IGT6, and the emitter of the NPN transistor is connected to the cathode terminal K of IGT6. be done. The collector and emitter of the NPN transistor are connected to the drain and source of the N-channel MOSFET, respectively. The source of the N-channel MOSFET is commonly connected to the substrate terminal, and the gate is connected to the gate terminal G of the IGT6. In addition, R1, R
2 is a parasitic resistance.
以下、本実施例の動作を説明する。 The operation of this embodiment will be explained below.
まず、IGT6の動作について説明する。アノー
ド端子Aがカソード端子Kに対して正の電位とな
るように電圧が印加されている場合において、ゲ
ート端子Gがカソード端子Kと同じ電位であると
きには、NチヤンネルMOSFETが導通せず、ま
た、PNPトランジスタもゼロバイアス状態であ
るので導通せず、このため、NPNトランジスタ
にはベース電流が流れない。したがつて、IGT6
のアノード・カソード間は非導通状態となつてい
る。次に、ゲート端子Gがカソード端子Kに対し
て所定のスレシヨルド電圧以上の正電圧レベルに
なつて、NチヤンネルMOSFETが導通したとき
には、IGT6内のPNPトランジスタのエミツ
タ・ベース間に電流が流れる。これによつて、
PNPトランジスタが導通すると、NPNトランジ
スタにベース電流が流れ、NPNトランジスタも
導通する。NPNトランジスタが導通することに
より、PNPトランジスタのベース電流路が確保
され、サイリスタ現象によりIGT6のアノード・
カソード間は導通状態となる。 First, the operation of the IGT 6 will be explained. When a voltage is applied so that the anode terminal A has a positive potential with respect to the cathode terminal K, and the gate terminal G has the same potential as the cathode terminal K, the N-channel MOSFET does not conduct. Since the PNP transistor is also in a zero bias state, it does not conduct, so no base current flows through the NPN transistor. Therefore, IGT6
There is no conduction between the anode and cathode. Next, when the gate terminal G reaches a positive voltage level higher than a predetermined threshold voltage with respect to the cathode terminal K and the N-channel MOSFET becomes conductive, a current flows between the emitter and base of the PNP transistor in the IGT 6. By this,
When the PNP transistor becomes conductive, the base current flows through the NPN transistor, and the NPN transistor also becomes conductive. When the NPN transistor becomes conductive, the base current path of the PNP transistor is secured, and due to the thyristor phenomenon, the anode and
A conductive state is established between the cathodes.
次に、第1図回路の全体動作について説明す
る。第1図の回路において、入力端子8,9間
に、外部回路によつて電圧が印加されると、発光
素子1が光信号を出力する。受光素子2はこの光
信号を受けて電気信号を発生し、抵抗4の両端に
電圧信号を発生させる。この電圧信号はダイオー
ド3の陽極,陰極を介して、Nチヤンネルのエン
ハンスメントモードのDMOSFETよりなるスイ
ツチング素子7の制御端子に印加される。このと
き、ダイオード3は順方向にバイアスされている
ので、CMOSインバータ5におけるPチヤンネ
ルMOSFETのゲート・ソース間は逆バイアスさ
れており、このPチヤンネルMOSFETは導通し
ない。一方、CMOSインバータ5におけるNチ
ヤンネルMOSFETのゲート・ソース間は順バイ
アスされており、このNチヤンネルMOSFETは
導通する。したがつて、IGT6のゲート端子Gは
カソード端子Kと同じ電位となつている。このた
め、スイツチング素子7のゲート・ソース間は高
インピーダンスとなつており、スイツチング素子
7のゲート・ソース間電圧は受光素子2からの出
力により急速に上昇する。このとき、ゲート・ソ
ース間電圧がDMOSFETよりなるスイツチング
素子7のスレシヨルド電圧を越えることによつ
て、スイツチング素子7のドレイン・ソース間は
低インピーダンス状態となる。 Next, the overall operation of the circuit shown in FIG. 1 will be explained. In the circuit shown in FIG. 1, when a voltage is applied between input terminals 8 and 9 by an external circuit, light emitting element 1 outputs an optical signal. The light receiving element 2 receives this optical signal, generates an electric signal, and generates a voltage signal across the resistor 4. This voltage signal is applied via the anode and cathode of the diode 3 to the control terminal of the switching element 7, which is an N-channel enhancement mode DMOSFET. At this time, since the diode 3 is biased in the forward direction, the gate and source of the P-channel MOSFET in the CMOS inverter 5 are reverse biased, and the P-channel MOSFET is not conductive. On the other hand, the gate and source of the N-channel MOSFET in the CMOS inverter 5 are forward biased, and the N-channel MOSFET is conductive. Therefore, the gate terminal G of the IGT 6 is at the same potential as the cathode terminal K. Therefore, there is a high impedance between the gate and source of the switching element 7, and the voltage between the gate and source of the switching element 7 rapidly increases due to the output from the light receiving element 2. At this time, since the gate-source voltage exceeds the threshold voltage of the switching element 7 made of a DMOSFET, the drain-source of the switching element 7 enters a low impedance state.
次に、入力端子8,9間の電圧が除去されて、
発光素子1の光信号が遮断されると、受光素子2
による電気信号の発生は停止される。このとき、
受光素子2の電荷は抵抗4を介して放電され、受
光素子2の両端電圧は急速に低下する。一方、ス
イツチング素子7の制御端子に蓄積された電荷
は、ダイオード3によつて逆流を阻止されている
ので、ダイオード3を介する経路で放電されるこ
とはない。したがつて、CMOSインバータ5に
おけるPチヤンネルMOSFETのソース電位はゲ
ート電位よりも高くなり、Pチヤンネル
MOSFETのソース・ドレイン間インピーダンス
が低下する。一方、CMOSインバータ5におけ
るNチヤンネルMOSFETのゲート電位はソース
電位と同じレベルまで低下しているので、このN
チヤンネルMOSFETのソース・ドレイン間イン
ピーダンスが高くなる。これによつて、IGT6の
ゲート端子Gの電圧が上昇する。この電圧がIGT
6内のNチヤンネルMOSFETのスレシヨルド電
圧よりも高くなると、このNチヤンネル
MOSFETが導通する。これにより、スイツチン
グ素子7のゲート・ソース間に蓄積された電荷の
一部が第3図の等価回路に示すIGT6のアノード
端子Aから寄生抵抗R1、さらには、Nチヤンネ
ルMOSFETのドレイン・ソース間を通してカソ
ード端子Kへと流れる。この電流により、寄生抵
抗R1の両端に発生した電圧が、第3図の等価回
路に示すPNPトランジスタの導通電圧以上にな
ると、該PNPトランジスタは導通状態となる。
前記PNPトランジスタのコレクタ電流が寄生抵
抗R2を通つてカソード端子Kまで流れることに
より、寄生抵抗R2の両端に発生する電圧が、第
3図に示すNPNトランジスタの導通電圧を越え
ると、該NPNトランジスタも導通状態となる。
第3図に示すPNP及びNPN両トランジスタが導
通状態となると、この2つのトランジスタはサイ
リスタ構造を形成することになり、IGT6のアノ
ード・カソード間が導通する。このため、スイツ
チング素子7の制御端子に蓄積された電荷は急速
に放電される。スイツチング素子7のスレシヨル
ド電圧を、IGT6の導通時におけるアノード・カ
ソード間の電圧降下分以上に設定しておけば、ス
イツチング素子7の制御端子における蓄積電荷の
放電によりスイツチング素子7のドレイン・ソー
ス間は急速に高インピーダンス状態となる。 Next, the voltage between input terminals 8 and 9 is removed,
When the optical signal of the light emitting element 1 is interrupted, the light receiving element 2
generation of electrical signals is stopped. At this time,
The charge in the light receiving element 2 is discharged through the resistor 4, and the voltage across the light receiving element 2 rapidly decreases. On the other hand, the charge accumulated in the control terminal of the switching element 7 is prevented from flowing backward by the diode 3, so that it is not discharged through the path via the diode 3. Therefore, the source potential of the P-channel MOSFET in the CMOS inverter 5 becomes higher than the gate potential, and the P-channel MOSFET
The source-drain impedance of the MOSFET decreases. On the other hand, since the gate potential of the N-channel MOSFET in CMOS inverter 5 has decreased to the same level as the source potential, this N-channel MOSFET
The source-drain impedance of the channel MOSFET increases. As a result, the voltage at the gate terminal G of the IGT 6 increases. This voltage is IGT
When the voltage becomes higher than the threshold voltage of the N-channel MOSFET in 6, this N-channel MOSFET
MOSFET becomes conductive. As a result, a part of the charge accumulated between the gate and source of the switching element 7 is transferred from the anode terminal A of the IGT 6 shown in the equivalent circuit of FIG. It flows to the cathode terminal K. When the voltage generated across the parasitic resistor R1 due to this current exceeds the conduction voltage of the PNP transistor shown in the equivalent circuit of FIG. 3, the PNP transistor becomes conductive.
When the collector current of the PNP transistor flows to the cathode terminal K through the parasitic resistor R2, and the voltage generated across the parasitic resistor R2 exceeds the conduction voltage of the NPN transistor shown in FIG. Becomes conductive.
When both the PNP and NPN transistors shown in FIG. 3 become conductive, these two transistors form a thyristor structure, and the anode and cathode of the IGT 6 become conductive. Therefore, the charges accumulated in the control terminal of the switching element 7 are rapidly discharged. If the threshold voltage of the switching element 7 is set to be equal to or higher than the voltage drop between the anode and cathode when the IGT 6 is conductive, the discharge of the accumulated charge at the control terminal of the switching element 7 will cause the voltage between the drain and source of the switching element 7 to decrease. It quickly becomes a high impedance state.
本実施例にあつては、このようにエンハンスメ
ントモードのスイツチング素子7のゲート端子を
速やかに充電し、かつ蓄積された電荷を急速に放
電できるから、高速なオン・オフが可能な常開型
(ノーマリー・オフ型)の半導体リレー回路を実
現することができる。 In this embodiment, since the gate terminal of the enhancement mode switching element 7 can be quickly charged and the accumulated charge can be rapidly discharged, the normally open type ( A normally-off type semiconductor relay circuit can be realized.
実施例 2
第4図は本発明の他の実施例の回路図、第5図
は同上に用いる絶縁ゲートプレーナサイリスタの
断面図、第6図は同上の等価回路を示す回路図で
ある。本実施例にあつては、IGT6にN型半導体
バルク端子B1を備えている。すなわち、第5図
の断面構造に示すように、N型半導体バルクの一
部は、N型に強くドープされて、アルミ電極を蒸
着され、バルク端子B1を接続されている。この
バルク端子B1は、第6図の等価回路に示すよう
に、NPNトランジスタのコレクタに接続されて
いる。第4図に示すように、IGT6のバルク端子
B1とアノード端子Aとの間に、第2の抵抗12
を接続することにより、第6図の等価回路に示す
NチヤンネルMOSFETが導通した後に、PNPト
ランジスタを導通状態にさせる時のNチヤンネル
MOSFETのドレイン電流を、第2図に示す寄生
抵抗R1によらずに制御することができる。その
他の構成及び動作については、実施例1と同様で
ある。Embodiment 2 FIG. 4 is a circuit diagram of another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a sectional view of an insulated gate planar thyristor used in the same, and FIG. 6 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the same. In this embodiment, the IGT 6 is equipped with an N-type semiconductor bulk terminal B1. That is, as shown in the cross-sectional structure of FIG. 5, a part of the N-type semiconductor bulk is strongly doped with N-type, an aluminum electrode is deposited thereon, and the bulk terminal B1 is connected. This bulk terminal B1 is connected to the collector of the NPN transistor, as shown in the equivalent circuit of FIG. As shown in FIG. 4, a second resistor 12 is connected between the bulk terminal B1 and the anode terminal A of the IGT 6.
By connecting the N-channel MOSFET shown in the equivalent circuit of Figure 6, the
The drain current of the MOSFET can be controlled without using the parasitic resistance R1 shown in FIG. The other configurations and operations are the same as in the first embodiment.
実施例 3
第7図は本発明のさらに他の実施例の回路図、
第8図は同上に用いる絶縁ゲートプレーナサイリ
スタの断面図、第9図は同上の等価回路を示す回
路図である。本実施例にあつては、IGT6にP型
半導体端子B2を備えている。すなわち、第8図
の断面構造に示すように、P型に強くドープされ
た部分には、アルミ電極を蒸着され、P型半導体
端子B2を接続されている。このP型半導体端子
B2は、第9図の等価回路に示すように、PNP
トランジスタのコレクタに接続されている。第7
図に示すように、IGT6のP型半導体端子B2と
カソード端子Kとの間に、第2の抵抗12を接続
することにより、第9図の等価回路に示すNチヤ
ンネルMOSFETとPNPトランジスタが導通した
後に、NPNトランジスタを導通状態にさせる時
のPNPトランジスタのコレクタ電流を、第2図
に示す寄生抵抗R2によらずに制御することがで
きる。その他の構成及び動作については、実施例
1と同様である。Embodiment 3 FIG. 7 is a circuit diagram of still another embodiment of the present invention,
FIG. 8 is a sectional view of an insulated gate planar thyristor used in the above, and FIG. 9 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the same. In this embodiment, the IGT 6 is equipped with a P-type semiconductor terminal B2. That is, as shown in the cross-sectional structure of FIG. 8, an aluminum electrode is deposited on the heavily P-type doped portion and connected to the P-type semiconductor terminal B2. As shown in the equivalent circuit of FIG. 9, this P-type semiconductor terminal B2 is a PNP
Connected to the collector of the transistor. 7th
As shown in the figure, by connecting the second resistor 12 between the P-type semiconductor terminal B2 and the cathode terminal K of the IGT 6, the N-channel MOSFET and the PNP transistor shown in the equivalent circuit of Fig. 9 are brought into conduction. Later, when the NPN transistor is turned on, the collector current of the PNP transistor can be controlled without using the parasitic resistance R2 shown in FIG. The other configurations and operations are the same as in the first embodiment.
なお、出力用のスイツチング素子7はNチヤン
ネルに限定されるものではなく、ゲートとソース
の接続を逆にして、Pチヤンネルのスイツチング
素子を用いても良い。同様に、スイツチング素子
7はエンハンスメントモードに限定されるもので
はなく、デプリーシヨンモードであつても良く、
この場合、常閉型(ノーマリー・オン型)の半導
体リレー回路を実現することができる。 Note that the output switching element 7 is not limited to an N-channel, but a P-channel switching element may be used by reversing the connection of the gate and source. Similarly, the switching element 7 is not limited to the enhancement mode, but may also be in the depletion mode.
In this case, a normally-closed (normally-on) semiconductor relay circuit can be realized.
さらに、上記各実施例にあつては、直流リレー
を構成する場合についてのみ説明したが、交流リ
レーを構成することも可能であり、例えば、スイ
ツチング素子7として一対のMOSFETのゲー
ト・ソース間を共通接続して、これをスイツチン
グ素子7の制御端子とし、各MOSFETのドレイ
ンを通電端子とすれば、交流をスイツチングする
リレーを実現することができる。 Furthermore, in each of the above embodiments, only the case where a DC relay is configured has been described, but it is also possible to configure an AC relay. For example, a pair of MOSFETs may have a common gate and source as the switching element 7. By connecting this to the control terminal of the switching element 7 and using the drain of each MOSFET as the current-carrying terminal, a relay for switching alternating current can be realized.
(発明の効果)
本発明は上述のように、絶縁ゲートプレーナサ
イリスタを、スイツチング素子の制御端子間に接
続されるようにしたので、サイリスタが一旦オン
になると、自己保持作用により、スイツチング素
子の制御端子間の電荷をほぼ完全に放電させるこ
とができ、したがつて、蓄積電荷の急速な放電が
可能であり、また、サイリスタのゲート端子にト
リガー電圧を与えるためのCMOSインバータに
おけるPチヤンネルMOSFETのゲート・ソース
間にはダイオードが接続されており、発光素子か
らの光信号により受光素子に電気信号が発生した
ときには、PチヤンネルMOSFETが逆バイアス
状態となるので、サイリスタが導通することはな
く、しかも、この状態においてはCMOSインバ
ータにおけるNチヤンネルMOSFETにより前記
サイリスタのゲート端子がカソード端子と同じ電
圧レベルにプルダウンされているので、サイリス
タが不用意にターンオンされることはなく、スイ
ツチング素子の制御端子間を確実に高インピーダ
ンスにして制御端子に速やかに充電を行うことが
でき、したがつて、簡単な構成でありながら、極
めて高速度のスイツチングを実現することができ
るという効果がある。(Effects of the Invention) As described above, in the present invention, the insulated gate planar thyristor is connected between the control terminals of the switching element, so that once the thyristor is turned on, the self-holding action prevents the switching element from being controlled. The gate of the P-channel MOSFET in the CMOS inverter allows the charge between the terminals to be almost completely discharged, thus allowing rapid discharge of the accumulated charge, and also to provide a trigger voltage to the gate terminal of the thyristor. - A diode is connected between the sources, and when an electrical signal is generated in the light receiving element by an optical signal from the light emitting element, the P channel MOSFET becomes reverse biased, so the thyristor does not conduct. In this state, the gate terminal of the thyristor is pulled down to the same voltage level as the cathode terminal by the N-channel MOSFET in the CMOS inverter, so the thyristor is not turned on inadvertently, and the connection between the control terminals of the switching element is ensured. It is possible to quickly charge the control terminal by setting the impedance to high, and therefore, it has the effect of realizing extremely high-speed switching with a simple configuration.
第1図は本発明の一実施例の回路図、第2図は
同上に用いる絶縁ゲートプレーナサイリスタの断
面図、第3図は同上の等価回路を示す回路図、第
4図は本発明の他の実施例の回路図、第5図は同
上に用いる絶縁ゲートプレーナサイリスタの断面
図、第6図は同上の等価回路を示す回路図、第7
図は本発明のさらに他の実施例の回路図、第8図
は同上に用いる絶縁ゲートプレーナサイリスタの
断面図、第9図は同上の等価回路を示す回路図で
ある。
1は発光素子、2は受光素子、3はダイオー
ド、4は抵抗、5はCMOSインバータ、6は
IGT、7はスイツチング素子、8,9は入力端
子、10,11は出力端子である。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of an insulated gate planar thyristor used in the above, FIG. 3 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the same, and FIG. 4 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view of an insulated gate planar thyristor used in the same example, FIG. 6 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the same example, and FIG.
The figure is a circuit diagram of still another embodiment of the present invention, FIG. 8 is a sectional view of an insulated gate planar thyristor used in the same, and FIG. 9 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the same. 1 is a light emitting element, 2 is a light receiving element, 3 is a diode, 4 is a resistor, 5 is a CMOS inverter, 6 is a
IGT, 7 is a switching element, 8 and 9 are input terminals, and 10 and 11 are output terminals.
Claims (1)
た発光素子と、前記発光素子の光信号を受けて電
気信号を出力する受光素子と、受光素子の両端に
接続された抵抗と、前記受光素子の陽極に陽極が
接続されたダイオードと、前記ダイオードの陰極
に接続されたPチヤンネルMOSFETと前記受光
素子の陰極に接続されたNチヤンネルMOSFET
とを直列接続して成り、前記受光素子の陽極に前
記各MOSFETのゲート端子を接続されたCMOS
インバータと、アノード端子が前記ダイオードの
陰極に、カソード端子が前記受光素子の陰極に、
ゲート端子が前記CMOSインバータにおける前
記各MOSFETの直列接続点に接続された絶縁ゲ
ートプレーナサイリスタと、前記ダイオードの陰
極と前記受光素子の陰極との間に制御端子を接続
され、制御端子間に印加される電圧に応じて通電
端子間のインピーダンスが変化するスイツチング
素子と、スイツチング素子の通電端子に接続され
た一対の出力端子とを備えて成ることを特徴とす
る半導体リレー回路。1 A pair of input terminals, a light emitting element connected to the input terminal, a light receiving element that receives an optical signal from the light emitting element and outputs an electrical signal, a resistor connected to both ends of the light receiving element, and the light receiving element. a diode whose anode is connected to the anode of the diode, a P-channel MOSFET connected to the cathode of the diode, and an N-channel MOSFET connected to the cathode of the light receiving element.
are connected in series, and the gate terminal of each MOSFET is connected to the anode of the light receiving element.
an inverter, an anode terminal serving as the cathode of the diode, and a cathode terminal serving as the cathode of the light receiving element;
an insulated gate planar thyristor whose gate terminal is connected to the series connection point of each of the MOSFETs in the CMOS inverter, a control terminal connected between the cathode of the diode and the cathode of the light receiving element, and a voltage applied between the control terminals. 1. A semiconductor relay circuit comprising: a switching element whose impedance between current-carrying terminals changes according to a voltage; and a pair of output terminals connected to the current-carrying terminals of the switching element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62041089A JPS63208317A (en) | 1987-02-24 | 1987-02-24 | Semiconductor relay circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62041089A JPS63208317A (en) | 1987-02-24 | 1987-02-24 | Semiconductor relay circuit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63208317A JPS63208317A (en) | 1988-08-29 |
JPH0478211B2 true JPH0478211B2 (en) | 1992-12-10 |
Family
ID=12598745
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62041089A Granted JPS63208317A (en) | 1987-02-24 | 1987-02-24 | Semiconductor relay circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63208317A (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5504449A (en) * | 1992-04-09 | 1996-04-02 | Harris Corporation | Power driver circuit |
US7817450B2 (en) | 2008-03-26 | 2010-10-19 | Enphase Energy, Inc. | Method and apparatus for resetting a silicon controlled rectifier bridge |
EP3713086A1 (en) * | 2019-03-18 | 2020-09-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Protective circuit for a semiconductor switch |
-
1987
- 1987-02-24 JP JP62041089A patent/JPS63208317A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS63208317A (en) | 1988-08-29 |
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