JPH11225055A

JPH11225055A - 光結合装置

Info

Publication number: JPH11225055A
Application number: JP10026988A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Murayama; 篤志村山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1998-02-09
Publication date: 1999-08-17
Anticipated expiration: 2018-02-09
Also published as: JP3607490B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光結合素子およびスイッチング素子からなる
光結合装置において、ＡＣ電源およびＤＣ電源のいずれ
の電源においても負荷を直接駆動する。【解決手段】入力端子からの信号により動作する光結
合素子１にドライバー回路３を接続する。ドライバー回
路３からのドライブ信号に基づいてオン、オフ制御さ
れ、出力端子８，９に接続された負荷を駆動する２個の
ＩＧＢＴ２ａ、２ｂのゲート端子を、ドライバー回路３
の出力側にミラー接続になるよう接続する。各ＩＧＢＴ
２ａ、２ｂのドレイン、ソース端子の両端に、一方向の
電流の流れを許容するダイオード４ａ、４ｂをそれぞれ
接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入力側の信号によ
り動作する光結合素子と、出力側に接続された負荷を駆
動するためのスイッチング素子とを有する光結合装置に
関し、特に入力側にマイコン、ＩＣあるいはスイッチ等
の制御回路を接続し、出力側にモータ、ヒータ等の負荷
を接続して用いるソリッドステートリレーに適用される
光結合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１４は、従来から用いられているソリ
ッドステートリレータイプの光結合装置の等価回路であ
る。この光結合装置は、マイコン、ＩＣ等からの制御信
号が入力される入力側に接続された発光素子４１および
フォトトライアック４２を有するフォトトライアックカ
プラ４３と、フォトトライアックカプラ４３に接続され
たトライアック４４とから構成される。そして、出力側
には、ＡＣ電源で駆動する図示しない負荷が接続され
る。

【０００３】この光結合装置の動作を説明すると、発光
素子４１に電流が流れると発光素子４１からの光を受け
てフォトトライアック４２がオンする。フォトトライア
ック４２がオンしたときの電流はトライアック４４のゲ
ート端子に流れ、トライアック４４がオンする。これに
より、負荷に電源が供給されて駆動する。

【０００４】一方、図１５は、フォトカプラを用い負荷
を駆動するためのスイッチング素子を出力側に接続して
動作する光結合装置の等価回路である。この光結合装置
は、発光素子４５と、発光素子４５からの光を受けてオ
ンするＯＰＩＣ（Optical Integrated Circuit）受光部
４６とを有する。ＯＰＩＣ受光部４６は、受光素子４７
と、受光素子４７に接続され定電圧回路４８から電源電
圧が供給されるアンプ４９およびインターフェース回路
５０と、インターフェース回路５０に接続されたスイッ
チング用トランジスタ５１とで構成される。

【０００５】この光結合装置では、出力側に図示しない
ＩＧＢＴ（Insulated Gate BipolarTransistor）やＭＯ
ＳＦＥＴ（Field Effect Transistor）等のパワートラ
ンジスタが接続される。さらに、ＩＧＢＴにＤＣ電源で
駆動する負荷が接続される。また、ＯＰＩＣ受光部４６
には、上記ＩＧＢＴ用にＩＧＢＴ保護回路５２が設けら
れている。このＩＧＢＴ保護回路５２は、ＩＧＢＴに過
電流が流れたときにＩＧＢＴを保護するための過電流保
護機能と、過電流が流れた場合に外部に警報出力するた
めの警報出力機能とを有している。

【０００６】上記光結合装置によれば、発光素子４５に
電流が流れると、発光素子４５からの光を受けてＯＰＩ
Ｃ受光部４６が駆動する。ＯＰＩＣ受光部４６の駆動に
より出力側に接続されたＩＧＢＴがオンし、ＩＧＢＴに
接続された負荷が駆動する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前者のソリッドステー
トリレータイプの光結合装置は、トライアック４４を備
えているため、商用周波数でのＡＣ電源における負荷を
駆動することには適している。しかし、トライアック４
４を備えているために、以下のような課題がある。

【０００８】ＤＣ電源における負荷を駆動することが
できないこと発光素子４１のオン、オフに対して、トライアック４
４が高速に応答できないことトライアック４４の転流作用により、高周波ＡＣ電源
や大電流時（特に高温時）に誤点弧をする場合があるこ
と負荷の駆動時、過電流が流れた場合にトライアック４
４に対する保護機能がないこと負荷の駆動時、過電流が流れて過熱した場合に回路部
品に対する保護機能がないこと等が挙げられる。

【０００９】一方、後者の光結合装置は、ＯＰＩＣ受光
部４６にＩＧＢＴ保護回路５２による過電流保護機能お
よび警報出力機能を有しているが、ＡＣ電源における負荷を直接駆動することができない
ことトライアック等を備えていないため、大電流が流れる
負荷を駆動するためには、ＩＧＢＴ等の多くの回路部品
を外部に接続する必要があること等の課題がある。

【００１０】本発明の目的は、上記課題に鑑み、ＡＣ電
源およびＤＣ電源のいずれの電源においても負荷を直接
駆動できるといった汎用性を有し、かつ過電流に対する
回路部品の保護機能を備えるといった信頼性の高い光結
合装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、入力側の信号により動作する光結合素子と、光結
合素子からの信号に基づいてオン、オフ制御され、出力
側に接続された負荷を駆動するための複数のバイポーラ
トランジスタ（ＩＧＢＴ）または電界効果トランジスタ
（ＭＯＳＦＥＴ）のパワートランジスタからなる出力
スイッチング素子と、各出力スイッチング素子にそれぞ
れ並列に接続され、一方向の電流の流れを許容する複数
の電流許容素子とを備え、出力スイッチング素子はミラ
ー接続されたものである。

【００１２】そして、出力スイッチング素子の信号応答
速度を上げるために、出力スイッチング素子の出力端子
に逆バイアス電圧を印加する定電圧素子が接続されたも
のである。

【００１３】上記構成によれば、電流許容素子が各出力
スイッチング素子にそれぞれ並列に接続され、出力スイ
ッチング素子がミラー接続されるので、ある方向の電流
が一方の出力スイッチング素子に流れた場合には、他方
の出力スイッチング素子には電流は流れず、他方の出力
スイッチング素子に並列に接続された電流許容素子に電
流が流れる。また、逆方向の電流が他方の出力スイッチ
ング素子に流れた場合には、一方の出力スイッチング素
子には電流は流れず、一方の出力スイッチング素子に並
列に接続された電流許容素子に電流が流れる。したがっ
て、出力側にＡＣ電源およびＤＣ電源のいずれの電源を
接続しても、負荷を駆動することができる。

【００１４】また、上記構成に加え、異常を検出するた
めの異常検出手段を備え、異常検出手段により異常を検
出したときに出力スイッチング素子をオフ制御するよう
にしてもよい。異常検出手段としては、出力スイッチン
グ素子に流れた過電流を検出する過電流検出手段、装置
内部あるいは外部の温度を検出する温度検出手段、また
は外部で検出した異常検出信号を受信する信号入力手段
等を含んでいる。そして、異常検出手段により異常を検
出したときに、出力スイッチング素子をオフ制御する。
また、異常検出手段により異常を検出したときに外部に
報知するための報知出力手段を備えてもよい。

【００１５】そして、異常を検出したとき、出力スイッ
チング素子をオフにして、その後、異常を検出しなくな
ったとき、出力スイッチング素子をオン制御して、負荷
の駆動を自動復帰させる。

【００１６】あるいは、異常が解消されても異常検出手
段の出力状態を保持するようにして、出力スイッチング
素子のオフ制御を継続するようにしてもよい。その後、
外部からの入力信号により保持状態を解除する解除手段
を備えるようにしてもよく、これにより初期状態に復帰
させる。

【００１７】このように、複数の異常検出手段により異
常を検出したときに出力スイッチング素子をオフ制御す
ることにより、信頼性の高い光結合装置を提供できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実
施形態に係る光結合装置の等価回路を示す図である。こ
の光結合装置は、入力側の信号により動作する光結合素
子１と、出力側に接続された負荷を駆動するための２個
の出力スイッチング素子としてのＩＧＢＴ２ａ，２ｂ
（総称するときは「ＩＧＢＴ２」という。）と、光結合
素子１からの信号に基づいてＩＧＢＴ２をオン、オフ制
御するドライバー回路３と、各ＩＧＢＴ２の後段にそれ
ぞれ並列に接続され、一方向の電流の流れを許容する２
個の電流許容素子としてのダイオード４ａ，４ｂ（総称
するときは「ダイオード４」という。）と、ＩＧＢＴ２
の信号応答速度を上げるために、ＩＧＢＴ２のソース端
子に負のバイアス電圧を印加する定電圧素子としてのツ
ェナーダイオード５とを備えており、１チップの基板上
に構成される。

【００１９】なお、この光結合装置をソリッドステート
リレーとして用いる場合、光結合装置は、外部接続端子
が設けられた筺体内に配された基板上に設けられる。こ
こで、装置内部とは上記回路基板をいい、装置外部とは
基板を除く筺体内部あるいは筺体外部をいうこととす
る。

【００２０】光結合素子１は、ともにフォトダイオード
からなる発光素子６および受光素子７で構成される。発
光素子６が入力側の信号により発光すると、受光素子７
は発光素子６からの光を受光する。そして、受光した旨
を後段に接続されたドライバー回路３に伝達する。な
お、この光結合素子１は、上記のように入力された電気
信号を光信号に変換して信号を伝達するので、入出力信
号を電気的に絶縁する機能を有する。

【００２１】ドライバー回路３は、受光素子７からの信
号に基づいて後段に接続された２つのＩＧＢＴ２をオ
ン、オフ制御する。すなわち、ドライバー回路３の出力
は、各ＩＧＢＴ２のゲート端子にそれぞれ接続される。
そして、各ＩＧＢＴ２に対してハイレベルの信号を出力
することにより、各ＩＧＢＴ２をオンし、ローレベルの
信号を出力することにより、各ＩＧＢＴ２をオフする。

【００２２】２つのＩＧＢＴ２はミラー接続され、すな
わちソース端子が互いに接続されている。そして、各Ｉ
ＧＢＴ２のドレイン端子は、外部端子８，９にそれぞれ
接続されている。なお、ＩＧＢＴ２に代わり、ＭＯＳ
ＦＥＴや接合型ＦＥＴ等のパワートランジスタが用いら
れてもよい。

【００２３】このＩＧＢＴ２のドレイン端子とソース端
子の両端には、一方向の電流の流れを許容する２個のダ
イオード４がＩＧＢＴ２に対してそれぞれ並列に逆接続
されている。すなわち、ダイオード４のカソード端子が
ＩＧＢＴ２のドレイン端子に接続され、ダイオード４の
アノード端子がＩＧＢＴ２のソース端子に接続されてい
る。したがって、２個のダイオード４のアノード端子同
士も接続されることになる。

【００２４】また、ＩＧＢＴ２のソース端子には、ツェ
ナーダイオード５のカソード端子が接続され、カソード
端子は抵抗１０を介して電源電圧Ｖccに接続されてい
る。このツェナーダイオード５は、ＩＧＢＴ２の信号応
答速度を上げるために用いられる。なお、ツェナーダイ
オード５のアノード側は、ＧＮＤに接続されている。

【００２５】以上の構成による動作を説明すると、入力
側の発光素子６に電流が流れると、受光素子７が光を受
けてオンし、このオンによりドライバー回路３は、後段
のＩＧＢＴ２のゲート端子にハイレベルのドライブ信号
を出力する。これにより、ＩＧＢＴ２がオンする。そし
て、出力側に接続された負荷が駆動する。

【００２６】ここで、出力側の負荷は、商用周波数での
ＡＣ電源で駆動することができ、ＤＣ電源でも駆動する
ことができる。すなわち、図２に示すように、出力側に
ＡＣ電源１１が接続されている場合、ある方向の電流
（矢印Ａ参照）が一方のＩＧＢＴ２ａに流れるときに
は、他方のＩＧＢＴ２ｂには電流は流れず、他方のＩＧ
ＢＴ２ｂに並列に接続されたダイオード４ｂに電流が流
れる。

【００２７】また、逆方向の電流（二点破線矢印Ｂ参
照）が他方のＩＧＢＴ２ｂに流れるときには、一方のＩ
ＧＢＴ２ａには電流は流れず、一方のＩＧＢＴ２ａに並
列に接続されたダイオード４ａに電流が流れる。

【００２８】具体的には、ある方向の電流は、端子８、
ＩＧＢＴ２ａ、ダイオード４ｂを経由して端子９に流れ
る。それに対し、逆方向の電流は、端子９、ＩＧＢＴ２
ｂ、ダイオード４ａを経由して端子８に流れる。なお、
この光結合装置の入力側には、例えば、マイコン、ＩＣ
等により制御されるスイッチＳＷが接続される。

【００２９】また、図３に示すように、出力側にＤＣ電
源１２が１個接続されている場合、電流（矢印Ｃ参照）
は端子８、ＩＧＢＴ２ａ、ダイオード４ｂを経由して端
子９に流れる。また、図４に示すように、ＤＣ電源１２
ａ，１２ｂが２個接続されている場合、ＤＣ電源１２ａ
による電流（矢印Ｄ参照）は端子８、ＩＧＢＴ２ａを経
由して端子１３に流れ、ＤＣ電源１２ｂによる電流（矢
印Ｅ参照）は端子９、ＩＧＢＴ２ｂを経由して端子１３
に流れる。

【００３０】このように、２つのＩＧＢＴ２をミラー接
続しＩＧＢＴ２に対してダイオード４を並列に逆接続す
るようにすれば、上記のように電流が流れるので、出力
側にＡＣ電源およびＤＣ電源のいずれの電源を接続して
も、負荷を駆動させることができる。したがって、この
光結合装置の用途が広がり、汎用性が高くなる。

【００３１】図１に戻り、入力側の発光素子６に流れる
電流を遮断すると、受光素子７がオフする。これに応じ
て、ドライバー回路３はＩＧＢＴ２のゲート端子にロー
レベルのドライブ信号を出力する。これにより、ＩＧＢ
Ｔ２がオフし、出力側に接続された負荷の駆動が停止さ
れる。

【００３２】ここで、ＩＧＢＴ２のゲート端子にローレ
ベルの信号が入力されＩＧＢＴ２がオフする瞬間には、
ツェナーダイオード５によりＩＧＢＴ２のソース端子に
負のバイアス電圧が印加される。すなわち、ＩＧＢＴ２
がオフする瞬間では、ＩＧＢＴ２のソース端子における
電位は、ツェナーダイオード５のカソード端子における
電位より高くなる。そのため、電流は、ソース端子から
ツェナーダイオード５のカソード端子に流れる。これに
より、ＩＧＢＴ２の伝送損失が低減され、ＩＧＢＴ２に
おける信号のスイッチングスピードを速くすることがで
きる。したがって、従来のトライアックで構成された光
結合装置に比べ、信号の応答速度を飛躍的に向上させる
ことができ、高速応答が可能となる。

【００３３】また、ＩＧＢＴ２を用いて負荷をスイッチ
ングすることにより、従来のようにトライアックで生じ
る転流作用は発生しなくなる。そのため、この光結合装
置では、高周波ＡＣ電源や大電流時に誤点弧をしないと
いう利点がある。

【００３４】ところで、負荷の状態によって、負荷およ
びＩＧＢＴ２には通常流れる電流よりも過大な電流が流
れる場合がある。図５は、そのような過電流からＩＧＢ
Ｔ２を保護するための過電流保護機能が備えられた光結
合装置の等価回路である。また、図６は、過電流保護機
能を有するコンパレータ部の構成を示す図である。

【００３５】図５，６によると、ドライバー回路３は、
ＩＧＢＴ２に流れた過電流を検出する過電流検出手段と
してのコンパレータ部１６を備えている。そして、ドラ
イバー回路３は、このコンパレータ部１６の出力に応じ
てＩＧＢＴ２をオン、オフ制御する。

【００３６】回路の接続構成を説明すると、この光結合
装置は図１に示した構成に加え、ＩＧＢＴ２のドレイン
端子に、逆電流防止用ダイオード１７のカソード端子が
接続されている。そして、逆電流防止用ダイオード１７
のアノード端子は、ドライバー回路３内に設けられたコ
ンパレータ１８の入力プラス端子に接続されている。コ
ンパレータ１８の入力プラス端子は、電源電圧Ｖccに抵
抗１９を介してプルアップされてスイッチング用トラン
ジスタ２０のコレクタ端子に接続されている。また、コ
ンパレータ１８の入力マイナス端子は、予め定める基準
電位Ｖrefに設定されている。そして、コンパレータ１
８の出力端子はラッチ回路２１に接続され、ラッチ回路
２１の出力は、ドライバー回路３内のＩＧＢＴ２へドラ
イブ信号を出力する図示しない信号出力回路に接続され
ている。

【００３７】この構成による動作を説明すると、ＩＧＢ
Ｔ２に過電流が流れた場合、逆流防止用ダイオード１７
を介してコンパレータ１８の入力プラス端子に高電圧が
入力される。そして、コンパレータ１８の入力プラス端
子が基準電位Ｖrefより高くなれば、コンパレータ１８
の出力端子から信号が出力される。この出力信号はラッ
チ回路２１で保持され、ドライバー回路３は、ＩＧＢＴ
２に対するドライブ信号をローレベルにしてＩＧＢＴ２
をオフさせる。

【００３８】このように、過電流を検出する回路を設け
れば、過電流が流れた場合にＩＧＢＴ２の出力を確実に
オフさせることができ、ＩＧＢＴ２の保護を適切に行う
ことができる。

【００３９】なお、スイッチング用トランジスタ２０
は、発光素子６に電流が流れていない場合、常にオンさ
せておくことが望ましい。つまり、コンパレータ１８の
入力マイナス端子を常にローレベルに保持しておく。こ
れは、発光素子６に電流が流れていないとき、コンパレ
ータ１８が誤ってラッチ回路２１に出力しないようにす
るためである。

【００４０】次に、過電流等が負荷に流れて内部発熱し
たり、外部から熱が加えられたりして、回路部品が過熱
状態になるときがある。図７に、回路部品を過熱状態か
ら保護するための過熱保護機能を備えた光結合装置を示
す。また、図８に、過熱保護機能を有するコンパレータ
部の構成を示す。

【００４１】図７，８によれば、ドライバー回路３は、
過熱状態を認識するためのコンパレータ部２２を備え、
コンパレータ部２２が所定温度より高い温度を検出した
場合にＩＧＢＴ２をオフ制御する。また、その後、コン
パレータ部２２が所定温度（前述の所定温度と同じ温度
でもよく、異なった温度でもよい。）より低い温度を検
出した場合にＩＧＢＴ２をオン制御する。ここで、所定
温度とは、回路部品が過熱状態になっても不良にならな
い程度の温度のことであり、本実施形態では、後述する
コンパレータの基準電圧Ｖrefに相当するものである。

【００４２】コンパレータ部２２は、コンパレータ２３
と、装置の内部あるいは外部の温度を検出するための温
度検出手段としての過熱検出用ダイオード２４と、電源
電圧Ｖccに接続され一定電圧を過熱検出用ダイオード２
４に供給する定電流源２５とから構成される。そして、
過熱検出用ダイオード２４のアノード端子が、コンパレ
ータ２３の入力マイナス端子に接続されるとともに定電
流源２５に接続されている。過熱検出用ダイオード２４
のカソード端子は、ＧＮＤに接続されている。

【００４３】過熱検出用ダイオード２４は、周囲温度が
上昇してある値より高くなると両端の抵抗値が低くなる
といった負の温度特性を有するＰＮ接合型のダイオード
である。コンパレータ２３は、過熱検出用ダイオード２
４の抵抗値の変化に伴って変化する電圧値を入力マイナ
ス端子に入力し、予め設定した電位Ｖrefと比較する。
すなわち、コンパレータ２３は、所定温度に相当する電
位Ｖrefの値と、過熱検出用ダイオード２４の抵抗値に
よる検出温度に相当する電位の値とを比較している。

【００４４】この構成により、発熱等により温度が上昇
すると、過熱検出用ダイオード２４は、これを検出し自
己の抵抗値を下げる。これにより、コンパレータ２３の
入力マイナス端子に入力される電圧が下がり、予め設定
した電位Ｖrefより電位が低くなった場合、コンパレー
タ２３から出力信号が出力される。この出力信号によ
り、ドライバー回路３は、ＩＧＢＴ２に対するドライブ
信号をローレベルにしてＩＧＢＴ２をオフさせる。これ
により、負荷の駆動は停止する。

【００４５】このように、温度を検出する回路を設けれ
ば、過電流が流れて過熱した場合にＩＧＢＴ２を確実に
オフさせることができ、回路部品の保護を適切に行うこ
とができる。

【００４６】その後、負荷の駆動が停止したり、外部の
熱の影響がなくなって周囲の温度が下がると、過熱検出
用ダイオード２４は自己の抵抗値を上げる。これによ
り、コンパレータ２３の入力マイナス端子に入力される
電圧が上がり、予め設定した電圧Ｖrefより電位が高く
なった場合、コンパレータ２３の出力信号が反転する。
この出力信号により、ドライバー回路３は、ＩＧＢＴ２
に対するドライブ信号をハイレベルにしてＩＧＢＴ２を
オンさせる。このように、温度が下がればＩＧＢＴ２を
オンさせることができ、負荷の駆動を自動的に復帰させ
ることができる。

【００４７】なお、ＩＧＢＴ２がオンするときの所定温
度とオフするときの所定温度が異なる場合には、図８に
示すコンパレータ部の構成を別に設け、コンパレータの
基準電圧Ｖrefの値をオフするときの所定温度に相当す
る値に設定すればよい。

【００４８】ドライバー回路３には、上述した過熱保護
機能に加え、コンパレータ２３の出力状態を保持し、Ｉ
ＧＢＴ２のオフ状態を継続する機能を有するようにして
もよい。すなわち、図９に示すように、上述したコンパ
レータ部２２に、コンパレータ２３の出力状態を保持す
る保持手段としてのラッチ回路２６を設け、コンパレー
タ２３の出力端子にラッチ回路２６を接続する。

【００４９】この構成によれば、負荷の駆動時に過電流
等が流れて過熱した場合、この過熱状態を過熱検出用ダ
イオード２４で検出し、コンパレータ２３の出力端子か
らＩＧＢＴ２の出力をオフさせる信号を出力する。その
後、温度が下がってもコンパレータ２３の出力信号はラ
ッチ回路２６により保持されるので、ＩＧＢＴ２のオフ
状態が維持される。

【００５０】このように、一旦過電流が流れて過熱した
場合に、ＩＧＢＴ２のオフ状態を保持すれば、負荷の駆
動も停止状態のままとなる。したがって、負荷における
過電流の発生を強制的に抑制することができ、例えば、
ユーザは負荷の交換等の作業が行え、保守性に優れた光
結合装置とすることができる。

【００５１】さらに、ドライバー回路３は、外部からの
入力信号によりラッチ回路２６によってなされた保持状
態を解除する、いわゆる外部復帰入力機能を有するよう
にしてもよい。すなわち、図１０に示すように、光結合
装置には、外部復帰入力端子２７が設けられ、外部復帰
入力端子２７からの入力信号により保持状態が解除され
る。

【００５２】詳細には、外部復帰入力端子２７は、ドラ
イバー回路３に接続される。外部復帰入力端子２７は、
例えば、外部に設けられた外部スイッチやリレー等に接
続されており、外部スイッチ等からの復帰信号としての
入力信号により、ラッチ回路２６がリセットされ保持状
態が解除される。これにより、発光素子６がオンの場合
には、ＩＧＢＴ２はオン状態に復帰し、発光素子６がオ
フの場合には、初期状態に戻る。

【００５３】このように、ＩＧＢＴ２がオフ状態で保持
されている場合、外部からの復帰信号によって保持状態
を解除して、ＩＧＢＴ２のオンが可能な初期状態に強制
復帰させることができる。

【００５４】また、この光結合装置では、外部で検出し
た異常検出信号が入力され、この異常信号の入力に応じ
てＩＧＢＴ２をオフ制御する、いわゆる外部センシング
入力機能が備えられていてもよい。すなわち、ドライバ
ー回路３は、図１１，１２に示すように、外部からの異
常検出信号を受信する信号入力手段としての信号入力端
子２８を備え、信号入力端子２８からの入力に応じてＩ
ＧＢＴ２をオフ制御する。

【００５５】詳細には、ドライバー回路３に設けられた
コンパレータ部２９は、コンパレータ３０とラッチ回路
３１とを備え、信号入力端子２８はコンパレータ３０の
入力プラス端子に接続され、コンパレータ３０の出力端
子はラッチ回路３１に接続されている。なお、異常検出
信号としては、例えば、温度を検出するための温度セン
サ、過電流を検出することのできる抵抗、非常停止スイ
ッチ等からの信号が挙げられる。

【００５６】この構成によれば、負荷の駆動時に外部で
何らかの異常状態を検出した場合に、外部から異常検出
信号が入力される。これにより、コンパレータ３０の入
力プラス端子に入力される電圧が上がり、予め設定した
電位Ｖrefより電位が高くなった場合、コンパレータ３
０から出力信号が出力され、ラッチ回路３１によってラ
ッチされる。この出力信号により、ドライバー回路３か
らＩＧＢＴ２へ出力されるドライブ信号をローレベルに
してＩＧＢＴ２をオフする。これにより、負荷の駆動が
停止する。

【００５７】なお、このように異常検出信号が入力され
てＩＧＢＴ２がオフになった場合、上述した外部復帰入
力端子２７からの入力信号により復帰させるようにして
もよい。

【００５８】また、この光結合装置では、負荷の駆動時
に過電流が流れた場合、過熱を検出した場合、あるいは
外部から異常信号を入力した場合等にＩＧＢＴ２の出力
をオフさせるとともに、警報出力として外部に警報信号
を出力する、いわゆる警報出力機能を備えるようにして
もよい。

【００５９】図１３は、警報出力機能を備えた光結合装
置の等価回路を示す図である。同図によれば、ドライバ
ー回路３には、上記警報信号を出力するための報知出力
手段としてのスイッチング用トランジスタ３２が備えら
れている。詳細には、スイッチング用トランジスタ３２
のコレクタ端子が外部警報出力端子３３に、いわゆるオ
ープンコレクタとして接続されている。また、スイッチ
ング用トランジスタ３２のエミッタ端子は、ＧＮＤに接
続されている。そして、スイッチング用トランジスタ３
２のベース端子は、ドライバー回路３が異常を検出した
場合に出力する図示しない信号出力回路に接続されてい
る。この出力は、ＩＧＢＴ２のソース端子に出力するオ
フ信号と同じタイミングで出力される。ただし、出力論
理は逆となる。

【００６０】この構成によれば、負荷の駆動時に過電流
が流れた場合等の異常状態を検出すると、ドライバー回
路３は、スイッチング用トランジスタ３２のベース端子
にハイレベルの信号を出力する。これにより、スイッチ
ング用トランジスタ３２がオンし、外部警報出力端子３
３に接続された図示しないＬＥＤ、ベル、音声装置等が
起動し、警報出力される。このように、外部警報出力機
能を有することにより、ユーザは過電流が流れた等の異
常状態を即座に認識することができる。

【００６１】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多く
の修正および変更を加え得ることができる。例えば、上
記実施形態で説明した過電流保護機能、過熱保護機能、
あるいは外部センシング入力機能等は、１つの光結合装
置に組み合わせられて備えられてもよい。

【００６２】また、図１に示したＩＧＢＴおよびダイオ
ードは２個に限らず、ＩＧＢＴのドライブが可能な限
り、複数個接続されてもよい。さらに、ＩＧＢＴに並列
接続されるダイオードに代わり、電流の流れる方向に応
じて交互にオン、オフして切り換わるスイッチが設けら
れてもよい。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、この発明によると、各出
力スイッチング素子をミラー接続し各出力スイッチング
素子に対して電流許容素子をそれぞれ並列に接続するこ
とにより、出力側に接続したＡＣ電源およびＤＣ電源の
いずれの電源でも負荷を駆動させることができる。その
ため、供給電源の種別に左右されずに負荷を駆動できる
ので、例えば、ソリッドステートリレーとしての用途が
広がり、汎用性の高い光結合装置を提供することができ
る。

【００６４】出力スイッチング素子をオフするときに、
定電圧素子によって出力スイッチング素子の出力端子に
逆バイアス電圧が印加されるので、出力スイッチング素
子の損失が低減され、出力スイッチング素子のスイッチ
ングスピードを速くすることができる。そのため、従来
のトライアックで構成された光結合装置に比べ、信号の
応答速度を飛躍的に向上させることができ、高性能化を
図ることができる。

【００６５】また、出力スイッチング素子を用いて負荷
をスイッチングすることにより、従来のようにトライア
ックで生じる転流作用は発生しないので、高周波ＡＣ電
源や大電流時に誤点弧をしない。そのため、信頼性の高
い光結合装置を提供することができる。

【００６６】また、出力スイッチング素子に流れる過電
流、過熱、外部で発生した異常等の異常状態を検出した
場合には、出力スイッチング素子をオフ制御するので、
確実に負荷の駆動を停止することができる。そのため、
保護機能を有する安全性の高い光結合装置を提供でき
る。また、異常状態を検出した場合に、外部に接続され
る報知装置等を駆動することができるので、ユーザは異
常状態を迅速にかつ容易に認識することができる。

【００６７】過熱を検出した後に、温度が低下した場
合、出力スイッチング素子をオン制御するので、負荷の
駆動を自動的に復帰させることができ、使い勝手を向上
させることができる。

【００６８】さらに、異常状態を保持して出力スイッチ
ング素子のオフ制御を継続するようにしているので、異
常の発生を強制的に抑えることができる。また、外部か
らの入力信号により保持状態を容易に解除することがで
きるので、ユーザは負荷の交換等を行うことができ、異
常の発生原因を排除でき、保守性に優れた光結合装置と
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る光結合装置の等価回
路を示す図

【図２】光結合装置にＡＣ電源で駆動する負荷を接続し
た等価回路を示す図

【図３】光結合装置にＤＣ電源で駆動する負荷を接続し
た等価回路を示す図

【図４】光結合装置に２つのＤＣ電源で駆動する負荷を
接続した等価回路を示す図

【図５】過電流保護機能を備えた光結合装置の等価回路
を示す図

【図６】過電流保護用コンパレータ部の構成を示す図

【図７】過熱保護機能を備えた光結合装置の等価回路を
示す図

【図８】過熱保護用コンパレータ部の構成を示す図

【図９】過熱保護用コンパレータ部およびラッチ回路の
構成を示す図

【図１０】外部復帰入力機能を備えた光結合装置の等価
回路を示す図

【図１１】外部センシング入力機能を備えた光結合装置
の等価回路を示す図

【図１２】外部センシング入力用コンパレータ部の構成
を示す図

【図１３】外部警報出力機能を備えた光結合装置の構成
を示す図

【図１４】従来のソリッドステートタイプの光結合装置
の等価回路を示す図

【図１５】従来のフォトカプラを用いた負荷駆動用の光
結合装置の等価回路を示す図

【符号の説明】

１光結合素子２ＩＧＢＴ３ドライバー回路４ダイオード５ツェナーダイオード１６コンパレータ部２４過熱検出用ダイオード２６ラッチ回路２８信号入力端子３２スイッチング用トランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力側の信号により動作する光結合素子
と、該光結合素子からの信号に基づいてオン、オフ制御
され、出力側に接続された負荷を駆動するための複数の
出力スイッチング素子と、該各出力スイッチング素子に
それぞれ並列に接続され、一方向の電流の流れを許容す
る複数の電流許容素子とを備え、前記出力スイッチング
素子はミラー接続されたことを特徴とする光結合装置。
【請求項２】出力スイッチング素子は、バイポーラト
ランジスタまたは電界効果トランジスタのパワートラン
ジスタからなることを特徴とする請求項１記載の光結合
装置。
【請求項３】出力スイッチング素子の信号応答速度を
上げるために、前記出力スイッチング素子の出力端子に
逆バイアス電圧を印加する定電圧素子が接続されたこと
を特徴とする請求項１または２記載の光結合装置。
【請求項４】異常を検出するための異常検出手段を備
え、該異常検出手段により異常を検出したときに前記出
力スイッチング素子をオフ制御することを特徴とする請
求項１ないし３のいずれかに記載の光結合装置。
【請求項５】異常検出手段は、出力スイッチング素子
に流れた過電流を検出する過電流検出手段を含み、該過
電流検出手段により過電流を検出したときに前記出力ス
イッチング素子をオフ制御することを特徴とする請求項
４記載の光結合装置。
【請求項６】異常検出手段は、装置内部あるいは外部
の温度を検出する温度検出手段を含み、該温度検出手段
が所定温度より高い温度を検出した場合に出力スイッチ
ング素子をオフ制御することを特徴とする請求項４また
は５記載の光結合装置。
【請求項７】温度検出手段が高温を検出した後、所定
温度より低い温度を検出した場合に出力スイッチング素
子をオン制御することを特徴とする請求項６記載の光結
合装置。
【請求項８】異常検出手段は、外部で検出した異常検
出信号を受信する信号入力手段を含み、該信号入力手段
から異常検出信号が入力されたときに出力スイッチング
素子をオフ制御することを特徴とする請求項４ないし７
のいずれかに記載の光結合装置。
【請求項９】異常が解消されても異常検出手段の出力
状態を保持する保持手段を備え、この保持状態に基づい
て出力スイッチング素子のオフ制御を継続することを特
徴とする請求項４ないし８のいずれかに記載の光結合装
置。
【請求項１０】外部からの入力信号により保持状態を
解除する解除手段を備えることを特徴とする請求項９記
載の光結合装置。
【請求項１１】異常検出手段により異常を検出したと
きに外部に報知するための報知出力手段を備えることを
特徴とする請求項４ないし１０のいずれかに記載の光結
合装置。