JP3638481B2

JP3638481B2 - Semiconductor switching circuit

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Publication number: JP3638481B2
Application number: JP27574599A
Authority: JP
Inventors: 俊光加藤; 吉昭相沢; 正幸園田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: JP2001102911A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体リレーのような半導体スイッチング回路に関し、特に、半導体スイッチング素子を過電流から保護するための過電流保護機能を有する半導体スイッチング回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体リレーの出力素子として用いられるＭＯＳＦＥＴは、そのゲート電極に印可されるオン・オフスイッチング制御信号により、そのソース・ドレイン電極間がオン・オフ状態にスイッチングされる。フォトリレーはゲート電極に印可されるスイッチング制御信号として、発光ダイオードと光結合させたフォトダイオードの出力を用いている。このようなフォトリレーは機械的なリレーに代わって広く用いられるようになり、高周波のスイッチング、例えば、高速メモリーや高速ロジック用のテスタや、各種の高周波測定装置に用いられている。
【０００３】
ところで、このような半導体スイッチに過電流が流れたときに、半導体スイッチング素子をオフする過電流保護機能を有する半導体スイッチング回路が従来から用いられている。図１はこのような半導体スイッチング回路の一例を示す回路図である。この回路は入力端子１Ａ、１Ｂ間には発光ダイオード２が接続されており、この発光ダイオード２から発光される光を受光可能な離間された位置には、直列接続された複数個の光起電力素子であるフォトダイオードアレー３が設けられている。このフォトダイオードアレー３と並列に放電抵抗４および３端子サイリスタ５が接続されている。他方、出力端子６Ａ、６Ｂ間にはパワーＭＯＳＦＥＴ７が電流検出用抵抗８を介して直列に接続されている。すなわち、出力端子６ＡにはＭＯＳＦＥＴ７のドレイン電極が接続され、ソース電極は電流検出用抵抗８を介して出力端子６Ｂに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ７のゲート電極にはフォトダイオードアレー３のアノード電極が接続されている。そして、３端子サイリスタ５のゲート電極はＭＯＳＦＥＴ７のソース電極に接続されている。
【０００４】
次に、この回路の動作を説明すると、入力端子１Ａ、１Ｂ間にスイッチング入力信号が印加されると、発光ダイオード２が点弧発光する。この光がフォトダイオードアレー３により受光されると、この光起電流がＭＯＳＦＥＴ７のゲート・ソース電極間に流入する。これによりＭＯＳＦＥＴ７は導通すなわちオン状態になる。これによって、出力端子６Ａ、６Ｂ間にはＭＯＳＦＥＴ７のオン電流、すなわち、ドレイン電流が流れ、この電流は電流検出用抵抗８の両端間に電圧を生ずる。
【０００５】
出力端子６Ａ、６Ｂ間に接続される負荷回路（図示せず）の短絡等何らかの理由により、ＭＯＳＦＥＴ７のドレイン電流が正常な電流値より大きな過電流になると、電流検出用抵抗８の両端間の電圧が所定の電圧以上になるため、３端子サイリスタ５がオン状態となり、ＭＯＳＦＥＴ７はオフ状態に移行する。これによって、ＭＯＳＦＥＴ７が過電流による破壊から保護される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ＭＯＳＦＥＴ７を過電流から保護するためには、入力端子１Ａ、１Ｂ間にスイッチング入力信号が引き続き印加され、発光ダイオード２が点弧状態にある場合においてもＭＯＳＦＥＴ７をオフ状態に維持する必要がある。しかしながら、従来の半導体スイッチにおいては、オン状態に保持されるべき３端子サイリスタ５がオフ状態に復帰し、フォトダイオードアレー３からの光起電流が再びＭＯＳＦＥＴ７のゲート・ソース電極間に流入し、ＭＯＳＦＥＴ７がオン状態に復帰してしまい、過電流保護機能が十分に機能しないという問題があった。
【０００７】
この理由を検討した結果、次のような事実が判明した。３端子サイリスタ５がオン状態において、ＭＯＳＦＥＴ７のオフ状態を維持するためには、発光ダイオード２の光発生電流ＩＳＣが３端子サイリスタ５の保持電流ＩＨより大きくなければならない（ＩＳＣ>ＩＨ）。一般にＩＳＣは１０μＡ程度であるため、ＩＨはこれより小さくしなければならないが、このためには、３端子サイリスタ５のゲート・カソード間の抵抗を数１０ＫΩ〜数１０ＭΩにしなければならない。
【０００８】
他方、従来の半導体スイッチング回路に対しては、例えば、モデム内の回線スイッチとして用いる場合には、通信中の回線電流は０〜１２０ｍＡであることが電気通信事業法により定められているため、スイッチング回路としては定常的に１２０ｍＡまでの電流を流すことが要求される。そしてまた、１２０ｍＡを超える電流に対してはスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴをオフする過電流保護機能が要求される。
【０００９】
ところで、３端子サイリスタ５は、ゲート・カソード間の電圧ＶＧＫが約０．５〜０．６Ｖでラッチアップすなわち、オン状態になる。このため、電流検出用抵抗８の抵抗値（３端子サイリスタ５に対してはＲＧＫ）を１〜５Ω程度に設定した場合、出力端子６Ａ、６Ｂ間を流れるＭＯＳＦＥＴ７のオン電流が約５００〜１００ｍＡで３端子サイリスタ５がオンする。すなわち、ＶＧＫを０．５Ｖ、ＭＯＳＦＥＴ７のオン電流を１２０ｍＡとした場合、電流検出用抵抗８の抵抗値は、０．５Ｖ／０．１２Ａ＝４Ωとなる。しかし３端子サイリスタ５のゲート・カソード間の抵抗が１〜５Ω程度の場合、ＩＨは数１００μＡ程度となる。この結果、ＩＳＣ>ＩＨという条件が満たされなくなり、３端子サイリスタ５はオフとなり、ＭＯＳＦＥＴ７が再びオンに復帰する。このように従来の半導体スイッチング回路は、過電流保護機能を十分に発揮することができなかった。
【００１０】
したがって本発明の目的は、このような問題点を解決することにあり、半導体スイッチング回路がオン状態、すなわち、入力端子１Ａ、１Ｂ間にスイッチング入力信号が引き続き印加され、発光ダイオード２が点弧状態にある場合において出力端子間に過電流が流れた場合、スイッチング素子を確実にオフ状態に維持することができる半導体スイッチング回路を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体スイッチング回路は、一対の入力端子間に接続された発光素子と、この発光素子から発光される光を受光可能な位置に設置された光起電力素子と、この光起電力素子に並列に接続された３端子サイリスタと、この３端子サイリスタのアノード電極にゲート電極が接続され、一対の出力端子の一方にドレイン電極が接続されたMOSFETと、このMOSFETのソース電極および前記一対の出力端子の他方との間に接続された電流検出用抵抗と、前記MOSFETのソース電極および前記３端子サイリスタのゲート電極間に接続されたダイオードと、前記３端子サイリスタのゲート電極および前記一対の出力端子の他方との間に接続されたゲート・カソード抵抗とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の半導体スイッチング回路においては、前記ゲート・カソード抵抗は前記電流検出用抵抗より大きな抵抗値を有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の半導体スイッチング回路は、前記ＭＯＳＦＥＴのソース電極および前記３端子サイリスタのゲート電極間に接続されたダイオードは、アノード電極がＭＯＳＦＥＴのソース電極に、カソード電極が３端子サイリスタのゲート電極にそれぞれ接続されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の半導体スイッチング回路は、一対の入力端子間に接続された発光素子と、この発光素子から発光される光を受光可能な位置に設置された光起電力素子と、一対の出力端子のそれぞれにドレイン電極が接続された第１および第２のMOSFETと、これらのMOSFETのソース電極間に直列に接続された第１および第２の電流検出用抵抗と、前記光起電力素子のアノード側にアノード電極が共通に接続され、カソード電極がそれぞれ前記第２および第１のMOSFETのソース電極にそれぞれ接続された第１および第２の３端子サイリスタと、前記第１および第２のMOSFETのソース電極および前記第１および第２の３端子サイリスタのゲート電極間にそれぞれ接続された第１および第２のダイオードと、前記第１および第２の３端子サイリスタのゲート電極およびカソード電極間に接続された第１および第２のゲート・カソード抵抗とを備え、前記第１および第２の MOSFET のゲート電極は、前記第１および第２の３端子サイリスタのアノード電極に接続され、前記光起電力素子のカソード側は前記第１および第２の電流検出用抵抗の接続点に接続されたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の半導体スイッチング回路は、一対の入力端子間に接続された発光素子と、この発光素子から発光される光を受光可能な位置に設置された光起電力素子と、一対の出力端子のそれぞれにドレイン電極が接続された第１および第２のMOSFETと、これらのMOSFETのソース電極間に直列に接続された第１および第２の電流検出用抵抗と、前記光起電力素子のアノード側にアノード電極が接続され、カソード電極が前記第１および第２の電流検出用抵抗の接続点に接続された３端子サイリスタと、この３端子サイリスタのゲート電極および前記第１のMOSFETのソース電極間に接続された第１のダイオードと、前記３端子サイリスタのゲート電極および前記第２のMOSFETのソース電極間に接続された第２のダイオードと、前記３端子サイリスタのゲート電極およびカソード電極間に接続されたゲート・カソード抵抗とを備え、前記第１および第２の MOSFET のゲート電極は、前記第１および第２の３端子サイリスタのアノード電極に接続され、前記光起電力素子のカソード側は前記第１および第２の電流検出用抵抗の接続点に接続されたことを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、本発明の半導体スイッチング回路においては、前記光起電力素子はフォトダイオードアレーであり、このフォトダイオードアレーと並列に放電抵抗が接続されていることを特徴とするものである。
【００１７】
さらに、本発明の半導体スイッチング回路においては、前記光起電力素子はフォトダイオードアレーであり、このフォトダイオードアレーと並列に放電回路が接続されており、この放電回路は、バイポーラトランジスタ、バイアス抵抗、ダイオードからなることを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、本発明の半導体スイッチング回路においては、前記光起電力素子はフォトダイオードアレーであり、このフォトダイオードアレーと並列に放電回路が接続されており、この放電回路は、ジャンクショントランジスタ、抵抗、ダイオードアレーからなることを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図２を参照して説明する。図２は本発明の半導体スイッチング回路の構成を示す回路図である。この回路は入力端子１１Ａ、１１Ｂ間には発光ダイオード１２が接続されており、この発光ダイオード１２から発光される光を受光可能な離間された位置には、直列接続された複数個の光起電力素子であるフォトダイオードアレー１３が設けられている。このフォトダイオードアレー１３と並列に放電抵抗１４および３端子サイリスタ１５が接続されている。他方、出力端子１６Ａ、１６Ｂ間にはパワーＭＯＳＦＥＴ１７が電流検出用抵抗１８を介して直列に接続されている。すなわち、出力端子１６ＡにはＭＯＳＦＥＴ１７のドレイン電極が接続され、ソース電極は電流検出用抵抗１８を介して出力端子６Ｂに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１７のゲート電極にはフォトダイオードアレー１３のアノード電極が接続されている。３端子サイリスタ１５のゲート電極はＭＯＳＦＥＴ１７のソース電極にダイオード１９を介して接続されている。このダイオード１９は、そのアノード電極がＭＯＳＦＥＴ１７のソース電極に、カソード電極が３端子サイリスタ１５のゲート電極にそれぞれ接続されている。そして、３端子サイリスタ１５のゲート電極と出力端子６Ｂ間にはゲート・カソード間抵抗（以下ＲＧＫという。）２０が接続されている。このＲＧＫ２０の値は数１０ＫΩ〜数１０ＭΩに設定される。
【００２０】
次に、この回路の動作を説明すると、入力端子１１Ａ、１１Ｂ間にスイッチング入力信号が印加されると、発光ダイオード１２が点弧発光する。この光がフォトダイオードアレー１３により受光されると、この光起電力がＭＯＳＦＥＴ１７のゲート・ソース電極間に印加される。これによりＭＯＳＦＥＴ１７はオン状態になる。これによって、出力端子１６Ａ、１６Ｂ間にはＭＯＳＦＥＴ１７のオン電流が流れ、この電流は電流検出用抵抗１８の両端間に電圧を生ずる。
【００２１】
出力端子１６Ａ、１６Ｂ間に接続される負荷回路（図示せず）の短絡等何らかの理由により、ＭＯＳＦＥＴ１７に過電流が流れると、電流検出用抵抗１８の両端間の電圧が所定の電圧以上になる。この電圧はダイオード１９を介して３端子サイリスタ１５のゲート電極に印加され、サイリスタ１５がオン状態になる。これによつて、発光ダイオード１２により発生される光起電流はＭＯＳＦＥＴ１７のゲート電極には流れず、３端子サイリスタ１５を介して出力端子１６Ｂに流れるため、ＭＯＳＦＥＴ１７はオフ状態に移行する。
【００２２】
３端子サイリスタ１５のオン状態においては、３端子サイリスタ１５のゲート電極には高抵抗のＲＧＫ２０のみが接続されており、電流検出用抵抗１８はダイオード１９により分離される。すなわち、３端子サイリスタ１５のゲート・カソード間のインピーダンスは、逆方向のダイオード１９はハイインピーダンスとなるため、実質的にはＲＧＫ２０の抵抗値、数１０ＫΩ〜数１０ＭΩとなる。そして３端子サイリスタ１５がオンした後は、サイリスタ１５のゲート電流とアノードからカソードに流れる電流との合成電流は出力端子６Ｂ側には流れず、フォトダイオードアレー１３のカソード電極に流れ込み、フォトダイオードアレー１３の光起電流はこの閉回路で消費される。そして上記の合成電流の値はほぼＩＳＣに等しい。したがってこの状態においては、３端子サイリスタ１５の保持電流ＩＨはＩＳＣより小さな値となり、サイリスタ１５はオン状態に保持される。すなわち、ＭＯＳＦＥＴ１７は発光ダイオード１２がオン状態にある間は再びオン状態に移行することはないため、過電流による破壊から確実に保護される。
【００２３】
なお、放電抵抗１４はＭＯＳＦＥＴ１７がオフした場合の放電回路を形成するためのものであり、スイッチのオフ時間を短縮する機能を有する。抵抗値は数ＭΩである。この放電抵抗１４がない場合、数１００ｍＡのオン電流を制御するＭＯＳＦＥＴ１７は数秒のオフ時間が必要となる。
【００２４】
図３は本発明の他の実施形態を示す半導体スイッチング回路の回路図である。同図においては図２の構成部品と同一あるいは対応する部品には同一あるいはダッシュを付した符合を付し、以下の説明においては、重複する詳細を避け、異なる部分を中心に説明する。図２に示した回路は、出力端子１６Ａにプラスの電位を、また、出力端子１６Ｂにマイナスの電位を印加した場合に正常に動作する回路である。これらの電位極性を逆にした場合には、ダイオード１９が順バイアスとなり、オフ時の電圧ブロックができない。したがってこの回路は、いわゆる直流用のスイッチング回路である。これに対して、図３の回路は交流（ＡＣ）用の半導体スイッチング回路である。この回路においては、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ１７の他に第２のＭＯＳＦＥＴ１７´が設けられている。ＭＯＳＦＥＴ１７のソース電極およびＭＯＳＦＥＴ１７´のソース電極はそれぞれ第１の電流検出用抵抗１８および第２の電流検出用抵抗１８´を介して共通接続されている。第１および第２のＭＯＳＦＥＴ１７、１７´のドレイン電極はそれぞれ出力端子１６Ａ、１６Ｂに接続され、出力端子１６Ａ、１６Ｂ間に逆直列に接続されている。第１の電流検出用抵抗１８および第２の電流検出用抵抗１８´はそれぞれ、例えば、２Ωに選定されている。これらの電流検出用抵抗１８、１８´の接続点３１には、フォトダイオードアレー１３のカソード側が接続されている。さらに、第１および第２のＭＯＳＦＥＴ１７、１７´のゲート電極は、それぞれフォトダイオードアレー１３のアノード電極側に共通に接続されている。
【００２５】
３端子サイリスタ１５についてもさらに第２の３端子サイリスタ１５´が設けられている。これら第１および第２の３端子サイリスタ１５、１５´のアノード電極はフォトダイオードアレー１３のアノード電極側に共通に接続される。第１の３端子サイリスタ１５のカソード電極は第２のＭＯＳＦＥＴ１７´のソース電極に接続されている。また、第２の３端子サイリスタ１５´のカソード電極は第１のＭＯＳＦＥＴ１７のソース電極に接続されている。
【００２６】
第１の３端子サイリスタ１５のゲート電極と第１のＭＯＳＦＥＴ１７のソース電極間にはダイオード１９が接続されている。ダイオード１９はそのアノード電極が第１のＭＯＳＦＥＴ１７のソース電極に接続され、カソード電極が第１の３端子サイリスタ１５のゲート電極に接続される。そして第１の３端子サイリスタ１５のゲート電極とカソード電極間には、数１０ＫΩ〜数１０ＭΩの第１のＲＧＫ２０が接続されている。
【００２７】
また、第２の３端子サイリスタ１５´のゲート電極と第２のＭＯＳＦＥＴ１７´のソース電極間にはダイオード１９´が接続されている。ダイオード１９´はそのアノード電極が第２のＭＯＳＦＥＴ１７´のソース電極に接続され、カソード電極が第２の３端子サイリスタ１５´のゲート電極に接続される。そして第２の３端子サイリスタ１５´のゲート電極とカソード電極間には、数１０ＫΩ〜数１０ＭΩの第２のＲＧＫ２０´が接続されている。
【００２８】
このように構成された半導体スイッチング回路の動作を説明すると、出力端子１６Ａ、１６Ｂ間にはＡＣ電圧が印加されており、入力端子にスイッチ入力信号が印加されると、正常の動作状態においては、フォトダイオードアレー１３の光起電流が第１、第２のＭＯＳＦＥＴ１７、１７´のゲート電極に供給され、それぞれがオン状態になる。したがって出力端子１６Ａ、１６Ｂ間には所定の範囲内のＡＣ電流が流れる。
【００２９】
次に、出力端子１６Ａ、１６Ｂ間に所定範囲の電流値を超えるか電流が流れた場合の保護動作について説明する。先ず、AC電圧の極性が、出力端子１６Ａがプラス、出力端子１６Ｂがマイナスである場合、第１および第２の電流検出用抵抗１８、１８´の両端に生じた電圧により、第１の３端子サイリスタ１５がラッチアップし導通状態になる。この結果、第１のＭＯＳＦＥＴ１７がオフ状態に移行するとともに、第１のダイオード１９により、第１の３端子サイリスタ１５のＲＧＫ２０は第１および第２の電流検出用抵抗１８、１８´と分離されて高抵抗になり、サイリスタ１５のオン状態が保持される。なお、第１のＭＯＳＦＥＴ１７がオフ状態に移行する結果、第２のＭＯＳＦＥＴ１７´もオフ状態に移行するため、出力端子１６Ａ、１６Ｂ間の電流は完全に遮断される。
【００３０】
他方、ＡＣ電圧の極性が、出力端子１６Ａがマイナス、出力端子１６Ｂがプラスである場合、第１および第２の電流検出用抵抗１８、１８´の両端に生じた電圧により、第２の３端子サイリスタ１５´がラッチアップし導通状態になる。この結果、第２のＭＯＳＦＥＴ１７´がオフ状態に移行するとともに、第２のダイオード１９´により、第２の３端子サイリスタ１５´のＲＧＫ２０´は第１および第２の電流検出用抵抗１８、１８´と分離されて高抵抗になり、サイリスタ１５´のオン状態が保持される。なお同様に、第２のＭＯＳＦＥＴ１７´がオフ状態に移行する結果、第１のＭＯＳＦＥＴ１７もオフ状態に移行するため、出力端子１６Ａ、１６Ｂ間の電流は完全に遮断される。
【００３１】
図４は本発明のさらに他の実施形態を示す半導体スイッチング回路の回路図である。同図においても図２あるいは図３の構成部品と同一あるいは対応する部品には同一あるいはダッシュを付した符合を付し、以下の説明においては、重複する詳細を避け、異なる部分を中心に説明する。この回路も図３の回路と同じく、AC用の半導体スイッチング回路であるが、図３の回路と異なる点は、第２の３端子サイリスタ１５´は省略され、単一の３端子サイリスタ１５が用いられている点である。３端子サイリスタ１５のアノード電極はフォトダイオードアレー１３のアノード電極側に接続され、サイリスタ１５のカソード電極は電流検出用抵抗１８、１８´の接続点３１に接続されている。そして第１および第２のダイオード１９、１９´のカソード電極はそれぞれ３端子サイリスタ１５のゲート電極に共通に接続されている。
【００３２】
この回路においては、出力端子１６Ａ、１６Ｂ間の電圧極性がいずれの場合においても、過電流が生じた場合には、第１および第２の電流検出用抵抗１８、１８´の両端に生じた電圧により、３端子サイリスタ１５がラッチアップし導通状態になる。この結果、第１のＭＯＳＦＥＴ１７あるいは第２のＭＯＳＦＥＴ１７´がオフ状態に移行するとともに、ダイオード１９により、３端子サイリスタ１５のＲＧＫ２０は第１および第２の電流検出用抵抗１８、１８´と分離されて高抵抗になり、サイリスタ１５のオン状態が保持される。
【００３３】
図５は本発明のさらに他の実施形態を示す半導体スイッチング回路の回路図である。同図においても図２の構成部品と同一あるいは対応する部品には同一あるいはダッシュを付した符合を付し、以下の説明においては、重複する詳細を避け、異なる部分を中心に説明する。この回路においては、図２の放電抵抗１４に換えて、バイポーラトランジスタ５１、バイアス抵抗５２、ダイオード５３からなる放電回路が設けられている。トランジスタ５１はエミッタ電極がＭＯＳＦＥＴ１７のゲート電極に接続され、エミッタ電極は出力端子１６Ｂに接続されている。トランジスタ５１のゲート電極には、フォトダイオードアレー１３に並列に接続されたバイアス抵抗５２によりフォトダイオードアレー１３のアノード・カソード電極間の光起電圧が分圧されて印加されている。バイアス抵抗５２の抵抗値は１０数ＭΩである。
【００３４】
また、トランジスタ５１のエミッタ電極とゲート電極には、ダイオード５３が接続されている。このダイオード５３はそのアノード側がトランジスタ５１のエミッタ電極に、カソード側がトランジスタ５１のゲート電極にそれぞれ接続されている。ダイオード５３は発光ダイオード１２がオン状態のとき、トランジスタ５１がオン状態となることを防止するためのものである。
【００３５】
このようなバイポーラトランジスタ５１、バイアス抵抗５２、ダイオード５３からなる放電回路を用いることにより、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ１７のオフ時間を、図２の放電抵抗１４を用いる場合に比較して、さらに短縮できる。
【００３６】
図６および図７は本発明のさらに他の実施形態を示す半導体スイッチング回路の回路図である。これらの回路は、図３および図４に示す回路において、それぞれ、放電抵抗１４の代わりに、図５において示したバイポーラトランジスタ５１、バイアス抵抗５２、ダイオード５３からなる放電回路を用いたものである。これによって、図５において説明したように、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ１７のオフ時間を、図３および図４の放電抵抗１４を用いる場合に比較して、さらに短縮できる。したがって、同図においても図２乃至図５の構成部品と同一の部品には同一の符合を付し、詳細な説明は省略する。
【００３７】
図８は本発明のさらに他の実施形態を示す半導体スイッチング回路の回路図である。この回路は、図２の放電抵抗１４に換えて、ジャンクショントランジスタ８１、抵抗８２、ダイオードアレー８３からなる放電回路が設けられている。トランジスタ８１はソース電極がＭＯＳＦＥＴ１７のゲート電極に接続され、ドレイン電極は出力端子１６Ｂに接続されている。トランジスタ８１のゲート電極には、フォトダイオードアレー１３のアノード側が接続され、抵抗８２はフォトダイオードアレー１３のアノード側とトランジスタ８１のエミッタ電極間に挿入されている。この抵抗値も１０数ＭΩである。ジャンクショントランジスタ８１はそのゲート電極に電圧が印可されるとオフ状態となる。
【００３８】
また、抵抗８２と並列にダイオードアレー８３が接続されている。このダイオードアレー８３はそのアノード側がフォトダイオードアレー１３のアノード側に、また、カソード側がトランジスタ８１のエミッタ電極側にそれぞれ接続されている。フォトダイオードアレー１３の起電流により抵抗８２の両端に生ずる電圧が所定の値、たとえば１．５Ｖを超えるまでは、ダイオードアレー８３はオフであるが、超えた後はオン状態になり、起電流は抵抗８２を介することなくＭＯＳＦＥＴ１７のゲート電極に流れる。
【００３９】
このようなジャンクショントランジスタ８１、抵抗８２、ダイオードアレー８３からなる放電回路を用いることにより、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ１７のオフ時間を、図５の放電回路を用いる場合に比較して、さらに短縮できる。
同図においても図２の構成部品と同一あるいは対応する部品には同一の符合を付し、詳細な説明は省略する。
【００４０】
図９および図１０は本発明のさらに他の実施形態を示す半導体スイッチング回路の回路図である。これらの回路は、図３および図４に示す回路において、それぞれ、放電抵抗１４の代わりに、図８において示したジャンクショントランジスタ８１、バイアス抵抗８２、ダイオードアレー８３からなる放電回路を用いたものである。これによって、図８において説明したように、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ１７のオフ時間を、図３および図４の放電抵抗１４を用いる場合に比較して、さらに短縮できる。したがって、同図においても図２乃至図８の構成部品と同一の部品には同一の符合を付し、詳細な説明は省略する。
【００４１】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内でこれらの実施形態に対して種々の変形が可能である。例えば、図５および図７に示した放電回路の他にも同様な機能を有する回路であれば適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の半導体スイッチング回路によれば、回路がオン状態、すなわち、入力端子１Ａ、１Ｂ間にスイッチング入力信号が引き続き印加され、発光ダイオード２が点弧状態にある場合において出力端子間に過電流が流れた場合、スイッチング素子を確実にオフ状態に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体スイッチング回路の一例を示す回路図である。
【図２】本発明の半導体スイッチング回路の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す半導体スイッチング回路の回路図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態を示す半導体スイッチング回路の回路図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態を示す半導体スイッチング回路の回路図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態を示す半導体スイッチング回路の回路図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態を示す半導体スイッチング回路の回路図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態を示す半導体スイッチング回路の回路図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態を示す半導体スイッチング回路の回路図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態を示す半導体スイッチング回路の回路図である。
【符号の説明】
１１入力端子
１２発光ダイオード
１３フォトダイオードアレー
１４放電抵抗
１５３端子サイリスタ
１６出力端子
１７ＭＯＳＦＥＴ
１８電流検出用抵抗
１９ダイオード
２０ゲート・カソード間抵抗（ＲＧＫ）
３１接続点
５１バイポーラトランジスタ
５２バイアス抵抗
５３ダイオード
８１ジャンクショントランジスタ
８２抵抗
８３ダイオードアレー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor switching circuit such as a semiconductor relay, and more particularly to a semiconductor switching circuit having an overcurrent protection function for protecting a semiconductor switching element from an overcurrent.
[0002]
[Prior art]
The MOSFET used as the output element of the semiconductor relay is switched between the source and drain electrodes in an on / off state by an on / off switching control signal applied to the gate electrode. The photorelay uses the output of a photodiode optically coupled to the light emitting diode as a switching control signal applied to the gate electrode. Such photorelays are widely used in place of mechanical relays, and are used in high-frequency switching, for example, high-speed memory and high-speed logic testers, and various high-frequency measuring devices.
[0003]
By the way, a semiconductor switching circuit having an overcurrent protection function for turning off a semiconductor switching element when an overcurrent flows through such a semiconductor switch has been conventionally used. FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of such a semiconductor switching circuit. In this circuit, a light emitting diode 2 is connected between input terminals 1A and 1B, and a plurality of photovoltaics connected in series are arranged at spaced positions where light emitted from the light emitting diode 2 can be received. A photodiode array 3 as an element is provided. A discharge resistor 4 and a three-terminal thyristor 5 are connected in parallel with the photodiode array 3. On the other hand, a power MOSFET 7 is connected in series via the current detection resistor 8 between the output terminals 6A and 6B. That is, the drain electrode of the MOSFET 7 is connected to the output terminal 6A, and the source electrode is connected to the output terminal 6B via the current detection resistor 8. The anode electrode of the photodiode array 3 is connected to the gate electrode of the MOSFET 7. The gate electrode of the three-terminal thyristor 5 is connected to the source electrode of the MOSFET 7.
[0004]
Next, the operation of this circuit will be described. When a switching input signal is applied between the input terminals 1A and 1B, the light emitting diode 2 emits light. When this light is received by the photodiode array 3, this photocurrent flows between the gate and source electrodes of the MOSFET 7. As a result, the MOSFET 7 is turned on, that is, turned on. As a result, an ON current of the MOSFET 7, that is, a drain current flows between the output terminals 6 A and 6 B, and this current generates a voltage across the current detection resistor 8.
[0005]
If the drain current of the MOSFET 7 becomes an overcurrent larger than a normal current value for some reason such as a short circuit of a load circuit (not shown) connected between the output terminals 6A and 6B, the voltage across the current detection resistor 8 Is equal to or higher than a predetermined voltage, the three-terminal thyristor 5 is turned on, and the MOSFET 7 is turned off. This protects the MOSFET 7 from destruction due to overcurrent.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in order to protect the MOSFET 7 from overcurrent, it is necessary to keep the MOSFET 7 off even when the switching input signal is continuously applied between the input terminals 1A and 1B and the light emitting diode 2 is in the ignition state. There is. However, in the conventional semiconductor switch, the three-terminal thyristor 5 to be held in the on state is restored to the off state, and the photocurrent from the photodiode array 3 flows again between the gate and source electrodes of the MOSFET 7. Has returned to the on state, and the overcurrent protection function does not function sufficiently.
[0007]
As a result of examining this reason, the following facts were found. In order to maintain the MOSFET 7 in the off state when the three-terminal thyristor 5 is on, the light generation current ISC of the light emitting diode 2 must be larger than the holding current IH of the three-terminal thyristor 5 (ISC> IH). Since ISC is generally about 10 μA, IH must be smaller than this, but for this purpose, the resistance between the gate and cathode of the three-terminal thyristor 5 must be several tens of KΩ to several tens of MΩ.
[0008]
On the other hand, for a conventional semiconductor switching circuit, for example, when used as a line switch in a modem, the line current during communication is defined as 0 to 120 mA by the Telecommunications Business Law. The circuit is required to flow a current up to 120 mA constantly. In addition, an overcurrent protection function for turning off a MOSFET as a switching element is required for a current exceeding 120 mA.
[0009]
By the way, the three-terminal thyristor 5 is latched up, that is, turned on when the voltage VGK between the gate and the cathode is about 0.5 to 0.6V. Therefore, when the resistance value of the current detection resistor 8 (RGK for the three-terminal thyristor 5) is set to about 1 to 5Ω, the on-current of the MOSFET 7 flowing between the output terminals 6A and 6B is about 500 to 100 mA. The three-terminal thyristor 5 is turned on. That is, when VGK is 0.5 V and the on-state current of the MOSFET 7 is 120 mA, the resistance value of the current detection resistor 8 is 0.5 V / 0.12 A = 4Ω. However, when the resistance between the gate and the cathode of the three-terminal thyristor 5 is about 1 to 5Ω, the IH is about several hundred μA. As a result, the condition of ISC> IH is not satisfied, the three-terminal thyristor 5 is turned off, and the MOSFET 7 is turned on again. As described above, the conventional semiconductor switching circuit cannot sufficiently exert the overcurrent protection function.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to solve such a problem, in which the semiconductor switching circuit is in an ON state, that is, a switching input signal is continuously applied between the input terminals 1A and 1B, and the light emitting diode 2 is in an ignition state. The present invention provides a semiconductor switching circuit capable of reliably maintaining a switching element in an off state when an overcurrent flows between output terminals.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
    A semiconductor switching circuit according to the present invention includes a light emitting element connected between a pair of input terminals, a photovoltaic element installed at a position where light emitted from the light emitting element can be received, and the photovoltaic element. A three-terminal thyristor connected in parallel;A gate electrode is connected to the anode electrode of this three-terminal thyristor,A MOSFET having a drain electrode connected to one of a pair of output terminals, a current detection resistor connected between the source electrode of the MOSFET and the other of the pair of output terminals, a source electrode of the MOSFET, and the 3 A diode connected between the gate electrodes of the terminal thyristor; and a gate-cathode resistor connected between the gate electrode of the three-terminal thyristor and the other of the pair of output terminals. is there.
[0012]
In the semiconductor switching circuit of the present invention, the gate / cathode resistance has a larger resistance value than the current detection resistance.
[0013]
In the semiconductor switching circuit of the present invention, the diode connected between the source electrode of the MOSFET and the gate electrode of the three-terminal thyristor has an anode electrode as the source electrode of the MOSFET and a cathode electrode as the gate electrode of the three-terminal thyristor. Each is connected.
[0014]
    The semiconductor switching circuit of the present invention includes a light emitting element connected between a pair of input terminals, and a photovoltaic element installed at a position capable of receiving light emitted from the light emitting element.And oneFirst and second MOSFETs each having a drain electrode connected to each of the output terminals of the pair; first and second current detection resistors connected in series between the source electrodes of the MOSFETs; A first and second three-terminal thyristor having an anode electrode connected in common to the anode side of the power element and a cathode electrode connected to the source electrode of each of the second and first MOSFETs; First and second diodes connected between the source electrode of the two MOSFETs and the gate electrode of the first and second three-terminal thyristors, respectively, and the gate electrode and cathode of the first and second three-terminal thyristors First and second gate-cathode resistors connected between the electrodes,The first and second MOSFET Are connected to the anode electrodes of the first and second three-terminal thyristors,The cathode side of the photovoltaic element is connected to a connection point of the first and second current detection resistors.
[0015]
  The semiconductor switching circuit of the present invention includes a light emitting element connected between a pair of input terminals, and a photovoltaic element installed at a position capable of receiving light emitted from the light emitting element.And oneFirst and second MOSFETs each having a drain electrode connected to each of the output terminals of the pair; first and second current detection resistors connected in series between the source electrodes of the MOSFETs; A three-terminal thyristor having an anode electrode connected to the anode side of the power element and a cathode electrode connected to a connection point of the first and second current detection resistors, a gate electrode of the three-terminal thyristor, and the first A first diode connected between the source electrodes of the MOSFET; a gate electrode of the three-terminal thyristor; a second diode connected between the source electrodes of the second MOSFET; and the gate electrode of the three-terminal thyristor; It has a gate-cathode resistor connected between the cathode electrodes,The first and second MOSFET Are connected to the anode electrodes of the first and second three-terminal thyristors,The cathode side of the photovoltaic element is connected to a connection point of the first and second current detection resistors.
[0016]
Further, in the semiconductor switching circuit of the present invention, the photovoltaic element is a photodiode array, and a discharge resistor is connected in parallel with the photodiode array.
[0017]
Furthermore, in the semiconductor switching circuit of the present invention, the photovoltaic element is a photodiode array, and a discharge circuit is connected in parallel with the photodiode array. The discharge circuit includes a bipolar transistor, a bias resistor, a diode. It is characterized by comprising.
[0018]
Furthermore, in the semiconductor switching circuit of the present invention, the photovoltaic element is a photodiode array, and a discharge circuit is connected in parallel with the photodiode array. The discharge circuit includes a junction transistor, a resistor, a diode array. It is characterized by comprising.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the semiconductor switching circuit of the present invention. In this circuit, a light emitting diode 12 is connected between the input terminals 11A and 11B, and a plurality of photovoltaics connected in series are arranged at spaced positions where light emitted from the light emitting diode 12 can be received. A photodiode array 13 as an element is provided. A discharge resistor 14 and a three-terminal thyristor 15 are connected in parallel with the photodiode array 13. On the other hand, a power MOSFET 17 is connected in series via the current detection resistor 18 between the output terminals 16A and 16B. That is, the drain electrode of the MOSFET 17 is connected to the output terminal 16A, and the source electrode is connected to the output terminal 6B via the current detection resistor 18. The anode electrode of the photodiode array 13 is connected to the gate electrode of the MOSFET 17. The gate electrode of the three-terminal thyristor 15 is connected to the source electrode of the MOSFET 17 via the diode 19. The diode 19 has an anode electrode connected to the source electrode of the MOSFET 17 and a cathode electrode connected to the gate electrode of the three-terminal thyristor 15. A gate-cathode resistance (hereinafter referred to as RGK) 20 is connected between the gate electrode of the three-terminal thyristor 15 and the output terminal 6B. The value of RGK20 is set to several 10 KΩ to several 10 MΩ.
[0020]
Next, the operation of this circuit will be described. When a switching input signal is applied between the input terminals 11A and 11B, the light emitting diode 12 emits light. When this light is received by the photodiode array 13, this photovoltaic power is applied between the gate and source electrodes of the MOSFET 17. As a result, the MOSFET 17 is turned on. As a result, an on-current of the MOSFET 17 flows between the output terminals 16A and 16B, and this current generates a voltage across the current detection resistor 18.
[0021]
When an overcurrent flows through the MOSFET 17 for some reason such as a short circuit of a load circuit (not shown) connected between the output terminals 16A and 16B, the voltage across the current detection resistor 18 becomes equal to or higher than a predetermined voltage. This voltage is applied to the gate electrode of the three-terminal thyristor 15 through the diode 19, and the thyristor 15 is turned on. As a result, the photovoltaic current generated by the light emitting diode 12 does not flow to the gate electrode of the MOSFET 17 but flows to the output terminal 16B via the three-terminal thyristor 15, so that the MOSFET 17 shifts to an off state.
[0022]
In the ON state of the three-terminal thyristor 15, only the high resistance RGK 20 is connected to the gate electrode of the three-terminal thyristor 15, and the current detection resistor 18 is separated by the diode 19. That is, the impedance between the gate and the cathode of the three-terminal thyristor 15 is substantially the resistance value of the RGK 20, several tens of KΩ to several tens of MΩ, because the diode 19 in the reverse direction has a high impedance. After the three-terminal thyristor 15 is turned on, the combined current of the gate current of the thyristor 15 and the current flowing from the anode to the cathode does not flow to the output terminal 6B side, but flows to the cathode electrode of the photodiode array 13 and the photodiode array 13 Thirteen photocurrents are consumed in this closed circuit. The value of the combined current is almost equal to ISC. Therefore, in this state, the holding current IH of the three-terminal thyristor 15 becomes a value smaller than ISC, and the thyristor 15 is held in the on state. That is, since the MOSFET 17 does not shift to the on state again while the light emitting diode 12 is in the on state, the MOSFET 17 is reliably protected from destruction due to overcurrent.
[0023]
The discharge resistor 14 is used to form a discharge circuit when the MOSFET 17 is turned off, and has a function of shortening the switch off time. The resistance value is several MΩ. In the absence of the discharge resistor 14, the MOSFET 17 that controls an on-current of several hundred mA needs an off time of several seconds.
[0024]
FIG. 3 is a circuit diagram of a semiconductor switching circuit showing another embodiment of the present invention. In the figure, parts that are the same as or correspond to the parts shown in FIG. 2 are given the same or dash symbols, and in the following description, overlapping details will be avoided and different parts will be mainly described. The circuit shown in FIG. 2 is a circuit that operates normally when a positive potential is applied to the output terminal 16A and a negative potential is applied to the output terminal 16B. When these potential polarities are reversed, the diode 19 is forward biased and cannot be blocked when turned off. Therefore, this circuit is a so-called DC switching circuit. In contrast, the circuit of FIG. 3 is an alternating current (AC) semiconductor switching circuit. In this circuit, in addition to the MOSFET 17 which is a switching element, a second MOSFET 17 'is provided. The source electrode of the MOSFET 17 and the source electrode of the MOSFET 17 ′ are connected in common via a first current detection resistor 18 and a second current detection resistor 18 ′, respectively. The drain electrodes of the first and second MOSFETs 17 and 17 'are connected to the output terminals 16A and 16B, respectively, and are connected in anti-series between the output terminals 16A and 16B. Each of the first current detection resistor 18 and the second current detection resistor 18 ′ is selected to be 2Ω, for example. The cathode side of the photodiode array 13 is connected to a connection point 31 between these current detection resistors 18 and 18 '. Furthermore, the gate electrodes of the first and second MOSFETs 17 and 17 ′ are connected in common to the anode electrode side of the photodiode array 13.
[0025]
The three-terminal thyristor 15 is further provided with a second three-terminal thyristor 15 ′. The anode electrodes of the first and second three-terminal thyristors 15 and 15 ′ are connected in common to the anode electrode side of the photodiode array 13. The cathode electrode of the first three-terminal thyristor 15 is connected to the source electrode of the second MOSFET 17 ′. The cathode electrode of the second three-terminal thyristor 15 ′ is connected to the source electrode of the first MOSFET 17.
[0026]
A diode 19 is connected between the gate electrode of the first three-terminal thyristor 15 and the source electrode of the first MOSFET 17. The diode 19 has an anode electrode connected to the source electrode of the first MOSFET 17 and a cathode electrode connected to the gate electrode of the first three-terminal thyristor 15. Between the gate electrode and the cathode electrode of the first three-terminal thyristor 15, a first RGK 20 of several tens of KΩ to several tens of MΩ is connected.
[0027]
A diode 19 'is connected between the gate electrode of the second three-terminal thyristor 15' and the source electrode of the second MOSFET 17 '. The diode 19 'has an anode electrode connected to the source electrode of the second MOSFET 17' and a cathode electrode connected to the gate electrode of the second three-terminal thyristor 15 '. A second RGK 20 ′ of several tens of KΩ to several tens of MΩ is connected between the gate electrode and the cathode electrode of the second three-terminal thyristor 15 ′.
[0028]
The operation of the semiconductor switching circuit configured as above will be described. When an AC voltage is applied between the output terminals 16A and 16B and a switch input signal is applied to the input terminal, in a normal operation state, The photocurrent of the photodiode array 13 is supplied to the gate electrodes of the first and second MOSFETs 17 and 17 ', and each is turned on. Therefore, an AC current within a predetermined range flows between the output terminals 16A and 16B.
[0029]
Next, a protection operation when a current value in a predetermined range is exceeded or a current flows between the output terminals 16A and 16B will be described. First, when the polarity of the AC voltage is positive at the output terminal 16A and negative at the output terminal 16B, the first three terminals are generated by the voltages generated at both ends of the first and second current detection resistors 18, 18 '. The thyristor 15 latches up and becomes conductive. As a result, the first MOSFET 17 is turned off, and the RGK 20 of the first three-terminal thyristor 15 is separated from the first and second current detection resistors 18 and 18 ′ by the first diode 19. The resistance becomes high, and the thyristor 15 is kept on. As a result of the first MOSFET 17 shifting to the off state, the second MOSFET 17 'also shifts to the off state, so that the current between the output terminals 16A and 16B is completely cut off.
[0030]
On the other hand, when the polarity of the AC voltage is negative at the output terminal 16A and positive at the output terminal 16B, the second three terminals are generated by the voltage generated at both ends of the first and second current detection resistors 18, 18 '. The thyristor 15 'latches up and becomes conductive. As a result, the second MOSFET 17 ′ is turned off, and the second diode 19 ′ causes the RGK 20 ′ of the second three-terminal thyristor 15 ′ to become the first and second current detection resistors 18, 18 ′. And the resistance becomes high, and the ON state of the thyristor 15 'is maintained. Similarly, as a result of the second MOSFET 17 'shifting to the off state, the first MOSFET 17 also shifts to the off state, so that the current between the output terminals 16A and 16B is completely cut off.
[0031]
FIG. 4 is a circuit diagram of a semiconductor switching circuit showing still another embodiment of the present invention. Also in this figure, the same or corresponding parts as those in FIG. 2 or FIG. 3 are given the same or dash symbols, and in the following description, overlapping details will be avoided and different parts will be mainly described. . This circuit is also an AC semiconductor switching circuit like the circuit of FIG. 3, except that the second three-terminal thyristor 15 ′ is omitted and a single three-terminal thyristor 15 is used. This is the point. The anode electrode of the three-terminal thyristor 15 is connected to the anode electrode side of the photodiode array 13, and the cathode electrode of the thyristor 15 is connected to the connection point 31 of the current detection resistors 18 and 18 ′. The cathode electrodes of the first and second diodes 19 and 19 ′ are connected in common to the gate electrode of the three-terminal thyristor 15.
[0032]
In this circuit, regardless of the voltage polarity between the output terminals 16A and 16B, if an overcurrent occurs, the voltage generated across the first and second current detection resistors 18 and 18 '. As a result, the three-terminal thyristor 15 is latched up and becomes conductive. As a result, the first MOSFET 17 or the second MOSFET 17 ′ is turned off, and the RGK 20 of the three-terminal thyristor 15 is separated from the first and second current detection resistors 18 and 18 ′ by the diode 19. The resistance becomes high, and the thyristor 15 is kept on.
[0033]
FIG. 5 is a circuit diagram of a semiconductor switching circuit showing still another embodiment of the present invention. Also in the figure, parts that are the same as or correspond to the parts in FIG. 2 are given the same or dash symbols, and in the following description, overlapping details will be avoided and different parts will be mainly described. In this circuit, a discharge circuit comprising a bipolar transistor 51, a bias resistor 52, and a diode 53 is provided in place of the discharge resistor 14 of FIG. The transistor 51 has an emitter electrode connected to the gate electrode of the MOSFET 17 and an emitter electrode connected to the output terminal 16B. A photovoltage generated between the anode and cathode electrodes of the photodiode array 13 is divided and applied to the gate electrode of the transistor 51 by a bias resistor 52 connected in parallel to the photodiode array 13. The resistance value of the bias resistor 52 is several tens of MΩ.
[0034]
A diode 53 is connected to the emitter electrode and the gate electrode of the transistor 51. The diode 53 has an anode connected to the emitter electrode of the transistor 51 and a cathode connected to the gate electrode of the transistor 51. The diode 53 is for preventing the transistor 51 from being turned on when the light emitting diode 12 is turned on.
[0035]
By using such a discharge circuit including the bipolar transistor 51, the bias resistor 52, and the diode 53, the off time of the MOSFET 17 that is a switching element can be further shortened as compared with the case where the discharge resistor 14 of FIG. 2 is used.
[0036]
6 and 7 are circuit diagrams of a semiconductor switching circuit showing still another embodiment of the present invention. These circuits are the circuits shown in FIGS. 3 and 4 using the discharge circuit comprising the bipolar transistor 51, the bias resistor 52, and the diode 53 shown in FIG. As a result, as described with reference to FIG. 5, the OFF time of the MOSFET 17 serving as a switching element can be further shortened as compared with the case where the discharge resistor 14 of FIGS. 3 and 4 is used. Accordingly, in this figure, the same components as those in FIGS. 2 to 5 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0037]
FIG. 8 is a circuit diagram of a semiconductor switching circuit showing still another embodiment of the present invention. In this circuit, a discharge circuit including a junction transistor 81, a resistor 82, and a diode array 83 is provided in place of the discharge resistor 14 shown in FIG. The transistor 81 has a source electrode connected to the gate electrode of the MOSFET 17 and a drain electrode connected to the output terminal 16B. The gate electrode of the transistor 81 is connected to the anode side of the photodiode array 13, and the resistor 82 is inserted between the anode side of the photodiode array 13 and the emitter electrode of the transistor 81. This resistance value is also several ten MΩ. The junction transistor 81 is turned off when a voltage is applied to its gate electrode.
[0038]
A diode array 83 is connected in parallel with the resistor 82. The diode array 83 has its anode side connected to the anode side of the photodiode array 13 and its cathode side connected to the emitter electrode side of the transistor 81. The diode array 83 is off until the voltage generated at both ends of the resistor 82 by the electromotive current of the photodiode array 13 exceeds a predetermined value, for example, 1.5 V, but after that, the diode array 83 is turned on. It flows to the gate electrode of the MOSFET 17 without going through the resistor 82.
[0039]
By using such a discharge circuit including the junction transistor 81, the resistor 82, and the diode array 83, the OFF time of the MOSFET 17 that is a switching element can be further shortened as compared with the case of using the discharge circuit of FIG.
Also in this figure, parts that are the same as or correspond to the parts shown in FIG.
[0040]
9 and 10 are circuit diagrams of a semiconductor switching circuit showing still another embodiment of the present invention. These circuits are the circuits shown in FIGS. 3 and 4 using the discharge circuit comprising the junction transistor 81, the bias resistor 82, and the diode array 83 shown in FIG. 8 instead of the discharge resistor 14, respectively. . As a result, as described with reference to FIG. 8, the OFF time of the MOSFET 17 serving as the switching element can be further shortened as compared with the case where the discharge resistor 14 of FIGS. 3 and 4 is used. Therefore, also in the figure, the same components as those in FIGS. 2 to 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0041]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made to these embodiments within the scope of the idea of the present invention. For example, any circuit having a similar function can be applied in addition to the discharge circuit shown in FIGS.
[0042]
【The invention's effect】
According to the semiconductor switching circuit of the present invention, when the circuit is in an on state, that is, when the switching input signal is continuously applied between the input terminals 1A and 1B and the light emitting diode 2 is in the ignition state, an overcurrent is generated between the output terminals. When flowing, the switching element can be reliably maintained in the off state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a conventional semiconductor switching circuit.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor switching circuit of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of a semiconductor switching circuit showing another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram of a semiconductor switching circuit showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram of a semiconductor switching circuit showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram of a semiconductor switching circuit showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram of a semiconductor switching circuit showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram of a semiconductor switching circuit showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram of a semiconductor switching circuit showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram of a semiconductor switching circuit showing still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11 Input terminal
12 Light emitting diode
13 Photodiode array
14 Discharge resistance
15 Three-terminal thyristor
16 output terminals
17 MOSFET
18 Resistance for current detection
19 Diode
20 Gate-cathode resistance (RGK)
31 connection points
51 Bipolar Transistor
52 Bias resistor
53 Diode
81 Junction transistor
82 resistance
83 Diode array

Claims

A light emitting element connected between a pair of input terminals, a photovoltaic element installed at a position capable of receiving light emitted from the light emitting element, and a three-terminal thyristor connected in parallel to the photovoltaic element And a MOSFET having a gate electrode connected to the anode electrode of the three-terminal thyristor , a drain electrode connected to one of the pair of output terminals, and a source electrode of the MOSFET and the other of the pair of output terminals. Connected between the source electrode of the MOSFET and the diode connected between the source electrode of the MOSFET and the gate electrode of the three-terminal thyristor, and the gate electrode of the three-terminal thyristor and the other of the pair of output terminals. A semiconductor switching circuit comprising a gate-cathode resistor.

2. The semiconductor switching circuit according to claim 1, wherein the gate-cathode resistance has a larger resistance value than the current detection resistance.

The diode connected between the source electrode of the MOSFET and the gate electrode of the three-terminal thyristor has an anode electrode connected to the source electrode of the MOSFET and a cathode electrode connected to the gate electrode of the three-terminal thyristor. The semiconductor switching circuit according to claim 2.

A light emitting element connected between a pair of input terminals, a photovoltaic element of the light emitted from the light emitting element disposed on the light receiving position capable drain electrode connected to the respective output terminals of a pair The first and second MOSFETs, the first and second current detection resistors connected in series between the source electrodes of these MOSFETs, and the anode electrode are commonly connected to the anode side of the photovoltaic element. , First and second three-terminal thyristors having cathode electrodes respectively connected to source electrodes of the second and first MOSFETs, source electrodes of the first and second MOSFETs, and the first and second First and second diodes connected between the gate electrodes of the three-terminal thyristors, respectively, and first and second diodes connected between the gate electrodes and the cathode electrodes of the first and second three-terminal thyristors. And a beauty second gate-cathode resistor, the gate electrode of the first and second MOSFET is connected to the anode electrode of the first and second three-terminal thyristor, the cathode side of the photovoltaic element Is connected to the connection point of the first and second current detection resistors.

A light emitting element connected between a pair of input terminals, a photovoltaic element of the light emitted from the light emitting element disposed on the light receiving position capable drain electrode connected to the respective output terminals of a pair First and second MOSFETs, first and second current detection resistors connected in series between the source electrodes of these MOSFETs, an anode electrode connected to the anode side of the photovoltaic element, and a cathode A three-terminal thyristor whose electrode is connected to a connection point of the first and second current detection resistors, and a first diode connected between the gate electrode of the three-terminal thyristor and the source electrode of the first MOSFET A second diode connected between the gate electrode of the three-terminal thyristor and the source electrode of the second MOSFET, and a gate connected between the gate electrode and the cathode electrode of the three-terminal thyristor. A doo-cathode resistor, the gate electrode of the first and second MOSFET is connected to the anode electrode of the first and second three-terminal thyristor, the cathode side of the photovoltaic element the first And a semiconductor switching circuit connected to a connection point of the second current detection resistor.

6. The semiconductor switching circuit according to claim 1, wherein the photovoltaic element is a photodiode array, and a discharge resistor is connected in parallel with the photodiode array.

The photovoltaic device is a photodiode array, and a discharge circuit is connected in parallel with the photodiode array, and the discharge circuit includes a bipolar transistor, a bias resistor, and a diode. 6. The semiconductor switching circuit according to any one of 5 above.

The photovoltaic device is a photodiode array, and a discharge circuit is connected in parallel with the photodiode array, and the discharge circuit includes a junction transistor, a resistor, and a diode array. 6. The semiconductor switching circuit according to any one of 5 above.