(57)【要約】【課題】接点がオンになったときにオン抵抗が変化しない半導体リレーおよびその駆動回路を実現する。【解決手段】第１の発光素子が封入されたパッケージと同じパッケージに、この第１の発光素子と相補的に動作し、同程度に発熱する発熱体を封入するようにした。半導体リレーがオンオフを繰り返してもパッケージの温度が一定になり、従ってオン抵抗も一定になる。高速で多数の端子を切り替えて電圧を測定するＩＣテスタに用いると正確に電圧を測定でき、またパッケージの温度が一定になるのを待つ必要がないので、試験時間を短縮できる。【選択図】図１
2010200141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が流れると光を出力する第１の発光素子、この第１の発光素子の出力光を受光する受光素子、およびこの受光素子の出力に基づいてオン、オフが制御されるスイッチング素子がパッケージに封入された半導体リレーにおいて、
前記パッケージに封入され、前記第１の発光素子と相補的に動作し、前記第１の発光素子と同程度に発熱する発熱体と、
を具備したことを特徴とする半導体リレー。
【請求項２】
前記発熱体は、前記第１の発光素子と同程度の特性を有する第２の発光素子であることを特徴とする請求項１記載の半導体リレー。
【請求項３】
前記第２の発光素子は、出力光が外部に漏れないように遮光マスクで覆われていることを特徴とする請求項２記載の半導体リレー。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３いずれかに記載の半導体リレーと、
前記第１の発光素子に電流を流さないときは前記発熱体に電流を流し、前記第１の発光素子に電流を流すときは前記発熱体に電流を流さない駆動回路と、
を具備したことを特徴とする半導体リレーとその駆動回路。
【請求項５】
前記駆動回路は、
リレー駆動信号が入力され、このリレー駆動信号に基づいて前記第１の発光素子に電流を流すドライバと、
前記リレー駆動信号が入力され、入力されたリレー駆動信号を反転した信号を出力すると共に、この反転した信号に基づいて前記発熱体に電流を流すインバータと、
で構成されることを特徴とする請求項４記載の半導体リレーとその駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力がオンになったときにオン抵抗が変化することがない半導体リレーおよびその駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３に半導体リレーおよびその駆動回路の構成を示す。図３において、１０は半導体リレーであり、発光素子１１、受光素子１２、直列接続されたＭＯＳＦＥＴ１３、１４がパッケージ１９に封入されている。発光素子１１は発光ダイオードが用いられ、受光素子１２は複数のフォトダイオードを直列接続したダイオードアレイが用いられる。
【０００３】
１５、１６は入力端子であり、入力端子１５には発光素子１１のアノードが、入力端子１６には発光素子１１のカソードが接続される。１７、１８は出力端子であり、それぞれＭＯＳＦＥＴ１３、１４のドレインが接続される。このＭＯＳＦＥＴ１３、１４のソースは共通接続される。
【０００４】
入力端子１５は正電源ＶＤＤに接続され、入力端子１６は抵抗を介してドライバ２０の出力端子に接続される。このドライバ２０には信号発生器２１からリレー駆動信号Ｖ１が入力される。
【０００５】
このような構成において、ドライバ２０の出力が低レベルになると発光素子１１にＩＬＥＤの電流が流れ、発光する。この光は受光素子１２で受光される。このため、受光素子１２両端に電圧が発生し、ＭＯＳＦＥＴ１３、１４はオンになる。ドライバ２０の出力が高レベルになると発光素子１１には電流が流れない。受光素子１２には光が入射しないので電圧は発生せず、ＭＯＳＦＥＴ１３、１４はオフになる。
【０００６】
このような半導体リレーは可動部が無く、かつ入力と出力が絶縁されるので、電圧や電流の切り替えなどに多用されている。
【０００７】
特許文献１には、簡単な構成で、オン抵抗を増大させることなく端子間容量を低減できる半導体リレーの発明が記載されている。この発明では、逆直列された２つのＭＯＳＦＥＴを２組直列に接続し、これらのＭＯＳＦＥＴを同時にオン、オフさせると共に、これらのＭＯＳＦＥＴの接続点と接地との間に設けられたスイッチを用いて、ＭＯＳＦＥＴがオフした時に電荷を放出するようにした。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７―４６１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図３の半導体リレーは、オン時とオフ時でパッケージの温度が変化するので、ＭＯＳＦＥＴ１３、１４のオン抵抗が時間と共に変化するという課題があった。図４を用いて、このことを説明する。
【００１０】
図４はドライバ２０の入力電圧であるリレー駆動信号Ｖ１、発光素子１１に流れる電流ＩＬＥＤ１、発光素子１１の損失電力Ｐｄ１、パッケージ１９の温度Ｔｊ１、ＭＯＳＦＥＴ１３、１４のオン抵抗Ｒｏｎの変化を表した図である。なお、横軸は時間である。
【００１１】
（Ａ）に示すように時刻ｔ１でリレー駆動信号Ｖ１が低レベルになると、（Ｂ）のように発光素子１１に電流ＩＬＥＤ１が流れる。このため、（Ｃ）に示すように発光素子１１には損失電力Ｐｄ１が発生する。
【００１２】
この損失電力Ｐｄ１のために発光素子１１の温度は上昇し、パッケージ１９を暖める。パッケージ１９は熱容量を持っているので、（Ｄ）に示すようにパッケージ１９の温度Ｔｊ１は徐々に上昇して、時刻ｔ３で一定値に達する。
【００１３】
ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗は０．５％／℃程度の温度係数を持っている。ＭＯＳＦＥＴ１３、１４の温度はパッケージ１９の温度に伴って変化するので、（Ｅ）に示すようにオン抵抗Ｒｏｎも時刻ｔ１から徐々に上昇し、時刻ｔ３で一定値に達する。最近のモールドパッケージは秒単位の熱時定数を有しているので、オン抵抗Ｒｏｎも秒単位の時定数で変化する。
【００１４】
ＩＣテスタは、図３の半導体リレーを用いて多数の端子を高速で切り替えて被測定ＩＣの電圧を測定し、被測定ＩＣの良否を判定する装置である。しかし、半導体リレーのオン抵抗Ｒｏｎが変化するので電圧測定に誤差が発生し、試験に支障が生じるという課題があった。
【００１５】
オン抵抗Ｒｏｎが安定するまで待って電圧を測定すると正確な電圧を測定できるが、試験時間が大幅に増加するという課題もあった。さらに、オン抵抗Ｒｏｎの変化は秒単位と遅いので、キャリブレーションで補正することができないという課題もあった。
【００１６】
本発明の目的は、接点がオンになったときにオン抵抗が変化しない半導体リレーおよびその駆動回路を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
電流が流れると光を出力する第１の発光素子、この第１の発光素子の出力光を受光する受光素子、およびこの受光素子の出力に基づいてオン、オフが制御されるスイッチング素子がパッケージに封入された半導体リレーにおいて、
前記パッケージに封入され、前記第１の発光素子と相補的に動作し、前記第１の発光素子と同程度に発熱する発熱体と、
を具備したものである。パッケージの温度が一定になるので、オン抵抗を一定にすることができる。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記発熱体として、前記第１の発光素子と同程度の特性を有する第２の発光素子を用いたものである。第１の発光素子と同じ電流を流すだけで、発熱を同じにすることができる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、
出力光が外部に漏れないように、前記第２の発光素子を遮光マスクで覆ったものである。第２の発光素子の出力光によって誤動作することがない。
【００２０】
請求項４記載の発明は、
請求項１乃至請求項３いずれかに記載の半導体リレーと、
前記第１の発光素子に電流を流さないときは前記発熱体に電流を流し、前記第１の発光素子に電流を流すときは前記発熱体に電流を流さない駆動回路と、
を具備したものである。パッケージの温度が一定になるので、オン抵抗を一定にすることができる。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、
前記駆動回路を、
リレー駆動信号が入力され、このリレー駆動信号に基づいて前記第１の発光素子に電流を流すドライバと、
前記リレー駆動信号が入力され、入力されたリレー駆動信号を反転した信号を出力すると共に、この反転した信号に基づいて前記発熱体に電流を流すインバータと、
で構成したものである。駆動回路の構成が簡単になる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば以下のような効果がある。
請求項１、２、３、４および５の発明によれば、電流が流れると光を出力する第１の発光素子、この第１の発光素子の出力光を受光する受光素子、およびこの受光素子の出力に基づいてオン、オフが制御されるスイッチング素子がパッケージに封入された半導体リレーにおいて、第１の発光素子と相補的に動作する発熱体を同じパッケージに封入するようにした。
【００２３】
ほぼ同じように発熱する第１の発光素子と発熱体が相補的に動作するので、パッケージ内の発熱量が一定になり、パッケージの温度を一定にすることができる。そのため、スイッチング素子のオン抵抗が一定になるので、半導体リレーのオン抵抗が一定になるという効果がある。
【００２４】
オン抵抗が時間によって変化しないので、半導体リレーがオンになった直後に電圧を測定しても、オン抵抗の影響を補正することができ、高速で正確な測定が可能になるという効果もある。
【００２５】
また、発熱体として第１の発光素子と同じ特性を有する発光素子を用いることにより、駆動電流を同じにするだけで、パッケージの温度を一定にすることができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例を示した構成図である。
【図２】実施例の動作を示す特性図である。
【図３】従来の半導体リレーの構成図である。
【図４】従来例の動作を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る半導体リレーの一実施例を示した構成図である。なお、図３と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００２８】
図１において、３０は半導体リレーであり、発光素子１１、３１、受光素子１２、直列接続されたＭＯＳＦＥＴ１３、１４がパッケージ３５に封入されている。３２は遮光マスクであり、発光素子３１を覆い、その出力光が外部に漏れないようにする。遮光マスク３２は、発光素子３１の出力光が受光素子１２に入射して、半導体リレー３０が誤動作することを防止するために用いられる。発光素子３１は発熱体に相当し、発光素子１１、３１はそれぞれ第１、第２の発光素子に相当する。
【００２９】
発光素子１１のアノードとカソードはそれぞれ入力端子１５、１６に接続される。ＭＯＳＦＥＴ１３、１４のドレインは出力端子１７、１８に接続され、ソースは共通接続される。入力端子１５は正電源１５に接続され、入力端子１６は抵抗を介してドライバ２０の出力端子に接続される。
【００３０】
信号発生器２１の出力信号であるリレー駆動信号Ｖ１が低レベルになるとドライバ２０の出力も低レベルになり、発光素子１１には電流ＩＬＥＤが流れて発光する。この光は受光素子１２で受光される。受光素子１２は光起電力を発生し、この光起電力によってＭＯＳＦＥＴ１３、１４はオンになる。
【００３１】
リレー駆動信号Ｖ１が高レベルになると、ドライバ２０の出力も高レベルになる。発光素子１１には電流が流れず、発光しない。受光素子１２は光起電力を発生しないので、ＭＯＳＦＥＴ１３、１４はオフになる。これらの動作は、図３従来例と同じである。
【００３２】
４０はインバータであり、リレー駆動信号Ｖ１が入力される。インバータ４０は入力されたリレー駆動信号Ｖ１を反転した信号を出力する。ドライバ２０、インバータ４０、信号発生器２１で駆動回路を構成している。
【００３３】
発光素子３１は、発光素子１１と同じ特性を有する素子である。この発光素子３１のアノードは入力端子３３に接続され、カソードは入力端子３４に接続される。入力端子３３は正電源ＶＤＤに接続され、入力端子３４は抵抗４１を介してインバータ４０の出力端子に接続される。なお、発光素子３１は遮光マスク３２で覆われており、その出力光が外部に漏れないようになっている。
【００３４】
次に、図２に基づいてこの実施例の動作を説明する。図２において、（Ａ）はリレー駆動信号Ｖ１、（Ｂ）は発光素子１１に流れる電流ＩＬＥＤ１、（Ｃ）は発光素子１１の損失電力Ｐｄ１、（Ｄ）は発光素子３１に流れる電流ＩＬＥＤ２、（Ｅ）は発光素子３１の損失電力Ｐｄ２、（Ｆ）は発光素子１１、３１の損失電力の合計（Ｐｄ１＋Ｐｄ２）、（Ｇ）はパッケージ３５の温度Ｔｊ２、（Ｈ）は半導体リレー３０のオン抵抗Ｒｏｎの変化を表した特性図である。
【００３５】
リレー駆動信号Ｖ１は時刻ｔ１０で低レベルになり、時刻ｔ１１で高レベルに戻る。ドライバ２０の出力は時刻ｔ１０〜ｔ１１で低レベルになり、その他の時刻では高レベルになる。インバータ４０の出力はドライバ２０の出力とは逆極性であり、時刻ｔ１０〜ｔ１１の間で高レベル、その他の時刻で低ベルになる。
【００３６】
ドライバ２０の出力が低レベルになると発光素子１１に電流ＩＬＥＤ１が流れるので、発光素子１１の損失電力Ｐｄ１は時刻ｔ１０〜ｔ１１で一定の値を取り、他の時刻では０になる。インバータ４０の出力が低レベルになると発光素子３１に電流ＩＬＥＤ２が流れるので、発光素子３１の損失電力Ｐｄ２は時刻ｔ１０〜ｔ１１で０、それ以外で一定値を取る。すなわち、発光素子１１と３１は相補的に動作する。
【００３７】
発光素子１１と３１は同じ特性を有し、かつ同じように駆動されるので、その損失電力はほぼ同じになる。前述したように、発光素子１１に電流が流れるときは発光素子３１に電流は流れず、発光素子１１に電流が流れないときは発光素子３１に電流が流れる。このため、（Ｆ）に示すように、発光素子１１と３１の損失電力を加算した値は一定になる。
【００３８】
発光素子１１と３１はほぼ同じ特性を有しているので、これらの発光素子に同じ電流が流れたときの発熱量もほぼ同じになる。（Ｆ）に示すように発光素子１１と３１の損失電力を加算した値は一定なので、これら発光素子の発熱量の加算値も一定になる。パッケージ３５内の発熱量が時間によって変化しないので、（Ｇ）に示すように、パッケージ３５の温度は、発光素子１１の動作に拘わらず一定になる。
【００３９】
パッケージ３５の温度が一定なので、（Ｈ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１３、１４の温度は発光素子１１の動作に拘わらず一定になる。そのため、これらの合成オン抵抗、すなわち半導体リレー３０のオン抵抗Ｒｏｎは変化しない。
【００４０】
このため、測定のタイミングに拘わらず、オン抵抗Ｒｏｎが測定精度に与える影響は同じになる。オン抵抗Ｒｏｎが一定なので、この誤差は補正することができる。
【００４１】
なお、この実施例では発光素子３１を遮光マスク３２で覆うようにしたが、発光素子３１の出力光が受光素子１２に入射しないような位置に発光素子３１を配置すると、遮光マスク３２を省略することができる。
【００４２】
また、この実施例では発光素子１１と３１として同じ特性を有する発光素子を用いて発熱量を一定にするようにしたが、これに限定されることはない。発光素子１１と３１の特性が異なっている場合は、発光素子３１に流す電流ＩＬＥＤ２を調整して、発熱量が発光素子１１と同じになるようにすればよい。
【００４３】
また、発光素子１１と３１の発熱量を除く特性は本実施例の動作に影響しないので、その特性が異なっていてもよい。また、発光素子１１と３１の特性は完全に同じでなくてもよい。オン抵抗の変化が実用的な範囲に入る程度に同じであればよい。
【００４４】
また、この実施例では発光素子３１を用いたが、その出力光は用いないので、発光素子でなくてもよい。例えば、発熱量が発光素子１１とほぼ同じである発熱体（ヒータ）を用いてもよい。
【００４５】
また、この実施例では出力側の接点としてＭＯＳＦＥＴ１３、１４を用いたが、受光素子１２の出力でオンオフできるスイッチング素子であればよい。出力部の構成もＭＯＳＦＥＴ１３、１４を直列接続する構成でなくてもよく、スイッチング素子を１つあるいは３つ以上使用する構成であってもよい。
【００４６】
さらに、この実施例ではドライバ２０とインバータ４０を用いて発光素子１１と３１に交互に電流を流す駆動回路としたが、他の構成であってもよい。要は、発光素子１１と３１を相補的に動作させる構成であればよい。
【符号の説明】
【００４７】
１１、３１  発光素子
１２  受光素子
１３、１４  ＭＯＳＦＥＴ
１５、１６、３３、３４  入力端子
１７、１８  出力端子
２０  ドライバ
３２  遮光マスク
３５  パッケージ
４０  インバータ
４１  抵抗
Ｒｏｎ  オン抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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