(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を受信して発光する発光素子と、該発光された光を受光する受光素子とにより構成される光結合素子を用いた駆動回路において、
前記光結合素子の温度係数と反対方向の極性の温度係数を有する電流制限素子を前記発光素子側に、又は、前記光結合素子の温度係数と同方向の極性の温度係数を有する電流制限素子を前記受光素子側に、備え、
前記電流制限素子により使用温度全範囲に亘り、前記発光素子に流す最小駆動電流ＩＦＴのマージン率を略一定とすることを特徴とする光結合素子を用いた駆動回路。
【請求項２】
前記光結合素子はソリッドステートリレーからなり、該ソリッドステートリレーの入力側に直列に正の温度係数を有する前記電流制限素子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光結合素子を用いた駆動回路。
【請求項３】
前記光結合素子はフォトサイリスタカプラからなり、該フォトサイリスタカプラの入力側に直列に負の温度係数を有する前記電流制限素子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光結合素子を用いた駆動回路。
【請求項４】
前記光結合素子はフォトサイリスタカプラからなり、該フォトサイリスタカプラの出力側フォトサイリスタのカソード−ゲート間に挿入するゲート抵抗に正の温度係数を有する前記電流制限素子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光結合素子を用いた駆動回路。
【請求項５】
前記電流制限素子がサーミスタからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光結合素子を用いた駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトカプラやソリッドステートリレーなどの光結合素子を用いた駆動回路に関し、特に、発光素子に流れる電流値を少なくすることができ、デバイスの寿命・信頼性の向上および低電流駆動化による機器の省電力化を図る光結合素子を用いた駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の駆動回路は、図１３に示すように、入力側に、電源５１と、電流制限素子である制限抵抗５２と、制限抵抗５２に直列に接続する電気信号を光に変換する発光素子（おもにガリウムひ素ＬＥＤや、ガリウムアルミニウムひ素ＬＥＤ）５３とを備え、出力側に、光を電気信号に変換する受光素子（おもにフォトトライアック）５４と、その受光素子に接続される駆動用トライアック素子５５とを備える構成である。発光素子５３と受光素子５４とトライアック５５によりソリッドステートリレー５６を構成している。
【０００３】
ソリッドステートリレー５６を動作させる時に発光素子５３に流す電流値については、ソリッドステートリレー５６の最小トリガ電流（ＩＦＴ）の温度特性、発光素子の輝度の経年変化を考慮に入れた上で、出力側素子が十分にオンしうる電流値に設定する必要がある。従来、その電流値については、使用温度の中で最もＩＦＴが大きくなる値をもとに、発光素子５３の輝度の経年変化を加味して電流値を決定し、適切な定数の制限抵抗５２を発光素子５３に直列に接続して、発光素子５３にその電流が流れるように設計していた。その結果、温度特性によりＩＦＴが小さくなる温度（主に高温域）においては、十分すぎる電流を流していることになっていた。
【０００４】
従来の他の駆動回路は、図１４に示すように、入力側に電源６１と、制限抵抗６２と、制限抵抗６２に直列に接続する発光素子６３とを備え、出力側に受光素子であるフォトサイリスタ６４と、ゲートコンデンサ６６と、ゲート抵抗６７とを備える構成である。発光素子６３とフォトサイリスタ６４によりフォトサイリスタカプラ６５を構成している。
【０００５】
フォトサイリスタカプラ６５を動作させる時に発光素子６３に流す電流値については、フォトサイリスタカプラ６５の最小トリガ電流（ＩＦＴ）の温度特性、発光素子の輝度の経年変化を考慮に入れた上で、出力側素子が十分にオンしうる電流値に設定する必要がある。従来、その電流値については、使用温度の中で最もＩＦＴが大きくなる値をもとに、発光素子６３の輝度の経年変化を加味して電流値を決定し、適切なある定数の制限抵抗６２を発光素子６３に直列に接続して、発光素子にその電流が流れるように設計していた。その結果、温度特性によりＩＦＴが小さくなる温度（主に低温域）においては、十分すぎる電流を流していることになっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
いずれの場合にしても、発光素子に流す電流値については、出力側素子がオンするには十分すぎる電流を流していた。しかし、デバイスの寿命，信頼性を考えると、使用温度全範囲においてできるだけ必要最小限な電流値でデバイスを駆動することが望ましい。近年、機器の製品寿命が伸びていること、デバイスに高寿命・高信頼性が求められていること、および省電力化が叫ばれていることなどを考えるとその要望はますます高まってきている。
【０００７】
また、特開平８−１８６２８５号公報において、出願人は、温度係数を有する抵抗素子を素子と直列に接続することにより、素子が加熱した時に抵抗素子の抵抗値が変化し、デバイスをオフさせるという主旨の提案をしている。この場合、抵抗素子により温度に応じて出力側素子に流す電流を制御しているが、過熱保護や突入電流の防止を目的としているので、抵抗素子は主に温度係数の大きい素子（例えば、ある温度以上になると急激に抵抗値が変化する抵抗素子として、Ｂ特性を示す素子）を用いている。例えば、本発明において抵抗温度係数が４．５％／℃を超える抵抗素子を用いると、高温域において、光結合素子がオンしないことが考えられる。このように、使用温度全範囲においてできるだけ必要最小限な電流値でデバイスを駆動することは行われていない。
【０００８】
本発明の目的は、デバイスの発光素子に流す電流値を、使用温度全範囲において、必要最小限な電流値に設定でき、少ない電流値で動作させることにより、従来に比べてデバイスの寿命・信頼性の向上、機器の省エネを計ることを可能にした光結合素子を用いた駆動回路を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入力信号を受信して発光する発光素子と、該発光された光を受光する受光素子とにより構成される光結合素子を用いた駆動回路において、前記光結合素子の温度係数と反対方向の極性の温度係数を有する電流制限素子を前記発光素子側に、又は、前記光結合素子の温度係数と同方向の極性の温度係数を有する電流制限素子を前記受光素子側に、備え、前記電流制限素子により使用温度全範囲に亘り、前記発光素子に流す最小駆動電流ＩＦＴのマージン率を略一定とすることを特徴とする。
【００１０】
前記電流制限素子の温度係数を、前記光結合素子のトリガ電流の温度特性を加味して設定する。
【００１１】
また、本発明は、前記光結合素子がソリッドステートリレーからなり、該ソリッドステートリレーの入力側に直列に正の温度係数を有する前記電流制限素子を設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記光結合素子がフォトサイリスタカプラからなり、該フォトサイリスタカプラの入力側に直列に負の温度係数を有する前記電流制限素子を設けたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記光結合素子がフォトサイリスタカプラからなり、該フォトサイリスタカプラの出力側フォトサイリスタのカソード−ゲート間に挿入するゲート抵抗に正の温度係数を有する前記電流制限素子を設けたことを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記電流制限素子はサーミスタからなることが好ましい。
【００１５】
本発明において、光結合素子の入力側または出力側にゆるやかな温度係数を有する電流制限素子を設けることにより、使用温度に応じて電流制限素子から光結合素子に流れる電流を制御できる。電流制限素子の温度係数は、光結合素子のトリガ電流の温度特性により決定されるので、光結合素子の種類と温度特性により設定される。こうして、デバイスの発光素子に流す電流値を、使用温度全範囲において、必要最小限な電流値になるように前記温度係数を設定し、少ない電流値で動作させることにより、従来に比べてデバイスの寿命・信頼性の向上、機器の省エネを計ることを可能にする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る光結合素子を用いた駆動回路の第１実施形態を示す回路図である。この駆動回路は、入力側に電源１１と、電流制限素子である抵抗素子１２と、抵抗素子１２に直列に接続する発光素子であるＬＥＤ１３とを備え、出力側に受光素子であるフォトトライアック１４と、駆動素子であるトライアック１５とを備える構成である。ＬＥＤ１３とフォトトライアック１４とトライアック１５によりソリッドステートリレー１６を構成している。
【００１８】
このソリッドステートリレー１６を使用した駆動回路において、入力側に配置した抵抗素子１２は、ゆるやかな傾きの正の温度係数を有するものであり、高温時に発光素子に流す電流値を少なくすることができ、ソリッドステートリレーの寿命，信頼性を向上させることができる。
【００１９】
図２は、ソリッドステートリレー１６のＩＦＴの温度特性の一例を示す特性図であり、図３は、抵抗素子１２の温度特性の一例を示す特性図である。ここで図２及び図３において、ソリッドステートリレー１６は周囲温度Ｔａ１〜Ｔａ３の範囲で使用され、Ｔａ１≦Ｔａ２≦Ｔａ３の関係がある。図２に示すＩＦＴの温度特性図から、ソリッドステートリレー１６の最小トリガ電流は、Ｔａ１のとき最大値ＩＦＴ１となり、周囲温度が増加するに従って（Ｔａ２⇒Ｔａ３）、最小トリガ電流（ＩＦＴ２⇒ＩＦＴ３）は減少する。
【００２０】
従来の構成（図１３参照）では、発光素子に流す電流値は使用温度全範囲において、ＩＦＴ１×２（発光素子の輝度の経年変化マージンを含む）と設定する必要があった。本実施形態の駆動回路では、図３に示すように、抵抗素子１２が正の温度係数を有するので、周囲温度が上昇すると抵抗値が増加する。このため、Ｔａ１のときは、抵抗値が小さくなって、抵抗素子１２に直列に接続した発光素子１３にＩＦＴは多く流れる。Ｔａ３のときは、抵抗素子１２の抵抗値が大きくなって、発光素子１３にＩＦＴが少なく流れる。このとき、以下に示す式が成り立つ。
【００２１】
【数１】
0003701171.tif 000002
【００２２】
そのため、例えば、図２〜図３において周囲温度（Ｔａ）がＴａ２の時、発光素子に流れる電流値をＩＦＴ２×２、Ｔａ３の時ＩＦＴ３×２として設定することが可能となる。
こうして、高温になるほど小さな電流値で発光素子を駆動、かつ出力側素子を確実にオンさせることができる。
ソリッドステートリレーの場合、一般的に考えられるトリガ電流の温度特性から、使用温度範囲内において、電流制限素子の抵抗温度特性が０〜４．５％／℃（単位温度あたりの抵抗値が何％変化するかを表す単位）のものを用いると上記の効果が得られる。
【００２３】
＜第２実施形態＞
図４は、本発明に係る光結合素子を用いた駆動回路の第２実施形態を示す回路図である。この駆動回路は、入力側に電源２１と、電流制限素子である抵抗素子２２と、抵抗素子２２に直列に接続する発光素子であるＬＥＤ２３とを備え、出力側に受光素子であるフォトサイリスタ２４と、ゲートコンデンサ２６と、ゲート抵抗２７とを備える構成である。ＬＥＤ２３とフォトサイリスタ２４によりフォトサイリスタカプラを構成している。
【００２４】
このフォトサイリスタカプラ２５を使用した駆動回路において、入力側に直列にゆるやかな傾きの負の温度係数を持つ抵抗素子２２を用いることにより、低温時に発光素子に流す電流値を少なくすることができ、フォトサイリスタカプラの寿命，信頼性を向上させることができる。
【００２５】
図５はフォトサイリスタカプラ２５のＩＦＴの温度特性の一例を示す特性図であり、図６はゆるやかな負の温度係数を持った抵抗素子２２の温度特性の一例を示す特性図である。
従来の構成（図１４参照）では発光素子に流す電流は使用温度全範囲においてＩＦＴ３×２（発光素子の輝度の経年変化マージンを含む）と設定する必要があった。本実施形態による回路構成では、図６に示すように、抵抗素子２２が負の温度係数を有するので、周囲温度が上昇すると抵抗値は減少する。このため、Ｔａ１のときは、抵抗値が大きく、抵抗素子１２に直列に接続した発光素子１３にＩＦＴは少なく流れる。Ｔａ３のときは、抵抗素子１２の抵抗値が小さくなって、発光素子１３にＩＦＴが多く流れる。このとき、以下に示す式が成り立つ。
【００２６】
【数２】
0003701171.tif 000003
【００２７】
こうして、温度によって抵抗素子２２の抵抗値が変化するため、例えば図５〜図６において周囲温度（Ｔａ）がＴａ２の時、発光素子に流れる電流値はＩＦＴ２×２、Ｔａ１の時はＩＦＴ１×２となり、低温になるほど小さな電流値で発光素子を駆動、かつ出力側素子を確実にオンさせることができる。
【００２８】
＜第３実施形態＞
図７は、本発明に係る光結合素子を用いた駆動回路の第３実施形態を示す回路図である。この駆動回路は、入力側に電源３１と、電流制限素子である制限抵抗３２と、抵抗素子３２に直列に接続する発光素子であるＬＥＤ３３とを備え、出力側に受光素子であるフォトサイリスタ３４と、ゲートコンデンサ２６と、ゲート抵抗である抵抗素子３７とを備える構成である。ＬＥＤ３３とフォトサイリスタ３４によりフォトサイリスタカプラ３５を構成している。
【００２９】
このフォトサイリスタカプラ３５を使用した駆動回路に、ゲート抵抗としてゆるやかな傾きの正の温度係数を持つ抵抗素子３７を用いることにより、発光素子３３に流す電流値を少なくすることができ、フォトサイリスタカプラ３５の寿命，信頼性を向上させることができる。
【００３０】
図８はフォトサイリスタカプラ３５のＩＦＴの温度特性の一例を示す特性図であり、図９はゆるやかな正の温度係数を持った抵抗素子３７の温度特性を示す特性図である。ここで、ＲGを抵抗素子３７の抵抗値とする。従来の構成（図１４参照）では、ＲG＝ＲG1（一定）の場合、発光素子に流す電流値は使用温度全範囲においてＩＦＴ３×２（発光素子の輝度の経年変化マージンを含む。）と設定する必要があった。本実施形態による回路構成では、温度によって抵抗素子３７の抵抗値（ＲG ）が変化し、ＲGの値が大きくなるほどＩＦＴは小さくなるため、図８〜図９に示すように、結果的に使用温度全範囲において発光素子に流す電流値をＩＦＴ１×２と設定することができ、少ない電流値で発光素子を駆動、かつ出力側素子を確実にオンさせることができる。
【００３１】
こうして、デバイスの発光素子に流す電流値について、使用温度全範囲において必要最低限な電流値を設定でき、デバイスの寿命・信頼性の向上、機器の省工ネを計ることが可能になる。
【００３２】
＜実施例＞
前記第１実施形態について具体的な実施例を以下に示す。
図１０は、ソリッドステートリレー１６のＩＦＴの温度特性を示す特性図であり、図１１はゆるやかな正の温度係数を持った抵抗素子の温度特性を示す特性図であり、図１２は発光素子に流れる電流値の比較データを示す特性図である。
ここで、ゆるやかな正の温度係数を持った抵抗素子１２の温度特性について、抵抗温度特性はＲ（Ｔａ＝７０℃）／Ｒ（Ｔａ＝２５℃）＝２．３，Ｒ（Ｔａ＝−２０℃）／Ｒ（Ｔａ＝２５℃）＝０．７程度の特性を有するものとする。この温度特性は１以下であるので、抵抗素子１２は正の温度特性を有することがわかる。抵抗温度特性０．７を％／℃で表すと、約０．８％／℃となる。
【００３３】
図１０〜図１２において、従来の構成（図１３参照）では、発光素子に流す電流値は使用温度全範囲において１２×２＝２４ｍＡ（発光素子の輝度の経年変化マージンを含む。）である。本実施例による回路構成では、温度によって抵抗素子１２の抵抗値が変化するため、例えばＴａ＝−２０℃では電流値は２４ｍＡ、Ｔａ＝２５℃においては１６．８ｍＡ、Ｔａ＝７０℃においては７．３ｍＡとなる。高温になるほど小さな電流値で発光素子を駆動、かつ出力側素子を確実にオンさせることができる。また、実際に機器を動かせる場合は周囲温度が高温になることの方が多いため、この効果はさらに高まる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、光結合素子の入力側または出力側にゆるやかな温度係数を有する電流制限素子を設けるので、デバイスの発光素子に流す電流値を、使用温度全範囲において必要最小限な電流値に設定でき、少ない電流値で動作させることにより、従来に比べてデバイスの寿命・信頼性の向上、機器の省電力化を計ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光結合素子を用いた駆動回路の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】ソリッドステートリレーのＩＦＴの温度特性の一例を示す特性図である。
【図３】抵抗素子の温度特性の一例を示す特性図である。
【図４】本発明に係る光結合素子を用いた駆動回路の第２実施形態を示す回路図である。
【図５】フォトサイリスタカプラのＩＦＴの温度特性の一例を示す特性図である。
【図６】ゆるやかな負の温度係数を持った抵抗素子の温度特性の一例を示す特性図である。
【図７】本発明に係る光結合素子を用いた駆動回路の第３実施形態を示す回路図である。
【図８】フォトサイリスタカプラのＩＦＴの温度特性を示す特性図である。
【図９】ゆるやかな正の温度係数を持った抵抗素子の温度特性を示す特性図である。
【図１０】実施例におけるソリッドステートリレーのＩＦＴの温度特性を示す特性図である。
【図１１】実施例におけるゆるやかな正の温度係数を持った抵抗素子の温度特性を示す特性図である。
【図１２】発光素子に流れる電流値の比較データを示す特性図である。
【図１３】従来の光結合素子を用いた駆動回路を示す回路図である。
【図１４】従来の光結合素子を用いた他の駆動回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１１，２１，３１  電源
１２，２２，３２  抵抗素子
１３，２３，３３  ＬＥＤ
１４  フォトトライアック
１５  トライアック
１６  ソリッドステートリレー
２４，３４  フォトサイリスタ
２５，３５  フォトサイリスタカプラ
２６，３６  ゲートコンデンサ
２７，３７  ゲート抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003701171.tif 000009
【図７】
0003701171.tif 000010
【図８】
0003701171.tif 000011
【図９】
0003701171.tif 000012
【図１０】
0003701171.tif 000013
【図１１】
0003701171.tif 000014
【図１２】
0003701171.tif 000015
【図１３】
0003701171.tif 000016
【図１４】
0003701171.tif 000017