(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動用トライアックと、
前記駆動用トライアックに直列に接続されるノーマリーオンの駆動素子と
を備え、
前記駆動素子は、ノーマリーオンのＭＯＳＦＥＴと前記ＭＯＳＦＥＴを制御する発光素子とを含み、
前記駆動素子は、前記発光素子に接続される温度検出手段をさらに備え、
前記駆動素子は、前記温度検出手段が異常温度を検出した場合に前記発光素子に入力電流が流れることにより、前記ＭＯＳＦＥＴがオフされるように構成されており、
通常のオフ動作時は前記駆動素子をオフさせるタイミングを出力側の電源電圧における０Ｖ付近の位相に同期させることとした光結合素子。
【請求項２】
前記光結合素子は、ソリッドステートリレーである、請求項１に記載の光結合素子。
【請求項３】
前記温度検出手段は、負の温度係数を有する抵抗素子を含む、請求項１に記載の光結合素子。
【請求項４】
前記光結合素子は、
前記駆動用トライアックに対応する更なる発光素子と、
前記発光素子と前記更なる発光素子とに接続される集積回路と
をさらに備え、
前記集積回路は、遅延機能を有する、請求項１に記載の光結合素子。
【請求項５】
前記駆動素子は、複数個である、請求項１に記載の光結合素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソリッドステートリレーなどの光結合素子に関し、特に任意のタイミングでオフの制御ができる光結合素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のソリッドステートリレー９００は、図９に示すように、電気信号を光に変換する発光素子９０１（主にガリウムひ素ＬＥＤや、ガリウムアルミニウムひ素ＬＥＤ）と、光を電気信号に変換する受光素子９０２（主にフォトトライアック）およびその受光素子９０２に接統される駆動用トライアック９０３を組み合わせた構造となっている。
【０００３】
発光素子９０１に入カ電流が印加されると、受光素子９０２が動作し、その受光素子９０２が躯動用トライアック９０３を点弧することにより駆動用トライアック９０３がオン状熊へと移行する。
【０００４】
ソリッドステートリレー９００は一度オンするとその直後に入カ電流をオフさせても、駆動用トライアック９０３に流れている負荷電流が０になるまでオン状態を保ち続ける（ソリッドステートリレーの基本動作）。
【０００５】
ソリッドステートリレー９００を動作させる方法の一つとして、位相制御があるが、この位相制御は入力電流を印加するタイミングにより駆動用トライアック９０３がオンする領域を調節し、負荷電流を制御するものであり、基本的に入力電流の印加タイミング次第で任意の負荷制御が可能である（図１０）。
【０００６】
ここで、図１０（ｂ）に示すように全波オン状態に比べ半分の電力で負荷を動作させる場合を考える。全波オン状態に比べ半分の電力で負荷を動作させるには、入力電流の印加タイミングを負荷電流波形の９０°および２７０°位相に設定してやればよい。
【０００７】
図１１に示すように、この時、負荷電流はピーク値となっているため、負荷の種類によってはオン直後に流れる突入電流がかなり大きくなってしまい、ソリッドステートリレー９００に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００８】
また、位相制御においても、一度、駆動用トライアック９０３がオンするとその直後に入力電流をオフさせても、駆動用トライアック９０３に流れている負荷電流が０になるまでソリッドステートリレー９００はオン状態を保ち続ける。
【０００９】
そのため、図１２に示すように、特に誘導性負荷のように電源電圧に対し負荷電流位相がずれる負荷においては、ソリッドステートリレーのオフ時にソリッドステートリレー９００に急峻な電圧が印加され、転流失敗を引き起こす可能性がある。
【００１０】
このように、位相制御を行なう場合でも、一度駆動用トライアック９０３がオンすると駆動用トライアック９０３に流れている負荷電流が０になるまでオン状態を保ち続けるというソリッドステートリレー９００の特性があるために、入力電流の印加タイミングや負荷の種類によっては上記のような課題が生じる。
【００１１】
また、従来のソリッドステートリレー９００には、周囲温度などが極端に上昇した時に強制的にソリッドステートリレー９００をオフさせる機能がついていない。製品の安全性がますます叫ばれている昨今、異常時にはデバイスをオフさせる機能が付加されていることが望まれる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
先に述べたように、位相制御を行なう場合においても、一度駆動用トライアック９０３がオンすると駆動用トライアック９０３に流れている負荷電流が０になるまでオン状態を保ち続けるというソリッドステートリレー９００の特性があるために、入力電流の印加タイミングや負荷の種類によっては突入電流の増加や転流失敗等の課題が生じる。
【００１３】
本発明の目的は、突入電流の増加や転流失敗を防ぐことができる光結合素子を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、オフタイミングを任意に設定できる光結合素子を提供することにある。
【００１５】
本発明のさらに他の目的は、周囲温度が極端に上昇するなどの異常時には、強制的にオフさせることができる光結合素子を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光結合素子は、駆動用トライアックと、前記駆動用トライアックに直列に接続されるノーマリーオンの駆動素子とを備え、前記駆動素子は、ノーマリーオンのＭＯＳＦＥＴと前記ＭＯＳＦＥＴを制御する発光素子とを含み、前記駆動素子は、前記発光素子に接続される温度検出手段をさらに備え、前記駆動素子は、前記温度検出手段が異常温度を検出した場合に前記発光素子に入力電流が流れることにより、前記ＭＯＳＦＥＴがオフされるように構成されており、通常のオフ動作時は前記駆動素子をオフさせるタイミングを出力側の電源電圧における０Ｖ付近の位相に同期させることにより上記目的が達成される。
前記光結合素子は、ソリッドステートリレーであってもよい。
前記温度検出手段は、負の温度係数を有する抵抗素子を含んでもよい。
前記光結合素子は、前記駆動用トライアックに対応する更なる発光素子と、前記発光素子と前記更なる発光素子とに接続される集積回路とをさらに備え、前記集積回路は、遅延機能を有してもよい。
前記駆動素子は、複数個であってもよい。
【００２５】
本発明のある局面に従えば、ソリッドステートリレーをオンさせる時は、発光ダイオードに入力電流を印加して駆動用トライアックを動作させる。その後、デバイスをオフさせる島は、ノーマリーオンの駆動素子にトリガをかけてオフさせる。これにより、オンタイミングだけでなくオフタイミングについても、任意に設定することが可能になる。
【００２６】
本発明の他の局面に従えば、ソリッドステートリレーをオンさせる時は、受光素子・駆動用トライアック側の発光ダイオードに入力電流を印加して駆動用トライアックを動作させる。その後、任意のタイミングでオフさせる時は、ＭＯＳＦＥＴ側の発光ダイオードに入力電流を印加してノーマリーオンのＭＯＳＦＥＴをオフさせる。これにより、オンタイミングだけでなくオフタイミングについても、任意に設定することが可能になる。
【００２７】
本発明のさらに他の局面に従えば、ソリッドステートリレーをオンさせる時は、発光ダイオードに入力電流を印加して駆動用トライアックを動作させる。その後、任意のタイミングでオフさせる時は、ノーマリーオンのメカリレーにトリガをかけてオフさせる。これにより、オンタイミングだけでなくオフタイミングについても、任意に設定することが可能になる。
【００２８】
本発明のさらに他の局面に従えば、オフ時にソリッドステートリレーに急峻な電圧が印加されるのを防止することができ、その結果、ソリッドステートリレーの転流失敗を防ぐことができる。
【００２９】
本発明のさらに他の局面に従えば、周囲温度が極端に上昇するなどの異常時に、ＭＯＳＦＥＴを制御する発光ダイオードに入力電流が流れるように設定しておけば、ノーマリーオンのＭＯＳＦＥＴがオフし、強制的にデバイスをオフさせることができる。これにより、高温時のデバイスの異常動作を防ぐことができる。
【００３０】
本発明のさらに他の局面に従えば、周囲温度が極端に上昇するなどの異常時に、負の温度係数を持つ抵抗素子の抵抗値が下がり、ノーマリーオンのＭＯＳＦＥＴをオフさせるのに十分な入力電流が流れるようにしておけば、強制的にデバイスをオフさせることができる。これにより、高温時のデバイスの異常動作を防ぐことができる。
【００３１】
本発明のさらに他の局面に従えば、位相制御を行なう際、遅延時間の幅だけ安定してデバイスをオンさせることができ、機器の設計を容易にすることができる。
【００３２】
本発明のさらに他の局面に従えば、駆動用トライアックに直列にノーマリーオンの駆動素子を複数個接続することを特徴とした光結合素子が提案される。
【００３３】
たとえば、図７のように、駆動用トライアックに直列にノーマリーオンの駆動素子を２個接続することを考える。ここで、１個のノーマリーオンの駆動素子をデバイスのオフ制御用、また、残る１個を異常加熱時のデバイス動作の強制遮断用に設定する。このように考えると、任意のタイミングでオン、オフの制御ができる、しかも、デバイスが異常加熱した場合に強制的にオフさせることができるデバイスが考えられる。
【００３４】
以下作用について説明する。
【００３５】
本発明によれば、ソリッドステートリレーなどの光結合素子に関し、任意のタイミングで、オンだけでなくオフの制御もできるデバイスを考えることができる。その結果、位相制御を行なう際、オン，オフのタイミングを調節することにより、ある決まった電力で負荷を動作させる場合でも、突入電流が小さい、かつ、転流失敗を防ぐことのできるオン、オフタイミングを選んで設定することが可能になる。
【００３６】
また、周囲温度が極端に上昇するなどの異常時に、強制的にデバイスをオフさせることができ、これにより、高温時のデバイスの異常動作を防ぐことが可能になる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係るソリッドステートリレー１００を図１に示す。ソリッドステートリレー１００は、発光ダイオード１０１と受光素子（フォトトライアック）１０２と駆動用トライアック１０３と制限抵抗１０４と駆動用トライアック１０３に直列に接続されるノーマリーオンの駆動素子１０５とを備える。
【００３８】
電源電圧に対し９０°近く電流位相がずれた誘導性負荷において、全波オン時に比べ半分の電力で負荷を動作させる場合を考える。
【００３９】
従来のソリッドステートリレー９００で位相制御を行なう場合は図８（ａ）に示すように、電流波形位相の９０°付近のタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３およびｔ４で入力電流を印加し、ソリッドステートリレー９００を動作させる。
【００４０】
この時、負荷電流ＬＩ１はピーク値付近となっているため、突入電流がかなり大きくなってしまいデバイスに悪影響を及ぼすおそれがある。また、オフ時は電源電圧ＤＶ１がピーク値付近となっているため、ソリッドステートリレー９００が（ｄｖ／ｄｔ）ｃ特性により、転流失敗を引き起こすおそれがある。
【００４１】
図８（ｂ）を参照して、本実施の形態によるソリッドステートリレー１００で同様に全波オン時に比べ半分の電力で負荷を動作させる場合を考える。
【００４２】
ここで、電流波形位相が０°付近のタイミングｔ５、ｔ６、ｔ７およびｔ８で駆動用トライアック１０３をオンさせるための入力電流Ｉ５、Ｉ６、ＩおよびＩ８を印加し、９０°付近のタイミングｔ９、ｔ１０、ｔ１１およびｔ１２でノーマリーオンの駆動素子１０５をオフさせるためトリガＴＧ９、ＴＧ１０、ＴＧ１１およびＴＧ１２を入れることとする。
【００４３】
このように設定すれば、オン制御時の負荷電流ＬＩ２の電流位相は０°付近であるため突入電流をおさえることができ、また、オフ制御時は電源電圧ＤＶ２の位相が０°付近となっているため、テバイスに急峻な過電圧がかからず、転流失敗を防ぐことができる。
【００４４】
このように、任意のタイミングでオフの制御ができるソリッドステートリレー１００を考えることにより、安定した負荷動作を得ることが可能となる。
【００４５】
図２は、本実施の形態による、ノーマリーオンの駆動素子をＭＯＳＦＥＴとしたソリッドステートリレー２００の構造を示す。図１を参照して前述した本実施の形態によるソリッドステートリレー１００の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。これらの構成要素に関する説明は省略する。
【００４６】
駆動用トライアック１０３に直列に接続されるノーマリーオンの駆動素子１０５Ａは、発光ダイオード１０１ＡとノーマリーオンのＭＯＳＦＥＴ２０５とを含む。
【００４７】
ソリッドステートリレー２００をオンさせる時は、受光素子１０２・駆動用トライアック１０３側の発光ダイオード１０１に入力電流を印加して駆動用トライアック１０３を動作させる。その後、任意のタイミングでオフさせる時は、ＭＯＳＦＥＴ２０５側の発光ダイオード１０１Ａに入力電流を印加してノーマリーオンのＭＯＳＦＥＴ２０５をオフさせる。
【００４８】
これにより、オンタイミングだけでなくオフタイミングについても、任意に設定することが可能になる。
【００４９】
図３は、本実施の形態による、ノーマリーオンの駆動素子をメカリレーとしたソリッドステートリレー３００の構造を示す。図１を参照して前述した本実施の形態によるソリッドステートリレー１００の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。これらの構成要素に関する説明は省略する。
【００５０】
駆動用トライアック１０３に直列に接続されるノーマリーオンの駆動素子１０５Ｂは、メカリレー３０５を含む。
【００５１】
ソリッドステートリレー３００をオンさせる時は、発光ダイオード１０１に入力電流を印加して駆動用トライアック１０３を動作させる。その後、任意のタイミングでオフさせる時は、ノーマリーオンのメカリレー３０５にトリガをかけてオフさせる。
【００５２】
これにより、オンタイミングだけでなくオフタイミングについても、任意に設定することが可能になる。
【００５３】
図４は、本実施の形態による、ＭＯＳＦＥＴを制御する発光ダイオード側に温度検出回路を設けたソリッドステートリレー４００の構造を示す。図１を参照して前述した本実施の形態によるソリッドステートリレー１００の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。これらの構成要素に関する説明は省略する。
【００５４】
駆動用トライアック１０３に直列に接続されるノーマリーオンの駆動素子１０５Ａは、発光ダイオード１０１ＡとノーマリーオンのＭＯＳＦＥＴ２０５とを含む。発光ダイオード１０１Ａは、ＭＯＳＦＥＴ２０５を制御する。
【００５５】
ソリッドステートリレー４００は、発光ダイオード１０１Ａに接続される温度検出回路４０６をさらに備える。
【００５６】
周囲温度が極端に上昇するなどの異常時に、ＭＯＳＦＥＴ２０５を制御する発光ダイオード１０１Ａに入力電流が流れるように設定しておけば、ノーマリーオンのＭＯＳＦＥＴ２０５がオフし、強制的にソリッドステートリレー４００をオフさせることができる。これにより、高温時のソリッドステートリレー４００の異常動作を防ぐことができる。
【００５７】
図５は、本実施の形態による、発光ダイオードに直列に負の温度係数を持つ抵抗素子を接続したソリッドステートリレー５００の構造を示す。
【００５８】
駆動用トライアック１０３に直列に接続されるノーマリーオンの駆動素子１０５Ａは、発光ダイオード１０１ＡとノーマリーオンのＭＯＳＦＥＴ２０５とを含む。発光ダイオード１０１Ａは、ＭＯＳＦＥＴ２０５を制御する。
【００５９】
ソリッドステートリレー５００は、発光ダイオード１０１Ａに直列に接続される抵抗素子５０７をさらに備える。抵抗素子５０７は、負の温度係数を有する。
【００６０】
周囲温度が極端に上昇するなどの異常時に、負の温度係数を持つ抵抗素子５０７の抵抗値が下がり、ノーマリーオンのＭＯＳＦＥＴ２０５をオフさせるのに十分な入力電流が流れるようにしておけば、強制的にソリッドステートリレー５００をオフさせることができる。これにより、高温時のソリッドステートリレー５００の異常動作を防ぐことができる。
【００６１】
図６は、本実施の形態による、駆動用トライアック側の発光ダイオードとノーマリーオンの駆動素子側の発光ダイオードを遅延機能を持つＩＣを介して接続したソリッドステートリレー６００の構造を示す。
【００６２】
駆動用トライアック１０３に直列に接続されるノーマリーオンの駆動素子１０５Ａは、発光ダイオード１０１ＡとノーマリーオンのＭＯＳＦＥＴ２０５とを含む。発光ダイオード１０１Ａは、ＭＯＳＦＥＴ２０５を制御する。
【００６３】
ソリッドステートリレー６００は、発光ダイオード１０１と発光ダイオード１０１Ａとに接続される集積回路６０８とをさらに備え、集積回路６０８は、遅延機能を有する。
【００６４】
これにより、位相制御を行なう際、集積回路６０８の遅延時間の幅だけ安定してソリッドステートリレー６００をオンさせることができ、機器の設計を容易にすることができる。
【００６５】
図７は、本実施の形態による、駆動用トライアックに直列にノーマリーオンの駆動素子を複数個接続したソリッドステートリレー７００の構造を示す。
【００６６】
ソリッドステートリレー７００は、駆動用トライアック１０３に直列に接続される複数個のノーマリーオンの駆動素子１０５を備える。
【００６７】
たとえば、図７のように、駆動用トライアック１０３に直列にノーマリーオンの駆動素子１０５を２個接続することを考える。ここで、１個のノーマリーオンの駆動素子をデバイスのオフ制御用、また、残る１個を異常加熱時のデバイス動作の強制遮断用に設定する。
【００６８】
このように考えると、任意のタイミングでオン、オフの制御ができる、しかも、ソリッドステートリレー７００が異常加熱した場合に強制的にオフさせることができるデバイスが考えられる。
【００６９】
なお、本実施の形態では、２個の駆動素子１０５を接続する例を挙げて説明したが本発明はこれに限定されない。３個以上の駆動素子１０５が駆動用トライアック１０３に接続されてもよい。
【００７０】
本実施の形態では、ソリッドステートリレーの例を挙げて説明したが本発明はこれに限定されない。本発明は、フォトサイリスタ、フォトトライアックカプラ等の、駆動素子としてサイリスタまたはトライアックを有する光結合素子に対しても適用され得る。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、突入電流の増加や転流失敗を防ぐことができる光結合素子を提供することができる。
【００７２】
また本発明によれば、オフタイミングを任意に設定できる光結合素子を提供することができる。
【００７３】
さらに本発明によれば、周囲温度が極端に上昇するなどの異常時には、強制的にオフさせることができる光結合素子を提供することができる。
【００７４】
即ち、ソリッドステートリレーなどの光結合素子に関し、任意のタイミングでオン時だけでなくオフの制御もできるデバイスを提案することにより、位相制御による負荷動作の際、突入電流の増加や転流失敗を防ぐことができる。また、周囲温度が極端に上昇するなどの異常時にデバイスを強制的にオフさせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態による、駆動用トライアックに直列にノーマリーオンの駆動素子を接続したソリッドステートリレーの構造図。
【図２】本実施の形態による、ノーマリーオンの駆動素子をＭＯＳＦＥＴとしたソリッドステートリレーの構造図。
【図３】本実施の形態による、ノーマリーオンの駆動素子をメカリレーとしたソリッドステートリレーの構造図。
【図４】本実施の形態による、ＭＯＳＦＥＴを制御する発光ダイオード側に温度検出回路を設けたソリッドステートリレーの構造図。
【図５】本実施の形態による、発光ダイオードに直列に負の温度係数を持つ抵抗素子を接続したソリッドステートリレーの構造図。
【図６】本実施の形態による、駆動用トライアック側の発光ダイオードとノーマリーオンの駆動素子側の発光ダイオードを遅延機能を持つＩＣを介して接続したソリッドステートリレーの構造図。
【図７】本実施の形態による、駆動用トライアックに直列にノーマリーオンの駆動素子を複数個接続したソリッドステートリレーの構造図。
【図８】本実施の形態による、位相制御での負荷動作の際、突入電流の増加や転流失敗を防ぐことができる位相制御波形を示すグラフ。
【図９】従来のソリッドステートリレーの構造図。
【図１０】従来のソリッドステートリレーでの位相制御波形を示すグラフ。
【図１１】従来のソリッドステートリレーでの位相制御時の突入電流波形を示すグラフ。
【図１２】従来のソリッドステートリレーでの転流失敗波形を示すグラフ。
【符号の説明】
１００  ソリッドステートリレー
１０１  発光素子
１０２  受光素子
１０３  駆動用トライアック
１０５  駆動素子
【図１】
0003565322.tif 000002
【図２】
0003565322.tif 000003
【図３】
0003565322.tif 000004
【図４】
0003565322.tif 000005
【図５】
0003565322.tif 000006
【図６】
0003565322.tif 000007
【図７】
0003565322.tif 000008
【図８】
0003565322.tif 000009
【図９】
0003565322.tif 000010
【図１０】
0003565322.tif 000011
【図１１】
0003565322.tif 000012
【図１２】
0003565322.tif 000013