(57)【要約】【課題】光結合型ＰＮＰＮスイッチを用いた半導体リレー装置において、光結合型ＰＮＰＮスイッチのターンオン時の光感度を良くすると共に、ターンオフ時のノイズ耐量の低下を防止する。【解決手段】入力信号Ｓ１に応じて光信号Ｌ１を発生するＬＥＤ２ａと、このＬＥＤ２ａの光信号Ｌ１を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光スイッチ３と、この光スイッチ３をオンするための電圧をＰゲートとカソード間に発生させるインピーダンス回路とを備えた半導体リレー装置１ａにおいて、インピーダンス回路を外部磁界の大きさにより抵抗値を変化できる磁気抵抗素子４とし、この磁気抵抗素子４の抵抗値を磁気発生手段５で発生させる磁界により制御し、光スイッチ３のターンオン時の光感度の向上と、ターンオフ時のノイズ耐量の低下の防止を両立させる。【選択図】図１
2006332304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に応じて光信号を発生する発光素子と、この発光素子の光信号を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光結合型ＰＮＰＮスイッチと、この光結合型ＰＮＰＮスイッチをオンするための電圧を前記光結合型ＰＮＰＮスイッチのＰゲートとカソード間に発生させるインピーダンス回路とを備えた半導体リレー装置において、
前記インピーダンス回路は、印加される磁界の大きさにより抵抗値が変化する磁気抵抗素子を備えたことを特徴とする半導体リレー装置。
【請求項２】
前記磁気抵抗素子と磁気的に結合し、該磁気抵抗素子を制御するための磁界を発生する磁気発生手段を備え、
前記磁気発生手段の磁界を発生させる電流の流れる回路と、前記発光素子の光信号を発生させる電流の流れる回路とを直列に接続したことを特徴とする請求項１に記載の半導体リレー装置。
【請求項３】
前記磁気抵抗素子と磁気的に結合し、該磁気抵抗素子を制御するための磁界を発生する磁気発生手段を備え、
前記磁気発生手段は、前記発光素子の光信号を受光して発電する受光素子を有し、この受光素子の発電により磁界を発生することを特徴とする請求項１に記載の半導体リレー装置。
【請求項４】
入力信号に応じて光信号を発生する発光素子と、この発光素子の光信号を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光結合型ＰＮＰＮスイッチと、この光結合型ＰＮＰＮスイッチをオンするための電圧を前記光結合型ＰＮＰＮスイッチのＰゲートとカソード間に発生させるインピーダンス回路とを備えた半導体リレー装置において、
前記インピーダンス回路に並列に、前記光結合型ＰＮＰＮスイッチのＰゲートとカソードにドレインとソースが接続されるディプレッション型のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴを備え、
前記ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴのゲートと前記光結合型ＰＮＰＮスイッチのＮゲート間に、印加される磁界の大きさにより抵抗値が変化する磁気抵抗素子を接続したことを特徴とする半導体リレー装置。
【請求項５】
前記磁気抵抗素子と磁気的に結合し、該磁気抵抗素子を制御するための磁界を発生する磁気発生手段を備え、
前記磁気発生手段における磁界を発生させる電流の流れる回路と、前記発光素子における光信号を発生させる電流の流れる回路とを直列に接続したことを特徴とする請求項４に記載の半導体リレー装置。
【請求項６】
前記磁気抵抗素子と磁気的に結合し、該磁気抵抗素子を制御するための磁界を発生する磁気発生手段とを備え、
前記磁気発生手段は、前記発光素子の光信号を受光して発電する受光素子を有し、この受光素子の発電により磁界を発生することを特徴とする請求項４に記載の半導体リレー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源に接続される負荷のスイッチング等に用いる半導体リレー装置に関するものであり、詳しくは、光信号でスイッチングする光トリガサイリスタを用いた半導体リレー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光トリガサイリスタは、光信号によって直接点弧（トリガ）させる逆阻止型サイリスタであり、わずかな光信号のゲート入力によって、オン、オフを切り替えることができる３端子のスイッチング素子である。この光トリガサイリスタを用いた半導体リレー装置は、光信号を用いることにより、主電力回路と制御回路とを電気的に絶縁でき、ノイズによる誤動作が少なく耐ノイズ性に優れているので、制御システムの簡素化が可能であり、高電圧の交流電源回路等に多く用いられる。
【０００３】
近年、このような半導体リレー装置においては、サイリスタの高耐圧化・大容量化に伴い、入力信号に対して高感度であって、さらに順方向阻止状態におけるアノード・カソード間の印加電圧の変化による誤点弧に対する耐量が大きく、ノイズ等による誤動作が生じないことが望まれている。
【０００４】
従来のこの種の半導体リレー装置の例を図７（ａ）に示す。半導体リレー装置１００は、ＰＮＰＮ４層構造を有する逆阻止３端子光点弧サイリスタの光結合型ＰＮＰＮスイッチ（以下、光スイッチと略す）１０２と、ゲートへの光制御信号を送出する発光ダイオード（ＬＥＤ）１０１とを備えている。この光スイッチ１０２は、図７（ｂ）の等価回路に示すように、ＰＮＰトランジスタとＮＰＮトランジスタで構成される。入力側のＬＥＤ１０１の光を受光すると、光スイッチ１０２は、ＰゲートとＮゲートの間のＰＮ接合で光電流（Ｉｐｎｐ）を発生する。この光電流（Ｉｐｎｐ）によりゲート・カソード間の短絡抵抗（Ｒｇｋ）１０３に電流が流れ、短絡抵抗１０３に端子間電圧（Ｖｇｋ＝Ｉｐｎｐ×Ｒｇｋ）を生じる。この端子間電圧がＮＰＮトランジスタＴｒ２（以下、単にＴｒ２と記す）を動作させるのに十分な大きさの電圧になると、Ｔｒ２がオンし、次に、トランジスタＴｒ１（以下、単にＴｒ１と記す）がオンしてアノードとカソード間が導通（ターンオン）する。即ち、光スイッチ１０２は、順方向阻止状態から順方向導通状態に移行され、光制御のスイッチング動作をする。従って、短絡抵抗１０３の抵抗値が大きければ、導通が早まり光感度は良くなる。
【０００５】
一方、電源投入時などにおいて、光スイッチ１０２におけるＰＮＰＮ素子のアノード・カソード間に立ち上がりの急峻な電圧が掛かった時、光スイッチ１０２には、過渡電流による変位電流が各ＰＮ接合の接合容量に発生する。この変位電流は、不要なノイズ電流であり、短絡抵抗１０３に流れることにより端子間電圧（Ｖｇｋ）を発生させ、光スイッチ１０２を誤動作（ＯＮ状態に）させる。この誤動作を防ぐには、ノイズ等による誤動作に対するｄＶ／ｄｔ耐量（順方向阻止状態におけるアノード・カソード間の印加電圧の変化による誤点弧に対する耐量）を向上させることが必要である。そして、ｄＶ／ｄｔ耐量を向上させるには、短絡抵抗１０３の抵抗値を小さくすることが有効な手段である。しかし、短絡抵抗１０３の抵抗値を小さくすると、逆に光感度を悪くすることになる。
【０００６】
上記のように、従来の光スイッチ１０２を用いた半導体リレー装置１００では、光感度向上とノイズによる誤動作低減とは常に、相反する関係があった。
【０００７】
このような関係を解消するために提案された従来例として、誤点弧光防止回路を備え、光結合型ＰＮＰＮスイッチを形成する半導体層における配線部分において、配線材料に不純物をデポジションする処理を行い、配線部分の抵抗を削減することにより、高感度化を図った半導体リレー装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、この従来例では誤点弧光防止回路用に別途半導体素子を必要とすると共に、光感度を向上するために、配線材料に不純物をデポジションする処理を必要とし、半導体プロセスを複雑化する等の問題があった。
【特許文献１】特開平５−７５１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、光結合型ＰＮＰＮスイッチのゲート・カソード間のインピーダンス回路として、外部磁気の大きさによって抵抗値が変化する磁気抵抗素子を用い、この磁気抵抗素子の抵抗値を磁気発生手段で発生させる外部磁界で制御することにより、光結合型ＰＮＰＮスイッチのターンオン時の光感度の向上と、ターンオフ時のノイズ耐量の低下防止とを両立することのできる半導体リレー装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、入力信号に応じて光信号を発生する発光素子と、この発光素子の光信号を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光結合型ＰＮＰＮスイッチと、この光結合型ＰＮＰＮスイッチをオンするための電圧を前記光結合型ＰＮＰＮスイッチのＰゲートとカソード間に発生させるインピーダンス回路とを備えた半導体リレー装置において、前記インピーダンス回路は、印加される磁気の大きさにより抵抗値が変化する磁気抵抗素子を備えたものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の半導体リレー装置において、前記磁気抵抗素子と磁気的に結合し、該磁気抵抗素子を制御するための磁界を発生する磁気発生手段を備え、前記磁気発生手段の磁界を発生させる電流の流れる回路と、前記発光素子の光信号を発生させる電流の流れる回路とを直列に接続したものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１に記載の半導体リレー装置において、前記磁気抵抗素子と磁気的に結合し、該磁気抵抗素子を制御するための磁界を発生する磁気発生手段を備え、前記磁気発生手段は、前記発光素子の光信号を受光して発電する受光素子を有し、この受光素子の発電により磁界を発生するものである。
【００１３】
請求項４の発明は、入力信号に応じて光信号を発生する発光素子と、この発光素子の光信号を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光結合型ＰＮＰＮスイッチと、この光結合型ＰＮＰＮスイッチをオンするための電圧を前記光結合型ＰＮＰＮスイッチのＰゲートとカソード間に発生させるインピーダンス回路とを備えた半導体リレー装置において、前記インピーダンス回路に並列に、前記光結合型ＰＮＰＮスイッチのＰゲートとカソードにドレインとソースが接続されるディプレッション型のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴを備え、前記ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴのゲートと前記光結合型ＰＮＰＮスイッチのＮゲート間に、印加される磁界の大きさにより抵抗値が変化する磁気抵抗素子を接続したものである。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４に記載の半導体リレー装置において、前記磁気抵抗素子と磁気的に結合し、該磁気抵抗素子を制御するための磁界を発生する磁気発生手段を備え、前記磁気発生手段の磁界を発生させる電流の流れる回路と、前記発光素子の光信号を発生させる電流の流れる回路とを直列に接続したものである。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項４に記載の半導体リレー装置において、前記磁気抵抗素子と磁気的に結合し、該磁気抵抗素子を制御するための磁界を発生する磁気発生手段とを備え、前記磁気発生手段により発生させる磁界と、前記発光素子により発生させる光信号とを同じ電流により発生させるものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、光結合型ＰＮＰＮスイッチ（以下、光スイッチと略す）のＰゲートとカソード間のインピーダンス回路に磁気抵抗素子を備えたことにより、インピーダンス回路のインピーダンス自体を外部磁界で容易に制御できる。これにより、磁気抵抗素子のインピーダンスを光スイッチがオン時には大きく、オフ時には小さくなるように制御することにより、スイッチオン時に光感度を向上すると共に、スイッチオフ時にノイズ耐量の低下を防止することの両立を簡単に実現できる。また、外部からの磁界の制御のみで、他の回路に影響を与えず独立してインピーダンスを制御することができるので、インピーダンスの制御を極めて容易にできる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、磁気発生手段における磁界を発生させる電流と、発光素子における光信号を発生させる電流とを同一にできるので、光信号による光スイッチのオン、オフと連動して、磁界による磁気抵抗素子のインピーダンスを大きく、又は小さくでき、インピーダンス制御のタイミングを同期させることができる。従って、光スイッチのオン時の光感度の向上と、スイッチオフ時のノイズ耐量の低下の防止とを効率よく確実に行うことができる。また、磁気発生手段に電源回路を必要とぜず、発光素子と磁気発生手段を一体化できるので、省電力、省スペース化が図れる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、磁気発生手段の磁界は、光信号を受光する受光素子の発電より発生させるので、光スイッチのオン、オフに同期して、磁気抵抗素子の大きく、又は小さくできるので、光感度の向上と、ノイズ耐量の低下の防止との両立を確実に行うことができる。また、磁気発生手段に電源供給を必要とせず、省電力、省スペース化が図られる。さらに、発光素子と、電磁コイルと、磁気抵抗素子とが光結合又は磁界結合で結ばれ、各々を空間的に分離独立して配置できるので、装置設計の自由度をさらに増すことができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、インピーダンス回路に並列に、ディプレッション型のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（以下、ＭＯＳＦＥＴと略す）を接続し、ＭＯＳＦＥＴのゲートと光スイッチのＮゲート間を磁気抵抗素子で接続したことにより、外部磁界により磁気抵抗素子の抵抗を制御して、ＭＯＳＦＥＴを簡単にオン、オフすることができる。従って、インピーダンス回路の抵抗を大きくしておけば、Ｐゲート・カソード間のインピーダンスの値を正確に大きく変動させることができる。これにより、ノイズ耐量の低下防止と共に、光感度を向上することができる。また、外部磁界により独立して磁気抵抗素子の抵抗を可変できるので、ＭＯＳＦＥＴのオン、オフ制御を容易にできる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、磁気発生手段における磁界を発生する電流と、発光素子における光信号を発生させる電流を同一電流で発生させることができるため、光信号による光スイッチのスイッチングと、磁界によるＭＯＳＦＥＴのスイッチング動作とを同時に連動して行うことができる。従って、光スイッチのオン、オフに同期して、確実にインピーダンスを変動させることができ、光感度の向上とノイズ耐量の低下防止を両立させることができる。また、磁気発生手段に電源回路が不要となると共に、発光素子と磁気発生手段を一体化できるので、省電力、省スペース化が図れる。
【００２１】
請求項６の発明によれば、磁気発生手段の磁界が、光信号を受光する受光素子の発電より発生されるので、光信号による光スイッチのオン、オフと、ＭＯＳＦＥＴのオン、オフ及びＰゲート・カソード間インピーダンスの切り替えを同時に連動させることができる。これにより、光スイッチのオン時の光感度の向上と、スイッチオフ時のノイズ耐量の低下の防止とを確実に行うことができる。また、磁気発生手段への電源供給が不要となり、省電力化、省スペース化が可能となる。さらに、互いに光結合又は磁界結合される発光素子と磁気発生手段と磁気抵抗素子とを空間的に分離して構成でき、装置設計の自由度を増すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体リレー装置について図１を参照して説明する。
【００２３】
半導体リレー装置１ａは、入力信号Ｓ１に応じて光信号Ｌ１を発生する発光ダイオードのＬＥＤ（発光素子）２ａを有する発光部２と、磁気抵抗素子４と、ＬＥＤ２ａの光信号Ｌ１を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光結合型ＰＮＰＮスイッチ（以下、光スイッチと略す）３とで構成される。
【００２４】
光スイッチ３は、ＰＮＰＮ４層構造を有する通常の逆阻止３端子サイリスタにおいて、ゲートへの制御信号を電気信号に代えて、光信号の照射により順方向阻止状態から順方向導通状態に移行するように構成された光点弧型サイリスタである。
【００２５】
この光点弧型サイリスタからなる光スイッチ３は、ＰＮＰトランジスタＴｒ１とＮＰＮトランジスタＴｒ２とを備え、Ｔｒ１のエミッタ側をアノードとし、Ｔｒ１のコレクタとＴｒ２のベースとの交点をＰゲート、Ｔｒ１のベースとＴｒ２のコレクタとの交点をＮゲート、トランジスタＴｒ２のエミッタ側をカソードとして構成される。
【００２６】
この半導体リレー装置１ａは、光スイッチ３のＰゲートとカソード間に短絡接続されるインピーダンス回路としての磁気抵抗素子４と、この磁気抵抗素子４に磁界結合され、磁気抵抗素子４を制御するための磁界を発生する磁気発生手段５とを備えている。入力信号Ｓ１によりＬＥＤ２ａで発生された光信号が光スイッチ３で受光されると、ＰゲートとＮゲートの間のＰＮ接合で光電流（Ｉｐｎｐ）を発生する。この光電流（Ｉｐｎｐ）によりＰゲート・カソード間の短絡抵抗となる磁気抵抗素子４に電流が流れる。そして、この時の磁気抵抗素子４の抵抗をＲｍとすると、端子間電圧（Ｖｍ＝Ｉｐｎｐ×Ｒｍ）を生じる。この端子間電圧がＴＲ２を動作させるのに十分な大きさの電圧になると、Ｔｒ２がオンし、次にＴｒ１がオンしてアノードとカソード間が導通（ターンオン）する。即ち、光スイッチ３は、順方向阻止状態から順方向導通状態に移行され、光制御のスイッチング動作をする。
【００２７】
ここで、Ｐゲート・カソード間のインピーダンスをＺで表す。この半導体リレー装置１ａでは、Ｐゲート・カソード間に接続されるインピーダンス回路は、磁気抵抗素子４の抵抗（Ｒｍ）と同じであり、インピーダンスＺと同じとなる。
【００２８】
磁気抵抗素子４は、印加磁界の大きさによって抵抗値が変化する可変抵抗素子（例えば、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果素子等）から成り、光スイッチ３のＰゲートとカソード間に接続される。この磁気抵抗素子４は、ここでは、印加磁界の増大により抵抗値が増加する特性を持ち、磁気発生手段５に磁界結合され、磁気発生手段５で発生された磁界により抵抗の大きさが制御される。
【００２９】
上記の構成において、発光部２では、入力信号Ｓ１に応じて回路２１を通してＬＥＤ２ａに電流が供給され、光信号が発生される。光スイッチ３は、この発生された光信号Ｌ１を受光してターンオンする。この時、磁気発生手段５において、制御入力信号Ｓ２により磁界を発生させ、この磁界を磁気抵抗素子４に印加して、その抵抗値を増加する。また、光スイッチ３のターンオフ時は、抵抗値を減少する。
【００３０】
このように、磁気抵抗素子４を外部磁界で直接可変できることにより、光スイッチ３のＰゲートとカソード間のインピーダンスＺ自体を、直接、容易に制御できる。従って、スイッチがオン時には、インピーダンスＺを大きくし、オフ時には、インピーダンスＺを小さくすることが容易にでき、、スイッチオン時に光感度を向上すると共に、スイッチオフ時にノイズ耐量の低下を防止することができる。また、磁界の制御だけにより、他の電子回路に影響を与えず独立してインピーダンスＺを制御をすることができるので、Ｐゲート・カソード間のインピーダンスの回路制御を容易に行える。さらに、磁気抵抗素子と磁気発生手段は磁界結合されるので、両者を空間的に分離することができ、回路配置設計の自由度を高めることができる。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体リレー装置について図２を参照して説明する。本実施形態の半導体リレー装置１ｂは、磁気抵抗素子４に磁界結合する電磁コイル５ａを有する磁気発生手段５を備え、磁界を発生させる電磁コイル５ａの電流が流れる回路５１と、光信号Ｌ１を発生させる発光素子２ａの電流が流れる回路２１とを直列に接続した点で前記実施形態と異なる。
【００３２】
半導体リレー装置１ｂは、入力信号Ｓ１に応じて光信号Ｌ１を発生する発光ダイオードのＬＥＤ２ａを有する発光部２と、このＬＥＤ２ａの光信号Ｌ１を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光結合型ＰＮＰＮスイッチ（以下、光スイッチと略す）３と、この光スイッチ３をオンする電圧をＰゲートとカソード間に発生させるためのインピーダンス回路としての磁気抵抗素子４と、ＬＥＤ２ａに直列に接続される電磁コイル５ａを有する磁気発生手段５とにより構成される。この磁気抵抗素子４は、上記第１の実施形態と同じものである。
【００３３】
上記の構成において、発光部２への入力信号Ｓ１に応じてＬＥＤ２ａで発生された光信号Ｌ１が、光スイッチ３で受光されると、光スイッチ３はターンオンする。このとき、同時に、光信号の電流が流れるＬＥＤ２ａと直列に接続された電磁コイル５ａより磁界が発生し、この磁界を磁気抵抗素子４に印加することにより、その抵抗値を大きくすることができる。そして、ＬＥＤ２ａがオフされて電流が切れ、光信号が無くなると、光スイッチ３がターンオフされ、同時に、電磁コイル５ａの磁界が無くなり、磁気抵抗素子４の抵抗値を低下することができる。
【００３４】
ここで、ＬＥＤ２ａと電磁コイル５ａとは直列に接続されているので、光信号Ｌ１の電流と磁界の電流とは同じとなる。従って、光信号Ｌ１による光スイッチ３のオン、オフと、磁界による磁気抵抗素子４の抵抗値の制御とを同期したタイミングで行うことができる。これにより、光スイッチ３がオン時には、インピーダンスＺを大きくして光感度を向上し、スイッチオフ時にはインピーダンスＺを小さくして、ノイズ耐量の低下を防止することができ、両特性の両立を確実に精度良く行うことができる。また、電磁コイル５ａの電源が不要となり、発光部２と電磁コイル５ａとが一体化でき、省電力化、省スペース化が可能となる。
【００３５】
次に、本発明の第３の実施形態に係る半導体リレー装置について図３を参照して説明する。本実施形態の半導体リレー装置１ｃは、電磁コイル５ｂを有する磁気発生手段５に受光素子６を備え、光信号Ｌ２を受光する受光素子６の発電により磁界を発生させる点で前記実施形態と異なっている。
【００３６】
半導体リレー装置１ｃは、入力信号Ｓ１に応じて光信号Ｌ１を発生するＬＥＤ（発光素子）２ａを有する発光部２と、このＬＥＤ２ａの光信号Ｌ１を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光結合型ＰＮＰＮスイッチ（以下、光スイッチと略す）３と、この光スイッチ３をオンする電圧をＰゲートとカソード間に発生させるインピーダンス回路としての磁気抵抗素子４と、ＬＥＤ２ａからの光信号Ｌ２を受光して発電する受光素子６と、この受光素子６からの電流で磁界を発生する電磁コイル５ｂを有する磁気発生手段５とで構成される。この磁気抵抗素子４は、上記第１の実施形態と同じものである。
【００３７】
受光素子６は、ＬＥＤ２ａの光信号Ｌ１と同時に発生された光信号Ｌ２を受光して発電する。この発電電力により電磁コイル５ｂは、磁気抵抗素子４を制御する磁界を発生する。この発生された磁界を磁気抵抗素子４に印加することにより、磁気抵抗素子４の抵抗値を制御することができる。
【００３８】
上記の構成において、発光部２への入力信号Ｓ１に応じてＬＥＤ２ａで発生された光信号Ｌ１が、光スイッチ３で受光されると、光スイッチ３はターンオンする。このとき、同時に、ＬＥＤ２ａにおいて発生された光信号Ｌ２は、受光素子６で受光される。受光素子６は、受光した光信号Ｌ２を電気信号に変換して発電する。この発電された電力を電源として、電磁コイル５ｂより磁界が発生される。この発生された磁界により電磁コイル５ｂと結合される磁気抵抗素子４の抵抗値が増大する。次に、ＬＥＤ２ａがオフされて電流が切れ、光信号Ｌ１及びＬ２が無くなると、光スイッチ３がターンオフされ、同時に、磁界が無くなるので、磁気抵抗素子４の抵抗値を小さくすることができる。
【００３９】
このように、同時発生の光信号Ｌ１、Ｌ２により、光スイッチ３のオン、オフと、磁気抵抗素子４の抵抗値（インピーダンスＺと同じ）の制御のタイミングを同期させることができる。従って、確実に、光スイッチ３がオン時には、磁気抵抗素子４のインピーダンスＺを大きくして光感度を良くし、スイッチオフ時には磁気抵抗素子４のインピーダンスＺを小さくして、ノイズ耐量の低下を防止することができる。また、ＬＥＤ２ａと、ＬＥＤ２ａと光結合する電磁コイル５ｂと、電磁コイル５ｂと磁界結合する磁気抵抗素子４とを空間的に分離して構成できるので、装置設計の自由度を増すことができる。
【００４０】
次に、本発明の第４の実施形態に係る半導体リレー装置について図４を参照して説明する。本実施形態の半導体リレー装置１ｄは、光結合型ＰＮＰＮスイッチ（以下、光スイッチと略す）３のＰゲートとカソード間に抵抗７（インピーダンス回路）を設け、この抵抗７に並列に、ディプレッション型のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（以下、ＭＯＳＦＥＴと略す）８を接続し、さらに、このＭＯＳＦＥＴ８のゲートと光スイッチ３のＮゲート間を磁気抵抗素子９を介して接続した点で前記実施形態と異なる。
【００４１】
半導体リレー装置１ｄは、光スイッチ３と、入力信号Ｓ１に応じて光信号Ｌ１を発生するＬＥＤ（発光素子）２ａを有する発光部２と、インピーダンス回路となる抵抗７と、抵抗７に並列に接続されるＭＯＳＦＥＴ８と、ＭＯＳＦＥＴ８のバイアス抵抗となる磁気抵抗素子９と、この磁気抵抗素子９に磁界結合される磁気発生手段５から構成される。
【００４２】
光スイッチ３は、ＰＮＰトランジスタＴｒ１とＮＰＮトランジスタＴｒ２を備え、Ｔｒ１のエミッタ側をアノードとし、Ｔｒ１のコレクタとＴｒ２のベースとの交点をＰゲート、Ｔｒ１のベースとＴｒ２のコレクタとの交点をＮゲート、トランジスタＴｒ２のエミッタ側をカソードとして構成される。
【００４３】
この光スイッチ３のＰゲート・カソード間には、光スイッチ３をオンする電圧を発生させるための抵抗７と、抵抗７に並列にＭＯＳＦＥＴ８のドレイン、ソースが接続される。同時に、このドレイン、ソースは、光スイッチ３のＰゲートとカソードにそれぞれ接続される。また、ＭＯＳＦＥＴ８のゲートと光スイッチ３のＮゲート間には、ＭＯＳＦＥＴ８のゲートバイアス抵抗となる磁気抵抗素子９が接続される。
【００４４】
この磁気抵抗素子９は、印加磁界の増大により抵抗値が減少する特性を持つ。そして、この磁気抵抗素子９は、制御入力信号Ｓ２で磁界を発生する磁気発生手段５に磁界結合され、この磁界により磁気抵抗素子９の抵抗の大きさが制御される。ここで、光スイッチ３のＰゲートとカソード間のインピーダンスＺは、抵抗７とＭＯＳＦＥＴ８との並列合成のインピーダンスとなる。
【００４５】
上記の構成において、光スイッチ３のターンオン時に、制御入力信号Ｓ２により磁気発生手段５で磁界を発生させ、この磁界により磁気抵抗素子９の抵抗値を小さくする。これにより、ＭＯＳＦＥＴ８のゲート電圧が上昇され、ＭＯＳＦＥＴ８はオフ（オープン）なる。そして、ＭＯＳＦＥＴ８のインピーダンスは急激に高くなり、Ｐゲート・ソース間のインピーダンスＺは抵抗７で決まる。
【００４６】
次に、光スイッチ３がターンオフ時は、磁気発生手段５の磁界を削減することにより、磁気抵抗素子９の抵抗値を増大させる。従って、ＭＯＳＦＥＴ８をオンにさせることができ、Ｐゲート・ソース間のインピーダンスＺは、短絡されて略ゼロの低インピーダンスとなる。これにより、抵抗７の値を大きくしておけば、ＭＯＳＦＥＴ８のオン、オフ時のゲート・ソース間のインピーダンスＺの変化を大きく取ることができる。
【００４７】
このように、光スイッチ３がオンの時には、磁気抵抗素子９の抵抗を小さくし、ＭＯＳＦＥＴ８をオフすることにより、インピーダンスＺを大きくできる。同様に、光スイッチ３がオフの時には、磁気抵抗素子９の抵抗を大きくしてＭＯＳＦＥＴ８をオンし、インピーダンスＺを小さくすることができる。これにより、光スイッチ３がオン時の光感度を良くすると共に、オフ時には、ノイズ耐量の低下を防止することができる。また、ＭＯＳＦＥＴ８のスイッチ動作を独立した磁界の強度で行えるので、ＭＯＳＦＥＴ８の制御を容易に行える。
【００４８】
次に、本発明の第５の実施形態に係る半導体リレー装置について図５を参照して説明する。本実施形態の半導体リレー装置１ｅは、磁気抵抗素子９に磁界結合する電磁コイル５ｃを有する磁気発生手段５を備え、磁界を発生させる電磁コイル５ｃの電流の流れる回路５１と、光信号Ｌ１を発生させる発光素子２ａの電流の流れる回路５１とを直列に接続した点で前記実施形態とことなる。
【００４９】
半導体リレー装置１ｅは、入力信号Ｓ１に応じて光信号Ｌ１を発生するＬＥＤ２ａを有する発光部２と、このＬＥＤ２ａの光信号Ｌ１を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光スイッチ３と、この光スイッチ３をオンする電圧を光スイッチ３のＰゲート・カソード間に発生させるための抵抗７（インピーダンス回路）と、この抵抗７に並列に接続され、光スイッチ３のＰゲートとカソード間に接続されるＭＯＳＦＥＴ８と、このＭＯＳＦＥＴ８のゲートと光スイッチ３のＮゲート間を接続する磁気抵抗素子９と、この磁気抵抗素子９に磁界結合し、ＬＥＤ２ａに流れる電流と同じ電流で磁界を発生する電磁コイル５ｃとから構成される。磁気抵抗素子９は、上記第４の実施形態と同じものである。
【００５０】
この磁気抵抗素子９は、電磁コイル５ｃに磁界結合され、電磁コイル５ｃは、ＬＥＤ２ａに直列に接続されている。これにより、電磁コイル５ｃの磁界を発生する電流とＬＥＤ２ａの光信号を発生する電流とは、同じ電流となり、磁気抵抗素子９の抵抗値は、ＬＥＤ２ａの発光と連動して制御される。
【００５１】
上記の構成において、ＬＥＤ２ａが発光され、光信号Ｌ１が光スイッチ３で受光されて光スイッチ３がターンオンされると、これに同期して電磁コイル５ｃで磁界が発生され、磁気抵抗素子９の抵抗値をが小さくなる。一方、ＬＥＤ２ａの発光が停止され、光スイッチ３がターンオフされると、同時に、磁界も無くなり、磁気抵抗素子９の抵抗値をが大きくなる。これにより、ＬＥＤ２ａが発光に同期して、ＭＯＳＦＥＴ８はオフ、オンされる。
【００５２】
このように、光スイッチ３のスイッチオン、オフに連動して、磁気抵抗素子９の抵抗値を制御してＭＯＳＦＥＴをオフ、オンでき、インピーダンスＺを大きく切り替えることができる。これにより、確実に、スイッチがオン時の光感度を向上させると共に、スイッチオフ時には、ノイズ耐量の低下を防止することができる。また、空間的に離れた位置から磁気抵抗素子９を制御できるのでＭＯＳＦＥＴ８の制御が容易にでき、設計の自由度も増すことができる。
【００５３】
次に、本発明の第６の実施形態に係る半導体リレー装置について図６を参照して説明する。本実施形態の半導体リレー装置１ｆは、電磁コイル５ｄを有する磁気発生手段５にＬＥＤ（発光素子）２ａからの光信号Ｌ２を受けて発電する受光素子６を備え、この受光素子６の発電により磁界を発生させた点で前記実施形態と異なる。
【００５４】
半導体リレー装置１ｆは、入力信号Ｓ１に応じて光信号Ｌ１を発生するＬＥＤ２ａを有する発光部２と、このＬＥＤ２ａの光信号Ｌ１を受けて交流電源をスイッチングする出力用の光スイッチ３と、この光スイッチ３をオンする電圧をＰゲートとカソード間に発生させるための抵抗７（インピーダンス回路）と、この抵抗７に並列に接続され、光スイッチ３のＰゲートとカソードにドレインとソースが接続されるディプレッション型ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（以下、ＭＯＳＦＥＴと略す）８と、このＭＯＳＦＥＴ８のゲートと光スイッチ３のＮゲート間を接続する磁気抵抗素子９と、ＬＥＤ２ａから光信号Ｌ２を受けて発電する受光素子６を有し、この発電により磁界を発生する電磁コイル５ｄを備えた磁気発生手段５とにより構成される。磁気抵抗素子９は、上記第４の実施形態と同じものである。
【００５５】
受光素子６は、ＬＥＤ２ａの光信号Ｌ１と同時に発生された光信号Ｌ２を受光して発電する。この発電電力により電磁コイル５ｄは、磁気抵抗素子９の制御用の磁界を発生する。この発生された磁界は、磁気抵抗素子９に印加され、磁気抵抗素子９の抵抗値を制御する。
【００５６】
上記半導体リレー装置１ｆにおいて、ＬＥＤ２ａで発生された光信号Ｌ１、Ｌ２により、光スイッチ３のオン、オフと、受光素子６の発電のオン、オフと、ＭＯＳＦＥＴ８のオフ、オンを連動させることができる。このＭＯＳＦＥＴ８のオフ、オンにより、光スイッチのＰゲート・ソース間のインピーダンスＺは、大きい抵抗値を持たせた抵抗Ｒから略短絡まで変化させることができる。
【００５７】
これにより、光スイッチ３がターンオンの時に、Ｐゲート・ソース間のインピーダンスＺを高くして光感度を高め、ターンオフの時には、インピーダンスＺを低くして、ノイズ耐量の向上を図ることができる。また、ＬＥＤ２ａを含む発光部２と、電磁コイル５ｄを含む磁気発光手段５と、磁気抵抗素子９とは、光又は磁界で結合されるので、これらを空間的に離れて配置することができ、装置設計の自由度を高めることができる。
【００５８】
以上述べたように、本実施形態に係る半導体リレー装置１ａ乃至１ｆによれば、光スイッチ３のＰゲート・カソード間のインピーダンス回路に磁気抵抗素子４を設けたことにより、インピーダンスＺ自体を外部磁界で容易に制御することができる。これにより、光スイッチ３がオン時には、インピーダンスＺを大きくして光感度を向上でき、オフ時には、インピーダンスＺを小さくしてノイズ耐量の低下を防止でき、両特性を両立させることができる。また、磁界による制御だけで、他の回路に影響を与えず独立してインピーダンスＺを制御することができるので、インピーダンス制御回路設計を容易にできる。さらに、磁気抵抗素子４に磁界結合する磁気発生手段５を空間的に分離して配置できるので、磁気発生手段５の回路配置を含め装置設計の自由度を高めることができる。
【００５９】
また、電磁コイルの磁界を発生する電流と、ＬＥＤの光信号を発生する電流とを同じにすることにより、光信号による光スイッチのスイッチと、磁界による磁気抵抗素子のインピーダンス制御とを連動、同期して行え、制御タイミングの精度が良くなる。これにより、スイッチオン時に光感度を良くすることと、スイッチオフ時にノイズ耐量の低下を防止することを確実に両立させることができる。
【００６０】
また、発光素子と、電磁コイルと、磁気抵抗素子とが光結合又は磁界結合で結ばれるので、各々を空間的に分離独立して配置でき、装置設計の自由度を増すことができる。
【００６１】
また、インピーダンス回路に並列に、ＭＯＳＦＥＴを接続し、ＭＯＳＦＥＴのゲートと光スイッチのＮゲート間にゲートバイアス抵抗として磁気抵抗素子を接続したことにより、磁界制御によりＭＯＳＦＥＴを簡単にオン、オフできる。そして、インピーダンス回路の抵抗値を大きくしておけば、オン、オフ時のＰゲート・ソース間インピーダンスの差を大きくすることができる。これにより、確実に精度良く、スイッチがオン時の光感度を向上すると共に、スイッチオフ時のノイズ耐量の低下を防止することができる。また、空間的に離れた位置から磁気抵抗素子を制御できるのでＭＯＳＦＥＴの制御を容易にでき、装置設計の自由度も増す。
【００６２】
さらに、磁気発生手段の電流を、発光素子の電流源又は、光信号を利用した発電から得ることにより、光信号による光スイッチ動作と同期して、電磁コイルの磁界を発生させ、磁気抵抗素子のインピーダンスを制御することにより、ＭＯＳＦＥＴのオン、オフをそれぞれ連動させることができる。これにより、スイッチオン時に、光感度を良くすると共に、スイッチオフ時には、ノイズ耐量の低下を防止することを確実に行える。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体リレー装置の構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る半導体リレー装置の構成図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る半導体リレー装置の構成図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る半導体リレー装置の構成図。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る半導体リレー装置の構成図。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る半導体リレー装置の構成図。
【図７】（ａ）は従来例の半導体リレー装置の構成図、（ｂ）は（ａ）のＰＮＰＮ層側の等価回路図。
【符号の説明】
【００６４】
１ａ〜１ｆ  半導体リレー装置
２ａ  ＬＥＤ（発光素子）
３  光スイッチ（光結合型ＰＮＰＮスイッチ）
４  磁気抵抗素子（インピーダンス回路）
５  磁気発生手段
５ａ〜５ｄ  電磁コイル（磁気発生手段）
６  受光素子
７  抵抗（インピーダンス回路）
８  ＭＯＳＦＥＴ（ディプレッション型ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ）
９  磁気抵抗素子
Ｌ１  光信号
Ｓ１  入力信号
【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】
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【図７】
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