(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに逆位相でレベルが交代する入力信号が与えられ互いに逆位相でオン・オフする１対のフォトカプラと、
前記１対のフォトカプラのうちの一方の出力素子を通じて制御入力端子と１つの出力端子との間に駆動信号が与えられ、前記１対のフォトカプラのうちの他方の出力素子を通じて前記制御入力端子と前記１つの出力端子との間が短絡されるスイッチングトランジスタと、
を備えたスイッチング回路であって、
前記１対のフォトカプラの入力回路に設けられ、前記入力信号のレベル交代時の過渡的な変化に時定数を持たせる時定数付与手段、
を具備することを特徴とするスイッチング回路。
【請求項２】
前記スイッチングトランジスタとしてＭＯＳＦＥＴを用いる、
ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング回路。
【請求項３】
前記駆動信号としてキャパシタに充電した光発電素子の電圧を用いる、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスイッチング回路。
【請求項４】
前記時定数付与手段としてキャパシタを用いる、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載のスイッチング回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）回路に関し、特に、スイッチングトランジスタ（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）がフォトカプラ（ｐｈｏｔｏ  ｃｏｕｐｌｅｒ）を介して駆動されるアイソレーションタイプ（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｔｙｐｅ）のスイッチング回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アイソレーションタイプのスイッチング回路は、図３に示すように、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｔｏｒ）等を用いたスイッチングトランジスタ３０を、フォトカプラ４０，５０を介して駆動するようになっている。
【０００３】
フォトカプラ４０，５０の発光ダイオード（ｄｉｏｄｅ）４２，５２には、入力信号が互いに逆な極性で与えられ、これによってフォトトランジスタ（ｐｈｏｔｏ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）４４，５４は、一方がオン（ＯＮ）になるとき他方がオフ（ＯＦＦ）になる関係で動作する。
【０００４】
フォトトランジスタ４４がオンになることにより、スイッチングトランジスタ３０のゲート・ソース（ｇａｔｅ  ｓｏｕｒｃｅ）間に、キャパシタ７０に充電された直流電源８０の電圧が印加される。直流電源８０としては、アイソレーションが容易な点で太陽電池等の光発電素子が用いられる。スイッチングトランジスタ３０は、ゲート・ソース間に電圧が印加されとたきオンとなる。フォトトランジスタ５４がオンになることにより、スイッチングトランジスタ３０のゲート・ソース間が短絡されてゲート・ソース間の電荷が放電される。
【０００５】
スイッチングトランジスタ３０は、ゲート・ソース間に電圧が印加されとたきオンとなり、ゲート・ソース間が短絡されたときオフとなる。すなわち、スイッチングトランジスタ３０はフォトカプラ４０，５０の入力信号に対応してオン・オフする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなスイッチング回路では、フォトトランジスタ４４，５４のオン動作とオフ動作の速度の相違により、オン・オフが交代する時期にフォトトランジスタ４４，５４が同時にオンとなる瞬間がある。これを図４に示したタイムチャート（ｔｉｍｅ  ｃｈａｒｔ）によって詳しく説明すれば、同図の（ａ）に示すように、入力信号源側から見た抵抗６２，６４の上流の２点１，４間に矩形波電圧Ｖ１４が印加されたとき、抵抗６２，６４の下流の２点２，３間の電圧Ｖ２３は、抵抗６２，６４における電圧降下により振幅が減少した矩形波電圧Ｖ２３となる。この矩形波電圧Ｖ２３が発光ダイオード４２，５２の両端に印加される。
【０００７】
このような矩形波電圧Ｖ２３に対応した発光ダイオード４２，５２の点滅により、フォトトランジスタ４４，５４が（ｂ）に示すようにオン・オフする。フォトトランジスタ４４，５４の動作はオンになる方がオフになるよりも応答が早く、ｔＯＮ＜ｔＯＦＦとなる。このためｔＯＦＦ−ｔＯＮだけ両フォトトランジスタが同時にオンになる期間が生じる。この期間の長さは１０〜３０μｓ程度である。
【０００８】
フォトトランジスタ４４，５４が同時にオンとなると、それによってキャパシタ７０の両端が短絡され電荷が放電される。このためキャパシタ７０の両端電圧が（ｃ）に示すように急速に低下する。キャパシタ７０の両端電圧は、短絡から解放された後に直流電源８０からの充電に伴って次第に回復するが、太陽電池等で構成した直流電源８０の出力電流は１〜５０μＡ程度と微弱なので、スイッチングトランジスタ３０をオンにする電圧ＶＧＳまで回復するのに、放電時間よりはるかに長い時間がかかる。この時間は０．１〜１０ｍｓ程度である。
【０００９】
その間スイッチングトランジスタ３０はオンになることができないので、（ｄ）に示すように、スイッチングトランジスタ３０がオンになるまでｔＦＥＴＯＮの遅れが生じる。このため、スイッチングトランジスタ３０のオン継続時間が、破線で示した本来のオン継続時間よりも短くなり、このため、スイッチングの能率が低下する。特に、オン・オフの周期が短いほど能率の低下が著しく、場合によっては動作不能になる。
【００１０】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、アイソレーションタイプの高能率のスイッチング回路を実現することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決する第１の発明は、互いに逆位相でレベルが交代する入力信号が与えられ互いに逆位相でオン・オフする１対のフォトカプラと、前記１対のフォトカプラのうちの一方の出力素子を通じて制御入力端子と１つの出力端子との間に駆動信号が与えられ、前記１対のフォトカプラのうちの他方の出力素子を通じて前記制御入力端子と前記１つの出力端子との間が短絡されるスイッチングトランジスタとを備えたスイッチング回路であって、前記１対のフォトカプラの入力回路に設けられ、前記入力信号のレベル交代時の過渡的な変化に時定数を持たせる時定数付与手段を具備することを特徴とするスイッチング回路である。
【００１２】
（２）上記の課題を解決する第２の発明は、前記スイッチングトランジスタとしてＭＯＳＦＥＴを用いることを特徴とする(１）に記載のスイッチング回路である。
【００１３】
（３）上記の課題を解決する第３の発明は、前記駆動信号としてキャパシタに充電した光発電素子の電圧を用いることを特徴とする(１）または(２）に記載のスイッチング回路である。
【００１４】
（４）上記の課題を解決する第４の発明は、前記時定数付与手段としてキャパシタを用いることを特徴とする(１）ないし(３）のうちのいずれか１つに記載のスイッチング回路である。
【００１５】
（作用）
本発明では、時定数付与手段によりフォトカプラの入力信号のレベル交代時の過渡的な変化に時定数を持たせ、フォトカプラの出力素子がオンになる時間を遅らせる。これによって、２つの出力素子が同時にオンになる期間を無くす。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１に、スイッチング回路の電気的接続図を示す。本回路は本発明のスイッチング回路の実施の形態の一例である。図１に示すように、本回路は、図３に示した回路と大部分が共通する構成を有する。実質的な相違点は、フォトカプラの入力信号供給ライン（ｌｉｎｅ）の間にキャパシタ９００を接続した点である。
【００１７】
本回路は、例えばＭＯＳＦＥＴ等を用いたスイッチングトランジスタ３００を、フォトカプラ４００，５００を介して駆動する構成になっている。スイッチングトランジスタ３００は、本発明におけるスイッチングトランジスタの実施の形態の一例である。フォトカプラ４００，５００は、本発明におけるフォトカプラの実施の形態の一例である。フォトカプラ４００，５００の発光ダイオード４２０，５２０には、入力信号が互いに逆な極性で与えられ、これによってフォトトランジスタ４４０，５４０は、一方がオンになるとき他方がオフになる関係で動作する。フォトトランジスタ４４０，５４０は、本発明における出力素子の実施の形態の一例である。
【００１８】
フォトトランジスタ４４０がオンになることにより、スイッチングトランジスタ３００のゲート・ソース間に、キャパシタ７００に充電された直流電源８００の電圧が印加される。直流電源８００としては例えば太陽電池等の光発電素子が用いられる。フォトトランジスタ５４０がオンになることにより、スイッチングトランジスタ３００のゲート・ソース間が短絡されてゲート・ソース間の電荷が放電される。
【００１９】
スイッチングトランジスタ３００は、ゲート・ソース間に電圧が印加されとたきオンとなり、ゲート・ソース間が短絡されたときオフとなる。すなわち、スイッチングトランジスタ３００はフォトカプラ４００，５００の入力信号に対応してオン・オフする。
【００２０】
図２に、本回路の動作のタイムチャートを示す。同図の（ａ）ように、入力信号源側から見た抵抗６２０，６４０の上流の２点１，４間に矩形波電圧Ｖ１４が印加される。このとき、抵抗６２０，６４０の下流の２点２，３間の電圧Ｖ２３は、抵抗６２０，６４０における電圧降下分だけ減少した振幅と、抵抗６２０，６４０とキャパシタ９００によって定まる立ち上がり時定数を持つ台形波状の電圧Ｖ２３となる。この台形波状の電圧Ｖ２３が発光ダイオード４２０，５２０の両端に印加される。抵抗６２０，６４０およびキャパシタ９００からなる回路は、本発明における時定数付与手段の実施の形態の一例である。
【００２１】
このような台形波状の電圧Ｖ２３に対応した発光ダイオード４２０，５２０の点滅により、フォトトランジスタ４４０，５４０が（ｂ）に示すようにオン・オフする。ここで、発光ダイオード４２０，５２０は、台形波状の電圧Ｖ２３が発光電圧Ｖ４２０，Ｖ５２０以上になったとき発光するので、台形波状の電圧Ｖ２３の立ち上がりおよび立ち下がりの時定数に基づく発光遅れ時間ｔＯＮ（ＬＥＤ）および消光遅れ時間ｔＯＦＦ（ＬＥＤ）が生じる。
【００２２】
台形波状の電圧Ｖ２３の立ち上がりおよび立ち下がりの時定数は、発光遅れ時間ｔＯＮ（ＬＥＤ）が消光遅れ時間ｔＯＦＦ（ＬＥＤ）とフォトトランジスタ４４０，５４０のオフ遅れ時間ｔＯＦＦの和よりも大きくなるように設定されており、このため、フォトトランジスタ４４０，５４０が同時にオンになることがない。
【００２３】
したがって、キャパシタ７００が短絡される期間が発生せず、その電荷が放電されることがない。このため、スイッチングトランジスタ３００は、（ｃ）に示すように、フォトトランジスタ４４０がオンになると同時にオンとなり、また、フォトトランジスタ５４０がオンになると同時にオフとなる。このようにして、スイッチングトランジスタ３００のオン期間が短くなることを防止することができ、能率の良いスイッチングを行うことができる。
【００２４】
以上、スイッチングトランジスタとしてＭＯＳＦＥＴを用いた例について説明したが、ＭＯＳＦＥＴに限らず例えば接合型ＦＥＴやバイポーラトランジスタ（ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等、種々のタイプのトランジスタを用いて良い。また、スイッチングトランジスタの駆動信号のエネルギー源としては太陽電池等の光発電素子に限らず、通常のバッテリ（ｂａｔｔｅｒｙ）を用いて良いのはいうまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、アイソレーションタイプの高能率のスイッチング回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例のスイッチング回路の電気的接続図である。
【図２】図１に示したスイッチング回路の動作のタイムチャートである。
【図３】従来のスイッチング回路の電気的接続図である。
【図４】図３に示したスイッチング回路の動作のタイムチャートである。
【符号の説明】
３００  スイッチングトランジスタ
４００，５００  フォトカプラ
４２０，５２０  発光ダイオード
４４０，５４０  フォトトランジスタ
６２０，６４０  抵抗
７００  キャパシタ
８００  電池
９００  キャパシタ
【図１】
0004012646.tif 000002
【図２】
0004012646.tif 000003
【図３】
0004012646.tif 000004
【図４】
0004012646.tif 000005