(57)【要約】【課題】コストの増大を抑制しつつ一対の出力端子間に印加可能な電圧を上昇させることのできる駆動装置及びそれを用いた半導体装置を提供する。【解決手段】駆動装置１は、発光部２と、受光部３と、切替回路５とを備える。切替回路５は、光起電力に応じてオン／オフを切り替える半導体スイッチ６の接続状態を切り替える。半導体スイッチ６は、メインスイッチ７と、サブスイッチ８とを含む。切替回路５は、サブスイッチ８のゲート（制御端子）をメインスイッチ７のゲートに電気的に接続する第１経路と、サブスイッチ８のゲートをソース（制御端子以外の端子）に電気的に接続する第２経路とを光起電力に応じて切り替える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を光に変換する発光部と、
前記発光部が出力する光に応じて光起電力を発生する受光部と、
前記光起電力に応じてオン／オフを切り替える半導体スイッチの接続状態を切り替える切替回路とを備え、
前記半導体スイッチは、メインスイッチと、前記メインスイッチと直列に電気的に接続されるサブスイッチとを含み、
前記切替回路は、前記サブスイッチの制御端子が前記メインスイッチの制御端子に電気的に接続される第１経路と、前記サブスイッチの制御端子が前記サブスイッチの制御端子以外の端子に電気的に接続される第２経路とを切り替えるように構成され、
前記切替回路は、前記受光部が前記光起電力を発生すると前記第１経路に、前記受光部が前記光起電力を発生しなくなると前記第２経路に切り替えるように構成されることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記切替回路は、半導体素子のみで構成されることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項３】
前記切替回路は、前記発光部が出力する光に応じてオン／オフを切り替えるフォトトランジスタと、前記フォトトランジスタに電気的に接続される抵抗素子とを備え、
前記第２経路は、前記抵抗素子を含み、
前記切替回路は、前記フォトトランジスタがオンに切り替わると前記第１経路に、前記フォトトランジスタがオフに切り替わると前記第２経路に切り替わるように構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の駆動装置。
【請求項４】
前記抵抗素子のインピーダンスは、前記受光部と前記抵抗素子とを通る閉回路において、前記抵抗素子に直列に電気的に接続される他のインピーダンス成分の総和よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の駆動装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の駆動装置と、一対の出力端子間に電気的に接続され、前記光起電力に応じてオン／オフを切り替える半導体スイッチとを備え、
前記半導体スイッチは、メインスイッチと、前記一対の出力端子間において前記メインスイッチと直列に電気的に接続されるサブスイッチとを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記サブスイッチ及び前記切替回路はそれぞれ複数あって、
前記複数のサブスイッチは、前記一対の出力端子間において前記メインスイッチに直列に電気的に接続され、
前記複数の切替回路は、それぞれ前記複数のサブスイッチと１対１に電気的に接続されることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に駆動装置、半導体装置、より詳細には発光部と受光部とが光結合する駆動装置及びそれを用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を受けて駆動する半導体スイッチ回路が知られており、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の従来例は、光起電力ダイオードアレイと、抵抗器と、出力用ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）と、駆動用ＦＥＴ（Field-Effect Transistor）とを備える。駆動用ＦＥＴは、デプレッション型のＪＦＥＴ（Junction FET）である。
【０００３】
この従来例では、入射光が有る場合には、駆動用ＦＥＴが光起電力ダイオードアレイの出力電圧によりオフ状態とされ、出力用ＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間容量が光起電力ダイオードアレイの出力により充電される。これにより、出力用ＭＯＳＦＥＴがオン状態になり、一対の出力端子間が導通する。
【０００４】
入射光が無い場合には、駆動用ＦＥＴのゲート−ソース間に蓄積されていた電荷が抵抗器を介して放電され、駆動用ＦＥＴがオン状態となる。これにより、出力用ＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間容量に蓄えられた電荷が放電して出力用ＭＯＳＦＥＴがオフ状態になり、一対の出力端子間が遮断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１５３９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記従来例のような半導体スイッチ回路（半導体装置）において、一対の出力端子間に印加可能な電圧は、一対の出力端子間に電気的に接続された出力用ＭＯＳＦＥＴ（スイッチ）の耐圧により決定される。したがって、一対の出力端子間に印加可能な電圧を上昇させるためには、一対の出力端子間に複数のスイッチを直列に電気的に接続することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、上記従来例では、複数のスイッチを備える場合、スイッチ毎に光起電力ダイオードアレイを用意する必要があり、コストが増大するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みて為されており、コストの増大を抑制しつつ一対の出力端子間に印加可能な電圧を上昇させることのできる駆動装置及びそれを用いた半導体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】
【０００９】
本発明の駆動装置は、電気信号を光に変換する発光部と、前記発光部が出力する光に応じて光起電力を発生する受光部と、前記光起電力に応じてオン／オフを切り替える半導体スイッチの接続状態を切り替える切替回路とを備え、前記半導体スイッチは、メインスイッチと、前記メインスイッチと直列に電気的に接続されるサブスイッチとを含み、前記切替回路は、前記サブスイッチの制御端子が前記メインスイッチの制御端子に電気的に接続される第１経路と、前記サブスイッチの制御端子が前記サブスイッチの制御端子以外の端子に電気的に接続される第２経路とを切り替えるように構成され、前記切替回路は、前記受光部が前記光起電力を発生すると前記第１経路に、前記受光部が前記光起電力を発生しなくなると前記第２経路に切り替えるように構成されることを特徴とする。
【００１０】
この駆動装置において、前記切替回路は、半導体素子のみで構成されることが好ましい。
【００１１】
この駆動装置において、前記切替回路は、前記発光部が出力する光に応じてオン／オフを切り替えるフォトトランジスタと、前記フォトトランジスタに電気的に接続される抵抗素子とを備え、前記第２経路は、前記抵抗素子を含み、前記切替回路は、前記フォトトランジスタがオンに切り替わると前記第１経路に、前記フォトトランジスタがオフに切り替わると前記第２経路に切り替わるように構成されることが好ましい。
【００１２】
この駆動装置において、前記抵抗素子のインピーダンスは、前記受光部と前記抵抗素子とを通る閉回路において、前記抵抗素子に直列に電気的に接続される他のインピーダンス成分の総和よりも大きいことが好ましい。
【００１３】
本発明の半導体装置は、上記の何れかの駆動装置と、一対の出力端子間に電気的に接続され、前記光起電力に応じてオン／オフを切り替える半導体スイッチとを備え、前記半導体スイッチは、メインスイッチと、前記一対の出力端子間において前記メインスイッチと直列に電気的に接続されるサブスイッチとを含むことを特徴とする。
【００１４】
この半導体装置において、前記サブスイッチ及び前記切替回路はそれぞれ複数あって、前記複数のサブスイッチは、前記一対の出力端子間において前記メインスイッチに直列に電気的に接続され、前記複数の切替回路は、それぞれ前記複数のサブスイッチと１対１に電気的に接続されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、一対の出力端子間に複数のスイッチを直列に電気的に接続して半導体スイッチを構成しても、スイッチ毎に受光部を設ける必要がない。このため、本発明は、コストの増大を抑制しつつ一対の出力端子間に印加可能な電圧を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１に係る駆動装置及び半導体装置を示す概略図である。
【図２】実施形態１に係る駆動装置及び半導体装置の一例を示す回路図である。
【図３】図３Ａは、実施形態１に係る駆動装置及び半導体装置において、第１経路に切り替えられている状態を示す概略図で、図３Ｂは、実施形態１に係る駆動装置及び半導体装置において、第２経路に切り替えられている状態を示す概略図である。
【図４】実施形態１に係る駆動装置及び半導体装置の動作説明図である。
【図５】比較例１に係る駆動装置を示す概略図である。
【図６】比較例２に係る駆動装置を示す概略図である。
【図７】実施形態２に係る駆動装置及び半導体装置の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施形態１）
本発明の実施形態に係る駆動装置１は、図１に示すように、発光部２と、受光部３と、切替回路５とを備える。発光部２は、電気信号を光に変換する。受光部３は、発光部２が出力する光に応じて光起電力を発生する。切替回路５は、光起電力に応じてオン／オフを切り替える半導体スイッチ６の接続状態を切り替える。半導体スイッチ６は、メインスイッチ７と、メインスイッチ７と直列に電気的に接続されるサブスイッチ８とを含む。
【００１８】
切替回路５は、サブスイッチ８のゲート（制御端子）がメインスイッチ７のゲートに電気的に接続される第１経路と、サブスイッチ８のゲートがサブスイッチ８のソース（制御端子以外の端子）に電気的に接続される第２経路とを切り替える。そして、切替回路５は、受光部３が光起電力を発生すると第１経路に、受光部３が光起電力を発生しなくなると第２経路に切り替えるように構成される。
【００１９】
また、本発明の実施形態に係る半導体装置１００は、図１に示すように、駆動装置１と、半導体スイッチ６とを備える。半導体スイッチ６は、一対の出力端子１０３，１０４間に電気的に接続され、光起電力に応じてオン／オフを切り替える。また、半導体スイッチ６は、メインスイッチ７と、一対の出力端子１０３，１０４間においてメインスイッチ７と直列に電気的に接続されるサブスイッチ８とを含む。
【００２０】
以下、本実施形態の駆動装置１及びそれを用いた半導体装置１００について詳細に説明する。但し、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は下記の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【００２１】
本実施形態の半導体装置１００は、例えば半導体リレーであって、メカニカルリレーのような可動接点を持たない無接点リレーである。本実施形態の半導体装置１００は、例えばセキュリティ機器、アミューズメント機器、医療機器や蓄電池システム、ヒータ、ＤＣモータ等の制御など、種々の用途がある。
【００２２】
本実施形態の半導体装置１００は、図１に示すように、駆動装置１と、駆動装置１の出力する駆動信号に応じてオン／オフを切り替える半導体スイッチ６とを備えている。また、本実施形態の半導体装置１００は、一対の入力端子１０１，１０２（第１入力端子１０１、第２入力端子１０２）と、一対の出力端子１０３，１０４（第１出力端子１０３、第２出力端子１０４）とを備えている。また、本実施形態の駆動装置１は、４つの出力点１１〜１４（第１出力点１１、第２出力点１２、第３出力点１３、第４出力点１４）を備えている。
【００２３】
一対の入力端子１０１，１０２には、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）が電気的に接続される。そして、マイコンが出力する電気信号が一対の入力端子１０１，１０２に入力される。また、一対の出力端子１０３，１０４には、負荷と当該負荷に電力を供給する電源が電気的に接続される。そして、一対の出力端子１０３，１０４間が導通しているときは、一対の出力端子１０３，１０４間に電流が流れる。
【００２４】
本実施形態の半導体装置１００では、半導体スイッチ６は、メインスイッチ７と、サブスイッチ８とで構成されている。メインスイッチ７及びサブスイッチ８は、何れもｎチャネルのエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴである。メインスイッチ７のソース（第２端子）は、第１出力点１１及び第２出力端子１０４に電気的に接続されている。また、メインスイッチ７のゲート（制御端子）は、第２出力点１２に電気的に接続されている。サブスイッチ８のドレイン（第１端子）は、第１出力端子１０３に電気的に接続されている。また、サブスイッチ８のゲート（制御端子）は、第４出力点１４に電気的に接続されている。そして、メインスイッチ７のドレイン（第１端子）及びサブスイッチ８のソース（第２端子）は、何れも第３出力点１３に電気的に接続されている。したがって、メインスイッチ７及びサブスイッチ８は、一対の出力端子１０３，１０４間に直列に電気的に接続されている。また、メインスイッチ７及びサブスイッチ８は、何れもゲート（制御端子）への入力に応じてドレイン（第１端子）−ソース（第２端子）間のオン／オフが切り替えられる。
【００２５】
本実施形態の駆動装置１は、図１に示すように、発光部２と、受光部３と、充放電回路４と、切替回路５とを備えている。
【００２６】
発光部２は、一対の入力端子１０１，１０２に電気的に接続され、一対の入力端子１０１，１０２に入力された電気信号を光に変換するように構成されている。本実施形態の駆動装置１では、図２に示すように、発光部２は発光ダイオード２１で構成されている。発光ダイオード２１は、アノードが第１入力端子１０１に、カソードが第２入力端子１０２に電気的に接続されている。したがって、第１入力端子１０１を正極、第２入力端子１０２を負極とする電圧（順方向電圧）を一対の入力端子１０１，１０２間に印加すると、発光ダイオード２１が発光する。なお、発光部２を構成する発光ダイオード２１の数は１つに限定されず、複数の発光ダイオード２１で発光部２を構成してもよい。
【００２７】
受光部３は、発光部２が出力する光を電気信号に変換するように構成されている。本実施形態の駆動装置１では、図２に示すように、受光部３は複数のフォトダイオード３０を電気的に直列に接続してなるフォトダイオードアレイで構成されている。受光部３は、その受光面を発光部２の発光面に対向させる向きに配置されている。具体的には、受光部３は、電気絶縁性及び透光性を有する光結合部材を介して、発光部２と向かい合わせに配置されている。このため、発光部２と受光部３とが互いに光結合するので、発光部２の発光面から出力される光が受光部３の受光面へ入射する。そして、受光部３は、発光部２から出力される光を受けると光起電力を発生する。
【００２８】
フォトダイオードアレイのアノードは、充放電回路４の正極の入力点に電気的に接続されている。また、フォトダイオードアレイのカソードは、充放電回路４の負極の入力点に電気的に接続されている。このため、充放電回路４の正極の入力点には、受光部３が発生する光起電力により光電流が流れ込むことになる。
【００２９】
充放電回路４は、図２に示すように、受光部３の一対の出力点間に電気的に接続された抵抗素子４０で構成されている。充放電回路４は、半導体スイッチ６（ここでは、メインスイッチ７及びサブスイッチ８）のゲート容量を充放電するように構成されている。
【００３０】
以下、充放電回路４の動作について簡単に説明する。受光部３において光起電力が発生すると、充放電回路４の抵抗素子４０の両端電圧が駆動信号として第２出力点１２及び第１出力点１１間に出力される。これにより、メインスイッチ７のゲート−ソース間に正電圧が印加され、メインスイッチ７のゲート容量が充電される。また、この駆動信号は、切替回路５を介して第４出力点１４及び第１出力点１１間にも出力される。これにより、サブスイッチ８のゲート−ソース間にも正電圧が印加され、サブスイッチ８のゲート容量が充電される。
【００３１】
受光部３が光起電力を発生しなくなると、メインスイッチ７のゲートに蓄積された電荷が抵抗素子４０を介して放電される。また、サブスイッチ８のゲートに蓄積された電荷は、切替回路５（本実施形態の駆動装置１では、後述する抵抗素子Ｒ１）を介して放電される。なお、本実施形態の駆動装置１における充放電回路４の構成は一例であって、半導体スイッチ６のゲート容量を充放電できる構成であれば他の構成であってもよい。
【００３２】
切替回路５は、半導体スイッチ６の接続状態を切り替えるように構成されている。切替回路５は、接点Ａ１と、接点Ｂ１と、接点Ｃ１とを有している。接点Ｃ１は、第４出力点１４を介してサブスイッチ８のゲートに電気的に接続されている。接点Ａ１は、第２出力点１２を介してメインスイッチ７のゲートに電気的に接続され、且つ充放電回路４の正極の出力点に電気的に接続されている。接点Ｂ１は、第３出力点１３を介してメインスイッチ７のドレイン及びサブスイッチ８のソースに電気的に接続されている。
【００３３】
切替回路５は、図３Ａ，図３Ｂに示すように、接点Ｃ１と接点Ａ１とを電気的に接続する第１経路と、接点Ｃ１と接点Ｂ１とを電気的に接続する第２経路とを切り替えるように構成されている。言い換えれば、切替回路５は、サブスイッチ８のゲートがメインスイッチ７のゲートに電気的に接続される第１経路と、サブスイッチ８のゲートがサブスイッチ８のソースに電気的に接続される第２経路とを切り替えるように構成されている。ここで、ゲートは「制御端子」であり、ソースは、「制御端子以外の端子」である。そして、切替回路５は、受光部３が光起電力を発生すると第１経路に、受光部３が光起電力を発生しなくなると第２経路に切り替えるように構成されている。
【００３４】
本実施形態の駆動装置１では、図２に示すように、切替回路５は、ＮＰＮ型のフォトトランジスタＰＴ１と、抵抗素子Ｒ１とで構成されている。フォトトランジスタＰＴ１のエミッタは、接点Ｃ１に電気的に接続されている。フォトトランジスタＰＴ１のコレクタは、接点Ａ１に電気的に接続されている。抵抗素子Ｒ１は、その両端のうち第１端が接点Ｃ１に電気的に接続され、第２端が接点Ｂ１に電気的に接続されている。つまり、第２経路は、抵抗素子Ｒ１を含んでいる。
【００３５】
フォトトランジスタＰＴ１は、その受光面を発光部２の発光面に対向させる向きに配置されている。具体的には、フォトトランジスタＰＴ１は、そのベースが発光部２と向かい合わせに配置されている。このため、発光部２とフォトトランジスタＰＴ１のベースとが互いに光結合するので、発光部２の発光面から出力する光がフォトトランジスタＰＴ１のベースへ入射する。
【００３６】
以下、切替回路５の動作について簡単に説明する。受光部３において光起電力が発生するとき、発光部２が出力する光はフォトトランジスタＰＴ１にも入射する。このため、フォトトランジスタＰＴ１は、発光部２が出力する光を受けると、コレクタ−エミッタ間が導通し、オンに切り替わる。これにより、切替回路５は第１経路に切り替わる。受光部３において光起電力が発生しないときは、発光部２が光を出力しなくなる。このため、フォトトランジスタＰＴ１は受光せず、コレクタ−エミッタ間が非導通となり、オフに切り替わる。これにより、切替回路５は、第２経路に切り替わる。
【００３７】
つまり、本実施形態の駆動装置１では、切替回路５は、フォトトランジスタＰＴ１がオンに切り替わると第１経路に、フォトトランジスタＰＴ１がオフに切り替わると第２経路に切り替わるように構成されている。この構成では、切替回路５を構成する素子の数が少なくて済み、小型化を図ることができる。なお、本実施形態の駆動装置１における切替回路５の構成は一例であって、受光部３の発生する光起電力に応じて第１経路と第２経路とを切り替える構成であれば他の構成であってもよい。
【００３８】
以下、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００の動作について図２〜図４を用いて説明する。一対の入力端子１０１，１０２間に発光ダイオード２１の順方向電圧以上の電圧が印加されると、発光部２が発光する。そして、受光部３は、発光部２が出力する光を受けて光起電力を発生する（時刻ｔ１）。受光部３が光起電力を発生すると、時刻ｔ１から少し遅れて充放電回路４から駆動信号が出力される（時刻ｔ２）。また、切替回路５では、発光部２が出力する光を受けてフォトトランジスタＰＴ１がオンに切り替わるので、第２経路（接点Ｃ１−接点Ｂ１）から第１経路（接点Ｃ１−接点Ａ１）に切り替わる（時刻ｔ２）。
【００３９】
そして、充放電回路４から出力される駆動信号を受けて、メインスイッチ７及びサブスイッチ８のゲート容量が充電され、時刻ｔ２から少し遅れてメインスイッチ７及びサブスイッチ８がオンに切り替わる（時刻ｔ３）。つまり、半導体スイッチ６がオンに切り替わり、一対の出力端子１０３，１０４間が導通する。
【００４０】
その後、一対の入力端子１０１，１０２間に電圧が印加されなくなる、或いは発光ダイオード２１の順方向電圧以上の電圧が印加されなくなると、発光部２が光を出力しなくなる。すると、受光部３は光起電力を発生しなくなる（時刻ｔ４）。受光部３が光起電力を発生しなくなると、時刻ｔ４から少し遅れて充放電回路４から駆動信号が出力されなくなる（時刻ｔ５）。また、切替回路５では、発光部２が光を出力しなくなることからフォトトランジスタＰＴ１がオフに切り替わるので、第１経路から第２経路に切り替わる（時刻ｔ５）。
【００４１】
そして、メインスイッチ７及びサブスイッチ８のゲート容量が、それぞれ充放電回路４の抵抗素子４０及び切替回路５の抵抗素子Ｒ１を介して放電され、時刻ｔ５から少し遅れてメインスイッチ７及びサブスイッチ８がオフに切り替わる（時刻ｔ６）。つまり、半導体スイッチ６がオフに切り替わり、一対の出力端子１０３，１０４間が非導通となる。
【００４２】
本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００では、メインスイッチ７の耐圧（ドレイン−ソース間に印加することのできる最大電圧）と、サブスイッチ８の耐圧との和に相当する電圧まで、一対の出力端子１０３，１０４間に印加可能である。
【００４３】
ここで、受光部３と充放電回路４とを半導体スイッチ６を構成するスイッチ（ここでは、メインスイッチ７及びサブスイッチ８）毎に設けた駆動装置２００を、本実施形態の駆動装置１の比較例１として説明する。比較例１の駆動装置２００は、図５に示すように、発光部２と、２つの受光部３と、２つの充放電回路４とを備えている。図５では、発光部２の図示を省略している。なお、以下では、２つの受光部３を第１受光部３１と、第２受光部３２とに区別して説明する。また、以下では、２つの充放電回路４を第１充放電回路４１と、第２充放電回路４２とに区別して説明する。
【００４４】
第１受光部３１は、第１充放電回路４１に電気的に接続されており、発光部２が出力する光を受けて光起電力を発生する。第１充放電回路４１は、メインスイッチ７のゲート容量を充放電するように構成されている。第２受光部３２は、第２充放電回路４２に電気的に接続されており、発光部２が出力する光を受けて光起電力を発生する。第２充放電回路４２は、サブスイッチ８のゲート容量を充放電するように構成されている。
【００４５】
比較例１の駆動装置２００は、本実施形態の駆動装置１と同様に、一対の出力端子１０３，１０４間にメインスイッチ７の耐圧と、サブスイッチ８の耐圧との和に相当する電圧を印加可能な構成である。しかしながら、比較例１の駆動装置２００では、半導体スイッチ６を構成するスイッチ毎に受光部３と充放電回路４とを設ける必要がある。このため、比較例１の駆動装置２００は、例えば１つのチップに製造する場合に、チップが大型化し、コストが増大するという問題がある。
【００４６】
次に、本実施形態の駆動装置１から切替回路５を除いた駆動装置３００を、本実施形態の駆動装置１の比較例２として説明する。比較例２の駆動装置３００は、図６に示すように、切替回路５を有さない点を除いて本実施形態の駆動装置１と同じ構成である。したがって、比較例２の駆動装置３００では、充放電回路４の正極の出力点は、切替回路５を介さずにサブスイッチ８のゲートに電気的に接続されている。なお、図６では、発光部２の図示を省略している。
【００４７】
比較例２の駆動装置３００では、半導体スイッチ６を構成するスイッチ毎に受光部３と充放電回路４とを設ける必要がないため、チップの大型化を回避し、コストの増大も避けることができる。しかしながら、比較例２の駆動装置３００では、一対の出力端子１０３，１０４間が非導通の状態で一対の出力端子１０３，１０４間に電圧が印加されると、次のような問題が生じる。
【００４８】
すなわち、この場合、メインスイッチ７では、ゲート電位とソース電位とが何れも第２出力端子１０４と同電位となるため、メインスイッチ７の耐圧に問題はない。一方、サブスイッチ８では、ソース電位が一対の出力端子１０３，１０４間の印加電圧をメインスイッチ７及びサブスイッチ８で分圧した電圧となり、ゲート電位が第２出力端子１０４と同電位となる。このため、サブスイッチ８において、ゲート電位がソース電位に対して負電位となる。
【００４９】
ここで、サブスイッチ８は、ゲート電位がソース電位に対して負電位になると、電界分布が不均一となることから、ゲート電位とソース電位とが同電位である状態と比較して、耐圧が低下する。つまり、比較例２の駆動装置３００では、半導体スイッチ６を構成するスイッチ毎に受光部３と充放電回路４とを設ける必要はないが、比較例１の駆動装置２００よりも一対の出力端子１０３，１０４間に印加可能な電圧が低下する。
【００５０】
これに対して、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００は、切替回路５を備えることで、上記の問題を解消することが可能である。つまり、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００では、受光部３が光起電力を発生しなくなる（一対の出力端子１０３，１０４間が非導通になる）と、切替回路５が第２経路に切り替えることで、サブスイッチ８のゲートとソースとが電気的に接続される。このため、一対の出力端子１０３，１０４間が非導通の状態において、サブスイッチ８のゲート電位とソース電位とが同電位となり、サブスイッチ８の耐圧が低下しない。
【００５１】
上述のように、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００は、切替回路５を備えることにより、比較例２の駆動装置３００と比べて、一対の出力端子１０３，１０４間に印加可能な電圧を上昇させることができる。また、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００は、一対の出力端子１０３，１０４間に複数のスイッチを直列に電気的に接続して半導体スイッチ６を構成しても、スイッチ毎に受光部３を設ける必要がない。このため、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００は、比較例１の駆動装置２００と比べてコストを低減することができる。つまり、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００は、コストの増大を抑制しつつ一対の出力端子１０３，１０４間に印加可能な電圧を上昇させることができる。
【００５２】
また、本実施形態の駆動装置１において、切替回路５は、半導体素子のみで構成されていてもよい。この構成では、切替回路５を、切替回路５以外の駆動装置１を構成する素子と併せて同一のチップ上に作成することができるので、小型化を図ることができる。なお、切替回路５を半導体素子のみで構成する場合、抵抗素子Ｒ１は拡散抵抗で構成されるのが好ましい。
【００５３】
ここで、受光部３の正極の出力点とフォトトランジスタＰＴ１のコレクタとの間のインピーダンスを‘Ｚ１’〔Ω〕、フォトトランジスタＰＴ１のオン状態におけるコレクタ−エミッタ間のインピーダンスを‘Ｚ２’〔Ω〕とする。また、メインスイッチ７のオン状態におけるドレイン−ソース間のインピーダンスを‘Ｚ３’〔Ω〕、受光部３の負極の出力点とメインスイッチ７のソースとの間のインピーダンスを‘Ｚ４’〔Ω〕とする。
【００５４】
このとき、切替回路５の抵抗素子Ｒ１は、そのインピーダンスを‘Ｚ５’〔Ω〕とすると、‘Ｚ５＞Ｚ１＋Ｚ２＋Ｚ３＋Ｚ４’を満たす素子であることが好ましい。言い換えれば、切替回路５の抵抗素子Ｒ１のインピーダンスは、受光部３と抵抗素子Ｒ１とを通る閉回路において、抵抗素子Ｒ１に直列に電気的に接続される他のインピーダンス成分の総和よりも大きいことが好ましい。受光部３の光起電力により切替回路５の抵抗素子Ｒ１の両端に印加される電圧は、サブスイッチ８のゲート−ソース間電圧となる。したがって、上記のように抵抗素子Ｒ１のインピーダンスを十分に大きくすることで、抵抗素子Ｒ１の両端電圧がサブスイッチ８を駆動するのに十分な大きさとなり、サブスイッチ８のオン抵抗を下げることができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。
【００５５】
なお、上述した発光部２、受光部３の構成は一例に過ぎず、適宜変更可能である。すなわち、発光部２は、例えば有機ＥＬ（Electro-Luminescence）素子など、発光ダイオード以外の発光素子を用いて構成されていてもよい。また、受光部３は、例えば一つのフォトダイオード、フォトトランジスタや太陽電池などを用いて構成されていてもよい。
【００５６】
また、上述した充放電回路４、半導体スイッチ６の回路構成は一例に過ぎず、適宜変更可能である。例えば、半導体スイッチ６のメインスイッチ７及びサブスイッチ８は、エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴを用いた構成に限らず、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等を用いて構成されていてもよい。
【００５７】
なお、本実施形態の駆動装置１と、半導体スイッチ６とが別体である場合は、各出力点１１〜１４は端子である。一方、本実施形態の駆動装置１と半導体スイッチ６とを一体に形成する場合（つまり、半導体装置１００）では、各出力点１１〜１４は端子ではない。
【００５８】
（実施形態２）
実施形態１の駆動装置１及び半導体装置１００では、半導体スイッチ６は、メインスイッチ７と、１つのサブスイッチ８とで構成されているが、複数のサブスイッチ８を備えていてもよい。複数のサブスイッチ８を備えることで、一対の出力端子１０３，１０４間に印加可能な電圧に複数のサブスイッチ８の耐圧を上乗せすることができ、一対の出力端子１０３，１０４間に印加可能な電圧を更に上昇させることができる。
【００５９】
以下、複数（ここでは２つ）のサブスイッチ８と、複数（ここでは２つ）の切替回路５を備えた本発明の実施形態２に係る駆動装置１及び半導体装置１００について図７を用いて説明する。なお、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００において、実施形態１の駆動装置１及び半導体装置１００と共通する構成要素については適宜説明を省略する。また、以下では、２つのサブスイッチ８を第１サブスイッチ８１と、第２サブスイッチ８２とに区別して説明する。更に、以下では、２つの切替回路５を第１切替回路５１と、第２切替回路５２とに区別して説明する。但し、第１サブスイッチ８１は実施形態１のサブスイッチ８と同じであり、第１切替回路５１は実施形態１の切替回路５と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００６０】
本実施形態の駆動装置１は、４つの出力点１１〜１４の他に、更に２つの出力点１５，１６（第５出力点１５、第６出力点１６）を備えている。第２サブスイッチ８２のドレインは、第１出力端子１０３に電気的に接続されている。また、第２サブスイッチ８２のゲートは、第６出力点１６に電気的に接続されている。そして、第１サブスイッチ８１のドレイン及び第２サブスイッチ８２のソースは、何れも第５出力点１５に電気的に接続されている。したがって、メインスイッチ７及び第１サブスイッチ８１、第２サブスイッチ８２は、一対の出力端子１０３，１０４間に直列に電気的に接続されている。
【００６１】
第２切替回路５２は、接点Ａ２と、接点Ｂ２と、接点Ｃ２とを有している。接点Ｃ２は、第６出力点１６を介して第２サブスイッチ８２のゲートに電気的に接続されている。接点Ａ２は、第４出力点１４を介して第１サブスイッチ８１のゲートに電気的に接続され、且つ第１切替回路５１の接点Ｃ１に電気的に接続されている。接点Ｂ２は、第５出力点１５を介して第１サブスイッチ８１のドレイン及び第２サブスイッチ８２のソースに電気的に接続されている。
【００６２】
第２切替回路５２は、接点Ｃ２と接点Ａ２とを電気的に接続する第１経路と、接点Ｃ２と接点Ｂ２とを電気的に接続する第２経路とを切り替えるように構成されている。第１経路は、第２サブスイッチ８２のゲートが第１切替回路５１を介してメインスイッチ７のゲートに電気的に接続される経路である。第２経路は、第２サブスイッチ８２のゲートが第２サブスイッチ８２のソースに電気的に接続される経路である。そして、第２切替回路５２は、受光部３が光起電力を発生すると第１経路に、受光部３が光起電力を発生しなくなると第２経路に切り替えるように構成されている。
【００６３】
本実施形態の駆動装置１では、第２切替回路５２は、ＮＰＮ型のフォトトランジスタＰＴ２と、抵抗素子Ｒ２とで構成されている。フォトトランジスタＰＴ２のエミッタは、接点Ｃ２に電気的に接続されている。フォトトランジスタＰＴ２のコレクタは、接点Ａ２に電気的に接続されている。抵抗素子Ｒ２は、その両端のうち第１端が接点Ｃ２に電気的に接続され、第２端が接点Ｂ２に電気的に接続されている。
【００６４】
以下、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００の動作について簡単に説明する。一対の入力端子１０１，１０２間に発光ダイオード２１の順方向電圧以上の電圧が印加されると、発光部２が発光し、受光部３は光起電力を発生する。このとき、第１切替回路５１では、発光部２が出力する光を受けてフォトトランジスタＰＴ１がオンに切り替わるので、第２経路（接点Ｃ１−接点Ｂ１）から第１経路（接点Ｃ１−接点Ａ１）に切り替わる。同様に、第２切替回路５２では、発光部２が出力する光を受けてフォトトランジスタＰＴ２がオンに切り替わるので、第２経路（接点Ｃ２−接点Ｂ２）から第１経路（接点Ｃ２−接点Ａ２）に切り替わる。
【００６５】
そして、充放電回路４から出力される駆動信号を受けて、メインスイッチ７及び第１サブスイッチ８１、第２サブスイッチ８２のゲート容量が充電され、メインスイッチ７及び第１サブスイッチ８１、第２サブスイッチ８２がオンに切り替わる。つまり、半導体スイッチ６がオンに切り替わり、一対の出力端子１０３，１０４間が導通する。
【００６６】
その後、一対の入力端子１０１，１０２間に電圧が印加されなくなる、或いは発光ダイオード２１の順方向電圧以上の電圧が印加されなくなると、発光部２が光を出力しなくなる。そして、受光部３が光起電力を発生しなくなると、第１切替回路５１及び第２切替回路５２では、発光部２が光を出力しなくなることからフォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ２がオフに切り替わるので、第１経路から第２経路に切り替わる。
【００６７】
そして、メインスイッチ７のゲート容量が、充放電回路４の抵抗素子４０を介して放電され、メインスイッチ７がオフに切り替わる。また、第１サブスイッチ８１及び第２サブスイッチ８２のゲート容量が、それぞれ第１切替回路５１の抵抗素子Ｒ１及び第２切替回路５２の抵抗素子Ｒ２を介して放電され、第１サブスイッチ８１及び第２サブスイッチ８２がオフに切り替わる。つまり、半導体スイッチ６がオフに切り替わり、一対の出力端子１０３，１０４間が非導通となる。
【００６８】
上述のように、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００は、複数のサブスイッチ８（第１サブスイッチ８１、第２サブスイッチ８２）と、複数の切替回路５（第１切替回路５１、第２切替回路５２）とを備えている。また、複数のサブスイッチ８は、一対の出力端子１０３，１０４間においてメインスイッチ７に直列に電気的に接続されている。そして、複数の切替回路５は、それぞれ複数のサブスイッチ８と１対１に電気的に接続されている。したがって、本実施形態の駆動装置１及び半導体装置１００は、コストの増大を抑制しつつ、一対の出力端子１０３，１０４間に印加可能な電圧を複数のサブスイッチ８の耐圧分だけ上昇させることができる。
【００６９】
ここで、フォトトランジスタＰＴ２のオン状態におけるコレクタ−エミッタ間のインピーダンスを‘Ｚ６’〔Ω〕、第１サブスイッチ８１のオン状態におけるドレイン−ソース間のインピーダンスを‘Ｚ７’〔Ω〕とする。このとき、第２切替回路５２の抵抗素子Ｒ２は、そのインピーダンスを‘Ｚ８’〔Ω〕とすると、‘Ｚ８＞Ｚ１＋Ｚ２＋Ｚ３＋Ｚ４＋Ｚ５＋Ｚ６＋Ｚ７’を満たす素子であることが好ましい。言い換えれば、第２切替回路５２の抵抗素子Ｒ２のインピーダンスは、受光部３と抵抗素子Ｒ２とを通る閉回路において、抵抗素子Ｒ２に直列に電気的に接続される他のインピーダンス成分の総和よりも大きいことが好ましい。この構成では、抵抗素子Ｒ２のインピーダンスが十分に大きいために、抵抗素子Ｒ２の両端電圧が第２サブスイッチ８２を駆動するのに十分な大きさとなり、第２サブスイッチ８２のオン抵抗を下げることができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。
【００７０】
なお、本実施形態の駆動装置１と、半導体スイッチ６とが別体である場合は、各出力点１１〜１６は端子である。一方、本実施形態の駆動装置１と半導体スイッチ６とを一体に形成する場合（つまり、半導体装置１００）では、各出力点１１〜１６は端子ではない。
【符号の説明】
【００７１】
１  駆動装置
２  発光部
３  受光部
５  切替回路
６  半導体スイッチ
７  メインスイッチ
８  サブスイッチ
１０３  第１出力端子
１０４  第２出力端子
【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】
2016111514.tif 000007
【図６】
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【図７】
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