(57)【要約】【課題】発光素子の応答性を上げることが可能な光結合装置回路及び光結合装置を提供する。【解決手段】スピードアップ回路１４をなす並列に接続されたコンデンサ１２及び抵抗１３を介して入力された駆動信号によって発光制御される発光素子１７と、スピードアップ回路３４をなす並列に接続されたコンデンサ３２及び抵抗３３を介して入力されたこの駆動信号と逆相の信号により制御される発光素子３７と、発光素子１７、３７とそれぞれ絶縁され、発光素子１７、３７の発光信号に応動し、互いに直列接続されたフォトトランジスタ２１、４１とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に接続された第１のコンデンサ及び第１の抵抗を介して入力された駆動信号によって発光制御される第１の発光素子と、
並列に接続された第２のコンデンサ及び第２の抵抗を介して入力された前記駆動信号と逆相の信号により制御される第２の発光素子と、
前記第１及び第２の発光素子とそれぞれ絶縁され、前記発光素子の発光信号に応動し、互いに直列接続された第１及び第２の受光素子と、
を備えていることを特徴とする光結合装置回路。
【請求項２】
前記第１のコンデンサと第１の発光素子との間にカソードが接続され、アノードが接地された第１のダイオード、及び、前記第２のコンデンサと第２の発光素子との間にカソードが接続され、アノードが接地された第２のダイオードが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光結合装置回路。
【請求項３】
第１の発光素子と第１の受光素子とを絶縁し、光結合する第１の光結合部と、
第２の発光素子と第２の受光素子とを絶縁し、光結合する第２の光結合部と、
互いに並列に接続され、前記第１の発光素子と接続された第１のコンデンサ及び第１の抵抗、並びに、互いに並列に接続され、前記第２の発光素子と接続された第２のコンデンサ及び第２の抵抗を有するスピードアップ回路部と、
前記第１の光結合部と前記第２の光結合部とを光学的に分離し、前記第１の光結合部、前記第２の光結合部、及び前記スピードアップ回路部を一体的に封止した封止樹脂と、
を備えていることを特徴とする光結合装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の光結合部は、前記第１及び第２の発光素子の発光波長に実質的に透明な絶縁性の樹脂を介してそれぞれ光結合されていることを特徴とする請求項３に記載の光結合装置。
【請求項５】
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記スピードアップ回路部は、第１の導電板上に固定され、前記第１の受光素子及び前記第２の受光素子は、第２の導電板上に固定され、前記第１の導電板と前記第２の導電板とは、絶縁され、対向配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の光結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光結合装置回路及び光結合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電圧の異なる回路相互の結合素子、あるいは高耐圧のスイッチング素子として、光結合装置（フォトカプラ）の用途が広がっている。光結合装置は、入力側回路の電気信号を発光ダイオード等の発光素子で光信号に変換し、この光信号を対向配置したフォトトランジスタ等の受光素子で再び電気信号に変換して、出力側回路に伝達するものである。そして、発光・受光両素子を電気的に絶縁して１つのパッケージに組み込むので、双方の電極回路間の絶縁が高く、また、スイッチング速度が速い上、機械的な消耗がない利点を有している。
【０００３】
用途の広がりに伴い、より速いスイッチング速度が求められている。そこで、例えば、デジタル信号によって発光制御される第１の発光素子と、この信号と逆相の信号により制御される第２の発光素子と、これらの発光素子と対向配置され、それぞれ対向する発光素子の発光信号に応動する第１及び第２の受光素子とを備え、これらの第１及び第２の受光素子は直列接続され、一方の導通時に他方が負荷抵抗として働くようにした光結合装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
開示された光結合装置では、出力側回路の時定数を小さくできるので、より速いスイッチング速度が達成できる場合があると考えられる。しかしながら、開示された光結合装置では、入力側回路のスイッチング速度は考慮されておらず、発光素子のスイッチング速度に及ぼす影響が大きい場合の高速化は残された問題となっている。
【特許文献１】実開昭５７−１９１０６３号公報（第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、発光素子の応答性を上げることが可能な光結合装置回路及び光結合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】
【０００６】
本発明の一態様の光結合装置回路は、並列に接続された第１のコンデンサ及び第１の抵抗を介して入力された駆動信号によって発光制御される第１の発光素子と、並列に接続された第２のコンデンサ及び第２の抵抗を介して入力された前記駆動信号と逆相の信号により制御される第２の発光素子と、前記第１及び第２の発光素子とそれぞれ絶縁され、前記発光素子の発光信号に応動し、互いに直列接続された第１及び第２の受光素子とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の別態様の光結合装置は、第１の発光素子と第１の受光素子とを絶縁し、光結合する第１の光結合部と、第２の発光素子と第２の受光素子とを絶縁し、光結合する第２の光結合部と、互いに並列に接続され、前記第１の発光素子と接続された第１のコンデンサ及び第１の抵抗、並びに、互いに並列に接続され、前記第２の発光素子と接続された第２のコンデンサ及び第２の抵抗を有するスピードアップ回路部と、前記第１の光結合部と前記第２の光結合部とを光学的に分離し、前記第１の光結合部、前記第２の光結合部、及び前記スピードアップ回路部を一体的に封止した封止樹脂とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発光素子の応答性を上げることが可能な光結合装置回路及び光結合装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。以下に示す図では、同一の構成要素には同一の符号を付す。
【実施例１】
【００１０】
本発明の実施例１に係る光結合装置回路について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は光結合装置回路の回路構成を模式的に示す図である。図２は光結合装置回路の入出力電圧・電流等を模式的に示すタイミングチャートである。
【００１１】
図１に示すように、光結合装置回路１は、並列に接続された第１のコンデンサであるコンデンサ１２及び第１の抵抗である抵抗１３を介して入力された駆動信号によって発光制御される第１の発光素子である発光素子１７と、並列に接続された第２のコンデンサであるコンデンサ３２及び第２の抵抗である抵抗３３を介して入力された前述の駆動信号と逆相の信号により制御される第２の発光素子である発光素子３７と、発光素子１７、３７とそれぞれ絶縁され、発光素子１７、３７の発光信号に応動し、互いに直列接続された第１及び第２の受光素子であるフォトトランジスタ２１、４１とを備えている。
【００１２】
光結合装置回路１の入力側回路５は２系統からなる。入力側回路５の１系統は、並列に接続されたコンデンサ１２及び抵抗１３の一端が、抵抗１１を介して、入力端子１０と接続され、他端がダイオード１５のカソード及び発光素子１７のアノードと接続され、ダイオード１５のアノード及び発光素子１７のカソードが接地ＧＮＤ１に接続されている。入力側回路５の他の１系統は、並列に接続されたコンデンサ３２及び抵抗３３の一端が、抵抗３１を介して、入力端子３０と接続され、他端がダイオード３５のカソード及び発光素子３７のアノードと接続され、ダイオード３５のアノード及び発光素子３７のカソードが接地ＧＮＤ１に接続されている。
【００１３】
光結合装置回路１の出力側回路７は、フォトトランジスタ２１のコレクタが抵抗２３を介して電源端子２５と接続され、フォトトランジスタ２１のエミッタが、フォトトランジスタ４１のコレクタ及び出力端子２７と接続され、フォトトランジスタ４１のエミッタが、接地ＧＮＤ２に接続されている。
【００１４】
光結合装置回路１の入力側回路５と出力側回路７とは、電気的に分離、すなわち、絶縁されている。そして、入力側回路５の接地ＧＮＤ１と出力側回路７の接地ＧＮＤ２とは、互いに分離されることが好適である。
【００１５】
並列に接続されたコンデンサ１２及び抵抗１３は、スピードアップ回路１４を構成している。同様に、並列に接続されたコンデンサ３２及び抵抗３３は、スピードアップ回路３４を構成している。ダイオード１５、３５は、それぞれ、発光素子１７、３７の保護回路である。
【００１６】
発光素子１７及びフォトトランジスタ２１は、光結合部２９を形成している。同様に、発光素子３７及びフォトトランジスタ４１は、光結合部４９を形成している。光結合部２９と光結合部４９とは、発光素子１７、３７の発光波長に対して、互いに影響を及ぼさないように光学的に分離される。
【００１７】
次に、光結合装置回路１の動作について説明する。図２（ａ）に示すように、矩形波からなる駆動信号が入力端子１０に入力され、抵抗１１で振幅の調整が行われ、スピードアップ回路１４に印加される。なお、入力端子３０には、相補的な駆動信号が入力される。
【００１８】
図２（ｂ）に示すように、スピードアップ回路１４からは、駆動信号の立ち上がり時に上に凸の過渡的な電流と矩形波の電流とが合成された波形の出力電流が出力される。上に凸の過渡的な電流は、駆動信号の急激な電圧変化（ＬレベルからＨレベルへの変化）時に、電流がコンデンサ１２を発光素子１７の方向に流れることにより形成される。また、印加される電圧が一定となると、電流がコンデンサ１２を流れることはなくなり、電流は抵抗１３を流れ、一定となる。
【００１９】
一方、スピードアップ回路１４からは、駆動信号の立ち下がり時に下に凸の過渡的な電流と矩形波の電流とが合成された波形の出力電流が出力される。下に凸の過渡的な電流は、駆動信号の急激な電圧変化（ＨレベルからＬレベルへの変化）時に、電流がコンデンサ１２を発光素子１７の方向から流れることにより形成される。なお、ダイオード１５は、コンデンサ１２からの放電経路を確保し、発光素子１７を保護する。
【００２０】
その結果、図２（ｃ）に示すように、立ち下がり時、フォトトランジスタ１７の出力波形（実線）は、コンデンサ１２が接続されない比較例（破線）の場合に比べて急速に下降し、Δｔ１（定常値の１０％位置）だけ立ち下がり時間が短縮される。一方、抵抗１３の抵抗値を、フォトトランジスタ１７がオン状態となる最低限の電流値まで下げるように設定することにより、立ち上がり時、フォトトランジスタ１７の出力波形（実線）は、抵抗１３を調整していない比較例（破線）の場合に比べて早く立ち上がり始め、急速に上昇し、Δｔ２（定常値の９０％位置）だけ立ち上がり時間が短縮される。
【００２１】
矩形波からなる逆相の駆動信号が入力端子３０に入力される場合は、図示を省略するが、上述の正相の駆動信号が入力端子１０に入力される駆動信号（図２（ａ）参照）が逆になった場合に相当し、入力される駆動信号のＨレベルとＬレベルを置き換えた、相補的な信号となる。スピードアップ回路３４からの出力信号は、スピードアップ回路１４からの出力信号（図２（ｂ）参照）の逆になる。以下、駆動信号は逆相の違いはあるものの、上述と同様に変化した駆動信号が出力され、発光素子３７を駆動する。
【００２２】
なお、図２（ｃ）に示すように、フォトトランジスタ２１のコレクタとエミッタとの間の電圧（Ｖｃｅ）波形は、発光素子１７の発光／非発光の信号に対応したオン／オフ状態を表わす。フォトトランジスタ２１がオフからオンに変化すると、Ｖｃｅは急激にエミッタと接続された電源電圧から０Ｖに変化する。Ｖｃｅ波形は、入力された駆動信号に対して逆相の信号となる。
【００２３】
図２（ｄ）に示すように、フォトトランジスタ４１のコレクタとエミッタとの間の電圧（Ｖｃｅ）波形は、発光素子３７の発光／非発光の信号に対応したオン／オフ状態を表わす。フォトトランジスタ４１がオフからオンに変化すると、Ｖｃｅは急激にエミッタと接続された電源電圧から接地ＧＮＤ２に変化する。Ｖｃｅ波形は、駆動信号に対して逆相の信号となる。
【００２４】
フォトトランジスタは、オンになる方がオフになるよりも応答が速いことが知られている。フォトトランジスタがオフする時間は、主に、下降時間と蓄積時間からなり、しかも、蓄積された電荷を引き抜くための時間の割合は大きい。負荷抵抗に依存するが、例えば、オンになる時間ｔｏｎに対して、オフになる時間ｔｏｆｆは数倍乃至数１０倍となる。ｔｏｎとｔｏｆｆとの時間差は、フォトトランジスタ２１とフォトトランジスタ４１とが同時にオンする時間（図のｔｃｏｎ）に当たり、この間に、電源端子２５と接地ＧＮＤ２とが短絡され、蓄積された電荷が放電される（貫通電流が流れる）。つまり、図２（ｃ）、（ｄ）には、蓄積された電荷の放電に要していた時間が短縮された後のｔｏｆｆが図示されている。
【００２５】
上述したように、光結合装置回路１は、スピードアップ回路１４をなす並列に接続されたコンデンサ１２及び抵抗１３を介して入力された駆動信号によって発光制御される発光素子１７と、スピードアップ回路３４をなす並列に接続されたコンデンサ３２及び抵抗３３を介して入力されたこの駆動信号と逆相の信号により制御される発光素子３７と、発光素子１７、３７とそれぞれ絶縁され、発光素子１７、３７の発光信号に応動し、互いに直列接続されたフォトトランジスタ２１、４１とを備えている。
【００２６】
その結果、光結合装置回路１は、入力側回路５において、立ち上がり及び立ち下がり時、発光素子１７、３７が有する寄生容量への充電及び寄生容量からの放電を急速に実行することができ、入力された駆動信号に対する発光素子１７、３７の応答性を上げることが可能となる。そして、出力側回路７において、発光素子１７、３７の発光による信号を受けて、直列に接続されたフォトトランジスタ２１、４１は、蓄積された電荷の放電に要していた時間が短縮されて、オフする時の時間が短縮され、応答性が上げられた出力信号を出力可能である。つまり、光結合装置回路１は、入力された駆動信号に対して、応答性の高い出力信号を出力可能である。
【実施例２】
【００２７】
本発明の実施例２に係る光結合装置について、図３を参照しながら説明する。図３は光結合装置の構成を模式的に示す図で、図３（ａ）は入力側回路を収めた構造体の平面図、図３（ｂ）は出力側回路を収めた構造体の平面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿った部分、及び図３（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った部分に対応する断面図である。実施例１の光結合装置回路１を、半導体チップ等として具体的に作製し、１つのパッケージに収納した光結合装置である。なお、実施例１と同一の構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００２８】
図３に示すように、光結合装置３は、発光素子１７とフォトトランジスタ２１とを絶縁し、光結合する第１の光結合部である光結合部６３と、発光素子３７とフォトトランジスタ４１とを絶縁し、光結合する第２の光結合部である光結合部６４と、互いに並列に接続され、発光素子１７と接続された第１のコンデンサ及び第１の抵抗、並びに、互いに並列に接続され、発光素子３７と接続された第２のコンデンサ及び第２の抵抗を有するスピードアップ回路部５１と、光結合部６３と光結合部６４とを光学的に分離し、光結合部６３、光結合部６４、及びスピードアップ回路部５１を一体的に封止する封止樹脂である不透明樹脂６６とを備えている。ここで、図１に示すように、第１のコンデンサ及び第１の抵抗、並びに、第２のコンデンサ及び第２の抵抗は、それぞれ、コンデンサ１２及び抵抗１３、並びに、コンデンサ３２及び抵抗３３に対応する。
【００２９】
光結合装置３は、図３（ａ）に示すように、入力側回路５等を収めた構造体と、図３（ｂ）に示すように、出力側回路７等を収めた構造体とに分離される。例えば、図の左側に３本のリード５３を延在させた入力側回路５等を収めた入力側構造体６と、図の右側に３本のリード５５を延在させた出力側回路７等を収めた出力側構造体８とが形成され、図３（ｃ）に示すように、両構造体の一部が、平面図的には重なって、下上に分離配置され、絶縁性の不透明樹脂６６により固定されている。リード５３、５５は、例えば、不透明樹脂６６の外側で下方に伸びて、ＤＩＰ（Dual In-line Package）構造をなしている。
【００３０】
図３（ｃ）に示すように、入力側回路５の発光素子３７と出力側回路７のフォトトランジスタ４１とは、不透明樹脂６６の内部にあって、図の下上にそれぞれの表面を対向させて、発光波長に対して実質透明で絶縁性の透明樹脂６２を介して光結合された光結合部６４を形成している。同様に、入力側回路５の発光素子１７と出力側回路７のフォトトランジスタ２１とは、不透明樹脂６６の内部にあって、図の下上にそれぞれの表面を対向させて、透明樹脂６１を介して光結合された光結合部６３を形成している。
【００３１】
図３（ａ）に示すように、入力側構造体６は、例えば、３本の内の中央のリード５３に連接された導電板であるベッド部５４の中央に半導体チップに形成されたスピードアップ回路部５１、ベッド部５４の両端側に発光素子１７、３７がそれぞれ固定され、発光素子１７、３７、スピードアップ回路部５１、及びリード５３間が、Ａｕ等からなるワイヤ５７を介して接続されている。
【００３２】
図３（ｂ）に示すように、出力側構造体８は、例えば、３本の内の中央のリード５５に連接された内部リードであるベッド部５６の両端側に、発光素子１７、３７と対向するように、それぞれ、フォトトランジスタ２１、４１が固定され、フォトトランジスタ２１、４１、及びリード５５間が、ワイヤ５７を介して接続されている。
【００３３】
上述したように、光結合装置３は、１チップ構成のスピードアップ回路部５１と、発光素子１７、３７、及びフォトトランジスタ２１、４１がそれぞれ絶縁され、光結合された光結合部６３、６４とを、６ピン（６本のリード）のＤＩＰ内に有している。
【００３４】
その結果、光結合装置３は、実施例１の光結合装置回路１が有する効果を同様に有している。その上、光結合装置３は、スピードアップ回路部５１を備えていない場合に比較して、パッケージのピン数を増やすことなく、つまり、パッケージの実装面積を増やすことなく、高速対応が可能となる。また、スピードアップ回路部５１は、内蔵されて封止されているので、ＤＩＰが有する高い信頼性を同様に有している。
【００３５】
以上、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００３６】
例えば、実施例では、受光素子としてフォトトランジスタを使用する例を説明したが、高速応答を必要とする場合等において、受光素子としてフォトダイオードを使用することが可能である。
【００３７】
また、実施例では、入力側構造体を下に、出力側構造体を上になるように配置される場合を説明したが、入力側構造体を上に、出力側構造体を下になるように配置されることは可能である。
【００３８】
また、実施例では、発光素子とフォトトランジスタを対向配置させる構造を採用したが、発光素子とフォトトランジスタは、必ずしもそれぞれの表面を対向させる必要はなく、反射等を利用して光結合を達成する構造を採ることが可能である。
【００３９】
また、実施例では、ベッド部をそれぞれ３本のリードの内の中央のリードに連接させる場合を説明したが、ベッド部を端部のリードに連接させる構造とすることは可能である。
【００４０】
また、実施例では、スピードアップ回路部は、半導体チップ上に１チップ構成とする場合を説明したが、スピードアップ回路部は、ディスクリート部品を組み合わせた構成とすることが可能である。
【００４１】
また、実施例では、リードの外部形態がＤＩＰである場合を説明したが、他の、例えば、ＳＯＰ（Small Out-line Package）及びその派生構造等の表面実装型等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例１に係る光結合装置回路の回路構成を模式的に示す図。
【図２】本発明の実施例１に係る光結合装置回路の入出力電圧・電流等を模式的に示すタイミングチャート。
【図３】本発明の実施例２に係る光結合装置の構成を模式的に示す図で、図３（ａ）は入力側回路を収めた構造体の平面図、図３（ｂ）は出力側回路を収めた構造体の平面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿った部分、及び図３（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った部分に対応する断面図。
【符号の説明】
【００４３】
１  光結合装置回路
３  光結合装置
５  入力側回路
６  入力側構造体
７  出力側回路
８  出力側構造体
１０、３０  入力端子
１１、１３、２３、３１、３３  抵抗
１２、３２  コンデンサ
１４、３４  スピードアップ回路
１５、３５  ダイオード
１７、３７  発光素子
２１、４１  フォトトランジスタ
２５  電源端子
２７  出力端子
２９、４９  光結合部
５１  スピードアップ回路部
５３、５５  リード
５４、５６  ベッド部
５７  ワイヤ
６１、６２  透明樹脂
６３、６４  光結合部
６６  不透明樹脂
ＧＮＤ１、ＧＮＤ２  接地
【図１】
2009302210.tif 000003
【図２】
2009302210.tif 000004
【図３】
2009302210.tif 000005