半導体スイッチ
【課題】半導体スイッチにおいて、エネルギー効率を高くする。
【解決手段】半導体スイッチ1は、LED2を駆動回路3により駆動して発光させ、LED2から発光された光を受光部4により受光する。駆動回路3は、バイポーラトランジスタ31と、コイル32と、ダイオード33等を有する。バイポーラトランジスタ31は、導通状態と非導通状態とに切換えられ、導通状態のときに、電源からLED2に電流が供給される状態にし、非導通状態のときに、電源からLED2に電流が供給されない状態にする。コイル32は、LED2に直列に接続されており、バイポーラトランジスタ31が導通状態から非導通状態になったときに、自己誘導作用によって誘導起電力を発生する。ダイオード33は、LED2及びコイル32に並列に接続されており、バイポーラトランジスタ31が非導通状態のときに、コイル32が発生する誘導起電力によって、LED2に電流を還流させる。
【解決手段】半導体スイッチ1は、LED2を駆動回路3により駆動して発光させ、LED2から発光された光を受光部4により受光する。駆動回路3は、バイポーラトランジスタ31と、コイル32と、ダイオード33等を有する。バイポーラトランジスタ31は、導通状態と非導通状態とに切換えられ、導通状態のときに、電源からLED2に電流が供給される状態にし、非導通状態のときに、電源からLED2に電流が供給されない状態にする。コイル32は、LED2に直列に接続されており、バイポーラトランジスタ31が導通状態から非導通状態になったときに、自己誘導作用によって誘導起電力を発生する。ダイオード33は、LED2及びコイル32に並列に接続されており、バイポーラトランジスタ31が非導通状態のときに、コイル32が発生する誘導起電力によって、LED2に電流を還流させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光結合型の半導体スイッチに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、光結合型の半導体スイッチは、LEDを駆動して発光させ、LEDから発光された光を受光部により受光するようになっている。LEDの駆動は、LEDに電流を流すことにより行われる。このような半導体スイッチとしては、図4に示す構成のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
この半導体スイッチ100は、電源が入力されると、最初、LED103とコンデンサ104を通る経路に電流が流れ、定常状態に達すると、LED103と抵抗105を通る経路に電流が流れて、LED103が発光する。LED103が発光することにより、太陽電池106が、LED103からの光を受光して、光起電力を発生する。これにより、放電回路107を通して、n型MOSFET101のゲート101が充電され、n型MOSFET101が導通状態になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−116265号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、上述した従来の半導体スイッチ100においては、抵抗105による電圧降下のために、エネルギー効率が悪い。すなわち、抵抗105によるエネルギー(電力)の損失があり、その分だけ、エネルギーが無駄に消費される。
【0006】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、エネルギー効率を高くすることができる半導体スイッチ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】
【0007】
上記目的を達成するために本発明の半導体スイッチは、LEDを駆動回路により駆動して発光させ、LEDから発光された光を受光部により受光する半導体スイッチにおいて、駆動回路は、導通状態と非導通状態とに切換えられ、導通状態のときに、電源からLEDに電流が供給される状態にし、非導通状態のときに、電源からLEDに電流が供給されない状態にするスイッチング素子と、スイッチング素子が導通状態から非導通状態になったときに、自己誘導作用によって誘導起電力を発生するインダクタと、スイッチング素子が非導通状態のときに、インダクタが発生する誘導起電力によって、LEDに電流を還流させるダイオードとを有する、ものである。
【0008】
本発明の半導体スイッチにおいて、インダクタは、LEDに直列に接続されており、ダイオードは、LED及びインダクタに並列に接続されており、アノードがLEDのカソード側に接続され、カソードがLEDのアノード側に接続されている、ものが好ましい。
【0009】
また、本発明の半導体スイッチにおいて、スイッチング素子は、電界効果トランジスタである、ものが好ましい。
【0010】
また、本発明の半導体スイッチにおいて、スイッチング素子は、バイポーラトランジスタである、ものが好ましい。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、従来のような抵抗を使用しておらず、従来のような抵抗によるエネルギー(電力)損失がなく、スイッチング素子によるエネルギー(電力)損失が小さいので、エネルギー効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体スイッチの構成を示す電気回路図。
【図2】同半導体スイッチの各部の出力を示す図。
【図3】本発明の第2の実施形態に係る半導体スイッチの構成を示す電気回路図。
【図4】従来の半導体スイッチの構成を示す電気回路図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を具体化した実施形態による半導体スイッチについて図面を参照して説明する。
<第1の実施形態>
図1は、第1の実施形態による半導体スイッチの構成を示す。半導体スイッチ1は、光結合型の半導体スイッチである。半導体スイッチ1は、LED2と、駆動回路3と、受光部4とを備える。駆動回路3は、バイポーラトランジスタ(スイッチング素子)31と、コイル(インダクタ)32と、ダイオード33と、発振回路34と、AND回路35とを有する。受光部4は、太陽電池41と、電界効果トランジスタ42と、充放電回路43とを有する。また、半導体スイッチ1は、電源端子51、52と、入力端子53と、出力端子54、55とを備える。
【0014】
半導体スイッチ1は、電源端子51から電源が入力されることにより動作し、入力端子53から入力される入力信号に応じて、LED2を駆動回路3により駆動して発光させ、LED2から発光された光を受光部4により受光するようになっている。そして、半導体スイッチ1は、受光部4の受光出力(半導体スイッチ1の出力)を出力端子54、55から出力するようになっている。
【0015】
LED2は、電源端子51と電源端子52との間に接続されており、アノードが電源端子51に接続され、カソードがコイル32及びバイポーラトランジスタ31を介して電源端子52に接続されている。
【0016】
バイポーラトランジスタ31は、LED2と電源端子52との間に接続されており、コレクタがコイル32を介してLED2のカソードに接続され、エミッタが電源端子52に接続され、ベースがAND回路35に接続されている。バイポーラトランジスタ31は、NPN型のバイポーラトランジスタであり、ベースに入力される電圧によって、導通状態と非導通状態とに切換えられる。すなわち、バイポーラトランジスタ31は、ベース・エミッタ間の電位差が所定のプラスの電位差未満であるときに、非導通状態になり、ベース・エミッタ間の電位差が所定のプラスの電位差以上であるときに、導通状態になる。
【0017】
コイル32は、LED2とバイポーラトランジスタ31との間に接続されており、一端がLED2のカソードに接続され、他端がバイポーラトランジスタ31のコレクタに接続されている。すなわち、コイル32は、LED2に直列に接続されている。
【0018】
ダイオード33は、アノードがコイル32の他端に接続され、カソードがLED2のアノードに接続されている。すなわち、ダイオード33は、LED2及びコイル32に並列に接続されており、アノードがコイル32を介してLED2のカソード側に接続され、カソードがLED2のアノード側に接続されている。
【0019】
発振回路34は、電源端子51から入力される電源電圧VDDが入力され、電源電圧VDDよって動作して、発振出力VOSを出力する。すなわち、発振回路34は、電源端子51から入力される電源電圧VDDが所定の電圧値(例えば+5.0V)のときに、所定の周波数で発振し、発振出力VOSとして、所定の周波数でローレベルとハイレベルとに交互に変化する出力を出力する。また、発振回路34は、電源端子51から入力される電源電圧VDDが所定の電圧値未満のときには、発振を停止し、発振出力VOSとして、ローレベルを持続する出力を出力する。
【0020】
AND回路35は、入力端子53から入力される入力信号VIN、及び発振回路34の発振出力VOSが入力され、入力信号VINのレベル及び発振出力VOSのレベルに応じて、AND出力VOUTを出力する。すなわち、AND回路35は、入力端子53から入力される入力信号VINがハイレベルであり、かつ、発振回路34の発振出力VOSがハイレベルのときに、AND出力VOUTとして、ハイレベルの出力を出力する。また、AND回路35は、それ以外のとき(入力端子53から入力される入力信号VINがローレベルであるか、又は、発振回路34の発振出力VOSがローレベルであるとき)に、AND出力VOUTとして、ローレベルの出力を出力する。
【0021】
従って、AND回路35は、入力信号VINがハイレベルを持続し、かつ、発振出力VOSがローレベルとハイレベルとに交互に変化する出力であるときに、AND出力VOUTとして、ローレベルとハイレベルとに交互に変化する出力を出力する。また、AND回路35は、入力信号VINがローレベルを持続するか、又は、発振出力VOSがローレベルを持続する出力であるときに、AND出力VOUTとして、ローレベルを持続する出力を出力する。
【0022】
AND回路35のAND出力VOUTは、バイポーラトランジスタ31のベースに入力される。従って、バイポーラトランジスタ31は、AND回路35のAND出力VOUTによって、導通状態と非導通状態とに切換えられる。
【0023】
太陽電池41は、光を受光することにより、光起電力を発生する素子である。太陽電池41は、LED2が発光したときに、LED2から発光された光を受光するようになっている。従って、太陽電池41は、LED2が発光したときに、LED2から発光された光を受光して、光起電力を発生する。太陽電池41は、充放電回路43に接続されている。
【0024】
電界効果トランジスタ42は、出力端子54、55間に接続されている。すなわち、電界効果トランジスタ42は、ドレインが出力端子54に接続され、ソースが出力端子55に接続され、ゲートが充放電回路43に接続されている。電界効果トランジスタ42は、エンハンスメント型のN型の電界効果トランジスタであり、ゲートに入力される電圧によって、導通状態と非導通状態とに切換えられる。すなわち、電界効果トランジスタ42は、ゲート・ソース間の電位差が所定のプラスの電位差未満であるときに、非導通状態になり、ゲート・ソース間の電位差が所定のプラスの電位差以上であるときに、導通状態になる。
【0025】
充放電回路43は、太陽電池41が発生する光起電力によって動作して、電界効果トランジスタ42のゲートに電荷を充放電する。すなわち、充放電回路43は、太陽電池41が光起電力を発生しているときに、電界効果トランジスタ42のゲートに電荷を充電し、太陽電池41が光起電力を発生していないときに、電界効果トランジスタ42のゲートの電荷を放電する。
【0026】
図2は、半導体スイッチ1の各部の出力を示す。半導体スイッチ1は、以下のように動作する。
【0027】
まず、電源端子51に電源が入力されていないときには、電源端子51から入力される電源電圧VDDは、ローレベル(所定の電圧値未満)である。従って、発振回路34は動作を停止しており、発振回路34の発振出力VOSは、ローレベルを持続する出力となっている。
【0028】
電源端子51に電源が入力されると、電源端子51から入力される電源電圧VDDは、ハイレベル(所定の電圧値)になる。これにより、発振回路34は動作を開始して、発振回路34の発振出力VOSは、所定の周波数でローレベルとハイレベルとに交互に変化する出力となる。
【0029】
このとき、入力端子53から入力される入力信号VINがローレベルであれば、AND回路35のAND出力VOUTは、ローレベルを持続する出力となっている。
【0030】
AND出力VOUTがローレベルに持続されていることにより、バイポーラトランジスタ31は、非導通状態に持続されている。そして、バイポーラトランジスタ31は、非導通状態に持続されていることにより、電源から(電源端子51から)LED2に電流が供給されない状態を持続している。
【0031】
電源からLED2に電流が供給されない状態が持続されていることにより、LED2には電流が流れない。LED2の駆動電圧VDは、0Vに持続されている。従って、LED2は、発光しない。
【0032】
LED2が発光しないことにより、太陽電池41は、光を受光せず、光起電力を発生しない。従って、充放電回路43は、電界効果トランジスタ42のゲートに電荷を充電せず、電界効果トランジスタ42は、非導通状態を持続し、出力端子54、55間の抵抗RONは、高い値を持続する。
【0033】
その後、入力端子53から入力される入力信号VINがハイレベルになると、AND回路35のAND出力VOUTは、発振出力VOSと同じ所定の周波数でローレベルとハイレベルとに交互に変化する出力となる。
【0034】
AND出力VOUTが所定の周波数でローレベルとハイレベルとに交互に変化する出力となることにより、バイポーラトランジスタ31は、所定の周波数で導通状態と非導通状態とに切換えられる。そして、バイポーラトランジスタ31は、このように導通状態と非導通状態とに切換えられることにより、導通状態のときに、電源から(電源端子51から)LED2に電流が供給される状態にする。また、非導通状態のときに、電源から(電源端子51から)LED2に電流が供給されない状態にする。つまり、バイポーラトランジスタ31は、所定の周波数で、電源からLED2に電流が供給される状態と、電源からLED2に電流が供給されない状態とに切換える。
【0035】
このとき、コイル32は、バイポーラトランジスタ31が導通状態から非導通状態になると、すなわち、電源からLED2に電流が供給されている状態から、電源からLED2に電流が供給されない状態になると、自己誘導作用によって誘導起電力を発生する。そして、ダイオード33は、バイポーラトランジスタ31が非導通状態のときに、すなわち、電源からLED2に電流が供給されていないときに、コイル32が発生する誘導起電力によって、LED2に電流を還流させる。
【0036】
これにより、電源からLED2に電流が供給される状態と、コイル32からダイオード33を経由してLED2に電流が還流される状態とが繰り返され、LED2に電流が流れ続ける。LED2の駆動電圧VDは、ほぼ一定の所定の電圧値となる。LED2の駆動電流(LED2に流れる電流)は、ほぼ一定の所定の電流値となる。このようにLED2に電流が流れ続けることにより、LED2は、発光する。LED2の駆動電流は、発振出力VOSのデューティ比や周波数を変えることにより、所望の電流値となるように設定される。
【0037】
LED2が発光することにより、太陽電池41は、LED2からの光を受光して、光起電力を発生する。これにより、充放電回路43は、電界効果トランジスタ42のゲートに電荷を充電し、電界効果トランジスタ42は、導通状態となる。従って、出力端子54、55間の抵抗RONは、低い値となる。
【0038】
その後、入力端子53から入力される入力信号VINがローレベルになると、AND回路35のAND出力VOUTは、ローレベルを持続する出力となる。
【0039】
AND出力VOUTがローレベルに持続されることにより、バイポーラトランジスタ31は、非導通状態に持続されることになる。そして、バイポーラトランジスタ31は、非導通状態に持続されることにより、電源から(電源端子51から)LED2に電流が供給されない状態を持続することになる。
【0040】
電源からLED2に電流が供給されない状態が持続されることにより、コイル32は、自己誘導作用による誘導起電力を発生しなくなり、ダイオード33は、LED2に電流を還流させなくなる。これにより、LED2には、電流が流れなくなる。LED2の駆動電圧VDは、0Vになる。これにより、LED2は、発光を停止する。
【0041】
LED2が発光を停止することにより、太陽電池41は、光を受光しなくなり、光起電力を発生しなくなる。これにより、充放電回路43は、電界効果トランジスタ42のゲートの電荷を放電し、電界効果トランジスタ42は、非導通状態となる。従って、出力端子54、55間の抵抗RONは、高い値となる。
【0042】
本実施形態の半導体スイッチ1によれば、従来のような抵抗を使用しておらず、従来のような抵抗によるエネルギー(電力)損失がなく、バイポーラトランジスタ31によるエネルギー(電力)損失が小さいので、エネルギー効率を高くすることができる。
【0043】
なお、本実施形態において、バイポーラトランジスタ31は、電源端子51とLED2との間に接続されていてもよい。また、コイル32は、電源端子51とLED2との間に接続されていてもよい。また、1つの電界効果トランジスタ42に代えて、2つの電界効果トランジスタが出力端子54、55間に接続されていてもよい。また、LED2、駆動回路3、受光部4は、パッケージに収納されて一体化されていてもよい。
【0044】
<第2の実施形態>
図3は、第2の実施形態による半導体スイッチの構成を示す。本実施形態の半導体スイッチ1は、駆動回路3の構成が上記第1の実施形態と異なっている。本実施形態における他の構成については、上記第1の実施形態と同様である。
【0045】
本実施形態では、駆動回路3は、上記第1の実施形態におけるバイポーラトランジスタ31に代えて、電界効果トランジスタ(スイッチング素子)39を有する。電界効果トランジスタ39は、LED2と電源端子52との間に接続されており、ドレインがコイル32を介してLED2のカソードに接続され、ソースが電源端子52に接続され、ゲートがAND回路35に接続されている。電界効果トランジスタ39は、エンハンスメント型のN型の電界効果トランジスタであり、ゲートに入力される電圧によって、導通状態と非導通状態とに切換えられる。すなわち、電界効果トランジスタ39は、ゲート・ソース間の電位差が所定のプラスの電位差未満であるときに、非導通状態になり、ゲート・ソース間の電位差が所定のプラスの電位差以上であるときに、導通状態になる。
【0046】
AND回路35のAND出力VOUTは、電界効果トランジスタ39のゲートに入力される。従って、電界効果トランジスタ39は、AND回路35のAND出力VOUTによって、導通状態と非導通状態とに切換えられる。駆動回路3の他の構成については、上記第1の実施形態と同様である。
【0047】
本実施形態の半導体スイッチ1では、電界効果トランジスタ39が導通状態と非導通状態とに切換えられることにより、上記第1の実施形態と同様に、LED2が発光、発光停止して、電界効果トランジスタ42が導通状態と非導通状態とに切換えられる。
【0048】
本実施形態の半導体スイッチ1によれば、従来のような抵抗を使用しておらず、従来のような抵抗によるエネルギー(電力)損失がなく、電界効果トランジスタ39によるエネルギー(電力)損失が小さいので、エネルギー効率を高くすることができる。
【0049】
なお、本実施形態において、電界効果トランジスタ39は、電源端子51とLED2との間に接続されていてもよい。また、コイル32は、電源端子51とLED2との間に接続されていてもよい。また、1つの電界効果トランジスタ42に代えて、2つの電界効果トランジスタが出力端子54、55間に接続されていてもよい。また、LED2、駆動回路3、受光部4は、パッケージに収納されて一体化されていてもよい。
【符号の説明】
【0050】
1 半導体スイッチ
2 LED
3 駆動回路
4 受光部
31 バイポーラトランジスタ(スイッチング素子)
32 コイル(インダクタ)
33 ダイオード
34 発振回路
35 AND回路
39 電界効果トランジスタ(スイッチング素子)
41 太陽電池
42 電界効果トランジスタ
43 充放電回路
51、52 電源端子
53 入力端子
54、55 出力端子
【技術分野】
【0001】
本発明は、光結合型の半導体スイッチに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、光結合型の半導体スイッチは、LEDを駆動して発光させ、LEDから発光された光を受光部により受光するようになっている。LEDの駆動は、LEDに電流を流すことにより行われる。このような半導体スイッチとしては、図4に示す構成のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
この半導体スイッチ100は、電源が入力されると、最初、LED103とコンデンサ104を通る経路に電流が流れ、定常状態に達すると、LED103と抵抗105を通る経路に電流が流れて、LED103が発光する。LED103が発光することにより、太陽電池106が、LED103からの光を受光して、光起電力を発生する。これにより、放電回路107を通して、n型MOSFET101のゲート101が充電され、n型MOSFET101が導通状態になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−116265号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、上述した従来の半導体スイッチ100においては、抵抗105による電圧降下のために、エネルギー効率が悪い。すなわち、抵抗105によるエネルギー(電力)の損失があり、その分だけ、エネルギーが無駄に消費される。
【0006】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、エネルギー効率を高くすることができる半導体スイッチ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】
【0007】
上記目的を達成するために本発明の半導体スイッチは、LEDを駆動回路により駆動して発光させ、LEDから発光された光を受光部により受光する半導体スイッチにおいて、駆動回路は、導通状態と非導通状態とに切換えられ、導通状態のときに、電源からLEDに電流が供給される状態にし、非導通状態のときに、電源からLEDに電流が供給されない状態にするスイッチング素子と、スイッチング素子が導通状態から非導通状態になったときに、自己誘導作用によって誘導起電力を発生するインダクタと、スイッチング素子が非導通状態のときに、インダクタが発生する誘導起電力によって、LEDに電流を還流させるダイオードとを有する、ものである。
【0008】
本発明の半導体スイッチにおいて、インダクタは、LEDに直列に接続されており、ダイオードは、LED及びインダクタに並列に接続されており、アノードがLEDのカソード側に接続され、カソードがLEDのアノード側に接続されている、ものが好ましい。
【0009】
また、本発明の半導体スイッチにおいて、スイッチング素子は、電界効果トランジスタである、ものが好ましい。
【0010】
また、本発明の半導体スイッチにおいて、スイッチング素子は、バイポーラトランジスタである、ものが好ましい。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、従来のような抵抗を使用しておらず、従来のような抵抗によるエネルギー(電力)損失がなく、スイッチング素子によるエネルギー(電力)損失が小さいので、エネルギー効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体スイッチの構成を示す電気回路図。
【図2】同半導体スイッチの各部の出力を示す図。
【図3】本発明の第2の実施形態に係る半導体スイッチの構成を示す電気回路図。
【図4】従来の半導体スイッチの構成を示す電気回路図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を具体化した実施形態による半導体スイッチについて図面を参照して説明する。
<第1の実施形態>
図1は、第1の実施形態による半導体スイッチの構成を示す。半導体スイッチ1は、光結合型の半導体スイッチである。半導体スイッチ1は、LED2と、駆動回路3と、受光部4とを備える。駆動回路3は、バイポーラトランジスタ(スイッチング素子)31と、コイル(インダクタ)32と、ダイオード33と、発振回路34と、AND回路35とを有する。受光部4は、太陽電池41と、電界効果トランジスタ42と、充放電回路43とを有する。また、半導体スイッチ1は、電源端子51、52と、入力端子53と、出力端子54、55とを備える。
【0014】
半導体スイッチ1は、電源端子51から電源が入力されることにより動作し、入力端子53から入力される入力信号に応じて、LED2を駆動回路3により駆動して発光させ、LED2から発光された光を受光部4により受光するようになっている。そして、半導体スイッチ1は、受光部4の受光出力(半導体スイッチ1の出力)を出力端子54、55から出力するようになっている。
【0015】
LED2は、電源端子51と電源端子52との間に接続されており、アノードが電源端子51に接続され、カソードがコイル32及びバイポーラトランジスタ31を介して電源端子52に接続されている。
【0016】
バイポーラトランジスタ31は、LED2と電源端子52との間に接続されており、コレクタがコイル32を介してLED2のカソードに接続され、エミッタが電源端子52に接続され、ベースがAND回路35に接続されている。バイポーラトランジスタ31は、NPN型のバイポーラトランジスタであり、ベースに入力される電圧によって、導通状態と非導通状態とに切換えられる。すなわち、バイポーラトランジスタ31は、ベース・エミッタ間の電位差が所定のプラスの電位差未満であるときに、非導通状態になり、ベース・エミッタ間の電位差が所定のプラスの電位差以上であるときに、導通状態になる。
【0017】
コイル32は、LED2とバイポーラトランジスタ31との間に接続されており、一端がLED2のカソードに接続され、他端がバイポーラトランジスタ31のコレクタに接続されている。すなわち、コイル32は、LED2に直列に接続されている。
【0018】
ダイオード33は、アノードがコイル32の他端に接続され、カソードがLED2のアノードに接続されている。すなわち、ダイオード33は、LED2及びコイル32に並列に接続されており、アノードがコイル32を介してLED2のカソード側に接続され、カソードがLED2のアノード側に接続されている。
【0019】
発振回路34は、電源端子51から入力される電源電圧VDDが入力され、電源電圧VDDよって動作して、発振出力VOSを出力する。すなわち、発振回路34は、電源端子51から入力される電源電圧VDDが所定の電圧値(例えば+5.0V)のときに、所定の周波数で発振し、発振出力VOSとして、所定の周波数でローレベルとハイレベルとに交互に変化する出力を出力する。また、発振回路34は、電源端子51から入力される電源電圧VDDが所定の電圧値未満のときには、発振を停止し、発振出力VOSとして、ローレベルを持続する出力を出力する。
【0020】
AND回路35は、入力端子53から入力される入力信号VIN、及び発振回路34の発振出力VOSが入力され、入力信号VINのレベル及び発振出力VOSのレベルに応じて、AND出力VOUTを出力する。すなわち、AND回路35は、入力端子53から入力される入力信号VINがハイレベルであり、かつ、発振回路34の発振出力VOSがハイレベルのときに、AND出力VOUTとして、ハイレベルの出力を出力する。また、AND回路35は、それ以外のとき(入力端子53から入力される入力信号VINがローレベルであるか、又は、発振回路34の発振出力VOSがローレベルであるとき)に、AND出力VOUTとして、ローレベルの出力を出力する。
【0021】
従って、AND回路35は、入力信号VINがハイレベルを持続し、かつ、発振出力VOSがローレベルとハイレベルとに交互に変化する出力であるときに、AND出力VOUTとして、ローレベルとハイレベルとに交互に変化する出力を出力する。また、AND回路35は、入力信号VINがローレベルを持続するか、又は、発振出力VOSがローレベルを持続する出力であるときに、AND出力VOUTとして、ローレベルを持続する出力を出力する。
【0022】
AND回路35のAND出力VOUTは、バイポーラトランジスタ31のベースに入力される。従って、バイポーラトランジスタ31は、AND回路35のAND出力VOUTによって、導通状態と非導通状態とに切換えられる。
【0023】
太陽電池41は、光を受光することにより、光起電力を発生する素子である。太陽電池41は、LED2が発光したときに、LED2から発光された光を受光するようになっている。従って、太陽電池41は、LED2が発光したときに、LED2から発光された光を受光して、光起電力を発生する。太陽電池41は、充放電回路43に接続されている。
【0024】
電界効果トランジスタ42は、出力端子54、55間に接続されている。すなわち、電界効果トランジスタ42は、ドレインが出力端子54に接続され、ソースが出力端子55に接続され、ゲートが充放電回路43に接続されている。電界効果トランジスタ42は、エンハンスメント型のN型の電界効果トランジスタであり、ゲートに入力される電圧によって、導通状態と非導通状態とに切換えられる。すなわち、電界効果トランジスタ42は、ゲート・ソース間の電位差が所定のプラスの電位差未満であるときに、非導通状態になり、ゲート・ソース間の電位差が所定のプラスの電位差以上であるときに、導通状態になる。
【0025】
充放電回路43は、太陽電池41が発生する光起電力によって動作して、電界効果トランジスタ42のゲートに電荷を充放電する。すなわち、充放電回路43は、太陽電池41が光起電力を発生しているときに、電界効果トランジスタ42のゲートに電荷を充電し、太陽電池41が光起電力を発生していないときに、電界効果トランジスタ42のゲートの電荷を放電する。
【0026】
図2は、半導体スイッチ1の各部の出力を示す。半導体スイッチ1は、以下のように動作する。
【0027】
まず、電源端子51に電源が入力されていないときには、電源端子51から入力される電源電圧VDDは、ローレベル(所定の電圧値未満)である。従って、発振回路34は動作を停止しており、発振回路34の発振出力VOSは、ローレベルを持続する出力となっている。
【0028】
電源端子51に電源が入力されると、電源端子51から入力される電源電圧VDDは、ハイレベル(所定の電圧値)になる。これにより、発振回路34は動作を開始して、発振回路34の発振出力VOSは、所定の周波数でローレベルとハイレベルとに交互に変化する出力となる。
【0029】
このとき、入力端子53から入力される入力信号VINがローレベルであれば、AND回路35のAND出力VOUTは、ローレベルを持続する出力となっている。
【0030】
AND出力VOUTがローレベルに持続されていることにより、バイポーラトランジスタ31は、非導通状態に持続されている。そして、バイポーラトランジスタ31は、非導通状態に持続されていることにより、電源から(電源端子51から)LED2に電流が供給されない状態を持続している。
【0031】
電源からLED2に電流が供給されない状態が持続されていることにより、LED2には電流が流れない。LED2の駆動電圧VDは、0Vに持続されている。従って、LED2は、発光しない。
【0032】
LED2が発光しないことにより、太陽電池41は、光を受光せず、光起電力を発生しない。従って、充放電回路43は、電界効果トランジスタ42のゲートに電荷を充電せず、電界効果トランジスタ42は、非導通状態を持続し、出力端子54、55間の抵抗RONは、高い値を持続する。
【0033】
その後、入力端子53から入力される入力信号VINがハイレベルになると、AND回路35のAND出力VOUTは、発振出力VOSと同じ所定の周波数でローレベルとハイレベルとに交互に変化する出力となる。
【0034】
AND出力VOUTが所定の周波数でローレベルとハイレベルとに交互に変化する出力となることにより、バイポーラトランジスタ31は、所定の周波数で導通状態と非導通状態とに切換えられる。そして、バイポーラトランジスタ31は、このように導通状態と非導通状態とに切換えられることにより、導通状態のときに、電源から(電源端子51から)LED2に電流が供給される状態にする。また、非導通状態のときに、電源から(電源端子51から)LED2に電流が供給されない状態にする。つまり、バイポーラトランジスタ31は、所定の周波数で、電源からLED2に電流が供給される状態と、電源からLED2に電流が供給されない状態とに切換える。
【0035】
このとき、コイル32は、バイポーラトランジスタ31が導通状態から非導通状態になると、すなわち、電源からLED2に電流が供給されている状態から、電源からLED2に電流が供給されない状態になると、自己誘導作用によって誘導起電力を発生する。そして、ダイオード33は、バイポーラトランジスタ31が非導通状態のときに、すなわち、電源からLED2に電流が供給されていないときに、コイル32が発生する誘導起電力によって、LED2に電流を還流させる。
【0036】
これにより、電源からLED2に電流が供給される状態と、コイル32からダイオード33を経由してLED2に電流が還流される状態とが繰り返され、LED2に電流が流れ続ける。LED2の駆動電圧VDは、ほぼ一定の所定の電圧値となる。LED2の駆動電流(LED2に流れる電流)は、ほぼ一定の所定の電流値となる。このようにLED2に電流が流れ続けることにより、LED2は、発光する。LED2の駆動電流は、発振出力VOSのデューティ比や周波数を変えることにより、所望の電流値となるように設定される。
【0037】
LED2が発光することにより、太陽電池41は、LED2からの光を受光して、光起電力を発生する。これにより、充放電回路43は、電界効果トランジスタ42のゲートに電荷を充電し、電界効果トランジスタ42は、導通状態となる。従って、出力端子54、55間の抵抗RONは、低い値となる。
【0038】
その後、入力端子53から入力される入力信号VINがローレベルになると、AND回路35のAND出力VOUTは、ローレベルを持続する出力となる。
【0039】
AND出力VOUTがローレベルに持続されることにより、バイポーラトランジスタ31は、非導通状態に持続されることになる。そして、バイポーラトランジスタ31は、非導通状態に持続されることにより、電源から(電源端子51から)LED2に電流が供給されない状態を持続することになる。
【0040】
電源からLED2に電流が供給されない状態が持続されることにより、コイル32は、自己誘導作用による誘導起電力を発生しなくなり、ダイオード33は、LED2に電流を還流させなくなる。これにより、LED2には、電流が流れなくなる。LED2の駆動電圧VDは、0Vになる。これにより、LED2は、発光を停止する。
【0041】
LED2が発光を停止することにより、太陽電池41は、光を受光しなくなり、光起電力を発生しなくなる。これにより、充放電回路43は、電界効果トランジスタ42のゲートの電荷を放電し、電界効果トランジスタ42は、非導通状態となる。従って、出力端子54、55間の抵抗RONは、高い値となる。
【0042】
本実施形態の半導体スイッチ1によれば、従来のような抵抗を使用しておらず、従来のような抵抗によるエネルギー(電力)損失がなく、バイポーラトランジスタ31によるエネルギー(電力)損失が小さいので、エネルギー効率を高くすることができる。
【0043】
なお、本実施形態において、バイポーラトランジスタ31は、電源端子51とLED2との間に接続されていてもよい。また、コイル32は、電源端子51とLED2との間に接続されていてもよい。また、1つの電界効果トランジスタ42に代えて、2つの電界効果トランジスタが出力端子54、55間に接続されていてもよい。また、LED2、駆動回路3、受光部4は、パッケージに収納されて一体化されていてもよい。
【0044】
<第2の実施形態>
図3は、第2の実施形態による半導体スイッチの構成を示す。本実施形態の半導体スイッチ1は、駆動回路3の構成が上記第1の実施形態と異なっている。本実施形態における他の構成については、上記第1の実施形態と同様である。
【0045】
本実施形態では、駆動回路3は、上記第1の実施形態におけるバイポーラトランジスタ31に代えて、電界効果トランジスタ(スイッチング素子)39を有する。電界効果トランジスタ39は、LED2と電源端子52との間に接続されており、ドレインがコイル32を介してLED2のカソードに接続され、ソースが電源端子52に接続され、ゲートがAND回路35に接続されている。電界効果トランジスタ39は、エンハンスメント型のN型の電界効果トランジスタであり、ゲートに入力される電圧によって、導通状態と非導通状態とに切換えられる。すなわち、電界効果トランジスタ39は、ゲート・ソース間の電位差が所定のプラスの電位差未満であるときに、非導通状態になり、ゲート・ソース間の電位差が所定のプラスの電位差以上であるときに、導通状態になる。
【0046】
AND回路35のAND出力VOUTは、電界効果トランジスタ39のゲートに入力される。従って、電界効果トランジスタ39は、AND回路35のAND出力VOUTによって、導通状態と非導通状態とに切換えられる。駆動回路3の他の構成については、上記第1の実施形態と同様である。
【0047】
本実施形態の半導体スイッチ1では、電界効果トランジスタ39が導通状態と非導通状態とに切換えられることにより、上記第1の実施形態と同様に、LED2が発光、発光停止して、電界効果トランジスタ42が導通状態と非導通状態とに切換えられる。
【0048】
本実施形態の半導体スイッチ1によれば、従来のような抵抗を使用しておらず、従来のような抵抗によるエネルギー(電力)損失がなく、電界効果トランジスタ39によるエネルギー(電力)損失が小さいので、エネルギー効率を高くすることができる。
【0049】
なお、本実施形態において、電界効果トランジスタ39は、電源端子51とLED2との間に接続されていてもよい。また、コイル32は、電源端子51とLED2との間に接続されていてもよい。また、1つの電界効果トランジスタ42に代えて、2つの電界効果トランジスタが出力端子54、55間に接続されていてもよい。また、LED2、駆動回路3、受光部4は、パッケージに収納されて一体化されていてもよい。
【符号の説明】
【0050】
1 半導体スイッチ
2 LED
3 駆動回路
4 受光部
31 バイポーラトランジスタ(スイッチング素子)
32 コイル(インダクタ)
33 ダイオード
34 発振回路
35 AND回路
39 電界効果トランジスタ(スイッチング素子)
41 太陽電池
42 電界効果トランジスタ
43 充放電回路
51、52 電源端子
53 入力端子
54、55 出力端子
【特許請求の範囲】
【請求項1】
LEDを駆動回路により駆動して発光させ、前記LEDから発光された光を受光部により受光する半導体スイッチにおいて、
前記駆動回路は、
導通状態と非導通状態とに切換えられ、導通状態のときに、電源から前記LEDに電流が供給される状態にし、非導通状態のときに、電源から前記LEDに電流が供給されない状態にするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子が導通状態から非導通状態になったときに、自己誘導作用によって誘導起電力を発生するインダクタと、
前記スイッチング素子が非導通状態のときに、前記インダクタが発生する誘導起電力によって、前記LEDに電流を還流させるダイオードとを有する、ことを特徴とする半導体スイッチ。
【請求項2】
前記インダクタは、前記LEDに直列に接続されており、
前記ダイオードは、前記LED及び前記インダクタに並列に接続されており、アノードが前記LEDのカソード側に接続され、カソードが前記LEDのアノード側に接続されている、ことを特徴とする請求項1に記載の半導体スイッチ。
【請求項3】
前記スイッチング素子は、電界効果トランジスタである、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体スイッチ。
【請求項4】
前記スイッチング素子は、バイポーラトランジスタである、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体スイッチ。
【請求項1】
LEDを駆動回路により駆動して発光させ、前記LEDから発光された光を受光部により受光する半導体スイッチにおいて、
前記駆動回路は、
導通状態と非導通状態とに切換えられ、導通状態のときに、電源から前記LEDに電流が供給される状態にし、非導通状態のときに、電源から前記LEDに電流が供給されない状態にするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子が導通状態から非導通状態になったときに、自己誘導作用によって誘導起電力を発生するインダクタと、
前記スイッチング素子が非導通状態のときに、前記インダクタが発生する誘導起電力によって、前記LEDに電流を還流させるダイオードとを有する、ことを特徴とする半導体スイッチ。
【請求項2】
前記インダクタは、前記LEDに直列に接続されており、
前記ダイオードは、前記LED及び前記インダクタに並列に接続されており、アノードが前記LEDのカソード側に接続され、カソードが前記LEDのアノード側に接続されている、ことを特徴とする請求項1に記載の半導体スイッチ。
【請求項3】
前記スイッチング素子は、電界効果トランジスタである、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体スイッチ。
【請求項4】
前記スイッチング素子は、バイポーラトランジスタである、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体スイッチ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図2】
【図3】
【図4】
【公開番号】特開2013−106310(P2013−106310A)
【公開日】平成25年5月30日(2013.5.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−250811(P2011−250811)
【出願日】平成23年11月16日(2011.11.16)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年5月30日(2013.5.30)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年11月16日(2011.11.16)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
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