[发明专利]双向光控晶体闸流管芯片、光触发耦合器和固态继电器

说明书

技术领域

本发明涉及双向光控晶体闸流管芯片(bi-directional photothyristor chip)、使用上述双向光控晶体闸流管芯片的触发型耦合器、使用上述触发型耦合器的固态继电器(以下简称为SSR)。

背景技术

一直以来，作为在交流下使用的SSR，有具有如图21所示的电路结构的SSR。该SSR8包括：包括LED(发光二极管)等发光元件1和触发用的双向光控晶体闸流管2的光触发耦合器3；用于实际控制负载的双向晶体闸流管(以下，也有称为主晶体闸流管的情况)4；和包括电阻器5和电容6等的缓冲电路(snubber circuit)7。

另外，构成上述SSR8的光触发耦合器3的等效电路图如图22所示。双向光控晶体闸流管2包括CH(沟道(channel))1的光控晶体闸流管9和CH2的光控晶体闸流管10。CH1的光控晶体闸流管9构成为将PNP晶体管Q1的基极与NPN晶体管Q2的集电极连接，另一方面，将PNP晶体管Q1的集电极与NPN晶体管Q2的基极连接。同样，CH2的光控晶体闸流管10构成为将PNP晶体管Q3的基极与NPN晶体管Q4的集电极连接，另一方面，将PNP晶体管Q3的集电极与NPN晶体管Q4的基极连接。

另外，在上述CH1侧，PNP晶体管Q1的发射极直接与电极T1连接。另一方面，NPN晶体管Q2的发射极直接与电极T2连接，NPN晶体管Q2的基极经由控制极电阻11与电极T2连接。同样，在CH2侧，PNP晶体管Q3的发射极直接与电极T2连接。另一方面，NPN晶体管Q4的发射极直接与电极T1连接，NPN晶体管Q4的基极经由控制极电阻12与电极T1连接。

具有上述结构的光触发耦合器3如以下那样工作。即，在图22中，在电极T1-电极T2间施加有比元件的导通电压(约1.5V)高的电压的电源电压的偏置的条件下，首先，在电极T1侧与电极T2侧相比处于正电位的情况下，当双向光控晶体闸流管2接收来自LED1的光信号时，CH1侧的NPN晶体管Q2成为导通状态。这样，CH1侧的PNP晶体管Q1的基极电流就会被引出，该PNP晶体管Q1导通。接着，由PNP晶体管Q1的集电极电流，向CH1侧的NPN晶体管Q2供给基极电流，通过正反馈，CH1侧的PNP部导通，从电极T1向电极T2流过与交流电路的负载相应的导通电流。在该情况下，在CH2侧，偏压施加的方向相反，因此，不发生PNPN部的正反馈，仅流过初级光电流。

另一方面，在上述电极T2侧与电极T1侧相比处于正电位的情况下，CH2侧的PNPN部与上述的情况完全同样地进行正反馈动作而导通，在CH1侧仅流过初级光电流。

这样，当上述CH1侧的PNPN部或CH2侧的PNPN部进行导通动作时，其电流流入主晶体闸流管4的控制极(gate)，使主晶体闸流管4导通。

近年来，电子行业所处的经济环境日益严峻，越发强烈地期望电子设备的成本的削减和轻便性的提高。为了应对这样的要求，尝试了在具有如图21所示的结构的以往的SSR中，例如为了削减部件数量，省略主晶体闸流管4来制作如图11所示的电路结构的SSR，仅利用双向光控晶体闸流管来直接控制负载。

作为这样能够制作省略了主晶体闸流管的电路结构的SSR，能够直接控制负载的双向光控晶体闸流管，有日本特许第4065825号公报(专利文献1)中公开的双向光控晶体闸流管。

图23表示专利文献1中公开的双向光控晶体闸流管的概略图案布局。另外，图24和图25是图23的B-B’向视截面概略图。其中，图24表示光导通时的状态，图25表示作为光关断时的电压反转时(整流(commutation)时)的状态。

以下，参照图23、图24和图25，对上述专利文献1中公开的以往的双向光控晶体闸流管进行说明。

上述以往的双向光控晶体闸流管，在俯视时，如图23所示，具有相对于中心线A-A’和与该中心线正交的线段B-B’的交点180度旋转对称、即相对于上述交点点对称的图案。另外，从截面上看，如图24和图25所示，构成为相对于与中心线A-A’正交的垂直方向的线段C-C’左右对称。以下，将相对于中心线A-A’和线段C-C’位于左侧的光控晶体闸流管称为CH1的光控晶体闸流管20a，将相对于中心线A-A’和线段C-C’位于右侧的光控晶体闸流管称为CH2的光控晶体闸流管20b。