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無接点・半導体リレーとは?(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明

無接点・半導体リレーとは?(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明

電気のオン/オフ、電気の流れや切り替えを行う部品 「リレー」、その制御を行う方法には様々な方法があります。

リレーとは

リレーとは?(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明
リレーとは?(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明聖火やバトンを利用して、その目的を繋ぐリレー、オリンピック、運動会でお馴染みですよね。 一方、家電製品やその他装置に利用されている...

リレーは下記のように分類分けされ、

  • 有接点リレー(機械式リレー)

電磁力を利用し、その動作に対応する接点がある(メカニカル方式)

  • 無接点リレー(半導体リレー)

電磁力を利用せず、半導体を利用(ソリッドステートリレー、MOSリレー)

無接点リレーは半導体を用いたリレーです。
本記事では無接点リレーを、以降「半導体リレー」と記し、解説いたします。

特長

有接点リレー(機械式リレー)は、磁力を利用すべき1次側に大きな電流を流し駆動させる必要があります。

一方、半導体リレーは、駆動部や接点が機械式ではないため ノイズの軽減や省電力化に適しています。

半導体リレーが全てに優れているわけではありません。

 

長所と短所

機械式リレーと、半導体リレーには それぞれ長所と短所があります。

機械式リレー

  • メリット
    ・ 一般的で汎用性が高い
    ・ AC駆動タイプもある
    ・ 高耐圧
    ・ 漏れ電流がない
    ・ 接点構成が豊富
    ・ オン抵抗が理論的にない
  • デメリット
    ・ 半導体リレーより低寿命
    ・ 接点のチャタリングがある
    ・ 接点間にスパークが発生する
    ・ 操作音がある

 

半導体リレー

  • メリット
    ・ 寿命が長い
    ・ 接点間の問題が少ない
    ・ 高速で操作可能
    ・ 小型で、省電力
    ・ 操作音がない
  • デメリット
    ・ デリケート(扱いや定格に要注意)
    ・ 環境(周辺温度)の影響大
    ・ 漏れ電流がある
    ・ オン抵抗がある

 

半導体リレー

半導体リレーは、使用する半導体や構造によって下記の種別があります。

SSR

SSR:Solid State Relay(ソリッドステート・リレー)の略称
ソリッドステート(Solid State)は、固体状態を示し、この個体部に機械的に動作しない → “半導体” を利用したリレー(Relay)の名称です。

構造

フォトカプラ、フォトトライアックなどの光素子を使用し、出力側にサイリスタ、トライアックで構成されています。

  • フォトカプラ、フォトトライアック
    フォト・・・は、光素子半導体の組合せよるスイッチ回路で、内部スイッチのON/OFFを制御します。
  • サイリスタ、トライアアック
    AC電力制御用の整流用素子です。
    サイリスタは一方向制御、トライアック(サイリスタの組合せで)双方向制御が可能です。

特長

  • 構成素子の理論的な制御方法伴い、AC制御が基本です。
  • 機械式リレーと異なり駆動部が存在しないため、省エネで駆動に伴う故障等がない。
  • 光素子により制御入力側と出力側はアイソレート(絶縁)しています。
  • ゼロクロス(交流電圧が0Vの時ON/OFF)型と即時型があり、ゼロクロスでは、スイッチングノイズやサージを小さくできる。

用途

ACのモーターのON/OFF制御、ヒーター等の温度制御やランプ制御に適しています。

 

フォトMOSリレー

上記、SSRの一種で、こちらは出力側の素子に”MOS FET” を使用したソリッドステート・リレー(SSR)です。

構造

3つの素子、LED、PDA(フォトダイオードアレイ)、MOS FETから構成されています。

  • LED
    発光素子(通電時発光)
  • PDA(フォトダイオードアレイ)
    出力側のフォトダイオードアレイが受光 → “発電”(電圧に変換(起電))
  • MOS FET
    この電圧でゲート制御 → MOS FET駆動

特長

  • SSR同様の特長に、
    • 機械式リレーと異なり駆動部が存在しないため、故障等が少ない。
    • 光素子により制御入力側と出力側はアイソレート
  • 出力側に複数のMOSFETを組合せ、
    • AC/DC制御が可能。
    • 制御構成が、1aの他に2a、1b、2b、1a1bなどの制御(接点)構成が豊富

用途

通信機器、高絶縁スイッチ、オーディオ回路、高精度な高速回路に利用されています。

名称

フォトMOSリレーは、まだ比較的歴史が浅い為、名称・商標など各社様々です。

メーカー 名 称
P社 PhotoMOSリレー
T社 フォトリレー
R社 光MOS FET
他社

 

まとめ

  • 磁力未使用の無接点リレーは、”半導体” を利用して構成され、「半導体リレー」やSSRとも呼ばれている。
  • SSRは主にAC制御で利用されているが、最近ではMOSFETを使用し、DCや高速信号制御にも有効とする回路で構成されるリレーも各社(様々な名称で)存在しています。

有接点リレーと半導体リレーは、特長的な差がありそれぞれのメリット・デメリットを考慮の上、利用することが重要となります。