リレーの基礎知識:基礎編

定義

リレーとは外部から電気信号を受け取り、電気回路のオン/オフや切り替えを行う部品です。
「リレー」という言葉から連想するのは、バトンを渡しながら走る競技ではないでしょうか?
電気製品に組み込まれた「リレー」も電気信号を受け取り、スイッチをオン、オフすることにより次の機器へ信号を伝える働きをしています。

例えばテレビのリモコンのスイッチを押すと、テレビの中の「リレー」に電気信号が送られ、主電源のスイッチが入り、テレビが視られるようになります。リレーは、電気の流れる量・回路の数など、その用途によって数多くの種類があります。

リレーの定義

種類と分類

リレーは大きく分けて有接点リレー(メカニカルリレー)と無接点リレー(MOS FETリレー、ソリッドステート・リレー)に分類されます。

有接点リレー(メカニカルリレー)

有接点リレー

接点を持っており、電磁作用により機械的に接点を開閉させて信号や電流・電圧を“入”“切”するものです。

無接点リレー(MOS FETリレー、ソリッドステート・リレー)

無接点リレー

有接点のような機械的な可動部を持たず、内部はトライアック、MOS FETなどの半導体・電子部品で構成されています。信号や電流・電圧の“入”“切”はこれらの電子回路の働きで電子的に行うものです。

構造と原理

1. メカニカルリレー

基本構造

リレーは電気信号を受けて機械的な動きに変えるコイル部と、電気を開閉する接点部で構成されます。

メカニカルリレー

動作原理

スイッチとリレーでランプを点灯させる場合を考えてみましょう。

画像をスライドしていくと動作原理がわかります。

2. MOS FET リレー

基本構造

MOS FETリレーとは、出力素子にMOS FETを用いた半導体リレーです。
MOS FETリレーは以下の3つのチップで構成されています。

MOS FET Relay
1.

LED(発光ダイオード)チップ

2.

フォトダイオードアレイ(PDA)チップ* Photo Diode Arrayの略称(太陽電池+制御回路)

3.

MOS FET チップ* Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略称
(金属 酸化物 半導体 電界 効果 トランジスタ)

動作原理

MOS FETリレーは以下の原理で動作しています。

画像をスライドしていくと動作原理がわかります。

特徴と働き

1. リレーの特徴

メカニカルリレー

メカニカルリレーの最大の特徴はコイル部と接点部が物理的に離れていることです。そのため、入力側と出力側で絶縁性(絶縁距離)が確保できます。

メカニカルリレーの特徴
コイル部

電磁石の働きで鉄片を引き寄せます。

接点部

固定接点と可動接点の組み合わせにより回路を開閉します。ここに負荷をつなぐことで、負荷の開閉ができます。

MOS FET リレー

MOS FETリレーの最大の特徴は、接点が半導体のため機械的な開閉がないことです。そのため、メンテナンスフリーに加えて、静音や長寿命、小型などの特徴があります。

超小型・軽量 SSOP、USOPをはじめ、さらに超小型の新パッケージVSONも新登場し、機器全体の小型化に貢献します。
低駆動電流 駆動電流は推奨動作条件(標準)で2〜15mA程度です。最小0.2mA駆動品もラインナップ、機器全体の省エネルギー化に貢献します。
長寿命 光信号伝送方式による無接点構造のため、接点磨耗による寿命の劣化がなく、長寿命を実現しました。
漏れ電流が微小 外来サージへの耐性が高く、スナバ回路も付加されていないため、通常時で1nA以下とオフ時の漏れ電流が極めて微小です。(形G3VM-□GR□、-□LR□、-□PR□、-□UR□)
耐衝撃性に優れる 内部の部品が完全にモールドされており、かつ可動部品などの機構部品もないため、耐衝撃性、耐振動性に優れています。
静音 機械式リレーのように金属接点による開閉音が生じないため、機器の静音化に貢献します。
高絶縁性 電圧を光に変換し、信号として伝送するため、入出力間を電気的に絶縁。標準で入出力間耐電圧AC2500Vを確保し、さらに上位の5000V製品もシリーズ化して、高い絶縁性を実現しました。
高速応答性 0.2ms (SSOP、USOP、VSON)の動作時間は、メカニカルリレーの3ms〜5msと比べて格段に高速。 迅速な応答性を実現しました。
微小アナログ信号を
正確に制御
トライアックなどと比べて不感帯が極めて小さいため、微小アナログ信号の入力波形をほとんど歪めることなく、出力波形に変換します。

2. リレーの3つの働き

1.小さな電流で大きな負荷の開閉を行う

小さな電流で大きな負荷の開閉を行う

コイル部に電圧を加えると小さな電流が流れます。接点部に大きな電流を流して負荷を動作させることができます。

2. 異なる種類の電気信号を伝達する

異なる種類の電気信号を伝達する

DC電源でAC負荷も電気制御(開閉)できます。

3. 一つの信号入力で複数の出力を出す

一つの信号入力で複数の出力を出す

コイル部への一つの入力信号で、いくつもの独立した回路を同時に開閉(制御)できます。

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