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リレーの基礎知識

リレーを使用するために必要な基礎知識をご紹介

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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。

Relay
有接点リレー
(メカニカルリレー)

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。

有接点リレー
無接点リレー
(MOS FETリレー、ソリッドステート・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。

無接点リレー

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。

画像をクリックすると動作原理がわかります。
メカニカルリレーの動作原理 (1) スイッチON (2) 動作時:コイルへの電流発生 (3) 動作時:鉄心の磁化 (4) 動作時:電磁力の発生 (5) 動作時:リレーの接点ON (6) 動作時:ランプ点灯 (7) 復帰時:スイッチOFF (8) 復帰時:吸引力の消滅 (9) 復帰時:リレー接点OFF (10) 復帰時:ランプ消灯
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。

  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)
MOS FET Relay
動作原理

MOS FETリレーは以下の原理で動作しています。

画像をクリックすると動作原理がわかります。
MOS FET リレーの動作原理 (1)入力側に電流を通電するとLEDが発光する。 (2)その光を出力側のPDA(フォトダイオードアレイ)が受光し、発電することで再び電圧に変換する。 (3)この電圧が制御回路を通ってゲート電圧となり、MOS FETを駆動させる。

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

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

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

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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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。

Relay
有接点リレー
(メカニカルリレー)

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。

有接点リレー
無接点リレー
(MOS FETリレー、ソリッドステート・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。

無接点リレー

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。

画像をクリックすると動作原理がわかります。
メカニカルリレーの動作原理 (1) スイッチON (2) 動作時:コイルへの電流発生 (3) 動作時:鉄心の磁化 (4) 動作時:電磁力の発生 (5) 動作時:リレーの接点ON (6) 動作時:ランプ点灯 (7) 復帰時:スイッチOFF (8) 復帰時:吸引力の消滅 (9) 復帰時:リレー接点OFF (10) 復帰時:ランプ消灯
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。

  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)
MOS FET Relay
動作原理

MOS FETリレーは以下の原理で動作しています。

画像をクリックすると動作原理がわかります。
MOS FET リレーの動作原理 (1)入力側に電流を通電するとLEDが発光する。 (2)その光を出力側のPDA(フォトダイオードアレイ)が受光し、発電することで再び電圧に変換する。 (3)この電圧が制御回路を通ってゲート電圧となり、MOS FETを駆動させる。

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

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

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

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。