電子リレースイッチ回路– NPN、PNP、N＆Pチャネルリレースイッチ
電子リレースイッチの回路図とその動作
出力として分類されるさまざまな電気および電子機器があります デバイスこのようなデバイスは、マシンまたはデバイスの外部物理プロセスを制御または操作するために使用されます。これらの出力デバイスは、一般にアクチュエータと呼ばれます。
これらのアクチュエータは、電気エネルギーを力、速度などと呼ばれる物理単位に変換します。リレーは基本的に、2つの安定した状態を持つバイナリアクチュエータです。この記事では、リレースイッチ回路の詳細について説明します。 、それは設計と機能です。
電気リレーとは何ですか？
これらは、さまざまな形状、サイズ、電力定格の電動スイッチです。電気リレーは、ほぼすべてのタイプのアプリケーションに適しています。リレーは、単一のパッケージ内に単一または複数の接点を持つことができます。より大きなパワーリレーは、主に「コンタクタ」と呼ばれる主電源電圧または大電流スイッチングアプリケーションに使用されます。リレーの分類を見てみましょう。
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電気リレーは、基本的に2つのサブカテゴリに分けられます。
電気機械式リレー：
名前が示すように、電気機械式リレーは電磁です。 デバイス。基本的には、電気制御信号の印加によって発生する磁束を、リレースイッチ内の電気接点を操作する引っ張る機械的な力に変換します。電気化学リレーの最も単純で最も一般的な形式は、透過性の鉄芯に巻かれた通電コイルで構成されています。この通電コイルは一次回路とも呼ばれます。
電気化学リレーは一般的に電気および電子制御で使用されます またはスイッチング回路 。これらはPCBボードに直接取り付けられるか、自立型として接続されます。自立構成では、負荷電流は通常アンペアで機能します。
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電気機械式リレーの構築
リレーは、「通常開」または「通常閉」の2つのモードで構成されます。接点の1つのペアはノーマルオープン（NO）と呼ばれるか、接点を作成し、別のセットはノーマルクローズ（NC）またはブレーク接点と呼ばれます。
これで、通常は「開」位置で、界磁電流が「オン」の場合にのみ接点が閉じます。通常「オン」の位置では、スイッチの接点は誘導コイルに向かって引っ張られます。電気リレーの最も重要な部分の1つはコイルです。このコイルは電流を磁束に変換します。これらの磁束は、リレー接点を機械的に操作するために使用されます。リレーコイルの最大の問題は、それらが「高誘導性負荷」であるということです。リレーコイルは一般的にワイヤーのコイルで作られています。
コイルに電流が流れると、コイルの周囲に自己誘導磁場が発生します。コイルの電流を「OFF」にすると、大きな逆起電力電圧が発生します。これは磁束とコイルの衝突によるものです。誘導逆電圧値は、スイッチング電圧と比較して非常に高くなっています。この電圧は、リレーの動作に使用されるトランジスタ、FET、マイクロコントローラなどの半導体デバイスに損傷を与えるのに十分な能力があります。
注： これらの用語“ ノーマルオープン」および「ノーマルクローズ」または 接点の作成と切断は、リレーコイルが「オフ」になっているとき、つまり、リレーコイルに供給電圧が接続されていないときの電気接点の状態を指します。
電気リレーの使用について覚えておくべき重要なポイントの1つは、「より高い負荷電流を処理するためにリレー接点を並列に接続することはお勧めできません」ということです。例-それぞれ5Aの接点定格を持つ2つのリレー接点を並列に使用して10Aの負荷を供給しようとしないでください。
リレー接点は、接触したときに電流が流れるようにする導電性部品を使用して構築されています。それらはスイッチのように設計されています。接点が開くとすぐに、接点間の抵抗が非常に高くなります。これにより、開回路状態になり、リレーに回路電流が流れなくなります。
しばらくすると、電気化学リレーの可動部分が摩耗して故障したり、アーク放電や浸食が続くとリレーが使用できなくなる可能性があります。また、それらは電気的にノイズが多く、それらが接続されている電気回路に影響を与える可能性のある接点バウンスに悩まされています。このリレーの難しさを克服するために、ソリッドステートリレーと呼ばれる別のタイプのリレーが開発されました。
ソリッドステートリレー：
ソリッドステートリレーには可動部品がありません。これは純粋な電子デバイスです。このリレータイプには、機械的接点がパワートランジスタ、サイリスタ、またはトライアックに置き換えられているため、可動部品はありません。
可動部品がないため、リレーの信頼性が高く、長持ちし、電磁干渉が低減されます。これにより、従来の電気機械式リレーと比較して、ソリッドステートリレーがはるかに高速かつ正確になります。制御用のソリッドステートリレーの入力電力要件は、通常、ほとんどのICファミリと互換性を持たせるのに十分なほど低くなっています。
ソリッドステートリレーの出力スイッチングデバイスは半導体デバイスであるため、「ON」がそれと比較してはるかに高い場合、SSRの出力端子間の電圧降下が発生します。電気機械式リレーの通常、1.5〜2.0ボルトです。大電流を長期間切り替えるには、追加のヒートシンクが必要になります。
ドライバーやアンプを追加しなくても使用できます。ただし、出力スイッチング半導体デバイスは半導体デバイスであるため、過熱を防ぐために、適切なヒートシンクプレートまたは材料に取り付ける必要があります。リレースイッチング回路の設計とタイプは非常に巨大です。リレーは、単純なスイッチ回路のように1つまたは複数の極を切り替えると言われています。リレーの各極には、3つの異なる方法で投げることができる接点があります。
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リレーをスローするさまざまな方法：
- ノーマルオープンコンタクト（NO）：これはメイクコンタクトとも呼ばれます。この接点は、リレーがアクティブになると回路を閉じます。リレーが非アクティブ状態のときに回路を切断します。
- ノーマルクローズコンタクト（NC）：これはブレークコンタクトとして知られています。機能はNO接点の機能と逆です。リレーがアクティブになると、回路が切断されます。リレーが非アクティブになると、回路が接続を開始します。
- 切り替え（CO）/双投（DT）接点：共通端子とのNO接点およびNC接点を制御するために使用されます。つまり、2種類の回路を制御するために使用されます。タイプに応じて、「ブレークビフォアメイク」および「メイクビフォアブレーク」の連絡先名と呼ばれます。
重要：
リレーは、2つの基本的な操作用に設計されています。 1つは低電圧アプリケーション用で、もう1つは高電圧用です。低電圧アプリケーションの場合、リレーは回路全体のノイズを低減するように設計されています。高電圧アプリケーションの場合、主にアーク現象を低減するように設計されています
リレーを切り替える一般的な方法のいくつか：
入出力インターフェースモジュールリレー：I / Oモジュール）は、コンピューター、マイクロコントローラー、PICなどのデバイスを負荷やスイッチにインターフェースするために特別に設計された別のタイプのソリッドステートリレーです。 。市場には基本的に4種類のI/Oモジュールがあります。
これらは、TTLまたはCMOSロジックレベル出力へのACまたはDC入力電圧、およびACまたはDC出力電圧へのTTLまたはCMOSロジック入力です。各モジュールには、1つのデバイス内で完全なインターフェイスと分離を提供するために必要なすべての回路が含まれています。これらは、個別のソリッドステートモジュールとして利用可能であるか、市場の4、8、または16チャネルデバイスに統合されています。
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NPNリレースイッチ回路：
一般的なNPNリレースイッチ回路には、NPNトランジスタスイッチによって駆動されるコイルがあります。トランジスタのベース電圧がゼロの場合、トランジスタはカットオフ領域にあり、オープンスイッチとして機能します。この状況では、コレクター電流は流れず、リレーコイルはオフになります。
ベースに電流が流れていない場合、リレーコイルにも電流は流れません。 NPNトランジスタの領域を飽和させるために大きな正の電流がベースに流れ込むと、電流はベースからエミッタに流れ始めます。
PNPリレースイッチ回路：
PNPリレースイッチ回路には、異なる極性の動作電圧が必要です。リレーコイルを制御する能力という点では、NPNリレースイッチング回路に似ています。たとえば、PNPタイプがエミッタからコレクタに電流を流すには、コレクタ-エミッタ電圧が負である必要があります。
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Nチャネルリレースイッチ回路：
MOSFETリレーのスイッチング動作は、バイポーラ接合トランジスタ（BJT）のスイッチ動作と非常によく似ています。動作間の主な違いは、MOSFETが電圧動作デバイスであるということです。ただし、ゲートはドレイン-ソースチャネルから電気的に分離されています。 NチャネルエンハンスメントMOSFETは、最も一般的に使用されるタイプのMOSFETです。ゲート端子の正の電圧はMOSFETを「オン」に切り替え、ゲートの負の電圧はMOSFETを「オフ」にします。これにより、MOSFETリレースイッチに最適です。
Pチャネルリレースイッチ回路：
NチャネルエンハンスメントMOSFETとは異なり、負のゲート電圧でのみ動作します。この構成では、Pチャネルのソース端子は+ Vddに接続され、ドレイン端子はグランドに接続されます。両方ともリレーコイルを介して接続されています。ゲート端子に高電圧レベルが印加されると、PチャネルMOSFETは結果的に「オフ」になります。
適切なリレーを選択する際の注意点：
- コイル保護と接触保護が良好であることを確認してください
- 規制当局の承認を得た標準リレーを探す
- 高速スイッチングリレーを選択する
- 連絡先の種類を賢く選択してください
- コイル回路とリレーの接点が絶縁されていることを確認してください
例を使ってリレー回路の動作を理解しましょう：
たとえば、リレースイッチを使用してCFL電球をオンにする必要があるとします。このリレー回路では、プッシュボタンを使用して5Vリレーをトリガーし、次に2番目の回路を完成させてランプをオンにします。
次のコンポーネントを集めて回路を設計します。
- リレー5V
- 電球ホルダー
- CFL
- オン/オフボタンを押す
- パフォーマンスボード
- 9V電池
- AC供給
リレーデバイスの切り替えを目的として、一般的なON/OFFスイッチが追加されています。上記の回路では、5Vリレーは9Vバッテリーで駆動されます。最初にスイッチが開いているとき、電流はコイルを流れません。その結果、リレーの共通ポートは「NO」（ノーマルオープン）接点に接続されます。したがって、LAMPは「オフ」のままになります。
スイッチを閉じると、コイルに電流が流れ始めます。ここでは、電磁誘導により可動電機子を引き付けるコイルに磁界が発生し、ComポートがリレーのNC（ノーマルクローズ）接点に接続されます。その結果、CFLは「オン」になります。
同等のワット数の電気機械式リレーと比較したソリッドステートリレーの主な欠点は、コストが高いことです。単極単投タイプのみが利用可能であり、「オフ」状態の漏れ電流がスイッチングデバイスを流れ、高い「オン」状態の電圧降下と電力損失により、追加のヒートシンク要件が発生します。また、一般的な販売状態のリレーでは、非常に小さな負荷電流や、オーディオやビデオ信号などの高周波信号を切り替えることはできません。ただし、このタイプのアプリケーションには、特別なソリッドステートスイッチを使用できます。
電気化学リレーとソリッドステートリレーの両方が、日常生活において非常に重要です。デバイスの要件に応じて、それらのいずれかを選択できます。ソリッドステートリレーには、電気機械式リレーと比較して、かなり大きく、恐らく威圧的な前払い価格が付いています。
ただし、このソリッドステートリレー接点の動きは、低電力入力信号からの電磁力を使用して生成されます。これにより、高出力信号を含む回路を完成させることができます。したがって、ソリッドステートリレーは電気機械式リレーよりも優れています。電気機械式リレーは、単純な機械的設計アプローチを使用する比較的古い技術です。
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アプリケーション：
さまざまなリレーアプリケーションがあります。最も一般的なアプリケーションのいくつかは次のとおりです。
- リレー回路を使用して論理機能を実現できます
- セーフティクリティカルロジックも提供します
- リレーを使用して時間遅延関数を提供できます
- これらは、低電流信号の助けを借りて高電流回路を制御するために使用されます
この記事では、さまざまなタイプのリレー、それらの動作、およびそのアプリケーションについて説明しました。これで、リレーとその機能について十分な知識が得られました。この記事を読むと、不便を感じることなく自分でリレーを設計できるようになります。
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