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DCリレーをトランジスタで駆動したいと考えています。
"普通"のよくある考え方は、リレーコイルの両端(電源
プラス側がカソード側)にサージ吸収用にダイオードを
接続すればよい事は理解致します。
が、課題は、種々の事情があってこのリレーは、コイルに
時々逆方向に駆動電圧が掛かります。
∴⇒逆方向に電圧印加時には、ダイオードの極性が問題
になります。
このような場合には、どのようなサージ吸収デバイスを
選定すればよいでしょうか?
どなたか、ご経験のある方ご教授願えますとありがたいです。
どうぞ宜しくお願い申しあげます。

A 回答 (6件)

> なるほど、これはもしかして?


> エネルギー保存則が根底にありますでしょうか?

もちろんそういうことです。
① コイルに蓄えられている電気エネルギーは 1/2・LI² です。
(この I はコイルに流れる定常電流)
② 放電時にサージキラーで消費されるエネルギーは R∫i²dt です。
コイルの巻線も抵抗を持っているので消費要素になります。
巻線抵抗を r として、r∫i²dt
合計すると (R+r)∫i²dt
(この i は時刻 t における瞬時電流。t=0 では i=I )
①と②は等しいです。
つまり 1/2・LI² = (R+r)∫i²dt になります。

流し始める時は i=0 で始まり、t=∞ で i=I になりますね。
このときのエネルギーも同じ式です。
1/2・LI² = r∫i²dt になります。
(この r はコイルの巻線抵抗です)


> コイル内に定常的に流れていた(直流)電流が、その電流が遮断された瞬間は、40[mA]である。従いまして、その電流値と並列接続の抵抗値(600Ω)から結果、電源電圧に上記が加算されてせいぜい48[V]。

そのとおりです。
トランジスタの耐圧は60~70Vは欲しいですね。この程度のものはたくさんあると思います。
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この回答へのお礼

ご多用の中、幾度もご丁寧なお返事ありがとうございます。
なるほど、よく分かりました。
このような素晴らしい方法がある事を初めて知りました。
ご教授頂いた方法でtryしてみます。
ありがとうございます。

お礼日時:2023/06/21 09:55

コイルは流れる電流を変えようとしても素直に応じてくれませんね。


電流が流れていないコイルに電圧を加えると電流はゼロから始まって時間と共に増加します。
逆に電流が流れているコイルの電流を切った場合も今までの電流を維持しようとします。端子が開放であっても絶縁抵抗という部品(?)を通じて流れようとするのでものすごい高電圧になります。現実には火花を出して放電しますね。なおこのとき発生する電圧の極性は加えた電圧と+-が逆になります。
このサージ電流は今までコイルに流れていた電流と同じ値から始まり時間と共に減少します。因ってリレーに40mA流れていたのならサージ電流は40mAから始まり(これが最大値)時間が経つとゼロになります。
またサージを吸収する回路の抵抗値がいくらであってもピークの電流値は変わりません。ゼロΩであっても40mAから始まるし絶縁抵抗(?)であっても40mAから始まります。しかし流れる時間が違います。抵抗が小さいほど(発生電圧が低いほど)長時間流れます。これは吸収されるエネルギーが R∫I²dt になることからわかると思います。一般にサージ対策としてリレーと並列にダイオードを入れますがサージのエネルギーを吸収しているのはダイオードではなくリレーの巻線が持つ抵抗です。もしRがゼロΩなら永久に流れますね。これ超電導磁石の原理です。

前の回答でひとつ忘れていました。
直流のリレーでは操作コイルに加える電圧の+-が逆になると動作しないものがあります。例えばオムロンのG6Aなど。基板用の小型リレーは多くが有極性です。注意してください。
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この回答へのお礼

重なるご回答ありがとうございます。
>今までコイルに流れていた電流と同じ値から始まり...。
>しかし流れる時間が違います。
なるほど、これはもしかして?
エネルギー保存則が根底にありますでしょうか?
コイル内に定常的に流れていた(直流)電流が、その電流が遮断された瞬間
は、40[mA]である。従いまして、その電流値と並列接続の抵抗値(600Ω)
から結果、電源電圧に上記が加算されてせいぜい48[V]。
この電圧を基準にトランジスタの(off時の)耐圧の高いものを選定して
対応致します。
 
>基板用の小型リレーは多くが有極性です。...。
これは、注意が必要ですね。
ご丁寧にありがとうございます。

お礼日時:2023/06/19 12:27

駆動電源の都合で電源の極性が変わるのであればリレーの前にブリッジダイオードを入れてはどうですか? リレーには電源の正負にかかわらず同じ極性の電圧が加わります。

ブリッジダイオード自体がサージ吸収をするのでサージ対策のダイオードは不要です。

1巻線型のラッチングリレーなら加える電圧の極性でON/OFFが変わるのでブリッジダイオードではダメですね。ZNRを使うのもひとつの方法ですがあまりお勧めできません。まずZNRには寿命があります(カタログに書いてあります)。またZNRには連続して加えて良いのは定格電圧の半分までです。例えば24V電源ではZNRは定格電圧48V以上のものを使ってください。これを守らないとZNRは短時間で焼損、断線します。

ツェナーダイオードを2個、逆直列にしてリレーと並列に接続する方法もあります。24Vリレーならツェナーは35Vぐらいが適正かな? 

リレーと並列に抵抗を接続するのも方法です(回路の消費電力が増えますが)。例えばDC24V40mAのリレーであれば並列に600Ωを接続することでサージ電圧の最大値は24Vになり電源の24Vと合わせて48V以上の電圧は生じません。サージ電流はリレーの定格電流と同じということを利用した対策法です。
並列抵抗の消費電力が気になるならこの抵抗と直列にコンデンサを入れます。サージ電流しか流れなくなるので省エネになりますが、何μFが適正なのかについてはテストして決めてください。リレーの大きさや開閉頻度に因るでしょう。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
が、
勉強不足で誠に申し訳ございません。
仰る通り使用予定のリレーは、DC24[V]用です。
>サージ電流はリレーの定格電流と同じ...。
↑ココが理解出来ないのですが、リレー駆動のトランジスタが
offした瞬間にその600Ωの抵抗に高い電圧が印加されると
思いますが、その電圧がせいぜい24V(max)という部分がよく理解できません。再度ご教授頂けますとありがたく思います。

お礼日時:2023/06/15 10:13

>課題は、種々の事情があってこのリレーは、コイルに


時々逆方向に駆動電圧が掛かります。

ここが理解出来ませんが、このような条件があるとして、

・バリスターをコイル両端につける。
・セラコン+抵抗をコイル間につける。
・ジェナーダイオード2本逆接続しコイル間につける。(低電圧の場合)
・ネオン管をコイル間につける。(かなり高電圧の場合)

使用回路に電圧やトランジスターの耐圧により方法を選ぶ必要がある。

詳細回路が開示されれば、皆さんからより具体的な手法が提案を頂けると思います。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
>ここが理解出来ませんが...。
↑コイルへの印加電圧を事情により切り替える事がある為、通常のダイオード
では、ダイオードから見て順方向の状態になった時が困ってしまいます。
ツェナダイオードの案は、とても良いと思います。
DC24[V]リレー用なので、ツェナダイオードの電圧の高い30[V]くらいのものを選定すれば、行ける気がします。
ありがとうございます。

お礼日時:2023/06/12 17:59

バリスタを使います。

商品名はZNR とかTNR とか色々あります。東芝、パナソニック他各社から販売されています。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
>バリスタ...。
なるほど、そういうデバイスがあるのですね。
交流回路に使用可能な(いわゆる印加電圧双方向に効く)デバイス。
これも大変良いですね。
ありがとうございます。

お礼日時:2023/06/12 18:01

逆方向の駆動電圧に対しても適切なサージ吸収を行うために、以下のいくつかの方法が考えられます。



バイポーラトランジスタ(NPNまたはPNP)を使用する方法:

リレーコイルとトランジスタのエミッタ(またはコレクタ)を接続します。

ベースには適切なベース抵抗を使用して駆動信号を供給します。

エミッタ(またはコレクタ)とベース間に適切な逆方向保護用のダイオードを接続します。


モスフェットを使用する方法:

リレーコイルとモスフェットのドレインを接続します。

ゲートには適切な駆動信号を供給します。

ダイオードをモスフェットのドレインとソース間に接続します。


オプトカプラを使用する方法:

オプトカプラを使用して、リレーコイルとトランジスタ回路を電気的に絶縁します。

オプトカプラの入力側には適切な制御信号を供給し、出力側にはリレーコイルを接続します。

これらの方法は、逆方向の電圧が掛かった場合にダイオードが保護するという従来の方法とは異なります。代わりに、トランジスタやオプトカプラなどのデバイスを使用して、逆方向の電圧がコイルに掛かった際に保護を行います。

ただし、具体的な回路設計や部品選定には、リレーの仕様や駆動回路の詳細な要件に基づいて検討する必要があります。これらの方法は一般的なアドバイスですが、実際の回路設計には注意が必要です。製品データシートや回路設計の専門家の助言を求めることをおすすめします。
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この回答へのお礼

早速のご回答ありがとうございます。
半導体スイッチを使う案だと理解致しました。
勉強不足で誠に申し訳ございません。
現在考えている[案]は、メカニカルリレーを使用したいです。
コイルの電流断時に発生する逆起電力を抑えるデバイスを相談させて頂きたいです。
そのコイルの印加電圧(駆動電圧)が、極性が逆の場合がある事に悩んでいます。

お礼日時:2023/06/12 17:34

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