DCリレーのコイルのon/offサージ吸収用デバイス。

Question

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。

m-jiro · Accepted Answer

>　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。

m-jiro · Answer

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。

m-jiro · Answer

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。

Blueskylonely · Answer

＞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。

Arudino · Answer

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。

kantansi · Answer

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。

DCリレーのコイルのon/offサージ吸収用デバイス。

> なるほど、これはもしかして？

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。

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。

＞課題は、種々の事情があってこのリレーは、コイルに

バリスタを使います。

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。

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>　なるほど、これはもしかして？

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