ソリッドステートリレー

ソリッドステート リレー( SSR ) は、制御端子間に外部電圧(AC または DC) が印加されるとオンまたはオフになる電子スイッチング デバイスです。電気機械式リレーと同じ機能を果たしますが、ソリッド ステート エレクトロニクスには可動部品が含まれず、動作寿命が長くなります。ソリッド ステート リレーは、1971 年に International Rectifiers の Crydom Controls 部門によって発明されました。^{[非一次ソースが必要] [1]}

SSR は、適切な入力 (制御信号) に応答するセンサー、負荷回路への電力を切り替える電子スイッチング デバイス、および制御信号によって機械部品なしでこのスイッチをアクティブにできるようにする結合メカニズムで構成されています。AC または DC 負荷を切り替えるように設計できます。パッケージ化された SSR は、サイリスタやトランジスタなどの電力半導体デバイスを使用して、最大約 100アンペアの電流を切り替えます。SSR は電気機械式リレーと比較してスイッチング速度が速く、摩耗する物理的な接点がありません。SSR は、電気機械式リレーのように大きな瞬間的な過負荷に耐えることができず、「オン」抵抗が高くなります。

AC 回路では、SCRまたはトライアックリレーは、負荷電流がゼロのときに、AC ゼロ クロスのポイントで本質的にオフになります。回路は正弦波のピークの途中で中断されることはなく、 インダクタンスの周囲の磁場が突然崩壊することで発生する大きな過渡電圧を防止します。ゼロ ポイント検出器を追加すると(逆の回路インダクタンスとその結果生じる逆起電力がない場合)、新しい波の開始時に個々の SCR をオンに戻すことができます。この機能は、ゼロ クロスまたはゼロ クロスオーバー スイッチングと呼ばれます。

単一のMOSFETまたは並列アレイの複数の MOSFETに基づく SSR は、DC 負荷に対して適切に機能します。MOSFET には、逆方向に導通する固有のサブストレート ダイオードがあるため、単一の MOSFET では両方向の電流をブロックできません。AC (双方向) 動作の場合、2 つの MOSFET が背中合わせに配置され、ソース ピンが一緒に接続されます。ドレイン ピンは出力のどちらかの側に接続されます。サブストレート ダイオードは、リレーがオフのときに電流をブロックするために交互に逆バイアスされます。リレーがオンのとき、共通ソースは常に瞬間信号レベルに乗っており、両方のゲートはフォトダイオードによってソースに対して正にバイアスされます。^{[あいまい]}

DC 負荷を切り替える場合、複数の MOSFET を並列に配線できるように、共通ソースへのアクセスを提供するのが一般的です。通常、制御入力が削除されたときに MOSFET のターンオフを高速化するためのネットワークが提供されます。

DC スイッチング アプリケーション用の SSR では、 MOSFET またはIGBTが使用される場合があります。

適切なタイプのSSR ^[2]を選択することは、特にアプリケーションが変化のない時間的に重要なオン/オフ状態を要求する場合に重要です。

時間クリティカルなオン/オフ切り替えを必要とするアプリケーションでは、SCR または TRIAC デバイスが示す固有のゼロクロス変動の影響を受けないため、トランジスタまたは MOSFET 設計タイプを使用する必要があります。

制御信号は、2 つの回路間にガルバニック絶縁を提供する方法で制御回路に結合される必要があります。

多くの SSR は光結合を使用しています。制御電圧によって内部LEDが通電され、光電ダイオード(光起電性)が点灯してオンになります。ダイオード電流によってバックツーバック サイリスタ( TRIAC )、SCR、またはMOSFET がオンになり、負荷が切り替わります。光結合により、制御回路を負荷から 電気的に分離できます。

電気機械式リレーに対するソリッド ステート リレーの相対的な利点のほとんどは、電気機械式デバイスと比較した場合、すべてのソリッド ステート デバイスに共通しています。

• 完全に無音で動作します。^[3]
• SSRは電気機械式リレーよりも高速に切り替わります。一般的な光結合型SSRのスイッチング時間は、LEDの電源のオン/オフに必要な時間に依存し、マイクロ秒からミリ秒のオーダーになります。^[3]
• 摩耗する可動部品がなく、穴が開いたり炭素が蓄積したりする接触部がないため、何度も作動しても寿命が長くなります。^[3]
• クリーンでバウンスのない操作。^[3]

SSR は、必要な起動入力電圧、電流、出力電圧と電流 (AC か DC か)、出力電流に影響する電圧降下または抵抗、熱抵抗、安全動作領域の熱および電気パラメータ (大電流を繰り返し切り替える場合の熱抵抗に応じたディレーティングなど) など、多数のパラメータによって特徴付けられます。SSR には、AC 電圧がゼロの場合にのみ電圧をオンまたはオフにするゼロ交差ハードウェアを含めることもできます。比例 SSR は、電流出力を下げるために、ゼロ交差後の電圧の開始を遅らせることができます (位相角制御)。

• 光アイソレータ

• オーディオアンプ用DC障害保護回路
• ソリッドステートリレー用語集
• ナショナルインスツルメンツのソリッドステートリレー
• ソリッドステートリレーと電気機械式リレー