ソリッドステートリレー：基本概要

前回のメカニカルリレーのブログでお約束したとおり、今回のはソリッドステートリレー（SSR）について取り上げます。SSRの基本的な機能はメカニカルリレーと同じですが、このブログでは、SSRの内部動作や、メカニカルリレーではなくSSRを選択すべき理由について取り上げ、いくつかの用語についても説明します。

SSRを構成している主要部品は、センサ、スイッチングデバイス、カップリング機構の3つです。一般に、カップリングは光学的に処理され、制御回路と信号回路の間の電気的な絶縁を実現します。この入力により、感光性ダイオードを作動させる内部LEDがオンになります。このダイオードによって、SCR、サイリスタ、またはMOSFETがオンになり、出力ピンへのフローが可能になります。

一般にSSRはメカニカルリレーより高速です。これは、SSRでは可動部品がないため、リリース時間が大幅に短縮され、接点バウンスの影響を受けないためです。また、寿命が長く、動作音もしません。SSRの欠点としては、メカニカルリレーよりもコンタクト抵抗が高く、サージ電流による損傷を受けやすいことが挙げられます。内部スイッチングデバイスが損傷すると、リレーが機能しなくなります。

SSRに関して分かりにくいとされる点は、出力の種類でしょう。SSRは、DC、AC、またはこの2つの組み合わせを切り替えることができます。ACの切り替え方法については、ゼロクロス、比例制御、または非同期という、複数の選択肢があります。では、これらの違いについて見ていきましょう。

ゼロクロス（「同期」）：制御電圧の印可後、リレーのスイッチは、負荷電圧がゼロボルトの境界をまたぐまではオンになりません。下記の画像では、DC制御電圧が入力に送られていますが、AC負荷電圧はライン1までは（つまり、正弦波が最初にゼロボルトを超えるまでは）出力に伝導されません。この負荷は、制御電圧がオフになった後に、正弦波が初めてゼロを超えるまではオフになりません（ライン1はオンになるポイント、ライン2はオフになるポイントを示しています）。

図1：ゼロクロスリレー（画像提供：Digi-Key Electronics）

比例制御：この場合、負荷に対して提供される電力は、入力に提供されるアナログ制御信号に比例します。制御信号は、0～5V_DC、4～20mA、および0～10V_DCなど、さまざまな形を取る場合があります。これら各種の信号出力は、一般に照明または加熱の用途に見られます。

非同期（「瞬時」または「ランダムターンオン」）：これらのリレーの出力は、入力に電圧が印可されると即座にオンになり、電圧が除去され、正弦波がゼロに到達すると、即座にオフになります。

エレクトロメカニカルリレーやリレー全般の詳細については、メカニカルリレーの基本概要のブログを参照したり、下のビデオを見てください。