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リレー関連情報

2014年05月27日

PhotoMOSリレーの短絡保護機能について

回路破損などの不具合を防ぐ「短絡保護機能」について解説します。

今回、お客様からいただいた質問をもとに解説する内容は、PhotoMOSリレーの「短絡保護機能」についてです。短絡保護機能は、回路破損などの不具合を防ぐとともに、他の回路や部品への影響にも関わってくる内容ですので、ぜひ回路設計時にお役立てください。

質問:PhotoMOSリレーの短絡保護機能とはどんな機能ですか?

答え:過電流によって起こる破損から回路、デバイスを保護する機能のことです。PhotoMOSリレーの出力端子間に過電流が流れたときに、内部の保護回路が働きます。

短絡保護機能には、「ラッチタイプ」と「ノンラッチタイプ」の2種類があります。
ラッチタイプは「latch (=保持する)」と名前がつくように、過電流を検出すると負荷電流を遮断し、リレーをOFF状態に保持するタイプです。ノンラッチタイプは「latchしない」という名前の通り、過電流を検出すると同じように負荷電流を遮断しますが、負荷電流が正常値に戻ったときに自己復帰を行い、通常のリレー動作に戻るタイプです。
ラッチタイプとノンラッチタイプの各々の保護機能の動作について、詳しく解説します。

1. 短絡保護機能付き(ラッチタイプ)

PhotoMOSリレー出力端子間の負荷電流がある一定の電流値に達すると、負荷電流に短絡保護機能が働き、負荷電流を完全に遮断しOFF状態にします。PhotoMOSリレーに内蔵された短絡保護回路が、過電流を瞬間的(typ.50μS)に完全に遮断することで、回路素子を過電流から保護します。
ラッチタイプは、このOFF状態を保持するので、リレーの機能を復活させる場合は一度入力電流自体をOFFにし、再度ONにします。

ラッチタイプの特徴について、図を用いてご説明します。出力電圧―出力電流特性を図1に、動作チャートを図2に示しました。

まず、図1は、ラッチタイプの出力電圧―出力電流特性について示したものです。このグラフで逆側にもグラフが伸びているのは、PhotoMOSリレー短絡保護機能付き(ラッチタイプ)の出力側に極性がなく、双方向の電圧、電流を制御できるためです。
グラフは出力電流がある値を超えると短絡保護機能が働いて、出力側がOFF状態になり、出力電圧を上げても電流が流れない状態を示しています。

20140527_1

そして図2で表しているのは、ラッチタイプの動作チャートです。上のリレー入力電流を流すことで、下の出力電流側がON状態に、入力電流を0にすると出力側電流がOFF状態になっているのがわかります。
短絡電流が発生すると、瞬時に保護機能が短絡電流を検知してすぐ出力側への負荷電流がOFFの状態になり、入力電流がONの状態であっても出力電流はOFF状態を保持します。
リレーの機能を復帰させる場合は、入力側の電流を一度0にしてリセットします。負荷電流が正常な状態であれば、入力側に電流を流したときに出力側の電流が流れます。この時に再度、短路電流発生を検知した場合は、出力電流の負荷電流が再びOFF状態になります。

20140527_2

2. 短絡保護機能付き(ノンラッチタイプ)

ラッチタイプと同じように、リレーへの負荷電流がある一定の電流値に達すると、負荷電流に短絡保護機能が働き、負荷電流を遮断しOFF状態にします。ノンラッチタイプは、その後も負荷電流を監視し、負荷電流が正常値に戻ると通常のリレー動作に自己復帰をします。
図3にノンラッチタイプの動作チャートを示します。
(ノンラッチタイプは出力側に極性があり、DC負荷専用になります)

20140527-3

(1)負荷短絡検出

正常なリレー動作を行っている際、出力電流に一旦過電流が発生すると保護機能が働き、入力電流がON状態であっても、出力側の負荷電流はOFFになります。(実際には過電流により、出力端子間の電圧が一定値を超えるため保護動作が働きます)

(2)間歇(かんけつ)動作

一定の間隔で、定格電流に戻っているかの検知動作を繰り返します。

(3)負荷復帰

(2)の間歇動作で出力部の負荷電流が定格電流に戻っていることを検知すると、異常が解除されリレーの出力側はON状態になります。

(2)の間歇動作に入って検知動作を繰り返す間隔を「短絡電流モニタリング間隔」といいます。短絡電流は、負荷電流の短絡状態が長時間続くと、この負荷電流が短絡状態か否かを確認する間隔が長くなります。この特性を表したものが図4の短絡電流モニタリング間隔―時間特性です。
時間が経つにつれて、縦軸のモニタリング間隔が長くなるのが読み取れます。また、負荷電流(VL)が大きくなればなるほど、モニタリング間隔への影響も大きくなっていることがわかります。

20140527_4

3. 使用上のご注意

短絡保護機能は回路への過電流保護を目的としていますので、突入電流やノイズについても過電流として検知し、保護機能が働くことがあります。そのため、負荷電流は突入電流やノイズを含めて最大負荷電流以下としてください。また、内部ICの動作を安定させるため、入力電流は、ラッチタイプ:5mA以上、ノンラッチタイプ:10mA以上を確保してください。

いかがでしたでしょうか?今回は短路保護機能について解説しました。
過電流による素子の破損を防ぐこの機能は、リレーの選定時に必要な知識になります。ぜひ、今回の解説で着実に理解を深めて回路設計にお役立てください。

今回のキーワード

  • 過電流:この回で使用している過電流とは、PhotoMOSリレーの連続負荷電流の値を超え、短絡保護動作に入る検知電流のことです。
  • モニタリング間隔:モニタリング間隔とは、過電流状態が定格電流状態に復帰しているかどうかをチェックする周期のことをいいます。過電流状態が長く続くとモニタリング間隔も長くなります。
PhotoMOS

谷口

パナソニック株式会社制御機器コールセンター所属。久留米高専電気工学科卒業後、松下電工株式会社(現・パナソニック)へ入社。25年間の制御部品営業を経て現部署へ。 趣味:サイクリング、登山、マラソン、天体観測

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