式と計算を含むトランジスタリレードライバ回路

この記事では、トランジスタリレードライバ回路を包括的に研究し、式を使用してパラメータを計算することにより、その構成を設計する方法を学習します。

リレーの重要性

リレーは、電子回路の最も重要なコンポーネントの1つです。特に、高電力伝送または主電源のAC負荷スイッチングが関係する回路では、リレーが動作の実装において主要な役割を果たします。

ここでは、トランジスタを使用してリレーを正しく操作する方法と、接続された負荷を問題なく切り替えるための電子システムの設計を適用する方法を学習します。

リレーがどのように機能するかに関する詳細な調査について この記事を読んでください

リレーは、ご存知のとおり、スイッチの形で使用される電気機械装置です。

関連するコイルに印加される比較的小さな電力に応じて、接点に接続された外部負荷を切り替える役割を果たします。

基本的に、コイルは鉄心に巻かれていますが、小さなDCがコイルに印加されると、コイルは通電され、電磁石のように動作します。

コイルのすぐ近くに配置されたバネ仕掛けの接触機構は、即座に応答し、通電されたコイルの電磁石の力に引き付けられます。コースでは、接点はそのペアの1つを接続し、それに関連付けられた相補ペアを切断します。

DCがコイルに対してオフに切り替えられ、接点が元の位置に戻って、前の相補接点のセットを接続すると、逆のことが起こり、このサイクルが可能な限り繰り返される可能性があります。

電子回路は通常、低電力のDCスイッチング出力を高電力の主電源ACスイッチング出力に変換するために、トランジスタ回路ステージを使用するリレードライバを必要とします。

ただし、ICステージまたは低電流トランジスタステージから派生する可能性のある電子機器からの低レベル信号は、リレーを直接駆動できない場合があります。なぜなら、リレーは比較的高い電流を必要とし、通常はICソースや低電流トランジスタステージからは利用できない可能性があるからです。

上記の問題を克服するために、リレー制御ステージは、このサービスを必要とするすべての電子回路にとって不可欠になります。

リレードライバは、動作する必要のあるリレーに取り付けられた追加のトランジスタステージに他なりません。トランジスタは、通常、前の制御ステージから受信したコマンドに応答してリレーを操作するためにのみ使用されます。

回路図

上記の回路図を参照すると、構成にはトランジスタ、ベース抵抗、およびフライバックダイオードを備えたリレーのみが含まれていることがわかります。

ただし、必要な機能に設計を使用する前に、解決する必要のある複雑さがいくつかあります。

トランジスタへのベース駆動電圧はリレー動作を制御するための主要なソースであるため、最適な結果を得るには完全に計算する必要があります。

ベース抵抗値idは、トランジスタのコレクタ/エミッタリード間の電流に正比例します。つまり、トランジスタのコレクタ負荷であるリレーコイル電流が主な要因の1つになり、値に直接影響します。トランジスタのベース抵抗の。

計算式

トランジスタのベース抵抗を計算するための基本式は、次の式で与えられます。

R =（Us-0.6）hFE /リレーコイル電流、

• ここで、R =トランジスタのベース抵抗、
• Us =ベース抵抗へのソースまたはトリガー電圧、
• hFE =トランジスタの順方向電流ゲイン、

「リレー電流」である最後の式は、次のオームの法則を解くことによって見つけることができます。

I = Us / R、ここでIは必要なリレー電流、Usはリレーへの供給電圧です。

実用化

リレーコイルの抵抗は、マルチメータを使用して簡単に識別できます。

私たちも既知のパラメータになります。

電源Usが= 12 V、コイル抵抗が400オームであるとすると、

リレー電流I = 12/400 = 0.03または30mA。

また、標準的な低信号トランジスタのHfeは約150であると想定できます。

上記の値を実際の方程式に適用すると、

R =（Ub-0.6）×Hfe÷リレー電流

R =（12 – 0.6）150 / 0.03

= 57,000オームまたは57K、最も近い値は56Kです。

リレーコイルの両端に接続されているダイオードは、上記の計算とはまったく関係ありませんが、それでも無視することはできません。

ダイオードは、リレーコイルから生成された逆起電力がそれを介して短絡され、トランジスタにダンプされないことを確認します。このダイオードがないと、逆起電力はトランジスタのコレクタエミッタを通る経路を見つけようとし、その過程で数秒以内にトランジスタに永久的な損傷を与えます。

PNPBJTを使用したリレードライバ回路

トランジスタは、共通のエミッタ構成で接続されている場合、スイッチとして最適に機能します。つまり、BJTのエミッタは常に「グランド」ラインに直接接続する必要があります。ここで、「グラウンド」は、NPNの負の線と、PNBPJTの正の線を指します。

回路でNPNを使用する場合は、負荷をコレクタに接続する必要があります。これにより、負のラインをオン/オフに切り替えることで、負荷をオン/オフに切り替えることができます。これは、上記の説明ですでに説明されています。

正のラインのオン/オフを切り替えたい場合は、リレーの駆動にPNBPJTを使用する必要があります。ここで、リレーは、PNPの電源とコレクタの負のラインの両端に接続できます。正確な構成については、下の図を参照してください。

ただし、PNPはトリガーのベースに負のトリガーが必要になるため、正のトリガーを使用してシステムを実装する場合は、次の図に示すように、NPNとPNBPJTの両方を組み合わせて使用​​する必要があります。

上記のコンセプトに関して具体的なご質問がございましたら、コメントでお気軽にご返信ください。

省電力リレードライバー

通常、リレーを動作させるための供給電圧は、リレーが最適に引き込まれるように寸法が決められています。ただし、必要な保持電圧は通常、はるかに低くなります。

これは通常、プルイン電圧の半分でもありません。その結果、リレーの大部分は、この低電圧でも問題なく動作できますが、初期起動電圧でプルインに対して十分に高いことが保証されている場合に限ります。

以下に示す回路は、100 mA以下、25 V未満の電源電圧で動作するように指定されたリレーに最適です。この回路を使用することにより、2つの利点が保証されます。まず、リレー機能は、定格供給電圧、電流はリレーの実際の定格の約1/4に減少しました！第二に、より高い電圧定格のリレーは、より低い供給範囲で使用できます。 （たとえば、TTL電源から5Vで動作するために必要な9Vリレー）。

回路は、リレーを完全に保持できる電源電圧に配線されていることがわかります。 S1が開いている間、C1はR2を介して供給電圧まで充電されます。 R1は+端子に結合され、T1はオフのままです。 S1が供給されるとすぐに、T1ベースはR1を介してコモン電源に接続され、スイッチがオンになり、リレーが駆動されます。

C1のプラス端子は、スイッチS1を介して共通アースに接続します。このコンデンサが最初に電源電圧に充電されていたことを考えると、この時点でその端子は負になります。したがって、リレーコイルの両端の電圧は供給電圧の2倍に達し、これによりリレーが引き込まれます。確かに、スイッチS1は、必要に応じてオンまたはオフに切り替えることができる任意の汎用トランジスタに置き換えることができます。