リレー は、設計の特定の部分に電力を供給するために高電流が必要な設計では不可欠ですが、リレーの使用に関してジレンマが生じることがあります。設計にはどのようなタイプのリレーを使用すればよいのでしょうか?最終的には、接触リレーまたは非接触リレーのいずれかのタイプを選択することになりますが、ほとんどの場合、フォトリレー (非接触リレーのサブグループ) を使用すると、接触リレーを簡単に置き換えることができ、さらに利点も得られます。東芝 は、最も効率的なフォトリレー製品ラインの1つを所有しており、継続的に改良を続けています。東芝は、同社のフォトリレーが機械式リレーの代替として選ばれる理由を説明します。
フォトリレーとは何ですか?
リレーには、接触リレー（機械式リレー）と非接触リレー（半導体）の2つの主要なグループがあります。接触リレーには機械式スイッチが内蔵されており、ほとんどの場合、スイッチが切り替わる音が聞こえます。非接触リレーは、スイッチの状態を変更するために他の手段（機械的なスイッチなし）を使用します。
フォトリレーは非接触リレーのサブグループであり、LED駆動で、出力デバイスとしてMOSFETチップを使用します。AC負荷とDC負荷の両方を処理でき、信号リレー (接点リレーのサブグループ) の代替品として最適です。図1はフォトリレーの機能を示しています。まず電流がLEDを通過してLEDが発光し、次にPDAがLEDの光を感知して電源が入り、MOSFETのゲートを駆動します。これにより、MOSFETがオンになり、スイッチの状態が変化します。
図1: フォトリレーの機能。（出典：東芝フォトリレー仕様書電子書籍）
機械式リレーを東芝のフォトリレーに置き換える理由
フォトリレーの仕組みがわかったところで、次の疑問は、「なぜ機械式リレーを東芝のフォトリレーに交換する必要があるのか？」ということでしょう。フォトリレーに切り替えることで得られるメリットは主に5つあります。
総コスト削減
機械式リレーからフォトリレーに切り替えることで、長期的には設計コストを節約できます。フォトリレーはLED光を受けて動作するため、機械的な接触がなく、機械式リレーのような摩耗による劣化が少なくなります。東芝のフォトリレーはメンテナンスがほとんど不要で信頼性が高く、寿命が長く、コストが削減されます。
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省スペース
テクノロジーは常に限界を押し広げており、それに伴いデザインも小型化、コンパクト化しています。エンジニアは、設計のサイズを縮小する方法を常に模索しています。東芝製フォトリレーに置き換えることでセットの小型化に大きく貢献します。リレーは通常60mm2程度のパッケージトレンドを追うが、東芝はVSON（1.45×2.45mm）やS-VSON（1.45×2.0mm）などの小型パッケージ製品もラインアップしている。
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低消費電力
機械式リレーには、駆動するために大きな電流を必要とする多数の部品があります。フォトリレーでは駆動回路がよりシンプルになり、入力側にLEDが使用されるため、出力をオンにするために必要な入力電流は3 ～ 5 mA (最大) と低く、小型バッテリーまたはマイクロコンピュータから直接駆動することもできます。機械式リレーの通常の入力電力消費は約100mWですが、フォトリレーは約0.5mWを消費します。
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高速スイッチングとノイズの低減
東芝のフォトリレーは、機械式リレーに比べてスイッチング特性に優れています。フォトリレーはLEDライトを利用してMOSFETを駆動するため、スイッチング速度はほぼ瞬時で、通常は機械式リレーよりも最大10倍高速です。
ノイズも軽減されます。機械式リレーでは、起電力またはコイルからのバウンスによってノイズが発生する傾向があります。フォトリレーにはコイルがないので、これらによって発生するノイズが大幅に減少します。図2は、機械式リレーがどのようにノイズを発生させるかを示す良い例を示しています。
図2: 機械式リレーがノイズを発生させます。（出典：東芝フォトリレー仕様書電子書籍）
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ホットスイッチサポート
「ホットスイッチ」とは、電圧を印加してスイッチを動作させ、スイッチが閉じた瞬間に負荷に電流が流れる手段です。ホットスイッチの反対はコールドスイッチです。コールドスイッチとは、電圧を印加せずにスイッチが動作することを意味します。したがって、スイッチが閉じているときは電流は流れません。
ホットスイッチにより電圧が印加されるため、機械式リレーの接点が摩耗する可能性があります。さらに、スイッチが開いて電流が遮断されるとアークが発生し、リレーの寿命が短くなります。
フォトリレーはホットスイッチをサポートしており、最大定格が維持されている限り、ホットスイッチでもコールドスイッチでも使用できます。
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東芝のフォトリレー製品
東芝のフォトリレー が機械式リレーの優れた代替品である理由がわかったところで、次のような疑問が湧くかもしれません。機械式リレーの代替として、どのフォトリレーが私の設計に適しているでしょうか?東芝 は、図3に示すように、それぞれ独自の電気的特性とパッケージを備えた高電流フォトリレーの豊富なラインナップを持っています。あなたのデザインに合ったものを見つけるのはあなた次第です！
図3: 東芝のフォトリレーラインナップ表。