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パワーリレーを使う際の注意点

Raspberry Pi でパワーリレーを駆動していて,回路の誤動作に遭遇したので注意点を紹介します.

はじめに

Raspberry Pi で,大電流を制御するときに使うのがリレー.信頼性を重視してオムロンの パワーリレー G2R を選択していたのですが,あるとき開いたリレーが閉じなくなるという問題が発生しました.

回路

使っていた回路の構成を以下に示します.

Raspberry Pi からデジタルトランジスタを介してリレーを駆動しています.

問題

先ほどの回路図のまま使うと,リレーを開いた際に,デジタルトランジスタに過大な電圧がかかるという問題があります.「測定ポイント」と書いた部分の波形を以下に示します.

縦軸は 50V/div なので,約 150V の電圧が発生していることがわかります.もともと印可している 5V の 約30倍 もの電圧になります.

リレーはコイルを使って ON/OFF する仕組みなので,ノイズ発生することは予想していました.そのため,デジタルトランジスタとしては VCC の絶対最大定格 50V のものを使っていたのですが,発生しているノイズはこれを完全に上回っています.

対策

ツェナーダイオードを追加するだけで,この問題を解決できます.

使ったのは,手元にあった 5.1V ツェナーダイオード1N5231Bです.これを以下の回路図の赤色の部分に挿入します.

挿入後の波形はこうなります.

縦軸は 1V/div にしており,ノイズがほぼ発生していないことが確認できます.さらに,先ほどの場合,スイッチングが完了するまで 200us 以上かかっていましたが,この場合は 2us 未満に高速化しています.

参考文献

リレーの発売元のオムロンのサイトでは,リレーのサージ対策に以下のような様々な方式が紹介されています.

今回は後付けで対策を実施したのでツェナーダイオードを使用しましたが,最初から設計する場合は普通の整流ダイオードをリレーと並列に仕込むのが良さそうです.