電気ラッチングリレーの仕組み: パルス制御、コイルの種類、および用途

主電源の中断後にスイッチング状態を記憶する必要がある街灯コントローラーや、停電中にロード ブレーカーの状態を維持する必要があるスマート メーターを想像してください。従来のリレーは、コイル電圧が消えるとすぐにアーマチュアを降下させ、接触状態を失い、再起動時にシステムに位置を再学習させます。電気ラッチングリレーはそうではありません。磁気回路が 2 つの安定した位置で意図的に構築されているため、コイル電流がゼロになっても、正確に元の位置に留まります。この 1 つの動作の違いが、ラッチング リレーがスマート メーター、照明制御、充電インフラストラクチャ、およびその他の多くの電力スイッチング設計でデフォルトの選択肢となっている理由です。

この記事では、電気ラッチング リレーがどのように動作するか、シングル コイル バージョンとデュアル コイル バージョンの違い、実際に重要な仕様、および製品に組み込む際にエンジニアがよく見落としがちなことについて説明します。

電気ラッチングリレーとは何ですか?

電気ラッチング リレーは、双安定リレーまたはインパルス リレーとも呼ばれ、コイルへの通電が遮断された後も接点位置を保持する電気機械スイッチング デバイスです。標準の単安定リレーは、コイル電流が停止するとデフォルトの接点位置に戻ります。ラッチングリレーは、永久磁石または特別な形状の磁気回路を使用して、アーマチュアを最後に指令された状態にロックします。状態を変更するには、コイルを流れる短い電流パルス (通常は数十ミリ秒) で十分です。

データシートでは、次の 2 つの重要な用語が使用されます。 セット そして リセット 。セットすると接点が動作位置に移動します。リセットするとリリース位置に戻ります。パルスが終了すると、リレーは次のパルスが到着するまでその位置を無期限に保持します。

シングルコイルラッチングリレー

1 つのコイルでセットとリセットの両方を実行します。違いは、印加されるパルスの極性です。正のパルスは接点をセットし、負のパルスは接点をリセットします。これによりリレーの構造が簡素化され、コイル端子の数が減りますが、駆動回路はコイルの両端の電圧を反転できなければなりません。

デュアルコイルラッチングリレー

デュアルコイル設計は、同じ磁気回路上に 2 つの別々のコイルを提供します。 1 つのコイルに通電するとリレーが設定されます。もう一方に通電するとリセットされます。極性を反転する必要がないため、制御回路が簡素化され、正のパルスのみを駆動するマイクロコントローラー出力に適しています。

一部の製品ファミリーは、1 つのフットプリントで両方のオプションをカバーします。の FH31L たとえば、シリーズはシングル コイルまたはダブル コイルで利用できるため、同じ PCB レイアウトで異なる制御戦略に対応できます。

FH31L 80A ラッチング リレー (シングルまたはダブル コイル オプション付き) この 80A ラッチング リレーは、同じ設置面積でシングル コイル構成とダブル コイル構成の両方をサポートしているため、UC2 準拠と低待機電力を必要とするスマート メーターに柔軟な選択肢となります。 製品を見る→

連絡先の取り決めと選択ロジックについてさらに詳しく復習する必要がある場合は、当社のガイドを参照してください。 リレーの仕組み、接点の種類、選択基準 基本を説明します。

磁気ラッチ機構の仕組み

鍵となるのは、アーマチュアまたはコア回路に配置された永久磁石です。 1 つの安定した位置では、磁石の磁束がアーマチュアをコアに保持し、接点を閉じた状態に保ちます。電流パルスが正しい方向にコイルを流れると、永久磁石の磁束に対抗する磁束が生成されます。反対の磁束が十分に強くなると、アーマチュアは解放されて別の位置にスイングし、そこで磁石が再びアーマチュアを保持しますが、今回は接点が開いた状態になります。その後、コイル電流を除去できます。

これが、コイルが遷移中にのみエネルギーを必要とする理由です。保持力は連続電流ではなく磁石から生じます。標準的な単安定リレーでは、保持力はコイル電流とともに消失します。ラッチングリレーでは、設計により永久的です。

実際の切り替えシーケンスは短く、決定的です。

1. コントローラーは、十分な振幅と幅を持つセット パルスを適用します。
2. アーマチュアが移動し、接点の状態が変化します。
3. コイルが解放され、永久磁石が新しい位置を保持します。
4. 次のサイクルでは、リセット パルス (シングルコイル リレーの逆極性、またはデュアルコイル リレーの 2 番目のコイル) によって接点が復元されます。

シングルコイルとデュアルコイル: どちらを選択するべきですか?

選択がリレー自体に関わることはほとんどありません。これは、駆動回路、制御マージン、および PCB スペースに関係します。

スペースに制約のある計測ボードの場合、シングルコイルリレーによりコイル側の配線が 2 つの配線に減ります。マルチチャンネル産業用パネルの場合、デュアルコイルリレーを使用すると、極性の反転を気にすることなく、PLC が各コイルを直接駆動できます。

購入前に評価すべき主な仕様

ラッチング リレーのデータシートは標準リレーのデータシートと似ていますが、コイル抵抗、最小セット/リセット パルス幅、接点材質の 3 つのパラメータには特に注意が必要です。

接点の材質は最も見落とされやすい仕様の 1 つです。酸化銀スズ (AgSnO2) は、コンデンサ、LED ドライバー、モーターなどの突入電流の大きい負荷に対して、純銀よりもはるかに優れた溶接やアーク侵食に対する耐性を備えています。負荷がスイッチオン時に定常電流の数倍を消費する場合は、AgSnO2 接点を備えたリレーを選択してください。

UL TUV CQC RoHS REACH

電気ラッチングリレーが使用される場所

ラッチングリレーの双安定動作は、現実世界の要件に直接対応します。

スマートメーターとスマートグリッド機器

スマート メーターは、送電網が停止した場合でも接続状態を記憶する必要があり、非常に低い待機電力で動作する必要があります。の W30L は、スマート メーターおよび照明制御アプリケーション向けに特別に設計されたラッチング リレーの一例で、設置時に手動でオーバーライドできる手動制御オプションが付いています。

W30L 40A/50A マニュアルオーバーライド付きラッチングリレー スマート メーターおよび照明制御用に設計されたこのラッチング リレーは、低スタンバイ電力、設置用の手動制御スイッチ、および UL/TUV/CQC 認証を備えており、エネルギーを重視するアプリケーションに適しています。 製品を見る→

メーターはスイッチング動作ごとに数ミリ秒間だけコイル電力を消費するため、計測回路全体が厳しいエネルギーバジェット内に保たれます。

照明制御とスマートホーム

照明回路は 2 つ以上の場所から切り替えられることがよくあります。中央制御パネルのラッチング リレーは、押しボタンまたはホーム コントローラーから短いパルスを受信し、コイルを継続的に消費することなく点灯状態を保持します。 2 接点バージョンでは、活線と中性線の両方を切り替えることができるため、家庭用設備の安全性が向上します。

新しいエネルギーと充電インフラ

インバータ、太陽光発電システム、および AC 充電パイルでは、負荷の接続と切断にラッチング リレーが使用されます。高電流モデルは 100 A、120 A、さらには 125 A の接点スイッチングに対応しており、配電システムやエネルギー貯蔵システムに役立ちます。

高電流スイッチングの場合、 FH21L は 90 A のスイッチング機能を備えており、新エネルギー設備における負荷管理の代表的な選択肢です。

FH21L 90A 負荷管理用ラッチングリレー 90A スイッチング機能とシングルまたはダブル コイル バージョンを備えたこの TUV 準拠リレーは、新エネルギー負荷管理に適しており、計量セットアップ用にシャントまたは変圧器と統合できます。 製品を見る→

産業用制御とデータパワー

産業用パネルは、プロセス中断後に機械がその状態を記憶する必要がある場合にラッチング リレーを使用します。データ電源は、電圧低下後に配電を既知の構成に維持するためにも使用します。同じ低電力と状態保持の利点が、これらの垂直市場全体に当てはまります。メータリングが次のプロジェクトの一部である場合は、当社の スマート電力メーターアプリケーションの概要 リレー、変流器、シャントの要件をエンドツーエンドで確認します。

駆動回路設計: よくある 4 つの間違い

リレーは設計の半分にすぎません。駆動回路は、ラッチリレーが実際にラッチするかどうかを判断します。

1. シングルコイルリレーでの単純なフライバックダイオードの使用

コイル間のフライバック ダイオードはドライバーを保護しますが、シングル コイル ラッチング リレーでは、ダイオードが逆方向に導通し、事実上負のパルスを短絡するため、リセット パルスも無効になります。 H ブリッジを使用し、逆極性パルスをクランプしないように抑制コンポーネントを配置します。

2. 最小パルス幅と電流を無視する

パルスが短すぎたり、コイル電圧が低下したりすると、アーマチュアが安定した磁気位置に到達しない可能性があります。電源ではなくコイル端子の電圧を測定し、データシートの最小パルス幅を 20 ～ 30% の余裕をもって使用してください。

3. コンタクトラッシュを忘れる

容量性負荷またはモーター負荷は、数ミリ秒の間に定常状態の何倍もの電流を消費する可能性があります。この突入は接点が閉じるときに正確に発生し、軽い接点を溶着する可能性があります。定常状態の負荷ではなく、最悪の場合の突入電流を超える接点電流定格を持つリレーを選択してください。

4. コイルに通電したままにする

ラッチングリレーは連続的なコイル電流を必要としません。ファームウェアのバグによりセットされたトランジスタがオンのままになると、コイルが過熱する可能性があり、一方向の継続的な磁束が製品の寿命全体にわたって永久磁石に逆らう可能性があります。必要なパルス幅の後に必ずドライブステージをオフにしてください。

よくある質問

Q1: 電気ラッチングリレーは継続的に電力を消費しますか?

いいえ、コイルはセットまたはリセットパルスの間、通常は数十ミリ秒の間だけ電流を引きます。パルスの後、永久磁石がアーマチュアを所定の位置に保持するため、定常状態の電力消費はゼロになります。

Q2: セットパルスが短すぎるとどうなりますか?

アーマチュアは動き始めますが、反対側の安定位置に到達しない場合があります。パルスが終了すると、永久磁石がアーマチュアを元の状態に戻すか、接点が位置間で跳ね返ります。データシートで最小パルス幅を確認し、マージンを追加してください。

Q3: 既存の PCB 上で標準リレーをラッチング リレーに置き換えることはできますか?

駆動回路を変更しないとだめです。 DCを一方向に切り替える標準的なリレードライバでは、シングルコイルラッチリレーをリセットできません。 Hブリッジまたは別途リセットコイルが必要です。接点定格とコイル電圧も負荷と電源に一致する必要があります。

Q4: シングルコイルリレーとデュアルコイルリレーのどちらが設計しやすいですか?

ほとんどのエンジニアにとって、各コイルは単純なユニポーラ トランジスタによって駆動され、極性を反転する必要がないため、デュアル コイルの方が簡単です。シングルコイルは PCB スペースとコストを節約しますが、H ブリッジまたはチャージ ポンプ ドライバが必要です。

Q5: ラッチングリレーは電力が供給されていない状態でどれくらいの時間その状態を保持できますか?

機械部品と永久磁石がその特性を保持する限り、実用上は無期限です。データシートでは通常、100,000 ～ 1,000,000 回の操作の機械的寿命が指定されており、保持された位置は一定期間ではなく製品の寿命の間維持されます。

電気ラッチング リレーは、連続コイル電力を支払わずにスイッチング状態を維持する方法という根本的な問題を解決します。動作原理は単純で、永久磁石と短パルスが 2 つの安定位置を管理しますが、コイルのタイプ、パルス幅、接点の材質、ドライブ トポロジーの詳細によって、製品が何年も信頼できるか最初の 1 か月で故障するかが決まります。負荷から始めて、コイル ドライバーまで逆方向に作業し、動作温度でデータシートのすべてのパラメーターを確認します。

Fanhar は、シングルコイルおよびデュアルコイルのオプション、UL/TUV/CQC 認証、および RoHS 準拠の材料を備えた、8 A ～ 125 A の幅広い電気ラッチング リレーを製造しています。特定のメーター、照明、または新エネルギーの設計を評価している場合、このサイトの製品ページには、負荷プロファイルと直接比較できる詳細な仕様が含まれています。