リレーのスイッチング容量はどのように定義され、どのように決定されていますか？

問題

スイッチやリレーの仕様の1つにスイッチング容量があります。これはどういう意味ですか？また、それはどうやって決定されますか？

解決策

スイッチング容量またはスイッチング負荷は、通常、電圧と電流の両方で定格されます。電圧はリレーが開いているときにリレーの端子間にかかる負荷電圧です。電流は、負荷とリレーの両方が閉じられているときに流れる電流です。


スイッチは、最大スイッチング容量に加えて、最小スイッチング容量（最小スイッチ負荷と呼ばれることもあります）を指定することがよくあります。スイッチの長期的な寿命を確保するためには、スイッチの最小容量を満たすことが重要です。時間の経過とともに電機子リレーの接点に微粒子が蓄積します。スイッチ接点に蓄積した微粒子をリレーが閉じた際に焼き切るために、最小限の電流が必要です。これは、電気機械式リレーの懸念事項です。リードリレーは希ガスに封入されており、粒子の堆積を受けにくいように作られています。SSRおよびFETリレーは機械的ではなく、影響を受けません。

追加情報

リレーは理論的には電力を消費しません。電力の方程式は、電力 = 電圧 * 電流です。リレーが開いているとき、電流はゼロです。 リレーが閉じると、端子間の電圧はほぼゼロになります（負荷電流とリレーの「オン」抵抗に依存します）。どちらの場合も、電力はゼロに等しいか非常に近くなります。理想的には、リレーが開くと、電圧は瞬時に負荷電圧に移行し、電流は瞬時にゼロになることです。これが可能であれば、スイッチング容量はリレーで使用されるワイヤのゲージと同じくらい大きくなります。


しかし、リレーがスイッチングの過程にあるとき、両方の値が非ゼロ値である有限の時間が存在します。この間、リレーで電力が消費されます。負荷とリレーのインダクタンスと静電容量に応じて、リレーが切り替わっている間に大きな電圧と電流のスパイクが発生することがあります。これにより、非常に小さな領域で多くの熱が発生し、リレーの接点が溶けたり、寿命が短くなる腐食が発生する可能性があります。負荷に大きな電圧と電流が流れると、スイッチング時間が長くなり、リレーで消費されるエネルギー（電力の時間積分）が増加します。また、リレーが移行中になると、大きな電力スパイクが発生することがあります。


スイッチング容量のもう1つの要因は、リレーの機械的構成と関係があります。リレーがすぐに切り替わり始めると、接点の力が減少し、抵抗が増加します。この抵抗を流れる負荷電流によって接点が加熱されます。 接続先の一部が接触していて、接触していない部分もあります。 電流が流れる表面積を減少させることによって、抵抗は再び増加します。接触がない直前の瞬間に、電流のすべてが非常に小さい領域を流れます。この最後の接点ポイントは、通常は沸騰するか、または気化するほど熱くなります。


実際には、この問題は予期しないシナリオでデバイスを使用することがよくあります。たとえば、4 x 256マトリックスのPXIe-2532Bは、60個の駆動が連続しているため、Fault Insertion Unit（FIU）テストを実行できません。これは上記で説明した理論の実例であり、特定のFIU方式を使用するか、複数駆動ができる代替のPXI-2536 FETを使用することで解決できます。