MOSFETとuCの接続に関するガイド付き学習 Q2：誘導キック（フライバック電圧）とその抑制方法を説明してください

日本語フォーラム 電子部品技術の深層
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APDahlen Applications Engineer

この記事は、MOSFETとマイクロコントローラの実際のアプリケーションを学ぶガイド付き学習シリーズの一部です。

:pushpin: 参照記事：MOSFETを使用してマイクロコントローラとリレーをインターフェースする方法
:blue_book: 学習補助（Q&A）：すべての質問を見る

現在お読みいただいている記事：Q2

誘導キック（フライバック電圧）について、その原因、潜在的な問題、および対策を含めて説明してください。

回答

誘導キックはフライバック電圧とも呼ばれ、リレーコイルに起因します。インダクタに流れる電流が遮断されたときに、高電圧スパイクが発生します。

技術的には、これは次式で表されるインダクタの基本的な特性です。

v = L(di/dt)

この式は、インダクタ両端の電圧が電流の時間変化率によって決定されることを示しています。スイッチを高速に開く（例えばコイルをMOSFETで駆動している場合）と、大きなdi/dtが生じ、その結果として大きな電圧スパイクが発生します。

フライバック電圧を視覚化する方法

方程式に頼る代わりに、リレー、スイッチ、電源、およびA1A（NE-2）などのネオンランプを使った簡単な実験を行うことができます。

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実験の手順

実験を行うことで、フライバック電圧を可視化できます。

  1. リレーから保護ダイオードを取り外します。詳細については、この記事を参照してください。

  2. スイッチでリレーを制御する簡単な回路を構成します。

  3. ネオンランプをリレーコイルと並列に接続します。

  4. リレーをオフにした時、ネオンランプがパルス点灯することを確認します。

A1Aネオンランプの放電開始電圧は約100ボルトである点に注意してください。ランプが点灯する場合、高電圧が存在していると確信をもって言えます。

技術的なヒント： ネオンランプは極性検知器としても使用できます。一方の電極だけが光ることを観察してください。

なぜリレーの誘導性フライバック電圧はMOSFETまたはトランジスタにとって有害なのですか？

リレーをオフにすると、高電圧スパイクが発生します。ダイオードまたはスナバによって処理されない場合、高電圧スパイクは駆動トランジスタまたはMOSFETの接合部に直接印加されます。ほとんどの場合、保護されていない半導体は破壊されます。

私は、OMEGA航法管制室向けのアラームシステムを構築した際、この教訓を身をもって学びました。私の回路は見事に機能しましたが、リレー保護を入れるのを忘れていました。私の回路は数回動作した後、リレー駆動トランジスタが破壊されて故障しました。

リレーの誘導キックからどのように保護しますか？

多くの場合、小信号ダイオードをリレーに並列接続します。代表的なソリューションは、1N4002 を使用することです。ダイオードは高電圧スパイクの経路（転流）を提供します。

リレーのターンオフ速度を速くする必要がある場合など、ダイオードでは不十分な場合があります。大型の三相モータコンタクタに関する実用例については、この記事を参照してください。

:writing_hand: DigiKeyアプリケーションエンジニアAaron Dahlen（退役米国沿岸警備隊少佐）による記事




オリジナル・ソース（English）