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リレーコイルサージの基礎
多くの基本的なリレー回路では、リレーコイルの電源を切ると損傷が発生する可能性があります。 電源が取り外されると、コイル（インダクタ）に蓄積されたエネルギーは極性を反転させ、散逸（電流の流れ）の経路を探します。 この間、コンポーネントの接続部に大きな電位が発生し、場合によっては危険となります。
これは逆起電力ですが、ソースによって、Back-EMF （back electromotive force）、BEMF、CEMF（counter electromotive force）、フライバック電圧などと呼ばれる場合があります。 リレーに関しては、これらはすべて同じ物理現象を示します。 発生する電圧は通常、V = -L（di / dt）として表されます。 この電圧スパイクは、隣接するコンポーネントを損傷または破壊する可能性があり、マイクロコントローラまたは周辺の他の信号に干渉する可能性のある電気ノイズを誘発する可能性があります。 脆弱な点がある場合は、何らかのサージ抑制を行う必要があります。
V = -L (di / dt) または e = -L（di / dt） 抑制なしの場合の、この誘導電圧のグラフ表示を以下に示します。
イメージソース： （ここをクリック https://www.te.com/commerce/DocumentDelivery/DDEController?Action=srchrtrv&DocNm=13C3264_AppNote&DocType=CS&DocLang=EN ）
汎用ダイオードを用いた抑制
リレーコイルのBEMFを抑制するための一般的な解決策は、コイルの両端に汎用ダイオードを接続してシャントとして機能させることです。 ダイオードは、通常のリレー動作中に電源電圧をブロックするように方向付けられていますが、リレー電源が切断されると、誘導されたフライバック電圧の逆極性で導通するようにもなっています。 このコンポーネントには他の名前が付いている場合がありますが、この基本的な目的で使用する場合、機能は同じです。 文献では、フライバックダイオード、フリーホイールダイオード、スナバダイオード、抑制ダイオード、整流ダイオード、クランプダイオード、またはキャッチダイオードなどと記載されている場合があります。
この単純な回路の一例を以下に示します。
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前回の記事では、抑制ダイオードを追加するとより頻繁に発生する可能性のある接点溶着について説明しました。 リリース時間におけるダイオードの影響を見積もるために計算を行うこともできますが、最小要件を決定するためにさまざまなコンポーネントでテストを実施することも同様に有効です。 この投稿では、フィールドアプリケーション（DIY）とメーカーの推奨事項の両方に共通する一般的な実践のみを見ていきます。
ダイオードの選択に「一般的な慣行」というフレーズを使用することは、少し免責の意味合いがあり、正当な理由があります。 個々の回路、コストや可用性、許容誤差などに基づく意見が多すぎます。これらはどれも間違っていませんが、正確な科学でもありません。 それらは単に実用的なものです。 これらのさまざまなオプションについて、以下で説明します。
手始めに、いくつかのドキュメントやエレクトロニクスフォーラムで提案されている最低限の仕様は、ソース電圧（リレーコイル電圧）と定格電流（リレーコイル電流）です。Digi-key品番Z6256-ND （メーカー品番 LY1N-DC24）を例にすると、コイル電圧はDC24V、コイル電流は36.9mAであることがわかります。（ここをクリック https://www.digikey.jp/short/z18j99 ）。この2つの具体的な値は、メーカーの説明書に必ず記載されています。これがLYシリーズのデータシートです。（ここをクリック https://assets.omron.com/m/3e54678f7feeb2fc/original/LY-Electromechanical-Relay-Datasheet.pdf ）
これをダイオードの選択につなげるためには、メインのダイオード–整流器–シングル カテゴリの「電圧– DC逆方向（Vr）（最大）」および「電流–平均整流（Io）」というタイトルのフィルタを使用します：（ここをクリック https://www.digikey.jp/products/ja/discrete-semiconductor-products/diodes-rectifiers-single/280 ）。 製品索引 > ディスクリート半導体製品 > ダイオード–整流器–シングルのリストから、選択を簡単にするために、「ダイオードタイプ」フィルタから「標準」と「ショットキー」のみを選択します。
より一般的なのは、ダイオードの電圧レベルをコイル電圧の2倍から3倍の値に大きくするという提案です。 文字通り、前述の品番の例では、48VDC～72VDCになります：Z6256-ND（メーカー品番LY1N-DC24）。 推奨される順方向電流値は、「少なくとも負荷電流と同じ大きさ」（コイル電流）として示されているため、より高い値でもかまいません。 一部のソースは、正しいダイオード電圧レベルとして10倍を提案していますが、これは議論の余地があるか、特定のアプリケーションに適用されます。
ソースが特定のメーカーであれば、独自のガイドラインを持っているかもしれません。しかし、これらのガイドラインであっても、正確な計算に基づいているわけではありません。それらは、誤差の余地が大きい「安全な慣行」と表現するのが良いでしょう。
パナソニックでは、「リレー技術情報」のガイドに、このような基本情報を掲載しています。
イメージソース： （ここをクリック https://www.panasonic-electric-works.com/pew/eu/downloads/technical_information_relay_en.pdf ）
最後の提案（この記事のために）は、非常によく出てくるのですが、基本的な 1N00x 設計の 1N001（50VDC）から始まり、1N007（1000VDC）までの標準ダイオードを使用することです。BEMF抑制の目的のためには、異なるメーカー間の小さな電気的スペックの違いは無視することができます。
1N00xデザインを使用する理由は単純で実用的だからです。 多くのリレーでは、最低50VDC、1Aダイオードでも十分な保護が得られます。 1000VDC、1Aバージョンは、高電流レベル以外のほとんどのDCリレーをカバーすることができます。 1N00xのデザインも非常に一般的で、すぐに入手でき（在庫あり）、安価です。 多くの電気DIYのお客様は、これらの1N00x製品のいくつかを手元に置いているので、スペックの計算や、急いでカジュアルなリレー抑制の修正のために追加のコンポーネントを購入することを考える必要はありません。
シングルダイオード製品をお探しの方は、こちらのリンクをご利用ください。（ここをクリック https://www.digikey.jp/products/ja/discrete-semiconductor-products/diodes-rectifiers-single/280 ）。製品索引 > ディスクリート半導体製品 > ダイオード - 整流器 - シングル
このリストから 1N00x 製品を検索するには、「検索結果内検索」エリアに 1N00 と入力して Enter キーを押します （または虫眼鏡のアイコンをクリックします）。
ツェナーダイオードの追加
「汎用ダイオード」のセクションで前述したように、抑制ダイオードを追加すると、リレー接点のリリース時間が長くなる可能性があります。 これにより、損傷が発生し、リレーの寿命が短くなる可能性があります。 ひとつの解決策は、標準ダイオードと直列にツェナーダイオードを追加することです。 多くのフォーラムやメーカーのドキュメントでは、コイル電圧のレベルに近いツェナー電圧を推奨しています。
イメージソース： （ここをクリック https://www.panasonic-electric-works.com/pew/eu/downloads/technical_information_relay_en.pdf ）
ツェナーダイオードは、単一の汎用ダイオードによって遅くなる可能性のあるリレースイッチング速度を改善します。 以前に投稿された動作 / リリースグラフと比較して、標準ダイオードとツェナーダイオードが直列に接続されている下の図のリリース時間の違いに注意してください。
イメージソース: （ここをクリック https://www.te.com/commerce/DocumentDelivery/DDEController?Action=srchrtrv&DocNm=13C3264_AppNote&DocType=CS&DocLang=EN ）
ツェナーダイオードのメインカテゴリはこちらです。（ここをクリック https://www.digikey.jp/products/ja/discrete-semiconductor-products/diodes-zener-single/287 ）
製品索引 > ディスクリート半導体製品 > ダイオード - ツェナー - シングル
「電圧 - ツェナー （公称）（Vz）」というタイトルのフィルタを探してください。
この構成を使用する回路では、トランジスタの両端にツェナーダイオードを追加するオプションもあります。 この場合、ツェナー電圧はトランジスタのVce（コレクタ-エミッタ接合間の電圧）よりわずかに低くする必要があります。 一般的に電力定格で安全を確保するには、コイル電力値の2倍（2x）のmW / Wレベルを選択します。
コイルサージ吸収回路内蔵リレー
リレーをまだ購入していないか、回路設計に組み込まれていない場合は、サージ抑制回路が含まれているリレーを購入することができます。 これにより、プロトタイプに追加のコンポーネントを含めたり、アプリケーションで使用できる場所に後でコンポーネントを追加したりする必要がなくなります。 モデルには、ダイオード、バリスタ、またはCR回路（コンデンサ / 抵抗）が含まれる場合があります。 （下の写真の後のCR回路とバリスタに関する注記を参照してください。）
しかし、リレー内部のダイオードが故障すると問題が発生することがあります。ほとんどのメーカーは、将来お客様が修理することを想定してリレーを作っているわけではないので、内部のサージ抑制部品が故障した場合、リレー全体の交換が必要になる可能性があります。メーカーも内部のサージ抑制部品の仕様を公開していない場合があり、DIYに長けた人でもマッチングする部品を探すのに苦労することになります。
これらの内蔵のサージ抑制機能は、フィルタオプションやメーカーの品番構成ガイドに記載されています。
これらのオプション（ダイオード、バリスタ、またはRC回路（CRと同じ））を見つけるには、「特長」フィルタを使用します。
製品索引 > リレー > 信号リレー、最大2A： （ここをクリック https://www.digikey.com/products/en/relays/signal-relays-up-to-2-amps/189 ）
製品索引 > リレー > パワーリレー、2A超： （ここをクリック https://www.digikey.com/products/en/relays/power-relays-over-2-amps/188 ）
メーカーのデータシートには、抑制機能を内蔵した型番が記載されている場合があります。掲載されている製品の特徴を確認したり、サイト上でそれらの製品コードを検索したりするのにご利用いただけます。特定のモデルがない場合は、価格、リードタイム、最小注文数量についてメーカーに見積もりを依頼することができる場合があります。
前述のオムロンLYシリーズのダイオードとCR回路のオプションをいくつか示します。
イメージソース：（ここをクリック https://assets.omron.com/m/3e54678f7feeb2fc/original/LY-Electromechanical-Relay-Datasheet.pdf）
ここでは、MKSシリーズのデータシートの別の例を紹介します。
イメージソース：（ここをクリック Relay_MK_S_Datasheet_EN_201901_J294I-E-01 (omron.com) )
バリスタとCR回路
この記事では、これらの抑制オプションについては詳しく説明していませんが、AC と DC リレーの両方のアプリケーションに使用することができます。仕様に問題がある場合は、個々のメーカーのドキュメントで推奨事項を探してください。
このパナソニックの「リレー技術情報」は、先ほどのダイオードとダイオード＋ツェナーの回路図のソースとなっており、バリスタやCR回路の提案も掲載されています。（ここをクリック https://www.panasonic-electric-works.com/pew/eu/downloads/technical_information_relay_en.pdf ）
サマリー
接点リリース時のコンポーネントの損傷を防ぐために、リレーコイルのサージ抑制が必要な場合があります。汎用ダイオードは簡単で安価なソリューションを提供しますが、リリース時間が長くなるために問題が発生する場合があります。ツェナーダイオードの追加はリリース速度を改善しますが、余分なコンポーネントが追加され、大規模な生産ではコストが増加します。バリスタとCR回路は、ACとDCリレーの両方のアプリケーションにも使用できます。
多くの場合、一般的で安価な製品の多くが低電圧／低電流リレーの要件を満たすか超えるため、ダイオードの仕様を正確に計算する必要はありません。 絶対に必要な場合は計算を行うことができますが、サンプルテストとパフォーマンスの観察は、コンポーネントレベルのコイルサージ抑制の必要性またはその値を決定するのにも同様に役立ちます。