部品選定

ソリッドステートリレー(SSR)とは?メカニカルリレーとの違いと選び方

ソリッドステートリレーのアイキャッチ。ねじ端子と放熱器のついたSSRのモジュール

※本記事にはプロモーション(広告)が含まれています。

ソリッドステートリレー(SSR)とは、機械的な接点の代わりに、トライアックやMOSFETなどの半導体で負荷を入り切りするリレーです。しくみはしくみの節、漏れ電流・オン電圧降下・ゼロクロスは注意点の節にあります。

結論|まず30秒でわかる答え

入力と出力はフォトカプラなどで絶縁されています。接点がないので音・火花・摩耗がなく高い頻度の開閉に強い一方、オフのときも数mAの漏れ電流があり、オンのときの電圧降下で発熱するので放熱の検討が要ります。

ソリッドステートリレーのアイキャッチ。ねじ端子と放熱器のついたSSRのモジュール

ソリッドステートリレーのしくみ

SSR の中は、入力側の LED、光を受けて動く素子(フォトトライアックなど)、負荷を入り切りする出力素子(交流ならトライアック、直流なら MOSFET など)でできています。入力に電流を流すと LED が光り、その光で出力素子がオンになります。入力と出力は光でつながるだけなので、電気的には絶縁されています。

メカニカルリレーSSR
切り替えるもの金属の接点が動く半導体がオン・オフする
音・火花あるない
寿命接点の摩耗で開閉回数に限りがある摩耗する部品がない
オフのとき完全に切れる(漏れ電流ほぼ0)数mAの漏れ電流がある
オンのとき接点の抵抗がとても小さい数V程度の電圧降下があり、発熱する
向いている使い方大電流でたまに切り替える、完全に切りたいヒーターの温度制御など、頻繁に入り切りする
フォトカプラとは?仕組みと使い方、CTRと寿命の設計を図解|抵抗値の計算ツール付き
あわせて読みたい
フォトカプラとは?仕組みと使い方、CTRと寿命の設計を図解|抵抗値の計算ツール付き

光で信号を伝えて絶縁するフォトカプラのしくみがわかります(SSR の入力側と同じ考え方です)

サイリスタ(SCR)とは?ダイオードとの違いと仕組みを改札のたとえで図解
あわせて読みたい
サイリスタ(SCR)とは?ダイオードとの違いと仕組みを改札のたとえで図解

交流用 SSR の出力に使われるトライアックの仲間、サイリスタのしくみがわかります

リレーとSSRの違いの表。リレーは接点が動き音と火花があり完全に切れる。SSRは半導体で音と火花がなく、漏れ電流と発熱がある

漏れ電流・オン電圧降下・ゼロクロス機能

漏れ電流:オフでも少し流れる

SSR の出力には、ノイズを吸収する部品などが並列に入っているため、オフのときも数mA程度の電流が流れます。消費電流の小さい負荷(小さなリレーのコイルや表示灯など)では、この漏れ電流だけで動いたままになることがあります。その場合は負荷と並列に抵抗(ブリーダ抵抗)を入れて、漏れ電流を逃がします。

オン電圧降下:発熱の元

STEP 1

オン電圧降下を例として 1.6V、負荷電流を 10A とする(数値は例)

STEP 2

発熱:P=1.6V×10A=16W

STEP 3

16W は手で触れないほど熱くなる量。データシートの放熱条件(放熱器・取り付け方)を守る

STEP 4

盤の中に何台も並べるときは、合計の発熱で盤の温度が上がらないかも確かめる

ゼロクロス機能:電圧0で入れる

ゼロクロス機能付きの SSR は、交流の電圧が0付近になったときにオンになります。投入したときのノイズや突入電流が小さくなるので、ヒーターや抵抗負荷に向いています。一方、変圧器のような負荷では、電圧0で入れるとかえって大きな突入電流が流れることがあるので、データシートの適用負荷を確かめます。

注意|ここで間違えやすい

メーカーの資料では、5A程度までは放熱器なしで使える品種が多く、それ以上は放熱器が必要とされています。具体値は使う SSR のデータシートと放熱条件で確認してください。

SSRの発熱の計算の図。オン電圧降下1.6Vで10A流すと16Wの発熱になり、放熱器と盤の中の合計の発熱を確かめる

SSRでよくある間違い

よくある間違い正しい考え方
オフなら完全に切れると思う数mAの漏れ電流がある。小さな負荷は止まらないことがある
リレーと同じく発熱しないと思うオン電圧降下×電流で発熱する。放熱を検討
交流用 SSR を直流負荷に使うトライアック出力は直流を切れない。直流用を選ぶ
どの負荷にもゼロクロスを使う変圧器などの誘導性負荷は適用を確かめる
感電の心配がないと思うオフでも漏れ電流があり、負荷側に電圧が残る
SSRのよくある間違いの図。オフでも漏れ電流がある、電圧降下×電流で発熱する、直流には直流用、誘導性負荷のゼロクロスは確かめる

よくある質問

Q. ソリッドステートリレーとは?

A. 機械的な接点の代わりに半導体で負荷を入り切りするリレーです。音や火花、接点の摩耗がありません。

Q. SSRとリレーの違いは?

A. SSRは半導体で切り替えるので寿命が長く静かですが、漏れ電流と発熱があります。リレーは完全に切れて発熱が小さいです。

Q. SSRの漏れ電流とは?

A. 出力がオフのときにも出力端子間に流れる数mA程度の電流です。小さな負荷を動かしたままにすることがあります。

Q. SSRの発熱の計算方法は?

A. 出力オン電圧降下に負荷電流を掛けて求めます。1.6Vで10Aなら16Wです。

Q. ゼロクロス機能とは?

A. 交流の電圧が0付近でオンにする機能です。投入時のノイズや突入電流を抑えます。

この記事の要点
  • SSRは接点の代わりに半導体で入り切りするリレー
  • 音・火花・摩耗がなく、頻繁な開閉に強い
  • オフでも数mAの漏れ電流がある(小さな負荷に注意)
  • 発熱=オン電圧降下×電流。放熱器と盤の温度を確かめる
  • 交流用・直流用、ゼロクロスの有無を負荷に合わせて選ぶ
参考にした資料

部品の特性はメーカーや型番で異なります。設計に使うときは、使う部品の最新のデータシートで確かめてください。

この記事の理解を深める本と道具
おすすめの本

電源回路の設計を、要求仕様から短時間でまとめる実務の考え方まで知りたい人に向いています。要求仕様どおりの電源を短時間で設計するための、電源回路設計の本です(CQ出版、馬場清太郎 著)。

おすすめの道具

回路の電圧や導通を自分の手で確かめるなら、手元にテスターが1台あると便利です。三和電気計器のデジタルマルチメータ(テスター)CD772です。電圧や抵抗などを測れます。

S
シラス
電験三種・QC検定1級 / メーカーでパワエレ設計・品質保証 実務10年

メーカーで回路設計と生産技術(品質改善)に携わってきた経験をもとに執筆しています。むずかしい専門用語をできるだけ使わず、はじめて学ぶ人がつまずかないように、図とたとえで説明することを大切にしています。

テーマ別に、もっと深く学ぶ

気になるところから読んでも大丈夫です。どの記事も、はじめて学ぶ人向けにやさしく書いています。

つまずきやすい「違い」を一気に解決
IGBTとMOSFETの違いと使い分け|損失計算と選定フローチャートで即決する
違いがわかる
IGBTとMOSFETの違いと使い分け|損失計算と選定フローチャートで即決する

IGBTとMOSFETの違いと使い分けがわかります

違いを確かめる →
自然空冷・強制空冷・水冷の違い|発熱量の目安と冷却方式の選び方
違いがわかる
自然空冷・強制空冷・水冷の違い|発熱量の目安と冷却方式の選び方

自然空冷・強制空冷・水冷の違いと選び方がわかります

違いを確かめる →
コモンモードノイズとノーマルモードノイズの違い|対策とコモンモードチョーク・Yコンデンサを図解
違いがわかる
コモンモードノイズとノーマルモードノイズの違い|対策とコモンモードチョーク・Yコンデンサを図解

コモンモードノイズとノーマルモードノイズの違いを比べられます

違いを確かめる →
ハードスイッチングとソフトスイッチングの違い|ZVS・ZCSの仕組みと使い分け
違いがわかる
ハードスイッチングとソフトスイッチングの違い|ZVS・ZCSの仕組みと使い分け

ハードスイッチングとソフトスイッチングの違いがわかります

違いを確かめる →
計算力アップ・資格対策

-部品選定
-,