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ケース6.【半導体リレー採用によりPLC向け電源ユニットの小型化と長寿命化を実現】

Programmable logic controller input output module

制御用リレー部の小型化・半導体・長寿命・基板の小型化・磁界影響対策

制御用リレー部の小型化に難航!
デバイスも放射ノイズ、磁界影響対策用スペースも外せない。解決策はどこに…
メカニカルリレーから半導体化することで問題を解決、フォトボル出力カプラー TLP3906

製品説明

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入力側のLEDと出力側のフォト VOLTAIC CELLで構成されたフォトカプラー。メカニカルリレーからの半導体リレー化で、長寿命、小型化、静音などを実現。

特長

  • 半導体化によって開閉寿命の設計が不要に
  • 機械的接点を持たないため、接点動作音がゼロ
  • 産業制御機器で必要とされる1500~2500Vの絶縁電圧を十分満足し、各種MOSFETを駆動制御できます。

課題解決事例

産業機器メーカーD社の課題(従業員数:600人)

新型PLC向け電源ユニットの設計開発に着手したD社、目標は筐体サイズの小型化とより一層の効率化だ。順調に各部の改善を図り、省スペース化を進めていったが、最後の難関が制御用リレー部だった。
現在使用しているのはメカニカルタイプのリレー、デバイス自体が大きい上に、放射ノイズや磁界影響対策のためには一定の実装スペースが必要となる。試行錯誤したり、販売代理店のFAEに相談したりと最善を尽くしたつもりだが、なかなか改善点は見つからない。
上層部からの叱責も受け、打開策の見つからないプロジェクトメンバーたちは焦りを強めていった。

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フォトボル出力カプラー TLP3906でトラブルを解決

打開策は「フォトリレー」にあった。解決策について相談した東芝の半導体営業から紹介されたFAEに提案されたのは「フォトボル出力カプラー TLP3906」とMOSFET、メカニカルリレーから半導体リレーへの転換という策だった。
メカニカルリレーは金属の切片で信号のオンオフを制御するが、半導体リレーの場合はMOSFETで信号の導通を制御する。そのためメカニカルリレーの場合には切片がぶつかる音がし、金属の損傷による寿命がある。だが半導体リレーの場合にはそれがないため、メカニカルリレーの場合に必要な数年に一度のメンテナンスが不要となる利点がある。半導体化することでメカニカルリレーに比べて電流の流せる大きさが小さいことも懸念されたが、最近ではMOSFETの微細化加工が進んでおり、大きな電流も流せるようになっている。その上、サイズも小さいのだ。また、フォトボル出力カプラー TLP3906の場合、発光ダイオードの光によりゲート電圧を自家発電できるので、外付けでゲート用電源を付ける必要がなくなるという利点もあった。
フォトボル出力カプラー TLP3906+MOSFETをオンボード化したところ、性能について全く問題がない上にスイッチングスピードも大幅に向上、筐体サイズも計画以上に小型化することができ、目標を達成することができた。

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