トランジスタを使ったスイッチング回路

質問

はじめまして。
電子回路初心者で見当違いな質問かもしれませんがご容赦下さい。

やりたいことは
5V10mAのIOボードからの出力で電磁弁のソレノイド（DC36V 8A）を作動させたいと考えています。
当初リレーを使って動かそうとしたのですが，接点電圧がDC36V対応で
尚且つ高速応答性(3ms以下)のリレーがなく，試しにDC30V用のリレーを使って
みましたがリレーが焼け焦げてしまいました。
そこで考えたのがタイトルにあるようにトランジスタを使ったスイッチング回路で
スイッチ＆増幅が出来ないのかと思いました。
トランジスタ2SC5200をダーリントン接続することで入力5V10mAを増幅して
36V8Aのソレノイドを動作させようと考えています。
以上のような回路は可能でしょうか？

電子工作についてはほんとに初心者で，さっき図書館から参考書を借りてきて読み始めたような状態です。
詳しい方いましたらご教授下さいm(__)m

回答No.4

tadys · ベストアンサー

パワーMOS FETでドライブするのが良いでしょう。
秋月電子（http://akizukidenshi.com/）にて FET で検索してください。
ただし、大電力のMOS-FETをドライブするのに10ｍAでは能力不足ですので、TC74VHCT540AF等のバッファの出力８本をパラレルにしてドライブしましょう。（この場合でもドライブ能力は200mAしかありません。）
この場合、ゲート電圧が５V以下でドライブ可能なFETで無いとまずいです。
ゲート電圧として５V以上必要な物ではドライブ回路が難しくなります。（専用のドライブICと言う物もありますが。）

ソレノイドで3ms以下の応答と言うのはそれ自身が無理なような気がします。
オフ時の応答速度を上げるためには逆起電力を出来るだけ高電圧に抑えるようにしてそれに耐えるFETを選んでください。
FETの電流容量は必要以上に大きいものを選ぶとドライブ回路による遅れが大きくなるので注意しましょう。

なお、制御回路とソレノイドの回路の間は高速フォトカップラなどで絶縁しておいたほうがトラブルに悩まされなくて済むかもしれません。
http://www.semicon.toshiba.co.jp/product/opto/selection/topics/1173986_1930.html

お礼

回答ありがとうございます。
MOS-FETについて勉強して明日にでも秋葉原にパーツ買いに行ってみようと思います。

手元に2SC5200が2個あったので，試しにダーリントン接続で動作させてみました。思うように動作はするのですが，なにやらプラスチックが
焦げるような匂いが。。
しばらく使いましたがどこも溶けてるような場所はありませんが，怪しいので
継続した使用はやめてMOS-FETによるスイッチング回路を組んでみたいと思います。

回答No.5

tetsumyi

No.2に付いて
バリスタはトランジスタ保護には効果的だと思います。
しかし、問題点はトランジスタの電流を切ってもソレノイドの電流が
短時間で切れなければ電磁弁は動きません。
このような制御をしたいのであればソフトの方で遅れ時間を予測して
時間前に制御する方法を考えた方が確実だと思います。

お礼

たびたび回答ありがとうございます。
トランジスタ保護に使えそうですね。
手元にTNR23G470Kというバリスタがあったのでそれを使ってみようと思います。

回答No.3

a-saitoh

5200をダーリントン接続するのはよくないです。
初段は、電流容量が小さくてもいいのでその代わりHFEの大きな小電力トランジスタにするのがいいでしょう。また、2SC5200はVCEsat(飽和コレクタ-エミッタ間電圧)が3V(max)となっているので、ざっとかんがえて24Wの電力を消費します。結構大きな放熱板が必要です。電力増幅用ではなくスイッチング用のトランジスタを使うべきです。扱う電流が8Aくらいなら1V以下のVCEsatのトランジスタがざらにあります。
また、ダーリントン接続ではなく、PNPトランジスタで電力NPNトランジスタを駆動したほうが、VCEsatを小さくできます。

なお、初心者ということですから、既製品のソリッドステートリレー(SSR)を買ってくるのがお勧めです。数1000円で買えます。普通のSSRはAC負荷用です。DC負荷用を買ってください。

お礼

回答ありがとうございます。
スイッチング用のトランジスタとは例えばどのようなものがあるのでしょうか？
ソリッドステートリレーの使用は考えたのですが，定格出力DC36V8Aを満たす仕様のものが見つかりませんでした。。
ご存知の商品はありますか？

回答No.2

tetsumyi

電子回路としてかなり無理があると思います。
ソレノイド（DC36V 8A）ですからこの電流を高速で遮断すると高電圧が発生します。
トランジスタを保護するために電流遮断速度をある程度落とさなければなりません。
ですから、ソレノイドで８Aを3ms以下という要求はかなり難しいと考えられます。
実験してみることは良いですが思考錯誤で誘導電圧を測定しながら
耐電圧の高いトランジスタを使って耐えられるか回路定数を変えて見ることが必要です。

お礼

回答ありがとうございます。
やっぱり無理があるんですねぇ。。
応答速度の話ですが，電磁弁の噴射時間を10ms単位で調整したいので
どうしても高速応答性が必要なんです。
ソレノイドの誘導起電力を吸収するためにバリスタをいれるのはどうでしょうか？

回答No.1

nrb

5V10mAのIOボードからの出力を５Vのリレーに繋ぎます　５V１０ｍA以下で動くリレーを使う

このリレーの接点を使い大きなリレーを動かします
この出力を
大きいリレーにつなぎます
それに電磁弁のソレノイド（DC36V 8A）を繋ぎ動作させる
で簡単にリレーだけでできますよ

お礼

回答ありがとうございます。
大きいリレーを使おうかと思ったのですが，必要な仕様として応答時間が3ms以下
で，大きなリレーだとどうしても開閉時間に15ms程の時間がかかってしまいます。
3ms以下で大容量接点のリレーはあるのでしょうか？