あなたが最新のハイテクスマートホームコントローラーを開けると、そこには微細な表面実装部品、強力なマイクロプロセッサー、そしてWi-Fiチップがぎっしりと詰まっています。.
そして、それらすべてのシリコンの真ん中に、大きく、角ばった、プラスチックの立方体が鎮座しています。それが作動すると、大きな音がします。 カチッ.
それは機械式リレーです。1830年代の技術です。.
これは、すべてのエンジニアにとって「魂を揺さぶる」問いを投げかけます。 MOSFETやIGBTが安価で、微細で、静かな世界で、なぜ私たちはリレーを駆逐できなかったのでしょうか？
なぜ、固体物理学があるのに、バネで支えられた可動式の金属アームに頼るのでしょうか？
答えはノスタルジーではありません。それは冷酷な、厳然たるエンジニアリングの現実です。 実は、この「不器用な」リレーには、シリコンでは決して再現できないスーパーパワーがあるのです。.
次の間の戦いを分析してみましょう。 ハードスイッチ（リレー） そして ソフトスイッチ（トランジスタ）.
1. 「エアギャップ」セキュリティ：なぜリレーは究極のファイアウォールなのか
リレーが今もなお王者である第一の理由は、 絶縁.
MOSFET（トランジスタ）について考えてみてください。たとえ「OFF」の状態であっても、高電圧負荷とあなたの繊細なマイクロコントローラーの間には、物理的、化学的な接続がまだ存在します。それらはシリコンの一部を共有しています。多くの場合、それらは「グランド」基準を共有する必要があります。.
もしそのMOSFETが壊滅的に故障した場合（例えば、電圧スパイクがゲート酸化膜を突き破った場合）、その240Vの主電源は負荷側にとどまりません。それは移動します。 並列接続された他のストリングはその電力を, 、あなたの5V ArduinoやRaspberry Piに直接流れ込みます。.
その結果は？ あなたのマイクロプロセッサーは瞬時に焼き切れます。.
リレーの利点
リレーには、コイル（制御側）と接点（負荷側）の間に電気的な接続はありません。それらは、 磁場. によってのみ結合されています。箱の中には、物理的な エアギャップ.
- があります。 シナリオ：.
- あなたの240Vモーターがショートし、巨大なサージがラインを逆流します。 リレー：.
Pro-ヒント: 接点が溶着するかもしれません。プラスチックケースが溶けるかもしれません。しかし、あなたのマイクロコントローラーは？安全です。サージはエアギャップを飛び越えてコイルに到達することはありません。.
私たちはこれを「堀」と呼びます。もしあなたが、負荷側が爆発しても制御ロジックが生き残らなければならない回路を設計しているなら、リレーが必要です。それは究極の犠牲層です。 “古典的なエンジニアリングの格言があります。” 「12Vのコイルを使って240Vの主電源ラインを切り替えることができ、電圧差を気にする必要はない。」 これが.
ドライコンタクト
の力です。.
- 2. 「頭を使わない」スイッチ：AC、DC、気にしない トランジスタは気難しいものです。それらは半導体デバイスであり、つまりルールがあります。 DC（直流） BJT/MOSFET.
- の問題: は本質的に.
リレーの利点
デバイスです。それらは一方向に（ドレインからソースへ）電流を流します。.
- もしあなたがMOSFETで120V AC（交流）を切り替えたいなら、頭痛の種です。電流は1秒間に60回方向を反転させます。単一のMOSFETは波の半分をブロックし、もう半分ではダイオードのように動作します。2つのMOSFETを背中合わせにするか、トライアック、そして複雑な駆動回路が必要です。 リレーは、ただ2つの金属片が互いに接触しているだけです。.
- 極性： リレーは、ただ2つの金属片が互いに接触しているだけです。.
- 気にしません。 方向：.
電圧の種類：.
Pro-ヒント: AC？DC？オーディオ信号？データ？気にしません。 何 あなたが顧客にリレー出力を提供するとき、あなたは彼らに普遍的な鍵を与えているのです。彼らは24V DCソレノイド、120V ACファン、またはミリボルトレベルのオーディオ信号を接続することができます。リレーは、電圧降下ゼロ、リーク電流ゼロで、それらすべてを処理します。“
もしあなたが
ユーザーがあなたの出力に何を接続するのかわからない場合は、リレーを使用してください。トランジスタ出力は、ユーザーが電圧と極性を完全に一致させる必要があります。リレーはただ「AをBに接続する」と言うだけです。
3. トランジスタがリレーを「アンチキル」する場所 スピード そして では、もしリレーがそれほど優れているなら、なぜ私たちはそれらを携帯電話やコンピューターで使用しないのでしょうか？.
なぜなら、リレーには2つの致命的な欠点があるからです。
摩耗.
- 速度制限 リレーは、空間を移動する機械的なアームです。.
- リレーの速度： 〜50〜100ミリ秒。最大スイッチング周波数：おそらく1秒あたり10回（10 Hz）。.
トランジスタの速度：.
ナノ秒。最大スイッチング周波数：1秒あたり数百万回（MHz）。
もしあなたがPWM（パルス幅変調）を使ってLEDを調光する必要がある場合、つまり1秒間に1,000回電源をオン/オフする場合、リレーは役に立ちません。それは、分解するまで約10分間、機関銃のように聞こえるでしょう。.
- 機械的寿命： 死亡数.
- 電気的寿命： リレーには寿命があります。.
クリックするたびに、バネが疲労し、ピボットが摩耗します。優れたリレーでも、100万サイクル程度しか持ちません。 理論上無限の寿命. 摩耗しません。.
4. 中間地点：ソリッドステートリレー（SSR）
“「ちょっと待って」と言うかもしれません。「ソリッドステートリレーはどうなの？」”
SSRは「ハイブリッド」です。内部LEDを使用して、感光性半導体をトリガーします。.
- 絶縁性があります： はい（光絶縁）。.
- 速度があります： はい（機械式より高速、ベアMOSFETより低速）。.
- 静音性があります： はい。
注意点：熱。.
機械式リレーは、ほぼゼロの抵抗（ミリオーム）です。SSRは、出力に電圧降下（通常0.7V〜1.5V）があります。.
機械式リレーに10アンペアを通電しますか？冷却されたままです。.
SSRに10アンペアを通電しますか？生成します 15ワットの熱. 溶けないようにするには、巨大なヒートシンクが必要です。.
まとめ：エンジニアの意思決定マトリックス
したがって、「不器用な」クリック音はなくなりません。これは意図的なエンジニアリングの選択です。古い技術に固執する場合のチートシートを以下に示します。
| シナリオ | リレーを使用する | トランジスタ/ MOSFETを使用する |
|---|---|---|
| 安全優先 | 高い （ガルバニック絶縁が必要） | 低い （共通接地でOK） |
| 負荷タイプ | ACまたは不明 （ユニバーサル） | DCのみ （既知の負荷） |
| スイッチング速度 | 遅い （時々オン/オフ） | 速い （PWM /高周波） |
| 必要な寿命 | 有限 （10万サイクル未満） | 無限 （数百万サイクル） |
| オーディオ/ノイズ | クリック音はOK | 静音でなければならない |
エンジニアリングでは、「新しい」ものが常に「より良い」とは限りません。場合によっては、最良のソリューションは、依然として銅コイル、スチールスプリング、そして満足のいく クリック音です。.
技術の精度注
接触抵抗： 機械式リレーの接触抵抗は、通常 50mΩ〜100mΩ, の範囲であり、電力損失は無視できますが、非常に低い電圧信号（必要な湿潤電流）では問題になる可能性があります。.
リーク： トランジスタ/ SSRは、OFF時に常にわずかなリーク電流があります。リレーには ゼロ 開放時にリーク（無限抵抗）があります。.
適時性: 電気機械式スイッチングとソリッドステートスイッチングの原理は、基礎物理学であり、2025年11月現在も有効です。.
