FETでc接点のリレーを設計

質問

こんばんは。

現在、FETを用いてc接点のリレーのような動作を行う回路を設計しています。
a接点のスイッチング回路とb接点のスイッチング回路を作成し、それをつけようとしているのですが、出力部をどのように接続していいかが分かりません。

　入力a───
　　　　　　　　　　───出力y
　入力b───　↑この部分

pチャンネルFETを用いて、各ドレインに入力a,bを接続し、ソース側同士を接続して、出力yとしても問題ないでしょうか？
もし根本的に考え方が間違ってるのなら、ご指摘をお願いします。
文章での説明で分かりにくいと思いますが、よろしくお願いします。

回答No.1

soramist · ベストアンサー

書込みされたときから興味を持って拝見していましたが、わたしの考えているものが質問者さんの仕様とちょっと違うのではないかと思い、投稿を控えておりました。
２日たってもどなたからも回答がないので、あえて書込みさせていただきます。
ピント外れの回答でしたら無視してください。

>pチャンネルFETを用いて、各ドレインに入力a,bを接続し、ソース側同士を接続して、出力yとしても問題ないでしょうか？

逆ではないでしょうか？
ふつう、出力はドレンで取ります。（ソースでとるのは特殊な場合です）

「各ソースに入力a,bを接続し、ドレン側同士を接続して、出力yとしても問題ないでしょうか？
」

であればよいと思います。
下記に回路例を記載します。
（図を描くのはなかなか難しいです。うまく出てくれるとよいのですが・・・(^_^;)）

　　　　　Ch a側の構成　　　　（Ch b側も同じものを作る）

　　　　―――――Vd（入力aを「常時」接続しておく）
　　　｜　　　　　　　｜　　　　　　　
　　　｜　 　　　　　 ｜　　　　　　
　　　R1(10kΩ)　　　S 　　　　　　
　　　｜　　　 　　　　　　
　　　｜―――G　　　Pch Mos　　　　　　
　　　｜ 　　　　　　
　　　R2(1kΩ)　　　D (a,b 並列接続） 　　　　　　　
　　　｜　　　　　　　｜　
　　　｜　　　　　　　｜　　　　　　　　
　　　｜　　　　　　　Load
　　　｜　　　　　　　｜
　　　｜　　　　　　　｜　　
　　　｜　　　　　　　GND
　　　｜　　　　
　　a 〇｜〇 b (Ch b側のR2へ）←――→
　　　　　｜
　　　　　〇GND

スイッチをa側にするとソース・ゲート間の電位が上がるので、Ch a FETが導通し入力aが負荷(Load)に現れます。
（R1,R2の数値は未だ詰めていません。大雑把な考えです）
わたしが、回答をためらったのは、スイッチが「１回路２接点型」でなければならないことです。
通常のリレーは「１回路１接点」で目的を達成できます。
この点はご質問の仕様を満足させていません。
（回路的に工夫すれば、できないこともないですが、相当複雑になりますので、今回は控えさせていただきます）

蛇足ですが、上記は「二つの入力を選択して、一つの負荷に加える」ものですが、「一つの入力を二つの出力に選択して加えたい」のであれば、ソースを一まとめにし、ドレンを切り離すことで目的は達成されます。

おおまかなところは、これでよいと思うのですが、ひとつ大きな問題があります。
MosFETは、そのスレショルド電圧で区分けして（大まかに言って）、3V型、5V型、8V型などがありますが、この電圧以下では使えないことです。
（3V,5V,8V,はスレッショルドとは違います。スレッショルドを通り越して、十分な導通が確保される電圧です）

今ここで3V型のPMosを使うものと仮定します。
Vdに3V以上の入力があれば、スイッチをa側に入れたとき、ソース・ゲート間電圧は3V以上になるのでFETは導通します。
しかし、ソース入力が3V未満だと、FETは完全に導通しません。
（これもリレーとは違う点です。リレーはどんな電圧でも通します）

この問題は、スイッチ側に-3Vを供給することで解決します。
しかし、このためにわざわざマイナス電源を用意するのもばからしいです。

その他、耐圧に対する配慮等、回路設計上いろんな問題があります。
FET（個別デバイス）を使う方法は、細かいところで結構ややこしいです。

いっそのこと、Photo Mosを使用されては如何でしょうか？
Photo Mosは上記のような制約がありません。
交流・直流どちらでも使用できるデバイスもあります。
回路設計が非常に楽です。
参考URLを張っておきますのでご一読ください。

松下PhotoMos
http://www.mew.co.jp/ac/control/relay/photomos/circuit_diagram/index.jsp

最後に苦言ですが、ご質問の内容は希望されるスペックがよくわかりません。
このサイトには素晴らしい知識をお持ちの方が大勢いらっしゃいますので、質問さえ的確であれば、かなりレベルの高い質問でもご回答が入っていますが、２日経ってもどなたからも回答が入らないところを見ると、皆さん、首を捻りながら考えていらっしゃるのではないでしょうか？

もう少しスペックがはっきりすれば、素晴らしい回答がいっぱい入ってくるのではないかと愚考いたします。

参考URL：

http://www.mew.co.jp/ac/control/relay/photomos/circuit_diagram/index.jsp

お礼

丁寧な回答をありがとうございます。
補足を兼ねてお礼させて頂きます。

>>pチャンネルFETを用いて、各ドレインに入力a,bを接続し、ソース側同士を接続して、出力yとしても問題ないでしょうか？
>逆ではないでしょうか？

ご指摘の通り逆です。勘違いしていました。申し訳ないです。

あと質問なのですが、回答で用いられている”スイッチ”とは
>　　　｜　　　　
>　　a 〇｜〇 b (Ch b側のR2へ）←――→
>　　　　　｜
>　　　　　〇GND
の部分でしょうか？
以下にまた説明するのですが、入力の選択には選択信号を用いるため、この部分はリレーを使用することになると思いますが、できることならリレーを使わずに作成しようと考えています。
（見当違いでしたらすみません。）

やはり私の説明不足のせいで、いまいち伝わっていない部分もあるようですので、詳しく説明させて頂きます。

・入力は３入力で、
　入力a、入力bがPWM信号。（0v or 5v）
　もう一つが選択信号（0v or 5v）。
・出力は１出力で、出力yのみ
・選択信号（0or1）により２つの信号のどちらかを選択し、出力yとする。
かなり大まかなものですが回路図を書いてみました。少しでも分かって頂けるといいのですが・・・
ttp://q-dra.hp.infoseek.co.jp/kairo.jpg

と、回路図を描いてる最中に気づいたんですが、これじゃFETの電源がないですね。なんと初歩的なミスを・・・

PhotoMosリレーは単価が高いため、トランジスタでチャレンジしている最中です。途中でPhotoMosを使用するかもしれませんが。

きちんとスペックが整理できたらもう一度質問してみようと思います。
こんな分かりにくい質問に丁寧に回答して頂いてありがとうございます。
スイッチ部分さえどうにかできれば実現できるかもしれません。
本当に参考になりました。

回答No.2

soramist

書き込みのURLが見られません。
最初の[H]が抜けていると思い、これを入れてみたのですがダメでした。
後半の部分を削除してみると、それらしいサイトが出たので、ずーっと探してみたのですが見つかりませんでした。
（このサイトは大変利用価値があると思います。後で利用の仕方を教えてください）

>回答で用いられている”スイッチ”とは・・・の部分でしょうか？

その通りです。

やはり「１回路１接点型」スイッチでないといけなかったのですね。
でも、選択信号(0/1=low/high)で切り替えするのは、それほど難しくありません。

２個のNPN Trを使って、
　1.初段側のBに選択信号を入れる
　2.初段側のCを図のスイッチの位置（R2のOUT)につなぐ
　3.初段のCと次段のBの間に抵抗を入れる
　4.次段のCを次段のR2 OUTにつなぐ
　5.Eは両方ともGND
ということで、「選択信号で切り替え」をすることができます。

ということで、理論的には可能だと思うのですが現実にはどうでしょうか。
PWM信号を切り替える、となるとかなりの高速性が要求されると思います。
これに対してFETはかなりゲート容量が大きいので、PWM信号に十分フォローできるかどうか疑問です。

かなりの試行錯誤が必要なような気がします。

上記の掲示板サイトの使い方を教えてください。

お礼

度々回答ありがとうございます。
URLは見られませんか・・・私のPCでなら見られるんですが。
これは以前に私が作った掲示板サイトでして、荒らしが多くなったのでやめてしまったんですよ。
なので今はデータを消してしまい、infoseekがそのまま表示されるはずなんですが＾＾；
アクセス制限もしてないハズなので、何故見られないのかがちょっと分かりません。

2個のNPNTrでの構成なら選択信号での切り替えができそうですね。
しかし、おっしゃる通りPWM信号ということで高速性が問題なんです。。。
使用するPWM信号は周期が20ms程度なんですよね。

出来ればFETやTrだけで、と考えていたんですが、リレーを使うべきな気がしてきました。