スイッチの種類

スイッチとは、回路内の電流の流れを遮断するように設計された装置で、言い換えれば、電気回路を作ったり壊したりすることができます。

つまり、スイッチは制御システムの一部であり、これがなければ制御動作は実現できません。

スイッチの接点が閉じているとき、スイッチは電流の流れのための閉路を作り、その結果、負荷はソースからの電力を消費します。

家庭用、自動車用、工業用、軍事用、航空宇宙用など、さまざまな分野で数多くのスイッチが使われています。

スイッチには、機械式と電子式があります。

機械式スイッチは、接点を動かしたり、押したり、離したり、触ったりして、物理的に作動させる必要があります。

電子式スイッチは、回路を制御するために物理的な接触を必要としません。

電子スイッチは、回路を制御するために物理的な接触を必要としません。

機械式スイッチ

機械式スイッチは、作動方法（手動、リミットスイッチ、プロセススイッチ）、作動回数などの要因により、さまざまな種類に分類されます。 リミットスイッチ、プロセススイッチ）、接点の数（単接点、多接点スイッチ）、極数とスロー数（SPST、DPDT、SPDTなど）、操作と構造（押しボタン）など、いくつかの要因によって異なるタイプに分類されます。

極数と投光量の違いにより、スイッチは以下の種類に分類されます。 極は、切り替え可能な個々の電源回路の数を表しています。

投光器の数は、スイッチに電流を流すことができる状態の数を表しています。

Single Pole Single Throw Switch (SPST)

• これは1つの入力接点と1つの出力接点からなる基本的なON/OFFスイッチです。
• 単一の回路を切り替え、負荷を作る(ON)ことも切る(OFF)こともできます。
• SPSTの接点は、ノーマルオープンまたはノーマルクローズのいずれかの構成が可能です。

Single Pole Double Throw Switch (SPDT)

• このスイッチには3つの端子があり、1つは入力接点、残りの2つは出力接点です。
• つまり、2つのONポジションと1つのOFFポジションで構成されています。
• ほとんどの回路では、これらのスイッチは、入力を2つの選択された出力の間に接続するための切り替えとして使用されます。
• デフォルトで入力に接続されている接点は、ノーマルクローズ接点と呼ばれ、ON動作時に接続される接点は、ノーマルオープン接点です。

Double Pole Single Throw Switch (DPST)

• このスイッチは4つの端子、2つの入力接点と2つの出力接点で構成されています。
• 同時に動作する2つの独立したSPST構成のように動作します。
• ONポジションは1つしかありませんが、2つの接点を同時に作動させることができ、各入力接点が対応する出力接点に接続されます。
• OFFポジションでは、両方のスイッチがオープン状態になります。
• また、このスイッチの接点は、通常オープンまたは通常クローズのいずれかの構成にすることができます。

Double Pole Double Throw Switch (DPDT)

• これは2つのONポジションからなるデュアルON/OFFスイッチです。
• 6つの端子があり、2つは入力接点、残りの4つは出力接点です。
• 同時に動作する2つの独立したSPDT構成のように動作します。
• ある位置では2つの入力接点が1セットの出力接点に接続され、別の位置では入力接点がもう1セットの出力接点に接続されます。

押しボタンスイッチ

• 圧力がかかっている間（またはボタンが押されている間）、接続を行ったり、解除したりするモーメンタリ接点スイッチです。
• 通常、この圧力は、誰かの指で押されたボタンによって供給されます。
• このボタンは、圧力が除去されると、通常の位置に戻ります。
• 押しボタンのこの2つの状態（押した状態と離した状態）を操作するのが、内部のバネ機構です。
• 固定接点と可動接点で構成され、固定接点は切り替えたい回路と直列に接続され、可動接点は押しボタンに取り付けられています。
• 押しボタンは、上の図のように、大きく分けて、常開型押しボタン、常閉型押しボタン、複動型押しボタンがあります。
• 複動型押しボタンは、一般的に2つの電気回路を制御するために使用されます。

トグルスイッチ

• トグルスイッチは、機械的なハンドル、レバー、またはロッキングメカニズムによって手動で作動（または上下に押す）します。
• これらのスイッチのほとんどは、SPDT、SPST、DPST、DPDTスイッチのバージョンである2つ以上のレバーポジションを備えています。
• これらのスイッチは、異なる定格、サイズ、およびスタイルで利用可能であり、異なるタイプのアプリケーションに使用されます。

リミットスイッチ

• リミットスイッチの制御方式を上図に示しますが、ここでは4種類のリミットスイッチを紹介します。
• スイッチの中には、物体の有無や、人の手による操作ではなく機械の動きによって動作するものがあります。
• これらのスイッチは、物体によって作動するバンパー型のアームで構成されています。

フロートスイッチ

• フロートスイッチは、主にタンクやサンプ内の液体や水に応じて、DCやACのモーターポンプを制御するために使用されます。
• このスイッチは、タンク内の水位に応じてフロート（または浮遊物）が下向きまたは上向きに動くことで動作します。
• この水銀球は水銀接点で構成されており、水位が上昇または下降すると接点の状態も変化します。
• 上図にボールフロートスイッチのシンボルを示します。

フロースイッチ

• これらは主にパイプやダクトを流れる液体や空気の動きを検出するために使用されます。
• このマイクロスイッチは、金属製のアームに取り付けられており、この金属製のアームには、薄いプラスチックや金属片が接続されています。
• このマイクロスイッチは、金属アームに取り付けられており、この金属アームに薄いプラスチックや金属片が接続されています。
• 大量の空気が金属片やプラスチック片を通過すると、金属アームが動き、スイッチの接点が動作します。
• 液流スイッチは、パイプ内の液体の流れを横切るようにパドルが挿入されており、液体がパイプ内を流れると、パドルにかかる力によって接点の位置が変化する。 スイッチ上の旗のマークは、液体の流れや動きを感知するパドルを示しています。
• これらのスイッチは、再びノーマルオープンまたはノーマルクローズタイプの構成です。

圧力スイッチ

• これらのスイッチは、油圧システムや空圧機器の圧力を感知するために、一般的に産業用途で使用されています。
• 測定する圧力の範囲により、ダイアフラム式圧力スイッチ、メタルベロー式圧力スイッチ、ピストン式圧力スイッチに分類されます。
• いずれのタイプも、圧力検出素子が接点（2極または1極接点）を動作させます。

温度スイッチ

• 最も一般的な熱感知素子は、熱膨張の原理で動作するバイメタルストリップです。
• バイメタルストリップは、2つの異種金属（熱膨張率が異なる）で作られ、互いに接着されています。
• 温度によってストリップが曲がったり巻いたりすると、スイッチの接点が動作します。
• 温度によってストリップが曲げられたり、巻かれたりするとスイッチの接点が動作します。
• 電球が加熱されると、管内の水銀が膨張し、圧力が発生して接点が動作します。

ジョイスティックスイッチ

• ジョイスティックスイッチは、主に携帯型の制御機器に使用される手動操作の制御装置です。
• 複数の動作軸で自由に動くレバーで構成されています。
• 押したレバーの動きに応じて、1つまたは複数のスイッチ接点が作動します。
• 下降、上昇、左右への動きのトリガーに最適です。
• これらは、建築機械、ケーブルコントロール、クレーンなどに使用されています。

ロータリースイッチ

• 1本のラインと複数のラインを接続するのに使われます。
• 例としては、電気計測器のレンジセレクター、通信機器のチャンネルセレクター、マルチバンドラジオのバンドセレクターなどがあります。
• 1つ以上の可動接点（つまみ）と1つ以上の固定接点で構成されています。
• これらのスイッチには、単極12路、3極4路、2極6路、4極3路など、異なる配列の接点があります。

電子スイッチ

電子スイッチは、物理的な可動部がなく、物理的な接点がないため、一般にソリッドステートスイッチと呼ばれています。

今日の市場では、サイズや定格が異なるさまざまな種類のソリッド ステート スイッチが販売されています。

今日の市場では、さまざまな種類のソリッドステートスイッチが、さまざまなサイズと定格で利用可能です。これらのソリッドステートスイッチには、トランジスタ、SCR、MOSFET、トライアック、IGBTなどがあります。

バイポーラトランジスタ

トランジスタは、通常のスイッチの動作と同様に、電流を通すか、または電流を遮断します。

スイッチング回路では、トランジスタは、オフまたは電流遮断状態では遮断モードで動作し、オン状態では飽和モードで動作します。

NPNとPNPのトランジスタは、十分なベース電流が供給されると動作したり、スイッチが入ったりします。 駆動回路（ベースとエミッタの間に接続されている）から供給されたベース端子に小さな電流が流れると、コレクタ-エミッタ間の経路がオンになります。

パワー ダイオード

ダイオードは、インピーダンスが高い状態と低い状態の間でスイッチング動作を行うことができます。

一般的にパワーダイオードは、より高い電流と高いジャンクション温度で動作させるために、シリコンを使用して構成されています。

一般的にパワーダイオードは、大電流かつ高い接合温度で動作させるためにシリコンを使用します。

アノードをカソードに対してプラスにし、しきい値以上の電圧をかけると、PN接合が順方向にバイアスされ、導通し始めます（オンスイッチのように）。

MOSFET

MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）は、単極性かつ高周波のスイッチングデバイスです。 パワーエレクトロニクスの分野では、最も一般的に使用されているスイッチングデバイスです。

MOSFETには、PチャネルまたはNチャネルのデバイスがあります。

PチャネルMOSFETは、NチャネルMOSFETと同様に動作しますが、電圧の逆極性を使用します。

IGBT

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）は、バイポーラジャンクション型のパワートランジスタとパワーMOSFETの長所を併せ持った素子です。

三端子の半導体で、高速スイッチング素子です。

三端子半導体の高速スイッチング素子で、エミッタ、コレクタ、ゲートの3つの端子で構成されています。

MOSFETと同様に、ゲートとエミッタ間に正の電圧（しきい値電圧より大きい）を印加することでIGBTはオンします。 また、ゲート・エミッタ間の電圧をゼロにすることで、IGBTを回転させることができます。

SCR

電力制御アプリケーションで最も広く使用されている高速スイッチングデバイスであるシリコン制御整流器(SCR)。

SCRは、そのゲート入力とアノードおよびカソード端子のバイアス条件を制御することにより、ON/OFFさせることができます。

TRIAC

トライアック（またはTRIode AC）スイッチは、1つのゲート端子に2つの背中合わせのSCRを接続した等価回路である双方向スイッチングデバイスです。

電圧波形の正負両方のピークで交流電力を制御することができるため、モータースピードコントローラ、調光器、圧力制御システム、モータードライブ、その他の交流制御機器に使用されます。

DIAC

DIAC（またはDIode ACスイッチ）は双方向のスイッチングデバイスで、陽極と陰極という名前ではない2つの端子で構成されています。 つまり、DIACは、端子の識別に関係なく、どちらの方向にも動作することができます。

DIACに電圧を印加すると、印加された電圧がブレークオーバー電圧以下でない限り、順方向阻止モードまたは逆方向阻止モードで動作します。

Gate Turn-Off Thyristor

GTO（Gate Turn off Thyristor）は、バイポーラ半導体のスイッチング素子です。 アノード、カソード、ゲートの3つの端子を持っています。

GTOは、導通モードのきっかけとなる小さな正のゲート電流を流すことでONになり、ゲートに負のパルスを流すことでOFFになります。