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最小限のスペースで最大の電圧サージ抑制を実現するIsoMOVの選定と適用方法」 (Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)

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No.1546 2022. 3. 31
◇最小限のスペースで最大の電圧サージ抑制を実現するIsoMOVの選定と適用方法」 (Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)

◇回路設計から部品の調達、基板製造/実装、ハーネス/ケース加工まで
 「アッテネータ回路(減衰器)」の製作例をご紹介します
     
       
「最小限のスペースで最大の電圧サージ抑制を実現するIsoMOVの選定と適用方法」
(Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)
       

 「アプリケーションラボ」は、Digi-Key社のご協力をいただいて、Digi-Key社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。 基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。

 今回は、電子機器内部や外部での短絡、過電流、電圧サージなどにより発生する異常や故障から守る過電圧保護デバイスについて解説した記事をご紹介します。

最小限のスペースで最大の電圧サージ抑制を実現するIsoMOVの選定と適用方法

 現在の電子機器では安全性が重視されており、安全対策に関する様々な規則が定められています。そのため回路を保護することが重要になりますが、製品の小型化も進んでいるためスペースを取らない対策が求められています。

 過電圧保護(OVP:Over Voltage Protection)を実装する場合、長期的な故障にはガス放電管(GDT:Gas Discharge Tube)などのクローバ(crowbar)が適しており、過渡的な事象には酸化金属バリスタ(MOV:Metal Oxide Varistor)などのクランプ(clamp)が適しています。

 クローバは保護対象となる回路全体を短絡させることで、サージとその電流をグランドに迂回させ、回路に到達しないようにするものです。またクランプは、電圧があらかじめ設定したレベルを超えないようにするためのものです。

 MOVは、自身の降伏電圧を超えると電流量が急激に増加するデバイスです。  GDTはサージが発生して放電を開始した後も放電が止まらなくなるホールドオーバー現象が起きやすいので、一般的にその対策としてMOVと組み合わせて使用されます。ただし、そのための基板スペースが必要となり、コストも上がります。

 Bourns社のIsoMOVシリーズは、GDTとMOVの利点を組み合わせたバリスタで、ホールドオーバー現象が発生しません。
IsoMOVの外観 IsoMOVの構造

 【アプリケーションラボ】では、OVP保護の重要性と、それを実現するための様々なアプローチについて解説した後、Bourns社のIsoMOVシリーズの特徴と使用方法を紹介しています。

 IsoMOVシリーズは、信頼性と長期安定性、省スペースが要求されるAC電源に適したハイブリッド過電圧保護部品です。 MOVとGDTを直列に接続した一体構造により小型化を実現し、定常電圧時にはGDTの絶縁抵抗が高いためMOVの漏れ電流を遮断することができます。  

 ここで解説されているデバイスは、マルツオンラインのウェブサイトで購入できますので、是非参考にしてください。

▽IsoMOVバリスタ(3kA/175Vrms)【ISOM3-175-B-L2】
 https://www.marutsu.co.jp/pc/i/41242400/
▽IsoMOVバリスタ(3kA/230Vrms)【ISOM3-230-B-L2】
 https://www.marutsu.co.jp/pc/i/41242413/
▽IsoMOVバリスタ(3kA/300Vrms)【ISOM3-300-B-L2】
 https://www.marutsu.co.jp/pc/i/41242394/
 

 下記の2本の解説記事も同時に公開しました。合わせて参考にしてください。

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回路設計から部品の調達、基板製造/実装、ハーネス/ケース加工まで 「アッテネータ回路(減衰器)」の製作例をご紹介します
       
 
 マルツエレックでは、回路設計から基板設計・製造・実装、そして量産まで皆さまのさまざまな「ものづくり」のお手伝いをさせていただく「プロトファクトリー」事業を行っています。

 これまでにお引き受けした電子回路の設計事例としては、
 ・電源回路/同期整流回路/インバータ回路
 ・モーター制御回路
 ・センシング回路
 ・2次電池アプリケーション回路
 ・LEDドライブ回路
 ・メガソーラーシステム回路
 などがあります。

 その他の回路設計についてもご要望にお応えいたします。また、回路設計をお引き受けするにあたっては、回路の詳細設計をする前にブロック図による概念設計を行い、SPICEシミュレーションを行って検証しています。

 ここでは、SPICEによる回路解析シミュレーションを行った事例として、「アッテネータ回路(減衰器)の製作」の例をご紹介します。SPICE を活用することにより回路設計時間を短縮し、設計確度を向上させています。

 アッテネータ回路の最適解を求めるには、回路定数を様々に変えて実験する必要があり、実際の回路で行うのは非常に時間と手間がかかります。しかし、SPICEのパラメトリック解析を使用すると容易に行うことができます。パラメトリック解析は、抵抗やコンデンサ、コイル、電源などのパラメータを変更しながら特性を解析するものです。
 
アッテネータ回路
 
増幅回路のシミュレーション(Gain=5.0E-7 の場合)

 実際の回路図を上図に示しますが、キーデバイスとなるオペアンプについては、詳細なデバイスモデリングを実施しています。今回は、Gainが5.0E-4と5.0E-7の2つの減衰条件についてSPICEのパラメトリック解析を行っています。回路の検証は、実際の入力信号となる正弦波により複数の条件を設定してSPICEシミュレーションを行いました。

 マルツエレックでは回路設計だけでなく、部品の調達や基板の製造と実装、ハーネスやケースの加工、さらに量産までをお引き受けしています。詳細は、下記のWebページを参照してください。ご相談は、ものづくり相談受付フォームからお申込みください。

▽プロトファクトリー
 https://www.marutsu.co.jp/pc/static/protofactory/index

▽ものづくり相談受付フォーム
 http://sv.marutsu.co.jp/enquete/?id=16

     
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