最少限のはんだ付けで高電力バスの保護を最適化
著者 Don Horne氏
DigiKeyの北米担当編集者の提供
2025-01-28
マルツ掲載日：2025-06-02
スルーホール設計を使用する高密度直流(DC)バス電源保護では、通常、製造工程で2回のはんだ付け作業が必要です。Bourns Inc.のディスクリートフラットノーリード(DFN)パッケージTVS(過渡電圧抑制)ダイオードは、面実装設計を採用しているため、高電力保護部品を備えた最新設計における底面はんだ付け作業が不要になります。
システムの電源保護を検討する際には、回路部品にどのような潜在的な脅威が存在するかを判断するために、徹底的な調査が行われます。パワーTVS(PTVS)コンポーネントや電圧クランプデバイスの場合、ダイオードの定格は、サージ電圧が発生する時間の長さと、独立系発電事業者(IPP)からの最大電流を処理できる能力によって決まります。サージ時間が最終的に終了するまで、電流を流しながら電圧の振幅を低減することは極めて重要です。
電力線の過渡現象、モータのアーク放電、落雷、静電気放電(ESD)などによる過剰電圧から保護することで、損傷した重要部品の修理や交換の必要がなくなります。回路保護の世界的リーダーであるBournsは、低容量保護を含む過電圧と過電流保護部品の幅広いラインを提供しています。
重要な部品を常に保護
電源保護部品は、障害が発生して初めてその必要性が認識されます。しかし、保護が適切でなければ、システムは脆弱なままとなり、深刻な損傷の可能性が残ります。これは、ダウンタイムやメンテナンスの必要性が生じた場合にコスト高につながる可能性があります。
ACおよびDC電源システムを使用する通信機器は、間接的な落雷や電力線サージなどの事象から常に保護する必要があります。BournsのDFNパッケージPTVSデバイスは、さまざまな信号レベルと電源回路に対して効果的かつ最適な保護を提供する多くの機能を備えています。
PTVS2-058C-Hは、面実装型汎用PTVSシリーズ ダイオードで、ROHS3に準拠しています(図1)。2kA、8/20µsのサージ耐量を備え、22～86Vの繰り返しスタンドオフ電圧と双方向TVSを提供します。高電力DCバス保護、落雷に対する耐性、誘導性および過渡サージに対する耐性は定格限界まで達しており、PTVS2-058C-Hは高電流TVSダイオードの中でも最高レベルの製品です。
図1：PTVS2-058C-H PTVSシリーズ ダイオードは、幅広い温度範囲で優れた性能を発揮します。(画像提供：Bourns)
タスクの用語定義
TVSダイオードを調べる際に特定の専門用語が明らかになります。基本を学ぶことで、適切な保護部品をより簡単に見つけることができます。
・ピークパルス電流(IPP)
ダイオードが損傷することなく処理できる最大サージ電流です。
・クランピング電圧(VC)
特定のIPPに対する保護回路の最大電圧です。
・繰り返し逆方向スタンドオフ電圧(VWM)
これは通常の動作電圧の閾値であり、最大動作ピーク電圧としても知られています。高インピーダンスTVSダイオードによる回路保護により、ダイオードにかかる印加電圧は閾値よりも低くなります。
・降伏電圧(VBR)
これはTVSダイオードが規定電流を伝導し始める閾値であり、保護される集積回路の最大値を超えてはなりません。
多くのレベルの保護が必要
潜在的な故障のトラブルシューティングに関しては、常に選択肢があります。通常、回路には多くの種類とレベルの保護が必要です。さらに、2つ以上のレベルの入力電圧過渡保護を必要とする回路では、部品の能力を調整することで、部品が最適な性能を発揮できるよう、防御レベルを高めることができます。
PTVSダイオードはクランプ部品として、起動および誘導過渡電圧を抑制することで、電圧が設定レベルを超えるのを防ぎます。過電圧が解消されるとクランプ機能が解除されます。TVSクランプはシリコンバイポーラ接合です。 ツェナーダイオードに似ていますが、逆方向降伏電圧に耐えることができ、比較的短時間の過渡現象を消散させることができます。
クランピングTVSは、サージが通過するまで電圧を低い値に保持するクローバ部品とは異なります。
シリコンとともに、双方向半導体電圧過渡サプレッサである金属酸化物バリスタ(MOV)を使用してクランプを構成することができます。通常、デバイスを流れる電流が増加するにつれて、デバイスにかかる電圧は減少します。PTVSダイオードと比較すると、MOVは最初の短時間ピーク後、電流が増加し続けても電圧を低下させ、一定に保ちます。さらに、PTVSダイオードでは、同じサージ電流に対してMOVよりもはるかにクランピング電圧が低くなります。
面実装型ESD9B5.0ST5Gダイオード(図2)は、ESD9Bシリーズの製品で、低リーク、高速応答時間、優れたクランプ能力を備え、静電気放電(ESD)から高感度部品を保護するように設計されています。小型であるため、携帯電話やMP3プレーヤなど、基板スペースが限られているポータブルアプリケーションに適しています。
図2：外形寸法が1.0mm×0.60mmと小さく、ボディの高さが0.4mmと低いonsemi ESD9B5.0ST5Gは、今日の小型部品に最適です。(画像提供：Bourns)
適切なダイオードの選び方
ほとんどのPTVSダイオードのサプライヤは、データシートに一般的な選択ガイドラインを記載しています。ダイオードを選択する際には、電気的保護が必要な回路の特性と、その回路の試験基準が通常、重要になります。 最も頻繁に引用される基準は、IEC61000-4-5です。
PTVSダイオードを選択する際には、アプリケーションの予想動作電圧よりも高いスタンドオフ電圧のものをご検討ください。保護ラインに沿ってすべてのデバイスの絶対最大電圧定格を確認し、それよりも低い最大クランピング電圧のダイオードを選択してください。
定格が不十分なダイオードや最大電流用に設計されていないダイオードは、サージ事象で故障し、回路を破壊する可能性が高いでしょう。「最悪の事態を想定する」という格言を覚えておいてください。IPPの指定ピーク電流が、あらゆる状況下で想定されるピーク電流を安全に上回ることを確認することは、潜在的な故障や貴重な回路への損傷を回避する上で非常に有効です。
PTVSダイオードとポート保護
PTVSダイオードは、電源ポート(電源からの出力と電源入力の両方)の保護にも最適です。特に、この2つの機能が離れている場合に有効です。
電源接続ワイヤ、PoE(Power over Ethernet)、給電装置(PSE)、PD(Power Delivery)の遠隔操作においてサージ事象にさらされる場合、RJ-45ポートコネクタの接続を保護する必要があります。これを確実に行うために、5Gスモールセルにおける48Vサージ保護を含む、最大60Vの通信とPoE電源電圧を保護するデバイスが用意されています。
Bournsは、このようなニーズに応える面実装DFNパッケージを、1kAのPTVS1-026C-Hや2kAのPTVS2-026C-Hなどのダイオードとともに提供しています。これらは、24Vテレメトリシステムや産業用制御に有効です。
まとめ
過渡電力、モータのアーク放電、静電気放電、落雷はすべて、重要な電気回路を損傷する現実的な脅威となります。Bourns, Inc.が提供するようなサージ保護ダイオードによる適切な保護を利用することは、生産やサービスのダウンタイムはもちろんのこと、高額な修理や交換を避けるためにも不可欠です。
Bournsは、過電圧/過電流保護部品や低容量保護部品を幅広く提供し、回路保護の世界的リーダーとしての地位を確立しています。
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