保護
TVS ダイオード(汎用)
電源レールと低速信号ライン向けの主力過渡電圧サプレッサ。
これは何ですか?
TVS(過渡電圧サプレッサ)ダイオードは、電源レールや信号ライン上の電圧スパイクをクランプするために設計された大型アバランシェダイオードです。レール電圧が TVS 降伏電圧を超えると、ダイオードは大電流を通し、サージエネルギーを熱として吸収します。超低容量の ESD ダイオードと異なり、汎用 TVS は大電流処理(数十〜数百アンペア)に最適化されており、その代償として容量が高く、DC レールや低速信号に適しています。
いつ必要ですか?
- ケーブル抜き差しの過渡を受ける DC 電源入力(例:5 V/12 V/24 V の AC アダプタジャック)。
- インダクティブスイッチングで電圧キックが発生する産業用 24 V 制御レール。
- 屋外配線にさらされる RS-485 / RS-232 / CAN バスライン。
- PoE(Power over Ethernet)の受電側入力クランプ。
- ESD ダイオードでは不足する高サージ耐性が必要な場面、通常は IEC 61000-4-5 サージ試験 Level 3 または 4。
正しい部品の選び方
- VRWM(逆方向動作電圧)
- 公称レール電圧と同等かわずかに上であること。高すぎるとクランプが緩く、低すぎると通常動作時に TVS が導通します。
- VBR(降伏電圧)
- 通常は VRWM より 10-15% 高い。ここからダイオードが導通を始める電圧。
- ピーク IPP 時の VC(クランプ電圧)
- 最悪サージ時に保護対象が見る電圧。VC < 下流 IC の絶対最大定格となるように選定。
- IPP(ピークパルス電流)
- 8/20 μs(IEC 61000-4-5)または 10/1000 μs(TVS の電力定格に使う波形)でのサージ電流耐量。製品が通過すべきサージクラスに合わせます。
- PPP(ピークパルス電力)
- サージ中の電力散逸。PPP が高いほどダイが大きく、パッケージも大きく、コストも上がる。
- 単方向 vs 双方向
- 単方向は DC レール、双方向は AC 信号や平衡データライン向け。同じ電圧なら、双方向の容量は単方向のおよそ半分です。
Magnias の提供製品
Magnias の TVS ダイオードは VRWM 5.0 V〜440 V、ピークパルス電力 200 W〜5000 W(10/1000 μs)をカバーします。SMF(SOD-123FL、200 W・400 W)、SMA(400 W・600 W)、SMB(600 W・1000 W)、SMBF(1500 W・3000 W)、SMC(1500 W・3000 W・5000 W)。単方向と双方向があり、多くのシリーズにハロゲンフリー(-H)と AEC-Q101(-A)品があります(各データシートを参照)。6600 W / 8000 W の DO-218 品はロードダンプのページに、非対称の RS-485 保護素子 PT0712JL(12 V / 7 V、SOT23)は ESD のページにあります。
よくある質問
汎用 TVS と ESD ダイオードの違いは?
物理は同じで、最適化の方向が違います。ESD ダイオードは極低容量と高速応答に最適化され、サージ定格は数 A〜数十 A。汎用 TVS はサージエネルギーに最適化され、10/1000 μs で数百〜数千 W に対応しますが、容量ははるかに高くなります。電源レールには向き、高速データには不向きです。
TVS はどの程度のサージレベルに耐えるべき?
通過すべきシステム試験に合わせます。IEC 61000-4-5 の試験レベルは 0.5 kV(レベル 1)、1 kV(レベル 2)、2 kV(レベル 3)、4 kV(レベル 4)で、ほかに特別レベル X があります。製品規格では、ライン間をライン対地より 1 レベル低くするのが一般的です。試験電圧を信号源インピーダンス(電源ポートのライン間 2 Ω、ライン対地 12 Ω)で割った値が、TVS が受ける 8/20 μs のピーク電流です。
TVS はヒューズの代替になりますか?
なりません。TVS は電圧をクランプ、ヒューズは電流を遮断します。組み合わせて使う。TVS でスパイクをクランプし、ヒューズ(または PTC)で持続過電流を遮断。
直列抵抗は入れるべき?
ケースバイケース。高エネルギー事象では TVS の手前に小さな直列抵抗(1-10 Ω)を入れるとエネルギーを分担し、IC でのクランプ電圧を下げられます。RS-485 / CAN / センサラインで一般的。
なぜ RS-485 の双方向 TVS は非対称なのですか?
RS-485 はグランドに対して非対称に振れます(+12 V / −7 V のコモンモード範囲)。対称な双方向 TVS だと通常範囲内でクランプ(悪い)するか、一方の VBR が不必要に高くなります。PT0712JL のような非対称 TVS はバスプロファイルに完全に合致します。
SMF、SMA、SMB、SMC、DO-218 の違いは?
サイズとピークパルス電力です。SMA(DO-214AC)、SMB(DO-214AA)、SMC(DO-214AB)は DO-214 ファミリの 3 つのサイズで、SMF(SOD-123FL)はさらに小さく、DO-218 はさらに大きいパッケージです。TVS のパッケージは連続電流ではなくピークパルス電力で区別します。Magnias 品の 10/1000 μs 定格は SMF 200〜400 W、SMA 400〜600 W、SMB 600〜1000 W、SMBF 1500〜3000 W、SMC 1500〜5000 W、DO-218 のロードダンプ品 6600〜8000 W です。