TVSダイオードの機能は何ですか?

2022-11-18 989

TVS 管は高効率の保護デバイスです。 TVS管は、両端に瞬間的な高エネルギーの衝撃が加わると、高抵抗特性を瞬時に低抵抗特性に変換し、大電流を吸収し、TVS管の両端の電圧をクランプします。一定値（TVS管の耐電圧値）で、過渡的な高エネルギーの影響から後段回路を保護し、回路の安全性を守ります。以下に示すように。簡単に言うと、回路が耐えられる電圧の影響が DC24V 以下の場合は、電源に 26V TVS 管を溶接します。電源電圧が 26V を超えない場合、TVS 管はハイインピーダンス状態になります。 26V を超えるパルスの後、TVS 管は回路電圧を迅速に 24V にクランプすることができるため、回路基板の安全性が確保されます。

TVSダイオードの役割
一般的に、TVS ダイオードの機能は次のとおりです。
（１）信号ラインと電源ラインにTVSダイオードを追加すると、静電放電の影響、AC電源サージ、スイッチング電源ノイズなどの瞬間的な大きなサージによるマイクロプロセッサやシングルチップマイクロコンピュータの誤動作を防ぐことができます。
（2）静電放電（ESD）の影響により、10000V、60Aを超えるパルスが10ms以上発生することがあります。一般的なTTLデバイスは、10V、30msを超えるパルスに遭遇すると損傷に至ります。TVSダイオードを使用することで、デバイスに損傷を与える可能性のあるパルスを効果的に吸収し、バス間のスイッチングによって生じる干渉（クロストーク）を排除できます。
（３）信号線とグランドの間にTVSダイオードを配置することで、データバスや制御バスが不要なノイズの影響を受けるのを防ぐことができます。

TVSダイオードの仕組み
過渡電圧サプレッサー（TransientVoltageSuppressor）はTVS管とも呼ばれます。TVS管の電気特性は、PN接合面積、ドーピング濃度、ウェハ抵抗によって決まります。サージ電流に耐える能力はPN接合面積に比例します。TVSは半導体や敏感なデバイスの保護に広く使用されており、通常は二次電源や信号回路の保護、静電気防止などに用いられます。応答速度が速い（psレベル）、サイズが小さい、パルス電力が高い、クランプ電圧が低いなどの特徴があります。10/1000μs波のパルス電力は400W～30KW、パルスピーク電流は0.52A～544Aです。ブレークダウン電圧は6.8V～550Vの範囲で、さまざまな電圧の回路に使用できます。
デバイスは回路内で並列に接続されます。回路が正常に動作している場合、回路はカットオフ状態（高抵抗状態）にあり、回路の通常動作には影響を与えません。回路に異常な過電圧が発生し、降伏電圧に達すると、回路は高抵抗状態から高抵抗状態に急速に変化します。低インピーダンス状態は、瞬間電流に対して低インピーダンスの伝導経路を提供し、同時に異常な高電圧を安全なレベル内にクランプして、保護された IC または回路を保護します。異常な過電圧が解消されるとハイインピーダンス状態に戻り、回路は正常に動作します。

TVSダイオードの特性

TVSダイオードの特性曲線
主な特性パラメータ
      ①逆オフ電圧（カットオフ電圧）VRWMと逆漏れ電流IR：逆オフ電圧（カットオフ電圧）VRWMは、TVS管が導通しない最高電圧を示し、この電圧IR以下では逆漏れ電流はわずかです。
      ②ブレークダウン電圧VBR：TVS管が規定の試験電流ITを通過したときの電圧で、TVS管がオン状態にあることを示すサイン電圧です（P4SMA、P6SMB、1.5SMC、P4KE、P6KE、1.5KEシリーズの機種の数字はブレークダウン電圧の公称値、その他のシリーズの数字は逆オフ状態の電圧値です）。
TVS管のブレークダウン電圧の誤差範囲は±5％（「A」の付いていないものは±10％）です。
       ③パルスピーク電流IPP：TVS管が通過可能な10/1000μs波の最大ピーク電流（8/20μs波のピーク電流は約5倍）。この電流値を超えると、永久的な損傷を引き起こす可能性があります。同シリーズでは、管の耐圧が高いほど、通過可能なピーク電流は小さくなります。
       ④最大クランプ電圧VC：パルスピーク電流IPPが流れた時にTVS管の両端に現れる電圧。
       ⑤パルスピーク電力Pm：パルスピーク電力Pmとは、10/1000μs波のパルスピーク電流IPPと最大クランプ電圧VCの積、すなわちPm=IPP*VCを指します。

TVSダイオードの用途
      ①パルスピーク電流IPPと最大クランプ電圧VCの選択：TVS管を単独で使用する場合は、回線に発生する可能性のある最大サージ電流に応じて適切なIPPモデルを選択する必要があります。TVS管を第500レベルの保護として使用する場合は、一般的に600W～XNUMXWで十分です。このときの最大クランプ電圧VCは、保護対象機器が耐えられる最大サージ電圧（安全電圧）を超えないように注意する必要があります。
       ②信号伝送回路の保護に使用する場合、伝送信号の周波数または伝送速度に注意する必要があります。信号周波数（伝送速度）≥10MHz（Mb/s）の場合、Cjは≤60pFにする必要があります。信号周波数（伝送速度）≥100MHz（Mb/s）の場合、Cjは≤20pFにする必要があります。信号周波数または伝送速度が高い場合は、低容量シリーズのチューブを選択する必要があります。低容量シリーズでも要件を満たせない場合は、TVSチューブを高速回復ダイオードで構成されたブリッジに接続し、等価容量全体を減らして伝送信号周波数を上げます。下図の回路では、最大伝送周波数は20MHz以上に達することができます。

TVS1 はトランスを含む回路全体を保護します。
TVS2は、後続回路（トランスを除く回路全体）に対して高度な保護を提供します。トランスは大きな直列抵抗として物理的に機能するため、サージが加わっても回路が破損する可能性はほとんどありません。
TVS3は負荷を包括的に保護します。ここでは、低コストのユニポーラTVSダイオードを使用します。回路にTVS3のみを使用する場合、ブリッジはTVSによって保護されないため、損傷を防ぐために、ブリッジにはより高い電圧および電流比を持つデバイスを使用する必要があります。

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