内部対外部サージプロテクター：PCB全体の保護に最適なものは何か

電力サージや過渡現象から保護する手段を見ると、TVSダイオードが最も注目されています。TVSダイオードに問題があるわけではありません。これらは、サージやESDイベントから機器を保護するための優れた低コスト、低スペースのコンポーネントです。しかし、これらのダイオードが電力サージに対処する唯一の選択肢ではありません。代わりに、電力サージや過渡現象に耐えるための包括的な戦略の一部として、PCB上およびPCB外で使用できるコンポーネントがあります。

どのタイプのサージ保護が必要ですか？

サージ保護が必要なのは、デバイスに入ってくる主電源入力に電力サージが発生する危険がある場合です。EMC規制や業界標準では、特定の製品に対してサージ保護コンポーネントや回路の配置を要求しています。サージ保護のレベルは、イベント中に経験される予想される電力サージレベルと電流の突入量に依存します。特定の標準に基づいて設計する場合、標準で概説されている最小値が設計をガイドし、コンポーネント選択を指示するかもしれません。

サージ保護は、PCB内部の一連のコンポーネントとして、またはプリパッケージされたモジュールとして基板外部に見られることがあります。後者は、非常に高い電圧で直接メインに接続するデバイスにとってより一般的です。これらのコンポーネントは、PCBに収まりきらないことが多いです。外部コンポーネントがシステムの機能に必要であっても、オンボードコンポーネントは特定の場所で使用されるべきです。これらを組み合わせることで、システムは強力な電力サージに関連する可能性のある異なる大きさの過渡的なイベントに耐えることができます。

内部（オンボード）サージ保護

突入電流制限抵抗器 - 電力サージや一般的にACメインからの電力のオンにより、初期電源投入フェーズ中にデバイスを損傷させる可能性のある突入電流が発生することがあります。突入電流は、固定抵抗器を使用して減少させ、抑制することができます。電流制限抵抗器のサイズを決定するには、突入時に予想される最大電流とピーク入力電圧を使用して、抵抗器の電力定格を計算します。次に、オームの法則を使用してこれらの値から抵抗値を計算します。これにより、突入フェーズ中に焼損することなく、必要なレベルに電流を設定することができます。

バリスタ - バリスタは非線形の電圧制御抵抗器です。つまり、これらは入力電圧の関数としてDC抵抗が変化するコンポーネントです。これらのコンポーネントは、初期には高抵抗を持つが、ある動作電圧の閾値を超えるとその抵抗が減少するという点で、ダイオードのように動作します。これにより、上昇エッジの電力サージ過渡を減衰させることで、過電圧イベントの大きさを減らすことができます。これらのコンポーネントは、一般的な半導体材料に基づいて構築されているか、または金属酸化物バリスタ（MOV）である可能性があります。

ガス放電管 - これらのコンポーネントは電源入力に横断して配置されます。双方向/単方向のTVSダイオードのコンポーネントピンから上流に配置された場合、非常に高い過渡電圧保護を提供することができます。この構成では、ガス放電管はより高電圧の過渡と電力サージを対象とし、遅い/低電圧の過渡部分はTVSダイオードで処理されます。小型のガス放電管は、AC電源ストリップや電源供給装置のサージプロテクターに使用される典型的なコンポーネントです。

NTCサーミスタ - 負温度係数（NTC）サーミスタは、センサーとしてまたはサージプロテクターとして使用できます。このコンポーネントは、温度が上昇するにつれて抵抗が減少します。つまり、電力サージが発生し、突入電流が始まると、最初にいくらかのエネルギーがサーミスタに落ち、熱に変換されます。その後、サーミスタの抵抗が減少し、残りのエネルギーが下流の別のサージ保護コンポーネント、通常はTVSダイオードに流れることを許します。これらは、時にガス放電管と直列に使用されることがあります。

TVSダイオード - 最後に、TVSダイオードを紹介します。これらは、低電圧バスとデータラインの両方で電力サージ保護のための主要な選択肢です。USBコネクタから来る+5 Vラインのような低電圧バスでは、小型のTVSダイオードを選択して、強いサージや速い過渡現象に対処できる非常に細かい過電圧保護を提供できます。TVSダイオードの使用についてもっと学ぶには、この記事を読んでください。

PCB取り付け用サーキットブレーカー - 最後に、PCBに取り付け可能なミニチュアサーキットブレーカーがあります。これらは通常、スルーホールコンポーネントとして設置されます。これらのブレーカーは高電流定格（数十アンペア）を持つことがあり、高いプロファイルを持つ傾向があり、ブレーカースイッチにアクセスするために端に取り付けるべきです。これらのデバイスは、エンクロージャー/キャビネットに取り付けられた対応品と同じ方法で機能します。

外部サージ保護

サージ保護に使用できる外部デバイスには、上記の機能を実行するモジュールやサーキットブレーカーが含まれます。これらのコンポーネントは、PCBに直接取り付けるには大きすぎるため、エンクロージャーに取り付けられたり、ラックやキャビネットに取り付けられたりします。これらのコンポーネントは、関与する電流に応じて、PCB上の大きなねじ端子に低ゲージの配線を介して接続することができます。これらのコンポーネントは通常、ACライン電圧や高DC電圧など、下に示すAllen-Bradleyのサージアレスターのように使用されます。

外部サージアレスターにもっと支払う価値はありますか？

この質問への答えは、デバイスがどこに展開されるかによって異なります。これらのアレスターは、産業環境や大型船舶、さらには航空機のような大規模システムで使用される可能性が高いです。最も保守的な展開やシステムでは、可能な限り高いアップタイムを維持し、非常に高いサージに耐える必要があるため、外部アレスターは追加コンポーネントコストに見合う価値があります。

外部サージアレスターを使用する場合でも、オンボードコンポーネントも含めるべきです。これらのコンポーネントを設計に取り入れる総コストは、上記のすべての予防措置を講じた場合でも最小限です。これらのコンポーネントを合わせて使用することで、システム全体でのさまざまな故障、サージ、および過渡現象に対する保護が提供されます。これは、主電源接続や電源入力でのパワーサージだけでなく。

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