過渡電圧抑制用バリスタの選択

私は飛行機や車が雷に打たれた経験がなく、それに感謝しています。もしそれが起こったら、過電圧保護回路が作動し、敏感な電子機器が損傷するのを防ぐために有害な電流を抑制するでしょう。高電圧環境、航空宇宙システム、またはその他のヘビーデューティなエリアで新製品を展開する場合、新製品に過電圧保護を設計する必要があります。

新しいデバイスの過電圧保護には、ダイオードからヒューズやリレーまで、さまざまなオプションがあります。注目されるべきだがそうされていないコンポーネントの一つがバリスタです。これらのコンポーネントは小型で、低コストであり、他のコンポーネントと比較して同等の過電圧保護を提供します。ここでは、異なる過電圧保護コンポーネントについて、そしてそれらがバリスタとどのように比較されるかについて知っておくべきことを紹介します。

バリスタ対他の過電圧保護コンポーネント

バリスタは、TVSダイオードで見られるような非線形の振る舞いを示しますが、整流作用はありません。このコンポーネントの応答、つまりそのDC抵抗/ACインピーダンスは非線形であり、入力サージの強度が増加するにつれて単調に減少します。これらのコンポーネントは双方向であり、順方向または逆方向に駆動することができます。このタイプのデバイスは、バックツーバックのゼナーダイオード構成と同様の特性を示します。

バリスタは通常、酸化亜鉛から作られていますが、シリコンカーバイドから作られるものもあります。バリスタを構築するために使用される材料は、サブスレッショルドスイング、クランピング電圧、およびデバイスの耐久性を決定します。酸化亜鉛はシリコンカーバイドよりもはるかに高い抵抗を持つため、低電圧での漏れ電流が低くなります。これらのデバイスは通常、スルーホールコンポーネントとして利用可能ですが、SMDコンポーネントも利用可能です。

酸化亜鉛バリスタの別のタイプは、多層バリスタ（MLV）です。これらのバリスタは、電力エレクトロニクスシステムのPCBで一般的に見られるAC信号（中程度の電圧、比較的低い周波数）で動作するように設計されています。保護された回路でシャント要素として配置されると、インダクティブロードの切り替え、ESD、および雷サージの残骸からICを損傷するトランジェントを抑制するのに理想的です。

重要なバリスタ仕様

市場に出回っているバリスタの幅広い範囲は、次のシステムに最適なオプションを決定するのを難しくします。トランジェント電圧のしきい値やピーク電圧/電流値は重要ですが、これらの値だけでバリスタを選ぶわけではありません。バリスタのデータシートで考慮すべきいくつかの重要な仕様をここに示します：

• クランプ電圧：特定の過渡パルス形状とピーク電流でパルスされたときにバリスタを介して落ちる電圧です。

• 最大エネルギー：特定の過渡パルス形状に対してMOVが消散できる最大エネルギーです。このほどのエネルギーを抑制するとバリスタが劣化し、次の過渡電圧抑制イベントで正常に機能しない可能性があります。

• 最大DC対AC電圧：AC過電圧保護値はDC値とは異なります。AC過電圧は通常、RMS値として指定され、これらの値は定格DC値よりも小さいです。バリスタは大きな過渡を抑制する必要があるため、これらの値は所望のライン電圧よりもわずかに高く選択できます。

• ピーク電流対ピーク電圧曲線：これら二つの電圧値はクランプ電圧に依存します。一般に、クランプ電圧はピーク電圧と電流保護値が増加するにつれて増加します。

• 応答時間：理想的なバリスタは応答時間がゼロですが、実際のバリスタはマイクロ秒またはナノ秒のオーダーの応答時間を持っています。応答時間は負荷容量と抵抗に関連しており、これはパッケージの形状と材料組成に関連しています。酸化亜鉛バリスタは過渡をクランプする際により短い応答時間を提供します。

• 温度安定性：特定の温度以上では、バリスタのピーク電力抑制定格がかなり急速に減少する傾向があります。この定格は、バリスタが暖かい環境で展開される場合に非常に重要です。

• 最大電流対過渡パルス時間：バリスタが耐えることができる定格最大電流は、過渡パルス時間が増加するにつれて減少します。

以下に示されているバリスタには、電圧、電流、および電力定格の範囲にわたるSMDおよびスルーホールコンポーネントが含まれています。スルーホールデバイスは産業システムや軽航空機に理想的ですが、SMDコンポーネントは高電圧環境で展開される必要がある組み込みデバイスに適している場合があります。

Littelfuse, V10E275P

LittelfuseのV10E275PはUltraMOVバリスタラインの一部です。このコンポーネントは、8/20過渡で最大3.5 kAのピーク電流で最大350 Vまでのクランピングを提供します。このスルーホールコンポーネントは、約85°Cまでの低温度感度を持っています。このバリスタラインの他のコンポーネントは、電圧保護を妥協することなく小型のバリスタに交換できるように、さまざまなモデルサイズに対して再現可能な仕様を持っています。大きなパッケージは、データシートの42および43ページに示されているように、さまざまな過渡サージ時間でより高いピーク電流抑制値を持っています。

EPCOS, B72220S151K101

EPCOSのB72220S151K101バリスタは、約25 nsの高速定格応答時間でACシステムのライン電圧保護を提供します。クランプ電圧は395 Vで定格され、最大サージ電流値は8 kAです。最大定格電流は、以下のグラフに示されているように、過渡時間が増加するにつれてゆっくりと減少します。

Eaton, MLVB06V18C003

Eaton製のMLVB06V18C003バリスタは低電圧用バリスタですが、非常に低い静電容量3pFを持っており、応答時間は1nsと短いです。このバリスタは18Vまでの定格しかないため、高電圧環境での使用には適していません。これは表面実装コンポーネントであり、高密度システムでの過渡電圧抑制に理想的です。このバリスタは0603または0402 SMDパッケージで提供されます。

高電圧で動作するPCBは、敏感な回路を保護するために過渡抑制回路が必要です。ここに示されているバリスタやその他多くの過渡電圧抑制用コンポーネントは、パーツセレクターガイドで見つけることができます。

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