標準ブリッジ整流器における故障モードの技術分析と対策

紹介

ACからDCへの変換におけるコアコンポーネントとして、標準的なブリッジ整流器はアダプター、電源装置、照明ドライバー、家庭用電化製品および産業機器などに広く使用されています。回路構造が単純であるにもかかわらず、実際の応用において故障が発生することは、システム全体の信頼性に影響を与える主要な要因の一つです。

故障モード 1： 整流器短絡

よくある症状： 入力ヒューズ切断、出力電圧なし、電源基板に焼け跡あり

根本原因：

出力過負荷または短絡：過大な電流によりPN接合が破壊される

熱蓄積：長時間の過熱によりチップ構造が劣化する

突入電流：保護機能のない状態での突然の通電によりダイオードが損傷する

対策： 高速ヒューズまたはPTCサーミスタを設置する、入力部にNTCまたはMOVサプレッサーを使用する、整流器の定格電流 ≥ ピークロード電流の1.5～2倍

故障モード 2： 整流器の過熱

よくある症状： 出力電圧の不安定、パッケージの変色または膨張、ヒートゾーン周辺の局所的な焼損

根本原因： デバイス選定のアンダーレート、長時間の過負荷。放熱設計の不備、プリント基板とヒートシンクの結合弱化。周囲温度の上昇または通風量の不足

対策： ヒートシンク内蔵パッケージ（KBPCやGBJなど）を使用する、放熱性向上のためにプリント基板上の銅箔面積を拡大する、サーマルグリースやアルミニウムフィンを用いて伝導性を高める

故障モード3：突入電流の影響

よくある症状： 電源投入時に即時故障、ダイオード短絡、大容量コンデンサフィルタでの不安定な動作

根本原因： 入力コンデンサの大容量充電、突入電流が最大サージ電流（IFSM）を超える、サージ制限素子の欠如

対策： フィルタコンデンサの適切なサイズを選定、電流立ち上がりを抑えるために直列にNTCサーミスタを追加、予想される突入電流の2倍以上のIFSMを持つ整流器を選定

結論

小型ではあるが、標準ブリッジ整流器は電力システムの安定性において決定的な役割を果たす。その故障メカニズムを理解し、積極的な設計対策を講じることにより、エンジニアはシステムの寿命と信頼性を大幅に向上させることができる。