TVSダイオード：原理と応用

TVS（トランジェント・ボルテージ・サプレッション）ダイオードは、電子部品を過電圧、静電気放電、およびサージ電流から保護するために設計された高速回路保護部品です。USB、HDMI、産業用電源システムなどで効果的な電圧クランプ保護を提供するために広く使用されています。

1. 概要

TVS（トランジェント電圧抑制）ダイオードは、高速過電圧保護部品です。静電気放電（ESD）、雷サージ、電源スイッチングトランジェントによって引き起こされる一時的な電圧スパイクから、敏感な電子回路を保護します。TVSダイオードはアバランシェブレークダウン機構に基づいており、通常1ナノ秒未満で反応して過剰な電圧を安全なレベルにクランプします。

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2. 主要パラメータと選択ガイドライン

英語用語	意味	エンジニアリングノート
逆立ち電圧 (VR)	TVSダイオードが非伝導状態で耐えられる最大電圧です。	誤作動を防止するために、システム電圧よりも10～15%高い必要があります。
ブレークダウン電圧 (VBR)	試験電流（例：1mA）の下でダイオードが導通を開始する電圧。	VRを超えるべきですが、保護対象デバイスの最大耐圧以内にとどまる必要があります。
クランプ電圧 (VC)	ピークパルス電流におけるダイオード両端の最大電圧。	保護対象部品の耐圧を超えてはならない。
ピークパルス電流 (IPP)	一時的な現象中にダイオードが処理できる最大サージ電流です。	1.5～2倍の安全係数を考慮してサージ予測に基づいて選択してください。
ピークパルスパワー (PPP)	指定されたパルス（例：10/1000μs）でダイオードが吸収できる最大エネルギーです。	高出力は産業用または強いサージ環境で好まれます。
逆方向リーク電流 (IR)	VR電圧での小さなリーク電流。	低消費電力または精密システムには低いIRが望ましいです。
接合容量 (Cj)	ダイオードの内部PN接合による静電容量。	低静電容量（<5pF）はUSB、HDMIなどの高速信号線にとって重要です。
応答時間	過電圧検出から伝導までの時間。通常は<1nsです。	ESD／高速環境下でのTVSとMOV／GDTの主要な利点。
パッケージの種類	SMA、SMB、SMCなどの物理フォーマット。	放散特性とサージ定格に影響します。例: 600～1500W用のSMB、マイクロ回路用のSOD323。

3. パッケージ比較および選択表

パッケージ	ピークパワー (P_PP)	典型的な用途	システム電圧	VR	VBR	Vc	例モデル
スマ	400W	USB/HDMI/RS232ポート、MCU I/O、小型家電	5V/ 12ボルト	5.5V/ 13V	6.2–7.5V/ 14–16V	10–18V	SMBJ6.5CA,SMAJ12CA
中小企業	600W	電源入力、LEDドライバ、計測器	12v/ 24V	13–26V	16–28V	24–40V	SMBJ24A,SMBJ33A
Smc	1500W	産業用制御、通信基地局、ACメインスイッチ	24V–48V/ 交流220V	26–56V	30–60V	38–80V	SMCJ36A,SMCJ58A,SMCJ70A

パラメータマッチングのガイドライン

• VR（逆耐圧）：実際のシステム電圧よりも若干高くする必要があります（通常は ×1.1~1.2）。
• VBR（ブレークダウン電圧）：システム許容範囲とクランプしきい値の間で維持されるべきです。
• VC（クランプ電圧）：保護対象の部品の最大許容電圧より低くなければなりません。

4. 実用例

応用分野	推奨パッケージ	モデル	典型的なパラメータ	特徴
USB 5V インターフェース	スマ	SMAJ6.0CA	VR = 5.5V VBR = 6.4V VC ≈ 10V	高速応答、低容量でデータライン用
24V電源入力	中小企業	SMBJ24A	VR = 24V VBR = 26.7V VC ≈ 38.9V	中間範囲のクランプ、DC入力サージに適しています
産業用AC 220V	Smc	SMCJ70A	VR = 70V VBR ≈ 78V VC ≈ 113V	高いエネルギー容量で、AC電源やリレー保護に理想的です