TVSダイオードの動作原理、ESDパルスから敏感な電子部品を保護する上での重要性、PCBレイアウトにおける選定および最適化方法について学びます。ブレークダウン電圧、クランプ電圧、最適な配置など、保護性能を高めるための重要な要素についても詳しく解説します。
エンジニアにとって、サージ保護とは単に適切な電源基板を選んだりケーブルを抜去したりすることだけを意味するわけではありません。PCBレイアウト内で過渡保護用部品を配置し、明確なグラウンディング戦略を適用することも含まれます。 TVSダイオード データラインにおいて特に使用されるPCB上の部品を保護するために一般的に使われる部品です。ESDパルスを受けると、保護対象の部品から電流を迂回させます。過渡保護を最適化するためにはPCBレイアウトを適切に設計することが重要であり、これにより損傷を防ぎ、装置の適正な機能を維持することができます。
TVSダイオードは主に、特にESDに関連するサージから機器を保護するために使用されます。TVSダイオードはよく ツェナー または ショットキーダイオード ダイオードと混同されますが、これらは異なるものです。TVSダイオードはpn接合型の半導体で構成されており、過渡電圧ピーク時に導通します。通常の状態では高インピーダンスを保ち、僅かなリーク電流のみが流れます。過渡電圧が破壊耐量を超えるとアバランチ破壊が発生し、電流がダイオードを通って流れるようになり、過剰な電流を敏感なコンポーネントから遠ざけてくれます。
TVSダイオードは非常に迅速に反応し、ピコ秒範囲内で動作することが多いため、立ち上がり時間が速いESDパルスを効果的に処理できます。
すべてのTVSダイオードは同様に機能します。過渡電圧スパイクが発生すると、それは速やかにダイオードの逆方向破壊電圧を超え、導通を始めます。しかし、すべてのTVSダイオードが同じわけではなく、不適切な保護素子を選定すると、過渡保護が不十分になる可能性があります。TVSダイオードを選定する際は、以下の主要パラメータを検討してください：
逆方向破壊電圧 (VB)：TVSダイオードが導通を始める電圧。
クランプ電圧 (VC)：TVSダイオードが大幅に導通し、過渡電圧をクランプする電圧。クランプ電圧が低いほど保護性能は高くなります。
作動逆方向電圧 (VWM)：TVSダイオードが導通せず、高インピーダンスで動作し、微少漏れ電流を維持することができる最大の逆バイアス電圧。
ピークパルス電力 (PPP)：TVSダイオードが安全に過渡現象中に放散できる電力の量。
TVSダイオードの動作原理は単純です。回路がESDパルスを受け取ると、それは速やかにダイオードの逆方向破壊電圧を超えます。外部コネクタなどに接続された導体は、特にこのようなパルスを受けやすいです。 エスド これらの導体がコンポーネントへの信号を伝送している場合、ESDパルスによって高電圧・大電流がコンポーネントに伝わることになり、破損の恐れがあります。
TVSダイオードが存在する場合、パルスはダイオードを通じて誘導され、グランドへの低インピーダンス経路が提供されます。通常、アノードはグランドに接続されており、低インピーダンスのグランド経路が確保されていれば、ESDパルスはグランドプレーンに放電されます。
TVSダイオードには双方向型と単方向型の2種類があり、それぞれ異なる目的に使用されます:
双方向TVSダイオードは、差動ペアや双方向に振動するアナログ回路のように、回路内で正および負の信号が伝導される場合に使用されます。これらのダイオードは、グランド故障時にも包括的なESD保護を提供します。
単方向TVSダイオードは、単一の極性のみが関与する場合の保護を提供します。これらのダイオードは一般的な回路の保護を提供しますが、グランド故障時に一部の電圧がコンポーネントに印加される可能性があります。
適切なTVSダイオードを選定することに加えて、保護の有効性はPCBのレイアウト自体に大きく依存しています。以下のガイドラインに従うことで、TVSダイオードの最適な性能を確保できます:
配置: TVSダイオードは、コネクタや開放された信号線などの、ESDイベントが発生する可能性のある露出導体の近くに配置する必要があります。TVSダイオードと露出導体との間の配線長を最小限に抑えることで、寄生インダクタンスを低減し、応答時間を改善します。
アース接続：TVSダイオードは、保護対象のコンポーネントのグラウンドとは別々のグランドプレーンに接続するのが理想的です。それが不可能な場合は、金属部品（ネジや取り付け穴など）へのトレース経由でシャーシグランドに接続してください。過渡エネルギーを迅速に放出するためには、低インピーダンスのグランドが不可欠です。
受動的なシールドの排除：ESDやノイズの干渉を防ぐために設計されたシールド付きコネクタなどのコンポーネントがあります。これらはTVSダイオードと併用して使用し、完全な保護を確保する必要があります。コネクタのシールドは、過渡電流の低インピーダンス経路を維持するために、シャーシまたはグランドプレーンに直接グラウンド接続する必要があります。
これらのガイドラインに従うことで、TVSダイオードを回路設計における効率的なサージおよびESD保護のために最適に活用することができます。
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