サージ吸収素子(TVS)

V i s h ay I n t e r t e c h n o l og y, I n c .
サージ吸収素子(T VS)
diodes
車載電子機器保護用
capabilities
w w w. v i s h a y. c o m
半導体
整流器
FET
ショットキー (シングル、デュアル)
標準、高速、超高速リカバリー
(シングル、デュアル)
ブリッジ
スーパーレクティファイア(Superectifier®)
シンターグラスアバランシェダイオード
低電圧TrenchFET® パワーMOSFET
高電圧TrenchFET® パワーMOSFET
高電圧プレイナー型 MOSFET
JFET
高出力ダイオード、サイリスタ
高出力、高速リカバリーダイオード
位相制御サイリスタ
高速サイリスタ
Product Listings
小信号ダイオード
ショットキー及びスイッチング
(シングル、デュアル)
チューナー/コンデンサ (シングル、デュアル)
バンドスイッチ
PIN
ツェナー、サージ吸収ダイオード
ツェナー (シングル, デュアル)
TVS (TRANSZORB®、自動車、
ESD、アレイ)
オプトエレクトロニクス
赤外線エミッタ及びディテクター、
赤外線受信モジュール
オプトカプラ、ソリッドステートリレー
光センサー
LED、7セグメントディスプレイ
赤外線データ送受信モジュール
カスタム製品
IC
パワーIC
アナログスイッチ
モジュール
電源モジュール (パワーダイオード、
サイリスタ、MOSFET、IGBTを搭載)
受動部品
抵抗製品
磁性部品
皮膜抵抗器
金属皮膜抵抗器
薄膜抵抗器
厚膜抵抗器
酸化金属皮膜抵抗器
炭素皮膜抵抗器
巻線型抵抗器
Power Metal Strip® 抵抗器
チップヒューズ
可変抵抗器
サーメット可変抵抗器
巻線型可変抵抗器
導通性プラスチック型可変抵抗器
ネットワーク/アレイ
非線形抵抗器
NTC サーミスタ
PTC サーミスタ
バリスタ
インダクタ
変圧器
コンデンサ
タンタルコンデンサ
モールドチップタンタルコンデンサ
コートチップタンタルコンデンサ
ソリッドスルーホールタンタルコンデンサ
ウェットタンタルコンデンサ
セラミックコンデンサ
積層チップコンデンサ
ディスクコンデンサ
フィルムコンデンサ
パワーコンデンサ
大電流コンデンサ
アルミニウムコンデンサ
車載電子機器保護用
サージ吸収素子(TVS)
ビシェイジャパン株式会社
〒150-0002
東京都渋谷区渋谷13-12-22
渋谷プレステージビル 4階
電話: 03-5466-7150
Fax: 03-5466-7160
www.vishay.com
ご注意　本文書に記載されている製品の仕様及びデータは、予告なく変更される場合があります。この文書に含まれる内容、または何らかの製品に関係する開示
物に誤り、不正確な記述、あるいは不完全な記述があった場合でも、ビシェイ・インターテクノロジー社及びその関連会社、代理店、従業員、または同社のため
に行動するすべての者（以下、総称して「ビシェイ」と呼びます）は一切その責任を負わず、何らかの賠償責任を負うこともありません。ビシェイは、この文書
に記載されたすべての製品について、またはこの文書に含まれる情報について、その利用や応用により発生する可能性のある一切の賠償責任を、法律により許さ
れる最大限の範囲において責任を負わないものとします。契約に示された当該製品に適用される保証の内容を含め、またそれ以外のあらゆる内容を含め、ビシェ
イとの購入契約における契約諸条件の内容が製品の仕様によって拡大または修正されることはありません。暗黙的にも明示的にも、また禁反言か否かに関わら
ず、本書またはビシェイの何らかの行為によって知的所有権の所有が許諾されることはありません。本書に示された製品は、別途明示的な記載がある場合を除
き、医療、救命、生命維持の用途向けには設計されていません。これらの製品を、その明示された用途以外に使用または販売する顧客は、その行為を完全な自己
責任で行うものとし、そのような使用や販売の結果生じる可能性のあるあらゆる損害からビシェイを完全に免責することに同意するものとします。上記の利用に
おける製品設計に関する諸条件については、ビシェイ担当者にお問い合わせください。本書に示された製品の名称、表示および登録商標はそれぞれの所有者に帰
属します。
目次
TVSの重要なパラメータ
4
• 定格電力
4
• ブレークダウン電圧 (VBR)
4
• 最大ブレークダウン電圧 (VC: クランプ電圧)
4
• スタンドオフ電圧 (VWM : 作動スタンドオフ逆電圧)
4
車載電源供給ラインの一次保護 (ロードダンプ)
5
• ロードダンプとは何か
5
• ロードダンプテストの仕様と結果
5
• ロードダンプTVSの二つのグループ
8
車載電源ラインの二次保護
9
T a b l e of C O n t e n t s
www.vishay.com
Vishay Intertechnology
3
tvsの重要なパラメータ
TVSの重要なパラメータ
自動車の設計における重要な課題の一つは、制御ユニットやセンサー、エンターテインメントシステムなどの電子
機器を、電力線上のサージ、過渡的な過電圧、ESD(Electrostatic Discharge)、ノイズなどから保護することです。
サージ吸収素子(TVS)は車載電子機器の保護に最適です。TVSデバイスには、定格電力、スタンドオフ電圧、最大
ブレークダウン電圧などの重要なパラメータがあり、それぞれについて以下に説明します。
定格電力
TVSの定格電力は、特定のテストまたはアプリケーション条件下のサージ吸収能力を意味します。図1は、業界標準の
テスト条件として用いられている10 /1000μsのパルス波形（Bellcore 1089仕様）を表しています。この条件は、図2に
示す8/20μsのパルス波形のTVS ESDテスト条件とは異なります。
i m po r t a n t p a r a m e t e r s of t v s
図1. TVSのテスト波形
100 %
図2. TVS ESDのテスト波形
10/1000 µsec
10 µsec
IPPM
IPPM
100 %
IPPM
2
50
(20 µsec)
8/20 µsec
8 µsec
1.0
IPPM
2
50
2.0 mS
10
20 µsec
ブレークダウン電圧 (VBR)
ブレークダウン電圧は、デバイスでアバランシェブレークダウンが発生する電圧で、データシート上の特定の電流で
測定されます。
最大ブレークダウン電圧 (VC: クランプ電圧)
クランプ電圧は、定格のピークパルス電流によって生じるブレークダウン電圧値です。TVSのブレークダウン電圧は
1mAや10mAといった非常に小さい電流を用いて測定されるので、その値は、実際のアプリケーション条件下での
アバランシェ電圧とは異なります。そのため、半導体メーカーは、大電流を流した場合の標準または最大ブレーク
ダウン電圧をクランプ電圧として示しています。
スタンドオフ電圧(VWM: 作動スタンドオフ逆電圧)
スタンドオフ電圧は、TVSがブレークダウン状態に移行する直前の最大電圧であり、通常の状態では作動しない
回路内の保護素子の重要なパラメータです。特に車載
図3. 電圧と電流のパラメータ
アプリケーションの場合には、「ジャンプスタート保
護」により、電子機器の許容電圧範囲が決定されます。
Forward
Current
この条件下では、12V系の車載電子機器に 24 VDC を10分間
供給したり、24V系の車載電子機器に 36 VDC を10分間
供給したりしても、回路が破損/故障することはありま
V
I
V
せん。つまりスタンドオフ電圧は、車載電子機器用の
V
Reverse
TVSにおいて非常に重要なパラメータの一つです。
Voltage
WM
F
BR
C
VF
IR
Forward
Voltage
IPP
Reverse
Current
4
Vishay Intertechnology
www.vishay.com
車載電源供給ラインの一次保護
（ロードダンプ）
電子制御ユニット、センサー、エン
ターテインメントシステムなどの
車載電子機器は、一つの電源供給
ラインに接続されます。これらの
電子機器の電源はバッテリーとオル
タネータですが、いずれも出力電圧
は不安定で、温度や動作状態、その他
の条件に左右されます。その上、燃
料噴射器やバルブ、モーター、電気
やハイドロ制御など、ソレノイド負
荷を利用する車載システムから伸び
る電源/信号ラインには、ESDやスパイ
クノイズ、数種類の過渡電圧やサー
ジ電圧などが加わります。
図4. 標準的な車両電力バス
ESD or Lightning
High Voltage Induced
by Alternator
Reaction Transient from
Motor and Spark Plugs
Regulator
A
TCU
ECU
Air-Bag
ABS
Car-Audio
&...
Battery
ロードダンプとは何か
サージ電圧の最悪のケースは、エンジンが作動中で、オルタネータが車の電源ラインに電流を供給中に、バッテリ
ラインが断線した場合に発生します。この状態は「ロードダンプ」として知られ、ほとんどの自動車メーカーと業界
団体が、この状態の最大電圧、ラインインピーダンス、および持続期間を規定しています（図5参照）。
ロードダンプの状態をシミュレートするテストとして、米国の
ISO-7637-2
Load Pulse 5 と、日本の JASO A-1 (14 V パワー
A
トレイン用) および JASO D-1 (27 V パワートレイン用) がよく知られています。ここでは、TVS のアプリケーションで、
14 V パワートレイン用のロードダンプを検証します。
図5. ロードダンプ状態でのオルタネータの出力電圧
オルタネータの出力電圧
Output Voltage of Alternator
Load
A
VP
VB
Battery
Connected
Battery
Disconnected
Output Voltage of Alternator
ロードダンプテストの仕様と結果
米国の ISO-7637-2 Pulse 5 テストと日本の JASO A-1 テスト (14 V パワートレイン用) の結果を表 1 に示します。
VP
表1. 14 V パワートレイン用の主要なロードダンプテスト条件
VB
Battery
Connected
JASO A-1
Battery
70
Disconnected
ISO 7637-2 Pulse 5
www.vishay.com
V Total (VP)
(V)
VS
(V)
88
78.5 ~ 100.5
65 ~ 87
VA
(V)
Ri
(Ω)
Time
(ms)
Cycle
Time
12.0
0.8
200
1
12.0
1.0
200
1
13.5
0.5 ~ 4.0
400
1
Vishay Intertechnology
p r i m a r y p r o t e c t i o n of t h e a u t o m o t i v e po w e r l i n e ( l o a d d u m p )
車載電源供給ラインの一次保護(ロードダンプ)
5
車載電源供給ラインの一次保護
p r i m a r y p r o t e c t i o n of t h e a u t o m o t i v e po w e r l i n e ( l o a d d u m p )
(ロードダンプ)
6
図 6. ISO-7637-2 テストの標準条件は、 65 V ～ 87 V のVS範囲と 0.5 Ω ～ 4 Ω
のRi（ラインインピーダンス）範囲。
V
Line Impedance and Pulse Width
JASO A-1: 0.75 Ohm 200 ms
ISO-7637: 0.5 Ohm min. (0.5 to 4 Ohm)
400 ms max. (40 to 400 ms)
100
VS
ISO 7637
VB + 10 % of VS
50
VP
JASO A-1
36.8 % of VP
V (VB)
0
100
200
300
400
ms
ISO-7637-2 Pulse 5 に基づくロードダンプテストに別の条件を適用している自動車メーカーもあります。
ロードダンプ TVS のピーククランプ電流は次の式で求められます。
ピーククランプ電流の計算
IPP = (VIN – VC) ⁄ Ri
IPP: ピーククランプ電流
VIN: 入力電圧
VC: クランプ電圧
Ri: ラインインピーダンス
図7aは、Vsが87V、バッテリー電圧が13.5V、ラインインピーダンスが0.75Ω、および400ms パルス幅の条件下で
ISO-7637-2テストを行った場合のSM5S24A の電流波形と電圧波形を示しています。
図7a: ISO 7637-2テストでのSM5S24A のクランプ電圧とクランプ電流
Vishay Intertechnology
www.vishay.com
車載電源供給ラインの一次保護
（ロードダンプ）
図 7b: ISO-7637-2 テストにフェイルしたロードダンプ TVSのクランプされた電圧と電流
図7cは、バッテリー電圧が13.5V、400ms パルス幅のISO-7637-2 Pulse 5テスト条件下での、ビシェイ社のロード
ダンプTVSの最大クランプ性能を示します。
図7c：ISO-7637-2テストにおけるビシェイ社のロードダンプTVSの最大クランプ性能
Ri
0.5 Ohm
SM8S24A
0.75
SM8A27
SM6S24A
1.00
SM6A27
SM5S24A
1.25
1.50
65
www.vishay.com
76
SM5A27
6KA24
87 V VS
Vishay Intertechnology
p r i m a r y p r o t e c t i o n of t h e a u t o m o t i v e po w e r l i n e ( l o a d d u m p )
図 7b は、Vsが87V、バッテリー電圧が13.5V、ラインインピーダンスが0.75Ω、および400ms パルス幅の条件下に
よるISO-7637-2 テストにフェイルしたロードダンプ TVSのクランプされた電圧と電流を示しています。
クランプされた電圧は 0V近くにまで下降し、デバイスを流れる電流は線路インピーダンスで許容される最大値まで
上昇しました。
7
車載電源供給ラインの一次保護
p r i m a r y p r o t e c t i o n of t h e a u t o m o t i v e po w e r l i n e ( l o a d d u m p )
(ロードダンプ)
8
ロードダンプ TVS の二つのグループ
車載電子機器の一次保護用に用いるTVSは、二種類のロードダンプ TVSがあります (EPI PAR TVS と非 EPI PAR
TVS) 。両方の製品グループは、逆バイアスモードでの動作ブレークダウン特性が似ています。違いとしては、
EPI PAR TVS は順方向モードの VF 特性が低いのに対して、非 EPI PAR TVS は同じ条件の VF が比較的高いという
点があります。この特徴は、電源ラインに逆電圧がかかる場合に重要になります。それはCMOS IC と LSI のほとんど
は、逆電圧に非常に弱いからです。
MOSFET ゲートは、- 1 V 以下の逆電圧に耐えられません。逆電源入力モードでは、電源ラインの電圧が TVS 順
電圧降下の電圧 (VF) と同じになります。この逆バイアスモードでは、電子回路が故障する可能性があります。EPI
PAR TVS の低順電圧降下がこの問題に対する良い解決策になります。別の方法としては、図 8に示すように、電源
ラインに極性保護整流器を取り付けることにより、逆電源入力から回路を保護することもできます。逆接保護整流器は、
十分な順方向電流定格、順方向サージ機能、および逆電圧機能を備えている必要があります。
図 8. 逆バイアス状態
–
Reverse
Power Input
Current
TVS
VF
Protected
Load
+
Vishay Intertechnology
www.vishay.com
車載電源ラインの二次保護
車載電源ラインの二次保護
図 9. 二次保護回路
Transient
Voltage
Power Line
Clamping
Voltage
Primary
Protection
Clamping
Voltage
Secondary
Protection
R
Current Limiter
Load
電源ラインに抵抗Rを追加することによって過渡電流が下がるため、より低い定格電力のTVSを二次保護として使用
することができます。電子ユニット内のマイクロプロセッサや論理回路が必要な消費電流は150mA～300mAです。
-18℃において、24Vバッテリーの最小出力電圧は14.4Vとなります。このような条件下において、負荷に必要な電
流が300mAであるとすると、負荷への電圧は抵抗Rが20Ωの場合で8.4V、10Ωでの場合で11.4Vとなります（以下参
照）。
VL = (Vmin ⁄ (Vmin ⁄ IL)) × ((Vmin ⁄ IL) – R)
VL: Voltage to load
Vmin: Minimum input voltage
IL: Load current
R: Resistor value
Power rating of R = I2R
この供給電圧は、ほとんどの電圧レギュレータ IC や DC/DCコンバータ IC の最小入力電圧よりも高めです。
www.vishay.com
Vishay Intertechnology
s e c o n d a r y p r o t e c t i o n of t h e a u t o m o t i v e po w e r l i n e
車載システム内の保護回路の主要なターゲットは高いサージ電圧ですが、クランプ後の電圧でさえも高すぎる場合
があります。また、トラックやバンで見られるような24V系のパワートレインでは、主に使われるレギュレータICや
DC/DCコンバータICの最大入力電圧が45V～60Vであることもあり、二次保護が必要になります。この種のアプリ
ケーションでは、図 9 に示すような二次保護の使用を推奨します。
9
半導体:
整流器 • 高出力ダイオード、サイリスタ • 小信号ダイオード • ツェナー及びサージ吸収ダイオード •
FET • オプトエレクトロニクス • IC • モジュール
受動部品:
抵抗製品 • 磁性部品 • コンデンサ
個別半導体および受動部品で世界有数のメーカー
お問い合わせ先 ― 世界のビシェイ ―
アメリカ
EUROPE
米国
ドイツ
VISHAY AMERICAS
ONE GREENWICH PLACE
S HELT ON, CT 06484
UNITED S TATES
PH: +1-402-563-6866
FAX: +1-402-563-6296
VISHAY E LECTR ONIC GMB H
GEHEIMRAT- RO SENTHAL- S TR. 100
95100 S ELB
GERMANY
PH: +49-9287-71-0
FAX: +49-9287-70435
アジア
フランス
シンガポール
VISHAY INTERTECHN OLOG Y ASIA PTE LTD.
37A TAM P INES S TREET 92 #07-00
S ING APO RE 528886
PH: +65-6788-6668
FAX: +65-6788-0988
中国
VISHAY C HINA CO ., LTD.
15D, SU N TO NG INFOPO RT PLAZA
55 HU AI HAI WEST RO AD
S HAN G HAI 200030
P. R . C HINA
P H: +86-21-5258 5000
FAX: +86-21-5258 7979
VISHAY S .A.
199, BL VD DE LA MADEL E INE
06003 NICE, CEDEX 1
FRANCE
PH: +33-4-9337-2727
FAX: +33-4-9337-2726
イギリス
VISHAY LTD.
SU ITE 6 C , TO WER HOU SE
S T. C ATHERINE’S COU RT
SU NDERLAND E NTER P RISE PARK
SU NDERLAND SR 5 3 XJ
UNITED KIN G DOM
PH: +44-191-516-8584
FAX: +44-191-549-9556
日本
ビシェイジャパン株式会社
〒150-0002
東京都渋谷区渋谷3-12-22
渋谷プレステージビル4階
電話: 03-5466-7150
FAX: 03-5466-7160
Build Vishay
into your Design
w w w. v i s h a y. c o m
VMN-PL0463-1111

Download Report