クランプダイオード(TVS:Transient Voltage Suppressor)は、静電気放電(ESD)や雷サージ、スイッチングサージといった過渡的な高電圧から、後段の繊細なICや回路を保護するための素子です。

スナバー回路がノイズを「なだめる(減衰させる)」のに対し、TVSは「ある電圧以上を通さない(遮断・バイパスする)」という、より強力な防波堤の役割を果たします。


1. TVSダイオードの動作原理

TVSは通常、保護したいラインに対して並列に接続します。

  • 通常時(正常電圧): TVSは高いインピーダンス(絶縁状態)を保ち、回路動作に影響を与えません。

  • 異常時(高電圧サージ流入): 電圧がTVSの「崩壊電圧(ブレークダウン電圧)」を超えた瞬間、TVSは即座に導通状態(低インピーダンス)に切り替わります。

  • クランプ動作: サージ電流をGNDへ逃がし、後段に加わる電圧を「クランプ電圧」と呼ばれる安全なレベルまで抑制します。


2. TVSと一般的なツェナーダイオードの違い

見た目は似ていますが、設計思想が全く異なります。

比較項目 ツェナーダイオード TVSダイオード
主な用途 電圧の安定化(定電圧源) 過渡電圧からの保護(サージ対策)
応答速度 比較的遅い 極めて速い(ピコ秒〜ナノ秒オーダー)
許容ピーク電力 低い(連続的な通電を想定) 非常に高い(瞬時の大電流に耐える設計)
寄生容量 用途により様々 高速通信用には低容量モデルが必須

3. 主要なスペックの見方

データシートを確認する際、特に重要な項目は以下の通りです。

  • VRWM (逆スタンドオフ電圧): 通常動作時にかかっても良い最大電圧。これ以下の電圧では、TVSは動作(リーク)してはいけません。

  • VBR (崩壊電圧): TVSが導通し始める電圧。

  • VC (クランプ電圧): サージが流れている最中に、実際に後段の回路にかかる電圧。この値が保護対象の耐圧以下である必要があります。

  • Cj (接合容量): 高速通信ライン(USB 3.0やHDMIなど)に使う場合、容量が大きいと信号波形が鈍るため、数pF以下の「低容量タイプ」を選定します。


4. 単方向(Unidirectional)と双方向(Bidirectional)

  • 単方向: アノードとカソードがあり、DCライン(電源ラインなど)に使用します。逆接続時は普通のダイオードのように順方向電流が流れます。

  • 双方向: 2つのTVSを背中合わせに結合した構造で、ACラインや、正負に振れる通信ライン(RS-485やCANなど)に使用します。


5. 実務的な使い分けと配置

  • 配置の鉄則: サージが侵入してくる「コネクタの直近」に配置します。ICの近くに置いてしまうと、基板配線のインダクタンスによって保護効果が薄れてしまいます。

  • スナバーとの併用:

    • スナバー: 定常的なスイッチングノイズ(リンギング)を抑えてEMC試験を通すために使用。

    • TVS: 予期せぬ過大サージによる「素子破壊」を防ぐために使用。

iNARTE等の試験範囲では、静電気対策(IEC 61000-4-2)の文脈で頻出する素子です。特に高速信号ラインでの「低容量TVS」の選定ミスによる通信不良は、実務上の「あるある」トラブルの一つですね。

 

 

 

 

出典:Google Gemini (Gemini は AI であり、間違えることがあります。)

 

 

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