現代の産業用および自動車用電子システムでは、回路保護技術が重要な役割を果たしています。デバイスの集積化と複雑化が進むにつれ、過電流、過電圧、静電放電(ESD)、電磁干渉(EMI)などの問題が顕著になってきています。回路保護コンポーネントを適切に選択することで、デバイスの寿命を効果的に延ばし、システムの安定性と信頼性を確保できます。

C2です。産業用および車載用アプリケーション向けの特別な要件

C3です。共通回路保護部品とその応用

回路保護とは何ですか?

回路保護とは、異常な電圧、過電流、短絡、サージなどによって引き起こされる不可逆的な損傷から電子機器または電力システムを保護するために講じられる措置を指します。簡単に言えば、回路保護は電子機器の「安全ガード」として機能します。さまざまなコンポーネントやソリューションを通じて、回路の異常をガイドして吸収し、重要なコンポーネントの損傷を防ぎます。一般的な回路保護コンポーネントには、次のものが含まれますが、これらに限定されません。

金属酸化物バリスタ(MOV)

過電圧サージを吸収して、敏感なコンポーネントの損傷を防ぎます。

過渡電圧抑制ダイオード(TVS)

電圧スパイクに迅速に応答し、回路を過渡サージから保護します。

ガス放電管(GDT)

その高いサージ耐性で知られており、通信機器や産業用電源保護で一般的に使用されています。

ポリマー正温度係数(PPTC)ヒューズ

過電流時に回路を遮断し、障害がクリアされると自動的に回復します。

産業および自動車アプリケーションのための特別な条件

産業環境では、機器は高温、湿度、ほこり、振動などの過酷な条件に耐える必要があります。したがって、保護部品には、高温耐性、高電圧耐性、長寿命などの特性が必要です。車載用アプリケーションでは、電子部品はAEC-Q規格を満たし、衝撃、振動、および広い温度範囲(通常は-40°Cから125°C)に対する耐性を備えている必要があります。

共通回路保護部品とその応用

ここでは、一般的な回路保護コンポーネントをいくつか紹介します。

金属酸化物バリスタ(MOV)

MOVは、電子回路の過電圧保護に一般的に使用されます。過電圧が発生すると、MOVは非線形特性によって電圧を特定のレベルに制限し、他のコンポーネントへの損傷を防ぎます。MOVは、AC回路で特に広く使用されています。

図3-1:金属酸化物バリスタ、385V

ガラス放電管

ガラス放電管は、セラミックガス放電管の利点を兼ね備えながら、より高いDC絶縁破壊電圧要件を満たしています。導通電圧が低く、放電電流が大きいため、過酷な雷保護環境に適しています。自動車や通信機器に広く使用されています。

過渡電圧抑制ダイオード(TVSダイオード)

TVSダイオードは、回路保護、特に敏感な部品の保護において重要な役割を果たします。応答速度は非常に速く(ピコ秒範囲)、過電圧を迅速に遮断することができます。そのため、重要なデータ伝送アプリケーションのI/Oポート保護によく使用されます。

セラミックガス放電管

セラミックガス放電管は、最も一般的に使用されるタイプのサージ保護デバイスの1つです。これらは、DC電源と信号サージ保護において重要な役割を果たします。その構造は、大きな電流容量、ステージ間の小さな静電容量、および高い絶縁抵抗を特徴としており、雷やその他のサージが発生した場合に回路を損傷から迅速に保護できます。

図3-4:セラミックガス放電管

ポリマー正温度係数(PPTC)ヒューズ

PPTCヒューズは、過電流が発生すると抵抗が急速に増加するポリマー材料を使用しているため、回路が保護されます。過電流が解消されると、ヒューズは初期の低抵抗状態に戻るため、頻繁にヒューズを交換する必要がなくなります。

実用化における回路保護の設計上の留意点

適切なコンポーネントタイプを選択します。

特定のアプリケーションシナリオと保護ニーズに基づいて、適切な応答速度とエネルギー処理能力を備えたコンポーネントを選択します。

環境要因を考慮します。

産業環境や自動車環境では、温度、湿度、機械的衝撃などの外部条件がコンポーネントの性能に与える影響を考慮してください。

業界標準を満たす:

自動車部品はAEC-Q100またはAEC-Q200規格に準拠する必要があり、産業用部品は関連する高信頼性認証を受ける必要があります。

保護チェーンの設計:

複数の保護コンポーネントを組み合わせて階層化された保護チェーンを形成し、システムの全体的な信頼性を向上させます。

将来のトレンド:スマートで統合されたソリューション

インダストリー4.0と自動車用電子機器の急速な発展に伴い、回路保護技術は進化し続けています。一方では、診断機能を統合して回路の状態をリアルタイムで監視し、フィードバックを提供するスマート保護コンポーネントが登場しました。一方、高度に統合された保護ソリューションが勢いを増しています。複数の保護機能を統合したシングルチップソリューションは、回路設計の複雑さを軽減し、PCBスペースを節約します。さらに、持続可能な設計がトレンドになりつつあり、保護コンポーネントの耐久性とエネルギー効率の向上に重点を置いて、交換頻度を減らし、グリーンな電子設計をサポートします。

むすび

回路保護技術は、産業用および車載システムの安定した動作を確保するための基礎です。適切な保護部品を慎重に選択し、効果的な保護回路を設計することで、システムの安全性と信頼性を大幅に向上させることができます。アプリケーション環境が複雑化する中、将来の回路保護技術は、より高度なインテリジェンスとインテグレーションに向けて発展し続け、より広範なアプリケーション分野を強力にサポートします。