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ホーム > アプリケーション > 回路保護 > 保護デバイス保護デバイス電子システムおよび電子部品に対して保護を提供するため、市場にはさまざまな製品があります。表1に概要を示すとおり、各製品は独自の特性を備えています。 表1 各種保護素子の長所と短所
単方向および双方向保護正電圧または負電圧だけの電気ノードに対する保護の要件は、電圧が0V以上および以下に及ぶ電気ノードの場合とは異なります。単方向および双方向の保護素子はこの問題に対応しており、これはTVSデバイスを例として容易に説明できます。 図1に入力の単方向および双方向TVS保護の例を示します。単方向TVSデバイスのI-V曲線は、標準ダイオードのそれに類似しています。図1に示すとおり回路に単方向TVSデバイスを挿入すると、信号電圧は、0Vと逆ブレークダウン電圧の間にある場合は歪みません。負電圧ストレスに対しては、単方向TVSは順方向バイアス動作によって保護を実行します。信号ライン上の正電圧ストレスに対して、TVSは逆方向バイアス・ブレークダウンによって保護します。信号が0Vと負電圧の間で変化する場合は、極性を逆にして単方向TVSデバイスを挿入することができます。 図1 単方向および双方向TVSデバイスのI-V曲線およびシンボル 双方向TVSは直列接続された2つの逆並列ダイオードとして動作します。双方向TVSデバイスを図1の保護デバイスとして使用する場合、入力電圧は正およびの値に及ぶ変化が可能になります。両方の極性において、順方向バイアス・ダイオードと直列の逆方向バイアス・ブレークダウンによって保護が行われます。 クランプおよびクローバ・デバイス保護デバイスにはクランプ/クローバという別の分類法があります。TVSデバイスは、ストレス事象が発生している間、規定電圧値で電圧のクランプを試みるためクランプ・デバイスです。クローバ・デバイスは、トリガ電圧に達すると回路の短絡を試みます。これは、金属製バールを高電圧に接触させて短絡させるのに似ています。これら2つのケースを図2に示します。 図2 双方向クローバ・デバイス（黒）および単方向クランプ・デバイス（赤）のI-V特性。 クローバ・デバイスは保護用として非常に魅力的な素子です。低オン状態の電圧クローバ・デバイスは、高感度電子要素にとって問題となる値より十分に低い値に電圧レベルを維持できる上、電力損失が少ないためデバイス自体が損傷することなく大電流を流すことができます。クローバ・デバイスの使用には注意が必要です。クローバ・デバイスのオン状態を維持できる電流および電圧の最小値は重要なパラメータで、よく保持ポイントと呼ばれます（図2参照）。保護される電気ノードが保持ポイントの電圧および電流値を供給できる場合には電気的ストレス除去後、クローバ・デバイスがターン・オフしないことがあります。クローバ・デバイス選択に注意を払うか、その他の予防措置を講じて、保護がストレス除去後にターン・オフし正常動作時にはターン・オンしないようにする必要があります。 電圧クランプ・デバイスではストレス後にターン・オフしないという問題はありませんが、このデバイスでも選択には注意が必要です。逆バイアス方向で保護動作を行うクランプ・デバイスでは、かなり大きな電力損失が生じ、内部で放散しなければなりません。大電流を流す間に電圧が高感度回路素子の許容レベルを超えないようにするために、クランプ・デバイスはオン状態での動作抵抗がきわめて低くなければなりません。 保護デバイス・テクノロジガス放電管は密封容器内のガスのブレークダウンを利用しており、本質的には双方向クローバ保護素子です。これらは、比較的高いターン・オン電圧に制限されますが、大電流を流すことができ、多くの場合は一次保護に使用されます。 バリスタという用語はバリアブル（可変）とレジスタ（抵抗）を組み合わせたものです。バリスタは低電流および低電圧時に抵抗が高くなりますが、高電圧および高電流時には大幅に低下します。抵抗素子は酸化亜鉛粒のセラミクスで製造されています。バリスタは常に双方向の電圧クランプ・デバイスです。 ポリマESDデバイスは、導電粒子で封入されたポリマで構成されています。粒子間の高電圧アークによって低抵抗パスが作成されます。ポリマ・デバイスは双方向クローバ・デバイスです。 サイリスタはnおよびp添加シリコンの多層サンドイッチで、バイポーラ・トランジスタを組み合わせて形成されています。バイポーラ・トランジスタは、トリガされると自己保持を行う低抵抗状態になります。サイリスタは本質的には単方向クローバ・デバイスです。基本的なサイリスタに変更を加えて、多様な双方向および単方向デバイス製品が製造されています。 過渡電圧サプレッサは、サージ抑制のための高電流要件に対応するように設計されたアバランシェ・ダイオードおよびツェナー・ダイオードに基づきます。個々のダイオードは本質的に単方向クランプ・デバイスです。しかしTVSデバイスは集積回路に類似した方法で製造されるため、多様な単方向、双方向、およびマルチピン保護素子を生成できます。TVSデバイスは多くの場合、1個の小型保護デバイスで複数の信号ラインを保護することができます。 表2 保護デバイスの長所と短所
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