配電網のサージ電流保護にはどのようなダイオードが一般的に使用されますか?

一、TVS ダイオード: ミリ秒レベルの応答を備えた高精度保護コア
1. デバイスの特性と動作原理
TVS (過渡電圧抑制) ダイオードはアバランシェ降伏効果に基づいて設計されており、その主な利点はナノ秒の応答速度 (1 × 10 ⁻¹ ² 秒以下) と正確なクランプ電圧制御にあります。過渡電圧がブレークダウン電圧 (VBR) を超えると、デバイスは高抵抗状態から低抵抗状態に急速に移行し、大電流を分流して電圧を安全範囲 (VC 値) 内にクランプします。一般的なクランプ係数 (VC/VBR) は 1.2-1.4 です。たとえば、P0640SC シリーズ TVS 管は、数千アンペアのピーク電流に耐え、数百ボルトもの低い電圧をクランプできるため、600V/800V の高電圧配電ネットワークの保護に適しています。

2. 選択のための主要なパラメータ
逆方向カットオフ電圧 (VRMM): 回路の通常の動作電圧より 1.1 ～ 1.2 倍高くなければなりません。たとえば、120V システムでは、132V 以上の VRMM を備えたデバイスを使用する必要があります。
ピーク パルス パワー (PPP): 8/20 μ s 波形での PPP 以上の E (サージ エネルギー)/VC など、サージ エネルギーに基づいて計算されます。
接合容量 (CJ): 信号の減衰を避けるために、高周波信号ラインには低容量デバイス (0.1-10pF など) を選択する必要があります。たとえば、USB 3.0 インターフェイスでは、CJ が 0.3pF 以下の TVS チューブを使用する必要があります。
3. 典型的なアプリケーションシナリオ
データセンターの電源インレット: SMBJ シリーズ TVS チューブを使用して 3 レベルの保護を構築します。-第 1 レベルでは、高電力デバイス (1500 W など) を使用して大きなエネルギー サージを吸収し、第 3 レベルでは低容量デバイス (500 W など) を使用して敏感なチップを保護します。-
太陽光発電インバータ DC 側: 並列 TVS 管が DC 1000 V システムに接続され、雲量やアレイの切り替えによって引き起こされる過渡的な過電圧を抑制します。
2、半導体放電管 (TSS): 高電流容量のためのバックボーン保護
1. デバイスの特性と動作原理
TSS (サイリスタ サージ サプレッサ) は、サイリスタのスイッチング特性とダイオードの一方向性導電性を組み合わせた PNPN 4 層構造を採用しています。その主な利点は、非常に高いサージ耐性 (最大数十キロアンペア) と低い残留電圧特性 (通常の VC 値は VBR の 2 倍以下) にあります。たとえば、P0640SC シリーズ TSS は、8/20 μ s 波形で 20kA のサージと 800V 未満の残留電圧に耐えることができるため、高電圧配電ネットワークのバックボーン ラインの保護に適しています。-

2. 選択のための主要なパラメータ
ブレークダウン電圧 (VBO): 10kV システムの場合は VBO=12-15kV のデバイスを選択するなど、システムの公称電圧と一致する必要があります。
電流容量 (Ipp): 雷雨の危険レベルに基づいて、雷雨の多い地域では、Ipp が 50kA 以上のデバイスを選択する必要があります。
応答時間: 標準値 100ns 以下。段階的な保護を実現するには TVS チューブとの調整が必要です。
3. 典型的なアプリケーションシナリオ
変電所受電端: TSS と MOV を直列に接続した複合保護方式が採用されており、TSS が高エネルギー サージを吸収する第 1 段、MOV が第 2 段として残留電圧を制限します。{0}
風力発電所の集電線: 35kV ケーブル終端に並列 TSS を設置し、ケーブル動作によって生じる過電圧を抑制します。
3、バリスタ (MOV): 経済的で効率的なユニバーサル保護
1. デバイスの特性と動作原理
MOV (Metal Oxide Varistor) は、酸化亜鉛を主材料として使用し、非線形な電圧電流特性により電圧制限機能を実現します。その主な利点は、高い費用対効果と高い電流容量（チップあたり最大数百キロアンペア）にありますが、経年変化による影響（長期間の使用によるパフォーマンスの低下）があります。-たとえば、14D471K MOV は 8/20 μ s の波形で 40kA のサージに耐えることができ、低電圧配電ネットワークの端部保護に適しています。-

2. 選択のための主要なパラメータ
電圧に敏感 (V1mA): 220V システムの場合、V1mA が 320V 以上のデバイスを選択するなど、回路の最大連続動作電圧よりも高い必要があります。
電流容量: 雷の危険レベルに応じて、クラス C 保護には 65kA 以上の Iimp (10/350 μ s 波形) が必要です。
漏れ電流: 代表値 20 μ A 以下。経年劣化や故障を防ぐために定期的なテストが必要です。
3. 典型的なアプリケーションシナリオ
住宅用配電ボックス: MOV を採用して 3 レベルの保護を構築します。最初のレベルでは、主入力線の端に高エネルギー デバイス（20 kA など）が設置され、3 番目のレベルではソケット回路に低電力デバイス（2 kA など）が設置されます。-
産業用モーター制御キャビネット: 周波数コンバーターの入力端に並列 MOV を配置し、モーターの始動停止によって引き起こされる過渡過電圧を抑制します。
4、多層保護システムの構築戦略-
1. 段階的保護の原則
「粗い保護+細かい保護」の組み合わせスキームを採用:

レベル 1 (粗い保護): 大きなエネルギー サージ (落雷など) を吸収するために、TSS または高エネルギー MOV をシステム入口に設置します。-
第 2 レベル (精密保護): TVS 管を機器のフロントエンドに取り付け、残留電圧を安全なレベル (チップ耐電圧値以下など) に制限します。
第 3 レベル（局所保護）: 低電力 TVS 管を敏感なコンポーネントの隣に並列に接続して、最終的な保護を提供します。{0}
2. パラメータ調整のポイント
エネルギー調整: バックエンド デバイスの過負荷を避けるために、フロントエンド デバイスが合計サージ エネルギーの 80% 以上のエネルギーを吸収するようにします。-
電圧調整:「勾配保護」を形成するには、デバイスの各レベルの VC 値を徐々に下げる必要があります。たとえば、第 1 レベル VC は 1500V、第 2 レベル VC は 800V、第 3 レベル VC は 400V です。
時間調整: デバイスの応答時間の差 (TSS ≈ 100ns、TVS ≈ 1ns) を利用して高速応答を実現します。