, Inc. 車載電子機器保護用サージ吸収素子 (TVS) diodes capabilities
半導体 Product Listings 整流器 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 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 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) 受動部品 抵抗製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 FET 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 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 ) 磁性部品インダクタ変圧器 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
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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 (V BR ) 4 最大ブレークダウン電圧 (V C : クランプ電圧 ) 4 スタンドオフ電圧 (V WM : 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 Table of COntents 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 図 1. TVS のテスト波形 図 2. TVS ESD のテスト波形 important parameters of tvs 100 % 50 10 µsec I PPM (20 µsec) 1.0 10/1000 µsec I PPM 2 2.0 ms ブレークダウン電圧 (V BR ) 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 (V C : 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 100 % 50 8 µsec 10 8/20 µsec I PPM 20 µsec I PPM 2 スタンドオフ電圧 (V WM : 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 特に車載アプリケーションの場合には ジャンプスタート保図 3. 電圧と電流のパラメータ護 により 電子機器の許容電圧範囲が決定されます Forward この条件下では 12V 系の車載電子機器に 24 V DC を10 分間 Current 供給したり 24V 系の車載電子機器に 36 V DC 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 WM I F せん つまりスタンドオフ電圧は 車載電子機器用の V BR V TVSにおいて非常に重要なパラメータの一つです C Reverse Voltage I R V F Forward Voltage I PP Reverse Current 4
車載電源供給ラインの一次保護 ( ロードダンプ ) 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 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 Pulse 5 と 日本の JASO A-1 (14 V パワートレイン用 ) 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 A オルタネータの出力電圧 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 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 JASO A-1 Load Output Voltage of Alternat V Total (V P ) (V) V P 図 4. 標準的な車両電力バス ESD or Lightning High Voltage Induced by Alternator A V B V S (V) Regulator Battery Connected Battery Disconnected VA (V) R i (Ω) Reaction Transient from Motor and Spark Plugs Time (ms) 70 12.0 0.8 200 1 88 12.0 1.0 200 1 ISO 7637-2 Pulse 5 78.5 ~ 100.5 65 ~ 87 13.5 0.5 ~ 4.0 400 1 TCU ECU Air-Bag ABS Car-Audio &... Cycle Time primary protection of the automotive power line (load dump) 5
車載電源供給ラインの一次保護 ( ロードダンプ ) primary protection of the automotive power line (load dump) 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 (V B ) V S 100 V P 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 I PP = (V IN V C ) R i I PP : ピーククランプ電流 V IN : 入力電圧 V C : クランプ電圧 R i : ラインインピーダンス V 50 0 100 JASO A-1 36.8 % of V P 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) ISO 7637 V B + 10 % of V S 200 300 400 ms 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 6
車載電源供給ラインの一次保護 ( ロードダンプ ) 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 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 R i 0.5 Ohm 0.75 1.00 1.25 SM8S24A SM8A27 SM6S24A SM6A27 SM5S24A SM5A27 1.50 6KA24 65 76 87 V V S primary protection of the automotive power line (load dump) 7
車載電源供給ラインの一次保護 ( ロードダンプ ) primary protection of the automotive power line (load dump) 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 V F Protected Load 8
車載電源ラインの二次保護 車載電源ラインの二次保護 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 図 9. 二次保護回路 Transient Voltage Power Line Primary Protection 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 ) V L = (V min (V min I L )) ((V min I L ) R) V L : Voltage to load V min : Minimum input voltage I L : Load current R: Resistor value Power rating of R = I 2 R Clamping Voltage R Current Limiter Secondary Protection Clamping Voltage 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 Load secondary protection of the automotive power line 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 アメリカ米国 VISHAY AMERICAS ONE GREENWICH PLACE S HELT ON, CT 06484 UNITED S TATES PH: +1-402-563-6866 FAX: +1-402-563-6296 アジアシンガポール VISHAY INTERTECHN OLOG Y ASIA PTE LTD. 37A TAMP 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 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 EUROPE ドイツ 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 フランス 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 ENTER PRISE PARK SU NDERLAND SR 5 3 XJ UNITED KIN G DOM PH: +44-191-516-8584 FAX: +44-191-549-9556 Build Vishay into your Design w w w.visha y.com VMN-PL0463-1111