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サージ吸収ダイオードの原理について理解が追いついていないことがあるので質問させてください。
詳しい回路は省きますが、ツェナー電圧の規格が27Vのダイオードを使用してサージ試験(JASO D-1(110V)準拠)を行いましたが、オシロで電圧を確認するとダイオードの後段の電圧がクリップされずに約34Vとなっていました。
ダイオードの仕様では、ツェナー電圧27Vとなっていますが、なぜ27Vにクリップされないのでしょうか?
電圧34Vとなるのは瞬間なので問題ないということでしょうか?
また、ツェナー電圧40VのZSH5MT40Cの場合も同様の試験を行うとダイオードの後段の電圧は約50Vとなりました。

いろいろ調べてみたのですが、サージ吸収ダイオードは、電圧を仕様の通りにクリップするとしか判りませんでしたので、なぜそうなるのか原理や参考になる本等も教えていただければ幸いです。

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A 回答 (3件)

No.1の方の回答の他にいくつか可能性のある現象があります。


もしサージの立ち上がりが速いとかサージ自体が細い場合は
観測方法によって非常に大きな誤差が出ることがあります。
誤差と言うより、測れていないと言った方が良いくらいの
全く違った値が測れることもあります。

これらは、ほとんど、「線のインダクタンス」によります。
ツェナーダイオードがサージ電圧をクリップする原理は、ツェナー
の電圧が上がるとその内部抵抗が急激に低くなることによるもの
です。ところが、配線が長いと、ツェナーと直列に「配線」という
インダクタが入るので、トータルのインピーダンスが低くなりません。
例えば、ツェナーの内部インピーダンス = 10Ω、配線の
インピーダンス = 200OΩ とすれば、直列になるとツェナーの
特性が活かされないことになります。

もうひとつ、観測上の問題もあり得ます。特にGNDのつなぎ方です。
サージが実際にクリップされている状態では、サージから大きな
電流がツェナーに流れます。この通路内では、やはりインダクタンス
に電圧が発生します。ここで発生したスパイク状の電圧も一緒に
測ってはいないでしょうか。

ツェナーの端子の直近で、オシロのGNDもループを構成しないように
接続すれば正しい観測ができます。スピードにもよりますがオシロ
のプローブの先端を抜いて、GND線ではなく、プローブ先端のGNDを
使って短くつなぐのが最も正しい観測方法です。
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サージ吸収ダイオードとは、ツェナーダイオードの短時間大電流許容です。


ツェナーダイオードは電流が増えれば電圧も増えます。
ツェナー電圧の公称値は、有る一定電流に於ける値です。ご質問の「なぜツェナー電圧の公称値を超えるの?」は、この「有る一定電流」を超えたから、それもはるかに、ただそれだけです。

サージ吸収は、その入り口から保護すべき電子回路まで何段階かの構成を組むのが普通です。サージ吸収ダイオードはその終段に使うべきで、入り口(サージ試験機の印加点)に使うべきではありません。
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ツェナー特性上ツェナー電流が過大になると、端子電圧が上昇し限界に達する


と素子が破壊します。
素子に流す電流とツェナー電圧で変化しますが、ツェナ電圧が高い程この傾向
は顕著になります。
 試しに10V台の素子で試験して見てください。変化は少ない筈です。

参考に添付のツェナー特性を参照ください。2/3ページ左上
http://www.hitachi.co.jp/products/power/ps/image …
 
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Qツェナーダイオードの逆電流とは?

ツェナーダイオードの逆電流とは?
ツェナーダイオードと特性に逆電流というのがあります。
たとえば、下記のカタログですが、
http://documentation.renesas.com/jpn/products/diode/rjj03g0568_hz.pdf
ルネサスのHZ20-2というものですと、6ページに逆電圧が15Vのとき逆電流が1uAとかかれていますが、7ページのHZ20-2のグラフを見ると1uAのところでだいたい19Vと読み取れます。
話が合わないように見えるのですが、逆電流とはどう考えればいいもなのか教えていただけないでしょうか。

Aベストアンサー

ANo.3 です。
誤解を招かないように、追加補足説明させていただきます。
カタログの『電気的特性』は、HZ20-2のメーカの保障される動作条件を規定しています。
よって、HZ20-2のツェナー電圧は
1.Vz;19.5V(MIN)、20.4V(MAX)で測定条件:Iz;2mAとなり、決してIz;0.5uAに電流を減らしたら保障されません。
2.逆電流のところにはIr ;1uA(MAX)で測定条件:Vr;15Vと規定してあるのは、15Vを加えたときに最大でも1uAしか流れないという事です。
#2さんの回答が正しく明確です。

>7ページのHZ20-2のグラフを見ると1uAのところでだいたい19Vと読み取れます。
7ページのHZ20-2のグラフは、『主特性』で設計者に各ツェナーDiの特性の傾向を示しているのであって、保障値ではありません。
ツェナー電流Izに10^-8(A)から特性が記載されていますが、グラフで電流1uAの19Vのツェナー電圧が読み取れ、Iz;1uA~10倍のIz;10uAで設計したら正常なツェナー電圧なりませんので、過渡的な電圧条件の時の参考の傾向値として考えてください。

HZ20-2のツェナー電圧は、測定条件:Iz;2mAでの動作条件で使えば19.5V(MIN)、20.4V(MAX)ですよというのが『電気的特性』の保障値となります。

過渡的な『逆電流』に関しては先の私の回答を参照ください。

ANo.3 です。
誤解を招かないように、追加補足説明させていただきます。
カタログの『電気的特性』は、HZ20-2のメーカの保障される動作条件を規定しています。
よって、HZ20-2のツェナー電圧は
1.Vz;19.5V(MIN)、20.4V(MAX)で測定条件:Iz;2mAとなり、決してIz;0.5uAに電流を減らしたら保障されません。
2.逆電流のところにはIr ;1uA(MAX)で測定条件:Vr;15Vと規定してあるのは、15Vを加えたときに最大でも1uAしか流れないという事です。
#2さんの回答が正しく明確です。

>7ページのHZ20-2のグ...続きを読む

Q逆起電力防止用ダイオードについて

モーターやリレー等、コイルを使う場合、逆起電力で部品が壊れるのを防ぐために
ダイオードを使うと思いますがダイオードの選択方法がわかりません。
例えば3V、2AをDCモータに流すとしてこのモータの逆起電力を防止するためには
どのくらいの定格のダイオードを利用すればいいのでしょうか?
計算方法があれば教えてください。
またダイオードにも小信号用やショットキー、整流用等、色々種類がありますが
どのタイプを選択すればいいんですか?

Aベストアンサー

モータなどのインダクタンス成分をもっている回路での還流ダイオードでは、モータやリレーなどの通電電流をバイパスすることができるだけの電流容量と、駆動時の電圧に耐えるだけの逆対電圧、(もうひとつ、高速にスイッチングするときには、逆回復特性も)を基準にして選定することになるかと思います。

3V2Aで駆動しているモータの場合だと、電流容量が2A以上の(高速整流用)ダイオードを選べばよいかと思います。
耐電圧の3V以上は、まず問題になることはないでしょう。

Qクランプダイオードの順電圧について。

デジタル入力(入力端子A)への異常電圧の保護目的で使用する
クランプダイオードについての考え方について質問があります。

<質問1>
クランブダイオードは電源電圧にクランプするよう接続されています。
このとき正常に、電源電圧に[5v]、入力端子A [5V]が印加された場合、
入力端子Aの電圧は、クランプダイオードの順電圧よって、
0.6[V] 程度電圧が付加されて、5.6[V]となるのでしょうか?

<質問2>
であれば、例えばマイコンの入力電圧の最大定格が VCC+0.3V
の場合このようなクランプ回路は使用できないのでしょうか?

回路初心者で困っています御教示ください。。

Vcc----------
   |
   ▲       マイコン
   |       | ̄ ̄ ̄|
-------------|A    |
          |    |

Aベストアンサー

(1)いいえ
入力電圧が5.6V以下の場合はこのダイオードは機能しませんので入力電圧が5Vの時マイコンには5Vが印加されます。
入力電圧が5.6V以上の時5.6Vにクランプされます。

(2)最大定格が VCC+0.3Vこれがマイコンの破壊電圧であればこのクランプ回路は意味がありません。
入力電圧がVCC+0.3Vを越える可能性があるのなら、それなりの入力回路を用意する必要があります。

Qクランプ?

スレ違いかもしれませんが、交流側電圧が直流電圧にクランプされると
あってこのクランプってどういう意味ですか?
誰か分かるかたいらしたらよろしくお願いします。

Aベストアンサー

電圧型変換器での話でしょうか?
もしそうなら、交流側(線間)電圧が直流電圧を超えると、
スイッチング素子に逆電圧が加わって導通します。
その結果、素子に電流が流れ、交流側回路のインピーダンスによる電圧降下のために、交流側線間電圧のピーク値が直流電圧(+スイッチング素子での電圧降下)に制限されます。
「クランプ」はこういう具合に、電圧のピークが制限されることかと。

Q逆起電力防止のダイオードについて

仕事で基板の修理をしている者です。まだまだ回路図が解り始めて半年程度しか経っていないので初心者です。回路図でしばしば逆起電力防止のダイオードを見かけるのですが、その役割が理解できません。例えば+5V-GND間にリレーのコイルと逆起電力防止のダイオードが入っている場合、このダイオードはどんな時どのような役割を果たすのでしょうか?詳しい方どうぞご教示下さい。

Aベストアンサー

そうですね。確かに分かり難いところですが、次のように考えられたらいいかと思います。
トランジスタが導通している時は、コイルは電源の負荷なので電源側が電圧は高いですが、トランジスタが不導通になると、電源とは片線しか繋がっていないのでもはや負荷では有りません。そして、コイルとダイオードの関係でいうと、今度はコイルが電源でダイオードが負荷になります。コイルはそれまで蓄えていたエネルギー(LII/2)を放出するので、その間は電源となるのです。電源は電流が出てゆくところが+で、帰ってくるところは-です。ダイオードは負荷だから、電流の入ってくるほうが出るほうよりも電圧は高いです。つまり、トランジスタがOFF、ダイオードがONとなった瞬間に、コイルの電圧は+-が反転するのです。従ってコレクタの電圧がその分上昇するのです。
如何でしょうか? 納得できましたでしょうか?

Q定電圧ダイオード(ツェナーダイオード)の問題について教えてください

電圧5V、電流8mA、動作抵抗30Ωのツェナーダイオードがあります。
このツェナーダイオードにかかる消費電力はいくつか?
という問題です。

どなたか解答とプロセスを教えていただけたら幸いです。
よろしくおねがいします。

Aベストアンサー

ツェナーダイオードの使い方
定電流源か抵抗を介して接続します 抵抗値は指定の電流が流れるように決めます
10V電源なら ツェナー電圧5Vですから差電圧は5Vで 電流8mA流すので
抵抗値=差電圧5V÷電流8mA で計算します
12V電源なら ツェナー電圧5Vですから差電圧は7Vで 電流8mA流すなら
抵抗値=差電圧7V÷電流8mA で計算します

電流を変えると動作抵抗の為 ツェナー電圧も少し変化します
これとは別に温度係数も持ちます 5V辺りがゼロでこれ以上ではプラス 以下ではマイナスです
尚 消費電力は 5V×8mA=40mW 課題ではありませんね? 課題質問は禁止となっております。

QESD保護ダイオードの利点は?

ESD保護ダイオードというものがありますが、これは、一般のダイオード2個を使って電源とGND間にクランプして接続する方法と比較してどういうメリットがあるのでしょうか?(ESD保護ダイオードは低容量品を除いて端子間容量も大きい感じですし、これを使うメリットがよく理解できてません)

Aベストアンサー

使用するダイオードの数が1本で済むだけではなく、以下のような違い、メリットがあります。

 一般のダイオード2個を使って電源とGND間にクランプして接続する方法の場合、プラス極性の
ESDが加わった場合、電流はダイオードの順方向に流れて電源へ流れ込みます。電源に流れ込ん
だ大きな電流によって電源の電圧が上昇します。それにより電源にぶら下がっている他の部品が
破壊される、あるいは電源が破壊されてしまう危険性があります。

 一方、ESD保護ダイオードは構造的にはツェナー・ダイオードですので、プラス極性のESDが加
わった場合にはそのツェナー電圧(通常数V)で電圧がクランプされます。また、電流は
ダイオードのカソードからアノードを経由してGNDへ流れます。

 結果として、クランプダイオードの場合のような電源への流れ込みは起きません。

 また、マイナス極性のESDが加わった場合は両方ともGNDからダイオードの順方向に電流は流れ
ます。したがってマイナス極性のESDに対しては全く同じ動作になります。

 容量については高速なラインに使用する場合は低容量品が選べますので地区に問題には
ならないようでです。

使用するダイオードの数が1本で済むだけではなく、以下のような違い、メリットがあります。

 一般のダイオード2個を使って電源とGND間にクランプして接続する方法の場合、プラス極性の
ESDが加わった場合、電流はダイオードの順方向に流れて電源へ流れ込みます。電源に流れ込ん
だ大きな電流によって電源の電圧が上昇します。それにより電源にぶら下がっている他の部品が
破壊される、あるいは電源が破壊されてしまう危険性があります。

 一方、ESD保護ダイオードは構造的にはツェナー・ダイオードですので...続きを読む

Qサプレッサーについて 電子回路

P4SMAJ36CAというサプレッサー(双方向ツェナーダイオードのようなもの?)について質問させて下さい。
この部品のデータ-シートはhttp://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/14863/PANJIT/P4SMAJ36C.html
のDownloadと書いてある所のすぐ右側をクリックすると見れます。
このデータシートの見方について質問です。
表の「Reverse Stand-off Voltage」とは何でしょうか?
この部品が双方向ツェナーダイオードのようなものだとすると(この認識で合っているのかどうかも分かりません)
「Breakdown Voltage」の中間値つまり43Vを超えるとダイオードに電流が流れて43Vを保つようにする?わけですよね?
それで、「Max. Clamp Voltage」を超えると部品が壊れるということでしょうか?
であるならば、「Reverse Stand-off Voltage」っていったい何者なのでしょうか?
ご存知の方は是非ともご教示願えませんでしょうか?
そもそもこのサプレッサーという部品が双方向ツェナーダイオードという認識が間違っていたら話になりませんが。。。
これって逆電圧防止みたいなものでしょうか?
GNDと+24Vを逆にしてしまった時にこのサプレッサーが壊れてそれより後ろの回路を保護するとか?
質問が多すぎてすみません。何でもよいので分かる部分のみでもご回答頂けませんでしょうか?

P4SMAJ36CAというサプレッサー(双方向ツェナーダイオードのようなもの?)について質問させて下さい。
この部品のデータ-シートはhttp://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/14863/PANJIT/P4SMAJ36C.html
のDownloadと書いてある所のすぐ右側をクリックすると見れます。
このデータシートの見方について質問です。
表の「Reverse Stand-off Voltage」とは何でしょうか?
この部品が双方向ツェナーダイオードのようなものだとすると(この認識で合っているのかどうかも分かりません)
「Breakdown Voltage...続きを読む

Aベストアンサー

言い方をかえて
このTVSは36V迄は漏れ電流5uA以下です。(36Vまで使える)
ツェナー電圧は40.0~46.0V/1.0mAです。
大きな電流(6.9A)を流した時,58.1V以下に制限します。
ピーク許容電力は400W(規定のサージ波形による)ですが平均許容電力は1Wです。

TVSツェナーは頻繁にサージを発生する回路の電圧を制限する場合に使用します。
普通のツェナーでは瞬時許容電力が小さくて使えない場合に使用します。(普通のツェナーはパルス電力で劣化破壊します)

A1補足に書かれたツェナーの考えが間違っています。
ツェナーの動作をよく勉強してください。

Qダイオードを使っても逆起電力が取れません。

直流の逆起電力を取る為に、電磁石を使用し直流を流して、スイッチの部分に並列して2個ダイオードを使い入力回路とは別の回路から、逆起電力を取ろうと思ったのですが、逆起電力はスイッチの部分から火花を散らし、取るどころか止めることすら出来ません。

前の質問で直流とも交流とも書かなかったので、スナバ回路を使うと書いてあったのですが、色々調べたらスナバは交流で使うもので、直流はダイオードだと判明し31DF(600V×2)を入れました。

ちなみに電圧、電流は50V10A位です。
スライダーを使い電圧は調整できますので、電圧が高いのであれば調整します。

スイッチは自作のスイッチで、切ったり入れたり1秒に20回発生します。
その逆起電力を直接或いはバッテリーに取りたいのですが、どうしたら宜しいでしょうか?

電気の事は素人なのであまり解りませんので、解かりやすい回答お願いします。

Aベストアンサー

ダイオードでサージ電圧を防止するなら、添付図左のように、負荷に逆並列にダイオードを入れます。(ダイオードは、負荷電流を流せるものでOKです。耐電圧も電源電圧程度でOKです。)
ただし、このままだと、負荷電流が0になるのにそれなりの時間が必要なので、ダイオードに抵抗を直列にいれて、電圧が出るようにすることもあります。
(負荷に蓄えられていた磁気エネルギーは、負荷自体やダイオード、ダイオードに直列にいれた抵抗で消費されます。)

スナバを使うなら、添付図右の回路。
ダイオードは負荷電流を流せる程度のものでOK。
コンデンサの容量は、負荷の磁気エネルギーを吸収したときの電圧上昇で決めます。
(容量を大きくしすぎると損失が増えるし、小さすぎると効果がでないので、適切な容量にスる必要がある。)
負荷に溜っていたエネルギー(+コンデンサを電源電圧で充電するのに必要なエネルギー)はダイオードに並列に入っている抵抗で、スイッチがONしたときに消費されます。

このコンデンサに溜ったエネルギーを電源に回生したり、スイッチがONするときに負荷に再度供給するタイプの回路もありますが、回路構成が複雑になるので割愛します。
(負荷に再度供給するタイプのは、スイッチを4個ブリッジ状に組み合わせて、ON/OFFの組合せで、コンデンサのつながりかたを変えるようなことをやってます。)

ダイオードでサージ電圧を防止するなら、添付図左のように、負荷に逆並列にダイオードを入れます。(ダイオードは、負荷電流を流せるものでOKです。耐電圧も電源電圧程度でOKです。)
ただし、このままだと、負荷電流が0になるのにそれなりの時間が必要なので、ダイオードに抵抗を直列にいれて、電圧が出るようにすることもあります。
(負荷に蓄えられていた磁気エネルギーは、負荷自体やダイオード、ダイオードに直列にいれた抵抗で消費されます。)

スナバを使うなら、添付図右の回路。
ダイオードは負荷電流...続きを読む

Qプルアップ抵抗値の決め方について

ほとんどこの分野に触れたことがないので大変初歩的な質問になると思います。

図1のような回路でプルアップ抵抗の値を決めたいと思っています。
B点での電圧を4.1Vとしたい場合について考えています。その場合、AB間での電圧降下は0.9Vとなります。

抵抗値×電流=0.9Vとなるようにプルアップ抵抗の値を決めるべきだと考えていますが、この抵抗に流れる電流が分からないため、決めるのは不可能ではないでしょうか?

抵抗値を決めてからやっと、V=IRより流れる電流が決まるため、それから再度流れる電流と抵抗を調節していって電圧降下が0.9Vとなるように設定するのでしょうか。どうぞご助力お願いします。



以下、理解の補足です。
・理解その1
ふつう、こういう場合は抵抗値を計算するためには、電圧降下と抵抗に流れる電流が決まっていることが前提だと考えていました。V=IRを計算するためには、この変数のうち2つを知っていなければならないからです。
また、例えば5V/2Aの電源を使った場合、マイコン周りは電源ラインからの分岐が多いため、この抵抗に2A全てが流るわけではないことも理解しています。

電源ラインからは「使う電流」だけ引っ張るイメージだと理解しているのですが、その「使う電流」が分からないため抵抗値を決定できません。(ポート入力電流の最大定格はありますが…)


・理解その2
理解その1で書いたように、抵抗値を計算するためには、電圧降下と抵抗に流れる電流が必要だと理解しています。図2を例に説明します。Rの値を決めたいとします。
CD間の電圧降下が5Vであることと、回路全体を流れる電流が2Aであることから、キルヒホッフの法則より簡単にRの値とそれぞれの抵抗に流れる電流が分かります。今回の例もこれと同じように考えられないのでしょうか。

ほとんどこの分野に触れたことがないので大変初歩的な質問になると思います。

図1のような回路でプルアップ抵抗の値を決めたいと思っています。
B点での電圧を4.1Vとしたい場合について考えています。その場合、AB間での電圧降下は0.9Vとなります。

抵抗値×電流=0.9Vとなるようにプルアップ抵抗の値を決めるべきだと考えていますが、この抵抗に流れる電流が分からないため、決めるのは不可能ではないでしょうか?

抵抗値を決めてからやっと、V=IRより流れる電流が決まるため、それから再度流れる電流と抵抗を調...続きを読む

Aベストアンサー

NO1です。

スイッチがONした時に抵抗に流れる電流というのは、最大入力電流や最大入力電圧
という仕様から読めば良いのでしょうか。
→おそらくマイコンの入力端子の電流はほとんど0なので気にしなくてよいと思われます。
入力電圧は5Vかけても問題ないかは確認必要です。

マイコンの入力電圧として0Vか5Vを入れたいのであれば、抵抗値は、NO3の方が
言われているとおり、ノイズに強くしたいかどうかで決めれば良いです。
あとは、スイッチがONした時の抵抗の許容電力を気にすれば良いです。
例えば、抵抗を10KΩとした場合、抵抗に流れる電流は5V/10kΩ=0.5mAで
抵抗で消費する電力は5V×0.5mA=0.0025Wです。
1/16Wの抵抗を使っても全く余裕があり問題ありません。
しかし、100Ωとかにしてしまうと、1/2Wなどもっと許容電力の大きい抵抗を
使用しなければいけません。
まあ大抵、NO3の方が書かれている範囲の中間の、10kΩ程度付けておけば
問題にはならないのでは?


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