🧙🏾♂️ 承知しました！
サージ保護デバイスの設計手順は、過電圧・雷・スイッチングなどによって発生する高電圧パルスから機器や部品を守るために非常に重要です。特にXコンデンサの前段や電源ラインに使う場合は、定格電圧・応答速度・クランプ電圧・エネルギー耐性などを正確に設計する必要があります。
サージ保護デバイスは回路のＧＮＤに接続する。
目次
✅ サージ保護デバイス設計手順（全体像）
graph TD
A[① サージ源の特定] --> B[② サージ条件の設定]
B --> C[③ デバイス選定のための仕様決定]
C --> D[④ デバイスの選定と評価]
D --> E[⑤ 配置設計と安全マージン設計]
E --> F[⑥ 耐久評価と規格適合試験]
🔷 STEP ①：サージ源の特定と分類
| サージタイプ | 発生源 | 備考 |
|---|
| 雷サージ（直撃・誘導） | 落雷、建物・電柱などを経由 | 数kV～数十kV、数μs程度 |
| スイッチングサージ | モーター・リレー・照明切替時 | 数百V～数kV、繰返し発生 |
| 静電気放電（ESD） | 人体・金属接触など | 数kV、数ns、ESD専用対策が必要 |
| ノイズ/高周波 | 電源線や他機器から伝導・放射 | 高周波対策（フィルタ）が主 |
🔷 STEP ②：サージ条件の設定（IEC 61000-4-5など）
| 項目 | 設計条件例 |
|---|
| 最大サージ電圧 | 例：6kV（1.2/50μs 波形） |
| 最大サージ電流 | 例：3kA（8/20μs 波形） |
| 動作電圧（ライン） | 例：AC 100V → ピークで約141V |
| クランプ電圧目標 | 例：Xコンデンサの定格以下（例：400V未満） |
🔷 STEP ③：仕様決定（バリスタなど）
📐 必要なパラメータ
| 項目 | 内容例 | 備考 |
|---|
| 最大定格電圧 | 電源のピーク電圧以上 | AC100Vなら**≥150V RMS** |
| クランプ電圧 | 保護対象（Xコン、制御ICなど）の最大耐圧以下 | 例：X2コンは275V AC → 400V未満 |
| サージエネルギー | 1回または繰返しで吸収できるエネルギー | J（ジュール）単位 |
| 応答速度 | 数ns～数μs | ESDならns、雷はμsでOK |
🔷 STEP ④：デバイス選定（バリスタ/TVS/アレスタ）
✅ 選定手順（例：AC100Vライン）
バリスタ（MOV）の選定例：
| ステップ | 内容 |
|---|
| 使用電圧：AC100V | ピーク ≒ 141V |
| 定格電圧選定 | MOV定格：230V～250V（AC RMSで） |
| クランプ電圧 | ≦ 400V 程度 |
| サージ電流 | ≥ 3kA（IECレベル） |
| エネルギー | 例えば 100J以上／パルス対応可能回数 100回以上 |
🔧 メーカー：EPCOS, Littelfuse, TDK, Bourns など
🔷 STEP ⑤：配置と保護回路設計
| ポイント | 設計指針 |
|---|
| 保護対象の前段に配置 | サージ電流を先に吸収・分散させる |
| AC-L〜AC-N間、L-G、N-G間すべてに配置 | フル保護構成（共通モード/差動モード両対応） |
| ヒューズ・サーマルカットとの併用 | MOV短絡時の安全遮断のため |
| PCBトレース幅 | 大電流対応（例：3kA → 太いトレース＋短距離） |
| 放熱スペース確保 | 高エネルギー処理時に重要 |
🔷 STEP ⑥：評価・試験・規格対応
| 試験項目 | 使用規格例 |
|---|
| サージイミュニティ試験 | IEC 61000-4-5（6kV/3kAなど） |
| 耐圧試験 | 製品カテゴリに応じて |
| 絶縁耐性 | 製品内部で漏洩・放電しないか確認 |
| 安全規格試験 | UL、CSA、ENEC など |
✅ 代表的な保護デバイスの使い分け
| デバイス | 適用サージ | クランプ精度 | 主な用途 |
|---|
| バリスタ（MOV） | 雷・スイッチング | △ | AC電源の一次保護（X/Yコンと併用） |
| TVSダイオード | 静電気・短時間サージ | ◎ | DCライン、信号ラインなど高速応答 |
| ガスアレスタ | 高エネルギー雷 | ◯（高耐量） | 通信線・屋外機器・重電機器など |
| サージプロテクタモジュール | 複合サージ | ◎ | 分電盤・三相電源用・工場用 |
✅ まとめ：設計チェックリスト
| 設計項目 | 例または注意点 |
|---|
| 動作電圧 | AC RMSよりマージンを持つ |
| クランプ電圧 | 保護対象の定格電圧以下で抑える |
| サージ耐量 | IEC 61000-4-5に準拠（例：6kV/3kA） |
| エネルギー吸収能力 | 使用環境の最大サージJに十分な余裕を持つ |
| 安全遮断機構 | MOV短絡時にヒューズで遮断 |
🧙🏾♂️ ご希望があれば、**用途別おすすめ保護デバイス型番リスト（Littelfuse, EPCOS, Bournsなど）**や
AC100V・AC200V向けの具体的な設計例も提供できます。
👉 どの電圧のラインに、どの程度のサージ（kV, A, パルス幅など）を想定しているかを教えていただければ、最適な部品提案もできます！
ご使用予定のシステム条件はお分かりでしょうか？