RCスナバ回路の設計計算｜抵抗値とコンデンサ容量の決め方、損失を例題で図解｜計算ツール付き

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お悩み

こんなふうに思っていませんか？

スナバの抵抗とコンデンサ、何Ω・何pFにすればいいの？
計算式はあるけど、寄生インダクタンスLがわからない
スナバ抵抗が熱くなる。損失の計算が合っているか不安

この記事でわかること

RCスナバでサージとリンギングが減る仕組み
C・R・損失の計算式と例題
リンギングを測ってLと寄生容量を求める方法
2つの方法をまとめた計算ツール

結論｜まず30秒でわかる答え

RCスナバ回路は、スイッチ素子に並列に抵抗Rとコンデンサ Cを直列でつなぎ、ターンオフのサージとリンギングを抑える回路です。Cは配線のインダクタンスLにたまったエネルギーを受け止める大きさ（C≒L×I²÷ΔV²）、Rは振動を止める大きさ（R≒√(L/C)〜2√(L/C)）にします。抵抗の損失はP≒C×V²×fswで、½はつきません。実務では、リンギングの周波数を測ってLと寄生容量を求める方法がよく使われます。

RCスナバ回路の設計計算を表すアイキャッチ。大きなサージとリンギングのある波形が、抵抗とコンデンサでなめらかな波形になる — RCスナバでサージとリンギングをなめらかにする

サージ対策の記事（全6本）

RCスナバ回路とは？サージとリンギングを抑える

MOSFETやIGBTがオフになると、配線のインダクタンスLに流れていた電流が急に止められ、V＝L×dI/dt の電圧（サージ）が出ます。さらに、Lと素子の寄生容量が共振して、電圧がしばらく振動します（リンギング）。

部品	役割	たとえ
コンデンサC	Lのエネルギーを受け止め、電圧の上がり方をゆるくする	車のバネ
抵抗R	LとCのあいだで行き来するエネルギーを熱にして、振動を止める	ショックアブソーバー

RCスナバは、スイッチ素子と並列に、RとCを直列にしてつなぎます。Cだけだと振動が止まらず、Rだけだと電流が流れつづけます。両方そろって、サージとリンギングがおさまります。

ハーフブリッジ（上下2つのMOSFETを交互にオン・オフする回路）では、サージとは別に、上下が同時にオンして流れる貫通電流にも注意が要ります。貫通電流はスナバでは防げず、両方をオフにしておく時間（デッドタイム）で防ぎます。しくみと計算はハーフブリッジ・フルブリッジ駆動の基本｜貫通電流を防ぐ設計で解説しています。

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RとCの計算式｜C＝L×I²÷ΔV²、R＝√(L/C)〜2√(L/C)

求めるもの	式	考え方
コンデンサ容量C	C≒L×I²÷ΔV²	Lのエネルギー ½LI² を、Cの ½CΔV² で受け止める。ΔV＝許容電圧−電源電圧
特性インピーダンスZ₀	Z₀＝√(L/C)	LとCの組み合わせで決まる抵抗の目安
抵抗値R	R≒Z₀〜2Z₀	2Z₀で臨界減衰（ζ＝1）。Z₀でも振動はすばやくおさまる
抵抗の損失P	P≒C×V²×fsw	毎回、充電で½CV²、放電で½CV²を抵抗が熱にする

減衰係数ζ｜Rの大きさで揺れ方が変わる

ζ	状態	波形
ζ＜1	不足減衰	振動しながらおさまる（リンギングが残る）
ζ＝1	臨界減衰	振動せず、いちばん早くおさまる
ζ＞1	過減衰	振動しないが、Rが大きすぎるとCに電流が流れずスナバが効かない

直列のRLCでは ζ＝(R÷2)×√(C/L) です。Rを大きくしすぎるとCがつながっていないのと同じになるので、「大きいほど効く」わけではありません。

RCスナバの計算式の図。C≒L×I²÷ΔV²、Z₀＝√(L/C)、R≒Z₀〜2Z₀、損失P≒C×V²×fsw。減衰係数ζが1より小さいと振動し、1で振動せずに早くおさまり、1より大きいとゆっくりになる — RCスナバの計算式:C・R・損失と減衰係数ζ

例題1：Lがわかっているときの計算

L＝100nH、オフする電流 I＝10A、電源電圧300V、素子にかけてよい電圧400V、スイッチング周波数100kHz。

ステップ	計算	答え
① ΔV	400−300	100V
② C	100nH×10²÷100²	1nF
③ Z₀	√(100nH÷1nF)	10Ω
④ R	Z₀〜2Z₀	10〜20Ω
⑤ 損失	1nF×300²×100kHz	約9W（＋リンギング分 ½LI²×fsw＝0.5W）

9Wは、スナバとしてはかなり大きな損失です。エネルギーの式で決めたCは、サージを電源電圧の少し上で止めようとするぶん大きくなりがちで、そのぶん損失が増えます。損失が大きすぎるときは、許容電圧を見直すか、RCDスナバやクランプ回路を考えます。

RCスナバの例題1の図。ΔVは100V、コンデンサは1nF、特性インピーダンスは10Ωで抵抗は10〜20Ω、損失は1nF×300²×100kHzで約9W — RCスナバの例題:1nF・10〜20Ω・損失約9W

実務の決め方：リンギングを測ってLと寄生容量を求める

Lは配線や部品の中にあって、計算ではなかなかわかりません。そこで、オシロスコープでリンギングを測って、Lと寄生容量Cpを求める方法がよく使われます。

ステップ	やること
① 周波数を測る	スナバなしで、ターンオフ後のリンギングの周波数 f₀ を測る
② コンデンサを足す	素子と並列に小さなコンデンサCaddを足し、周波数 f₁ を測る（f₀の半分くらいになる値をさがす）
③ 寄生容量	Cp＝Cadd÷((f₀÷f₁)²−1)。ちょうど半分なら Cp＝Cadd÷3
④ L	L＝1÷((2πf₀)²×Cp)
⑤ スナバのRとC	R≒√(L/Cp)、C≒Cpの3〜4倍

例題2：f₀＝50MHz、100pFを足すと f₁＝25MHz（半分）になった。

求めるもの	計算	答え
寄生容量Cp	100pF÷(2²−1)	約33pF
L	1÷((2π×50MHz)²×33pF)	約304nH
R	√(304nH÷33pF)	約95Ω → 100Ω
C	33pF×3〜4	120pF
損失（300V・100kHz）	120pF×300²×100kHz	約1.1W

例題1より、Cがずっと小さく損失も少なくなります。リンギングを止めることが目的なら、この方法のほうが現実的です。

部品の選び方｜コンデンサと抵抗の注意点

部品	チェック項目	選び方
コンデンサ	耐圧	サージを含む最大電圧より余裕をもたせる
コンデンサ	種類	セラミック（C0G・NP0など）かフィルム。電解は高い周波数に向かない
抵抗	定格電力	計算した損失の2倍以上を目安に。温度も確かめる
抵抗	種類	巻線形はインダクタンスがあるので避ける。無誘導の抵抗を使う
配置	配線	スナバは素子のすぐ近くに置き、ループを小さくする

計算はスタート地点です。最後は、オシロスコープで波形を見ながらRとCを1段ずつ変えて決めます。

RCスナバの計算ツール

①はLがわかっているとき、②はリンギングを測ったときに使います。最初は記事の例題の数字が入っています。

① Lがわかっているとき

L（nH）オフする電流 I（A）電源電圧 VDC（V）許容電圧 Vmax（V）スイッチング周波数（kHz）

② リンギングを測ったとき（電源電圧と周波数は①の値を使います）

リンギング f₀（MHz）足した容量 Cadd（pF）足したあと f₁（MHz）

入力すると、その場で計算し直します。入力した数字は画面の中で計算するだけで、どこにも送信されません。計算値は出発点です。最後は実機の波形で確かめてください。

RCスナバ設計のよくある間違い

よくある間違い	正しい考え方
損失を ½×C×V²×fsw で見積もる	充電と放電の両方で失うので C×V²×fsw
Rは大きいほどよく効く	大きすぎるとCに電流が流れず、スナバが効かない
Cは大きいほど安心	損失がCに比例して増え、抵抗が焼ける
Lは計算で正確に出せる	誤差が大きい。リンギングを測って求める
巻線形の抵抗や電解コンデンサを使う	無誘導の抵抗と、セラミック・フィルムのコンデンサを使う