ダイオードを直列接続して耐圧を上げる方法｜電圧バランス抵抗の入れ方を完全図解

結論：ダイオード直列＝「抵抗で電圧を均等に分ける」のが鉄則

先に結論を言います。ダイオードを直列接続して耐圧を上げるときは、必ず各ダイオードに並列で「バランス抵抗」を入れるのがルールです。

なぜ抵抗が必要なのか？それは「ダイオードは1個ずつ性格が違う」からです。同じ型番でも、漏れ電流（逆方向電流）が微妙に違う。何もしないと、その差がそのまま「電圧の偏り」になって、片方だけ耐圧オーバーで壊れます。

これから図解で詳しく見ていきましょう。

そもそも、なぜダイオードを直列にするのか？

ダイオードには逆耐圧（VRRM）という「これ以上の逆方向電圧をかけたら壊れる」限界値があります。たとえば一般的な整流ダイオードなら600V、1000Vなど。

でも、産業用インバータや高圧の電源装置だと、回路にかかる電圧が1500V、2000V…と平気で出てきます。こうなると1個のダイオードでは耐えられない。

解決策は2つ

現場では案B（直列接続）が圧倒的に多いです。安くて、入手しやすくて、設計の自由度が高い。ただし、ちゃんと「バランス抵抗」を入れる必要がある。これを忘れるとどうなるか、次のブロックで見ていきます。

ダイオードをただ直列にしただけだと、なぜ片方が壊れるのか

ここが一番大事な話です。直感的には「1000V品を2個直列にしたら2000V耐えられる」と思いますよね。でも実際は違います。

原因は「漏れ電流（逆方向電流）のバラつき」

ダイオードに逆電圧をかけたとき、本来はゼロのはずの電流が、ごくわずかに流れます。これを漏れ電流（IR）と呼びます。データシートにも「IR = 5μA @ VR = 1000V」のように書かれています。

問題は、この漏れ電流が個体ごとにバラつくこと。同じ型番でも、IR = 3μA のダイオードもあれば、IR = 7μA のダイオードもある。

直列にした2個のダイオードに流れる電流は同じです（直列なので当然）。でも、それぞれが「流したい漏れ電流」は違う。すると、漏れ電流が少ない（＝より絶縁的な）方のダイオードに、より大きな電圧がかかってしまうのです。

水道管のたとえで完全理解：なぜ電圧が偏るのか

「漏れ電流のバラつき」と言われてもピンと来ないと思います。水道管に置き換えてみましょう。

バルブAとバルブBが直列なら…

たとえばダイオードAの等価抵抗が 100MΩ、ダイオードBの等価抵抗が 50MΩ だったとします（同じ型番でも、これくらいの差は普通にあります）。

この2つを直列にして1800Vをかけると、電圧は抵抗の比で分配されます。

…はい、Aに1200Vもかかってしまいました。1000V耐圧品なら、即破壊です。「2個直列だから単純に半分ずつかかる」というのは大きな勘違いなのです。

バランス抵抗の役割：「天秤の重り」で電圧を均等化する

ここで登場するのがバランス抵抗（均圧抵抗）です。各ダイオードに並列で、同じ値の抵抗を1個ずつ入れます。

天秤のたとえで理解する

ダイオードの等価抵抗は個体差が大きい（50MΩ vs 100MΩなど）。でも、その横にもっと小さくて精度の高い抵抗（たとえば1MΩ ±5%）を並列で付けると、合成抵抗はほぼその抵抗値（1MΩ）で決まります。

つまり、ダイオードの「気まぐれな漏れ電流」を、精度の高い抵抗の電流が押し流して、電圧を均等にしてくれるのです。

バランス抵抗値の決め方｜計算式と数値例

実際の設計でよく使われる計算式を紹介します。これさえ覚えれば、現場で使えます。

数値例：1800V回路に1000V品を2個直列

実際に手を動かしてみましょう。以下の条件で計算します。

項目	値
直列個数 n	2 個
1個あたり逆耐圧 VRRM	1000 V
総逆電圧 Vtotal	1800 V
漏れ電流バラつき ΔIR	10 μA

ただし、計算上の最大値ギリギリで設計するのは危険です。実務では余裕を見て、計算値の1/10〜1/20を選ぶのが一般的。この場合なら、1MΩ〜2MΩあたりを選びます。

忘れがちな落とし穴：抵抗の消費電力を計算しないと焼ける

抵抗値が決まったら、もう1つ確認すべきことがあります。それは抵抗の定格電力です。

バランス抵抗は常に高電圧がかかり続ける場所に入ります。1個あたり900V（1800Vを2個で分けるので）がかかると考えると、流れる電流と発熱量がどれくらいか、計算しないと焼損します。

耐電圧にも要注意

抵抗には「最大動作電圧」というスペックがあります。一般的なチップ抵抗（1206サイズ）だと200V程度。900Vもかかるとアーク放電で破壊されます。

高電圧対応の高耐圧抵抗（パワー抵抗、メタルクラッド抵抗など）を選ぶか、抵抗自体を直列にして電圧を分散させる工夫が必要です。

高速スイッチング時はもう1つ必要：動的バランス用のコンデンサ

ここまでで「静的バランス（直流の電圧バラつき）」は解決しました。でも、もう1つ問題があります。それはスイッチング時の電圧バラつきです。

対策：RCスナバを並列に追加

動的バランスを取るには、各ダイオードに「コンデンサと抵抗を直列にしたもの」を並列で追加します。これをRCスナバと呼びます。

コンデンサ容量の目安は、各ダイオードの蓄積電荷Qrrの最大値 × 数倍。一般的には数nF〜数十nF程度。抵抗は数Ω〜数十Ωで、過渡電流を制限する役割です。

完成形：直列ダイオードの正しい回路構成

ここまでの内容をまとめると、直列ダイオードの完成形は以下のようになります。

実務での設計手順（5ステップ）

現場でよくある失敗パターン3選

まとめ：ダイオード直列接続の3つの鉄則

ダイオードの直列接続は、見た目はシンプルですが「個体差を抵抗で吸収する」という思想が根っこにあります。これはダイオードに限らず、IGBTやMOSFETの直列接続でも同じ考え方が使われます。

次に客先や上司から「これ、なんで抵抗が並列に付いてるの？」と聞かれたら、自信を持って「漏れ電流のバラつきを吸収するための静的バランス抵抗です」と答えられますね。