- TVSダイオードのデータシート、数字が多すぎて何を見ればいいかわからない…
- 「クランプ電圧」と「ブレークダウン電圧」の違いって何？
- どの品番を選べばいいのか、選定基準がわからない
- TVSダイオードがサージを吸収する「仕組み」
- 選定に必要な6つのパラメータの意味と見方
- 実務で使える選定手順とチェックリスト
これまでのスナバ回路シリーズでは、RCスナバ、RCDスナバ、アクティブクランプと、「スイッチングサージ」を抑制する方法を解説してきました。
しかし、回路には別の脅威もあります。それが「外来サージ」です。雷サージ、静電気（ESD）、電源ラインからのノイズなど、外部から飛び込んでくる異常電圧は、内部で発生するスイッチングサージとは別の対策が必要です。
この外来サージ対策の「最終防衛ライン」として使われるのが、今回紹介する「TVSダイオード」です。
この記事はスナバ回路シリーズの一部です。基礎から学びたい方は以下もご覧ください。
目次
TVSダイオードとは？
TVSダイオード（Transient Voltage Suppressor）は、過渡的な異常電圧から回路を守る保護素子です。日本語では「サージ保護ダイオード」や「過渡電圧サプレッサ」とも呼ばれます。
TVSダイオードの動作原理
TVSダイオードは、通常時は「何もしない」素子です。回路に影響を与えず、ただ待機しています。しかし、異常電圧が発生すると瞬時に動作して、サージを吸収します。
電圧がブレークダウン電圧以下なら、TVSダイオードはほぼ電流を流さない。回路に影響なし。
異常電圧がTVSダイオードのしきい値を超えると、瞬時に導通開始。
TVSダイオードが大電流を流し、電圧をクランプ電圧に制限。サージエネルギーを吸収。
サージが収まると、再び高インピーダンス状態に戻る。繰り返し使用可能。
TVSダイオードは回路の「避雷針」と考えるとわかりやすいです。普段は何もしませんが、雷（サージ）が来たら自分が受け止めて、建物（回路）を守ります。そして、雷が過ぎ去れば元通りになります。
TVSダイオードの特徴
超高速応答
応答時間は1ns以下
ESDも逃さずキャッチ
大電流吸収
ピーク電流数A〜数百A
雷サージにも対応
繰り返し使用可能
ヒューズと違い交換不要
何度でも動作
スナバ回路とTVSダイオードの違い
「スナバ回路もTVSダイオードもサージ対策でしょ？何が違うの？」と思われるかもしれません。両者は守る対象と脅威の種類が異なります。
比較表：スナバ回路 vs TVSダイオード
| 比較項目 | スナバ回路 | TVSダイオード |
|---|---|---|
| 主な脅威 | スイッチングサージ（内部発生） | 外来サージ（雷・ESD・ノイズ） |
| サージの発生源 | 回路内部（寄生インダクタンス） | 回路外部（電源ライン・I/O端子） |
| サージの頻度 | 毎回のスイッチング（高頻度） | 突発的（低頻度） |
| サージのエネルギー | 比較的小さい | 非常に大きい場合あり |
| 配置場所 | スイッチング素子の近く | 入力端子・I/O端子の近く |
| 目的 | スイッチング素子の保護 | 回路全体・IC の保護 |
スナバ回路：家の中で発生する問題（水漏れ・火の不始末）を防ぐ「内部対策」
TVSダイオード：外から侵入してくる脅威（泥棒・雷）を防ぐ「外部対策」
両方必要ですが、守る対象が異なります。
TVSダイオードが必要な場面
⚡ 電源入力
ACアダプター接続部、バッテリー端子など。電源ラインからのサージ侵入を防ぐ
🔌 通信ポート
USB、HDMI、イーサネット、RS-232など。ケーブル経由のESD・サージ対策
📡 アンテナ端子
RF入力、GPSアンテナなど。雷サージの侵入経路になりやすい
🚗 車載電子機器
ロードダンプ、誘導性負荷サージなど、過酷な電気環境
🏭 産業機器
モーター駆動ノイズ、リレー・ソレノイドのサージ対策
👆 タッチパネル
人体からのESD（静電気）対策。数kV〜数十kVに対応
TVSダイオード選定の6つのパラメータ
TVSダイオードを選ぶとき、データシートで確認すべき6つの重要パラメータを解説します。
パラメータ①：スタンドオフ電圧（VRWM）
TVSダイオードが動作しない最大電圧。この電圧以下なら、TVSダイオードは高インピーダンス状態を維持し、回路に影響を与えません。
選定基準：VRWM ≧ 回路の最大動作電圧
5V回路にはVRWM = 5V以上のTVSダイオードを選びます。電源の変動を考慮して、5.5V〜6V程度のマージンを持たせるのが一般的です。
パラメータ②：ブレークダウン電圧（VBR）
TVSダイオードが導通を開始する電圧。規定の微小電流（通常1mA）が流れ始める電圧で定義されます。
VBR > VRWM の関係があり、通常VBRはVRWMの1.1〜1.2倍程度です。
パラメータ③：クランプ電圧（VC）⭐最重要
規定のピーク電流（IPP）が流れたときのTVSダイオード両端の電圧。これが回路にかかる最大電圧になります。
選定基準：VC ＜ 保護対象ICの絶対最大定格
クランプ電圧は「サージ発生時に回路にかかる電圧」そのものです。この値が保護対象ICの耐圧を超えると、TVSダイオードが動作してもICは壊れます。必ずICの絶対最大定格より低いVCのTVSを選んでください。
パラメータ④：ピークパルス電流（IPP）
TVSダイオードが1回のサージで流せる最大電流。規定のパルス波形（通常8/20μsや10/1000μs）で定義されます。
選定基準：IPP ≧ 想定されるサージ電流
ESD対策なら数A程度、雷サージ対策なら数十〜数百Aが必要になることもあります。
パラメータ⑤：ピークパルス電力（PPP）
TVSダイオードが1回のサージで吸収できる最大エネルギー。VC × IPPで計算されます。
一般的なTVSダイオードは400W〜3000W程度。パッケージサイズが大きいほど高耐量です。
パラメータ⑥：静電容量（CJ）
TVSダイオードの接合容量。高速信号ラインでは、この容量が信号品質に影響します。
高速信号ライン（USB、HDMI等）：低容量品（1pF以下）を選択
電源ライン：容量はあまり気にしなくてOK
一般的に、低容量のTVSは耐量（PPP）が小さい傾向があります。高速信号ラインでは、低容量と高耐量のバランスを考慮して選定してください。
6つのパラメータの関係を図解
6つのパラメータの関係を、電圧-電流特性で整理しましょう。
TVSダイオードの電圧-電流特性
📊 電圧の大小関係
📋 各電圧の意味
| VOP（動作電圧） | 回路の通常動作電圧 |
| VRWM（スタンドオフ） | TVSが動作しない最大電圧 |
| VBR（ブレークダウン） | TVSが導通を開始する電圧 |
| VC（クランプ） | サージ時に回路にかかる最大電圧 |
| VMAX（IC絶対最大定格） | ICが壊れる電圧（超えてはダメ） |
TVSダイオード選定の本質は、「VRWMとVCの間に適切な"窓"を設ける」ことです。
- VRWMが低すぎる → 通常動作でTVSが誤動作
- VCが高すぎる → サージ時にICが壊れる
この「窓」が狭い回路（例：3.3V系）ほど、選定が難しくなります。
ダイオードの特性｜整流作用と順方向電圧降下 →
TVSダイオードの選定手順
実際の選定手順を、5つのステップで解説します。
5ステップ選定フロー
保護したいラインの通常動作電圧（VOP）を確認。電源変動やリップルも考慮。
VRWM ≧ VOP(max) となるTVSを選択。10〜20%のマージンを推奨。
VC ＜ 保護対象ICの絶対最大定格 であることを確認。これが最重要。
想定されるサージ電流・エネルギーに耐えられるか確認。規格要求（IEC 61000-4-5等）も考慮。
高速信号ラインなら低容量品を選択。電源ラインなら通常気にしなくてOK。
選定例：5V電源ラインの保護
5V電源ラインを保護するTVSダイオードを選定してみましょう。
| 回路の動作電圧 VOP | 5V（最大5.5V） |
| 保護対象ICの絶対最大定格 | 7V |
| 想定サージ | IEC 61000-4-5 Level 2 |
【選定プロセス】
STEP 1：VOP(max) = 5.5V
STEP 2：VRWM ≧ 5.5V → VRWM = 5.5V〜6Vの品番を探す
STEP 3：VC ＜ 7V → VC = 9.2V…これでは7Vを超えてしまう！
⚠️ 問題発生：VRWM = 5.5Vの一般的なTVSは、VCが9V前後になることが多い
5V系のように「動作電圧」と「ICの絶対最大定格」の差が小さい回路では、VCがICの耐圧を超えてしまうことがあります。この場合は、低クランプ電圧品（Low Clamp TVS）や複合型保護素子を検討してください。
選定例：12V電源ラインの保護
12V電源ラインは「窓」が広いため、選定が比較的容易です。
| 回路の動作電圧 VOP | 12V（最大14V） |
| 保護対象ICの絶対最大定格 | 25V |
【選定プロセス】
STEP 2：VRWM ≧ 14V → VRWM = 15V を選択
STEP 3：VC = 24.4V（SMBJ15Aの場合）＜ 25V → OK！
✅ SMBJ15A などが候補
TVSダイオードの種類と使い分け
単方向 vs 双方向
単方向（Unidirectional）
- 正方向のみ保護
- DC電源ラインに最適
- 型番末尾が「A」（例：SMBJ5.0A）
- クランプ電圧が低い
双方向（Bidirectional）
- 正負両方向を保護
- AC・信号ラインに最適
- 型番末尾が「CA」（例：SMBJ5.0CA）
- 対称的な特性
パッケージと耐量の関係
| パッケージ | PPP目安 | 用途 |
|---|---|---|
| SOD-323 / 0402 | 200〜400W | ESD保護、省スペース |
| SMA / DO-214AC | 400W | 一般的なサージ保護 |
| SMB / DO-214AA | 600W | 中耐量 |
| SMC / DO-214AB | 1500W | 高耐量、電源ライン |
| 5KP / P600 | 5000W | 雷サージ、産業用 |
主要メーカーと代表品番
| メーカー | シリーズ例 | 特徴 |
|---|---|---|
| Littelfuse | SMBJ, SMAJ, 5KP | 業界標準、豊富なラインナップ |
| Vishay | SMAJ, P6KE | 高信頼性、車載グレードあり |
| STMicroelectronics | SM6T, ESDA | 車載・ESD保護に強い |
| Nexperia | PESD, PTVS | 低容量ESD保護に強い |
| ON Semiconductor | ESD9, SZNUP | USB/HDMI向けアレイ品 |
SMBJ5.0A
・SMB：パッケージ（SMB = 600W）
・J：シリーズ記号
・5.0：VRWM = 5.0V
・A：単方向（CAなら双方向）
選定チェックリストとまとめ
✅ TVSダイオード選定チェックリスト
- □ VRWM ≧ 回路の最大動作電圧（マージン10〜20%）
- □ VC ＜ 保護対象ICの絶対最大定格（最重要！）
- □ IPP・PPP ≧ 想定サージ電流・エネルギー
- □ 高速信号ラインなら低容量品（CJ ＜ 数pF）
- □ DCラインなら単方向、AC/信号ラインなら双方向
- □ パッケージサイズは実装面積と耐量のバランスで選択
まとめ
TVSダイオードの選び方について、6つのパラメータと選定手順を解説しました。
📌 この記事のポイント
- TVSダイオード：外来サージから回路を守る「最終防衛ライン」
- 最重要パラメータ：VC（クランプ電圧）＜ ICの絶対最大定格
- VRWM：通常動作で誤動作しないよう、動作電圧より高く設定
- IPP・PPP：想定サージに耐えられる耐量を選定
- CJ：高速信号ラインでは低容量品を選択
VOP ＜ VRWM ＜ VBR ＜ VC ＜ VMAX(IC)
この順序を守れば、TVSダイオードは正しく機能します。
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ノイズ発生メカニズムを理解する
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サージ対策を体系的に学びたい方は、以下の順番で読むのがおすすめです：
- スナバ回路とは？（基礎）
- RCスナバ回路の設計計算
- RCDスナバ回路の設計
- アクティブクランプ回路
- TVSダイオードの選び方（この記事）
