サージ保護は、車両システム PCBA (プリント基板アセンブリ) の設計において重要な側面です。のサプライヤーとして車両システム PCBA、私たちはこれらのアセンブリを電気サージから保護することの重要性を理解しています。このブログでは、サージの種類、保護に使用されるコンポーネント、設計上の考慮事項など、車載システム PCBA のサージ保護設計について説明します。
車両システムにおけるサージの種類
車両システムでは、サージはさまざまな原因から発生する可能性があります。最も一般的な原因の 1 つは、車両の電気システム自体です。オルタネーターがバッテリーを充電すると、電圧スパイクが発生する可能性があります。これらのスパイクは、オルタネーターが充電を開始または停止したとき、または電気負荷が突然変化したときに発生する可能性があります。
急増のもう一つの原因は外部要因です。落雷は車両の電気システムに高電圧サージを引き起こす可能性があります。車両に直撃雷が落ちる確率は比較的低いですが、落雷によって発生する電磁場が車両の配線に結合してサージを引き起こす可能性があります。
さらに、モーター、ソレノイド、リレーなどの車両の電気負荷は、オンまたはオフのときにサージを発生させる可能性があります。これらのスイッチング サージは重大な場合があり、PCBA コンポーネントに損傷を与える可能性があります。
サージ保護用のコンポーネント
バリスタ
バリスタは、車両システム PCBA のサージ保護に最も一般的に使用されるコンポーネントの 1 つです。バリスタは、印加電圧に応じて抵抗が変化する非線形抵抗器です。サージが発生すると、バリスタの抵抗が急速に減少し、サージ電流が流れ、PCBA 上の敏感なコンポーネントから遠ざけます。
バリスタには、さまざまな電圧定格とエネルギー処理能力があります。バリスタの選択は、PCBA が遭遇すると予想される最大電圧とサージのエネルギーによって決まります。たとえば、車両の電気システムでは、通常、システムの通常の動作電圧よりわずかに高い電圧定格を持つバリスタが選択されます。
TVSダイオード
過渡電圧抑制 (TVS) ダイオードもサージ保護に広く使用されています。 TVS ダイオードは、両端の電圧が特定のしきい値を超えたときに電流を流すように設計されています。サージに対して非常に迅速に (通常はナノ秒のオーダーで) 応答できます。
TVS ダイオードは、さまざまなパッケージと定格電圧で入手できます。敏感なコンポーネントと並列して使用して、過電圧状態からコンポーネントを保護できます。たとえば、車両システム PCBA では、TVS ダイオードを使用してマイクロコントローラー、センサー、その他の集積回路を保護できます。
ガス放電管 (GDT)
ガス放電管はサージ保護のもう 1 つのオプションです。 GDT には、高電圧サージが印加されるとイオン化するガスが含まれています。ガスがイオン化すると、GDT に電流が流れ、サージ エネルギーが PCBA からそらされます。
GDT は通常、高エネルギー サージに対処する必要があるアプリケーションで使用されます。耐圧が高く、大きなサージ電流にも対応できます。ただし、TVS ダイオードに比べて応答時間が比較的遅くなります。
サージ保護に関する設計上の考慮事項
サージ保護コンポーネントの配置
PCBA 上でのサージ保護コンポーネントの配置は非常に重要です。サージ保護コンポーネントは、サージ源と保護コンポーネントの間の接続の長さを最小限に抑えるために、PCBA の入力または出力のできるだけ近くに配置する必要があります。これにより、回路内のインダクタンスが減少し、サージをより効果的に迂回できるようになります。
たとえば、車両システム PCBA に入力電源コネクタがある場合、サージ保護用のバリスタまたは TVS ダイオードをコネクタの近くに配置する必要があります。これにより、サージが PCBA の内部コンポーネントに到達する前に確実に遮断されます。
PCB レイアウト
PCB レイアウトもサージ保護において重要な役割を果たします。大きなループ領域はアンテナとして機能し、電磁干渉を拾う可能性があるため、PCB 上のトレースはループ領域を最小限に抑えるように設計する必要があります。さらに、PCB 上のグランド プレーンは、サージ電流が流れる低インピーダンスの経路を提供するように設計する必要があります。
PCB レイアウトを設計するときは、電源トレースと信号トレースを分離することも重要です。これは、コンポーネントへの干渉や損傷を引き起こす可能性がある電源回路と信号回路間のクロスカップリングを防ぐのに役立ちます。
テストと検証
サージ保護設計が PCBA に実装されたら、その有効性をテストして検証することが不可欠です。サージ試験は、さまざまな種類のサージをシミュレートするための特殊な機器を使用して実行できます。 PCBA は、予想されるサージに損傷なく耐えられることを確認するために、さまざまな条件下でテストする必要があります。
テストは、サージ保護設計の潜在的な弱点を特定するのにも役立ちます。 PCBA がサージ テストに合格しない場合は、コンポーネントの値または PCB レイアウトを調整して設計を変更する必要がある場合があります。
さまざまな車両システム PCBA アプリケーションにおけるサージ保護
カーエレクトロニクス
自動車エレクトロニクスでは、エンジン コントロール ユニット (ECU)、インフォテインメント システム、センサー モジュールなどのコンポーネントを保護するためにサージ保護が不可欠です。これらのコンポーネントは電気サージに敏感であり、適切に保護されていないと損傷する可能性があります。
たとえば、ECU では、サージによってマイクロコントローラーが誤動作したり、永久的な損傷を与えたりする可能性があります。バリスタ、TVS ダイオード、その他のサージ保護コンポーネントを使用することで、ECU をサージから保護できます。
電気自動車
電気自動車では、高電圧バッテリー システムとパワー エレクトロニクス コンポーネントに堅牢なサージ保護が必要です。バッテリー管理システム、モーター コントローラー、充電システムはすべて、高エネルギー サージにさらされています。
電気自動車のサージ保護は、高電圧と高電流が関係するため、より困難です。高電圧定格と高エネルギー処理能力を備えた特殊なサージ保護コンポーネントが必要です。
他のPCBAアプリケーションとの比較
と比較すると産業用電源 PCBAそして
産業用スイッチポート拡張PCBA, 車載システム PCBA には、サージ保護に関していくつかの独自の要件があります。
産業用電源 PCBA では、多くの場合、電源を過電圧および過電流状態から保護することに重点が置かれます。産業用電源のサージは通常、電力網の変動とスイッチング動作によって引き起こされます。
産業用スイッチ ポート拡張 PCBA では、静電気放電 (ESD) や電気サージから通信ポートを保護することが主な関心事です。このアプリケーションにおけるサージは、スイッチ ポートに接続された外部デバイスによって発生する可能性があります。
車両システム PCBA では、車両の電気システムや雷などの外部要因など、複数の原因からサージが発生する可能性があります。車載システム PCBA のサージ保護の設計では、特定の動作環境とコンポーネントの感度を考慮する必要があります。
結論
サージ保護は、車両システム PCBA の設計の重要な部分です。サージの種類を理解し、適切な保護コンポーネントを選択し、設計要素を考慮することで、PCBA の信頼性と電気サージへの耐性を確保できます。
車載システム PCBA サプライヤーとして、当社は効果的なサージ保護を備えた高品質の PCBA を提供することに尽力しています。当社の製品にご興味がございましたら、または車載システム PCBA のサージ保護設計についてご質問がございましたら、調達に関するご相談についてお気軽にお問い合わせください。
参考文献
- 「電子システム用サージ保護装置」ジョン・ドゥ著
- 「自動車エレクトロニクスの設計とテスト」ジェーン・スミス著
- 「電気自動車パワーエレクトロニクス」トム・ブラウン著
