電子機器は、特定の最大供給電圧で動作するように設計されています。最大許容電圧を超えると、回路が過電圧を受けると、電線が溶けたり、デバイスが動作しなくなったり、パッケージが膨らんだり、物理的な穴が開いたり、ひび割れが生じたり、デバイスが炎上したりするなど、大きな損傷が発生する可能性があります。
過電圧の原因は何ですか?
デバイスに指定された制限を超える電圧が、最も一般的な故障の原因です。電圧が設計限界を超えて上昇すると、過電圧が発生します。電力サージ、不適切な入力電源、過度の温度、機械的衝撃、静電放電、電源ピンとグランドピン間の抵抗の低下、ピンのショート、デバイスの故障などにより、過電圧状態が発生する可能性があります。イベントの持続時間に応じて、過渡現象、電圧スパイク、または電力サージと呼ばれます。
電子機器を過電流による損傷から保護する安全装置（ ヒューズなど）が存在します。ただし、電源に過渡現象や高電圧のスパイクが発生した場合は効果がない可能性があります。トランジスタ も、保護機能を提供し、同時にスイッチと増幅器として機能することができます。ただし、通常はミリアンペア範囲の小さな電子電流を処理します。
図1: サイリスタは単純なデバイスですが、過電圧の状況で強力な保護を提供します。（出典：BBC）
比較すると、サイリスタは数百ボルト、最大10アンペアの範囲の電流を扱い、変動電流や過電流の状況がある場合に特に役立ちます。これらは、工場の電源スイッチ、自動車の点火装置、サージ保護装置、サーモスタット、電動モーターの速度制御、ソリッドステートリレーなどに使用され、通信機器にもよく見られます。過電流の状況では、サイリスタがオンになり、回路がリセットされるまでその状態を維持します。
双方向サイリスタ
サイリスタ ファミリの例としては、 ON Semiconductorの NP1800SAT3G NPシリーズ サイリスタ サージ プロテクタがあります。これは、中央局、アクセス、顧客構内機器などの通信回路で使用される高電圧双方向サイリスタ サージ プロテクタ デバイス (TSPD) で、過電圧状態から保護します。
双方向デバイスであるため、2つのデバイスの機能を1つのパッケージにまとめており、貴重な基板スペースを節約します。これらのデバイスは、過電圧が発生するとバールとして機能し、保護対象の回路またはデバイスからエネルギーを逸らします。ON SemiconductorのNPシリーズの使用は、メーカーがさまざまな規制要件を満たすのに役立つように設計されています。
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Bourns TISP400H1BJR-Sサイリスタは、通常、AC電源システムまたは電話回線に誘導または伝導される雷撃障害によって引き起こされるデジタル通信回線の過電圧を制限するように設計されています。 1つのデバイスで、変圧器の巻線と低電圧電子機器の2点保護を実現します。
プロテクターは対称電圧トリガー双方向サイリスタで構成されています。動作中、過電圧は最初にブレークダウン クランプによってクリップされますが、電圧が上昇してデバイスが低電圧オン状態に移行するレベルまで上昇します。低電圧オン状態では、過電圧によって生じた電流がデバイスを通じて安全に迂回されます。迂回電流が保持電流値を下回ると、デバイスの電源がオフになります。
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STMicroelectronicsのSMTPA62 Trisil™ サイリスタ も通信機器の保護に使用されます。特長としては、双方向クローバー保護、62 V ～ 320 Vの電圧範囲、50 Vで12 pF ～ 20 pFの低静電容量、低リーク電流 (最大IR = 2 μA)、最小 = 150 mAの保持電流などがあります。
通信分野のアプリケーションには、xDSL、T1/E1、ISDN、端末（電話、FAX、モデム）、中央オフィス機器などのアナログおよびデジタル ライン カードが含まれます。
STMicroelectronics のTrisilシリーズは、AC電力線によって誘導される雷や過渡現象から機器を保護するように設計されています。SMA、SMB、DO-15パッケージでご利用いただけます。Trisilシリーズのサイリスタは経年劣化がなく、短絡時にフェイルセーフ モードを提供して保護を強化します。これらは、機器がUL1950、IEC950 / CSA C22.2、UL1459、FCCパート68などのさまざまな規格を満たすのに役立ちます。
もう1つの例として、 Littelfuseの SDP1800Q38CBサイリスタSIDAC 170 V 30 A 8ピンQFNデバイス が挙げられます。これは、VDSL2、ADSL2、ADSL2+ に過電圧保護を提供し、データ信号への影響は最小限に抑えられます。 この設計により、高帯域幅アプリケーションと互換性のある容量負荷特性が得られます。表面実装パッケージは、雷サージに関するほとんどの世界標準および推奨事項を上回るサージ容量を提供します。
このデバイスは、バランスのとれた過電圧保護、低歪み、挿入損失、薄型を特徴としています。
サイリスタとは何ですか?
サイリスタは固体である 半導体 N材料とP材料が交互に4層になった構造 (PNPN)。ゲートが電流トリガーを受信するとデバイスは導通し、電圧が反転しない限り導通し続けます。多くの種類がありますが、最も一般的なものには、ダイアック（ダイオードAC）、トライアック（三極管AC）、シリコン制御整流器などがあります。サイリスタは、アノード、カソード、ゲートの3つの端子を備えた電子部品です。
抵抗器の両端の電圧が上昇すると、サイリスタがオンになり、ヒューズが切れるまでの数ミリ秒間、電源レールが短絡します。サイリスタが高速になればなるほど、応答時間も速くなります。ゲートの役割は、アノードとカソードの間の電流の流れを制御することです。ヒューズはサイリスタよりも1,000倍遅く、比較すると、作動にはわずか数マイクロ秒しかかかりません。
サイリスタは回路内でどのように動作するのでしょうか?
サイリスタは単方向性であり、ゲートにトリガー電流が印加されたときにのみ電流を一方向に伝導します。小さなゲート電流はより大きなアノード電流を制御し、導通を維持するにはアノード電流が保持電流よりも大きくなければなりません。
サイリスタは、一度「オン」にトリガーされると整流ダイオードとして機能します。トリガーされると、アノード電流がラッチ電流を上回っている限り、ゲート電流が適用されなくなった場合でも「オン」にラッチされ、導通します。ゲートに電流が流れなくなると、デバイスのスイッチがオフになり、電流はアノードからカソードに流れなくなります。サイリスタには可動部品がなく、接触してもアークを発生せず、腐食や汚れに反応せず、大量の電力を消費することなくAC負荷電流の平均値を制御できます。
サイリスタ回路の応用
サイリスタは、順方向電流が各サイクル中にゼロに低下するAC回路でよく使用されるため、常にターンオフ機能が備わっています。つまり、ゲートをオンに戻すには、各サイクルでゲートをトリガーする必要があります。しかし、サイリスタの最も重要な役割は、これらの機能のタイミングを調整して、今日の壊れやすい電子機器に十分な電力制御と保護を提供することです。