MOVの直列および並列動作

日本語フォーラム よくある質問
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ほとんどの場合、設計者は標準カタログモデルから希望の電圧定格を満たす金属酸化物バリスタ（MOV）を選択することができます。 電圧定格やエネルギー/電流定格の仕様によっては、標準カタログモデルが要件に適合しない場合もあります。 このような場合には、バリスタを直列または並列に配置して希望の定格を満たすか、または工場に独自のアプリケーション要件を満たす「特別仕様」の製造を依頼するかの2つの選択肢が考えられます。

バリスタの直列および並列使用に関する推奨事項

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バリスタの直列動作

バリスタは、次の2つの理由のいずれかにより直列に接続されます。

  1. 利用可能な定格を超える電圧定格を提供するため
  2. 標準仕様の電圧間の電圧定格を提供するため

副次的な利点として、直列接続されたバリスタは、同等の単体デバイスよりも高いエネルギー定格を達成することができます。例えば、VRMS定格が375V ACで、ITMピーク電流耐量が6000Aのリード実装バリスタが必要なアプリケーションを想定します。ITM要件によりバリスタのサイズが決まります。375V AC付近のLAシリーズの電圧定格を調べると、320V品と420V品のみが利用可能です。320V品は低すぎ、420V品（V420LA40B）はクランプ電圧が高すぎます（100AでVCは1060V）。

V130LA20BとV250LA40Bの直列接続の場合、最大定格電圧は電圧の合計、すなわち380Vとなります。クランピング電圧VCは、 個々のバリスタのクランピング電圧の合計、すなわち100Aで945Vとなります。ピーク電流能力は依然として6500Aですが、エネルギー定格は個々のエネルギー定格の合計、つまり200Jとなります。まとめると、バリスタは、同一のピーク電流定格（ITM）すなわち同じディスク直径であれば、直列に接続することができます。 複合的なV-I特性、エネルギー定格、および最大クランプ電圧はすべて、個々のバリスタの特性や定格を合計すると決まります。

バリスタの並列動作

アプリケーション要件によっては、高エネルギーシリーズのバリスタが個別に供給できるピーク電流およびエネルギー放散よりも高い値が必要になる場合があります。このような場合、論理的な代替策はバリスタを並列に接続できるかどうかを検討することです。

幸いにも、Littelfuseのバリスタはすべて、高電流領域において並列接続を可能にする特性を備えています。この特性はバリスタの直列抵抗であり、V-I特性の「上昇領域（up-turn region）」において顕著に現れます。この上昇は、バリスタ特性に固有の線形抵抗成分に起因するものです。これは、低電流領域では不可能だった負荷共有を強制的にある程度実現する、直列のバランスまたはバラストインピーダンスとして機能します。

クランプ電圧が600Vの場合、最大スペックのサンプル品と仮に20%低い下限サンプル品との間の電流差は20対1以上になります。したがって、電流の分担はほとんどなく、電流が流れるのは一方のバリスタだけです。もちろん、10A～100Aの範囲の低電流レベルでは、これは許容できるでしょう。1000Aを超える高電流レベルでは、上昇領域に達し、電流分担が著しく改善します。

例えば、クランプ電圧が900Vの場合、それぞれのバリスタ電流は2500Aと6000Aです。理想的な共有とは程遠いですが、この図は、単一のバリスタで達成可能な電流およびエネルギーよりも高い電流およびエネルギーを達成するための並列接続の実現可能性を示しています。実際には、並列動作を可能にするには、バリスタを高電流パルス試験で一致させる必要があります。

パルス試験は、8/20µsまたは同様のパルスを使用して、1kA以上の範囲で行う必要があります。ピーク電圧を読み取り、記録する必要があります。これにより、100A～10,000Aの範囲で高電流特性を外挿することができます。これは、測定したデータポイントを使用して、データシートの曲線に平行な曲線をプロットすることで行います。

この技術により、下記に示した仮想的な例における最悪に近いケースから、電流の共有を大幅に改善することができます。

Image of parallel operation of varistors by graphical technique DigiKey Littelfuse
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技術的なヒント： バリスタは並列にすることができますが、電圧電流特性の全範囲にわたってデバイスを一致させる場合のみ、良好な電流共有が可能です。並列化が必要なアプリケーションの場合は、DigiKeyにご相談ください。

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出典 - Littelfuse: Varistor Design Examples
Metal Oxide Varistor (MOV) Specifications & Selection Guide
DigiKeyのバリスタ、MOVの選択はこちらをクリック

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