MOV（酸化金属バリスタ）完全ガイド：仕組み・選定・回路設計
MOVとは？すべてのプロジェクトが大電圧電源を必要とするわけではありません。時には、回路に特定の電圧量を供給したり、コースを損傷から保護したりする必要があります。
したがって、高電流レベルから回路を保護し、電圧を調整し、デバイス故障を防ぐものが必要な場合、ここが正しい場所です。
この点において、回路に必要な正確な電圧を得るのはほぼ不可能です。幸い、解決策があります。
必要なのは酸化金属バリスタだけです。
また、酸化金属バリスタの設計は通常のダイオードと似ているため理解しやすいです。
この記事では、適切なMOVを選択し、PCB用に構築するために必要なすべてを提供します。
準備はいいですか？では始めましょう。
標準MOV
MOVとは？
電子世界のさまざまなアプリケーションは、高電流や電圧からの保護を必要とします。例えば、回路が3.3V電源を必要としているのに5.5V電源が供給された場合、過剰な電力が電気部品を損傷する可能性があります。
ここでMOVが役割を果たします。
MOVと言いますが、MOVビデオやファイル形式のMOVファイル拡張子を指すのではありません。酸化金属バリスタについて話しています。
酸化金属バリスタは、回路保護に使用される一般的なタイプのバリスタです。酸化亜鉛と他の金属酸化物（コバルト、マンガンなど）の混合物を特徴とします。さらに、これらのコンポーネントは2つの電極（金属板）の間に留まります。
また、MOVは短い電圧バーストから幅広い重機器を保護するための重要なコンポーネントです。
MOV搭載回路基板
出典：Explainthatstuff.com
つまり、MOVは互いに並列接続されたダイオードの集合体です。このダイオードの集合体がダイオード境界接合を作ります。また、並列モード設計により、エネルギーをより良く処理できます。しかし、より良い電圧定格を提供したい場合は、ダイオードを直列に接続します。
MOV：ダイオードの集合体
出典：Flickr
MOVは可変抵抗器の一種と見なされています。回路に印加する電圧量に応じて抵抗を変化させます。
高電流が通過するとMOVは抵抗値を低下させます。また、ショートサーキットとしても機能します。したがって、電圧スパイクからコースを保護するためにヒューズと並列にMOVを見つけることができます。
バリスタ S14K385
出典：Wikimedia Commons
MOVの動作原理
前述の通り、MOVは印加電圧に応じて抵抗を変化させる可変抵抗器タイプです。ポテンショメーターとは異なり、MOVの抵抗は電圧が上昇すると減少し、逆もまた然りです。
では、このサージプロテクターはどう動作するのでしょうか？
正常動作時、MOVの抵抗は高いため、最小限の電流のみを消費します。
しかし、ネットワークでサージが発生すると、MOVはクランピング電圧の閾値電圧を超えて上昇し、より多くの電流を引き出します。
この理由で、MOVはサージを消散させ、他の電子部品を損傷から保護します。
しかし、落とし穴があります。
MOVは短いサージや電圧スパイクに対してのみ回路を保護できます。持続的なサージはMOVとコースの両方を損傷します。また、繰り返しの高電圧スパイクにMOVをさらすと、その特性が劣化します。
どうやって？サージが発生するたびにMOVのクランピング電圧が低下するためです。しばらくすると破壊される可能性があります。
幸い、この問題への簡単な解決策があります。
大多数のMOVがヒューズ（サーマルスイッチ）と直列に接続されているのがわかります。ヒューズはMOVが回路から高電流レベルを引き出すと作動します。トランジェント電圧がコンポーネントを通過すると、MOVは次のサージに備えます。
MOVの性能
このバリスタは主にライン電圧サージサプレッサーとして機能します。電圧がクランピング電圧より低い場合、電気を伝導しません。しかし、MOVが処理できるサージスパイク定格より高いサージスパイクを受け取ると、MOVは機能しません。その結果、MOVが損傷します。
損傷したMOV
また、バリスタの性能は時間の経過とともに低下します。MOVの寿命はメーカーのチャートで確認できます。メーカーのグラフは、時間、電流、コンポーネントを通過するトランジェントパルスの数に関する詳細な読み取り値と図を提供します。
電圧サージサプレッサー
エネルギー定格もMOVの性能に影響する要因です。エネルギー定格が増加すると、バリスタの寿命に影響します。この理由で、MOVが処理できるトランジェントパルスの数が変化します。
また、より多くのバリスタを並列に接続することで性能を向上させることもできます。定格を上げることもMOVの性能向上に役立ちます。
MOVの性能のもう1つの優れた点は応答時間です。MOVはナノ秒単位でスパイクをショートさせることができます。しかし、コンポーネントリードのインダクタンスや実装設計方法などの特定機能が応答時間に影響する可能性があります。
MOVの仕様
MOVを購入または製作する際に注意すべき点は以下の通りです：
最大動作電圧
MOVが処理できる最大定常状態DC電圧です。通常、リーク電流の値は指定値未満である必要があります。
バリスタ電圧
電圧用にMOVを選択する際、最大連続RMS電圧は予測電源電圧より少し高くする必要があります。例えば、230V電源に対して260V RMS。
最大クランピング電圧
コンポーネントに特定のパルス電流を適用すると得られます。最大ピーク電圧を達成するのに役立ちます。また、MOVがサージ電流を消散・伝導できる電圧です。
サージ電流
サージ電流は、デバイスが損傷なしで処理できる最高ピーク電流です。通常、特定の期間で発生します。MOVはサージ電流を分流しながら、通常電流で回路を電源投入できる必要があります。
サージシフト
サージシフトは、サージ電流がMOVを通過した後の電圧変動です。サージが発生すると、定格クランピング電圧が低下し、波の後に電圧変動が生じます。
エネルギー吸収
エネルギー吸収は、多くの問題なく特定の波形が消散できる最大エネルギーです。
すべてのデバイスを動作させるには、所定の値を持つ特定の制御回路を使用してこの値を決定できます。
また、標準トランジェントx/yでエネルギーを表現できます。ここでyはピーク値の半分に達するのに必要な持続時間、xは急速な上昇です。
静電容量
MOVが誘電体を挟んだ2枚の金属板であるため、nF範囲でコンデンサとして機能します。したがって、サイズが大きいほど静電容量も大きくなります。しかし、サージイベントが発生するまで、これはACまたはDC電力供給には影響しません。
リーク電流
任意の機器のACまたはDC回路からグランドに流れる電流がリーク電流です。また、クランピング電圧以下で動作時にバリスタが引き出す電流量を指します。
応答時間
応答時間とは、サージイベント後にMOVが伝導を開始するまでの時間を指します。MOVの標準応答時間は500ピコ秒です。しかし、ほとんどのトランジェント電圧は立ち上がり時間が遅いため、応答速度を比較する必要はありません。同様に、回路がリード付きMOVの応答時間に直接影響します。
最大AC電圧
最大AC電圧は、バリスタに継続的に転送できる最大RMS電圧です。最大RMS値を選択する際、実際のRMS電圧より少し高くする必要があります。
MOV回路
MOVはヒューズと並列に接続されているのが一般的です。MOVが電子回路でどのように機能するかを示す回路図を紹介します。
MOV回路図
回路電圧が定格限界内にあるとき、MOVは高抵抗を持ちます。しかし、電圧スパイクが発生すると、それがMOVを横切って移動し、MOVの抵抗を低い値に減少させます。したがって、電流はMOVではなく回路を通ります。したがって、ショートサーキットになります。
この理由で、電圧の大きなスパイクがMOVを通ります。したがって、ヒューズが切れ、回路を商用電圧から切り離します。
ただし、トランジェント電圧の場合、高電圧は常に正常に戻ります。また、高電流の持続時間はヒューズを損傷するほど長くありません。したがって、電圧が正常化すると回路は通常動作を再開します。
回路で損傷したMOVを見つけた場合、複数の高い余分な電圧スパイクの結果である可能性があります。
自作方法
酸化金属バリスタは、金属酸化物のセラミック粉末とビスマス酸化物やマンガン酸化物などの他の金属酸化物で作成できます。最も重要なのは、MOVは酸化亜鉛（90%）と少量の他の金属酸化物で構成されることです。金属酸化物のセラミック粉末を2つの電極（金属板）の間に保持する必要があります。
さらに、金属酸化物粒子が各ダイオード間にダイオード接合を作成します。したがって、MOVは直列接続された複数のダイオードです。金属板に小さな電圧を印加すると、すべての接合部で逆漏れ電流が発生します。
サージプロテクター
MOV記号
バリスタ記号はサーミスタの文字にかなり似ています。対角線が通った長方形の基本的な抵抗器記号を持ちます。また、バリスタ記号の本体と平行な小さな追加部分を備えています。これはバリスタの非線形な性質を示しています。記号の外観は以下の通りです：
MOV記号
保護用の適切なMOV選定
金属酸化物バリスタとは何か、トランジェント電圧から回路を保護する仕組みを理解したところで、適切な金属酸化物バリスタを選択するためのヒントをいくつか紹介します。
- 金属酸化物バリスタを選択する際最初に行うべきことは、連続動作電圧を決定することです。これはバリスタに印加する電圧です。したがって、印加電圧よりわずかに高い最大DCまたはAC電圧を持つバリスタを選択する必要があります。
通常、実際のライン電圧より10-15%高い最大定格電圧のバリスタを選択します。
したがって、低リーク電流を目指す場合、より高い動作電圧のバリスタを使用できます。
- サージスパイク時にバリスタが吸収できるエネルギー量を把握します。シンプルな実験で決定できます。サージ時のバリスタの最大負荷をデータシートの仕様で使用します。
実験が完了したら、サージ時の必要エネルギー消散と等しいかわずかに高いエネルギーを消散する金属酸化物バリスタを選択します。
- バリスタを通過するサージ電流を計算します。あらゆるイベントで必要な電流定格と同等またはわずかに高いサージ電流を持つバリスタを選択してください。
- 同様に、必要な電力消散も見つける必要があります。あらゆるイベントで回路が必要とする電力処理と等しいか超える電力定格のバリスタを選択してください。
- 電力、サージ電流、エネルギー定格の選択に不安がある場合、常により高い電力、エネルギー定格、サージ電流を持つデバイスを選択してください。
- 最後に、入力または出力で許容される最大電圧値に基づいて選択できる適切なクランピング電圧を提供する正しいモデルを選択します。回路が許容電圧を処理できることを確認してください。
MOVの用途
金属酸化物バリスタはさまざまな用途に使用できます。電圧スパイクのリスクがある回路でMOVを使用できます。サージ保護とストリップはMOVのより一般的な用途です。
サージプロテクター回路
また、商用電源に接続された電源、さまざまな通信回線、データシステム、デジタルカメラ、コンピューター、電力システム、パーソナルデジタルアシスタント、MP3プレーヤーでMOVを見つけることができます。
あまり一般的ではないMOVの用途には、検出、変調、周波数変換用のマイクロ波ミキサーが含まれます。
まとめ
保護用の適切な金属酸化物バリスタを選択するのはロケットサイエンスではありません。MOVの仕組みと値の選び方を理解するだけです。
センシティブな電子回路でのバリスタの役割は、電圧が設定値を超えないようにすることです。これにより、バリスタがショートサーキットになり、電流の流れを遮断し、余分な電圧による損傷を防ぎます。
MOVについてご質問や懸念がありますか？お気軽にお問い合わせください。喜んでお手伝いいたします。
産業技術