USB Type‑Cは、標準化された物理コネクタとマルチプロトコルの多重化により、統一された通信インターフェースを実現しています。一方、Power Delivery（PD）プロトコルは5Vから最大28Vまでの高電圧へと進化し、これによりType‑Cはまさに“ユニバーサルなインターフェース”となっています。
28V PDは、100Wという出力の壁を打ち破るだけでなく、デバイスへの給電方式を再定義し、「単一ケーブルによるソリューション」を業界標準へと押し上げています。これにより、家電製品、業務用機器、産業用途の各分野で革新的な変革がもたらされる一方で、環境の持続可能性の向上と産業の高度化が同時に進んでいます。USB Type-C + 28V PDは、未来のスマートデバイスをつなぐ基盤インフラとなっています。「一つのインターフェースで世界をつなぐ」というビジョンを実現しました。
28VのPDポートにおいて、下流側のIC（PD側）は、過電圧保護のしきい値である28Vの+20％（33.6V）に対応するため、内部部品の耐電圧を従来の30Vから40Vへアップグレードする必要があります。同時に、後段におけるTVSサージ保護用クランプ電圧は、保護用チップを過電圧から守るため、40V以下でなければなりません。Aiweiの「フラットクランピング」技術は、強固な結晶壁のような働きをします。正確で信頼性の高い保護を実現できます。
図1：タイプCポートにおけるサージイベントとTVSによるサージ保護のクランプ動作
28V PDポートのシナリオにおいて発生するサージのレベルとエネルギーに関する詳細な解説
サージ試験の規格および波形パラメータ
28V PDポートのサージ試験は、IEC 61000-4-5に準じて、合成波形である1.2/50 μs（電圧波）および8/20 μs（電流波）を用いて実施され、USB‑IF認証において必須の試験項目です。
1. 標準波形パラメータ
電圧波形（1.2/50 μs）：波頭時間1.2 μs、半値時間50 μs
電流波形（8/20 μs）：立上り時間8 μs、半値幅20 μs
試験電源の内部抵抗：2 Ω（開放電圧と短絡電流の比）
図2サージ波形パラメータの定義
サージレベルおよび電圧・電流パラメータ
28V PDポート過電圧試験の試験レベルおよびパラメータ表：
表1 28V PDポートのサージ試験レベルおよび試験条件
（注：実際の試験において、28V対応のPD製品は通常、レベル3またはレベル4の規格に適合する必要がありますが、一部のハイエンド機器については特別レベルの要件を満たすことが求められます。）
サージエネルギーの計算と数値
1. エネルギー計算手法
サージエネルギー（E）の計算式：E = ∫i²·R·dt ≈ (Ipp)²·R·T
その中には：
イップ：サージピーク電流
R：テスト信号源の内部抵抗（2 Ω）
T：現在の持続時間（20 μs）
2. 各学年のエネルギー値を上昇させる
表2各グレードにおけるサージエネルギーのレベル
（注：動作電圧が高いため、28V対応のPDポートでは、標準的なUSBポートに比べて約30％～50％多いサージエネルギーが必要です。）
現在のソリューションにおける技術的な課題
クランプ電圧曲線上に示されるように、理想的なクランプ電圧と個別製品の実際のTVS素子のクランプ特性との間には、若干の差異が存在します。次の図は、過渡的なサージにさらされた際の理想的なクランプ電圧の応答を示しています。
図3理想的なサージ保護電圧波形
28VのPD電源の通常動作電圧は、一般に±20％の電圧変動に対応できるよう設計されており、すなわち最大動作電圧33Vが確保されていることが求められます。では、VRWMが33Vのディスクリート部品を引き続き使用した場合に何が起こるかを考えてみましょう。
表3 33V VRWMディスクリート素子の性能
従来のディスクリート型TVS素子は、動作開始後、温度上昇に伴って動的抵抗Rdが増大する（正の温度係数を示す）。この抵抗の増加により、消費電力P = I² × Rdはさらに上昇し、正帰還が生じる。サージエネルギーの注入が継続する中、熱放散速度が発熱速度を下回ると、接合部温度は指数関数的に上昇し、その過程において熱電フィードバックループは不安定化する。最終的に、「ラクダのこぶ」（膨らみ）状のVクラムプ曲線が形成された。
図4従来型のTVSダイオードによるサージ保護動作時の電圧リンギング現象
差異分析：
1. 温度と環境リスク
表4：温度と環境リスク要因
2. PCBレイアウトと寄生パラメータのリスク
主要なリスクの結論：従来型の個別実装36 VクランプTVSダイオードと定格40 Vのチップを組み合わせて28 VのPDポートに適用すると、安全余裕が極めて小さく（わずか10％）、サージ試験の合格率は著しく低く、長期信頼性も劣るため、極めて高いリスクが生じます。TVS素子の故障は、直接的にチップの損傷を引き起こす可能性があります。
Aiwei社のフラットクランプ式サージ保護技術
アナログ・デジタルハイブリッドソリューションのリーディングプレイヤーであるAiwei Electronicsは、超低動的抵抗、抜群の保護性能、そして極めてコンパクトな設計を備えたプレミアムなPlus‑TVSシリーズのチップを発売し、幅広い電子機器に堅固な“セキュリティ装甲”を構築しています。
過渡電圧抑制分野をリードする製品として、AiweiのPlus‑TVSシリーズチップは独自のフィードバック機構を備え、高精度でソフトなクランピングを実現します。200 V、8/20 µsのサージ電流パルス下において、これらのデバイスはシステムの接触電圧を40 V未満に確実に抑制するとともに、わずか5 mΩの動的抵抗を維持し、落雷や送電網の電圧変動に起因する高エネルギーの過渡サージから容易に保護します。産業用信号ラインに対する一般的なEMC要件に対応し、42 Ωの抵抗を介して結合した場合、IEC 61000‑4‑5に従って最大1 kVの開放端電圧に耐えることができます。同時に、IEC 61000‑4‑2のレベル4に準拠したESD保護機能も統合しています。この包括的なソリューションは、静電気による“落雷”と過渡電圧による“津波”の両方を効果的に遮断し、過渡電圧が発生源で機器に損傷を与えるのを未然に防止します。
図5平面クランプ保護技術
従来のTVSソリューションには、クランプ電圧範囲が過度に広いことと、早期に電流が分流してしまうという二つの欠点があります。先端プロセスノードが要求する狭まる電圧マージンを満たすことがますます困難になっており、チップの故障リスクが高まっています。さらに、ゲート・ドレイン間の結合静電容量により、放電用トランジスタは過早にオン状態となりやすく、有用なエネルギーが予定より早く消費されるおそれがあります。それは所望の信号を減衰させ、回路の効率を低下させるとともに正常な動作を妨げる。
図6測定された突入電流波形および保護用電圧波形
Aiwei Plus‑TVSシリーズのチップは、クランプ電圧を最適化し、極めて狭い範囲に抑えつつ、誤作動による誤トリガーの発生を低減するという利点を備えた、当社独自の過電圧保護特許技術を統合しています。これにより、優れた耐サージ性能を実現しています。Awei社独自のソリューションは、放電管の駆動回路において放電電流を高精度で制御することを可能にします。その結果、動的抵抗Rdynは大幅に低下し、クランプ電圧の平坦性が向上する。さらに、制御ループへの介入により、リリーフラインの過早作動を効果的に防止し、保護回路の正常な動作に対する悪影響を排除した。先進的な国内プロセス技術を統合することで、よりコンパクトなリリーフライン設計が実現し、チップの一体化が一段と高まりました。より幅広い小型化されたアプリケーションシーンに適応します。
高精度回路を守り、信頼性の高いイノベーションを実現します。AiweiのプレミアムなPlus‑TVSシリーズチップは、あらゆる電子機器が過渡的な電圧サージに確実に対処できるようにし、最先端製品の信頼性ある動作を確保するとともに、回路保護の第一選択としてエンジニアの高い信頼を得ています！
沪ICP备10011954号 |
沪公网安备 31011202011955号
