ダイオード発熱の回避・対策

質問

車用12Vサブバッテリーを充電するために、メインバッテリに繋ぎ、６Aで電流を流していました。もの凄く発熱します（＠＠；　というか６Aダイオードが壊れました。

３Aを２個でヒートシンクを付けたのですが、やはりかなりの高温になっています。電気素人ですが、こういう時の回避方法・発熱しない対策を教えてほしいです。
黒ベースの灰色ラインの普通のダイオードを使っています。

回答No.1

double_triode · ベストアンサー

電圧降下が小さい「ショットキーバリア」型のダイオード
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-06168/
を使ったらどうですか。リンクの製品だと，6Aで0.4Vくらいになるようですから，ダイオードの発熱量は2.4Wくらいになるでしょう。中空配線にせず放熱器をつけるなら，厚いアルミ板にこのダイオードぴったりの大きさの穴をあけ，耐熱接着剤で固定するといいかもしれません。

なお，ダイオードを並列にした場合，電流が流れやすいほうに電流が集中しますから，まずそちらが焼けるでしょう。つぎの瞬間には，もう一方が全電流を負担することになり一家心中。バランスをとるための低抵抗を直列に入れるほうがいいと思います。

お礼

大感謝です！
「ダイオードの発熱量は2.4Wくらい」「中空配線にせず放熱器をつけるなら，厚いアルミ板にこのダイオードぴったりの大きさの穴をあけ，耐熱接着剤で固定する」素晴らしい知識、ありがとうございます！初心者じゃこういう知識も得難く、助かります！

＞バランスをとるための低抵抗を直列に入れるほうがいいと思います。
これ、何のためなのでしょうか？抵抗値はどの程度なのでしょうか。

仕様書に「Low thermal resistance」という低熱になっていますが、普通の製品はなぜ高熱になるのでしょうか？手持ちの３Aや６Aの製品も、こんなに熱くなると使えないのに、私の使い方と常識が間違っているのでしょうか？？？ バッテリの間に直接入れるのではなく、何か工夫をすべきなのでしょうか。。。例えば手元に100W 0.33Ωのメタルクラッド抵抗が沢山あるのですが、こういうのは使えるのでしょうか ^^；

補足

100W 0.33Ωをダイオードと2個直列にして、0.66Ωとすると、12Vでの電流量は18Aになり、ダイオード自体の発熱は減るのでしょうか？？

回答No.6

sailor

補足に張られていたURLを見ました。太陽光発電用の逆流防止回路ですね。対象リチウムイオン電池（1本から6本を直列接続する回路用）向けですが、電圧の範囲に問題なければ使用できるでしょう。表記によればショットキーバリアダイオードよりも低い順方向電圧降下で発熱量も少ないとありますし、入出力間で逆宝庫の電圧なった場合はｍVの単位で検出して即座に回路を遮断できるとありますしね。

それからこの回路はダイオードによるものではなくFETというトランジスタの一種を使った「理想のダイオード回路」という物で疑似的にダイオードと同じ働きをさせているものです。写のU1と書かれているものがFETを制御するためのICで大きな二つの素子がFETですね。

お礼

繋いだのですが、かなり高温になりました。すぐに外しました。。
こういうのは難しいですねー。ありがとうございました！

回答No.5

sailor

ご存知かもしれませんけど、蛇足承知でおまけです。

ダイオードでの発熱ですが、そのダイオードでの電圧降下とその時の電流値から発熱量（というか内部損失）が計算できるので、ある程度参考になるかと思います。電力＝電圧ｘ電流ですので通電時のダイオード両端の電圧とその時の電流からどれだけ発熱するかが計算できますよね。前の書き込みでシリコンダイオードには順方向の電圧降下あり一般に0.6V~0.8V程度だと書きましたが、それ以外に通常の電気抵抗もありますので、容量に余裕がないとこの分が大きく効いてしまい発熱量が異常に大きくなるのですが、半導体ですからあまり高温になると熱暴走を起こして最終的には破壊に至ります。

上の項目に関連するのですが、先に参考として書いた通常のPN接合ダイオードではなくショットキーバリア型やスーパーバリア型（通常SBRと省略される）と呼ばれるダイオードがあります。これらのダイオードは順方向の電圧降下が通常のPN接合型よりも小さいので発熱量が小さく抑えられる特性があります。まぁ、その代わり逆方向の漏れ電流がやや大きく温度管理が不適当だと熱暴走を起こしやすい（スーパーバリア型はこの限りではないです）ですが、逆方向の漏れ電流は120Aｈなんていう大容量のバッテリであれば完全に無視（バッテリーの事故放電の方が大きいでしょう）できる値です。

SBRダイオードの例です　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-07416/
表面実装用の素子なので少々扱いづらさがあるのですが、1個￥50という価格ですし耐圧は100Vで15Aの定格ですし、ジャンクション温度が125℃での順方向電圧降下が0.67V（最大値）という優秀な特性を持っていますので、半田付けのわずらわしさ（表面実装用のため少々厄介）を加味しても20個（なら割引ありで￥800ですね）ぐらいパラで使えば、最大定格で300Aまでいけますよ。基板上に配置する必要がありますが、エッチングなどしなくても、この程度なら生基盤にカッターで2ｍｍ程度の幅に平行に筋を入れ、その間の銅箔をはがしちゃえばいいだけでしょうし、大きめの生基盤を使えば基盤面の銅箔が放熱器の役も果たしてくれます。

まぁ、メインとサブそれぞれに充電する電力を与えている装置の最大定格次第でどの程度の電流を扱うかが決まるので、それがわからない事には最終的に何をどう使うかは決められませんけどね。

お礼

なんか素晴らしい講義を聞いているみたいです。。
バッテリを繋ぐという極めて単純なことに悪戦苦闘して、一応８AタイプまでDCDCコンバーターをかまし、ダイオードも効かせて １０A などで一応動いています。10A程度で充電させたいのですが、フロート充電ができないのでちょっと考えものです。

メインバッテリから100Vや230Vを発生させてバッテリー充電器を使ってサブバッテリ―を充電させるのが「うーん、安全そうでも非効率かなぁ」とか、
電圧が13Vを上回ると、ONになるリレーがあるのですがダイオード的な働きはないし、凄く迷う所です。

でも現状５A ~ 10Aあたりまで何かしら、スマートな方法でやりたいです。
”SBR”ダイオード名前が宜しいですね。。DCDCコンバーターの基盤の上に大きめのダイオード(D1,D2,D3)が載っていて、そのまま繋ぐと15A位で流れています。あとは放熱次第かな、と思いますが、どうなんでしょう。。
https://www.amazon.co.jp/dp/B07DWR2J1L/

何か悩ましいです、、、

補足

UKでの場合、こういうのは宜しいんでしょうか？？
https://www.amazon.co.uk/dp/B07KYPZ14J

回答No.4

sailor

6Aのコンデンサ・・？コンデンサの規格に6Aというのは無いと思いますがいったい何の規格でしょう？コンデンサの規格は通常使用できる電圧と蓄電できる容量（単位はファラッド）で表記されているかと思いますが、そのコンデンサに実際に何アンペアの電流が流れるかはコンデンサに加えられた電圧とその周波数に依存しますので元々がDC電源である物からバッテリーへの充電ではコンデンサーを入れる意味がわかりません。高周波ノイズ（もともとの電源がスイッチング式などの場合は電源に高周波ノイズが乗っている場合がある）を阻止する目的で高周波特性の優れたセラミックコンデンサーなどを入れる場合がないとは言えませんが、ACから整流して平滑する場合のようなコンデンサを入れる事に意味がるとは思えません。バッテリーとバッテリーの間での充電回路で、一種のアイソレータとしての動作をさせているのだと思いますが、そのような用途でコンデンサを入れる理由がわかりません。

実際に細かなことはあなたが使用している回路を大雑把でも良いので図示していただければ正確な判断が出来るかと思います。また、ダイオードを入れるとかなら順方向の電圧降下が出るので、回路構成次第ではどちらか片方のバッテリが常に充電不足に陥ることもあり得ます。一般的なシリコンダイオードでは0.6Vから0.8V程度の電圧降下があり、ダイオードを通る回路と通らない回路で必ずこの電圧の差が出てしまうという事になります。この電圧降下は抵抗などによる電圧降下と異なり、電流が小さくても大きくても必ず起こる電圧降下で、原因は半導体の接合部をキャリアが飛び越えるのに必要な電圧なので、流れる電流が極わずかでも必ず電圧が落ちます。

キャンピングカーなどでメインとサブの二つのバッテリーを積んで、エンジン停止中にはサブのみを使用してメインには影響を与えないような回路ではメインとサブと両方に同じ定格のダイオードを入れてメインとサブの電圧の差が起こらないようにしています。もちろん発電系統がリファレンスとして使用する電圧はダイオードを通った後から取ります。このような回路では発電系統の最大電流を十分処理できるダイオードが必要になるため100A以上の容量を持つダイオードを複数並列に使用することも珍しくありません。

お礼

ごめんなさい、DCDCコンバータ用の2000uFコンデンサを探していたので書き損じました^^； ダイオードの間違いです^^

勉強になります！⇒『一般的なシリコンダイオードでは0.6Vから0.8V程度の電圧降下があり』

別のご回答で『秋月のK-00074鉛蓄電池充電器パーツキット』を使うと良いよ、と言われました。ただし私のサブバッテリは１２０Aでデカいです。。

ありがとうございます！

回答No.3

sailor

まず6A定格のダイオーを6Aギリギリで使うこと自体が間違いです。6A定格というのは一瞬でもこの値を超えてはならないという意味ですので相手がバッテリーのようにその状態によって電流値が大きく変化するようなものであれば、かなり余裕を持った設定が必要です。それから3Aのダイオード2個並列で6Aと同等というのも問題です。素子にはある程度のばらつきがあるため、どちらか片方に多くの電流が流れる可能性があるからです。そうなるとその状態で6A流せばかっじつに破損するでしょう。少なくても設計電流の2倍程度の容量を持った素子を使用するのがセオリーでしょう。電圧が12Vと低いので大容量のダイオードも安価に手に入るでしょうから、素子自体を高容量の物に変えてしまうのが一番でしょう。

例えばこんな奴　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-07909/
200V10Aのダイオードが2本1つのパッケージに入っていて通常のトランジスタ用の放熱器にも容易に取り付けられる形状です。2本並列で使用すれば6A程度なら放熱なしでも大丈夫でしょう。

高速での動作などは必要がないですから、シリコンブリッジ（安価で大容量の物が簡単に入手できる）を使う手もありますね。これは4個のダイオードでブリッジが組まれたもので、今回の使用方法では内部の素子のうち2個は無駄になりますが、AC側の二つの端子を通常のダイオードのアノード側とみなして＋側をカソードとみなして使えば同じように使えます。

例えばこんな奴　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-07201/
こちらは1000V耐圧で50Aの電流容量がありますし、金属板なdどにねじ止めすれば放熱も簡単でしょう。

お礼

ありがとうございます。６Aのコンデンサは10Aが流れる所で使って良いわけですよね？？整流するのが目的なんだから。。。そういう気がするのですが。
リンクありがとうございます。DCコンバーターを併用して使うのが今回は良さそうに思います。
DCコンバーターもそうで、１０AがMAXの物に20A流しても、10Aしか流れないのであれば、それで別に良いわけですよね。。。何か誤解しているのでしょうか。。

回答No.2

double_triode

ご返事ありがとうございます。
＞ バッテリの間に直接入れるのではなく、何か工夫をすべきなのでしょうか。。。例えば手元に100W 0.33Ωのメタルクラッド抵抗が沢山ある

え？　バッテリ同士を直接つなぎ，逆流防止のダイオードを入れるという使い方ですか？　それでは両方の電圧が大きく異なると，かなりの大電流が流れるでしょう。添付図のように，0.33Ωを3個くらい使い（実験で確かめます），電流制限をするほうがいいです。

全体をアルミ板の上にマウントし，さらに四隅をシャーシに固定して放熱を助けるといいと思います。このあたりを，どう実装できるか（スペースがあるか）は，私にはわかりません。

お礼

ありがとうございます！
＞低抵抗を直列に入れる
とはこういう事ですね！

ちなみに下記のようなものはこの方法よりは洗練されていると思いますが、どうお考えでしょうか？

https://www.amazon.co.jp/dp/B06W2J56ZZ

https://www.amazon.co.jp/dp/B074V51TSP/ ← 手持ちにあります。

たしかに発熱させると勿体ないのでコンバーターを使う方がスマート？になるのでしょうか？どうもよくわかりません。。

補足

DCコンバーターに0.33Ωを１個直列してみました。３Aまで結構下がりました。ありがとうございました！