電子機器の学習曲線は、平坦化される見込みがないようです。配線の間違いや電力計算の誤りにより、ブレッドボード上のコンポーネントから煙が出てしまった経験は誰にでもあるでしょう。しかし、コンポーネントが小さくなり複雑になるにつれて、その問題はより敏感になります。高価なICは、DC電源ラインのノイズのような単純な原因で青い煙を放出することがあります。また、スイッチング電源レギュレータは、隣接するコンポーネントを損傷するほどに熱くなることがあります。世の中は地雷原のようですが、これら5つの短絡保護方法により、少なくとも最も一般的な破壊的な力からシステムを保護することができます。
1.突入ヒューズ回路保護
入力ラインのヒューズは、エンジニアと顧客の間でよく議論されるテーマです。これらは、小型ボード上の他のコンポーネントに比べて高価になる傾向があり、実際には必要にならないことが望まれるコンポーネントです。最終的には、生産ボードに必要かどうかはあなた次第ですが、プロトタイプの場合は、とにかく実行することをお勧めします。 下流のすべての回路を壊滅的な電流から保護します。ブレッドボードでは、ホルダー内のガラス/ワイヤヒューズは、ヒューズが切れたことをはっきりと確認できるため、優れたツールです。
PCBでは、PTCリセット可能ヒューズは、表面実装コンポーネントの残りと一緒にウェーブはんだ付けすることができ、アクティブになった場合に交換する必要がないため、非常に一般的な選択肢です。定義上、温度に非常に敏感であることに留意してください。ヒューズを流れる電流が多すぎるか、隣接するコンポーネントが熱くなるなどして温度が上昇すると、ヒューズの抵抗が増加し、最終的にヒューズが開回路になります。必ずデータシートをチェックして、選択したヒューズが予想される最大動作温度で必要な電流を流せるかどうかを確認してください。
2.電圧レギュレータとしてのツェナーダイオード
事実上すべてのICには最大入力電圧があります。入力電源ラインの変動がICが処理できる絶対最大電圧をほんの少しでも超える可能性がある場合は、ツェナー ダイオードを使用して電圧をクリップする必要があります。これらは逆方向に動作するように設計されており、一般的なダイオードよりも高いブレークダウン電圧を持つ傾向があります。ツェナーダイオードは、非常に高い順方向電圧を持つ通常のダイオードのように動作し、特定の電圧が印加された場合にのみ導通します。システムを12Vで実行していて、下流のICが最大15Vinまで許容できる場合は、入力レール間にブレークダウン電圧が15Vinのツェナー ダイオードを配置するのが賢明です。おそらく使用されることはないでしょうが、何らかの理由で入力電圧が上昇または急上昇した場合でも、ICが15Vを超える電圧を経験することはありません。15Vを超える電力はすべてツェナーダイオードを通じて消費されるため、これは通常、電圧を一貫して下げる方法としては推奨されません。
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3.電流制限IC
電流制限ICはLED設計では一般的ですが、それ以外では広く活用されていません。多くの設計者は電流を制限するために抵抗器を使用しますが、その式は完全に電圧に依存します。入力電圧が急上昇すると、抵抗器はそれに比例した量の電流を流しますが、これは下流のコンポーネントにとって危険な場合があります。ON Semiconductorには、印加電圧に関係なく、厳しいマージン内で電流を制御するレギュレータ製品ラインがあります。同社は、一般的なダイオードと同じ大きさのパッケージで、10mAから100mAまで制限する部品を提供しています。
より大きなパッケージを使用すると最大500mAまで調整でき、デバイスを並列に接続して電流制限を増やすことができます。一部のパーツは外部抵抗器で調整できるため、プロトタイピングに最適です。
4.1000uFコンデンサ: DCラインショックアブソーバー
電力許容度に関しては、どの回路にも弱点があります。場合によっては、入力電圧が少しでも変動すると壊れてしまうような敏感なICもあります。場合によっては、電流サージが要求されると電源が詰まることがあります。DC入力全体にわたる大きなコンデンサとの競合を防止します。電源とグランド間の1000uF電解コンデンサは、瞬間的な電流需要やサージを吸収し、回路の平和を保ちます。特定の回路と予想される電流ピークについて計算を行うことはできますが、最初のドラフトのプロトタイプ作成には、少なくとも最大電圧ピークに定格された1000uFのコンデンサで十分です。
5.LED付きNTCサーミスタ: 視覚的な温度インジケータ
回路保護は、回路内の損傷を防ぐだけではありません。ユーザーへの損傷も防ぐことを意味します。ICが過熱すると、焼損する前に予期しない結果が生じる可能性があり、デバッグ中に誤って火傷を負う可能性もあります。赤外線ベースでも熱電対ベースでも、温度センサーを手元に置いておくことは常に良いことですが、適切なツールが必ずしも手の届く範囲にあるとは限りません。シンプルなNTCサーミスタとLEDの組み合わせにより、工具箱から温度計を取り出すのをためらう必要がなくなります。周囲温度でLEDにわずかな電流を供給するサーミスタを選択します。そうすることで、ボードが熱くなり始めると、サーミスタの抵抗が減少し、より多くの電流が流れるためLEDがより明るく光ります。
たとえば、5Vレールで動作している場合は、25度で150オームの抵抗を示しますが、100度では75オームしか示さないPanasonicのERT-j0EA151Jなどのサーミスタを使用します。これにより、室温ではLEDに約13mAが流れますが、触れないほど熱い場合は約30mAが流れます。20mAで動作するように設計されたLEDを使用すると、温度が上昇するにつれて明るさが確実に増加し、チップ (または指) が過熱による損傷を受ける前に電源を切ることができます。
配線の電力損失: 実行するテスト
配線とトレースは、設計者が最初のボードの電源を入れるときに忘れがちな、電力を消費する隠れた要素です。巨大な12AWGケーブルを使用して、電源ピンを電源に直接接続します。 テスト用のスペースを確保したいため、最初のプロトボードのトレースを大きくしましたが、実際のボード (およびトレース!) はその半分のサイズにする必要があることを忘れていました。ボードを評価するときは、正確な結果を得るために正しいゲージと長さのワイヤを使用して接続し、必要に応じて問題に対応します。