電解液でひどく腐食した片面基板の修理【後編】
⇒連載「Wired, Weird」バックナンバー 電解コンデンサーから強アルカリの電解液が漏れた片面基板の修理の続きを報告する（【前編】はこちらから）。基板の動作確認ができるように本体部も一緒に送ってもらった。修理依頼された機器は専用機器のローターを駆動する制御器だった。本体の写真を図1に示す。 1980年ごろの標準構成 図1の中央には大きなトランスがあった。ベース部の金属板にはダイオードブリッジとトランジスタが固定され放熱されていた。スイッチング電源は使用せずトランスで制御電源と駆動電源の2つの電圧を生成し、ダイオードブリッジとコンデンサーで整流して、レギュレーターで15Vの電圧を生成していた。この電源構成は1980年ごろの電気製品の標準構成だ。 ノイズが少ないのでアナログ機器には最適な電気設計だった。しかしケースは密閉されていて内部の放熱は考慮されていなかった。 図1左上に赤四角で囲っ
パワー半導体の基礎知識
半導体デバイスと聞くと、CPUやメモリのイメージが強い。そのため、パワー半導体と聞いても、何となくCPUやメモリと似たデバイスと思いがちだが、同じ半導体材料を使用するものの、その役割は大きく異なる。 パワー半導体とは「筋肉」 人間の体に例えるならCPUやメモリは「頭脳」であり、パワー半導体は「筋肉」に当たる。ちなみに、目や耳、口などがセンサーやスピーカー、マイクなどといえる。 CPUやメモリと大きく役割の異なるパワー半導体は、他にもいろいろな違いがある。 CPUやメモリといったIC（集積回路）は、小さな電力で動作する。一方で、パワー半導体は小さな電力から大きな電力を扱う。大きなモーターを動かすための電力を供給する場合もあれば、CPUやメモリを動かすための小さな電力を供給する場合もある。そのため、パワー半導体製品の大きさは、消しゴムよりも小さなサイズから、弁当箱を超えるようなサイズまでいろい
電解液でひどく腐食した片面基板の修理【前編】
図1をよく見ると3端子デバイス（レギュレーター）の放熱板にクラックが入っていた。恐らく熱破損だろう。 レギュレーターと隣の1000μFの電解コンデンサーの距離が近すぎるため、電解コンデンサーの温度も上がっていると思われた。基板のハンダ面の写真を図2に示す。 図2のようにハンダ面のパターンが腐食していた。特に電解コンデンサー周辺のパターンがひどく腐食し、マイナス端子付近の銅箔が溶けレジストがなくなっていた。使用されていた電解コンデンサーは、マイナス端子から強アルカリ成分の液が漏れる4級アンモニウム塩の電解コンデンサーだった。またクラックがあった3端子ICは15Vのレギュレータだった。 図1と図2の写真を見て違和感を覚えた読者がいたら、その観察力を褒めたい。なぜ違和感があるかというと、図2はハンダ面を左右反転して回路のパターンが分かりやすいように画像加工したからだ。この配置にすれば、基板上の部
DCDCコンバーターの信頼性（4）コンデンサーの信頼性
DC-DCコンバーターには通常、積層セラミックコンデンサー（MLCC）か、タンタルまたは電解コンデンサーが使用されます。SMDポリエステルフィルムコンデンサーというものもありますが、一般的に大きすぎ、エレクトロニクス業界で求められるような小型のケースには収まりません。 MLCC 積層セラミック・コンデンサー（MLCC）は、DC-DC電源内のコンデンサーとしては最も広く使われているタイプのコンデンサーです。MLCCは体積容量が高く、無極性であり、ESRとESIは非常に低く、広い範囲の周波数と温度にわたり安定した容量定格をもっているので、フィルタリング用途と蓄電用途のどちらにも有用です。しかしMLCCは、最大電圧限界を超えて動作させると簡単に故障してしまいます。電圧の上限に関する制約は、多数の金属層を薄いセラミック絶縁体で分離しているという構造に起因します。もしどこかの層間で弧絡が起こると、電
タピオカストローでレーザーポインターを作る
⇒連載「Wired, Weird」バックナンバー 以前、乾電池1個と部品2個のアップコンバーターで「レーザーポインター」を作る方法を紹介した（参考記事：材料費は約50円！ 部品からレーザーポインターを組み立ててみた）。このレーザーポインターは、初心者の電子工作に最適の題材ではあるのだが、もっと簡単に作る方法を探してみた。そして、試行錯誤の結果、タピオカストローを使えば、より簡単、確実に作れることが分かった。そこで、今回は100円ショップで販売されているタピオカストローを使ったレーザーポインターの作り方を紹介する。まずは出来上がったレーザーポインターを図1に示す。
48V分散型電源アーキテクチャの利点とは
48V分散型電源アーキテクチャの利点とは：48Vマイルドハイブリッドの課題解決につながる？（1/2 ページ） 自動車の電動化で多くのメーカーが採用する48Vマイルドハイブリッドシステムは、CO2排出量を削減しながら、パフォーマンスと機能を同時に向上できるというメリットがある一方で、さまざまな課題もある。今回、その課題解決が期待できる「48V分散型電源アーキテクチャ」について解説する。 利点とともに課題も多い「48Vマイルドハイブリッドシステム」 自動車、トラック、バスおよび電動二輪車のメーカーは、内燃機エンジンのCO2排出量を削減するために、急速に電動化を進めています。電動化には多くの選択肢がありますが、その中でも、多くのメーカーがフルハイブリッドパワートレインではなく、48Vのマイルドハイブリッドシステムを選択しています。 マイルドハイブリッドシステムでは、従来の12Vバッテリーに加えて
車載システム向けのUSB Power Deliverについて
車載システムでは、保護、安定化またはその両方の機能を使って、負荷に印加される電圧を制限します。通常、この電圧はトラック用電圧または12Vバッテリー電圧の2倍の、40V以下に制限されます。こうして、3～40Vの電圧は、入力保護回路を通過することになります。 USB Type-Aデバイスの動作電圧は5Vのみであり、1個の降圧型コンバーターで充電または通信ポートを構成できますが、入力電圧が3～6Vとなるクランク状態の間は動作しません。以前は、運転者は単独のクランク動作を1度だけ行い、その動作も短い時間で済んでいたことから、それほど大きな問題とはなりませんでした。しかし、アイドリングストップ・スタート機能が搭載されると、このクランク動作による中断は大きな問題になってきました。例えば、携帯端末から音楽のストリーミングを楽しんでいる時、エンジンが停止、始動するたびに、音楽が中断してしまいます。USB
DC-DCコンバーターの信頼性（3）信頼性設計とPCBレイアウトの考慮事項
部品の定数やトポロジー、仕様などの長寿命を念頭において適切に選ぶことで、電源に信頼性設計を入れ込むことができます。主要な設計基準は、正しい部品仕様を選ぶこと、十分にテストされた回路トポロジーを使うこと、予想される電気、熱、環境ストレスを設計段階で考慮に入れることです。 さらに、信頼性設計をする上で最も大事なことの1つは、電源を製造時に簡単かつ包括的に試験できるようにすることです。これは、電源が正常な動作範囲で動作することを保証するために、波形や電圧、温度をチェックするための物理的手段を備えておくということです。許容限界に近い値や「正しいように見えない」波形が1つでもあった場合、コンバーターがデータシートの仕様に合致していたとしても、寿命も合致するとは限りません。 前回述べたように、高温は長寿命と信頼性の敵です。各部品にはメーカーによって決められた最大動作温度がありますが、構成のしっかりした
アルミ電解コンデンサー（6）―― ドライアップ寿命
アルミ電解コンデンサー（6）―― ドライアップ寿命：中堅技術者に贈る電子部品“徹底”活用講座（39）（1/3 ページ） 電解コンデンサーを使いこなす上で避けて通れないドライアップ寿命、いわゆる寿命について説明します。寿命設計は正しく設計しないと数年後に市場でパンクや液漏れなどの不具合を招きます。 電解コンデンサーはその材料や製造工程で化学薬品を利用していますので、これらの面から電解コンデンサーを使う上での注意点や取り扱いなどについて前回、説明をしました。前回の資料を通じて電解コンデンサーは飲食店街、火力発電所近傍、火山地帯、温泉地、海辺などの環境での保管や使用に感受性があることを理解していただけたかと思います。 今回は前回に説明しなかった、電解コンデンサーを使いこなす上で避けて通れないドライアップ寿命、いわゆる寿命＊について説明します。寿命設計は正しく設計しないと数年後に市場でパンクや液漏
激安レーザーダイオードでレーザーポインターを作ってみた
⇒「Wired, Weird」連載バックナンバー一覧 材料費は130円以下!? レーザーダイオードが激安価格でネット販売されていた。10個でなんと245円だった。価格設定からしてレーザーダイオードの規格外品と思われるが、買い得なので、即購入した。何に使おうかと迷ったが、やはりレーザーダイオードと言えばレーザーポインターだろう。 というわけで、今回は安価なレーザーダイオードを使ったレーザーポインターを作ってみたので、その作り方を紹介する。 100円のスリムLEDライトを応用 まずは購入した“激安レーザーダイオード”と、作成したレーザーポインター本体を図1に示す。
ESDによる不具合発生メカニズムと対策のヒント (1/4) - EDN Japan
今回から2回にわたり、マイコンを使用する上で必要不可欠な「ESD対策」について解説していく。第1回は「ESDの破壊モード（メカニズム）」と「ESDの主な発生要因とその対策」を取り上げる。 意外と見過ごすESD ユーザーから、マイコンメーカーのエンジニアである筆者宛に不具合の連絡があった。不具合が生じたマイコンを解析してみると原因はESD（Electro Static Discharge）による破壊だった。その後、同じユーザーから、頻繁に不具合解析の依頼を受けるようになり、その不具合原因のほとんどがESD破壊によるものだった。対象製品の事例を社内のデータベースで調べてみると、全社で不具合の履歴はなく、このユーザーだけの事象であることが判明した。 また、別のユーザー、別のマイコンでも頻繁に不具合が起こり、解析してみると、こちらも原因はESD破壊ということがあった。このマイコンもデータベースを調
アルミ電解コンデンサー（5）―― 取り扱う上での注意点
前回はアルミ電解コンデンサーの主要材料の1つである電解液の働きや成分および、再化成を中心に説明しました。以前のエッチングの説明に続いて化学薬品の列挙になってしまいましたが「化学反応を利用して作られているので温度や雰囲気に注意が必要な部品だ」という点だけは覚えておいてください。 今回はこのようなアルミ電解コンデンサーを使う上での注意点や取り扱いなどについて説明をします。 故障率λPと残存寿命 電子機器を設計する時に電解コンデンサーのドライアップ寿命とは別に故障率から決まる寿命の予測を要求されることがあります。この場合は機器の残存率ηが時間Tを変数にした関数η＝e（T/MTTF）で表されることを前提にしており、どの程度の残存率η0で寿命TLifeとするかを前もって定義しておかねばなりません。 exp()＝1近傍の1次近似はe-x≈1－xですから、MTTF≈TLife/(1－η0)となり残存率η
なぜこんな仕様に？ 不便な保護回路付きリチウム電池ホルダーを改造
⇒「Wired, Weird」連載バックナンバー一覧 模造品多い18650リチウム電池 高輝度LEDライトの電源に3.7V出力で大容量の「18650リチウムイオン二次電池」（以下、18650リチウム電池）が採用され、LEDライトの点灯時間が長くなった。直径が18mm、長さが65mmという形状から18650リチウム電池と呼ばれ、容量は3000ｍAh以上ある。高輝度LEDライト以外にもさまざまなバッテリー動作機器で、この18650リチウム電池が使われる機会が増えてきた。まずは18650リチウム電池の外観の写真を図1に示す。 図1の18650リチウム電池は、某通販サイトで買ったが、どうやらコピー品のようで、電池に記載されているメーカーからは3800mAhの製品は販売されていなかった。この電池には模造品が多いので注意が必要だ。 危険な18650リチウム電池を監視してくれるホルダーを発見！ またこの
小型の車載用降圧型スイッチングレギュレーター
エイブリックは2019年10月、車載用降圧型スイッチングレギュレーター「S-19902」「S-19903」シリーズを発表した。2.0×3.0×0.5mmの小型HSNT-8パッケージを採用し、車載カメラモジュールや各種車載コントロールユニットの小型化につながる。 PWM制御、PWM／PFM切り替え制御に対応 制御方式は、S-19902がPWM（パルス幅変調）制御、S-19903がPWM／PFM（パルス周波数変調）切り替え制御に対応。独自の低リップル回路を搭載し、PFM制御時でも低リップルを可能にする。これにより、外付け容量値を小さくできるため、機器の小型化、低コスト化につながる。 また、スロープ補償回路や位相補償回路を最適化しており、負荷変動に対する高速な過渡応答を可能にした。過渡応答性は同等製品の約2.2倍に向上している。 入力電圧は4.0～36.0V（定格45V）と高耐圧のため、直接12
中堅技術者に贈る電子部品“徹底”活用講座
これまで、各種形状の単パルス損失が発生した時の温度上昇の求め方について技術的な検証を含めて説明してきました。ただ、実機においては単パルスではなく同じ損失が繰り返し発生します。今回はこの繰り返し損失波形の温度上昇について考えていきます。
降圧回路のEMIをカンタンに低減する3つのTips
降圧回路のEMIをカンタンに低減する3つのTips：そのノイズ、10分でどうにかなるかも（1/3 ページ） 電磁干渉（EMI）が抑えられず、再設計……。もしかすると、こうした悪夢は回避できるかもしれません。降圧回路で簡単にEMIを低減できる3つのTips（ヒント）を紹介しましょう。 電磁干渉（EMI）は、車載用電源の最終製品における恒常的な課題です。マイルド・ハイブリッド電気自動車（以下、MHEV）ソリューションが台頭するにつれ、システム内の多くの電子回路でバッテリー電圧が12Vから48Vへと移行していることから、EMIは以前にも増して難しい課題になっています。 車載用回路を設計しているエンジニアの大部分は、フィルター設計、レイアウトガイドラインおよび、スペクトラム拡散やフリップチップパッケージなどをはじめとする多数の管理機能を通じて、EMIを低減させる方法を知っています。しかし、あまり知
どう熱を制するか ―― 車載デュアルUSBチャージャー考察
自動車での搭載が当たり前になりつつあるUSB充電ポート。そのポート数は増加傾向にある。ただ、ポート数の増加は、熱などの設計上の課題を招く。本稿では、そうした課題を克服しつつ、デュアルポートのUSBチャージャーを搭載する方法を考えていく。 USBポートの自動車への搭載が広まっています。適切なケーブルを仲介として、多数のポータブル機器、スマートフォンおよび、タブレットPCを出先で充電することが可能です。これらの機能を実装する電子モジュールは、過熱することなく小型のスペース内に収まる必要があります。 デュアルポートの専用充電ソリューション（図1）の場合、部品数とソリューションサイズの増大なしに2つのコネクターに対応する必要があるため、問題が悪化します。デュアルUSBチャージャーは、コネクター当たり5Vで最大3Aの充電に対応する必要があり、AEC-Q100認定済みかつAppleおよび、USB仕様に
ポイントは“負電源” ―― 高性能温度調整器の修理
国内の著名なメーカーが製造した高性能温度調節器（以下、温調器）の修理依頼があった。修理依頼書には『故障』とだけ記載されていた。今までさまざまなメーカーの温調器を修理してきたので、直せる自信はあったが、この機種は初めて修理するものだった。今回はこの温調器の修理の様子を報告する。 ⇒連載「Wired, Weird」バックナンバー 国内の著名なメーカーが製造した高性能温度調節器（以下、温調器）の修理依頼があった。修理依頼書には『故障』とだけ記載されていた。今までさまざまなメーカーの温調器を修理してきたので、直せる自信はあったが、この機種は初めて修理するものだった。今回はこの温調器の修理の様子を報告する。 「Err2」と「Fail」が点灯 まずは修理を依頼された温調器のパネル内側に取り付けられていた基板の写真を図1に示す。写真には温調器のメーカーや製品名が分からないよう配慮している。
さらばエンスト！ ―― 劣化した車のバッテリーを復活させる方法（2）
さらばエンスト！ ―― 劣化した車のバッテリーを復活させる方法（2）：Wired, Weird（1/3 ページ） エンストを起こしやすくなった劣化した車のバッテリーを復活させるため、バッテリー改善器を自作することにした。今回は、前回判明したバッテリー改善器の修正点を克服し、バッテリー改善器を完成させる――。 ⇒連載「Wired, Weird」バックナンバー 前回は、エンストを起こしやすくなった劣化した車のバッテリーを復活させるためバッテリー改善器を試作した。バッテリー改善器を付けて充電を繰り返したら、エンストの頻度が少なくなり効果は確認できた。パルス電圧をバッテリーに印加することでバッテリーの性能が改善する意味もほぼ理解できた。さらに、知人の自動車整備工場を訪問しバッテリーを改善する情報を収集し、改善するポイントと目標が見つかった。それはパルスの電圧を高くすることとパルスの周波数を最適化す
Bluetooth 5 通信距離「従来比4倍」の仕組み
Bluetooth 5の特長について解説するシリーズの第2回。今回は、Bluetooth 4.2に比べて4倍という通信距離を実現できる仕組みについて解説します。 ⇒「Bluetooth 5 高速通信の仕組み」はこちらから IoT時代の到来 米Goldman Sachs（ゴールドマン・サックス）が発表した論文によると、1990年代において、インターネットに接続していたデバイスの数はおおよそ10億個ありました。2000年代に入ると、スマートフォンの時代を迎え、この数は20億に跳ね上がります。米ABI Researchは、2021年までにはインターネットに接続するデバイスは480億個に達すると予想しています。それはまさに「IoT（モノのインターネット）の時代」と呼ぶにふさわしい状況だといえるでしょう。480億個のデバイスのうち、Bluetoothデバイスが占める割合は全体の30％と予測されていま
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