空気ではなく , ケース表面温度から接合部までは の c とします . 放熱板が付いているデバイスの場合 , 放熱板の表面温度になっていることが多いです . 半導体ではほとんどの場合 , データシートに記載さ れているのの値に損失をかけて環境温度とのマージ ンを確認します . 0 記載されているの員の値は , ある程度の面積の GND べタに部品を配置した想定に なっているため , 自作する機器の条件とは一致しません . ・半導体以外にも熱に弱い部品がある 熱に弱い部品は , 半導体だけではありません . 半導 体のジャンクション温度の限界は , データシートなど に記載されています . ボンディング・ワイヤの接合部 が異種金属であるなども影響します . 電解コンデンサ ( ケミコン ) も熱によって寿命が大き く左右されます . 電気製品の故障の多くはケミコンの 不具合によるものが多いです . プリント基板は , 耐熱 300 ℃です . それはリフロ時 です . 長期にわたって 100 ℃を超える状態が続くと基 材が劣化します . 今回はほかの部品の耐熱温度の議論はしません . 基 板のパターン形状と部品の発熱量から部品のケース温 度をどうやって求めるかに焦点を当てます . ケース温度が求まれば , 部品メーカが公表している c などのパラメータを使ってが求まります . ノヾーチャル解析準備・・・熱モデルを作る ・基板と空気との熱抵抗を考慮する 重要なのはモデルの作り方です . 放熱べタのプリント・パターンの形状 , 銅はくの厚 み , ビアの長さ / 直径 , めつき厚 , 材質 / 厚み , 基板 と空気との熱抵抗も含めてすべてモデル化します . れらを正確にモデル化できれば実測とほほ一致します . 一度手法を理解できれば , さまざまなモデルを作っ てどんどん発展させることができます . 初めての形状 で熱解析が必要になっても , 解決できるでしよう . ・発熱のようすはオームの法則で解くことができる 放熱の最もシンプルなモデルを図 5 に示します . 発熱 部品を銅板だけを通して環境に放熱するというものです . 本モデルが成立する条件は , 銅板の周りは 100 % 断 熱されていて , 銅板の片方だけが絶対に 25 ℃が保た れる物体に接続され , 反対側に 1 W の発熱体が接続さ れます . このような熱モデルは , 電気に置き換えてオームの 法則で解くことができます . 物質には固有の熱抵抗があり , それを電気の抵抗に 置き換え , 発熱 CW] を電流 CA] に , 温度 [ ℃ ] を 熱抵抗 R 兀 = 1 0 ℃ /W 発熱部品尸 = IW 銅などの熱伝達物質 最終的には室温などの 環境に熱を捨てる 発熱部品の温度 = 尸 & + な = 35 ℃ と計算できる 環境温度 発熱部品 な = 25 ℃ (a) 放熱のシンプルなモデル 電気回路に置き換えて ・・オームの法則で計算できる 熱抵抗 R = 1 0 Q 電気ー ↓ ↓ ↓ 熱ー 発熱熱抵拡温度 (b) ( a ) を電気ロ路に置き換えたモデル 環境温度 = 25V = / R 十 = 35V 発熱部品の温度 (c) 熱は電気に置き換えることができる 図 5 熱を計算するときの基本的な考え方 熱計算はオームの法則に置き換えることができる . 実際の熱経路はさら に複雑 熱電体 空気などを 介して逃げ る熱 環境温度 熱抵拡 熱抵抗 環境温度 までの熱 抵抗 ヒートシ ンクなど 142 図 6 実際の熱経路は空気などを介してさまざまな経路で拡散す 電圧 CV] に置き換えて解くことができます . 熱経路の等価回路 るため計算は複雑 ン 9 技術 2016 年 11 月号 抗を持ちます . 25 ℃が保たれる物体もないので現実にはある熱抵 らどんどん熱が拡散していきます . どは無理なので , このように銅板の放熱経路の途中か 図 6 は , 実際に近い熱モデルです . 100 % の断熱な じように熱計算もできます . この原理を応用すれば , 複雑な電気回路の計算と同 上式から発熱部品の温度は , 35 ℃ ( = 1 x 10 + 25 ) です .

誰でもキマル / プリント基板道場 ( を ) 発熱部品 ( 高速 A ー D コンバータ ) 損失 IW 第 欝 発熱部品 ( LD 〇 ) 損失 0.5W 図 2 発熱部品 2 個が近く にあり互いに影響しあうた め熱予測が難しい例 KiCad のプリント基板工ディ タ 3D 表示 . フリーの電子回 路シミュレータ LTspice を利 用すると複雑な回路であって も熱予測ができる . 熱解析を 実行するとむだに広い放熱べ タのプリント・パターンを作 ったり , 放熱経路が貧弱で部 品が過剰に発熱したりするこ とを防ぐことができる べタのプリント・ パターンやビアは 十分か ? 裏面の GND ペタのプリント・ パターンは必要か ? 伏房は乙から 空気までの 熱抵抗 て N 0 、ヤ 部 の 0 は乙から べアチップ ケース表面 までの熱抵抗 日は基板の 放熱が含まれ る場合がある の c はケース 底面までの熱 プリント 抵抗を示す場 基板 合もある このべタのプリント・パターンや ビアが裏の GND べタに効果的に熱 を伝える役割をする 図 4 バッケージの熱抵抗 んはチップ内部の半導体の接合部温度 . この温度が寿命や破壊の危険 図 3 1 cm2 以下の狭い面積の発熱部品は慎重にレイアウトを検 性を決定する . 実際にこの温度を測ることはできない 討する 必要な面積のべタのプリント・パターンとビアを置き , 裏の GND べタ 放熱経路は , すべて 3 次元の熱抵抗回路として扱え に熱を逃がすなど熱解析により検討できる . 正確に熱予測できるとむだ るため , 抵抗モデルを作れば理論上どんな熱経路も計 に広い放熱べタのプリント・バターンを置かなくもよい 算できます . 図 3 に LDO の放熱パターンを示します . 熱解析を ・ LDO(Low Drop Out ) などのリニア電源 ( 損失 実行すると , むだに広い放熱べタのプリント・パター 1 W 以上 ) ンを作ったり , 放熱経路が貧弱で部品が過剰に発熱し ・ FPGA や CPU などの高密度ディジタル・デバイ たりすることを防ぐことができます . ス ( 放熱板なし ) ・オーディオや RF のパワー・アンプ ( 放熱板なし ) ・データシートのスペックだけでは基板の最適な熱 図 2 に示すように発熱部品同士が隣接していたりす 予測が難しい ると , 熱予測が困難です . 熱解析できる市販シミュレ 図 4 にパッケージの熱抵抗を示します . ータは数十万円以上と高価であるため , 趣味など個人 ( ジャンクション温度 ) はチップ内部の半導体の で購入するのには無理があります . 接合部温度です . ここの温度が寿命や破壊の危険性を 熱解析は , オームの法則で等価的に解けることが知 決定します . 実際にを測ることはできません . られています . 本稿では , フリーの電子回路シミュレ 基板の放熱面積や風速などの条件を決めて環境温度 ( 空気 ) から接合部までの熱抵抗をの .4 とします . ータ LTspice を使って複雑な熱経路を計算します . ンタ技術 2016 年 11 月号 141

トップ・エンジニア養成コーナ 連載 最新アナログ旧の要 / CMOS トランジスタ技術入門 3 ゼロ・ドリフト CMOS OP アンプの しくみと特性 オフセット最大 4uV , ドリフト最大 15nV / ℃ , バイアス 電流 0.2 nA, 電圧雑音密度 1 1 nV 、 / 月云耐圧 60 v ・・・ 野口和彦 、 Kazuhik0 Noguchi IoT 時代 のキー テパイス センサ電流な RI 一般的な CMOS OP アンプはバイアス電流が小さ く , インピーダンスが高いセンサの信号を受けたり , 微小電流を大きな振幅の電圧に変換したり , といっ バイアス電流な 図 1 センサの出 た用途に大変便利です . オフセット ( / 。 + カ電流を電圧に変 しかしバイボーラ OP アンプに比べると , オフセ 電圧 Vos 換する回路 ットやオフセット・ドリフト , 電圧ノイズ ( 特に周 オフセットやバイ 波数が低くなるほど大きくなる 1 / f ノイズ ) が大き アス電流が誤差に センサ なる いというデメリットがありました . それらのデメリットを解消したゼロ・ドリフト・ OP アンプの主な役割を次に示します . タイプの OP アンプが存在します . オフセット・ド リフトと 1 なノイズはどちらも入力回路の誤差なの ・インピーダンス変換 ( 工ミッタ・フォロワやソー で , ゼロ・ドリフト OP アンプはどちらも消えてし ス・フォロワ ) を使用して回路間の伝達ロスをな まいます . くす , もしくはできるだけ少なくする . そのかわり , オフセットを除却するための回路や ・信号の電圧や電流を増幅し , 後段の処理回路で扱 スイッチング動作から , いろいろなノイズが発生し いやすくする . ます . ・フィルタ ( ローパス , ハイバス , バンドバスなど ) 最新のゼロ・ドリフト CMOS OP アンプは , オフ で不要信号の除去 セット除却回路が発生するノイズが小さく抑えられ , より理想に近付いた OP アンプとなっています . ・直流を正しく扱う必要があるセンサは多い く編集部〉 良く使われるセンサと , そのセンサのセンシング対 象の例を表 1 に示します . これらの測定対象は , アナ センサ信号の増幅には直流精度の ログの変換回路を必要とすることがほとんどです . 高い OP アンプが必要 OP アンプが理想どおりであれば , 信号はひずまず ・まだまだ電子機器に欠かせない OP アンプ に増幅されて後続の回路へ伝達されますが , 実際には ディジタル回路が主流となった今でも , 人とのイン 理想通りいかないものです . ターフェース部やセンシング部にはアナログ信号が残 多くのセンサは , 信号の周波数が高くなく , 数 っています . アナログ部分の信号ラインで OP アンプ MHz 以下です . 信号が DC に近いセンサも多く存在し は重要な役割を果たします . ます . 表 1 センサのいろいろ 検出対象から扱いやすい電圧信号への変換に OP アンプが使われる センサの種類センシング対象 機械量センサ 力学変化量 加速度センサ , ジャイロ , ひすみゲージ , ロード・セル , 圧電効果 , マイクロフォン 電磁センサ 電磁気量 磁気センサ , ホール素子 , 電界センサ 温度センサ 温度 サーミスタ , 抵抗測温体 , 熱電対 , 放射温度計 光学センサ 光 光電素子 , フォトダイオード , 赤外線センサ , 放射線センサ 化学センサ 化学変化量 イオン濃度センサ , ガス濃度センサ , においセンサ + ICI 十 0 センサの例 トランシス 9 技術 2016 年 11 月号 131

私の経験上 , 次の値を用いるとおおむね実測と一致 します . ・ 0.5 m/s : 自然対流 ( 水平で温度差 50 ℃以上 ) ・ 1—2m/s : 強制空冷 ( 障害物多い , 狭い流路 ) ・ 3 ~ 5m / s : 直接風が当たる強制空冷 今回は 0.5m / s として計算し , 空気への熱抵抗は約 1000 K/W と求められました . これは空間に置いた 5 x 5 mm の銅はくに 1 W の損失を与えると , 赤熱する 程の温度になります . 5 x 5 mm で 1 W の密度は , 250 x 30 mm で 300 W に 相当します . このサイズで 300 W はトースタの電熱ヒ ータ 1 本分に近いです . 自然対流の場合 , 基板の向きで風速が変わります . 図 12 のように基板を垂直に立てると対流が起こりや すくなり風速が上がります . この場合 , 周辺環境の影 響を強く受けるため , どの程度の風速になるかはさま ざまです . 風速 / [m/s] WCm] ん Cm] LCm] 縦方向 ( 空気 ) への熱拡散は次式を使う [W/m2K] 熱伝達率住 = 2.66 0.5 乙 CK] 表面温度 = 乙ル住 熱抵抗日 = [ K/W] 戸ー乙ル。 0.5 な = 2.66 0. x 0.005 = 1063K/W 0 ℃ 05 % 図 1 1 銅はくから放熱される熱量は風速によって大きく変 わる 5X5mm で風速 0.5m / s の場合 , 空気への熱抵抗は約 1000K / W となる = 37.6W / m2K 1 LTspiceT/\—チャル解析 に銅の熱伝導率の逆数が熱抵抗となります . これは Imm3 当たりの熱抵抗なので , 3 辺の寸法か ・製作する基板 図 13 は , 今回実験する基板のパターン図です . 手 ら熱抵抗を計算します . 計算では , 計算が難しいプリント・パターンを想定し 5 x 5 x 0.05mm の場合 , 熱抵抗は 5026 K / W です . c はその半分の長さなので 25.13K / W です . てみました . 発熱点 2 箇所が近接していてお互いの熱が影響しあ う上に , 仕切りがあり熱が逃げにくい最悪のプリン ・空気への熱抵抗の求め方 ト・パターンです . FPGA などの多電源のデバイスを 空気への熱抵抗は , 風速によって大きく変わります . 想定しているため , LDO が周囲に分散配置され独立 図 11 に示すように熱伝達率は風速の平方根に比例し した電源のべタのプリント・パターンが存在し , それ ます . 銅はくの表面温度は , 熱伝達率の逆数に発熱量 ぞれの熱の影響があります . をかけ表面積で割ったものです . 自然対流の風速が問題です . これは環境温度と発熱 ・回路構成 部分の温度差によって変化します . 図 10 と図 1 1 で求めた熱抵抗を使って , 図 14 のラ 実際に測るのも簡単ではありません . 小型の熱電対 イプラリと図 1 5 のシンポルを作り , お互いを関連付 式風速計などを使用できないと難しいです . 無風でも対流が起こるため 0.5m / s 程度になる 基板を垂直に立てると 対流が起こりやすくな り水平に置いたときよ ・。り風速が上がる 慚 新 発熱部品 発熱部品 図 12 実際は発熱部品と流体 ( 空気 ) の温度 差に応じて自然対流が発生する 基板 完全な無風だと発熱部品の温度は際限なく上昇す 底面は上面に比べて風が流れない る . 今回は対流によって約 0.5m / s は風速がある (a) 基板を水平に置いたとき と仮定した (b) 基板を垂直に置いたとき ンタ技術 2016 年 11 月号 144

フリー・ツールで今どき電子工作コーナ LTspice や KiCad で始めよう / 世界中のパーツを動かしてカッコいいハードウェア作り / , 誰でもキマル / プリント基板道場 団マイナス 10 ℃で寿命 2 倍 / 冷却プリント・バターンの巻 KiCad テータ無料 ダウンロード・サービス 第熱を電流 , 温度差を電圧 , 熱抵抗を抵抗に置き換えて見えない敵を討つべし / ボンディング・ワイ ヤ ( アルミまたは金 ). 異種金属どうしのボン ディングも熱に弱くな る原因となる パッド ( アルミ または金 ) 部品の パッケージ リード . 異種材料 の温度膨張係数が 異なることによる 破壊は基板のはん だでも起こる べア・チップ . 異種材料の複合体 なので温度膨張係数が異なる 図 1 ポンディング・ワイヤとバッドの金属が異種接合である場 合 , 寿命が短くなる傾向がある 異種金属や ON / OFF の繰り返しで劣化が加速する問題は主に膨張係数 の違いによる接合面の劣化や破壊による ・ジャンクション温度が 10 ℃上がると寿命が半分 になる 電子部品は熱に弱いものが多く , 熱設計で手を抜 くと信頼性が著しく低下します . 基板上に 1cm2 程度の面積の発熱部品を数 cm 程 度のべタのプリント・パターン上に置く場合 , 無風 状態で特別な熱対策が必要ない目安は , 一般的に IW 以下と言われています . 部品 1 個あたり IW を超える場合 , 放熱経路が貧 弱な場合など , ジャンクション温度 ( チップの接合 部温度 ) は , 規定値におさまっているか確認が必要 です . 規定値におさまっていても安心はできません . 部 品は温度が高いほど寿命が短くなります . 規定値内 でも頻繁に ON/OFF を繰り返す機器では , 熱膨張を 繰り返すストレスで驚くほど早く劣化 , 故障します . 半導体の発熱は素子のジャンクション温度の絶対 最大である 125 ℃や 150 ℃以下に抑えておけば , 大 丈夫なのでしようか ? 140 加東示 Takashi Kat0 すぐに壊れないという意味では正解ですが , 1 年 後も動いているかと言うとかなり不安です . 大ざっぱに言って , ジャンクション温度が 10 ℃ 上がれば寿命が半分 , 故障率が 2 倍になると言われ ています . 図 1 に示すようなポンディング・ワイヤ とパッドの金属が異種接合である ( アルミと金など ) 場合は , さらに寿命が短くなる傾向があります . 通 電したままではなく , ON/OFF を繰り返す装置の 場合はさらに厳しい条件になります . 温度が上がると , 化学的に素材の劣化が進むとい う現象もあります . 異種金属や ON / OFF の繰り返 しで劣化が加速する問題は主に膨張係数の違いによ る接合面の劣化や破壊によるものです . ON/OFF を繰り返すことは熱膨張による応力の変化をかけ続 けることになり破壊を加速させます . これはデバイス内部の問題だけではなく , 基板に はんだ付けされた QFN や BGA のようなリードが短 い表面実装デバイスのはんだ接合部の破壊も基板と デバイスの熱膨張率の差によって起こります . このようにデバイスの温度が不用意に上昇するこ とはデバイスの寿命の低下 , 故障率の増大だけでな く , 繰り返しによるはんだ接合部の破壊を招くこと もあるため極力温度を上げない工夫が大切です . 指で触ってられない温度 70 ~ 80 ℃以上のとき , デバイスのジャンクション温度は 18 ℃を超えてい る可能性があります . この領域は , 寿命の劣化が無 視できない領域であると認識しましよう . 電子部品は熱が大嫌い / ・用途 今回のテクニックは放熱板がつかないべタのプリン ト・パターンだけで放熱するものに向いています . トラン湫タ技術 2016 年 11 月号

http://www.denryo.com/ り 0 電菱ツ当ット密閉朝屮り ド言エネル密度リチウムイオンバッテリ +) 同クラス鉛蓄電池より 50 % 軽量、システムの省スペース化に員献 ・高放電率、高い放電深度で繰り返し充電し ても大きなエネルギー容量 製造から出荷まで一括管理なので、小数量、短期間で納品可能となります。定期的なメンテナンスにより、最高状態のバッテリ ・外部 BMS なしで最大 4 直 1 0 並列のバッテ ーをお届けします。豊富なラインアップを揃えており、従来のバッテリーの置き換えが容易です。様々な機器の電源として利用 新 リーアレイが構築可能 できる高性能密閉型バッテリーです。 ・内蔵 BMS による豊富な安全保護回路 ( 過 レギュラータイプ」 R シリーズ ディープサイクルバッテリータイプ」 C シリーズ サイクル用途でも使用できますし、スタンバイ電源として、 UPS ( 無繰り返し充電の耐久性に優れており、深放電でも長寿命です。 電圧 / 過放電 / 過温度 / 過電流 ) 停電電源装置 ) 、防災・防犯システム、非常用設備などに最適で独立型ソーラー発電システム、モバイル電源などの電池として ・急速充放電対応。瞬間的に大電力取り出せ ロ 利用可能です。 す。サイクル使用の場合、放電深度 50 % を推奨します。 0 ロ る。充電時間大幅短縮 情 ・電菱製バッテリー充電器や太陽電池充放電 コントローラで安全に充電可能 報 12V7s 12V7s HP 12V35S 12V35i HP 13.2V 5Ah 高性能・高コストパフォーマンス発売 重量六 Ah 標準価格 H kg 20h 率 ( 税抜 ) V L W 型式 電圧 重量容量 Ah 標準価格 ( 税抜 ) 型式 電圧 4 2 900 JC5-12 1 2 90 70 101 1 .90 5 5 100 J 日 4-6 10 7 700 12 65 94 2.40 7.2 5 400 JC12-12 1 2 151 98 93 4.02 12 9 000 J 日 7.2-12 151 26 18 900 JR26-12 12 166 175 125 9.30 JC20-12 1 2 181 76 167 5.95 20 13 600 J 日 55-12 12 226 135 207 17.0 55 34 500 JC30-12 1 2 166 126 176 10.5 30 19 600 J 日 65-12 12 350 167 179 20.9 65 39 700 JC36-12 12 196 130 158 10.7 36 22 600 J 日 100-12 12 307 168 208 29.5 100 56 700 JC40-12 12 199 166 13.5 40 25 500 1 71 JR110-12 12 338 170 212 32.5 1 1 0 65 800 JC50-12 12 199 166 171 14.3 50 31 400 J 日 130-12 12 483 170 240 426 130 73 400 80 800 J 日 150-12 12 483 170 240 45.5 150 J 日 200-12 12 522 238 219 66.5 200 1 1 6 200 JR230-12 12 522 238 219 73.2 230 132 600 型式 公称電圧 公称容量 最大連続充 / 放電電流 推奨最大充電電圧 推奨最小フロート電圧 充電時間@最高速度 動作温度 / 推奨保管温度 寸法 市量 35Ah 210A 23A 105A 45A 14.4V 13.6V 15分@4C 67 分@9C 20 分@3C 10分@6C ・ 40 ~ + 60 ℃ / -40 ~ + 35 ℃ 1 51 X64.5X99.7mm 197X 132X 179.5mm 914 932 6.3 太陽光 / 風力発電システムに最適・ディープサイクルバッテリー 長さ 幅 総高 4 ⅳ 24h 「 120h 「 自然エネルギーによる不安定な充放電に優れたバッテリー PVX-340T 12 196 132 175 28 34 38 1 1 .4 \ 52 300 PVX-420T 12 196 132 204 13.6 34 42 45 \ 59 800 ・電解液の補充が不要、メンテナンスフリー、独立型電源に最適 PVX-690T 12 260 168 227 69 79 23.2 55 \ 89 500 ・蜜閉型バッテリー、液漏れが無く置き方を選ばない PVX-840T 12 260 168 227 68 84 97 \ 107 , 900 25.9 ・深放電 ( DOD = 70 % ) でも約 680 ~ 700 回以上のサイクル数 PVX- 1080T 1 2 328 172 228 29.5 88 108 126 \ 121700 ・自己放電率が 1 ヶ月で 1 % ( 25 ℃ ) 、長期貯存可能 176 212 253 Y234 , 500 PVX-2120L 1 2 527 221 248 57.6 277 248 214 258 305 \ 278 000 PVX- 8 L 1 2 527 72.1 ・使用温度範囲が -400 ~ + 72 ℃と広範囲のため、寒冷地でも設置可能 大容量システの構築を簡単に実現させる RoHS SK シリース、低価格高効率正弦波インバー タ 物代型パワーインバータ S ロシリーズ登場 対応 ・最大 1 5 台を並列接続し、出力 37.5 / 52.5kW まで拡張できる・複 ・全負荷時効率約 89 ~ 94 % ・出力周波数をスイッチで 50 / 60Hz 切換え可能・定格の 2 倍のサージ電力 ・過負荷・回路短絡・逆接続・過温度保護・入力低 / 高電圧警報、自動遮断・入力側と出力側を完全に絶縁 数台で組み合せれば、三相交流出力または単相三線式交流出力可能 SK3000 S K700 SKI 500 SKI 20 ・自動切換リレー内蔵、モードにより 4msec 以下瞬時に切換えること が実現・日 S -232 、リモートコントローラなど豊富な外部通信機能 \ 131 , 500 ( 税抜 ) \ 189 , 000 ( 税抜 ) \ 65 , 800 ( 税抜 ) \ 23 , 000 ( 税抜 ) 出力 3000W 出力 700W 出力 1500W 出力 120W 454X209X 165 mm ・ 9.8kg 306X 179X72mm 2.7kg 413X191 X88 mm 4.8kg 208X147X60mm 1 .5 綰 SD3500 SD2500 \ 326 , 400 ( 税抜 ) \ 268 , 800 ( 税抜 ) 出力 2500W 出力 3500W ・出力 200W ・ 350W ・ 1000W ・ 2000W タイプもあります。 283X 128.4X496mm 1 Okg 263X 128.4X436mm 8 RoHS TN シリ - ズ充電器内薤強パワ - インバ - タ S シリーズ正弦波パワーインバータ 対応 流電力自動切換リレー内蔵式インバータ 2 次側配線の切換え不要、手間いらず・車や船などの ・太陽電池、商用入力充電器内蔵・商用 / インバータ優先 ・正弦波出力歪率 3 % 未満・出力電圧、出力周波数選択可 モード選択可能・高速の切替リレー内蔵・広い動作温度 能・広い動作温度範囲・豊富な保護回路 移動用電源や UPS システムとして・出力 2000W タイプもあります。 範囲・ UL485 準拠 ( 入力 48V 除く ) TS-1500 TS-3000 ・高速自動切換リレーにより瞬時の切換 ( 16 ~ 50msec ) を可能にします。・商用電 源と常時同期運転で負荷の運転遮断を回避します。・歪率 3 % 以下の高品位なサイ TN-1500 TN-3000 \ 185 , 300 ( 税抜 ) \ 94 , 200 ( 税抜 ) ン波を出力します。・計測器や救急器具などの精密機器の電源に適しています。 出力 3000W 出力 1500W \ 118 , 600 ( 税抜 ) \ 223 , 400 ( 税抜 ) 466.8X283.5X 100n111 出力 1500W 出力 380W ・ 466.8X283.5X1001m1 420X220X88nm1 6.8 g 12. g 463X332X117g11 12 綰 403X236X 1 16rnm 7 綰 TS-400 TS-200 STI OOO ST600 \ 31 900 ( 税抜 ) \ 29 , 700 ( 税抜 ) \ 105 , 000 ( 税抜 ) \ 78 , OOO ( 税抜 ) 出力 400W 出力 200W 出力 1000W 出力 68 、Ⅳ 205X 158X67 n 205X1 X59mm 373X236X116 6.2 290X 179X80g11 3.3 173 1 .63 綰 SR シリ - ズ 1 IJ 、 1 9 インチラックマウント式正弦波インバ - タ XP シリーズ高品質正弦波インバータ AC バイバス回路内蔵で連続出力 1000W 交流電力を供給します。 ROHS ・ミリタリー規格アプリケーションにも適用、最先端のテクノロジーを活用して、 高耐久性、超小型、軽量インバータです。 通信関連事業機器の電源装置に最適です。 ・歪率の非常に小さい ( 2 % 以下 ) サイン波を出力します。出力電圧も安定化されてし、ます。 交流精密電源として使用できます。 ・ AC バイバスモードと DC - AC インバータモードの出力選択可能。・ AC 入力と常時同期運転で切換時間を短 縮 ( 8 ~ 2011S8 ) 。・正弦波出力 ( 歪率 2 % 以下 ) 。・ LCD パネルによる優れた操イ乍性。・パソコンと接続で XPI 100 \ 168 , ( 税抜 ) XP600 \ 138 , 000 ( 税抜 ) XPI 25 \ 39 , ( 税抜 ) き、操作の幅を広げます。・入力高 / 低電圧、過温度、過負荷、逆接続 ( ヒューズ ) 、回路短絡、 AC ブレーカー 寸法 : 91X195X375 ( mm ) 寸法 : 91X195X299 ( mm ) 寸法 : 54X126X173 ( mm ) 重量 : 4.5kg 重量 : 3kg 重量℃ .9kg SR1000T -124 SRI 000T 124 148 SR1000T -148 1000W 50 / 60Hz 士 0.05 % 18 ~ 34V8 36 ~ 60V8 97 ~ 123Vac ( 選択可能 ) 87 % 88 % 483X44X345mm 5.8 容量 (Ah) 寸法 (mm) 項目 電圧 重量 標準価格 ( 税抜 ) (kg) 型式 好発 好発 SR 出力電力 周波数 ( 変更可能 ) 出力電圧匪 : 選択嘘 } 効率 ( 全負荷 ) 寸法 (mm) 重量 (kg) シリーズ ・出力 250W ・ 2000W タイプもあります。 ンタ技術 2016 年 11 月号 \ 195 , 000 ( 税抜 ) 232

最新アナログ旧の要 / CMOS トランジスタ技術入門 表 3 図 16 の回路の定数やゲイン設定 ノイズやオフセットが小さくないと Rsense は小さくできない 設定例 ゲイン lsense( min) ム e 〃 ( max) 巧〃 ( rn ⅲ ) Vin( max) Rsense ( min) ( max) ケース 1 50 倍 10 m Q 3 mA 10 A 30 ″ V 100 mV 1.5 mV 333 倍 ケース 2 1.5 mQ 3 mA 10 A 4.5 uV 15 mV 1.5 mV 129 倍 ケース 3 1.5 mQ 3 mA 25.8 A 4.5 uV 38.7 mV 0.58 mV Rsense での電力損失 1 W 0.15 W 1 W 表 4 比較対象のゼロ・ドリフト OP アンプ LTC2050 の主な仕様 ノイズ , オフセットが少し大きいのと , 使える電源電圧が低い 仕様 値 最大オフセット電圧 3 uV 最大オフセット電圧ドリフト 30 nV/ ℃ ノイズ ( 0.01 ~ 10 Hz, 標準 ) 1.5 Vp - p 電圧ゲイン ( 標準 ) 140 dB 垰 ( 標準 ) 130 dB CM. ( 標準 ) 130 dB 消費電流 ( 標準 ) 0.8 mA 2.7 ~ 6 V ( LTC2050 ) 電源電圧 2.7 ~ 士 5.5 V (LTC2050HV) 応用例 2 ・・・ 3m ~ 25A を検出できる ロー・サイド電流センサ ・大電流を測るため低い抵抗値を使う 図 16 は , 負荷の電流をモニタする回路です . 電流 を測るための抵抗 ( センス抵抗 ) を GND 側 ( ロー・サイ ド ) に配置しています . センス抵抗の値は , 負荷に影響がないように数十 m Q 以下のかなり低い値を選ぶので , 電流雑音やバイア ス電流の影響はほとんど受けません . この場合考慮すべきなのは , オフセットと入力電圧 雑音密度です . オフセットが小さいゼロ・ドリフト OP アンプはこのような用途に向きますが , アプリケ ーションの要求事項によっては , ノイズ・レベルが大 ベルを検出するために LTC2057 を使用します . オフ きすぎる場合があります . セット・ドリフトは 15 nV/ ℃なので , 25 ~ 125 ℃の 温度変化で 1.5 V です . 電圧雑音密度は 11 ・ 3 m ~ 10 A の電流範囲を測りたいと仮定 ( 1kHz まで ) なので , 0.01Hz から 1kHz までだと 0.35 表 3 に , センス抵抗とゲインの設定例を示します . UVRMS(2.3UVP-P) となります . これなら 4.5 ″ V を検 モニタしたい電流範囲を 3 mA から 10 A ( 70 (B) とし 出できます . での電力損失は 0.15 W となり , sense ます . ケース 1 では , を 10 m Q , OP アンプのゲ 1 / 6 ~ 1 / 7 程度に減らせます . sense インを 50 倍としています . 入力の最小電圧はわずか 30 uV のため , オフセット , ノイズともこれ以下であ ・損失 1 W が許せるなら電流の上限を倍以上にできる る必要があります . このような用途には , ゼロ・ドリ 逆にの電力損失 IW が許容できるとすれば ( ケ , sense フト OP アンプが適しています . ース 3 ) , / の最大値が 25.8 A に広げられます . 電 sense 流測定範囲を 3 mA から 25.8 A とすれば , ダイナミッ ・ 1 0 m Q では最大電流 10 A 時に損失が 1 W ク・レンジは約 79 dB となり , ダイナミック・レンジ 1999 年発売のゼロ・ドリフト OP アンプ LTC2050 ( 表 が 9dB も広くなったことを示します . ロー・サイド電 4 に特徴を記載 ) では , オフセット・ 流センス回路でも大きなメリットがあるとわかります . ドリフトが 30nV / ℃ max のため ( 脚注参照 ) , 温度変化が 25 ℃から 125 ℃に変化した場合 , ドリフトが 3 uV あります . さらにノイズは 15 Vp - p ( 脚注参照 ) なので , 304V の 信号なら検出可能です . しかし最大電流の 10A のと LTC2050 ( リニアテクノロジー ) は , 電圧雑音密度が 1.5 Vp - p き , の損失は 1 W と大きくなります . 発熱 , 基 ( 0.01 Hz から 10 (z) です . 実効値に変換すると以下です . sense = 1.5 uVp-p 寺 0227 UVRMS 。 ( 0.01 板面積 , コストからすると , 損失はなるべく小さくし ー 10 Hz) ゼロ・ドリフト・アンプであることから 0.01 Hz から 1 kHz ま たいのです . で電圧雑音密度が一定と仮定し , IkHz までのノイズ・レベルを 算出すると , 次のようになります . ・ uV 単位の電圧が測れる OP アンプなら抵抗値を下 1 kHz ら。 ( 0.01 Hz ー 1 kHz) = 0.227 uVRMS X 10 Hz げて損失を減らせる = 2.27 VRMS # 15UVp-p での電力損失を減らすために , ケース 2 のよ LTC2057 の電圧雑音密度 IInV / 石冫・・から 0.01Hz ~ 1 kHz ま うに抵抗値を 1.5 m Q とする場合を考えてみます . での電圧レベルを求めると , 次のようになります . Vsense の最小電圧値は 3 V と小さくなります . このレ = 11 nV x 、 / 〒石 - = 0.35 uVRMS 2.3 uvp-p nolse ンシスタ技術 2016 年 11 月号 sense 139

豊富なラインアップで未来を共創 ー 0 。 vNV73 シリーズ 過電圧保護用パリスタ 6025 mm 定格電流 0.4A ~ 15A vCCFY リース 物 3216 mm ~ 3225 mm 定格充 0.4A ~ 5A 曾マ CCP シリーズ 1005 mm ~ 1608 mm 定格充 0. ~ 5A vTF シリース 過電流保護用チップヒューズ 回路保護部品 0603 mm ~ 5750 mm チップ抵抗 耐サージ / 長辺抵抗器 コーア 高精度・高信頼性 高精度抵抗器 ラッシュ抑制 セメント抵抗器 / 巻線抵抗器 温度センシング 白金薄膜温度センサ / リニア温度係数抵抗器 回路保護 バリスタ / 電流ヒューズ K 〇 A 株式会社 〒 183-0006 東京都府中市緑町 2-17-2 22 www.koaglobal.com TEL : 042-336-5300 E-mail: mcd@koanet.co.jp 詳しくは Web で》》》 KOA ンシスタ技術 2016 年 11 月号

誰でもキマル / プリント基板道場 写真 1 製作した実験基板 ( 発熱点周辺 ) 水平なマットの上に水平に置き , 底面からの放熱を抑える ため 3 mm だけスポンジで浮かせて断熱する . 抵抗は熱を 効果的に銅はくに伝えられるようシリコン・グリスを大量 に塗布する 抵抗を 2 個並列にした薹肄きを = 発熱点 2 は抵抗 1 個とした 、甚片面生基板 表 1 バーチャル実験と実機結果の比較 シミュレーションと実測はおおむね合っている 実測 項目 LTSpice 118 ℃ 発熱点 1 114 ℃ 発熱点 2 142 ℃ 138 ℃ 29 ℃ 29 ℃ 測定点 1 57 ℃ 46 ℃ 測定点 2 測定点 3 68 ℃ 66 ℃ 測定点 4 20 ℃ 24 ℃ 測定点 5 3 ℃ 8 ℃ 写真 2 のように測定点は , シリコン・グリスを盛り 上がる程度に塗布し . 熱電対の先端が完全に埋没する ようにして測定誤差が小さくなるようにします . テー プで貼るなどの方法は誤差が大きくなります . ・結果 表 1 は実測結果をまとめたものです . 図 15 の LTspice 解析結果の同条件のものも併記して あります . これを見ると温度の高い部分ほど数値が良 く一致しています . 本ワザで複雑な形状のパターンの放熱を実用的な精 度で予測できることがわかります . ・スルーホールへの対応 多層基板については前述した通りですが , 多層基板 のスルーホールにも対応できます . 写真 2 測定点はシリコン・グリスを塗布して熱電対を当てる 触るだけ , テープで貼るなどの方法は誤差が大きくなる スルーホールのドリル径とめつき厚がわかれば図 10 と同じ計算方法で熱抵抗を求めることができます . スルーホールを含んだライプラリを追加しても良い カッタ P ー 450 ( オルファ ) で銅はくを剥がして作った実 ですし , 5 mm 間隔で置くのならセル間の層間に抵抗 験基板です . 50 m の銅はくに比べて , 厚さ 1 mm の基材の横方 を配置すれば済みます . 向の熱抵抗は極めて大きく , 今回の実験の内容では無 電子機器を作るとき , 熱設計は避けて通れません . 視しても結果はほとんど変わりません . 規定を超える熱で半導体などが壊れてしまうのは論外 多層基板など基材に対して垂直方向に熱が伝わる上 としても , ある程度高い温度域では機器の寿命にも大 に面積がある場合は無視できなくなるため , 基材の熱 抵抗を求めて組み入れる必要があります . きく影響します . 今回作成した熱予測のようなシミュレーションはモ 水平な机上に 3mm 浮かして基板を設置し , 発熱点 デルの出来不出来が成否を左右します . 1 には 10Q / 2W の表面実装抵抗を 2 個並列に , 発熱点 自分の環境で実験とモデルやパラメータの修正を繰 2 は 1 個配置します . り返すと段々正確に予想できます . 結果が一致しない 抵抗の温度が上がり過ぎず , 効率的に基板に熱を伝 えるためにシリコン・グリスを多めに塗布します . ときは何か重大な見落としや勘違いがあるものです . 専用のソフトウェアを使わすに自分のカで問題が解 温度測定は熱電対で行います . 熱電対は計測器のコ ネクタ部の温度と測定点の温度差を測るため , 環境温 決できるようになると , 熱問題もきっと怖くなくなる 度がキャンセルされます . でしよう . ン湫タ技術 2016 年 11 月号 熱電対 測定点はシリコン・ グリスを塗布する 147

誰でもキマル / プリント基板道場 R3 {RI} {RI } {RI} R2 {RI } 銅はくの熱 抵抗の指定 . param RI 25 一様な環境温度を表現する ため OQ に近い値にした 風速 0.5m / s 時の 銅はく表面から環 境温度への熱抵抗 {R2} R8 {R2} R9 1000 R5 G3 {R2} R6 {R2} 図 14 5X5mm, 1 セル分の等価回路のライブラリ RI は幅 5mm , 長さ 2.5mm , 厚さ 0.05mm の銅はくの熱抵抗 l-—30mrn—+l . param R2 lp G4 G2 G2 P2 I-UILIOL 測定点 1 P3 PI 生 50Z GI る x5 G3 G4 P4 測定点 2 発熱点 1 発熱点 2 0 l-—20mm—H こは壁で仕切られている想定 測定点 3 E 図 1 6 のように , 実際のデバイスの面積分セルを抜 いて同一ノードとして平均的な発熱を加えることが重 図 13 発熱点 1 が 3.2W , 発熱点 2 が 1.6W , 合計 4.8W と空冷 では対策できないと思われる事例 要です . べタのプリント・パターンの面積が広い割には冷えにくいがよくある形 を想定した . 発熱点は 2 か所が接近し , お互いに影響を強く受けるため ・結果 手計算では計算が難しい LTSpice での解析は , DC 解析を使います . トラン ジェント解析でも構いませんが , 時間軸方向に意味は けて , 1 セル分の回路とします . ないので DC 解析が向いています . 発熱点は , 合計で 4.8W もあり , 直感的にも破綻す 発熱源 1 ( 図 16 の回路図ではんを変数にし , 発熱源 るだろうと思われる例です . 図 13 のようにシンポルをプリント・パターンの形 2 ( / 2 ) は定数です . に並べれば熱回路が完成します . 解析結果を図 17 に示します . 発熱点 1 が 32W のと 発熱ポイントの設定方法 き , 発熱点 2 が最高温度の 142 ℃アップ , 室温が 25 ℃ 発熱ポイントは慎重に設定します . では 167 ℃になることがわかります . 実際はこれにケース温度から乃までのの c が加わ そのまま発熱点 ( 定電流源 ) を置くと , 微小な範囲に熱 源を接続したことになるため , その部分の温度が異常 るため , 半導体は即死の状況です . 発熱点 1 でも 139 ℃ ( = 114 + 25 ) なので , 半導体の に高い値になります . 145 ンシスタ技術 2016 年 11 月号 U-II-UOG 図 1 5 1 セル分のライブラリのシンポル セルを 2 次元につないでいくことでさまざまな形状のパターンの熱解析 ができる 測定点 5 測定点 4