|
This web site is only compatible with Japanese text.
PC-486PORTABLE などの AC アダプタのお話
事の発端は、PC-486PORTABLE の AC アダプタでした。
AC アダプタの保守に取り掛かった際、本体接続用端子の極性がいわゆる「センターマイナス」だと気が付きました。小型端末で AC アダプタを用いる事は少なくありませんが、令和五年 ( 2023 年 ) 現在だと極性は「センタープラス」が主流で「センターマイナス」は比較的珍しい仕様ではないかと思われます。
この記事は、保守ついでに AC アダプタの事を少々調べて作成した、備忘録です。
AC アダプタとは、商用電源 ( 例えば、AC100V ) から 機器本体で用いる直流電源 ( 例えば、DC5V や 12V ) を取り出す為の電源装置です。主に機器を直接駆動する為に使用しますが、同時に充電目的で用いられる事も有ります。
機器により仕様が異なる為、例えば純正の AC アダプタの代わりに代用品の AC アダプタを用いようとする場合、仕様を考慮せずに選定すると機器が正常に動作しない、故障してしまった、などの問題が発生します。
問題発生を未然に防止する為、AC アダプタを選定する時は主に次のような部分に注目します。
- AC アダプタ自体の物理的形状
- 定格電圧、電流
- 端子の物理的形状、極性
- 電線の長さ
- 実際の運用条件
なお、AC アダプタにも安全の為の規格がいくつか存在していますが、 機器の仕様によっては準拠すべき規格が異なる場合も有りますので、運用条件が厳しい場合 ( 例えば、周囲温度が極端に高いか低い、もしくは医療用機器に接続、など )
はこの点についても考慮した方が良いでしょう。
AC アダプタは電力を変換する回路構成の関係で、比較的単純な回路構成のシリーズ電源と、内部回路でパルス波を作って変圧するスイッチング電源の二種類に大別され、それぞれ、物理的な大きさや重さ、回路構成、発熱量などで相反する特徴を持っています。
次に AC アダプタの比較表を提示します。
| AC アダプタ比較表 |
| 比較項目 |
シリーズ電源の場合 |
スイッチング電源の場合 |
|
電源装置の大きさ
|
大きくて重い |
小さくて軽い |
|
発熱
|
多い |
少ない |
|
入力電圧の対応範囲
|
狭い |
広い |
|
出力電圧の変動範囲
|
広い |
狭い |
|
回路構成
|
単純 |
複雑 |
|
レスポンス
|
早い |
やや遅い |
|
ノイズ
|
少ない |
多い |
AC アダプタの物理的形状ですが、AC アダプタにコンセントプラグが付いていて直接コンセントへ差し込む方式と、AC アダプタの入力端子から延ばした電線の先端に有るコンセントプラグをコンセントへ接続する方式の二種類に大別されます。
直接コンセントへ差し込む方式は、コンセントプラグが L 型になっているもの、直線のもの、折り畳み機構付などが有り、これに合わせて正方形に近い形状や長方形、もしくは薄型の四角や円などの形状が有ります。
入力端子から延ばした電線をコンセントへ接続する方式は、インレットと呼ばれる入力端子の形状にいくつか種類が有ります。入力端子の詳細は後述します。
入力側の端子で問題となるのは商用電源の電圧です。シリーズ電源方式は商用電源を変圧器で直接変圧する為、対応可能な電圧が限定されている ( 例えば、AC100V 専用 ) 一方、スイッチング電源方式はいわゆるユニバーサルタイプ ( AC100V から AC240V まで対応 ) になっている製品が有ります。
出力側の端子では電圧に加えて、電流値も確かめる必要が有ります。定格電圧の範囲は DC3V から DC24V、定格電流は 3A 程度までの範囲になっている事が多いものの、 機器本体の仕様により異なります。
出力側については USB Power Delivery、つまり USB PD の仕様に沿った AC アダプタも存在しますが、この記事の著者は運用実績に乏しく正確な解説が困難な事から、参考文献を参照して下さい。
商用電源を入力する側は、AC アダプタにコンセントプラグが付いている方式と、電線を AC アダプタのインレットと呼ばれる端子へ接続する方式が有る事は先述した通りです。
直接コンセントへ差し込む方式は、コンセントプラグが L 型になっているもの、直線のもの、折り畳み機構付が存在しますが、比較すると次のような特徴が有ります。
| AC アダプタ比較表 |
| 比較項目 |
L 型字型 |
直線型 |
折り畳み
機構付 |
|
隣接コンセントへの干渉
|
発生しがち |
殆どない |
発生しがち |
|
コンセントからの出っ張り
|
出来る限り抑えられる |
細長い形状の為、出っ張った状況になりやすい |
製品によってはコンセントプラグの方向を自由に変えられる為、出っ張る方向を調整できる |
|
電線の取り出し方向
|
コンセントや壁に並行の方向 |
コンセントや壁に直角の方向 |
製品によってはコンセントプラグの方向を自由に変えられる為、電線の取り出し方向を調整できる |
|
持ち運びの利便性
|
コンセントプラグが邪魔になりがち |
コンセントプラグが邪魔になりがち |
コンセントプラグを収納して持ち運べる |
|
耐久性
|
良い |
良い |
可動部分の折損や内部機構の劣化による異常が発生しやすい |
AC アダプタのインレットと呼ばれる端子は、JIS C 8283-3 に規定された形状の中でも C2、C6、C8、C14 が用いられている事が多いものの、そのほかの形状も見かけます。端子形状はそれぞれ、C2 がブタ鼻、C6 がミッキー、C8 がメガネ、C14 が三極と通称される事が多い様です。
但し、中には独自規格のインレット ( 例えば、C8 の形状と似ているが片側を丸ではなく角ばらせる事で極性を持たせたインレット、俗に C8P と呼ばれる ) を持つ AC アダプタも存在します。
どちらの方式も、コンセントプラグの形状は国内で使用するなら工作機械や 19 インチラックなどで用いられる引掛 2P 型や引掛接地 2P ( 何れも抜止型とは別の種類 ) 、舞台やスタジオで用いられる C 型コンセントやこれの先祖にあたる A 型コンセントの様な特殊事例を除けば、問題になる事は有りません。
一方で、国外で使用する場合は電圧と共にコンセントプラグの形状が問題になります。詳細は参考文献を参照して下さい。
直流電源を出力する側の端子は形状が雑多です。とても全てを網羅する事は出来ませんので、次に代表例を挙げます。
| AC アダプタ出力端子の代表例 |
| 端子仕様 |
備考 |
| 大分類 |
小分類 |
JEITA
RC-5320A |
電圧区分 1 |
俗に「EIAJ-1」や「EIAJ#1」などとも呼ばれている。主な仕様は次の通り。
- 形状 : 丸ピン形
- 直径 : 外径 2.35 Ø、内径 0.7 Ø
- 長さ : 9.5mm
- 電圧範囲 : 3.15V 以下
- 定格電流 : 2A
|
電圧区分 2 |
俗に「EIAJ-2」や「EIAJ#2」などとも呼ばれている。主な仕様は次の通り。
- 形状 : 丸ピン形
- 直径 : 外径 4.0 Ø、内径 1.7 Ø
- 長さ : 9.5mm
- 電圧範囲 : 3.15V 超 6.3V 以下
- 定格電流 : 2A
|
電圧区分 3 |
俗に「EIAJ-3」や「EIAJ#3」などとも呼ばれている。主な仕様は次の通り。
- 形状 : 丸ピン形
- 直径 : 外径 4.75 Ø、内径 1.7 Ø
- 長さ : 9.5mm
- 電圧範囲 : 6.3V 超 10.5V 以下
- 定格電流 : 2A
|
電圧区分 4 |
俗に「EIAJ-4」や「EIAJ#4」などとも呼ばれている。主な仕様は次の通り。
- 形状 : 丸ピン形
- 直径 : 外径 5.5 Ø、内径 3.3 Ø、ピン径 1.0 Ø
- 長さ : 9.5mm
- 電圧範囲 : 10.5V 超 13.5V 以下
- 定格電流 : 2A
|
電圧区分 5 |
俗に「EIAJ-5」や「EIAJ#5」などとも呼ばれている。主な仕様は次の通り。
- 形状 : 丸ピン形
- 直径 : 外径 6.5 Ø、内径 4.3 Ø、ピン径 1.4 Ø
- 長さ : 9.5mm
- 電圧範囲 : 13.5V 超 18.0V 以下
- 定格電流 : 2A
|
IEC
60130-10 |
Type A |
主な仕様は次の通り。
- 形状 : 丸ピン形
- 直径 : 外径 5.5 Ø、内径 2.1 Øまたは 2.5 Ø
- 長さ : 9.5mm
|
Type B |
主な仕様は次の通り。
- 形状 : 丸ピン形
- 直径 : 外径 6.0 Ø、内径 2.1 Øまたは 2.5 Ø
- 長さ : 9.5mm
|
Type C |
主な仕様は次の通り。
- 形状 : 丸ピン形
- 直径 : 外径 3.8 Ø、内径 1.1 Ø
- 長さ : 9.5mm
|
Type D |
主な仕様は次の通り。
- 形状 : 丸ピン形
- 直径 : 外径 6.3 Ø、内径 3.1 Ø
- 長さ : 9.5mm
|
Type E |
主な仕様は次の通り。
- 形状 : 丸ピン形
- 直径 : 外径 3.4 Ø、内径 1.3 Ø
- 長さ : 9.5mm
|
携帯電話
の端子 |
JEITA
RC-5232 |
規格の名称は「デジタル携帯電話 ( PDC 方式 ) I/O コネクタ」。第二世代移動通信システム ( 2G ) の携帯電話で使用。
|
JEITA
RC-5238A |
規格の名称は「IMT-2000 携帯電話用コネクタ A」。第三世代移動通信システム ( 3G ) の携帯電話で使用。
|
JEITA
RC-5240 |
規格の名称は「携帯電話用角形コネクタ」。第三世代移動通信システム ( 3G ) の携帯電話で使用。
|
JEITA
RC-5242 |
規格の名称は「携帯電話用複合 I/O コネクタ」。第三世代移動通信システム ( 3G ) の携帯電話で使用。
|
USB 端子 |
USB 端子を用いる場合、昔ながらの Type-A 端子や Type-B 端子からこれらを小型化した端子、Type-C 端子に至るまで様々。
|
独自規格 |
機器の製造メーカーが独自に用いている端子は、いわゆる Mini DIN 端子の様な比較的汎用な端子を用いている場合から、一般には入手出来ない特殊な端子まで、様々。
|
独自規格の端子のうち、PC-9800 シリーズやその互換機である EPSON PC シリーズに関する情報は、工作室の記憶様の「98 ノート / ラップトップの AC アダプタ」や「エプソン 98 互換ノート / 小型ラップトップ / BOOK の AC アダプタ」という記事を参照して下さい。
丸形ピンの場合、外観では JEITA や IEC の規格に沿っている様に見えても直径や長さを少しだけ変えた独自仕様も存在しています。交換用の端子や代用の AC アダプタを探す場合、端子の寸法をノギスで計測する、現物合わせで調べる、という対応が必要になる時も往々にして有ります。
そのほか、丸形ピンは端子の極性も問題になります。 ( 他の端子でも問題にならない訳ではないが、極性以前に物理的形状で誤挿入防止が図られている )
丸形ピンは令和五年 ( 2023年 ) 現在だと「センタープラス」が主流ですが、EIAJ ( 現 JEITA ) の統一規格が定められた平成元年 ( 1989年 ) より時代が古くなると、「センターマイナス」が主流だった様です。一説によると、次のような理由が有ったとされています。
- トランジスタは PNP 型と NPN 型に分かれるが、初期のゲルマニウムを用いたものは製造の容易さから PNP 型多く作られた。
- PNP 型トランジスタの場合、増幅回路の構成はプラス接地の方が簡単。
- 丸ピン内部に AC アダプタと電池を切り替える接点を設ける場合、丸ピンの外側に接点を設けてプラス側を切り替える事を考えたら、必然的にセンターマイナスになる。
丸ピン端子に接点を仕込んでいる例は、ラジオや電子楽器など電池と AC アダプタを排他使用する機器で見かけます。
余談ですが、固定電話のメタル回線がプラス接地になっているのは
- 落雷時にメタル回線へ誘導電流が流れた際、接地していないと電圧が危険な領域まで上昇する可能性が有るが、片側を接地していれば誘導電流を速やかに大地へ逃がせる。
- 片側を接地する場合、マイナス接地とすると電食を進行させるが、プラス接地なら抑制される。
という理由ではないか、と言われています。 ( 固定電話が使われ始めたのが百年以上前で発祥について明確な記録が残っている訳ではない為、いくつかの説がある模様 )
電食の抑制という意味では、いわゆる旧車と呼ばれる世代の自動車がプラス接地なのも同じ理由です。
自動車の場合、現在は車体を構成する鋼板のメッキの性能向上やカーナビなどの 機器の搭載などでマイナス接地になっていますが、耐食性について桁違いの性能を要求される海洋土木やプラント、船舶の分野ではプラス接地による電気防食の考え方が今でも生かされています。
更なる余談ですが、プラス接地とマイナス接地の回路を何も考えずに混在させると、グラウンドを通じて電源が短絡した状態になり故障の原因になるので、避けなくてはなりません。
AC アダプタに付属もしくは接続する電線の長さは、極端に短いか長いと取り回しが難しくなるので避けた方が良いでしょう。長すぎる場合は更に、電圧降下の問題が生じます。
電線は、束ねたまま使用しては行けません。必要な長さだけ伸ばして余った部分は束ねたまま使いたくなるかも知れませんが、電線は束ねるなど密集させた状態では放熱しづらくなり、最悪は火災に至る事が有ります。
火災を防止する為には許容電流値を低く設定する必要が有りますが、これに関する詳細についてはATX 電源の電線についての雑記を参照して下さい。
なお、電線を安易に壁や天井へ固定する事も勧められません。特に商用電源側の電線を固定する行為は、一番危険度が高いでしょう。詳細については、移動電線施設時の注意点を参照して下さい。
ここでは、AC アダプタを実際に運用する時の注意点を記載していきます。
| AC アダプタ使用時の注意事項 |
| 注意事項 |
説明文 |
出力電流 |
出力電流ですが、負荷電流に対して定格電流の方が小さい、もしくは余力が少ない場合、過負荷による故障が早期に発生します。定格出力電流は、負荷電流の 1.3 倍から 1.5 倍の余力を確保するのが目安です。
負荷に電動機 ( モーター ) が有る様な場合、突入電流に対して耐えられるかの検証も必要です。
|
温度と湿度 |
温度や湿度の条件が定められている場合、条件を遵守する必要が有ります。
温度が高い場合は過熱による故障や火災の危険が有る事は想像できると思いますが、温度が極端に低い場合、今度は内部の部品が冷えすぎて所定の性能を発揮出来なくなります。
湿度が高い場合は、結露による絶縁抵抗の低下で短絡の危険が生じるので、これも避けなくてはいけません。高湿度というと夏季の高温高湿を想像しがちですが、冬季の結露も見逃せないでしょう。
|
清掃 |
コンセントプラグ同士の間に埃や水分が付着した状態で放置すると、プラグ同士が短絡してトラッキング現象により火災に至る事が有ります。
これを防止する為、埃や水分が付着していないか点検・清掃を定期的 ( 目安としては半年以内の頻度 ) に行う事を心掛けたいところです。
AC アダプタ自体でトラッキング現象を対策する方法というとプラグの根元が絶縁キャップ付きの製品を用いるか、後付けの絶縁キャップを取り付ける方法が有名ですが、AC アダプタの製造メーカーによってはプラグ同士の間に溝を設ける方法を採用しています。
|
外観の点検 |
AC アダプタは使用する前に、外観を確かめてから使用する事をオススメします。特にコンセントプラグや電線の被覆は、傷や変形、これに起因する異常な発熱などの不良が発生しやすい部分です。
|
騒音 |
AC アダプタは使用中に微かな唸り音が直接聞こえる事が有ります。これは故障という訳では有りません。どうしても音が気になる場合は、AC アダプタの設置場所を変えるか、別の AC アダプタへ変更してみると良いでしょう。
|
ノイズ |
AC アダプタの中でもスイッチング電源の場合はスイッチングノイズにより AM ラジオの受信障害の様な事象が発生する事も有ります。
ノイズを回避する根本的な方法は AC アダプタを使用しない事ですが、これでは回答になっていませんので AC アダプタ使用時の対策方法としては
- 発生源を出来るだけ遠くに離す
- シールドする
- ノイズフィルター ( コンデンサやフェライトコアなど ) の使用
発生源を出来るだけ遠くに離す方法では、AC アダプタと 機器の本体を物理的に離すのは勿論、商用電源と直流電源の電線を物理的に離す、商用電源同士でも系統を出来るだけ分離するのが理想的です。
シールドする場合、シールドの材料によって対応できるノイズの周波数帯に違いが有ります。
AC アダプタの電線へ何らかの対策を施したい場合、電線を対撚り線 ( ツイストペアケーブル ) へ変更してしまう方法も考えられます。なお、対撚り線は撚り合わせ率により雑音除去率が異なります。
例えば、伊藤健一氏著「ノイズと EMC のはなし」の 161 ページによると、単なる平行線と比較すると撚りピッチが 4 インチの場合は 23dB、2 インチの場合は 41dB など、細かくなるほど性能が上がっていく様です。
|
最後に、この記事を書くきっかけとなった PC-486PORTABLE の電解コンデンサについて記載します。
| PC-486PORTABLE の電解コンデンサ |
| 参考写真 |
説明文 |
参考写真-1 |
AC アダプタを分解したところ。ねじはラインヘッドねじで、純正ドライバーを調達する必要が有ります。律儀にシールド板まで仕込んで有る辺り、時代を感じさせます。
電解コンデンサですが、C2 はルビコン株式会社の MXW 200V82µF × 1 個 ( 寸法は 12.5 Ø× 30H ) 、C6 と C7 はニチコン株式会社の PL 16V330µF × 2 個、C5 もニチコン株式会社の PL 35V47µF × 1 個です。
これらの電解コンデンサを置き換える際、候補となる品種は、ルビコン株式会社の MXW が QXW、ニチコン株式会社の PL が UPM、UPW です。
|
参考写真-2 |
撤去した電解コンデンサ。少々分かりにくいですが、封口ゴムの部分に液漏れの痕跡が残っています。
|
ねじについて上記では純正ドライバーを調達する様に記載していますが、にが HP 様の「ゲームキューブの修理と改造」という記事で、マイナスドライバーを改造して互換ドライバーを自作、もしくは小型のボックスレンチを代用するする方法が紹介されています。
参考文献
JEITA の各種規格書
- RC-5320A 外部電源プラグ・ジャック ( 直流低電圧用・極性統一型 )
- RC-5232 デジタル携帯電話 ( PDC 方式 ) I/O コネクタ
- RC-5238A IMT-2000 携帯電話用コネクタ A
- RC-5240 携帯電話用角形コネクタ
- RC-5242 携帯電話用複合 I/O コネクタ
|
