その回路はいつ壊れるつもりだ

at MANABIYA Day 2 / 回路が壊れるので注意してねという話です

Transcript

1. 2018.03.24 ˏ MANABIYA その回路はいつ壊れるつもりだ Yusuke Umahashi
2. 内容 ✤ 馴染みの薄い回路の話 ✤ 故障と失敗談をします ✤ どういうときに回路は壊れるのか ✤ Arduinoでも起こりうる失敗と対策 ✤ ෺ཧͷतۀʹ͸͠·ͤΜʂ
3. きっかけ ✤ Startup Weekend Tokyo :: IoTに参加した ✤ 最終発表にて
 「IoTデバイスは10年稼働するのでコストはいくら…」
 「屋外に設置してn年稼働して…」
4. その機器はいつまで動くの？ ✤ 「IoTデバイスは10年稼働するのでコストはいくら…」 ✤ 電池がへたれるのでは ✤ 本体交換コストも ✤ 「屋外に設置してn年稼働して…」 ✤ 防水性…
5. ✤ 製品の故障は想像が及ばないのかもしれない ✤ じゃあ物が壊れる話をするか
6. そもそも故障とは ✤ “本来の機能”を提供できなくなったら故障 ✤ 本来の機能は基本的に製造元が決める ✤ 世間と常識にある程度縛られる ✤ 使い続けて故障率があがる＝寿命
7. iPhoneの電池 ✤ “本来の機能”をできるだけ提供 するための策 (個人の感想です) ✤ でもユーザーは反発 https://japanese.engadget.com/2017/12/20/iphone/
8. 寿命部品の例 ✤ 駆動部分 ≒ すり減る箇所のこと ✤ モーターやギヤ ✤ ベルト ✤ コネクタ (抜き差し回数)
9. 寿命部品の例 ✤ 電子部品 ✤ アルミ電解コンデンサ ✤ 寿命ではないが… ✤ タンタルコンデンサ https://www.raspberrypi.org/app/uploads/2012/09/sony-rasp-pi.jpg
10. https://twitter.com/kuriuzu/status/611546531502555136
11. 寿命部品の例 ✤ 電子部品 ✤ フラッシュROM (書き換え回数) ✤ LED (輝度低下) ✤ MOSトランジスタ
12. 寿命部品の例 ✤ 電池 ✤ 電池切れ ✤ 充電池の充放電繰り返し
13. 実例: 電解コンデンサの寿命 ✤ アルミ電解コンデンサ ✤ 大きめの電流を流す場面でよく使う ✤ 電源・充電 ✤ スピーカー ✤ 寿命があらかじめ定義されている
16. 実例: 電解コンデンサの寿命 ✤ 105℃ 6000時間 ✤ 10℃下がると寿命は2倍 ✤ 失敗: 5000時間で揃えたつもりが、2000時間の部品が
 紛れていた。 ✤ 印字の色が異なっていて発覚
17. 設計の問題で故障
18. 最大定格 ✤ どんな条件でも絶対に超えてはいけない値 ✤ 動作範囲から少しだけ超えてもいい限界。マージン。
19. 定格電圧 ✤ USBは5V。定格電圧が6Vなら大丈夫？ ✤ ふつうは直結しない ✤ サージ電圧が増える ✤ USBだと10Vくらい
20. サージ電圧 ✤ 電流が急激に変化する反動で高電圧が発生 ✤ ケーブルがつながった瞬間 ✤ スイッチやトランジスタのON/OFF
21. Arduinoのサージ電圧 ✤ Maximum Operating Voltage : 6.0V ✤ USB→ポリスイッチ→PMOS→ATmega ✤ 実測して確認した
22. Arduinoのサージ電圧
23. 失敗: サージ電圧 ✤ 降圧電源ICが燃える ✤ 定格電圧: 26V ✤ 最高使用電圧: 24V ✤ 入力電圧が24Vだった ✤ サージ電圧は30Vくらい
24. その他の部品の定格電圧 ✤ セラミックコンデンサ ✤ 通常時の2倍の定格電圧が目安 ✤ DCバイアス特性 ✤ 電圧がかかると容量が減る ✤ 容量が大きいほど減りやすい
25. DCバイアス特性 ✤ 太陽誘電のセラコンで比較 ✤ 0.1uF / 1uF / 10uF ✤ 定格電圧: 10V
26. 容量低下による影響 ✤ BLEモジュールやESP8266/ESP32は
 大容量コンデンサが必要 ✤ 0.1uFと10uFを並べるパターンなど ✤ サイズの小さいものを選ぶと、
 実は容量が全然足りないかもしれない。 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-11819/
27. 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 D D C C B B A A ES P32 Module Power Supply Micro US B 5V&US B-UART Auto program DTR RTS-->EN IO0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 SWITCH BUTTON Connector Reserve adjustable ouput value! IO22 IO23 TXD0 RXD0 IO21 SD0 CLK IO19 IO0 IO4 IO18 IO15 IO2 SD1 EN IO2 GND EN SENSOR_VP SENSOR_VN IO34 IO35 IO32 IO33 IO25 IO26 IO27 IO14 IO12 GND IO22 TXD0 RXD0 IO21 IO19 IO18 IO4 IO0 GND IO13 SD2 SD3 CMD CLK SD0 SD1 IO15 USB_PWR USB_DN USB_DP D- D+ USB_DP RTS DTR EN IO0 RXD0 TXD IO15 IO13 CTS RTS TXD0 RXD DTR DSR RTS CTS RXD TXD USB_DN DCD RI GND IO0 EN ACTIVE EN SENSOR_VP SENSOR_VN IO34 IO35 IO32 IO33 IO25 IO26 IO27 IO14 IO12 IO13 SD2 SD3 CMD GND EXT_5V IO16 IO5 IO17 IO17 IO5 IO16 IO23 GND VDD33 GND VDD33 GND VDD33 GND GND GND EXT_5V EXT_5V GND VDD33 GND GND GND EXT_5V GND VDD33 GND GND GND GND VDD33 Title Size Document Number Rev Date: Sheet o f <Doc> <RevCode> <Title> B 1 1 Wednesday, September 14, 2016 Title Size Document Number Rev Date: Sheet o f <Doc> <RevCode> <Title> B 1 1 Wednesday, September 14, 2016 Title Size Document Number Rev Date: Sheet o f <Doc> <RevCode> <Title> B 1 1 Wednesday, September 14, 2016 R23 470R(1%) R20 0R(1%)(NC) R19 0R(1%)(NC) D1 RED LED R2 2K(1%) R18 0R(1%) SW2 R17 0R(1%) D5 ESD05V88D-LC R15 5K(1%)(NC) SW1 R4 470R(1%) R3 470R(1%) C3 22uF/25V(10%) C15 1nF/50V(10%) D3 1N5819 U2 NCP1117 GND/ADJ 1 VOUT 2 VIN 3 J1 USB_CON8 VBUS 1 D- 2 D+ 3 GND 5 NC 4 GND 6 GND 7 GND 8 GND 9 C14 1nF/50V(10%) D4 ESD05V88D-LC D2 ESP32_MODULE GND1 1 3V3 2 EN 3 SENSOR_VP 4 SENSOR_VN 5 IO34 6 IO35 7 IO32 8 IO33 9 IO25 10 IO26 11 IO27 12 IO14 13 IO12 14 GND3 38 IO23 37 IO22 36 TXD0 35 RXD0 34 IO21 33 IO20 32 IO19 31 IO18 30 IO5 29 IO17 28 IO16 27 IO4 26 IO0 25 GND2 15 IO13 16 SD2 17 SD3 18 CMD 19 CLK 20 SD0 21 SD1 22 IO15 23 IO2 24 U1 CP2102_QFN_P28 DCD 1 RI 2 GND 3 D+ 4 D- 5 VDD 6 REGIN 7 VBUS 8 RST 9 NC1 10 SUSPEND 11 SUSPEND 12 NC2 13 NC3 14 NC4 15 NC5 16 NC6 17 NC7 18 NC8 19 NC9 20 NC10 21 NC11 22 CTS 23 RTS 24 RXD 25 TXD 26 DSR 27 DTR 28 PGND 29 C21 100uF/6.3V(20%) C20 10uF/25V(10%) C23 10uF/25V(10%)(NC) C19 0.1uF/25V(10%) R7 5K(1%)(NC) C9 1nF/50V(10%) J2 CON20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 R24 0R(1%) J3 CON20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Q2 S8050(NPN) R25 3.3K(1%)(NC) C16 0.1uF/25V(10%) R11 12K(1%) R22 12K(1%) Q1 S8050(NPN) C1 10uF/25V(10%) R21 12K(1%) C22 1uF/10V(10%) C18 10uF/25V(10%)
28. 失敗: ESP8266の電源 ✤ ESP8266を使った基板で、出荷検査で無線LANを
 動かすと再起動することがある。 ✤ USBバスパワーだと電源が足りない(ことがある) ✤ きっちり500mAで制限をかけていた ✤ 電源のコンデンサは10uF程度 ✤ あとで組み付ける充電池を検査前に組み付けて対応