DC 電源コネクタの選択方法: 基本

Apr 30, 2023

DC 電源コネクタの選択は、エンジニアの最終設計において見落とされがちな側面です。 DC 電源コネクタは比較的シンプルで簡単なコンポーネントですが、適切なコネクタを選択するには基本的な理解を必要とします。

バレル コネクタとも呼ばれる DC 電源コネクタは、電力供給アプリケーションの信頼性を確保するために、メーカーによって指定された電流および電圧定格を備えています。 標準 DC 電源コネクタのジャックとプラグには、通常 2 つの導体があります。 1 つの導体が露出し、2 番目の導体が凹んでいるため、2 つの導体間の偶発的な短絡を防ぐことができます。 バレル コネクタはほとんどの場合、エンド アプリケーションに電力を供給するために使用されるため、DC 電源コネクタを間違ったポートに差し込んで他のコンポーネントに損傷を与えるリスクは事実上ありません。

エレクトロニクス業界では、DC 電源コネクタにはジャック、プラグ、レセプタクルの 3 つの構成が一般的に受け入れられています。 DC 電源ジャックは電力を受け取る役割を果たし、通常は電子機器の PCB またはシャーシに取り付けられます。 DC 電源コンセントも電力を受け取ることを目的としていますが、代わりに電源コードの端にあります。 最後に、DC 電源プラグは、適切な DC 電源ジャックまたはコンセントに接続することにより、電源から電力を供給します。 以下の図 1 は、これらの一般的な構成を示しています。

ジャック、プラグ、レセプタクルの定義は業界内で十分に標準化されていますが、DC 電源コネクタの性別の定義はそれほど標準化されていません。 多くのエンジニアは、センター ピンの構成に基づいてバレル コネクタの性別を定義する RF コネクタ業界の性別規則に従っているだけです。 したがって、センター ピンを持つ DC 電源コネクタは通常、オス コネクタとして定義され、相手コネクタはメスとして定義されます。 この定義線は、オスとメスのジャックとプラグの違いに対処するときに混乱することがありますが、図 2 に例を示して明確にしています。

適切なバレル コネクタを決定する際の重要な仕様は、内側のピンと外側のスリーブの直径です。 以下の表に、これらの仕様で最も一般的な直径を示します。

コモンクリアランスはまだ標準化されていませんが、インナーピンと接するスリーブの内径は、相手ピンの内径よりわずかに大きくする必要があります。 外側スリーブと相手側コネクタに関しては、外側スリーブへの相手側接続が片持ちの板バネであるため、クリアランスはコネクタの適切な機能にとって重要ではありません。

内側のピンと外側のスリーブの直径に加えて、挿入の深さも DC 電源コネクタの仕様で注意すべき点です。 設計者は、ジャックの挿入深さがプラグのバレルの長さよりも短いことに気づくことがよくあります。 これは、特定の設置ではシャーシの壁の深さを考慮することが重要であるためです。

追加の深さが考慮されていない場合、バレルの長さが短すぎて、設置時にジャックに適切に嵌合できない可能性があります。 プラグバレルをジャックに挿入するときに完全に密閉する必要がない場合には、挿入深さの比率よりも長いバレル長が許容されます。

標準の DC 電源ジャックまたはプラグには 2 つの導体があり、センター ピンは通常電源用、外側のスリーブは通常接地用です。 ただし、この導体構成を逆にすることも可能です。 特定の電源ジャック モデルでは、外側のスリーブ導体とスイッチを形成する 3 番目の導体も利用できます。 このスイッチは、プラグの挿入を検出または表示したり、プラグが挿入されているかどうかに基づいて電源を選択したりするために使用できます。

多くのコンポーネントと同様に、DC 電源ジャックをエンド アプリケーションに取り付けるにはいくつかのオプションがあります。

パネル マウント DC 電源ジャックは、電子回路に接続するためのワイヤが必要になる代わりに、製品シャーシのどこにでも取り付けることができるという利便性を提供します。 PCB に取り付けられた DC 電源ジャックに関しては、表面実装 (SMT) および水平方向または垂直方向のスルーホールが最も一般的です。

SMT 信号接続を備えた多くの DC 電源ジャックには、ジャックを PCB にさらに固定するためのスルーホール ピンまたはタブも備わっています。 これらのタブは電気的に接続されている場合とされていない場合がありますが、スルーホールで PCB にはんだ付けされます。

他の形式の安定化ピンは非導電性であり、PCB の穴に締まり嵌めされます。 ミッドマウント SMT DC 電源ジャックは、PCB から配線された開口部にジャックが設置されるもう 1 つのオプションであり、スペースに制約のあるアプリケーション向けに、より薄型のオプションを作成します。

電流と電圧を転送する機能があっても、標準のオーディオ コネクタは電子アプリケーションへの電力供給には推奨されません。 これは、すべてのメーカーが必要な電圧および電流能力に対応したオーディオ コネクタを指定しているわけではないためです。 第 2 に、オーディオ プラグが電源に接続されている場合、その露出した導体により 2 つ以上の導体間で偶発的な短絡が簡単に発生する可能性があります。 最後に、オーディオ プラグが電力を供給している場合、電力を受け取ることを目的としていない他のオーディオ ジャックに簡単に差し込むことができ、内部コンポーネントが損傷する可能性があります。

オーディオ コネクタとは異なり、USB コネクタは電力供給とデータ転送機能で広く知られています。 ただし、USB Type-C 規格が発明されるまでは、最大電力定格はさらに制限されていました。

4 つの電源接点と 4 つの接地接点を備えた USB Type-C コネクタは、最大 5 A の電流定格、最大 20 V の電圧定格、最大 100 W の電力定格を備えています。この電力供給機能により、魅力的な電力ソリューションとなっています。 USB Type-C が広く採用され、設計統合が簡素化されたため、アプリケーションのみに使用できます。 ただし、充電または電力が唯一の機能であるアプリケーションでは、高速データ転送ピンによって不必要なコストが増加する可能性があります。 その結果、データ転送ピンのない電源専用 USB Type-C コネクタが、電源専用設計のよりコストに優しいオプションとして登場しました。

正しい情報があれば、DC 電源コネクタの選択にほとんど問題は生じません。 ジャックとプラグが適切に嵌合接続されるように、内側のピンと外側のスリーブの直径、および挿入深さに注意してください。 CUI Devices は、さまざまな取り付けスタイルやその他の構成で利用できるさまざまな DC 電源ジャック、プラグ、レセプタクルを提供しています。また、各製品ページの嵌合ガイドにより、互換性のあるジャックやプラグを見つけるプロセスがさらに簡素化されています。

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