쇼트 불량과 오픈 불량으로 어느 쪽이 위험? 활선 삽발은 무엇?

이 칼럼의 다른 기사 「커넥터는 싸우고 있습니다!? 접속 불량의 요인과 그 대응에 대해서」에서도 썼습니다만, 커넥터의 문제를 오이타하면

• 단락 / 단락 및 오결선 → 연결해야 할 곳을 연결합니다.

• 비도통(오픈/개방) → 연결해야 할 곳에서 연결하지 않음

두 가지가됩니다.

그 어느쪽이나 발생시키지 않게 하는 것이 우리 커넥터 메이커의 싸움입니다만, 그렇다고 해도 그 2개 중, 어느 쪽이 보다 피해야 할 문제일까요?

결론에서 말하면, 예를 들면 연소 사고나 심각한 장치의 고장에 이르는 것은, 예외는 있더라도 대부분의 경우에 쇼트 불량의 쪽입니다.

이번은, 먼저 올린 칼럼 「커넥터는 싸우고 있습니다!? 접속 불량의 요인과 그 대응에 대해」의 자매판으로서, 결함의 차이나, 활선 삽발/핫 플러그에 사용되는 커넥터의 포인트, 「전기에 의한 파괴를 피한다」라고 하는 점에서 공통되는 ESD 대응의 이야기 등에 대해 정리한 칼럼이 됩니다.

짧은 불량의 다양한 예

그림 1. 짧은 결함의 이미지

그림은 어디까지나 이미지입니다.

콘센트에 먼지가 쌓여 연기나 발화를 초래하거나, 건전지를 철사나 그 근처의 전선으로 쇼트시켜 주면 뜨거워지는 것을 체감하고 있는 사람도 있을지도 모릅니다(나는 어느 쪽도 체험했습니다···). 알기 쉬운 사례로는, 그러한 것도 친밀한 쇼트계의 결함입니다. 또, 커넥터나 배선에 관련되는 가전이나 자동차 관련의 리콜 뉴스를 열람하면 「아아, 쇼트 쪽이 위험하네」라고 느끼는 뉴스가 많은 것이 아닐까 생각합니다.

물론 동작중에 오픈의 불량에 이르면, 예를 들면 장치의 안전기능 등의 중요한 것이 도중에 멈추어 버리는 것에 의한 위험도 있습니다.

또, 예외적으로 전류를 분류하고 있을 때 등은, 일부의 단자가 개방되어 나머지의 단자에 과전류가 흐르는 것으로, 이상한 발열이 발생하는 경우도 있습니다.

(칼럼 내별 기사 「전류를 복수 핀에 분류한 경우, 무엇 A 흘릴 수 있을까?」로 마지막 쪽에 조금만 접하고 있습니다. 분류와 저항의 편차에 의한 발열에 관해서 간단한 고찰을 하고 있으므로, 아울러 보실 수 있으면 다행입니다)

또 전원계의 접지 접속 미비 등도 사고의 리스크를 올리는 하나입니다만, 그래도 상대적으로 보면 쇼트 불량의 쪽이 보다 많은 위험을 포함하고 있을 것 같네요. 특히 연결 직후의 위험에 한정하면 그 차이는 현저합니다.

또, 커넥터에 한정하지 않고 전자 부품의 고장 모드는, 기기 전체의 고장에 직결하기 쉬운 쇼트보다 오픈 모드의 것이 더 선호됩니다(선택할 수 없는 케이스도 있고, 망가지지 않는 것이 무엇보다입니다만).

그런데, 이 쇼트 모드에 의한 불편을 좀 더 확대한 범위에서, 보다 막아야 하는 케이스가 있습니다.

그것이 활선 삽발에 대한 대응입니다.

활선 삽발은?

활선삽발, 핫스왑, 핫플러그 등으로 불리는 것이 있습니다. 전원이 켜진 상태에서 설치 제거, 즉 빼고 꽂을 수 있는 커넥터를 가지는 장치입니다.

회로측, 장치의 구조로 빼고 꽂을 수 있도록 대응하고 있지 않으면 안됩니다만, 커넥터의 구조로서 그것을 돕는 몇개의 기구가 있습니다.

활선삽발을 성립시키기 위한 조력을 커넥터가 담당하고 있는 케이스가 있습니다.

메이팅 시퀀싱 : 안전을 위해 차례로 연결

메이팅 시크 에켄스의 생각은 대략적으로 말하면

• 민감한 부분은 이상한 전압이 걸리지 않도록 서로 균형을 맞추고 나서 접촉합시다.
• 전위 정합을 위해 유입되는 전류는 흐르고 좋은 곳으로 빠져 버리자

라는 것입니다. 예를 들어 USB의 TYPE-A 커넥터를 이미지한 그림 4의 케이스에서는, 최초로 케이스에 연결되는 쉘끼리가 접속해, 부정합분을 해소하는 전류는 거기로 흐릅니다. 그 후에 전원/GND로 기판끼리의 정합도 잡히고, 드디어 신호의 접속에 이릅니다.

ESD 대책과 활선 삽발 대응은 비슷하다?

여담입니다만, 유입하는 전류로부터 회로를 지킨다고 하는 점에서는, ESD에 의한 영향도 있네요. 신경 쓰고 있는 포인트는 활선 삽발과 꽤 가깝다고 생각합니다. 당사에서 실시하고 있는 대책으로서는, 부품이 대전하지 않도록 한 포장 형태(옵션)가 있습니다.

또한 독자 개발의 ESD 프로텍티브 디바이스 등도 판매하고 있습니다. 회로 구성으로 궁리가 되거나 반도체 디바이스측에서 내성을 가진 제품도 많아지고 있습니다만, 또 하나의 요새로서 많은 고객이 사용하고 있습니다. 조금 PR이었습니다.

USB 이외의 메이팅 시퀀스의 예

똑바로 찔린다고는 할 수 없다 ~ 대각선으로 들어간 경우의 대응 ~

공차에서 최악의 경우 분석은 다양한 메커니즘 부품에서 수행됩니다. 물론 커넥터에서도 실시합니다. 모든 치수 공차가 형편이 나쁜 측에 갖추어진 경우에도 보증해야 할 기능을 채우는 것이지만, 활선 삽발에서는 조금 생각을 추가하지 않으면 안됩니다.

일단 심플한 접속에 관련되는 부분만입니다만,

• 커넥터가 끼워진 상태에서 단락이나 오픈 불량이 발생하지 않음(모든 커넥터)
• 끼워 넣는 과정에서 우연히 만지는 등도 포함하여 단락이나 오도통이 발생하지 않는다 (특히 활선 삽발)

이와 같이 접속 후에 화입을 하는 것과 같은 것은 그다지 생각하지 않아도 좋다.

그렇다면, 모두 이런 식으로 해 버리면 좋을까라고 하면, 가능한 한 작은 기판 점유 면적으로 커넥터를 배치하고 싶고, 활선 삽발을 하지 않는 고객에게 있어서는 커넥터가 쓸데없이 커지므로, 역시 통상의 11501S 쪽이 계속 사용이 편리합니다. FPC로 활선삽발을 하고 싶다는 요망 자체도 그다지 인기가 없기 때문에 커스텀 커넥터로서 개발·판매하신 경위가 있습니다.

촉전 대책

그런데, 활선삽발로 신경 써야 할 상대는 찔러 오는 커넥터 뿐만이 아닙니다. 쇼트를 일으키는 이물질의 침입도 있을 것이며, 사람의 손이 닿아 버려, 기계측의 고장 뿐만이 아니라 출력에 따라서는 감전 사고의 가능성도 있습니다.

이 근처에 관련된 규격으로서는 (방수만 착안되기 쉽습니다만) IP 규격이 있습니다.

그곳에서는 IP2X라면 손가락이 닿지 않는(입지 않는다), 3X로 드라이버 등 공구의 선단, 4X에서는 와이어와 구조에 의해 침입할 수 없게 하는 것의 기준이 마련되어 있습니다. 활선삽발의 안전 확보에는 이러한 대응도 필요합니다. 물론 물이 들어오는 위험이 있다면 IP66 · 67 등 뒤의 문자 측도 높은 구조를 채용해야합니다. 이 내용에 관해서는, 칼럼 내별 기사 「커넥터는 싸우고 있습니다!? 접속 불량의 요인과 그 대응에 대해서」의 「이물의 침입에 대한 시험·규격 IPXX」도 참조하실 수 있으면 기쁩니다.

요약

이번은 쇼트 불량과 오픈 불량으로 우려되는 리스크의 차이로 시작되어, 주로는 활선 삽발에 사용되는 커넥터의 포인트에 대해 설명했습니다.

활선삽발과 그렇지 않은 경우에 최적의 커넥터가 반드시 일치하지 않는 예도 박혀 있습니다. 많은 고객의 요구에 따라 신제품을 개발하는 것은 우리의 중요한 책임입니다.

한편, 지금 있는 것 중에서 정말로 최적인 커넥터를, 고객과 함께 되어 선정해 가는 것도, 커넥터 메이커로서 중요한 역할이라고 생각하고 있습니다.

현재 검토되고 있는 용도에 최적인 커넥터는 무엇인가, 여러가지 관점에서의 제안을 할 수 있을까 생각합니다. 부디 폐사 영업에 신청해 주시는지, 사이트에서 부담없이 문의해 주시면 매우 기쁘게 생각합니다! !