消費電力について

質問

皆さん、初めまして。
仕事であるAV機器の修理をしているものですが、その機械は１２Vの外部電源で４０Wの消費電力のものです。
ユーザーの方がその外部電源端子に倍の２４Vを入力してしまいました。
その機械にはブレーカーもついていたのですが動作せずにトランジスタが壊れてしまいました。
そのブレーカーの働かなかった原因を調べているところで僕は40Wで12Vだから3.3Aが電流値だから倍の電圧をかければ6.6Aの電流が流れるはずだと解釈しました。
しかし上司はあくまで消費電力が40Wなんだから電圧が倍になれば電流は半分の1.7Aになるはずだ、といいます。
僕は回路のインピーダンスは電圧によって変わるものではないから電圧が倍になれば電流も倍になる、と考えたのですがどちらが正しいのでしょうか？

回答No.4

saru_1234 · ベストアンサー

ANo.1 です。

> ブレーカー以降への電流は遮断されるはずなんですか、

違います。電流は１ループ上全て同じ値です。
「ここからここまではｘｘAで、そこから先はもっと少ない電流」
というのはあり得ません。

ブレーカは結局、その回路に「大きすぎた電流を感知してなるべく短時間で遮断する」ものですから、
肝心の機器がその短かくてもその時間中に耐えられなければ壊れます。

> じゃあついでにご質問させて頂きたいのですが、供給する１２Vが
> バッテリーの場合、使用していると電圧が落ちてきますよね。
> そうすると40Wの消費電力の機器なら電流は増えるのでしょうか、
> 減るのでしょうか？
> 逆に充電直後ですと電圧は高いですよね。
> そうなると12Vの時に対して電流は増えるのでしょうか、
> 減るのでしょうか？

DC-DCコンバータといえば普通はスイッチング式なのでそれ前提とします。
まず「定格」とは、その機器の性能を問題なく発揮できる周囲の条件です。
大抵はプラスマイナスしても追従する性能または余力を持っているので、
即壊れることは少ないです。
また、自動車用の鉛蓄電池の使用を前提なら、充電量による電圧の変動は加味した設計が当然であり
「12Vから僅かでもずれたらどうなっても知らん」という製品なら
悪質と言ってもいいでしょう。
私もちょっとしたアクセサリを使ってるのですが、
クランキングで８V近くまで落ちるのを考慮してないらしく
エンジン始動の時に表示がムチャクチャになり正常に動作しません。

スイッチング式は、変換効率は多少変動しますがほぼ一定です。
なので電圧が上がれば電流が減り、電圧が下がれば電流は増えます。
しかし
12Vバッテリ専用の機器が、24Vを与えたときにどうなるのかは
わかりません。
メーカが公表してるとか、回路図が公開されててそれを読める人がみれば
解るのかもしれませんが。

> どちらともいえない、ということでしょうか？

構造による、とANo.1に書いた通りです。
前提条件が不明ではなんともいえません。
前提を仮定すれば、この回答の前出の通りです。

ANo.2 さんの補足欄
> ブレーカーについては下記の補足にもありますように10Aの定格ですから
> どのような解釈をしても動作しないのは理解してます。

ブレーカがその機能を果たさず機器を壊したのならその存在価値はおろか、
設計に問題があるといえます。
「入れとけばいいや」くらいにしか考えてない可能性が高いです。

お礼

お返事遅くなりました。
何とか上司にも納得していただけました。
色々ありがとうございました。
また何かありましたらよろしくお願いします。

補足

お返事が遅くなって申し訳ありません。

>> ブレーカー以降への電流は遮断されるはずなんですか、
>
>違います。電流は１ループ上全て同じ値です。
>「ここからここまではｘｘAで、そこから先はもっと少ない電流」
>というのはあり得ません。

こちらの書き方が悪かったようで誤解を招いてしまって申し訳ないのですが、外部電源入力－過電圧保護回路－ブレーカー－DC-DCコンバータという経路になっていまして、ブレーカの直前にFETが直列で（という言い方がただしいのでしょうか？）接続されています。
過電圧保護回路が働きますと、このFETのゲート電流が無くなるため、FETがクローズされて、それ以降、つまりブレーカ以降のDC-DCコンバータに電流は流れないですよね、という意味です。

スイッチング電源だけをいえば電流と電圧は反比例するようですが、結局はその電源を使用して作動しているそれ以降の回路次第で変わってくるので、自分の最初の問いの答えとしてはなんともいえない、ということですね。

ブレーカーについては物自体の定格が10Aで、機械の消費電力が40Wで12Vですから計算すると3.3Aですから本来の役割としては間違っていないと思います。

今回は24Vを入力したときに作動しなければいけない過電圧保護回路が損傷してしまったというトラブルですから、ブレーカの話を出したのは混乱させてしまったと思います。
申し訳ありませんでした。

回答No.3

takepon256

勘違いしているようですので追記します。
私の申し上げた回路はDCDCコンバータの後段にある回路のことです。
Overvoltage Protection（過電圧保護）とある回路です。
この回路を電源の入力に入れます。

こちらのHPの方が理屈が述べられていて分かりやすそうです。
http://wgz.sub.jp/cont/dengen/dengen2.htm

－－－－－－－－
半導体デバイスは絶対定格を超える電圧をかけると、ショートモードで故障することが多いです。
ショートになると過電流が流れてしまいますが、すでに故障してしまっているのですからブレーカーは意味がありませんよね？
ですから、ヒューズやブレーカとは別に過電圧保護を設ける必要があるのです。

お礼

お返事が遅くなって申し訳ありません。

現在自分が修理を担当している機種では、ブレーカの前段に過電圧保護回路があるのですが、今回は外部電源からの電流をブレーカへ流すか遮断するかのFETを制御している回路の最終段のトランジスタが損傷（焼けて）していました。
ただ、その損傷の具合を検証していないため最終的にFETがオープンしていたのかクローズしていたのかは現在のところ不明ですが、ブレーカ以降の回路に問題が無いところを見るとクローズしていたのではないでしょうか。

仕様としては入力電圧は１１Vから１７Vを保障してますから、２４Vの入力くらいで過電圧保護回路がやられてしまうのはどうかと思うんですけどね。

いろいろとアドバイスありがとうございました。

回答No.2

takepon256

どちらの考えも間違ってると思います。
ブレーカーは過電流保護です。過電圧保護にはなりません。

それに「消費電力40W」とは定格値もしくは最大値なのではないでしょうか。
電子機器で「常時40W消費」とは考えにくいです。

とりあえず、下記の16ページの回路などはいかがでしょうか？
http://www.shindengen.com/resources/Content/1/4/2/documents/MD1222Nappguide.pdf

（上記回路は、耐圧を考えて部品選定をする必要があります）

補足

さっそくのお返事ありがとうございました。

ブレーカーについては下記の補足にもありますように10Aの定格ですからどのような解釈をしても動作しないのは理解してます。

消費電力40Wは最大値ですね。

ブレーカーは教えて頂いた回路のようにDC-DCコンバータの前段にあります。

回答No.1

saru_1234

> どちらが正しいのでしょうか？

機器の構造にもよりますが、それを無視しての意見ならどちらも正しいとは言えません。

> 40Wで12Vだから3.3Aが電流値だから倍の電圧をかければ6.6Aの電流が流れるはずだ

抵抗性負荷なら正しいですが、ブレーカ(定格がわかりませんが)が
効かなかったのですから多分違ってます。

> はあくまで消費電力が40Wなんだから電圧が倍になれば電流は半分の1.7Aになるはずだ

24Vを与えても大丈夫で、電力の損失がない(または極小)な機器ならば
当てはまりますが、壊れたくらいですから定格を超えていて
何が起こるか断言できません。

> 回路のインピーダンスは電圧によって変わるものではないから

受動素子ならそうでしょうが、入力レンジが広いスイッチング電源など、
該当しません。

補足

さっそくのお返事ありがとうございました。

まずブレーカーですが10Aの定格ですから動作時間を考えても動作はしないですね。
本来はDC-DCコンバータの前段に保護回路もついていますのでそこでブレーカー以降への電流は遮断されるはずなんですか、そのスイッチングを制御するトランジスタが焼けてました。
原因は今調査中です。

じゃあついでにご質問させて頂きたいのですが、供給する１２Vがバッテリーの場合、使用していると電圧が落ちてきますよね。
そうすると40Wの消費電力の機器なら電流は増えるのでしょうか、減るのでしょうか？
逆に充電直後ですと電圧は高いですよね。
そうなると12Vの時に対して電流は増えるのでしょうか、減るのでしょうか？

どちらともいえない、ということでしょうか？