逆接続保護回路はどの方式がよい？

電流が小さいなら直列ダイオード、電流が大きいなら損失の小さいPchMOSFET、向きを決められない入力ならダイオードブリッジです。

ダイオードで逆接続を防ぐと損失は？

損失は電圧の下がり×電流です。1N4007で12V・1Aなら1.1V×1Aで約1.1W、ショットキーならその半分以下です。

PchMOSFETの向きはどうする？

D（ドレイン）を入力側、S（ソース）を基板側にし、Gは抵抗で入力のマイナスにつなぎます。逆だと保護になりません。

ダイオードブリッジの欠点は？

電流がいつもダイオード2個を通るので、電圧が約2V下がり熱が大きいことです。基板のGNDも入力の−とずれます。

突入電流はどう抑える？

NTCサーミスタ、抵抗＋リレー、ソフトスタートの3つです。直流の小さな基板ではソフトスタートが使いやすい方法です。

NTCサーミスタは12Vの基板に使える？

使えますが向きません。温まっても抵抗が残り、1Aで0.7V以上下がります。交流100Vの電源の入口でよく使われます。

逆接続保護回路の3方式｜損失の比べ方と突入電流の抑え方

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逆接続保護回路は、直列ダイオード・PchMOSFET・ダイオードブリッジの3方式で、12V・1A なら損失はダイオード（1N4007）1.1W、PchMOSFET 0.05W と20倍以上ちがいます。選び方は早見表、電源を入れた瞬間の突入電流の抑え方は突入電流の節へ。

AC アダプタのプラグや電池は、向きを間違えて挿されることがあります。プラスとマイナスが逆になると、電解コンデンサや IC がこわれることがあります。これを防ぐのが逆接続保護回路です。

この記事では、12V の AC アダプタで動く基板を例に、3つの方式の損失と温度を実在の部品の数字で計算して比べます。後半では、電源を入れた瞬間の突入電流の抑え方も扱います。

電源の入口で起きる2つの事故：逆接続と突入電流

電源の入口では、逆接続（プラスとマイナスを逆に挿す）と突入電流（入れた瞬間の大きな電流）の2つが起きやすくなります。どちらも、電源をつないだ瞬間に起きる事故です。

逆接続：逆の電圧で部品がこわれる

電解コンデンサには向き（極性）があり、逆の電圧がかかるとこわれることがあります。IC やマイコンも、電源の端子に逆の電圧がかかると、中の回路に大きな電流が流れてこわれることがあります。

突入電流：入れた瞬間に大きな電流

電源の入口には、電圧を安定させるための大きなコンデンサがあります。空のコンデンサにつないだ瞬間は、充電のために大きな電流が一瞬流れます。コネクタに火花が出たり、ヒューズが切れたり、電源の電圧が一瞬落ちたりします。

つまり、逆接続は「向き」の事故、突入電流は「勢い」の事故。防ぐ部品も別々です。

この記事の例：12VのACアダプタで動く基板

例にするのは、12V の AC アダプタのプラグを挿して動き、ふだん1.0A が流れ、入口に470µF の電解コンデンサがある基板です。

項目	この記事の例
電源	直流12V の AC アダプタ（プラグを差す）
ふだんの電流	1.0A
入口のコンデンサ	470µF（電解コンデンサ）
回路の抵抗	0.5Ω（電源の出口・ケーブル・コンデンサを合わせたイメージ）

逆接続の保護は、プラグのすぐ後ろに入れます。逆の電圧が、コンデンサや IC に届く前に止めるためです。突入電流の対策は、コンデンサの手前に入れます。

つまり、入口の順番は「プラグ → 逆接続の保護 → 突入の対策 → コンデンサ → 基板」が基本の形です。

方式1：ダイオードを直列に1本入れる

いちばん簡単なのは、プラスの線にダイオードを1本入れる方法です。正しく挿せば電流が流れ、逆に挿せばダイオードが電流を止めます。ただし、ダイオードで電圧が下がり、熱が出ます。

ダイオードは、電流を一方向にだけ流す部品です。アノード（三角の側）からカソード（線の側）へは流れ、逆向きには流れません。この性質で、逆に挿したときの電流を止めます。

部品（1A のとき）	電圧の下がり（最大）	損失	基板にかかる電圧
1N4007（ふつうのダイオード）	1.1V	1.1W	10.9V
SS34（ショットキー）	0.5V 以下	0.5W 以下	11.5V 以上

方式2：PchMOSFETを入口に入れる（向きが大事）

PchMOSFET を入口に入れると、ON のときは小さな抵抗（DMP3056L なら最大50mΩ）だけになり、1A で0.05V・0.05W しか失いません。逆に挿すと OFF になって電流を止めます。

MOSFET は、ゲート（G）とソース（S）の間の電圧で ON・OFF するスイッチです。P チャネル形（PchMOSFET）は、ゲートがソースより低い電圧になると ON になります。

つまり、PchMOSFET は「部品が少し増えるかわりに、損失がダイオードの約20分の1」。電池や大きな電流の回路に向きます。

方式3：ダイオードブリッジならどちら向きに挿しても動く

ダイオードブリッジは、入力の向きがどちらでも、出力の向きをそろえます。そのかわり、電流はいつもダイオード2個を通るので、DF10S なら1.1V×2＝2.2V 下がり、1A で2.2W の熱になります。

ブリッジは、交流を直流にする整流でよく使う部品です。直流の入力に使うと、プラスとマイナスのどちらを逆に挿しても、基板には正しい向きの電圧がかかります。

「向きを気にせず挿せる」のが最大の利点です。ただし、電圧の下がりと熱が3方式でいちばん大きく、12V が9.8V まで下がります。

つまり、ブリッジは「向きを決められない入力」のための方式。損失が大きいので、電流の小さい回路に向きます。

3方式の損失の比べ：12V・1AならPchMOSFETが最小

12V・1A で比べると、損失はブリッジ2.2W ＞ 1N4007 1.1W ＞ SS34 0.5W 以下＞ PchMOSFET 0.05W です。

方式（部品）	電圧の下がり	損失	基板にかかる電圧
ダイオード（1N4007）	1.1V	1.10W	10.90V
ショットキー（SS34）	0.5V 以下	0.50W 以下	11.50V 以上
ブリッジ（DF10S）	2.2V	2.20W	9.80V
PchMOSFET（DMP3056L）	0.05V	0.05W	11.95V

ダイオードの損失は「電圧の下がり×電流」なので、電流に比例して増えます。MOSFET の損失は「電流²×ON の抵抗」なので、電流が2倍なら4倍になりますが、もとが小さいので、数アンペアまではダイオードより有利です。

つまり、損失を比べるときは「ダイオードは V×I、MOSFET は I²×R」。式を分けて計算します。

損失を温度に直す：上がる温度＝熱抵抗×損失

損失に熱抵抗をかけると、部品の温度がまわりより何℃上がるかがわかります。ブリッジは約+88℃、1N4007 は約+55℃、PchMOSFET は約+4.5℃ です。

部品	損失	熱抵抗（データシート）	上がる温度
1N4007	1.10W	50℃/W	+55.0℃
SS34	0.50W 以下	55℃/W	+27.5℃ 以下
DF10S	2.20W	40℃/W	+88.0℃
DMP3056L	0.05W	91℃/W	+4.5℃

箱の中が40℃なら、ブリッジは128℃近くになります。熱抵抗は基板の銅箔の広さで変わる目安なので、余裕が少ないときは、銅箔を広げるか方式を変えます。

つまり、電流が1A を超えるあたりから、ダイオードの熱が無視できなくなる。PchMOSFET が選ばれる理由です。

早見表：逆接続保護回路の3方式の選び方

迷ったら、電流が小さく安くしたいならダイオード、電流が大きい・電池で動かすなら PchMOSFET、向きを決められない入力ならブリッジ、と選びます。

方式（部品）	下がる電圧	損失（12V・1A）	部品の数	向いている所
ダイオード（1N4007）	1.1V	1.1W	1個	電流が小さい・安い
ショットキー（SS34）	0.5V 以下	0.5W 以下	1個	電圧を下げたくない
PchMOSFET（DMP3056L）	0.05V	0.05W	2〜3個	電流が大きい・電池
ブリッジ（DF10S）	2.2V	2.2W	1個	向きを決められない入力

PchMOSFET の部品の数は、ゲートの抵抗と、必要ならツェナーダイオードを足した数です。数字はデータシートの最大値で計算しました。

つまり、逆接続の保護は「電流の大きさ」と「向きを決められるか」の2つで選べます。

突入電流：空のコンデンサにつないだ瞬間の大きな電流

空のコンデンサにつないだ瞬間、電流は「電圧÷回路の抵抗」まで跳ね上がります。12V・抵抗0.5Ω なら24A です。抵抗を10Ω にすると、ピークは1.2A まで下がります。

電源を入れた瞬間、空のコンデンサは電線と同じように見えます。電流を止めるのは、電源の出口・ケーブル・コンデンサ自身の小さな抵抗だけです。この記事では合わせて0.5Ω とします（イメージの値です）。

抵抗を10Ω にすると、ピークは12÷10＝1.2A、時定数は10×470µF＝4.7ms になります。ピークが下がるかわりに、充電に時間がかかります。

つまり、突入電流は「抵抗を入れてピークを下げる」か「電圧をゆっくり上げる」かで抑えます。次の3つの方法は、この考え方の使い分けです。

対策1：NTCサーミスタ冷たいと抵抗が大きく、温まると小さい

NTC サーミスタは、冷たいときは抵抗が大きく（Vishay SL1010003 は25℃で10Ω）、電流が流れて温まると小さくなります（3A で0.28Ω）。電源を入れた瞬間だけ突入電流を抑え、そのあとは損失を小さくできます。

AC100V の電源の入口では、整流したあとのピークが約141V になります。10Ω のサーミスタを入れると、突入電流のピークは141÷10＝約14.1A に抑えられます。このとき470µF にたまる電気は4.7J で、SL10 の上限17J に入ります。

一方、12V の小さな基板には向きません。データシートでは1.5A で0.71Ω なので、1A ではそれより大きい抵抗が残り、0.7V 以上下がるからです。電圧の低い回路では、その下がりが大きく効きます。

つまり、NTC サーミスタは「AC100V の入口の定番」。12V の基板では、次の2つのほうが向きます。

対策2：抵抗＋リレー充電が終わったら抵抗を短絡する

はじめは10Ω の抵抗を通して充電し（ピーク1.2A）、充電が終わったらリレーの接点で抵抗を短絡（ショート）します。5τ＝23.5ms たてば、コンデンサは約99%まで充電されます。

抵抗で抑えて充電すると、コンデンサにたまる電気と同じだけの熱が、抵抗に出ます。一瞬の熱なので、パルスに強い抵抗を選びます。

つまり、抵抗＋リレーは「抑える」と「損失0」を両立できる。そのかわり、リレーとタイミングの回路の分、部品が増えます。

対策3：ソフトスタート電圧をゆっくり上げる

ソフトスタートは、基板の電圧をゆっくり上げる方法です。充電の電流は「C×電圧の上がる速さ」なので、12V を10ms かけて上げれば、470µF×12V÷10ms＝0.56A に抑えられます。

作り方は2つあります。1つは、電圧の上がる速さを決められる専用の IC（ロードスイッチやホットスワップ IC など）を使う方法です。もう1つは、MOSFET のゲートにコンデンサと抵抗を付けて、ゆっくり ON にする方法です。

PchMOSFET を使えば、逆接続の保護とソフトスタートを1つの MOSFET で兼ねる回路も作れます。

つまり、ソフトスタートは「12V などの直流の基板」に向く方法。ピークを計算どおりに決めやすいのが利点です。

突入電流の対策3つの比べと選び方

AC100V の電源の入口なら NTC サーミスタ、大きな電源やインバータなら抵抗＋リレー、12V などの直流の小さな基板ならソフトスタートが向いています。

方式	よいところ	気をつけること	向いている所
NTC サーミスタ	部品1個・安い	ふだんも損失。入れ直しに弱い	AC100V の電源の入口
抵抗＋リレー	ON のあとは損失ほぼ0	部品が多い・タイミングの回路	大きな電源・インバータ
ソフトスタート	ピークを決めやすい	MOSFET の熱（SOA）	12V などの直流の基板

どれも「充電の電流を小さく、時間を長く」する工夫です。コンデンサにためる電気（½CV²＝0.0338J）は変わらないので、抵抗やサーミスタで抑える方法では、その分の熱が部品に出ます。

確かめ：最低限ここだけ

余裕があれば

電源の入り切りをくり返して、サーミスタが温まったときや、リレーが入る前に切ったときの電流も確かめます。

つまり、方式は「電源の種類」で選び、最後は実物で逆挿しと入り切りの試験をします。

電源の入口の保護の並び方：役目の違う部品を組み合わせる

電源の入口には、ヒューズ・逆接続の保護・TVS ダイオード・突入電流の対策・コンデンサを、役目ごとに組み合わせます。1つの部品で全部は守れません。

部品	守るもの
ヒューズ	部品がこわれてショートしたとき、電源から切り離す
逆接続の保護	プラスとマイナスを逆に挿したとき、電流を流さない
TVS ダイオード	静電気や雷などの一瞬の高い電圧を逃がす
突入電流の対策	入れた瞬間のコンデンサの充電の電流を小さくする

並べる順番は回路と電源で変わります。たとえば、逆接続の保護をヒューズの後ろに置けば、MOSFET がこわれてショートしたときもヒューズが切れて守れます。

つまり、入口の保護は「何から守るか」を1つずつ書き出し、部品を割り当てていくと整理できます。

逆接続・突入電流の対策のよくある失敗3つ

よくある失敗は、PchMOSFET の向きを逆に付ける・NTC サーミスタが入れ直しで効かない・ブリッジの後ろの GND がずれる、の3つです。

失敗1：PchMOSFET の向きを逆に付ける

D と S を逆に付けると、ボディダイオードが逆接続のときにも電流を流してしまいます。回路図では正しく見えても、部品のピン配置を取り違えていることがあります。D を入力側、S を基板側に付け、逆挿しの試験で確かめます。

失敗2：NTC サーミスタが入れ直しで効かない

電源を切ってすぐ入れ直すと、温まったサーミスタの抵抗が小さいままなので、突入電流を抑えられません。入り切りの多い機器では、冷める時間を考えるか、ほかの方法を使います。

失敗3：ブリッジの後ろの GND がずれる

ブリッジの後ろの GND は、入力のマイナスとダイオード1個ぶんずれます。パソコンや測定器と GND をつなぐ回路では、思わぬ電流が流れて誤動作することがあります。

つまり、どれも「回路図では正しく見える」失敗。実物で逆挿しと入り切りの試験をすると見つかります。

逆接続	電源のプラスとマイナスを逆につなぐこと。逆接ともいう
損失	部品の中で電気が熱に変わる量。単位は W（ワット）
電圧の下がり（降下）	部品を電流が通るときに失われる電圧。ダイオードなら約0.5〜1.1V
PchMOSFET	電圧でON・OFF するスイッチの部品（P チャネル形）。ON のときの抵抗がとても小さい
ボディダイオード	MOSFET の中に必ずできてしまうダイオード。向きに意味がある
ダイオードブリッジ	ダイオード4個の組み合わせ。入力の向きが逆でも出力の向きをそろえる
突入電流	電源を入れた瞬間、空のコンデンサを充電するために一瞬だけ流れる大きな電流
NTC サーミスタ	温度が上がると抵抗が下がる部品。冷たいときの抵抗で突入電流を抑える