【完全図解】FG・SG・LG・PGNDの違い｜なぜグランドを分けないと機器が壊れるのか

回路図を開くと、GNDの記号がいくつも並んでいて混乱した経験はありませんか？

FG、SG、LG、PGND…。「全部グランドなんだから、まとめて繋げばいいのでは？」と思うのは自然なことです。

でも、その「まとめて繋ぐ」がノイズ・誤動作・感電事故の原因になります。

この記事では、4種類のグランドの違いを「家の配管」というたとえを使って、初心者でも直感的に理解できるように解説していきます。配管を間違えると汚水が飲み水に混ざるように、グランドを間違えるとノイズが信号に混入して機器が壊れるのです。

🏠 全体像｜4種類のグランドを「家の配管」で理解する

あなたの家には「4本の配管」がある

家の中には目的の違う配管が何本も通っています。飲み水の管、トイレの排水管、雨どいの排水管…。これらを1本にまとめたら大惨事ですよね。

電子機器の中のグランドもまったく同じです。役割が違うグランドを1本にまとめると大惨事になります。

この4本の配管を1本にまとめたらどうなるか？を想像してみてください。工場の汚水が浄水用の配管に逆流し、飲み水が汚染されますよね。電子機器でも同じことが起きます。パワー回路のノイズ電流がシグナルグランドに流れ込み、マイコンが誤動作するのです。

🏗️ FG（フレームグランド）｜「避雷針」の役割

FGとは？｜筐体（きょうたい）を大地に接続するグランド

FG（Frame Ground / フレームグランド）は、機器の金属筐体（ケース・シャーシ）を大地（Earth）に接続するためのグランドです。別名「保護接地」「PE（Protective Earth）」とも呼ばれます。

家の配管で言えば「避雷針と雨どい」です。落雷（サージ電圧）や漏電電流という「想定外の大量の水」を、人体に触れさせずに安全に大地へ逃がす役割を持っています。

FGがないと何が起きるか？｜感電事故

機器内部の電源回路が故障し、AC100Vが金属筐体に漏電したとします。FGが接続されていれば、漏電電流はFG→大地へ流れ、漏電ブレーカーが即座に動作して回路を遮断します。

しかし、FGが接続されていなければ、漏電電流は人体→大地という経路で流れます。これが感電事故です。人体に数十mA流れるだけで心臓が停止する危険があります。

🚰 SG（シグナルグランド）｜「浄水配管」の役割

SGとは？｜信号回路の電位基準となるグランド

SG（Signal Ground / シグナルグランド）は、マイコン・オペアンプ・ADC・通信ICなど信号回路の電位基準（0V）として機能するグランドです。

家の配管で言えば「浄水用の配管」です。飲み水レベルの清潔さが求められ、少しでも異物（ノイズ）が混入すると「味（信号品質）」が変わってしまいます。

SGが汚れると何が起きるか？｜信号の誤読・誤動作

SGの電位がノイズで揺れると、ICはその揺れを「信号の一部」と誤認します。たとえば、12ビットADCが3.3V基準で動作している場合、1LSB（最小分解能）はわずか0.8mVです。SGが1mV揺れるだけで、測定値が1〜2ビット狂います。

これは浄水に1滴の汚水が混ざっただけで味が変わるのと同じです。SGは「最も静かで、最もきれいでなければならない」グランドなのです。

🧹 LG（ラインフィルタグランド）｜「浄水器フィルター」の役割

LGとは？｜ノイズフィルタ専用のグランド

LG（Line Filter Ground / ラインフィルタグランド）は、AC電源入力部に設置するEMIフィルタ（ラインフィルタ）のコンデンサ（Yコンデンサ）を接地するための専用グランドです。

家の配管で言えば「浄水器のフィルター」です。水道管（AC電源ライン）から入ってくる汚れ（コモンモードノイズ）を、家の中に入る前にこのフィルターで濾し取ります。そして、濾し取った汚れは専用の排水口（FG＝大地）へ流します。

🏭 PGND（パワーグランド）｜「工場の排水管」の役割

PGNDとは？｜パワー回路の大電流が帰るグランド

PGND（Power Ground / パワーグランド）は、MOSFET・IGBT・モータードライバ・DC-DCコンバータなどパワー回路の大電流が帰る道です。

家の配管で言えば「工場の排水管」です。大量の水（電流）がドバドバ流れ、スイッチングのたびに流量が急変します。汚れ（ノイズ）も激しく、他の配管に絶対に混ぜてはいけません。

PGNDとSGを混ぜると何が起きるか？

PGNDのパターンには、スイッチング素子のON/OFFに伴う数A〜数十Aの電流が数十nsで急変します。この急激な電流変化がGNDパターンのインダクタンスで電圧に変換され、GNDバウンスを引き起こします。

📊 4種類のグランド完全比較表

一目でわかる比較表

接続関係の全体図｜「どこで分け、どこで繋ぐか」

🔥 よくある失敗パターン3選｜現場で本当に起きた事例

失敗①｜LGをSGに繋いでしまい、フィルタが逆効果に

EMIフィルタのYコンデンサのGND側を、FG（筐体）ではなくSG（信号GND）に接続してしまったケースです。フィルタが捕まえたコモンモードノイズが、そのまま信号回路のGNDに流れ込みました。結果、フィルタを入れたのにEMI試験でむしろ放射ノイズが悪化。配管のたとえで言えば、浄水器で濾し取った汚れを飲み水の配管に流しているようなものです。

失敗②｜PGNDとSGを共通パターンで引いて、ADCの値が安定しない

MOSFETのソース端子とマイコンのGNDピンを同じ銅箔パターンで共有してしまったケースです。スイッチングのたびにGNDが数十mV揺れ、ADCの読み取り値がバラつきました。配管のたとえで言えば、工場の排水管と浄水配管を1本にしたため、水圧の変動で蛇口から出る水の量が不安定になった状態です。

失敗③｜FGを接続し忘れて、筐体に触れると「ビリビリ」くる

試作基板でFG（保護接地）の配線を忘れたまま動作確認をしたケースです。Yコンデンサ経由でAC電源のノイズ電流が筐体に漏れ、金属筐体に触れると微弱な感電が発生しました。これはまだ「ビリビリ」レベルで済みましたが、電源回路の絶縁が壊れた場合、AC100Vが筐体に直結する致命的な事故に繋がります。

📝 まとめ｜グランドは「分ける→正しく繋ぐ」が大原則