Arduinoボードの電源の選択肢

この記事では、Arduino®ボードの電源ピンとコネクタや、主な特徴、正しく使う方法を学びます。

訳者註: このページはArduinoの電源に関する記事です。利用方法を間違えると、Arduinoを壊してしまう可能性があります。翻訳が間違っている可能性もあるので、ご自身の判断で利用してください。訳者は責任を取りません。

AUTHOR: José Bagur, Taddy Chung, Karl Söderby、LAST REVISION: 2022/10/05 22:00

Arduinoボードに電源を供給する方法には、専用のコネクタ(USBポートやDCコネクタ、電源コネクタ)や専用のピンなど、いくつかあります。実際のアプリケーションでArduinoボードを使うときによく出る基本的な疑問は、どの電源コネクタやピンを使うべきなのかということです。この記事では、Arduinoボードの電源ピンやコネクタの主な特徴や正しい使い方を紹介します。

電源の選択肢

Arduinoボードの電源供給方法には、5種類の選択肢があります。

USBコネクタ経由で給電する
ボード上のDCコネクタ経由で給電する(ボードで利用できる場合)
電源コネクタ経由で給電する(ボードで利用できる場合)
VIN(電源入力)ピン経由で給電する
3V3/5Vピン※経由で給電する

※3V3/5Vピン経由でボードに給電する方法は、ボードの電圧レギュレータを破損する可能性があるので、推奨されていません。詳細はこちらを参照してください。

この記事ではこれらの選択肢を詳細に見ていきます。

USBコネクタ

Arduinoボードに給電するもっとも一般的で簡単な方法は、ボード上のUSBコネクタを使うことです。USBコネクタはボード上の電子機器に安定化した5Vラインを供給します。しかし、USBコネクタからの5Vは、Arduinoボード上にある5Vピンを通じて、外部機器にも給電します。

USB接続で重要なことは、USBホストデバイスの定格電流です。例えば、USBホストデバイスがPCの場合、PCのUSBポートが、PCに接続しているArduinoボードに対する5Vの供給源です。PCのUSBポートのほかに、Arduinoボードの電源として、例えば、モバイルバッテリを使うこともできます。モバイルバッテリは、通常、一つ以上のUSB出力があり、異なる定格電流の安定化した5Vラインを提供します。5Vで動作するArduinoボードは、USBの安定化した5Vラインを直接使います。3.3Vで動作するボードでは、USBコネクタからの5Vラインをボード上の電圧レギュレータで3.3Vに変換します。5Vピンから出力される定格電流は、5V電源により異なります。

PCのUSBポートの電流は、通常、500mAに制限されています。

DCコネクタ

外部電源を接続するためのDCコネクタをボード上に持つArduinoボードもあります。ボード上にDCコネクタを持つArduinoボードは以下の通りです。

ボード上にDCコネクタを持つArduinoボードは、センタープラス(positive polarity)に設定されています。つまり、スリーブがマイナスで、ピンがプラスです。ボード上にDCコネクタを持つボードは、5.5mmのマイナススリーブと2.1mmのプラスピンを使用しています。

DCコネクタからの電源ラインは、ボード上の電圧レギュレータを使ってArduinoボードで安定化しています。ほとんどのArduinoボードでは、通常、まず5Vに安定化され、その後、3.3Vに安定化しています。DCコネクタに接続する外部安定化DC電源の推奨電圧と定格電流を以下の表にまとめています。

ボード	外部電源電圧(V)	外部電源電流(A)
Arduino UNO Rev3	7-12	1
Arduino UNO WiFi Rev2	7-12	1.5
Arduino Leonardo	7-12	1
Arduino Mega 2560 Rev3	7-12	1
Arduino Due	7-12	1.5
Arduino Zero	5-18	1

電源コネクタ

外部電源を接続するための電源コネクタをボード上に持つArduinoボードもあり、一次電源あるいは二次電源として使われます。ボード上に電源コネクタを持つArduinoボードは以下の通りです。

Proファミリーのボードは3ピン、1.2mm SMD ACH電源コネクタを使っています。MKRファミリーボードは、2ピン、2mm SMD PH電源コネクタを使っています。

前出のボードは、ボード上にバッテリ充電回路があります。この回路は、バッテリ充電器、電圧レギュレータ、ロードスイッチといった、もっとも一般的なバッテリと電力管理機能を統合します。

ボード上に電源コネクタを持つArduinoボードは、1セルの3.7Vリチウムイオンバッテリや、リチウムポリマーバッテリで動作させることができます。

VINピン

ArduinoボードのVINピンは二つの機能を持つ電源ピンです。このピンは、DCコネクタを使わずない外部の安定化電源からの電源入力として動作します。また、いくつかのArduinoボードにあるDCコネクタに外部電源が供給されたときに、電源出力として動作します。VINピンがArduinoボード上の電圧レギュレータの入力ピンに直接接続されていることに、注意が必要です。VINピンが電圧レギュレータに直接接続されているので、VINピンには逆極性保護がありません。

逆極性保護がないので、Arduinoボードが破損しないよう、VINピンは注意して使ってください。

VINピンにかけられる最低電圧と最大電圧は、Arduinoボード上の電圧レギュレータによって決まり、ボードごとに異なります。これらの電圧を以下の表にまとめました。

ボード	VIN電圧(V)
UNO Mini	5-18
UNO Rev3	7-12
UNO WiFi Rev2	7-12
UNO Rev3 SMD	7-12
Leonardo	7-12
Mega 2560 Rev3	7-12
Due	7-12
Micro	7-12
Zero	5-18
Portenta H7	5
Nicla Sense ME	5
Nano RP2040 Connect	5-18
MKR NB 1500	5-7
MKR GSM 1400	5-7
MKR Vidor 4000	5-7
MKR WiFi 1010	5-7
MKR Zero	5-5.5
MKR1000 WIFI	5-5.5
MKR WAN 1300	5-5.5
MKR WAN 1310	5-7
Nano	7-12
Nano Every	7-18
Nano 33 IoT	5-18
Nano 33 BLE	5-18
Nano 33 BLE Sense	5-18

3V3/5Vピン

3V3ピンと5Vピンも二つの機能持つ電源ピンです。これらのピンは、ボード上の3.3Vと5Vの電圧レギュレータの出力に直接接続している(ボードによります)ので、電源出力として動作します。さらに、3V3ピンと5Vピンは、他の電源入力(USBポート、DCコネクタ、VINピン)に安定化電源が接続されていないときには、電源入力として動作します。

3V3ピンと5Vピンはボード上の3.3Vと5Vの電圧レギュレータの出力に直接接続しているので、これらのピンには逆極性保護がありません。ボード上の電圧レギュレータが破損しないよう、これらのピンを電源入力として使うときは注意して使ってください。

3V3ピンと5Vピンは電源入力として使えますが、USBポートやDCコネクタ、VINピンに電源が接続されていないときの利用は推奨しません。3V3ピンと5Vピンはボード上の電圧レギュレータの出力ピンに直接接続されています。電圧レギュレータの出力ピンの電圧が、電圧レギュレータの入力電圧よりも高くなったときのことを考えてください。この場合、電圧レギュレータの出力ピンから入力ピンに大電流が流れる場合があります。この大電流はボード上の電圧レギュレータを破損させる場合があります。

3V3ピンと5Vピンに電圧レギュレータの入力電圧以下の電圧をかけるのは、安全ですが推奨しません。

電源出力として3V3ピンと5Vピンを使っているときに、引き出すことのできる最大電流を以下に示します。これらの電流は、3.3Vと5Vの電圧レギュレータから、あるいは、ボードに接続されている電源から供給されることに注意してください。

ボード	5Vピンの出力電流(A)	3V3ピンの出力電流(A)
UNO Mini	1	0.5
UNO Rev3	1	0.15
UNO WiFi Rev2	1	0.5
UNO Rev3 SMD	1	0.15
Leonardo	1	0.15
Mega 2560 Rev3	0.8	0.05
Micro	1	0.15
Zero	1	0.5
Portenta H7	-	1
Nicla Sense ME*	-	0.5
Nano RP2040 Connect	-	1
MKR NB 1500	-	0.5
MKR Vidor 4000	1	0.3
MKR WiFi 1010	1	0.5
MKR Zero	-	0.5
MKR1000 WIFI	-	0.5
MKR WAN 1300	-	0.5
MKR WAN 1310	-	0.5
Nano	0.8	0.15
Nano Every	1	0.5
Nano 33 IoT	1	0.5
Nano 33 BLE	-	1
Nano 33 BLE Sense	-	1

電源入力の選択

Arduinoボードの電源の選択肢についての知識を得たので、この記事の冒頭で出た、どの電源コネクタやピンを使うべきなのか、という疑問に答えることができます。特定のアプリケーションやプロジェクトに使う場合に、電源コネクタやピンを選ぶときは、利用可能な電源やアプリケーションやプロジェクトのパワーバジェットを考慮に入れる必要があります。

パワーバジェットは、アプリケーションやプロジェクトが正しく動作するために、どのくらい電力を利用するのかを解析します。

Arduinoボードへの給電について、それぞれの選択肢がいつ利用されることが推奨されるのか説明します。

USBコネクタ

このオプションは、5Vを要求する低負荷で実験する場合によく推奨されます。電流は、ボードを接続しているUSBホストデバイスの制約を受けます。

DCコネクタ

このオプションは、DCコネクタのある安定化電源が利用できるときに推奨されます。電流は、安定化電源とボード上の電圧レギュレータの制約を受けます。

電源コネクタ

このオプションは、ポータブルプロジェクトや、二次電源やバックアップ電源が必要んあプロジェクトのときに推奨されます。現状、3.7Vのリチウムイオンバッテリとリチウムポリマーバッテリだけがサポートされています。電流は、バッテリ容量に制約を受けます。

VIN Pin

このオプションは、DCコネクタのない安定化電源が利用できるときに推奨されます。VINピンには逆極性保護がないので、注意して使う必要があります。電流は、安定化電源とボード上の電圧レギュレータの制約を受けます。

3V3/5V Pin

このオプションは避けてください。ボード上の電圧レギュレータが破損するリスクが高いからです。3V3ピンと5Vピンに電圧レギュレータの入力電圧以下の電圧をかけるのは、安全です。

参考文献

電源についてさらに学習したい場合は、以下のリンクを参照してください。

電源は、もっとも一般的で最も必要な電子テスト機器の一つです。BK Precision®のこのガイドを参照してください。
リチウムポリマー電池はどこにでもあります。リチウムポリマー電池についてもっと学びたい場合は、Roger’s Hobby Centerのこのガイドを参照してください。

オリジナルのページ

https://docs.arduino.cc/learn/electronics/power-pins

最終更新日

October 30, 2022