トムの解説：電源が故障する理由

PCで最も負荷がかかるコンポーネントは電源ユニット（PSU）です。これは、システムコンポーネントと主電源グリッド間の電力変換ブリッジとして機能するためです。つまり、主電源のあらゆる異常に対処し、それらの異常が他のコンポーネントに影響を与えないようにする必要があります。これは大変な仕事であり、パワーコンディショナーや無停電電源装置（UPS）が搭載されていない場合は、さらに困難になります。

低品質の電源ユニットでは、通常、最初に故障する部品は電解コンデンサと冷却ファンです。（電解コンデンサの寿命計算については、「電源ユニットの基礎」の記事で詳しく説明しています。この記事では、ファンベアリングの各種タイプについても説明しています。）つまり、低品質の電源ユニットではこれらの部品が最初に故障する傾向がありますが、高品質な部品を使用している電源ユニットでは何が故障の原因となるのでしょうか？その点については後ほど詳しく説明しますが、まずは今日の電源ユニットで特に重要な部品である積層セラミックコンデンサ（MLCC）について見ていきましょう。

積層セラミックコンデンサについて

MLCCは電源回路において、主にフィルタリング用途で広く使用されています。低コスト、小型、低ESR、高信頼性、高リップル電流耐性など、多くの利点があります。高誘電体直列型MLCCコンデンサの興味深い特徴は、印加DC電圧に応じて静電容量が変化することです。電圧が高いほど静電容量は小さくなります。多くの人が知らないのは、MLCCコンデンサ（そして他のすべてのセラミックコンデンサ）がコイル鳴きの原因となる可能性があるということです。（はい、コイル鳴きはコンデンサによっても発生します。）

セラミックコンデンサは圧電性を有します。この用語はギリシャ語のπιέζω（圧縮する）とήλεκτρον（琥珀色）に由来しています。そのため、セラミックコンデンサに印加される電圧が変化すると、コンデンサの物理的なサイズもわずかに変化し、コイル鳴きとして聞こえるノイズが発生することがあります。

高品質電源ユニットの問題の原因

積層セラミックコンデンサの問題点

情報筋によると、高品質な電源ユニットの故障の大部分は、MLCCの割れが原因です。MLCCが1つでも破損すると、以下のような原因で故障につながる可能性があります。

• 不適切な取り扱い（製造工程中の不適切な PCB の積み重ねなど）
• PCB の曲がり（はんだウェーブプロセス中に極度の熱が加えられると発生する可能性があります）
• PCBの不注意なはんだ付け修理
• 製造ラインでPCBを迅速に評価するために使用されるインサーキットテスト（ICT）治具の曲がったピン

長いPCB取り付けネジ

馬鹿げたことのように聞こえるかもしれませんが、場合によっては、取り付けネジが長すぎると、実際に PCB にショートを引き起こす可能性があります。

組み立て中のICおよびMOSFETの損傷

製造ラインが通常よりも高い速度に設定され、適用される熱が高い場合、IC および MOSFET に致命的または軽微な損傷が発生する可能性があり、どちらも長期的には (またはストレスの多い状況では) 最終的に PSU の故障を引き起こします。

高電圧および高電流サージ

気象条件（雷など）や主電源網のその他の問題によって引き起こされる高電圧スパイクに加え、システムの起動時または起動中に発生する突発的な（過渡的な）エネルギー需要によって、主電源から高電流が流れ込むことがあります。これらの高電流は「突入電流」とも呼ばれ、電源装置においては、バルクコンデンサへの充電が主な原因です。高電圧および高電流サージは、ヒューズ、ブリッジ整流器、ダイオード、FETなど、複数のコンポーネントの故障を引き起こす可能性があります。電源装置にMOV（サージ保護）とNTCサーミスタ（突入電流保護）が搭載されていても、特に電圧または電流サージが高すぎる場合は、誤動作する可能性があります。

ひびの入ったPCB

輸送条件が理想的でなく、電源ユニットのパッケージが乱暴に扱われると、プリント基板に亀裂が生じ、電源ユニットが故障する可能性があります。そのため、箱の中のユニット自体を保護することが重要です。電源ユニット（およびその他の製品）を乱暴な輸送から保護するには、厚い梱包材を使用するのが最適です。

情報源に連絡を取った結果、非常に興味深い情報が得られました。電源ユニットを航空貨物で輸送すると、到着時不良（DOA）率が大幅に上昇します。これは、製品が通常、旅客機の胴体内に「マスターボックス」と呼ばれる箱に入れて輸送されるためです。この輸送方法は、貨物機でパレット輸送するよりも実際には安価です。マスターボックスの積み込み、積み下ろし、振動、そして落下によって、特に箱の中で適切に保護されていない場合、相当数の電源ユニットが故障する可能性があります。

虫：そう、あの種類の虫

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ここで言っているのはソフトウェアのバグではなく、実際に発生する虫のことです。以前、PCBのはんだ付け面とシャーシの間に発泡スチロール製の緩衝材を挟んだ中国製のPSUに遭遇したことがあり、その目的が何なのか疑問に思いました。調べてみると、この緩衝材は虫を寄せ付けないためのものだということが分かりました。環境によっては、アリやゴキブリがPSU内部に入り込み、致命的なショートを引き起こす可能性があるからです。しかし、この緩衝材は高価で、PCBの部品面が保護されません。幸いなことに、バグが原因でPSUが故障するケースは比較的少なく、高品質で非常に人気のあるPSUシリーズ（商品名は公表できません）では、全体の故障数の約10%にしか満たないため、ほとんどの企業はこの緩衝材を使用していません。

概要

要約すると、高品質の PSU が故障する原因としては、次のことが挙げられます。

• 壊れたMLCC部品
• 長いPCB取り付けネジ
• はんだ付け波の問題によりICとFETが損傷
• 不注意なはんだ付け作業/修理
• ひびの入ったPCB
• 高い突入電流
• 這い回る虫
• 高サージ電圧

最初の6つについては、自分でできることはあまりありませんが、システムからバグを遠ざけることはできます。また、パワーコンディショナーやUPSは、サージ電圧、電圧低下、電圧低下といった電源回路に大きな負担をかける要因から電源ユニットを保護します。電力系統が不安定な地域にお住まいの場合は、高品質のUPSの使用が不可欠です。