技術情報

IO 隔離ボード (Arduino/ATmega328) - 安全性をどのように確保していますか？

Inspektionのエンジニアチーム · 公開 2026年9月7日 · 最終更新 2026年10月18日

以前の記事を再構成したものです。初回公開 2025年5月

IO 隔離ボードは、オプトカップラーと固体リレーを使用してマイクロコントローラーサーキットとフィールド信号を分離します。これは座標と回路設計の確認が必要です。

画像：Inspektion

要約

I/O 絶縁ボードは、低電圧（5V）のマイコンと、高電圧または大電流の電気負荷との間で仲介役を担います。
フォトカプラ（PC817）を使用して制御回路とパワー回路のグラウンドを電気的に分離し、信号回路の分離に役立てます。サージ保護については、保護デバイスを別途設計する必要があります。
一般的な機械式リレーの代わりにソリッドステートリレー（SSR）を使用することで、高速にスイッチングでき、動作音がなく、寿命も長くなります。
二段構成の電源システム（LM2596 + LM7805）を設計し、マイコン向けに安定した 5V 電源を得ます。

I/O 絶縁ボードとは

I/O 絶縁ボード（I/O Isolation Board）とは、低電圧で動作し損傷を受けやすいマイコン（ATmega328 など）と、高電圧、大電流、または電気ノイズの多い外部負荷との間で仲介役を担う回路です。負荷側からの損傷が逆流して制御回路を破壊するのを防ぎます。

ボードの主な構成部品

マイコン ATmega328

AVR RISC アーキテクチャの 8 ビットマイコンです。I/O ピンは 23 本（うち 8 本をソリッドステートリレーの制御に使用）、フラッシュメモリは 32KB、SRAM は 2KB で、5V で動作し、一般的な Arduino 用途に適しています。

フォトカプラ PC817

仕様	値
絶縁電圧（Isolation）	2.5 kVrms（一部の型番は 5 kVrms）
LED の電圧降下	約 1.25V
コレクタ-エミッタ間最大電圧	80V
最大コレクタ電流	50mA
スイッチング速度	約 18 マイクロ秒
パッケージ	DIP 4 ピン

220Ω の電流制限抵抗により、5V 電源からの LED 電流を約 17mA に制限します

ソリッドステートリレー（SSR）

3–32V DC の電圧で制御し、制御電流は約 5mA と低めです
負荷の種類（AC または DC）と、その型番の電流定格に合わせて SSR を選定します
Zero-crossing、Instant-on、DC switching の各タイプがあります
利点: 動作が静かで、スイッチングが速く、機械式リレーより寿命が長いです。ただし、大電流で使用する場合はヒートシンクが必要です

二段構成の電源システム

LM2596（Buck 型の電源コンバータ）で 4.5–40V の入力電圧を受けて先に降圧し、続いて LM7805（リニアレギュレータ）を接続することで、電圧変動に敏感なデジタル回路向けに、安定してノイズの少ない 5V 電源を得ます。[1] [2]

使用できる場面

工場オートメーション — センサー信号を大電力の制御機器に接続
ホームオートメーションおよびモーター制御
空調システム（HVAC）および試験・計測機器

当社の実例

フィールド機器の接続では、信号と負荷に合った回路を選定する必要があります。InSensor（X1 ボード）の情報をご覧いただくとともに、ハードウェアと組み込みソフトウェアの事例として缶の巻締め検査装置 DSIS をご参照ください。これらの事例は、本記事と同じボードや回路を使用していることを示すものではありません。