ブレッドボード電源モジュールMB102：5V/3.3Vの設定と電流の限界

ブレッドボード電源モジュール（最も一般的なのはMB102）は、DCのACアダプターやUSBから受け取った電圧を安定化し、5 Vと3.3 Vとしてブレッドボードの電源ラインに分配する小さなボードです。ブレッドボードの片端に直接挿し込み、両側のプラスとマイナスのラインに別々に給電します。ラインごとに5 Vか3.3 Vを選べるジャンパーも付いています。これにより、Arduino自身のレギュレーターに負担をかけずにセンサーやディスプレイ、ICに電源を供給でき、3.3 Vと5 Vの部品を同じブレッドボードで一緒に使えます。

ただし、この小さなボードの電流の限界は、思われているよりずっと低いものです。この記事では、MB102の部品構成、ACアダプターの正しい選び方、ジャンパーの設定、ボードが実際に何ミリアンペア流せるのか、AMS1117レギュレーターがなぜ熱くなるのかを計算しながら解説します。続いて、サーボやモーターがこのモジュールでうまく動かない理由、USB入力、ブレッドボードへの正しい向きでの挿し方、Arduinoとの共通GND、よくある間違いを紹介します。

ブレッドボード電源モジュールとは？どのように動作する？

MB102ボードには2個のリニアレギュレーターが載っています。AMS1117-5.0は入力電圧を5 Vに、AMS1117-3.3は3.3 Vに下げます。ほとんどのボードでは3.3 Vのレギュレーターが5 V出力から給電されているため、3.3 Vラインから取り出す電流も、まず5 Vのレギュレーターを通ります。入力側には逆接続を防ぐダイオード、電源スイッチ、電源が入っていることを示すLEDがあります。ボード裏側の2列のピンは、ブレッドボードの両端にあるプラスとマイナスのラインに収まります。

どのACアダプターを選ぶ？6.5〜12 V入力の意味

リニアレギュレーターが動作するには、入力が出力より一定以上高くなければなりません。この差をドロップアウト電圧と呼び、AMS1117では負荷電流に応じて1.1〜1.3 V程度です。入力の保護ダイオードでも0.数ボルト下がります。そのため、5 V出力を本当に5 Vにするには、入力に少なくとも6.5 Vが必要です。5 VのACアダプターをつなぐと出力は3.5〜4 Vになり、Arduinoやディスプレイ、センサーが不安定になります。上限側の問題は発熱です。入力電圧が高いほど、レギュレーターが熱として捨てる電力も増えます。

5 Vと3.3 Vのジャンパーの設定

ボードの両端には3ピンのジャンパーヘッダーが1つずつあり、それぞれがブレッドボードの片側の電源ラインを担当します。ジャンパーを「5V」側に挿せばそのラインは5 V、「3.3V」側に挿せば3.3 Vになり、ジャンパーを外すとそのラインには給電されません。これにより、片側を5 VのLCDとArduino用、もう片側を3.3 VのnRF24L01やセンサー用に設定できます。マイナス（GND）のラインは、両側とも常に共通です。

実際の電流の限界：700 mAでも楽観的な理由

AMS1117のデータシートには1 Aと書かれ、販売店もモジュールを「700 mA未満」と表記しています。しかし、これらの値はレギュレーターが十分に冷却されている前提です。リニアレギュレーターは、入力と出力の電圧差を熱として捨てます：P = (V入力 − V出力) × I。MB102ではレギュレーターがボード上の小さな銅箔部分にはんだ付けされているだけで、ヒートシンクはありません。このようなSOT-223パッケージが連続で放熱できるのは約1 Wです。それを超えると熱くなって過熱保護が働き、出力を止めたり下げたりします。

3.3 V側は別に計算します。3.3 Vのレギュレーターは5 Vから給電されるので、(5 − 3.3) × Iの熱が出ます。300 mAなら0.5 Wです。さらに、この300 mAは5 Vのレギュレーターの負荷にも加わります。つまりMB102は、LED、センサー、LCD、Arduino Nanoといった数百ミリアンペア程度の回路に最適です。それ以上必要なら、LM2596降圧コンバーターのようなスイッチングレギュレーターに切り替えてください。この種のレギュレーターは、電圧差を熱ではなく効率よく電流に変えます。

電流の予算：回路はどれくらい電流を使う？

モジュールを選ぶ前に、回路の部品の合計電流をおおまかに計算しておきましょう。下の値は一般的な平均値で、モーター付きの部品や無線の部品では、短時間のピーク電流がずっと大きくなります。連続電流の合計が300 mAを超える場合や、ピークが500 mAを超える場合は、MB102だけでは足りません。

サーボやモーターに足りないのはなぜ？

SG90サーボは、動き始めた瞬間に短時間だけ数百ミリアンペア、負荷がかかると650 mAまで電流を流します。MG996Rのような大きなサーボでは2 Aを超えます。DCモーターやステッピングモーターも、起動時に同じように大きな電流を必要とします。この急な電流がレギュレーターの限界に達し、5 Vラインが一瞬4 Vを下回ります。同じラインから給電しているArduinoの電圧も下がり、ボードが勝手にリセットします。サーボは震え、LCDには意味のない文字が表示されます。さらに、モーターのブラシから出るノイズが、精密なセンサーの測定を乱します。

• サーボやモーターは別の電源から給電する：2 A以上流せる5 VのACアダプター、LM2596のような降圧コンバーター、単3電池4本などがよい選択です。
• GNDをつなぐ：別の電源を使う場合でも、モーター用電源のGNDをArduinoのGNDにつないでください。そうしないと信号の基準がなくなります。
• サーボの電源にコンデンサを追加する：サーボの電源端子に470〜1000 µFの電解コンデンサを入れると、急な電流のピークがやわらぎます。
• MB102はロジック側だけに使う：Arduino、センサー、ディスプレイはMB102から、モーターは専用の電源から給電します。

この電圧低下を自分の目で確かめたい場合は、下のコードを試してください。Arduino Unoは、内部の1.1 Vの基準電圧を電源電圧と比べることで、自分自身の電源電圧を測れます。外部の配線は不要です。ArduinoとサーボをMB102の5 Vラインから給電し、サーボが動いている間の最低電圧をシリアルモニタで確認してください。

1// Arduino kendi besleme gerilimini ölçer, servo hareket ederken düşüşü yakalar
2// The Arduino measures its own supply voltage and catches the dip while a servo moves
3// Arduino 5V ve GND -> MB102 5 V hattı / Arduino 5V and GND -> MB102 5 V rail; servo sinyali / servo signal -> D9
4#include <Servo.h>
5
6Servo servo;
7long minVcc = 99999;
8
9long readVcc() {
10  // Dahili 1,1 V referansını AVcc'ye göre ölç / measure the internal 1.1 V reference against AVcc
11  ADMUX = _BV(REFS0) | _BV(MUX3) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1);
12  delay(2);                                // referansın oturmasını bekle / let the reference settle
13  ADCSRA |= _BV(ADSC);                     // dönüşümü başlat / start the conversion
14  while (bit_is_set(ADCSRA, ADSC));        // bitmesini bekle / wait until done
15  long result = ADCL;
16  result |= ADCH << 8;
17  return 1125300L / result;                // 1,1 V x 1023 x 1000 / sonuç = mV / result in mV
18}
19
20void setup() {
21  Serial.begin(9600);
22  servo.attach(9);
23}
24
25void loop() {
26  for (int angle = 0; angle <= 180; angle += 90) {
27    servo.write(angle);
28    unsigned long start = millis();
29    while (millis() - start < 600) {       // hareket boyunca ölç / measure during the move
30      long vcc = readVcc();
31      if (vcc < minVcc) minVcc = vcc;
32    }
33    Serial.print("Aci / Angle: ");
34    Serial.print(angle);
35    Serial.print("  Vcc: ");
36    Serial.print(readVcc());
37    Serial.print(" mV  en dusuk / minimum: ");
38    Serial.print(minVcc);
39    Serial.println(" mV");
40  }
41}

結果は内部基準電圧の実際の値によって±10%ずれることがあります。より正確に測るには、5 Vラインを一度テスターで測り、それに合わせて1125300の定数を調整してください。サーボをつないだときに最低値が4.5 Vを下回る、またはボードがリセットするなら、サーボを別の電源に移すタイミングです。

USB入力：電源の入力にも出力にもなる

MB102のUSB-Aソケットには2通りの使い方があります。DCジャックから給電しているときは、ソケットが5 V出力になり、小さなUSB機器に給電できます。USBのA-Aケーブルやモバイルバッテリーで給電すると、ソケットは入力になります。この場合、入ってきた5 Vは5 Vのレギュレーターを通らずにそのままラインへ行き、3.3 Vのレギュレーターはそのまま動作します。パソコンのUSBポートは通常500 mA（USB 3では900 mA）を供給し、ショートに対する保護はポートの電流制限だけです。モバイルバッテリーを使う場合は、多くの機種が小さな電流では自動で電源が切れることを覚えておいてください。

ブレッドボードに正しい向きで挿す

MB102は、830穴の標準的なブレッドボードの端に合わせて設計されています。裏側のピンは、左右それぞれ2本の電源ライン（プラスとマイナス）に収まります。ボードの裏面か表面に+と−の表示があるので、これがブレッドボードの赤（プラス）と青（マイナス）の線と同じ側に来ているか確認してください。ブレッドボードによっては色の線が逆に印刷されていたり、そもそもなかったりします。モジュールを逆に挿すと、プラスのラインがGND、マイナスのラインが5 Vになり、回路のすべてに逆の電圧がかかります。長いブレッドボードでは、電源ラインが中央で分かれている場合があります。遠い側の部品が動かないときは、ラインの導通を確かめてください。

1. モジュールのスイッチをオフにし、ジャンパーを使いたい電圧に設定します。
2. +と−の表示がブレッドボードの赤と青のラインに合うように、モジュールをブレッドボードの端に押し込みます。
3. ACアダプターをDCジャックにつなぎ、スイッチを入れます。LEDが点灯するはずです。
4. 両方のラインをテスターで測ります。値が正しければスイッチを切り、回路を組み始めます。
5. 回路ができたら、スイッチを入れる前に配線、特にGNDをもう一度確認します。

Arduinoとの共通GNDとArduinoへの給電

MB102とArduinoを一緒に使う正しい方法は2つあります。1つ目：ArduinoはUSBから給電し、MB102はセンサーやモジュールだけに給電します。この場合、ArduinoのGNDピンをブレッドボードのマイナスのラインに必ずつないでください。共通GNDがないと、Arduinoが送る5 Vの信号に相手側での基準がなくなり、回路がでたらめに動作します。詳しくはGNDと共通グラウンドの記事を参照してください。2つ目：ArduinoもMB102から給電します。5 VラインをArduinoの5Vピンに、マイナスのラインをGNDにつなぎます。この方法ではArduino自身のレギュレーターを通りません。

• 5VピンからArduinoに給電するならUSBは挿さない：Unoでは5VピンとUSBの間が完全には分離されていないため、2つの5 V電源がつながってしまいます。
• VINピンに5 Vを入れない：VINはArduino自身のレギュレーターにつながっていて、7 V以上が必要です。5 Vではボードが正しく動作しません。
• ESP32を3.3 Vラインから給電しない：Wi-Fiの400〜500 mAのピークがMB102の3.3 Vレギュレーターに負担をかけ、ブラウンアウトエラーの原因になります。ESP32開発ボードには5V/VINピンから5 Vで給電してください。
• Raspberry Pi PicoはVSYSピンから給電する：VSYSは1.8〜5.5 Vを受け付けるので、5 Vラインで問題ありません。3V3ピンに外から電圧を加える代わりに、この方法を使ってください。

ESP32とRaspberry Pi Picoで電源電圧を監視する

ESP32のADC入力は最大3.3 Vまでしか耐えられないため、5 Vラインを直接測ることはできません。解決策は、10 kΩの抵抗2本で分圧回路を作ることです。5 Vラインが半分になり、GPIO 34に安全につなげます。analogReadMilliVolts()関数はESP32の工場出荷時のキャリブレーションを使ってミリボルトを直接返し、32回の測定の平均を取ることでノイズを減らせます。

1// ESP32 ile MB102 5 V hattını izlemek / Monitoring the MB102 5 V rail with an ESP32
2// 5 V hattı -> 10k -> GPIO 34 -> 10k -> GND (gerilim bölücü / voltage divider)
3const int SENSE_PIN = 34;          // yalnız giriş, ADC1 / input only, ADC1
4const float DIVIDER = 2.0;         // 10k + 10k: gerilim yarıya iner / voltage is halved
5const float LOW_LIMIT = 4.75;      // bu değerin altı sorunlu / below this is a problem
6
7void setup() {
8  Serial.begin(115200);
9  analogSetPinAttenuation(SENSE_PIN, ADC_11db);   // 0-3,3 V aralığı / 0-3.3 V range
10}
11
12void loop() {
13  uint32_t sum = 0;
14  for (int i = 0; i < 32; i++) {   // 32 ölçümün ortalaması / average of 32 readings
15    sum += analogReadMilliVolts(SENSE_PIN);
16  }
17  float rail = (sum / 32.0) * DIVIDER / 1000.0;
18  Serial.printf("5V hatti / 5V rail: %.2f V %s\n", rail,
19                rail < LOW_LIMIT ? "DUSUK / LOW" : "normal");
20  delay(500);
21}

Raspberry Pi Picoでは追加の部品は不要です。ボード上にVSYSの電圧を3分の1にする分圧回路があり、ADC3（GPIO 29）チャンネルにつながっています。MB102の5 VラインをVSYSにつなぐと、下のMicroPythonのコードが電源電圧と、これまでの最低値を表示します。Pico Wではこのチャンネルを無線チップと共有しているため、読み取りには別の方法が必要です。このコードはWi-Fiなしの無印のPico用です。

1# Raspberry Pi Pico (W olmayan / non-W): VSYS gerilimini okumak / reading the VSYS voltage
2# MB102 5 V hattı -> Pico VSYS (pin 39), GND -> GND
3from machine import ADC
4import time
5
6vsys = ADC(29)                       # ADC3: VSYS / 3 iç bölücü / internal VSYS / 3 divider
7low = 99.0
8
9while True:
10    volts = vsys.read_u16() * 3.3 / 65535 * 3
11    if volts < low:
12        low = volts                  # en düşük değeri sakla / keep the lowest value
13    print("VSYS: {:.2f} V  en dusuk / min: {:.2f} V".format(volts, low))
14    time.sleep(0.5)

MB102に向いているプロジェクトと向いていないプロジェクト

• 向いている：LEDとボタンの実験。信号機、流れるLED、ボタンのプロジェクトは数十ミリアンペアしか使いません。
• 向いている：センサーとディスプレイの回路。DHT11、LDR、HC-SR04、16x2 LCD、OLEDを使った測定回路はMB102に最適です。
• 向いている：電圧が混在する回路。片側に5 VのArduino、もう片側に3.3 Vのモジュール。
• ぎりぎり：小さなサーボ1個。無負荷で動くSG90が1個なら動くこともありますが、負荷がかかるとリセットや震えが起こると考えてください。
• 向いていない：モーター付きのロボットや複数のサーボ。L298Nでモーターを動かすロボットカーには、別の電池パックが必要です。
• 向いていない：長いLEDテープ。最大輝度のWS2812B LEDが10個を超えると、モジュールの限界を超えます。

よくある間違いと対処法

MB102は、限界さえ理解していれば、ブレッドボード上できれいな5 Vと3.3 Vを選んで使える最も手軽な方法です。7〜9 VのACアダプターを使い、合計電流を数百ミリアンペアに抑え、モーターは別に給電し、GNDは必ず共通にしてください。BlueGraysアプリでは、LED、信号機、サーボ、ステッピングモーターのプロジェクトを、回路図、部品リスト、コード付きでステップごとに紹介しています。