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2005/09/29(木)直流安定化電源装置のディジタル電流計部分
2017/10/11 22:16
アナログスイッチは問題であることは判っていますが、それ以前の問題が...
レンジ切り替えで、×1(20A)、×10(2A)、×100(200mA)、×1000(20mA) をさせ、このアンプの利得を制御します。
おそらく×1000は実用上、正確な表示しないと思いますが、おまけということで。。
ずばり、「正しい値をぜんぜん表示しない」のです。
0.1Ωの電流検出抵抗両端の電圧を増幅して、その電圧を計測させることで電流を知る仕組みで、IC14 MAX420CPA というＩＣがその増幅器です。
このＩＣはチョッパ型ＯＰアンプというもので、定番のＩＣは ICL7650 か ICL7652 ,ICL7653 あたりです。
入手できなかったので、代替として、MAX420 を採用したのですが、本来は±15V で動作させるＩＣのようです。
ICL7650 を使いたかったのですが、このＩＣは±5V動作。
このあたりの事情なのか、根本的に回路が間違っているのか、ＩＣが逝っているのか、全く見当がつかない状態。
参考までに回路図中の DVMI+ ― DVMI- 間に電圧を加えて実験した結果が以下です。
| レンジ | 100mV印加 | 1.3V印加 |
| ×1 | 9 | 14 |
| ×10 | 10 | 66 |
| ×100 | 22 | 3256 |
| ×1000 | 58 | 8430 |
増幅率は切り替わっているようですが、どうみても１０倍単位になっていません。
本来であれば、100mV 印加時、 ×1 時は 1000、×10 時は 10000 を表示するべき(ICL7135が 4 1/2桁仕様なので) なのですが....
何が問題なのか全くわからないので、識者のツッコミ希望...orz
2005/09/25(日)少し進展しました 直流安定化電源装置制作
2017/10/11 22:17
・何故か主電源に異常な大電流が流れ、ヒューズ(2A) が飛んでしまう
・何故かコントロール回路の電源電圧が 5V のレギュレータ通しているのに 4V になる
・何故か、主電源をＯＮにしていないのに、主電源側に 2.2V 程度の電圧が現れ、
変な動作をすることがある
これに加え、
・28V 補助電源のＩＣが直接さわれないくらいに異常発熱（よく壊れなかったもんだorz）
・電圧制御がそもそもできない
という問題もあってのですが、上記２つは、結局、
5V レギュレータＩＣのＧＮＤが断線しかかっていたことによる悪影響、
（線ひっぱったら簡単に外れた状態orz）が根本原因だった模様。。
上記の３つ目の問題は、設計ミスが２箇所あり、その修繕で完全に解決しましたorz
上記の一番最後の問題は、配線ミス１箇所。その修繕で解決orz
残る、上記４つ目の問題は、これも設計ミスでしたorz。
※図中の電圧は、内部抵抗 50kΩ/V のテスターで実測したもの
この回路図は、制作中の直流安定化電源回路のごく一部です。27～28V の電源が内部的に必要なので、それを生成する部分です。
IC02 TA76431S は、定番のシャント・レギュレータというもので、
簡単に言うと、好きな電圧(36V max)を確保する機能があります。
R9 と R10 を図中の値にすることで、27.5V が得られます。
最初、Tr06 はなく、R8 は 120Ωにしていました。
その状態では、IC02 には最大で 62.5mAの電流が流れ、その時のIC02 での損失は単純に 27.5V × 62.5mA ＝ 1719mW となります。
このIC は 800mW まで損失が最大規格で定まっており、異常に発熱するのは必然的と判ったのです。
これを回避するには、IC02 に流れる電流を減らし、中電力タイプのトランジスタで電流ブーストする方法を採るのが一番確実です。
それで Tr06 を図中のような接続で追加したわけです。
Tr06 ではコレクタ損失が発生しますが、その値は、最大100mA 流すとして、 (35V-26.9V) × 100mA ＝ 810mW となり、手持ちの 2SD526 が適当、ということでこうなっています。
これで、IC02 の異常発熱は治まると思ったら、相変わらず。 R8 も変更しないといけなかったorz
R8 は IC02 に流れ込む電流を制限する役割があることを忘れてましたorz
Tr06 の hFE は 40とあります。
100mA まで流すと先ほど仮定したので、このIC には、最大で 100mA の 40分の1、すなわち 2.5mA 流れればいい訳です。
最適な抵抗値の算出は、(35V-27.5V) ÷ 2.5mA ＝ 3kΩ となります。
ここでは、安定動作させるために、少し低い値 2.7kΩ としています。（計算値より 10% 多く電流が流れるはず）
このときのIC02 での損失は 2.5mA × 27.5V ＝ 68.8mW となり、異常発熱は回避しました。
そのかわり、Tr06 が生暖かくなる程度になるはずで、実際にそうなっています。
2005/09/16(金)填まってます 直流安定化電源制作
2017/10/11 24:11
・何故か主電源に異常な大電流が流れ、ヒューズ(2A) が飛んでしまう
・何故かコントロール回路の電源電圧が 5V のレギュレータ通しているのに 4V になる
・何故か、主電源をＯＮにしていないのに、主電源側に 2.2V 程度の電圧が現れ、
変な動作をすることがある
・電源スイッチ以外のキーが全く利かない
ひとつづつ潰すしかないのですが、最初の２つは、どうもＧＮＤを主電源と共通にしていると駄目らしい。
コントロール回路部の電源基板をケースから外したら、とりあえず出なくなったので、完全にＧＮＤも独立にしないと駄目な模様。
主電源側に現れる 2.2V の電圧。
ＰＩＣマイコンを入れているため、コントロール回路の一部に副電源を常時供給するようにしているのですが、これの出力端子を経由して電源が供給されていることが判明。
C-MOS IC 特有の現象です。
入出力をアイソレーション（電気的に分離）できるようにしないとならないことが判り、大幅な回路変更...orz
設計変更先ほど終わりました。(9/17 AM 2:40)
コントロール回路部分を作り直さなければならなくなりました。
2005/09/14(水)直流安定化電源装置
2017/10/11 24:13
この図は、現在制作中の直流安定化電源装置の操作パネル部回路図の一部ですが、昨日、どのキーを押しても電源 ON/OFF が効いてしまい、まともな動作をしないので調べたら、
採用した操作スイッチ部品の内部配線を完全に勘違いしたが故に、
どのスイッチを押下してもすべてのスイッチ配線がショートすることが判り、
それを避けるためのダイオードを２８本追加する羽目になったのです orz
幸い、一昨年の今頃、１本２円で大量にダイオードを買っていた（通常３１円／１本程度）ので、
大して追加部品買わなくてもこの作業できました。
図中、D12～D39 のダイオード追加と、SW02～SW15 の配線全面変更です。
2005/09/13(火)電磁リレー駆動回路
2017/10/11 24:14
IC6 は、単安定マルチバイブレータと呼ばれるもので、
pin 4 に入力される、幅の短いパルスを吸収し、１つの長いパルスにするものです。
機械スイッチ特有のチャタリング除去です。
IC7 は、T-FF として機能するように接続してあり、pin 3 にパルスが入る度に pin1 の出力が On/OFF します。
ここでは POWER ON/OFF として使用しています。
その出力を R6 と R7 で受け、IC7 の Pin1 が ON(=H レベル)の時に Tr07 を動作させ、電磁リレーを動作させる、
という回路です。
ところが、実際に動作させると、電磁リレーの反応が無く、全く動作しません。
動作しない原因は、Tr07 のベース極に印加される電圧が低いからですが、設計の意図どおりになってくれていません。
IC7 のPin1 が ON(=Hレベル)の時、出てくる電圧は５Ｖです。
それを 39kΩと11kΩの抵抗で電圧分割して 1.1V, 負荷は 50kΩ で 100μA の電流になり、
C-MOS IC の最大電流 360μA 以内だから大丈夫なはず、と思っていましたが、実際に電圧測ると 0.15V だったのです。
Tr07 を動作させるには 0.6V は最低限必要です。
R6 と、R7 を交換して、以下のようにしてみました。
0.55V。動作させるにはちょっと電圧低いです。
また、0.6V だとトランジスタ自体の温度特性や個別の品質バラツキで、安定動作にやや難があります。
1.0V 以上にはしておきたい。
計算どおりにいかないなぁと思いつつ、以下のようにしてみました。
全く変化なし。
おそらく、流し込む電流が足りないと見て、100μA の設計のところ、300μA 流すようにしてみました。
その様子が以下です。
めでたく、Tr07 が動作するような電圧が出力され、やっとこ意図どおりの動作をしてくれました。
この間、５時間ほどかかりました orz
あとで計算したら、IC6 から流れ出る電流は計算では 1.06mA ほどになるのです。
Tr07 に流れ込む電流が予想以上。2SD635 の hFE が 2000以上なので、無視できる値だと踏んでいたんですが。。
東芝製の 4013B はギリギリクリアですが、モトローラ製の 4013B だと多分アウトだなと。