テキスト ボックス: 初歩の測定器活用、入門シリーズ
第1回目
直流電源 編
◎はじめに
趣味シュミの電子デンシ工作コウサク、または仕事シゴトで製品セイヒン開発カイハツ、製造セイゾウを行オコナう場合バアイ、測定ソクテイ器キは必要ヒツヨウなものです。
電子デンシ工作コウサクでも「テスタ」だけでは動作ドウサ確認カクニンが難ムズカしいこともあり、各種カクシュの測定ソクテイ器キが必要ヒツヨウになります。
そこで、測定ソクテイ器キの「活用カツヨウ、入門ニュウモンシリーズ」として各種カクシュ測定ソクテイ器キの紹介ショウカイと使ツカい方カタを説明セツメイしていきたいと
思オモいます。
第ダイ1回目カイメとして「電源デンゲン」について紹介ショウカイします。
なぜ、電源デンゲンが1回目カイメかと言イいますと、機器キキは電源デンゲン(電池デンチも含フクむ)が無ナいと動作ドウサしません。
また、電源デンゲンが貧弱ヒンジャクですと製作セイサクした機器キキが十分ジュウブンな性能セイノウ、機能キノウを発揮ハッキしないことと、安全面アンゼンメンからも
しっかりした電源デンゲンが必要ヒツヨウです。
◎電源デンゲンの方式ホウシキ
直流チョクリュウ電源デンゲンは大オオきく2つに分ワけて、以下イカの方式ホウシキがあります。
・シリーズレギュレータ方式ホウシキ
ノイズが少スクない
・スイッチングレギュレータ方式ホウシキ
変換ヘンカン効率コウリツが良ヨい
小型コガタ、軽量ケイリョウ化カが可能カノウ
図ズ1,2にそれぞれの原理ゲンリ図ズを示シメします。
シリーズレギュレータは基準キジュン電圧デンアツを基モトに出力シュツリョクVoutであるトランジスタのエミッタ電圧デンアツを
決キめています。これにより、コレクタ・エミッタ間カンには電位デンイ差サが生ショウじ、この分ブンは熱ネツになり
放熱ホウネツ器キが必要ヒツヨウになります。
スイッチングレギュレータは入力ニュウリョクのVinをスイッチング(ON/OFF)し、このスイッチング出力シュツリョクを
平滑ヘイカツしてDC(直流チョクリュウ)に変換ヘンカンします。この変換ヘンカン時ジに電圧デンアツ降下コウカする抵抗テイコウ分ブンが原理的ゲンリテキに無ナいので
シリーズレギュレータと比クラべて、変換ヘンカン効率コウリツが良ヨく、大ダイ電流デンリュウ出力シュツリョクでも小型コガタ、軽量ケイリョウ化カが可能カノウです。
◎製品セイヒン例レイ
アナログ回路カイロを含フクめた電子デンシ工作コウサク用ヨウとしてはノイズの少スクない「シリーズレギュレータ方式ホウシキ」を
お勧ススめします。写真シャシン1に製品セイヒン例レイを示シメします。
�C、�Dは電圧デンアツ、電流デンリュウをプログラミングする高コウ精度セイド、低ヒクノイズのDC電源デンゲンで、それ以外イガイはすべて
「シリーズレギュレータ方式ホウシキ」です。
�@〜�Fの主オモな仕様シヨウを以下イカに記キします。
(販売ハンバイ終了シュウリョウまたは現行ゲンコウ機種キシュの表示ヒョウジは2009年ネン12月ガツ現在ゲンザイのものです。後継コウケイ機種キシュ等トウについては
各カクメーカーの資料シリョウを参照サンショウ願ネガいます。
電圧デンアツ、電流デンリュウ値アタイは設定セッテイ範囲ハンイの最大値サイダイチを示シメしています。
◎用語ヨウゴの意味イミ
(CV/CC)
CVとは「定テイ電圧デンアツ動作ドウサ」のことです。
図ズ3のようにCV動作ドウサでは負荷フカRLの値アタイによらず、設定セッテイ電圧デンアツVoutになります。
つまり、「定テイ電圧デンアツ」になり、一般的イッパンテキな電源デンゲン動作ドウサモードです。
CCとは「定テイ電流デンリュウ動作ドウサ」のことで、図ズ4のように負荷フカRLの値アタイによらず(出力シュツリョクショートも含フクむ)、
設定セッテイ電流デンリュウIが一定イッテイになります。
(デュアル・トラッキング)
正負セイフの電圧デンアツを同時ドウジに可変カヘンできる機能キノウのことで、このような電源デンゲンを「デュアル・トラッキング・レギュレータ」
と言イいます。
オペアンプのプラスマイナス動作ドウサ時ジに用モチいる電源デンゲンです。
また、プラスとマイナスを単独タンドクで電圧デンアツ設定セッテイ(電流デンリュウ設定セッテイ)出来デキる機能キノウもあります。
(例タトえば、+15Vと-5V)
市販シハン品ヒンの�Aは「デュアル・トラッキング機能キノウ」付ツきで、正負セイフ単独タンドクで設定セッテイが可能カノウです。
(プログラミング電源デンゲン)
�C、�Dは電圧デンアツ、電流デンリュウ設定セッテイを「プログラミング」するタイプで、高コウ精度セイドに設定セッテイすることが出来デキます。
この製品セイヒン例レイでは、プログラミング確度カクド
電圧デンアツ 0.05%
電流デンリュウ 0.2%
となっており、ちょっとした「基準キジュン電圧デンアツ、電流デンリュウ源ゲン」としても用モチいることが出来デキます。
◎簡単カンタンな使ツカい方カタ
写真シャシン2の「PMC18-1A」を例レイにして簡単カンタンな使ツカい方カタを説明セツメイします。
(機種キシュにより、若干ジャッカンの操作ソウサが異コトなるので注意チュウイ)
(手順テジュン1)
�EのOUTPUTスイッチがOFFになっていることを確認カクニンして電源デンゲンをONします。
OUTPUTスイッチは出力シュツリョクを「ON/OFF」するためのものです。
(手順テジュン2)
LIMITスイッチを押オしながら�@の電圧デンアツ表示ヒョウジを見ミながら、�CのVOLTAGEで電圧デンアツを設定セッテイします。
今度コンドはLIMITスイッチを押オしながら、�Aの電流デンリュウ表示ヒョウジが希望キボウの電流デンリュウ値アタイ(CC)となるように�DのCURRENTを
調整チョウセイします。
ここでの電流デンリュウ設定セッテイ値アタイは「なんらかの原因ゲンインで負荷フカがショートした場合バアイ」の保護ホゴを目的モクテキとしています。
つまり、電流デンリュウ設定セッテイは「CC設定セッテイ」を行オコナうので、この値アタイ以上イジョウの電流デンリュウが流ナガれた場合バアイ、即時ソクジにCC値アタイに保タモち、
回路カイロ(負荷フカ)にCC値アタイ以上イジョウを流ナガしません。
特トクに、「実験ジッケン基板キバン等トウの段階ダンカイでは、仕上シアがり(出来デキ)が悪ワルいので、なんらかの原因ゲンインで基板キバン内ナイショート
が起オこるもの」と考カンガえたほうが良ヨいです。
例タトえば、出力シュツリョク保護ホゴ(出力シュツリョク電流デンリュウ制限セイゲン)が無ナい電源デンゲンを用モチいると、基板キバン内ナイでショートした場合バアイに基板キバン、IC
等トウを破損ハソンする恐オソれがあります。
出力シュツリョク電流デンリュウ制限セイゲン機能キノウ(CC)がある電源デンゲンを用モチいれば、このようなトラブルを防フセぐ(少スクなくする)ことが出来デキます。
実験ジッケン段階ダンカイでは、それほど大オオきな回路カイロ規模キボではありません。PIC等トウの小規模ショウキボマイコンを用モチいた基板キバンでも
このような場合バアイ、消費ショウヒ電流デンリュウはせいぜい「数スウ10mA程度テイド」と思オモわれます。
したがって、それほど大オオきな電流デンリュウ容量ヨウリョウがある電源デンゲンを用モチいる必要ヒツヨウもありませんので、このような場合バアイ、
CC設定セッテイ値アタイを100mA〜200mA程度テイドにしておけば、もしも基板キバン内ナイでショートしてもデバイス等トウの破損ハソンを
防フセいでくれることになります。
このように、「CC設定セッテイ」は基板キバンショート時ジのトラブル回避カイヒにも役立ヤクダちます。
(手順テジュン3)
OUTPUT端子タンシに負荷フカ(基板キバン等トウ)を接続セツゾクし、OUTPUTスイッチをONします。
(手順テジュン4)
負荷フカ電流デンリュウがCC設定セッテイ内ナイであれば、「CV-LED」が点灯テントウし、定テイ電圧デンアツ(CV)動作ドウサになります。
(手順テジュン5)
もしも、負荷フカ電流デンリュウがCC値アタイを越コえれば、「CV-LED」は消灯ショウトウし、今度コンドは「CC-LED」が点灯テントウします。
つまり、CC動作ドウサになったということは、予期ヨキしない電流デンリュウが流ナガれていることになり、基板キバン上ウエでなんらかの
故障コショウまたは設計セッケイミスということが分ワかります。
この場合バアイ、出力シュツリョク電圧デンアツは出力シュツリョク電流デンリュウ値アタイと負荷フカ抵抗テイコウ(基板キバン)に応オウじた電圧デンアツになっています。
また、負荷フカ電流デンリュウが減少ゲンショウし、CC設定セッテイ値アタイ内ナイになれば再フタタび「CV-LED」が点灯テントウ、「CC-LED」が消灯ショウトウして
定テイ電圧デンアツ動作ドウサ(モード)に戻モドります。
◎どのような機種キシュを選エラんだら良ヨいか
「アナログ表示ヒョウジ」か「デジタル表示ヒョウジ」かは好コノみの問題モンダイですが、やはり、「デジタル表示ヒョウジ」は設定セッテイが楽ラクです。
趣味シュミとしての電子デンシ工作コウサクの範囲ハンイ内ナイであれば、今回コンカイの製品セイヒン例レイ
�@の「PA18-3A」
�Eの「PMC18-1A」
のクラスが手テごろでお勧ススめします。
必要ヒツヨウな電圧デンアツ、電流デンリュウは
18V/1A〜3A
であれば十分ジュウブンと思オモいます。
上記ジョウキ�@、�Eの機種キシュは最大サイダイ電圧デンアツ設定セッテイが18Vですので、主オモな電圧デンアツ「1.5V、3.3V、5V、6V・・・15V等トウ」で使用シヨウ
出来デキます。
このクラスの電源デンゲンはそれほど高価コウカなものではありません。新品シンピンでなくとも「中古チュウコ品ヒン」が良ヨく出回デマワって
いますから、このようなものを利用リヨウするのも良ヨいです。
オペアンプ等トウでプラスマイナス動作ドウサをする場合バアイは、今回コンカイの製品セイヒン例レイ�Aクラスになります。
�@、�Eを2台ダイ用モチいればプラスマイナスの電源デンゲンを作ツクることは可能カノウですが、やはり、専用センヨウのプラスマイナス電源デンゲン
が使ツカい勝手ガッテが良ヨいです。
いずれにしても、今回コンカイの製品セイヒン例レイのように「CV/CC機能キノウ」のある電源デンゲンを用モチいることをお勧ススめします。
このような電源デンゲンを用モチいることにより電子デンシ工作コウサクも「使ツカい勝手ガッテが良ヨく、安全アンゼンな電源デンゲン環境カンキョウ」になり、
楽タノしくなります。