「PoEとBluetooth Low Energyを組み合わせスマート照明インフラをコスト効率良く実装」 (Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)

　「アプリケーションラボ」は、Digi-Key社のご協力をいただいて、Digi-Key社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。

　今回は、PoE(Power-over-Ethernet)とBluetooth Low Energy(LE)を組み合わせてスマート照明を実現する方法について解説した記事をご紹介します。

■PoEとBluetooth Low Energyを組み合わせスマート照明インフラをコスト効率良く実装

　PoEは、2003年にIEEE802.3afとして承認されたLANケーブルで電力を送るための規格です。PoEでは、給電側の機器をPSE(Power Sourcing Equipment)と呼び、受電側の機器をPD(Power Device)と呼びます。802.3afでは最大15.4WをPDに供給できましたが、2009年に改訂された802.3atタイプ2(PoE＋)では最大25.5WをPDに供給できます。さらに、2018年に承認された802.3btでは最大60W(タイプ3)と最大90W(タイプ4)まで拡大されました。

　PoE対応のハブとPDの間で直接給電する方式はエンドスパンと呼びます。すなわち、ハブがPSEとなります。また、ハブと繋がっているPDとの間にPSEを入れて、途中から給電する方式をミッドスパンと呼びます。ミッドスパンにすると、従来のネットワークにもPoEを導入することができるのでコストを安くできます。

　スマート照明は、電力変換効率の高いLEDとワイヤレスネットワークを組み合わせた照明で、精密な調光ならびに温度や色のバリエーションをスマホなどから簡単に設定することができます。スマート照明を既存のインフラに設置するには、LANケーブルによるミッドスパンPoEを利用するのが最善といえます。

　スマート照明の制御は、LANケーブルによるEthernetでも実現可能ですがシステムが複雑になります。それに対し、Bluetooth LEは最大100mの範囲で少量のデータを効率よく送信することが可能で、スマホとの連携も容易です。さらに、半導体ベンダーによるサポートも充実しています。

＜　ミッドスパンPoEの構成　＞

　【アプリケーションラボ】では、ミッドスパンPoEの実装にMaxim Integrated社のPDコントローラ(MAX5969)とPSEコントローラ(MAX5980)を使用した例を紹介しています。MAX5969は、検出シグネチャ、分類シグネチャ、突入電流制御付き統合絶縁パワースイッチの機能を持ちます。MAX5980は入力電圧によって、PD検出、PD分類、電流制限、負荷切断検出という4つの動作をします。Maxim社ではミッドスパンPoEの開発用に、MAX5980EVKITという評価キットを用意しています。

＜　コネクテッド照明プラットフォームLIGHTING-1-GEVK　＞

　Bluetooth LEと組み合わせるには、STMicroelectronics社のPoEリファレンスボードSTEVAL-POEL45W1とON Semiconductor社のコネクテッド照明プラットフォームLIGHTING-1-GEVKを紹介しています。これらを利用すると、PoEでワイヤレス接続されたスマート照明のプロトタイプ開発が非常に容易になります。

　ここで解説されているデバイスは、マルツオンラインのウェブサイトで購入できますので、是非参考にしてください。

MAX5980評価キット 【MAX5980EVKIT】　8,735.56円
コネクテッド照明プラットフォーム 【LIGHTING-1-GEVK】　20,981.52円
PoEパワーモジュール(90W) 【LIGHTING-POWER-POE-GEVB】　5,864.44円
PoEパワーインジェクタ 【POE90U-1BT-2-R】　13,210.87円

　下記の2本の解説記事も同時に公開しました。合わせて参考にしてください。

■プログラム可能な電源モジュールを使用してDC/DCレギュレータ設計をスピードアップ

　スイッチングレギュレータは高効率なのであらゆる製品に使用されていますが、市販品を導入する場合、必要な仕様に合う製品を入手できないことがあります。ここでは、市販の電源評価キットとソフトウェアにより自分の仕様に合ったDC/DCコンバータを迅速に実現する方法について解説します。

■スーパーキャパシタを使用してIoTノードをブラウンアウトから保護

　IoT機器の需要はどんどん伸びており、停止すると困る事態も増えています。また、突然にネットワークが停止すると、IoT機器は誤動作や性能低下を引き起こす可能性があります。ここでは、瞬停などが発生してもIoT機器が停止しないようにするために、スーパーキャパシタを活用する方法を解説します。

　マルツエレックでは、ZEPエンジニアリングが企画し、Takazine氏が設計・開発したハイエンドのヘッドホン・パワーアンプ「MZ-HPA1000」を2021年1月11日に発売する予定です。そこで、発売前の予約キャンペーンを特別価格で実施中です。

＜　モニタヘッドホン MDR-M1ST　＞

　30年以上の長きにわたり、世界の多くのスタジオで楽曲制作を担ってきたソニー製のプロ用モニタヘッドホン「MDR-900ST」の後継といえる「MDR-M1ST」が昨年8月に発売されました。

　Takazine氏によると「MDR-M1STを試聴してみたところ、このモニタヘッドホンは駆動アンプの音をそのまま出すことができるようなので、MDR-M1STを良い音で鳴らせることができれば、どのヘッドホンでも良い音で聴けるはず」ということです。すなわち、「MZ-HPA1000」はどのヘッドホンで聴いても躍動感あふれる「音楽」を奏でるアンプを目指しました。

＜　MZ-HPA1000の主要基板　＞

　本機は、オールトランジスタ構成で、原理的にスイッチング歪みが発生しないA級出力段を採用しています。そして、電力増幅段、負帰還、トランスなどにこだわって設計されています。今回設計されたアンプは、増幅部の裸特性をできる限り伸ばして負帰還による補正を最小限にした回路です。2段目から少量の帰還をかけ、最終段からは帰還しない終段無帰還アンプです。スイッチ一つで2段目からのフィードバックもなくした、完全無帰還の音も聴くことができます。

■MZ-HPA1000の仕様

・ノンクリップ出力
　負荷8Ω/4500mW(500mW以下までA級動作)
　負荷30Ω/1200mW(全出力域においてA級動作)
　負荷100Ω/380mW(全出力域においてA級動作)
　負荷300Ω/120mW(全出力域においてA級動作)
・残留ノイズ：6.6μV(A-wait ON、R11＝470Ω時)
・スルーレート：120V/μs以上
・出力インピーダンス：0.16Ω
・NFB量：9dB(0dB設定可)
・チャネルセパレーション：86dB以上(10Hz～20kHz、負荷33Ω)
・全高調波歪み率＋雑音：0.002%(負荷33Ω、50mW出力時、80kHz LPF ON)

■MZ-HPA1000に関する情報は、特設サイトをご覧ください。詳しくは、下記までお問い合わせください。
　https://www.marutsu.co.jp/pc/static/contact/index

無帰還純A級オールディスクリート・ヘッドホン・パワーアンプ【MZ-HPA1000】 定価92,800円　→　キャンペーン価格84,800円

■参考動画
　https://www.youtube.com/watch?v=foNXGaU8dmU&feature=youtu.be