2014年12月20日土曜日

お知らせのようなもの

電気電子ネタとは全く関係ありませんが、今年の夏休みに北アルプスの風吹大池に行きましたので、その時の記録をコミケで頒布いたします。

幸か不幸か雨に降られましたので、防水システムの検討を現在進めていて、来年の夏休みに実地テストをしてみようと考えています。

2013年7月27日土曜日

コンデンサを使ったLEDの定電流駆動

先日のエントリーで紹介した論文では、インダクタを負荷とスイッチ素子の間に直列に入れる構成となっておりました。これは、インダクタが自身の磁束を一定に保とうという性質を持つことを利用したものといえますが、別な考え方をすれば直列にインダクタが入っているならキャパシタを並列に入れるというやり方も成り立つはずですので、実行に移してみました。

定電流制御を行う対象の素子は、直列接続された複数のLEDで、電流検出にはLEDに直列に挿入した抵抗を用いています。電流検出とON/OFF制御にはマイコン(MSP430G2211)に内蔵されたコンパレータを使用し、スイッチにはフォトカプラを介して接続したPNPトランジスタを使用しています。

実験を行った回路構成では、12V電源と電圧調整用コンデンサの間にPNPトランジスタを挿入し、電流が規定値より小さい時にONそれ以外はOFFとするようにしています。LEDは赤色LED(V_F≒2V)を5個直列接続して、LEDとGNDの間に電流検出用抵抗器(36Ω)を挿入しています。

マイコンの方は電源生成に2.6V出力の3端子レギュレータを使用したので、電流検出用抵抗器から入力するピンとGNDの間に2V程度のツェナーダイオードを保護用に入れて使用しています。

実験結果については、オシロスコープを持っていないので波形は見えていませんが、テスターで測った平均値では電流制御がうまく行われているようでした。

回路図その他については追って示したいと思います。

2013年6月12日水曜日

PWMによる定電流制御

前回のエントリーに書いた、パワー系の制御に関連して面白い論文を見つけました。

デジタル制御に適した誤差追従式PWM

この論文では、プッシュプル型ドライバに接続されたチョークコイルを通して負荷に電流を供給する際に、電流値が許容される誤差の範囲を超えているかどうかによって、ドライバのハイサイドもしくはローサイドのスイッチング素子をON/OFFさせるというもので、参考文献にはまだ当たっていないのですが数学的に有限時間内に収束することが証明できるそうです。

この制御自体は、最近のマイコンであれば十分に実装可能な方式ですので、前回取り上げた8ピンのMSP430でコンパレータを内蔵したものを使って、出力電流固定の定電流制御の実験をしてみたいと思います。

2013年6月6日木曜日

ちょっと考えていること

MSP430のバリューラインに8ピンのものが2品種あるのですが、電源で2本、デバッグ用のSpy-Bi-Wireで2本の合計4本は用途が限定されていて、自由になるピンは4本しかありません。

SPIやI²Cのインタフェースを備えているので、8ピンのMSP430を何らかのセンサとして使って、シリアルインタフェースバスのスレーブとして動作させるというのが典型的な用途なのかなとも思います。

ただし、SPIの場合はチップセレクトのためにピンを一本使ってしまいますので、空きピン全てがSPIバスインタフェースのために使われてしまいます。I²Cの場合は割り込みリクエストを一本出しても残り一本がアナログ入力に使えそうなので、センサとして使えそうです。

とはいえ、バリューラインの安いチップといっても、MCUですのでソフト開発が必要になり何かのセンサモジュールとして大量に生産するのでなければ、コスト面で有利とはいえません。

8ピンのMSP430で制御系が完結するようなシステムの候補としては、パワー制御関係のものが考えられそうなのでそういうネタで何か作ってみようと考えています。

2013年5月15日水曜日

久々の更新

最新の投稿が今年の2月となっておりまして、少々驚きました。

つい最近、秋葉原の千石電商に行ったところ、MSP430 Launchpadが\1,050(税込み)に値上がりしており、円安の影響の大きさを感じました。

さて、ここで円高の時に仕入れた、MSP430 Launchpad関連アイテムの頒布のお知らせをさせていただきたいと思います。

以上、宣伝でした。

ちなみに、8ピンのMSP430を使ったネタを現在検討中です。

2013年2月10日日曜日

MSP430 LaunchPad用 Spy-Bi-Wireアダプタキット

あらまし

先に実験を行っていた、MSP430 LaunchPadからSpy-Bi-Wireの信号線を引き出して、LaunchPadの3.6Vとは異なる電圧電源のシステムに搭載されたMSP430マイコンのSpy-Bi-Wire端子と接続するためのアダプタのキット化を行いまして、コミックマーケット84にて頒布しましたが、その回路方式と機械的な実装方式について紹介します。

まえがき

安価なMSP430 LaunchPadを、ターゲットシステムの電源電圧がMSP430の動作電圧範囲(1.8V～3.6V)全域にわたって対応可能なICEとして使用できるようにするための、レベル変換アダプタを検討していました。

LaunchPadから引き出すことができるデバッグ用の信号であるSpy-Bi-Wireは、2本の信号線で構成されており、その構成は単方向の信号であるSBWTCKと、双方向の信号であるSBWTDIOの2本です。SBWTDIOの方向制御を行う信号は出力されないため、高圧→低圧と低圧→高圧の双方向レベル変換を制御信号なしで行う必要があります。

当初は、双方向レベル変換専用ICのTXS0104Eを使用していましたが、I²Cの仕様書に掲載されていたMOSFETとその寄生ダイオードを使う方式を基にした回路方式の実験がうまく行きましたので、その方式を元に基板を製作してキット化しました。

基板については、TIから発売されているLaunchPad用の容量性接触センサのモジュールの実装方式を参考に、LaunchPadの基板両端にある10ピンピンヘッダ取り付け用の穴と同一位置に10ピンのソケットもしくはピンヘッダを取り付けることで、基板をスタッキングできるようにしています。

また、ターゲットシステムへの接続は10芯のフラットケーブルを使用してSpy-Bi-Wireの2本の信号とターゲット側の電源及びグランドの接続を行う仕組みとしています。フラットケーブルと接続するコネクタのピン割り当ては5ピン×2列の構成に対して隣り合う列のピンに同一の線を接続し、ケーブルには極性キーのないコネクタを両端に圧接することでコネクタの接続方向の自由度を高める工夫を加えています。

回路方式

回路構成は回路図の通り、ごく単純なものです。

回路図の左側が低圧(ターゲットシステム)に接続される部分で、回路図の右側に示した2個の10ピンの端子が高圧(LaunchPad)側に接続される部分となります。

低圧(ターゲットシステム)側は低圧(ターゲットシステム)側の信号にMOSFETのソースを接続するとともに低圧側のV_CCでプルアップし、ゲートは単純に低圧側のV_CCに接続しています。また、低圧側から高圧側に電流を流せるように寄生ダイオードと並列にV_Fの小さなショットキーダイオードを接続しています。

動作としては、ターゲット側から信号がLowにドライブされてV_GS>V_thとなったときにMOSFETがONになりMOSFETによって高圧(LaunchPad)側の信号線がLowにドライブされることを利用した低圧→高圧レベル変換と、高圧側から信号がLowにドライブされたときダイオードを通じて低圧側の信号線がLowにドライブされることを利用した高圧→低圧レベル変換の機能を、一本の信号線上に付加した形になります。

基板レイアウト及び組み立て方法

基板レイアウトの特徴

両サイドの10ピンコネクタ(ソケットまたはピンヘッダ)は、LaunchPadの表側または裏側に取り付けられるように配置しています。

中央のフラットケーブル接続用10ピン(5×2)コネクタは、LaunchPadとは反対側の面に取り付けるようにしていますが、このときLaunchPadに接続される側の信号線のプルアップ抵抗R1の配置が不適切であったために、コネクタのシュラウドと干渉してしまいます。

LaunchPadに接続される側の信号線についてはLaunchPad上にプルアップ抵抗が実装されていますので、このアダプタでは必ずしも取り付けなくても構いません。

組み立て方法

基板は鉛フリーハンダによるハンダメッキ仕上げになっていますので、鉛フリーハンダを使用する工具が使用可能です。

面実装部品の取り付け

最初にMOSFET、ショットキーダイオード、抵抗の各面実装部品を基板に取り付けます。このとき、このアダプタをLaunchPadの裏に取り付けるようにする場合はR1を取り付けないようにします。

ソケット及びフラットケーブルコネクタの取り付け

LaunchPadの部品実装面側にこのアダプタを取り付ける場合: 10ピン×1列のコネクタを面実装部品を取り付けた側の面に取り付けます、フラットケーブルコネクタはその裏面に取り付けます。
LaunchPadの部品実装面の裏側にこのアダプタを取り付ける場合: 10ピン×1列のコネクタを面実装部品を取り付けた面の裏側に取り付けます、フラットケーブルコネクタはその裏面に取り付けます。