「Smile BiDi-Repeater」の改版基板とか。その3

昨日の続きをやっています。資料を確認しがらも、2時間程で出来ました。

高電圧対応回路を積む為に、LDO(7812)を見繕ったところ、コイルの電流が40mA以下と言う事で、SMDタイプの100mA(ドロップ1.7V)を選択しました。と言う事で、入力15V以上で使用する事にします。

表には、電解コンデンサを2個のみ追加です。

裏側にLDO(SOT89-3)を配置、チップコンデンサを既に2個使っている為、気にせず1個追加しました。

一応、考えうる回路は積めたと思います。

これで、何とかなってください。お願いします。

そして、TPIスマイルライターの方もぼちぼちやってます。

ATmega32U4が入手困難なので資料を見直していた所、元々16U2で大丈夫である事に気付いてしまったので、こんな基板も設計してみました。※16U4は多分大丈夫だろうと思います。

見ての通り、これはATmega16U2用基板です。Nanoからは、アナログ入力端子の割付が3本変更になっただけです。

※16U4は、32U4と同じ基板を使えば大丈夫です。

※今の所、16U4と16U2については何とか入手出来る様なので、試してみようと思います。

「Smile BiDi-Repeater」の改版基板とか。その2

とりあえず「Smile BiDi-Repeater」の動作に目星がついたつもりでいましたが、相変わらずある条件についての突入電流には弱いままでした。

私の力ではどうしようも無いので、各所の知恵を借りまして、外付けの回路で対策を試みる事にしました。

起動時には、突入電流を緩和するサーミスタを通過させてOC判定を回避し、一定時間をおいてリレーでサーミスタをバイパスしてあげる回路です。

実験である程度の効果が確認出来ましたので、送って貰ったKicadのデータを元に基板を起していきます。

オリジナル基板の大きさは、完全にカスタムサイズでしたので、C基板に落とし込んでいこうと思いました。しかし、元々C基板より小さい基板を大きくするので、リピーターから操作出来る機能追加の為に、4極の3.5mmジャックを付けてみました。

サーミスタ基板側にも4極3.5mmジャックを付けています。DSair2と同じケース(PF)に入れられる様にC基板の一部変形となっています。

しかしリピーターで使う時には、LDOやタイマー等半分くらいの部品が必要有りません。

基板の敷地が勿体無いので、D基板サイズで考えてみました。

電圧は12Vが基本なのですが、16Vやもっと高い電圧に対応させる為には、リレーのコイル電圧を上げ過ぎない様にしておく必要が有ります。そこで7812を積める回路としています。

D基板サイズのアクリルパネルは、そこらで入手できるのかな？

しかし、そんな事を考えているのだったら、いっそリピーターに内蔵してしまおう、と言う事で本体基板の修正をする事にしました。試作時に付けておいたOLEDのパターンとUSBシリアル周りの回路をごっそり削除し、抵抗を垂直配置として敷地を確保しました。

モータードライバーとLCDを極力下側へ移動し、サーミスタとリレーを置けるスペースを捻出しています。2510サイズのDC-FANが置けて、何とか通風出来そうなスペースを確保出来ました。

なんだかんだ修正パズル？を繰り返しながら15時間以上やってます。大変草臥れました。

おっと、高電圧対応回路を積んでいませんでしたね。まだまだ作業は続きますが、LCD上のスペースに積むスペースが有るので、もう少し頑張ります。

「Smile BiDi-Repeater」の改版基板とか。

とりあえず「Smile BiDi-Repeater」の動作に目星がついたので、基板改版に取り掛かろう！と言いつつ、試験する前から既に出来ていたので発表するだけです。

基本的に、DCジャックを少々移動してネジ式ターミナル(P8)を追加した事と、LDOもちょこっと内側に移動してロームのDC/DC用にU6を追加しただけです。3300μFのコンデンサは程良くLDOをかわす筈。

※リセットスイッチの配線は修正済。プルアップ等の見直しは未。

ところで、何故にネジ式ターミナルを追加したのかと申しますと、12V-8AのDC/DC電源基板も作ってしまおう、なんて思いついてしまった為です。17V以上24Vくらいで160W以上(くらい？)の安定化電源が家に転がっている方を対象にと考えた訳です。

何と！この基板、部品面が全てGNDです。特に問題は無いですよね？

また、余裕が有るので電源のパターンは10mm幅で引いています。

秋月では廃番品となってしまいましたが、家に幾つか転がっていた「HRD12008」を使って作ろうと思います。

※Web検索してみると、「HRD12008」については、出力電圧を変更する記事が多数ありますので、意外と使えるかもしれませんね。（電力には要注意！）

そして、スタックには使えるのか？と言う事で考えてみますと、発熱の具合で2.5A程度までが現実的だとすると、この電源1台でモータードライバー3台分を賄える可能性が有る気がしてきました。

スタックの方もターミナル付けておくか。

但し、12V-10AのACアダプターを買った方が、安上がりであることは確実です。

「Smile BiDi-Repeater」のテスト その3

前回の宿題「Smile BiDi-Repeater」の突入電流対策について、探っていきます。

モータードライバーを起動し、負荷側のコンデンサに充電していく途中で、突入電流によりモータードライバーが「OC」と判定して動作を中止する訳ですが、コンデンサがある程度の電圧になると、何とか動作を保てる様になります。その状態になるまで「OC」を解除しながら、幾度も再起動させて電圧を上げていきます。

再起動回数を調整しながらのテストとなります。スケッチを書き換えながらテストしますので、スマイルライターCOMBOは繋いだままです。

トマランコンデンサを使えば、突入電流を緩和出来る事は既知の事実ですが、テストですので「35V-3300μF」のコンデンサのみで起動出来る回数を探ります。

電子負荷は、電圧計及び放電器とする為、繋いであります。

スケッチ上の最初のリトライ回数は64回でした。1回の起動で4V程度の充電状態となり、手動リセットしてからの2回目で起動を保ちます。と言う事は、倍の128回とすれば大丈夫ではないか？と言う事で、スケッチを書き換えて試すと、思惑通り起動してくれました。

そこからは、最低何回の再起動で立ち上がるか？を調査していきます。120、112、104、96と８づつ下げて行くと、112回で立ち上がる事が判りました。

ふと思って、電源側のコンデンサを1000μFから、3300足した4300μFに変更して試します。今度は、104回で立ち上がるようになりました。

当たり前ですが、電源側が貧弱過ぎでした。

いい気になって、もっと下げる事が出来るのか？と思い、4700μFを2個繋いで、合計13700μFとしてみました。

が、残念ながら結果は変わりませんでした。4300μFで足りている様です。

合成4300μFから、3300μFに交換してチェックします。

結果は、104回から112回にダウンです。1000μFが幾分か効いている様です。

この結果から導き出した答えが、

・電源側コンデンサは3300μFに決定。

　（負荷側はこれより小さく、加えてトマラン仕様推奨とする。）

・リトライ回数は127回に決定。（計128回）

・Roscは標準の51kΩとする。

となります。

基板の改版時に加える物・修正は以下、

・安定化電源接続の為に、ねじ式ターミナルを増設。

・LDOが非常に熱いので、ロームのDC/DC取付兼用(排他)パターンとする。

・モータードライバー周りのプルアップ・ダウンを見直しする。

と言ったところです。

これで、廃番の危機を何とか乗り越えられそうです。

これで、各所試験をして頂く事にしましょう。

「Smile BiDi-Repeater」のテスト その2 ”8A達成！”

「Smile BiDi-Repeater」のテストに戻っています。

12V-10AのACアダプターが届きましたので、負荷試験の続きを進めます。

今回のテスト風景です。ファンが散歩に出かけてしまうので、マスキングテープで斜めに拘束しています。4020サイズで結構な風量と騒音です。

紆余曲折あって、コンデンサは35V3500μFとしています。8A近く流すとなると、結構ため込んでおいて貰わないとすぐにOC判定されてしまいます。1470μF（1000+470）では6A弱までしか伸びませんでした。

そして今回、めでたく8Aを達成しました。（最高値は8.06A）

最高温度は、OC直前の7.4A掛け数分置いた後、落ち着いた時点の74.8℃+αと言う所です。（7.5AでOC）室内温度は27℃程度です。少しずつ温度が上がっている様な気がするが･･･。そういえば63Wの熱源が有るな。

スタックのTB6643KQと比べると温度上昇が穏やかで、だいぶ効率が良い様に思います。但し、こちらはヒートシンクが大きいので比較はかわいそうですね。

これで負荷試験においては、8A流せる事が確認出来たと言って良いと思います。

残作業は、突入電流に対する、安定した起動条件を探り、対策を講じる事です。

今までは、負荷試験とごちゃ混ぜでやっていたので、右往左往していましたが、切り離して作業をしてみる事にします。

ふるさと納税 記念品追加 鶴ヶ島市

記念品が追加されました。

 埼玉県 鶴ヶ島市（KATO）

今回は、Nゲージ4種類です。 

H026-21 Nゲージ[日本アルプスを望む。381系<パノラマしなの>展示セット]（動力付き）(70000)

H027-21 Nゲージ[イギリスを駆けるメイド・イン・ジャパン！Class800“AZUMA” 展示セット]（動力付き）(70000)

H028-21 Nゲージ[夕張山地に響くエンジン音。キハ283系「おおぞら」展示セット]（動力付き）(70000)

I005-21 Nゲージ[国鉄初の特急電車！151系「こだま・つばめ」展示セット]（動力付き）(80000)

 

「Smile”Stack” BiDi-Repeater」のテスト

「Smile BiDi-Repeater」は次のテストの為のスケッチの修正を依頼していますので、先に「Smile”Stack” BiDi-Repeater」のテストをしていきます。

前回同様に電子負荷を繋いで、TB6643KQの出力テストをします。DCファンは制御回路がまだ動きませんので、「Smile BiDi-Repeater」の回路で動かしています。

サーミスタは、モータードライバーとヒートシンクの間に挟み、PC用の放熱シリコンと共に締めこんでいます。コンデンサは1000μFのままです。

TB6643KQでは、TB67H303HGの様なモータードライバーの再起動は全く必要有りません。初っ端3Aでも問題無く立ち上がります。

電流値を調整しつつ、「Ex.Temp」を観察していきます。室内温度は、24℃位ではないでしょうか。

1Aでは、34.5℃で落ち着いています。

2Aの場合も問題無く動いてくれています･･･。温度は51.7℃位で落ち着きました。

おや？と思う事が有りまして、よく見ると電圧が10V切っています。

とりあえず、先へ進みます。

3Aにしても、変わらずに動いています。流石に温度は上がって来まして、80.4℃です。

電圧はさらに下がって、8V付近です。

温度が厳しくなって来ましたので、ここからは0.1A刻みで上げていきます。

3.1Aでは86℃で落ち着き、電圧は8V付近を保っています。

3.2Aでは91.6℃で落ち着き、電圧は8Vを切って7.8V付近です。 

 3.3Aで100℃を超えました。電圧は7.5Vまで下がっています。

3.4Aまで来ると、そろそろ心配な温度になって来ました、112.8℃で何とか落ちいています。電圧はだんだん7Vに近づいて来ました。

そろそろ限界かな？と思いつつ3.5Aまで上げてみます。温度は125.9℃です。電圧は6.8vまで下がっていました。

3.6Aまで上げると、恐らく熱遮断回路（TSD）が働いて出力が遮断されました。写真を撮った時の温度は129.1℃、電圧は5.37Vとなっています。（動画共）

過電流検出回路（ISD）は4.5A、熱遮断回路（TSD）は170℃が閾値となっていますが、TSDは内部の温度が基準でしょうから、外部で測って130℃を上回る温度で保護回路が働いたものと判断します。

でも、よく考えると5.37Vとかではちゃんと走りませんよね？

ACアダプター側の電圧が心配になって、リピーターの電源コンデンサの所で確認してみると、ある程度の降下は有るものの、モータードライバーの出力程の低下は有りませんでした。

0.1Aの時は、12.07V。

3Aの時は、11.51V。

3.5Aの時は、11.4V。

先程の試験中より、モータードライバーの出力電圧が0.7V程高く、温度は52℃程低いです。これは、モータードライバーの特性で、温度が高いと効率が落ちるという事なのでしょうか？

いずれにしても、おもちゃみたいなヒートシンクでは容量が足りないのは確実ですね。

そういえば、PTCは3A（6A遮断）なので、ここで電流制限が掛かっていて、電圧が下がったりしているのかな？2Aでも下がっているので関係ないかな？