実験用の可変安定化電源 ケース加工図

厚紙でケースの仮組みぐらいまで出来るかと思ってたが
タカチのちょうどいいサイズのケースが見つからなくて試行錯誤していた

タカチのMB-6Sというケースを使うことにして加工図を書いてみた

横幅がギリギリだ（緑の線が基板の外形）

もう１サイズ大きいケースにしたほうが無難かもしれない

が、この上のサイズだとデカすぎて取り回しに苦労しそうなので
これで頑張ってみる


プリントアウトして基板を並べた

出力用のターミナルはとりあえず手持ちの陸式（？）ので代用

このターミナルはスピーカーとかを繋ぐバナナプラグだと便利だが
横穴が開いていないので生の電線を繋ぐにはあまりよろしくない

図面で見ると横穴が開いてるジョンソンターミナルというやつにしようかと思っている

プリントアウトの後ろの部品を置いていないところは
トランスを使ってAC100Vから給電するときの接続するコネクタ用にあけてある

仮にDINプラグで図面は書いておいた

電池用のDCジャック×2で接続してもいいんだが何かしゃくなので（＾ｑ＾；

電源スイッチは後面に配置したほうが配線は楽だが
実用時には急いで電源OFFにする必要がありそうなで前面に回した

上面はこうなった

つるつる（＾ｑ＾；；；

電流測定するかしないかを切り替えるスイッチはトグルスイッチにした

前回のテストでシャント抵抗を通すか通さないかで
出力電圧の読み取り値がかなり変わったので、このスイッチはやはり入れておくことにする

実験用の可変安定化電源 いよいよ大詰め

アナログ部の電流値の測定を正負関係なくGNDに流れる電流のみを計るように基板を修正した

基板にあんまり手を加えたくないので必要最小限の変更にした

アナログ部の単体テストをして、
デジタル部も含めて全体を結線してテストしてみた

±3.3V、±5V、±9V、最大出力でやってみたが
±5Vの結果は

負荷は100Ω（±5V時、50mA流れる）

LCDの読み取り値は

｜正電圧｜GND値｜
｜負電圧｜電流　　｜

だ

実際のGNDからAVRのADCの測定用に-2.5V目標でずらしたV-GNDはやはりかなり変動する

が、三端子レギュレータの7805の出力電圧は5.08V～5.09Vでまずまず安定

GND値を読み取るようにしたので検出精度は上げられそうだ

ADCの読み取り値から電流・電圧を求める計算式は、AVRのVCCを5.08Vとして

V = (ADCの読み取り値 - GNDの読み取り値) * (5.08 / 1024) * 6

I = (ADCの読み取り値 - GNDの読み取り値)* (5.08 / 1024) / 0.47 / 11

前回書いたとおり、両電源での使用時は電流値は計れないので表中では「-」と表示している

片電源での使用時（負荷を片側だけに接続）の電流値だけ計算した


可変電源の最大出力時の結果は

正負の電圧に1V程度差があるので両電源で使用時にもGNDに9.6mA程度流れ込んでいる計算結果となったが理屈としてもあってるように思う

電圧・電流値とも誤差はだいたい3%以内でおさまった

今回のシミュレーションではRの誤差は計算に入れていないので
プログラム次第ではもう少し精度をあげられるかもしれない

プログラムの試行錯誤をするにはむき出しのままだと何かと不便なので
このままケースに入れてしまおうと思う

筐体の設計は飲みながらでも出来そうだし（＾ｑ＾；

両電源での電流検出は理屈としてハイサイドで検出すれば良さそうなので
使ってみて不満だったらまた考えることにする

ご参考までにテスト結果はGitHubで公開しています
https://github.com/ryood/Variable_Power_Supply/blob/master/%E3%83%A6%E3%83%8B%E3%83%90%E3%83%BC%E3%82%B5%E3%83%AB%E5%9F%BA%E6%9D%BF%E7%B5%90%E5%90%88%E3%83%86%E3%82%B9%E3%83%8820141124.xlsx

GitHub見たらこの電源8末からやってるのか…（＾ｑ＾；

PDCAということ

昔、会社にいた頃にPDCAというのを盛んに言われた

P＝プラン（計画）
D＝ドゥ（実行）
C＝チェック（評価）
A＝アクション（処置）

だったかな？

しかし、A（アクション）の部分がどうしてもわからんかった

そんなもんまた計画立て直せばいいやん

と思っていたし、部長クラスもPDCだけで良くてAはいらんとか言っていた

今は実はAが一番大事なのではないかと思っている

チェックしておかしかったら、いろいろ調べたり技を磨いたり（スポーツで言う自己練）
何か他のことをしたり

そうしないと無駄なP（計画）→無駄なD（実行）→無駄なC（評価）

組織で言うと、この「PDC」の人が憤る事態に陥りそうなわけです

いいかげんにやってたら別に腹もたたないが

まじめにやって無駄だったらと思うと「A」が大事です

別に、「ABE」のことじゃないんだがね

実験用の可変安定化電源 問題は山積みだが…

いろいろ部品を作って、前回作図した結線図のように全体をハンダ付けをした

安全のためデジタル部は接続しないで
テスターでアナログ部の各所の電圧を計測した

※単位はV

可変電源の出力を±3.3V、±5V、±9V目標に設定して
100Ω負荷なので

±3.3V / 100Ω = ±33mA (±108.9mW)
±5V / 100Ω = ±50mA (±250mW）
±9V / 100Ω = ±90mA (±810mW）

になる

正側の電流値の誤差が目立つが
ブレッドボードでの試作時よりかなり向上している

Rの誤差の累積かもしれない

また、実際のGNDから-2.5V目標でずらしたV-GNDも
可変電源の出力電圧にかかわらず安定している

→負荷や電池電源の電圧が変動したらどうなるか調べてみる必要がありそうだが

が、またいらんことに気づいてしまった

というかうすうすわかってたんだが(^q^;

電流値を検出するために、この電源から出力するGNDを正と負に分けている

参考にさせていただいている『昼夜逆転』工作室さん（http://jsdiy.web.fc2.com/vameter/）のところでいうローサイドで検出している

が、よく考えれば普通GNDを正負にわけて回路を組むことはない

キルヒホッフの法則（だっけか？）で考えてみても
GNDに流れ込む電流と、正電源から負電源に流れ込む電流があるので

こういう具合に一緒くたにしてしまうとまともに電流値を計れない（＾ｑ＾；；；；

ということは、ハイサイドで計測すればいいんだが
ハイサイドだと計測地点が2箇所必要になる（詳しくは『昼夜逆転』工作室さんのとこで）

正負電流を計るとすると4箇所

ATMega328PでADCが使えるのはPORTC(6PIN)だけなんだが
LCDのI2C用に2PIN、電圧測定用に2PIN、計4PIN使っているので足りない

HD44780互換のLCDを使うとか外付けのA/Dコンバータを使えば不足分は補えるが…

もう疲れたので組み直しはしたくない

し、他のことがしたいんだが、このまま投げ出すのもなんかモヤモヤする（＾ｑ＾；

なので、折衷案として電流値は片電源で利用時のみ測定可能として
（片電源ならたぶんちゃんと計れる）

残ったPORTCの1PINは V-GND <-> GND 間の電圧を測定して
AVRのプログラムでの計算の精度を上げる

という使い方にしようかと思っている

うまくいくかな（＾ｑ＾？

実験用の可変安定化電源 測定部のアナログ部の製作

電圧値は1/6 (12V / 6 = 2VでAVRのADCの測定範囲内に収める）
電流値は0.47Ωのシャント抵抗（電流検出用抵抗）で電圧に変換して
オペアンプで11倍に増幅することにしてユニバーサル基板で組んだ

↑あいかわらずハンダ面はきちゃない（＾ｑ＾；

あとで抵抗値を元に計算するつもりなので
実装する前にLCRメーターのDE-5000（http://dad8893.blogspot.jp/2014/05/lcr-de-5000.html）で抵抗値を測っておいた

直流で使うのでDCRモードで測定
単位はΩ、カッコ内は誤差

10k (カーボン5%)
R1 9.956k (0.4%)
R3 9.909k (0.9%)
R7 9.998k (0.0%)
R11 9.886k (1.14%)

1k (カーボン5%)
R2 0.9899k (1.0%)
R8 0.9891k (1.1%)

0.47 (酸金5%)
R5 0.47
R6 0.47

2k (金皮1%)
R9 1.995k (0.3%)
R10 1.997k (0.2%)

Mixer（http://dad8893.blogspot.jp/search/label/Mixer）の製作時は全体の結線図をIllustratorで書いていたが
今回はFritzingを使った

部品がちょっと足りないけど
似たような部品で代用すれば配線の作図はかなり楽だ

役者を並べてみた

まだ基板のテストをしていないので
ここから先はまた次回

万歩計液晶 その後

ご無沙汰しております、電磁です。

まずはRyoさんに重要で残念な伝達。

☆　冬　コ　ミ　落　ち　ま　し　た　☆

嫁が受かったので冬は嫁の手伝いです。
　コスプレやりそうです。
　HUNTERxHUNTERのモラウさん（笑）
　画像ググるとこれなら俺でもできそうだなって思いますよ。

Ryoさんの電源がかなり進んでいる（デジタル系はほぼ完成）のに驚き。

ところで万歩計は何日前に書いた話か忘れてしまうくらい前の事ですが
間に色々ありました。

腎臓結石にかかって痛い思いをしました
attinyでVGAに表示するってーのに少しはまってました。

そして万歩計基板は幾つもつくりました。

これは小さい万歩計用。

プロトタイプ１、パターンのピッチを誤っていた。

ネジとパターンが干渉して実装できず。

 何に問題があったか忘れた。

 斜めパターンがショートする。

 細かすぎてショートする。

いろいろやったけど。
トナー溶融アイロンプリント法ではパターンが潰れてしまったり、ネジの締め付けができなくて接触不良だったり、ATtiny2313を実装すると筐体に干渉してダメだったり、抵抗がジャマだったり、試行錯誤の連続。


先週嫌になって下のような基板で先に進むこととしました。
左下の４信号はCommon端子です。
プルアップとプルダウンの抵抗をつけて(3V電源なら)ポートのハイインピーダンスにて1.5vを出そうという試み。

☆そして紆余曲折の後、万歩計液晶の制御方法は理解しました。 

 

今んとこ16bitカウンタの内容を16進表示しているだけ。
３Vで駆動します。

☆USIかUSARTで２バイト送る通信系をどっかでコピペすれば、最初に考えていたデバッガができるけど、問題はやはりAVRのチップを干渉させずに内部実装すること。

まず意外に手間がかかるのが基板の整形、とくに角をヤスリで整えたり、ネジ位置のRに合わせた穴あけ加工をしないとどうしても実装できない。

さらに万歩計筐体のネジ部が弱くて、２−３回付けはずしをするとネジの噛みがユルくなって端子を圧接できなくなってしまうという難点があるので、そう何度もカット＆トライできない。

実装しなきゃならないのは抵抗８本と20pinのIC。それを片面基板でパターンに…ってとこに無理があるのやも。
 
かっちょわるいけど内蔵は諦めて基板を筐体外に伸ばすかなーなんて考えてます。

aitendoのI2C-LCD SPLC792-I2C

表示の上下が反転される現象は解決できた

液晶モジュールにSHL、DIRCというPINがあって
ここをHかLに固定しないといけないらしい

それぞれ「COM direction selection input」　「SEG direction selection input」となっている

結局のところ

aitendoさんの基板では、SHLとVDDをショート、DIRCとGNDをショート
で、バックライト用のアノードはVDDとショートしてはいけない（電流制限用のRをいれる）

ということらしい

まだバックライトを１コ壊しただけなので、動かない基板とモジュールのセットのやつも
余裕があったら調べてみたいと思う

ドキュメントはわざと混乱させようとしてるのではないかと勘ぐりたくなる（＾ｑ＾；；；；

実験用の可変安定化電源 結合テストみたび

いよいよ電圧・電流を測定するアナログ部のテストをしてみた

やっぱりこないだの配線が間違っていたので修正

全部ブレッドボードの時よりはましだが配線はあいかわらずごちゃごちゃ

でも、実験がアナログ部だけに絞り込めてきたので精神的には楽だ（＾ｑ＾；

テスト結果

表中のV+、V-は可変安定化電源の出力電圧
V+M、V-MはAVRのADCで測定する電圧
I+M、I-Mはシャント抵抗（電流検知用抵抗）で発生した電圧
I+Mx、I-Mｘは電流から変換した電圧をOPAMPで増幅した電圧だ

LCDの表示値は一応記録したが
実際のGNDから-2.5V目標でずらしたV-GNDの値を調べてなかったので計算できなかった

やはり、V-GNDの値が検出出来たほうがAVRのプログラムで正しく計算できそうだ

前にも書いたが、I2CのSCL、SDAで２本、電圧電流検出用で4本
PORTCを使っているのでもうADC用に割り当てるPINがない

物理的なスイッチで切り替えるという手もあるか…

較正ボタンというのを作ってADCに入力する電圧を
電流値とV-GNDを切り替えるとか

いや、でも、深みにハマるかな（＾ｑ＾？


で、テスト結果を見ると電流値の誤差がひどすぎる

mVレベルの測定なので、テスト棒の当て方や、みのむしクリップの接触具合でかなり変動する

6倍ではなくて11倍に増幅した結果

だいぶ改善されたようだ（I+Mx、I-Mxの誤差で比較）

アナログ部もとりあえずこれで組んでみようと思う

実験用の可変安定化電源 測定部のデジタル部のテスト

測定部の電源とデジタル部を接続して引き続きテストしてみた

単3×7×2（±10.5V)、単3×10×2（±15V）とも5Vと3.3Vの電源電圧はまずまずだ

なのでAVR（ATMega328P)をICソケットに入れて、LCDもつないでテスト

電源に負荷がかかったので仮想GNDが無負荷の時と較べて30mVずれたが
AVRの動作、LCDの表示はOKだ（＾ｑ＾/

そこで、温存させておいた新品の（バックライトが生きている）LCDをつないでみた

GJ（＾ｑ＾／

が、、、

時間が経過するとなぜだか上下逆に表示されるようになってしまう（＾ｑ＾；；；；

何か変なコマンドが入力されているのだろうか

バックライトをこわしているLCDの方はこういう状態にはならない

自分の力量がないのが悪いんだが、aitendoさんのLCDはうまく使いこなせないかもしれない

今まで3個試したが、まともに動いたものがひとつもない

安くて小さいのがメリットだがちょっと手に負えないかも知らん（＾ｑ＾；


ここは後回しにして、全体のテストを続行

配線がややこしいので、Fritzingで接続の仕方を作図した

一応、ブレッドボードで組んでみたが

今日はもう疲れたので、次回再チェックしてからテストすることにする

なんかしくじりそうだし（＾ｑ＾；

電源部の改良？

電源部の電圧を計っているときに、また焦げ臭い匂いがした（＾ｑ＾；

こんどはなんとかツェナーが生きているみたいだが
確実に寿命を縮めているはずだ

5V側の端子は7805に保護回路が付いているし、0.5Aのポリスイッチを入れているので
まず大丈夫なはずだが、5Vと3.3Vを短絡させた時が危ない

なので、保護抵抗を入れたらどうかと思っている

出力インピーダンスが上がってしまう（→電流を流すと電圧降下してしまう）が…

ツェナーの許容損失電力が0.5Wなので0.25W MAXとして

I = 0.25[W] / 3.3[V] = だいたい75.8[mA]
R = （5[V] - 3.3[v]） / 75.8[mA] = だいたい22.4[Ω]

なので22ΩのRを入れておけばいいはず

今の基板をいじるのはやっかいなので、作りなおす機会があればの話

本気でやるなら3.3Vのロードロップ・レギュレータを入れるところかな

I2Cの信号線の5V⇔3.3Vのレベルシフト問題も解決していないので優先度は低い

もう早く片付けてしまって、ぴゅんぴゅん3号やらエフェクターを作りたいです

実験用の可変安定化電源 測定部のデジタル部の製作

電流電圧を測定する肝心要のデジタル部を作った

電源と測定電圧とLCDの入出力以外は何もないので
AVRを動かすためだけの基板みたいなものだ

電源をつなぐ前に導通状態をチェックした

表の黄色でマークしたところがおかしかったので
はんだ付けし直して再チェック

電源として前回作った測定部用の電源と単3×7×2でテストしていたら
何故だか電池が異常に熱くなったので
とりあえず9V電池×2に差し替えてテストした

±15V電源をつないでAVRをぶっさす前にもう一度テストし直す必要がありそうだ

テストとテストの合間は電池ボックスから電池を1本抜いて
プラス・マイナスのケーブルが触れてもショートしないようにしてるんだが、その抜いている間に電池が発熱した（＠ｑ＠；

わからないけどケーブルが電池ボックス内の端子に触れてショートしていたのかもしれない

この2つの基板がつながってうまく動けば、電流測定用のアナログ回路の試行錯誤ができそうだ

今日はもう時間がないので続きは次回

実験用の可変安定化電源 測定部の電源でけた

ブレッドボードと比較しながらチェックしたら、Eagleの回路図が間違っていた（＾ｑ＾；

いくら基板をチェックしても原因がわからないわけだ

Eagleで回路図を書く時はシミュレーションやブレッドボードでの実験とよく照らし合わせないと
無駄な労力が必要になることを学習した

最終的に基板図はこうなったが

作りなおすのもめんどくさいのでジャンパを使ってしのいだ

いろいろ汚いが、フラックスが汚いので除去剤欲しい

電源部なのであんまり間に合わせにしたくないが
テスト用（からのうまくいけば実用テスト用）と割りきる

うまく実用まで持っていければプリント基板の練習用の題材として使うかもしれない


実際に電池をつないでテストしてみた

まずは単三×7×2

GNDをマイナス側に振ってやったV-GNDは無負荷時で-2.50V（＾q＾/

50mA流してやって-2.42Vで誤差3.2％

実際使う予定の単三×10×2でテスト

出力用のピンヘッダの電圧をテスターで測定中、一瞬焦げ臭い匂いがして
表の黄色でマークした3.3Vの出力がおかしくなった（＾ｑ＾；；；；

D2（3.3Vの電圧を作るためのツェナー）のVf（と逆方向の電圧）を測定すると
どちらも0.12V程度に

新品のツェナーでチェックすると、Vfは0.6V程度、逆方向はテスターのダイオードテスト用モードでは絶縁にならないとおかしい

3.3V出力端子と5V出力端子をショートさせてダイオードに過大電流を流してしまったっぽい

ダイオードを取り替えて再テスト

やはりD2をやってしまっていたようだ（＾ｑ＾；

考察

三端子レギュレータを使っている5V出力はかなり安定している
50mA流してもほとんどビクともしない

電流・電圧測定用に大事なV-GNDは入力電圧や負荷でそこそこふらつく

15V入力で負荷が無負荷から50mAに変動時

(2.68V - 2.62V) / 2.68V = だいたい2.2%

50mAの負荷で入力電圧が10.5Vから15Vに変動時

(2.62V - 2.42V) / 2.62V = だいたい7.6%

7.6%はまあまあゴツイ数値だ

精度を上げるためにシャントレギュレータ－のTL431が使えないとすると（http://dad8893.blogspot.jp/2014/10/tl431.html, http://dad8893.blogspot.jp/2014/10/blog-post_29.html）
あと思いつくのは負電源の三端子レギュレータの7905を使って
OPAMP用の両電源を作って、OPAMPでGNDを境に正負を逆転させる作戦だが
いかんせん部品点数が増えるのが難点だ

オペアンプだけでも

負電圧反転用に1回路＋ボルテージフォロア1回路＝2回路
負電流反転用に1回路＋ボルテージフォロア1回路＝2回路
正負電流増幅用に2回路

2回路入りのOPAMPで3個必要になる

たぶんCタイプのユニバーサル基板がもう1枚は必要になるはずだ

GNDをずらす作戦で
測定部に流れる電流や電池の電圧はあまり変動しないとたかをくくるか（＾ｑ＾；

電池がヘタってきたのをAVRで検出できればいいんだが
ADC用の端子がもう残ってない（＾ｑ＾；；；；；

I2CのLCDをあきらめてHD44780互換のLCDにすればADC用のPINが空くなあ…

悩ましいところである