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実地テストを無事に終えたDCポンプ ケースもできて ようやく本当の完成を迎える事ができた。 配線がちょっとゴチャゴチャになってしまったけど 性能はバッチリ出せたので 良し、としておく。 こちらは ケースの寸法を大きく作り過ぎた(笑) もう少し きっちり作ってコンパクトに収めた方が格好が良かったなぁ。 予定通りに電気ショッカーの製作に入るか、それとも 無接点タイプの水位センサーを作るか、ゆっくり考えて 気が向いた方から作る事にしよう。 ▲
by masax7790
| 2012-11-27 22:37
| DCポンプドライバー(DCDCコンバーター)
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予定通りにローサイドドライブに組み替えてみた。 一番最初に作った時はちゃんとDCDCコンバーターになっていなかったので トランジスタの発熱が結構あったのですが 今回はDCDCコンバーターの機能がしっかりと出るように組んでみたのが上手くできたのか MOSFETが殆ど発熱せずヒートシンクもどちらかと言うと冷たいくらいになった。 ローサイドドライブにする事で 入力のPWMに出力が遅れる事がなくなったので PWMのデューティー比と出力電圧もほぼ比例して出力できるようになったので 動きもスムーズに見える 今回はきっと DCDCコンバーターの回路が組めたんだろう。 ▲
by masax7790
| 2012-11-17 00:52
| DCポンプドライバー(DCDCコンバーター)
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昨夜、最後にテストしたローサイドドライブのテスト回路がこれ↓
まだ この回路にはインダクタやコンデンサ、ダイオードを組み込む必要があるけれども ハイサイドドライブの回路と比べて非常にシンプルでトランジスタが2つ少なく その影響が大きいんだろうと思うけど 追従できる速度がまったく違う。 昨日のテストでのハイサイドのテスト回路では 入力信号に対してONの遅れは殆ど無いけれども OFFの遅れが40マイクロ秒程度あったけれども 上記のローサイドのテスト回路では こちらもOFF側の遅れですが0.2マイクロ秒以下の遅れしか出ない。ただ高い周波数だと少し波形にギザギザが出てくるので ノイズの対策もやってみるとして 上図の回路にインダクタ、コンデンサ、ダイオードなどを組み込んで とりあえず下図のような回路で組んでみる。
さて どうなる事か? ▲
by masax7790
| 2012-11-16 09:46
| DCポンプドライバー(DCDCコンバーター)
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非常に上手く仕上がって喜んでたDCポンプドライバー回路ですが 実際にポンプを繋いで実地テストを始めたところ時々ポンプが回らない事があった。 ぱっと見、コネクターの接触不良かな?、という感じでしたが点検しても接触に問題はなく よく見るとマイコンの動きに影響が出ている。 電解回路のトラブルの時と同じように 机上では全く問題なく働くのに 実地テストでは手のひらを返したように不調になる。 ひょっとしてフォトカプラが20KHzに追従できないのか?、と試しにフォトカプラだけを単独でテストしてみる。 今回使用したフォトカプラはTLP621 測定回路はこんな感じなので 入力がONの時、測定箇所はOFFになる(反転)↓ まずは 20KHz↓ ↑こりゃダメだ 追従できていない! 10KHz↓ ↑これもダメ 5KHz↓ ↑使えなくもない程度 2.5KHz↓
まだ この電圧でメインのパワーMOSFETのゲートを駆動するわけだから もっと遅くなるのは必至。 これを見ると 使えるのは せいぜい2.5KHzまで、という事になるのか? 前回の電解回路は1KHzの低い周波数だったので このフォトカプラで問題なく完成しましたが フォトカプラって こんなに どんくさい動きだったのか? GNDを絶縁分離すると こんな風にフォトカプラの速度も考える必要があるんですね? と 考えた挙句・・・・・ 今度は遅い周波数からテストしてみる・・・ 今回も同じく 上段の波形が入力波形で 下段の波形が測定箇所の波形 2.5KHz↓ 5KHz↓ 10KHz↓ 20KHz↓ 普通のフォトカプラと比べると 速度が全く違うけれども それでも20KHzあたりになると随分遅れが見えてくる。まだこの先にメインのパワーMOSFETが繋がるので より遅くなるのは必至。 考えていても進まないので 最終段まで組んでみる。 2.5KHz↓ 5KHz↓ 10KHz↓ 10KHz程度でも随分遅れる。この感じだと2.5KHz程度で仕上げる事になるけど どうも納得がいかない。 GNDを分離することで 出力のフィードバックを返さないプログラムに戻したので それなら いっそローサイドに戻せばどうなる? 2.5KHz 5KHz 10KHz 20KHz 40KHz 100KHz 波形は汚くなってきたけど 100KHzでも殆ど遅れる事なく追従してくる。 ローサイドドライブにすると フットワークが軽くなるんだろう 随分スピードが変わってくるのが見える。 ▲
by masax7790
| 2012-11-16 01:21
| DCポンプドライバー(DCDCコンバーター)
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単なる降圧器だったDCポンプドライバー回路を 本来のDCDCコンバーターに組み替えようとしているところで、まずはローサイドでのスイッチングだったのを ハイサイドでのスイッチングに変更するところから着手してみた。 まずは ハイサイドでP型のパワーMOSFETをNPNのトランジスタで単純にドライブする回路を組んでみたところ あまり高速のPWMには追従できず8KHz程度が限界で 安定した状態にしようとすると せいぜい2KHz程度になってくる。どちらかと言うとON時よりもOFF時が遅れる感じなのでオシロを見ながら電源からゲートに繋ぐ抵抗を少しずつ小さくしていったけれども1KΩよりも小さくするのも気が引けるので1KΩまでにしておいて、やっとこの程度の周波数が出せるようになった。ローサイドだと100KHzでも追従できたのに これ程まで差が出るとは思っていなかった。 1KHz程度の周波数でも大丈夫かも知れないけれども できるだけ高い周波数にした方が綺麗に平滑できるはずなのと 電気回路の勉強のためにも もう少し高い周波数まで追従させたい。 そんなところで MOSFETのゲートドライバーのICでも使ってみようか、とも思ったけれども どんな振る舞いをするICなのか、使った事が無いので また、たくさん取り寄せて、たくさん飛ばしてという事になりそうな気もするので ICを使わずにトランジスタでプッシュプル回路を組んでみる事にした。 プッシュプルに加えて スピードアップコンデンサも入れてみる。 これで 早くなるんだかどうだか? 上記の回路図のインダクタやコンデンサ、ダイオードは繋がずに負荷だけを繋いで オシロスコープで確認してみると ↑これが 改良前の波形 上が入力信号のPWM、下が出力の波形。出力波形が少し引きずったように湾曲している。 素晴らしい!! 切れのあるシャープな波形になった。 大きなMOSFETもちゃんと使えば追従してくれる。 これだと50KHzでも追従できるけれども プログラムも含めて余裕を持たせたところで 20KHzあたりで仕上げる事にする。 そんなに大きく変えるところは無いけれども シュミレーターで確認すると元々使っていたコイル10μHでは小さ過ぎる様なので 88mHのコイルを取り寄せて載せ替える。 電気工作を始めるまでは こんな電線を荒く巻いただけのパーツがいったい何の仕事をしてるんだろう?、と思ってましたが こんな大事な仕事をしてたんですね・・・ 拡大して見ると波形にギザギザが残ってますが この程度はまた気が向いたら大きなインダクタに取り替えれば良しとしておいて この画像は動きが分り易いように実際の稼動時よりもゆっくりと電圧が変化するようにプログラムを設定しておりますが ちょっと動きがぎこちない感じがするのでプログラム自体を少し書き換えてみたのと 実際の出力の電圧をマイコンにフィードバックさせて出力電圧を制御するプログラムに書き換えてみた。 画像では分かり辛いかも知れないけれども動きがスムーズになって 私としては上出来の仕上がりとなった。 御陰様で本来のDCDCコンバーターの回路を完成する事ができました。 ▲
by masax7790
| 2012-11-08 00:19
| DCポンプドライバー(DCDCコンバーター)
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先日、完成したDCポンプドライバー 自分ではDCDCコンバーターを作ったつもりだったのですが 根本的な仕組みが違っておりました。私が作った回路と本来のDCDCコンバーターとの大きな違いは ON、OFFを繰り返す電流をコイルとコンデンサが充電、放電する際に DCDCコンバーターではON時に充電した電流をOFF時にも有効に回路内を循環させる事で放電した電流を有効に使う仕組みなのに対して 私の回路ではON時に充電した電流をOFF時には全てGNDに捨てている事になるので それだけ無駄に捨てる電流が多くて効率が悪くなる(抵抗器で電圧を落とすほど悪くは無いが)。またPWMなのにトランジスタの温度が上がってくるのはこの効率の悪さが原因なのかも知れない。 そんなところで DCポンプの回転を制御する、という本当の目的は無事に達成できてるんですが 勉強の為に本来の降圧型DCDCコンバーターの回路と 今回作った回路を見比べて じっくりと考えてみた。 じっくり考えなくても ぱっと見で 大きく違うのが ハイサイドでの駆動とローサイドでの駆動の違いで 私が作った回路はローサイドでの駆動回路ですが 降圧型のDCDCコンバーターはハイサイドでの駆動がセオリーだそうです。 簡単に駆動部分だけの回路を書いてみると ↑簡単に書くと、電源に一番近いところ(電圧が一番高いところ)でスイッチをON、OFFするのがハイサイドドライブ、電源から一番遠いところ(電圧が一番低いところ)でスイッチをON、OFFするのがローサイドドライブだと思えば良い。 この2つの回路図と睨めっこしながら・・・・・・・・・・ 本来は普通にハイサイドドライブに変えて、降圧型DCDCコンバーターの回路に組み替えれば良い事で それでもそんなに大きく変える必要はない。 でも・・・・・ 回路図を眺めながら・・・・・・・ 「きっとローサイドドライブでも同じ事ができるはず!」 「何か方法があるはず」 そんな事を考えながら WEBでローサイドドライブのDCDCコンバーターの回路の例を探してみたけれども 確かに無い!! 見つからない!! この原理を ローサイドドライブで・・・・・・・ バイパスさせるダイオードがキーポイントかと思ったのですが どう考えてもローサイドでのスイッチングでOFF時に電流を捨てずに循環させる回路が思いつかない・・・・・・ ダメだから そんな回路例が見つからないんだ・・・・ と、半分諦めモードに入った頃、一休さんが閃いた!! 電源のすぐ後にあったスイッチを一番後ではなく 電源のすぐ手前の位置に入れ替えただけ!! あまり違いが無いように見えるかも知れないが これは間違いなくローサイドドライブになる。 と考えると思い付きませんでしたが 逆に 「スイッチを一番手前に配置するのも同じ事」 と ふと思い付いたのがこれ。 前の回路図を書き直すと↓ コンデンサが一つ無くなって、ダイオードを一つ追加しただけ。 これなら すぐに組み替えられるのでダメ元で早速組み替えてみようか? と、思ったところで ふと・・・・・・・・・・・・・ なるほど ローサイドドライブが使われない理由は きっとこれだ。 アブノーマルな事に挑戦するのは ノーマルな事がしっかりこなせるようになってからでいい。 ▲
by masax7790
| 2012-11-04 18:35
| DCポンプドライバー(DCDCコンバーター)
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ランプでのテストまでは完了していたDCポンプドライバー回路 実際にポンプを繋いでのテストをしてみた。 このポンプは強弱ではなく 単純なON、OFF制御に耐える事ができるポンプですが できればON、OFFではなく 強弱で制御した方が長持ちするらしいので このポンプも強弱制御に換える事にした。 画像では見辛いかな? インペラがしっかり止まる。 ポンプは止まらないけれども 水面はしっかり上下する。 トランジスタの発熱も大した事は無いので このポンプを使うには トランジスタのヒートシンクも換える必要は無いが この先、大きなポンプに取り替えた時の事も考えて もっと大きなヒートシンクに取り替える事にする。 ▲
by masax7790
| 2012-10-28 17:45
| DCポンプドライバー(DCDCコンバーター)
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PWMの出力まで完成していたDCポンプドライバー。 残るは PWM出力を 普通のDC出力に変換する回路で 取り寄せていたインダクターが届いた。 もう少し大きなパーツだと思っていたけれども実物を見ると結構コンパクトなパーツだった。 基板のスペースが足りないかも知れない、と思っていたところでしたが この大きさなら問題なく収まる。 ↓これが元のPWM出力 ↓そして こちらがDC出力に変換したもの よしよし 上手くできた!! 今回のローパスフィルターは思ったほど難しいものではなく 意外にあっさりと完成してしまったけれども これが難しいものじゃないなら いっそAC正弦波インバーターもスイッチングで作ってみたいなぁ!!
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by masax7790
| 2012-10-24 08:42
| DCポンプドライバー(DCDCコンバーター)
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前回の改良で なんとか80KHzまで周波数を上げる事ができたDCポンプドライバーを なんとか100KHzまで上げられないか、と悪あがきしてみた。 マイコンを動かしてるタイマーが20MHzで タイマーの割り込みが100KHzで入るので 割り込み1回で使えるカウントは 20000000/100000=200カウント 80KHz達成時のタイマー割り込み時に割り込みだけで使っていたカウントが137カウントだったけれども メインループに回せる仕事をすべてメインループに回したところ 割り込みだけで使うカウントが37カウントまで減らす事ができた。 これで 100KHzが達成できるか??
よしよし 100KHz達成!! ▲
by masax7790
| 2012-10-20 14:01
| DCポンプドライバー(DCDCコンバーター)
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順調に仕上がってきているDCポンプドライバーの回路、この先は24Vで出力されるPWMをローパスフィルターを通して均して 普通のDC出力に変換する回路を組み込む事になる。 このローパスフィルターは インダクタとコンデンサを使った俗に言うLCタイプにしようと思ってるところですが 実はこのPWMをDCに変換するのは 以前のACポンプインバーターの作成時に散々やってきた事ではあるものの その時に扱ったのはたかだか5Vのマイコン出力だったので どって事もなく簡単にフィルターする事ができたのですが 今回扱うのは モーターを駆動する事ができる24Vの大きな電流なので勝手が違うし 実質、初体験になる。 それを実現するには できる限り広い範囲の周波数が出せるように作っておくと楽になる。 下は1KHzより下げるのはどうかと思うので 上をもっと上まで出せるようにできないか? 50KHzまで出力できるようになっていたけど あともう一歩頑張ってみよう、と・・・・・ 結果は
これで 80KHz!! 100KHzには到達できなかったけれども ここまで上げられれば満足です。 これで完成させる事ができるのか どうか?? ▲
by masax7790
| 2012-10-18 11:05
| DCポンプドライバー(DCDCコンバーター)
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