マイコンのI/Oポート1個でバーグラフを制御
デジタルで数値表示を行う計器類に、アナログ形式の補助ディスプレイとしてLEDバーグラフを用いることがある。複数個のLEDによってバーグラフ表示を行うとすると複数のI/Oポートが必要となり、使用可能なマイクロコントローラーの種類が制限されてしまう。そこで、バーグラフを1個のI/Oポートで駆動する回路を紹介する。 PWM出力を使用しないので、どのようなマイコンでも利用可能 デジタルで数値表示を行う計器類に、アナログ形式の補助ディスプレイが付属しているケースがある。例えば、フルスケールに対する測定値の割合をLEDによって表示するといったものだ。このような表示は、バーグラフと呼ばれる。バーグラフには、状況を直感的に理解しやすいというメリットがある。しかし、通常のマイクロコントローラーを用いた設計では、例えば8セグメントのLEDによってバーグラフ表示を行うとすると、少なくとも8個のI/Oポートが必要
なぜこんな仕様に？ 不便な保護回路付きリチウム電池ホルダーを改造
⇒「Wired, Weird」連載バックナンバー一覧 模造品多い18650リチウム電池 高輝度LEDライトの電源に3.7V出力で大容量の「18650リチウムイオン二次電池」（以下、18650リチウム電池）が採用され、LEDライトの点灯時間が長くなった。直径が18mm、長さが65mmという形状から18650リチウム電池と呼ばれ、容量は3000ｍAh以上ある。高輝度LEDライト以外にもさまざまなバッテリー動作機器で、この18650リチウム電池が使われる機会が増えてきた。まずは18650リチウム電池の外観の写真を図1に示す。 図1の18650リチウム電池は、某通販サイトで買ったが、どうやらコピー品のようで、電池に記載されているメーカーからは3800mAhの製品は販売されていなかった。この電池には模造品が多いので注意が必要だ。 危険な18650リチウム電池を監視してくれるホルダーを発見！ またこの
機械式リレーの接点バウンスを取り除く回路
機械式リレーを開状態から閉状態へ変化させると、接点は開閉のサイクルを数回繰り返す「接点バウンス」と呼ぶ状態を経てから最終的な状態へ移行し、導通を確保する。この接点バウンスは、機械式リレーの後段に接続した回路に何らかの影響を与えてしまう可能性がある。そこで、接点バウンスの影響を簡単に除去する方法を紹介する。 機械式リレーは、多くの用途で半導体リレーなどのIC製品に取って代わられてしまった。ただし現在でも、用途によっては機械式リレーが使われる。例えば、大電流回路である。正負どちらの極性の電圧にも対応する必要があったり、高い電圧を切り離す必要があったりする場合に利用されている。 機械式リレーを開状態から閉状態へ変化させると、接点は開閉のサイクルを数回繰り返す「接点バウンス」と呼ぶ状態を経てから最終的な状態へ移行し、導通を確保する。この接点バウンスは、機械式リレーの後段に接続した回路に何らかの影響
リレー（3） ―― 接点構造と防塵構造、回路保護
接点の構造 表2はリレーの接点の信頼性を"接続する"目的に基づいて構造で分類したものです。表中のクロスバー形は接点を十字形に交差させていますので接点圧力が高く、また接触の度に支持体のたわみによって微少ですが接点が接触面を面内方向にスライドし、酸化皮膜や異物をクリーニングすることで高信頼性を確保しています。この作用をセルフクリーニング効果といいます。 反面、どうしても接点の接触面積が小さくなりますのでこの構造の接点は主として信号用に使われます。
DC-DCコンバーターのバックリップル電流対策
DC-DCコンバーターのバックリップル電流対策：DC-DCコンバーター活用講座（23） 入力および出力フィルタリング（1）（1/3 ページ） 今回から、DC-DCコンバーターの入力および出力フィルタリングを取り上げていきます。 はじめに 全てのDC-DCコンバーターには、出力コンデンサーの充放電による出力リップル電圧が存在し、それぞれのエネルギーのパルスは内部発振器によるものです。この出力リップルの周波数はメイン振動数と同じか2倍で、これはトポロジーによって異なります。また、通常は100～200kHzの範囲です。このリップル電圧に重なるのがスイッチング電圧スパイクで、周波数ははるかに高く、通常はMHz範囲です。 入力電流にも、その波形に対して2つの成分があります。負荷によって異なるDC成分と、バックリップル電流あるいは反射リップル電流と呼ばれるAC成分です。AC成分は、内部発振器によって流
DC-DCコンバーターの突入電流と負荷の制限
電圧降下と停電 配電システムでは、突然の負荷増大は著しい電圧降下を発生させる可能性があります。これら短時間の電圧低下については、その後に続く電源の部品に影響を与えないようにすることが理想です。DC-DCコンバーターを入力電圧低下や停電から保護するための一般的な方法は、コンデンサー内に十分なエネルギーを保存して、電圧低下や停電の期間中もコンバーターが動作を継続できるようにすることです。図1に簡単な回路を示します。 回路は、カップリングダイオードDと、1つまたは複数のコンデンサーCで構成されます。コンデンサーCは、通常動作中に動作電圧VIN－VDiodeに充電されます。入力電圧の低下や停電が発生すると、ダイオードが逆電流をブロックしてコンデンサーの電荷が電源方向に放電されるのを防ぐので、DC-DCコンバーターはコンデンサーCに保存された全てのエネルギーを使用できます。コンデンサーの電荷はDC-
ESD電流の経路
Alex Ching氏は、カナダのBJ Pipeline Inspection Services社で大規模かつ複雑なデジタルシステムの設計を担当している技術者である。同氏は、アナログ回路、デジタル回路および電池回路を筐体に収納したある装置を設計した。筐体グラウンドは、配線（線材）、100kΩの抵抗およびTVSD（Transient Voltage Suppression Diode：過渡電圧抑制ダイオード）を経由して装置内の各所に接続されている。この装置において、ESD（静電気放電）の問題が発生した。具体的には、LVDS（小振幅差動信号）方式のデータ線にエラーが発生したのである。同氏は、この問題を解決するために、ESD保護素子を装置内の各所に挿入した。しかし、いずれも徒労に終わってしまった。 Ching氏は、この問題について次のように推定していた。すなわち、ESDが保護素子に加わると、保護
電源ラインの過渡パルスに対する保護回路
低圧電源ラインの過渡パルスに対しては、保護回路が必要になることが多い。通常はクランプ回路を並列に挿入するのだが、場合によっては高電圧用の直列保護回路を用いる必要がある。 ヒューズのリセットや交換が困難な場合には 低圧電源ラインの過渡パルスの振幅は、公称電圧の何倍にもなることがあるため、保護回路が必要になることが多い。過電圧に過敏な回路を保護するには通常、クランプ回路を並列に挿入する。このクランプの高エネルギー吸収素子の前には、ヒューズなどの電流制限素子が置かれる。ヒューズのリセットや交換が困難であったり、近寄れない動作環境であったり、あるいは動作停止が許容されなかったりといった場合には、並列クランプに代えて、高電圧用の直列保護回路を用いる必要がある。 図1の回路は、電源に直列に挿入した高電圧nチャネルMOSFETパワースイッチQ1と高速の過電圧検出素子によって、電源ラインをオフにする。Q1
パルススキッピングモードの長所/短所とその回避法
[Frank Dehmelt，Application Engineer, Mixed Signal Automotive at Texas Instruments] スイッチモード電源（SMPS）の多くは、出力を制御するために固定周波数制御によるパルス幅変調（PWM）方式を用いています。そして、PWM方式を用いたSMPSの多くは、「パルススキッピングモード」という動作モードを使用しています。 本稿は、パルススキッピングモードとは、どのような状況で使用され、どのような利点や短所があるのかを解説します。さらに、パルススキッピングモードを用いないSMPSを実現する方法も紹介していきます。 パルススキッピングモードを使用するケースは、主に3つあります。 1）低電力モード（LPM） 軽負荷時に、スイッチング損失を減らすために、パルスをスキップさせてスイッチング回数を減らします。 2）ドロップアウトモ
リニア・レギュレーターを低コストDC-DCコンに
高効率の電源を必要とするものの、高価なDC-DCコンバータICを使いたくない技術者に向けて、リニア・レギュレーターを使った安価なDC-DCコンバータを紹介する。 高効率の電源を必要とするものの、高価なDC-DCコンバータICを使いたくない技術者に図1に示した回路を推奨したい。この回路の中心はIC1「LM7805」で、一般的で安価なリニア・レギュレーターICである。これに外付けのスイッチ素子としてpnpトランジスタを接続するだけで、1A以上の出力電流を供給できるようになる。このスイッチング回路は、負荷電流がゼロもしくは数mA程度になると、自動的にオフになる。すなわち、この場合はリニア・レギュレーターとして働く。 図1 リニア・レギュレーターを使った安価なDC-DCコンバータ。リニア・レギュレーターにスイッチング回路を追加することで、DC-DCコンバータを構成できる。一般的なDC-DCコンバー
ATX電源の修理 ～1台目～
今回から2回に渡って、PCなどに利用されるATX電源の修理で垣間見た“悪い設計”を実際の修理手順を追いながら、紹介する。今回は、実装設計上の不具合を製造面でカバーしたものの、結局は動かなくなってしまったATX電源を修理する。 →「Wired, Weird」連載一覧 部品の修理業務を始めて、そろそろ1年半が経過した。この1年半で多くの部品の修理を手掛けることができた。修理品にもいろいろあった。不良箇所が明確で簡単に修理できたものや、半月ほど時間をかけてじっくり調査し何とか修理できたもの。全く手に負えなかったものも多数あった。 部品の修理を行うには、事前にその部品の仕様や回路と構造を理解した上で行わないと、かえって修理部品を壊してしまうことがある。このため、修理前に可能な限り部品の情報（マニュアル、回路図など）と依頼先の不具合情報を収集し部品への理解度を高める準備作業が重要だ。 修理品にみる“
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