【電子工作】 そろそろ暑くなってきそうなのでトイレファンの自動制御回路を作ってみる

ずーっと以前から考えだけはあったファンの自動制御。（・・

 

 

今やってる別件の自動車用補助灯自動制御が長期試験に入りひと段落ついたので補助灯回路制作で学んだ経験を生かしてパパっと新たな実験回路を組んでみる。基本的にうちのトイレは鉄筋コンクリート建造物の中央付近になるので外光が差し込まない所を利用し、トイレ内の照明が点いたらファンを回して消灯後も数分～１０分程度回しっ放しにする方向で考える。使用済みでリードが切断されてたり半田が付いてる中古部品を中心に思い付くまま回路図を頭の中で組んでみた。

 

７４ＨＣ１４を使いたかったが手持ちが少ないのと余るゲートが勿体無い事、今回はＡＣから電源を確保出来るのであまり省電力に気を使わなくて良い事、それに過去の実験や制作で使った中古をまとめた箱に溢れてるオペアンプ４５８０が必要な２つのゲートを持っていたので丁度良いとＪＲＣ４５８０ＤＤを選択。それとＣｄｓと４７０μＦ電解コンデンサは新品投入。ファンはＰＣ用で静音９ｃｍ１２Ｖ０.１３Ａの中古品。ファン駆動用トランジスタ２ＳＡ６７３はどこから来たのか不明だが足が切られて変な形になってたけどデータシートを見たら２ＳＡ１０１５の５００ｍＡ版と言って良い代物だったのでそのまま採用。あとは適当に大量にある買ったばかりの１ＭΩ固定抵抗器などをピックアップした。

脳内回路図でそのまま組み上げ、少し手直ししながら出来上がった回路がこれ。下の実験回路で使っている部品はブレッドボード含めてほぼ新品で確実な動作確認が出来る構成にした。

　

手前側が明るさセンサーでスイッチング。奥側がいつものタイマーと駆動部。インジケータＬＥＤはセンサーでのスイッチ状態と出力の２つを設定した。

数値に若干の違いはあるものの、動作的にはほぼ等価回路を下図に示す。

この回路はセンサーを追加するのが大前提なので１段目のオペアンプ入力側にダイオードを入れて逆流防止している。そのせいで整流ダイオードとオペアンプの間の寄生容量に電圧が維持されるのを防ぐ為に１ＭΩでＧＮＤに逃がしている。１段目と２段目の間にある整流ダイオードも電解コンデンサに貯まっても１段目のＯＦＦ時に逆流して逃げない様に入れている。お陰で電圧降下が起きて十分な充電が出来ない。トランジスタで補強とかすれば良いかもしれないがそこまでコストを掛ける部分ではないのでＣＲのＲに頑張って貰う為に２ＭΩを使う予定。５Ｖ、１ＭΩではタイマーが実測１９９秒しか持たないので単純計算で１０分稼働する３Ｍでも良さそう。それと最初はＣｄｓと３３ｋだけだったがセンサー追加の為に整流ダイオードを使うと電圧降下してしまうので比較的明るい状態でも境界を越えてしまうので３３ｋを２０ｋとか少なめにして電圧が低下する方向へ調整する必要がある。

追加センサーは温度と臭いを使いたい。温度センサーは比較的簡単に実装出来そうだけど、臭いセンサーは高額であり、データシートを見る限りヒーターを適切に管理しないと壊れるので扱いが難しそう。まだそこまで技術や経験を積んでないので今は後から実装する為の入力ピンだけ作っとけば良さそう。当然だが受けるオペアンプの可否基準電圧とのバランス調整が必要。ああ、机と呼べない小さな作業台に置いても邪魔にならない初心者に充分な機能を持つオシレータが欲しい。ｗｗｗ

 

 

さて、とりあえず出来上がった回路で実験したテキトー(「適当」ではない)な結果がこちら。

5V時　1M/10uF: 4sec　1M/220uF: 94sec　1M/470uF: 199sec
12V時　1M/470uF: 278sec　2M/470uF: 566sec (ほぼ倍)

 

１２Ｖで２Ｍと４７０μＦなら、ほぼほぼ１０分に近い結果を出せるけど、ＡＣアダプターＵＳＢ電源から電力を調達するので５Ｖ基準にするとやっぱり３Ｍと４７０μＦって選択になりそう。

それと１２.３Ｖをバッテリーから供給して５Ｖレギュレータを使った場合、１２Ｖ側での電流値は１２７ｍＡだった。レギュレーターは１Ａクラスなので余裕かと思ったが直接手で触ると新しいレギュレータは金属アースだったせいか火傷する程度には高温になってた。以前の寝ぼけて弾けたプラスチックパッケージのレギュレータでは１００ｍＡ程度消費してもこんなに熱さを感じなかったと思うので効率が悪いのかもしれない？　最近電子工作系動画で２つのレギュレータ動画を見たがヒートシンクが必要って言ってたのを思い出す。１/６程度の電流でこんなに熱いのでは１/２辺りなら大丈夫でしょ、なんて気軽に使ってたら結構危なかったですね。（・ｖ・；

 

　上の記事作成翌日。。。

何と言う事でしょう、ファンを繋がずコレクタが未接続状態でも８０ｍＡ近く消費しています。一番怪しいのは中古トランジスタの不良？ですけど、トランジスタだけを抜いてみたら６.２ｍＡまで下がりました。トランジスタのベース電流に全く手を加えずオペアンプ出力を直結していたのが原因らしく７０ｍＡ以上が無駄に消費されていた模様。ベース電流に１０ｋΩ抵抗を挟んだら正常値になりました。それとＣｄｓとペアな３３ｋΩ固定抵抗器ですがこれは桁間違いで３.３ｋが正しいです。ついでに２ｋで試しましたが３.３ｋの方が良かったのでそのまま残しました。これを使い易くするなら３.３ｋの固定抵抗器を可変抵抗器に置き換えてＣｄｓ側に保険として抵抗を追加するのが適切かと。

下図は上記内容で修正したものになります。分圧抵抗の１０ｋペアは１００ｋや１Ｍでも問題ありません。

　

この状態でファンが回っても４０ｍＡ程度で稼働しています。周囲が暗く消灯状態なら４.１ｍＡです。最大５０ｍＡはファンが回り始めた時だけになります。この状態で実験用のレギュレータを触ってみましたがファン回転中ならまだしも停止中なら熱を感じませんでした。

今回の件はｂＢの駆動回路ももう一度確認する必要があると考えさせられました。ｂＢの駆動回路の場合はその先に９Ｖレギュレータと電流制限抵抗が入っているので大丈夫かと勝手に思っていましたが実態は問題ありの模様。もう一度ベース抵抗をつけたりしながら消費電流を計測してみようと思います。