シャント抵抗

電流検出のためのシャント抵抗というものがある。

1mΩなどの抵抗で流れる電流をIRドロップにより検出するものだ。

先日横浜エレクトロニクスという会社の製品を見た。表面実装（SMD, Surface Mout Devide）の抵抗体は通常表面（実装したときの最表面）にあるのを裏面（基盤側）にすることで、寄生インダクタンスを抑制するといったものだった。とても興味深いのは、SMD抵抗の高さがインダクタンス成分に結構影響するような状態であることだった。

 

ついで、大電流用のシャント抵抗は電流による発熱がバカに成らないらしく、抵抗体の温度係数が邪魔なときがあるようだ。サーミスタとか、ダイオードとか温度依存性のあるデバイスを隣接させてうまく温度補償ができたら面白いなと思った。

こういったデータがあるので、なんとなく温度にリニアな感じである。そうなると、こいつを相殺するような温度係数を持つデバイスをくっつけてあげたら、温度補償できるのでは無いだろうかと。

 

設計する側からすると温度補正の演算をせずに、素直にIRドロップだとみなせるような設計ができるといいのだが、そんなにうまいこと行くようなデバイスあるかなあ。ミリΩレベルのサーミスタ作れたら補償できるかな。

 

データロガーGL220

グラフテックのデータロガーGL220をヤフオクで買った。

10chの絶縁入力が可能で内部メモリー、USBメモリーにデータを記録できるので便利である。仕事で使っているが個人でも欲しいと思っていてつい買ってしまった。

ADCMTの7352Aというデュアルチャンネルの測定装置を見逃して落札できなかったので、まあいいかとおもっての落札。読み取り桁数ではやはりベンチトップテスターがいいなと。

 

GL220は電圧測定、熱電対による温度測定が可能であるが、電流測定はできないので電流測定についてはシャント抵抗経由での測定になる。

各チャンネル、16bitの分解能でそこそこ良い感じっぽい。

 

また何かを測定したら結果を載せようと思う。

故障した電源の修理、という名の改造

ニコンの金属顕微鏡などに使われている照明ユニットの電源が故障した。
こういうモノで、ボリュームでハロゲンライトの明るさを調整できるような代物である。

 

中身はスイッチング電源と、DCチョッパによる可変電圧回路で特殊なものではなさそう。
Sanden N12V100Wという記載があったので、サンデンという会社がニコン向けに作った12V100Wの電源なのであろう。

裸にひんむいて通電してみる。ヒューズ問題なし、温度ヒューズも問題なしだが、入力のPFC回路っぽいところでのスイッチングが行われておらず、450V耐圧のコンデンサの電圧は100mV、、、ちゃんと電源は100V供給されているのに。

よく見ると抵抗の一部が焼け焦げているようである。コレが原因かは分からないが、ちょっと修理できないかなといった印象である。はんだ付け箇所も溶融凝固を繰り返したのか酸化膜厚めな感じである。これはもしかしたら根本的な問題なのかもしれないので、抵抗張替えよりもうちょっとマシな修理が必要かもしれない。

 

基板をじーっとみる。じっと見るまでもなく、一時側と二次側の境目は明瞭である。二次側が整流だけにしてはモノが多いのでよく見るとチョッパで降圧欠けているような回路のようである。

AC100V → ヒューズ → フィルタ → ブリッジダイオード → PFC？ → 400VDC →トランス → 二次側 → チョッパ降圧回路

という流れのようなので、最後のチョッパ降圧回路だけ残してAC100V→DC12Vの回路だけ置き換えちゃえば良いじゃないか。

高圧側、トランスのはんだ付けを外し、のこぎりで基板を切断する。お前も電気をチョッパしていたが、まさか自分がチョッパされるとは思ってもいなかっただろう。

幸い、手持ちに150Wのスイッチング電源がある。COSELのPJA-150F-12があるので、押し込んでみた。

なんという切り貼り。100W電源で十分なのだが、100Wのものは現在在庫がなく、どこも売ってない。
150W→100Wにするとスイッチング電源の全長が20mm減って良い感じなのだが・・・

一旦詰め込みまくって一旦顕微鏡の照明はちゃんと動くようになった。修理時間２時間。

RSで100Wの電源があるので、あとで購入して置き換えておこう。

最後、ロッカースイッチが2mmほど押し込めなかったのだが、100W電源が届くまで待ってほしい。

大きな7セグLED SH50101BPG

ちょっと大きなサイズ（縦5インチ）の7セグLEDを買ってみた。
会社で液体窒素のレベルゲージがあるんだけど、廊下から見にくいので、でかい7セグで表示をでかくしようと思った次第。
残量はどうやら4-20mAで測定しているようだが、出力は1Vから5Vの電圧になっていそうであるので、1-5Vを0-100%に割り振ってあげれば良いだろう。
一枚2444円するので、表示は１桁で、
・10の位を表示0.25秒
・1の位を表示0.25秒
・消灯0.5秒
といった表示で0-99%の表示をするのがいいのかなと思っている。

https://eleshop.jp/shop/g/gDBE415/

LEDが直列で長いのでVF＝20Vほどらしい。
アノードコモンで、OFFのときの電圧にマイコンが耐えないので駆動用にトランジスタが必要ですね。
5Vで動くマイコンならなんでも大丈夫そうだな。

 

配線を確認してみた。
左下から、半時計回りに1pinから10pinまであるが、1,8pinがアノード、2,3,4,5,6,7,9,10がカソードという配線だった。騙されるところだった。電源装置に抵抗つけてピンピンして確認したかいがあった。

 

アノードコモンなので、カソード側にNPNトランジスタを入れ、そのベースを駆動する、という前提なら、次の対応が各数字になる、はず。

   abcdefg
0 1111110
1 0110000
2 1101101
3 1111001
4 0110011
5 1011011
6 1011111
7 1110010
8 1111111
9 1111011

 

配列として、
SegmentArray(0b01111110,0b00110000,0b01101101,0b01111001,0b00110011,0b01011011,0b01011111,0b01110010,0b01111111,0b01111011)
と言ったものを用意しておけば、いいのでは無いだろうか。

Rigolの新しいオシロDHO800

Rigolにも12bitのオシロが出ていたのだが、安価なモデルが無かった。
最近新しいものが出て9月上旬出荷らしい。おお。

波形取り込みレートが1,000,000waveforms/sとDS1102Z-Eの30,000waveforms/sから大きく向上している。それで５万程度とはなかなか良いのでは無いだろうか。

12bit分解能は魅力だな。タッチスクリーンにもなっているらしい。しかし、シリアルデコード機能については言及が無い。

オシロスコープの帯域測定

ふと、オシロスコープの帯域、実際にどれくらいあるのかを測定してみたくなった。

結論としては、オシロスコープの帯域を超える発振器が無かったので検証できないという落ち。

 

発振器は10MHzまでっぽい記載があったが、60MHzまで出力できるっぽいので、どれどれとおもって、まずはオシロスコープの振幅を読み取ってみた（青いプロット）。あれ？100MHz帯域のオシロだけど、50MHzで-3dBだな。

ふと発振器を見ると250MSa/sと書いてあるので、25MHzから50MHzくらいに限界がありそうだ。
FA-2という周波数カウンターで入力のdBmも表示されるのでそれを見ると、-3dBmのおちこみはやはり50MHzくらいなので、発振器側の都合での振幅低下という結論を下した。

 

そもそも100MHzといった周波数は空中に放射しかねない周波数なのでオシロスコープ側の入力インピーダンスが1MΩでいいのか？いや50Ωじゃないと反射するのか？
疑問は尽きない。

 

 

さて、オシロスコープの入力であるが、昔は周波数1MHzあたり1万円という相場があったように思う。100MHzで100万円である。これは多分アナログオシロのもので非常に高精度なフロントエンド回路を持っていたであろうことは想像できる。何しろブラウン管の電子ビームを曲げるのだから、ゲインなどの安定度はシビアであっただろうから。

現在のデジタルオシロは、私が買ったものでは100MHzの帯域でも3万円程度で、安価である。
フロントエンドがどうなっているのか色々しらべてみた。Keysightのエンジニアが説明しているYoutubeがあった。

アンプの部分はSiGe BiCMOSのアンプがあったり、集積化が進んでいたりと結構ワンチップでなんとかなっているような気もする。あまりリニアじゃない増幅度はデジタルでどうにでも補正できちゃう、そんなこともあったりするのかな。多少の補正は可能だけど特性悪いと位相も狂っちゃうからある程度素直なアンプだとは思うが・・・

https://www.youtube.com/watch?v=o-JvRlKCOaM
https://www.youtube.com/watch?v=EaBSN6dpqP8
https://www.youtube.com/watch?v=gPQRSWcRaFg ← Attenuators and Preamps - Oscilloscope Front End Design (part 3)
https://www.youtube.com/watch?v=1sVEWzMjkBo
https://www.youtube.com/watch?v=pdbzIwelCL4
https://www.youtube.com/watch?v=DNXPpkgiCLQ

シリアルデコーダ付きのオシロ

RIGOLのオシロスコープ、結構安くなっていた。

帯域100MHzが28,325円、帯域200MHzが37,725円。+100MHzの帯域に9400円・・・

悩んだが、100MHz以上の信号をプローブすることは無いだろうとおもって、100MHzでいいかと思って100MHzを買ってみた。

4chのDS1054Z(4ch 50MHz)もあるが、こちらは56,980円だったので、一旦ペンディング。
シリアル通信を見たいとおもったら、2線式が多いだろうからと思って。SPIなど三線式も全二重なので送信、受信と分けてモニターしたらいいかなと。

I2Cの通信規格のセンサーが結構多いので、I2Cのデコードなんかが十分にできたらいいかな、というように思っています。

ただ、通信系は最近のプログラミングでも、レジスタを設定してとかまであまりせず、serial.print()とかの関数が用意されているので、あまり通信内容について細かな部分を意識しなくてもいいようにも思っている。

 

今持っているOWONのPDS5022Sは液晶がSTNでちょっと見にくいとか、コントラスト調整のボリュームがガリオームで調子が悪いとか、でも、会社に持っていって使ってるとか、そんなのもあって家に一台買ってみようかななどと思いました。

 

ホールセンサーの動作確認

ホールセンサーの動作確認どうするか

ON/OFFの出力のタイプのセンサーは下のようにオープンコレクタのタイプのICがある。
これが動いているかどうかは、Outputが裸だと動きが分からないと思うので、VccとOutputに10kΩくらいの抵抗をつないでやるとOutputの電圧がVccと0Vを行ったり来たりする。
なんなら、LEDと抵抗を入れておいたらLEDの点灯消灯でも判断できる。

他にも、出力のトランジスタのコレクタにプルアップ抵抗を内蔵したものもあるようである。こちらは、SK8552というもの。

内蔵プルアップ抵抗があるものだとVCCとoutputに抵抗をつなぐとレギュレータに働く電圧が怪しそうなので、外付け抵抗はつけないほうが良さそう。こちらのタイプはシンプルにOutputの電圧を見たらいいはず。

秋月電子の太陽電池一覧（メモ）

ちょっと太陽電池で遊ぶのに、秋月で扱っているものをリストにしてみた。

形態	Power	Voc(Vpp)	Isc(Ipp)	Size	値段(yen)	値段/ワット	商品ページ
アルミ フレーム	3W	??V (18V)	??A (0.17A)	290x175x20mm	1200	400	M-00700
	3W	10.9V (8.7V)	0.37A(0.36A)	251x140x18mm	1300→1200	433→400	M-08920
	5W	21.6V(17.0V) 23.2V(18.3V)	0.34A(0.28A) 0.29A(0.28A)	288x187x18mm 186x252x17mm	1350 1350	270 270	M-07392 M-14254
	12W	21.8V(17.4V) 21.8V(17.4V)	0.78A(0.69A) 0.73A(0.69A)	435x250x25mm	2500	208	M-08233
	20W	21.6V(17.2V) 22.0V(18.0V)	1.31A(1.16A) 1.22A(1.12A)	640x289x30mm 350x390x25mm	4800 3800	240 190	M-07393 M-17489
	30W	21.6V(17.2V) 21.8V(17.4V)	1.93A(1.74A) 1.83A(1.74A)	510x510x30mm  455x510x30mm	5800	193	M-07394 M-14255
	40W	22V(17.4V)	2.42A(2.32A)	525x725x38mm	9600	240	M-08234
	50W	21.8V(17.4V)	3.05A(2.89A)	670x575x30mm	9000→8640	180→173	M-07395
ポータブル	60W	18V	3.3A	850x520x25mm	12800	213	M-17112
携帯	0.3W	5.7V (4.5V)	74mA(65mA)	67.5x41x0.8mm	250	833	M-06564
樹脂 ラミネート	1.15W	5.9V (4.9V)	0.27A (0.24A)	116x90x3mm	450	391	M-08918
	1.5W	(5.5V)	(0.27A)	180x96x3mm	900	600	M-05357
	2W	6.9V (5.9V)	0.39A (0.34A)	116x116x3mm	600	300	M-08919
	2W	(6.0V)	(0.33A)	180x130x3mm	950	475	M-05358(廃盤)
	4W	(9.0V)	(0.44A)	223x180x3mm	1950	488	M-05360

価格改定@2018/3/12更新 30W品番更新@2019/9/22
2022/12/2見直し

Voc=開放(Open Circuit)電圧, Vpp=最大電力点(Peak Power)電圧
Isc=短絡(Short Circuit)電流, Ipp=最大電力点(Peak Power)電流

アルミフレームのものは電力が大きいほどワット単価が安いかと思ったが20Wの物だけ傾向が異なる様子。
現在5Wのものを車内において鉛電池に充電してみている。効果はわからない。
5W～50Wのものはピークパワー時の電圧が17V程度と、そのまま12V鉛電池に接続してしまっても大丈夫な電圧。
MPPTの効率が80%以上(13.8V/17.2V)確保できれば、MPPTを作るモチベーションとなるが、どうだろうか。

樹脂ラミネートは夏の車内放置は危険（樹脂が溶けて流動性を持ち、溶けた樹脂が垂れる）。

 

ポータブルバッテリーに接続して電力を貯めるのに、30Wくらいのサイズのを買おうかななんて思っている。

絶対値回路

テキサス・インスツルメンツの回路で回してみた。こっちのほうが確かに部品が少ない。

C1はオペアンプ次第で決まるが、LT1056で計算する限りではCが小さいほど1msの箇所（回路では1kHz信号である）のオーバーシュートが少ない。

C1・R1の極が後段U2のユニティーゲイン幅の1/4になるべきであるとあるので、LT1056のように6.5MHzのGBWの場合は1.6MHzくらいがいいのだろうか。10kΩに対しては10pFか。浮遊容量でいいんじゃないかなどと。
LM358などGBWが1MHzの場合は250kHzを目処に（10kΩと68pFくらい）。

絶対値の精度のためにはR1とR2はバランスを取る必要があります。

ポータブルオシロスコープ

使い勝手が良さそうなポータブルオシロを友人のところで見たのでメモをしておく。

FNIRSI　1013Dというもので、1Gs/sとあるが擬似的に1Gs/sなので実際の帯域はそんなに広くない。

しかしタブレット形状（厚みは多少ある）で、持ち運びに便利そうだった。

 

アリババで138ドル。アマゾンだと約２万円。

絶対値回路とピークホールド回路

複合材の破壊試験をしているとき、破壊時に生じる音を記録したいときがある。

ひずみゲージを貼り付けて試験するのでひずみゲージで検出する振動をなんとか同時に記録したい。

考えている回路は次のようなもの。歪のアンプが2.5kHzの帯域しかないので、さほど高速なアンプはいらないだろうと思っているが・・・

 

寄生容量とか細かい話は抜きにして、最後のピークホールド回路の挙動が怪しい。シミュレーション固有かもしれないがU3のオペアンプの出力がバタつく。
オペアンプの出力につないでるコンデンサがの容量というわけでもなさそう。

追記：

振動の原因はオペアンプのスルーレートらしい。コンパレータを使うと少し良くなるらしいが、この間欠的な動作はおなじなのかな。

 

EEVblogに類似の発信っぽい現象について説明あり。

EEVblog #490 - Peak Detector Circuit

被充電回路の逆接続保護回路

出力先が単純な負荷ではなく、電池などの場合、逆接続が破壊的な結果につながることがあるので、保護回路としてダイオードが使われることがある。でも、ダイオードの順方向電圧降下もロスだから低減したいときの保護回路のメモを記録。

すごく前に鉛電池への充電回路で友人からこんなのあるよって言われたものである。

回路図はこのようなもの。1Ωから右が負荷だと思ってください。PMOSとNPNトランジスタ、ダイオードで構成されます。電圧が高い場合、MOSFETのゲート保護が必要なのでこれは別途考えてください。

V2に今10Vが設定されていますが、-20Vから+20Vまで電圧掃引するようにシミュレーションすると下のようになります。1Ωに流れる電流が緑。黄土色はMOSFETの発熱です。

V2が負の電圧の際には電流が出力されませんが、電圧が正になると電流が流れるようになります。MOSFETのゲート電圧、BJTのVBEの都合、ゼロクロスしませんがので理想ダイオードにはなりません。ただ回路の保護回路としては十分な性能ではないでしょうか。

注意点としては「逆流阻止」ではないため、バッテリーからの逆流電流は流れてしまいます。上記12Vで電流がゼロになって、それ以上の電圧はV2からV1に電流が流れています。

MPL3115A2測定精度

6/8から6/10の３日間の連続測定データを気象庁のデータと比較してみた。

自宅測定は測定値+3hPaを標高補正としている（実際には温度などを加味する必要があるがとりあえず無視する。

結果的にはMPL3115A2の精度はかなりよいことがわかる。自宅の標高を国土地理院の地図で確認すると2Pa程度の気圧減少になると思うのだが、それを加味するとセンサーの偏差は1hPaとなる。

データシートでは±0.4kPa(=4hPa)が誤差なので十分許容できる値である。

こんなに精度高いと面白いね。

 

測定期間を延長してみた。6/14

6/20 3時くらい、追記

 

6/25追記

MPL3115A2 日陰運用

日陰というかデスクしたの暗い場所でMPL3115A2を約36時間運用してみた。光の影響はなさそうだ。
気圧変化を気象台の観測データと、と思ったが、残念ながら標高に換算していたため、計算が面倒なのでやめた。台風の時期はこうした記録がおもしろそうだと思う。

 

リアルタイムクロックとSDカードと組み合わせてマイコンのみでSDカードにデータを記録できればなおよい。