KiCadでの3Dモデル作成練習

KiCadで部品の3Dモデルを作りたかったので,FreeCAD tutorial: creating 3D model for KiCAD - YouTubeを参考に練習.

 

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現状

日記には書いていないがちまちま回路図を直したり,構成を考えたりしている.
CC検知回路について考えていたが,デジタルでやればいい気がしてきた….
現在の電流値と,制限しているであろう電流値を比較してLEDをトランジスタを使って12Vスイッチング.
こちらのほうが確実で単純ですね.

 

買い出しメモ.

  • 50V2200uF電解

フロントパネル設計

イメージを作るために,フロントパネル等,配置してみた.
まだ途中だが部品はだいたい決まったので,詳しいところは後でもいいかな….

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オルタネイトスイッチは検索しても,これだというものがなかったので実際に秋葉原で探したい.
あと,ACから取る電源ランプのネオンも配置しなくては.


買い出し前のTODO

  • 格好良いアレ(KID1205-A)の動作確認
  • OUTPUT周りの動作確認(リレーを使うあたり)
  • キットの改造
  • CC検知回路を作る(シミュレーションとかで,ここで必要なものを挙げて買いだす)

 

電流検知回路を決める

ローサイドだと短絡が検知できない理由がわかった!

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たしかにフレームGNDだとこわい…。
というわけでハイサイドにしましょう!

 

それとLM358のデータシートから電流検知回路を発見。
オペアンプって何が出来るの?状態なので、とりあえずこの回路の意味を解読してみる。
まず、そもそもこの回路はなんというものなのか。
アプリケーションノート 105より「古典的」正電源レール電流検出というらしい。
またねがてぃぶろぐ ハイサイド電流にも記述が。

 

次に、トランジスタは何をしているのか。

エミッタフォロアっぽい。
電流ブースト回路と似ているが、これはオペアンプの+側からコレクタにつながっている。
定電流回路とも似ているが、これはオペアンプの+側からコレクタにつながっているし、NPNトランジスタである。
トランジスタの役割を考えると電流増幅と考えるのが妥当だがいまいちよくわからない。
そもそもオペアンプの+電源はどこから取るんだ…→もしVL=+電源ならまさに電流ブースト回路になる?
→ねがてぃぶろぐさんの回路よりVL=+電源っぽいので電流ブーストみたい。

とりあえず動かして見た方が面白いと思い、シミュレータを使ってみることに。
まずはCircuit Simulator Appletを使ってみた。

こんな感じ→Circuit Simulator Appletでの実験
なんとなく動くことは分かったが、電流値と出力電圧の関係がはっきりわからない。
ダウンロードするシミュレータならグラフで出せる気がしたのでLinear Technology - Design Simulation and Device Modelsを使う。

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とりあえず、データシート通りにシミュレーションできた。
では、0~5Aで出力される電圧はどうしたらいいか。
このままでは0~5Vとなるが、マイコンにはそのまま入力ができない。
ここでマイコン上でのAD変換について考える。

 

AVR で A/D 変換その2 blog logger/ウェブリブログより、2.5V基準電圧とするとよさそう。設計上5Aは超えないようにする予定なので、5Aで2.5Vでも構わないかなと思っている。

マイコン上のものをそのまま使った場合、分解能1024なので「理論上」0.0048828125[A]刻みの測定が可能である。
どのくらい誤差が出るかが問題だが、その場合は外付けADCかなー。
というわけで、シャント抵抗をデータシートのものの0.1[Ω]から0.05[Ω]にすればよさそうだが、そんなのあるかなあ。あるいは分圧側で調整?
また電力としては0.025[Ω]×5[A]=0.125[V]より5[A]×0.125[V]=0.625[W]あれば問題なさそう。
だが調べてみたらあまり0.05[Ω]はない模様。
だったら0.1[Ω]を2つ並列にすればいいか。そしたら1つあたり0.5[W]あれば十分だし(正確には0.3125[W]あればよい)。

タクマン RLF1SJ 0.1Ω 酸化金属被膜抵抗器(小型品) 1W 0.1Ω±5%


このへんをぽぽーっとね。

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なんか勘違いして10Aまで出そうとしていたので後日修正…

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電流検知回路について調べる

電流検知の方法について考え直す.まず元々考えてたことについて述べる.
キットの回路図にはハイサイド側に電流計を置くようになっていたので,それに習うことに.
GNDが取れないのでそのままAD変換はできない.
そのため,オペアンプの差動増幅回路で電流検出用抵抗の電圧降下を見ればなんとかなると思っていたが,調べてみたらもっと複雑な回路になるようだった.

 

まず,そもそもどうしてハイサイドなのか?
アプリケーションノート 105より,短絡が検知できるからかな.でもなんでローサイドだと短絡が検知できないんだろう?
(あまり関係ないけど,シャント抵抗をプリント基板にのせる場合パターンも考えてあげないといけないんだね…シャント抵抗器(SMD)とは | テック君の豆知識 | 半導体・電子部品の即納通販 RSオンライン

「ローサイド設計の場合は負荷が誤ってグランドに短絡されると、電流検出アンプはバイパスされて、短絡を検出することができません。」(アナログ乗算器がハイサイド電流検出測定の精度を向上する - アプリケーションノート - Maximより)

オペアンプバイパス=回り道される…まあそうなるよねえ.でもそれって当たり前…?

 

次に,どうして複雑になるのか?
5出力安定化電源より,そのままだと誤差が大きいから工夫しないといけないということらしい.
こちらのやり方ではフローティング測定回路というものを使っているようだ.他にもないかな?

トランス実験

実験してみた.

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  • 回路A
    若干理論値より大きいが妥当な結果.理論値…(AC20[V]をDCに整流平滑した場合の20√2=28.2[V])-(1.1*2[V]=ブリッジダイオードダイオード2つ分の電圧降下)=26[V]
  • 回路B
    予想だと上が(8√2=11.3)-1.1(ダイオード1つ分の電圧降下)=10.2[V]で,下が(12√2=17.0)-1.1=15.9[V]だが,どうして±18[V]になっているんだ?
  • 回路C
    コンデンサを入れても見た目の上で変わらないのは妥当だが,Bと同様にどうして±18[V]になっているんだ?
  • 回路D
    なんで片方0[V]?
    My Tube Amp Manual
    の「整流素子の直列・並列接続」の「整流ダイオードは並列接続できない」より,片側のダイオードにしか電流が流れなくなってしまうらしい.確かにそのようになっている.

BとCの実験の比較にはオシロが欲しいなあ;

これだけ見ると,回路B,Cが1番効率が良さそうなのでそうしたい.ただ謎があるのでちょっと不安.謎について調べてみてもセンタータップ方式しかなく,センターじゃない場合がよくわからない.たぶんちゃんと計算すればわかるのだろうけど,それは後で….

 

まとまってて見やすいサイト

整流・平滑回路

放熱板とトランスについて

昨日は秋葉原までいろいろ買い出しに行った.
諸事情のため詳しくは明日….
めちゃくちゃかっこいい放熱板を手に入れた!
サイズもちょうどいい!!

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実はこれ,グラボの放熱板なのです.
中の人↓

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念の為,このGeForce4 Ti 4600とやらの消費電力を調べてみたところ,YAN's POWER UP BBS Logged tree under 7368より50Wくらいらしい.

つまり総合P_D=50Wとすると,電源30Vとして,30-10=20V以上なら5A出せて,30-16=14V以上なら3A出せて,何Vでも1.42A出せるということになるはず.
今のところはあまり大電流を流す予定はないし,余裕を持った設計という意味の最大5Aなのでさほど問題はないかな.
いざとなればファンに頑張ってもらおう!

それと,この前トランスについて回路マン各位に聞いたときのアドバイス(と思ったこと).

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  • 電圧の正負はどこを基準にするかなのでこれでも問題はない
    …よかったー
  • 12√2[V]ライン,交流のままなのでは?
    全波でも単波でもいいので,両方整流させてみたほうがいいと思う(上図は全波)
    …てっきりコンデンサで平滑されるものだと思っていたが,どうなのか? 要実験
  • コンデンサはGND-12√2[V]間,GND-24√2[V]間に置いたほうがいい
    …確かに.元の例の場合だとここの12√2[V]のところがGNDだったからそのまま写してしまっていた;
  • 12√2[V]は出ないよ
    …「理論上」12√2[V]ということは承知しております!もちろん損失あるよね