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実験解説!ディジタルでパワー制御 特設ページ

ディジタル・パワー制御ボードのココがすごい!

LED調光やDC-DCコンバータ,モータ制御,D級アンプ,蓄電池充電も自由自在

ディジタル・パワー制御ボードは,制御部であるベース・ボードと,実際に負荷を駆動するパワー・ボードの二つに分かれています.
パワー・ボード一つで,LEDの調光制御や定電圧・定電流のDC-DCコンバータの実験,鉛蓄電池の充電制御の実験ができます.パワー・ボードを二つ用意すれば,モータの制御やD級アンプの実験もできます.
パワー・ボードは取り外し可能になっているので,パワー・ボードを自作の機器に移植したり,逆にオリジナルのパワー・ボードをベース・ボードに搭載することもできます.

写真1 ベース・ボードの外観 写真2 パワー・ボードの外観

心臓部にマイクロチップ社のdsPICマイコンを採用

ベース・ボードの心臓部になるマイコンには,マイクロチップ社のdsPICマイコン dsPIC33FJ16GS502を採用しています.このマイコンはSMPS(Switched-Mode Power Supply)やディジタル・パワー変換用途などに向けたもので,スイッチング動作に必要な機能が強化されています.
A-Dコンバータは分解能10ビット,サンプリング・レート4MSPSで,常に変化するアナログ信号をきめ細かに取り込むことができます.また,PWM出力は最小分解能1.04nsで,高速・高分解能のスイッチングが可能です.
これらの高速な周辺機能をまとめるCPUコアも高速です.処理性能は最大40MIPSで,DSP機能も備えることから,複雑が演算が必要になるディジタル制御にも威力を発揮します.

写真3 ベース・ボードの心臓部…dsPICマイコン

コンパクトなパワー・ボード

パワー・ボードは,スイッチング素子のほか,出力電流検出回路やLCフィルタをまとめた,コンパクトなモジュールになっています.
スイッチング素子には,新日本無線のNJW4800を使用しています.NチャネルMOSFETによるハーフ・ブリッジ回路やゲート・ドライバ,デッド・タイム生成,保護回路などをワンチップにまとめたICで,マイコン等からPWM信号を加えるだけで駆動できる便利なICです.
パワー・ボードからは,LCフィルタで平滑したDC出力のほか,スピーカ駆動用のオーディオ出力,フィルタを通さない生のスイッチング出力を取り出せます.単なるスイッチング回路にとどまらず,DC-DCコンバータやD級アンプなど,いろいろなアプリケーションへの応用が可能です.

写真4 パワー・ボードのメイン・デバイス NJW4800

アナログ入力部の構成を自在に変えられる

ベース・ボードのアナログ入力は2チャネルあります.これらの入力は外部からのDC信号のほか,オーディオ信号やサーミスタ入力,ボード上の可変抵抗入力など,いろいろな入力に切り替えて使うことができます.
ゲインは1倍または10倍をジャンパで設定できるようになっています.また,任意のゲインに改造できるよう,ゲイン設定抵抗はリード部品を使用しています.

写真5 ジャンパで構成を変えられるアナログ入力部

豊富なチェック・ピンとワンタッチ端子台を装備

ディジタル・パワー制御ボードは,実際に動かして動作を確かめることを目的に開発しました.各部の信号がどうなっているのか,プログラムを変えたらどうなるのか,細かなところまで動作を確かめられるよう,チェック・ピンをたくさん用意しました.オシロスコープのプローブを接続して,すぐに波形観測ができます.
アナログ入出力には,接続しやすいようにワンタッチ端子台を使用しています.コネクタなどを用意しなくても,電線を簡単に接続できます.

写真6 オシロのプローブを簡単に接続できるチェック端子 写真7 電線の接続が容易なワンタッチ端子台

ディジタルならではのユーザ・インターフェース

ディジタル制御のメリットの一つは,部品変更なしで動作パラメータを簡単に変えられることです.また,回路の動作状態はほとんどマイコンに取り込まれるため,細かな状態確認ができます.
ベース・ボードには,これらのパラメータ変更や状態確認用にタクト・スイッチを三つ,16文字×2行のキャラクタ液晶モジュールを一つ備えています.出力電圧や電流などのパラメータを直感的に操作できるよう,可変抵抗も二つ備えています.可変抵抗は,操作しやすいつまみ付きタイプです.
PCや外部機器との連携が簡単にできるのも,ディジタル制御のメリットです.ベース・ボードには,通信用のRS-232Cインターフェースも1チャネル用意しました.

写真8 ユーザ・インターフェースとして用意したキャラクタLCD/可変抵抗/スイッチ
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