■ マイコン用 可変電源 の製作 ■


 マイコン回路には、3.3Vや5VのACアダプターの他に、乾電池で駆動する用途も多くあります。
 電池の電圧が変化した時の動作確認や、消費電流を測るためにも、電流計の付いた可変電源は必需品です。
 市販の安定化電源も各種販売されておりますが、マイコン回路の製作やテスト用に向けた、小型で手軽な可変電源を製作しました。
 
 電源の出力回路と計測の回路は独立しておりますので、シリアルデータ出力付きの電圧・電流計ユニットとしても利用が可能です。

  ○0.5V〜10Vの可変出力。
  ○出力容量1A。
  ○出力のON/OFFスイッチ。
  ○簡易の電圧値と電流値をデジタル表示。 (MAX-1AとMAX-10mAのレンジ切換)
  ○出力が3.3Vと5V以上出ている時に、注意を促す警告表示。 (供給側マイコンの保護)
  ○電圧値と電流値のシリアル出力。
  ○レギュレータICに搭載の、出力短絡保護と過熱保護。

  ○電流の最大値(ピーク値)を表示。 (追加機能)


回路の解説
 
1.電源回路

 
 ・12VのACアダプターから、出力と計測回路に電源を供給します。
 ・計測用のAVRマイコンには、5Vの3端子レギュレータで5Vを供給します。

2.AVRとクロック
 
 ・AVRマイコンはATtiny861A-PUを使用し、動作クロックは8MHzの内蔵RC発振器を使用して
  います。
 ・内蔵RC発振器は動作電圧が3Vで較正されているため、シリアル出力を使用する場合は、
  ボーレートの誤差を減らすために、調整が必要になる場合があります。 (OSCCAL調整)

3.LCD表示回路
 
 ・8文字×2行のキャラクタ液晶表示器 ACM0802C-NLW-BBHを使用します。
 ・ケースによってLCDの取付位置を変えられるように、フラットケーブルで基板と接続します。
 ・16文字×2行タイプは電源のピン配置が違いますので使用できません。
  (LCDが故障しますので、絶対にフラットケーブルでは接続しないで下さい)

4.出力用の可変レギュレーター回路
 
 ・Linear Technology社のLT3080ETを使用します。
 ・電圧設定用のボリューム(10KΩ)で、0.5V〜10Vの電圧調整ができます。
 ・電圧微調整のボリューム(500Ω)で、0.5Vの微調整ができます。
 ・シリーズレギュレータ(負荷で電圧を降下)なので、必ず大きめの放熱器に取り付けて下さい。
  (特に、出力に常時500mA以上を供給する場合は、大型の放熱器が必要です)
 
 ・出力ON/OFFスイッチを取り付けることで、試験回路への電源供給をON/OFFできます。
 ・電源供給中を示すLEDにより、試験回路への電源の切り忘れを防ぎます。
  (使用するLEDにより、電流制限抵抗器の値(10KΩ)を調整して下さい)

5.電圧値と電流値の検出回路
 
 ・電圧値は30KΩと10KΩの金属被膜抵抗器により、出力電圧を1/4にしてAVRマイコンの
  A/Dコンバーターで計測しています。
 ・AVRマイコン内蔵の基準電圧2.56Vを使用しますが、AVRの個体差による誤差がありますので、
  後記の較正モードで較正すると、測定精度が上がります。
 
 ・電流値は、高レンジ[H]で10mA〜1Aと低レンジ[L]で100μA〜10mAの測定をします。
 ・[H]レンジでは、0.1Ωの抵抗器に発生する微少電圧(1mV〜100mV)をOPアンプで25倍に
  増幅し、0.025V〜2.5Vの電圧をAVRマイコンのA/Dコンバーターで計測しています。
 ・[L]レンジでは、10Ωと0.1Ωの抵抗器に発生する微少電圧(1mV〜100mV)をOPアンプで
  25倍に増幅し、0.025V〜2.5Vの電圧をAVRマイコンのA/Dコンバーターで計測しています。
 
 ・[L]レンジで計測中に高電流が流れた場合は、抵抗器を保護するために自動的に[H]レンジに
  切り替わります。
 
 ・可変レギュレーター部分を使用しなければ、シリアルデータ出力付きの電圧・電流計ユニット
  としても使用することができます。 (測定可能電圧は10Vまで、入力耐圧は20Vまでです)

6.操作スイッチ
 
 ・SW1(電流レンジ)で、電流の測定レンジを切り換えます。
 ・SW2(PEAK)で、電流の最大値(ピーク値)を表示します。
 ・SW3(CLEAR)で、電流の最大値(ピーク値)を初期化します。
 ・また、SW2とSW3は、シリアル出力の送信間隔 および 内蔵基準電圧と内蔵RC発振器の較正
  にも使用します。

7.シリアル出力
 
 ・計測した電圧値と電流値・最大値を、シリアル出力からターミナル等の装置へ出力できます。
 ・出力はロジックレベルなので、「RS-232C変換」や、「FT232RL USBシリアル変換モジュール」で、
  パソコン等のターミナルに連続表示することができます。
 ・通信パラメータは、下記の値で固定です。 (プログラム内で変更可能)
   9,600ボー、パリティー無し、データ・ビット 8、ストップビット 1
 ・送信間隔は、1秒・10秒・1分・10分・1時間から選択できます。

8.ISP端子
 
 ・AVRマイコンにプログラムを書き込むための、ISP (In-System Program)端子です。
 ・シリアル出力端子と兼用です。



回 路 図  GIF版 ComPowerCir.gif (111KB)  PDF版 ComPowerCir.pdf (306KB)

部品配置図  GIF版 ComPowerPcb.gif (113KB) 部品表
アートワーク  GIF版 ComPowerAW.gif (34KB)  
 
   注意! この図面を使用した、いかなる損害にも責任を負いません。


プログラム  テキスト形式 ソースファイル  ComPower101.TXT (22KB)
 BASCOM-AVR用 ソースファイル  ComPower101.bas (22KB)

 
○電流の最大値(ピーク値)表示機能を追加バージョン。
プログラム  テキスト形式 ソースファイル  ComPower111.TXT (24KB)
 BASCOM-AVR用 ソースファイル
 (BASCOM-AVR(製品版)が必要です)
 ComPower111.bas (24KB)

注意! 著作権は放棄しておりませんので、販売や配布目的での使用は絶対にしないで下さい。
       (記事の無断転載を除き、個人での使用は可能です。 改変、自作品の掲載、リンクもご自由に。)



右側面

後面

左側面

底面

プリント基板

基板 部品面

基板 ハンダ面

大型の放熱器

LCDの加工
バックライト抵抗器
L型ピンヘッダ

内部配線
(前面視)

内部配線(後面視)

シリアル出力


AVRマイコン ATtiny861A-PUのヒューズ ビット設定
 
AVR ATtiny861Aのシステム クロックは、工場出荷時に内蔵RC発振器の8MHzで、1/8前置分周器がONに設定されていますので、AVRのヒューズ ビットを書き換える必要があります。

◎BASCOM-AVRでコンパイルして、「AVRISPmkII」の書き込みウィンドウを使用する場合は、
  ヒューズ ビットが自動で変更されますから、以下の操作は不要です。


HEXファイルを使用する場合は、下記ページの書き換え方法 「6.」を、以下の様に変更して、ヒューズ ビットの書き換えを行って下さい。
    ヒューズ ビット書き換え
 
 6.[ Fusebit H ] の右欄 [ 0:Divide clock by 8 ] をクリックすると、右側にプルダウンメニューが
    現れますから、 [ 1:Divide clock by 1 ] を選択します。
 7.右側の [ Write FS ] ボタンをクリックすると書き換えが完了します。
 
 6.[ Fusebit LKJ ] の右欄 [ 111:Brown out Disabled ] をクリックすると、右側にプルダウン
   メニューが現れますから、 [ 100:Brown Out 4.3 V ] を選択します。
 7.右側の [ Write FSH ] ボタンをクリックすると書き換えが完了します。

「AVRWRT」 ライターの場合は、 AWRTf_ComPower.gif



製作について
 
部品表は、部品の背が低い順に記載してありますので、この順番に取り付けて行きます。
 
・ジャンパー線は、すずメッキ線や被覆電線を使用して下さい。
・炭素皮膜抵抗器1/4Wは、4目 (2.54X4 = 10.16mm) ピッチで両端を折り曲げて取り付けます。
・出力表示に使用するLEDにより、電流制限抵抗器(10KΩ)の値を調整して下さい。
・金属皮膜抵抗器(誤差1%)の指定カ所は、指示を守って下さい。
・30KΩの代わりに10KΩを3本直列にできます。この場合は抵抗器を立てて取り付けて下さい。
・整流用ダイオードは、3目 (2.54X3 = 7.62mm) ピッチで両端を折り曲げて取り付けます。
 (100V1A程度の汎用品であれば、特性は問いません)
・OPアンプは、部品配置図の向きに合わせて取り付けて下さい。
・ICソケットは、必要に応じて取り付けます。(AVRマイコンを、直接ハンダ付けすることも可能です)
・半固定抵抗器は、秋月3362P-1やコパルCT-6EPなどが取り付け可能です。
・積層セラミックコンデンサーは、5.08mmピッチの物が取り付け可能です。
・トランジスタは、部品配置図の向きに合わせて取り付けて下さい。
・LCD用コネクターは、ハウジングタイプのヒロセ HIF3FC-14PA-2.54DSA、Linkman 217014SE
 または2列×7ピン(14Pin) ピンヘッダを使用して下さい。 (ピンヘッダは秋月LCDに付属あり)
・スイッチSW1(電流レンジ切り換え用)は、任意の押しボタンスイッチを選定して下さい。
・SW2とSW3は、電流の最大値(PEAK)表示と、シリアル出力の送信間隔 および 内蔵基準電圧と
 内蔵RC発振器の較正に使用しますので、任意の押しボタンスイッチを選定して下さい。
・小型リレー941H-2C-12Dは、基板穴の通りに取り付けます。
・メタルクラッド抵抗器 または セメント抵抗器は、28mmで両端を折り曲げて取り付けます。
・電解コンデンサは、極性に注意して下さい。
・三端子レギュレータは、型名が表記されている面を部品表に合わせて下さい。
・可変レギュレーターLT3080ETは、必ず放熱器に取り付けて下さい。
 (LT3080ETのネジ止め部分は、放熱器と導通しないようにシリコンラバーシートを敷き、
 プラネジまたは絶縁ワッシャーを使用して絶縁して下さい)

・出力に常時500mA以上を供給する場合は、大型の放熱器を使用して下さい。
 
・キャラクタ液晶表示器(LCD)は、LCDに付属の説明書通りにバックライト用の抵抗器を
 取り付けて下さい。
 付属の100Ωではライトが少し暗いので、51Ωに変更するか100Ωの2本並列をお勧めします。
・LCDには、14ピン オスL型 (2列×7ピン)のピンヘッダを、LCD表示面側に取り付けます。
 (裏面に取り付けると、フラットケーブルとのピン配置が逆になりLCDが故障します)
 
・ケース内の配線は、写真や部品配置図・回路図を参考にして下さい。
・DCジャックへの配線は、使用するACアダプターのプラグに合わせて下さい。




使用前の調整
 
1.LCDのコントラスト調整
 
 ・ACアダプターの電源を入れて、LCDコントラスト調整用の半固定抵抗器を左右に回し、
  LCDの文字がきれいに見える位置に調整して下さい。

 
2.AVR内蔵基準電圧の較正
 
 ・電圧と電流値の測定には、AVRマイコン内蔵の基準電圧2.56Vを使用しますが、AVRの個体差
  による誤差がありますので、較正モードで較正すると測定精度が上がります。 
 
 ・[SW2]を押したままでACアダプターの電源を入れると、内蔵の基準電圧の較正モードに入ります。
  (下記の画面が表示されたら、スイッチを離して下さい)
 ・テスターや電圧計を使用して、部品配置図に記載の[Ref電圧](AVRマイコン右側の0.1μF
  コンデンサー両端)を測定し数値のメモをとって下さい。 (2.560V±10%の範囲です)
  ※通電中なので、ショートに注意して下さい。
 ・測定した電圧値をLCD画面で設定して下さい。
 ・[SW2] で、設定値が増加します。
 ・[SW3] で、設定値が減少ます。
 ・電流レンジスイッチ[SW1]を押すと、設定を終了します。
 ・この設定は内蔵EEPROMに記憶されますので、電源を切った後も残されています。
 
 ・内蔵基準電圧の誤差が大きいチップ(2.500V以下)の場合、上限の10Vを表示できない場合が
  あります。 ([OVER]表示になりますが出力は10V出ています)
 ・必要に応じてAVRチップを交換してください。

 
3.AVR内蔵RC発振器の周波数較正 (周波数カウンターが必要です)
 
 ・AVR内蔵RC発振器は動作電圧が3Vで較正されているため、シリアル出力を使用する場合は、
  ボーレートの誤差を減らすために調整をお勧めします。 (OSCCAL調整)
 
 ・[SW3]を押したままでACアダプターの電源を入れると、AVR内蔵RC発振器の周波数較正モードに
  入ります。
  (下記の画面が表示されたら、スイッチを離して下さい)
 ・シリアル出力端子(ISP端子の4ピンと6ピン)に周波数カウンターを接続して下さい。
 ・100KHz前後のパルス信号が出ていますので、できるだけ100KHzに近い値に調整して下さい。
  (RC発振器なので、値は常に微変動しています)
 ・[SW2] で、設定値が増加し周波数が上がります。
 ・[SW3] で、設定値が減少し周波数が下がります。
 ・電流レンジスイッチ[SW1]を押すと、設定を終了します。
 ・この設定は内蔵EEPROMに記憶されますので、電源を切った後も残されています。

 
4.電流値検出アンプの較正
 
 ・電流値は、電流検出の抵抗器に発生する微少電圧(1mV〜100mV)をOPアンプで25倍に
  増幅し、0.025V〜2.5Vの電圧をAVRマイコンのA/Dコンバーターで計測しています。
 ・抵抗器の消費電力(W数)が大きくなると、精度の良い品物は高価で入手も困難になります。
 ・そこで、抵抗器の誤差分をOPアンプの増幅率(25倍)を微調整することで補います。
 
 ○高レンジ[H]側の較正
 ・出力端子(ターミナル)に、金属皮膜抵抗器100Ω 1/4W (誤差1%)を2本並列に接続して
  正確な50Ωの負荷を作ります。
 ・出力電圧を5.00Vに設定します。 (この時、抵抗に流れている電流は100mAです)
  ※出力電圧を5V以上に上げないで下さい。抵抗器が過熱損傷(火傷)します。
 ・部品配置図に記載の[H]レンジ ゲイン調整用の半固定抵抗器を回して、
  LCD画面の電流値が100mAを表示する様に調整して下さい。
 
 ○低レンジ[L]側の較正
 ・出力端子(ターミナル)に、金属皮膜抵抗器10KΩ 1/4W (誤差1%)を2本並列に接続して
  正確な5KΩの負荷を作ります。
 ・出力電圧を5.00Vに設定します。 (この時、抵抗に流れている電流は1mAです)
 ・電流レンジスイッチ[SW1]を押して、低レンジ[L]に切り換えます。
 ・部品配置図に記載の[L]レンジ ゲイン調整用の半固定抵抗器を回して、
  LCD画面の電流値が1.00mAを表示する様に調整して下さい。
 
 ・AVRマイコンの内蔵A/Dコンバーターは、特に低い数値で直線性が悪くなりますので、10〜20%の
  誤差が出ます。 (安価なマイコンに付属のA/Dコンバーターなので妥協点です)




操 作 方 法
 
1.電源投入
 
 ・ACアダプターの電源が入ると、測定回路、出力回路、共に動作を始めます。
 
 ・電圧設定用のボリューム(10KΩ)で、0.5V〜10Vの電圧調整ができます。
 ・電圧微調整のボリューム(500Ω)で、0.5Vの微調整ができます。
 ・10.23Vを越えるとマイコンのA/Dコンバーターが上限に達するので[OVER]表示となります。

 ・電流レンジスイッチ[SW1]を押したままでACアダプターの電源を入れると、現在のプログラム
  バージョンが表示されます。

 
2.電流測定レンジの切り換え
 
 ・電流レンジスイッチ[SW1]を押すたびに、高レンジ[H]10mA〜1Aと低レンジ[L]100μA〜10mAが
  交互に切り替わります。
 ・LCDの左下に、[H]と[L]の文字が表示されます。

 ・ACアダプターの電源を入れた時は、高レンジ[H]になります。
 ・低レンジ[L]で計測中に高電流が流れた場合は、抵抗器を保護するために自動的に
  高レンジ[H]に切り替わります。
 ・高レンジ[H]で計測中に電流値が6mA以下になっても、自動的に低レンジ[L]にはなりません。
  (表示は0mAとなります)

 
3.出力電圧の注意表示
 
 ・3.3V用のマイコン回路に電源を供給する場合、出力電圧を4V以上にすると、マイコン回路が
  故障しますので、LCDの左上に[4]の反転文字が表示されて注意を促します。
 ・5V用のマイコン回路に電源を供給する場合、出力電圧を6V以上にすると、マイコン回路が
  故障しますので、LCDの左上に[6]の反転文字が点滅表示されて注意を促します。
 
 ・マイコン回路に電源を供給する際や電圧を変動させる場合には、表示に注意して下さい。

 
4.測定値のシリアル出力
 

 ・計測した電圧値と電流値・最大値を、シリアル出力からターミナル等の装置へ出力します。
 ・出力はロジックレベルなので、「RS-232C変換」や、「FT232RL USBシリアル変換モジュール」で、
  パソコン等のターミナルに連続表示することができます。
 ・通信パラメータは、下記の値で固定です。 (プログラム内で変更可能)
   9,600ボー、パリティー無し、データ・ビット 8、ストップビット 1
 
 ・[SW2] と [SW3] を同時に押すと、シリアル出力の送信間隔を設定できます。
 ・送信間隔は、1秒・10秒・1分・10分・1時間から選択できます。
 ・[SW2] で、設定値が増加します。
 ・[SW3] で、設定値が減少ます。
 ・電流レンジスイッチ[SW1]を押すと、設定を終了します。
 
 ・この設定は内蔵EEPROMに記憶されますので、電源を切った後も残されています。

 
5.電流の最大値(ピーク値)表示 (追加機能)
 

 ・[SW2](PEAK)を押すと、電流の最大値(ピーク値)を表示します。
 ・LCDの左下に、[P]の文字が点滅表示されます。
 ・再度[SW2]を押すと、現在の電流値表示に戻ります。
 
 ・SW3(CLEAR)を押すと、電流の最大値(ピーク値)が初期化(0)されます。
 
 ・電流レンジスイッチ[SW1]でレンジを切り換えた場合は、最大値(ピーク値)も初期化(0)されます。


◎ このプリント基板と、書き込み済みAVRを、実費頒布しております。
 
  基板・部品の頒布室



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