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2020年3月24日(火) 22:30

電源設計

 DCコンバーターの出力電圧を変化させるため、TRIM端子に可変電圧を与える。それには外付けDAコンバーターを使うが、ノイズが載ると出力電圧も不安定になる。よって、しっかりとノイズ対策に配慮した設計にせねばならない。
 ところが、いざ実装を考え始めると、ノイズの回り込みを防ぐのが容易ではないと気づく。Sタンクのブラシレスモータードライバーで苦闘させられたのと、同様の問題が生じそうだ。そもそも、レーザー銃の旧電源からして、DAコンバーターとの通信にノイズが入って苦労させられた。PICの暴走にも、悩まされたのを覚えている。

 システム全体の安定動作を考えても、出力電圧の安定化という小さな部分を考えても、ノイズ対策の重要度は高い。ノイズ対策を強化するために必要となる空間を確保するためにも、主電源のFETスイッチなどという必須ではないパーツは排除すべきだ。
 同様にADコンバーターの方も、dsPIC ならば内蔵機能で済ませるのがベターと判断。外付けをADコンバーターを、不要とする。

 パワー系と制御系のGNDを共有するのは、ロクなことにならない。両者を分離するためには、DAコンバーターとの通信はフォトカプラを介するべきだ。そうすると、DCコンバーターの直列を回避する意味は無くなる。2直列2並列とすれば、電流検出部分も2系統で済む。
 このあたりまで思索が進むと、具体的な設計が可能だ。

 直列接続でGNDが浮くDCコンバーターのTRIM端子に働きかけるため、旧電源でもフォトカプラは使用していた。そこで動作実績のあるTLP117を今回も使いたかったが、まとまった数が入手困難。納期が、6月とか10月とか論外な話になっている。
 代替品を探して、TLP2355を選択。

TLP117 TLP2355
電源 4.5〜5.5V 3〜20V
論理
速度 30ns+20ns 250ns+250ns

 TLP117に比べると、10倍も遅い。だが、メガヘルツ級の速度には対応可能なので、ソフトウェアSPIとのインターフェイスなら性能的に問題はない。また、正論理なのも扱い易い。更に、遅いだけあって安い。
 無駄も無理も無いパーツ選定、という観点からは、必要な性能に相応の性能ということで、これで良しとすべきだろう。5V系だけでなく広い電圧で使えるので、潰しも効く。少し多めに購入し、在庫しておく意味はある。

 フォトカプラの電源は、絶縁されていてリップルの小さいものが必要だ。
 各DCコンバーター出力から、独立した三端子レギュレーターで5Vを生成するのがベスト。電流は小さいから、問題無し。問題なのは、入力電圧が最大48Vになること。48V入力可能な三端子レギュレーターなど、売られていない。分圧抵抗で、常時電流を浪費させるのもムカつく。
 ここは大人しく、旧電源同様に絶縁型DCコンバーターだろう。

 主電源は、18〜35Vという仕様である。
 まず、DCコンバーターで7Vあたりを作る。それを三端子レギュレーターで5Vに落とし、マイコン系の電源とする。一方で、5Vがあれば絶縁型DCコンバーターも安い1ワット品が使える。旧電源ではDCコンバーターでいきなり5Vを生成していたが、今回はノイズ対策として三端子レギュレーターで5Vを生成する。そのため、若干のロスは承知で7V前後を用意する。
 消費電流は小さいので、効率よりもノイズ耐性を優先させる。ブラシレスモーターの件で実感したが、ノイズフィルターは三端子レギュレーターが最強である。制御系は、途中に三端子レギュレーターが挟まっている電源しか使わない。

written by higashino [ファイバーレーザー] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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