電子負荷装置の製作（ＰＩＣ１６Ｆ１７０９制御）
製作目的
今まで電源回路の実験には、抵抗による負荷を利用してきました。
まあ、５Ｖ～１２Ｖ程度で数百ｍＡが殆どでしたし、
７８０Ｘ等のシリーズレギュレータ専用ＩＣばかりだったので、
その都度目的に合わせて基板上に並列に抵抗で製作していました。
それでも今までそれほど不便では無かったです。
しかし、いろいろ電源回路を実験しようと思ったら、
あると便利、と言うか無いと不便な事に、今頃気が付きました。
と言う訳で、１Ａ位を目標に電子負荷装置を作ってみる事にしました
参考文献
marutsuオンライン 「電子負荷装置の製作」
PowerMosFET EKI04047 データシート Sanken社
目標
①１．５Ｖ～１８Ｖの電源の負荷で、１Ａ位まで吸い込み可能
負荷デバイスはパワーＭＯＳＦＥＴを使用
②デジタル電流計を付ける
２０ピンのＰＩＣ１６Ｆ１７０９＋７セグＬＥＤ３個位で製作
０～９９９ｍＡ表示で１ｍＡの解像度とする
極力部品点数が少なくなる様に工夫する。
③ポータブル性を考慮して、ＡＣアダプタと電池で駆動可能
単３電池あるいは充電電池６本位？・・・ (^_^;)
④安価に製作できること
７セグＬＥＤは高価なモジュール類は使用しないで作る事に・・・
久々にダイナミック駆動で構成する
放熱必須のため金属ケースや放熱器が必要なのがネック・・・
今回はジャンク箱に転がっていた小ケースに収納しました。
今まで電源回路の実験には、抵抗による負荷を利用してきました。
まあ、５Ｖ～１２Ｖ程度で数百ｍＡが殆どでしたし、
７８０Ｘ等のシリーズレギュレータ専用ＩＣばかりだったので、
その都度目的に合わせて基板上に並列に抵抗で製作していました。
それでも今までそれほど不便では無かったです。
しかし、いろいろ電源回路を実験しようと思ったら、
あると便利、と言うか無いと不便な事に、今頃気が付きました。
と言う訳で、１Ａ位を目標に電子負荷装置を作ってみる事にしました
参考文献
marutsuオンライン 「電子負荷装置の製作」
PowerMosFET EKI04047 データシート Sanken社
目標
①１．５Ｖ～１８Ｖの電源の負荷で、１Ａ位まで吸い込み可能
負荷デバイスはパワーＭＯＳＦＥＴを使用
②デジタル電流計を付ける
２０ピンのＰＩＣ１６Ｆ１７０９＋７セグＬＥＤ３個位で製作
０～９９９ｍＡ表示で１ｍＡの解像度とする
極力部品点数が少なくなる様に工夫する。
③ポータブル性を考慮して、ＡＣアダプタと電池で駆動可能
単３電池あるいは充電電池６本位？・・・ (^_^;)
④安価に製作できること
７セグＬＥＤは高価なモジュール類は使用しないで作る事に・・・
久々にダイナミック駆動で構成する
放熱必須のため金属ケースや放熱器が必要なのがネック・・・
今回はジャンク箱に転がっていた小ケースに収納しました。
↑ 本機回路図
メイン基板とサブ基板に部品配置
7セグと2SA1015はサブ基板へ
↑ 使用したアルミケース
長らくジャンク箱に転がっていた物
例によってケース加工は苦手・・・
↑ 秋月Ｃ基板をサブ基板に
ランド面に7セグLEDを配置
LED底部に取り付け前の事前配線有
↑ サブ基板の部品面
2SA1015をも配線しています
↑ 秋月Ｂ基板のメイン基板
↑ 使用した放熱器
これもジャンク箱に転がっていた物
ドリルで穴開け、EKI04047を取付
これをケース背面に固定
↑ ケースに部品取付と配線7セグLEDを扱うと配線が多くなる
ハードウエア概要
前記の目標を元に数日漠然とハードウエアをイメージしてみました・・・
電源トランスの無い、電流出力がショートされた電源装置みたいなもん？
ならばTRかFETで電流制御すれば良さげな感じ・・・
そんな中、「電子負荷」を検索すると、「marutsu」と言う部品屋さんを発見
そのサイト内にFETを使用した電子負荷装置の製作が公開されていました。
お～、これなら当局でも理解できそうだ (^^♪
と言う訳で、当局らしくPICマイコン+パワーFETと言う路線に決定！
扱った事の無いアナログ回路があるので、イメージだけでは設計できず、
今回主役のパワーFETの素朴な実験を行いました。
実験結果より、PICでそこそこ制御可能な事を確信
プログラムをイメージしながら、極力簡単な回路もイメージしたら・・・
左記の回路図で20ピンのＰＩＣ１６Ｆ１７０９で制御します。
４連の７セグLEDは74HC138の下位２ｂｉｔで桁４つを選択
７セグＬＥＤは別の小基板に取り付け、主基板と接続します。
パワーＦＥＴと各種ボリウムは放熱器やケースに直付です。
当初は２８ピンPICだけですべてを行う事を考えましたが、
２０ピンPIC+１６ピンデジタルIC(３to８デコーダ)の構成としました。
メイン基板
秋月のＢ基板を使用する事に、Ｃ基板ではちょっと苦しいと思われた。
さらに7セグLEDは別基板ですし、余裕で部品配置できました。
４連７セグＬＥＤ
秋月で購入した、ＯＳＬ４０５６２－ＩＲと言うアノードコモンのＬＥＤです。
４連のダイナミック用なので、これをPICで制御します。
これのみ秋月のＣ基板に乗っける事にしました。
桁セレクトはデコーダIC、74HC138でPICの必要ピン数を減らしています。
今回、小数点は不要なので、ＤＰへの配線はしていません。
さらにPIC内臓オペアンプを使用する関係上、
セグメント制御ポートはRCポートとRBポートに分散してしましました。
後程、これが原因で少々ハマりました・・・
電流センサ
と言うと大袈裟ですが、１Ω10Wのセメント抵抗を使用しています。
これは主基板に直付しています。
定格上、3Aまで流せる事になります。
抵抗値はさほど正確では無く、自身の発熱で抵抗値も変化する強者です・・・
まあ、それ程正確な電流値を求めて無いし、安価なので良しとしました。
これはFETのソース-GND間に挿入しています。
発生電圧はPIC内臓OPA1で２倍に増幅してから、ADCに入力します。
半固定抵抗でOPA1の増幅度を少し可変できます。
これで1Ω抵抗値の誤差を調整しますが、無いよりはマシ程度です・・・
発生電圧を２倍する理由ですが、
PIC内臓ADCはFVRの1V出力を使用できません
FVRを2Vにすると、ADC分解能は2mVとなります。
そのため、セメント抵抗の発生電圧を２倍にする事で分解能を1mVとします
これで入力電流0-1Aがセンサ出力0-2Vとなります。
面倒では無いので、ついでに入力電圧も測ろうかと思ったのですが、
ケース上の表示場所も無いし、PICのピン数も足らずに断念
まあ、無くともそんなに不便ではないし・・・
パワーＦＥＴバイアス回路
ただのボリウム２個で調整します。
メイン調整ボリウムとファイン調整ボリウムとなります。
このバイアス電源は５ＶでＰＩＣアナログ出力から供給します。
これでＰＩＣによるドレイン電流制御を掛けます。
FETチェッカーの時の様な3ボリウム構成にしようかと思ったのですが、
操作性は良くなりますが、2連ボリウムが必要となるので没。
当局としては気に入った方法なのですが・・・
これは電流制限設定ボリウムでも言える事です。
定電流（ドレイン電流制限)回路
ただのボリウムをPICのアナログ(ADC)入力しただけの超シンプル回路
このボリウムで制限電流(定電流)を設定します。
PIC内部では電圧計データから8bitDAC+OPアンプを介して、
設定された電流値となる様にFETバイアス回路へフィードバックします。
電圧計回路
電流センサの発生電圧をPICのアナログ入力に接続しただけです。
PIC内部でもFVRの電圧を基準としてAD変換する超シンプル構成です。
このADC入力は、本機入力電圧計として使おうかと思ったのですが、
PICピン数が足りないので、電流センサに直付になりました。
7セグのドットを光らせても良かったのですが、
どの道、結果的に大して役には立たない部分となりました。
前記の目標を元に数日漠然とハードウエアをイメージしてみました・・・
電源トランスの無い、電流出力がショートされた電源装置みたいなもん？
ならばTRかFETで電流制御すれば良さげな感じ・・・
そんな中、「電子負荷」を検索すると、「marutsu」と言う部品屋さんを発見
そのサイト内にFETを使用した電子負荷装置の製作が公開されていました。
お～、これなら当局でも理解できそうだ (^^♪
と言う訳で、当局らしくPICマイコン+パワーFETと言う路線に決定！
扱った事の無いアナログ回路があるので、イメージだけでは設計できず、
今回主役のパワーFETの素朴な実験を行いました。
実験結果より、PICでそこそこ制御可能な事を確信
プログラムをイメージしながら、極力簡単な回路もイメージしたら・・・
左記の回路図で20ピンのＰＩＣ１６Ｆ１７０９で制御します。
４連の７セグLEDは74HC138の下位２ｂｉｔで桁４つを選択
７セグＬＥＤは別の小基板に取り付け、主基板と接続します。
パワーＦＥＴと各種ボリウムは放熱器やケースに直付です。
当初は２８ピンPICだけですべてを行う事を考えましたが、
２０ピンPIC+１６ピンデジタルIC(３to８デコーダ)の構成としました。
メイン基板
秋月のＢ基板を使用する事に、Ｃ基板ではちょっと苦しいと思われた。
さらに7セグLEDは別基板ですし、余裕で部品配置できました。
４連７セグＬＥＤ
秋月で購入した、ＯＳＬ４０５６２－ＩＲと言うアノードコモンのＬＥＤです。
４連のダイナミック用なので、これをPICで制御します。
これのみ秋月のＣ基板に乗っける事にしました。
桁セレクトはデコーダIC、74HC138でPICの必要ピン数を減らしています。
今回、小数点は不要なので、ＤＰへの配線はしていません。
さらにPIC内臓オペアンプを使用する関係上、
セグメント制御ポートはRCポートとRBポートに分散してしましました。
後程、これが原因で少々ハマりました・・・
電流センサ
と言うと大袈裟ですが、１Ω10Wのセメント抵抗を使用しています。
これは主基板に直付しています。
定格上、3Aまで流せる事になります。
抵抗値はさほど正確では無く、自身の発熱で抵抗値も変化する強者です・・・
まあ、それ程正確な電流値を求めて無いし、安価なので良しとしました。
これはFETのソース-GND間に挿入しています。
発生電圧はPIC内臓OPA1で２倍に増幅してから、ADCに入力します。
半固定抵抗でOPA1の増幅度を少し可変できます。
これで1Ω抵抗値の誤差を調整しますが、無いよりはマシ程度です・・・
発生電圧を２倍する理由ですが、
PIC内臓ADCはFVRの1V出力を使用できません
FVRを2Vにすると、ADC分解能は2mVとなります。
そのため、セメント抵抗の発生電圧を２倍にする事で分解能を1mVとします
これで入力電流0-1Aがセンサ出力0-2Vとなります。
面倒では無いので、ついでに入力電圧も測ろうかと思ったのですが、
ケース上の表示場所も無いし、PICのピン数も足らずに断念
まあ、無くともそんなに不便ではないし・・・
パワーＦＥＴバイアス回路
ただのボリウム２個で調整します。
メイン調整ボリウムとファイン調整ボリウムとなります。
このバイアス電源は５ＶでＰＩＣアナログ出力から供給します。
これでＰＩＣによるドレイン電流制御を掛けます。
FETチェッカーの時の様な3ボリウム構成にしようかと思ったのですが、
操作性は良くなりますが、2連ボリウムが必要となるので没。
当局としては気に入った方法なのですが・・・
これは電流制限設定ボリウムでも言える事です。
定電流（ドレイン電流制限)回路
ただのボリウムをPICのアナログ(ADC)入力しただけの超シンプル回路
このボリウムで制限電流(定電流)を設定します。
PIC内部では電圧計データから8bitDAC+OPアンプを介して、
設定された電流値となる様にFETバイアス回路へフィードバックします。
電圧計回路
電流センサの発生電圧をPICのアナログ入力に接続しただけです。
PIC内部でもFVRの電圧を基準としてAD変換する超シンプル構成です。
このADC入力は、本機入力電圧計として使おうかと思ったのですが、
PICピン数が足りないので、電流センサに直付になりました。
7セグのドットを光らせても良かったのですが、
どの道、結果的に大して役には立たない部分となりました。
PIC16F1709プログラム
アッセンブラ ソースファイル
PIC16F1709_POWER_MOSFET02.asm
HEXファイル
PIC16F1709_POWER_MOSFET02.hex
使用ツール
MPLAB X IDE Ver4.01
アッセンブラ ソースファイル
PIC16F1709_POWER_MOSFET02.asm
HEXファイル
PIC16F1709_POWER_MOSFET02.hex
使用ツール
MPLAB X IDE Ver4.01
ソフトウエア概要
７セグＬＥＤ駆動ルーチン
各セグメントはRC0-1、RB6-7、RC4-6の７ポートを割り当て。
桁(LED)選択はRA0-1の２ポートを割り当て。
ダイナミック制御はTIMER0のインタバル割り込みを使用しました。
割込み間隔、すなわち各桁LEDおよび無表示時間は１ｍｓとしています。
セグメントデータ生成ルーチンでセグメントデータを生成、
そのセグメントデータを割り込みルーチン内でLED制御しています。
つまり、ISRに来る度に下記の動作を繰り返します。
LED4発光→LED3発光→LED2発光→LED1発光→LED無発光
Ａ／Ｄコンバータ制御ルーチン
入力チャンネルを3つ使用、それぞれADC1、ADC2、ADC3とします。
ADC1ではOPA1出力電圧を取り込みます。
ここで生成した測定データを電流計としてLEDに表示します
FVR出力を基準電圧として、１０ｂｉｔ分解能で電圧測定します。
FVR=2Vで2mV/digit、FVR=4Vで4mV/digitとなります。
OPA1出力が接続されている事を前提として、数値補正します。
それを電流値変数「FDA(0-1)」の16bitに収納
結果、0～1Aは1mA/digit、1～2Aは2mV/digitで表示します
ADC2では電流センサの生データ電圧を取り込みますが、不要かも
実際、使用しません・・・
これもADC1同様にFVR出力を基準電圧として動作します。
直接電流センサに接続されている事を前提として数値補正します。
0～2Aは2mA/digit、2～4Aは4mA/digitで表示します。
それを電流値変数「FDA(0-1)」の16bitに収納
ADC3ではボリウムによる可変数値を得るのみです。
基準電圧はVDDを使用、電流制限値を決めます。
それを制限電流値変数「FDB(0-1)」の16bitに収納
定電流制御ルーチン
電流値変数「FDA(0-1)」と「FDB(0-1)」を比較し、
両者ほぼ同値となる様にDAC1値を上下させます。
FDA(0-1) ＜ FDB(0-1)の場合DAC1値はFFHのままです。(初期値)
FDA(0-1) ＞ FDB(0-1)になった場合DAC1値は現在値より1つ下げます
FDA(0-1) ＜ FDB(0-1)になった場合DAC1値を現在値より1つ上げます
セグメントデータ生成ルーチン
電流値変数「FDA(0-1)」の16bitから各桁セグメントデータを生成
まず、FDA(0-1)をBCD変換
BCD変換された各桁十進数値を各桁のセグメントデータに変換
オペアンプ１(OPA1)
入力＋ピン(RB5)、入力－ピン(RB4)、出力ピン(RC2)となっています。
増幅度は２倍で、１Ωのセメント抵抗を電流センサとしています。
電流センサの発生電圧を２倍してADC1に送ります。
DMM測定値と同じになる様にVR1で微調整します。(注2)
実はデバッグ時に問題が発生しています。(注3)
オペアンプ２(OPA2)
DAC1出力の電圧バッファとして使用します。
出力ピンは(RC3)となっています。
よって、OPA2入力はDAC1出力と設定します。
ここは電流制限ルーチンから制御されます。
注１)
ADC入力0Vでも出力が0Hにならず、LED表示も0mVでは無く2～3mVを表示
オペアンプ出力の雑音電圧かなと思いましたが、
これはADC1でもADC2でも変わらず
注３)
症状１
OPA1入出力ピンにパルスが発生し、測定入力が0Vにも関わらず、
ADC1出力は数mVあるいは30mV付近表示をチラチラ動く
症状２
測定入力電圧が0V～25mVまでは出力は0V、
測定入力電圧が26mV越えで、いきなり出力が26mVとなるジャンプ現象
一旦30mV以上から電圧を下げて来る分には、
ちゃんと0mV～25mV以下も出力されます。
電流センサの発生電圧には問題無く、OPA1の動作の問題の様です。
症状１の対策
ADC1ルーチンに問題は無しで、OPA1出力を漠然とオシロで観察
すると、OPA1出力30mV以上では、被さって見えなくなるが、
出力0mVとすると、きれいなパルス２つが、1msごとに発生している
このパルスが表示に影響していると思われました。
因みに、電圧測定をADC2に切り替えると、症状は発現しません。
この「きれいなパルス」でピンときました・・・ (^_^;)
原因は割込みルーチンのI/Oポート処理にありました。
７セグLEDのセグメント処理はRCポートとRBポートに跨っていました。
それをLATレジスタにバイト単位で処理していました。
OPA1入出力ポートのLATレジスタにも、書き込みする事となります。
LATレジスタはポートから切り離されているはずです
しかしPIC内部でわずかに電圧が漏れるようです。
MOVWF LATB
とバイト単位でやっていた所を
BSF LATB,6
と、LEDセグメント接続のすべてのポートをビット単位処理に書き直し
これで無事解決しました・・・
２８ピンPIC等の多ピンを使用して、バイト単位で処理していたら
症状も発現せず、この事項にも気付かないままでした。
（実は当初、２８ピンPICを使用する事を考えていた・・・）
症状２については思案中
７セグＬＥＤ駆動ルーチン
各セグメントはRC0-1、RB6-7、RC4-6の７ポートを割り当て。
桁(LED)選択はRA0-1の２ポートを割り当て。
ダイナミック制御はTIMER0のインタバル割り込みを使用しました。
割込み間隔、すなわち各桁LEDおよび無表示時間は１ｍｓとしています。
セグメントデータ生成ルーチンでセグメントデータを生成、
そのセグメントデータを割り込みルーチン内でLED制御しています。
つまり、ISRに来る度に下記の動作を繰り返します。
LED4発光→LED3発光→LED2発光→LED1発光→LED無発光
Ａ／Ｄコンバータ制御ルーチン
入力チャンネルを3つ使用、それぞれADC1、ADC2、ADC3とします。
ADC1ではOPA1出力電圧を取り込みます。
ここで生成した測定データを電流計としてLEDに表示します
FVR出力を基準電圧として、１０ｂｉｔ分解能で電圧測定します。
FVR=2Vで2mV/digit、FVR=4Vで4mV/digitとなります。
OPA1出力が接続されている事を前提として、数値補正します。
それを電流値変数「FDA(0-1)」の16bitに収納
結果、0～1Aは1mA/digit、1～2Aは2mV/digitで表示します
ADC2では電流センサの生データ電圧を取り込みますが、不要かも
実際、使用しません・・・
これもADC1同様にFVR出力を基準電圧として動作します。
直接電流センサに接続されている事を前提として数値補正します。
0～2Aは2mA/digit、2～4Aは4mA/digitで表示します。
それを電流値変数「FDA(0-1)」の16bitに収納
ADC3ではボリウムによる可変数値を得るのみです。
基準電圧はVDDを使用、電流制限値を決めます。
それを制限電流値変数「FDB(0-1)」の16bitに収納
定電流制御ルーチン
電流値変数「FDA(0-1)」と「FDB(0-1)」を比較し、
両者ほぼ同値となる様にDAC1値を上下させます。
FDA(0-1) ＜ FDB(0-1)の場合DAC1値はFFHのままです。(初期値)
FDA(0-1) ＞ FDB(0-1)になった場合DAC1値は現在値より1つ下げます
FDA(0-1) ＜ FDB(0-1)になった場合DAC1値を現在値より1つ上げます
セグメントデータ生成ルーチン
電流値変数「FDA(0-1)」の16bitから各桁セグメントデータを生成
まず、FDA(0-1)をBCD変換
BCD変換された各桁十進数値を各桁のセグメントデータに変換
オペアンプ１(OPA1)
入力＋ピン(RB5)、入力－ピン(RB4)、出力ピン(RC2)となっています。
増幅度は２倍で、１Ωのセメント抵抗を電流センサとしています。
電流センサの発生電圧を２倍してADC1に送ります。
DMM測定値と同じになる様にVR1で微調整します。(注2)
実はデバッグ時に問題が発生しています。(注3)
オペアンプ２(OPA2)
DAC1出力の電圧バッファとして使用します。
出力ピンは(RC3)となっています。
よって、OPA2入力はDAC1出力と設定します。
ここは電流制限ルーチンから制御されます。
注１)
ADC入力0Vでも出力が0Hにならず、LED表示も0mVでは無く2～3mVを表示
オペアンプ出力の雑音電圧かなと思いましたが、
これはADC1でもADC2でも変わらず
注３)
症状１
OPA1入出力ピンにパルスが発生し、測定入力が0Vにも関わらず、
ADC1出力は数mVあるいは30mV付近表示をチラチラ動く
症状２
測定入力電圧が0V～25mVまでは出力は0V、
測定入力電圧が26mV越えで、いきなり出力が26mVとなるジャンプ現象
一旦30mV以上から電圧を下げて来る分には、
ちゃんと0mV～25mV以下も出力されます。
電流センサの発生電圧には問題無く、OPA1の動作の問題の様です。
症状１の対策
ADC1ルーチンに問題は無しで、OPA1出力を漠然とオシロで観察
すると、OPA1出力30mV以上では、被さって見えなくなるが、
出力0mVとすると、きれいなパルス２つが、1msごとに発生している
このパルスが表示に影響していると思われました。
因みに、電圧測定をADC2に切り替えると、症状は発現しません。
この「きれいなパルス」でピンときました・・・ (^_^;)
原因は割込みルーチンのI/Oポート処理にありました。
７セグLEDのセグメント処理はRCポートとRBポートに跨っていました。
それをLATレジスタにバイト単位で処理していました。
OPA1入出力ポートのLATレジスタにも、書き込みする事となります。
LATレジスタはポートから切り離されているはずです
しかしPIC内部でわずかに電圧が漏れるようです。
MOVWF LATB
とバイト単位でやっていた所を
BSF LATB,6
と、LEDセグメント接続のすべてのポートをビット単位処理に書き直し
これで無事解決しました・・・
２８ピンPIC等の多ピンを使用して、バイト単位で処理していたら
症状も発現せず、この事項にも気付かないままでした。
（実は当初、２８ピンPICを使用する事を考えていた・・・）
症状２については思案中
↑ 試運転その１
まずは電源をONします
7セグSWをLIMIT電流表示側に、
黄色のLIMIT_LEDは点灯
LIMITボリウムで1500mAに設定
↑ 試運転その２
LOADターミナルに実験用AVRを接続
7セグSWをLOAD電流表示側に
LOADボリウムで1248mAを吸い込み
電源出力は12Vです。
↑ 試運転その３
LOAD、FINEボリウムを目一杯回す
白色のCC_LEDが点灯
吸い込み電流は約1500mAで推移
(画像が数値変動で分かりずらい)
電源の出力電圧は12Vです。
さらにLIMITボリウムを最大値に、
すなわち、2046mAに再設定
すると、吸込電流は1800mA超に、
その後じわじわと吸込電流が増え、
数分後に白色のCC_LEDが点灯し、
電流制限が掛ります。
FETは急速に触れない程熱くなり、
放熱器も徐々に熱くなります。
この時間差が恐ろしいです。
これより、電流制限回路が無いと、
目を離した隙にFETの熱暴走の
可能性がいつでもあると思われます。
↑ 18V入力 2500mA吸い込んでます
FETおよび抵抗が、かなり発熱します
これはプログラム実験段階です。
現在は2046mAまでの吸込みです。
↑ 側面 標準DCジャック入力
↑ 背面 放熱器
FETは放熱器に取り付け
直流的には浮いています。
中央ネジはかなり熱くなります。
組立
当初はバラック状態で動作試験を行い、デバッグを行いました。
概ね動作する事を確認してから、ケース加工を行いました。
最後まで悩んだのは、電流制限(定電流)用のボリウムでした。
これをファイン付の２つにするか1つで我慢するかどうかです。
結局、定電流を主操作にする訳でも無いし、ケースも小さいので1つに・・・
さらに、ヒューズも省略・・・ (^_^;) ｵｲｵｲ
結構手抜きとなりましたとさ
実験より当該FETは、この回路で最大電流が2A～3A(18Vmax)程度
PICと電源IC、あるいはセメント抵抗が破壊されない限り、
FETに4A超のドレイン電流は流れないと思います。
標準モードでは、最大でも2Aで電流制限が掛ります。
電圧18Vで2A流すと、FETは32W、セメント抵抗が4Wの電力消費となります
共に定格内ですので大丈夫だとは思いますが・・・
ただ、FETはかなり発熱します。
基本仕様
（１）入力電圧
０～１８Ｖ(これ以上も可能だと思うが実験していない)
（２）入力電流
最大２Ａ(これ以上は定電流動作になります）)
（３）電流制限設定
10mA～2046mA 2mA/digit
設定値を中心に約10％位変動します
サンプリングおよび比較演算は約5ms間隔
電流制限値設定はLIMITボリウムで設定
設定値を表示するにはスイッチで切り替え（黄色LED点灯)
定電流動作時は白色LED点灯
（４）入力電流計
0mA～1000mA 1mA/digit
1000mA～2000mA 2mA/digit
サンプリングは約5ms間隔
表示反映は約100ms間隔
（５）電源
ACアダプタ 9V～12V
標準DCプラグ CENTER+
（６）注意事項
①電源スイッチは、下記の条件でONにして下さい。
7セグスイッチをLOAD側(OFF側）にしてある事
LOAD、FINEボリウムは最少にしてある事
②電源投入後、7セグスイッチをLIMIT側にして、
LIMITボリウムを最大にしても2046mAである事を確認
それ以上に設定できる場合は電源を切り、①をやり直してください。
③表示されるLOAD電流値は0mAになりません。
感想・考察
目標③の電池駆動は早々に諦めました・・・
使用したケースに基板と電池ケースが共存しない事が判明
MOS FETによる電子負荷装置は簡単な回路で構成できます。
しかし、素のFETの電流立ち上がりは、急峻でちょっと恐怖感があります。
まさにスイッチング・デバイスと言った感じです。
その、わずかな可変抵抗領域を使うので、微妙な制御が求められます。
バイアス抵抗(ボリウム)とFETだけでは、ちょっとのミスで・・・
しかし、ソース抵抗で電圧帰還を掛けると可変抵抗領域が広くなります。
たったこれだけですが、これはかなり有用な方法でした。
さらに電流センサにもなるし、一石二鳥です。
定電流（電流制限）動作はウエイトを入れており反応がゆっくりです。
実験中は500msの大ウエイト挿入し、その挙動を楽しんでいました
電圧を無視して設定値に、のそのそと電流が動く様は面白かった
これって、PICいじめ？
しかし、このルーチンは簡単な割に非常に有用で安心感があります。
当局にとって、今回の影の主役的存在です。
2Aの電流は少ない様に見えて、結構多いです。
当局レベルではそんなに使用用途が無かった気がします。
500～600mA程度でも十分だったかな・・・
とりあえず(無理やり？)完成したので良かったです。
特に電流制限機能は、DAC制御ではだめかと思っていたが、
簡単な割には意外と機能してくれているので、一番喜んでいます。
プログラムによる擬似電圧帰還なので制限値も簡単に可変でき、
その値もデジタル表示出来るので、扱い易いです。
今の所プログラムが単純なので、まあまあの動作です。
しかし、改良するともっと良くなると期待できます。
まずは今後の実験に使用して遊んでみる事が楽しみです。
さて、今後の改良点も浮かび上がってきます。
入力電圧計の設置
定電流機能の改良
FET本体も含めた放熱の改良
各ボリウムの操作性の改良
低電流域の改良
電池駆動
等々・・・
最後に・・・
ソースファイルを見てくれた方は、おやっ？と気付いたと思います。
実は本機には拡張モードがあります・・・ (^_^;)
当初のPICプログラミング時は4Aまでの処理が可能となりました。
基本は1Aモードまでで、1Aを超えると2Aモードに自動移行し、
2Aを超えると4Aモードに自動移行する感じでした・・・
測定レンジが4Aまでの広範囲となりますが、色々問題もあります。
3Aを超えるとセメント抵抗の消費電力が定格(10W)越えします
さらにFETの発熱が大きくなり、急速な放熱が間に合うか不明です。
そもそもFET本来の用途であるスイッチング動作はしていないですし。
つまり、本機の破壊の可能性があります。
そのため、4Aモードへの自動移行は、あえて設定しませんでした。
しかしプログラムは残っており、拡張モードとして動作はします・・・
ただ、実験段階では4Aモードで、3Aでの動作は行っています。
その実験中、セメント抵抗もFETもかなり発熱しました。
FETはシリコンラバーを介して放熱器に絶縁・密着しています。
FET本体は10V以上1～2Aでは急速な発熱が伴います。
それが放熱器に伝わるのに時間が掛るのが気になります。
触りながら実験してみて思ったのが、本機の使用限界は3A程度までで、
実用性は2A程度までかなと思っています。
そもそも使用FETのEKI04047の放熱面積が小さい気がしますが・・・
当初はバラック状態で動作試験を行い、デバッグを行いました。
概ね動作する事を確認してから、ケース加工を行いました。
最後まで悩んだのは、電流制限(定電流)用のボリウムでした。
これをファイン付の２つにするか1つで我慢するかどうかです。
結局、定電流を主操作にする訳でも無いし、ケースも小さいので1つに・・・
さらに、ヒューズも省略・・・ (^_^;) ｵｲｵｲ
結構手抜きとなりましたとさ
実験より当該FETは、この回路で最大電流が2A～3A(18Vmax)程度
PICと電源IC、あるいはセメント抵抗が破壊されない限り、
FETに4A超のドレイン電流は流れないと思います。
標準モードでは、最大でも2Aで電流制限が掛ります。
電圧18Vで2A流すと、FETは32W、セメント抵抗が4Wの電力消費となります
共に定格内ですので大丈夫だとは思いますが・・・
ただ、FETはかなり発熱します。
基本仕様
（１）入力電圧
０～１８Ｖ(これ以上も可能だと思うが実験していない)
（２）入力電流
最大２Ａ(これ以上は定電流動作になります）)
（３）電流制限設定
10mA～2046mA 2mA/digit
設定値を中心に約10％位変動します
サンプリングおよび比較演算は約5ms間隔
電流制限値設定はLIMITボリウムで設定
設定値を表示するにはスイッチで切り替え（黄色LED点灯)
定電流動作時は白色LED点灯
（４）入力電流計
0mA～1000mA 1mA/digit
1000mA～2000mA 2mA/digit
サンプリングは約5ms間隔
表示反映は約100ms間隔
（５）電源
ACアダプタ 9V～12V
標準DCプラグ CENTER+
（６）注意事項
①電源スイッチは、下記の条件でONにして下さい。
7セグスイッチをLOAD側(OFF側）にしてある事
LOAD、FINEボリウムは最少にしてある事
②電源投入後、7セグスイッチをLIMIT側にして、
LIMITボリウムを最大にしても2046mAである事を確認
それ以上に設定できる場合は電源を切り、①をやり直してください。
③表示されるLOAD電流値は0mAになりません。
感想・考察
目標③の電池駆動は早々に諦めました・・・
使用したケースに基板と電池ケースが共存しない事が判明
MOS FETによる電子負荷装置は簡単な回路で構成できます。
しかし、素のFETの電流立ち上がりは、急峻でちょっと恐怖感があります。
まさにスイッチング・デバイスと言った感じです。
その、わずかな可変抵抗領域を使うので、微妙な制御が求められます。
バイアス抵抗(ボリウム)とFETだけでは、ちょっとのミスで・・・
しかし、ソース抵抗で電圧帰還を掛けると可変抵抗領域が広くなります。
たったこれだけですが、これはかなり有用な方法でした。
さらに電流センサにもなるし、一石二鳥です。
定電流（電流制限）動作はウエイトを入れており反応がゆっくりです。
実験中は500msの大ウエイト挿入し、その挙動を楽しんでいました
電圧を無視して設定値に、のそのそと電流が動く様は面白かった
これって、PICいじめ？
しかし、このルーチンは簡単な割に非常に有用で安心感があります。
当局にとって、今回の影の主役的存在です。
2Aの電流は少ない様に見えて、結構多いです。
当局レベルではそんなに使用用途が無かった気がします。
500～600mA程度でも十分だったかな・・・
とりあえず(無理やり？)完成したので良かったです。
特に電流制限機能は、DAC制御ではだめかと思っていたが、
簡単な割には意外と機能してくれているので、一番喜んでいます。
プログラムによる擬似電圧帰還なので制限値も簡単に可変でき、
その値もデジタル表示出来るので、扱い易いです。
今の所プログラムが単純なので、まあまあの動作です。
しかし、改良するともっと良くなると期待できます。
まずは今後の実験に使用して遊んでみる事が楽しみです。
さて、今後の改良点も浮かび上がってきます。
入力電圧計の設置
定電流機能の改良
FET本体も含めた放熱の改良
各ボリウムの操作性の改良
低電流域の改良
電池駆動
等々・・・
最後に・・・
ソースファイルを見てくれた方は、おやっ？と気付いたと思います。
実は本機には拡張モードがあります・・・ (^_^;)
当初のPICプログラミング時は4Aまでの処理が可能となりました。
基本は1Aモードまでで、1Aを超えると2Aモードに自動移行し、
2Aを超えると4Aモードに自動移行する感じでした・・・
測定レンジが4Aまでの広範囲となりますが、色々問題もあります。
3Aを超えるとセメント抵抗の消費電力が定格(10W)越えします
さらにFETの発熱が大きくなり、急速な放熱が間に合うか不明です。
そもそもFET本来の用途であるスイッチング動作はしていないですし。
つまり、本機の破壊の可能性があります。
そのため、4Aモードへの自動移行は、あえて設定しませんでした。
しかしプログラムは残っており、拡張モードとして動作はします・・・
ただ、実験段階では4Aモードで、3Aでの動作は行っています。
その実験中、セメント抵抗もFETもかなり発熱しました。
FETはシリコンラバーを介して放熱器に絶縁・密着しています。
FET本体は10V以上1～2Aでは急速な発熱が伴います。
それが放熱器に伝わるのに時間が掛るのが気になります。
触りながら実験してみて思ったのが、本機の使用限界は3A程度までで、
実用性は2A程度までかなと思っています。
そもそも使用FETのEKI04047の放熱面積が小さい気がしますが・・・
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