パルス幅制御ＩＣが欲しい！　ＰＩＣでＤｕｔｙ制御

Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍの小部屋

本ページは金銭授受を伴う行為を含むAuctionや商用Web Pageからの無断リンク・無断参照を禁じます。
無断リンク・無断参照が判明した時点で然るべき処置をとらさせて頂きます。

１．背景

　センサ信号に比例して豆電球の明暗を制御したいと思い構想を練っていましたが、ＦＥＴや通常のバイポーラトランジスタでアナログ的な出力電力制御をしようとすると、電力制御デバイスの動作点を合わせ込むためにバイアス回路が結構面倒になります。　また、負荷として豆電球と言えども電流は０．５Ａ程度と結構大きな電流となりますので変換効率もちょっと考えないといけないでしょうね。

　そうなるとやはりスイッチング動作がよろしいかと思い、電圧信号をパルスに変換できないか手持ち部品を捜しました。　一番簡単なのがタイマーＩＣ５５５を使用したＤｕｔｙ制御です。　しかし、以下の機能を満足させようとするとコンパレータなど余分な回路も必要となります。

（１）　しきい値以下の電圧レベルだと、出力を強制的に０％にする。

（２）　しきい値以上の電圧レベルだと、出力を強制的に１００％にする。

　と、いうことで、Ｐｉ＿Ｐｉ＿ＩＣ　ＰＩＣでＶＦコンバータと同様にPIC12F683-I/Pを使用してこの機能を実現することにしました。

　なお、本機能は位相制御などの専用ＩＣを使えばもっと高機能を実現することができると思います。　今回は、あくまでも手持ち部品を使い、１日程度で作り込むということで製作した事例です。　決して、市販されている専用ＩＣとの比較は行わないで欲しいです。　

　初回公開後に、５項にPIC12F683-I/PのＰＷＭ機能を使用した改良版を掲載しております。　実際に試してみたい方は５項を参照して下さい。　２～４項は、参考としてご覧願います。

２．　パルス幅制御ＩＣの仕様

　基本的な仕様は前記の「こんなＰｉ＿Ｐｉ＿ＩＣが欲しい。」のとおりです。　前記仕様を実現するためのプログラミングと試作を行い、結果的に下記の仕様としました。

**パルス幅制御ＩＣ　ピンアサイメント**
PIN No	信号名称（PIC）	方向	Ｈレベル
１	ＶＤＤ	－	４．５～５．５Ｖ　（電源の＋側）
２	ＯＳＣ１	－	２０ＭＨｚ　セラミック振動子／水晶振動子
３	ＯＳＣ２	－	２０ＭＨｚ　セラミック振動子／水晶振動子
４	MCLR	入力	リセット入力　（通常Ｈｉｇｈレベル）
５	ＧＰ２	入力	出力パルス発生有効／無効信号入力　（後述のＥＥＰＲＯＭでロジック設定）
６	ＧＰ１	出力	出力パルス　（後述のＥＥＰＲＯＭでロジック設定）
７	ＡＮ０	入力	アナログ入力信号　（０Ｖ～ＶＤＤ電圧の範囲内）
８	ＶＳＳ	－	ＧＮＤ　（電源の－側）

　PIC12F683-I/Pは２０ＭＨｚのＨＳモードで動作させます。
　ADコンバータは１０ビット分解能ですが、上位８ビットを使用しています。
　Ｄｕｔｙ制御の分解能は２５５です。　約０．４％の分解能ということになります。

**パルス幅制御ＩＣ　EEPROM設定**
アドレス	ビット	データ名称	内　　容	デフォルト
0	バイト設定	強制０％しきい値	Ｄｕｔｙ制御スロープ設定ビット＝０時　出力　０％強制しきいち　０～２５５Ｄｕｔｙ制御スロープ設定ビット＝１時　出力　１００％強制しきいち　０～２５５	Ｈ’００’
１	バイト設定	強制１００％しきい値	Ｄｕｔｙ制御スロープ設定ビット＝０時　出力　１００％強制しきいち　０～２５５Ｄｕｔｙ制御スロープ設定ビット＝１時　出力　０％強制しきいち　０～２５５	Ｈ’ＦＦ’
２	０	Ｄｕｔｙ制御スロープ設定	Ｄｕｔｙ制御スロープ設定ビット　＝　０　０％＝Ｈ’００’　～　１００％＝Ｈ’ＦＦ’ Ｄｕｔｙ制御スロープ設定ビット　＝　１　０％＝Ｈ’ＦＦ’　～　１００％＝Ｈ’０’	Ｈ’００’
２	１	出力パルスＧＰ１出力論理設定	ＧＰ１出力論理設定ビット　＝　０　Ｏｎ（１）＝Ｈｉｇｈレベル　Ｏｆｆ（０）＝ＬｏｗレベルＧＰ１出力論理設定ビット　＝　１　Ｏｎ（１）＝Ｌｏｗレベル　Ｏｆｆ（０）＝Ｈｉｇｈレベル
２	２	出力パルス発生有効／無効信号入力ＧＰ２出力論理設定	ＧＰ１出力論理設定ビット　＝　０　Ｈｉｇｈレベルで出力可能　Ｌｏｗレベルで出力停止ＧＰ１出力論理設定ビット　＝　１　Ｌｏｗレベルで出力可能　Ｈｉｇｈレベルで出力停止

パルス幅制御ＩＣのＨＥＸファイルを下記に格納しておりますのでご利用下さい。

　　　ｊｓｋ４５＿ａ．ｈｅｘ　（１，２１９バイト）

３．　パルス幅制御ＩＣの試作例

３．１　動作確認

　このパルス幅制御ＩＣの動作確認回路を下記します。　動作確認で、アナログ入力信号にはランプ波形を入力してパルス幅が変化する様子を観察しました。

【　パルス幅制御ＩＣ　動作確認回路図　】

　ランプ波形はスイッチンオフ時に変化する回路にしています。　三角波のように発振させる必要がありませんので積分回路を利用しています。

　Ｒ１５，Ｃ１１は出力波形観測時にノイズが大きく観測されていましたので設けたローパスフィルタです。

　出力振幅が０Ｖちかく、＋５Ｖ近くの両領域を使用しますのでＲａｉｌｔｏ　Railのオペアンプを使用しています。　今回は秋月電子通商で購入したＬＭＣ６４８２を用いています。

　今回の試作もブレッドボードで行います。　下記に実装例を掲載します。　左側がＬＭＣ６４８２，右側がPIC12F683-I/Pです。

　現在のソフトでは周波数はほぼ１ｋＨｚです。　アナログ入力によって周波数は若干変化しています。　周波数が１ｋＨｚのため、負荷によては負荷から音が聞こえることがあります。　耳触りかもしれませんが、ご容赦願います。　今回の製作例の一番の欠点です。

　

【　パルス幅制御ＩＣ　　試作例　】

　実際にスイッチをオンオフしたときの波形を下記に掲載します。　何となく思ったように動いていますので、動作確認の精査をしていません。　もし、動作のおかしいところに気付けばご連絡頂ければ助かります。

【　アナログ入力　立ち上がり時波形　（Ｄｕｔｙ制御スロープ設定ビット＝０）　】

【　アナログ入力　立ち下がり時波形　（Ｄｕｔｙ制御スロープ設定ビット＝０）　】

【　アナログ入力　立ち上がり時波形　（Ｄｕｔｙ制御スロープ設定ビット＝１）　】

【　アナログ入力　立ち下がり時波形　（Ｄｕｔｙ制御スロープ設定ビット＝１）　】

３．２　照明明るさ制御

　アナログ入力信号として明るさに比例して抵抗値が変化（明るい→抵抗値低下）するＣｄＳを用いた回路を下記に記載します。　また、出力にはパワーＭＯＳ　ＦＥＴを使って豆電球の電力を制御しています。

【　照明　明るさ制御回路　】

　上記事例は暗い時はアナログ入力電圧が高く、明るくなるとアナログ入力電圧が低下する回路（Ｄｕｔｙ制御スロープ設定ビット＝０時）用です。
　暗い時は豆電球が明るく点灯し、明るくなると豆電球が暗くなります。

３．３　リモコン発光ディテクタ

　ＴＶなどのリモコンの電池が正常で赤外線を発光しているかどうかを確認するリモコン発光ディテクタです。　リモコンの赤外線を受光するとパルス列が出力されますので、このパルス列を平滑化してアナログ入力信号として用いています。

【　リモコン発光ディテクタ　回路図　】

　赤外線受光モジュールは秋月電子通商で購入したPL-IRM0101-03を使用しています。
　負論理出力のため、リモコンの発光を受光していないときは出力はＨｉｇｈレベルです。　このためＱ３１の２ＳＡ１０１５を使って論理反転を行っています。
　リモコン発光を受光したときに５Ｖ電源をＣ３２に充電します。　また、Ｃ３２の電荷の放電をＲ３２で行います。　このＣ３２とＲ３２で，受光しなくなった後でも直ぐに豆電球を消灯させず、徐々に暗くなるようにしています。

【　リモコン発光ディテクタ　試作例　】

豆電球は１００円均一の自転車用ハンドル取り付けライトを使用しています。

【　リモコン発光ディテクタ　動作例　】

４．　その他

（１）	ＥＥＰＲＯＭの書き換えはＰｉ＿Ｐｉ＿ＩＣ　ＰＩＣでＶＦコンバータの「４．１　EEPROMデータの書き換え」を参照願います。
（２）	パルス幅制御ＩＣを使用する場合、アナログ入力信号が電源電圧５Ｖ以上、０Ｖ以下にならないように保護回路を設けて下さい。
（３）	アナログ入力信号としては、いろいろな信号を入力できます。　パルス状の信号もＦＶコンバータ的な回路を使うことで回転数に比例して照明を制御することもできます。　いろいろ応用例ができそうです。

５　ＰＩＣでＤｕｔｙ制御　改良版

　大変お恥ずかしい事ですが、PIC12F683-I/PのＰＷＭ機能を使用することに全く思い至りませんでした。　未だに、PIC16F84Aから抜け出せていないようです。　早速ＰＷＭ機能を用いた改良版を作成しました。　ＰＷＭの周波数は約２０ｋＨｚにしていますので、負荷から音が聞こえることは無くなりました。　また、当然の如く、Ｄｕｔｙを変えても周波数は変化しません。

　以下、改良版による変更部分を記載します。

５．１　改良版　PIC12F683-I/Pの仕様

**パルス幅制御ＩＣ（改良版）　ピンアサイメント**
PIN No	信号名称（PIC）	方向	Ｈレベル
１	ＶＤＤ	－	４．５～５．５Ｖ　（電源の＋側）
２	ＯＳＣ１	－	２０ＭＨｚ　セラミック振動子／水晶振動子
３	ＯＳＣ２	－	２０ＭＨｚ　セラミック振動子／水晶振動子
４	MCLR	入力	リセット入力　（通常Ｈｉｇｈレベル）
５	ＧＰ２	出力	出力パルス　（正論理固定）
６	ＧＰ１	入力	出力パルス発生有効／無効信号入力　（後述のＥＥＰＲＯＭでロジック設定）
７	ＡＮ０	入力	アナログ入力信号　（０Ｖ～ＶＤＤ電圧の範囲内）
８	ＶＳＳ	－	ＧＮＤ　（電源の－側）

　PIC12F683-I/Pは２０ＭＨｚのＨＳモードで動作させます。
　ADコンバータは１０ビット分解能ですが、上位８ビットを使用しています。　
　ＰＷＭのＤｕｔｙの分解能は１０ビットですが、上位８ビットを使用し、下位２ビットは０としています。
　Ｄｕｔｙ制御の分解能は２５５です。　約０．４％の分解能ということになります。
　Ｄｕｔｙ１００％の場合はＰＷＭ機能を停止して、GPIOポート設定としてＨｉｇｈレベルを出力させています。

**パルス幅制御（改良版）　EEPROM設定**
アドレス	ビット	データ名称	内　　容	デフォルト
0	バイト設定	強制０％しきい値	Ｄｕｔｙ制御スロープ設定ビット＝０時　出力　０％強制しきいち　０～２５５Ｄｕｔｙ制御スロープ設定ビット＝１時　出力　１００％強制しきいち　０～２５５	Ｈ’０５’ （約０．１Ｖもしくは４．９Ｖ相当）
１	バイト設定	強制１００％しきい値	Ｄｕｔｙ制御スロープ設定ビット＝０時　出力　１００％強制しきいち　０～２５５Ｄｕｔｙ制御スロープ設定ビット＝１時　出力　０％強制しきいち　０～２５５	Ｈ’ＦＡ’ （約０．１Ｖもしくは４．９Ｖ相当）
２	０	Ｄｕｔｙ制御スロープ設定	Ｄｕｔｙ制御スロープ設定ビット　＝　０　０％＝Ｈ’００’　～　１００％＝Ｈ’ＦＦ’ Ｄｕｔｙ制御スロープ設定ビット　＝　１　０％＝Ｈ’ＦＦ’　～　１００％＝Ｈ’０’	Ｈ’００’
２	１	未使用	未使用
２	２	出力パルス発生有効／無効信号入力ＧＰ１出力論理設定	ＧＰ１出力論理設定ビット　＝　０　Ｈｉｇｈレベルで出力可能　Ｌｏｗレベルで出力停止ＧＰ１出力論理設定ビット　＝　１　Ｌｏｗレベルで出力可能　Ｈｉｇｈレベルで出力停止

パルス幅制御ＩＣ（改良版）のＨＥＸファイルを下記に格納しておりますのでご利用下さい。

　　　ｊｓｋ４５＿ｂ＿ｒ１．ｈｅｘ　（１，２６４バイト）

パルス幅制御ＩＣ（改良版）を使用した場合の回路図を下記に掲載します。

【　パルス幅制御ＩＣ（改良版）　動作確認回路図　】

本例をベースした製作例：「今何時！　リモコンでナイトライト　（おまけで、リモコン電池大丈夫）」参照。

【　照明　明るさ制御回路（改良版）　】

【　リモコン発光ディテクタ　回路図（改良版）　】

【プログラム書き込みサービス】　

　本事例は試作のため、現状ではＰＩＣマイコンの書き込みサービスの対象とはしません。

　Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍの小部屋へ戻る　　　　　　ホームページへ戻る

End of This Page.