Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍの小部屋

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ＤＣ電源付き　ド忘れタイマー２の製作
　

注意

１．背景

　「ＤＣ電源付き　ド忘れタイマーの製作」 は無意識の通電を少しでも防止することを目的に、通電開始時に タイマーオンスイッチ（「ＤＣ電源付き　ド忘れタイマーの製作」 回路図のＳＷ１）を必ず押す必要がある 設定にしていましたが、現在ではこれを面倒に感じるようになりました。　現在の機能のままでも特段支障があるわけではありませんが、これらの面倒な点を改善したいと思うようになりました。
　また、「ＤＣ電源付き　ド忘れタイマーの製作」 ではＤＣ電源部を自作するために、製作が少し面倒な点もありました。　その後、比較的小型で安価な「５Ｖ７００ｍＡ超小型スイッチ電源モジュール」を見つけました。　これを利用しない手はありません。

【　５Ｖ７００ｍＡ超小型スイッチ電源モジュール　】

　これら２点を見直した「ド忘れタイマー２」を試作しましたので紹介します。　本Webページは試作品の公開であり実運用品ではありません。　そのため、外形が大きいままで、かつ、安全性に対して不備（感電対策未実施、定格外部品の利用）があることをご了承願います。

２．　ド忘れタイマー２　回路・仕様

　「ド忘れタイマー２」の仕様を以下のようにしました。

• 「ド忘れタイマー２」の出力オン動作を「ＡＵＴＯ」と「ＭＡＮＵＡＬ」のいずれかを選択できるようにしました。

• タイマー用マイコンＩＣ１（ＰＩＣ１２Ｆ６８３−Ｉ／Ｐ）のプログラムは［ド忘れタイマー 　 手抜き充電式器具用タイマーの製作］・「ＤＣ電源付き　ド忘れタイマーの製作」と同一です。　タイマーの時間など所望の動作設定が無い場合は、ＥＥＰＲＯＭのデータを書換える必要があります。 　PICマイコンにＨＥＸファイルを書込む手順、EEPROMのみを書替える手順をＱ＆Ａの小部屋の「ＰＩＣマイコンのプログラム書込み、データ変更方法がわからない。」に記載しています。
  　

• 短絡保護用にヒューズを設けました。　今回は定格通過電流１Ａａｃ程度を想定して、２Ａ定格のヒューズを用いました。　実際には負荷電流に見合った電流定格のヒューズを選定する必要があります。
  　

• マイコン用の５Vdc電源ＰＳ１には「５Ｖ７００ｍＡ超小型スイッチ電源モジュール」を利用しました。
  　

• 出力オンオフ制御として従来はリレーを用いていましたが、今回は「ソリッドステート　リレー　（半導体リレー）キット (K-203)」を利用しました。
  　

• 動作の目視確認のために、ＳＳＲ　ＯＮを確認するＯＮ確認ＬＥＤと、マイコンが動作していることを確認するＢＵＳＹ確認ＬＥＤを設けました。

　上記仕様をもとにして試作した「ド忘れタイマー２」の回路図を下記に示します。

上記回路図をクリックすると原寸の回路図を閲覧できます。

【　ＤＣ電源付きド忘れタイマー２回路図　】

３．　ＤＣ電源付きド忘れタイマー２　製作例

　上記の仕様で製作した基板を下図に掲載します。

• ５Vdc電源ＰＳ１、「ソリッドステート　リレー　（半導体リレー）キット (K-203)」、ヒューズＦ１用ヒューズホルダーは交換できるように製作しました。　試作段階ではピンヘッダ・ピンソケットを利用して、それぞれ単独に脱着できるようにしました。
  　

• 動作チェック用にＳＳＲのオン信号を遮断するジャンパーＪＰ３を設けています。　通常使用時ではＪＰ３を設ける必要はありません。 （ＪＰの回路を短絡状態にする。）
  　

• ＳＷ１はスライドスイッチ、ＳＷ２は信号用のモーメンタリースイッチ（ボタンを押している間のみ接点閉）、ＳＷ３は１００Ｖａｃ用のモーメンタリースイッチを利用します。
  　

• １００Ｖａｃラインに接続する端子台ＴＢ１・ＴＢ２およびＳＷ１・ＳＷ３は１００Ｖａｃラインに耐えうる仕様の部品を利用する必要があります。　ただし、今回の試作では１００Ｖａｃラインに絶縁トランスを設けて動作確認をしました。　少なくとも対地（アース）基準にした感電はしないため、電圧定格を満足していない部品を利用しています。　連続使用する場合には必ず電圧定格を満足した部品を選定する必要があります。
  　

【　ＤＣ電源付きド忘れタイマ　外観１　】

【　ＤＣ電源付きド忘れタイマ　外観２　】

【　ＤＣ電源付きド忘れタイマ　外観３　】

【　ＤＣ電源付きド忘れタイマ　外観４　】

【　ＤＣ電源付きド忘れタイマ　外観５　】

【　ＤＣ電源付きド忘れタイマ　外観６　】

【　ＤＣ電源付きド忘れタイマ　外観７（ハンダ面）　】

【　５Vdc電源ＰＳ１、「ソリッドステート　リレーキット」、ヒューズＦ１　外観１　】

【　５Vdc電源ＰＳ１、「ソリッドステート　リレーキット」、ヒューズＦ１　外観２　】

【　ＤＣ電源付きド忘れタイマー２　ＡＣコード含む　】

４．　ＤＣ電源付きド忘れタイマー２　誤動作・対策

　上記の仕様で製作した 「ＤＣ電源付きド忘れタイマー２」は所定の動作を確認して試作完了したと判断しました。　その後、波形観測時の感電防止のために絶縁トランスを介して電源１００Vacを給電している場合に限り、ＮＡＭＵＡＬ設定でタイマーオンスイッチ（ＳＷ３：ＴＨＲＯＵＧＨ）を押していないにもかかわらず電源１００Vacの給電開始時、給電停止時に時たまタイマーが起動しました。　現状の回路のままでは電源１００Vacラインの影響を受けることになり、回路の再現性に問題があることが判明しました。

　誤動作は（１）誤動作の発生確率は高いが必ず発生するわけではない、（２）現象が発生するのは電源１００Vacの給電／停止のために電源スイッチをオンオフしたときである時に発生するとより、誤動作の原因は電源スイッチのオンオフ時のチャタリング（アーキングかも）に起因の電圧波形急変（ｄＶ／ｄｔ）と推測しました。　これを確認するために「モバイル型絶縁高電圧入力レコーダ　ＮＲ−２０００   高電圧絶縁ユニット　ＮＲ−２０１０」を利用して波形観測しました。　（電源ラインとマイコン信号を同時に観測できる「高電圧絶縁ユニット　ＮＲ−２０１０」はとても便利です）

　観測結果より、やはり電源スイッチオンオフ時に電圧急変が発生しており、これがトリガとなって「ソリッドステート　リレーキット」のトライアックが誤って短時間オンする（一度オンして電圧ゼロクロスした時点でオフ）現象を確認できました。　この短時間オンにより５Vdc電源ＰＳ１よりマイコン回路へ５Vdcが供給されてマイコンが動作していることを確認できました。　以下に観測結果を掲載します。　また、誤動作しない場合は、ＡＣ入力の電圧波形の位相が０°もしくは１８０°付近で、電圧値が小さく、電圧波形急変量が比較的小さい場合であることも確認できました。

　「ソリッドステート　リレーキット」関連の資料を調べてみると、トライアックのＧ−Ｔ１間のゲート抵抗が設けられていないようなので、ゲート抵抗を追加してみました。　しかし、誤動作の改善は確認できませんでした。　簡単に改善できそうにありません。

　これより、対策として（１）「ソリッドステート　リレーキット」回路部分を置き換える、（２）電源電圧急変を抑えるの２通りを試してみました。　それぞれ効果がありましたので下記に紹介します。

４．１　「ソリッドステート　リレーキット」をＳ２１６Ｓ０２に交換。

　「ＤＣ電源付きド忘れタイマー２」と類似の主回路を利用している「電力調整器「ちょこっと電熱器」ではＳＳＲとしてＳ２１６Ｓ０２を利用しています。　これを参考にして「ソリッドステート　リレーキット」をＳ２１６Ｓ０２に交換することで誤動作を確認できなくなりました。

上記回路図をクリックすると原寸の回路図を閲覧できます。

【　ＤＣ電源付きド忘れタイマー２回路図（Ｓ２１６Ｓ０２利用時）　】

【　製作例（Ｓ２１６Ｓ０２利用時）　】

【　動作例（Ｓ２１６Ｓ０２利用時）　】

４．２　「ソリッドステート　リレーキット」を（メカニカル）リレーに交換。

　「ＤＣ電源付きド忘れタイマー２」のベースとなった「ＤＣ電源付き　ド忘れタイマーの製作」の主回路では（メカニカル）リレーを利用してます。　これを参考にして「ソリッドステート　リレーキット」を（メカニカル）リレー９４１Ｈ−２Ｃ−５Ｄに交換することで誤動作を確認できなくなりました。

上記回路図をクリックすると原寸の回路図を閲覧できます。

【　ＤＣ電源付きド忘れタイマー２回路図（９４１Ｈ−２Ｃ−５Ｄ利用時）　】

【　製作例（９４１Ｈ−２Ｃ−５Ｄ利用時）　】

【　動作例（９４１Ｈ−２Ｃ−５Ｄ利用時）　】

【　参考　Ｓ２１６Ｓ０２・リレー回路外観１　】

【　参考　Ｓ２１６Ｓ０２・リレー回路外観２　】

４．３　電源電圧急変を抑えるのスナバ回路を追加。

　「ソリッドステート　リレーキット」には過電圧抑制のためにバリスタが設けられていますが、電源電圧急変を抑える効果はありません。　そのため、スナバ回路（Ｓｎｕｍｂｂｅｒ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）と称する電圧急変を緩和する回路をバリスタに並列になるように追設しました。　スナバ回路を追設することでに「ソリッドステート　リレーキット」を利用しても誤動作を確認できなくなりました。

　スナバ回路の効果を確認できるようにジャンパーＪＰ４を設けています。　実運用ではＪＰ４は不要です。（ＪＰ４の回路を短絡状態にする。）

　スナバ回路の抵抗Ｒ７とキャパシタＣ２は１００Ｖａｃラインに利用できる定格電圧の部品を利用します。　これは必須です。

　スナバ回路の抵抗Ｒ７とキャパシタＣ２の部品定数の最適値は負荷により変わります。　決まった部品定数はありませんが、今回は手持ち部品（不要となった／破損したＡＣアダプタなどからの取り外し品を流用）からそれなりの部品定数の部品を利用しました。
　Ｃ２の容量が小さいと電圧急変を抑える効果が小さくなります。　しかし、容量を大きくすると漏れ電流が大きくなります。　その場合、負荷が軽い場合、「ソリッドステート　リレーキット」がオフしているにも関わらず負荷両端にＡＣ電圧は生じることがあります。　Ｃ２の容量決定は正直なところ難しいです。　あれこれ悩むより、安全な範囲で手持ち部品を最優先として部品定数を決めました。　Ｒ７も部品定数を決めるのは容易ではありませんが、少なくとも電力１Ｗ以上の抵抗のなかから手持ち部品を最優先として部品定数を決めました。　個人的な利用用途ではスナバ回路の部品定数決定はこんなものですが、お仕事ではこのような雑なことをしてはいけません。

上記回路図をクリックすると原寸の回路図を閲覧できます。

【　ＤＣ電源付きド忘れタイマー２回路図（スナバ回路追加時）　】

ベースとなるユニバーサル基板のみの改造となります。

【　製作例（スナバ回路追加時）　】

【　製作例ハンダ面外観（スナバ回路追加時）　】

【　動作例（スナバ回路追加時）　】

　以上、対策を３例示しましたが、基本的には電圧急変を抑えるのが望ましいと考えています。　よって、「４．３　電源電圧急変を抑えるのスナバ回路を追加。」をお勧めとさせていただきます。　でもスナバ回路の部品 選定は未だにちょっと悩ましいです。

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