マイコン使用60V電圧計入力回路

60Vフルスケールの電圧計をマイコンで実現する際の入力回路に関してのメモ。
アッテネータ・短絡保護・電源への回り込み対策

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○マイコンを用いた計測システム
Ariesの表示機にはバッテリー電圧とキャパシタ電圧を測定するために60Vフルスケールの電圧計が必要です。
A/Dコンバータを持ったマイコンを使えば、電圧計は簡単に作れます。以下のように電圧計の入力回路の設計をしました。


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fig.1: 入力段回路図


○ヒューズ
バッテリーにせよキャパシタにせよ、インピーダンスの低い電圧源なので短絡させると大電流が流れます。正常動作時にはほとんど電流が流れないはずなので、遮断電流は適当に小さなものを選びます。

ヒューズの直列抵抗は、抵抗で構成されるアッテネータに直列に入るため、誤差の要因となりますが、さほど精密測定と言うわけでもないので余り気にしないことにします。

○フォトカプラ
マイコン利用の電圧計の場合、電圧計側の電源が入っていない状態で測定端子に電圧を入力すると端子の寄生ダイオードダイオードから電源に電流が流れ込み中途半端にマイコンが動作してしまうため、対策が必要になります。

今回はフォトカプラでスイッチにしました。フォトカプラは汎用品ですが、コレクタ-エミッタ間耐圧は80VあるPC817Cを選びました。

○アッテネータ
マイコンを5V動作させる前提で、12:1のアッテネータで60Vフルスケールを5Vに分圧します。


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fig.2

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fig.3


フォトカプラ1次側の順電流がもったいないので、普段はoffとしておくとC1への充電に10ms程度の時定数を要します。

○関連エントリ


○付録
このエントリで使用したLTspiceのシミュレーション用ファイルとBSch3V形式の回路図ファイルを添付します。ファイル名末尾の".txt"を削除して、"_"を"."に変更すれば使えるはずです。


○フィードバック

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tag: LTspice A/Dコンバータ 

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強電?

私は、超弱電ばかりを扱っていたので、こういう回路の必要性というのは考えても見ませんでした。
この記事を見て、昔の話を思い出しました。あるマイコン内部の一部の回路ブロックのグランドをメタル(アルミ層)でつなぐのを忘れていて、サブストレート(シリコン基板)だけでつながっていたのですが、それなりに動いていました。同じように端子からの電源供給だけでも、マイコンってやつはそれなりに動いちゃうのですよね。

ヒューズもそうですが、フォトカプラのVCEも誤差要因になると思います。きっと、測定対象の電圧があまりにみ高いから問題にならんのだと解釈しています。

Re: 強電?

のりたんさん、こんにちは。
私は計測器だけなので、弱電ですね。のりたんさんのような「超弱電」には手が出せませんが。

端子からの電源供給と言えば、以前私の友人にPIC16F84Aで電源端子をつながずにLEDピカピカをやった人がいました。彼いわく「74シリーズみたいにICの対角が電源端子とGND端子だと思ってた」とのことで、入力端子に5VとGNDがつながっていたのでした。
LEDは6mA前後の電流を食っていたはずなので、それをすべて入力端子の寄生ダイオードから供給していたことになるのですが、なかなかどうしてぶっとい寄生ダイオードです。

フォトカプラのVCEも誤差要因となるのは、おっしゃるとおりです。測定対象の電圧が高いというのもありますが、今回の場合は、さほど高確度の測定を求められているわけでもないと言うのもありますね。
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