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yoshikiyo Lab

自称makerのブログ。電子工作とかテスラコイルとか 「とりあえず動けばいい」そんな適当すぎるものづくりをしています。

   

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CVCC電源装置の製作

 20V、5A程度の可変電源がほしくなったので製作してみました。
スイッチング方式としたので非常に小さく作ることができました。


フロント側から


内部構造


実験中の電源回路


■仕様
定電圧出力 DC 0~20V
ボリュームにより連続可変

定電流出力 DC 0~5A
ボリュームにより連続可変

出力電圧モニタ
0.0V~20.0V 0.1V分解能

電流モニタ
0.00A~5.00A 0.01A分解能

設定方式はアナログ可変抵抗器
アナログボリュームなので設定値が不揮発性?

サイズ 250×180×70mm


■回路構成
リニア方式とスイッチング方式の電源方式があります。
今回は小型に電源を作りたいのとモータなどのパワー回路の実験用電源を想定しているため
ノイズなどの影響が小さいことからスイッチング方式を採用しました。

・リニア方式
 
負荷の両端の電圧をR1,R2で分圧してエラーアンプに入力します。
エラーアンプはこの電圧と基準電圧(Vref)が等しくなるようにFETのゲート電圧を調整します。



出力されない不要な電力はFETで消費され熱となるため効率が低下します。
24V入力で1V,5A出力した場合、(24-1)×5=115Wが熱となります。
ノイズが少ないといったメリットもあります。

・スイッチング方式

 
負荷の両端の電圧をR1,R2で分圧してエラーアンプに入力します。
エラーアンプはこの電圧と基準電圧(Vref)が等しくなるようにFETを
駆動するパルス幅を調整します。


FETをスイッチングして得られた出力をLCフィルタで平滑することで必要な電圧を得ます。

・実際の回路構成

今回の電源では大電流を扱うためダイオードでの損失(Vf×出力電流)が大きくなるため
先ほどの回路のD1をFETに置き換えて同期整流としました。
また、CVCC動作を簡単に実現するために制御回路をマイコンにしています。

■回路図

電源回路


7セグメントモニタ回路

制御ソフトについてはもう少しまとまってから説明しようと思います。

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ジャイロセンサについて

ジャイロセンサメモ

ジャイロセンサの方式と特性
■圧電振動方式
特性が安定しにくいらしい
出力特性が非線形
安価

ENC-03RC/Dなど

■MEMS(微小電気機械システム)方式
特性がわりと安定している
出力特性がほぼ線形
高価
最近はこちらが一般的

L3GD20
MPU-6500など

どちらの方式のセンサも温度によるドリフトはあるようなので値の補正は必要

MPU-6500はジャイロセンサと加速度センサが一体になったセンサーです。
ジャイロセンサで検出できるのは角速度のため動いているときしかセンサの値に変化がありません。停止時の姿勢を検出するためには加速度センサと組み合わせて使用することが多いため加速度センサが組み込まれているのは非常に便利そうです。

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ブラシレスモータドライバの実験2

実験用回路を設計しました。

ブラシレスモータドライバ


CPUボード

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ブラシレスモータドライバの実験

ブラシレスモータドライバを自作するために基礎的な実験を始めました

一般的なモータはブラシ付きモータです。
ブラシと整流子によって機械的に電流の切り替えを行い回転します。
電源につなぐだけで回転を始めます。


ブラシレスモータは名前の通りブラシがありません。
電気的に電流の切り替えを行い回転を行います。


ブラシレスモータは通常の電源につなぐだけでは回転しません。
下記の図のように電気的に各層に流れる電流を切り替えて制御します。


実験回路はこんな感じです。



6個のFETで電流を切り替えます。
一応各層の電流と電圧を監視できるようにしました。

最終的にはセンサレスのブラシレスドライバに仕上げたいと思思います。

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RollingCube

久しぶりに動くもの作りたいなぁと思っているところでこんなものを見つけました。
ブラシレスモータを3個搭載してジャンプしたり静止したりするロボットのようです。


こんな構成でできないかと考えてみました。


Raspberry PiにROS(Robot Operating System)を載せて制御できないかと考えています。
Raspberry Pi3ならBluetoothとかWiFも対応しているので外部制御する場合に都合がよさそうです。

全体はRaspberry Pi3でコントロールします。
ブラシレスモータは制御が複雑なため専用にサブマイコンを載せて制御しようと思います。
モータドライバはRaspberry Pi3からの指示を受けて速度制御をするような感じです。

まずはブラシレスモータドライバの開発から進めていこうと思います。

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