picマイコンの出力にて、定電流回路をON/OFFさせLEDを駆動させたいのですが？

Question

PIC16F84Aマイコンを使用して、duty比　1:10　ON時間　10mS　のパルスを
出力して、その出力にて　2SC1815　を駆動させ、LM317Tを使用した
（100mA　又は　1A)　の　定電流回路を、ON/OFFさせたいといろいろ
実験をしていますが、どうも上手くいきません。
定電流回路は、LM317の出力に抵抗を入れそこに　LM317のajs　を繋ぎ
LEDに出力と考えています。
こういった構成では、不可能なのでしょうか？
どの様な回路を組んだら実現できるのか教えて頂けませんか？

tance · Accepted Answer

#6 tanceです。

soramistさん、補足をありがとうございます。
Q1のエミッタ抵抗には5V-0.7V-0.7V-0.7V = 2.9V加わり、Q3のベース
電流を100mAとすると、29Ωとなります。余裕を見て22Ωとしました。
（余裕見過ぎですかね・・・特にQ3のhFE）

さて、LM317を使うのがいけない訳ではありません。パルス幅が10msec
と遅くても、立ち上がりは速くなければならないこともありますので
スイッチが速い参考回路を考えてみました。

Q１はLM317の負荷電圧が高速で変化しないようにするもので、LM317
の出力のトランジェントが改善されます。不要なら取り払っても
動作します。V2は適当な直流電圧です。具体値はLED電圧や入力電圧
によります。Q1は電流誤差を減らすためにはhFEの高いものを使う
必要があります。（またはダーリントン）

D1とD2は、Q2,Q3の制御トランジスタがダーリントンなので、ON電圧
が高く、LED電流をより完全にOFFさせるために入れました。

LED電流がOFFのときも電流が流れ続けることは確かにもったいないの
ですが、定電流と高速を両立させるには一番間違いない方法です。

soramist · Answer

ANo.5です。

>・・・といった結線で合っていますか？

はい。
正しいです。

ANo.6さん、本当にキレイな図をお書きになっておられますね。
感心します。
ついでですので２，３補足させていただきます。

LEDから下には、1.4Vの電圧を確保する必要があります。
（ここの電位は1.4V以下にはならない・・・ということ）
また、エミッタ抵抗には、Q1から流れ込むバイアス電流がLED電流と重畳して流れます。
この電流は約15mAと算定されます。
従ってLEDに100mA流したいときは、エミッタ抵抗を6.8Ωでなく、
　　R=0.7V/0.115A=6.1Ω
とする必要があります。
または、Q1のエミッタ抵抗を220Ωから2.2kΩに上げてもよい、と思います。
（ANo.6さんは「細かいことを言わないなら・・・」と書かれていますが、あまり細かいことでもないので・・・また回路を理解する上でも役立つ、と思い、僭越ですが追記させていただきます）

最後に質問者さんが提示された回路とこの回路の優劣ですが、LM317の内部構造から見て、制御精度は同じくらいであり、部品点数の少なさで、質問者さんご提示の回路の方が優れていると思うのですが如何でしょうか。
（LM317も電圧ドロップを1.4Vくらいはみておく必要があり、この点では同等）

tance · Answer

＃２ tanceです。

10msec ONで 90msec OFFと考えて良いですか？
出力電流は100mA又は1Aですね。（精度はあまり要求されないと、勝手に
解釈しました）

このくらいの定電流をスイッチするのでしたらトランジスタだけで
簡単に作れます。図を見てください。１Aという電流をスイッチするには
マイコン出力のパワーそのままでは負荷が重いので、トランジスタが
少し余計に必要になります。そう考えると図の回路は大して複雑では
ないと思います。

Q3が出力の電流を制御する石です。ここは発熱など考慮しなくては
なりません。LED電源電圧とかLEDの電圧とかに関係するので、今までの
情報では放熱器などの設計はできませんので、Q3の具体的名前は
未定のままにしています。

Q3のエミッタに入っている抵抗にはLEDに流れる電流がほとんどそのまま
流れますので、この電流×抵抗値がQ2をONできる程度になるとQ2がON
ぎみになってQ3をOFF方向に引っ張ります。この結果、出力電流は
0.7V/6.8Ω = 0.1A　又は 0.7V/0.68Ω = 1A という一定値になります。

その制御の元になるQ3のベース電流自体をON・OFFしようというのが
この回路です。Q1はマイコンの負荷を軽くするために入っています。

もっとスピードが要求されるとか、電流精度が要求される場合は
LM317などのICを使う必要が出てきます。

soramist · Answer

ANo.4です。
図を書くのにずいぶん手間取り、行ったり来たりしているうちに、うっかり投稿ボタンを押してしまいました。(-_-;)
書き終わって戻ってみるとレスが入っていたので、びっくりしました。
これくらい早いレスをいただけると嬉しいですね。(^_^;)
（おかげで削除依頼が出来なくなりましたが・・・）

ms単位のスイッチングなら、全く問題ないです。
ドライブにパワーTrを使っても、μsオーダーのスイッチングは出来るでしょう。（10μs以下）

大電流を操作したければ、FETを使うのが良いです。
FETの場合、ドライブ電流を考えなくてよいので設計が樂です。

soramist · Answer

NPN Trを使うからうまく行かないのです。
PNP Trに変えてみてください。

　　　　　　　　　　　 　   　PNP Tr
　電源ーーーーーーE　　　　  CーーーLM317定電流出力ーー
　　　　　｜　　｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　｜　　　　
　　　　　｜　　｜　　　　   B　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
　　　　　｜　　 Rーーー｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
　　　　　｜　　　　　　　｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　LED
　　　　　｜　　　　　　　｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜　
　　　マイコンーーーー｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
　　　　　｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
　　　　　｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
　　　　　｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
　　ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー

Rはバイアス電流供給のための抵抗です。
流したい電流をHFEで割った値以下にする必要があります。
マイコンの電源は、定電流源と同じ電位にする必要があります。
定電流源の方が高すぎると、マイコン出力がHになったとき、完全に遮断することができません。
(ダイオードで補う方法もある)

なお、2SC1815では、1Aもの通電は到底無理です。
もっと大きなTrに変える必要があります。

ANo.2さんの提案は、ほとんど何も考えないで（電圧配分等を）実行できるという点で、わかりやすいです。
この場合、LEDと並列にNPN Trを入れます。
マイコン出力Hで、TrがONになり、LEDへは全く電流が行かなくなります。
ただし、LEDが消えているのに電流を流し続けなければならない、という欠点があります。

図がうまく引けなくてごめんなさい。(-_-;)

soramist · Answer

NPN Trを使うからうまく行かないのです。
PNP Trに変えてみてください。

　　　　　　　　　　　    　PNP Tr
　電源ーーーーーーE　　　　  CーーーLM317定電流出力ーー
　　　　　｜　｜　　　　　　　　　　　　　　　  　　　｜　　　　
　　　　　｜　｜　　　   B　　　　　　　　　　　　　　｜
　　　　　｜　 Rーーーー｜　　　　　　　　　　　　　　｜
　　　　　｜　　　　　　｜　　　　　　　　　　　　　　LED
　　　　　｜　　　　　　｜　　　　　　　　　　　　　　｜　
　　　マイコンーーーーー｜　　　　　　　　　　　　　　｜
　　　　　｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
　　　　　｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
　　　　　｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
　　ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー

tance · Answer

定電流回路のOFFは普通の電圧のOFFとは考え方を変えなくては
なりません。＃１の方のおっしゃるとおり、一定の電流を流そうと
している回路をむりに開放してしまっては、どうにもなりません。

乾電池をモータにつないで回しているときに、モータをOFFにしたいと
します。OFFとはモータに電圧を与えないことだと言って、電池を
ショートするでしょうか。定電流回路の出力をオープンするという
ことは電池をショートすることと同じなんです。

さて、ではどうするかというと、定電流回路の出力をOFFするには
その電流を負荷以外のところへ流せば良いのです。一番簡単には
負荷をスイッチでショートします。これで電流は負荷へは行かず
ショートの方へ流れ続けるので、定電流源にとっては出力は一定を
保て、負荷には電流が流れず（OFF）両方うまくいきます。

rabbit_cat · Answer

定電流回路をＯＮ／ＯＦＦってことですが、
なんとなく想像するに、単純にＬＭ３１７Ｔで作った定電流回路の後に、トランジスタ（つまりスイッチ）をつけているってことですか？

考えれば、当たり前なんですが、
　　＿＿o スイッチ o＿＿
　｜　　　　　　　　　　　　　｜
定電流源　　　　　　　　　負荷
　｜＿＿＿＿＿＿＿_＿｜

こんな回路だと、スイッチがＯＦＦしているときは、定電流回路が頑張って流そうとしている電流の流れる先がないことになって、おかしなことになります。

picマイコンの出力にて、定電流回路をON/OFFさせLEDを駆動させたいのですが？

#6 tanceです。

ANo.5です。

＃２ tanceです。

ANo.4です。

この回答への補足

NPN Trを使うからうまく行かないのです。

NPN Trを使うからうまく行かないのです。

定電流回路のOFFは普通の電圧のOFFとは考え方を変えなくては

定電流回路をＯＮ／ＯＦＦってことですが、

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