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zoom RSS 新しいF1ファミリPICを使った昇圧DCDCコンバータ

<<   作成日時 : 2011/10/13 21:44   >>

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 長らく更新をしていなかった「からくり玉手箱」のSTM32Discoveryを使ったマイコンプログラミング4の更新を一時中断しましたが、これに代えて、新たに新PICを使った電子工作を始めることにしました。
 PICは、2輪倒立振子ロボットで18F2550と18F14K50を使いましたが、ポピュラーなPIC16F84より高速、高性能、高機能なエンハンスドPIC16ファミリが100円程度(秋月通商)で買えます。また、USBマイコンではかなり安い18F14K50をもっと使い倒したい等... この秋は、こんな趣向の電子工作をやってみることにしました。

 手始めに、PIC12F1822(8pin)を使った電子工作をやってみました。このマイコンは、PIC12Fでありながら、エンハンスドPIC16のコマンドを搭載し、最高内蔵32MHzクロックが使えます。さらに1個100円を切る(秋月)コストパフォーマンス抜群のマイコンです。速いクロックを生かして、このPICと安いパワーFETを組み合わせることで、高価な電源ICを使わない昇圧DCDCコンバータを作ってみました。当然デジタル制御なので安定して動きますし(ソフト次第ですが)何と言ってもソフトウェアで制御ロジックを組めるので、あり合わせのインダクターを買ってきてもそれに合わせてPWMの周波数を調整したり、PWMやAD変換などのPIC内蔵機能やPD制御ロジックを試す実験機材としても面白いものになりそうです。おまけに、シリアルインタフェースを使って外部から電圧を可変したり、外部に出力電圧を表示することも簡単に出来そうです。また、このPICに内蔵のEEPROMに必要な出力電圧値を設定することで、出力電圧をトリマ等を載せなくても電圧を調整することが出来ます。

DCDCコンバータは、一応以下の仕様を考えてみました。

 ・入力電圧 3.5V〜5V
 ・出力電圧 4V〜20V
 ・外部インタフェース I2C(電圧設定、表示)
 ・PIC内蔵の固定電圧リファレンス(2.048V)をAD変換器の基準電圧に使用
 ・PWM周波数 160KHz

 インダクターは、秋月に売っていた表面実装用の27μH(3.1A)を使ったので、PWM周波数は、200KHz位欲しいのですが、このPICのPWM回路の入力クロックが、32MHzクロックを4分周した8MHzになっているため、200KHzを出そうとすると、PWMの分解能が40になってしまいます。((8MHz÷40=200KHz)これでも問題なく動くのかも知れませんが、まだしっかり調整していないので、少し落ち着いたら適切なポイントを探して見ます。

 PWMのパルス幅の制御は、PWM出力をポストスケーラをX8に設定して割り込みソースにすることで、50μS間隔の割り込みで行っています。割り込みハンドラの中は、AD変換出力からパルス幅を決定するPD制御でが、固定小数点で、longやshort longを使うとあっという間に処理時間が50μSを越えてしまうので、intでオーバフローしないように計算しています。
 
 回路図を下記に示しますが、出力電圧を約1/10に抵抗で分圧して、PICのAD変換に入力しています。AD変換は、内蔵の基準電圧(2.048Vに設定)をフルスケールにして10bitの分解能で、この1/10にした出力電圧を測定し、目的の出力電圧になるように、PWMのパルス幅を決定するロジックになっています。この変換ロジックにPD制御を使っていますが、現在のパラメータが最適かどうかは、まだ試せていませんが、一応それらしい出力は出ているようです。

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 写真は、出力電圧14.4Vで自転車用の6V 2.4Wの豆電球を2個直列に繋いで、電流0.4Aでしたので、5.76Wの出力です。入力を計ると約4.8Vで2.0Aが流れていましたので、約60%位の効率のようです。もう少し調整すれば効率を上げられると思います。この状態で、インタクターやFETに触ってみてもほとんど発熱は感じられません。効率を80%位まで上げられれば、15Vで1A位の出力は取れるかもしれませんが、それはこれからの課題にします。

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 外部インタフェースのI2C制御やEEPROMの制御ロジックはこれからです。まずは、I2Cの相手側のハードウェアを作ってからこれらを組み込むことにします。


 

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