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PICで電球の明るさをコントロールしたい

2007/07/14 23:58

以前にＰＩＣの出力ピンにトランジスタを繋ぎ１２Ｖ５Ｗの電球を点滅させる実験をしました。プログラムはＰＷＭ制御風に作成し、明るさのコントロールも出来ました。今度は１２Ｖで１０Ｗ～数十Ｗをコントロールできないかと思案しております（もちろんＰＷＭ風で）。そこでＰＩＣ程度の信号でも大電流を制御可能なＦＥＴがないかと思いつきました。要するに「超高速のＯＮ、ＯＦＦ信号で大電流（直流）をコントロールできるリレー」のような役割をしてくれる電子部品が欲しいのです。ＦＥＴの知識は無いのですが、なんとなくＦＥＴの中になら普通（？）のトランジスタよりも理想に近いものがありそうな気がしたので・・・。おすすめがあれば型番を教えてください。あと、出来たらＰＩＣの出力ピンと電球、電源への配線方法も教えて頂けると助かります。よろしくお願いします。

motokichi
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科学
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candle2007
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2007/07/18 01:35 回答No.2

PICマイコン出力は20mAくらいは”問題なく流し出せる”ようですね？（20mA流し出せるという前提でご回答します） [結論]トランジスタで問題なくできると思います。１．12V 5W電球の場合　1-1 トランジスタコレクタ電流Ic1 　　　Ic1(A)=5W/12V=0.42A 　1-2トランジスタのベース電流Ib1 　　トランジスタのhFE（直流電流増幅率）=100として　　　Ib1=0.42A/100=4.2mA つまり、5W電球点灯の場合、「PICマイコンの出力電流（負荷電流）は4.2mA程度流れている」ということです。（注　大抵のトランジスタのhFEは150～300くらいの間にあります。つまりPICマイコンの負荷電流は、実際はもっと少ない、ということです）２．12V 100W電球の場合　2-1 トランジスタコレクタ電流Ic2 　　　Ic1(A)=100W/12V=8.3A 　2-2トランジスタのベース電流Ib2 　　トランジスタのhFE（直流電流増幅率）=100として　　　Ib2=8.3A/100=83mA この値はPICマイコンの能力をはるかに超えます。そこでトランジスタの「ダーリントン接続」ということを行います。ダーリントン接続というのは、電球側（出力側）のトランジスタ（大）のベースに、PICマイコン側（ドライブ側）のトランジスタ（小）のエミッタをつなぐという方法です。 http://www2u.biglobe.ne.jp/~kazuchan/setuzoku.html この図でちょっとおかしいのは、ドライブ側のhFEが50で、出力側のhFEを100、と想定している点です。実際には小型トランジスタのhFEは比較的大きく、大型トランジスタのほうは小さい、というのが普通ですから、逆にするのが正しいのです。しかしいずれにしても、このダーリントン接続したトランジスタ合計のhFEは、　　　100x50=5000 くらいになります。　故にIb2は、　　　Ib2=8.3A/5000=1.7mA となり、PICマイコンで十分ドライブできることになります。なお、電球はコレクタと電源の間に入れます。 PICマイコン回路のマイナスと電球回路のマイナスは共通になります。 [注意事項] １．PICマイコン出力とトランジスタベースの間に入れる抵抗（電流制限抵抗）の計算 PICマイコンの出力電圧5Vとして、トランジスタ１個の場合、ベース電流の計算は、　　　Rb1=(5-0.7)V/4.2mA=1kΩ でよかったのですが、ダーリントンの場合、トランジスタ２個分の電圧をみておく必要があります。　　　Rb2=(5-0.7x2)V/1.7mA=2.1kΩ ２．トランジスタの電力損失の確認ベース電流が十分流れていないと、トランジスタが完全に飽和しません。飽和しないと、コレクターエミッタ間に電圧が残り、電力損失が増えるので、電球には十分な電圧がかからず、トランジスタで余分な熱が発生し、場合によってはトランジスタが破壊されることにもなります。トランジスタが完全に飽和したかどうかは、コレクターエミッタ間電圧が0.5V以下になっていればだいたい良いのですが、PWMの場合この電圧はオシロを使わないと計測できません。連続ドライブであればテスターでも計測できますが、この場合発熱に注意する必要があります。３．トランジスタの選定その他ドライブ側はIc:100mA以上のものを使用します。出力側はIc:10A以上のものが必要です。出力側トランジスタには放熱板を付けることが望ましいでしょう。 [参考] FETを使用してもできると思いますが、FETの選定が問題です。 FETには大雑把に言って、3V型、5V型、8V型などがあります。 3V,5V,8V,はゲートのスレッショルド電圧で区分します。（おおまかな目安です） 5Vマイコンで使えるのは3V型のみです。規格表をみて、ゲートスレッショルドが3V前後のものを選んでください。電流も10A以上流せるものが必要です。 FETは電圧ドライブですから、マイコンにはほとんど負荷になりません。