コンピュータ制御の調光器

質問

コンピュータ制御の調光器を作製したいと考えております。突然ですが，どのような回路が良いか，教えていただけないでしょうか？

以前，RS-232C ポートの RTS 信号線（または DTR 信号線）を直接制御し，周期数十 ms 程度で任意のデューティ比を持つ方形波を発生させ，これをドライブ回路に通して，模型用モータの回転速度制御を行ったことがありました。このプログラムを流用し，調光制御を行うことは可能でしょうか？

SSR などを用いて白熱灯を高速点滅させるのは，なんとなく危険な感じがしますし，秋月の「トライアック万能調光器キット（参考 URL）」などを使おうとしても，これは抵抗制御になっており，前述のデジタル信号とどう組み合わせればよいのか分かりません。

どうかご教授いただきたいと思います。宜しくお願いいたします。

http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?p=1&q=K-00098

回答No.3

LCR707 · ベストアンサー

ＡＣ１００Ｖ白熱球の調光器はトライアックを使用するのが普通です。ＳＳＲを使う事もありますが、ゼロクロス型（信号を入れても交流のゼロクロス点が来てから初めてオンするもの。ノイズが少ない）ではだめで、位相制御をするには、信号を入れると直ちにオンするタイプのものが必要です。ＳＳＲの入力はフォトカプラ絶縁されているので、パソコンにつなぐには便利だと思います。ＲＴＳ信号で１０ｍＡも流せばＯＮするでしょう。
　問題は＃２さんもおっしゃっているように、交流のゼロクロス点を検出する必要があることです。交流電圧を全波整流し、抵抗を通してフォトカプラに流し、２次側をＲＳ２３２ＣのＣＴＳ信号などに接続して取込めばどうかと思います。２次側がオフの期間がほぼゼロクロス点なので、ここから一定時間経過後ＳＳＲにオンパルスを入れると、次のゼロクロス点までＳＳＲが導通します。５０Ｈｚ地域なら毎秒１００回、６０Ｈｚ地域なら毎秒１２０回これを行うことになります。

　秋月のトライアックキットなどを使う場合は、ゼロクロス点からトリガ点までの遅延時間を、可変抵抗器とコンデンサの時定数で制御しているので、パソコンから制御するのであれば、可変抵抗器の替わりにＣｄｓセルを用いたフォトカプラをつなぐのはどうでしょうか。１次側のＬＥＤ電流を変化させると２次側のＣｄｓの抵抗値が変わります。１次側の電流は１ｍＳ周期位でＰＷＭ制御すれば、Ｃｄｓの応答がかなり遅いことと、その後が充電回路なのでＰＷＭリップルの影響もほとんど出ないのではないかと思います。
　Ｃｄｓ型のフォトカプラは、浜松フォトニクスやモリリカの製品がありますが、入手困難であればＣｄｓとＬＥＤを紙筒などに入れて自作することもできます。

お礼

ご回答ありがとうございました。

CdS 出力のフォトカプラ…，これです！　とても素晴らしいアイディアを，ありがとうございます。この方式は原理も単純，価格も安価で，さらに現在のプログラムもそのまま流用できますね。

ただ，入手には苦労しそうですね。浜ホトのホームページ（http://www.hpk.co.jp/Jpn/products/ssdpro.htm）を見ると，いきなり，

　「フォトカプラ (CdSタイプ)は、9月30日をもって製造中止にいたしました。」

とありますし…。ラジオセンターやラジオデパートあたりを物色してみたいと思います。

今後も，宜しくお願いいたします。

回答No.2

SpiralGalaxy

質問文ちゃんと読んでませんでした。（＾＾；
交流なんですね。自分の場合は車載ユニットなので１２Ｖ２Ａ程度の直流です。

んー。交流１００Ｖ５Ａですかぁ…
あんまり得意じゃないなあ。

交流なので正弦波を勝手にデューティ比制御しても意味ないですね。
でも正弦波と同期取りながら制御すればうまくいくと思います。うまくいくとは思うけど、どうやってやるか？それが問題ですね。正弦波がゼロクロスするのを検出する回路を作成しパソコンにそれを入力して同期とれば簡単にできそうな気がします。

以下のＵＲＬで回路図と解説が載っているので参考にしてみてください。

http://www.hobby-elec.org/ckt24.htm

＞裏技的にパラレル出力できる信号線が

以前使っていたＵＰＳがＷｉｎｄｏｗｓに対応してなかったのでおそらく同じ方法で入出力し停電検出プログラム作ったことがあります。

参考URL：

http://www.hobby-elec.org/ckt24.htm

お礼

ご回答ありがとうございました。

確かに，交流ですから正確に同期を取らないとだめですね。今のマルチメディアタイマーを使ったプログラムでは時間解能が 1ms と遅く，またシリアルポートに至っては最速でも周期 10ms です（パラレル制御の場合）。よって，ソフトだけで全てを制御するのは（少なくとも今のプログラムを使う限り）非常に困難であることが分かりました。

> 以下のＵＲＬで回路図と解説が載っているので参考にしてみてください。

大変参考になりました。色々と回路の勉強をしたいと思います。

回答No.1

SpiralGalaxy

＞周期数十 ms 程度で任意のデューティ比を持つ方形波を発生させ，これをドライブ回路に通して，

もうだいぶ前の話ですが、まさに同じ方法で調光を行い、さらにデューティ比を動的に変化させフェードアウトしていくプログラムを作成したことがあります。車載用のユニットだったので制御は４ビットマイコンでポート出力をパワトランジスタ（トランジスタアレイなどだったかも）で制御しただけです。周期は２０～３０ｍｓにしたような記憶があります。

コンピュータ制御ということですが、マイコンなどの専用のＣＰＵでやるのでしょうか？それともパソコンのシリアルポートで？パソコンの場合だとＭＳＤＯＳとかなら大丈夫そうですが、Ｗｉｎｄｏｗｓだと可能は可能でしょうが、別タスクにＣＰＵ時間持ってかれたときに全点灯、全消灯とかふらついたりしそうですね。

お礼

早速のご回答，大変ありがとうございました。

ここでは AC100V の白熱灯数個の調光を考えております。実際に使うのは 5A 程度でしょうか。私はこのような大電流を扱ったことがなく，また電子回路についても素人なのですが，今回の様なケースでもデューティ比制御が最善でしょうか？

そもそも，交流の On/Off 制御を，トランジスタで直接行うことは可能なのですか？　リレーが必要なのではと思い，しかし電磁リレーで高速点滅は不可能なので，SSR (solid state relay) などを色々と探していたのですが…。代表的なものでかまいませんので，そのパワートランジスタの型番を教えていただけないでしょうか？　また，回路上で注意すべき点などを教えていただけると嬉しく思います。

> コンピュータ制御ということですが、マイコンなどの専用のＣＰＵでやるのでしょうか？

前回のモーター制御のときは，方形波の生成はパソコン（OS は Windows）で行いました。シリアルポートには，裏技的にパラレル出力できる信号線が二つあり，これを使用しました。またパルス生成には，マルチメディアタイマーという時間精度の良い Windows API を用いました。発生させた方形波はオシロスコープで確認しましたが，非常に良好な方形波を出力していましたよ。ヘビータスクにしなければ，出力も意外に安定しておりました。