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GPS搭載によるバッテリーの電圧変動について
- 自動車のオルタネータ等から発生する誘導性ノイズを検知し増幅、スイッチング回路にて出力負荷を動作させるシステムを扱っておりますが、最近タクシーなどＧＰＳを積んでおり、夜間エンジンを切ってもＧＰＳはバッテリーから電源供給されているので、動作しています。
- 問題は夜間に限らずエンジンを切った状態にあってはセンサーの出力は無いはずですが、このＧＰＳを繋いでいる影響でエンジン停止後でもセンサーの出力はＯＮになったままの状態が続きます。
- 手っ取り早くこの電源変動を除去するような対策を取りたいのですが、皆様からのアドバイスをいただきたく思います。センサー入力間（＋と－）に2200uFクラスの電界コンデンサ挿入だけでは電圧変動は抑えられないでしょうか?
- 電気設計
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まずは、計測です。波形が判らないことには手も足も出ません。 センシングしたい信号(オルタネータの誘導性ノイズ)と、除去したい信号 (GPSからの電圧変動)とで周波数なり電圧なり何かしらの差があり、それが 大きければフィルタ、コンパレータ等で除去できる可能性はあるかと考えます。 しかし、GPSなどからの電圧変動は、GPSの種類、＋Ｂの取り出し場所、 アース場所により、電源変動の波形に影響があろうかと思いますので、全てを 網羅した除去回路は難しいのではないでしょうか。 GPSも純正品とアフターマーケット品で違いますし、ポータブル型はシガライター から電源取ったりしますし。。。
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オシロスコープ等があるのでしたらそのノイズ成分を分析願います。 そして、そのノイズ成分が自動車本来のパルス成分より高い周波数なら、 またそれがエンジン停止時のみ出力しているのであれば、エンジン停止時に ノイズカット回路を働かせればいいのではないでしょうか。 エンジン始動時は、当然エンジン系のノイズの方が勝っているのでしょうから 問題にはならないのでしょう。 また、始動時に下手なノイズカット回路を入れると、問題になるのかなど 十二分に検討してください。このごろの自動車は、それなりに高い周波数 成分を含んでいるはずですので。
お礼
Torinosukeさんへ ありがとうございました。 エンジン始動時は、当然エンジン系のノイズの方が勝っているので問題にはならない、その通りでございます。GPSのサンプルが届く前にこういった質問を投げかけ、討論し、アドバイスいただき、大変感謝なことです。何となく見えてきました。コストを抑えてどれだけ効率の良いフィルタリングが出来るかにあります。今回は本当にありがとうございました。また機会がございましたら宜しくお願い申し上げます。
システムがいまいちぴんとこないのですが。 ノイズの種類をどのようにかして、弁別しておられるのでしょうね。 とりあえず、システム自体を定電圧化した状態にして、センサー部のみ ノイズ源につなぐようなことはできますか。 裸のコンデンサの１０倍ぐらいは楽に作れるので、一度試してみては いかがでしょうか。 あるいはシステムのみにノイズフィルタを入れるなどです。 いかがでしょうか。
お礼
Torinosuke様 お世話様です、アドバイスありがとうございます。 私の質問が悪いのかも知れません。 これは実用新案を取得したもので、自動車のエンジンを始動するとオルタネータが動作し、そこから誘導性ノイズがバッテリーに加わります。要は私のセンサーはそのノイズを利用しているのです。ノイズを検知・増幅して終段のトランジスタでバッテリー電源を負荷となるLED灯体にスイッチングしているのです。動作的には現在問題なく動いておりますが、昨今タクシーがＧＰＳを付けるようになり、エンジン停止してもＧＰＳはバッテリーから電源を供給されて動作しています、つまり24時間稼働しているらしいのです。そのＧＰＳを搭載していることにより、私の開発したセンサーがエンジン停止後でもLED灯体をＯＮしてしまうので困っているのです。私のセンサーはノイズ検知、そして電圧の変化も見ているので、おそらくＧＰＳを付けることでバッテリーの電源電圧が変化しているのだろうと推測します。経験者に聞くことが一番望ましいことですが、ＧＰＳを搭載することで電圧の変化がどの程度なのか、ｍｓオーダーなのか詳細を知りたいのと、そうであれば対策としてどのようにすれば、電源変動をカット出来るか、と言うことなのです。
システムをよく理解していないので，的はずれでしたらご容赦ください。 ２２００ｕＦのコンデンサが１２Ｖに充電されていて，このコンデンサを電力源として１８０ｍＡの負荷を接続したと考えると，電圧が１０％低下するまでの時間は１５ｍｓほどです。２０％ならばこの２倍の３０ｍｓほどです。この程度の時間に対する電圧変動抑制であれば，２２００ｕＦのコンデンサは有効と思います。 （上記の試算は，バッテリーを無視してコンデンサだけで電流を供給すると考えたものです。通常は，バッテリーの供給能力の方が圧倒的に大きいので，コンデンサの作用は明確に認識できない可能性が大きいです。） ｍｓ単位の時間に対する電圧安定化に電解コンデンサは有効ですが，「ノイズ」と呼ばれるようなごく短時間（ｕｓ程度あるいはそれ以下）の電圧変化に対しては，コンデンサ自体のインダクタンスによって電圧を保持する機能が低下しますのでご注意ください。 コンデンサ自体のインダクタンスは，高周波成分（短時間の電流変化）に対して電圧を保持する機能を低下させますが，それ以上に配線のインダクタンスが大きな影響を与える可能性あります。回路図上で同一の接続であっても，コンデンサに至る配線次第でコンデンサのノイズ抑制に対する「利き」は大きく変化します。 ２番目の回答者の方へのレスを拝見しました。要点はノイズ成分の検出であること了解しました。電源電圧のどのような変化を捕らえて所要の情報を検出されているのでしょうか。この情報がＧＰＳ装置の発生する電源電圧変化と識別できるか否かの問題と理解しました。 繰り返しで恐縮ですが，どのような電源電圧変化で機能を果たすための判定されているのでしょうか？
お礼
ohkawa様 迅速なご回答、アドバイス誠に感謝申し上げます。私が作ったセンサーは確かにノイズ検知が命であり、容量の大きなコンデンサ付けたぐらいで除去されては困るし、考えてみれば誘導性ノイズというのは遮蔽がらみで取り組まないと除去は難しいと言われてますね。要は「ノイズは通し、電圧変動（これもノイズと言われる場合もあり）分はカットする」が目的であり、ＧＰＳシステムが搭載されてなければ全く問題にならないのです。そのＧＰＳが搭載され、エンジンが切られた時にバッテリーにどのような変化が現れているかが分かれば対策は考えられますが、それもｍｓ単位での変動なのかどうかも分からない状態なのです。ohkawa様がご指摘下さるように、確かに電圧が１０％低下するまでの時間は１５ｍｓ程度です。バッテリー電圧が１２Ｖとしても１０％低下となると１１．９Ｖです。おそらく１０～２０％程の電圧変動ではないかと私も推測し、２２００ｕＦの電界コンデンサを実装してみようと考えております。ただ、おっしゃる通りバッテリー自体が馬鹿でかいコンデンサみたいなものですから、実際に取り付けて効果の疑問は生じております。先ずはＴＲＹしてみます。ありがとうございました。他に何か良案ございましたら宜しくお願い申し上げます。
お礼
がらっぱちさんへ そうです、その通りです。まだそのGPSそのものがサンプルとして送られて来ないものですから、推測でしか言えないのですが、タクシーに取り付けている製品であり、要はそれをターゲットとして波形計測すれば良いのです。私はGPSの種類が色々有るとは知りませんでした。全機種に対する共通対策は、がらっぱちさんがおっしゃる通り困難かも知れません。出来れば台数が多いので、コストは最小限度に留めたい、単純にアルミ電界コンだけでフィルタリング出来れば、それにこしたことはないのですが・・・。がらっぱちさんはじめ皆様のアドバイス非常に感謝しております。何となく見えてきた感じがします。ありがとうございました。