絶縁ICを使ってみた

皆さんこんばんは．アクア研17の煎餅の人です．

こちらはrogy Advent Calender 2020 2日目 ~~まだ寝てないからセーフ！~~ の記事です．昨日の記事でかなり雑に紹介されましたが，ご期待に添えるかな…？

現在アクア研で動いているプロジェクトの片方で，個人的に初めて電源系を絶縁するという試みをしたので，その簡単な報告をします．

書いている人は回路の勉強をしっかりした訳ではないので，内容に誤り等あれば指摘して頂けると嬉しいです．

絶縁ってなにしたの？

今回アクア研のプロジェクトの片方では，「完全に独立したモータモジュール（上図）」を作成しました．なぜそんなことをしたかを気になる方にはこちらの見学をして頂くとして，大まかな構成としては以下の通りです．

無線で受けた指令を元に，マイコン介してモータを回す．それだけです．

概念図としてはこれで問題ないのですが，実際に回路を作る上ではもう少し複雑になります．

ここで注目すべきは，全ての要素が電気的に接続されていることです．同じバッテリーから電源供給を受けているので当然といえば当然ですが，「全ての素子のGNDは共通のラインに接続」されています．

今回は絶縁機能を持つ素子を用いることで，強電系と弱電系を電気的に絶縁してみました．図にしてみるとこんな感じです．

絶縁〇〇という素子が入ることで，ほかの部分と切り離された領域が出きていることが分かるかと思います．

で，全ての要素が電気的につながっていて何か問題があるのかという話になります．調べてみると，以下の様な意味合いで使われることがあるようです．

今回の回路においては4つ目の，パワー回路から制御回路へのノイズ対策が主目的になります．

モータはノイズ源となりますし，比較的大電流・大電圧で動作するため特に何かあったときには制御側の素子にダメージを与える可能性があります．[1,5 他]

特に我々のモジュールのように水中ロボットで，かつパイプに封入されていると，マイコンが動作不良で異常状態になっても取り出しには時間がかかります．

そのため安全性を高められたらということで，絶縁を行いました．

この辺，曖昧な部分があるのでわかる人がいらっしゃいましたら教えてください．

Digikeyで1個150円位（現在）とお手頃な子です．1W級という事で200mAまで流せます．（画像はデータシートより）

入力5V-出力5Vなので，バッテリーなどから電源を引っ張ってくる際には前段に降圧素子を噛ます必要があります．

こちらもデータシートから引っ張ってきた回路図です．私はL1,C2,C3無しで使ってみましたが，少なくとも手元では正常動作してました．

こちらもDigikeyで1個200円弱（現在）で買えました．ピーク出力電流4Aで，出力対応電圧6.5V～30Vといい感じです．

入力端子がAnode，Cathodeって書いてあるのに静電容量カップリング式？と最初思いましたが，機能的にはフォトカプラ方式の発展版っぽいですかね？（詳しくはデータシートを参照してください）

こちらは使用時の回路図ですが，使う際はデータシートの確認をお願いします．

また，もう一方のモジュールでSi8238BABも使いました．こちらも同じくSilicom Labsですが，こっちは独立した2チャンネルが入っています．Si826X，Si823Xともに沢山系列品があるので，用途や周辺回路に応じて選べて便利です．

こちら，秋月電子で比較的安く買えます（現在1個300円くらい）．

データシートから引っ張ってきたブロック図です．入出力間はPWM信号でやりとりされているようです．

下は私の使用時の回路図です．引っ張ってきたパーツの端子配置が見づらくて申し訳ないです．

一応これで値を取得することができましたが，実使用時はデータシート等の確認をお願いします．

入出力の線形性は良かったのですが，少しオフセットの値とその振れ幅が大きいのは気になりました．私は，事前テストでオフセット値をデバイスごとに決定して補正しています．

パワーモジュールの方には入れていませんが，もう一方のモジュールで便利だったのがこの子です．

デジタルアイソレータはデジタル信号を絶縁してくれる素子です．この製品は6チャネル入っていて，Digikeyで250円くらい（現在）です．サーボモータ6個に渡すPWM信号を一括で絶縁してくれるのでとても便利です．

今回選んだ子は全部左から右に渡すタイプですが，例によっていろいろ型番があり，右から左に渡すチャンネルがあり，かつその割り振りも複数種あるようですね．

これで終わりです．思ったよりも絶縁そのものは簡単にできました．

効果がどれほどあるのかについては評価できていませんが，今のところ変な不具合は出ていないです．

普通にやる分にはあまり気にしなくていい話かと思いますが，技術的にも色々あって面白かったので，興味のある方は調べてみても面白いかもです．

で，宣伝ですが，水中ロボコンが今週末です！オンラインです！見学できます！是非以下のリンクから見学登録を！

明日の記事は…ええっと…