電圧降下に耐える回路

質問

マイコンとVFD表示器を使って車載のGセンサーを作ったのですが、エンジン始動時の電圧降下により、うまく起動するときとしないときがあります。

回路としては、バッテリーの12V(イグニッションON時のみ供給されるACCを使用)を5Vの三端子レギュレータを介して、マイコンとVFDに接続しています。

スーパーキャパシタや充電電池を使って、電圧が一定以上降下した場合に、そちらの補助電源に切り替えるような回路を考えてみたのですが、次がうまくできません。

・エンジンがONだが、電源が一定（たとえば8V)まで降下した場合には回路は補助電源によって駆動する
・エンジンがOFFの時は、補助電源を回路から切り離す（でなければ、補助電源はすぐに消費されてしまう）

上記の2つを区別できるような回路が思い浮かびません。

何かアイデアがありましたら、もしくは常套策をご存知でしたら教えていただけると幸いです。

回答No.9

KEN_2 · ベストアンサー

No.5 です。

細部のアドバイスをもう一度記載します。
１．マイコン回路側とVFD表示器の+5V電源を分離します。
２．マイコン回路側の電源の負荷は、消費電流が少なくなるように最小限とします。
３．必要に応じて、マイコン電源側の入力電圧低下でリセットが掛かる用に電圧検出をおこないます。
（変動検出に7V程度のツエナーDiと抵抗（2.2K程度）を直列にしてリセット検出に入力します。ラフな設定であれば、ツエナーDiは分圧抵抗（4.7K程度）でもかまいません。）

＞現在、数百μFのコンデンサが5VREGの前についており、5VREGがVFDとマイコン回路の両方に5Vを供給しております。
負荷を軽くするために、5VREGのマイコン回路負荷をを分離する必要があります。
12Ｖ ACC －－－→　Di　－－－5VREG－－→　VFD表示器回路
　　　　　　↓　　　　　　↓　　　　　　Ｌ→マイコン周辺回路へ
　　　　　　↓　　　　　　Ｌ　電解コンデンサ　数100μF
　　　　　　↓
　　　　　　Ｌ→　Di　－－－5VREG－－→　マイコン回路
　　　　　　　　　　　↓　Ｌ　電解コンデンサ　数470μF程度
　　　　　　　　　　　↓電圧低下検出　リセットIC　へ

ところで、各回路の消費電流はいくらぐらいですか？
VFD表示器は消費電流が多く、マイコン回路は数十mA程度と推定されますが。
部品仕様からの計算値か、テスターで実測してみてください。

お礼

詳細なご回答、ありがとうございます。
先日やっと時間がとれたので回路を変更してみました。とりあえず皆さんおっしゃるとおり、リセット回路とコンデンサの容量を増加したところ毎回正常に起動するようになりました！
問題がないかどうか、しばらくはこの回路で様子を見てみたいと思います。

KEN_2さんにいただいた回路図は、今後の参考として保存します。
ありがとうございました。

回答No.8

saru1234

ANo.2 です。

車載機やバッテリ動作機に触れたことがあり、
クランキング中のバッテリ電圧降下がかなりある事や、
キャパシタの容量よりバッテリの方が格段にエネルギ量が多いことも
調べた事があります。
キャパシタは大容量品があっても耐電圧が低かったりしますし。
AC100V電源での「瞬停」だと50/60Hzの数波長分、即ちせいぜい100ミリ秒程度ですが、
セルモータが動いてる時間はそんなものではありませんから
「その間の電源補助」というのも困難と思いましたので。
キャパシタでは不足、バッテリはどう使ってもいずれ劣化するし、
満足に充電できるのか、という新たな使用上の制約も出そうだし。

消費電力がどのくらいか不明だし、「不安定さが問題」のように見えたので
「電源不足で動作不能なら動作させない状態で待機させ、状況がよくなれば正常起動すればよい」と考えたので
あのような回答にしました。

No.4 さんの L端子を使ってリレーやFET で電源供給自体を制御し、
発電が安定した頃に、装置への給電を開始する、というのもよさそうです。
DC12V → 5V 電源に３端子レギュレータを使うのでなく、
ON/OFF 制御付きDC/DCコンバータを使うと
コントロールが楽だと思います。
(コントロール信号が直結可能かどうかはご確認ください)

と、DC DC コンバータを調べてたら...
http://www.solidphysics.co.jp/OC_Esupply.htm
など、ON/OFF コントロール端子はありませんが、
給電側はDC6～14V でイけるので、クランキングで8Vまで下がっても
大丈夫のような気がします。

また、そういえば、３端子レギュレータは、普通は(昔の普通は)
入力側には、出力+3V 程度必要でしたが、
LDO(Low Drop Out)型レギュレータなら 出力+1V以下でも大丈夫なものがあるので、これもいいかも。
http://jp.rs-online.com/web/search/searchBrowseAction.html?method=getProduct&R=6416142P&cm_sp=PP-_-TFG-_-6416142P

お礼

ご回答ありがとうございました。
とりあえずは大容量コンデンサとリセット回路でうまく動いたので、様子を見てみようと思います。
DC-DCコンバータを見てみたら、5Vまで電圧が低下してもしばらくは12V出力できるものもありました。次回似たような作品を作る場合には検討してみたいと思います。
ありがとうございました。

回答No.7

OrangeRS

車載機のではありませんが、マイコン＆VFDを使った製品の
開発経験がある者です。

「リセットIC」と「三端子レギュレータの入出力へ電解コン大盛り」で
幸せになれそうですね。

・No2さんへのあなたのお礼は的外れ。
・瞬低の電圧波形を測定しないと、容量の適量はわかりません。
測定環境がないならとりあえず大盛り。

お礼

ご回答ありがとうございました。
分かりました、早速リセットICとコンデンサを追加してテストしてみます。
結果が分かりましたら報告したいと思います。

ありがとうございました。

回答No.6

rukuku

>私も電気回路に関しては素人なので、このようなケースでどういった回路を組むのが良いのか知りたかったのでここに質問した次第です。
ここの考え方をちゃんと書けばよかったのですが、
セルモーターをを回している間はキーをスタートに回しています。（セルモーターのスイッチをＯＮにしています。）そこで、セルモーターがＯＮになったのをリレーで拾って切り替えればいいと思います。
http://www.amon.co.jp/diy/diy_guest/relay.php

回答No.5

KEN_2

マイコンとVFD表示器回路の消費電流が不明ですが、下記のような入力回路を追加して電圧の瞬低を防止するのが定石です。

12Ｖ ACC －－－→VFD表示器回路
　　　　　　↓
　　　　　　Ｌ→　Di　－－－5VREG－－→　マイコン回路　
　　　　　　　　　　　Ｌ　電解コンデンサ　数1000μF

DiでACCの瞬低の電圧低下分の逆流を防止します。
通常自動車の電装部品のマイコン回路部はこのように処置しますが・・・・

お礼

ご回答ありがとうございます。
現在、数百μFのコンデンサが5VREGの前についており、5VREGがVFDとマイコン回路の両方に5Vを供給しております。
数百μFでは容量が全然足りていないということと理解しました。
初心者なので、容量を計算せずネットで見つけた回路を元にしたのがいけなかったようですね。。。
早速試してみたいと思います。
重ねて、ご回答ありがとうございました。

回答No.4

noname#215107

オルタネーターのL端子を利用してはいかがでしょうか。
L端子は、オルタネーターが発電開始したことを示す端子で、エンジンが完全に掛かるまでは０V、エンジンが掛かると１２Vとなります。
通常、L端子はインパネ内のバッテリー警告灯に接続されています。

エンジンが掛かった時点でマイコンリセットというのはいかがでしょう。

お礼

その手がありますね。まったく気づきませんでした。
なるべくなら回路で対処したいのですが、最後の手段として試してみたいと思います。
ありがとうございました！

回答No.3

rukuku

＞常時（エンジンが停止している場合も）
＞マイコンをONにしてタコメーターの信号を監視している必要があるかと思います。
＞キーを挿入してイグニッションがONの時のみ電力を消費する回路にしたいと思っております。

再度、素人考えです。
マイコンのＯＮ／ＯＦＦはＡＣＣと連動しているのではないでしょうか？
ＡＣＣがＯＦＦのときはエンジンもＯＦＦになっていますから監視しても意味がありません。
ただ、エンジンON⇒ＡＣＣ　ONですが、
ＡＣＣ ONだけでエンジンはＯＦＦという場面もあり得ます。
そのようなケースへの対応としては、タコメーターの監視が使えると思います。

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別の考え方として、電圧降下が予測される場面は、セルモーターを回しているときです。セルモーターを回しているときだけ補助電源に切り替えるという手もあると思います。
ただ、回路の応答が追いつくかは疑問です。

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さらに別の考え方。
車の運転に必要な装備ではないのですから、エンジンをかけてから手動でオン。
まぁ面白味はダウンですが...

お礼

再度の回答ありがとうございます。
現状ではACCとマイコンのONが連動していますが、セルモーター始動時に電圧が降下し、マイコンがリセットしているみたいです。
なので、セルモーター始動時(＝電圧降下時）に自動で瞬時に補助電源に切り替えることでマイコンのリセットを防ぎ、なおかつ電源が安定している時には補助電源が自動的に充電されるような回路が欲しいのです。

私も電気回路に関しては素人なので、このようなケースでどういった回路を組むのが良いのか知りたかったのでここに質問した次第です。

＞エンジンをかけてから手動でオン。

現状はほぼ50％の確実でうまく起動するので、起動しなかった場合のみスイッチを手動でOFF->ONして対応していますが、全自動化したいと考えています。

回答ありがとうございました。

回答No.2

saru1234

お望みの回答ではないですが、

現在のリセット回路はどうようになってますか？

> エンジン始動時の電圧降下により、うまく起動するときとしないときがあります。

ここを何とかしたいなら、

「電源電圧が下がってきたらマイコンの動作可能電圧を切る前にら確実にリセットを与える」回路が
その役をします。

リセットIC は、電源ON時にリセット信号を発するだけではありません。

電源OFF 時に電源電圧が徐々に下がり、マイコンの動作電圧を切った時にも
マイコンが暴走したり、誤ってバッテリバックアップされたSRAMに書き込んだりしないように、
リセット信号を発します。
リセットIC が動作可能な電源電圧はかなり低く、ゼロ近くまでにリセット信号を
維持するものを選ぶといいです。(全部そうなってるのかも？)

また、短時間の電源電圧降下の時にも、リセット信号を中途半端にせず
設定されたパルス幅を確実に発することも行います。

http://www.google.co.jp/search?hl=ja&q=%E3%83%AA%E3%82%BB%E3%83%83%E3%83%88IC&meta=lr%3D&aq=f

お礼

ご返答ありがとうございます。
同じ三端子レギュレータでマイコン(H8/3664)だけでなく、VFD表示機（独立PIC制御）も駆動しております。
VFDは、電源を投入してから安定するまで若干時間がかかるのですが、この待ち時間をH8マイコンで制御していたりするので、私のケースではリセットICを使用しても解決しない気がするのです・・・。

どうにか「車にキーを挿入してからはずっと安定して5V以上を供給できる」ような電源環境を作れないかと思っております。

重ねて、回答ありがとうございました。

回答No.1

rukuku

はじめまして

全くの素人考えですが、
タコメーターへの入力は利用できませんか？

エンジン停止のときと、アイドリングのときとでは明らかに針の位置が違いますので入力信号を使えば区別できると思います。

お礼

ご返答ありがとうございます。
タコメーターの入力を利用すると確かにエンジンが始動しているかどうか判別できますが、そのためには常時（エンジンが停止している場合も）マイコンをONにしてタコメーターの信号を監視している必要があるかと思います。

できれば、キーを挿入してイグニッションがONの時のみ電力を消費する回路にしたいと思っております。

回答ありがとうございました。