RGB LEDコントローラーの使い方で質問です。

質問

質問いたします。
1WRGB LEDをマイコン制御で光らせようと思い、いろいろ検索したところ
TCA62723FMGというLEDドライバが見つかったのでこれを使いたいと思っています。
マイコンのプログラムはネットで見つけたものを使わせて貰っており、このプラグラムに関して一部しか分からないので、こちらで大幅に書き換える事は不可能という前提で以下の質問をいたします。

使用するパーツ

・LED １ＷハイパワーフルカラーＲＧＢＬＥＤ　ＯＳＴＣＸＢＴＨＣ１Ｅ http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-03565/　

・LEDコントローラー　TCA62723FMG
http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/LinearIC/TCA62723FMG_ja_datasheet_100610.pdf
http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/catalog/ja/BCJ0089_catalog.pdf

・マイコン　ＡＴＴＩＮＹ１３Ａ－ＰＵ http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-02911/

・プログラム　http://yyh8.blog41.fc2.com/blog-date-201001.html　このサイトの記事「新型LEDコンサートライト」の中のLED_light.cがプログラムです。

電源電圧　５Ｖ～可変

質問1
TCA62723FMGのCTRL0,1,2端子にマイコンからのPWM信号を入力すると良いのだと思いますが、マイコンへ電力を吸い込むプログラムになっているので、このＩＣに押し込む様に変換しなくてはいけないと思うのですが、それらにはロジックＩＣかトランジスタを使うと良いと言う所までは分かったのですが、具体的な部品の定数等計算出来るほど知識が無いので教えて頂けると有りがたいです。

質問２　
TCA62723FMGのCTL0,1,2,SHDN電圧はVIN＋0.15Vとなっていますが、たとえばVINが5Vなら5.15Vと言う事で良いのでしょうか？
それとも0.7V～5.5V範囲なら良いのでしょうか？　また入力抵抗など必要でしょうか？（質問１の部品の定数にも関連します。）

質問３
　TCA62723FMGのデータシートを見ると、VINが2.7～5.5Vとなっていますが、IC自体で2.7V電圧降下し、それとは別にREXT端子電圧が最大1.25Vとなっているのでこれだけで3.95Vの電圧降下が有り？、その上でVF3.3VのLEDを定電流で点灯させる事は可能なのでしょうか？　ＩＣから電力を押し出すようなので大丈夫なのですかね？

その他注意すべき点など有ればご教授願います。

回答No.4

naznaz1111 · ベストアンサー

お返事遅れてもうしわけないです。

まずは、熱損失の計算から補足します。
外周囲飽和熱抵抗Rth(j-a)というデータがあると思いますが、これを使って計算します。
この値は、接合部の損失が外気に逃げるときに、どれくらいの抵抗があるかという値です。
ちょうど、温度を電圧、熱の移動を電流と捉えたときに、電気抵抗と同じように計算できます。
例えば、外気温が25℃、接合部が150℃で、熱抵抗が158℃/Wの場合（LEDドライバの絶対定格と同一です）、
( 150 - 25 ) / 158 = 0.79 Wという答えが出ます。
データシートの許容損失と同一の値になりますね。
ただ、この値はは150℃一杯で危険ですし、外気温が25℃とは少し低い。

そこで、次のような計算をします。
接合部の温度は80％程度、外気温は動作時の想定最高温度で、一般には50℃にします。
（車内はもっと温度が上がるので、設計を変えます）
この場合、( 150 * 0.8 - 50 ) / 158 = 0.44 Wという設計になります。
以上より、LED電流の損失は0.44Wに収めないといけないと分かります。
結構、きつい条件かもしれませんね。

信号論理について・・・
電源電圧にプルアップしたとき、AVRに1を送ると信号線はHレベルに、0を送るとLレベルになるはずです。
内部のトランジスタにはそれぞれL・Hレベルが送られているはずですが、
外部に出力される電圧を基準に、AVRのレジスタは設定すればいいようになっています。
つまり、中の構成はブラックボックスと考え、
レジスタに設定する値だけを見ればいいわけです。

ところで、リンクされたLED制御用のサイトみました。
この回路の場合、AVRがLを出力するとき、LEDは点灯するようになっています。
このような設計をアクティブLowなんて呼びますね。
一方、LEDドライバICの方は、Hを出力しているときに、点灯するようになっています。
アクティブHighですね。

つまり、このサイトのプログラムをそのまま流用して、ICと直結すると、
On / Offが逆転してしまいます。

これを解決するためには、プログラムを改造するか、
信号線にトランジスタによる反転回路を入れないといけません。

私なら迷わず、プログラムを変えますが、
それが難しいようならば、トランジスタで反転してください。

AVR → 10k程度の抵抗 → Trのベース。
Trのエミッタ → GND。
電源電圧 → 1k程度の抵抗 → Trのコレクタ + CTL端子。

↑このセットを3組つくれば、反転回路が出来ます。

または、ロジックICのNOT回路でも作れますが、
コスト的にはトランジスタの方が楽なはずです。

AVRの出力に関して・・・
データシートを斜め読みしましたが、オープンコレクタ出力ではないようで、
トーテムポールになっているようです。
なので、プルアップは基本必要なさそうですね。

P.S. 用語は適当に検索してください。いくらでも出てくるはずです。

お礼

回答有難うございます。
熱損失の説明は大変分かりやすく、こちらでも簡単に計算出来ました。LEDの損失0.44Wは相当厳しいですね＾＾；各色約50ｍA弱しか流せない計算ですね。

信号論理は、アクティブロー、ハイと言う概念を自力で何とか調べるところまでは出来たのですが、ソース、シンク、L、Hと一気に考えすぎて混乱していたのできちんと回路図、部品の定数まで教えて頂いて嬉しいです。

プログラムのごく一部は自分で書き換えたりしていますが（出力される色の変更）、流石にL、Hの逆転のところまではまだ調べきれず、今回は教えていただいたトランジスタ論理反転の回路で製作してみようと思います。

数々の初歩的質問に的確かつ分かりやすくお答え頂き本当に有難う御座いました。いつか答える側になれる様勉強したいと思います。

回答No.3

naznaz1111

A#1です。

この辺の計算をされているか不安だったので、まずそっちから。
このICは、熱でエネルギーを捨てていると思います。
スイッチングレギュレータなら、どっかにコイルがあるはずなので。
LEDの標準電流は、秋月のHPを見ると、150mAとありますね。
また、Vfは2.5or3.3ですね。
ということは、電源電圧を5Vとすると、
( 5 - 2.5 )V *150mA = 0.375W
( 5 - 3.3 )V * 150mA = 0.255W
以上より、合計の損失は、0.375 + 0.255 * 2 = 0.885W
となり、許容損失（基板実装）Pd = 0.79Wを超えてしまいます。

以上より、次の対策を施す必要があります。
・電源電圧を下げる
・電流量を下げる
・P8のような制限抵抗を入れる。
前者2つは上記の計算式の定数を変えればいいので割愛します。
制限抵抗は、オームの法則より、 I * R分の電圧降下が生じます。
例えば、10Ωを入れれば、150mA * 10 = 1.5 Vの電圧降下が望めます。
先ほどの式から考えると、( 5 - 2.5 - 1.5 ) * 150mA = 0.15Wと減りますね。
一方、抵抗で消費される分は I^2 * R = 150mA*150mA * 10 = 0.225W
1/4W抵抗では少しきついので、1/2W抵抗かなと。

損失のことを考えると、頭が痛くなりますが、
こんな感じで計算してみてください。
あと、許容損失は、熱抵抗から放熱できるかも計算しないと・・・
http://as76.net/emv/hounetu.php
↑このあたり参考にしてください。

ちょっと、明日の仕事に響きそうなので、明日のこりは書きます。ごめんなさい

補足

忙しい中回答本当に有難うございます。
許容損失の件は安いLEDなので壊れたら交換したら良いかな？と言う位の気持ちで各150mA流そうと思っていましたが、自作で何かを作るときでもキッチリした計算でパーツを保護する事も大事ですよね。TCA62723FMGは3chまとめて流す電流値をREXTに繋ぐ抵抗で決める様なので、一度計算してみますね。定電流なので熱上昇によるVfの低下の事は考えなくて良いので助かります。放熱の事も教えて頂いたサイトを読んで研究してみます。

因みにマイコン、プログラムはそのままで、マイコンの後にトランジスタアレイを追加、増幅し電流制限抵抗を入れてパワーLEDを点灯させる物を作ったのですが、抵抗で捨てるエネルギーが相当多いので省エネ目的でTCA62723FMGを使おうと思った次第です。そう言った意味ではTCA62723FMGは余った電力を熱で捨ててしまうICと言う事ならば、電源電圧は極力落とす方向で考えますね。何処まで省エネになるのかはやってみないと分からないですね^^;

あと、再質問の文章がまたも間違えており、ややこしくてすみません。

誤>この考えが有っているのだとして、このままマイコンPWM端子→TCA62723FMGのCTRL端子を接続すると、マイコンOFF時にTCA62723FMGがＯＮと認識、マイコンがON時にTCA62723FMGがＯＦＦと認識し意味が逆になってしまいます。

正 
この考えが有っているのだとして、このままマイコンPWM端子→TCA62723FMGのCTRL端子を接続すると、マイコンがOFF(LO)時にTCA62723FMGがOFF(LO)と認識、マイコンがON(Hi)時にTCA62723FMGがON(Hi)と認識し、元々の回路、プログラムで意図した動作とは反対になってしまいます。

この件は再質問させて貰ってからもかなり考えて、おそらくは最初に回答頂いたプルアップ抵抗を入れる事で意味を逆に出来るんだなと言う確信を有る程度持てています。
配線、抵抗を入れる位置が有っていればきちんと動いてくれるのかな？と思いますが、これで有っているか回答お願いしますm(_ _)m

回答No.2

naznaz1111

A#1です。
補足です。

関連するのは、質問２ですかね
AVRだと、出力ピンはオープンドレインだったはず（AVRは専門でないのでうろ覚えです）
ですから、単につないだだけでは、出力電圧が出てくれません。
CTL0,1,2へプルアップ抵抗をつける必要があります。
ただ、AVRも内蔵プルアップが出来たと思うので、それをONにしてやれば、
外付けの抵抗なく、直接つなげることが出来るはずです。

プログラムは見つけたもののようですから、修正が難しいかもしれません。
ですから、まずは直結でやってみて、
ダメだったら、プルアップをつける。これでいかがでしょうか？

プルアップ抵抗は、電源電圧と、信号線（CTL0とか）の間に抵抗を入れるだけです。
データシートから考えると、１０KΩでいけるはずです。

補足

naznaz1111さん、素早く的確な回答有難うございます。返事遅くなって申し訳有りません。
下の回答していただいた所に補足で再度質問したのですが、内容が間違えてましたのでこちらが正しいと言うことでお願いします。

お答え頂いた回答の意味を良く考えて分かった事と尚分からない事が有りましたので再度質問させて下さい。

質問２への回答は理解できました。Ｌと認識させる為には約０Ｖ位が良くて、ＨＩと認識させる為には約５Ｖ位が良いということですよね？

質問３への回答も理解出来ました。追加質問させて頂くと、ＬＥＤのＶＦが約３．３Ｖなので、電源電圧を５Ｖ掛けなくても良い気がしますが、マイコン、TCA62723FMGが誤動作せずかつＬＥＤにキッチリ目標の電流が流せる範囲ならば電源電圧を落としても良いと言う事でしょうか？　電源電圧はは4.5V位まで落とせます。それにより省エネになれば嬉しいのですが。
電源電圧が高くても、TCA62723FMGが余った電力を３端子や抵抗の様に熱に変えて捨てるＩＣで無ければ５Ｖでも良いとは思います。

質問１への回答で、吸い込む、押し込むの概念がある程度理解出来ましたが、それにより新たな疑問が発生したので更に質問いたします。

元々（は以下の様な動作をする回路、プログラムになっていました。
（元々とは　http://yyh8.blog41.fc2.com/blog-date-201001.html　このサイトの記事「新型LEDコンサートライト」の記事中の回路図、プログラムの事）

マイコンがOFFの時にＬＥＤが点灯　（５Ｖ→ＬＥＤ→電流制限抵抗→マイコンPWM端子(PWM端子-GND間約0.8V）
マイコンがONの時にＬＥＤが消灯　　（５Ｖ→ＬＥＤ→電流制限抵抗→マイコンPWM端子（５Ｖ？、ＬＥＤが消灯しているので）。

この考えが有っているのだとして、このままマイコンPWM端子→TCA62723FMGのCTRL端子を接続すると、マイコンOFF時にTCA62723FMGがＯＮと認識、
マイコンがON時にTCA62723FMGがＯＦＦと認識し意味が逆になってしまいます。

で、回答頂いたプルアップの件を調べたのですが、完全には理解出来ず申し訳ないですが、プルアップ抵抗を入れるとこの逆になった意味が反転するのでしょうか？
また配線図は以下の様な感じで良いでしょうか？

　　　　　　　　　５Ｖ●
　　　　　　　　　　　↓
　　　　　　　　プルアップ抵抗（10kΩ）
　　　　　　　　　　　↓
マイコンPWM端子●→→→→→→→→→●TCA62723FMGのCTRL端子

AVRでLEDを直接点灯させる場合は、流せる電流の関係からシンク（吸い込み）で使用する事が多いようです。元々の回路でもそういう使われ方をしているようです。

マイコンのＯＮ、ＯＦＦの概念が完全に理解できておらずちぐはぐな質問かもしれませんが宜しくお願いいたします。

回答No.1

naznaz1111

簡単な方から・・・

質問２
ICのデータシートにはHレベルと判定される範囲が書かれており、
それが、0.7Vin～Vin+0.15となっています。
例えば、Vin=5Vならば、3.5V～5.15Vはハイレベルと判定されます。

一方、Lレベルは、-0.15～0.3Vinですから、
-0.15～1.5Vがローレベルと判定されます。

1.5～3.5Vの間が抜けてますが、この間の場合不定です。
変な動作をしかねないので、この間にならないような設計が必要です。

と、データシートはこのように読んでいきます。

入力電流の値は、-1.0～1.0μAですから、AVRは十分にドライブできるでしょう。
ですから、制限抵抗などつけなくても大丈夫と思います。

質問１
吸い込む・はき出すというのは、電圧の差がどうなっているかです。
AVRの方が電圧が高ければはき出されますし、低ければ吸い込まれます。
ですから、特に考える必要はなく、直結で良いと思います。

質問３
2.7～5.5Vというのは、その範囲で動作するよってことです。
ですから、２．７Vの電圧降下があるわけではありません。
また、REXT端子も、LEDに流れる電流値を制限回路の比較用の電圧を入力する端子です。
1.5Vが最大値になってますから、５Vを入力しないでね。と読み解きます。
どれだけの電流が流れるかは、データシートP4の数式・グラフから読み取ります。

補足

naznaz1111さん、素早く的確な回答有難うございます。返事遅くなって申し訳有りません。
お答え頂いた回答の意味を良く考えて分かった事と尚分からない事が有りましたので再度質問させて下さい。

質問２への回答は理解できました。Ｌと認識させる為には約０Ｖ位が良くて、ＨＩと認識させる為には約５Ｖ位が良いということですよね？

質問３への回答も理解出来ました。追加質問させて頂くと、ＬＥＤのＶＦが約３．３Ｖなので、電源電圧を５Ｖ掛けなくても良い気がしますが、マイコン、TCA62723FMGが誤動作せずかつＬＥＤにキッチリ目標の電流が流せる範囲ならば電源電圧を落としても良いと言う事でしょうか？　電源電圧はは4.5V位まで落とせます。それにより省エネになれば嬉しいのですが。
電源電圧が高くても、TCA62723FMGが余った電力を３端子や抵抗の様に熱に変えて捨てるＩＣで無ければ５Ｖでも良いと思います。

質問１への回答で、吸い込む、押し込むの概念が理解出来ましたが、それにより新たな疑問が発生したので更に質問いたします。

元々は以下の様な動作をする回路、プログラムになっていました。

マイコンがＯＮ（ＬＥＤが点灯している時）５Ｖ→ＬＥＤ→電流制限抵抗→マイコンPWM端子→GND?(PWM端子-GND間約0.8V）
マイコンがOFF(ＬＥＤが消灯している時）５Ｖ→ＬＥＤ→電流制限抵抗→マイコン→PWM端子（５Ｖ？、ＬＥＤが消灯しているので）。

この考えが有っているのだとして、このままマイコンPWM端子→TCA62723FMGのCLRL端子を接続すると、マイコンのＯＮ、ＯＦＦの意味が逆になってしまいます。
で、回答頂いたプルアップの件を調べたのですが、完全には理解出来ず申し訳ないですが、プルアップ抵抗を入れるとこの逆になった意味が反転するのでしょうか？
また配線図は以下の様な感じで良いでしょうか？

　　　　　　　　　５Ｖ●
　　　　　　　　　　　↓
　　　　　　　　プルアップ抵抗（10kΩ）
　　　　　　　　　　　↓
マイコンPWM端子●→→→→→→→→→●TCA62723FMGのCLRL端子

マイコンのＯＮ、ＯＦＦの概念が完全に理解できておらずちぐはぐな質問かもしれませんが宜しくお願いいたします。