PIC PWMをLEDドライバで駆動

質問

PICで生成したPWM信号をLEDドライバで駆動したいと考え添付の様な回路を作成し動作させました。

＜問題点＞
PIC PWM出力直後のLEDは蛍の様に点滅をするのですが、ドライバ駆動のLEDはゆらゆら点滅になってしまいます。
尚、PIC PWMをON/OFF出力にした場合、連動してON/OFFしています。

＜LEDドライバ amazon購入＞
・入力範囲:DC 5-35V、出力700mA±20mA、1-10 3W LED駆動
・PWM調光、ハイレベルオフ出力、低レベルの電源オン出力に対応
・ステップダウン動作モードにより、LEDの総電圧差が入力電源電圧より2 – 3 V未満であることを保証します
　※ステップダウン動作モードが分かっていません

初心者ですので雑な作りかと思いますがご指摘を願いします。

回答No.7

kantaro1985 · ベストアンサー

ステップダウン動作モードとは、おそらくステップダウン（降圧）DC-DCコンバータの事を指していると思うので、降圧DC-DCコンバータによる定電流駆動と、PWM調光を備えているもので探してみました。

https://ja.aliexpress.com/item/4000340845096.html
制御ICは、以下のPT4115ですので、降圧DC-DCコンバータによる定電流駆動とPWM調光（データシートではDIM(調光)端子）を備えています。
https://pdf1.alldatasheet.jp/datasheet-pdf/view/1141911/ETC2/PT4115.html

他には、こんなのもありました。
https://strawberry-linux.com/catalog/items?code=13932
こちらは制御ICが、LT3932です。
https://www.analog.com/media/jp/technical-documentation/data-sheets/j3932f.pdf

降圧DC-DCコンバーターにこだわらず、シリーズレギュレータ方式でもよいなら、これが使えそうですが、シリーズレギュレータなので、ICの発熱は大きく、効率も悪くなると思います。
NJW4617（日清紡マイクロデバイス(旧 新日本無線)製）
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-12989/
ここに売っているのは単体ICですが、ピッチ変換基板に半田付けすれば、ブレッドボードにも搭載できます。
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-14815/

以上のような物で、用途に合いそうな物があればいいですが、どうでしょうか。

お礼

どうもありがとうございます。

考えてみればチップ説明で使われている用語もよく理解しないまま
何とかなるだろうと組み上げたらダメだったという情けない結末でした。

今回は色んな選択肢を教えて頂いたのであらためて構想が膨らんできました。
調べて分からないときはまたここにお世話になりますのでよろしくお願いします。

回答No.6

kantaro1985

XL4001EのPWM生成機能は、DC-DCコンバータの発振の駆動デューティー比を作っているもので、LEDを調光制御するPWMとは別だと思います。
データシートを見た限りでは。

この基板がどういう素性の基板なのかわかりませんが、私が、このICデータシートを読んだ限りではENビンを使ったPWM調光は出来ないような気がします。

ご提示いただいた回路図では「EN/PWM」と書かれていますがデータシートのICのビン名称は「EN」だけになっています。
Amazonでの基板機能の説明では、PWM調光が可能となっていたのかもしれませんが、それ自体が誤植だった可能性もあるのではないでしょうか？
Amazonの、この類の基板の場合、おそらく購入時にも説明書等は同梱されていなくて、基板のみが送付されてきたと思うので、それが誤植だったのかどうかも不明ですが。

データシートを読むと、ENピンは、このICからのDC-DCコンバータ発振のPWM出力を有効/無効にする機能しか無いように見えます。

このICは定電流出力するので、FBピンで電圧フィードバック、CSピンで電流フィードバックして、この2つのフィードバックを元に、DC-DCの発振駆動PWMのデューティーを制御しているので、ENビンにPWM信号を入れても調光は出来ないと思われます。

私がデータシートの解釈を間違っている可能性もありますが。

補足

コメントありがとうございます。
簡単にXL4001E基板はPICのPWM出力をドライバで使えると思い込み購入しました。説明書はありませんでした。
今回、電源、LED,PWM端子にVR（電圧変化）のシンプル環境で試してみましたが点灯・消灯のみの動作でした。
仰る通りこのXL4001E基板では難しいような気がしてきました（通常のON/OFFだけなら問題ないですがPWMの様な高周波は無理っぽいですね・・使い方が違う！？）
類似案件をネットで色々調べてみましたが、PIC（マイコン）の出力を単純にＬＥＤドライバで駆動する例は中々見つかりませんでした。
やりたいことはPICのポート情報を収集し、パワーLEDのON/OFF、PWM調光をしたいだけなんですが、その場しのぎのパワートランジスタでは効率が悪そうですし、MOSFETなどで自前ドライバーを検討しないといけないんでしょうね。この方向で参考になるコメント頂けると嬉しいです。

回答No.5

kantaro1985

YouTube動画を見ました。
これが、ゆらゆら点滅ですか。
私には、ゆらゆらという表現のような、優雅な感じには見えませんでしたが、それは個人の感性の問題なのでどうでもよかったですね。

やはり、このXL4001搭載基板の各部の波形を観測してみたいところですね。
オシロスコープがなければ仕方がないんですけど。
私はAmazonで買った激安組み立てキットの簡易オシロを愛用しています。
私が買った物と同じものはもう売っていませんが、これとほぼ同じものです。

https://www.amazon.co.jp/Ren-He-2-4%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%83%81TFT-%E3%83%8F%E3%83%B3%E3%83%89%E3%83%98%E3%83%AB%E3%83%89%E3%83%9D%E3%82%B1%E3%83%83%E3%83%88%E3%82%B5%E3%82%A4%E3%82%BA-%E3%82%A2%E3%82%AF%E3%83%AA%E3%83%AB%E3%82%B1%E3%83%BC%E3%82%B9%E4%BB%98%E3%81%8D/dp/B091KVMHX5/ref=pd_vtp_8/357-8263271-8617206?pd_rd_w=sZtox&pf_rd_p=949e26f5-c2ef-4c96-bfde-49d7614d0317&pf_rd_r=V3VV8NCQZC35ESSRTY14&pd_rd_r=71502894-b96b-4a74-8c11-a9b0830a98d5&pd_rd_wg=8nCOC&pd_rd_i=B091KVMHX5&psc=1

あまり使いやすくはありませんけど。

他に組み立てキットではなく、完成品ならこんな感じのがあります。

https://www.amazon.co.jp/Quimat-%E3%82%AA%E3%82%B7%E3%83%AD%E3%82%B9%E3%82%B3%E3%83%BC%E3%83%97%EF%BC%88%E7%B5%84%E7%AB%8B%E5%AE%8C%E6%88%90%E5%93%81%EF%BC%89-0-200KHz-Div-20V-DSO%E3%82%AA%E3%82%B7%E3%83%AD%E3%82%B9%E3%82%B3%E3%83%BC%E3%83%97/dp/B077D3XWHX/ref=sr_1_5?__mk_ja_JP=%E3%82%AB%E3%82%BF%E3%82%AB%E3%83%8A&crid=3TVOX023V7TN4&keywords=%E3%82%AA%E3%82%B7%E3%83%AD%E3%82%B9%E3%82%B3%E3%83%BC%E3%83%97&qid=1646762978&sprefix=%E3%82%AA%E3%82%B7%E3%83%AD%E3%82%B9%E3%82%B3%E3%83%BC%E3%83%97%2Caps%2C234&sr=8-5

今後も電子工作をされるなら、こんな物も用意されてはどうでしょうか。

補足

YouTube動画ご覧いただきありがとうございます。
PWMをPICで生成していますのでPICの出力は多分問題ないと思いますのでここから先が問題なんでしょう。
ご指摘のありました2SC1815の代わりに74HC04(TC4049BP代用)でやってみましたが、動作はほとんど変わりませんでした。

XL4001Eのマニアルを見ると「代表的なアプリケーション（バックLED定電流ドライバ）」と部品数がちょっと少ないですがほぼ同じように思います。
XL4001EマニュアルとXL4001E基板を見てもあまり理解できませんがXL4001EにPWM生成機能があるようなので基板のPWM端子にはPWM信号を入れていいのか分かりません。
あと、ご指摘いただいたようにPWMをもっと低い周波数にしようと思ったのですがPICの仕様を見るとPWM周期は610Hz以下には出来ないようです。

LEDドライバ（XL4001E基板）を保留にして何とか動かそうとパワートランジスタ（TIP41C）で駆動してみたら理想に近い動作を得られました。

https://youtu.be/8bHnegFzylM

LEDドライバ(XL4001E基板)は今回使えると思って購入したので何とか使って動かしたいのですが・・・・頑張ってみます。

回答No.4

kantaro1985

その基板内の回路図が無いので、正確な事はわかりませんが、この基板のEN/PWM端子は、ICのEN端子に直接接続されているでしょうか？

もしそうだとすると、このPWMで制御しているのは、LEDをON/OFF制御しているのではなく、DC-DCコンバータの発振の方を制御しているように思います。
だとすると、あまりONデューティーの時間が短すぎると発振のON/OFFが追従できないのかもしれません。
（PWMがONデューティーの期間だけ、発振している？）
完全に想像でしかないのですが、もしかするとPWM周期を100Hz程度にまで下げた方が追従しやすいかもしれません。

あと、ENピンはHiレベル1.4V以上となっていて、ブロック図でも内部の3.3Vレギュレータで動作しているので、12Vを使わなくても5Vで十分に動作するハズです。

オシロスコープ無くて、波形が見れないそうなので、正確に原因を特定することは難しいかもしれませんが、いろいろ試してみるしかないかな。

補足

アドバイスありがとうございます。
PWMの周期を低くするのはソフトで対応できますのでやってみたいと思います。
曖昧な表現しか出来ませんでしたが、急遽youtubeに動作状況を動画にしてアップしてみました。

https://www.youtube.com/watch?v=QpzPvMVxrBc

動画内の手前の一個のLEDはTEST1の部分です。奥の9個はドライバに繋げたものです。

回答No.3

kantaro1985

Amazonで購入されたとのことですが、まず、御提示いただいた回路図に書かれている「LED-DRV(XL4001E)」とは、XL4001EというICを指しているのでしょうか？
こういうものですか？
https://www.amazon.co.jp/sina-XL4001-ESOP-8-%E9%99%8D%E5%9C%A7%E3%83%81%E3%83%83%E3%83%97-XL4001E1/dp/B08YX75J6Z/ref=sr_1_1?ascsubtag=1ba00-01000-org00-win10-dsk00-nomod-jp000-gatwy-feature-SEARC&keywords=XL4001&qid=1646647549&sr=8-1

それとも、この回路図の「LED-DRV(XL4001E)」の部分はXL4001Eを搭載した、LEDドライバ ”基板"を指しているのでしょうか？
こういう物ですか？
https://www.amazon.co.jp/Moechando-XL4001%E3%82%92%E6%90%AD%E8%BC%89-%E5%AE%9A%E9%9B%BB%E6%B5%81%E5%87%BA%E5%8A%9BLED%E3%83%89%E3%83%A9%E3%82%A4%E3%83%90-%EF%BC%88%E5%85%A5%E8%8D%B7%E4%BA%88%E5%AE%9A%E3%81%82%E3%82%8A%EF%BC%89/dp/B0962WYVDH/ref=sr_1_4?ascsubtag=1ba00-01000-org00-win10-dsk00-nomod-jp000-gatwy-feature-SEARC&keywords=XL4001&qid=1646647549&sr=8-4

文章を読んでも、回路図を見ても、どっちのことを指しているのかよく分かりません。

とりあえず、後者のXL4001Eを搭載した基板だと思って回答したいと思います。
「蛍の様に点滅」「ゆらゆら点滅」がどういう状態を指しているのかよくわからないので、正確に表現していただきたいのですが、想像すると蛍の様にとは、PWMデューティ比を上げ下げして、徐々に明るくしたり暗くしたりしようとされているのかなと思います。
（ゆらゆらの方は本当に何のことかわかりません）
御提示の回路図「TEST2」の箇所の波形は確認されたでしょうか？
意図した通りの波形になっていたでしょうか？
あと、この回路図で、点線で書かれている５Vの部分は何でしょうか？

このICのENピンは、OPENにしていると、Loに固定されるようなので、データシートには明記されていませんが、内蔵プルダウンが入っているのではないかと推察します。
そこでこの回路では、Hiを入力するのに12V－コレクタ間の100Ωの抵抗を通じてHiを入れているので、100Ωの抵抗と内蔵プルダウンの分圧になり、遅延等もあって、ちゃんとした方形波のPWM波形になってないのではないかと思います。
2SC1815などのトランジスタで論理反転するのではなく、74HC04などのロジックICで論理反転してはどうでしょうか？
データシートを見るとENピンは、1.4V以上でHiレベルと判断ようですので、5Vロジックで大丈夫だと思います。

補足

回答どうもありがとうございます
LED-DRV(XL4001E)の部分はドライバ基盤(後者)になります。
オシロスコープを持ち合わせないので見た目の表現ですみません。
PICプログラムにてDuty比を0%-100％、100%-0%までを2.5sec周期程度でPWM出変化させています。
このPWM出力をLEDで点灯したイメージを「蛍の様に点滅」と表現しています。
これをパワーLEDで実現したくLEDドライバに繋いでいます。すると2.5sec周期なのですが「ゆらゆら点滅」例えばここれもイメージですがDuty比が0,10,20,30,40...90,100,90...40,30,20,10,0のところが0,40,30,20,40,30,20...の様点灯しているに見えます。
添付が一枚でしたので動画は諦めました。

あと、５V点線部分は当初の配線で、電圧不足かと思い１２V配線にしてみました（ほとんど変化在りませんでした）
74HC04での対応も検討してみます。

回答No.2

iijijii

PWM周期は最低でも10ms以下にする必要があります。
ホタルではいくらなんでも長すぎます。
もし平滑化ではなく点滅させたいならそのドライバは不敵です。

補足

回答どうもありがとうございます
PICプログラムにてPWMのDuty比を0%-100％、100%-0%までを2.5sec周期程度で変化させています。
PIC内ソフトで26msタイマ割込みでDuty比を0%,1%,2%,4%...の様にsinカーブ(-90度から270度)の繰り返しをイメージして変更しています。
PWM出力直後のLEDは蛍の様にゆっくり、概ね2.5secで暗明を繰り返しています。
図中ドライバLED-DRV(XL4001E)の部分はドライバ基盤を購入しています。基盤内にPWM入力のシルクが施されていましたので...中華製ですので何とも言えません（中国の人すみません）

<PWMイメージ>　（等幅フォントでお願いします）
PICのクロックは10MHzとしてPWM設定周期は610Hz(1.64ms)程度にしています
->|1.6m|<-
_|____|____|____|____ 0%
：
_|~|__|~|__|~|__|~|__ 25%
：
_|~~|_|~~|_|~~|_|~~|_ 50%
：
_|~~~||~~~||~~~||~~~| 75%
：
_|~~~~|~~~~|~~~~|~~~~| 100%

|<------- 2.5sec ---------------------------------------------------------------------------------------->|
_|____|____|......_|~|__|~|__|~|...._|~~|_|~~|_....._|~~~||~~~|....._|~~~~|~~~~|....._|~|__|~|.|____|____|
0% 25% 100% 25% 0%

回答No.1

ohkawa3

たぶん、LEDドライバーとして採用したXL4001の使い方が間違っているように思います。
基本的な使い方は、下図のような回路構成であって、ドライバーとLEDとの間に、D1とLとを接続することが必須です。
ところで、「蛍の様に点滅」「ゆらゆら点滅」と表現なさっていますが、技術的な事柄を表すのであれば、定量的な表現をするようにお願いします。「蛍の様に点滅」「ゆらゆら点滅」のどちらが、立ち上がり／立下りが速いのか、読者には分りません。

XL4001のデータシート：
https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/763180/ETC2/XL4001E1.html

補足

回答どうもありがとうございます
「蛍の様に点滅」「ゆらゆら点滅」表現についてはご指摘の通りです。すみません。
図中ドライバLED-DRV(XL4001E)の部分はドライバ基盤を購入しています。基盤にPWM入力のシルクが施されていましたので...中華製ですので何とも言えません（中国の人すみません）