名称 MIRS2405 エレクトロニクス詳細設計書
番号 MIRS2405-ELEC-0001

版数 最終更新日 作成 承認 改訂記事
A01 2024.10.9 宇佐見祥 大沼巧先生 初版
A02 2024.10.18 宇佐見祥 技術調査所へのリンクの追加

目次


1.はじめに

本ドキュメントはMIRS2405 𝔊𝔘𝔏𝔏ℭのエレクトロニクス詳細設計書である。
詳細設計に際して各種部品選定の根拠等は技術調査書に示す。
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2.全体接続図

全体の接続図をfig.1に示す。



fig.1 全体接続図

モバイルバッテリーでArduino UNO、RaspberryPi pico、Raspberry Pi、Jetsonへの電源供給をし、
LiFePOバッテリーはモーターと降圧コンバータ制御回路の電源供給を行う。
降圧コンバータ制御回路で取得したバッテリー電圧やコンバータ出力電圧をモーター制御で利用することも想定している。
そのため、この電源回路をスレーブデバイスとしてRaspberry Pi Picoに接続できるように基板に部品取付場所を確保する。

3.システム構成

各項目でそれぞれの回路の動作を解説する。

3-1.回路全体

全体の回路図をfig.2に示す。

fig.2 全体回路図

電源回路の出力は、2系統となる。
7.4V系 : サーボモーター
12V系 : パワーウィンドウモータ・その他直流モーター

3-2.電源回路

電源の回路図をfig.3に示す。

fig.3 電源回路図

電源回路はマイコン部、7.4V電源部、12V電源部に分けられる。

3-2-1.PICマイコン電源回路

回路図をfig.4に示す。

fig.4 マイコン電源部回路図
BP5293-50を使用し5Vを供給する。
また、この5Vを絶縁型DCDCコンバータの入力にも使用する。

3-2-2.バッテリー電圧測定回路

回路図をfig.5に示す。

fig.5 電圧測定部回路図
LiFePOバッテリーの両端子に分圧抵抗を接続する。
BATTVD端子をPICマイコンのアナログピンに接続し、バッテリー電圧を監視する。
バッテリー電圧が低すぎる場合は降圧コンバータの出力を切る。

3-2-3.電源回路12V系

回路図をfig.6に示す。

fig.6 降圧コンバータ部回路図
電源の入力はLiFePOバッテリーである。
出力にはモータードライバを接続し、12Vを供給する。
出力側には分圧抵抗を接続し、OVD端子電圧をPICマイコンのADコンバータから過電圧検出を行う。
検出電圧を用いて出力が12V一定になるように制御し、任意設定の閾値を超えた場合は出力を切る。
ゲート制御はPICマイコンで行う
SBDは4パラで使用する。
平滑コイルも定格電流の関係から6パラで使用する。

3-2-4.サーボモーター用電源回路

回路図をfig.7に示す。

fig.7 サーボ電源回路図
NJM2360ADを使用した降圧DCDCコンバータ回路である。
出力電圧7.4V、最大出力電流は5Aとしている。

3-2-5.ゲートドライブ回路

回路図をfig.8に示す。

fig.8 ゲートドライブ回路図
Nch-MOSFETをハイサイドで駆動するため、フローティング電源を用いる。
ゲート制御信号はフォトカプラで絶縁され、ターンオン時は12V、ターンオフ時は0Vをゲートに印加する。
ゲート抵抗は絶縁型DCDCコンバータの出力電流の制約からターンオン時は100Ω、ターンオフ時は50Ωとなるようにしている。

3-2-6.電源回路制御用マイコン

電源回路の制御にはPIC16F1938を使用する。
使用するI/Oと機能をtable.1に示す。
table.1 PICマイコンI/O
ピン番号 入出力 機能
RA0 IN OVD入力
RA1 IN BATTVD入力
RB0 OUT 降圧コンバータゲート信号出力


4.使用物品

使用物品をtable.2に示す。

table.2 使用物品
物品名 単価 個数 小計 サイトURL
積層セラミックコンデンサ 0.1μF 25円 3 75円 リンク
積層セラミックコンデンサ 10μF 50円 1 50円 リンク
ショットキーダイオード 1S4 20円 1 20円 リンク
汎用小信号高速スイッチングダイオード 1N4148 150円 1 150円 リンク
2素子入りショットキーバリアダイオード MBR3060FCT 120円 2 240円 リンク
ファストリカバリーダイオード ER504 30円 1 30円 リンク
トロイダルコイル 470μH 9A 150円 6 900円 リンク
トロイダルコイル 90μH 50円 1 50円 リンク
TTC3710B 120円 1 120円 リンク
TTA1452B 120円 2 240円 リンク
TK3R2E06PL 120円 1 120円 リンク
3W級絶縁型DC-DCコンバータ MCW03-05S12 850円 1 850円 リンク
TLP250H 150円 1 150円 リンク
NJM2360AD 70円 1 70円 リンク
ガラス管ヒューズ20A 40円 3 120円 リンク
ガラス管ヒューズ10A 40円 2 80円 リンク
ヒューズホルダー　基板取付用　標準タイプ 20円 10 200円 リンク
合計 3465円

5.参考文献

njm2360アプリケーションノート
MOSFETゲート駆動回路



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