アナログ電子回路技術者同士の交流のためのアナログ・デバイセズ提供の掲示板サイトです。
日々の回路設計活動での課題や疑問とそれらの解決、あるいはご意見やご提案などの投稿を是非お寄せください!
  トップページに戻る
 現在の総記事数
 Translation
スタッフ
 

閲覧数の多い投稿

* ランキング情報は約24時間おきに更新されます。
ポイント数が高い投稿

* ランキング情報は約24時間おきに更新されます。

アナログ電子回路コミュニティサービス終了のお知らせ

平素はアナログ電子回路コミュニティをご愛顧いただき誠にありがとうございます。

この度、アナログ電子回路コミュニティは2018年3月末日をもってサービスを終了することとなりました。それに伴いまして、本サービスへの新規会員登録は2月末日をもって締切りといたします。約10年という大変長い間、たくさんの皆様にコミュニティをご利用いただきましたこと、深く感謝申し上げます。

なお、コミュニティに掲載しているコンテンツは編集の上、アナログ・デバイセズ社のウェブサイトに随時掲載していく予定です。詳細は追って会員の皆様にお知らせいたします。

今後ともEDN Japanをご愛顧くださいますようお願い申し上げます。


アナログ電子回路コミュニティ運営事務局
* LTC製品に関するご注意
申し訳ございませんが、現時点ではリニアテクノロジー社製品についてのお問い合わせは、リニアテクノロジー社の 技術サポートページ からお問い合わせください。

スレッド一覧に戻る

NP
タイトル
フォトカプラ ACPL-244について
ポイント []
pt.
アクセス618
カテゴリーアンプ&コンパレータ
キーワード 2チャンネル   フォトカプラACPL-244   添付資料   消費電力   電圧   Powered by Yahoo
投稿日時17/12/16 11:48
お世話になっております。
毎度初歩的な質問で申し訳ございません。
フォトカプラACPL-244についてです。
添付資料の回路を組んでしまいました。
添付資料の回路でも入力機器でON・OFFの確認はとれています。
そこで、気になる問題があります。
フォトカプラの全体消費電力です。
データシートを見るとPI=65mW、PC=100mW、PTOT=170mWと記載されていました。
添付資料の測定結果から消費電力を算出すると
PI=5V×2.59mA
=12.95mW
C地点の電圧が15.92Vの為、2.2KΩにかかる電圧は13.08V
PC=13.08V×5.67mA
 =74.16mW
PTOT=12.95mW+74.16mW
=87.11mW
と言う結果になりましたが、そもそもこの計算の考え方が間違っているんじゃないかと不安です。
1チャンネル分でしたら消費電力的には問題なさそうですが、2チャンネルは使用できない計算になると思っています。
計算に自信がないのでお聞きしました。
以上、ご教示願います。

NP
※このデータをダウンロードするにはログイン(ユーザー登録)が必要です。

コメントする     


NP 回答番号 19
タイトル
お世話になりました。
ポイント
pt.
アクセス319
投稿日時17/12/20 20:01
やま様、NAKA様、MUSUSU2様

大変お世話になりました。
先ほど実験が終わり、皆様に教わったことをレポートにまとめ、最適値の計算が完了致しました。
また、フォトカプラの仕組みや、どこにどれくらい電流が流れる、CTRの考え方、CTRの求め方等、大変勉強になりました。

現在の回路ですとIFに約3.8mA流し、ICが6.76mAでした。
CTRが246%でICに流れる電流が飽和状態でした。またそこからONレベルや消費電力を視野に入れて計算すると、140%までしか下げられませんでした。
最悪の20%を想定しもう一度、練り直します。

本当に、皆様のおかげで理解できました。
また、わからない点がございましたらご教示願います。

本当に、ありがとうございました。

NP

NP 回答番号 18
タイトル
やまさま、MUSUSU2様
ポイント
pt.
アクセス364
投稿日時17/12/19 20:53
お世話になっております。
お忙しいなか返信ありがとうございます。

返信遅くなってしまい申し訳ございません。
返信記事読ませて頂きました。
その内容を基に、自分なりに色々実験しています。

まとまりましたらご報告させて頂きます。

NP

やま 回答番号 17
タイトル
トランジスタの負荷抵抗を軽くすればトランジスタの電力も下がる
ポイント
pt.
アクセス464
投稿日時17/12/19 07:01
NPさん お疲れ様です。

計算はあっています。合計5KΩの負荷だと、CTRによっては素子の最大電力を超える可能性があることは分かったと思います。

負荷を合計5KΩより大きくして、負荷を軽くする方が安全です。

NP 回答番号 16
タイトル
やまさま
ポイント
pt.
アクセス421
投稿日時17/12/18 20:59
お忙しい中、何度もお付き合いして頂き申し訳ございません。

トランジスタが0VでONしたとしてトランジスタ側に流れるMAX電流は29V/5KΩ=5.8mA
IFが小さくなると、CTRによって流れる電流値が変わります。
と言う事はたとえばLED側に2.2KΩを付けてIF=1.72mAだとすると、CTR=110%とした時、IC=1.72*110%=1.89mAとなります。
本来ならMAX5.8mA流れるとこが、1.89mAしか流せないとなります。
1.89mA×2.8KΩ=5.29V
1.89mA×2.2KΩ=4.15V
VCE=29V-(5.29V+4.15V)
=19.56V
PC=19.56V*1.89mA
=36.9mW
となる。
これが仮にIF=3.8mAに増やすと、CTRよりIF=4.18mA
4.18mA*2.8KΩ=11.70V
4.18mA*2.2KΩ=9.19V
VCE=29V-(11.70V+9.19V)
=8.11V
PC=8.11V*4.18mA
=33.8mW
となります。
この結果からトランジスタにかかる最大電流値に近くなる様、IFとCTRを計算し、ICを増やす事により消費電力が小さくなると言う事であっていますでしょうか?

何度もお付き合いして頂き申し訳ございません。

以上、よろしくお願いいたします。

NP

MUSUSU2 回答番号 15
タイトル
コメント数点
ポイント
pt.
アクセス471
投稿日時17/12/18 20:41
NPさんへ

いくつかコメントします。

①損失とエネルギーの流れについて

 ICや抵抗の中で損失があることを判断するには、第一に電圧と電流関係からエネルギーの流れがどうなっているかを見ます。
先ず抵抗を考えてください。 抵抗の中でのエネルギー損失率は、電圧×電流で電力と計算されますね。 一方、電源の出力も電圧×電流で計算されます。 同じ計算ですが、電圧と電流の向きとその値の測り方の基準を一致させると、片方はプラスもう一方はマイナスになります。それで電力の吸収と放出の区別が一元的に測れます。 コンデンサなどは吸収したエネルギーを後で吐き出すことができるので、エネルギーを吸収したからといって、それが損失になるとは言い切れないのですが、抵抗や、フォトカプラは損失になるとみて間違いはありません。 ですから抵抗における損失の計算と同じように計算すればよいのです。
 そこで電圧とは、回路の中の電位ではなく、部品の端子間にかかっている電圧で考えます。

②ON時の最大電流:
 NPさんの回路では、先ずはカプラのON電圧を無視し、
  29V/(2.2kΩ+2.8kΩ) ですが、各部品の誤差を考慮します。
 フォトカプラの中にグランドにつながる隠れた足はないことを意識してください。
  5.8mAの単純計算値がでます。 さらに抵抗値の誤差を約10%以下、電源電圧の誤差を5%以下と想定すると
 最大は、5.8mA*1.1*1.05=約6.7mAとなりますか。これは、Icの最大値です。
 確実にONにするのに必要なLED電流は、最悪20%の変換率として、
 Iled=6.7mA/0.2 =約33.4mA 。
 経年変化で、効率が半分近くになることに備えると、60mA以上流す設計にしろということになります。
 蛇足ですが、こういうICは使いたくないですね。

③バイポーラトランジスタで飽和とは、ベース電流を増やしてもコレクター電流はほとんど増えない状態を言います。 抵抗負荷がつながっている時に、Icが増えていくとVceが下がりますが、0V以下にはならないのはすぐわかると思いますが、そこまでいかなくともその手前で、Vceの低下が止まります。そこが飽和と線型動作の境目です。

④変換率の考え方
 NPさんが回答6で、変換率の計算をしていました。その場の変換率計算は合っているのですけれども、ICの性能としての変換率は求められていません。 トランジスタが飽和している可能性を考慮していないからです。 先の測定で、出力の電流を測っていますが、その時トランジスタのコレクタとエミッタの間の電圧はせいぜい1ボルト前後でしょう。周辺の抵抗値と電流値、電源の電圧から割り出せばそうなりますね。 ですので、飽和した状態の可能性があります。 ICの性能としての変換率を測るには、LEDの駆動電流を下げて行って、出力電流が下がり始め、Vceが上がり始める先のところでの変換率を見るのです。
 この説明が分かりにくいようでしたら、以下のように考えてください。
  ある設定で、変換率が200%に見えたとします。 そこから、LED電流を倍にしてみます。 すると、出力が飽和していれば、出力電流はほとんど増えません。 この時の電流変換率は100%になります。同じICで、変換率が変化するように見えるわけです。 個々の測定条件下での変換率は大切ではなく、線型動作時の変換率と飽和近辺の変換率が大切なのです。

⑤経年劣化について
  よく言われているのはLEDの発光効率が劣化するということです。当該のICについてデータシートに記載があるかどうかは知りません。 データシートに記載がなくとも半導体メーカーは関連資料をどこかに掲示してあるのではないかと考えます。
 LEDの駆動電流が大きいと劣化も早くなるようです。
 過去に見た資料の例では、厳しい条件下で、5万時間で初期の60%に低下するものが出ていました。 

以上です。

やま 回答番号 14
タイトル
電流の最大値は電源電圧と抵抗で決まります。
ポイント
pt.
アクセス477
投稿日時17/12/18 20:11
お疲れ様です。

トランジスタ側の電源電圧は29V 抵抗は合計で5KΩと記載されていましたので、トランジスタが0Vでオンすると、流れる電流は29V/5KΩで5.8mAになります。

IFが少なくなるとトランジスタが流せる能力が低くなって電流値が少なくなります。CTRはトランジスタが電流を流せる能力です。

IFが十分あるときはトランジスタの電力は少なくなり、IFを少なくすると、トランジスタのVCEが増えて、消費電力も増えます。電源電圧の半分まで上がると電力は最大になります。この時のトランジスタの消費電力は14.5V×2.9mA=42mWです。4個だと最大電力の170mWを超える可能性はあります。

抵抗を少し大きめ(合計7KΩ程度)にすれば、最大電流は4.25mAになり、最大電力は14.5V*2.125mA=30mW程度で、フォトカプラが最大電力の170mWを超えることは無いでしょう。




NP 回答番号 13
タイトル
やま様
ポイント
pt.
アクセス430
投稿日時17/12/18 19:18
お世話になっております。
ご回答ありがとうございます。

年間10万個なんてレベルが違いすぎます。
私はそんなにすごいものを作っていなく、少数品でして自分なりに考えて設計していますが、わからないことが多すぎて不安だらけなのです。

NP

NP 回答番号 12
タイトル
ちなみに
ポイント
pt.
アクセス439
投稿日時17/12/18 19:14
因みにですが、LED側の抵抗を減らして500Ωつけてみました。
IF=(5V-1.2V)/500Ω=7.6mAになる計算の所実測は7.22mAでした。
この実測値に対し、変換効率が219.4%の場合IF=15.84mAになる予定でしたが、実測は5.84mAでした。
これは送る側に対し、受ける側が上限ってことでしょうか?
また、2.8kΩにかかる電圧も16.26Vでした。
計算だとV=5.84*2.8kΩ=16.35Vになります。
そうすると、トランジスタに29V-16.35V=12.65Vかかり、
PC=12.65V*5.84mA
=73.8mW
になるのでしょうか?

以上、ご教示願います。

NP

NP 回答番号 11
タイトル
NAKA様
ポイント
pt.
アクセス432
投稿日時17/12/18 18:58
お世話になっております。
ご回答ありがとうございます。

図面が中途半端で申し訳ございませんでした。

私が欲しいのはデバイスが壊れない安心値が欲しかったです。

あとは勉強のために色々と知りたかったです。

NP

NAKA 回答番号 10
タイトル
完全にスイッチとして使うのだと思ってました。
ポイント
pt.
アクセス514
投稿日時17/12/18 18:37
NPさんこんにちはNAKAです。
NPさんの回路図から(LEDをスイッチでON・OFFしてる)遮断領域と飽和領域のみでスイッチとして使うと思ってました。なので仮に接続機器のインピーダンスが0[Ω]の最悪条件でも2.2[KΩ]の電流制限抵抗があるため、PTRのIcは(29-0.4)/2.2[KΩ]=13[mA]しか流れません。PTRの内部が抵抗などで100%熱になったとしても、0.4[V]×13[mA]=5.2[mW]程度で実際は入力機器のインピーダンスなどがありもっと少なくなります。ですからそんなに消費電力を気にしなくて良いような気がします。みなさんがおっしゃられてますように、完全にONあるいはOFFしない状態(増幅域?線形領域?)で使用するとVceが0.4[V]より大きくなりますのでその分、熱が発生するため、トータル170[mW]を超えると素子が熱で壊れるような感じになると理解してます。NPさんが気にされているのは、デバイスの消費電力を限界まで少なくすることなのでしょうか?それともデバイスが壊れない安心値が欲しいのでしょうか?

NP 回答番号 9
タイトル
MUSUSU2様
ポイント
pt.
アクセス469
投稿日時17/12/18 17:47
お世話になっております。
ご回答ありがとうございます。

ONとOFFの中間にあると電力損失が生じると言う事ですが、これはたとえば、ONレベルが12Vとしたとき、常に10Vぐらいかかっているとトランジスタ内で損失しているという事でしょうか?
ON時の最大電流値を求める計算式として電源電圧は29Vなのか、ONレベルに必要な電圧なのでしょうか?
29V/2.8kΩ=10.35mAもしくは13V/2.8kΩ=4.64mA
10.35mA/0.2=51.75mAもしくは4.64mA/0.2=23.2mA
経年変化のデータと言うのはデータシートに記載されていますでしょうか?飽和状態を確保するための電流値と言うのは、変換されたMAX値と言う事でしょうか?IF側でそれ以上が流れても、トランジスタ側は天井と言う事でしょうか?

消費電力は全体に流れる電流で考えてしまっていました。
お恥ずかしいです。
知識がないものですから初歩的な質問ばかりになっていると思います。

以上、ご教示願います。

NP


やま 回答番号 8
タイトル
どの部品が入っても動作するように考えるのが設計です
ポイント
pt.
アクセス494
投稿日時17/12/18 17:39
はい 考え方はOKです。

CTRが20%から400%の幅があるので、最悪の部品 20%が入っても動作するように回路を設計ください。

出来ない場合は、CTRを指定して購入することになりますが、部品代が割高になります。

IFを増やせば良いですが、増やせない場合は、ICを減らすしかないでしょう。

基板を数多く作る場合は最悪値で設計し、標準値と最良値で動作をシミュレーションして確認すればOKです。

30年以上前ですが、年間 10万個以上作る製品を設計していました。

NP 回答番号 7
タイトル
NAKA様
ポイント
pt.
アクセス479
投稿日時17/12/18 17:22
お世話になっております。
ご回答ありがとうございます。

入力機器の2.8kΩは入力インピーダンスです。
また入力機器には29Vかけても大丈夫です。

LEDの側の消費電力の計算は理解することができました。
トランジスタ側の電力計算方法ですが、まず、全体の電圧から飽和電圧?を減算して、2.2KkΩとトランジスタにかかる電流を算出しそこに飽和電圧?をかけて電力を求めるのでしょうか?

以上、よろしくお願いいたします。
NP

NP 回答番号 6
タイトル
やまさま
ポイント
pt.
アクセス482
投稿日時17/12/18 16:36
お世話になっております。
返信ありがとうございます。

おかげ様で理解することができました。
IFに流れる実測電流は2.57mAでした。
計算値はIF=(5V-1.2V)/1.5kΩ=2.53mA
ICに流れる実測電流は5.64mAでした。
CTR=(IC/IF)*100
=(5.64/2.57)*100
=219.4%
この場合、抵抗にかかる電圧は5kΩ×5.64mA=28.2V
2.2kΩにかかる電圧は2.2kΩ×5.64V=12.40V(実測:12.22V)
2.8kΩにかかる電圧は2.8kΩ×5.64V=15.79V(実測:15.71V)
トランジスタにかかる電圧は29.0V-(12.22V+15.71V)=1.07V

LED側の消費電力は
PI=1.2V*5.7mA
=6.84mw
トランジスタ側の消費電力は
PC=5.64mA×1.07V
=6.03mW
1回路辺りの消費電力は
PTOT=6.84mW+6.03mW
=12.87mW
となりました。
このような考え方であっていますでしょうか?

また、今回のフォトカプラはCTRが219%でしたが、20%から400%までの幅があると記載されています。
LED、トランジスタ側の抵抗を固定した値で使用したいのですが、CTRの変動を考えると、その都度変更しないとダメなのでしょうか?
(単純に2.57mAの20%だとIF=0.51mA,400%だとIF=10.28mA)

以上、お手数ですがご教示お願いいたします。

NP


MUSUSU2 回答番号 5
タイトル
抵抗負荷駆動の電力損失
ポイント
pt.
アクセス513
投稿日時17/12/18 15:04
 NPさんへ、

 やまさんが言いたかったのは、フォトカプラの出力は、OFFであるか、あるいはしっかりONになっていないと、フォトカプラ内で大きな電力損失になるということでしょう。

 一般に電源が一定電圧、抵抗負荷の間にトランジスなどを直列に入れて電流を制御する回路では、ONとOFFが理想的であれば、制御素子内の電力損失はゼロです。 電流または電圧どちらかがゼロだからです。 一方ONとOFFの中間にあると電力損失が生じていることになります。計算してみるとすぐわかることですが、もとの電源電圧の半分を制御素子、残りの半分を負荷が受けている場合に制御素子内の電力損失が最大になります。
 
 件の回路では、出力をONにしたいとき、フォトカプラの出力トランジスタにかかる電圧はゼロにはできなくとも、しっかりONにしておかないと損失が大きくなりますよということです。 しっかりONにするためには、必要な電流出力の最大値を駆動しても、トランジスタにかかる電圧が中途半端にならないように入力のLEDに十分な電流を流せと言うことです。
 具体的な手順としては、先ず出力側の電源電圧と負荷になる抵抗値から、ONの時の電流値の最大値を算出します。
 次に、出力部のトランジスタがその電流を間違いなく流せるために必要なLED電流を算出するのですが、それはカプラの電流変換率の最悪値と電流変換率の経年変化のデータから算出した値に、適当な係数をかけて、飽和状態を確保するために必要な電流値とします。 
 LED電流の必要条件が算出されれば、あとは、入力側の電源電圧、スイッチの電圧降下、LED部の順方向特性から、LED側の電流制限抵抗の条件を算出できるでしょう。

 消費電力を気にしている、言い換えれば、ICの許容損失値を超えるのではないかとの懸念があるようですが、ICの外の抵抗で生じている損失は、ICの定格規定の外ですので、先ずは気にしなくて良いのです。

NAKA 回答番号 4
タイトル
ちょっと簡単に考えすぎでしょうか?
ポイント
pt.
アクセス527
投稿日時17/12/18 14:46
こんにちはNAKAといいます。
入力機器2.8KΩっていうのは機器にプルダウン抵抗が付いているの意味?入力インピーダンスの意味?
ONレベルが12.47Vっていうのは閾値の意味?入力機器に電圧は29Vを印加してもいいのでしょうか?15.92V程度しか印加できないのでしょうか?
LEDのVfがMAX1.4[V]で電流制限抵抗が1.5[KΩ]ならP(LED)=((5-1.4)/1.5K)×1.4=3.36[mW]
PTRのVce(sat)がMAX0.4[V]で電流制限抵抗が2.2[KΩ]ならP(PTR)=((29-0.4)/2.2K)×0.4=5.2[mW]
PTOT=3.36m+5.2m=最悪でも8.56[mW]程度かな?と思いました。


やま 回答番号 3
タイトル
0.5mAで5KΩは2.5V
ポイント
pt.
アクセス544
投稿日時17/12/18 12:26
トランジスタ側の抵抗は合わせて5KΩですので、0.5mA流れたら電圧Dropは2.5Vになり、残りの電圧 29-2.5=26.5Vはトランジスタにかかります。

ICに流れる電流はフォトカプラのCTRで決まりますので、200%の場合はI=2.6mAの倍のIC=5.2mAになります。
この場合、抵抗にかかる電圧は5KΩ×5.2mAで26Vになり、残りの29V-26=3Vがトランジスタにかかります。この時の電力は5.2mA×3V=15.6mWです。

実際の回路でIFとICを測定(抵抗の電圧を測定して抵抗である)すれば、素子にかかる電力がわかります。


NP 回答番号 2
タイトル
やまさま
ポイント
pt.
アクセス559
投稿日時17/12/18 10:04
お世話になっております。
さっそくの返信ありがとうございます。
LED側について確認です。
1回路全体には2.59mA流れて、1.5kΩにかかる電力は(5V-1V)×2.59mA=10.36mW、LEDにかかる電力は1V×2.59mA=2.59mWという考え方でよろしいでしょうか?

次にトランジスタ側についてです。
【トランジスタ側はCTRがminで20%保証ですので、最悪の場合 IF=2.6mAではIC=0.5mAしか流せない場合があります】までは理解できました。
その後の、【VFが25V近くになる可能性がある】と言う所ですがその25Vと言うのは、どの様に算出された値なのでしょうか?
トランジスタ側のコレクタの電圧は16.61V、エミッタの電圧は15.97Vでした。
エミッタにかかる電圧は2.2kΩと2.8kΩで分圧された電圧なのでしょうか?

初歩的な質問で申し訳ございませんがご教示願います。

NP

やま 回答番号 1
タイトル
フォトカプラの素子にかかる電力
ポイント
pt.
アクセス616
投稿日時17/12/17 07:06
NPさん お疲れ様です。

許容電力はフォトカプラの素子にかかる電力を言っています。
LED側は赤外LEDを使用していますので、2.6mAではVF=1V程度で、電力は2.6mW
トランジスタ側はCTRがminで20%保証ですので、最悪の場合 IF=2.6mAではIC=0.5mAしか流せない場合がありますので、VFが25V近くになる可能性があり、25V*0.5mA=12.5mW (最悪値)
で1CHで15mW 4CHで60mWになると思われます。

実装前にCTRを測定し、CTRが200%以上のものを使用すれば電力はかなり小さくなります。

回路全体の消費電力ではなく、デバイスにかかる消費電力で確認ください。

スレッド一覧に戻る



コメント投稿

* コメントの投稿にはログイン(ユーザー登録)が必要です。


タイトル

* 50文字以内
『初心者でも大丈夫!』
(記事の内容が初心者向けの場合はここにチェックをしてください。)
本文

* あと6000文字

ファイル1
ファイル2
ファイル3

* 5MBまでのGIF, JPEG, PDF ファイルが投稿できます。

* 入力に時間がかかると、セキュリティのためにログイン情報が破棄されて書き込みが処理されないことがあります。投稿内容確認ボタンを押す前に、一旦文章をクリップボードにコピー(本文入力欄をクリック後Ctrlキー+A、Ctrlキー+Cと連続で押す)して、再貼り付けできるようにしておいて下さい。

ゲスト 様
投稿する場合はログインして下さい。 初めての方はこちらからご登録ください。

お知らせ
ユーザーランキング

* ランキング情報は約24時間おきに更新されます。


  個人情報保護方針会社情報お問い合わせ

copyright(c) 2010 - 2017 ITmedia Inc.