ちょっとTea Time!? 16セグメントを使ってみよう 2021.10.18

以前にオーディオショップに足を運んだときに、気になるアンプがありました。何が気になるかといえば
表示方法です。14セグメントLEDだったと思うのですが、それをつかって入力チャンネルが表示してあります。
なんとも大きくて見やすい。それになんとも無骨さもいいです。これいいかも・・・・。

あと、スピーカ視聴室には沢山のスピーカが置いてありますが、今鳴っているのはどれかを示す大きなLED表示器が
あります。ちょうど、家のスピーカも5個接続してあるので、いまどれが鳴っているかを表示するようにしたら、
ちょっとショップ感覚で面白いかな〜という気が起きてきました。

そういうふと込み上げて、夜の夜長にショップサイトを眺めていて、LEDを衝動買いしてしまいました。


オーディオショップで見かけたアンプの表示器にLEDを使った表示器が妙に印象的でした。

とりあえず買っちゃえ!

というか、すでに注文はしていたのですが、小さいLEDはようやく本日到着しました。
大きい16セグメントは秋月で購入です。部品箱の肥やしにならないようにしなくっちゃ!です。


大きい方は迫力あります。これなら遠くても十分見えます。まあ、遠いといっても3m程度ですが(笑

足りない・・・・

さっそく基板に取り付けるためにレイアウト検討です。最初は大き目のユニバーサル基板に納まるかと思っていました。
大きい方はちょうど4個はいりました。残念なのが小さい方は10個乗せるにはパッドが一列足りません。
9個だけでもいいのですが、1個あまっても仕方ないしな〜、一列穴をあけるかなあ〜、面倒だなあ〜。
ちなみになぜ10個かというと、単純に10個売りだったからです。本当は8個くらいで良かったのですが・・・・。


大き目のユニバーサルに乗せようとおもいましたが、どうやら1列だけ足りないようです。穴開けないといけないな〜。

データシート調査!

とりあえず、基板はもう一列穴をあけるとして、LEDのデータ調査です。大きい方は秋月から入手なのでデータシートが入っていました。
大きい方はアノードコモンですね。


大きい方のLEDはアノードコモンです。

問題は小さい方です。LEDの側面に型番があったので、ネットでデータシートを調べますがなかなかヒットしません。
ようやく探し出せたと思ったらaitendoさんのHPでした。で、価格をみてちょっとがっかりです。aitendoさんの方が安かったです。

で、さらに気落ちすることがありました。小さい方はカソードコモンです。
大きい方(アノードコモン)と配置が違います。こりゃまいったなあ〜。
並列に接続しようと思いましたが、そうはいかなくなりました。というか、確かめずに買ったの?という声が聞こえそう・・・・。
こりゃ、ドライブ回路をどうしようか、ちょっと考え直しです。


型番はSH8103ASですが、HPで探してもなかなかデータシートが見つかりませんでした。
なんとかAITENDOさんのHPで見つけました。AITENDOさんの方が安かった・・・・。


小さい方のSH8103ASのASはカソードコモンのようです。

とりあえず、動作チェック

大きいLEDと小さいLEDの配線が異なるのはちょっと考えていませんでしが、買ってしまったので仕方ありません。
ドライブ回路は別途考えるとして、まずは小さいLEDは動作チェックです。問題なく動くとは思いますが、
リードリレーでは不良品が結構ヒットしたので、念のため全数の点灯チェックです。
470Ωの抵抗を挟んで5Vを加えて点灯チェックです。

とりあえずは全数OKでした。470Ωだったらちょっと電流多いかな〜とおもいましたが、どうやら高輝度タイプでは
なさそうなので、明るさはちょうどいいくらいでした。


全数点灯チェックです。5Vで470Ωの抵抗でいい明るさです。


さて、折角半田付けしようかと思いましたが、基板の穴あけから始めないといけないなあ〜。
こりゃ、すこし時間がかかりそうです。

基板を加工 2021.10.23

10個の16セグLEDを並べられるように、基板に穴あけです.
こういったときにCNCがあると便利です.既存の穴にドリルの位置を合わせれば、
あとは2.54mmピッチでステージを動かして穴をあけるだけです.

LEDを乗せるために、追加で穴あけです.


これで10個のLEDを並べることができます.

大きい16セグLEDに流す電流は結構必要みたいです

最初は大きい16セグLEDは高輝度タイプと思っていました.というのも、これをつかった秋月の時計キットの回路図
では、電流制限抵抗に220Ωをつかっています.LEDのVfが3.6VあるのでトランジスタやドライバICの電圧効果を無視する
としても、LEDに流れる電流は(5.0-3.6)/220=6.4mAです. これを4個のLEDでダイナミック点灯させるので
実効的な電流は1.6mAとなります.
 でも、どこにもLEDには高輝度とも書いてないし、これで十分に見えるのかちょっと心配です.



この回路ではLEDに流す電流は実効値で1.6mA程度のようです.
引用:TOKEI-4.pdf (akizukidenshi.com)

LEDに流す電流は10mAは必要かな〜

ほんとうに1.6mA程度で十分な明るさが得られるのかな?データシートでは20mAが標準値になっています.
ちょっと調べてみる必要がありそうです.ということで、まずは電流3mAと10mAで比べてみました.
 結果としては3mAでもかなり不足していて、10mAは最低でも流す必要がありそうです.

電流値 表示1 表示2(黒のスモークを入れました)
3mA
弱弱しい発光です.

ちょっと寂しいかも.
10mA
結構明るく見えます.

これなら光っている感じがします.

ややこしいな〜

この大きい方の16セグLEDですが、セグメントの大きさにあわせて使用するLED素子の数がかわるようです.
データシートから見ると、大きいセグメントは4個のLED素子が、小さい方は2個のLED素子が使ってあります.
ということは、各セグメントに同じ電流を流したのでは明るさが異なる可能性があります.
調べて見ました.

セグメントによってLED素子の個数が違います.

調べてみると、大きいセグメントは小さい方の倍の電流を流さないと同じ明るさには見えないようです.
こりゃ、電流制限抵抗もセグメントにあわせて変更する必要がでてきます.ややこしいなあ〜

サイズの違うセグメントを同じ電流で駆動した場合では
小さい方が明るく発色します.
大きいセグメントを小さい方の2倍の電流
を流せば同じ明るさになります.

結構大電流が必要です

さて、大きい16セグLEDは結構な電流が必要です.小さい素子で10mA、大きい素子は20mA必要です.
これを4個でダイナミック点灯させると、4倍必要なのでそれぞれ40mA、80mAとなります.この程度なら
TO-92サイズの小さいトランジスタで大丈夫です.ただ、問題になるのは1桁全体をドライブするのが大変です.
1桁あたり、大きいセグメント素子が10個、小さい素子が6個ありますが全部点灯させる必要な電流は
80mA×10+40mA×6=1040mAと1A以上必要です.こうなるとTO-92では厳しくてTO-220サイズのトランジスタ
が必要です.
 結構ドライブだけでも面倒そうになりそうです.


また要らんもの買ってきた〜 2021.11.10

出張帰りにデジットに寄って、何かめぼしいものがないか物色.
超特大の7セグLED(高さ70mmくらい)のものがレールに入っていて10個で1000円でした.
よほど買おうかと思いましたが、買っても鞄の中に入らないんだよな〜.車で来た時なら
無条件でかってそうだけど、今回はパスです.
 とりあえず、ケーブルの端材みたいなもの(シールド線や4芯線など1〜2m品)が一袋10円だったので、
7袋ほどトレイへ.でも、流石にそれだけをレジに持っていくのははばかれます.
ということで、さらにφ60mmの12VDCファン3個(@80円)を追加です.でも、まだちょっと寂しい.---.
そこで、以前にもすこし気になっていた蛍光表示管を買ってみることにしました.
レトロな感じもいいかもしれません. 


デジットで買った蛍光表示器です。ちょっとだけレトロな感じ。

でも、蛍光表示管なんて使ったことありません. 嬉しいことに接続図が添付してあったので.
まずはそれを眺めます.
 こういった添付資料はすぐに紛失してしまう可能性が高いので、スキャナーで取り込んでHPに
あげておきましょう. もうストレージ替わりにHPを活用です.







まずは動かしてみましょう!
 とりあえず、説明書をみて動かし方はわかったのでまずは動かしてみましょう.
一度でも動かしたとなれば、部品箱の肥やしに今後なったとしても勿体なさは半減します(笑.

蛍光表示器にはフィラメント電源とグリッド電源が必要
説明書を読むと、点灯させるにはフィラメント用の電源とグリッド用の電源が必要になるみたいです.
グリッド用の電源は電圧は低いのですが、電流が沢山必要です.
反対にグリッド電源は高電圧が必要ですが、電流はあまり必要でないようです.

グリッドの駆動には18〜24V程度必要なようですが、マイコンで制御するには1素子あたりトランジスタが2個必要になるので
全部を駆動するとなるとトランジスタが一杯必要です.トランジスタ自体の数は問題ではないのですがその配線が大変です.
そこで、説明書にあったドライバについても追加で購入することにしました.TD62783というもので8回路入りです.
これは、秋月でもあったのですが、秋月では表面実装タイプのものしか取り扱いがないので、これも共立電子で購入です.
共立エレキットではDIPのものがありました.
 このドライバは50Vまで使えるだけでなく、500mAまで電流が流せるようなのでLEDのダイナミック点灯にも便利そうです.
というか、多分そういった用途に作られたものなのでしょうね.

TD62783です。8回路入りの高電圧ドライバです。500mAまで流せるのでLEDも使えます。

フィラメント電源はDCDCで作りましょう

説明書の回路例では高電圧となるグリッド電源からセメント抵抗を介してフィラメントを駆動するようになっていましたが、
流石に効率悪すぎです.なんせ4V0.085Aで動くフィラメントを24Vで動かすと.セメント抵抗は2W近くの電力を消費
することになってしまいます. それに、マイコン用の電源も準備しなくてはなりませんから、ここは5Vで動かすこととして、
グリッド電源はDCDCをつかって24Vに上げることにします.  このDCDCはALIEXPRESSで数10円でかったものだと思います. 

グリッド電源はDCDCで5Vから24Vを作ります.

全体を配線してみましょう!

とりあえず8桁のだけ動かすことを考えるとドライバであるTD62783は2個だけで済みます.
28PinのPICとくみあわせて配線してみました.しかし、このドライバ素子をつかうと蛍光表示器って
ものすごく部品点数がすくなくてすみます. LEDだとさらに抵抗が必要になりますから,こちらの方が
簡単です. でもLCDだとドライバ自体も不要なんですけどね.

蛍光表示管をダイナミック点灯で動作させるための配線をおこないました. かなりシンプルです.


とりあえず動かしてみましょう!

まずは簡単にダイナミック点灯用のプログラムを組んで動かしてみました.点灯間隔は説明書にもあったように
200usとして、桁をまたぐ際には20usの消灯時間も設けました.
 実際に点灯させてみると、すこし緑がかった優しい感じの発色です.これはこれで味がありますね.

写真でとると、コントラストが悪く写ってしまいますが実際はもっと綺麗に発光しています.


スモークを介するといい感じで見えます.


消費電流もほぼフィラメント消費程度のようです.

蛍光表示管だと部品点数も少ないので、8桁程度の表示で済むようならこれをつかうのもいいかもしれません.

でも、何につかおうかな?? 当面は想定通り部品箱の肥やしになりそう.


LED電源はどうしよう? 2021.11.21

話はもとに戻して、16セグメントにかかります. ちょっと間があきましたが、実は電源をどうしようかと思って
昇圧型のDCDCを注文していたところでした.
 というのもの、大型の16セグメントLEDは2個のLEDが直列に繋がっているためVfが高く最大で4.4Vあります.
となると、ダイナミックドライブだとアノード側とカソード側の両方にドライバ(トランジスタ)が必要になるので、
とても5V電源では電圧がたりません.ドライバでの電圧降下を2Vを見込むと、最低でも6.4V必要で、VFのバラつき
を考えるとそれ以上、すくなくとも8V以上はあったほうがよさそうです.
かといって、電源に8Vを準備するのも面倒です.5V電源だと、既存のACアダプタが使えますし、それに使わなくなった
携帯用の充電器なども流用できたりします.
 そこで、5Vから8Vにステップできるように昇圧型のDCDCコンバータを調達です.
できるだけ安価なものがいいのでALIで探して注文しました.
 一応スペック的には十分で、価格も1個70円程度になりそうです.


MT3608をつかったDCDC昇圧コンバータです.送料込みで5個で約350円です.


スペックでは最大で電圧28V、電流2Aとなっていますが、本当にこれだけ出力でるの?

10桁のLEDをダイナミック点灯させるとして、最大でも200mAの電流がとれればいいので、このDCDCをつかえば出力電圧、出力電流とも
仕様上は満足しています.でも、本当に大丈夫?という気がしないわけではありません.ということで、念のため動かしてみることにしました.

大丈夫そう

まずは負荷として150Ωのセメント抵抗を4つ並列にて接続です. 抵抗値は37.5Ωになるので213mAの電流が流れることになります。
そして、5V電源を入力として出力が8V得られるかを確認です.これについては問題ありませんでした.まあ、この程度ならスペックの1/10以下
ですから大丈夫でしょう.
 ちょっと不思議だったのは、このときに元電源に流れる電流が340mAでした. 負荷には8Vで213mAが流れています.
ということは、効率は1ということ? ちょっと何か間違えているかもしれません. でも、あんがい効率はいいのかもしれません.


150Ωの抵抗4本を並列にしたものを負荷としました.


負荷時に出力電圧を8Vに設定です.


5V電源の消費電流は340mAです.8V側の負荷電流は213mAなので、
効率はほぼ1になってしまいました.、あれ?計測間違えしたかな?


リップルはどうだろう?

ちょっとリップルは大き目です.ブレッドボードなのでリード線とかのインダクタンスが作用して高くなっては
しまいますが、測定では4Vものリップルがでています.まあ、リップルというよりかはノイズなのですが.
 一応、出力にセラミックコンデンサを追加すれば半減できることは確認できました.
基板に組めば、このノイズも小さくなるでしょうが一応はコイルなども追加したほうがいいのかもしれません.

ブレッドボード上での測定ということもありますが、
リップルが4Vくらいでています.



出力に1uFのセラミックコンデンサを追加したらリップは小さくなりましたが、.
それでも2V程度はでています.


リップル自体は高周波ですからLEDの点灯に関しては問題はないでしょう.
あまり気にする必要はないでしょう. ラジオがあれば雑音がでそうですが、
ラジオなんてもうないですからね.

とりあえずは、今回購入した昇圧型のDCDCで十分な容量がまかなえそうなことは確認できました.

勘違い!

電源電流200mAで足りると思い込んでいましたが、それって16セグメントの1素子だけの話ということに
気づいてしまいました。16素子が全灯したらその16倍必要です。
 ということで、もう一度必要な電流を試算。

大型16セグメント4桁: 1素子10mAとして10mA×16×4= 640mA
小形16セグメント10桁: 1素子5mAとして5mA×16×10= 800mA

両方補うには1440mA必要です。不足なら2個のDCDCをつかう手もありますが、まずは1440mAの出力でも
大丈夫かを、再確認する必要があります。

ということで、負荷を5Ωに変更して再テストです。出力電圧8Vにすれば1.6Aの出力電流になります。


負荷抵抗値を下げて、もっと電流が流れるようにして再テストです。10Ω2個並列なので5Ω負荷です。

一応、電圧・電流とも確保できることが確認できましたが、流石にこれだけ電流を流すと
抵抗器も熱いです。同様にDCDCの基板全体も大きく発熱しています。コイルなんかチンチンです。
短時間なら大丈夫でしょうけど、長時間は大丈夫かな〜。

ちなみに、このときの効率を調べると

入力: 4.67V 2.6A  12.1W
出力: 8V   1.6A  12.8W

あれ、出力電力のほうが大きいから効率1超えているじゃん? おかしいなあ〜。
ちなみに、出力リプルを観察すると、やはりかなり大きいです。


出力のリップル(ノイズ)も大きいですね。およそ8Vくらいでています。

こりゃ、まだまだ調べることがありそうです。

#ああ、また明日から2日間の出張だなあ〜.


夜の夜長 2021.12.5

休日の夜長に、なぜか半田ゴテを触りたくなってしまいました.
なにを作ろうかと考えて、蛍光表示管をそのままにしておいたらまた部品箱の肥やしになるかと思って.、
それをつかって時計を組んでみることにしました.
簡単な配線になるはずなので、回路図も書かずにそのまま配線です.


蛍光表示管をつかった時計を組んでみました. ドライバICを津つかったので使用する素子数は少ないです.
電源電圧は5Vですが、蛍光表示管の駆動のために昇圧DCDCを搭載しています.



RTCは定番のDS3231をつかったモジュールを使用です.


裏面の配線はさほど多くありません.

とりあえずハードは完成したけと、ソフトがなければただのジャンクになってしまいます.
忘れないうちにソフトを組んでみまししょう.

といっても、また明日から仕事だなあ〜.

(つづく?かな?)