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OLEDの電源回路(16.5V@40mA)を試作



先日のOLEDモジュールに使用する、16.5Vの電源を試作してみた。

昇圧電源には、ニキシー管時計の電源でも使用しているスイッチングレギュレータIC「MC33063ADR」を使用します。
「MC33063ADR」はMC33063の互換品ICで、メーカはTexas Instrumentsです。その他、ON SemiconductorやFairchild Semiconductorが互換品を発売しています。どのメーカも、内部に使用されているトランジスタや抵抗値が違いますので、設計する際には当該のデータシートから適切な値を拾い上げるようにしてください。

スイッチングレギュレータICといえば「MC34063」が有名で、トラ技や個人のWebPageでも紹介記事が沢山あります。MC34063とMC33063の違いは使用可能な温度範囲で、34064が0~70℃に対して33063は-40~85℃となっています。当然MC33063の方が高価です。

スイッチングレギュレータの原理など、詳しいことは下記のURLを参考にしてください。
Wikipedia 「スイッチング電源」
趣味の電子工作 「+5V スイッチング・レギュレータ」

「MC33063, MC34064」の適切な設計方法を知りたい方は、JRCの互換IC「NJM2360A」のアプリケーションノートを参考にしてください。こちらは日本語ですので、非常にわかりやすいです。
NJM2360A DC/DCコンバータ制御用IC[新日本無線-半導体インフォメーション]

効率が良く、ノイズ、リプルが少ない安定した電源の基板設計をしたい人は、下のページを参考にしてください。
MAXIM 「スイッチングレギュレータの基本的なレイアウト手法」


試しに作った回路で、3.3Vから16.5V@40mAを余裕で出力できます。出力に1kΩ/1Wの可変抵抗器をつないで、16.5~40mAの電流を取り出したとき、電圧が変動しないことを確認しました。スイッチングレギュレータは出力電圧をフィードバックして制御しますので、5Vを入力しても出力電圧は変わりません。

変換効率は80.1%でまずまず。OLEDパネルの最大消費電力(全ピクセルON)が528mWですから、入力側は効率80%で5V@132mAも消費する。ちなみに、OLEDは表示するコンテンツ次第で消費電力が変動します。全てのピクセルを10%の輝度で点灯した場合、消費電力は82.5mWになります。

ブレッドボードで組んでいることと、出力側に高ESRのアルミ電解コンデンサを使用しているためか、リプルが500mVほどあります。470uFで気にならないほどになりましたが、小さなモジュールに大きなコンデンサを載せたくはないです。実際にはセラミックコンデンサ10uFを並列に4つほど並べる予定ですので、多少は改善するでしょう。
もう一つ重要なファクターは、ダイオードです。出来るだけ逆回復時間が短い品種を選定します。短ければ短い方がよく、理想的には0sのダイオードが欲しいところです。そんな理想的なものがあるはずが・・・と思ったらあるんですよね。電気自動車のモータードライバに使われているダイオードで、シリコンカーバイドという最新の半導体。これはリカバリータイム0nsだそうです。ただし、一般人が入手するのは難しく高価。digi-keyでわずかに販売されていますが最低108円からです。・・・秋月で扱ってくれないかなあ。
まあ、この程度の電源にSiCのダイオードは必要ないですから、秋月のこれを使いましょう。

OLEDパネル駆動用ですので、あまり気にする必要はないのかもしれません。発振周波数32kHzだから、リプルが輝度に与える影響はほとんどないと思う。たぶん。

OLEDのコントラスト比2000:1は液晶よりも良いのですが、輝度が100cd/m2しかないんですよね。ナナオのFlexScan最新機種が450cd/m2あるので、実に1/4以下です。コントラスト比は2倍ですが、電気食い過ぎ・・・。

電源どうする?
電源は、5VのUSBバスパワーで動かすことにします。
USB-シリアルコンバータIC「FT232RL」に内蔵されているレギュレータから3.3Vが出ていますが、データシートには50mAまでしか使っちゃだめだよ、って書いてあるので別のレギュレータで作りましょう。
具体的には、秋月で販売されているポイントレギュレータを使います。秋月には150mAって書いてあるけど、データシートには200mAって書いてあるよ。

dsPIC33FJ256GP701は40MIPSで動かしたときに最大88mAを消費するらしい。さらに、OLEDドライバが1mA喰う。
ということで、レギュレータの熱損失を適当に計算すると、( 5V-3.3V ) × 89mA = 151.3mW となる。
データシートに記載されている、実装時の熱許容損失曲線に余裕で入っているから大丈夫でしょう。
マイコンの電源だけに5V@89mAも消費されてしまうのはどうかと思いますがね。

16.5Vはバスパワーから昇圧します。この組み合わせで行くと、リチウムイオン電池も使えそう。実際に組んでみていないから何ともいえませんが、なんだかんだで5V@221mAも消費するので、あんまり持ちそうにないです。



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