ニキシー管時計 (with Arduino) 製作記【Part 3】

ニキシー管時計製作記 Part 3です。

今回は電源回路についてご紹介します。

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2つの電源
DC5V
DC200V
1. 昇圧回路
回路図
電源モジュール基板

2つの電源

ニキシー管時計の回路中には、2つの電源が存在します。
1つはマイコンやその他ICの駆動に必要となるDC5V電源。
もう1つは、ニキシー管の点灯に必要となるDC200V電源です。

これら2つの電源についてご紹介します。

DC5V

1つ目は、手軽なDC5V電源から。

DC12Vからの降圧

前回のブロック図でご紹介したように、ACアダプターによって供給されるDC12VからDC5Vに降圧します。

降圧するためには、レギュレータやDCDCコンバータを使用します。
試作品では3端子レギュレータを使ってみました。秋月電子で販売されている「L7805CV-DG」です。

3端子レギュレータは発熱する

しかし、12Vから5Vに降圧するために、3端子レギュレータは発熱が多く、ヒートシンクを使用することになりそうです。

なるべくヒートシンクを使うようなことにはしたくないため、レギュレータの使用をやめ、DCDCコンバータを使用することにしました。

5V出力のDCDCコンバータ

DCDCコンバータは、秋月電子通商の通販サイトを見るとたくさん種類があります。

今回は、3端子レギュレータからの置き換えが可能な「BP5293-50」を使用することにしました。
回路としては、3端子レギュレータ同様に入力と出力コンデンサを付けるだけの手軽なDCDCコンバータです。

このDCDCコンバータによって、発熱を抑えることができました。

DC200V

DC200Vは、昇圧回路を使用してDC12Vからつくります。

昇圧回路

昇圧回路は、下記のサイトを参考にさせていただきました。

ニキシー管時計の製作（昇圧回路） – なんでも独り言

新日本無線の「NJM2360」という型番のDC/DCコンバータ制御ICを使っています。
こちらのICは、「NJM2360AD」という型番のICが秋月電子通商にて販売されておりますので、これを使用します。

試作品がこちらになります。

基板のサイズは約45mm x 35mmです。

DC200Vという高い電圧からイメージからすると、基板はだいぶコンパクトにまとまりました。

このサイズで200Vを出力します。

回路図

では、電源部の回路図を示します。

回路図はKiCADで描きました。

※注意：上記回路図ではQ1:2SA1015のCとEが逆に接続されています。トランジスタの原理上は回路が動きますが、正確にはCがGNDに接続されます。修正したものを下図に示します。

昇圧電源の回路について

昇圧電源の回路について簡単に記載します。

NJM2360はDCDCコンバータICです。しかし、このIC単体では200Vの昇圧を行えません。よって高耐圧のFETを使用して外付けのインダクタをスイッチングします。インダクタ，FET，スイッチングダイオードの部分は代表的なDCDC昇圧コンバータの回路です。FETのゲートにつながるpnpトランジスタとダイオードは、FETを高速にスイッチングするためにあります。

FB1は本来過電流検出抵抗を入れますが、1Ωより小さい値のためフェライトビーズを入れました。これについては本来抵抗を使うべきです。また、抵抗が無くても電源としては動作します。

電源シンボルの反省点

今回のニキシー管時計はKiCADを初めてまともに使ったプロジェクトでした。このため電源シンボルを自作する術がわからず、【V_NIXIE_TUBE】，【DC5V】の電源ラインがワイヤーに名前を付けただけのものになってしまっています。回路上はつながっているために動くことは動くのですが、シンボルを作れなかったという点が反省点です。