アプリケーションノート 3970

ディジタルポテンショメータを使用して自動車用調光器を実装して、節電と効率向上を実現

筆者: Greg Sutterlin

要約: このアプリケーションノートでは、低コストディジタルポテンショメータを使って、節電と効率向上を実現するアップ/ダウン調光する方法について説明します。

はじめに

自動車用やその他照明のアプリケーションでは、多くの場合、室内照明を調光することが望まれます。機械的なポテンショメータを使ってこの機能を実行すると、電力を浪費し、比較的非効率的で、寿命的な不安があります。対照的に、このアプリケーションノートの設計では、携帯電話のアップ/ダウン制御に対するユーザのでの経験を利用し、低コスト、ディジタルポテンショメータ(ディジポット)を使用してアップ/ダウン調光します。ディジポットを使用すると、機械的なポテンショメータの非効率性と機械的な寿命の不安が回避されるだけでなく、実際に節電と効率向上も実現します。

自動車用調光器

この設計では不揮発性ディジポットを使って調光の閾値を設定し、不連続擬似のこぎり波発振器を使ってパルス幅変調(PWM)ランプ制御をします。MAX5475 (U1)は、100kΩ全抵抗を備える32タップ不揮発性ディジタルポテンショメータです。この設計では、DPDT信頼性の高いスイッチ(SW1)を使って、ディジポットを制御します。1つの極がMAX5475のU/D端子を制御し、もう一方の極がINC端子を制御します。このため、スイッチを「アップ」方向に押すと、INCにハイからローへの移行し、ディジポットが増加します。スイッチを「ダウン」方向に押下げると、ディジポットがデクリメントされます。MAX5475のワイパ位置は不揮発性であるため、調光器の設定を無通電状態で保持することができます。

ディジポットのワイパ(VWIPER)は、デュアルオペアンプLMX358 (U2)の反転入力に入力されます。続いて、ワイパは、デュアルオペアンプのもう片方で生成される擬似のこぎり波形と照合されます。基本的に、のこぎり波の傾斜によって、FET Q1に対するPWM駆動が決まります。VWIPERが上昇すると、デューティサイクル、FETのオンタイム、およびランプ輝度が増大します。(実際は、ランプはR1およびC1のRC充電回路で構成されるため、非線形です。ただし、充電インターバル部分にわたって、この波形は低コストのデューティサイクル制御に最適です)。ロジックレベルnチャネルエンハンスメントFETが、ランプを駆動します。Q1は、ランプ負荷要件に基づいて選択する必要があります。

Figure 1. This diagram illustrates how to use the MAX5475 digital potentiometer to implement an automotive lighting dimmer.
図1. この図は、ディジタルポテンショメータのMAX5475を使って、自動車用調光をする方法を図示しています。

のこぎり波発振器を生成するには、LMX358を図1に示すように設定します。抵抗R2、R3、およびR4は、発振のヒステリシスを生成します。5V入力で、アンプIN2+入力によって、0.41Vと4.55Vの間で切り替わります。なお、R2の値を小さくするとランプの全体的なスパンが増大し、R2の値を大きくすると傾斜の期間が縮小します。この設計では、10kΩのR2値を使用して、ディジタルポテンショメータMAX5475の分解能の大部分を活用する傾斜の期間を提供します。傾斜は、抵抗R1による0.41~4.55Vの閾値間のコンデンサC1の充電/放電として生成されます。

発振の期間は、FETのオン/オフ損失の影響を最小限に抑制するために比較的長くする必要があります。発振の期間(TPERIOD)を求めるには、まずTDISCHARGEおよびTCHARGEを計算する必要があります。ここでは、VIN2+(high) = 4.55VおよびVIN2+(low) = 0.41Vです。

TDISCHARGE = -R1 * C1 * ln(VIN2+(low) /VIN2+(high)) = 24.1µs (式2)

TCHARGE = -R1 * C1 * ln{1 - [(VIN2+(high) - VIN2+(low))/(5V - VIN+(low))]} = 32.4µs (式3)

TPERIOD = TDISCHARGE + TCHARGE = 83.4µs

FOSC = 1/TPERIOD = 12kHz

この場合、TPERIOD = 12kHz.

まとめ

このアプリケーションノートでは、低コストのディジポットを使って、PWM調光制御を実装する方法について図示します。携帯電話に見られるようなアップ/ダウン制御をこの設計で使用して、マイクロプロセッサが不要で、コストが最低限に削減され、アップ/ダウン制御に対するユーザの経験が活用されます。機械的なポテンショメータを使って自動車用調光をすると、非効率性で寿命に対する不安が増大するのに対して、この設計のディジタルポテンショメータの採用によって効率向上と節電が実現します。

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