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PCとヘッドホンの環境で音楽を聴いてます この日記は環境向上の試行錯誤の記録です ただし、あまりお金はかけない方向で…

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日記

ノイズ対策 ~CPU用電源が発生するノイズ その6~

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2018年03月01日

ノイズ対策 ~CPU用電源が発生するノイズ~」の記事による試作品は全て大容量コンデンサを使用しています。
その問題点を「自作PC3の記録 ~凶悪なノイズ源の発見 それはCPU~」で取り上げてますが、今回はその対策についてです。
コンデンサの突入電流制限回路を組み込んでみようと思います。



コンデンサの突入電流について簡単に説明しておきます。

コンデンサは電荷をため込むための部品です。
コンデンサを動作させるには最初に充電が必要です。
つまり電源に繋ぐと最初に充電が始まります。
その電流を突入電流と呼んでいます。
いつまでも流れ続けるわけでも無く、コンデンサの充電が終われば電流も止まります。(直流の場合ですが…)

電流の大きさを単純に計算すると、電源電圧÷コンデンサの抵抗となると思います。
コンデンサの抵抗を0.1Ωと置くと12Vの電源に繋ぐと120Aという大電流が流れる事になります。
実際には様々な抵抗が加わるためにそこまでの大電流が流れるわけでは無いです。

これまでの試作品でいうなら、L1のチョークコイルのインダクタンスによる抵抗があるのでおおよそ10A程度となりました。



コンデンサの突入電流を制限する方法は単純で、電源に抵抗を入れるだけですみます。
ですが、その抵抗が入ったままでCPUへ電源を供給するわけにはいきません。
抵抗分だけ電圧が低下するためです。

なので今回の突入電流制限回路に必要な機能は、コンデンサの充電時に電源に抵抗を入れる事と、充電を終了したら抵抗を電源から外す事となります。
これをCPUが動作する前に終えなければいけません。



ということは、PC電源投入からCPU動作開始までの猶予がどのくらいあるかを調べなればいけません。



PCに使用する電源装置には仕様があるので、その仕様を調べます。
調べたのはATX24pinコネクタの仕様です。
電源装置側入力信号としてPS_ON。
出力信号としてPWR_OK。
入力信号PS_ONにより各種電源を出力して、PS_ONから500msec以内にPWR_OKを出力。
マザーボード側はPS_ON出力後、500msec以内にPWR_OKを入力されたらCPUを動作させる様です。

これだけわかればなんとかなります。
実機に使用している電源装置はminibox製picopsu-120とpicopsu-160XTなので、その2台のPWR_OKを出力する時間を測ります。
その時間以内に突入電流制限回路を動作させれば良いと思います。

12VとPWR_OK出力をオシロスコープで測ってみました。
picopsu-120

picopsu-160XT

12Vの立ち上がりからPWR_ONの立ち上がりまでの時間は…
picopsu-120でおおよそ330msec。
picopsu-160XTでおおよそ370msec。

突入電流制限回路は、12Vの立ち上がりから300msec以内に制限抵抗を外す様に作れば良さそうです。
250msec程と見込みます。
制限抵抗については、暫定として10000μFのコンデンサに対して50msec程度で充電するようにします。
抵抗値=50msec÷10000μF=5Ωとしておきます。
この計算式では50msec後にコンデンサの充電は60%程度になり、50msecの5倍の時間で98%程になるようです。
なので250msec後に制限抵抗を外すと残り2%を充電しようとします。
残り2%なので電源に負担をかけないと思います。

制限抵抗を外す回路はタイマIC NE555を使ったオンディレイ回路を予定しています。
インターネット上で探すとよくありますけど…



本当は12V出力が正常かどうか確認してからPWR_OKを出力しないといけないのですが、そうするには電源装置のPWR_OKを乗っ取らなければなりません。
大変なので、そこは無視します…

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