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 Raspberry Pi Pico 突入電流制御
2021.03.20


YouTube でも紹介しています。画像をクリックすると再生できます。

前回の「Raspberry Pi Pico 開発環境構築」では、Raspberry Pi Zero WH にPicoの[BOOT SEL]ボタンを押しながら接続した際に、突入電流により、 Zero の電圧が低下して、低電圧検出リセットによりリブートしてしまう現象が発生していました。 今回は、ポリスイッチにより突入電流を制御する回路を制作します。
ちなみに、Raspberry Pi 3 model B を使用した場合には、低電圧検出リセットは働かず、問題なくPicoをマウントできます。

■PolySwitch ポリスイッチ

1.ポリスイッチの室温抵抗で、突入電流を抑制します。
2.過電流時には、抵抗値を大きくして流れる電流を抑制し回路を保護します。
3.電源が切られるまで高抵抗で回路を保護します。

ポリスイッチはヒューズなどの過電流保護部品(素子)の1つで、回路保護に 用いられます。 ヒューズは過電流により切断しますが、ポリスイッチは過電流により自身の抵抗値が増大し、これにより負荷へ流れる電流を制限して負荷を保護します。
ヒューズは遮断すると、電流が全く流れなくなりますが、ポリスイッチは抵抗値が増加するだけなので、遮断しても微小な電流(保持電流)が流れ続けます。
電源を入れたまま、ハードウェアの追加や削除ができるホットプラッギングをすると、過渡的に大きな電流が流れ、ヒューズが誤動作するといった問題が生じますが、ポリスイ ッチを使用することにより、これらの問題を解決することができます。

ポリスイッチ50mA トリップ電流100mA 耐圧60V RXEF005
・分類:リセッタブルヒューズ
・実装方法:スルーホール
・定格電圧:60V
・トリップ電流:0.1A
・遮断電流:40A
・保持電流:0.05A
秋月電子通商

トリップ;ポリスイッチへ過電流が流れるか加熱すると抵抗値が増大し、高抵抗になることを「トリップ」と言い、トリップする電流の最小値を「トリップ電流」と言います。
保持電流:トリップ状態にあっても流れ続ける電流の最大値です。

【重要】 Raspberry Pi Zero の低電圧検出リセットは、突入電流に起因するものですので、 ポリスイッチの過電流保護機能ではなく、RXEF005の0.1Ω弱の室温抵抗により、突入電流を阻止できていると思われます。

■突入電流制御回路制作




左側には、データ通信対応のmicro USB DIP化基板を上下に配置しています。 中央下がポリスイッチ、その上にLED、右側の抵抗はLED用の5KΩ抵抗です。 右端にあるのはOn/Off切り替え用のプッシュボタンです。
ポリスイッチは接続するデバイスによって変更できるように、ICソケットに挿してあるだけです。



プッシュボタンのON/OFFを識別するために、ON時にLEDが光るようにしてあります。

■Raspberry Pi Zero - Pico 接続


配線した状態で、PicoのBOOT SELを押しながら、 制御基板のプッシュボタンを押します。 BOOT SELボタンを押しながら、USBケーブルを接続するのに比べるとかなり楽です。


Raspberry Pi Zeroの低電圧リセット機能は作動せず、リブートなしにデバイスが認識されます。

■電流計測

突入電流の様子とポリスイッチの挙動を観察するために、電流測定を行ってみます。


こちらは以前作成した電流計測モジュール INA219 の改良版です。LCDと一体化させました。
電流計測モジュール INA219




背面の電源パッドから、3,3V供給用に引き出しています。



Raspberry Pi PicoにLチカプログラムを書き込んで動作させてみると、約18mAを消費していました。

■突入電流計測失敗

まずは、ポリスイッチなしの状態で突入電流を計測してみます。

ポリスイッチを経由せずに、このINA219を挟むだけでも、突入電流が回避され、Raspberry Pi Zero の低電圧リセットは働きませんでした。
電流計測モジュールINA219自体に突入電流防止機能があるようです。

INA219 - Texas Instruments / 8.5.5.2 Serial Interface
The SDA and SCL pins feature integrated spike suppression filters and Schmitt triggers to minimize the effects of input spikes and bus noise.
SDAピンとSCLピンは、スパイク抑制フィルターとシュミットトリガー回路を備えており、入力スパイクとバスノイズの影響を最小限に抑えます。

ちなみに、後継のINA226電流計測モジュールでは、突入電流も計測できるようです。

一応、ポリスイッチを経由したときの電流を計測してみました。


当然、Raspberry Pi Zero WH の低電圧検出リセット機能は働かず、正常に Picoをマウントできました。
結果は下記の通りです。その状況はYouTube動画のほうを参考にしてください。


スイッチOFFの状態です。


スイッチON直後の状態です。


約2秒後に12.6mAに上昇しています。


そこから、すぐに電流が低下しました。

低電圧検出リセット対策もできたので、Pico Explorer Base を使って遊んでみたいと思っています。


■参考文献
ポリスイッチ
ポリスイッチの概要と選び方
【ポリスイッチとは】ヒューズとの違いは?
過電流保護用/突入電流抑制用/過熱検知用ポジスタ

【深層学習関連】
20.11.21 深層学習 第1回環境整備
20.12.19 深層学習 第2回マルコフ連鎖・自動歌詞生成
21.01.02 深層学習 第3回コード進行解析

【画像処理関連】

20.05.28 画像処理 第1回トイカメラ
20.06.09 画像処理 第2回カメラモジュール制御
20.06.28 画像処理 第3回リアルタイムクロック
20.07.08 画像処理 第4回電源回路
20.10.27 画像処理 第5回自作デジカメ初号機完成
20.11.10 画像処理 第6回ドーナツデジカメ
【音楽関連】

20.01.05 第1回 abcjs 楽譜作成・演奏スクリプト
20.01.09 I2S通信によるハイレゾ音源再生
20.01.18 MIDI再生:FM音源YMF825+Arduino編
20.01.24 FM音源YMF825+micro:bit編
20.02.13 Piano Hat & Rosegarden
20.06.22 波形処理 第1回 音の波と三角関数
20.07.22 波形処理 第2回 平均律と純正律
20.08.26 波形処理 第3回 黒鍵と白鍵
21.01.02 深層学習 第3回 コード進行解析
21.01.16 波形処理 第4回 コード演奏
【WEBサイト構築関連】

19.10.15 第1回 前準備
19.10.20 第2回 Ubuntu Server インストール
19.10.27 第3回 Ubuntu Server 詳細設定
19.10.28 番外編 無線LAN接続設定
19.11.02 第4回 Apache WEBサーバ設定
19.11.05 第5回 PHP 設定
19.11.10 第6回 MySQL 設定
19.11.11 第7回 DNS (bind) 設定
19.11.16 第8回 メールサーバ(Postfix)設定・前編
19.11.21 第9回 メールサーバ(Postfix)設定・後編
19.11.24 第10回 ファイアウォール(iptables) 設定
19.11.25 第11回 crontab 設定
19.12.01 第12回 運用準備
19.12.03 第13回 Windowsパソコンに開発環境を作る
19.12.05 第14回 WEBサーバー公開
19.12.10 第15回 動的サイト制作
19.12.11 第16回 簡単なアクセスカウンターを作る
20.03.04 TTGO-Camera による定点観測・WEB公開
21.03.15 第17回 サーバ・リプレイス
21.03.27 第18回 システム移行
【開発環境関連】

19.12.19 Raspbian Stretch LITE インストール
19.12.19 ファイル共有 dokany + Win-sshfs
19.12.26 Arduino開発環境構築 PlatformIO
20.02.04 電子組版 upLaTeX
21.04.13 GPIO拡張
21.04.14 無線LAN動的切替え
【SNS関連】

20.03.18 テキスト読み上げ gTTS
20.04.24 Twitter-LINE連携によるビジネス活用
20.05.19 テキスト読み上げ AquesTalk pico LSI
21.02.27 TweLite Neural Network 第1回環境設定
【周辺機器関連】

20.01.01 1280x800 HDMI MONITOR
20.01.12 micro:bitをコマンドラインで使う
20.02.04 サーマルプリンタを使う
20.03.27 M5Stackキーボードを利用する
20.06.29 液晶キャラクターディスプレイLCD1602A
20.08.03 Seeeduino XIAO
20.08.09 LGT8F328P - Arduino clone
20.09.18 電流計測モジュール INA219
21.02.09 Raspberry Pi Pico 開発環境構築
21.03.06 疑似コンソール
21.03.20 Raspberry Pi Pico 突入電流制御
21.04.04 Raspberry Pi Pico Explorer Base
【その他】

19.12.13 モバイルバッテリーによる瞬間停電対策
20.04.10 電卓を制御して数字を表示する
20.05.06 箱庭回路 蓄電&昇圧回路
20.09.04 箱庭回路 センサーライト
20.09.29 シガーライターIC s090c
20.10.13 自動給水装置 LM393+NE555
20.12.05 FM放送受信 TEA5767
21.01.30 DVD Player LED
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