概要
全てのI/Oピンに見られるESD保護構造(しばしばダイオードで表される)を使い、大きな 直列制限抵抗を挿入してI/Oにかかる高電圧を検出する事は以前から当然のように行わ れてきました。
この方法は確かに有効であり、たとえ数千Vの電圧がかかっても損傷は一切生じません。
しかし、好ましくない副作用があります。AC、特に負電圧が印加されると、抵抗を流れる電 流は保護「ダイオード」によってデバイスのサブストレートを通って最終的にグランド(Vssピ ン)に流れます。その影響は、ADCの読み値オフセットを加えたり参照電圧(FVR)を不正 確にしたりと害のないものだけでなく、低消費電力オシレータの障害またはデバイスBOR を引き起こす事があります。
現在では小型のPICマイクロコントローラでも非常に多数の(敏感な)アナログ回路を内蔵 しており、全ての内部回路が低消費電力向けに最適化されているため、このような影響が 目立ちます。
ゼロクロス検出モジュールは入力ピンを常に公称電圧レンジ内に維持し、サブストレート 注入電流を完全に防止する事で、このような危険を全て排除します。
動作原理
ゼロクロス検出回路は、入力ピンを公称電圧レンジ内に維持するだけでなく、正確に特定 の電圧で動作させるという考えに基づいています。これを実現するために(図3.4参照)、
入力電圧を内部参照電圧(第7章「FVR」参照)と比較して、2つの電流源を交互に駆動し ます。
外部電圧源が直列抵抗の一端をプルアップすると、ローサイド電流源が有効となり電流 がデバイスに流れて直列抵抗で電圧降下が発生し、その影響を無効化します。同様に、
外部電圧源が直列抵抗の一端をプルダウンすると、ハイサイド電流源が有効になり、電流 がデバイス外部に流れ反対の電圧降下が発生させます。直列抵抗の値が適当である場
合(約1 MΩ)、AC電源電圧(約240 V (typ.))を無効にするには比較的小さい電流(0.3
mA未満)で十分です。
従って、2つの電流源が切り換わる瞬間でゼロクロス イベントを検出できます。
アプリケーション
ゼロクロス検出は通常、AC電源をトライアックまたはIGBTと組み合わせて使うアプリケー ションで、位相カットで制御するために必要です。
しかし、ZCDは比較的安定したタイミング基準として単にライン周波数を検出するために も使えます。
図3.4: ゼロクロス検出器のブロック図
いくつかの小規模なアプリケーションでは、安全スイッチを実装するためにZCDで単に位 相の存在を検出しています。これにより、配線コストを削減できます。
制限事項
0 Vではなく約1 Vの参照電圧を使っているため、コンパレータに起因するオフセットに よって小さな位相誤差が生じますが、これは容易に補償できます。
本書の執筆時点では、複数のZCDモジュールを備えたPICマイクロコントローラはありま せんが、複数のZCDを内蔵する製品が計画されています。
MCC が生成する API
ZCD_Initialize()関数以外 に MCC が 提供す る の は 、 ポ ー リ ン グ関数 ZCD_IsLogicLevel()だけです。割り込みが有効になっている場合、これらはInterrupt Managerに自動的に挿入され、zcd.cソースファイルにZCD_ISR()テンプレートが追加さ れます。
ピン配置
ZCDは基本的にアナログ回路であるため、PPSによる割り当て変更は容易ではありませ ん。現在の全ての実装で、ZCDは決まったピンでのみ使えます。
ホームワーク
• 整流ブリッジの後でZCDを使った場合、ゼロクロスを検出できるか調べてみま しょう。
• 電力線通信信号(X10)がZCDにどのように影響するか、またフィルタで除去する べきか調べてみましょう。
• ZCDを使って(より)高周波のAC入力を検出する場合、どのようなトレードオフ が発生するか調べてみましょう。
オンライン リソース
http://microchip.com/ZCD – CIP – ZCDの概要
『TB3013 - Using the ESD Parasitic Diodes on Mixed Signal Microcontrollers』
『TB3099 - ゼロクロス スイッチングによるリレーの長寿命化』
概要
フラッシュメモリは、現在のマイクロコントローラ アプリケーションの大多数で使われている 技術です。しかし、全てのフラッシュ メモリが同じように作られている訳ではありません。
PIC16F1デバイスはその極小8ビットコアのおかげで、成熟したCMOSプロセスを使えま
す。CMOSプロセスは最大数百万回の消去/書き込みサイクルに対する耐性を持ち、40 年間データを保持できます。
PIC16F1デバイスはデータEEPROM、フラッシュメモリ、高書き込み耐性フラッシュという
3種類のメモリを採用して、最善の不揮発性ストレージを提供しています。