で、こんなの。
おそらく、これだけ見れば、電子回路に詳しい人なら、全部、解ってしまうレベルのものだと思います。
特に、高レベルのことはしてませんし、できません。
左側が制御部と放電部です。
２．１．概要、全体説明
２．２．制御部：ＤＡコンバーター
２．３．制御部：ＡＤコンバーター
２．３．制御部：マルチプレクサー
２．４．充放電部
２．５．ＡＴＸ電源
２．６．漏れ電流との戦い
２．７．その他いろいろ
基板はこんなの。
で、こんなの。
おそらく、これだけ見れば、電子回路に詳しい人なら、全部、解ってしまうレベルのものだと思います。
特に、高レベルのことはしてませんし、できません。
左側が制御部と放電部です。
パソコンからのパルスによる指示でカウンターをアップさせ、すだれ抵抗（ＤＡコンバーター）が電圧を順々に上げていきます。その電圧と、測定対象の電圧とを、コンパレーターで比較して、パソコンに返します。
一周のカウンターアップ操作で、電池の電圧、サーミスタ（温度計）の電圧、充電電流測定用の電圧、放電電流測定用電圧、２．５Ｖの基準電源の電圧の５つの電圧を測定します。（ここまで左半分）
右側下半分が、マルチプレクサーで、パソコンからの指示により、どの電池について測定するかを切り替えます。
右側上半分が、放電回路です。パソコンからの指示により、トランジスタがスイッチの役目をして、放電します。放電する電流を測定できるように、０．５Ωの抵抗（１Ω２本並列）が、電池と直列につながっています。
右が、充電部です。
これも、パソコンからの指示で、トランジスタがスイッチの役目をして、充電します。同様に電流測定用の、０．１２５Ωの抵抗（１Ω８本直列）がついています。
パソコンとのインターフェースは、パラレルです。
電源は、古いパソコンのＡＴＸ電源。この電源もプリンターポートから、ＯＮ/ＯＦＦします。
電池ボックスの裏には、サーミスタが仕込んであり、温度を測定できるようになっています。
写真の右したあたりの電池ボックスの裏、ネジのちょっと左に、サーミスタが見えてるけど、わかるかなあ。
パソコンのプリンターポートの１６番ピンからパルスが来ると、１２ビットカウンターＩＣ（４０４０）がカウントアップされ、その結果、
電源電圧 × カウンターの値 × ２ ÷ ３ Ｖ
の電圧が、出力されます。
これ、原理は簡単なんだけど、抵抗の値が揃ってなきゃいけないです。
で、１０ｋΩの金属皮膜抵抗を１００本３００円なりで、買ってきて、抵抗の値を、測定して分類しました。
デジタルテスターなんてもってない私は、こんな回路をブレッドボードに組んで、計測。
で、分類して、袋に入れてみた。
それぞれの袋ごとの本数は以下のような感じ。
しかし、−０．１７％から、＋０．２２５％の間に、９０本が収まってました。公称±１％なんで、なかなか、きっちりしてるなあ。
でも、真ん中が抜けてるのは、きっちりした値の抵抗を抜き取って、精密抵抗として、高く売ってるんだろうか、、、なんて邪推してしまう。
で、回路図の抵抗の、横向きの抵抗のうち、ＧＮＤにつながっていないのは、グラフの右側の高い山から１１本を使いました。
ええっと、最上位ビットのは、その中でも値が、中間のもの。その右は、ちょっと高いもの、その右はちょっと低いもの、というように、桁上がりの時の誤差が少なくなることを考慮して並べました。
次に、ＧＮＤにつながる横向きの抵抗（２本づつを２組）を、ちょうど倍になるように、高いものと、低いものを組み合わせて、選びました。
さて、グラフの右側から選んだ、というのは、ロジックＩＣの出力インピーダンスが無視できないから、、、です。
以下のような回路でロジックＩＣの出力インピーダンスを測定してみました。
結果はと言えば、
Ｈから０Ｖが４３．５Ω、
Ｌから５Ｖが３１．８Ω、
となりました。実際には、隣の端子や、一番遠い端子から負荷をかけると、この値は変わります。
あと、ＤＡコンバーターとしては、桁上がりの時に、値が飛ぶとどうしようもないが、値が逆転するのは、ソフトでどうにでもなる、というのもあるので、
結論として、ロジックＩＣの出力インピーダンスは、ちょっと低めに設定で３５Ωと決めました。
話は戻って、ロジックＩＣにつながる抵抗の選別です。で、さっきの横向きの抵抗より３５Ωすくなくなるようにします。
こちらは２本組み合わせればいいので、割とあわせやすいんですが、さらに、精密に抵抗を分類してみました。
棒グラフの１つの山を４種類に分けてみました。
これで、２本組み合わせるんだけど、やっぱり、どうしても組み合わせがなくて、わざわざこのために買うのもなんだし。
結果、、、出来上がったＡＤコンバーターがこんな感じ。
裏側に、１Ωの抵抗と４．７Ωの抵抗で、補正しているのが、痛々しいです。
で、作ったＤＡコンバーターをパソコンにつないで、パソコンから、パルスを送ります。
で、オペアンプで増幅して、テスターで測定。
３．３Ｖ÷４０９６＝０．８１ｍＶに対し、 ２０４８の桁上がりのところだけは、若干少なくて、０．５ｍＶ程度。
それ以外は、０．７５ｍＶから、０．８７５ｍＶ程度には収まってる感じです。
ま、俺にしては完璧かなと。
ブレッドボード上で、ＤＡコンバーターとコンパレーターをつないで、ADコンバーターとしての動作をテストしてみました。
こんな感じ。
問題発生。電源ノイズのせいで、全然、測定電圧が安定しません。
時間帯にもよるが、誤差プラスマイナス５ビットぐらいある。
こんな感じで、電源を電池から取ると、安定しますが（笑）
これ、結構、素人の私にしては、苦労したんだよね。でいろいろと格闘の結果、コンデンサーで、いろんなところを、鈍く（？）することにして解決！
マルチプレクサーというか、制御部の、とりまとめ的に説明。
こんな回路にしました。
ええっと、パソコンの１番ピンと１４番ピンがマルチプレクサの切り替えで、測定対象のＸ０からＸ３を選択します。
Ｘ０からＸ４は、電池につながっています。
これが４組あります。あと、２．５Ｖの基準電圧も測定します。
| 測定対象 | パソコンに戻すピン番号 | ||
| マルチプレクサ１ | Ｘ | 電池電圧測定 | １５ |
| マルチプレクサ１ | Ｙ | 放電電流測定用電圧測定 | １２ |
| マルチプレクサ２ | Ｘ | 電池温度測定用電圧測定 | １０ |
| マルチプレクサ２ | Ｙ | 充電電流測定用電圧測定 | １３ |
| マルチプレクサなし | ２．５V基準電圧測定 | １１ | |
ええっと、保護回路的なところ（回路図のショットキーダイオードとか抵抗とかは、ちと、いろいろとあるので、別途書きます。
で、ブレッドボードでは、Ｘ０からＸ４まではつながないで、Ｘ０だけつないでテストしていました。しかも、充放電の回路もつながずに、、、
これが、あとで、問題を起こすことに。顛末は、「２．６ 漏れ電流との戦い」で書きます。
充放電回路は以下の通りです。
結局、全然、凝ったことはしませんでした。一応、簡単な定電流回路ですが、その電流を測定もできるようになっています。
もっと正確な定電流回路とか考えてたんですけど、例えば、吐き出し形の回路（充電回路）で、正確な定電流回路で、しかもスイッチも、となると、俺のレベルで思いつく回路だと、結構部品点数が多くなって、大変です。で、せっかく、ＡＤコンバーターを苦労してつくったんだから、それをフル活用して、電流も測定しようか、という企画です。
ええっと、基本的な解説をば、充電回路で説明しようかな。
プリンターポート６〜９の電圧がＨになると、２ＳＣ１８１５−ＹがＯＮになります。
で、電流が、１ｋΩ、６８Ωのところを流れてきます。
すると、２ＳＢ１６４２のベース電圧が、下がるので、２ＳＢ１６４２がＯＮになります。
で、この流れる電流が２０００ｍＡぐらいになると、０．６８Ωの抵抗の電圧差が１．３６Ｖになり、２ＳＢ１６４２のベース電圧も下がっていくため、６８Ωに流れる電流が少なくなり、平衡に達します。で、簡単な定電流回路で充電する、ということです。
ＡＴＸ電源の、以下の端子を使ってます。
PS_ON（緑）
５ＶＳＢ（紫）
５Ｖ （赤）
ＧＮＤ （黒）
制御回路は、５ＶＳＢ（紫）で駆動します。
充電するときだけ、ＰＳ＿ＯＮ（緑）とＧＮＤとの間に電流を流してあげて、５Ｖ（赤）を使えるようにします。
電源は３種類ぐらい試して見ました。
ええっと、
A. 奥のは、MATE MA30H（Celeron300MHz)のATX電源
B. 手前右、MATE MA40H(Celeron400MHz)のATX電源
C. 手前左、IBMのPentium100MHzについてたAT電源
です。 実は、Ｃの電源が、一番強力で、２００Ｗ。他の２つは１００Ｗ程度です。
で、Ｃの電源はＡＴ電源の癖に、ＡＴＸ電源みたいなＰＳ＿ＯＮの端子があります。
プリンターポートから、ＰＳ＿ＯＮ端子を操作しようとしているのですが、一応、どれでも使えそうに見えます。
ところが、実際に使い物になったのは、上の中では、Ｂの電源だけでした。
Ａ：電流をある程度流さないと、電源が勝手に、ＯＦＦっぽくなる。で、再び流すとＯＮになるが、立ち上がりが遅いため、
状況によって測定条件が微妙に変わってしまう。
Ｃ：同じく、電流を流さないと、電源がＯＦＦになる。で、再び電流を流そうとしても、ＰＳ＿ＯＮ端子もどきを、
ＯＮしてやらないとＯＮにならない。
ということで、Ａ、Ｃの電源を使うには、充電中は、常にある程度の負荷をかけておいてあげないと、いけないので、だめ。ムダに、強力なＦＡＮとかでもつなげばいいんだけど、、、
で、ＰＳ＿ＯＮの端子は、簡単に、プリンターポートの１７番ピンがＨになると、ＰＳ＿ＯＮ端子から、ＧＮＤが道通するようなトランジスタが入ってるだけです。回路は簡単なので、省略。
全体組みあがって、充電し始めてから判明したんですけど、、、どっかから、電流が漏れてる、、、
具体的には、電池のうちひとつでも充電中の時は、４本全部の電圧測定値が高くなる。逆にひとつでも放電中の時は４本全部低くでる、という問題です。で、２本充電中、３本充電中、４本充電中、と充電する本数に応じて高く出てしまうというものです。
具体的には、１本でも、充電が終わったら、他の電池電圧測定値が、下がってしまうので、マイナスΔＶの検出に引っかかってしまうといった悪さをします。あと、充電制御自体には影響ないんだけど、充電中の電圧は、０．２Ｖほど、高く測定されるので、気持ち悪い、というのがあります。
上記の回路をすべて基板上に実装してしまってから、判明した、というのがあり、半田ごて持って、保護回路全部とっぱらってみたり、悪あがきをした結果、推測しているので、完全には、原因が特定できていないですが、
マルチプレクサの漏れ電流の影響では（多分）ない。
電源電圧の変動の影響ではない。
という感じで、今のところ、
充電回路や放電回路と、測定回路との分離ができていないので影響を受ける。
というのが一番怪しい、と思っています。
もしそうなら、電池電圧測定の４つと、放電電流測定用電圧測定の４つと、充電電流測定用電圧測定の４つ、計１２個のボルテージフォロワー（つまり、ＬＭ３２４を３つ）使えば、解決するんでしょうけど、これは、基板に乗り切らないなあ、、、
で、この問題は、ハードウェアとしては、諦めてしまいました。
結局ソフトで逃げることにしました。詳しくは、ソフトウェアのところで書きます。ま、そこそこな補正ができたと思っています。
といいつつ、なにやら、他にも、奇怪な現象が、、、ええっと、
１． 電圧が不安定になり始めると、１週間ぐらい、電圧が不安定という現象が起こる。なぜか、いつのまにか、安定するようになってる。
２． ４本電池を入れると、電圧測定が不安定になる場合がある。ならない場合もある。
で、、、
以上の問題は、６月１日に、ほぼすべて解決しました。
詳しくは、測定誤差との戦い解決編を、、、
その他、いろいろと工夫したことや、悩んだこととか、未だに謎なことを書いていきます。まだ工事中。
ロジックＩＣの保護回路について
素人の私としては、ロジックＩＣの説明書は、理解できないことがいっぱい！
例えばですねえ、、、最大最大定格に、
入力電圧は、電源電圧＋０．５Ｖ以下にしなさい、
入力保護ダイオード電流は、２０ｍＡ以下にしなさい、
と書いてあって、
すべて瞬時たりとも超えてはいけません。
と書いてあるのは、意図がよおわからんです。なんか嘘じゃないかと思います。
実際問題、入力保護ダイオード電流を２０ｍＡも流そうとすると、
入力電圧は、電源電圧＋０．５Ｖ程度じゃ、ぜんぜーん流れないんだけど。
逆に言うと、保護ダイオード電流を２０ｍＡも流していいなら、入力電圧はもっと
高くしてもいいんだけど、、、
だったら、両方守る意味がないじゃん、と思うのは素人考えなんでしょうか。
あと、静電気対策、という意味では、どんな保護コンデンサとか、保護ダイオードつけても、
一瞬としては絶対超えるはずですよね。
で、入力電圧は、物凄い値になるはずなんだけど。だって、保護コンデンサとか、保護ダイオードって、
寄生抵抗とか、寄生コイルみたいなのが、あるはずなので。
放熱について
一応まじめに、放熱の計算しました。水谷電機工業のこのページに、詳しくかいてあります。
なんか、放熱器買うより、トランジスタ並べたほうが、安くつく、という、妙な、結果になっちゃったんだけど、、、
（買った放熱器は１５０円。トランジスタは６０円なので、３つ並べたほうが安い、、、）
プリンターポートのピン割り当てについて
ええっと、一応パソコン側になんらかの障害が発生した時に、充電が止まるように、いろいろと、工夫したつもりですが。
