2011/12/4 日曜日

蛍光灯の安定器を修理してみた

Filed under: ハードウェア関連,電気電子・情報関連 — ハイジんブルー @ 19:25:48

数か月前から居間にある蛍光灯の点灯が徐々に遅くなり、ついにONにしたあと1時間くらいして忘れたころに点灯するようになった。

蛍光灯が切れたのならそもそも点灯しないはずなので、安定器がおかしいと判断し、修理してみることにしました。

搭載されていた安定器は小泉産業のIKC301A。

分解してみると…

どうやら点灯タイミングを制御しているインバータ方式のようである。

とりあえず、パッと部品を見渡してみると…

ああ、このコンデンサだな。明らかに膨らんでる。

というわけで、ひょひょいっ取り外して…

新しいのに交換!残念ながら同じ形状のものが無かったので、ちょっと強引な取り付け方をしてみました(^^;)

ハイ、おしまい!

じゃ、動作テスト!

….

点灯しない…

どうやら原因はコンデンサだけではないらしい…

というわけで、搭載されているパーツを片っ端からテスタで調べてみると…

このMOSFETがどの端子もツーツー。つまり、故障していることがわかった。

引っぺがしてみると、IRFBC40なる型番が書かれていた。

あまり聞いたことが無いなぁ…

と思いながら特性が近そうな東芝製のトランジスタを載せ替えてみたところ、点灯するようになった。が、燃えるんじゃないか?!と思うくらい熱くなったので、IRFBC40を取り寄せることにしました。

若松通商 電子部品コーナー
http://www.wakamatsu-net.com/biz/

調べてみると、若松通商で売っていたので注文。

で、届いたのがコレ。

若干外見が異なるが、まぁ、トランジスタは中身とパッケージが同じであればイイのだ!

半田付して…

MOSFETの放熱面に裏にあった白いサーモスイッチが密着するように熱収縮チューブをかぶせました。

以上で完成!

恐ろしく熱くなることもなく、動作するようになりました。

ネットで調べたら『IKC301A』が動作しなくなったと書き込みを見かけましたので、参考になればと思います。

2011/5/19 木曜日

【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計【目次】

去年の12月にチョロッと完成したことを書いた『HDD用消費電力計』。

はいじん☆ちゃんねる >> 試作機が完成!オリジナルHDD用消費電力計測装置
http://haizin.serveblog.net/?p=7795

本来であればケースに入れるなどして『完成』!としたかったのだが、なかなか作業する暇がなく、めんどくさくなって試作品のまま『完成』ということにしてしまいました。

はいじん☆ちゃんねる >> 【レビュー的な何か】7200.12 ST3500413AS【目次】
http://haizin.serveblog.net/?p=8153

試作品とはいえ、キャリブレーションも行いましたので、先日Seagateの『ST3500413AS』を購入した際には実際にこれを用いて消費電力の測定もおこないました。今回の【レビュー的な何か】では制作したHDD消費電力計について詳しく解説。はっきり言って、興味がある人以外には面白く無いと思います(^^;)

~目次~

  1. DCライン測定器を制作した理由は?
  2. 特徴・構成と回路図
  3. キャリブレーション結果
  4. 測定例とまとめ

【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計【自作理由】

【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計【目次】

【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【目次】
【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【DCライン測定器を制作した理由は?】←今ココ
【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【特徴・構成と回路図】
【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【キャリブレーション結果】
【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【測定例・まとめ】

初めに、作成を思い立った理由等を紹介。

雑誌や他サイト様でのレビューやベンチマークでよく見かけるのがサンワサプライ等から発売されている『ワットチェッカー』を用いる方法。

SANWA SUPPLY TAP-TST5 ワットチェッカー - サンワサプライ

SANWA SUPPLY TAP-TST5 ワットチェッカー

サンワサプライ

発売日:- | 定価:¥10,290 (掲載時現在)| amazonで購入する

HDDの場合は単体での測定が難しいためシステム全体の消費電力で検証していたり、HDD用のACアダプタを介し、測定を行っている。

しかし、この方法には欠点も…

上の写真はHDDにはACアダプタを接続していない状態でHDD用ACアダプタの消費電力を測定している様子である。本来であれば表示はゼロ[W]になっているはずだが、実際には1.9[W]となっている。

なぜ、このようなことになるかというと…

HDDなどのPCパーツは全てDC(直流)で動作している。そのため、商用AC電源(交流)から電力を得るためにACからDCの変換が必要となる。そこで用いられるのが電源ユニットやACアダプタ。

AC→DC変換時に『電気エネルギー』が100%変換できることが理想的なのだが、実際には変換時に一部の電力が『熱エネルギー』などになってしまい、変換損失が発生してしまう。自作PCをしている人なら、最近『80PLUS認証』というのを耳にすると思うが、これは「80%以上の効率で変換できる」ということを示しており、逆に言うと20%ものエネルギーを損していることがわかる。

ワットチェッカ等のAC電源測定を行うと、実際にHDDで消費されている電力の他に、この損失も合わせて測定してしまう。つまり、測定値はAC→DCの変換効率であったり、変換装置自体が消費してしまう電力に左右されてしまい、正しい比較が難しくなってしまう。

では、これを回避するにはどうするかと言うと…

変換損失による影響を受けないDCライン上での測定を行えば良い。

…と簡単に言ったものの、問題なのがDCライン測定装置の入手。

電気屋やPCパーツ屋で買えるような市販品でこの手の製品は自分が知る限りでは、Zalman『ZM-PCM1』くらい。

ZALMAN CPU消費電力表示メーター ZM-PCM1 - ZALMAN

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しかし、この『ZM-PCM1』もCPUやGPU専用で、たとえ改造したとしても12Vラインしか測定ができない。現在のHDDは12Vの他に5Vの電源も必要としているため、両方に対応したものを準備しなければならない。

探してみると、業務用でウン十万するような測定装置しかない。

んじゃ、どうするかというと…

無いものは作れ!

と言うわけで、作っちゃいました。

【特徴・構成と回路図】

【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計【回路紹介】

【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計【目次】

【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【目次】
【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【DCライン測定器を制作した理由は?】
【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【特徴・構成と回路図】←今ココ
【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【キャリブレーション結果】
【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【測定例・まとめ】

ここでは作成した回路を紹介していきます。

正直なところ、電子工作がわかる方以外にはツマラナイ内容と思いますので、興味がなければ読み飛ばすことをおススメします。

回路の特徴

  1. AC→DC変換損失の影響を受けないDC測定
  2. 12V、5V、3.3Vの各ライン別での電流、電圧測定
  3. 100ms間隔での測定
  4. PC(シリアル通信)によるデータ収集
  5. 液晶ディスプレイによる測定値のバーグラフ表示

回路構成

今回の回路は大きく分けて2つ。

一つが写真右の『計測・通信回路』、そしてもう一つが左の『検出・増幅回路』。

流れとしては…

回路図 – 検出・増幅回路

まずは、『検出・増幅回路』。

3つ同じ構成の回路がありますが、一つは今のところ未実装としました。それぞれの回路は12Vライン、5Vライン、3.3Vライン用になっており、抵抗の値以外は全部同じになっている。

電圧の検出にはボルテージフォロワー回路を使用、電流の検出はシャント抵抗と差動増幅回路を用いた。

最初は2008年1月のトランジスタ技術に載っている回路を用いようかと考えたんですが、部品の入手がメンドイことから電子回路の教科書に載っているような単純な回路に変更しました。

あえて工夫したところがあるとすれば、測定にハイサイド側(+)の電流測定を行っているところ。通常、電流の検出を行う際は電圧が低いローサイド側(-)で測定を行うんですが、SATA電源ケーブルの規格を確認すると、GND端子が複数あるのだが、12V、5V、3.3Vで共通になっているため、GND端子(ローサイド側)では個別の測定ができない。よって、動作電圧が高い単電源オペアンプを用いることでハイサイド側での測定するようにしました。

12V用の測定回路では最大15V / 5A、5V用では最大7V / 3.33Aの測定が可能なように設計しました。これは、ここ10年くらいの3.5インチHDDのマニュアルの最大電流値と動作可能電圧範囲に少し余裕を持たせた値となっているので、ほとんどのHDDの測定が可能なはず。

回路図 – 計測・通信回路

次に、『計測・通信回路』。

ここでの処理はほとんどマイコン『PIC16F88』が担っている。マイコンのプログラムは…

ローコスト7チャンネルADコンバーター(LCD表示機能付) – air variable
http://www.ne.jp/asahi/air/variable/picmel/applications/lcd_adc/index.html

こちらで公開されているものに自分が使いやすいようにちょっと手を加えただけ。プログラミングはあまり得意じゃないので助かりました(^^;)

マイコン内では『検出・増幅回路』から送られてきたアナログ値を基準電圧と比較することでA/D変換し、そのデータをシリアル通信でPCへ送信する。また、A/D変換した値をバーグラフとして液晶ディスプレイに表示する。

この回路はほとんど出来合いのものを組み合わせただけなのであまり苦労はなかったですね。本当にありがとうございます(^^)

【キャリブレーション結果】

【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計【キャリブレーション】

【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計【目次】

【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【目次】
【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【DCライン測定器を制作した理由は?】
【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【特徴・構成と回路図】
【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【キャリブレーション結果】←今ココ
【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【測定例・まとめ】

この手の測定回路を作成したら、使用前にしなければならないのが『キャリブレーション』。

設計の段階である程度は「XをいれるとYが出る」ということを計算していますが、実際に回路に用いる素子(抵抗等)の値には誤差がありますし、動作時の温度によっても値が変わることがある。

そこで、実際の使用条件で設計値とのズレがどれだけあるかを調べて補正するのが『キャリブレーション』。

今回、自作した計測系は高精度電圧・電流源とデジタルマルチメータを用いてキャリブレーション。キャリブレーション中の室温は22℃ですが、5℃前後温度を変化させてもほとんど値は変わりませんでした。

以下が、キャリブレーションの結果。

『設計値』と書こうとして間違って『理論値』と書いてしまいました… 何の『理論』だよ(^^;)

12Vの電流値以外は全て設計値の最大値から最小値まで計測。電圧については想定される電圧の周辺は入念に計測しました。12Vの電流値は設計値では最大5Aとなっていますが、今回用いた電流源が最大3Aまでしか出力できないものだったため、キャリブレーションは3Aまでしか行えませんでした。

キャリブレーションの結果を見ていくと、予想以上に『設計値』と一致していてビックリでした。12月に試作品を紹介した際に12Vラインの値が11.5Vまで下がっているのはキャリブレーションのせいであると言いましたが、大間違いでした。あの際に使用した電源ユニットを改めてテスタで調べてみたところ、ヘタってきていたようで実際に11.5Vでした。

電流の最小測定値を見てみると、12Vラインでは0.03A、5Vラインでは0.02Aとなっている。これ以下の電流を流したとしても計測されるA/D変換値は『ゼロ』にはならず、『4』となる。これはおそらく、増幅回路に使用しているオペアンプのオフセットによって発生しているのではないでしょうか?まぁ、そこまで消費電力が少ないところを図るつもりはないので問題ないでしょう。

【測定例・まとめ】

【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計【測定例・まとめ】

【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計【目次】

【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【目次】
【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【DCライン測定器を制作した理由は?】
【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【特徴・構成と回路図】
【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【キャリブレーション結果】
【レビュー的な何か】自作HDD消費電力計 – 【測定例・まとめ】←今ココ

すでに『ST3500413AS』の測定値を掲載していますので、真新しくもないですが、一応測定例も載せておきます。

測定対象はWestern Digitalの『WD2500JS-00NCB1』。

今回はHDDのレビューではないので、HDDの詳しいことには触れずに測定値を見ていきます。

まずは、HDDの回転が停止している『Standby』ステートからプラッタが加速して『Idle』ステートに移行するまで測定した結果。

電源にはHDD用のACアダプタを用いたため、12Vラインが消費電力によって電圧降下していることがわかる。また、電流はプラッタ加速に12Vラインを使用しており、その後は5Vラインの電流の方が多くなっている。

このように得られた測定値から

電力[W]=電圧[V]×電流[A]

で各ラインについての消費電力を計算し、グラフにすると…

それぞれの電圧ラインについての消費電力変化を得ることができる。グラフでは5Vの消費電力の上に12Vの消費電力が積み重なっているように表示されているため、『Standby』時の5Vの消費電力は約1W、12Vが0.7Wで合計1.7Wになっていることがわかる。

まとめ

以上、こんな感じでHDDの消費電力の測定が可能になっている。

『ワットチェッカー』を用いる方法では測定できる最小有効電力は1WでAC→DC変換損失も入ってしまう。今回自作したHDD消費電力計では最小測定電力は0.5Wで変換損失無し。さらに、PCでのデータ処理も可能となっている。キャリブレーションするまでは正しく測定できるかドキドキでしたが、意外にも設計値通りの値を得ることができ、なかなか満足の仕上がりでした。

これからHDDのレビューを行う際にはバリバリ活用していこうかと思います。

2010/12/5 日曜日

試作機が完成!オリジナルHDD用消費電力計測装置

2年ほど前から作ろう作ろうと思いながらも、時間がなく進行していなかったマル秘企画の試作機が完成したので、チョロッと紹介します。

制作したのはHDD用 消費電力計測装置『DC PowerMeter(仮)』

カオスですが、試作機ですので…

制作の経緯とか細かい話はそのうちまとめますが、とりあえず計測試験を行ってみたのその結果だけ紹介。計測試験には我が家でもかなりの(電力)大食いの10,000rpm HDD『Quantum ATLAS 10K 18.2』。

12Vと5Vラインの電圧と電流をそれぞれ計測可能となっており、100m秒おきに計測を行っている。

12Vラインの電圧が11.5Vとかなり低く出ていますが、これは試作段階のため値の校正を行っておらず、理論値から計算しているためです。

電流と電圧が各ラインで個別にわかるので、こんな感じに消費電力の変化の計算も可能。

2年ほどかかってしまいましたが、何とか試作機完成まで漕ぎ着けました。次にHDDを購入した際にはコヤツを使ってベンチマークができれば良いのだが…

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