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内容はトライアックを使用した交流電力制御（位相制御）の実験です。
結果が良ければケースに収めて実用品として使用するのですが、現状では問題があり、中断状態になっています。
成功した機器は現物もドキュメントも残るのですが、失敗した場合、現物は部品取りされ、ドキュメントは廃棄され、何も残
りません。
したがって、後々、同じ失敗を繰り返す可能性があります。
此処に記載した内容は自分向けの失敗の記録ですので、このまま製作しても結果は出ません。
製作した機器は交流機器の電力を制御するものですが、電球やヒーター等の抵抗負荷の場合は問題なく動作します。
問題はモーター負荷の場合、トライアックのトリガに失敗する領域があるということです。
（最大出力付近：ゼロクロスポイント直後のトリガ）
位相のずれか、トリガ方法が悪いかのどちらかとは思いますが、解決していません。
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| 調光器 | 内部 | 制御素子 | 昔のパッケージ |
調光器は何十年も前に製作したものがあり、現役です。
当時のＳＣＲやトライアックは金属パッケージで高価でした。
４００Ｖ１０Ａのトライアックは当時の金額で１０００円以上しました。
１０Ａ以上のものは入手が困難で金額も、かなりアップしました。
現在はプラスチックパッケージのものが安く入手出来、ＴＯ－２２０パッケージで４０Ａ流せたりします。
この調光器は１０Ａのトライアックを使用しているので６００Ｗ程度しか制御出来ません。
・ １．２ＫＷまで制御したい。
・ タイマーを内蔵したい。
以上、二つの理由で新しく作ることにしました。
参考書を見ながら回路を考えてみました。
製作し、動作を確認したところ大きな誤りがありました。
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制御にはＰＩＣ１６Ｆ１８２３を使用しました。
０クロスポイントを検出し、トリガするタイミングをタイマーで設定します。
全波整流波形を内蔵コンパレータに入力し、０Ｖから立ち上がった瞬間（コンパレータでは出力の立ち下がり）に割り込みを
かけます。
割り込みルーチンではタイマー１に遅れ時間を設定して起動します。
タイマー１の割り込みルーチンではトライアックのトリガパルスを短時間出力します。
当地では６０Ｈｚですので１秒間に１２０回の０クロスポイントがあり、割り込み周期は８．３３ｍＳとなります。
一連の動作は０クロスの割り込み周期内に完結しなければなりません。
多少、余裕を持って、８ｍＳを最大の遅れ時間としています。
出力調整の分解能は８ビット（２５６ステップ）としますが、０ｘＦ以下は０、０ｘＦ０以上は１００％としています。
８０００ｕＳを２５６で割ると３１．２５ｕＳが１ステップの遅れ時間となります。
ＰＩＣは１６ＭＨｚの内部発振で動作していますのでタイマー１のクロック周期は０．２５ｕＳとなります。
３１．２５÷０．２５＝１２５が１ステップのカウント数となります。
トリガタイミングは電源電圧をＶＲで分圧しＡＤ変換しています。
ＡＤ変換値を８ｂｉｔに丸めて２５６ステップとしています。
習慣で１０ｂｉｔのＡＤ変換値を２ｂｉｔ右シフトしましたが左詰して高位側レジスタを読めば簡単でした。
トライアックのトリガはフォトトライアックを使えば簡単ですが、手持ちに無いのでパルストランスを使いました。
パルストランスは何十年も前に購入したジャンク基板から取り外したＳＦ２Ａを使いました。
パルストランスは使い方がよく判らないのですがＰＷＭモジュールで５ＫＨｚを常に発振させ、ゲートタイミングを
ＰＮＰトランジスタで作っています。
使用時間タイマーは０クロス割り込みの回数をカウントしています。
設定はＶＲの分圧電圧をＡＤ変換しています。
変換値を１６ステップに丸め、最短３０分、最長８時間にしています。（３０分ステップ）
スタート／ストップは１つの押し釦で行います。
ＡＣ側の電源スイッチを入れると電源表示ＬＥＤが点滅するので押し釦を押すと制御が開始し、電源表示灯は連続点灯と
なります。
使用時間タイマー設定ＶＲはスター時の値を読み込み、スタート後は変更を受付ません。
出力調整ＶＲは動作中の変更を常に受け付けます。
出力表示灯は出力設定により明るさが変化します。
ジャンパーピンはタイマーを殺すものと５０Ｈｚ６０Ｈｚを切り換えるものです。
ただし、当地では５０Ｈｚは動作を確認出来ません。
失敗した理由は電源トランスをケチった事にありました。
０クロスポイントはトランスレスの制御電源を全波整流していますが、コンデンサーで電圧を落としているため主電源から
位相がずれています。
最初、トライアックを接続せず制御回路だけで動作確認していたので主電源との位相のずれに気が付きませんでした。
制御回路の動作だけを見ていると正常に動作しているように見えます。
トライアックと負荷を接続して気が付きました。
制御回路のトランスレスを止めてトランスを使いました。
トランスの２次側の電圧波形が若干、歪むような気がしたので、０クロスの検出をフォトカプラにしました。
フォトカプラにするならトランスレスのままでも良かったような気がします。
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フォトカプラを使ってＡＣ入力電圧の０クロスポイントを検出していますが動作は同じで、同じプログラムを使っています。
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// ＡＣ電力制御(acpwctl1.c) //
// 2014/06/13 PIC16F1823 //
// MikroC Pro for PIC Ver 6.0.0 //
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//OSC=INTOSC, Watchdog controlled by SWDTEN bit, PowerUpTimer=ON, MCLR=ON, Code Protection=OFF,
//Data Protection=OFF,Brown-out Reset=ON, Clock out=OFF, I/E Switch over=off,
//Fail-Safe Clock Monitor Enable=OFF,Flash Memory Self Write Protection=OFF, PLL=OFF,
//Stack OF/UF Reset=ON, Brown-out=H-Volt,Incircuit Debug=OFF, LVP=OFF
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;
typedef unsigned long ulong;
typedef union{
uint da16;
uchar da8[2];
}WDATA;
WDATA addata; //A/D変換値
WDATA t1set; //タイマー１設定値
volatile long remain; //残り時間カウンタ
uint t_set30; //３０分単位の設定値
uint hz; //周波数
uint p_rate; //分解能あたりのカウント数
volatile uint p_out; //位相差
uint adconv(){ //A/D変換（16回の平均）
int i;
uint adbuff;
adbuff = 0;
for(i=0; i<16; i++){
ADCON0.GO = 1;
while(ADCON0.GO);
addata.da8[0] = ADRESL;
addata.da8[1] = ADRESH;
adbuff += addata.da16;
}
adbuff += 8; //割る数の1/2を加える
adbuff = adbuff >> 4; // /16;
return adbuff;
}
void main() { //メインルーチン
int temp;
OSCCON = 0x7a; //内部 16MHz
FVRCON = 0x84; //DACREF=1.024V
DACCON0 = 0x88; //DAC ON FVR2
DACCON1 = 0x7; //DAC Level
TRISA = 0x3f; //all input
ANSELA = 0x3; //AN0,AN1
WPUA = 0; //PULL UP Disable
LATC = 0x10; //Output Level
TRISC = 0x2; //C1 input
ANSELC = 0; //all Digital
WPUC = 0; //PULL UP Disable
WDTCON = 0x15; //ウオッチドッグ1S
asm CLRWDT; //WDT CLR
if(PORTA.B2){
hz = 60; //60Hz
p_rate = 125;
}
else {
hz = 50; //50Hz
p_rate = 150;
}
while(1){
asm CLRWDT;
LATC.B2 = ~LATC.B2; //電源表示点滅
if(!PORTA.B5) temp = 1; //ON/OFF釦
else temp = 0;
Delay_ms(200);
if(temp && !PORTA.B5) break;
else temp = 0;
}
while(1){ //押釦ＯＦＦ確認
asm CLRWDT;
if(PORTA.B5) temp = 1;
else temp = 0;
Delay_ms(50);
if(temp && PORTA.B5) break;
else temp = 0;
}
CCP1CON = 0x0c; //PWM P1A ACTIVE H
PR2 = 49; //サイクルタイム(49+1) x 0.0625 x 4uS x 16 = 200uS
CCPR1L = 25; //デューティー 25 x 0.0625uS x 4 x 16 をセット
T2CON = 0x6; //T2 ON プリスケーラー1/16
T1CON = 0x1; //T1 ON
CM1CON0 = 0x86; //Comparator Enable,higher speed,hysteresis enable
CM1CON1 = 0x51; //INT -,DAC VOLTAGE Reference,C12in1
ADCON0 = 0x01; //CH0 AD ON
ADCON1 = 0xa0; //右詰め、Fosc/32 REFF=V+
asm CLRWDT;
t_set30 = 1 + (adconv() >> 6); //時間設定（１６ステップ）
remain = (long)hz*60L*60L*(long)t_set30; //残り時間を計算
ADCON0 = 0x05; //CH1 AD ON
p_out = 0xff - (adconv() >> 2); //位相遅れ（２５６ステップ）
t1set.da16 = 0xffff - p_out*p_rate; //タイマー１設定値
TMR1L = 0;
TMR1H = t1set.da8[1];
TMR1L = t1set.da8[0];
INTCON = 0xc0; //グローバル割り込み、周辺割り込み許可
PIE2.C1IE = 1; //コンパレータ割り込み許可
LATC.B2 = 1; //電源表示
while(1){
asm CLRWDT;
if(!PORTA.B5) temp = 1; //ON/OFF釦
else temp = 0;
p_out = 0xff - (adconv() >> 2); //位相遅れ（２５６ステップ）
PIE2.C1IE = 0;
t1set.da16 = 0xffff - p_out*p_rate; //タイマー１設定値
PIE2.C1IE = 1;
Delay_ms(50);
if(remain < 1)break; //タイムアップ
if(!PORTA.B5 && temp) break; //強制終了
else temp = 0;
}
while(1){ //押釦ＯＦＦ確認
asm CLRWDT;
if(remain < 1) break;
if(PORTA.B5) temp = 1;
else temp = 0;
Delay_ms(50);
if(temp && PORTA.B5) break;
else temp = 0;
}
INTCON = 0; //終了処理
T1CON = 0;
T2CON = 0;
LATC = 0x10;
while(1); //ＷＤＴでリセット
}
void interrupt(){
if(PIR2.C1IF){ //C1割り込み
PIR2.C1IF = 0; //割り込みフラグクリア
if(remain > 0 && PORTA.B4)remain--; //残り時間を－
TMR1L = 0;
TMR1H = t1set.da8[1]; //タイマー値セット
TMR1L = t1set.da8[0];
if(p_out < 0x10)LATC.B3 = 1; //位相遅れが小さい時、出力表示ＯＮ
else LATC.B3 = 0; //それ以外は出力表示ＯＦＦ
PIE1.TMR1IE = 1; //T1割り込み許可
}
if(PIR1.TMR1IF){ //T1割り込み
PIR1.TMR1IF = 0; //割り込みフラグクリア
PIE1.TMR1IE = 0; //T1割り込み禁止
if(p_out > 0xf0); //位相遅れが大きい時は何もしない
else{
LATC.B3 = 1; //出力表示ＯＮ
LATC.B4 = 0; //ゲートパルスＯＮ
Delay_us(200); //ゲート時間
}
if(p_out < 0x10); //位相遅れが小さいときは何もしない
else LATC.B4 = 1; //ゲートパルスＯＦＦ
}
}
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| 実験回路 | ０クロス波形 | 負荷電流 |
動作試験を行いましたが、前述したように完璧ではありません。
波形は電球を負荷にした時のもので、抵抗負荷の場合は問題ありません。
０クロス波形はＰＩＣ内蔵のコンパレータに入力して割り込みタイミングを作ります。
負荷電流は電源ラインに通したカレントトランスの負荷抵抗の端子電圧を表示しています。
（電流計測用のカレントトランスは回路図には記入されていません。）
オシロが年代物のポンコツですので最初の調光器を製作した時代の写真と思われそうですが、最新の実験です。
（当時はデジタルカメラが無かったので気軽に波形写真は撮れません。）
とりあえずトリガ方法を変えてみます。
現在、秋月にフォトトライアックを注文中です。
それでもダメならＤＩＡＣやＳＢＳによるトリガに戻し、タイマーのみＰＩＣで制御します。
とにかく、安定に動作し、実際に使える物を作るのが目的です。
ケースに収納して使い易くすることも大切です。
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| 参考書１ | 参考書２ |
注文したフォトトライアックが入ったので回路を修正してみました。
とりあえずプログラムは以前のままで試してみました。
ＰＷＭも以前のまま動作していますが、回路が外されてしまったので無駄に動作しています。
結果として全体の動作は全く前と変わりませんでした。
電球のような抵抗負荷ではスムーズに動作するのですが、モーター負荷では、動作する筈の領域の一部で止まって
しまいます。
電流波形を観察すると交流の片側の半周期でトリガに失敗しているようですが、原因が判りません。
プログラムを修正したりしても改善しませんでした。
モーター負荷としては扇風機を使いました。
以前製作した調光器では扇風機の回転数を変速出来ていました。
扇風機はモーターとメカニカルスイッチだけのものしか使えません。
最近の高級な扇風機は電子回路が組み込まれているので駄目です。