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No.2026 2017.6.5




調光機能付きイルミネーションから安定してイルミ電源を取る方法






□ 1.カーオーディオのイルミがONにならない

新しく購入したカーオーディオ DEH-5300 ですが、
ライトを付けてもイルミ(ディマー)がONになりません。
初期不良かな?と思ったのですが、
色々思い出して見るとこのクルマにはイルミの調光(照度)調整ダイヤルがあります。
夜間のメーターやエアコンボタンなどの照明の明るさを調整できる機能です。
外車や高級車などに標準搭載されています。
夜間にメーターが眩しいなぁと思えば、暗めにすることができます。

試しに調整ダイヤルを回してイルミを明るくしてみると、イルミがONになりました。
調光機能が悪さをしていることが分かりました。
ちなみに一定以上の明るさでイルミがONになるのですが、ONになる閾値の限界を探っていると、
イルミ表示がデモモードになったり高速でイルミがON/OFFしたりするので、
DEH-5300のバグだと思われます。
今まで付けていたカーオーディオもパイオニア製でEL表示のそこそこの高級機ですが、
このような症状は発生しなかったので本機特有の現象です。
(カーナビだと、特定の操作ボタンを押しながらイルミをON/OFFすると裏モードに入れたりする物もありますが、そういう感じではありません。)




□ 2.イルミ信号(イルミ電源)の波形を取ってみた

この調光機能は、可変電圧のレギュレータで出力電圧を変えるか、
電圧12V一定でPWM制御にてON/OFFの時間を調整することで出力を調整しているのだと思います。
LED照明の場合は、PWMで光量調整が一般的だと思います。

とりあえず、イルミをONにしたときにどのような電圧が出ているのか分からないので、
オシロで測定してみました。

イルミを一番暗くしたときの波形です。
エンジンが掛かっている状態ですので、電圧は14Vです。
1.4ms ON、11.2ms OFF、周期12.6msでPWM制御でした。


イルミを明るくしたときの波形です。
10ms ON、2.6ms OFF、周期12.6msです。
周期は変動せず、ON時間が大きくなることでイルミの照度が上がります。
調光ダイヤルを最大にすると、イルミ波形が14V一定(OFF時間ゼロ)になりました。






□3.調光イルミ信号のリレー(安定化回路)を考える

というわけで、メーカーに問い合わせても、
「仕様です」もしくは「お乗りになられている車種には対応していません」
と回答されるだけだと思いますので、イルミ信号の安定化を考えてみます。

一番簡単なのは、PICマイコンで例えば200μs程度の一定周期でイルミ信号を読み取り、
数カウント連続でONが確認できればONと判定してカーオーディオ用イルミ信号を一定時間出力する、
出力中もイルミ信号を読み取り続けて、ONと判断すれば出力判定時間カウンタをセットし直す、
といったように制御すれば対応できます。デジタル1入力1出力で対応できますので、
PIC12Fの8pinの一番安いマイコンで対応できます。
が、マイコンを使うとC言語を使うので敷居が高いと感じる方も少なくないと思いますので、
誰でもできるように回路のみで考えてみることにしました。

イルミ信号をトリガとして考え、
トリガON中でタイマーが動作して一定時間カーオーディオ用イルミ信号を出力する
という回路を考えます。

タイマー機能はICを用います。具体的にはNE555N(もしくはNE555P)を用います。
NE555NとNE555Pは互換性があり、NE555Nは ST Micro製、NE555Pは Texas Instruments製です。
(写真はNE555N)


で、とりあえず書いてみた回路がこれです。 これでもとりあえず動くと思うのですが、NE555(LMC555も含む)は、タイマーON中に トリガ信号が再入力されても無視されるという特徴があります。 するとタイマーが終わってOFFになったときにイルミのPWMがOFFのタイミングだと、 数msのイルミOFFが発生します。



何か別のICがないか探してみたところ、74HC123がありました。
東芝のデータシートには
「再度トリガ入力が与えられるとそのトリガも有効となり単安定モードを持続させることができます」
とハッキリ書いてあるので期待しましたが、2回路入りで16pinと物理的寸法が大きく、
秋月電子で扱っていないので見送ることにしました。
1回路は74HC121のようですが、型番をGoogleで検索してもまったく出てこないので
入手不可能な幻のICのようです。



なんとかNE555を使用してうまくできないか調べてみたところ、 こちらのサイト(http://www.geocities.jp/side2949be/scm.html)の「リトリガー回路」で再トリガー問題が解決できることが分かりました。言われてみれば確かにコンデンサをGNDに落としてやればタイマーが持続しますが、こういった電気的アプローチが思いつくどころか、そもそも2SAの存在を忘れていました。

で、反映したのがこの回路です。

<クリックで拡大できます>


Excelで清書した回路図も載せておきます。



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□4.調光イルミ信号のリレー(安定化装置)の作成

回路ができたので、実際にリレー装置を作成してみます。
ユニバーサル基板を使用するので、基板レイアウトにはPasSを用います。
PasSは、部品配置時に拡大表示できない、反転させて裏面表示ができない、部品を移動させるときに端子の配線が追随しない、といった不便な所もあります。作成した図を2倍表示させた状態でスクリーンショットし、画像ソフトで切り取りExcel等に貼り付けてまとめて、カラー印刷をすると実際に部品を組んでスズメッキ線で配線作業をするときの絶大な効力を持つ資料となります。
KiCADやEAGLEなどのCADソフトでは、このようなユニバーサル基板に特化した資料は作成できないので、PasSの攻撃力は絶大です。

PasS
http://www.geocities.jp/uaubn/pass/

で、作成した基板レイアウトは以下の通りです。もっと詰められそうですが、
パズルは苦手なのでこれでよしとします。




実際にスズメッキ線を半田付けするときの、裏面から見た配線(表面から見た鏡面)は以下の通りです。




部品レイアウトと定数の関係は以下の通りです。




回路についての簡単な説明は、以下の通りです。
簡単な回路ですので深くは考えていません。NE555については知らないので、見て聞いた通りの文言です。
考え方として間違っている部分もあるかもしれません。

・ILL OUTで流せる電流は、ACC側のダイオードで決まります。
  2SJ681は最大5Aですが、1N4007は1Aです。
 大電流を流す予定の場合、ダイオードを大容量の物に変更してください。
・ACCの外部配線には必ずヒューズを付けてください。
  ヒューズ容量はダイオードの容量を参考にして、今回の場合は1A以下を選びます。
  ヒューズを付けない場合、ダイオードが焼損する恐れがあります。
・カーオーディオは、イルミネーションの駆動用電源としてBATTから取るのが一般的です。
  ILL電源はあくまでも信号として読み取るだけです。よって数mAしか消費しません。
  パイオニアDEH-5300 の実測値は、約0.6mAです。
  2SJ681などの電力用FETなどを使用しなくてもOKですが、念のために選定しています。
・2SJ681の故障モードが分からないので、念のためゲートに抵抗を入れています。
・ダイオードは、机上の安定化電源では不要ですが、クルマに取り付けるときには必ず付けてください。
・NE555の左上に実装しているセラコンは、NE555などの安定動作のためではありません。
・タイマーのON時間は電解コンの容量とNE555右側の抵抗で決まります。
・電解コンデンサは1〜3uF程度のざっくりした容量でOKですが、
  10uF以上にしたときは電源への放電用に抵抗に平行してダイオードを付けたほうが良いようです。
・コンデンサの容量を大きくすると、入力イルミ信号を切っても
  イルミをONし続ける時間が大きくなります。
・電解コンデンサをセラコンなどに換えるとNE555がうまく動かない場合があるようです。
  Googleで調べてみると、セラコンに置き換えて動かないトラブルの記事が色々出てきます。
・セラコンの耐圧は25V以上の物を使用してください。(10Vなどは不可)
・電解コンデンサは、105℃でなくてOKです。保証時間(耐久性)の大きいものを使用して下さい。
  真夏の炎天下でクルマを放置しても、室内温度が60℃に達することはありません。
  例えば105℃1000hのコンデンサより、85℃3000hのほうが長く持ちます。
・電解コンデンサの耐圧は16V以上の物を使用してください。
・大電流を流す可能性がある場合、ACC→ダイオード→ 2SJ681→ILL out の経路は
  最短となるようにします。
・5A程度であれば0.3sqで十分です。数メートルでも電圧降下は微々たるものです。
  太すぎるとスルーホールに芯線が入りません。
・ACCは必ずアクセサリ電源と接続してください。バッテリ電源(BATT)に接続しないでください。
 この回路のILL out未接続時の消費電流は約10mAですのでバッテリ上がりの原因になります。
・実際に存在するのか不明ですが、
  PWMではなく可変レギュレータ等でILL電圧を調整するような車両も念のため考慮しました。



部品リストは、以下の通りです。
すべて秋月で買えます。

リストの片面ユニバーサル基板はCEM3で熱に弱いので、はんだ付けが苦手な人や温調はんだゴテを持っていない場合などではFR4の基板を選んだほうが良いかもしれません。秋月の場合、緑色のユニバーサル基板はFR4だと思います。

合計金額は241円ですが、セット売りの部品があるため新規で揃える場合は980円になります。
送料は500円掛かります。

AVS電線(もしくはAVSS電線)は秋月で売っていません。ヤフオク等で買えます。
よく分からないビニール電線だと、被覆が車室内の環境に耐えられない可能性があります。

通販コード 品名 単価 数量
P-09629 ヒューズホルダー(中継用) MF−520 45円 1
P-07135 ガラス管ヒューズ MF61NR 250V1A 32mm 30円 1
I-08358 2SJ681 40円 1
P-08241 片面ユニバーサル基板 Dタイプ
(47x36mm)AE-D1
30円 1
I-00881 2SC1815GR 10円 2
I-00882 2SA1015GR 10円 1
R-25473 カーボン抵抗 1/4W 47kΩ 1円 7
R-25103 カーボン抵抗) 1/4W 10kΩ 1円 2
R-25333 カーボン抵抗 1/4W 33kΩ  1円 1
I-08344 タイマーIC NE555P 25円 1
P-00090 セラミックコンデンサー0.1μF50V2.54mm 10円 2
P-04620 電解コンデンサー1μF50V85℃ ニチコンFG 10円 1
I-00934 ダイオード 1N4007 0.5円 2



作成した基板を入れるケースは、画鋲が入っているケースを使用します。
セリアなどの100円ショップで購入できます。価格は108円(税込)です。
今回使用する基板(AE-D1)にピッタリのサイズです。






実際の実装例です。

2SJは向きに注意してください。今回の実装の場合は金属面が上です。




裏面の配線です。

配線完了後は、必ずテスターで以下の点を確認してください。
ショートしている場合、電線側に取り付けてあるヒューズが切れますが、
ヒューズがもったいないので導通確認は入念に行います。

 (1) ACC 入力ラインのダイオード出力側と、GND線のハンダ部分の抵抗値を測定して、
   10kΩ以上あること。
   (NE555のVCC-GND間の抵抗値が約10kΩ程度なため、このような値が出ます。)
 (2) ILL in のダイオード出力側と、GND線のハンダ部分の抵抗値を測定して、75kΩ以上あること。
 (3) ILL out線のハンダ部分と、GND線のハンダ部分の抵抗値を測定して、45kΩ以上あること。




以下は、ケースなどの説明です。
基板をケースに取り付ける前に、 「□5.調光イルミ用リレーの取り付け」の仮環境を構築して、
動作することを確認してください。
動作しない場合は、配線ミスか部品不良です。


ケースは、配線を通す側面を切り取ります。電動ドリル等で穴を開けます。
穴を開ける感覚は、穴と穴が当たるぐらいの密度にします。
写真のようだと、穴と穴の間が広すぎます。ドリルの歯は3mm程度を使用します。
穴を開けたら、ニッパーを使用して穴と穴の間を切断します。
凸凹している部分をカッターで削れば完成です。






基板をケースにはめると、こんな感じになります。




基板の足には、スポンジテープを使用します。
カーオーディオ用のスピーカーなどで使用する防音シート(エプトシーラー)のテープです。

   



基板の固定には、グルーガン(ホットボンド)を使用します。
スポンジが深く縮まないように基板を軽く押さえながら樹脂を流し込むと綺麗に接着できます。

 



断面は、下図のようになります。
基板を外したい場合は、グルーガンを暖めるか、カッターで側面を切ります。






ケーブルは、結束バンド(インシュロック、タイラップ)でケース内に収まるように結束します。
バンドを切断するときには、ある程度(今回は6〜7mm程度)残しておくことがコツです。
こうすることでケーブルを引っ張ったときに結束バンドが突起となり、
凸部分がケースに引っかかることによって、はんだ部分に応力が掛からないようになります。






ヒューズケースの端子は、ギボシ端子をカシメる工具でカシメます。
端子のカシメ部分が開き気味(バンザイ状態)ですので、
ラジオペンチなどで内側に丸めます(いいとも状態)。

イルミはオレンジ、アクセサリ電源は赤、GNDは黒というルールがあるので、
可能であればそのように電線を使い分けます。

ケースの蓋は、ハーネステープや塗装用のマスキングテープなどを巻いて固定します。
ビニールテープやセロテープを使用するとベトベトになるので注意が必要です。

以上で、完成です。








□5.調光イルミ用リレーの取り付け、動作確認

作成したリレー装置は、以下のように取り付けます。ILL outは絶対に車両側に接続させないでください。
装置駆動用の電源は、アクセサリ電源から取ります。





クルマのキーをACC ONにしてカーオーディオを動作させます。
スモールライトを点灯させて、
カーオーディオのディマーが有効になってイルミが暗くなることを確認します。
調光ダイヤルを最小および最大にして、
カーオーディオのイルミが暗いままで無反応であることを確認します。
回路が正常であれば、調光ダイヤルがどの位置でも必ずディマーがON(ILL out=12V一定)になります。
動作しない(明るい)場合は、以下の確認をします。
時間が掛かるとバッテリーが上がるため、エンジンを掛けた状態で確認します。

(1) 調光ダイヤルを明るさ最大にして、そのときの車両側のイルミ電源の電圧をテスターで測定する。
  12Vが確認できない場合、車両側のイルミ電源のヒューズが切れています。
  安定化装置にショートがないか確認してから、ヒューズを交換します。

(2) 車両側のバッテリー電源、アクセサリ電源の電圧をテスターで測定する。
  12Vが確認できない場合、車両側のヒューズが切れています。
  安定化装置にショートがないか確認してから、ヒューズを交換します。

※以下はオシロスコープが必要です。
(3) 調光ダイヤルを明るさ最小にする。
  ILL in から ILL outまでの経路上の各素子の入力および出力電圧を確認する。
  パルスが確認できないヶ所があれば、その素子(トランジスタ、FET、NE555)が動いていません。
  該当素子周辺の配線、および抵抗やコンデンサの値が正しいか実際に測定して確認します。




□6.リレー装置を買う

実際に部品を揃えて作成して、動作確認を完了するまでに、
非常に多くの手間と時間が掛かることが分かります。

どこかに売っていないのかな?と色々調べてみたところ、以下の物が売っていました。
カスタマーレビューを見ると、・・・うーん、という感じです。
結構なお値段ですので、期待通りに動かなければ悲惨な結果になりますが・・・。


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