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自動車のバッテリーに取付るためケーブルを付けてケースに入れる

基板の空き部分はカットした

ケースはダイソーの一番小さいタッパー

ケースへの固定は２号機と同じように蓋を底にして厚手の両面テープで止めた

サイズが２号機の約半分なので余裕で収まりようやく完成

取付

取付前にバッテリーの電圧を確認すると使用期間６年ながら悪くない電圧である

取付完了，動作開始

後でケーブル部分をバッテリーの留め具にケーブルタイで固定したので本体もブレないようになった

しかし様子をみて固定する方法を考えないといけないかと思う

組み込む前に試験するためブレットボードに展開

各電圧確認

PWM出力しないようにしてバッテリーを接続し12Vと5Vの電圧を確認

PWMのON電圧（閾値）を確認するため電圧を12.0V～13.0Vまで可変したところ設定12.4でONにならず13.0VでもON/OFFを繰り返す現象が発生

大きな原因は基準電圧が安定してなかったからでLP2950の出力部をオシロで観ると赤LED点灯で右のように変動していた

出力部に47μFのケミコンを取り付け5.014Vで安定させた

またバッテリー電圧チェックのための分圧抵抗にも誤差があるので，12.0～13.0で分圧電圧を実測し誤差分をADCの結果に調整値として追加（必要なのは一部の電圧範囲なので割合ではなく単に誤差分+10した）

12.6V以上ではON，12.5VはON/OFF，12.4V以下でOFFとなることを確認

PWM出力

PWM出力波形をオシロで観たところ4.7kHzのONタイムが10μsで問題なし

リンギングの確認はとれてないが出力のパルスは出ているようだ

回路図

常時稼働用のスイッチも設け，最終は以下のとおりとなった

組み込み

ほぼ完成したので組み込むため基板化

今回はコンパクト化に挑戦し１・２号機のほぼ半分の面積にできた（空き部分はカットする）

動作確認すると１点回路接続ミスがあり燃えるところだった・・・

修正後に再度動作確認してみたところFET，C1（220μF），L1（47μH）の発熱が大きいことが発覚

車載時充電状態となる給電約14.5VだとL1が90℃を超えてしまった

ブレッドボード上では問題なかったので接触抵抗などにより状態が異なるのだろうと思われる

流石にこれではまずいので対策する

単に熱対策の冷却では根本的解決にならないのでONタイムを調整することにしオシロでデータを取得

最終的にONタイム10μsだったのを5μsにすることで解決

出力電圧は若干下がったがリンギング波形は綺麗になったようだ

10μs（改善前）	5μs（改善後）

パーツの選択も終えたので制御用のスケッチをプログラミング

主な仕様

• デサルフェータを実行する最低電圧を設けPWMをON/OFFする（75%以上で実行，充電中は当然ながらONになる）
• LEDを点灯点滅させて実行中か未実行か判別できるようにする（実行：２秒点灯－１秒消灯，未実行：１秒点灯ー８秒消灯）
• 異常発生時Attiny13aをリセットする（WDT使用）
• 約３日毎に再起動（リセット）する

機能の実装方法

①PWM出力

②インターバルタイマー

③WDT

④スリープ

⑤ADC

回路

• FUSEを追加
• L3があるのでL2の位置を変えた
• PB0（PWM0）ではPWMのDutyが制御できないのでPB1（PWM1）に変更
• FETのゲートを不定にさせないためR5を追加
• PB0，PB4を使用して動作させるバッテリ電圧を設定可能にできる（今回は未実装）

スケッチ

// デサルフェータ―３号機
//
// ATMEL ATTINY13 / ARDUINO
//
//                 +-\/-+
// ADC0 (D 5) PB5 1|    |8 Vcc
// ADC3 (D 3) PB3 2|    |7 PB2 (D 2) ADC1
// ADC2 (D 4) PB4 3|    |6 PB1 (D 1) PWM1
// GND            4|    |5 PB0 (D 0) PWM0
//                 +----+
//
// 1: Reset
// 2: LED
// 3: Serial Out
// 4: GND
// 5: SW （常時ピン）
// 6: PWM
// 7: ADC（バッテリー電圧確認）
// 8: Vcc 5.0V
//
// システムクロック：9.6MHz
// PWM周波数：4.7KHz(8分周)
//
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <avr/sleep.h>

//#define DEBUG     1

#ifdef DEBUG
#define BAUD_RATE 38400
#include <BasicSerial3.h>
#endif

#ifdef DEBUG
static void serOut(const char *str) {
    while(*str) TxByte(*str++);
}
//番号シリアル出力
static void numberOut(int v) {
    char bf[8];
    itoa(v, bf, 10);                //10は十進数
    serOut(bf);
}
static void newLine() {
    serOut("\r\n");
}
//確認用シリアル出力
static void voltOut(int v) {
    numberOut(v);
    serOut("mV\r\n");
}
#endif

//ピンアサイン
#define PIN_PWM     PB1             //PWM出力（注意：PB0だと指定通りのバルス幅が出ない）
#define PIN_ADC     1               //PB2(ADC1)電圧チェック
#define PIN_LED     PB3             //動作LED
#define PIN_SW      PB0             //常時実行スイッチ
#ifdef DEBUG
#define PIN_SER     PB4             //SerialOut(Debug)
#endif

//PWM利用のための定義
#define PWM_STOP    (B11111000)     //PWM停止（分周ビットマスクとしても利用）
#define PWM_START   ((0<<CS02)|(1<<CS01)|(0<<CS00)) //8分周

// 1 / (9.6MHz / 8分周 / 256) = 1 / 4687.5 = 0.000213 =（周期）
#define CNT_PSEC (4687)             //カウント数／秒
// 12us / 213us * 256 = 14
// 10us / 213us * 256 = 12
//  9us : 10.8 , 8us : 9.6
//#define CNT_DUTY    (10)          //8.32us = (10) * 213us / 256
#define CNT_DUTY    (6)             //5.00us =  (6) * 213us / 256
//#define CNT_DUTY (5)              //4.16us =  (5) * 213us / 256

//スリープ定義
#define SLP_MODE    SLEEP_MODE_ADC
#define sleep()     sleep_mode()    //asm volatile ("sleep")

//WDT利用のための定義
#define WDT_reset() asm volatile ("wdr") //カウンタリセット
#define WDT_500MS   (B000101)
#define WDT_1S      (B000110)
#define WDT_2S      (B000111)
#define WDT_4S      (B100000)
#define WDT_8S      (B100001)

//デサル動作電圧閾値（mV）
#define BTT_CHRG    (13500)
#define BTT_100P    (12600)
#define BTT_075P    (12400)
#define BTT_050P    (12200)
#define BTT_025P    (12000)
#define BTT_ACTN    BTT_075P

//PWM動作状態定義
#define DF_INIT     0               //初期状態
#define DF_STOP     1               //PWM停止中
#define DF_START    2               //PWM動作中
#define RESET_MAX   (3600/9*24*3)   //約３日間毎にリセット
static unsigned df_mode = DF_INIT;
static unsigned reset_count = 0;

//ＷＤＴリセット前に呼び出される割込み
ISR(WDT_vect) {
    if(reset_count < RESET_MAX) {
        //システムリセットを回避
        WDTCR |= _BV(WDE)|_BV(WDTIE);
    }
    //reset_countはシステムリセットで初期化させる
}

static unsigned temp_count = 0;     //秒換算数
static unsigned long sec_count = 0; //累積秒数

//タイマ０：オーバーフロー
ISR(TIM0_OVF_vect) {
    if(++temp_count > CNT_PSEC) {
        sec_count++;
        temp_count = 0;
    }
}
//ＰＷＭタイマー使用の時間待ち（秒）
static void wait(int t) {
    unsigned tc, ttc;
    unsigned long sc, ssc;
    cli();
    ttc = temp_count;
    ssc = sec_count + t;
    sei();
    do {
        cli();
        tc = temp_count;
        sc = sec_count;
        sei();
    } while(sc <= ssc && (sc != ssc || tc < ttc));
}

//ＷＤＴ開始（割り込み後システムリセット動作設定）
static void WDT_set(int wt) {
    cli();                          //割り込み禁止
    WDT_reset();                    //ウォッチドッグタイマーリセット
    WDTCR |= _BV(WDCE)|_BV(WDE)|_BV(WDTIE); 
    WDTCR |= wt;                    //タイマ設定
    sei();                          //割り込み許可
}

//ＷＤＴ停止
static void WDT_off() {
    cli();                          //割り込み禁止
    WDT_reset();                    //ウォッチドッグタイマーリセット
    MCUSR &= ~_BV(WDRF);            //MCUSRレジスタのウォッチドッグフラグをクリア
    WDTCR |= _BV(WDCE)|_BV(WDE);    //WDCEとWDEをセット
    WDTCR = 0;                      //ウォッチドッグ停止
    sei();                          //割り込み許可
}

//電圧（mV）
static int voltRead() {
    ADCSRA = (1<<ADEN)|(1<<ADSC)|(0<<ADATE)|(0<<ADIF)|(0<<ADIE)|(0b100);
    loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF);
    long v = (long)ADC;
    v += 10;                        //基準電圧，分圧抵抗調整分
    v *= (5000 * 4);                //基準電圧５Ｖ×３：１の分圧
    v /= 1024;
#ifdef DEBUG
    voltOut(v);
#endif
    return((int)v);
}

void setup() {
    WDT_off();                      //起動直後ＷＤＴ停止
    WDT_set(WDT_8S);                //ウォッチドッグタイマ８秒で開始
#ifdef DEBUG
    OSCCAL = 91; //87 - 96 (91, 92)
    DDRB = _BV(PIN_SER); //pinMode(PIN_SER, OUTPUT);
#endif
    //pinMode(PB2, INPUT); analogReference(DEFAULT);
    DIDR0 = _BV(PIN_ADC);
    ADMUX = (0<<REFS0)|(0<<ADLAR)|PIN_ADC;

    //pinMode(PIN_LED, OUTPUT); pinMode(PIN_PWM, OUTPUT);
    DDRB |= _BV(PIN_LED)|_BV(PIN_PWM);
    //pinMode(PIN_SW, INPUT_PULLUP);
    DDRB &= ~_BV(PIN_SW);
    PORTB |= _BV(PIN_SW);

    //PWM設定
    TCCR0A = (1<<COM0B1)|(1<<WGM01)|(1<<WGM00); //非反転出力, 高速PWM動作
    TCCR0B = (0<<WGM02);            //高速PWM動作（カウンタTOPは最大値の0xff）
    OCR0B = CNT_DUTY;               //デューティ比（カウンタTOP前にLOWにするための値）

    //タイマー割込み
    TIMSK0 |= (1<<TOIE0);           //オーバーフロー（PWMのTOPで）割り込みを許可
#ifdef DEBUG
    TCCR0B |= PWM_START;            //常時PWM開始（８分周）
#endif
    //スリープモード設定
    set_sleep_mode(SLP_MODE);
}

void loop() {
#ifndef DEBUG
    //バッテリー電圧チェック
    if((PINB & _BV(PIN_SW)) && voltRead() < BTT_ACTN) {
        //動作電圧より低い場合
        if(df_mode != DF_STOP) {
            TCCR0B &= PWM_STOP;     //PWM停止
            df_mode = DF_STOP;
        }
        WDT_off();
        WDT_set(WDT_1S);
        PORTB |= _BV(PIN_LED);      //digitalWrite(PIN_LED, HIGH);
        sleep();
        WDT_off();
        WDT_set(WDT_8S);
        PORTB &= ~_BV(PIN_LED);     //digitalWrite(PIN_LED, LOW);
        sleep();
        //９．５秒
    } else {
        if(df_mode != DF_START) {
            TCCR0B |= PWM_START;    //PWM開始（８分周）
            df_mode = DF_START;
        }
        for(int n = 0; n < 3; n++) {
            PORTB |= _BV(PIN_LED);  //digitalWrite(PIN_LED, HIGH);
            wait(2);
            PORTB &= ~_BV(PIN_LED); //digitalWrite(PIN_LED, LOW);
            wait(1);
        }
        //９秒
    }
#else
    voltRead();
    wait(2);
#endif
    reset_count++;
}

なんとか収まった

最大1024バイトのフラッシュメモリのうち、スケッチが866バイト（84%）を使っています。
最大64バイトのRAMのうち、グローバル変数が10バイト（15%）を使っていて、ローカル変数で54バイト使うことができます。

（2018.7.7 変更）

上記スケッチに反映

• 基準電圧と分圧抵抗の誤差による調整
• 常時動作SWを追加
• ONタイムを調整（DUTY変更）

最大1024バイトのフラッシュメモリのうち、スケッチが892バイト（87%）を使っています。
最大64バイトのRAMのうち、グローバル変数が10バイト（15%）を使っていて、ローカル変数で54バイト使うことができます。

Bugs

上記スケッチには認知の不具合があるので記載しておく

• loop()でWDTをOFFにしているためWDTでリセットされないタイミングがある

これはLEDで本機の状態が判るようにするのを優先したためで，もしLEDが点灯か消灯状態になったらハングアップ，暴走，ループなどの異常状態である（WDTが有効ならリセットされるので点滅の繰り返し）

なので，WDTをOFFに（WDTの操作は）しないでLEDを単に点灯もしくは消灯にしてsleep()させれば解決する

→ WDTのタイムアウトを２秒程度にしてLEDの点灯消灯を操作すれば同じように点滅させることができる

　 この方が良さそうなので良いタイミングで変更しようかと思う（以下のようになる）

void setup() {
    WDT_off();                      //起動直後ＷＤＴ停止
    WDT_set(WDT_2S);                //ウォッチドッグタイマ２秒で開始
    ・
    ・
    ・
}

void loop() {
    ・
    ・
    ・
    //バッテリー電圧チェック
    if((PINB & _BV(PIN_SW)) && voltRead() < BTT_ACTN) {
        //動作電圧より低い場合
        if(df_mode != DF_STOP) {
            TCCR0B &= PWM_STOP;     //PWM停止
            df_mode = DF_STOP;
        }
        sleep();                    //最初は２秒以内となるので待ち
        PORTB |= _BV(PIN_LED);      //digitalWrite(PIN_LED, HIGH);
        sleep();                    //２秒間点灯
        PORTB &= ~_BV(PIN_LED);     //digitalWrite(PIN_LED, LOW);
        sleep();
        sleep();
        sleep();
        //１０秒
    } else {
    ・
    ・
    ・
}

最初に設定したパーツではリンギングのピーク電圧は45V位となり十分なのだが周波数が20MHz位もあり共振周波数（２～６ＭＨｚ）を大きく超えている

《前回の結果：２ＳＫ４０２１，１Ｎ５８２２，４７μＨ》

このままでも効果はありそうではあるがCouper氏の記事を無視したくないので手持ちのパーツにて検証し調整を試みる

ダイオードの交換

リンギングはダイオードの逆回復時間（trr）が関係しているのだろうと思われ，Couper氏の回路で使用されているファストリカバリ―ダイオードだとGI826CT（trr=200nsとのこと）で約5MHzとなり辻褄があう

同様のダイオードは手持ちにないので，ある分だけでダイオードを交換して検証した

FRD: ファストリカバリーダイオード
SBD: ショットキーバリヤーダイオード
trr: リカバリタイム（逆回復時間）

《ＳＢ３４０ＬＳ》	《１１ＥＱＳ０３Ｌ》	《１Ｎ４００７》	《１Ｓ３》

リンギングの形は異なるが周波数は変動しなかった

実験したダイオードの逆回復時間は同じだと思えないのでリンギング周波数には影響が少ないということか

ＦＥＴ・コイルの交換

別のパーツの影響を確認（ＦＥＴまたはコイル（Ｌ１）を交換）

《２ＳＫ２２３２》	《１００μＨ》	《２ＳＫ２２３２，１００μＨ》

ＦＥＴを２ＳＫ２２３２にするとリンギング周波数が約100nsの10MHzに変化した

２ＳＫ４０２１：ＲＤＳ＝８０ｍΩ，Ｖｔｈ＝１．５～３．５Ｖ，ｔｆ＝１５ｎｓ

２ＳＫ２２３２：ＲＤＳ＝３６ｍΩ，Ｖｔｈ＝０．８～２．０Ｖ，ｔｆ＝５５ｎｓ

周波数に関係しそうな仕様としてはｔｆか？

尚，コイルによるリンギング周波数の影響はなく（充電時間が同じなので）電圧が変動する

最終調整

決定したパーツ

• なるべく共振周波数（２～６ＭＨｚ）にしたいのでＦＥＴは２ＳＫ２２３２を選択
• ダイオードは出力結果が同じで扱い易い１Ｎ４００７に変更
• コイル（Ｌ１）は４７μＨ

これまでＦＥＴの動作クロックパルスはＯＮタイムを４μｓとし，発熱と消費電力を考慮しながら１０ｋＨｚ～２０ｋＨｚ間で調整する予定であったが，ＦＥＴを交換したことにより電圧が落ち波形のキレが無くなったので再度ＯＮタイムを調整

ピーク電圧と発熱を監視しながら最終的に４０００Ｈｚの１２μｓとした

《１０μｓ》	《１２μｓ》	《１５μｓ》	《１Ｎ５８２２，１２μｓ》

１Ｎ４００７でも１Ｎ５８２２の場合（最右）と遜色ないリンギングとなっている