分圧回路について

Question

電源基板からDC+12VとDC+5Vが供給される評価基板があります。
（電源基板と評価基板は別基板）
評価基板で5Vから+3.3Vと1.5Vを生成するとします。

今、この評価基板で使われる電圧4種類（12V,5V,3.3V,1.5V）の
値がそれぞれ正しく供給されるかをテストする基板を作りたいのですが、
どのように回路を組んだら良いのでしょうか。

具体的には･･･
コンパレータを用いて、抵抗で比較基準の電圧を決め、
供給される電圧が基準値以上なのか否かは回路が作れるのですが、
基準値以下の場合はどのように組めば良いのでしょうか？

例えば5Vラインの場合、適正範囲を4.5V～5.5Vとします。
コンパレータで5Vから分圧された4.5Vと比較して下限値以上を判定、
コンパレータで12Vから分圧された5.5Vと比較して上限値以下を判定。

12Vラインの時は･･･？？
適正範囲を10.8V～13.2V（誤差±10%）とした時、
入力電圧12V(Vin)と出力電圧13.2V(Vout)の関係にしたいのですが、
分圧回路で実現可能なのでしょうか。
10.8Vは上記同様可能ですが、13.2Vは！？？

抵抗を直列に繋ぐ時はVin≧Voutの関係ですよね？
Vin≦Voutにするにはどんな部品が必要なのでしょうか。
（回路を組めば良いのでしょうか。）

よろしくご回答お願いします！！

Accepted Answer

ちょっと気になるのでコメントします。

>例えば5Vラインの場合、適正範囲を4.5V～5.5Vとします。
>コンパレータで5Vから分圧された4.5Vと比較して下限値以上を判定、

この分圧は正確に4.5Vが生成されるように分圧する必要があります。
このとき、入力の5Vが適正範囲外で4.5Vを下回る場合、
比較用の4.5Vは正確に生成できないと思います。
入力の5Vから生成する以上、入力5V＞生成後の4.5Vの関係は変わらず、
4.5V未満を検出することはできないのでは？

私であれば、3端子レギュレータ+抵抗分圧回路で1.5Vより低い正確な
基準電圧を作ります。（例えば1.20V)

確認したい電源電圧を分圧して、この1.20Vと比較します。
例えば、12V電源が13.2Vより大きいかどうかを確かめたいなら、
12V電源を1.2/13.2となるように精密抵抗で分圧します。

この1.20Vは測定精度を決める肝なので、テスタなどで簡単に
あたれるようにしておきます。

なお、回路と確認を簡単にするために1.5V以下の一通りの基準電圧を
作ると書きましたが、より精度を高めたいなら基準電圧を高くしても
問題ないところ(5V、12V比較用）は高くした方が良いです。

Answer

コンパレータの使い方は回答（１）さんの通りですが
コンパレータの精度保証は誰がするのでしょう？
恐らく、今回の質問の目的は製品の品質保証に使う検査機ではないかと思うのですが
対外的に精度保証しなければならないのか？
トレーサビリティは必要なのか不要なのか？
単なる社内試験だけで良いのか？
で、事情がかなり変わってきます

もし、それなりに高度な品質保証しなければならないのでしたら
ここに質問してくる程度のスキルしか無いならば
ご自分で計測回路を作るのは諦めたほうが無難と思います

↓コンパレータ出力付きテスタ
http://hioki.jp/3239/index.html
http://www.yokogawa.co.jp/tm/Bu/7555/

万が一、不良品が客先に流れてしまって
「御社はどんな検査してるんだ？」
と問い詰められる

特に昨今は偽装問題の影響が大きいから
それ以上に悲しい目に遭う恐れがあります

必ずしも高価な計測機を使えば不良品を出さなく出来ると言うものでは無いですが
少なくとも不良品を流してしまった場合でも質問者の責任を減らせる事が可能
完全自作検査機では不良品の全責任が質問者に降りかかってくる

Answer

ウインドウコンパレータという回路があります。
ウインドウというのは窓のことで、見える範囲が左右両方とも制限がある、
という意味です。

原理的には単純です。上限を判断するコンパレータと、これとは別に
下限を判断するコンパレータを用意します。上限以下で、かつ、下限以上
のときだけOKとするAND回路を通して出力を得ます。

回路の単純化の目的で、OKを検出するのではなく、NGを検出する方法が
一般的です。「上限以上」または「下限以下」のどちらか一方でも検出
されたらNGとする回路です。これは普通のコンパレータの出力がNPNの
オープンコレクタ出力になっていることから、「ワイヤードOR」という
結線方法で簡単にNG出力が得られます。

ワイヤードORというのは、単にコンパレータの出力同士を直接つなぐこと
で実現できます。プルアップ抵抗以外何も追加部品は必要ありません。
コンパレータの出力として、NGのとき"L"という極性にさえしておけば
OKです。

全部の電圧を同時に検査するのであれば８個のコンパレータが必要に
なりますが、順次検査であれば、コンパレータは１組（2個）で、
入力にアッテネータを設けてそれを切り替えることで実現できます。

ひとつアドバイスですが、被検査電源に対して何らかの負荷をつないだ
状態で検査することをお奨めします。電源は軽い負荷だと動作が不安定
になるものがあったり、逆に規定の負荷までドライブできないものが
あったりします。

あまり詳細な回答を書いてしまうと勉強にならない、という訳ですか・・・。

コンパレータの回路はアナログ回路の中では比較的面倒なものです。
LEDを点けて目で見るだけならそうでもないですが、へたなことをすると
発振したり誤動作します。

確実に動作させるには、速度を欲張らないことです。コンパレータを
選ぶ時にはLM339のような低速のものを選ぶと良いです。（あっさり答えを
書いてしまいました！）

コンパレータはVin＋とVin-の入力があり、Vin-　＜　Vin+　のときに
出力が"H"になります。したがって、Vin- かVin+ のどちらかに基準電圧、
他方に被検査電圧を与えると、上限、下限の検知が自由にできます。

たとえば、Vin+に被検査電圧をあたえ、Vin-に5Vを与えておくと、被検査
電圧が5Vを超えると出力が"H"になります。

逆に、Vin+に5Vをあたえ、Vin-に被検査電圧を与えておくと、被検査電圧
が5Vより小さいときに出力が"H"になります。

同様に12V,5V,3.3V,1.5Vを抵抗を使って用意しておき、それぞれの
コンパレータの適切な入力に与えて、所望の出力を得ることになります。

全部の被検査電圧が所定の範囲内だったときだけLEDを点けるのか、個々の
電圧毎にLEDを点けるのかであとのやり方が変わります。とりあえず、個々の
コンパレータ出力はデジタル信号になったわけですから、それぞれの
"H"と"L"のどの組み合わせでLEDを点けるかは論理回路を勉強すれば
できます。かなり初歩の勉強でできるはずです。

分圧回路について