前報の”計画編：しなぷすさんの「電子負荷の製作」をフルコピーしてアレンジ”で計画したものを製作します。お手本はユニバーサル基板で作っているので、同じようにしてみます。部品のレイアウトはお手本を参考にしながら、Kicadで計画します。
基板レイアウト
150 x 90 の両面基板を使います。ヒートシンクは60 x 45 x 18 を横長に立てて使います。ここに3端子レギュレータとNch MOSFETを並べ、その間にパラレルにシャント抵抗を置きます。
負荷の入力端子を右側に配置して、その左側にCVとCCモードの値を設定するための可変抵抗やLEDをお手本と同じ風に並べました。左端にはDC12V電源用のDINコネクタと、TP1からTP6出力用に2ピンのターミナルブロックを3連に配置しています。
下記の図はKicadのPCBレイアウト図です。配線は青です。赤はジャンパー線です。Kicadを使って交差しないように考えたのですが、図のように結構入り乱れてしまいました。3D表示にて部品間の位置を確認します。
裏から見た3Dです。Kicadでは、これから行う手ハンダの配線経路も3Dにできるので、作業をイメージしやすいです。
完成
LED電圧計とヒートシンクの間には、サーミスタ式のFANコントローラを構成するNPNトランジスタを並べています。サーミスタはヒートシンク面に貼り付ける良い場所がなかったので、MOSFETに重ねてネジで共締めしました。おかげで結構敏感にFAN回転が制御できています。
FANコントローラは”FANコントローラを考える”で検討したものです。特性調整用の1kΩトリマ抵抗を設けています。LTspiceで決めた抵抗値にセットしたまま、調整はしませんでした。
おもて面はきれいにできました。メイン電源のLEDは黄色のφ5、電流モードCCのLEDは青色φ3、電圧モードCVのLEDは赤色φ3としています。
LED電圧計は右側が電流表示用で左側が電圧表示用です。表示色をLED色と揃えました。デジタルマルチメータの値と比較したら、調整を繰り返してもかなり（コンマ数Vほど）ずれていました。適当な値でピンポイントだけ合わせるしかないので、とりあえず電圧５V、電流1000mAで合わせておきました。設定時のモニター用と思っていたのですが、これだけ違うと気休めにしかなっていません。
右手にあるリレーは2回路C接点で、そのすぐ上のスイッチで電流計と電圧計の表示を切り換えるようにしました。つまり、表示させる値が設定値（TP1、TP2）なのか、負荷の値（TP4、TP6）なのかをスイッチで切り換えます。これは基板が出来上がってから思いつきで追加したので、回路図には描いていません。
シャント抵抗の消費電力をLTspiceで計算してみると、計算上では1.4Aまで流せて、そのとき、シャント抵抗1個あたり936mWでした。よって、ここは2Ω 2Wの抵抗を2個並列にして1Ωを得ることにしました。選別した抵抗値は5桁のDMMで測って、1.9906Ωと1.9895Ωでしたので、合成抵抗は計算値で0.9950Ωです。実測値は0.9973Ω(-0.27%)でした。
2Wの抵抗は長さが15mmほどあります。最初は右側中央部のカーボン抵抗下に立てて配置していたのですが、実際に製作してみて発熱を測ってみると、1A＋α の電流のときの温度が80℃ほどでしたのでヒートシンクに貼り付ける配置に変更しました。この効果は絶大でした。
最下部中央の黄色いジャンパーピンは、CV/CCモードとCRモードを切り換えるジャンパーピンです。
裏面は結構込み入っています。「配線はむやみに長くならないように注意してください。発振の原因になります。」と引用元にあったので心配でしたが、見栄えの割には幸い発振は起きませんでした。
ジャンパー線にはポリウレタン銅線を使いました。ハンダをあてると絶縁のポリウレタンが解けて導通するので手軽にジャンパー線として使えるので気に入っています。
今は覚えているのですが、そのうち何のボリュームか、何のブロック端子かを忘れてしまうので、あとでお手本のように表示ラベルを貼っておこうと思います。
