エレクトロニクス 雑記
目次
[1] スイッチング電源 Switching Power Supply(SWPS)
[2] ブリッジレスPFC
[3] ラダー抵抗の計算値
[4] PC用スイッチング電源を眺める
[5] FPGA興亡記なんちーて
[6] インピーダンスについて
[7] サーバーってなんなんだぜー?
(2019/06 半ば)
[1] スイッチング電源 Switching Power Supply(SWPS)
SWPSに関してはもう新しいモノはデバイスを除くとないだろう・・・と凡庸な私は感じている。そこで私が技術展示会等で得た知識、実際に設計に従事した四半世紀昔の経験などをベースにSWPSに関してど～たら・コーたらと書いてみたい。SWPSに関して買う側の勝手な要求は次のようなものであろう。なお、私のような凡庸な連中が多いという状況はブレイクスルーが起きる可能性があると妄想している。
・効率向上 これは普通に要求される
・ノイズ低減 法律上の規格がある。これを満たさないと市場に出せない。
・価格低下 買う側は一番目がこれかもね。
・故障しない事 それゃそうだ。
・サポート 電源メーカーが倒産する例があるからなあ。ここもちびシー
ここ四半世紀の技術の変遷と傾向と対策 なんちて
・共振型が普及した。
・デジタル制御が流行った。
・Power Deviceの発展 Power-MOS, IGBTに加えてSiCデバイス、さらにはGaNデバイス、研究途上ではGaOとかも?
・電源ビジネスの衰退 四半世紀ぐらい昔、ソニーは電源ビジネス部門があった。ACアダプター、SWPSなど製品化していた。今はとっくに消えている。老舗のイータ電機が潰れた、去年か。他にも消えた電源メーカーが・・・・調べよう。
・PFCの並列運転という手法が出た。大型エアコン等で採用例がある。何のメリットがあるのか。後で解説したい。
・商用電源の整流用のダイオード・ブリッジ(Diode Bride, 以下D.B.と記す)をなくす・・・・ブリッジレスPFCで検索すると流行っているのがわかる。
・
比較的新しい。整流用のDiode Bridgeをなくす。効率向上につながる。10年ぐらい前に整流ダイオードと並列にスイッチング・デバイスを置いた回路製作例を見た。トランジスタ技術。
これだと部品数増加、制御回路追加である。効率は向上するのは事実だが。
ブリッジレスPFC回路は次のようなものであり種類がいくつかあるようだ。解説を書こうと思ったが初学者向けに良い教材がYoutubeにあったのでリンク。東芝セミコンの動画だ。東芝の半導体部門が現在どのような状況なのか、東芝の本体がどのような状態なのかツビシーというのは経済誌等から伝わるものの詳細はしらないである(´・ω・`)
https://www.youtube.com/watch?v=N153_gewEYQ
研究レベルでは次のようなのが参考になった。方式はいくつかあるようだ。
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jceeek/2012/0/2012_640/_pdf/-char/ja
この手の回路構成で従来のPFC制御用ICが使えるのかは不明。実際の回路例を私はまだ知らない。電源メーカーが製品化したかどうかも知らない。
この文献は2012年のもの。もっと新しいの調べやがれ!! ってか。うむ。そだねぇーー(´・ω・`)
電源メーカーがブリッジレスPFC採用の電源を製品化しているかどうかは知らない。比較的身近なSWPSはデスクトップPCの電源なんだが効率の高いATX電源を供給しているNiproはどうだかね。そのうち調べてみるとして。老舗のイータ電機工業が潰れたらしいな。四半世紀ぐらい昔に当時の仕事で採用した事がありましてん・・・・・
[3] ラダー抵抗の計算値
こういう回路である。その計算値は?
電気通信主任技術者試験に出たらしい。だが、これは基本的なものなので無線技術士や電験でも出題された。それぞれの基礎科目で。さらに高校生の物理オリンピックとかの世界大会でも出題された。先に出題されたのは高校生の物理オリンピックではなかろうかと邪推しておるおるおーーるず。
詳細はここにある。http://asaseno.aki.gs/tech/dc_bunpu.html
これが無限に続く場合に合成抵抗はいくらになるか。試験問題なので解法を知らないと時間内に解けない。よって無限に続く場合の解法を知っている受験生は楽勝!! 知らない受験生は試験時間内に自分で解法を考えて解こうとすると時間切れで終わりで不合格。他の解ける問題をとっとと解いて時間が余ればこれを考えるのが良い。なんちて。
ちなみに私は電気通信主任技術者(1種伝送交換)、第1級無線技術士、電験三種に合格しているのであーーる。30年ぐらい前な。趣味で。仕事はTV,Tuner,Projector等のセット屋だったので。自慢話を終わりますm(_
_)m
さてと、これが無限に続く場合には解法を知っているから計算すればいいだけだ。だが、この無限大というのが私のここ数年の気がかりなのでして。
無限大とか無限小とかは数学や物理でたびたび登場する。微分の定義では⊿xを限りなく0に近づける、なんて表現だ。点電荷の作る電場は点電荷の位置では無限大であり、電場のエネルギーは無限大になる。さらに数学では無限に続く級数とか出てきたりする。直線状の実数の数と平面上での実数の数は同じだ・・・・・なんて話もある。なんでじゃ?
平面上の方が数は多いに決まってんだろ!! バカタレ!!
と言ってもダーミ。ま～ここらは講談社のブルーバックスで読みやすい解説みたいな本があった気がする。
そういうわけなので無限に続く場合の計算値と10段の時の値と、50段の時の値と、100段の時の値と・・ってどのぐらい違うであるか?
って興味。無限に続くといいながら10段ぐらいで値はかなり計算値に近いんでは?
無限に続くって大げさな事を言いやがって・・・・キショーめ!! とか言いたいわけではないよん。
そういう疑問に上のサイトは答える。気が利いている。素晴らしい。感謝を込めつつコピペする。
なななな、ななな、なななー 元NMB48 山田菜々推し!!
なんちて。 合成抵抗は4Ωになる。14段の場合の小数点以下の桁数・・・・1億分の2じゃん!!
電気回路の設計で有効数字3桁の世界の場合には3段、4段で十分だな（笑）
著者は無限ラダー抵抗の解説以降は真面目に伝送回路の解説をしている。世の中には著者のような真面目な人もいれば私のようなテキトーな人もいる。うむ。
さてと、朝飯の時間だな。
[4] PC用スイッチング電源を眺める
https://kakaku.com/pc/power-supply/guide_0590/
価格コムを眺めて・・・・・ま～いいか。買うわけではない。俺んちのデスクトップPCは15年前のツクモブランド!!
一回、電源交換はした。別のデスクトップPCのマザーが故障して捨てる・・・という時に電源は良いモノだったので外してツクモPCに入れた。10年ぐらい動いている。いいぞ。もっともツクモデスクトップPC自体は使う頻度はちょ～低い。いつもスリープである。
さてと、80 Plus認証というものがある。
これだけ種類があるという事はわかったが効率の条件が不足だ。入力が100Vacなのか200Vacなのか。入力電圧が高い方が効率はよく出る。電圧が高いと電流が少なくて済み、電流損が小さくなるからだ。W
= I^2 R というの思い出そう。とは言っても国内で販売する電源の効率なのだから入力は100Vacに決まってら。
負荷が300W固定として効率80%と90%ではどのような差が出るか。
効率80% --- 入力は、300/0.8 =375 W
75Wを無駄にしている。
効率90% --- 入力は、300/0.9 = 333 W 33Wを無駄にしている。
75 - 33 = 42 W の差がある。これは一年間では、42✕24✕365 = 368 kWh --- さー電気代はいくらだ?
こういう計算は負荷300W 固定としているし24時間稼働での話なので俺んちでは現実的ではないな。
常時稼働のサーバーとして使うとなると効いてくる話だ。
そうだ。ノートPCのACアダプターは効率はどのぐらいだろ。ノートPCはほっとくとスリープになるので消費電力は少ないけど。ちょっと気になった。
ダイオードブリッジで整流、PFCで380Vぐらいに上げて、DC/DCで低電圧を作るという構成であるとPFCで90%としてDC/DCが90%として81%ぐらいが普通か。そのうち仕様を確認しますわな。
ついでにいうとスマホのACアダプター。SWPSになって小型になった。効率はいくらだ? そのうち回路図探す。
おお、LED電球だってSWPS必須だろに。ここらも構成を探してみよう。
蛇足 Microsoft Expression Web
4を使っている。Editor画面に画像をコピペしても良い、ということがわかった。これは便利だ。/img/というFolderに画像を置いてメニューから画像挿入で作っているがコピペでも良い。その際にコピペの画像を/img/に保存するという操作をする。そうしろという枠が出る。いいぞ。
[5] FPGA興亡記なんちーて
2019/6の時点で、2台巨頭 Xilinx, Intel/(Altera)が競争し,続いて規模は小さいが
Latticeが頑張っている。1990年代半ばにFPGAというデバイスを知ったワタクシ。開発ツールは数種類あり評価版がタダで使えた。90年代後半から2000年代初めにかけて職場では講習会があったり勉強会があったりしたような気がする。HDVL,
verilog-HDLという言語を使うのであった。
FPGAが出る前にはPLDというデバイスがあって。うむうむ。
というような話を書こうと思ったが面倒なので終わりm(_ _)m
代わりにFPGA興亡史みたいな記事を探してリンクを貼る作戦にする。お手軽が好き!!
https://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1001/27/news099.html
2010年の記事。出だしの頃の話は私は知らなかった。1990年代後半で知ったのでして。PCが普及して開発ツールがWindowsで使えるようになってから私は知った。初期の話はこういうことみたい。
--- 引用 ---
ここからは市場の90％以上を占めるSRAM方式のFPGA、特にアルテラとザイリンクスの製品を例に話を進めたいと思います。
最初に、商用化されたFPGA製品は1985年に発表されたと述べました。それはザイリンクスの「XC2000」です。このアーキテクチャはいまでも「SRAM方式を使ったFPGAの基本になっている」といっても過言ではないでしょう。その後「XC3000」シリーズを経て、1990年に同社の第3世代となる「XC4000」シリーズが発表されました。XC2000の1200～1800ゲートから、XC4000では最大2万5000ゲートまで拡大しました（ASICの1ゲート＝2入力NANDゲート1個分で換算）。
一方のアルテラは1984年に、その後のCPLDの基本形となる書き換え可能なPLDを、業界で初めて製品化し、1988年には「MAX5000」という高集積CPLDを出しました。そして、1992年に「FLEX8000」という名のFPGAをリリースしました（当時、アルテラはCPLDと呼んでいました）。
1990年代のFPGAは、両社それぞれXC4000とFLEXのアーキテクチャを改良・拡張して論理回路規模（ゲート数）を急速に増やしていきました。また、1995年にはアルテラの「FLEX10K」にメモリ・ブロックを搭載して、適用できるアプリケーションの範囲を広げ、さらにPLL（Phase-Locked
Loop）を搭載してクロック管理と高速設計への対応が強化されました。この時期からFPGAが本格的に量産システムに応用され、急速に普及していきました。1997年には、ロジック規模は25万ゲート、動作周波数は50～100MHzに達するまでになりました。
--- 引用終わり ---
ツールは発展しまして。GUIですし。VHDL, verilog
HDLという言語で記述しないでGUIでバスの線を書いてポチっと黒丸つけるとバスがつながるって感じ。もちろん、記述がメインではあってもね。その後、CPUを実装するのも簡単になりFPGAでSOCが作れる・・・・GUIで・・・。集積度が上がり、低電力化も進み、開発ツールも進化を続け、そして飽和状態の今日か。
2010年の記事ですんで・・・・ 書いてあるようにSRAMベースのLUT方式がほとんど。LUTは4入力がメインだったか。FPGAはLUTと配線のかたまりなんですわ。
その頃の技術展示会(CEATECとかテクノフロンティアとか組み込み機器展とか)ではAltera,Xilinx,Latticeをよく見た。今はAltera,
XilinxはCEATECに出展しない。AlteraはIntel傘下だ。
では、最新の記事を探そうっと。
[6] インピーダンスについて
高校の頃、物理で・・・違うか。趣味のラジオいじりで中学の頃から・・・だったか。英語のimpedeを調べて初めて内容を理解できた気がする。impedanceはimpedeの名詞形だ。そういうことを知ってインピーダンスの内容が理解出来た。英語の意味を知らずに、インピーダンスとはインダクターやキャパシターが周波数によって・・・・とか説明してもワタクシの凡庸なオツムでは理解は遠い。まず、インピーダンスという言葉の意味から始めてくれ。言葉の意味がわからないとワタクシはそこで止まってしまうのである。なむ～
抵抗する = resist, 抵抗 = resistance, 抵抗器 = resister。-ance,
-erがケツについて名詞形をつくるらしいぞ・・・と気づいたし。
しかし、impederは電気では使わないなあ。impedanceだ。だが、inductor,
capacitorは使う。inductance,
capacitanceも使う。インダクターはコイルという場合もあるしキャパシターはコンデンサーという場合もある。昔の電気回路の本でキャパシターではなくカパシタと書いたものも見たことがある。著者はこだわりがあるのだろう。
そういうわけでimpedeの意味を辞書で調べて知ってからインピーダンスZの理解は進んだ気がする。妨げる、遅らせるという意味から周波数特性なども連想が効くようになった。ところで、インピーダンスをどうしてZと書くのか・・・・・・知らんもんね。昔、誰かがそうしたら慣習になったのだろな、としておく。
最近、機械学習、人工知能、AIなどが流行りでワタクシも入門書をいくつか読んだ。そして用語の理解がないとドンづまる。なので知らない用語、理解してないな、これはという用語が出たら地道に調べると良い。わからないまま本を読んでも結局はわからない(´・ω・｀)
ただ、本の著者らは優秀なので用語を知って書いているが、読者はこの用語は知らないだろなという想像もしないような気がする。自分がその分野の勉強を始めた頃はどうだったか・・・・忘れているのだろう。というわけで、超平面だ。これ理解しないと初歩で躓くヨ!!
つまづいたし（笑） ま〰、わからないとGoogleで調べるという・・・地道にコツコツとおぉーー
[7] サーバーってなんなんだぜー?
メインフレームって大型コンピュータだと思っている。ではサーバーってなんだろ。デスクトップPCのようなものか。秋葉原で売っているものなのか。
https://www.publickey1.jp/blog/19/2018312nec3hpex8622idc_japan.html
2018年第3四半期の国内サーバー市場全体の売上額は1378億円で、前年同期から14.5％増加。出荷台数は14万6千台で、前年同期から8.7％増加しました。
年間では1378億円の4倍として5000億円ちょいか。台数は年間で50万台ちょいって事か。世界で考えると2,3兆円?
では、用途は?
まてまて、サーバーってどんな形しているわけ?
まずは写真とか欲しいのね。OSは何なの?
Shareを見るとLinuxが多い。
このUnixはLinuxがほとんどらしい。なのでディストリビューションにバラしてWindowsも含めてのShareは次のようになる・・・らしい。
第1位：Windows（31.1%）
第2位：Ubuntu（14.2%）
第3位：Debian（8.3%）
第4位：CentOS（6.6%）
第5位：Gentoo（0.9%）
第6位：RHEL（0.9%）
第7位：BSD（0.6%）
なるほどね。しかし、ものの本ではサーバー用途はCentOSだ・・・って書いているのあるなあ。Linuxが多いのは事実だがディストリビューションにバラして見るとWindowsの31%がトップって・・・・まあ。なんと。
では、サーバーってどんな形、格好?
https://jp.123rf.com/photo_4993357_%E3%83%87%E3%83%BC%E3%82%BF-%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%BF%E3%83%BC%E3%81%A7%E3%83%A9%E3%83%83%E3%82%AF%E3%81%A7%E3%81%AE%E5%BA%83%E7%AF%84%E3%81%AA%E3%82%B5%E3%83%BC%E3%83%90%E3%83%BC%E6%A7%8B%E6%88%90.html
こんな格好は一例ですね。ラックに四角い金属箱のサーバーを設置ですか。
そのうち本格的な写真を探す。
