ダイソーセンサーライトのトランジスタの動きをLTspiceでシミュレーション

人感・明暗センサーLEDライトのトランジスタの動きをLTspiceでシミュレーションして理解を深める

以下のS8050というNPNトランジスタの部分

以下のつづき

HS6601Lの仕様

• このページにあるデータシートを読む

• HS6601Lが、センサーに応じて、RELピンにHIGH、LOWを出力する

• RELピンがHIGHのときの最小電圧が2.25V

• RELピンがLOWのときの最大電圧が0.25V

https://jlcpcb.com/partdetail/HSUN-HS6601L/C5142024

実験した回路について

• HS6601Lの出力はトランジスタのベースにつながっている

• コレクタ、エミッタ間には本来、バッテリを電源とした8つLEDが接続されている

• ベース、エミッタ間に電気が流れると、コレクタ、エミッタ間に電気が流れ、LEDが点灯する仕組み

• 前回の実験では、コレクタ、エミッタ間にESP32の3.3Vを供給する回路にした

• 今回は、前回の実験の回路を模倣したシミュレーションをLTspiceで行う

HS6601Lの出力結果を得る方法の案

• HS6601LのRELピンを、直接、マイコン(ESP32）に入力する

  • RELピンがHIGHのときは、VLDO(2.5V)程度だと思われる

  • 確証が得られず不安

  • デジタル入力だと、閾値が合致しない場合がある（2.25VをHIGHと判断する仕組みが必要）

• HS6601Lとマイコンをトランジスタで接続する

  • トランジスタの知識が必要になる

  • トランジスタの知識を深めるために、今回はこれのシミュレーションを行う

• HS6601Lとマイコンをフォトカプラで接続する

  • 回路が分離できるので安心感がある

  • フォトカプラ内でLEDを点灯するので、効率が悪いことがありそう

  • HIGH、LOWの切り替えに速度を求める場合は向かないことがありそう

    • （MIDIは高速なフォトカプラを必要とする）

LTspcieで似た回路を作る

• 以下の回路図の左側にある「VB」を「HS6601LのRELピン」と想定

• 右側にあるV2を「ESP32の3.3V」と想定

• 「VB」の電圧を0.25V～2.25Vに変化させる

  • LOW（0.25V）とHIGH（2.25V）を出力することを意味する

  • （シミュレーションを0～2.5Vにすればよかった）

• そのときの「collectorと書かれた電圧（以下、collector）」がどのように変化するかシミュレーションする

シミュレーション結果

• 「VB」はX軸

• 「collector」は、V(collector)と書かれた緑の線

• 「VB」が0.25Vでは、「collector」は3.3V

• 「VB」が2.25Vでは、「collector」は0.0V

• 「VB」が0.5V付近では、「collector」の変化が激しい

  • HS6601Lは、LOWのとき最高でも0.25V、HIGHのとき最低でも2.25Vなので、そんなことは起きないはず

• ESP32側は「collector」を見て、

  • 3.3V付近のとき、センサーが反応していないと判断し、

  • 0.0V付近のとき、センサーが反応していると判断することができる

注意

• センサーライトに搭載されているトランジスタは「S8050」

• LTspice用の「S8050」のモジュールをみつけることができなかったため、代替として「SS8050」でシミュレーションした

• 今回は、トランジスタの動作のイメージがつかめればよいと考えたので許容することにした

  • つまり、値は正確ではない

SS8050 (npn) and SS5550 (pnp) are usually copies of JE8050 and JE8550 from NEC -> 25V; 1.5A. (designed for household electronics)
But S8050 (npn) and S8550 (pnp) from many manufacturers contain smaller dies for lower current. -> 20V; 700mA

https://groups.io/g/LTspice/topic/transistor_models/97224582

環境

LTspice Version 24.0.12