前回、電源出力のリップル電圧検出についての問題を出しました。DCサーボの応用例として考えてもらうことを意図していたのですが、実は、問題自体は「単なる思い付き」であったことを白状しなければなりません。実際にこのような案件に取り組むならば、まず、ADCへの入力条件を確定し、その後、DC結合方式とAC結合方式（DCサーボを含む）の優劣を検討するでしょう。「24V電源のリップル電圧のみをマイコンで表示」というだけで、「AC結合がよい」とは判断できませんから、問題の設定が「雑」過ぎました。お詫びします。
そこで、今回は、この問題を交流成分検出の案件例として、考察してみたいと思います。条件を再掲すると、「トランスを使った非安定化24V電源のリップル（Max１Vpp、100／120Hz）のみをマイコンのADCで取り込み、Vpp値を表示、精度はラフ（10％程度）、ADCの入力レンジは0～5V、５V単電源のレールtoレールオペアンプを使用」です。あまり、現実的な設定数値ではありませんが、考え方を示すことを主眼として、このままとします。ただし、「電源出力は20～30V、ADCは分解能10ビット」を追加の条件とします。
１．ADCの入力条件
ADCの入力レンジは0～5V、分解能10ビットですから、１LSBは約5ｍVです。精度10％程度を考慮し、分解能は1％を出発点とします。リップル電圧は5ｍV ×100＝0.5Vpp以上あればよいことになります。もちろん、0～5Vの範囲内になければなりません。
２．AC結合方式
AC結合とした場合には、リップル成分を取り出し、2.5Vを中心値とするようにシフトするだけで、１Vppのままでよいことになり、コンデンサ結合ならば、比較的簡単に回路構成できそうです。5V単電源で20～30Vの入力を扱うのですから、DCサーボとするには、少々、工夫が要求されますが、本案件では、DCサーボがとくに有利であるとも思えません。なお、コンデンサ結合では、入力保護に注意しなければなりません。入力には－30Vが印加される可能性があります。
しかし、AC結合では、定常状態になるまでの時間（セトリングタイム）を考慮しなければなりません。100Hzのリップルを扱うわけですから、低域遮断周波数を10Hzとして、0.1秒ほどと見積もれますが、これが問題かどうかです。
３．DC結合方式
DC結合ならばどうなるでしょうか。5V以下とするために単純に分圧するだけでは、リップル成分も分圧されてしまい、0.5Vpp以上という条件を満たしませんから、分圧、シフト、増幅を組み合わせる必要があります。
具体的な値を設定して検討してみましょう。１／10に分圧するとDC成分は20～30Vが2～3Vとなり、リップル成分は0.1Vppとなります。これをリップル0.5Vppとするためには、5倍する必要があります。DC成分を2.5Vを中心値として5倍し、2～3Vを0～5Vとする回路は構成可能ですが、これではリップル成分はADCの入力レンジに収まりません。リップル成分も含めて入力レンジ内に収めるには、ゲイン4倍、余裕を見れば3倍程度としなければなりませんが、ここで、最初に出発点とした、分解能1％を再検討することになります。「要求精度の１／６の分解能でも大差ない」と結論できるならば、DC結合でも「いける」ことになります。DC結合には、セトリングタイムの問題もありませんし、入力保護も簡単になります。
少し横道に逸れますが、マイコンを使っているのですから、DC結合でシフト電圧を切り替える方式も検討に値すると思います。分解能を確保したい、あるいは、入力電圧範囲を拡大したい、といった時に有効な手段となり得ます。
前回の出題が「おそまつ」であったため、予定外の内容となりました。重ねてお詫びします。なお、今回、検討した方式の回路例については、次回に解説する予定です。
