オートパワーオフ ( 自動電源オフ )

解説

起動した後に一定時間後に自動で電源がオフになる回路とコードについてまとめます。

３種類の回路についてまとめます。

PチャンネルMOSFETを使用した回路
NチャンネルMOSFETを使用した回路
PチャンネルMOSFETとNチャンネルMOSFETを使用した回路

1. 2. の回路は、電源オフ時に電力の消費があります。
3. の回路は、電源オフ時に電力の消費はありません。

1. PチャンネルMOSFETを使用した回路

PチャンネルMOSFETを使用して、自動で電源をオフにすることを可能にする回路を作成できます。

部品表

部品名	数量	商品名	参考価格
PチャンネルMOSFET	1	PchパワーMOSFET 60V5A 2SJ681	1個40円
10kΩ抵抗	1	カーボン抵抗（炭素皮膜抵抗） 1/6W 10kΩ	100本100円
1kΩ抵抗	1	カーボン抵抗（炭素皮膜抵抗） 1/6W 1kΩ	100本100円
タクトスイッチ	1	タクトスイッチ（赤色）	1個10円

動作の可視化のための部品

部品名	数量	商品名	参考価格
LED	1	3mm赤色ＬＥＤ 625nm 70度 OSR5JA3Z74A	1個10円
150Ω抵抗器	1	カーボン抵抗（炭素皮膜抵抗） 1/6W 150Ω	100本100円

回路図

回路部品名	部品詳細	備考、目的、効果
V1	電源	使用するマイコンに適合した電圧・電流の電源。
U1	マイコン	ATmega328P
S1	タクトスイッチ	マイコンへ電力を供給する/供給しないを手動で制御できるようにするための部品。スイッチを押下しているとき、スイッチを通して、マイコンへ電力が供給されます。
P-MOSFET	PチャンネルMOSFET	マイコンへ電力を供給する/供給しないを制御するための部品。 PチャンネルMOSFETは、「ソース(S)の電圧 > ゲート(G)の電圧」のとき、ソース(S)-ドレイン(D)間に電流が流れます。
R1	10kΩ抵抗	PチャンネルMOSFETのゲート(G)のプルアップのための抵抗。「マイコンのD8ピンからの出力がないときは、NチャンネルMOSFETのゲート(G)の電圧がソース(S)の電圧と等しくなるようにする」ために必要。
R2	1kΩ抵抗	ゲート抵抗。ゲート(G)の充放電電流を制限するために必要。

マイコンのD8の出力と、マイコンへの電力供給

U1のD8の出力がHIGH: P-MOSFETのゲート(G)の電圧はHIGH。
↓
P-MOSFETの「ソース(S)の電圧 = ゲート(G)の電圧」。P-MOSFETのソース(S)-ドレイン(D)間に電流は流れない。
↓
マイコンへ電力は供給されない。
U1のD8の出力がLOW: P-MOSFETのゲート(G)の電圧はLOW。
↓
P-MOSFETの「ソース(S)の電圧 > ゲート(G)の電圧」。P-MOSFETのソース(S)-ドレイン(D)間に電流が流れる。
↓
マイコンへ電力が供給される。

配線例

サンプルコード

// オートパワーオフ制御用のピンの番号設定 #define PIN_AUTO_POWER_OFF (8) // オートパワーオフのタイムアウト時間（単位は秒） #define AUTO_POWER_OFF_TIMEOUT_SEC (10L) unsigned long ulAutoPowerOff_start_millis; void setup() { // オートパワーオフ用のピンのモードを出力に設定 pinMode( PIN_AUTO_POWER_OFF, OUTPUT ); // オートパワーオフ用のピンの出力をLOWに。 digitalWrite( PIN_AUTO_POWER_OFF, LOW ); // オートパワーオフ用のタイマーの開始時刻の取得、保持。 ulAutoPowerOff_start_millis = millis(); } void loop() { if( AUTO_POWER_OFF_TIMEOUT_SEC * 1000 < ( millis() - ulAutoPowerOff_start_millis ) ) { // オートパワーオフのタイムアウト時間が経過した場合 // オートパワーオフ用のピンの出力をHIGHに。 digitalWrite( PIN_AUTO_POWER_OFF, HIGH ); } // オートパワーオフ以外の処理 delay( 100 ); }

実行

１．初期状態は、マイコンのVCCが電源に繋がっていないので、マイコンへ電力は供給されません。
２．タクトスイッチを押下すると、タクトスイッチを通してマイコンのVCCが電源に繋がり、マイコンへ電力が供給されます。
※注）マイコンへ電源が供給されてからマイコンに書き込まれたプログラムが起動するまでに1.5秒ほど時間が必要なため、タクトスイッチは1.5秒以上押下します。
３．マイコンに書き込まれたプログラムが起動し、setup()関数が実行され、オートパワーオフ制御用のピンの出力がLOWになります。
４．P-MOSFETを通して、マイコンのVCCが電源と繋がり、マイコンへ電力が供給されます。
５．タクトスイッチから手を離します。
６．オートパワーオフ制御用のピンの出力がLOWの間は、P-MOSFETを通して、マイコンのVCCが電源と繋がり、マイコンへ電力が供給されます。
７．オートパワーオフのタイムアウト時間が経過すると、オートパワーオフ制御用のピンの出力がHIGHになります。
８．マイコンのVCCが電源と繋がらなくなり、マイコンへ電力は供給されません。
９．オートパワーオフ完了。１．の状態になります。

マイコンに電力が供給されているとき（≒タクトスイッチを押下してから約10秒間）、LEDが点灯します。

電流測定結果

テスターを用いた電流計測の結果（テスターのレンジ設定は、20[mA]設定）
・電源オフ時 : 　0.10[mA]
・電源オン時 : 12.88[mA]

電源オフ時に電力の消費があります。

ダウンロード

サンプルスケッチファイル

2. NチャンネルMOSFETのみを使用した回路

「1. PチャンネルMOSFETを使用した回路」は、マイコンのVCCが電源に繋がっている/繋がっていないを切り替えられるようにする回路でした。

NチャンネルMOSFETのみを使用し、マイコンがGNDに繋がっている/繋がっていないを切り替えられるようにすることで、自動で電源をオフにすることを可能にする回路を作成できます。

部品表

最低限必要なものは「ハードウェアのセットアップ」参照

部品名	数量	商品名	参考価格
NチャンネルMOSFET	1	NchパワーMOSFET 2SK4017	1本30円
10kΩ抵抗	1	カーボン抵抗（炭素皮膜抵抗） 1/6W 10kΩ	100本100円
1kΩ抵抗	1	カーボン抵抗（炭素皮膜抵抗） 1/6W 1kΩ	100本100円
タクトスイッチ	1	タクトスイッチ（赤色）	1個10円

動作の可視化のための部品

部品名	数量	商品名	参考価格
LED	1	3mm赤色ＬＥＤ 625nm 70度 OSR5JA3Z74A	1個10円
150Ω抵抗器	1	カーボン抵抗（炭素皮膜抵抗） 1/6W 150Ω	100本100円