前回、「電池４本から±５Ｖを作る」で＋側と−側の電流合計が、最大で７０ｍＡ程度の電源を作りました。
その際、扱う電力の割にコアが大きく感じたので、一回り小さいコアで再試してみました。
今回は簡単に、＋５Ｖ出力のみとしましたが、電流値は少し増やして１００ｍＡにしてみました。
負側の巻き線を追加すれば、＋側と−側の電流合計が１００ｍＡ程度の電源は出来るはずです。
使用電圧範囲
最低電圧はニッケル水素電池の放電終了電圧１Ｖ×４＝４Ｖとします。
最高電圧は充電直後の１．４Ｖ×４＝５．６Ｖとします。
定格電圧は１．２Ｖ×４＝４．８Ｖとします。
ニッケル水素電池は動作中、ほぼ１．２Ｖを維持し、これ以下になると急速に電圧が下がり、放電終了となります。
定格負荷電流
１００ｍＡとします。
効率
４Ｖ〜５．６Ｖで７０％以上とします。
前回、±５Ｖ電源で使用したアミドン＃３材のトロイダルコアを使用します。
ただし、前回に使用したＴ６８より一回り小さなＴ５０を使用します。
写真で大きい方がＴ−６８、小さい方がＴ−５０です。
Ｔ−６８の６８はコアの外形寸法が６８／１００インチということだと思います。（多分）
重量を計ったら、Ｔ−５０が２．４ｇ、Ｔ−６８が５．２ｇでしたので体積比は２倍以上となります。
今回、作成したトランスは以下のとおりです。
・使用コア： アミドンＴ−５０＃３
・一次巻線： ０．３２ｍｍポリウレタン線 ５０回
・二次巻線： ０．２６ｍｍポリウレタン線 ８５回
これは最終結果で、実際には、巻き数を色々変えて試しています。
回路図をクリックすると拡大表示されます。
拡大図から本文に戻るにはブラウザの←戻る釦を使用してください。
回路は以前の±５Ｖ電源と殆ど同じです。
今回も過電流保護には０．４Ａのポリスイッチを使用しています。
電流値が２倍の０．８Ａ近くになるとトリップします。
電池の逆接続保護にＰＭＯＳＦＥＴを使っていますが、電池を逆差し出来ない構造の電池ＢＯＸであれば、省略可能です。
効率を上げる為に若干、手直しされていますが、これについては後で説明します。
ソフトウエアは以前の±５Ｖ電源用のものを流用しました。
基準電圧と検出電圧を比較してデューティーを上下しているだけですので、電源の仕様が変わっても同じものが使えます。
この例では、周波数を５０ＫＨｚに固定し、デューティーを０〜５０％に変化させています。（２１段階）
1 //////////////////////////////////
2 // SWREG+-5V PIC12F683 8MHz //
3 // 8BIT PWM //
4 // 2009/08/17 MikroC //
5 //////////////////////////////////
6
7 // _FCMEM_OFF, _IESO_OFF, _BOD_ON, _CPD_OFF, _CP_OFF,
8 // _MCLEAR_OFF, _WDT_OFF, _INTRC_OSC_NOCLOCKOUT
9
10 unsigned char duty; //デューティー格納用（８ビット）
11
12 void main(void){
13 T2CON = 0; //WDT確認用
14 OSCCON = 0x71; //8MHz
15 OPTION_REG = 0xcf; //WDT 1/128
16 ANSEL = 0x3; //アナログピンの設定
17 CMCON0 = 0x2; //コンパレータ設定
18 GPIO = 0; //出力を０に
19 TRISIO = 0xb; //GP2,4,5 を出力に
20 WDTCON = 0x3; //WDT ON 1/64 x (1/128)
21 asm CLRWDT; //WDT CLR
22 CCP1CON = 0xc; //PWM ACTIVE H
23 PR2 = 39; //周期(39+1) x 0.5u = 20uS
24 duty = 0; //デューティー０からスタート
25 CCPR1L = duty; //デューティーをセット
26 T2CON = 0x4; //T2 ON プリスケーラー無し
27 while(1){
28 asm CLRWDT; //WDT CLR
29 if(CMCON0.COUT){ //出力電圧が高い時
30 if(duty > 0) duty--; //デューティーを下げる
31 }
32 else { //出力電圧が低い時
33 if(duty < 20) duty++; //デューティーを上げる
34 }
35 CCPR1L = duty; //デューティーをセット
36 Delay_us(40); //40uS待つ
37 if(!GPIO.F3)break; //遮断信号で終了
38 }
39 GPIO = 0; //一応出力を全部落として
40 T2CON = 0;
41 WDTCON = 0;
42 asm SLEEP; //スリープ
43 }
44
回路もソフトも以前作った「±５Ｖ電源」で動作を確認済みですでので、問題なく動作しました。
ただし、最初に定めた効率より低くなってしまいました。
定格入力電圧の４．８Ｖでの効率が６９％で、仕様を満たしていません。
最初、巻き数は一次が４０回、二次が７０回でした。
巻き数を５０回／８５回にしたところ、入力電圧４．８Ｖでは効率が７０％を越えました。
さらに、一次巻き線の巻き数をあげても効率は改善されず、若干、入力電流がフラつくようになりました。
通常、この手のトランスは、コアにギャップを入れて、飽和しにくくするようですが、トロイダルコアはギャップを入れられない
ので、飽和しかかっているのかもしれません。
結局、最終的に、巻き数を５０回／８５回としました。
ただし、入力電圧４Ｖでは、まだ効率７０％未満です。
手っ取り早く、効率を上げる為に整流ダイオードを２本追加し、３本パラにしました。
回路図でダイオードがパラになっているのは、電流容量が足りない為ではありません。
ダイオード１本に流れる電流が減れば、ＶＦが下がり、効率が上がります。
これで、効率が２％程度上昇し、最初決めた仕様を満たす事が出来ました。
効率の若干の低下を許せば、ダイオードは１本で十分です。
逆耐圧の高いダイオードはＶＦも大きくなるので、不必要に耐圧の高いものを使わないことです。
一応、仕様を満たしたので、以下に特性を示してみます。
尚、入力電圧を７．２Ｖまでとっていますが、新品のマンガン電池、アルカリ電池でも使えることを確認する為です。
ダミー負荷として、４９．４Ω ３Ｗの酸化金属被膜抵抗を使用しました。
回路図で一次巻き線の電源側とグランド間に１００ｕＦのコンデンサー（Ｃ２）が入っています。
この位置に４７０ｕＦのコンデンサーを追加したところ、効率が２％程度上がりました。
出力スイッチ（Ｑ２：２ＳＫ２２３１）がＯＦＦの時、内部の寄生ダイオードがＯＮし、逆方向の電流が余った電力を
コンデンサに充電しているのではないかと推測します。
このときの特性を以下に示します。
入力電圧４．８Ｖ、負荷電流１００ｍＡの時の効率は７５％を越えました。
この回路では、このくらいが精一杯かもしれません。
使用素子には余裕があるので、ほんのりと温まる部品は一つも有りません。
（負荷抵抗は温まりますが。）
最初、ニッケル水素単三電池用として考えたのですが、アルカリ電池、マンガン電池でも大丈夫でした。
（むしろ、効率が良くなっています。）
ただし、１２Ｆ６８３の最大定格は６．５Ｖですので、推奨はしません。
新品のアルカリ電池、マンガン電池は１．７Ｖ位あるので、４本では６．８Ｖとなります。
一応、入力７．２Ｖ、負荷電流１００ｍＡで２時間ほど連続通電し、状態に変化の無い事は確認しています。
実は、データには残してありませんが、入力７．６Ｖでも正常に動作する事を確認しています。
精神衛生上、良くないので、３０分ほどで止めましたが。．．．
心配であれば、１２Ｆ６８３に過電圧対策をする事は可能ですが、もともとニッケル水素用に作ったので、
このままにします。
出力電圧が安定しているのは、微少電流で電圧安定度の良いＬＭ３８５−１．２のおかげです。
電池の逆接続保護、ポリスイッチによる過電流保護を付加しているので、十分、実用に耐えると思います。
（これらが無ければ、さらに効率が３％程度、上がるのですが。）