前回、コアの材質を変えた場合、性能がどのように変わるか実験してみました。
巻き数の少ないフェライト＃４３材の性能が高ければ良かったのですが、結果は巻数の多いカーボニル鉄＃３材が優れて
いました。
今回はトランスの巻数を変えると性能がどのように変わるか調べてみました。
Ｔ−５０コアに１００回：１００回のコイルを巻くのは大変ですので、少しでも巻数を減らしたい思います。
今回も「９Ｖ電池から５Ｖを作る」回路を使って実験しましたが、結果は他の回路でも応用出来るはずです。
回路図は「９Ｖ電池から５Ｖを作る」ページを参照してください。
「９Ｖ電池から５Ｖを作る」電源では１００：１００の巻数のトランスを使いました。
この時は一発で結果が出たので、巻数を変えて試してはいません。
もし、これが最適値とすれば、これより少ない巻数と多い巻数を試さなければなりません。
しかしながら１００回：１００回以上巻くのは困難です。
そこで、周波数を２倍の１００ＫＨｚにしてみました。
巻線のインピーダンスを同じにした場合、周波数が２倍になれば、インダクタンスは１／２で済みます。
巻数は１／√２になります。
計算上は５０ＫＨｚで１００回巻きは１００ＫＨｚで７１回で済みます。
今回は周波数を１００ＫＨｚにし、巻数を６０回、７５回、８７回の３種類で実験してみました。
ただし、周波数が上がれば、回路の過渡損失が増えるので、影響が出ないか気になります。
試したところ、１００ＫＨｚでは効率は低下しませんでしたので、データをとりました。
調子に乗って２００ＫＨｚまで上げると、確実に効率が低下しました。
ＣＰＵのクロックスピードを上げると消費電力が上がるのでＰＷＭの分解能を１／２にしてスイッチングスピードを
上げました。
ただしＣＰＵの消費電力以外の回路の過渡損失は周波数が上がれば増えます。
ソフトの内容は今まで使ったものと同じです。
本来は５０ＫＨｚと１００ＫＨｚで条件コンパイルすべきですが、不要な方をコメントアウトしています。
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// 汎用ＳＷ電源 PIC12F683 8MHz //
// 8BIT PWM //
// 2010/01/19 MikroC //
//////////////////////////////////
// _FCMEM_OFF, _IESO_OFF, _BOD_ON, _CPD_OFF, _CP_OFF,
// _MCLEAR_OFF, _WDT_OFF, _INTRC_OSC_NOCLOCKOUT
unsigned char duty;
void main(void){
T2CON = 0; //WDT確認用
OSCCON = 0x71; //8MHz
OPTION_REG = 0xcf; //WDT 1/128
ANSEL = 0x3; //PIN0,PIN1 ANALOG
CMCON0 = 0x2; //コンパレータ設定
GPIO = 0; //GP2 L
TRISIO = 0xb; //GP2,4,5 output
WDTCON = 0x3; //WDT ON 1/64 x (1/128)
asm CLRWDT; //WDT CLR
CCP1CON = 0xc; //PWM ACTIVE H
// PR2 = 39; //(39+1) x 0.5u = 20uS[50KHz]
PR2 = 19; //(19+1) x 0.5u = 10uS[100KHz]
duty = 0; //デューティー０からスタート
CCPR1L = duty; //デューティーをセット
T2CON = 0x4; //T2 ON プリスケーラー無し
while(1){
asm CLRWDT; //WDT CLR
if(CMCON0.COUT){ //出力電圧が高い時
if(duty > 0) duty--; //デューティーを下げる
}
else { //出力電圧が低い時
// if(duty < 20) duty++; //デューティーを上げる[50KHz]
if(duty < 10) duty++; //デューティーを上げる[100KHz]
}
CCPR1L = duty; //デューティーをセット
// Delay_us(40); //40uS待つ[50KHz]
Delay_us(20); //20uS待つ[100KHz]
if(!GPIO.F3)break; //遮断信号で終了
}
GPIO = 0; //一応出力を全部落として
T2CON = 0;
WDTCON = 0;
asm SLEEP; //スリープ
}
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５０ＫＨｚ１００：１００のトランスを基準にして、１００ＫＨｚに於ける３種類の巻き数での特性を比較しました。
６０：６０巻きのトランスは低電圧で入力電流が大きくなっています。
５．６Ｖ以上では僅かに大きい程度です。
７５：７５巻き、８７：８７巻きのトランスでは全域で５０ＫＨｚ１００：１００のトランスと殆ど同じ特性です。
回路的に定電圧動作をしているので当然ながら差はありません。
ただ、６０：６０巻きのトランスは出力電圧の立ち上がりが早くなっています。
入力電流が大きかったのは低電圧で５Ｖを維持する為に大きな電流値が必要だったのです。
電流読み取り値の分解能が低いことによる計測誤差で値が多少ばらついています。
６０：６０巻きのトランスが僅かに低いように見えますが、他のトランスでは計測誤差程度の違いしかありません。
周波数を１００ＫＨｚに上げる事により、効率を落とさずに巻数を減らす事が出来ました。
巻数が、やや不足気味の時はインピーダンスが減るので電流が多目に流れますが、その分、立ち上がりが早くなります。
低電圧で立ち上がることは使い切ってしまうマンガン電池、アルカリ電池では問題無いですが、ニッケル水素電池では傷めて
しまう可能性がありますので、多目に巻いた方が安全です。
あるいは、電池電圧低下で出力を遮断する工夫が必要になります。
・巻数が少なすぎると入力電流が増え、効率が落ちる。
・巻数が多すぎると動作が不安定になり、やはり効率が落ちてくる。
・正常動作範囲内では巻数が多いほど効率は上がるが立ち上がりが徐々に悪くなる。