ON時間固定PFC作りかけ

こんばんは。

ON時間固定タイプのPFCを作ってる途中です。

ON時間固定で臨界動作なら入力電流は完全に入力電流に比例する(デューティー比一定なら)という原理を使ったPFCですが、デューティー比一定になるんかいな？まぁするんですけど。

回路図

ついに手書きにランクダウンしました。

ON時間固定なので、ON時間の生成はRCのタイマーで行います。

ON時間調整はTL431で、出力電圧が希望の値に近づくにつれ、ON時間を絞るような制御になります。

MOSFETの電流検出と入力電圧の取り込みが必要ないので配線がとても楽でした。

基板です。

直流電源で動かしている時のL電流です。0.1V/Aですがちょっと飽和気味？

現状、臨界動作はできましたが入力を交流を整流したやつにすると、電圧が低くなる時にゼロ検出がうまいこと行ってないみたいで動作が変になりました。たぶん補助巻線をもっと巻けば解決するような気がします。

以上です。

NJM2375のPFC試作

どうもKKTです。

もうすぐ年度が変わるわけですがちょっと忙しくなるかもしれないのでいやですね。

それと告知みたいなものですが、今年もNT京都2017に出展します。たぶんなかたくんも来ます。出展物がまだ完全には決まっていないのですが（）、なんか火花出るやつとか

こんな感じの奴を持っていく予定です。詳細は

http://wiki.nicotech.jp/nico_tech/index.php?NT%E4%BA%AC%E9%83%BD2017

を御覧ください。

さて本題ですが、題名通り秋月で取扱のあるNJM2375Mを使ったPFCを試作してみました。このICは臨界モードPFCを構成するための乗算器や過電圧コンパレータ、ゼロ電流検出、MOSFET駆動用バッファ等を備えていて、コンパチ品（完全互換では無いが）にMC33261やFA5500等があります。データシートは秋月の商品ページにあります。

臨界モードの特徴としては、ゼロ電流スイッチングのためスイッチング損失が少ない、ダイオードのリカバリ損失が無い、ノイズが少ないなどでしょうか。しかし連続モードに比べるとピーク電流が大きくインダクタの飽和電流が多めに必要だとか素子の導通損は大きくなってしまう等の問題もあります。まぁあまり深くは考えず8ピンで簡単に作れるようなのでやってみましょう。

回路図です。

ほとんどデータシートのパクリです。ICの動作としては、MUL端子とCOMP端子の電圧を乗算して、その出力がIsenceのしきい値になって、Q1がオフした後は部分共振の最適なタイミングでまたターンオンという感じだと思います。RCCのような感じです。ゼロ電流検出のタイミングはブーストインダクタの補助巻線の電圧がゼロになったらなのですが、ICのしきい値が1.6Vですからそのままでは少し速い可能性があります。そこでR2と図にはありませんがコンデンサも付けて補助巻線の電圧変化を少し遅らせて補償しようかと思ったのですが、コンデンサは100pでもちょっと大きいくらいだったので省きました。実際のターンオンはこんな感じになっています。

とても損失が少なそうで好感が持てます。

大体丁度電圧が一番低くなってる点でターンオンしていることがわかると思います。多分R2はショートでもいいと思います（なら書くな）。

R1は図の通りに計算すれば問題ありません。

Rsの計算も図の通りで良さそうだったのですが、実際動かしてみるといまいち電流制限のしきい値が1.5Vまで上がりません。僕が実験してる時はコアの飽和のせいの可能性が高かったですが、しきい値は1.2Vくらいで頭打ちになってしまっていました。今度コイル変えて再実験します。

補助巻線は主巻線の巻数から計算すれば良いのですが、電圧精度はどうでも良いので10回くらい巻いとけば問題無さそうです。巻きすぎるとスイッチングが開始すると同時にICがぶっ飛んだりしますので（経験済み）気をつけましょう。主巻線の巻数が少ないコイルなら5回くらいから試したほうが安全です。あと、補助巻線の方向ですが、主巻線と同じ方向に巻いて、主巻線の電源に繋がってるのと同じ方を5ピンにつなぎます。補助巻線からついでに回路の電源も供給しているのですが、ダイオードを通った後IC保護も兼ねて100Ωの抵抗を入れたほうが良いかもしれません。

Cinはチョップされた高周波電流を慣らす奴です。どっかのアプリケーションノートに容量計算方法が出ていましたが0.5～1uFくらいになると思います。AC入力のとこには書いてませんがノイズフィルタを入れまくりましょう。

実装した基板。

動作中の電流波形

ターンオンのノイズの少なさが伺えます(?)。

200W弱の時の入力電圧（大きい方）と入力電流の波形です。AC100V入力ですね。

とまぁ取り敢えず動くのを作れました。と言ってもデータシートまんまですが。

それでは、今日はこの辺で。

Web拍手反応

> い…いませんよ… by 偽せモノくん
> じゃんじゃん送れや by ジャン
> あとで読みます！
> ひなまつり
> ひまなつり
> じゅるる＾＾
> にゅ！
> ﾝココアはやっぱりバンホーテン！
> オッ＾＾　by ぱい
> おっぱいです。
ひなまつり終わっちゃった…。

ジャン（外国人）

> KKT~~
おいすー＾＾

> もしお暇&記録が残っていれば、発光色ごとのVfを教えていただけますでしょうか? by LED
あのLED紛失しました。
出てきたら調べてみますね。ごめんなさい。

> 記事にいいねをしに来ました。いいね！ by はやおき
いいね。

380Vくらいのチョッパ

どうもKKTです。
しばらく間が空きましたが特にこれと言って変わったことは無いです。
スマートホンのカメラがぶっ壊れてからかなり経つのですが、さっさと修理に出したいところです。記事の写真はデジカメで撮っているのであまり関係は無いですね。

題名の通りAC100Vを整流して、DC380Vくらいを出力する昇圧チョッパを作りました。どちらかと言うと間に合わせ記事みたいなもんなんでギャラリーみたいな感じだと思ってください。

 一枚にまとめてみました。
右下くらいからAC100Vを入れて、右上からDC380Vが出てきます。出力は200Wで設計しました。抵抗負荷で210Wくらいで頭打ちになったので大体設計通りです。意外にノイズフィルタのインダクタとブリッジ整流器が発熱するようですが、まぁ許容内ということにしました。なお疑似PFCにする予定があったので入力コンデンサは小さいのとなっていますが、いまのところPFC機能は無いので入力電流は商用周波数の矩形波みたいになっています。ノイズとかも多いのでなんとかしたいところ。

制御はUC3843という有名な電流モードSW電源制御用ICを使いました。出力電流が±1A取れる上にパルスバイパルスや電源電圧監視等も付いてて（まぁSW電源制御ICなら普通ついてるが）便利です。生基板をリュータで掘って作った疑似プリント基板なので汚いですが配線は楽ですね。

出力整流用のファストリカバリダイオードです。ブーストダイオードと言ったりもするようです。発熱は多くても数Wでしょうからベタパターンの放熱で間に合わせました。実際温度上昇は気になりません。出力平滑コンデンサは450V150uFの奴です。固定がイマイチ。

 ブーストインダクタとか言われる奴です。もう1つ巻線が付いているので臨界モードか？と思ったあなた、鋭いですね。でも連続モードです。赤い補助巻線は制御側に供給する電源用の巻線です。一番最初電源が投入された瞬間はスイッチングが開始していないので電源はAC100Vを整流したところからブリーダ抵抗を通して始動させ、その後は前述の赤い巻線から電源を得ます。ブリーダ抵抗と制御側のコンデンサの値がイマイチなようで電源投入時は「ｼﾞｯｼﾞｯ…ｼﾞｰｰｰ」と少し充電、放電を数回繰り返してから始動します。
定格出力時の効率はそんなに悪く無さそうです。MOSFET用のヒートシンクも触っていられる程度でコイルの発熱も似たような感じです。

内容の薄い記事でしたが、次回はこれと降圧チョッパを組み合わせた超高圧水銀灯のバラストかAVRの記事かになると思います。
お気づきになられた方もいらっしゃるかと思いますが、右上の方に簡易アンケートみたいなのを設けておりました。掛ける言葉が無い方が大半でしたので今まで通りでいこうと思います。

Web拍手反応
>まるたです に生えてるのは…！？
葉っぱのつもりなんですけど…

>唇にbbクリーム
やっぱりD◯Cじゃねぇか

>マグネトロンってｸﾞﾈとﾈﾄが入っててｴｯﾃｨ!
ﾈﾄはギリギリわかるとしてｸﾞﾈはわかんないんだよなぁ…

>い、い、い、
五味太郎先生の絵本でありそう
参考

>芋！
焼き芋おいしい季節になりましたね。近所のスーパの焼き芋が値上がりしてました。

>はやお起きた
起床報告すき

>ﾌﾟｼｭ～
バスライトイヤー

>ペットに飼われてますか?
小学生時代家族ぐるみでハムスタを監禁していたことはありましたね。
飼われてたことは多分無いです。

>こんにちは～
どうも～＾＾

>(ﾁﾗﾁﾗﾁﾗｯ!)
（見ても）ええんやで

>KKTって何て読むんですか
KKTはそのままKKTでいいですよ
と思いましたが呼ぶ機会無いと思うのでなんでもいいです

>ｸﾜｧ…
ｸﾞﾜｯｸﾞﾜｯ

>ぽんぽんいますよ
ぽんぽんもチョッパいっぱい作ってるので是非リンクから「ぽんず製造所」をどうぞ

>電子の電の字も知らない初心者ですが何かつくってみたいです。何かお勧めはありますか？
まずこのサイトは初心者向けでは無いということを念頭に置いて貰って、その上で何かアドバイスになるかと思い、以下を書いてみます。
質問者の方がどれくらいの年齢の方かはわかりませんが、電子やものづくりに興味があるということは、「作ったものが動く喜び」っていうのはご存知かと思います。ですので後はもうご自分の楽しいようにしていただくのが1番と思いますが、何でも始めた時は漠然としてしまうっていうのはよくある話なので僕がどんなふうに工作をしてきたのかというのを紹介しましょう。
僕が最初電気を触り始めたのは小学生くらいのころで、たぶん低学年のころははんだ付けをしらなかったので基板からペンチで部品を引き抜きうまいこと取れたら嬉しいくらいのことばっかしてましたが中～高学年くらいからははんだごてを与えられて色々作っていたのを覚えています。最初はLEDを点灯させて遊ぶくらいで、トランジスタで点滅させたりアンプIC買ってきてスピーカ鳴らしたりをしてたと思います。とにかく作った物が動くっていうのが嬉しくて、図書館で工作本を借りたりしては色々作ってた記憶があります。実はこの辺で結構プログラミングに興味を持ってBASICとかをいじって遊んでたりもしてました。
中学生くらいの時から部品のサイズが大きくなったように思います。例えば大きいコンデンサを買ったりトランスで遊んだりしていまして。この頃からいわゆるパワー系の工作に興味を持ち始めて、ストローにコイル巻いてコイルガン作ったり、テレビのフライバックトランスで放電させて遊んだりしました。最初のテスラも中2くらいの時に作った覚えがあります。
高校からは結構パワー系の要素が強くてしょっちゅうブレーカ落としたり素子飛ばしたりしつつも、授業等で今までやってきたことの理論とかがわかるようになってもっとおもしろくなった覚えがあります。
で、今僕は学生なんですけれども、相変わらずパワー系と少しマイコンもいじるようになった程度でしょうか。やることなすことの効率が悪いのでやってた年数の割に技術がないっていうのは内緒です。
結局僕にとって何が面白かったのかというと、やっぱり何かを思った通りに操るってことかなぁと思いました。電気を野放しにしといても仕方ないので、指定の動作をさせる、条件に合うように調節させる等回路を作ったりプログラムを組んだりするのがおもしろいのでしょうね。
操るということなら、最近はマイコン類がすごく手軽でいいですね。パソコンとArduinoがあればもはやはんだ付けなどしなくとも電気に思い通りの動作をさせることができますね。探せばArudinoでもすごいことしてる人はいっぱいいるので決して入門用ということだけではなく、やりこんでいけば素晴らしい技術力になると思います。僕だったらArudinoと液晶とLEDとかでも何時間も遊んでしまうので入門される方にも適していると思います。
それとも、もっと直接ハードに電気を操りたいというならロジックICとかを使ってみるのが良いのではないでいしょうか。アナログ系でしたら秋月などで売られているキットを作ってみるのも良いと思います。あくまで僕個人の考えですが回路において個々の部品（コイルコンデンサ抵抗トランジスタとか）をどれくらいよく知っているかが非常に重要だと思うので少ない部品の回路でも作りながら理解していかれれば技術力になると思います。
話が少し逸れましたが、何をつくったらいいかという問に対しては、 初心者さんということでしたら計測器等も入手が難しいと思うので、結果がわかりやすい（LEDが光る、数字が表示される、音が出る、モータが動くetc...）ものをオススメしておきます。
…と本に書いてるテンプレ的なことを偉そうに書きましたが、末永くものづくりを楽しまれることを願っております。
また何かあればお気軽にどうぞ。

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定電流電子負荷の実験 その2 （まだかなぁ～？）

こんばんは。最近工作意欲が戻ってきたのでハンダ付けが捗ります。
最近引きこもっているだけなのであまり変わったことが起きず、おもしろくありません。

昨日の電子負荷をパワーアップする続きです。
回路図↓

 制御部分は前回と同様で、パワー部分が変更してあります。D1415（ダーリントンでhFEは高い）と二個のD113でドライバ段を強化しました。電力的に許せば40Aくらいは投入できるので、D113のhFEを10とするとベース電流は8個のD113で合計4Aです。なのでD1415には0.4Aほどしか流れず、放熱板無しでもなんとかなりそうです。とあたかもこれを目論んでいたやうに書いていますがD1415は放熱器に取り付けてみたので正直ドライバ用のD113はいらなかったかもしれないです。パワトラの回路設計がよくわからないのですがドライバ用のバランス抵抗として33Ωを入れています。一応最終段のD113の電流は5%以内ぐらいのばらつきで収まっているようです。前回記事で無負荷時にベース電流が～などと言っていましたがダーリントンしてるトランジスタのコレクタを全部まとめたので関係なくなりました。これにより飽和電圧がちょっと上がってINにかけていい最小電圧が若干上がったかもしれませんが、どうでもよいです。前回記事でOUTだったところが今回INなのはなかたが記事を書いたら直そうと思います。そう、実はこれも（題名通り）催促記事なのです。

ドライバ用のバランス抵抗（茶色いの）とドライバ用のトランジスタD1415を追加して動作確認を行っているところ。今回は一発で動いたのでよかった。

 無理やり付けています。これがショートしそうで怖い＞＜と思った人は普段まともな工作してると思うので安心してください。単に非怖がりな人はすいません。

 15A試験中の様子。電圧は12Vなので180Wです。ヒートシンクから出てくる風はまだ涼しいです。

電源を変更して限界を試そうとしているところ。ATX電源の一系統当たりの電流が17A程度に制限されているので二系統パラっています。

 （電源が）ほぼ限界時の0.3Ωの両端電圧(V)です。トランジスタ一個当たり4.17Aくらいで8パラなので33Aくらいです。1.3Vくらいまでは上げれますがﾌｯと落ちることがあったのでこれくらいが安定動作の限界です（電源の）。電子負荷はと言うと放熱器から出てくる風はそこそこ熱風ですがまだもう少し余裕がありそうです。限界は450～500Wくらいでしょうか。

とまぁなんとか実験は成功みたいです。ケースに入れたりはめんどくさいので多分しませんがこれからの実験でも役に立ってくれることでしょう。

次回は早速これを使いたいのでスイッチング電源関係の記事になると思います。

それでは、今日はこの辺で。

定電流電子負荷の実験

こんばんは、KKTです。

大体夏休みに入った感じで、毎日よく寝て食べて遊んでるだけの生活です。 

あとキーボードが壊れたので2台買ったところ部屋から2台出てたので家にキーボードがたくさんあります。ちなみに壊した原因は液体をこぼしたことによりますが、よりによって起動時のファンエラーをスキップするために押さないといけないF1キーだけが反応しなくなって残念でしたね。

さて今回は電源の制作やテストに何かと便利な電子負荷の実験をしてみましょう。
今回はできるだけシンプルな構成を目指します（必然）。

回路図は下のような感じになっています。

 Q1が主に電力を消費する素子です。放熱器に取り付けて使用することでたくさん電力を消費できます。トランジスタでもできますが、電力消費が0のとき（OUTが開放の時）ベース電流が流れるだけ流れてしまうので別途遮断回路が必要です。

オペアンプに付いてる1000pと10kは発振防止です。高域でゲインが下がるようにすることで安定動作を狙います。定数は適当なので手持ちの部品で間に合うように組んでください。

ソースに付いてる0.033Ωが電流検出用の抵抗です。この抵抗の両端電圧とオペアンプの5ピンの電圧が等しくなるように回路全体として動作します。この抵抗を小さくするとワット数の小さなもので良いのですがその分比較電圧も小さくなって使いにくいのでVR1で調節して一般的な電圧範囲で電流をコントロールできるようにしています。多回転型を使ってみましたが普通の半固定でも不便では無いと言ったところでしょうか。

左のオペアンプはただのボルテージフォロアなので足りなかったら無しでも構わないと思います。

VCCは12Vくらいを想定しています。あまり低いとQ1がONできなくて最大電流が小さくなってしまったりするので注意してください。

言わずもがなVR2が電流調整用です。VR1を調節して1V/1Aみたいにすると便利かもしれません。

早速完成したのが以下です。

 手持ちにパワートランジスタがたくさんあったので上の回路図にちょっとドライバを足してそいつを使おうと思いました。

こいつです。

 

2SD113が10個ついています。 うち2つはドライブ用に使い、あとの8個を並列に接続します。詳しく知らなかったのですがバランス抵抗さへあれば並列運転は大丈夫とTwitterの方で知りました。

 

なかなか重量感があってGoodです。

適当に配線して先ほどの回路（＋@）につなぐと動作しました。強制空冷すれば300Wくらいは耐えられそうです。ATX電源に繋いで15Aくらいまでは動作OKでした。今度DC-DCでも作って遊ぼうと思います。

それでは、今日はこの辺で。