google-site-verification: google3bd66dd162ef54c7.html

写るんですの昇圧トランスの特性(過渡編)

 定常編の正弦波の特性に続いて、昇圧特性の確認です。

 タイトルは、前の記事の時に勢いで過渡編としてしまいましたが、あまり過渡現象の話は出てこなくて、以前作ったGM管用の高圧電源の特性ばっかりです。

 といっても、基本的な話として、

◆昇圧回路の周波数をどうするか?
 写るんですのオリジナルの回路ではブロッキングオシレータで27kHzくらいの周波数で発振しています。普通に考えるとこの周波数が一番効率が良さそうに思えます。
 しかしこの周波数では、発振を維持するためのロスが大きいため、GM管駆動のような軽い負荷では効率がバカみたいに悪くなります。例えて言えば、自転車で運べる程度の荷物をダンプカーで運んでいるような状態です。

 ということで、試作したGM管用の電源では発振周波数を1kHzに下げた状態で使っています。

▼測定回路
schem-フライバック
 これはフライバック・コンバーター回路(リンギング チョーク コンバータ、RCCとも呼ばれているようです)です。入力電圧3V、Q1のベースには555で発生させた1kHzのパルスを印加。出力電圧を約1/100にしてマルチメータで測定しています。

 パルス幅を振って、出力電圧と、入力電流、効率を測定した結果が以下のグラフです。

▼フライバックモードでの特性 (クリックで大きなグラフ表示)
フライバック特性ー縮小

 パルス幅が8μSまでは順調に動作していますが、これ以上になると急激に特性が悪化しています。どうも二次側の共振とドライブが喧嘩してしまうようです。

▼ドライブパルス(上)とトランスの出力電圧波形(下)
フライバック、正常 フライバック-ハザード
 左がパルス幅8μS、右がパルス幅12μSです。
 
 トランスの一次と二次が逆極性になっているので、最初はトランスの出力電圧はマイナスに振れ、トランジスタがOFFになった瞬間にプラス側に電圧が急上昇しています。これがトランスに蓄えられた磁束が急減する際に発生するフライバック電圧です。

 フライバックで電圧が上昇した後、クランプ気味に電圧が上昇している部分がD1がONになってコンデンサ(C2)に充電している期間です。その後の振動はピーク電圧が下がってしまうので出力には無関係で、ムダに振動しているだけになります。共振周波数の27kHzで使うとこのムダがずっと続くことになって、どえらいエネルギーを消費することになるのだと思います。

 パルス幅が広い右の波形では、フライバックさせる前に二次側の共振で電流の逆転が起こっているようです。

 このあたりは、宇都宮先生の記事で判り易い解説があるので、そちらを見た方がいいと思います。

 ところで、フライバック方式では一次側の電流ONの期間は二次側には電流が流れず、磁気回路にエネルギーが蓄えられることになっています。しかし、写るんですのトランスでは二次側の浮遊容量が大きいので最初から二次側に電流が流れていて、何だかそのオツリを頂戴しているようにも思えます。

 それなら、オツリでは無く、本体を捉えた方がいいような気がしてトランスの極性を逆にして特性を測ってみました。

▼測定回路
schem-同相
 トランスの一次側が入れ替わっているだけです。これは何ていう名前なんでしょう? とりあえず同相方式と呼ぶことにします。

▼同相方式での特性 (クリックで大きなグラフ表示)
同相特性-小
 フライバック方式より出力電圧がやや下がり、効率も少し悪化してしまいました。

 同相成分だけ拾うのは得策ではないようです。どうも逆相側でオツリといっしょにフライバックで磁束に貯まったエネルギーも利用した方が正解のようです。

 また、パルス幅に対する出力電圧の特性を見ると直線性も悪化しています。これはフィードバック制御する時に、ちょっとだけ不利になります。

 ちなみに、パルス幅を大きくすると急に効率が悪化する現象も同じです。波形写真はこんな感じ。

同相、正常 同相、ハザード
 左がパルス幅8μS、右が12μSで効率が悪化している状態です。波形がギザっとなっている部分で大きなロスが発生しているのだと思います。

▼まとめ
 過渡編というタイトルなのに、限定した状態の動作報告にしかなっていなくてすみません。

▼おまけ
 二次側の高電圧の測定には、部品箱にあった100MΩの抵抗を使いました。これ、すごく便利です。
なんちゃって高圧プローブ
 写真では判りにくいですが、碍管の周りの抵抗膜をスパイラルに切って高抵抗にしているので、周波数特性はものすごく悪そうです。この抵抗、部品箱にまだ何本かあるのですが、何のためにいつ頃買ったんだろうか?

【10月15日追記】
 波形がギザっとなて損失が急増する原因は、磁気回路の飽和が原因だったようです。詳しくは、こちらの記事に記載しました。
関連記事

テーマ : アマチュア無線
ジャンル : 趣味・実用

コメントの投稿

管理者にだけ表示を許可する

大変参考になります

こんばんは、Takaです。
手間が掛かったと思いますが、大変参考になります。
パルス幅8~10μSって、結構、意味(根拠)があるのですね。
たまたま、私の場合もそれぐらいのパルス幅になっていますが、
これで良かったのですね。
高抵抗が入手できたら、引き続き試してみます。

うーん

2次側の第一波は浮遊容量ですか・・。私も少し気になっていたのですが、2次側巻き数が多いときには見られやすいくらいにしか思っていませんでした。
最初の例えは気が利いて素敵です。それでいえば1字巻き線自体、少々パワフルすぎるのも気になります。より高電圧を得るのに巻き数を減らすにあたり、1次側の駆動波形そのものをCDIでインパルス化していたのですが、いまひとつ効率が悪かったのもそれが原因だったかもしれません。勉強になります!

Takasann,

そうですね、そのパルス幅、正解だと思います。

高抵抗、早く届くといいですね。PICによるフィードバックの完成、期待しています。

y.utsunomiaさん、おはようございます

駆動パルスが長くなると二次側の共振と干渉し、効率が悪化するのは間違い無いと思うのですが、その時どんな現象が起こっているのかをまく説明出来ないのがもどかしいです。
たぶん、一次側から見たら、インダクタンスがゼロになって大電流が流れる期間があるのだと思うのですが、磁界の挙動を脳内シミュレーションしてもうまい説明モデルを考え付きません。

モデル

私の記事では、そこのところのニュアンスを「かなづちで叩く」、で例えたつもりだったのです。そこがハイライトだったりするのですが、むずかしいですね。
かなづちの速度が遅いと、エネルギーがコアに伝わらず鳴らないし、接触時間が長いと、叩くではなく押すことになり、鳴りを制動してしまう→鳴らない、のようなニュアンス。

y.utsunomiaさん、今晩は

そうですね、回路設計の立場からはそんな感じです。
そのあたりの感覚を以前からおっしゃってたので、記事の中で先生のWebにいきなり振ったような次第です。もちろん敬意を表してです。

すごく細かい話になりますが、私が興味があるのは、浮遊容量に貯まった電荷がどんな過程でトランスの一次側に影響を及ぼしているかです。
一応、電気工学を学んだ身としてきっちりと理解しておきたいと思ってます。だって、この過程は目の前の回路で起きているんですもの。

なんて偉そうなことを言っても、測定の限界で解明できない可能性が高いのですが・・

打ち逃げ

勉強できるときにもっと学んでおけばよかったです。音楽家なので、鐘の打ち逃げ、決め込んでます。
何とかコアの磁束を直接拾ってみないとわからないのかも知れません。20年くらい前にもつまづいたような気がします。
私も電圧帰還つきで高効率化をがんばらないといけないので、うまくいったら記事にします。記事にできないひどいのは山盛りなのですが・・。
カレンダー
05 | 2017/06 | 07
- - - - 1 2 3
4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17
18 19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30 -
プロフィール

ラジオペンチ

Author:ラジオペンチ
電子工作を中心としたブログです。たまに近所(東京都稲城市)の話題など。60過ぎて視力や器用さの衰えを感じつつ日々挑戦!
コメントを入れる時にメールアドレスの記入は不要です。なお、非公開コメントは受け付けていません。

記事が気に入ったらクリックを!
最新記事
カテゴリ
最新コメント
リンク
FC2カウンター
検索フォーム
月別アーカイブ
RSSリンクの表示
QRコード
QRコード