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2016年4月

Joule Thiefの検討(9) 2.4V版作成

1.2V版の1WクラスのJoule Thiefが一段落した。
しかし、実際に外で使ってみると物足りない。
Rbを108⇒47Ωに変更してみた。多少は明るくなった。

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勢いで、2.4V(単三2本)版も作ってみた。
だいぶ手馴れてきて、基板もコンパクトに作れた。
コイルを付けてみると、意外に効率が上がらない。
仕方なく、再度選抜を開始した。
結局、下記のコイルに落ち着いた。
Dsc_0579
今回利用したフェライトコアは上の物。
千石で何種類かの容量のコイルを買ってあったが、解体してみると中のコアは同じものだった(太陽誘電)。330μHの物は0.2φの銅線が98回捲いてあった。32回、20回、15回と捲いてみていずれも効率が良かった。15回では8μHの容量になる。今回はこれを利用した。捲き数が少ないと太い銅線を使える。発振周波数は≒100KHz
 Rb=1.43KΩにすると電源電流0.6Aとなり、後述するようにLEDに約1Wの電力を供給できる。
Dsc_0580
基板もコンパクトに作れた。(FETを使えばもっとコンパクトにできそうだが)
周波数が高いので出力側のコンデンサは10μF。
実際に稼働させて効率を測ってみると、なんと84%(SBDの損失0.2Vを加えると92%)と、とても高い効率で変換してくれている。
これを、ケースに収めて完成です。
Dsc_0582_2
上がこれまでの1.2V版。
下が、今回の2.4V版。LEDは集光ミラーの設置が容易なOptoSupply3Wを利用しています。十分に明るいです。
 スイッチに半田でケーブルを付けて直接に基板に電力を供給しています。
100均で買ったままのセットだと電池以後往復12か所の接点があります。電流が大きいので接触抵抗が馬鹿になりません。電池ホルダなど最小限の接点に減らしました。
基板はランプボックスの奥に余裕で押し込んであります。
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2.4V版を1.2V版と比較すると、重くて大きい。
マラソン練習用は1.2V版で決まり。

明るさを測ると2mの距離で
1.2V版:110ルックス
2.4V版:94ルックス
で1.2V版が明るいと表示される。
実際には集光ミラーが2.4V版はスポット的でより明るく感じる。
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1.2Vと2.4V版の2種類を作成してみて面白いことがわかった。
電流の違いか、2.4Vの場合は今回利用したコイルが効率が良かった。1.2Vで駆動すると効率が低下した。
一方、1.2Vで効率が良かった大型のコアでは、2.4Vでは効率の良いコイルを作れなかった。
2.4Vでは電流が少ないので小さなコイルで良くまた、周波数が高い方が良いらしい。周波数特性の良いコイルが有利となったようだ。今回のコアは2MHz辺りまで使えるようだ。
一方、1.2V版では大電流で大きなパルスを発生できるコアが有利なようだ。周波数特性が悪くなるので、発振周波数は上げられない(今回は20KHz)。
巻き数をやたらと増やせないので、透磁率の大きな大型コアが有利となった、ということのようだ。

 ところで、バイファラ捲きというのが推奨されているが、私は電力用のコイルと制御用のコイルを別々に捲いている。特にこのタイプのコアだと、電力用を内側にすると、より太くて短い銅線でコンパクトなコイルを捲けるメリットがある。気分が良い。
制御用のコイルは細い銅線を外側に捲く。若干効率が落ちるがその分1~2回巻き数を増やすかRbを減らせば良い。

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今週の修理-時計自動巻き器

「時計自動巻き器」という摩訶不思議な装置がある。

カミさんが使っている。
腕の動きで自動的にゼンマイを巻く「自動巻き」という機能は、人によってはとても不便らしい。
日によって時計を変えるので、使いたい時に止まっていることが多いそうだ。
それで、「時計自動巻き器」という、ゆっくりとモーターで回転する装置に乗せておけば、『「自動巻き」を自動で巻いて』くれていつでも使える、というもの。

それが止まってしまった。
解体すると、動き出す。原因がわかりませんでした。

ぶっ壊すつもりでモーターを取り出して、動きを見ると、一回停止すると、再起動できない。叩くと起動することもある。
多分、電極がすり減ってしまったのだろう。
(1)解体して電極を交換する?
(2)モーターを交換する?
(3)新しい装置を買う。
カミさんは既に5年ほど使っているので、新品が欲しかったらしいが、私にかかると(1)or(2)が第一選択肢となる。
検索すると似た物を売っていた。
Dsc_0587
壊れた物。RF-300EAとの刻印がある。直径24mm
マブチのカタログに載っている真っ当な商品だ。
しかし、小売りは無い。

そっくりな物がタミヤの模型の「ソーラーモーター」という名前で売っていた。
最安値は100円だが送料がかかる。二番目はヨドバシの394円。次の日に届いた。

モーターの刻印はRF-300FAとあり、大きさは同じだが別物。
電線の太さは、元の物はとても細いが、購入したものは太くて、ケースに収まらない。その問題はケースに大きな穴を開けて解決。

駆動電圧が全く違う。
元は4.15V駆動しているが、その電圧で駆動すると、速すぎる。同等の回転数にするためには、2.5Vにする必要がある。

交流なら小さなトランスで簡単に降圧できる。また、昇圧はJouleThiefでやっているが降圧は?
なぜか、私の道具箱にDC-DCコンバーター制御用IC NJM2360ADが一個眠っていました。
早速組んでみた。2.5Vが簡単に作れました。これを本体の隙間に詰め込んで、組み直して完成です。
元と変更したのは、SW-onを示す青色LEDを追加。
メインSWを正逆回転制御から、一方のみに改変。これは、モーターが時計回りが本来の方向らしいので逆を無しにしたから。

今の所、普通に動いています。
最初の見立てた「ゴムベルトの摩耗」は誤診で、購入したベルトは部品箱へ。

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東京見物 上野⇒浅草⇒秋葉原

昨日は東京見物に行ってきました。

最初は上野の東京都美術館へ行って、伊藤若冲の絵画を鑑賞。
とんでも無く混んでいました。
入場に50分、館内で特設会場の入り口で40分、其々の画の前でまた待たされました。
凄い人気です。
私も気に入っています。様式にとらわれず自身の美意識で絵をかいて一句姿は凄いとしか言いようがありません。
今回は、参観に来た全ての方が、じっくり落ち着いてみることができません。

大半が宮内庁所蔵というのはいかがなものか?広く公開すべきでしょうね。

昼に、喧騒から抜け出して、めぐりんバス(100円)で合羽橋へ。
Dsc_0586
(めぐりんを降りて浅草方面を見る)
合羽橋の裏町の寿司屋で昼食。
合羽橋のキッチン用品店で、胡椒挽を物色。
IKEDAの胡椒挽を購入。
多くのお店では売っていません。プロ用の店では普通の商品なようです。
挽いた胡椒はとても細かく風味が良いです。

次は秋葉原へ行くために、TX浅草駅までブラブラ歩いていると、パン焼き用品の専門店をカミさんが見つけて吸い込まれていきました。
私はピザ窯で使う金属皿が欲しかったのですが、そんな物はありません。
親父さんに声をかけると、ピザが大好きな方でした。そんな焼き方は無いよと始めは話していましたが、私の釜が低性能ということをわかってもらうと、それなら、と大きなステンレス製のお盆を出してきました。ちょうど良いです。
昔、こんなので焼いてピザを出していた店があったと。
アルミが第一希望ですが、値段が倍ぐらいします。2枚買ってきました。

TX秋葉原から、電気部品街へ。かみさんはメイド姿の女の子を始めて見たと驚いていました。腕時計のゼンマイを捲く装置の微小なベルトを153円で購入。
学生時代から既に半世紀近く通っています。
私一人なら最低1時間はショッピングをするところですが早々に引き揚げました。

疲れて帰ってきました。

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ナメクジ退治

ナメクジの食害は、少ないようで結構被害が大きい。
特に種を播いて発芽した直後をやられると被害が甚大です。

今朝はレタスを庭から収穫してきたら、隙間に沢山隠れていて
食害はあるし、気持ち悪かったです。

夕方、庭を見るとブロッコリーの葉っぱの上に沢山のナメクジが蠢いていた。
葉っぱに穴が開いているのは鳥のせいだと思っていましたが、違うようです。

食事をしてからと、9時頃に出陣した。
ほとんど居ません。
気を取り直して、じっくり葉を裏返したりしてチェックすると、それなりにいます。

ピンセットでつまみ獲り、潰しました。
一株しかないブロッコリーから20匹 その他で30匹ほどつまみました
ブロッコリー > ノラボウナ > レタス>
ネギ>ルッコラ
パンジーやその他の雑草は嫌いなようで食べていません。
ルッコラも少ないです。苦みやアクのある葉っぱは嫌いなようです。

日没時は体を大きく伸ばして活発に摂食していました。
晩は、丸々と太って動きが悪く、葉の裏などに隠れています。
鳥が居なくなるのを見計らって、食事を始めているようです。

捕獲は日没直後ですね。

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ストリートビューもやりますね(2)

さっき見ていたら、また見つけました。
前後は2015に収録されているのに、この一コマだけが不自然に2010の画像のままです。

2
ここはとっくの昔にセブンになっていて、情報としては問題大あり。

疑いを持って画面をチェックすると、極、隅の方に選挙ポスターが見えます。
民主党の候補者のようです。

前回見つけたのが、自民党のポスターで、くっきり表示。今回は民主党関連で虫眼鏡程度。
たった2例ですが、ストーリーを作ってみましょう。
枚数はバランスを取って言い訳ができるようにしておく。情報量は雲泥の差。困ったものです。

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Joule Thiefの検討(8) 取り敢えず1号機完成

夜間にマラソンの練習をやるときに、足元を照らす携帯ランプを製作した。
軽くて小さい(単三1本)、2~3時間の点灯(省エネ)、十分に明るい(1W程度LEDの明るさ)。これを満たすのが大変でした。

ここ暫く、模索してきたMOS-FETは発振の強さの制御が出来ない。暴走族をHT7730になだめてもらおうと思っていたが、その目論見は断念した。
2SC2500へ戻りましょう。(下記の如く最適化を図ると、十分に効率が高い)

Joule_thief2   

(2016/4/25変更。Rbを108⇒47Ωに変更。明るくした)

見かけは普通のJoule Thiefですが、2か月かけて部品を最適化してあります。

プリント基板用の銅板をケースの大きさに切り出し、折れた鉄ノコの歯を使って銅面を削り配線面を作った。
アース、コレクタ配線、出力端子と大きな電流が流れる部分の面積を大きく取って、エポキシ樹脂側にトランジスタや素子を置き、銅面にコイルを置き、配線を最短にします。
中空配線に比べて、効率がだいぶ向上しました。

細かい点で最適化してあります。(2か月でノート一冊分のデーター)
【トランジスタ】
発振中の2SC2500のコレクタ電圧を見ると、
トランジスタがONになって、コイルへ充電する過程の初期はコイルの抵抗が大きく、相対的にトランジスタの抵抗による浪費は少ない。また後半は電流が減少しているので、ここでの浪費も少ない。Vce(sat)は0.1Vよりも小さい。全体として、浪費する電力が少ない。発熱も感じられなかった。

【コイル】
再度、各種のコアにコイルを巻いて、(今回)最適な物を選びました。
今回用いたのは、FairRite社の#77コア(直径12.5mm×厚さ6.35mm)(カタログ#5977001101)。
これに9回銅線を捲いた物(約100μH)を使いました。20KHで発振しています。
今回も13種を試しました。上記のコイルが最も強いパルスを出していました。
周波数が低いので、大きなコアが有利でした。
最初バイファラ捲き(9回)でしたがSWの実装で問題が起きて、その対策の過程で二つのコイルを分けて捲きました。出力が低下したので、ベース側のコイルを一回増やして10回捲きにし出力を確保しました。

【LED】
LEDにはCree XM-Lを奮発しました。
従来利用してきたXP-Gの4倍の値段ですが、明るさが2倍と言うことでこれにしました。(XG-Pは130ルーメン/350mA:カタログ値)
裸のLEDを350mAで点灯し、55cmの距離で明るさを測ると
    OSW4XME1C1S-100 105 lux/W (秋月150円)
    OSW4XME3C1S   150 lux/W (秋月240円)
    XG-P                 156 lux/W (秋月200円)
    XM-L                 203 lux/W (エルパラ800円)
値段ほどの違いは無かったですけど、やはりありがたいです。

【SBD】
これまでToshibaCMS06を使ってきました。Vf 0.1V程度で、十分に低い物でしたが、探したらInfineon BAT60Aというものを鈴商で見つけました。
電流によりますがVfがCMS06より更に小さいのでこれを選びました。

【コンデンサ】
積層セラミックコンデンサを利用しました。電解コンデンサを含む各種のコンデンサを試してみましたが、これが最も良かったです。

【集光ミラー】
集光ミラーは30度とし、路面を広く照射させています。
ランプをランニング中の手に持っていますので、揺れます。明るさを犠牲にしても照射面が広い方が良いです。
15度のミラーだとスポットが小さく、周囲の走路が見えなくなります。

【電源スイッチ】
100円ショップのランプのスイッチは貧弱です。電源電流が大きい(ピーク電流は数A)ので、スイッチが劣化するのと、接触抵抗のロスを小さくしたいので、トランジスタのベース電源をカットして発振を止めて消費電流をカットします。
また、試しにLEDに1.2Vを印加してみましたが、手持ちのテスター(最低感度:0.1μA)では電流を測定できませんでした。発振を止めるだけで消費電流をOFFできます。

実は、最初はSW-OFFでベースへの電力供給をカットするだけでした。
しかし、亡霊みたいに薄っらとLEDが点灯していました。
コイルがアンテナになってトランジスタを駆動していました。
結局ベースの回路をアースに落としてOFFしています。

【消費電力】
電源1.2Vで500mAを消費します。
単三電池(充電池)一個で4時間ほど使えます。夜のマラソン練習は最大2時間ほどなので十分使えます。 LEDのピークの消費電流は電源が1.2Vで最大1.5A。新鮮なアルカリ乾電池だと1.5Vで、その場合は優秀なトランスのおかげで3Aものピーク電流が流れます。
明るさは、欲目に見て、従来品の1W程度。
変換効率は約90%でとても良いようです。
過電流防止用の制御はしていません。今回利用したLEDがオーバースペックなので、LEDにとっては過電流になりません。

【実装】
Dsc_0569
配線はうまくないです。上の電解コンデンサーは熱が出たので積層セラミックに交換しました。

Dsc_0566
一番上の写真が、百均の電池一本で点灯する懐中電灯。
電池ボックスの床下を開けると、単三電池が半分ほど入るくらいの空間がある。
大きな回路を収納できます。(配線パターンの配置が悪く、配線がごちゃごちゃです。要改良)
LEDは切り出したアルミ板にネジで止めました。
集光ミラーを固定する方法がわかりません。今回はLEDの根元と、アルミの金具に強力シリコンボンド(3M)で糊着してあります。衝撃で外れる可能性があります。Creeのランプはこれが問題です。
下段の写真が完成品です。ランプの角度が斜めで、握った時に2~3m先の道路面を照らす角度にしてあります。
前後を間違えて握りにくいです。

【今後の改善点は?】
●電線での配線を短く簡単になるように配置する。
●ランプとミラーの取り付けを前後反対にする。

【使用した測定器】
電源電流確認用の電流計(アナログ1A)
電源用電圧計(百均の電池メーターを改良した)
電源電圧測定用のテスター(デジタル)
デジタルテスター2台
PCオシロスコープ(2チャンネル。2MH)

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ウッドチップをゲット

相模原市の広報に「ウッドチップを配布する」、と出ていた。
津久井湖に溜まった流木をチップにして無料で持っていてもらうというもの。1時間かけて城山ダムの事務所に行ってきました。
詰め放題。およそ100kgほど貰ってきました。

トラックで行けばシャベルカーで詰め込んでくれるそうですが、我が家には生憎ありません。
ブルーベリーの下草抑えを兼ねた、土壌改良にはこのくらいあれば我が家のブルーベリー園には十分です。

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Joule Thiefの検討(7) HT7730の利用を断念した

HT7730がPFMのフィードバック機能を有する発振器であることが理解できた。
これを利用して、MOS-FETのON-OFFとパルスの頻度をコントロールすることを目指して検討してきた。
下記のような回路を組んでみた。

Ht7730f_2

HT7730の出力波形を、MOS-FET駆動するために、一旦NPNトランジスタで極性反転させた。
(最初、PNPで反転を試みたがそれはダメなんですね)

回路は、一応、機能はする。しかし、このFETのONの駆動にはゲートに1V程度の印加が必要だが、A点の電圧がそこまで上がらない。
残念ながら大きな電力が得られない。
LEDは薄っらと点灯したが、いくつか回路の変更を試みたが、改善できなかった。

この回路を改善するには、昇圧した後の電圧(≒3V)を利用すれば、十分な駆動が可能だ。
また、HT7730の制御には3V以上が必要なので、当初から3.3V程度の電源が必要なので、それを準備するつもりではいた。

問題は気力。これ以上回路を複雑にする元気が無くなった。
ここでgive upすることにした。

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HT7730の活用を試みたが、後戻りをしよう。
MOS-FETは効率を上げるには良い素子であるが、制御が難しい。
暴走族をなだめるためのHT7730の利用を模索したが、FETも使えない。

結局のところ、2SC2500に戻ることにしよう。

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ストリートビューもやりますね!

ストリートビューを見ていました。
この地域は1年前ないしもっと新しい画像に更新されて
いました。この十字路の前後の画像も新しい画像でしたが

なんと、このワンショットだけ古い物が更新されていません。

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Joule Thiefの検討(6)HT7730を試してみる。

「気の迷い」さんのHPの記事
http://www.kansai-event.com/kinomayoi/koneta2/HT7750.html
に触発されて、HT7730を試してみた。

MOS-FETを使ってJoule Thief回路を組むと、性能はアップするのだが、過大な電流を消費し、それを制御する方法が見つからない。
抑え込もうとすると、効率が低下する。
発振回数を低下させるPFM方式を取り入れたいのだが、いかんせん素人では難しい。
HT77XXシリーズは、それをやっている・・ようだ。

★HT77XXは200mAまでしか供給できない。
また、電流制御も出来ない。そこで制御付き発振器として利用する目論みです。

試験回路は至って簡単。綺麗に発振してくれました。

Ht7730

但し、ここまで来るのに紆余曲折が。

LX端子はコイルを付けろ、とある。
適当に抵抗をかませてみたら、見事に発振してくれた。
約200KHzで、安定している。
この端子は内部の回路の電源も兼ねているようだ。

1KΩでも働くが、300Ωの方が方形波の形が綺麗なのでこれに固定。
この出力をMOS-FETのゲートへ供給する。

Vout端子の方が問題。
名前はともあれ、これは制御端子だ。
この端子が3.00V(HT7733では3.30V)になると発振が止まる。
それ以下だと200KHz Duty75%で発振している。

Photo
当初メーカーのdata sheetにあった、この等価回路図を信じて、試しに10KΩを介して電圧をかけたところ、3.0V-off、2.5V-onという、大きなヒステリシスが見られた。
コンデンサーを入れても無駄。
そこで2KΩのボリュームで3.5Vを分圧してこの端子に入力した所、ヒステリシスなしでon-offを制御できた。
制御電圧は3.00Vぴったしでとても気持ちが良い。
その僅かに下の電圧2.95V当たりから発振の間引きが始まり、PFM状態になり、3.00Vで発振が止まる。

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HT7730の入手が難しかった。Aitendoという店で見つけて購入。
最初、秋月でHT7733しか入手できなかったので、それで、試してみました。
LEDの点灯の制御には、より低い電圧の物が欲しいのでHT7727がbestなのだが、日本では入手できません。やむなくHT7730を使います。

何とか3.5V位の電源を作り出し、それを利用して発振をstopさせる戦略です。

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マラソン練習用の懐中電灯の計画

●1.2VNi水素単三蓄電池 ⇒
●Power MOSFETと良質なコイルによる強力な発電 ⇒
●HT7730を利用した発振と制御 ⇒
●大容量LEDの電流検知とHT7730へのフィードバック

簡単なJouleThiefのつもりがとんでもないことになってきました。

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本日の家庭菜園(2016/4/1)

相模原市の市営の家庭菜園が当って、今日から使用可能になった。
歩いて2分の所にあり、馬糞集積場もある。
夕方に下準備をしてきた。
20m2で5mの4畝なので、日々食べる野菜を育てるのに
ちょうど良い感じです。
馬糞をガバっと入れてきました。

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そして、今日は何と相模原市の農業委員の任命式でした。

従来、この委員は、農家の有力者が地域から推薦されて
農地の転用の許可(の実態確認)などが業務でしたが。
今年からアベノミックスのTPP対策もあり、農業推進も業務となり
自薦したら、任命されてしまいました。

任命式のあとで一回目の会議があり仕事の説明が
ありましたが、やはり旧来の許可作業が大半のようです。

Dsc_0570_2

そして、任務にあたるときは、スーツに バッチを付けて、
来てくれとのこと。
会社員の時にも社員証を着けたことが無かったのに。

多少は家庭菜園の経験が役立つかも。

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