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Joule_thiefの検討(16) マルチバイブレーターを使って成功です。

Power MOS FETでJoule thief を動かそうと試みて随分時間が経過した。
簡単にはいかなかった。発振のduty cycleの比率を変えれば良いとは分かったが、うまい方法が見つからなかった。

マルチバイブーター(multivibrator)は簡単にduty cycleを変えられる(実際には周波数も変わってしまうが)。それに比例して出力電力も変わる。
対称形に配置されているTrの時定数を非対称にすればduty cycleが変わる。

昇圧回路の出力の電流を検出して、発振の時定数を決めている一方の抵抗にfeed backを戻せば、制御は完成する。
この回路では、100%では無いがしっかりと制御が効いています。
実際にはカット&トライの微調整をしましたが、ほぼ計算どおりに出来上がりました。
555を使うよりも簡単でした。
Joule_thief2
★クリックすると拡大します

2SK65Qは、IDssが小さいのでどこかで使おうかと入手してありました。実測すると1.5~5Vの範囲で≒170μAで定電流ダイオードとして使えます。回路の個所では2Vの電位差があるので余裕で使用できました。
この定電流と2KΩ(+0.34)を使って、電流検出抵抗(0.33Ω)の両端の電圧を、、2SC2240を制御する電圧の約0.47Vに嵩上げしてあります。
ダイオードのVfで電圧を変更するよりも選択肢が広がり、安定した制御ができました。

この回路では電源電圧が2.5Vの場合、LEDを氷冷/加熱したところ、電源電流は0.585A⇒0.595Aと強く制御されています。暴走は起きません。
但し、電源電圧を変動させると電源電流は変動します。定電力とまでは行っていません。Hfe=700のTrを制御に使っていますが、それでも増幅率が足りません。制御回路に使っている抵抗の選択肢が狭いです。

Power MOS-FETの出力波形を示します。電源電圧を変動させて、無理やりFETの電流を変動させています。横軸の1目盛りが10μsec、約55kHzで発振しています。電圧が低下して0Vに近い時間帯がFETがonしているところです。

3
【出力電流250mAの場合】duty≒47%

1
【出力電流350mAの場合】duty≒37%。(設計の中心。)

2
【出力電流500mAの場合】duty≒23%
過大な電流が流れるようになると、onの時間が短くなって暴走を抑えます。

【結果】
いずれの条件でも、電流検出抵抗を含んだ変換効率は約80%と良好です。

回路が複雑になってしまいましたが、とにかく完成して嬉しいです。

ここまでに、大学ノート2冊分の試行錯誤とデーターをとりました。

astable multivibrator

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