« 2018年7月 | トップページ | 2018年9月 »

2018年8月

DC/DCコンバーターHT7730の裏技解析-8(追加)

Friendship 7さんのブログによると小電流でも高い変換効率が得られているとのこと。
http://eleclabyrinth.blog.fc2.com/blog-entry-99.html
これは「DC/DCコンバーターHT7730の裏技解析-8」に書いた結果とだいぶ違う。
そこで、上記の回路の定数通りに回路を組んでみた。
その結果1.5V電源で1.78mA出力で、DC/DCコンバーターの変換効率は74%となった。
HT7730の動作をオシロを使って調べてみた。
Photo
(画面をクリックすると拡大します)
赤色がVoutの電圧。
青色がLX端子の電圧。
(LEDへ印加される電圧は若干のリップルがあるがそこそこ平滑化されている)
Voutの電圧を見ると、31KHzでHT77をon-offしている。
(HT77はVoutが1.0V以上であれば正常に働き、0.6V以下だと休止する)
この1サイクルの期間の28μsecのあたりで、HT77は約3μsecの綺麗なパルス(on)を一発出力する。(0V付近がon)
その後しばらくはVoutからの電圧が0VなのでHT77は休止状態になる。
結果としてduty 10%程度の正常な発振が行われていることになる。
これは、正規の制御をおこなった状態に似ていて、高い変換効率が達成されている。
周波数が低いのでインダクタンスを大きめに設定して効率を高めている。
出力の平滑コンデンサを小容量にして脈流化し、電流検出抵抗の電圧が上下してTrをon-offさせ、Trに結合したVoutの電圧が、HT77をon-offさせている。
その結果、0.8V前後の効率の悪いモードを利用していない。

遠回りしたがやっとながらやっとFriendship 7さんが考案した回路の動きを理解することができた。

| | コメント (0)

DC/DCコンバーターHT7730の裏技解析-7(結論)

【8/17加筆】
HT77XXを正規の制御電圧ではなく、0.8~1.0V付近で制御することが可能なのだが、効率があげられない。
 
そこで、その制御の回路でDC/DC変換効率を測定してみた。
(以下HT7730を利用して測定した)
 
グラフを描くつもりで測定したが、うまく描けないので結果の一部と結論をメモした。
 
コイル:比較的大きな47μH
制御電圧(Vout):0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2V
入力電圧:2.5V (1.5Vでも追加の実験を行った)
 
左の数字が制御電圧。
負荷抵抗を 295, 197, 99.2, 50Ω と変えたときの抵抗両端の電圧と、入力電流を測定して変換効率を算出した。
---------------------------
0.8V  21,  35,  38,  38% (発振波形乱れ)
0.9V    56,  55,  50,  38% (発振波形やや乱れ)
1.0V    79,  80,  79,  48%
1.2V    85,  88,  83,  --
---------------------------
※1.1V以上だと制御の範囲を超えている。
電源が2.5Vの場合、5mmφの白色LEDの印加電力(3V×20mA=60mW)だと、制御電圧0.8V以下にする必要がある。
それだと、とても効率が悪くなる。(実用的ではない)
 
制御電圧1.0V付近だと≒200mWの出力がある。
このあたりのLEDなら使える。
 
【結論】(8/17加筆)
★2.5V電源の場合:200mW程度を駆動できる。
★1.5V電源の場合:70~90mWを供給するのに利用できる。
  (砲弾型LEDを20mAで点灯すると消費電力は75mWで、効率が良い領域で利用できる。 
   この時のメリットは、制御回路が簡単に組める点にある。)
 
例えば、Vfが2.7V以下のLEDを、電流検出をケチケチで0.3V以下(合計3V以下)で使用するような場合に限定されると思う。
 
■ちなみに、正規の制御電圧を利用した場合には、希望する(3V以上の)電圧を、抵抗で分圧して3.0Vとして制御端子(Vout)へと印加することで、出力電圧を嵩上げできる。

| | コメント (0)

DC/DCコンバーターHT7730の裏技解析-6

【2018/8/17の記事を参照されたい】
「DC/DCコンバーターHT7730の裏技解析-7(結論)」
http://jyougasaki-2.cocolog-nifty.com/blog/2018/08/dcdcht77307-6e8.html
-------------------------------------
HT77XXは定電圧を供給するDC/DCコンバーターだが、熱暴走しやすいLEDを点灯するには定電流の機能を付与する必要がある。
Voutを低電圧側で制御するとその機能を発揮できる。
出力の高電圧側からだと正帰還をかけるのだが、それを簡単(1石で)に実現するにはbase接地(gate接地)増幅回路で行えばよい。Trだと固定のバイアス回路が必要だ。【図9】
で固定バイアス回路の必要が省けるJFET(PNP)の使用を試みた。
手持ちにないので、通販とか調べると、我が家の近くの町田のサトー電気の在庫の中にあったので早速買ってきた。
011_2
【図11:HT77をJFET(PNP)で制御してみた】
2SJ105Yを10個買ってきてIDssが最小の物を使った。
(小出力JFET(PNP)でIDssが小さい物なら他の物でも使えると思う)
一応これで動いています。
10Ωによる電圧降下は0.170Vで、設計の0.2Vにはならなかった。
これでLED1灯⇒2灯で電流が7%の増加に抑えられた。
かなり良い値だ。
電流検出抵抗を20Ω⇒33Ωと増やすと(それとともに820Ωも増やす)感度が上昇して、定電流の性能はかなりupする。
しかし希望の電流は今のところ得られていない。
【結論】:使えます
◎回路が簡便!
◎定電流性はそこそこ良い。
△HT77をフルパワーで働かせないモードなので、20mA以下でしか使えない。
-------------------------------------
【2018/8/17の記事を参照されたい】
「DC/DCコンバーターHT7730の裏技解析-7(結論)」
http://jyougasaki-2.cocolog-nifty.com/blog/2018/08/dcdcht77307-6e8.html
-------------------------------------

| | コメント (0)

DC/DCコンバーターHT7730の裏技解析-5

前の書き込みでJFET(PNP)を使う可能性について書き込んだ。
PNPは手元にない。ので、NPNを使って試してみた。
009
【図10、HT7730と2SK30を利用した定電流電源】
Voutの制御が正規の3.0Vなので正帰還をかける必要がある。
で、FETのgate接地を試みた。
定数の設定がシビアなのだが、466Ωをトリマにすれば最適値は設定できる。
この回路の電圧増幅率が、なんと≒1なので感度は悪い。
(1KΩではなぜか起動しない(★下に考察あり))
LED1灯⇒2灯 で 20mA⇒25mA と25%upなので、これまでの回路で最悪だ。
電源電圧は3.26V⇒3.19V と制御はされている。
ハンダごてを当てて加熱した場合も23mAで暴走しない。
Power LED を60mAで点灯させてみたが、制御はされている。

【結論】
Trを利用したbase接地回路と回路の考え方は同じだが、回路が簡単なので、そのメリットは大きい。(簡単なのは気持ちが良い)
しかし、Trの方が増幅率は高く、それに比べて、FETを利用したこの回路の方が定電流性は悪い、が、LEDの熱暴走を抑え込む十分な機能はある。
【改善の可能性】
電流検出を10Ω(0.2V)で行っているが、これを0.6Vとかに増やせば、それによる感度上昇と、合わせてバイアス深くなって、FETの出力電流が減るので、466Ωの抵抗を増やせる。これによっても電圧増幅率が上昇するので、感度(定電流性)は上昇するはず。
但し、その分ロスは増える。どこで妥協するか?

★HT77の起動前はLEDに電流が流れず、10Ωの両端に電位差が無いので、0VバイアスでFETの抵抗値は低い。
よってVoutの電位が低められ、起動しないのだと思う。
一回起動すると、動作は安定している。
FETのドレインに直列に1KΩ程度の抵抗を入れれば、起動時の電圧を確保できそうだ。

| | コメント (0)

DC/DCコンバーターHT7730の裏技解析-4

【2018/8/17の記事を参照されたい】
「DC/DCコンバーターHT7730の裏技解析-7(結論)」
http://jyougasaki-2.cocolog-nifty.com/blog/2018/08/dcdcht77307-6e8.html
-------------------------------------
【8/3 追加した】
Friendship 7さんのブログで、HT77XXのVoutを1.0V以下で、
出力された高位の電位側からPNPトランジスタを利用して
制御することを試みている回路を拝見した。

裏技的な使い方は、ここへNPNなら負帰還をかけなくてはいけないが、
その方法だと、電流検出抵抗の高位の電位からの変化を正帰還する必要がある。
Friendship 7さんは、エミッタ接地回路を利用して、2個のトランジスタを利用して帰還をかけていた。
今回、ベース接地回路を利用して一個のTrで正帰還をかけてみたら、うまく働いた。
慣れてきたせいか、これまでの回路の中で最も性能が良かった。
Ht771830ura
【図8:HT7730を裏技で制御してみた(改)】
電流検出抵抗を5Ω(電圧ロス≒0.12V)と2.2Ω(電圧ロス≒0.07V)の二種類でテストしてみた。
R1をトリマ抵抗で設定すれば、正確に電流値を決められる。
電源電圧を変動させると電流値は変動するが、そう大きくはない。
また、今回はLEDを一個、と二個並列、と点灯させて、電流値を比較したが、電流の変動は無かった。
powerLEDを点灯させたところ、10%ほど電流が低下した。
2SK65の定電流特性がギリギリのところで使っているので、出力電圧が下がって(2.7V)来ると電流値が減って2SA1015のbase電位が下がってしまったせいだ。
2SK30を使えば多少は改善されると思う。
Voutに供給される電位は0.9~1.0V付近をふらついていた。
なお、効率は試験したブレッドボードでも80%程度とかなり良い。
---------------------------
【定電流素子に2SK30を利用してみた(8/3)】
Ht7730ura
【図9:HT7730を裏技で制御してみた(改2)】
定電流素子として2SK65に変えて2SK30を利用してみた。この場合には電流を減らすために部品が一個増える。電圧の設定が微妙なので5回転のポテンショメータ(5KΩ)を利用した。2SK65に比べて定電流特性が格段に良く1.5V付近まで使える。
LED1灯⇒2灯、⇒Power LED と変化させても電流は変化しなかった。
問題は、2SK65を利用した場合には3.7K両端の電圧が温度と負の相関があるのに対して、2SK30+3.2Kの場合は正の相関がある。これだとTrのVbeの温度特性と逆の関係で、環境の温度が上昇すると多くの電流が流れることになる。が、試していない。
定電圧素子としてMOS_FET(IRLML6402 Vgth=0.748V)を試みた。定電圧特性は良くないが、温度と電圧が負の相関なので、環境温度の変動が大きい場合はこちらの方が良いかもしれない。
(MOS_FET単体では定電圧特性が良くないが、定電流素子と組み合わせると、安定な定電圧が得られる)
★base接地の、baseの電位を固定することを考えたが、限定された使用場面(例:LED1灯)では、電圧の変動幅も小さいので出力を分圧するだけで十分な性能が得られるかもしれない。・・・と考えた。
温度が上がってLEDのVfが低下し暴走状態に入ったときに、それを抑え込もうとPNP Trが働くと、出力電圧が低下し、そうするとbase電位も低下し、より強く制御がかかる。
と考えると、base電位を定電流(定電圧)にするよりも、回路の性能が上がるような気がする。
【やってみました】
ダメでした。base電位がフラフラすると動作が不安定になる。(Trのbase電流が流れるので)
P-MOS+抵抗分圧でもやってみたが、これもダメ。
base接地回路は動作点の設定がシビアなので、難し感じです。
で、考えたのだが、JFET(PNP)があれば、gateを出力電力線の高位の電位に固定できるので回路が簡潔になる。
・・・手元にそんなものが無いしね。
-------------------------------------
【2018/8/17の記事を参照されたい】
「DC/DCコンバーターHT7730の裏技解析-7(結論)」
http://jyougasaki-2.cocolog-nifty.com/blog/2018/08/dcdcht77307-6e8.html
-------------------------------------

| | コメント (0)

DC/DCコンバーターHT7730の裏技解析-3

DC/DCコンバーターHT7730の裏技解析-1 の図4で、(案)としていたものを、実際に試してみた。HT7718は入手できないので、HT7730を使っていますが。
Ht771830
【図7:HT7730を基本技で定電流電源として利用する】
HT77XXの基本の制御方式はVoutへ正帰還をかける。Trを一個を通常の回路で使うと負帰還になってしまう。そこで、この回路では制御用のTrをbase接地(emitterから信号を入力)増幅回路を利用している。
そのためには固定されたbaseの電位を作り出さなくてはならないが、考えてみたら、Voutは3.0Vに強く固定されている。よって抵抗で分圧するだけでそれに必要な安定な電位を作り出せる。
定電流素子を利用した場合と部品数は変わらないが抵抗の方が安い。
102と331は、無くても機能するが、付けると動作が安定し、効率が若干(数%)上昇する。
この試験には白色5φLEDを利用し、3.22V印加し、20mAで点灯した。
制御に必要な電圧も加えると全体としておよそ3.5Vの電源が必要だ。
HT7730は3.0Vで制御するように設計されているので、その差の≒0.5Vは2.2KΩの電圧降下で得ている。
実際に作ってみると、base電位の設定が微妙で、6.67KΩはトリマ抵抗を使って設定した。
LEDをハンダごてで加熱(≒80℃になる)すると、定電圧の場合は40mAまで電流が流れ、暴走するが、この回路では≒10%の電流増加に抑えられた。
LED点灯用の電源としては十分に使えると思う。

| | コメント (0)

« 2018年7月 | トップページ | 2018年9月 »