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2018年9月

今週のマラソン(2018/9/8)

今シーズンの最初のマラソンを小金井で走ってきました。
非公認ですが、シーズン初めの肝試しとして、毎年走っています。
例年、惨憺たる結果でしたが、今年も一段と厳しかったです。
15kmあたりで体の動きが悪くなって、22kmでギブアップ。
気温も32℃を超えて、主催者が自粛を呼び掛けていたのを言い訳に
終わりにしました。
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ところで
過去の様子をチェックしていて大変なことに気が付きました。
今年の気温がとても高いのです。
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2011    26→30℃
2012    25→27℃
2013    不参加
2014    20→23℃
2015    21→28℃
2016    24→28℃
2017    21→26℃
2018    29→32℃
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年によって開催日時が異なりますが、
(数年前までは9月第二週)
それにしても違いすぎます。
今年がとてつもなく暑い年だということがわかります。

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タイマー付きトグルスイッチ-2

タイマー付きトグルスイッチ-2

【目的】
■誘眠用に読書をする。読書中は余計なことを考えないせいか5~10分でコテッと 意識がなくなる。
読書灯は付けっぱなしになるため、「消さなくちゃ」と思うと意識が覚醒する。 これじゃ誘眠にならない。
自動的に数分後にSWが切れる枕元の読書灯が必要だ。
既に、それを作って使っていたが、改良を考えた。

(1)LED点灯用のIC(LTC3490)を使って、そのsleep機能を利用していたが、タイマーで消灯した場合にはICが結構電池を消耗するらしい。これを減らしたい。

(2)自動的に消灯した後に、再点灯する場合に、トグルはon状態なので、再点灯にはトグルを一旦offにするプッシュと、onのプッシュの2回のプッシュを行わなくてはならない。これが煩わしいので一回で済ませたい。(旧機は機械的なトグルSWだが状況は同じ)
即ち、タイマーoffのシグナルを、トグルに対して強制的なoffシグナルとし、上の一回目のoffプッシュを省けないか。

【設計】
今回はインバーターが6回路入ったICを利用した。 手持ちの物は3V駆動だったので、2Vでも駆動できる物を購入した。
(1)双安定マルチバイブレーターを利用したトグルスイッチ。

(2)(offがプラス、onが0V)off→onのトグルの出力電圧の下降を微分してPNP-MOSをonし、300μFを充電し2.5Vとする。
on→off時のトグルの出力電圧の上昇を微分してNPN-MOSをonし、300μFを放電する。

(3)300μFに充電された電荷は5.1MΩによって放電される。
その電圧が≒1V以上ならインバーター③はon、以下ならoffとなる。
これで、PNP Power MOSを駆動する。

(4)off時にインバーター③の出力電圧の上昇を微分して、2.5Vから下降する1発のパルスを発生する。これでPNP-MOSを一瞬onにして、トグルを強制的にoffさせる。

(5)LEDの駆動はCX2601を利用する。

【実際】
回路の各部分はブレッドボードを使用して試験して動きを確認した。しかし、実際にそれらを組み合わせて、全体を組んでみたところ、うまく動かない。

(1)平滑回路なしでCX2601を動かすとノイズが大きすぎて動作が安定しない。
[対策]平滑回路を入れた。
 オシロが無いと、この不具合の原因は分からなかった。これでだいぶ動きが安定化した。

(2)コンデンサを利用したタイマーの電圧変化は非常に緩やかなのでoff状態に近づくとインバーター③の出力は1V付近の電圧をゆっくりと変化する。すなわち Power-MOSのVg(th)付近の通過に時間がかかり、出力電圧の変化が急激でない。
そのためCX2601に供給される電力が半端となり、このICの動きが不安定になり、IC高速のon-offをしばらく繰り返す。
また、offすると電源の電池の内部抵抗による電圧降下から解放されて電源電圧が僅かに上昇する、するとインバーター③はon状態になる。これが繰り返され一種の発振状態になる。

このバタつきがトグルへの信号となって働きが不規則になる。

[対策]インバーター③一個ではoff波形のキレが悪いので、2個インバーター④⑤を
追加し波形を整形して、Power-MOSをドライブした。これにより動きは安定した。

(3)消灯時間が計算した時定数よりだいぶ短くなる。
 タイマーのコンデンサへの充電が不完全。何度やっても不十分な充電にしかならない。
 ディスクリートで組んだ回路では全く問題なかった。

[対策]微分に利用しているCRの値を変更して充電時間を延長した。
 ディスクリートに比べて、インバーターICの出力が急峻でなく微分の出力が小さいものと想像する。
 これでも不十分だったので、充電電流を制御する20Ωの抵抗を撤去した。
 300μFの充電には大きな電流が流れると予想して抵抗を入れていたが、実際にはこのMOS-FETのon抵抗が10Ωほどあるので、一応、最大定格以下に治まっているはず。

 タイマーには、計算値より大きいコンデンサにしないとちょうどよい時間(≒6分)にoffしないが、どこが原因かは不明。ICの入力の漏れ電流かもしれない。

(4)SWには大型のタクトスイッチを利用した。
寝ぼけていてもon-offできる。
最終的な回路は;
(電源は単三Niスイ×2)
_ver2    
【クリックで拡大します】
[タイマー付きトグルスイッチver2。ワンクリックで再点灯]
 
Cx2601_2_3
[LED点灯回路。]
LEDには1Wの電球色を利用した。
変換効率も考慮するとLEDには0.5W程度が供給されている。本を読むのにはこのくらいの明るさが良い。
コリメーター(反射鏡)には広角なものを利用した。
toggle switch using bistable multivibrator with 6min timer

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DC/ DCコンバーターCX2601, YX8115, H004fを試してみた。

【2019/1/13追記あり(文末に)】
100均のLEDランプにはDC/DCコンバーターが使われている。
ICとインダクタの2個の部品で構成されている。
まともなdata sheetも見つからず、大したICではなさそうな感じはする。
これまで使っている高機能のDC/DCコンバータLTC3490に比べると桁違いに安価だ。
しかし、制御端子が無いが、例えばTr1個程度で制御できれば、儲けものだ。
先ずCX2601を端してみた。data sheetは見つからない。
元の基盤を参考に下図の回路を組んでみた。
Cx2601
元の回路は10μHのインダクタが使われていて、電源は1.5V。
 
Vinの電圧を変えてみたが、1.5V以上で大きな変化なし。
その他色々試したが、この端子を利用してCX2601を制御するのは不可能と思われる。
 
そこで、YX8115のマニュアルに書かれている如く、インダクタの値を変えてみた。
見事にインダクタの値と反比例する如く、電流値が変わった。
(電源1.5V、電源電流で測定)
3.3μH  400mA(効率が著しく低下)
9μH  250mA(自作)
10μH 175mA
15μH 140mA
50μH 100mA
また、2.5Vで駆動した場合は
22μH  250mA
33μH 195mA
最初、下図の如くSBDとコンデンサを入れて駆動していたが、外しても効率やLEDの見た目の明るさに差が無いのでこの回路の実用的な回路とした。
 
100均lEDライトは結構まっとうな使い方をしているらしい。
 
ところで、LEDは電流を制御しないと容易に熱暴走する。
今回のテストでは、LEDを並列に2個並べても電源電流は全く変化しなかった。
良く制御されているようだ。
(電源電圧の変動には敏感だが)
 
マニュアルは見つからなかったが某ロシア語のサイトに内部回路図らしき絵が掲載されていた。そこにはスイッチングMOSのソースのアース側に抵抗が書かれている。
実際に熱暴走が抑制されているので、そこには電流検出の回路が組み込まれていると読める。
 
この簡便な回路を他の電子回路と組み合わせたところノイズが酷く、動作が不安定になったので平滑回路を加えた。
Cx2601_2_4
これで実用的には問題が無くなった。
 
単独で使う分には最初の回路で十分だ。
充電池は内部抵抗が低いので入力側のコンデンサもいらない。
 
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他の100均lEDライトのDC/DCコンバーターICも試してみた。
これらも同様な動きをした。
テストは上の図を用いた。
但しVinは出力側のSBDの後ろに結線した。
電流は電源側で測定。
 
【YX8115】
(電源2.5V)
15μH 700mA (ICが著しく発熱。)
22μH 620mA (IC 50℃)
33μH  605mA
(電源1.24V)
10μH 400mA
15μH 400mA
 
【H004f】(最初の文字は解読不可能)
(電源1.25V)
9.6μH  60mA
33μH  20mA
47μH  14mA
これらのICでも熱暴走が抑えられている。
 
1
YX8115を電源1.35V インダクタ29μHで駆動した場合の出力波形。
 
LX端子の波形(青)を見ると、出力Tr(MOS?)がonのときに、電圧がゼロにならずに、僅かに電圧が残っている。  赤線はLEDの波形。
この電圧は、Trだと0.1Vぐらい、良質のMOS-FETだと0.05V位になるはずだが、この電圧はちょっと高い。
グラフを読むと;
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           on時のLX電圧 LED電圧 電源電流
1 LED   158mV            2.80          115mA
2 LED   191mV            2.74          118mA
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LEDの内部抵抗が半分になっても、暴走をしっかりと抑えこんでいる。
たぶん50〜100mV位が電流検出に使われていると思う。
 
安価で、且つ、安直なICではあるが安心して使えるICと言える。
 
但し、電源電圧の変動には全く対応していない。
出力電圧が安定している充電池なら充分に使える。
 
YX8115のマニュアルにはもっと大きな電流を出力できるとある。
しかし、ICの耐熱性からすると電源電流600mAが上限であろう。
【追記2109/1/13】
YX8115とH1004のVin端子を試してみた。
1V付近で変動させると発振周波数が変動した。これを制御端子として利用できそうだ。
DC/DC converter

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