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【実験#001a】エネループを充電後、充電器の中に1年近く放置してみた

『【実験#001】エネループを充電後、充電器の中に放置したらどうなるのか?』で、充電したエネループを最大約50日ほど充電器の中に放置してみて、1年後どれだけ残っているのか予想してみました。
そのときのグラフがこちら。
充電器放置360

その後実際に1年近く、エネループを充電器の中に放置してどうなるか検証してみました。
そのグラフがこちら。
batt_discharge.jpg
驚くべきことに、1年後でも8割程度の容量が残っていることがわかりました。これはエネループの自然放電と大して違わない値です。

●結論(修正)
エネループを充電器にセットしたまま放置しても、大して放電は進まなかった!
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高電圧スイッチング電源が驚異の効率92%を記録。

現在設計中の高電圧スイッチング電源ですが、とりあえずバラック状態で組んでみました。
KIMG0157_1.jpg

この状態で試運転をしてみて、入出力特性を測定してみました。
Hi-V_SW_REG-2.jpg

テーマ : 実用・役に立つ話
ジャンル : 趣味・実用

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【実験006b】トランスの飽和電流の製品による違い

前回の実験と同じ条件で、別のトランスの自己インダクタンスの変化も測定してみました。
トランス直流重畳4
T1200はT600と同じ東栄変成器製の、倍くらいの大きさの出力トランスです。
MPT-2062は、AC200V入力、AC8V出力の電源用トランスです。

このグラフを見ると、T1200は大きいだけあって自己インダクタンスも大きくなっていますが、飽和電流はそんなに増えていません。
一方で電源用トランスは特徴的で、T1200よりもさらに一回りほど大きいにもかかわらず、自己インダクタンスは低く抑えられ、飽和電流はかなり大きくなっています。これは入力に高い電圧がかかることから自己インダクタンスを犠牲にしても飽和しにくいように、また電圧降下率を小さく抑えるためにギャップを大きめにとっているものと考えられます。
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【実験007a】定電流回路の追試

【実験007】定電流回路の特性を調べてみたの回路は、もともと真空管「300B」のヒーターを点灯するのに使われていた回路で、電流は1.5Aの設定でした。
なので、本来の使い方で追試をしてみました。
定電流回路_2
ベースバイアスは12Vの固定電源とし、コレクタには別に可変の電源を用意して、コレクタ電圧を変化させてみました。
定電流回路_Graph_2
コレクタ電圧を14Vから下げてゆき、7Vくらいまで変化させましたがやはり電流値はピクリとも動きません。このときの電流は1.452A。計算上は1.483A(2.465V÷1.662Ω)なので、誤差は-2.1%です。Rsに5%誤差の酸化金属皮膜抵抗を使用したので、妥当な誤差範囲でしょうか。
コレクタ電圧が5Vまで下がるとわずかに下がって1.450Aになり、そこからはだんだんと電流が減っていきました。
300Bのヒーター電圧は5Vですから、この回路を使う限りでは電源電圧は10V以上あればよいということがわかります。

ちなみに、ベースバイアス抵抗が10kΩと大きな値になっていますが、トランジスタをダーリントン接続にしているためにこれでも十分で、ためしにこれと並列に4.7kΩを接続してみましたが電流値は変化しませんでした。
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【実験006a】トランスに直流電流を流した時の自己インダクタンスを測定しなおしてみた

【実験006】トランスに直流電流を流すと自己インダクタンスはどう変わるのか?では、DCアンプを用いて直流と交流を重畳させた信号を印加して特性を調べてみましたが、少し疑義があって【実験007】定電流回路の特性を調べてみたで作った定電流回路を用いて、トランスの直流重畳時の自己インダクタンスを測定しなおしてみました。

それがこちら。
トランス直流重畳2
以前の実験では、インピーダンスの落ち方がわずかでしたが、こちらでは12~3mAのあいだでがくんと落ちています。

これを、縦軸を対数軸にして表示してみます。
トランス直流重畳3
12~3mAで、ほぼ綺麗な折れ線になっています。

つづく。
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【実験007】定電流回路の特性を調べてみた

「ラジオ技術」2014年9月号61ページに紹介されていた定電流回路(第7図)の特性を調べてみました。
定電流回路
記事ではこの回路をヒーターの点灯回路に使うため、Rsを1.66Ωとして1.5Aの定電流回路として使用していますが、これを私はトランスの励磁回路に使うため、1~50mAの定電流回路として使用します。

実際の回路としては、Rsに2.2kΩを固定で接続し、追加で並列にいくつかの抵抗を接続していく方法にしています。

その特性がこちら。
定電流回路_Graph
電流の少ない順に、Rs=2.2kΩ・2.2kΩと1kΩの並列、2.2kΩと470Ωの並列、2.2kΩと220Ωの並列、2.2kΩと100Ωの並列、2.2kΩと47Ωの並列となっています。
おおむね、電源電圧が9V以上あればほぼ完全な定電流回路となっています。3・5桁のデジタルテスターで最小桁が1変わるかどうかぐらいの安定度です。動作抵抗はほぼ無限大といっていいと思います。
(なお、電流測定用に出力に100Ωの抵抗を接続して測定しているため、最大の電流のグラフはその影響を受けているようです。)
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【実験006】トランスに直流電流を流すと自己インダクタンスはどう変わるのか?

鉄心を持つインダクタに直流電流を流すと、自己インダクタンスが減少する現象はよく知られています。
では、実際に販売されているトランスで、どの程度流すとどのくらい減少するのでしょうか?

実際に計ってみました。
トランジスタをエミッタフォロワに組んでDCアンプを構成し、直流バイアスがそのまま出るようにします。
入力に交流信号源を接続すると、出力には直流の重畳された信号が出てきますので、それを電流検出抵抗として100Ωを介してトランスに流し込みます。そしてその抵抗とトランスの巻線の交流電圧を測定することで、それぞれの値からリアクタンスが計算でき、そこからインダクタンスが割り出せます。
ちなみに、ここで測定できるのはあくまでインピーダンスの大きさですが、その抵抗成分はとても小さいので、実際にはほぼリアクタンスと同値とみなします。

測定対象は、本体の小さい順に
 ・SL-06080(菅野電機研究所:電源用トランス)
 ・J0902(東洋変成器:電源用トランス)
 ・T600 7kΩ(東洋変成器:シングルアンプ用出力トランス)
 ・MPT-2062(メーカー不明:電源用トランス)
 ・J253(東洋変成器:電源用トランス)
全て一次側(巻線の多いほう)で測定します。
KIMG0043.jpg
奥左から、MPT-2062、J253。
手前左から、SL-06080、J0902、T600 7kΩ。

その測定結果がこちら。
トランス直流重畳1

直流重畳電流1mAのときの交流インピーダンスを基準に、それが半分になるときの直流電流値を並べてみると、面白いことにその順番が、ほぼ本体の大きさの順番どおりになっています。※写真ではMPT-2062のほうがJ253よりも大きく見えますが、重量はJ253のほうが若干重い。
電源用であるJ253が70mAもの直流電流を流せるのも意外ですが、シングル用として販売されているT600が、高々23mAでインピーダンスが半分になってしまうことも驚きでした。もう少し流せるものと思っていましたが、安いものには安いなりのわけがあったということでしょうか。

つづく。
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【メモ】トランスの巻線抵抗

SL-06080(菅野電機研究所)
 1次:743Ω 2次:28.6Ω
PL-20045(菅野電機研究所)
 1次:72.6Ω 2次:4.6Ω
MPT-2062(不明)
 1次:213.1Ω 2次:0.4Ω
T-600(東栄変成器)
 1次:390Ω 2次:0.7Ω
J253(東栄変成器)
 1次:61.9Ω 2次:0.1Ω
J0902(東栄変成器) ※8/25追記
 1次:352Ω 2次:6.1Ω
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【実験005】半波倍圧整流回路と全波倍圧整流回路の出力特性の違い。

半波倍圧整流回路と全波倍圧整流回路で、出力特性に違いがあるのかシミュレーションしてみました。


まずは半波から。
半波整流rect_double_half.jpg

つぎに全波。
全波整流
rect_double_full.jpg

見比べると、まずリップル電圧に大した差がないことがわかります。
これは意外でしたが、よく考えてみると当たり前なことに気づきます。
リップル電圧はリップル周波数と平滑コンデンサの容量、そして出力電流で決まります。
半波整流に比べ、全波整流だとリップル周波数は倍になりますが、一方で平滑コンデンサの容量は直列接続のために半分になっているのです。よって、リップル電圧に差はなくなるということがわかります。

次に、平均電圧を比べてみると半波のほうが若干低くなることがわかります。
平均電圧は平滑コンデンサの電圧の平均です。全波整流の場合だと2つの平滑コンデンサにはそれぞれAC入力から直接充電されるため、その合計の電圧すなわち2倍の電圧が維持されます。
一方で半波整流だと、平滑コンデンサC2にはAC入力の電圧とC1の充電電圧が加わります。このとき、C1の電圧は、C2を充電するとどんどん落ちていくことに注意しなくてはいけません。よって、C2の電圧はAC入力の電圧よりも低くなることになります。


このため、次段にレギュレータを入れる場合には半波整流は不利なことがわかります。
一方で入出力に共通の接続があることがわかりますから、ノイズなどが問題となる回路には半波整流のほうが役に立つことがあります。
但し、今回のようにAC直接整流を行う場合には、この共通接続のほうがコンセントの接地側になるようにしないといけません。この共通接続は往々にしてケースに接続されたりしますが、このときにコンセントを逆に差したりすると、ケースに触ったときに感電してしまいます。

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【実験004】コッククロフト昇圧回路のエミュレーション

コッククロフト昇圧回路のエミュレーションをしてみました。
入力電圧と各コンデンサの端子電圧・電流、および出力電圧・電流を計算しました。
コッククロフト_001
Rs=0.1Ω、C1~C4=10μFで計算しています。

まずは電圧。電源投入から2秒間の波形です。
※横長のグラフを縦に回転してあります
rect-quad-half-1.jpg
出力電圧が、意外にもなかなか上がりきらないことが判りました。

次に電流。こちらは電源投入から0.3秒間の波形(時間を引き延ばしている)です。
※横長のグラフを縦に回転してあります
rect-quad-half-2.jpg
非常に複雑な流れ方をするようです。

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プロフィール

@ぽっけ

Author:@ぽっけ
底辺Makerを自負する@ぽっけが日々製作している「初歩の電子工作」の記録です。
自分で「あっ、あれ欲しい!」と思ったものを猪突猛進、地で製作しています。

★略歴

電子工作は中学のとき、授業でやるよりも早く自分で始めました。・・・といっても小遣いも少なく技術も未熟だったので、ラジオを作るのさえもやっとでした。

高校・大学でも工作を続け、大学在学中にようやくトランジスタ回路の基礎が理解できるようになってきました。

大学卒業後はメーカーに就職し設計職で忙しい毎日を過ごす中で工作からは遠ざかっていましたが、事務職に配転となり時間に余裕ができてまた工作を始めました。そんな中で2011年のCP+(カメラショー)併設展の「Business Meets」に出展していたテキサス・インスツルメンツのブースで「MSP430 Launchpad」に出会ってから、マイコンを使った電子工作を始めました。

また、鉛フリーはんだに興味を持って、10数種類のはんだをリールで購入。個人で使うには約1200年分の在庫を持つという暴挙を成し遂げ(?)ました。

★イベント出展実績
●Make: Tokyo Meeting 07
●Make: Ogaki Meeting 2012
●Maker Faire Tokyo 2012
●ニコニコ超会議「作ってみタワー ワークショッププロジェクト」
●NT金沢2013
●Maker Faire Tokyo 2013
●ポタアン自作er展示会 atポタ研2014冬
○NT金沢2014(予定)

☆TwitterID:
  @pokke_yamada

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