nobuの雑記帳「+バイアスを少し」

近頃なぜか真空管や電子工作に興味を持ちだし、日常生活に少しの刺激と楽しみをプラスしようと、凝り固まった頭の体操も兼ねてこの雑記帳を綴ることにしました。
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DC/DCコンバータ電源を弄る (壊しちゃった)

 秋月で売っているDC/DCコンバータモジュールやキットは、DC電源に手軽に使用できます。私も真空管実験用電源や簡易型カーブトレーサで、ヒータ電源として利用しています。
 これらで使用したHRD12003Eコンバータモジュール(5~24V 3A)は、外部にオペアンプを追加することで1V以下からでも電圧制御が可能でした。

 しかし、既に秋月ではHRD12003Eは販売しておらず、代わりになるようなものを探さなくてはなりません。
 そこで、目を付けたのがKID-1205A(5V 1A、12V 3A)DC/DCモジュールSI-8008HFE制御IC(8~25V 5.5A)でした。共に300円とお手頃で、外付け部品も少なくて使用できそうです。
 早速購入して少し弄ってみました。

DCDC改_2セット



(1) KID-1205Aの改造
  KID-1205Aは12Vと5Vの2固定出力ですが、中身はTL594Cパルス幅変調(PWM)制御回路ICが使用されており改造出来そうです。

 ① さっそく分解
  作動確認もせずにいきなり分解します。爪を外して底カバーを取るとトロイダルコイルの付け根が見えます。制御基板はヒートシンクにリベット止めされており、これを外すと復旧も面倒なので今回は基板は固定したままコイル部を外すことにします。
  コイルのハンダ付けを外すには技量が要りそうなので、根本を残して切断しました。(これなら後でハンダ付けで復旧が簡単です)
  コイルが載っているカバーを外すと制御基板のパーツ面が見え、表だけで作業が出来そうです。

DCDC改KID1205A_外観  DCDC改KID1205A_分解

 ② どう改造する?
  改造の要点は次のとおりです。
   ・5V出力は不要
   ・12V出力の最大電圧を25V、最低電圧を2V程度に変更
   ・外部可変抵抗で2V~25Vを可変できるように

 ③ 改造の仕組み
  TL594Cを用いたDC/DCコンバータの改造の仕組みはほぼ次のとおりです。この仕組みを理解すれば同様なモジュールも改造できるかもしれません。
  今回の改造に関係する部分の回路を次に示しますが、これに沿って説明します。

DCDC改KID1205A_内部回路変更  DCDC改KID1205A_内部

  <1> 5V出力の廃止
   以降の改造でVout=12V出力が可変となることもあり、5V出力は廃止します。
   5Vは専用のDC/DCコンバータICのMP1410ESで作っており、これの入力ラインを切断します。正確には2ピンを足上げしました。

  <2> 基準電圧
   TL594Cは内部基準としてVref=5Vを持っており、回路でわかるようにVrefからR1とR2の分圧で4Vを作成し、これを制御用の基準電圧にしています。

  <3> Vout制御
   TL594Cのエラーアンプの2つの入力として、2in-ピンに基準電圧4Vが、2in+ピンにVoutをR3とR4で分圧した電圧がかかり、この両者が等しくなるようにVoutが制御(PWM制御)されます。

  <4> Vout最大電圧のアップ
   Voutを分圧しているR3とR4の比を変更することで可能です。現在は12V出力固定なので、Vout=基準電圧4V×(R3+R4)/R4=12VよりR3:R4は2:1となっています。
   なお実物のチップ抵抗に書かれている記号は「878,578」のように、実際の値とは関係ない表記となっているので注意を。
   Voutを上げるにはR3を増加させるのが良いでしょう。

  <5> Vout最小電圧のダウン
   これは基準電圧4Vを下げる事で可能です。基準電圧を2VにすればR3=0にすることでVoutは2Vになるはずです。基準電圧を下げるにはR2を変えるのが良いでしょう。

  <6> Voutの可変
   Voutを可変とするには上記のR3:R4の比を変えるか、R1:R2の比を変えれば出来るはずです。
   R3とR4の接続点をAdj端子として外出しして、ここに100kΩ(B)の可変抵抗をつないで電圧可変をうたっているモジュールもあります(秋月のKIC-125やKIC-053など)。この方法では可変抵抗の回転角と電圧変化の関係が直線から大きく外れて使い辛いと思います。
   直線性を良くするには図に示すようなどちらかの方法がよいと思います。

 ④ 改造してみた
  実際に改造してみました。
  関係する抵抗の値を決めるには既存の値が必要ですが、先に書いたように意味不明な数値表記となっており、やむなく当該チップ抵抗を一旦取り外して値を計測しました。
  先ずは、Vout最大値を約25Vに変更した後に、図に示した2つの方法で改造してみました。

DCDC改KID1205A_測定  DCDC改KID1205A_再組立

  <1> R1とR2で変更
   5kΩ(B)可変抵抗の両端に抵抗をシリーズに入れて、Vout最小値が2.0V、基準電圧最大値が4.0となるようにしました。
   結果は当然のことながらVoutはスムーズに可変できて、最大2.5A負荷(それ以上流せる負荷抵抗がなかった)まで確認しました。
   Voutが2V以下では相当に効率が悪く30%程度まで落ちるようですが、それ以上では85%以上の効率はありそうです。

  <2> R3とR4で変更
   R3を可変抵抗に交換しました。またVout最小値を下げるためにR1も変更しました。これでR3=0ではVout最小となり基準電圧と同一値が出力されます。
   こちらの方法もスムーズにVoutを可変することが出来ました。

  <3> 問題点
   上記の2つの方法共にVoutの可変は出来るのですが、実験中に気付いたこととして電圧変動が少し大きいかなと思います。
   無負荷時と2A負荷時での電圧変動が、Voutの値にもよりますが最大約3%程度もあり気になります。電圧降下で変動しているわけではなく、負荷を掛けることで電圧がアップする現象が起きます。

   元の状態に戻して計測すると、確かにVou=12Vでは殆ど変動しないので、今回の改造部以外の所で12V用に最適化されているのかもしれません。
   KID-1205Aを使うことが目的ではないので、細部の回路を追うのも面倒だし取りあえずここまでで終了とします。経験のある方は教えて頂けると助かります。


(2) SI-8008HFEを使ってみる
  秋月ホームページでは0.8V~25V可変となっていますが、袋には0.8V~15Vと書かれています。制御用のICとコイルのペアなのでどうとでもなるのですが。
  外付け部品も少なく効率も良く制御も簡単で、300円ならお買い得かもしれません。

DCDC SI80008HFE_パーツ袋

 ① 早速組んでみる
  袋にはICとトロイダルコイルが入っています。コイルは実測100μH(自作LCメータ)でした。
  説明資料を基に図のような回路にしました。これで30V入力時に0.8~26V程度まで可変出来ることになります。

DCDC SI80008HFE_回路  DCDC SI80008HFE_組立

  出力電圧を決定するのは出力ラインとGND間の2つの分圧抵抗であり、値の決め方は資料に詳しく書かれています。また、このICはソフトスタート機能を持っており、SS端子に入れたコンデンサで立ち上がり時間の設定が出来ます。真空管のヒータ回路に使用した場合に、電源ON時の突入電流を回避するのに有効かもしれません。

 ② さあ実験
  小型ユニバーサル基板に組んで早速作動確認しました。無負荷状態では計画通りにスムーズに電圧可変ができました。
  それでは実際に負荷(10Ω 50W抵抗)を接続してデータを取ってみます。机の上がリード線だらけなので、一旦接続を外して整理します。

 ③ 壊れ(壊し)ちゃった
  そもそもこれが間違いだったのです。この時に何を勘違いしたのか?電源入力と出力端子を間違えて接続してしまったようで、電源ONと共に可変抵抗から煙が立ち上りました。(同じ色のターミナルだし、表示もしてないし・・・)

  あわてて電源を切り、気を取り直して可変抵抗を取り替え接続替えして、もう一度電源ON・・・また煙が・・・??  あれれ、電源の接続がまた間違っていました。・・・〆∞♂♀$☆★◇▲
  データを計測する間もなく、SI-8008HFE君は昇天されました。あぁ~あ壊しちゃった。

  今日は少しへこみました。買い直してもう一度やり直しますが、今日は店じまいします。次回に続く・・・かな?
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