改めて、555の昇圧回路を考え直す （改）

昨日の、555のDCDC昇圧回路。スイッチング動作
の周りをもうちょっと見直してみる。





とりあえずやっぱ、まずはパワTRを論理反転させて
スイッチングを行う部分の回路を考え直す。

反転するってことは、デジタル回路なら普通に
インバータ使えばいいんだけど、インバータって、
内部回路は複数の半導体素子で組み合わさって
できてるので、それをディスクリートでやると
なると、部品いっぱいになっちゃう。

必要なのは、パワTRをオンしたいときだけベース
に電流流し込んで、それ以外は完全に絞ること。

でも、555と出力側の電源電圧が異なってるので、
単純にはいかない。
NPNで反転させようとすると、パワTRオフにしたい
時にはベース電流分を捨てるような動作になっちゃう。

じゃぁ、ベース電流を制御するTRをPNPにしたら？
と思うと、また元の木阿弥に戻っちゃう。




方向性を大きく変更してみる。出力電圧をフィード
バックするときに、強弱（高低）を反転できないかな？
と。

反転するだけなら簡単なんだろうけど、555のCV端子の
内部回路を踏まえて動作させないとうまくいかない
だろうと思うので、しばし熟考。

NPNトランジスタのVbe電圧を境目にして、うまいこと
反転させる方向性で考えてみる。

できた回路がこれ。




例によって、これらを3つに分割したのがこれら。

まず左側。


真ん中。


右側。



真ん中の図の右端あたりが、電圧のフィードバック
を行うための部分。

出力電圧を、ここでは13kと1kで分圧して、この分圧
した電圧がVbeより高くなればTRがオン、低い間は
TRはオフとなり、結果、TRのコレクタ側はそれぞれ
その逆の動作となる…はず。


ひとまずNE555を想定して、コレクタ側には5kの抵抗
をくっつけておく。（MOS版のLMC555の場合は、ここは
100kΩにする）

これで、CV端子には、電圧が高いときには低く、
低い場合には高い電圧になって入力されることに。

結果、電圧が高い場合には短いパルスが、低い場合
には長いパルスが出るはず。

これで、パワTRの制御は反転が不要で、そのまま
オン／オフすればいいので、NPNのパワトラを直接
ドライブするように変更。



動かしてみる。



こんな感じ。

赤は例によってインダクタを流れる電流。青は
隠れちゃってるけど左側の555からの矩形波。
緑は出力電圧。
そして水色は、中央の555のOUT端子出力。

定常状態になってからの波形をアップにしてみると、



こんな感じ。
昨日のと比べると、水色の波形が反転してるのが
わかる。

つまり、青の立下りをトリガにして、水色のワンショット
の波形が出力されて、それによってパワTRがオンに
なってインダクタに電流が流れて（赤色の上昇）、
少し経つとワンショットパルスがオフになると、
パワTRはオフになって、インダクタに溜まってた
磁束が電流になって流れ出す。流れきると止まる。

といった動作。うん。お手本のようだ！



うまいことに、Vbeを境にして、リニアな制御される
わけじゃなく、非線形な感じで働くので、電圧が
設定値に近づくまでは結構急速に近づいて、設定値
付近になったらピタリと収束していく感じ。


単なるP制御（電圧の差に比例したパルス幅）ではなく、
非線形な感じになったおかげで、設定電圧に至る
までの時間が短くなったな。イイカンジだ。
なんといっても、555以外の能動素子はNPNトランジスタ
が2個だけ。しかも、だいたい汎用品で大丈夫。


パワTRは、2SC2120とか使えると便利なんだけど、
シミュレーションのグラフ見る限り、もうちょっと
大電流流せるTRが欲しいところだな。
（というか555の出力端子に繋いだ300Ω抵抗
　次第だけど…）

1Wくらい取り出すなら、大き目のトランジスタ
必要だけど、0.2～0.3Wくらいなら、2SC2120程度
でも十分だろうって気がする。800mA流せるし。


もう1個の、フィードバック部分のトランジスタは
2SC1815でもなんでもいいと思う。電流は殆ど
流れないので。Vbeが1V前後のトランジスタから
適当に。




パワTRのほうは、ある程度の大電流が流せれば、
別になにを使っても構わないと思うんだけど、
いくつか考慮点が。

ダーリントンTRを使っちゃうと、電流制限抵抗の
300Ω抵抗（555のOUT端子についてるやつ）では
小さすぎて、始動直後のスイッチで大電流が
流れすぎちゃう気がする…。

電源の容量を超えて搾り出すようだとまずいので、
hFEを加味して、流れすぎない定数設定が必要かな、
という気がする。


あと、いまは30kHzくらいで発振させてるんだけど、
ワンショットパルスの出し方変えたので、もっと
周波数上げちゃって、インダクタも22uとか33uとか
で一気に大電流流し込めるようにして、ガンガン
動かしたほうが大出力に対応しやすいだろうな、と。

逆に、オペアンプ1個だけ動かしたい、みたいな
小出力でいいなら、今の構成でも十分かなぁと。
この定数、殆どそのまま使ってみても、1Wくらい
（12Vで100mAくらい）なら普通に取り出せる感じ。


うん。なんかイイカンジになってきたぞ。
これなら、一度回路組んでみて（定数はいろいろ
とっかえひっかえできるようにして）、実験回路
動かしてみたい気がしてきた。