ＴＬ４３１を使った過充電防止回路

≪　ＴＬ４３１シャント・レギュレーター　≫


mabofarmで現在使われている過充電・過放電防止回路は、
スズキデザインさんに作ってもらったものです

手作り風力発電１号機を作った時には、ほとんど電気の知識が
ありませんでした


こんなヤツが手作り発電機を作るなんて、無謀としか言いようがありませんよね





それでも、発電機のステーターコイルのハンダ付けから、整流回路のハンダ付けと、徐々に腕を上げ？？？　
少しずつ、電子回路についても慣れて来ました

以前、本に載っていた（家庭で楽しむ太陽電池工作）過充電・過放電防止回路を作りましたが、mabofarmの風力発電用にはちょっと能力不足・・・

そこで、もう少し電子回路にも明るくなるよう、勉強しながらオリジナルの過充電・過放電防止回路を完成させたいと思います

まずは、上の画像の回路図から

この回路のキーワードは、比較　・　基準電圧　・　分圧　それと　ヒステリシス　です


※　僕は、電気の知識についてはまだまだ初心者　『なんじゃ、こりぁ？』　という表現も多々あるかも知れません
　　 間違ってたらゴメンなさい

●　比較

ＬＭ３５８は、オペアンプと呼ばれているＩＣです

オペアンプには、電圧を比較する機能があり、この機能を利用して過充電を感知します

オペアンプの２番に基準となる電圧、３番にバッテリー電圧（分圧後）を入力します

２番の基準電圧と３番に入ったバッテリー電圧（分圧後）を比較し、３番の電圧が基準電圧超えると
電気が流れるという仕組みです
比較電圧については続きを読んでいくと理解できると思います

●　基準電圧

ＴＬ４３１シャント・レギュレーターは、比較する基となる基準の電圧を作ります
このＩＣは、温度変化による電圧変動がほとんど無く、安定した２．５Ｖ(正確には２．４９５Ｖ)を作り出すことが出来ます

以前、本を見て作ったものは、基準電圧にツェナーダイオードを使っていました
しかし、このツェナーダイオードは温度変化に弱く、安定した電圧が維持できません

他にも、３端子レギュレーターを使った方法もありますが、これは次回に！

今回は、たいへん精度が良いと評判の、ＴＬ４３１とはどんなものかを体験する為、使ってみようと思います


●　分圧

分圧とは、文字どうり電圧を分ける事

４７ｋΩと半固定抵抗の１０ｋΩのところです
比較のところで説明したように、ここでバッテリー電圧を分けることになります

ＴＬ４３１で作りだされた基準電圧は２．５Ｖ
これと同じ２．５Ｖを、ここで作ります　？

なんか良く解りませんよね


★それでは・・・


まず、過充電電圧を１５Ｖとします

この時、１５Ｖ（過充電電圧）から２．５Ｖ（基準電圧）を引くと１２．５Ｖになります

１２．５Ｖ　と　２．５Ｖ　の比率は、５　対　１

つまり、ここで５対１の比率になる様、抵抗値を変えてあげるわけです
たとえば上の場合、単純に５０ＫΩ対１０ＫΩにすれば、５：１となります

１５Ｖの時、５０ｋΩの両端電圧を測ると１２．５Ｖ、１０ｋΩの両端を測ると２．５Ｖとなります
しかし、抵抗にはバラツキがあり、中々ピッタリとはいきません　

そこで、微調整の為にこの半固定抵抗１０ＫΩが必要になってくるわけです

オペアンプの３番に入力した電圧はこの事から、バッテリー電圧が１５Ｖに達すると２．５Ｖになります
（電圧が１５Ｖ以下なら、当然オペアンプに掛かる電圧も２．５Ｖ以下です）


●　ヒステリシス

バッテリー電圧が１５Ｖ以上になると（分圧２．５Ｖ以上）オペアンプから電気が流れ
⇒　トランジスタのコレクタ電流が流れる　⇒　リレーが作動　⇒　充電電流遮断

充電が遮断されると同時に、バッテリー電圧はすぐに１５Ｖから下がってきます

すると、リレーが作動、また充電を開始します

この繰り返しで、リレーはカチカチカチカチ・・・・・・・・

これでは、たまったもんじゃありません

そこで、ヒステリシス登場！

この回路を追加することで、１５Ｖで遮断された回路が、再び接続される時の作動電圧を変えることが出来ます
（１００ｋΩと５００ｋΩの半固定抵抗のところですね）


★ポイント　
　　　　　　　　　　何故、２つの抵抗を直列に繋いで使うのか？


半固定の抵抗だけ付けた場合、調整の時絞りすぎてしまい、抵抗値が０Ωになってしまう事があります
そうすると、使う場所によっては、電流が流れ過ぎ、回路を壊してしまう事もあります
固定の抵抗を追加する事で０Ωにはならず、最悪の事態を避ける事が出来ます


■　設定

完成した過充電防止回路の調整箇所は２箇所だけ

始めに、１０ｋΩの半固定抵抗
電源電圧を１５Ｖに上げた状態で、リレーが作動するようにボリュームを調整します
次に、５００ｋΩのボリュームを調整しながら電圧を下げ、１３．５Ｖに達したときにリレーが復活するようにします
この調整を何度か繰り返して好みの作動・復帰の電圧にします

mabofarmの調整結果は、１５．３Ｖ過充電防止回路作動、１３．４Ｖリレー復帰です


◇　改良点


完成後、いくつかの課題も出てきました
このままでも問題はありませんが、ちょっとだけ手を加えてみました


１．　１５Ｖの過充電電圧調整の際、半固定抵抗１０ｋΩでの調整幅が非常に少なく、調整が難しい

そこで、

手持ちの９．１ｋΩを追加して、１０ｋΩの真ん中辺りで調整できるようにしました









２．　１００μＦのコンデンサ容量が大きく、反応が遅い

最初に作った過充電防止回路では、コンデンサに電気を溜める事で（４７０μＦ）、簡易タイマーの役目を持たせていました
この方法でも、リレーの復帰するタイミングを遅らせる事ができます（時間差）
今回はヒステリシス回路の追加により、電圧差で復帰させるわけですから、この時間差がちょっと邪魔になりました（このままでも良いかもしれませんが・・・）

コンデンサ容量、１０μＦ以下とかでも良さそうです


おしまい！