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タイマー素子 LMC555 の長時間動作

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タイマー素子
タイマー素子 LMC555 の長時間動作
(11 Nov. 2012)
立川敏明
小型風力発電機の電磁ブレーキシステムでは,その作動時間にタイマーを用いる場合が
多い
1)。タイマーの作動時間は,利用する発電機出力,バッテリーの充放電特性 2)や風環
境などに依存するが,通常,数分程度である。このようなタイマーは,CR 回路の充放電特
性を利用した電子回路で,比較的簡単に製作できる。今回は,一例として,タイマー素子
LMC555 を用いたタイマー回路を用いて,素子マニュアルには掲載されていない数分程度
の長時間動作について考察・検討したので報告する。
図1は典型的な単安定で作動するタイマー
回路である。すなわち,TRIG に加えられた信
号(タクト SW により瞬間的に 5V から 0V に
する)により,1.1✕CR 時定数時間だけ,OUT
信号に~4.9V が出力される(図の場合は LED
が点灯する)。さらに,実際の風力発電機の電
磁ブレーキシステムでは,この出力信号をブレ
ーキドライブ回路に接続する 1)。
図 2 は,上記回路で得られる典型的なタイマ
ー作動時間を表したグラフで,抵抗値をパラメ
ーターにとり,横軸タイマー時間に対する縦軸
コンデンサー容量をとったものである(素子マ
図1 タイマー試験回路
タイマー試験回路
ニュアルから転載)
。
図から明らかなように,横軸タイマー時間は
100 sec 以上の値の条件が記されていない。従っ
て,風力発電機の電磁ブレーキシステムに用い
る数 min タイマーに対しては不十分である。外
挿値が単純に利用できない理由の第一は,一般
的に市販されている 10 μF 以上のコンデンサ
ーは,電解コンデンサーが主力で,コンデンサ
ー内部の電解質を通じての洩れ電流が存在し,
コンデンサー充電時間が長くなるからである。
また,容量が多くなるにつれて洩れ電流も多くな
図2
タイマー作動時間
タイマー作動時間
ると考えられる。
第二の問題点は,抵抗にもあり,2 MΩを超えるような値を持つ抵抗は,特殊な抵抗で量
産品では存在しないことである。
以上のような状況の中で,今回は比較的容易に入手できる量産品の抵抗とコンデンサー
を用いて,図 2 の外挿値にあたる 300 sec 程度 までのタイマー作動を試みた。表 1 に,
その結果をまとめた。用いた抵抗は,公称値 1 MΩ(公差∓10 %)のもので,それをテスタ
ー(三和 PC5000)で測定し,得られた値は 1.01 MΩ(測定精度 1%以内)である。また,
コンデンサーは,公称値 47 μF 一個と 100 μF 二個(ニチコン FG ,公差∓20 % ,50V
85℃)による単体・並列接続を用いた。また,これら三個のコンデンサー単体のテスター
による容量実測値は,各々50.6 , 106 および 104 μF(測定精度 3.5%以内)であった。
表 1 タイマー作動時間実測値
タイマー作動時間実測値(
作動時間実測値(R = 1.01 MΩ
MΩ)
C 公称値(μF)
47
100
147
200
247
C 実測値(μF)
50.6
106
157
210
261
タイマー作動時
58.4
121
180
244
303
1.1✕CR(sec)
56.2
118
174
233
290
偏差Δ(%)
3.56
2.54
3.33
4.72
4.48
間(sec)
表 1 で,タイマー作動時間は,図 1 の回路中の C に上覧の C 公称値を挿入して得られた
実測値である。また,1.1✕CR は,C および R の実測値より求めた計算値であり,下覧の
偏差Δは,タイマー作動時間と計算値の差を % 表示したものである。明らかに,タイマー
作動時間は,計算値より長くなっているが,全体として 5% 以内の差である。また,タイ
マー時間の繰り返し誤差(10 回測定)は,全体に渡って∓ 0.5 % 以下であった。
次に,同様な実験としてコンデンサーC に,公称値 100 μF 四個(ニチコン FG ,35V
85℃)を用いた測定も行った。こちらの結果も,ほぼ同様な結果が得られたが,偏差Δは
最大で 6.9 % となり,若干大きな値となった。
以上まとめると,市販品の抵抗とコンデンサーを用いて,タイマー素子 LMC555 を使用
した単安定型タイマー試験回路による長時間タイマーの試験を行った結果,5 min 程度まで
のタイマー時間を持つタイマーが得られた。タイマー時間は,計算値に比べて 5% 弱長時
間となったが,再現性はよく,小型風力発電機の電磁ブレーキシステムに対しては,十分,
供用できることが分かった。また,市販品の大きな製品公差に対しては,精度表示された
テスターにより対処できることが分かった。
参考文献
1) 立川敏明,岡琢磨,坂手克士 ; 電磁ブレーキによる風力発電機用過充電防止回路の試作
http://www.megaegg.ne.jp/~tatutosi/newpage4.htm 20) (2012)
2) 立川敏明 ; ソーラーパネル・バッテリー装置の充放電特性
http://www.megaegg.ne.jp/~tatutosi/newpage4.htm 14) (2011)
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