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2022年4月 7日 (木)

pwmのアルゴリズムを創る2

2204051太陽電池のdc-dcコンバータやパワーコンディショナの開発も業務だった。ですから太陽電池にも結構詳しい。昔、ブログで太陽電池の問題点を指摘したら猛反発を食らい、嫌な思いをした。しかし最近その問題が急浮上しており、だから言わんこっちゃあないし一体誰が責任を取る。毎度ながら計算は苦手だから、難しい計算式はo博士にお願いした。博士にパワーコンディショナの各部損失を計算してもらい、効率0.1%の改善の積み重ねに額に汗した。ですから太陽電池パネルが汚れて発電量が10%でも落ちようものなら、我々の努力など霧散する。

2204052これはその開発の一部だが、改善々で相当数基板も起こしている。パワーコンディショナのサイン波pwmのノイズだらけをグリッドする訳にはいかないから、lcフィルターで平滑して出力する。このコイルも効率にモロに影響するから設計は難しい。今でこそシリコンカーバイド等の低損失fetがあり案外便利になったが、当時はirやインフィニのfetをとっかえひっかえして効率の向上を目指した。

2204053 そこちらがそのフィルターコイルに流れる電流で、充電の波形は見事な直線になる。この斜め勾配が崩れるようでは磁気飽和を起こしている証拠で、計算式と現実が一致しなくてここでも随分苦労した。まあ、ここから現在のofc純銅トロイダルトランスや新技術開発機構も始まったのだから、磁気回路に取り組んでおいて良かった。

2204054その結果がこの高効率で、入力693.3wに対して出力681.7wをたたき出し、効率は98.33%を達成した。この手の難しさはたかだか600wで高効率を上げることで、通常の4kwなどの大型とは訳が違う。今ならもう少し効率は上げられるが、今更太陽電池でもない。

2204055そこで登場が相補でないpwmになる。ここはあんぷおやじの担当で、巧妙なpwmのアルゴリズムを作ることで低損失を実現する。相補pwmはスイッチング回数が多くなり結果として損失は増える。プリウスが低速でカアーカアーとかなり低いスイッチング音を出していて、なんだいトヨタは20khzも出来ないのか?など疑問に思ったが、低損失を目指すとそうなることが分かり、納得した。画像のように各部の電流挙動を全部洗い出し、損失の根拠を探す。

2204056長い前置きでした。k工業m氏の新技術開発機構はノイズを如何に減らし超高速サーボを実現するかにありで、ノイズの観点から画像の方式をsh7145 cpuで組んでみた。上下アームのデッドタイムは相補pwmのように自動生成してくれないから、人間生成となる。高速電流制御なのでディレイスロットだけでデッドタイムを生成した。10何年振りかに組んでみたが、ノイズと損失においてはこの方式も生きるが、超高速電流帰還制御となるとイマイチになる。これも決して無駄な作業ではなくて「最終的に相補pwmしかないよ!」の確認作業となり、太陽電池の過去も懐かしく思い出した。

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