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2007年07月の記事

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2007年7月31日(火) 17:25

7.2V→4V→5.5V

 昨日と対称形に組み立てる。これで、入力と出力が元に戻るはずだ。
 入力側は5V系のツェナを2本直列させていたが、今回は8.9Vのツェナ1本にする。また、出力側には付けない。

 細かくてそれなりに厄介だがまあ予行演習済みなので順調に作業は進行。試験すると今度こそすんなり4Vが出力された。それも、3.997Vと4.006Vである。さすがに本来の三端子レギュレーターは、出力電圧が正確だ。
 やはり、0.1V近くも狂っていたら、疑うべきなのだ。

 また、入出力ともに10μFの積層セラコンで特に問題は無いようだ。

 三端子の出力を、LEDドライバー改の入力に直結。

 これまた単純ながら細かな作業なので神経を使うし、ハンダ付け本番前の仮止めに時間を取られる。

 出力電圧の調整も思ったより面倒臭い。この改造法では、半固定に対して出力電圧が非常にピーキーに反応する。調整ネジをぐるぐる回しても全く電圧が上がらず、延々と回しても何の反応も無く、ある瞬間にいきなり電圧がハネ上がる。
 多回転ボリュームでも0.1V以下の調整は困難であり、多回転タイプではない半固定では全く使い物にならない。

 写真の半固定では、時計回りに回すと電圧がアップする。
 5.55〜5.65Vの間に調整する。

 調整が終われば、例によってエポキシで固める。微細な回路が剥き出しではトラブルの元だ。

 シリーズレギュレーターとスイッチングレギュレーターを組み合わせた2段階という豪勢な構成ながら大きさは2センチ程度なので、普通サイズの機器に組み込む分には全く邪魔にならない。別案が出ているものの、今回はコレをこのまま使うつもりだ。

written by higashino [コイルガン] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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2007年7月30日(月) 17:14

4Vを作るなんて簡単だよな?

 5.5V電源の前段階。7.2Vを4Vに落とすのは単なる三端子レギュレーターだから簡単。これまで散々扱って来たもので、4Vは初めてだが3Vや3.3Vのと同系列でもちろん東芝製。
 普通に組むのではなく、懲りまくってみる。

 コンデンサーは普通、入力側に0.1μのセラミック、出力側に47〜100μFの電解を取り付けている。今回は試しに両側とも10V10μFの積層セラミックコンデンサーにしてみた。

 放熱板がGNDであることを利用して配線を単純化する。入力側だけでなく、出力側までツェナを取り付けてみた。

 配線を引き回してラジコンバッテリーに接続し、出力側の電圧を確認する。4Vのはずが5.7Vになっている。どういうことだ?
 入力側の電圧は、そろそろバッテリーが残り少ないとは言え7.2Vある。負荷は極小なので、バッテリーパワー不足でおかしくなっているとは考え難い。まてよ?5.7Vってもしやツェナ電圧じゃないか?

 もともと冗長な出力側ツェナを除去した。すると、6.6V前後が出力されるようになった。何だか単純に内部でドロップしているだけでで電圧安定化が働いていないかのようだ。
 出力にセラコンはマズいかもしれないと、47μFの電解を追加してみた。しかし出力電圧は全く変化無し。

 ひょっとして、入力と出力を逆にしてしまったのではないか?

 そこで、ストームタイガーのレーザーポインター電源と見比べてみる。間違っていない。どちらも入出力の向きは同じだ。ストームタイガーの方はすべて想定通りに動作している。違いは、ストームタイガーは出力3Vなのに対し、今回は4Vのレギュレーターだというだけ。
 もしかして、3Vと4Vで入出力の向きが違っていたりするのか?

 久しく見ていないデーターシートを調べる。唖然とした。やっぱり、入力と出力が逆だよ!
 しかも、3V品と4V品は共通データーシートだ。つまり、ストームタイガーに実装済の三端子も逆接続だ!
 どうしてストームタイガーの方はちゃんと3Vが出力されていたんだ?もちろん電圧は確認済みだ。三端子を組み立てた後に出力電圧を確認しないなんてことは、あり得ない。だが、ストームタイガーの方も組み直す口実が出来て良かったかもしれない。逆接続してしまったとは言え、放熱板をGND端子として使う今回の実装はスマートであり、むしろ空間的余裕のないストームタイガーでこそやるべきだと感じたからだ。

 データーシートではなく以前に作った写真を見ながら世代を重ねていた。一体どこで最初に逆接続しちまったんだ?
 恐ろしいことに気付いた。まさか、黒共立モジュール改造時すでに逆接続してたんじゃなかろうな?
 ストームタイガーではレーザーダイオードの制御基盤に電気を供給している。電圧が少々いい加減でも動作してしまう。しかし、黒共立モジュール改ではレーザーダイオードを直接駆動している。もし出力電圧がいい加減だと電流もいい加減となり、レーザーダイオードがいつ壊れてもおかしくない(焦)

 恐怖を感じつつ確認すると、正常だった。

 となると、最初は間違えていなかったが、写真を見ては次の組み立てやっているうちに、どこかで間違えた訳だ。ストームタイガーでは内部ドロップだけで制御の効いていない三端子出力が偶然3Vになってしまっていたのだ。確かに当時、0.1V近くズレていて三端子にしては出力誤差が大きいとは感じた。しかし、3Vのはずが3.1V弱だったとしてもそれだけで逆接続に気付くのは難しい。

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2007年7月29日(日) 16:22

5.5Vを作れ

 想像以上に厄介な話だと判明した。放電回路の光ゲートドライバーに供給する5.5V電源である。電流は僅かで良いのだが、5.5Vという半端な電圧が必要であり、若干の電圧調整も可としたい。また、数十ミリアンペアで十分なだけに、大型の機器は無駄だ。
 となるとLM317などの可変三端子レギュレーターが最適ということになる。ところが、使用したい電源が7.2Vラジコンバッテリーなのだ。
 LM317では入力電圧が出力電圧より3V以上高くなくてはならない。出力電流が20ミリアンペアしかなければ2V差でも動くようだが、ラジコンバッテリーで確実に動作するかどうかは分からない。こういうところでマージンを考慮しないと、気温次第で動かないなんて糞機器が完成したりする。

 秋月の汎用ユニットは一応ラジコンバッテリーで5.5Vを作れる。しかし、いかにもでか過ぎる。確かに試験段階では許容可能なサイズだが、最終的にハンドガン化する時には別の電源を製作せねばならない。すると、それまでの実験で重ねて来た動作実績が消えてしまう。可能な限り実験の初期から最終的な設計のユニットを投入したい。そうすれば、動作実績が積み重なるからである。
 延々と開発と改良を重ねる必要がある厄介なユニットならば、その完成を待つことで実験開始が遅れるデメリットもある。しかし5.5V安定化電源ごときでソレはないだろ。、

 ストームタイガーでは市販のLEDドライバーを改造した。しかしそれはエネループ4本が電源だったからで、ラジコンバッテリーは電圧が適合せず使えない。

 さて、どうしたものか。
 7.2Vから5.5Vを作り出す降圧チョッパーを自作する手もあるが、今回は微少電流で良い。効率より単純小型が優先される。ラジコンバッテリーを三端子レギュレーターで4Vに落とした上で市販のLEDドライバーを使い、2段階で5.5Vを作る手法が良さそうだ。

 お馴染みのパーツ登場。超小型LEDドライバー基板と、超小型多回転ボリューム(100KΩ)の組み合わせは、7ミリ×11ミリの出力電圧可変レギュレーターを実現する。動作実績も十分。
 ただし、組み立ては猛烈な精神エネルギーを消費する。

 LEDドライバー基板からは51Ωのチップ抵抗を除去してある。半固定抵抗とまとめてテープで仮止め。準備万端整えてからでないと、とてもじゃないがハンダ付け作業に入れない。
 こんな有様なので、たった1カ所のハンダ付けをするのも大変だ。

 1日に2個も製造したら、お腹一杯です。

 ハンダ付けするたびに携帯顕微鏡で確認し、テスターを使う。写真もパソコンのモニターでピクセル等倍で見ると結構役に立つ。

 この基板は4Vから5.5Vを作り出す。前段階は4Vの三端子レギュレーターを別途組み立て、これと合体させる。

written by higashino [コイルガン] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(4)] [TB(0)]

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2007年7月28日(土) 18:27

順回復時間の悪夢

 12時間放置すると、いい感じに黒くなった。

 ところが、アルミもステンレスもホワイトメタルも、爪で引っ掻いただけで簡単に塗装が剥がれてしまったのである。これでは全く実用にならない。しかし、この手の黒染めは完全硬化まで24時間掛かるという情報もある。暫く放置してからまた試してみよう。

 皮膜強度も問題だが、スプレーというものの作業性も問題だと判明。実際に吹き付けると全面まんべんなく塗るのは至難である。裏返せば先に塗った面が・・・
 これがキャタピラとなると片側100個近いパーツをいちいち裏返しつつ塗るなんてとてもやってられない。理想的な手順ではないものの先に連結してベルト状に組み立てておかないと、黒染めなんて無理だ。

 黒染め液の絶滅は非常に痛い。液ならバラのままのキャタピラを放り込むだけで済んでいたのに。毒劇物というだけなら身分証明書と印鑑があれば買えるものもある。別にやましい目的は無いので、手続きを踏めば売ってくれるところ無いかなぁ・・・

 さて、放電回路とPICを接続し、光ファイバーも連結する。PICのプログラムは放電試験を行うための最小限な手抜きを書き込む。
 GEARスティックがOFFなら充電器作動。ONなら充電器停止&放電。放電後は1秒待ちするだけ。これで全体をループ処理。充電器の音で充電完了を確認したら、GEARをONにする。放電!それだけだ。

 パチンコ玉を装填し、ドキドキしながら充電開始。絶縁が甘くてスパークが飛んで、回路がオシャカ。それが一番怖い。GEARスティックを手前に倒すと、あっさりパチンコ玉が勢い良く飛び出した★
 何でもないかのようだが、ラジコンによる遠隔操作でコイルガンを発射した記念すべき第一号だ。たぶん日本初か?外国では既に誰かやっているのだろうか?

 数回射撃したが、どこからも煙は上がらない。よし、次に進むか。そう思ったが念のためIGBTをテスターで確認する。そして愕然とした。2段目のハイサイドが破壊されている!
 そんな馬鹿な。実績たっぷりの回路だぞ。と、そこで大きなミスに気付いた。発射実験を開始する前に、IGBTが壊れていないか調べなかった。このIGBTが発射実験で壊れたのか、それとも配線付け替えの作業中に壊してしまっていたのか、その区別が付かない。言うまでもなくこれは、原因究明を厄介にする。
 これまでハンダ付け中にIGBTを壊したことが無かったのと、実績ありまくりの放電回路。ということで油断していた。試験前の確認を怠った。

 ただ、確率からすればハンダ付け中に既に壊していた可能性よりも、射撃で壊れた可能性が高い。1000発のオーダーで壊れていない回路がなぜいきなり壊れたのか?
 以前と条件が変わったのはどこか?
 そう考えると、光通信が怪しい。2段目のハイサイドは光ファイバーを使わずに、LEDと601Aが真鍮パイプ内で直接向かい合わせになっている。間合いは数ミリ以下。LEDが20度の狭角タイプなので大半の発光が吸収され、光ファイバーを通すよりも2桁大きな光が送られているはず。

 そうなると、601Aにも大電流が流れ、IGBTゲートドライブのブースターも高速でスイッチングされる。J186やK1334のゲート電位の変化が遙かに高速になれば、IGBTのスイッチングも立ち上がり立ち下がりがシャープになる。
 この変化は、悪影響を及ぼさないのだろうか?

 悪影響は無いだろう。自分はそう考えていた。となれば光ファイバーの緩みを気にせずに済むだけ優れていると。だが、現実に破壊されたIGBTがある。それが、ハンダ付けではなくついさっき壊れたのだとすれば?
 ここで、コイルガン10のため先日新造したコンデンサー充電器を思い出した。

 メインコイルに電流が残っている状態で、サーキットが開いてしまうとマズい。
 ハイサイドのIGBT1がOFFになると、D2が導通してサーキットが形成される。ところが、順回復時間はゼロではないため、D2が導通するまでにタイムラグがある。D2が導通する前にIGBT1が完全にOFFになってしまうと、サーキットが形成されずコイルに溜まったエネルギーが行き場を無くす。
 コイルガン10充電器ではMC34063が破壊されたが、左図でその位置に相当するのがIGBT1だ。

 コイルガン10では順回復時間で悩むのが嫌だったので、ショットキーバリアダイオードを使って済ませてしまった。しかし、ショットキーの耐圧は数十Vしかなく、左図のような330Vの回路には使えない。D2が順回復せず導通していない瞬間は、ショットキーを追加する前のコイルガン10充電器と同じ状態である。
 こりゃ、壊れるだろ・・・

 回路を分解し調査せねば確定ではないが、光ファイバーを介さず601Aの受光量が激増したことが故障原因だと思われる。

written by higashino [コイルガン戦車1/35] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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2007年7月27日(金) 17:18

放電回路仮配線

 黒染めなんて本題と無関係に思われるが、実験室の外に持ち出す場合はみてくれも重要だ。黒染めが出来ると、自作機器も見栄えが良くなる。

 黒染めスプレーを購入。果たしてホワイトメタルに有効かどうかは試してみなければ分からない。
 ネット検索すると黒染め液は絶滅 (;_;) しているようで、すべて黒染めスプレーに置換されている。ここまで完璧に死滅しているとなればやはり毒物規制なんだろうな。となると個人輸入も無理だろう。大人しく現行品を試そう。

 ホワイトメタルを綺麗に染められる黒染め液としてコーザイのブラックファーストというのがあった(過去形)そうだ。ネット検索すると現在はやはりスプレータイプを売っている。毒劇物規制が問題だとすれば、以前の黒染め液に含まれていた成分のうち何らかは含まれていないことになり、同等の効果か得られるか分からない。
 ただ、スプレータイプも製品名はブラックファーストのままなので、同じメーカーが出している製品として効果に期待させてはくれる。

 ところが、ネット注文して届いたスプレーは製品名が単なる「黒染めスプレー」となっており、どこを探してもブラックファーストの文字は無い。一気に不安になる。最近になってブランドを抹殺したというのは、以前ブラックファーストという名の黒染め液を使っていたユーザーが購入して、染まっていたものが染まらなくてクレーム入れたからではなかろうか?そんな危惧が沸くのも当然だろう。いよいよ試し染めが重要だ。

 用意したのはDIY素材としてメジャーなアルミそしてステンレスとホワイトメタル。アルミは穴開け位置がズレてボツになったサイコロ。ステンレスは砲架を組み立てるために切り出した時の切れ端。そしてホワイトメタルはもちろんフリウルのキャタピラ35分の1なり。
 すぐにスプレーすることは出来ない。まず脱脂が必要なので、石けん水にドボン。超音波洗浄。何度か水ですすいで、最後に水で超音波洗浄。それを完全に乾燥させてようやく作業可能となる。

 さて、放電回路の方も配線を長目に残したままの仮配線を開始。

 動作確認が取れたら、放電回路をエポキシで固める。動作確認を繰り返しつつ配線を短くしてハンダ付けし直す。またエポキシで固める・・・と繰り返しつつ組み立てることになる。
 動作確認時は光ファイバーを接続せねばならず、それが緩むと回路が破壊される。PICの抜き差しで衝撃が加わり緩まないために、わざわざゼロプレッシャーソケットを用意した。

 放電回路を駆動するための電源や充電器はストームタイガー搭載済の本番用を使うが、実装位置は仮である。最終的なギチギチ配線でなければ空間が足りない。
 金属製の砲架でショートが怖いので、透明なPET板をL字に折り曲げて作業台兼絶縁板とする。

 330V系は黒いビニールテープ、5V系は黄色いマスキングテープで絶縁して行く。

 この物凄い量の配線が、本当に最終的に戦車内に収まるのだろうか?

written by higashino [コイルガン戦車1/35] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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