Darkside(リンクエラー修正しました)

2009年09月の記事

<< 前のページ

2009年9月30日(水) 21:04

劣化

 毎回毎回、砲課弾倉ユニットを付けるのが面倒。外す時はまだしも、取り付けるのはコネクター類のセットが職人芸だ。毎日のように付け外しする想定ではない。

 用心深くメインコンデンサーの充電コネクターは外しておき、ハイサイドのゲート電位変化だけをオシロで先に測定。

 すると、予想もしなかった波形が現れた。1ボルト半ぐらいしか振れていない上に、電圧低下が非常に激しい。あれこれ試しても同様だ。光ゲートドライバーには正常な電圧が供給されているので、受光素子が緩んで受光量が減っている恐れがある。
 だが、緩んだら致命傷なのは分かっているから、かなりガチガチにテープで固めたはずだ。そう簡単に緩むものなのか?

 もしかして、光ゲートドライバーが劣化しているのかもしれない。

 念のため、ローサイドのゲートドライブ波形を測定。ちゃんと5Vまで振られている。

 ふと思い付いてハンダを溶かし、ハイサイドのゲートドライブ配線をIGBTから分離した。そして分離状態でゲートドライブ波形を測定。何と、綺麗に5Vまで振れている。IGBTに接続すればゲート容量のせいでスイッチングは遅くなるが、振れが3分の1になるとは考えられない。いや、もしゲートがソースと短絡していたら?

 ゲートとソースの間の抵抗値を測定すると、約30Ωだった。一方、ローサイドや在庫ユニットで測定すると、ほぼ絶縁状態になっている。
 短絡故障していないかに見えた生き残りIGBTだったが、やはり劣化していたのだ。30Ωの抵抗を引きずってゲートドライブしたために、大幅に振れが小さくなりまた高速に電荷が逃げて急激な電位の低下が起きていたのだ。

 これでは、試験にも使えない。
 結局、破壊されたIGBTユニットはユニットまるごと廃棄すべしってことだ。もったいなくても。

written by higashino [コイルガン戦車24] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

この記事へのトラックバックPingURL

2009年9月29日(火) 21:10

一部リサイクル

 8個のIGBTが壊れたと言っても、実際に短絡したのは1個ずつの可能性が高い。並列接続されているIGBTのうちどれか1個が破壊され短絡状態になると、電流がそのIGBTに集中して他のIGBTは負荷が減る。
 だが、壊れる直前には絶対定格をオーバーした状態での我慢比べとなっているはずで、つまりは破壊されていないように見えるIGBTも劣化している確率が高い。だから、そのまま本番用に流用はできない。

 とは言え、試験用になら使える。
 ハイサイドのユニットを2つに切り離してテスターで調べると、案の定右側の2個は無事だった。左側の2個は短絡状態だったが、これも恐らく実際に短絡しているのは1個だけだろう。
 しかし、2個ペアは特に放熱板のハンダ付けが強力なので、分離するのは困難だ。

 2並列ユニットは8ユニット作ったうちの最後の在庫を引っ張り出し、無事だった2並列と合体。これでハイサイド用の試験ユニットを確保。
 ローサイドは第2段用ローサイドを流用し、5.1KΩのプルダウン抵抗を追加して使う。

 在庫は減少してしまったが、再試験のためのユニットは素早く用意することが出来た。

 放電ユニットにハンダ付け。

 毎回配線の量が多くて面倒。何度も試験していると配線に物理的ストレスが繰り返され、ハンダが剥離することもある。要注意だ。コイルガンにおいては些細なミス1つが大損害をもたらす。

 ハイサイドのユニットは、GND電位からジャンパーを伸ばしてオシロのプローブを接続し易くしておく。

written by higashino [コイルガン戦車24] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

この記事へのトラックバックPingURL

2009年9月28日(月) 21:03

些細なミスの重大な結果

 天地人に限らずNHKドラマで不満なのは、火砲の描写。反動がまるで無い。コイルガンでさえ凄まじい反動があるのに、反動無しで火を噴く砲が強烈に嘘臭い。作り物かハリボテにしか見えない。

 メインコンデンサーへのコネクターを外し充電されないようにして、IGBTのゲート電位だけをまずモニターする。オシロのGNDをIGBTのソースに接続。これは戦車全体のGNDからは浮いていて、このオシロでは禁止されている用法である。

 PCと接続して使うオシロの大きな欠点は、GNDを任意に選べないこと。PCのGNDと大きな電位差がある場所に設定すると、壊れてしまう。ところが、今作っているコイルガン戦車は完全バッテリー駆動。外部とは完全に切り離された独自の世界に完結している。だから、どこにGNDを設定しても構わない。電線にとまった鳥が感電しないように、PC接続オシロも壊れることはない。

 きっちりと5Vに振れるゲートドライブ波形が現れた。今度こそは正常に動作している。ONになっている250μ秒間のうちに、電位が僅かずつ下がっているのが分かるだろうか。電源となる10+100μFの積層セラミックコンデンサーが放電して電圧を低下させているのである。10μFだけだと低下量が大きくなり過ぎる。

 コネクターを接続し、メインコンデンサーの充電開始。例によって100〜150Vで放電させ、ハイサイドIGBTに加わる電位の変化を調べる。ローサイドと異なり、ターンオンの瞬間とターンオフの瞬間の両方とも興味深い。まずはターンオンの瞬間を時間分解能高くして観察。
 ローサイドとは異なった複雑な電位変化パターンが現れた。

 ところが、オシロの設定を変えるべくPCを操作していたらラジコン戦車からうっすらと煙が漂って来た!
 慌てて戦車の電源スイッチを切る。煙はハイサイドのIGBT近辺に沸いている。ハイサイドのユニットが激しく発熱している。原因不明だがこれは死んだろう
(;_;)

 原因はすぐに判明した。コイルが接続されていなかったのだ。

 試験のために各部の配線は念入りにチェックしたが、肝心のコイルにコネクターが接続されていなかった。コネクターはジャンパーで短絡してあっただけなので、IGBTのスイッチを入れた瞬間に短絡同然となり・・・はい、最初の通電でハイサイドはもちろんローサイドも即死です。

 こんな馬鹿なことになった直接の原因はもちろん不注意だが、人間がミスを犯し易い状況ってのもある。、今回は5.8V電源の調整でハマってしまった。
 プルダウン抵抗とかダイオードの電圧降下があるため、ハイサイド光ゲートドライバーに加わる電位は実際に測定せねば分からない。実際の電位が5Vを僅かに上回るように5.8V電源を調整するのだが、コイルを接続しないと回路が形成されないため測定出来ない。 

 しかし、メインコイルが搭載された砲架弾倉ユニットを車体に搭載すると光ゲートドライバーにアクセス出来なくなる。また、搭載自体がコネクター接続等めんどう極まる。
 そこで、5.8V電源の調整だけならジャンパーで済ませていたのだった。それをコイルに接続し直すのを忘れたため、一瞬で合計8個のIGBTが破壊されてしまった。

written by higashino [コイルガン戦車24] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

この記事へのトラックバックPingURL

2009年9月27日(日) 19:29

返事がない(焦)ただの屍のようだ

 砲架弾倉ユニットを車体に取り付け、各部の配線を完了。

 まずはハイサイドのゲート電位の変化をオシロでモニターしてみる。ところが、全く波形が現れない。ずっと基準電位のままで、何度試しても反応が皆無。

 5.8V電源の出力からダイオードを外し、テスターを当ててみる。何と、7.4Vが出力されている。

 エネループ6本で7.5V前後が入力されていて、なぜかそれがスルー出力されているように見える。だが、それは余りにもおかしい。短絡していないことはすぐ確認出来たし、そもそも常識的には短絡など起きようがない。中間には4Vの三端子レギュレーターが挟まっているのだ。
 もしかすると、入出力の電位が一致しているのは単なる偶然かもしれない。そう考えて、5.8V電源の出力電圧を調整するための半固定抵抗を回してみる。すると、4.5Vまで一気に低下した。そこから半固定抵抗を戻すことで、5V強に調整出来た。

 恐らく、出力部を交換するためにラジオペンチでエポキシを掘ったときに、半固定抵抗に大きなストレスが加わったのだろう。それによって半固定の抵抗値が狂って出力電圧が暴走。回し直すことでそれが正常に戻ったのだろう。

 いずれにしろ、ハイサイドのIGBTは壊れていた。
 余りにもあっけなく死んでいた。
 光ゲートドライバーは7V強が供給されても壊れない。代わりに、ゲートを7Vでドライブしてしまう。100μFのコンデンサーは定格6.3Vだが、この程度のオーバーであっさり壊れるものではない。それに対し、IGBTのゲートは弱い。定格6Vなので、最初に動作させたときに即死してしまったのだろう。

 ショックなだけでなく、再試験のためにはIGBTの組み立てをまた行わねばならない。ハイサイド用はトランジスターが不用なので、トランジスターがビルトインされているローサイドのユニットをそのまま使うことは出来ない。幸いにして、以前2並列で作ったユニットが3つ在庫されている。これを2つ合体させれば、即製でハイサイド用に使える。

written by higashino [コイルガン戦車24] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

この記事へのトラックバックPingURL

2009年9月26日(土) 19:05

ハイサイドも試験すべき

 光ゲートドライバーには細い配線をハンダ付けし、送光側にテープでしっかり仮止め。

 330Ωに換装した抵抗も、エポキシで埋めてある。

 IGBTはハイサイドだけでなくローサイドも配線引き出しての仮接続。ハイサイドは5.8V電源との接続があって実装の自由度が低い。先にローサイドを正式設置してしまうと、更に実装の自由が奪われる。

 ゲートドライバーは送光側にくっつけねばならないため、ゲートドライブの配線を引っ張り回す羽目になる。試験の準備だけで非常に面倒臭い。だから「ちゃんと動くはず」の場合はなかなか試験を行う気になれない。
 だが、ローサイドに誤算・想定外が多発した以上、ハイサイドも試験せざるを得ない。試験せず結果的にちゃんと動いても、実はそれ運が良かっただけだとか偶然だったという可能性が・・・

 放電回路を車体に設置し、配線を相互に接続あるいはハンダ付け。ひたすら面倒臭い。試験対象は第1段だけだってのに。

 ハイサイドのIGBTに加わる電圧は、放電が進行するコンデンサーとローサイドIGBTの電位によって決まる。特にローサイドのIGBTがスイッチング過程に入った場合の負担が読めない。ローサイドがターンオンすると、ローサイドのIGBTに加わる電圧は減少する。つまり、ハイサイドの方は増加する。

 ハイサイドは自身のターンオフだけでなく、ローサイドのスイッチングでも
dv/dt に要注意でありローサイドと条件が異なる。適正なゲート抵抗の値などは波形を実測するまでは決められない。

written by higashino [コイルガン戦車24] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

この記事へのトラックバックPingURL

<< 前のページ

Darkside(リンクエラー修正しました)

Generated by MySketch GE 1.4.1

Remodelling origin is MySketch 2.7.4