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2011年05月の記事

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2011年5月31日(火) 21:50

コネクター使おう

 コンバーターの足の間隔が狭くて配線困難なので、例によってラジコンショップで特殊な配線を調達。シリコン被覆が薄くて、外径の割に芯線が太い。短絡せずギリギリで配線可能な太さとしてほぼ限界の、11番。試験コンバーターでは16番を使ったから、差はかなりでかい。

 太い配線を引き回すと、根本には大きな外力が加わる。そこで方針を変更し、基盤上にコネクターを設置することにした。写真だと左上と右下に取り付け穴を設置。これ開けるのも、かなり大変。もちろんラジコン用だ。
 ラジコンは直流数十アンペアを当たり前に扱うため、パーツが大電流に対応している。

 コンバーター基盤が無用に小さなため、配線作業に膨大な時間を食われる。

 短絡まで0.2ミリぐらいしかない綱渡りをしつつ、ハンダ付け不良にならない確実なコテ使いを要する。

 出力側の+配線。
 コンデンサー設置済みだから、まだいい。入力側コンデンサーの取り付けが頭痛の種。

 ヒートシンクを要するようなパーツだと、本体だけ小さくても意味がない。内部が熱的に辛くなるだけだ。

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2011年5月30日(月) 22:00

実装開始

 1KΩの抵抗の足を注意深く折り曲げて、ベークライト基盤に差し込む。位置が合わないと、抵抗をコンバーター基盤にハンダ付けした部分に大きな力が加わってしまう。非常に慎重に作業せねばならない。ハンダ付けが剥離すればコンバーター出力は0.7Vとなり、順方向電圧を遙かに下回るためレーザー発振は停止する。

 出力用コンデンサーは、横倒しにして表側に設置可能。入力用は太過ぎるしもちろん高過ぎるため、裏側に設置するしかない。ヒートシンクが被さるのが物理的制約となる。

 裏面の出力側に、6.3V100μFの積層セラミックコンデンサーを増設し、足を巻き付けてハンダ付け。これも単純作業のようでいて、コンバーターの足にしっかりとハンダを載せないと後が怖い。

 この期に及んで、予想外の事態。コンバーターの足が奥まで入らず、根本が0.3ミリぐらい余っていた。そのぶん裏面への突き出しが減る訳で、ハンダ付け面積も減る。しっかり差し込もうにも、表面に付けたコンデンサーの足に余裕がないため差し込み不能。

 テープ固定だけで作業するのは甘かった。コンデンサーを少し斜めに浮かすことで足を稼ぎ、コンバーターを奥まで差し込む。そして緩まないよう、ヒートシンクを仮止めして押さえ付ける。
 ここでも想定外が発生。

 コンバーターに2つ並んだコイルの天井だが、水平が取れていない。そればかりか、平面すら出ていない。後で削らないと、ヒートシンクが密着しない。
 また、ネジを強く締めるとベークライト基盤が反ってしまう。どの程度締めるか調整を要する。これは予想出来たことなので、更に薄い基盤は採用し難い。

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2011年5月29日(日) 22:58

正式版作ってみる

 このコンバーター使ったレーザー電源を正式に丁寧に作ろうとすると、最初に困るのが放熱器。
 発熱は最大で7〜8ワットと想定され大したことがない。だが、発熱面積が小さいためかなりシビア。データシートでは銅のヒートシンクが推奨されている。ところが、小型の銅ヒートシンクはなかなか売っていない。
 昔ならパソコンCPU用にいいのが揃っていたが、最近はCPUの発熱が大きくなり過ぎてしまい大き過ぎるのしかない。GPU用やチップセット用では、銅まで使った大袈裟なのは少ない。性能面に不安はあるが容量的には多分大丈夫なアルミ製を買ってきた。

 これで最後まで製作して大電流を供給させてみる。果たして安定動作できるか、試す。

 ベークライト板は以前に買った3ミリ厚のを切り出したが、どうやら厚過ぎる。これではコンバーターの足を通したら突き出さず、ハンダ付け出来ない。
 足穴の周辺を削り取る。

 コンバーター本体唯一の改造ポイント。1KΩの抵抗取り付け。
 実験では単なるカーボン抵抗を使ったが、この正式版では金属被服抵抗。誤差1%で温度安定性50ppmである。発熱による温度変化も減らすため、大きめのを使う。
 ベークライト板に足を差し込んだときの高さに要注意。

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2011年5月28日(土) 21:20

シーリングコンセント

 この週末は雨に閉じ込められそうな、鬱な予報。小雨の中を秋葉原へ買い出し。レーザー絡みのパーツも買ったものの、一番の目的は照明器具のパーツ。
 部屋の照明が古いタイプで、交換しようにもシーリング・コンセントなんて洒落たモノは付いていない。そこで、天井にシーリングを設置したいのだが、穴を開けての工事など無理。
 ここで登場するのが、いつも工作でやってる方針。接着剤とか両面テープのような弱い取り付け方法であっても、接着面積が広ければ実用になる。そこで、強力な取り付け方法によって面積を広くすれば良い。

 写真のシーリング・コンセントは1個126円だが、普通の電気店には置いていない。秋葉原でも日曜は休んでいるようなショップでないと手に入れ難い。
 これを通常の通りにネジ留めで、アルミ板に固定。写真の通り、コの字アルミ板を2つに切断し小さい方を使用している。そして大きな方にネジ留めで固定。かくして、金属にネジで固定という強力な方法で接着面積を500平方センチメートルまで広げることが出来た。

 本来よりも1センチほど浮いた空間を屋根裏として使用し、配線を引き出す。

 基本は単なる両面テープだが、500平方センチメートルもあれば容易に剥がれない。
 更に、3箇所×左右の木ネジ6本で固定。両面テープは一端が剥がれると一気に剥がれる危険があるが、それを予防する。天井のうまい場所に桟が通っているわけじゃないので、木ネジにはエポキシをたっぷり塗ってからネジ込んだ。
 配線は、屋根に取り付いている普通のコンセントに接続。

 天井から1センチ以上突き出しているため、このまま照明器具を設置すると天井に密着しない。10センチ角のスポンジを3つに縦切りし、これも両面テープで。強度は必要じゃない。

 計画は成功し、部屋がいい感じに明るくなった。

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2011年5月27日(金) 21:40

新兵器登場

 先に重要機能を確認しておく。
 このコンバーターは出力電圧を動的に変化される機能がある。14番ピンに入力電圧をそのまま加えると普通に動作する。入力電圧より低い電圧を加えると、その割合に応じて出力電圧が低下するのだ。
 ということは、RC回路などを取り付ければ自由なレートでスロースタートとか可能なはずと皮算用していた。

 14番ピンを利用せずにデフォルトのスロースタート機能だけでOKと判明したが、これで出力を操作することでSENSE電位をから動かせれば何かと便利である。
 問題は、本来の定電圧電源としてではなくダイオードドライバーとして利用する場合にどう働くか分からない点。実験するしかない。

 ラジコンバッテリーの入力を3.3KΩ2本で半分に分圧し、14番ピンに接続。結論から言って、動作は全く同じだった。0.7Vをキープするように働いて、ダイオードには同一の電流が流れた。つまり、定電流電源としては14番ピンの意味がない。入力電圧に直結し戻した。

 太い配線に交換し、シャント抵抗に0.1Ωを接続。

 これで6.5アンペア前後が流れるはずだ。

 電源投入直後のシャント電位変化。十数ミリ秒でスムーズにスロースタートしている。何の問題も認められない。電流が増大したことでレーザーダイオードの順方向電圧は1.662Vに増加し、その分僅かにシャント電位が低下。ほぼ0.65Vになっている。

 電流が増大しても、リップルは増大していない。どうやらレーザー戦車のレーザー電源は、こいつに換装で決まり★
 旧電源の定電圧+電流制限抵抗という方式では、ダイオードの順方向電圧が変動するとそのままシャント電圧が変動した。それに対し、こいつは変動が30分の1しか影響しない。レーザーの光出力に対する影響も、ほぼ30分の1になる。
 定電圧+電流制限抵抗という方式で光出力が3〜6割も変動するようなケースで、こいつは1〜2%しか変動しない。そう考えると威力が良く分かる。レーザー砲の計画で自作したPIC制御の定電流電源に比べても、PIC不用で立ち上がりが遙かに高速で安定性も上と、言うことなし。

 かくして新兵器登場。ただし1つだけ弱点があり、たぶん並列運転出来ない。2個使用すればゴキブリレーザーを駆動出来るという単純な話ではない。
 とはいえ30アンペアまで対応出来ると光出力20ワット品を駆動できるので、かなり利用範囲が広い。

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