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2020年05月の記事

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2020年5月31日(日) 21:41

電磁波チェック

 EMI対策は、プロの企業でも苦労する極めて厄介な問題である。個人のDIYでは無視したいところだが、自分自身が妨害で動作不能に陥るのだから無視しようがない。非常に不穏なのは、同じDCコンバーターを使っていた旧電源では、大きな問題になっていなかったこと。なぜ、新電源で大問題になっているのだ?

 DCコンバーターが極めて怪しいが、発生源と確定した訳じゃない。
 原因究明のうえで、発生源の特定は重要だ。そこで、手助けになりそうなカードを漁ることにした。

 1つは、モロそのまんま。電磁波レベルメーターである。
 これにより、電波が発生している位置を直接探す。

 もう1つは、一見無関係なボイスレコーダー。

 これは、録音ではなく外部スピーカー出力を活用する。アナログメーターを取り付けて、音の大きさを針の振れで視認できるようにする。
 こっちは、電波ではなく音波の発生源を特定する狙いである。

 EMIによるノイズの増大と、どこからか発生している異音の大きさは、明らかに相関している。
 異音の発生源が、EMIの発生源である可能性が高いと睨んでいる。電源装置に生身の耳を接近させて音を確認するのは危険だし、主観に影響される。そこで、機械により安全かつ客観的な採音を行おうという話だ。

 電磁波レベルメーターを素組みし、絶賛ノイズばら撒き中の電源に近付ける。

 すると期待通り、メーターが振り切れた。感度を最低にしておいても、振り切れる。凄まじく妨害電波を放出している。
 だが、広範囲で強力な反応があり、発生源を特定できない。

 何らかの対策を行う際に、その対策に効果がありそうかどうかを手軽にチェックすることは、できそうだ。

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2020年5月30日(土) 20:51

最悪の敵だった

 バッテリーをセットしようとすると、バチっと小さな音が鳴る。短絡発生か?とビクついてしまう。だが、何度も試しているうちに確信が持てた。単なる、突入電流だ。
 それでも、心臓に悪い。何しろ、大電流を供給可能なリポバッテリーが、こんなに巨大なのだ。これ、爆発したら死ぬよな?

 爆発しないまでも短絡した際の恐ろしさは、想像したくない。膨大な空間を占拠している大型ヒューズだが、ヒューズ省略など考えられない。
 考えてみるとラジコンって、ヤバいよな。メーカーの異なるバッテリーと充電器を好き勝手に組み合わせてリチウム二次電池を充電し、ヒューズを入れずに放電するんだぜ・・・

 さて、5V電源を作るのに分圧抵抗を諦め、三端子レギュレーターを使う。

 使える電源が18〜36Vの範囲なのがネックで、普通の三端子レギュレーターは入力36Vまで保証されない。だが、LM317であれば37Vまで対応していることを忘れていた。
 データーシートにある保護付き回路例を元に、実体配線図を試行錯誤する。

 実体配線図があると、実装作業はほんと楽だ。
 フォトカプラ基板に並べて、取り付ける。フォトカプラ基板の方は、不用になった分圧抵抗を除去しておく。

 18〜36V入力(赤)を繋ぎ替え、GND同士を直結。これは、基板同士の固定にも利用。

 もう1箇所、分圧抵抗の切れ端をハンダ付けに使い、基板同士を固定するだけの目的でジャンパーを飛ばしている。

 三端子レギュレーターの出力(白)を、フォトカプラ出力+電源に接続。
 厳密に5Vでなくても、というより少し高い電圧の方が良いので、LM317の出力電圧を決める2つの抵抗は100Ωと330Ωにした。実測で、5.4Vぐらいになっている。

 パワー系電源に巨大リポバッテリー、制御系電源にエネループ5本を接続。動作させると、もう見慣れた強烈に派手なノイズが計測できた。
 商用電源ラインが完全に無関係なのに、ノイズは全く変化なく計測されている。もちろん、液晶画面表示はバグり、マイコンは暴走している。

 この実験で、どうやら最終的な結論が出た。これは、放射ノイズだ。制御系電源を完全分離しても、放射ノイズを受信してノイズが発生している。EMI対策という、途轍もなく厄介な話になってしまった。
 一般論として放射ノイズが悪さをする可能性を認識していたから、電流センサーのアナログ出力をシールド線で保護したりした。だが、まさかマイコンが暴走するほど強力な放射ノイズが発生するとは、想定外だった。

 念のため、オシロのプローブとオシロのGNDを直結し、ゼロ電位しか測定されないはずの状態にしてみた。2つのプロブは、両方とも自己短絡している。それなのに、ノイズが計測された。

 しかも、プローブの引き回しを変えると、ノイズの大きさが変化する。完全に、放射ノイズで間違い無い。

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2020年5月29日(金) 21:32

理解できない異常

 コントロールBOX主要部分の、無事を確認。

 バランスコネクター経由で電源を取ると同時に、6セル個別の電圧を表示。初期電圧が高過ぎてオーバーフロー状態なのだが、残量の見当を付けたり過放電を防ぐという目的からすると大した問題ではない。

 続いて、パワー系電源として接続。制御系電源は、エネループ5本を接続する。

 緊張の、動作試験。ところが、DCコンパーターの電源が入らない。
 出力電圧は15〜30Vの間で安定せず、妙に半端に出力される場合がある。

 各所の電圧を測定しても妙に要領を得ず、最終的にリモート端子の操作に失敗しているようだ、との結論に。

 リモートONにするため、5Vを出力する。ところが、1V強しか出ていないのだ。
 1V強という、激しく中途半端な電圧が出ているのが謎過ぎる。リモート端子の先が一部故障していて、短絡が発生しているというのが分かり易いシナリオ。だが、短絡しちゃいない。実測13KΩで、51KΩのプルダウン抵抗が4並列という計算に合っている。

 ほんとこの電源、余りに不具合が多過ぎて原因究明に支障をきたすほど。腹立たしいのは、4つあるDCコンバーターいずれも単体では動作実績があること。DCコンバーター自体が不良である可能性は、低いのだ。
 最重要パーツが動作実績を持つことで、電源製作は楽観視していた。それが、怒涛の不具合でマトモに機能してくれない。

 負荷を接続しない状態でも、リモート出力は1.3Vぐらいしか出ていない。

 フォトカプラ出力側電源を確認する。電圧は、バッテリーからの約25Vがキッチリと加わっている。それなのに、3分圧後は1.8Vしかない。これがフォトカプラ内トランジスターで電圧降下し、1.3Vぐらいになっている。
 分圧抵抗値を間違って取り付けたのか?とカラーコードを見るが、3つとも同じ。実測しても、3本の抵抗値は同じ。それなのに、電圧は3分の1になってくれていない。

 フォトカプラの消費電流が想定より多いのかもしれない。いずれにしろ、分圧抵抗という安価で故障しない手法は、通用していない。
 徹底的に、困ったものだこのレーザー電源。理解できない異常が、多過ぎる。

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2020年5月28日(木) 20:58

レーザー銃のバッテリー

 レーザー銃のため採用した、大型ドローン用バッテリー。
 重さ、1225グラム。

 小さいのはSタンクなどで使えるラジコン用バッテリー。260グラムだが、レーザー銃なら3直列するので3個必要。他に、以前使っていた容量6000のものは、325グラム。
 重量あたりの容量なら、最新のものだけあって大型ドローン用のが一番大きい。

 牛乳パックの少し小さい奴って感じで、厚さ半分で面積2倍の実装してくれていた方がレーザー銃には合う。しかし、強度的にはこの形状が望ましいのは分かるし、ややスマートさに欠けるとはいえレーザー銃に実装できないってほどではない。
 強靭にパッケージングされており、自前で3つのバッテリーをパッケージングする手間を考えると、アリだ。

 リポバッテリーは、最初から少し充電された状態で売られているのが常識。
 何の気なしにCT90コネクターだけコントロールBOXに挿入すると、数秒後に「シャーっ」という小さい異音が聞こえたので慌てて外す。僅かな異臭も感じられたので探すと、コネクター内が一部炭化していた。これは、明らかに短絡事故である。

 だが、この巨大なリポバッテリーが短絡して、この程度で済む訳がない。それに、コントロールBOXにXT90コネクター部分が短絡していないことぐらい、当然確認済みだ。それなのに、なぜ短絡?

 コネクターを清掃し、充電してみる。
 買って早々にバッテリーを壊してしまわなかったかどうかを、確認するのが目的である。

 幸いにして、何事もなく充電できた。

 6セルまで充電可能な機種を使用しているので、1回で充電できて快適。
 旧レーザー銃のときは、3つのバッテリーを1つずつ充電する手間が必要だった。民生用ドローンなど存在しない時代に、6セルのリポを一発充電できるような安価な機種は存在しなかったのだ。
 バッテリーも最初から6セル一体パッケージだし、バッテリー運用は比較にならないほど楽になった。

 レーザー銃の想定消費電流は40Aなので、フル充電なら計算上は15分の照射が可能となる。実際は、10分以上照射できるという感じで考えておけば良いだろう。

 ただし充電器はエコノミークラスで、能力100ワットしかない。よって、4A余りの充電能力しかない。同じタイプでワット数の大きな機種があると良いのだが。
 それでも、以前の充電器に比べてバランス充電が高速なこともあり、実用性は比較にならない。

 充電中に、コントロールBOXのダメージを調べる。

 何と、昨日新調したXT90コネクター部分が犯人だった。極性を間違って実装していたのだ!
 極性を確認したのに間違った、のではない。極性を確認した記憶が無い。ぼけっとしたまま漫然とハンダ付けしちまったようだ。確かに、自分的にはありがちだが・・・

 これにより、ターンオフサージ予防ダイオードに膨大な順方向電流が流れたのである。そしてダイオードが焼き切れて、小さな異音と異臭発生。しかし、故障モードが短絡ではなく絶縁だったおかげで、どこかが炎上せずに済んだ。
 更に幸いなことに、すっかり忘れていたがコントロールBOXはXT90経由で電源を取っていなかった。電流が小さいので、バランスコネクターから電源を取っていたのだ。そっちは交換とかしていなかったので極性も正常で、ダイオード以外の被害は無かった。

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2020年5月27日(水) 21:34

コントロールBOX改装

 ドローン用バッテリーが使えるよう、準備する。

 バッテリー充電器に付属しているケーブル(上)は、径4ミリのバナナプラグになっていてタミヤコネクター対応。
 そこで、XT90コネクター仕様(中)と、バナナプラグ仕様(下)を作成する。

 XT90は、今回購入する大型ドローン用バッテリーに適合し、その充電に使う。
 バナナプラグは2セルのリポバッテリー用で、Sタンクに搭載する予定のものを充電する。

 バッテリーの形状が想定と異なるため、コントロールBOXの作り直しを考えていた。旧コントロールBOXは、マイコンが PIC16F88 だったり液晶ディスプレイがパラレル接続だったり、いかにも旧仕様である。
 だが、確認のため中を見ると、パーツ点数がかなり多い。これ作り直すのは相当な手間なので、当面このまま使い続けることにする。

 ただし、バッテリーコネクターは旧ユーロで、今では事実上手に入らない。これは、XT90に交換せねばならない。また、制御系電源を供給するコネクターの形状も、変えねばならない。

 コントロールBOXは、バッテリーから制御系電源を分離する。キースイッチや緊急停止ボタンは、制御系電源に対して働く。制御系電源がOFFになると、パワー系電源のDCコンバーターもOFFになる。

 コネクターだけでなく、間の配線も新品製作し交換。

 実のところ、コントロールBOXの最重要機能はセル電圧の監視である。リポバッテリーは過放電すると即死するので、セルごとの電圧を常時監視しておかねばならない。このコントロールBOXは、直列された6セルの電圧を個別に監視し、どれかが所定の電圧を下回ると警報ブザーを鳴らす。
 もちろん制御系電源はOFFになり、それに伴って結果としてパワー系電源もOFFになる。

 キースイッチや緊急停止ボタンは、無くても稼動可能である。だが、セル電圧監視は不可欠だ。このコントロールBOXを使わないと事実上リポバッテリーが使用できず、レーザー銃はポータブル運用できない。

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