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2019年1月28日(月) 21:39

新IGBT

 回生型コイルガンの製作において、これまで2種類のストロボ用IGBTを使用した。
 まずは元祖コイルガン・ストームタイガーで活躍した GT8G121 である。これは1000回以上の射撃実績があったものの、その後壊れてしまった。
 次が、段数を増やした強力な手持ち射撃用コイルガンに採用した GT10G131 である。これは
GT8G121 の次世代品種であり、ターンオンが若干遅い以外は性能がアップしている。ところが、データーシート上はスペックが上がっているにも関わらず、コイルガンに使用したら壊れまくった。コンデンサー電圧を下げても容易に壊れまくり、全く使い物にならなかった。
 ならばと GT8G121 に戻そうにも、そっちも開発中に壊れまくった関係で在庫が不足し、戻せなかった。

 こうして、コイルガンからはいったん手を引いた。回生型に耐えられるスイッチング素子が無い。まだ、科学技術がアイデアに追い付いていない。

 しかし元祖コイルガン・ストームタイガーは、曲りなりにも1000発以上は生きていた。もう少しだけスイッチング素子を冗長化すれば、復活可能なのではないか?
 そこに幸いにして、主砲コイルや装填装置など作り直すには手間が掛かり過ぎるパーツを捨てずに保存していたと判明。こうして、レストアする気になった。

 ここで念のため最新のIGBT事情を調べたところ、意外な方面で情報が引っ掛かった。それは、ストロボ用IGBT本来の用途である、カメラのストロボである。
 安物の中華ストロボを買ったらすぐに壊れてしまい、IGBTだけ買ってきて自力修理したという話題である。そこで使用されているのが、今回新たに入手した RJP5001APP という次第。

 一般に、ストロボ用IGBTは極端に入手が困難である。GT8G121 も GT10G131 も、筆舌に尽くし難い苦労の末に入手した。だから、GT8G121 を追加購入しようなどど簡単に決断できない。これに対し RJP5001APP は、容易に入手できる。だからこそ、一般人が修理に使用しようって話になる。
 興味を引かれたのは、ストロボの故障内容だ。カメラ用ストロボは一般に、フル発光だけでなく発光量を落とすことができるし、発光量を落とせば連続発光できる。それを可能にするのが、ターンオフ可能なIGBTというスイッチング素子である。故障内容はフル発光しかできなくなるというもので、これは明らかにIGBTがターンオフできなくなっていることを意味する。

 コイルガンでも、IGBTが壊れるのはターンオフと相場が決まっている。
 ターンオフがキチンとできて、しかもターンオフ時の破壊が再現されない。そのような修理パーツとして RJP5001APP が推奨されているのだ。だとすれば、コイルガンにも適しているのではなかろうか?
 コイルガンでIGBTを壊しまくり、原因を調査しまくり、何が問題なのかほぼ明らかになっている。I2t である。IGBTのデータシートにはI2t が記載されていないが、記載されている素子から類推すると、パッケージのでかいものほど I2t 耐性が大きい傾向にある。

 その点からも、RJP5001APP は期待できる。パッケージがでかいと限られた空間に実装するのが困難になるので、つい「劣っている」という目で見てしまう。もちろん巨大なブロック型IGBTではラジコン戦車に搭載できないが、RJP5001APP
のサイズなら許容範囲である。

GT8G121 GT10G131 RJP5001APP
耐圧 400V 400V 500V
連続耐電流 8A
パルス耐電流 150A@1ms 200A 300A@2000μF
飽和電圧標準 3.5V 2.3V 4.7V
飽和電圧最大 7V 10V
ゲート操作電圧 4〜6V 4〜6V 12〜17V
ゲート入力容量 3800pF 2800pF 2050pF
ターンオン時間 4.8μ秒 5.9μ秒 0.53μ秒
ターンオフ時間 3.8μ秒 3.8μ秒 0.75μ秒
ターンオフdV/dt 400V/μ秒 400V/μ秒 1000V/μ秒

 それだけではない。RJP5001APP は、ターンオフが高速な上に dV/dt 耐性も大きい。ターンオフを高速で行えば、I2t
は減少する。これだけでも、以前のIGBTに比べて圧倒的に強い。
 唯一飽和電圧だけが高めだが、より大容量のメインコンデンサーに対応可能なので、容量を増やして押し切れば良い。

 この RJP5001APP が、コイルガン・ストームタイガーのレストアを決断させた最後の一押しとなった。
 GT8G121 が実用ギリギリ境界線だったことを考えると、並列数を GT8G121 の半数にした RJP5001APP が実用になる確率は、かなり高い。この場合、新ストームタイガーにおける使用総数は16個となり、実装空間は確保可能だ。
 以下、データーシートの追記。

・耐圧は500Vだが、コンデンサーは300V以内が望ましく最大350Vまで。
・電流は200A以内が望ましく、最大300Aまで。
・メインコンデンサーは1500μF以内が望ましく、最大2000μFまで。
・ゲート電位は12V以上あれば良いが、14V以上を推奨。

・300A以内のパルス通電で、寿命は5000回。
・電圧が加わっている時間が、合計5000時間で寿命。
・射撃間隔は5秒以上開けるのが望ましい。
・スイッチング周波数は70KHz以内で。

 コイルガン戦車で問題になるのは、寿命5000回というところぐらいだ。開発中に1000〜2000発を撃つ可能性があるが、本運用を開始したら3000発とかそう簡単に撃ち尽くせるものではない気がする。
 またゲート操作が12V以上必要なので、ローサイドもPIC直接ドライブはできない。6箇所のスイッチングすべてで、TLP250のお世話になる。

written by higashino [コイルガン戦車 1/24] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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