Darkside（リンクエラー修正しました）

　予想外の難問となったのが、ヒートシンクの調達。

　８センチ×１６センチに空冷ファン２基が希望だが、適切サイズのヒートシンクが売っていないのだ。鈴商や千石は定番だが、サイズが全然合わない。
　パソコン系のショップでは、最近の小面積のコアに巨大なヒートシンクというタイプでこれも流用出来ない。

　大型ヒートシンクを切断して使おうと思ったが、十分な大きさのものがない。あったらあったで、分厚過ぎて重くなり過ぎる。
　そこで、小型ヒートシンクを接着するという逆方向で攻める。

　古めＡＭＤ用のやつを２つ買って来た。いかにも安っぽいファンだが、これで１５８０円×２はまあ妥当。大きさ妥当。重さも許容範囲。

　ファンは当分の間外しておく。ＬＤドライバーとして完成した最終段階で取り付けることになるだろう。

　３ミリの銅丸棒２本で強化の上、オートウェルドで接着する。

　実は、DC-DCコンバーターの取り付け穴を開けるのが大変だった。これ位置合わせが容易じゃない。１個あたり４カ所の穴で、２カ所は現物合わせ出来るが残る２カ所は巨大なチョークコイルがドリルに干渉して合わせられない。
　現物合わせ可能な２カ所も、DC-DCコンバーターの３ミリ穴にはネジが切ってある。そこで、ネジ山を潰さないようまず２ミリのドリルで穴開け。それを３ミリドリルで拡張。最後は誤差を吸収するため４カ所とも４ミリドリルで広げて・・・

　面倒臭過ぎる。モノ作りでは、この手の土方作業とも縁を切れない。

　オートウェルドの強力な接着力は、今回も有効。

　仕上がりを手に取ると、苦労が報われた気分になる。
　ここからの基板取り付けもまた大変だが、実際に取り付けながらでないとパーツ相互間の配線を煮詰められない。例によって配線を極限まで短くするので
(^_^;)
　だからこそ、現時点でヒートシンクを用意したかった。

　公称0.374℃/W となっている。穴開けでフィンが一部潰れるなどのロスでワットあたり0.4℃になったとしても、２個で0.2℃だ。DC-DCコンバーターは放熱面の温度100℃まで保証されている。つまり、100ワット程度の発熱には楽に耐えられるはず。そうなると後はDC-DCコンパーターの容量。
　こっちは合計６００ワットであり、ＬＤなら１２直列まではギリギリでドライブ可能なスペックである。それを出力電圧落として、今回は９直列のＬＤをドライブする（光出力２０ワット×９＝１８０ワット）。

　将来的にトリム抵抗の交換だけで、若干のパワーアップにも対応可能な余力あり。

　左下が１．０２４Ｖの基準電圧ＩＣである。Ｖｃｃ入力は足を外して、改めて上から引き込み直した。実測では試験に使った個体と同様に１．０２３Ｖを示した。
　落ち着いたら、エポキシで固める必要がある。

　赤い線はDC-DCコンバーターからの盗電用 (^_^;)
　全体で０．１Ａと消費しないはずなので、誤差の範囲内。

　ＬＥＤは必須ではないが、無いとデバッグに不便。一方で、デバッグに便利と言っても液晶まで接続可能にするのは無駄な配線が増え過ぎる。
　ＰＷＭ出力の１．５ＫΩは、１ＫΩを３本使って作成。基板面積的には相当に冗長だが、定数を変えたくなった場合に作業が容易。半固定抵抗は安定性信頼性が劣るので、どうしてもという場合にしか使いたくない。

　ピンヘッダーはオプションの信号出力。第２のDC-DCコンバーターのCNT端子を操作するために使う予定。

　パーツ点数は少なくても、基板の裏側はかなり窮屈。使うピンも少ないってのに。

　予定では、このＰＩＣが接続される第１のDC-DCコンバーターのCNT端子を、レーザー銃のトリガー連動の機械スイッチでON/OFFする。
　ONされるとＰＩＣに電源供給される。
　ＰＩＣは初期設定を行ったあと、第２のDC-DCコンバーターのCNT端子を操作してONにする。
　最後に、電流制御処理に入る。

　トリガー → 第１電源 → ＰＩＣ → 第２電源というシーケンスで立ち上がり、励起用ＬＤを２つの電源直列出力でドライブする次第。
　当然ながらトリガー後に遅延が発生するが、１秒以下なら遅延した方が良い。要するに安全対策で、一瞬トリガーに触れただけで強力なレーザーが発射してしまうのは逆にマズい。

　立ち上がりシーケンスのどの部分でも、障害が発生すればＬＤに十分な電流が流れないフェイルセーフ設計となっている。　仮配線して、出力電圧をチェック。

PWM	トリム	出力
0	0.242V	7.18V
96	0.641V	9.134V
128	0.759V	9.715V
160	0.871V	10.26V

　ＰＷＭの設定値を変更すると、１あたり出力電圧が17〜18ミリボルト変化した。
　制御対象ＬＤは、電流０→２５Ａで順方向電圧が約１．８Ｖアップする。シャント抵抗の０．２５Ｖが加わるので、約２Ｖの変動だ。つまり、１アンペアあたり約80ミリボルト。

　中古なのでＬＤの正確なスペックは不明だが、製品の素性ははっきりしているため相当な確率で推定可能。絶対定格は３２アンペアの可能性が大。最悪だと２８アンペアの可能性もある。
　更に、市販品のＬＤドライバーを見ると、出力変動５％は許容範囲のようだ。
　結論として、プラスマイナス１アンペア程度の変動は妥当。出力電圧の分解能は４分の１アンペア以下に相当するので、ＰＩＣのプログラム次第で十分に許容範囲の制御が可能と思われる。

　すなわち今のところ問題はなく、予定通りにコトを進める。

　５００Ω４０μＦの部分を作るため、１ＫΩの抵抗に１０Ｖ１０μＦを２個ずつハンダ付け。これを更に２並列することで、目的のユニットを得る。

　シャント抵抗は高精度で温度安定性も高い特別製。
　高精度を要求されるシステムは通常、温度安定化を行う。しかし、レーザー銃ではＳＨＧユニット以外では消費電力の制約により温度を安定化出来ない。そうなると、温度による定数変化の小さいパーツに頼りたい。

　高精度品の証でもある、４端子タイプ。
　温度の影響さえ小さければ、定数の絶対値は少々不正確でも構わない。しかしシャント抵抗が高精度だと、高精度のデジタルパネルメーターとのコンビで電流の絶対値を正確に知ることが可能だ。
　２５アンペアぎりぎりに調整する際に、役立つ。

　出来上がったユニットを、トリム端子とＧＮＤの間にハンダ付け。

　この状態で出力電圧をチェック。７．１８２Ｖと想定内。
　ＰＩＣが働いていない場合、２つのDC-DCコンバーターの直列出力は１４．４Ｖ弱となる。これはドライブ対象ＬＤの順方向電圧にほぼ等しいため、電流が殆ど流れない。

　トリム端子に電荷を与えてコンデンサーが充電されると、出力電圧も上がって行く。そして、ＬＤに流れる電流も大きくなって行く。
　こっち側のDC-DCコンバーター出力を変動させるだけで、ＬＤ電流を上下させる手筈。もしも出力電圧の変動範囲がＬＤの順方向電圧とマッチしない場合は、もう一方のDC-DCコンバーター（出力電圧固定）のトリム端子抵抗を交換して電圧を調整する。

　シャント抵抗とほぼ同じ幅に切り取った基板の上に、ＰＩＣの王国を作る。ソケット内にパスコンを押し込めるのは、いつもの手口だ。

　１．０２４Ｖの基準電圧ＩＣは、コイルガンの光ゲートドライバーを組むときにやったように足を取り付けて扱い易くする。

　プログラムは結晶オーブン用を少し改変するだけでＯＫだろう。結晶オーブンの方は１週間以上ぶっ通しで正常動作し、ＬＢＯを１１０℃前後にキープしている。信頼性は高いが、簡単に出来る対策は何でもやるに越したことはない。
　だからＷＤＴを使う。ところが、PIC16F88 で番犬使ってるサンプルがネット上にはまるで無い。PIC16F88
自体が多くの安全対策を内蔵しているため、わざわざ番犬まで飼う気になれないのだろう。

　PIC16F84 とはＷＤＴ周辺仕様も変わっているので、そのまま流用は出来ない。

　DC-DCコンバーターの出力を変化させるには、トリム端子の電位を０．２〜１Ｖあたりで変化させれば良いと分かった。

　やり方はいろいろ考えられるが、最もシンプルな方式を採ってみる。これで多分うまく行くが、駄目なら他の方式を考える。調整はＰＩＣのＰＷＭ出力で行えれば簡便だ。
　ＰＩＣが動作していない場合は、単純に５００Ωでプルダウンされた状態となり出力が最低の７．２Ｖに落ちる。ＰＷＭ出力が行われると、それに応じてトリム端子の電位は上昇する（しなかったら失敗だ）。

　ＰＩＣが動作不良の場合にフェイルセーフとして出力を最低にする。その要請からＲ２は５００Ωに決まる。
　一方でどの程度までトリム電位を高めるかという見地からＲ１が決まる。０．８Ｖあたりまで上昇出来れば十分なのだが、上限電位近辺ではなかなか電位が上がらなくなる。０．７〜０．８Ｖとなるはずの常用領域での扱い易さを考えて1.5ＫΩを選択。

　一番の問題がＣ１の容量である。
　これが小さいと、ＰＷＭのON/OFFに伴うリップルが大きくなる。しかし大きいと反応が悪くなる。電流出力は出来れば０．３秒以内でせいぜい０．５秒で安定させたい。そうすると、反応がそこそこ速くてリップルもそう大きくないという妥協点を探ることになる。シミュレーションやりつつ４０μＦに決めた。

２つのDC-DCコンバーターは、横並びではなく向かい合わせが勝りそうだ。問題はシャント抵抗の実装位置。定格は１．５ワットで、ヒートシンクを取り付けた場合のみ１０ワットまで可能。今回は６．２５ワットの発熱なのでヒートシンク前提となる。

　シャント抵抗のためにヒートシンクの床面積を確保した上で、各配線も出来るだけ短くしたい。そう考えるとこの配置がベスト。

　更に、ＰＩＣの位置もパズルに参加して来る。
　ＰＩＣ基板に使える面積は非常に狭いものの、リップルを減らすためＰＷＭ周期は短くしたい。だから内部８ＭＨｚは諦め、外部クロック２０ＭＨｚで動かしたい。しかしクロックの正確性は大して問題にならないので、水晶発振器ではなくセラロックでいいだろう。

　ヒートシンクは８センチ×１６センチ程度で、８センチのファンを２基装備する方向。

　ようやく所定のコンデンサーを取り付け終了したので、ヒューズはすっ飛ばして電源を接続。別に大電流を流すのではなく最初は出力電圧を確認するだけだ。

　実は３０Ａのヒューズが手元に無いってだけ（汗）

　いきなりどこかが煙を吐くこともなく、１１．９７４Ｖが出力された。トリム端子の電圧は、１．２２１Ｖとなっている。トリム端子とＶ−およびＶ＋との間は５０ＫΩと１２５ＫΩになっているため、単純に内部で分圧抵抗が形成されているのではないと分かる。

　小さくてもこのDC-DCコンバーターは３００ワットであり、こんな小型高性能の品は結構入手に苦労する。先日も６０ワット品の納期が５月末だったし。
　日本国内で買えるという点では楽かもしれないが、通販頼りという時点で外国との差は大して無い。

　コンデンサーの足は曲げて、ちゃんと短絡回避してます。出力端子から５０ミリ以内に取り付けるよう指定があるけど、そもそも２本の出力端子同士が何センチか離れてる。
　実装はギリギリ。

　トリム端子を定格一杯の５００Ωでプルダウン。
　出力は７．１９２Ｖと想定通り４０％ダウン。こっちはこのままの出力固定で使用する。
　このとき、トリム端子の電圧は０．２４１８Ｖへ激減。

　消費電力が極めて小さいはずなのに、コネクター接続で相当な火花が出る。どうやら、巨大コンデンサーのせいで無視できないほどの突入電流が生じているようだ。

　もう１個のDC-DCコンバーターを試験。
　ＣＮＴ端子に機械スイッチを取り付け、電源ＯＮによるコネクター火花を避ける。

　ＰＩＣを取り付けてＰＩＣからもう一方のDC-DCコンバーターＣＮＴ端子を操作したい関係から、入出力のＧＮＤを短絡させた。そのせいか分からないが、出力は１２．００１Ｖと極めて正確。トリム端子の電圧は、１．２２４Ｖだった。

　トリム端子を３ＫΩで仮にプルダウンすると、出力はデータシート通りに２０％ダウン。９．５７５Ｖとなった。これでトリム端子の電圧は、０．７２９６Ｖだ。

　このDC-DCコンバーターは、トリム端子の電位を一定にキープするタイプではなく、トリム端子の電位変化に連動して出力電圧が変化するタイプのようだ。