Darkside（https対応しました）

　ハイサイドＩＧＢＴを短絡ピンに置換し、ローサイドだけで犯人探しやってみる。
　まず、実測されたコンデンサー放電波形やコイルの実測インダクタンスを元に、シミュレーションのパラメーターを調整。コイルの直流抵抗は０．６７Ωぐらい。
　緑がコンデンサー電圧、青がコイル電流。

　シミュレーション結果を、オシロの実測と重ねてみる。重要なのは、コンデンサー放電の「途中」でコイル電流はピークを迎える点。ローサイドＩＧＢＴのコレクター電位（黄）が謎の盛り上がりを見せているのは、電流のピーク付近ではないか？
　ＩＧＢＴがオンになると、正常な場合のコレクター電位は２Ｖぐらい。だが耐電流をオーバーすると、コレクター電位が上昇する。回路の欠陥ではなく、単純に過電流で謎パターンが現れたのではないか？
　３３０Ｖ放電のピーク電流は、シミュレーションだと２７０Ａを超える。しかし２５０Ｖ放電だと２１０Ａ程度。謎パターンは２１０Ａ以下では出現していない、という部分でも現実に合致する。

　だが、使用しているＩＧＢＴの耐電流は２００Ａである。それを４並列しているのだから、負荷バランスが少々崩れていても２１０Ａまでしか耐えられないのはおかしい。確かにＩＧＢＴの配線４系統は対称ではないが、それにしても理想８００Ａ耐電流が２１０Ａに落ちるほど酷い配線とは思えない。
　過電流が犯人だと分かり易いが、幾ら何でも計算が合わな過ぎる。

　今度はローサイドＩＧＢＴを詳細にチェック。黄色はＰＩＣによるゲート操作電位で、青がローサイドＩＧＢＴのコレクター電位。１２０〜１３０Ｖからの放電では、想定通りのパターンが計測された。しかし若干おかしい。無負荷で計測した時は、ゲート操作電位の立ち上がりこそ角が丸くなっていたが、テーブル部分は綺麗に５Ｖ水平になっていた。それが、凹んでいる。

　３３０Ｖ放電では、一発でローサイドＩＧＢＴが破壊された。ゲート操作電位は急激に落ち込み、４Ｖあたりに下がっている。遂に犯人をまた１人捕まえた。
　ＩＧＢＴのゲート電位が下がると、飽和電圧が大きくなり耐電流は小さくなる。ターンオン期間中に、想定外にゲート操作電位が下がったため、電流に耐えられず破壊されたのだ。

　以前のコイルガンでも、ゲート操作電位の低下で破壊されたことがある。当時はハイサイドのドライブ電源として、コンデンサーに蓄電していた。その容量が不足し、やはりターンオン期間中に電位低下を起こした。
　今回は別電源を用意しているが、ゲートの消費電荷が想定外に大きかったようだ。

　ＩＧＢＴはＦＥＴと似たような使い方が出来るため、ついＦＥＴの仲間としてイメージしてしまう。しかし、ＯＮ抵抗が定義できず飽和電圧での表現となるなど、トランジスターの仲間に近いかもしれない。
　ＦＥＴはゲートをＯＮにすれば、ゲートに電荷を更に投入しなくてもＯＮのままである。これに対しトランジスターは、電流を流し続けないとＯＮが継続しない。
　ＩＧＢＴのゲートもＯＮ期間中ずっと電荷を喰らい続け、しかもコレクター電流が大きいほど大喰らいになっているようだ。
　コイルガン領域の高電圧・大電流において、ＩＧＢＴに匹敵する性能のＦＥＴが登場すれば、さっさとＦＥＴに乗り換えたい。だが、現状ではＩＧＢＴが性能で完全にリードしているから、放電回路を頑張ってＩＧＢＴを適切にドライブせねばならない。

　「ストロボ用」を謳うＦＥＴが登場するかどうか？がポイント。

　ＩＧＢＴを新品に交換し、放電回路を動作させる。ところが、メインコンデンサーの電荷が抜けない。放電されない。何度トリガーを押しても、コイルに通電しない。
　放電制御ＰＩＣからのゲート操作信号をオシロで確認すると、ローサイド（青）は正常だがハイサイド（黄）が４Ｖまでしか振れていない。フォトカプラの負荷がかなりあるので、それほど不自然ではないが・・・

　フォトカプラとの接続を切ると、キッチリ５Ｖまで振れている。ＰＩＣ基板の側は正常だ。

　ハイサイドだけをオシロで確認。ＰＩＣからのゲート操作信号（黄）はフォトカプラに入り、間接的にＩＧＢＴに働きかける。ＩＧＢＴゲートドライブ（青）は、問題なく５Ｖまで振れている。ＯＮ期間も５２５μ秒の正常運転。
　ところが、ここまで想定通りの挙動を示しているのにハイサイドＩＧＢＴがＯＮにならない。ＩＧＢＴを交換しても駄目。

■■■　ターンオフ可能なコイルガン駆動回路は、開発の難易度が高過ぎる。■■■

　ハイサイドＩＧＢＴの代わりに短絡ピンを挿し、ローサイドＩＧＢＴだけで放電が行なわれるようにしてみる。壊れないよう、メインコンデンサーをフル充電せずに試す。
　ＰＩＣ基板からトリガー信号を送ると、当たり前に放電された。ローサイドはＩＧＢＴが壊れたものの、放電回路は動作している。一方でハイサイドは、ＩＧＢＴが壊れなかったのに放電回路が壊れているように見える。

　問題ありまくりだ。

　事態が複雑過ぎて、解決の手がかりがない。
　まずはハイサイド短絡のまま、ローサイド側の犯人を捜すのが早そうだ。というのも、破壊された時の状況は、ハイサイド短絡でも再現できる可能性がある。
　ハイサイド短絡にすると、初期状態でローサイドＩＧＢＴのコレクター電位が高くなるから、完全に同一の状況にはならない。だから１００％とは言えないが、再現されればおいしい。ハイサイド放電回路を除外した状態で、犯人探しできる。

　さあ、いよいよ放電回路が破壊される可能性が高い、３３０Ｖ動作を試す。
　２５０Ｖ放電までと同様のパターンが出現した。この波形だと、ＩＧＢＴは破壊されていないはずだ。念のためＩＧＢＴユニットを取り外し、テスターで確認。ローサイドもハイサイドも健在だった。
　問題は、２５０Ｖまでと明白に異なる部分。ＩＧＢＴのターンオン期間中は、コレクター電位は０に張り付くはずである。ところが、途中で謎の電位上昇が生じている。この現象は、１５０Ｖや２５０Ｖでは出現しなかった。時間軸を拡大してチェックすると、dV/dt は見た目ほど大きくない。

　ターンオフ時の乱れは相変わらず存在するが、これが原因でＩＧＢＴが破壊されるとは思えないレベルに引き続き留まっている。

　１回目の３３０Ｖ放電は、いちおう無事に完了した。そこでオシロで観察しつつ、更に放電を繰り返す。
　７回目の放電を行なったとたん、波形が変化した。ローサイドのコレクター電位が０のまま戻らない。これは、ＩＧＢＴが破壊された時のパターンだ。

　ＩＧＢＴユニットを外し、テスターの出番。思った通り、ローサイドだけが破壊されていた。ゲートは短絡していない。ハイサイドのＩＧＢＴユニットは、無事。
　遂に、破壊時の波形を記録できた。過去に何度もＩＧＢＴ破壊時の波形を記録できているが、明白に別である。過去の破壊はターンオフ時に生じており、ターンオフの途中で急変していた。ところが、今回の破壊はターンオフまで辿り着いていない。となると、ターンオン期間の途中に出てくる謎のパターンが怪しい。

　１回目のパターンと比較すると、破壊時は謎パターンの終了が急である。
　謎パターンでＩＧＢＴに負荷が加わり、１回目はそれに耐えたが破壊時は耐えられなかったのだろう。
　要するに次の課題は、謎パターンの発生原因を突き止めることだ。

　回生回路のラスボスはＩ２ｔ だと思っていたが、その奥に更なるボスが潜んでいやがった。

　メインコンデンサーやコイルと接続。ＰＩＣ基板とも接続。完全に、通常の射撃が可能な状態に整備。
　ただし、パチンコ玉は装填しない。

　オシロは、各ＩＧＢＴユニｔットのハイサイドを測定。基準はＧＮＤで統一。

　ハイサイド側ＩＧＢＴは、結果としてメインコンデンサーの電圧を測定することになる。

　これで放電すると、一発でＩＧＢＴが壊れる可能性がある。そこで間際に思い付いて、コンデンサー充電器の停止電圧を１５０Ｖに落とした。
　ＰＩＣのプログラムを書き換えるだけで良いため、コイルの巻き直しやるより簡単だ。

　結果は、さすがに１５０ＶだとＩＧＢＴも壊れず、想定通りの計測結果が得られた。サージが２回見えているが、最初がローサイドＩＧＢＴのターンオフ。３０μ秒ほど遅れてハイサイドＩＧＢＴのターンオフ。両者のズレがある３０μ秒間ほどは、回生ではなくフライホイールになっているため、コンデンサー電圧は横ばい。両ＩＧＢＴがターンオフ済みになると回生され、コンデンサー電圧が上昇する。
　ローサイド電位が最後に落ち込んでいるのは、回生が終了したから。ＩＧＢＴが破壊された場合は、ＧＮＤまで落ちる。

　ターンオフ時のオーバーシュートは最初期の測定でも見られた。スナバ回路の副作用かもしれない。
　続いて、コンデンサー充電電圧を２５０Ｖに設定し直して測定。電圧の絶対値が異なるだけで、同様の変動パターンが測定された。

　スナバ回路による？バタつきも激化しているが、これで壊れるとは思えない。

　ここまでは問題なし。念のためローサイドもハイサイドもＩＧＢＴユニットを取り外し、テスターで確認。どちらも、壊れていない。

　一晩寝かせて、改めて関連装置の電源を入れ直し、オシロで波形測定。
　そう考えたが、ラジコンバッテリーを実験システムに接続したまま取り外し忘れていた。待機電流が多めだったか、すっかり放電済みで使えない。
　ニッケル水素タイプだから助かったが、リチウムイオンならバッテリーは即死してる。

　さっそく充電を開始したところ、数分でバグった。
　室温は２５度ぐらいだし空気は爽やか。本日最初の充電作業だから過熱もしていない。いきなりこれは、どういうことだ？
　幸いにして再スタートすると最後まですんなり充電できた。旧機種はちょっと充電電流を増やすとすぐにエラーを発生させてたし、ラジコン充電器は気難しい。自作するよりかなり安いから、仕方ないけど。

　充電が完了してもバッテリーはかなり暖かい。冷却時間を置かないと、バッテリーに悪い。過放電だって良くはないが・・・
　１時間ほど放置し、実験装置に接続。昨日と同じく、ローサイドのゲートドライブ波形を見る。幸か不幸か正常で、不良動作が再現しない。

　ここに至ると、危険を冒しても放電試験を行なうしかない。

　コイルを巻き直す。燃えたエナメル線を外した後に、うっかり力を加えてしまいコイル巻き部分の長さが変わってしまった。５ミリアルミ角棒突っ込んで間合いを修正し、例によって８０回巻き。
　インダクタンス実測値は若干小さくなったが、充分に想定内。

　このコイルを放電回路に取り付け、メインコンデンサーも３３０Ｖ４００μＦに戻す。そして放電する訳だが、オシロをどこにセットするのが良いか？
　オシロは２チャンネルしかない上に、その２チャンネルがＧＮＤを共有せねばならないという極めて使い勝手の悪い仕様である。だから、取り付け位置には著しい制約がある。

　一方で、過去に何度もＩＧＢＴを破壊した実績があるから、最初の放電実験で即座にどこか壊れてもおかしくない。その放電で意味のある情報を取得できないと、回路は犬死にだ。