2009年3月11日(水) 17:14
今はコイルガン戦車の方を進めているが、通常のコイルライフルも作りたい気分になって来た。回生回路に使うダイオードからアレコレ考えを巡らせた末である。
そもそも、機能が形状を決定するのが本来の姿である。戦車の形状は火薬砲を運搬し防御するのに適した形状を追求した結果である。コイルガンの形状も、コイルガンの機能を実装した結果として生まれるべきだ。ところがラジコン戦車にコイルガンを積むと、実装形状は戦車すなわち火薬砲の都合を強制される。これが非常にうっとうしい。話が逆になっている。
あくまでコイルガンの都合で形状を決定し、ストレスの溜まらない製造を行いたい。そう感じるから、コイルガン戦車を製作すると並行して通常のコイルガンも作りたくなるのだ。
回生回路にショットキーバリアダイオードが使えれば、話がいろいろ単純化される。信頼性の向上が期待出来るため、超多段式が実用になるかもしれない。しかし更に冷静に考えると、結局問題なのは2カ所のハイサイド・スイッチング素子だけなのである。ローサイドはPIC直結の抵抗1つで調整しているため、製作もそれほど大変ではないし信頼性も杞憂に近いのではないか。
2カ所だけの問題であれば、少々豪勢にパーツを使うことも許される。また、空間の限定されたラジコン戦車ではなく手持ちの銃という形式なら、2カ所のユニットが肥大化しても大勢に影響しない。
ハイサイドのスイッチングでは、ゲートドライブの方法が問題だ。TLP250のようなフォト・ドライバーが使えれば良いが、2つの障害がある。
1)スイッチング速度を制御出来ない。
2)使用可能な電圧が高過ぎる。
まず1)だが、順回復時間を待つ間にサージ電圧を定格以内に抑えるため、スイッチング速度を適度に落とさねばならない。ところが、TLP250では速過ぎる。これに関しては、ショットキーバリアダイオードが使えれば気にせずに済むようになる。現状のままでも、ゲート電流を定格に押さえるために直列する抵抗の値を増やすことでスイッチング時間を制御出来る可能性はある。となると、障害にならない可能性が高い。
次に2)だが、IGBTのゲートは5V前後の極めて狭い範囲でドライブせねばならない。しかしTLP250は10V以上ないと使えない。これに関しては5V電源で使える類似品を探すか、ゲートに10V以上掛けられるスイッチング素子を探すかすればOKだ。
まとめると解決策は
1−1)ショットキーバリアダイオードを使う
1−2)ゲート直列抵抗の適正値を探り当てる
2−1)電圧5Vで使えるフォト・ゲートドライバーを探す
2−2)ゲートに10V以上掛けられるスイッチング素子を探す
となる。1−と2−は両方同時に満たさねばならず、−1)と−2)は一方が満たされねばならない。これを解決できればハイサイド2カ所の信頼性もアップする。そうなれば超多段式にゴーサインが出せる。
1−1)に関しては、やはり高耐圧型の入手が難しい。コイルガンのように極端な条件で動作させられるパーツは大抵の場合、入手に大騒ぎだ。1−2)で何とかするとしても、そのためには使用スイッチング素子を確定させねばならない。
2−2)はそもそもIGBT自体なかなか売っていない。FETだと最強K3132でさえパルス耐電流200Aしかないので、砲尾端で3個・銃口側で6個を並列せねばならない。それだけで1万8千円か
(^_^;)
若松の通販だと IRG4PC40UP というIGBTがある。パッケージサイズはK3132と同等でパルス耐電流も160Aしかないので、並列数は4個と8個に増える。しかし単価は630円なので、コストはかなり違う。ゲートも20VまでOKなので、TLP250で駆動可能だ。
IRG4PC40UP + TLP250 でハイサイドのスイッチングを行うとして、スイッチング速度を適正化出来るかどうか疑問がある。というのも、仕切電圧が6V前後なので、TLP250による12V前後での駆動を行った場合、高速に仕切電圧を通過してしまう。抵抗1本で調整し切れるのか?実験中に「あっしまった失敗だ」となるたびに、単価630円のIGBTが幾つかまとめて死亡する。
本格的にコイルガンの開発やるなら、そろそろある程度まっとうなオシロを買うべきだな。大きめの抵抗値を入れて思い切りスイッチングを遅くし、オシロでサージ電圧をモニターする。そしてサージを毎回確認しつつ抵抗値を徐々に減らしていく。これで安全領域が計れるはずだ。同様の作業は各所で必要になるだろう。ローサイドのゲートドライブは抵抗2KΩが適正という件に関しても、オシロで状況を確認しておいた方がいい。
ゴーサイン出せそうな気がする。
written by higashino [コイルガン] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]
Generated by MySketch GE 1.4.1
Remodelling origin is MySketch 2.7.4