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2006年10月14日(土) 20:35
スイッチング素子をハイサイドにすると、素子の耐圧問題をクリア出来ることに気付いた。
(回路1)
コイルユニット2つがバリスターバンクを共有している状態である。スイッチング素子がOFFになっている時は、メインコンデンサーの電圧がバリスターバンクには加わらない。このため、バリスターの開始電圧がメインコンデンサーの電圧を上回らなくても構わない。
また、ONになってメインコンデンサーの電流がコイルにチャージされる時は、ダイオードがバリスターへの経路をブロックする。
コイルからコンデンサーへのチャージが発生する段階に入るとダイオードが導通し、バリスターバンクに電圧が加わる。そして、サージを抑えつつブレーキを掛けてくれる。バリスターは制限電圧がスイッチング素子の耐圧以下であるものを選択するだけで良い。これで、ストロボ用の素子も使用可能となる。
問題点は言うまでもなく、ハイサイドなのでゲート制御が面倒臭くなることだ。また、共通電位が無くなり、ブレーキング中の複数のコイルユニット間で電流が流れるとマズいことになる。だから、メインコンデンサーの充電用配線に注意せねばならない。
しかし、どっちみちゲート制御はノイズ防止の観点から光ファイバーを使った光スイッチにならざるを得ない。どうせ絶縁スイッチングするのだから、電位がどうだとかゲート制御が面倒とか言っても今更って気がする。
(回路2)
素子がハイサイドでメインコンデンサーをブロックしてくれると、ブレーキング回路として別の発想も可能となる。これは、電解コンデンサーにエネルギーの一部を回収することで、ブレーキ性能を向上させたものだ。
LC共振の問題点は、コンデンサーに両極性の電圧が加わること。だから、軽量で大容量の電解コンデンサーが使えない。使おうとすればサージ対策に大わらわとなる。しかし、電解コンデンサーを別途用意すれば、逆極性の電圧を回収することが出来る。
コイルユニットごとに回収専用コンデンサーを用意するのは論外である。しかし、複数のユニットが1つの回収システムを共用出来るのであれば話は変わる。
寿命・信頼性に不安があるバリスターを一切使用せずにサージを押さえ込めるのがメリットである。
ところがこれシミュレーションすると結構微妙なのだ。回路に定数が書き込んであるが、ベストなブレーキ性能を発揮させるには定数を慎重に調整せねばならない。R2はコンデンサーの電荷を抜いて、続くサージを吸収出来るようにするための抵抗だが、例えばこの値を減らすとブレーキの効きが悪化する。増やせばコンデンサーの電荷が抜け難くなり連続するサージを吸収し切れなくなる。
バリスターバンクと異なり、多数並列するほど性能がアップするのではない。並列によってブレーキ性能が落ちることもある。
(回路2)に記載の定数でシミュレーションしたものだが、vc2はサージ吸収コンデンサーの電圧変化である。これなら330Vのフラッシュ電解を使うことで、数発のサージを連続で食らっても何とかなる。また、単発サージならピーク220Vに押さえ込んだままで理想バリスター360Vに迫るブレーキング効果が得られている。
サージが重なるとサージ電圧もアップするため、余裕ある電圧に抑えるよう設計せねばならない。プロジェクタイルの速度が上がる銃口近辺では、複数のコイルユニットが同時に稼働するはずで、ブレーキング時のサージも重なるだろう。
コイルガンとしてベストな回路は何か?
ポイントはバリスターが握っている。バリスターとはどの程度信頼出来る素子なのか?バリスターが信頼出来れば、シンプルな回路を使える。信頼出来ないのであれば、今回考えたようなより複雑な回路を使わねばならない。ダイオード1つにしてもパルス500Aに耐えられるものはそれなりのサイズになる。1本でも減らしたい。定格1Aの1N4007もピーク30Aに耐えるが、言ってしまえばたった30Aでしかない。
どっちになるか?具体的なモノを作って、やってみないと分からない。それも、数発で壊れるならすぐ分かるが、数百発程度で壊れるようだと容易に判断出来ない。
ただ、設計はかなり煮詰まって来た。そろそろ具体物を試作可能か?
スイッチング素子の入手が大変だったが、自分の見落としに気付いた。先日最新鋭のストロボ用素子を入手しようとして失敗したが、旧製品なら入手出来る可能性があるのでは?
旧製品をターゲットに探し直した結果、東芝の第4世代IGBTGT8G121を@117円で手に入れられそうだ★耐電流は150Aと新鋭品に劣るが、小型なので4パラで使ってもそれほど重くならない。400Vと低い耐圧を容認可能な回路にも目処が付いた。
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)]
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