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2006年10月31日(火) 17:12

ストロボ用ダイオード

 赤外線LEDとフォトトランジスターは、どちらも直径5ミリの砲弾型である。光ファイバーを接続するアダプターはどちらも同じ形状で作れる。市販品はサイズと価格の両面で論外だ。
 しかし、金属パイプを切っての加工は面倒。パイプを切るとバリが出て内径が狭くなる。それを削って整える手間は想像以上である。

 しかも電源問題に気付く。
 IGBTをONにし続ける期間は数百マイクロ秒である。ON←→OFFのスイッチングは数マイクロ秒で完了させねばならない。この遅延は、赤外線LEDの反応時間、フォトトランジスターのスイッチング時間、ブースタートランジスターの反応時間、IGBTゲート充電時間、そしてIGBT自体の反応時間・・・と数々のディレイが積み上げられる。
 だから、各部分のディレイは1マイクロ秒のオーダーに収めねばならない。

 IGBTゲートを急速チャージする場合、数百ミリアンペアを流す。しかし、6Vの電源から100万分の1秒以内にそれだけの電流を流すのは難しいのではないか?
 100万分の1秒掛かって数百ミリアンペアでは困る。遙かに短い時間で定格電流に達し、それから100万分の1秒間流れ続ける、という感じでなければならない。何より、電圧降下しては困る。電解は論外としてOSコンでも苦しく、積層セラコン使うのが確実ではないか?

 4パラで使ってもIGBTのゲート容量は0.02μFに達しない。だから、秋月などで安売りしている25V10μFの積層セラコンで充分だろう。実質容量の低下を考慮しても足りると思われるし、サイズも100μFのOSコンより小さくて済む。

 むしろ赤外線LED側が問題だ。
 IGBTのゲート側は一瞬でチャージされた後は数ミリアンペアしか消費しない。逆バイアス抵抗の分である。それに対し、発光するLED側は数百マイクロ秒間ずっと光り続けねばならない。数十ミリアンペアではあるが期間が遙かに長いため、それだけ消費電力も多い。
 LEDを鋭く最大輝度に立ち上げねばならないため、やはり超低インピーダンスな電源でないといけない。これは積層セラコンをズラリと並べたコンデンサーバンクを用意せねばならないかもしれない。

 別にそれほどのリソース的負荷ではないので、用意してしまえば良いのだが。

ストロボ用ダイオード

 ところで、ストロボ用電解コンデンサーがあってストロボ用IGBTがあるのなら、ストロボ用ダイオードなんてのも無いのか?
 これは素朴な疑問である。コイルガンではパルス大電流耐性が重要であり、そこに特化したパーツを使用することでサイズ重量コストを大幅に節約可能となる。コイルガン専用素子など製造されていないが、ストロボ用があればほぼ適合する。
 ストロボ用のキセノンフラッシュ管はスイッチング素子を必要とせずダイオードも必要としない。ところが、トリガーパルス任せにするのではなくIGBTでスイッチングするフラッシュ回路も結構ポピューラーらしいのだ。そして、調べるとストロボ用ダイオードも東芝や松下などが作っている。

 パルス波形にはLCタイプとCRタイプがある。
 LCタイプは正弦波だがCRタイプは最初がピークで後は急速に下がって行く。例えば↓はフライホイールダイオードの電流シミュレーション波形である。初期にピークとなりダラダラと低下して行く。400μ秒でIGBTがOFFになりブレーキングダイオードに電流が切り替わるとしたために一気にゼロになっているが、切り替わらなければほぼCRタイプである。
 ストロボ用と称するダイオードは、このような電流波形に対応している。

 試しに東芝のCMC02が入手出来ないか調べている。入手したばかりのストロボ用IGBT同様に、パルス定格150Aとなっている。ただ、IGBTには注釈が無いのに対しダイオードの方は3秒間隔で寿命7000回と想定されている。だが、何しろ小さいチップ型なので、4パラではなく8パラ位で使えば充分に実用的ではないだろうか?

 ↓こっちはコイル電流(赤)とブレーキングユニットのダイオード(青)の電流波形。170μ秒の時点でIGBTがOFFになることで、ダイオードに一気にピーク電流が流れてその後は当たり前だが赤と重なって青は見えない。
 緑はお馴染みサージ電圧。シミュレーションは試作コイルのデータを使用した。机上では充分に定格に収まっている。
 こっちもダイオードはCRタイプの電流波形であり、CMC02を8パラに出来れば小型に仕上がりそうである。

 ただ、充分に定格に余裕を持たせたとしても、パーツの個数はトータルで非常に多い。実用コイルガンを完成させたとしても、それなりの頻度で故障パーツが出るのは避けられないだろう。
 診断装置の開発や故障部分を容易に交換可能とする配慮など、「実用」ならではの課題も積み上がる(まあ研究用でも重要ではあろう)。

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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