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2007年7月12日(木) 17:32

MC34063の抵抗値

 一体どこが壊れたのか?
 例によって順番に可能性を潰して行く。各部の導通を確認し、各所の電圧を測定し、オシロを取り出し・・・案の定MC34063が発振していない。この場合、出力がOFF固定されるとバッテリーがコンデンサーに直結され、7.2V充電される。また、出力がON固定となると現状のようにバッテリーが短絡状態となる。
 問題は、MC34063が発振しない原因だ。オペアンプは極めて正常に動作している。

 3番ピンとGND4番ピンに接続されているタイミングコンデンサーがDC状態。これまた組み立て直後と同じだが、今回はGNDもしっかり接続されている。
 MC34063が壊れたという可能性が最も高い。だがなぜオペアンプ保護のためにツェナを増設したとたん壊れたのか?ただし因果関係は無く、偶然ということもある。サンプル数1では確たる結論が導けない。
 そんな状況で指摘を受けたのが、必要な電流制限抵抗が入っていないのではないか?という話だ。

 互いに互換なMC34063とNJM2360は、1次側電圧最大40Vまで対応している。しかし、電源電圧に応じて適宜抵抗を入れねばならない。では、抵抗値はどのように決定すれば良いのか?ブラックボックスであるICを使う上で設計上避けて通れない。ここを再確認してみたい。

 基本部分は、こうなっている。タイミングコンデンサーの発振を基本として電流制限抵抗や電圧検出ピンの状態を加味し、ICがQ2のベースを制御する。それにより、8番ピンからQ2を通って電流が流れる。これは、100ミリアンペア以内に抑制せねばならない。

 Q2を通過した電流は100ΩとQ1のベースに分かれる。
 100Ωの方に流れた電流はQ1のベース電位を上昇させ、残りがQ1のベースに流れる。Q1で増幅された電流は、1番ピンから2番ピンへと流れる。これは、1500ミリアンペア以内に抑制せねばならない。
 発熱等を無視すると、1.5A以内かつ出力40V以下であれば外付けFET等を使用せずICだけで直接ドライブが可能だ。しかしコンデンサー充電器では40V制限が論外であるため、外付けでFETないしトランスが必須となる。

 追加のスペック情報だが、
1)100Ωには最低でも7ミリアンペア流さないとQ1が導通しない。
2)Q1の増幅率は最低50、典型75程度である。つまり、ベースに30ミリアンペアも流れれば十分。
3)Q1やQ2の飽和電圧は・・・無視します。条件により変動するため0Vとみなすのが計算上安全だから。

 以上を元に考えてみよう。下は、コンデンサー充電器のうち関係する部分だけを書き加えた回路図だ。必要かもしれないが現状存在していない電流制限抵抗がR1とR2である。
 電源から1番ピンに対しては既に5.1KΩが存在するため、どう頑張っても1.5Aオーバーなど流れない。問題となるのは、J186やK1334のゲート電荷を引き抜く瞬間である。通常のコンデンサーに比較するとFETのゲート電荷は極めて小さく、引き抜く際に電流が流れる時間もマイクロ秒の世界である。更に、J186やK1334はゲート電荷が小さいからこそ選択したので、更に負担は小さい。だからR2を入れなくても動いているのだが、タテマエの話をすればどんなに時間が短くても絶対定格を超えてはならないとされている。

 2)を考慮しバッテリー電圧を最大8.4Vとすれば、これを1.5A以下にするには、R2として6Ω以上を挿入すれば良い。5.1KΩを流れて来る分は誤差の範囲内だ。引き抜き時間を最小化するには、R2は小さい方が良い。実際問題として、R2が無くても壊れる可能性は小さいと思われる。

 やはり問題はR1だろう。
 Q1ベースに30ミリアンペア、そして100Ωに7ミリアンペア流すことでQ1の能力をフルに発揮させたい。よって、R1に流すべき電流は37ミリアンペア以上で100ミリアンペア以下となる。
 電源6Vで37ミリアンペア以上を流すためには、R1は162Ω以下でなければならない。
 電源8.4Vで100ミリアンペア以下に抑制するためには、R1は84Ω以上でなければならない。
 従って、R1として84〜162Ωを選択すれば良い。

 結論として、100Ωか150Ωを使えば良かろう。破壊されたと思しきMC34063を交換し修理する際には、R1とR2を追加しよう。

 厳密な話をすればストームタイガー用とかコイルピストル用のコンデンサー充電器もR1やR2、特にR1は入っていてしかるべきだ。ところがこれらは全くトラブルを起こしていない。恐らく単三ニッケル水素電池4本という電源が余りに非力なため、ICを壊すほどの電流が流れていないのだろう。

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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