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2006年9月15日(金) 17:58
FETを組み立てた状態。
出力電圧モニター端子の隣には、新設した1MΩ×2が見える。更に、GND接続忘れが1カ所発見され、修正。
ゲート駆動トランジスターは入手性の良い2SA950にしてみた。
正常に動くようになったが、以前確認した通り平均0.5A程度しか流れない。コンデンサー電圧は遅々としか上がらない。なぜ、300μHのコイルが60μHより遙かに低い性能しか出ないのか?
恐らく、まだスイッチング周波数が高過ぎるせいだろうと推測した。
チョークコイルにバッテリー電圧が加わると、少しずつ電流が大きくなる。どこまで大きな電流が流れるか?それを制約する条件が3つある。
1)入力電流制限
2)出力電圧制限
3)スイッチングのサイクルが終了
この中で最初に引っ掛かった条件で、最大電流が決まる。出力が短絡しているに等しいコンデンサー充電というアプリでは、2)は殆ど意味を持たない。充電完了を教えてくれるだけだ。余りに負荷が巨大であるため無制限に大電流を食い尽くそうとしてしまい、1)が常時働く。
ところが、インダクタンスの大きなコイルは電流上昇が緩やかなので、1)に引っ掛かる前に3)のせいで電流上昇が打ち切られてしまうのではないか?
もしそうだとすれば、タイミングコンデンサーの容量を増やしてスイッチング周波数を落とせば、より大電流が流れるはずだ。
3300pFを2個接続して試す。周波数は半減し、2倍の時間まで連続してコイルに電流を流せるようになる。
明らかに平均電流は大きくなった。27秒で334Vに到達した。
今度は3個接続9900pFで動作させてみる。平均2.3Aほど流れるようになり、僅か15秒で331Vに到達した!
ほぼ25ワット出ている。バッテリー電圧はこの時点で15.1V。
苦労したが、遂に開発に成功。この三号機はそのまま実機に組み込んで使うことも可能なほど本番想定で組んである。それでちゃんと性能が出ている★
最適なタイミングコンデンサー容量は恐らく9900pFより大きい。60μHでは3300pFだった。更に大きなコンデンサーを幾つか買ってきて、最高のワット数を出せる容量を決めればフィナーレだ。
ただし、バッテリー電圧には若干の考慮が必要。バッテリー電圧が上がれば、コイルの電流上昇も速くなる。
1)より3)が先に制約条件となれば、最初のように電流が余り流れずワット数が落ちる。一方、3)より1)が先に制約条件となれば、スイッチングのデューティー比が小さくなり最大出力電圧が落ちる。デューティー比が小さくなれば平均電流も小さくなる。つまり、1)と3)がほぼ同時に制約となるのがベスト。
ディーティー比が大き過ぎると2)も絡むので話がややこしいが・・・
低めのバッテリー電圧で1)と3)が同時に満たされるよう調整すると、バッテリー電圧が上がった時に1)に先に引っ掛かるようになる。高めのバッテリー電圧で調整すれば、その逆になる。ただ、最大出力電圧が落ちても、欲しい電圧が出せれば大丈夫ではあるが。
ともあれ、調整する時はバッテリーとして何を使うか決めねばならない。12〜14.4Vのカーバッテリーか、14.4〜16.8Vのラジコンバッテリー2本か、16.8〜19.2Vの電動ガンバッテリー2本か。それによって最適調整が変わる。となると、この基板のようにタイミングコンデンサーを交換可能にしておくのが良さそうだ。
バリコン(トリマーコンデンサー)を使えると便利なのだが、容量が小さなものしか売っておらず使えない。
市販レギュレーターではスイッチング音がする低周波は嫌われるが、耳で状態が分かるのは便利。充電が終了した瞬間、音が消える。そして、低周波数の威力でスイッチングロスが小さく、ちっとも加熱しない。アクリル板で絶縁筐体を作っても充分に自然空冷で動かせそうだ。
チョークコイルだけで300グラムもあるが、写真の基板全体では400グラムしかない。パーツ代もFETが2000円もするから高そうに思えるがコイルは500円だし、全部で4000円は掛からないはず。ただし、開発する側は大量の試行錯誤で何倍もカネが掛かっている。戦死させた市販インバーター等も考えると・・・最初に開発する人間は大変なんだよ。
いずれにしろ、これでフラッシュランプのメイン電源や、コイルガンの電源を手軽に充電出来るようになった。
ラジコンバッテリーは2本で760グラム。基板を合わせて1.2キロほどの重量となる。システム重量4〜5キロのパルスYAGレーザー銃やコイルガンに充分使える。何百ジュールのコンデンサーを積むかによるが100発位は撃てるだろう。
容量が半分の小型電動ガンバッテリー2本にすれば、撃てる回数は半減するが重量は楽勝で1キロを切るしバッテリーを腰に着けず銃に内蔵させることも出来る。
written by higashino [パルスレーザー] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]
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