ぽんず製造所

当ブログの記事を参考にして行った事により、いかなる不都合が発生としても当方は一切の責任を負いません。全て各自の自己責任でお願いします。

新しいテスラコイルの制御回路

以前QCWSSTCっぽいものという記事を書きましたが、ここではもうちょっと詳しく書きたいと思います


テスラコイルの制御回路といえば、ロジックICで作るのが一般的です。
しかし、いくつかICを使うので配線が面倒で、作ったとしても動かなくて回路を見直したらそもそも動かない回路だった、ということがありました。
そこで、マイコン内に回路を組み込んで回路が自由で簡単に作れるようにしました。

試作した基板

DSC_0705

一番手前のICがマイコンです。この中にいつものロジック回路が詰まっています。インタラプタ入力やデッドタイム生成などもこのマイコンで行えます。
その後ろがハーフブリッジのゲートドライブICです。今回はGDTを使わずハフブリドライバを使ってみました。
その後ろが1次コイルをスイッチングするMOSFETです。


できるだけ回路を簡単に、ということで今回はフィードバックにCTではなく、ツェナーダイオードを使ってみました。

キャプチャ

ツェナなので電圧FBになります。実験では遅れなどもなくしっかり信号も出力してくれてなかなか優秀でした。
ただし、この回路は位相がどうのこうのでコイルの向きなどを調整する必要があると思います。

この基板のメリットは、回路がうまく行かなくてもプログラム次第でロジック回路部分を自由に組み替えられることです。また、ハーフブリッジドライバを使用したのでほぼ確実にMOSFETをドライブできます。デッドタイムもマイコンで生成してるので安心です。
デメリットは、パワー部・ロジック部・二次コイルが絶縁出来ていないことです。うまくやれば問題ないですがちょっと気持ち悪いですよね。


コイル自体は以前のものを使用して試験動作させてみました。
下の写真は入力24Vで動作させた時のものです。このあと400Vまで入力してみましたがちゃんと動いてくれました。

DSC_0706

マイコンで制御できるということで、QCWのような波形にするプログラムを書いて動かしてみました。すると...

qcw4

なんと簡単にQCWDRSSTC風の放電を出すことが出来ました。実際はDRではないのでQCWSSTCだと思います。
波形はちょっと歪んでるけどそれっぽくなっています。

DS1Z_QuickPrint19

プログラム次第で普通のSSTCとQCWを組み合わせた動作をさせることも出来ます。
通常はインタラプタで入力して普通のSSTCの動作をさせ、一定時間おきにQCW放電をするようにしてみました。



通常の放電に対してQCWの放電の長さがよくわかります。


調子が良かった時の動画です。たまにコロナが出ているのはインタラプタ入力を浮かせてたのでこうなってしまいました。 




前からやってみたかったQCWドラムをやってみました。
SSTCとQCWを組み合わせられるということで、ドラム時にQCW動作をさせ、それ以外のときはノーマルSSTCとして音楽とドラムを同時に演奏しています。



QCWの存在感よ


やっぱり絶縁されてないからなのか、よくバグって変な動作になります。
それ以外にも波形を観察してみるとゲートドライバの遅れが酷くてヤバイ気がしました。何らかの方法で位相を調節してやる必要がありそうです。 
さらに波形をQCWにしても針状の放電が出てくれないのでコイルを巻き直す必要がありそうです。共振周波数が低いと針状の放電が出ないそうです。
それでは今日はこの辺(へん)で。

秋月電子八潮店の福箱&ジャンク

秋月電子には秋葉原店の他に八潮店があるのをご存知でしょうか?
八潮店では通常の部品はもちろん、あまり売っていないような掘り出しモノもたくさん売っている非常に楽しいお店です。
そんな八潮店では毎年年始に福箱を販売しています。少し昔のことになってしまいますが、今回はその福箱を購入してみました。

福箱には
・3000円の福箱
・5000円の金の福箱
・10000円の白金福箱
があります。ちなみに福"箱"のほかに500円の 福"袋"と言うものもあります。こちらは秋葉原店でも売っていたようです。
この中で私は3000円のノーマル福箱を買ってみました。

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中身はざっとこんな感じ

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使えそう&面白いと思ったものを紹介したいと思います

・WENS 33N デジタルオシロ+マルチメーター
八潮店で3000円で売っていますが、なんと3000円の福箱に入ってました(草
オシロとテスターが一体型になったようなものです。出先でオシロを使いたい時に役に立ちそうです。

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・放射温度計
非接触で温度を測れるやつ。前から欲しいと思ってましたがまさかココで入手できるとは。

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・金属探知&電力検出器らしい
 名前のとおりです。遊べそう。




・データバンク
自分がまだ生まれてない時の商品のようなのでよくわかりませんが、メモ帳・時計みたいな感じでした。

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・チップコンのリール
0.01uFや0.1uF、1uF、4.7uFがありました。サイズも容量もちょうどよく普通に使えそうです。

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・500円の福袋
福箱の中に500円の福袋がまるまる一個入っていました。ジャンクな部品がたくさん入っていました。

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面白そうなのはこの辺でしょうか。この時点で既に元が取れてるくらいです。
あとは、まぁ覚悟はしてましたが在庫処分品(いわゆるゴミ)も少々ありました。
なんだかんだでかなり楽しめたので良かったと思います。
自分は購入していませんが、5000円、10000円の福箱も相応のモノが入っていたと聞きます。

実は開店して初日は店にいかず、Twitterでどんなものが入っていたかなどの情報を確認していました。このため500円の福袋が入っていることもわかっていたので二重購入が防止できました。
それと去年は初日の開店直後で福箱売り切れ状態でしたが、今年は2日目、3日目以降も在庫があったようです。


福箱と同時にセメント抵抗詰め合わせ(200円)もあったので購入しました。

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これは2017/2/12現在も在庫があるようでした。




それから数週間後、再び八潮に行くとまた面白いものが入荷しています 

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で、P-16とP-09がジャンクで出てるじゃないですか
1300円の正常動作品と、隣に10円の動作未確認・画面割れ品がありました。
ほとんどが画面割れ品の中、棚をよく探してみると割れてないものがありました(???)

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それを購入して動かしてみると

DSC_1051

なんと正常動作。しかし電池端子が錆びてたり、折れてなくなってたりとそれなりの欠陥があります。
まぁこの値段で買えれば文句はないです。画面が割れたものから部品を移植してやってもいいですね。
これらのテスターはちょっとした改造ができるらしいのでいじってみたいです。

簡易レールガン

ネットで公開されている自作レールガンの中でも、自分の作るレールガンは小型で簡易的な(お粗末な)部類の物だと思いますが、これをさらに簡単にできるかと思い試作してみました。

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サイズは大体5cm程度です。
レールは入手が簡単でしかも安いVVFケーブルの芯線を使用しました。レールは撃つと損傷し交換することもあるので安価なのは重要ですね。
今回は平角銅線が手に入ったのでオーグメントコイルに使用してみましたが普通PEWとかでもいいと思います。
あとは適当なアクリルやネジで構成されてます。
よく見ると穴の開ける位置をミスってしまってガタガタになってます。恥ずかしいのでよく見ないでください。

450Jくらいで試射してみましたが結果は全然駄目でした。効率1.5%くらい
う~ん? 

QCWSSTCっぽいもの

5分で記事書けと言われたので書きます
新しいテスラコイルの回路を作ったので色々動かして遊んでたんですが、これもしかしてワンチャンQCWSSTCっぽいものできるんじゃね?と思ってやってみました。

てきと~にやったらできました。

qcw6
qcw4
qcw1
qcw12

波形 ちょっと歪んでるよね

DS1Z_QuickPrint19

よくわからないけどなんか普通のDRSSTCみたいな放電がでます
共振周波数が低いとこうなるって5分で書けって言った人から聞きました。

21


詳細はまた後日書きたいと思います。なにしろ5分で書けと言われたので
記事書きました:新しいテスラコイルの制御回路
ちなみに5分で書けとは言われてません。5分で書いていい?って言ったら書いてって言われたので書きました。

大きなIGBTを動かす

なんとなくデカいIGBTモジュールを動かしたくなったので、ゲートドライバを作ってみました。

ゲートドライバとは、マイコンなどの信号(約5V)からMOSFETやIGBTを駆動するのに必要な電圧(10~20V)に単に増幅するだけのものです。また素子のG-S間にはコンデンサ成分(ゲート容量)があり、ゲートを駆動するにはこのコンデンサを充電したり放電したりという事が必要になってきます。この充電/放電を素早く出来れば、高速スイッチングが可能です。
一般的にゲート容量は素子のスペックに比例していて、小さなMOSFETなどではゲート容量が小さいのでトランジスタのプッシュプルやゲートドライバICなどで十分間に合います。例:IR4427など
しかし、このように大きなIGBTではゲート容量が大きく、そう簡単には駆動できません。

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1200V400AのよくあるIGBTですね。なんでIGBTなのにゲート端子にBって書いてあるんだろう...パワトラ時代の殻使ったのかな
旧世代ということもあり、ゲート容量が72000pFとか書いてあります。一般的なMOSFETだと数百~数千pF程度ということを考えるとかなり大きいことがわかります。
こんなものを駆動したいので、パワーのあるゲートドライバを自作してみることにしました。
回路はFET研究室のKKT氏の記事そのままです。(ありがとうございました。) 
KKT氏はGDTと介してドライブしているようですが自分は直でドライブしてみます。

こちらが作ったゲートドライバです。

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基板裏に主役のプッシュプルMOSFET君が隠れていますが半田が汚いとか言って恥ずかしがってるので公開しません
写っているICはゲートドライバのゲートドライバです。ゲートドライバに使っているのはMOSFETそのものなのでこいつも一応ゲートドライブしてあげる必要があるのです。ゲートドライバのゲートドライバとかよくわかりませんね。
あとドライバ-IGBT間にゲート抵抗を入れるのを忘れててそのまま圧着端子つけちゃいました。まぁこれはこれでいろいろな値で実験できるのでいいです。

ゲートドライバは出来たのでテスト用信号を作るやつを作りました

DSC_0659

レギュと矩形波を出すだけのマイコンが乗っただけでした。555でも作れそうですがマイコンのほうが簡単なので。

それでは実験してみます。
デカいIGBTなのにスイッチング周波数100kHzで動かしてやるぜー。D比は50%
写真ではゲート抵抗入っていませんが1.5Ω程の抵抗を入れました。

DSC_0655


黄色:IGBTゲート電圧
水色:IGBTコレクタ電圧

全体
734

立ち上がり
559

立ち下がり
853

壊れたときが怖いのでコレクタにはまだ15Vしかかけていません。電流も1.5Aです。
なんとかうまくいっているようですね。こんなに重い(ゲートも物理的にも)物をよく動かせたものです。
ちなみに、こういった素子になるとゲートに+の電圧だけでなく正負の電圧を掛けてたりします。
今回は正負電源が用意できなかったので+15Vだけ掛けています。
ちなみにゲート電流はピーク10Aくらいでした。

ドライバに使ったMOSFETのゲート波形を見てみます。
赤:Pch側
青:Nch側

390

KKT氏の言っていた「ゲート抵抗と並列に接続しているダイオードがミソです。PchFETはOFFする際ゲート抵抗の効果を受けずに高......」というのはこのことですね。
素子の立ち上がりだけを遅くしておき、片方の素子がONになる前にもう片方が瞬時にOFFする、そのあとにONされるので貫通電流が流れないようになっているのですね。
でもこれちょっと貫通電流流れちゃってるかも?

波形は思ってた以上によかったです。このレベルの素子で100kHzはなんとか大丈夫そうですね。200kHzいけるかな...?(多分このIGBT最大でも20kHzくらいを想定してるはずなんだよなぁ)

ただ、MOSFETの発熱が意外と大きかったです(貫通電流の可能性あり)。放熱対策をしたり定数を調整したりする必要がありそうです。
ゲート抵抗も熱かったです。


電圧を上げて実験してみました。450V掛けてみます。
負荷抵抗10Ωのときです。計算上45A流れるはずです。

845

少しリンギング&サージがあります。負荷抵抗が巻線抵抗でアアーッインダクタンスッっていうのもありますがワニ口で乱雑配線してると言うのが大きいと思います

お次は5Ωで90Aです

192

電流が増えたのでさらに波形が酷くなりました。砂場もなにもついてないので仕方ないですね。



おまけです。
ゲート容量約5000pFのMOSFETをドライブしてみたときです。
IGBTに比べるとかなり速くスイッチングできてます。 さすがです

113

今のはゲート抵抗(1.5Ω)有りですが
無いと

400

ヤバイ波形になります。ゲート抵抗のありがたみがよくわかりました。
以上です。 
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