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。

2016年04月

キャパシタチャージャー用昇圧チョッパ⑦

前回理由説明するとか言ってたけどめんどくさいからやーめた
とりあえずプログラムでPWMではなくPFM方式での動作が可能になって安定性が高まりました。
マイコンのPWMモジュールのPWM生成の方法についてよく調べたらPFMも可能ということがわかりましたので

出力電圧を読み、それにあった信号をマイコン内のPWMモジュールで作る利点としては、完全に他励式なので電流検出回路がいらないことや発振が安定することなどです
電流検出については、その分の実装面積分をなくしたり、シャント抵抗分の発熱がなくなったり、シャント抵抗のせいでGNDが浮いてしまうなんてことが無かったり、それなりに良いっちゃ良いですが電流検出はあったほうが安心かもしれないですね過電流防止とか用に
以前のようにコンパレータとRSFFでやるものはたまーーーーに発振がンンッ?ってなることがあったけどPWMモジュにやらせればこんなことはないですね、MOSFETくんも気持ちよさそうです。


そんなこんなでまたチョッパ作りました。
このチョッパは300W出力で設計してみました。サイズはそのまま出力1.5倍です。
測定用にシャント抵抗がついてますがいずれ外す予定です

CIMG0113

前はでっかいコイル1つでしたが小さいの4つに分散させました。

制御基板
マイコンとゲートドライブICが乗ってます

CIMG0108


ベース基板
コイルや電圧フィードバック、レギュレータなどが乗ってます
この基板には小型化のために0.3mm基板を使ってみましたが薄すぎてこの用途には強度がたりなかった...マイコン工作とかではいいかもしれないです。

CIMG0109


ぱわーなところ
MOSFETとかダイオードとかがあります
コイルを4つにしたのでMOSFETやダイオードも4つになってます(ダイオードは二素子入り)
MOSFETは最近秋月に出たスペックの良いやつを使ってます。 値段もぶったまげるくらい安いのが秋月の魅力ですよね。

CIMG0112

ヒートシンクにTO-247素子が埋め尽くされてるの頭おかしい。

それでコイルとコイルの間にネジを通してしかもダイオードの固定と基板の固定を一緒にするというマジキチっぷり
制御基板の裏の空白部分に多回転半固定抵抗とかパスコンをつけたりしたのでかなり密度が高くなってます。
多回転半固定抵抗もコイルの間から回します...

CIMG0114


LEDを何となくいっぱいつけたらなんかいい感じになりました。見た目が。

myhome


このチョッパの特徴としてはこういうこと

DS1Z_QuickPrint21


今使ってる電源が240Wなので設計出力300Wは出せません(電源装置では150Wの出力を確認)
ということで電源をリポに変えてみて、300Wフル出力させてみました。

3750uFのコンデンサを充電した時の電圧波形

DS1Z_QuickPrint24

3750uFを316V充電したので約187J
これを400msで充電してるので187 / 0.4で 出力約460W....!?
と、いい意味でも悪い意味でもちょっとよくわからない出力がでてくれました...
目標出力を遥かに上回っていて嬉しいのですが、さすがに出力出過ぎ。電源がリポなのでこんなに電流流すと爆発しそうで恐ろしいです。
やはり電流制限用にシャント抵抗等をつけたほうが良かったかも知れないです。
本気出せば450W以上出せることがわかりましたが、ここまで来ると出力をわざと落としたほうが良さそうです。

というか300W出力で設定したのにこの出力が出るっていうのがよくわからないわけ
おそらくインダクタの飽和等でインダクタンスが変化し電流がガバガバ流れるようになった説が濃厚です。
詳しく調べようとしてもリポ怖い&ヒューズ切れるで動作時間が極端に短いので実験回数も少なくデータがあまり取れていません。本当に460Wも出てるのかもよくわかりません。いや出てるんだけど...


最後に本番と同じ7500uFの充電した時

DS1Z_QuickPrint28

320Vまで900msで充電してるので出力は420Wほどに落ちています。おそらく電池が減ってきただけだと思います。

新チョッパはまだまだ不安定ですがなんとか動いてくれました。調節や出力リミットなどをつけて安定化していきたいと思います。



おまけ:歴代の昇圧チョッパ
出力や効率だけで見るとどんどん高性能化していってますが、大きさや安定性など総合的に見ると真ん中のが一番良かったかもしれないです(そもそも今回のはまだ開発中ですが)

CIMG0116

キャパシタチャージャー用昇圧チョッパ⑥

またチョッパを思いついたというか、作ってみたかったというか、やりたいことがあったのでその事前実験というかをやってみました。
キャパシタチャージャー用昇圧チョッパ①~⑤では全てPFMという方式で動作させていました。
今回はこれをPWM方式で動作させることにします。理由は次回

新たに基板を作るのがめんどくさいので⑤で作った奴をプログラムだけ変更してPWMで動作させることにします。
普通なら出力電圧は一定でいいのですが、キャパシタチャージャー用は出力電圧が変動します。なのでDT比も出力電圧によって変えなければいけません。
DT比は 1-(入力電圧/出力電圧)*100[%] でいいみたいです(テキトーにググっただけ)
プログラムとしてはADCで現在の出力電圧を読む、上記式を計算する、PWMモジュールにその値を入れるといった感じです。ADCは測定誤差が小さくなるように50回読んで平均させてます。このせいで次回DT比更新まで2msくらいかかっちゃってますがまぁ問題無いでしょう。
PWM周波数はマイコン的に一番やりやすかった7.8125kHzにしました。
また、出力電圧によってDT比が変わるということはコイルのピーク電流値が変わるということなので、出力電圧が低い時はコイル電流が小さく高い時には大きくなるはずです。これも実際に見てみましょう。

動作風景



PWMなのでちゃんと音の周波数が一定ですね


3750uFのコンデンサを充電した時の波形です
黄色:コイル電流
水色:MOSFETゲート電圧
ピンク:出力電圧

充電全期間
黄色がひどいことになってるのは無視して

DS1Z_QuickPrint14

336Vを1.052秒で充電してるので出力は約200Wです。適当にやった割には結構出ますね
でますよ

拡大
充電初期

DS1Z_QuickPrint16


充電中期

DS1Z_QuickPrint15

充電後期

DS1Z_QuickPrint17

周波数は変わらずにデューティー比だけが変わってる様子がわかりますね。 
それと予想通り出力電圧が高くなるとコイル電流が増えてるようです。
コイル電流の変動がよく分かる画像

DS1Z_QuickPrint18

コイル電流、充電初期はピーク7A程度ですが後期になるともう30A程度流れちゃってますね...コイル飽和しまくりっすね
デューティー比が上がるとコイル電流が増えちゃうのは方ないことなのでD比制限を掛けてもいいかもしれないです(出力は落ちると思いますが)
また今は全期間が臨海モードでの動作ですが、初期だけ連続モードで後期に臨海モードに切り替えるなどすれば出力の変動が抑えられるかもしれません。
こういうところを見るとPFM動作は電流値や出力電力が変動しないのがいいところかな―とか思ったりします(???)
記事書いてて思ったけどPFMなPWMできるんじゃね?と思った(?)

ちなみにDT可変の様子
速くて見難いかもしれないけど 

 

まぁこんなんやね
今のところ順調です。 

ポリカーボネートの耐久性

もう春休み終わっちゃうね
春休みはNT京都言った以外何もしてなくて寂しかったのでなんとなくレールガン撃ちました
んで、よしひさがポリカに撃ってみてとか言うから撃ってみました


まずはポリカではなくアクリルから

アクリル:厚さ3mm
入力:480J
推定出力:約10J 

CfQsIKeVAAAhrS8

簡単に割れました
同じ条件でポリカーボネートに撃ってみます。

CfQuT2GUIAAdl_P

すこーーし跡がついただけで全然平気です。さすがです。

入力を3.4kJにして撃ってみます。
推定出力:50~60J

CfQzFapVIAI9zZh
CfQzFj_UMAAhu0Y
CfQzHOFUUAAza_a

やっと歪みました
それでも貫通しないポリカ強すぎィ!

1.6mmポリカが発掘されたのでこいつも撃つ

CfQ-wILUAAAPfqb

貫通しました。

今度はアルミに撃ってみます。
厚さは2mmです。

CfQ2hQ2UsAAzskF

CfQ2h1cUEAA0bn_

貫通はしませんでしたが大きく歪んでます。
それで弾がアルミにめり込んでます。
もう少しで貫通しそうです。 

NT京都2016に行ってきました

3/20に開催されたNT京都2016に参加してきました。
NT京都関係者、見に来てくださった方々、ありがとうございました。


出展物はなんとか間に合いました(出発1時間前に完成)
こんな感じ




2.5秒で充電が完了するので「準備ができましたので~」って案内してる間に充電できます(


自分は関東住みなのですが京都へは18切符を使って鈍行で行くことにしました。
NT行きたい系関東勢で秋葉原に集合して浜松にある雑学追究室本部へ、そこで一泊させてもらって翌日京都に向かいました。


京都!

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会場ついた瞬間にスマホがぶっ壊れるもNTのふしぎなパワーで復活(あたまおかしい)
自分は屋上出展ですが、この日は雨だったので設営できませんでした。
余りに余った時間に工具を貸してもらうなどする。 

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夕方にはdomino氏のドミノピザパ

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夜はみんなと交流。大人勢はめっちゃ飲んでるし...
写真はtesscraftとふぐちゃんです
去年は動いいてなかったLEDキューブが動いてます。とてもきれい
ふぐのSD-MIDIもすごいですね1台買いました。これを使えばテスラコイル演奏してもPCを壊す心配はないですね。自分もインタラプタ持って行ったんだけど組み合わせてみたら普通に使えた。
てか紹介してない作品もあるけど全部の作品がすごいんだよな

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当日は晴れたので問題なく出展できました。

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お隣には中田氏やKKT、TNKS氏などぱわみあふれる方々が出展してました。海苔巻もなんか放射性クッキーとか言うこれまた危ないものを出展してました。
屋上にレールガン、テスラコイル、缶クラッシャー、缶を溶かせるIH、放射性クッキーなどが集まって結構危ない場所だった気がする

中田の缶クラッシャー、KKTのIH、自分のレールガンを食らった缶の図

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チョッパとか発射ボタンのアクリル工作が綺麗ということで人気でした。
カンパも入れてくださって泣きそう。娘(幼女)にお金入れよう?って言われて入れたお父さんごめんなさい
あとレールガンうるさいって結構言われて住んでる世界の違いを感じました。これでも静かな方なんやで?音速越えてたせいでうるさかったのかもしれない

そしていつの間にかNT京都終了。
今年の出展はかなり忙しくて写真が撮れなかったり他の人の作品が見れなかったのが悔やまれる


今回はレールガンを撃ちまくる気でいたので撃った弾を保存しておいたんですよ

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で、数えたら65発....撃ち過ぎィ!もちろんメンテナンスは一切してないです
出展前はまぁ多くて50発だろうwとか思ってたら大幅に超えてました。
よくレールが耐えたものです。まだ撃てそうだけど


んで一泊して今年は日本橋には寄らずに帰路につきました。
昼飯の共食い美味しかったよ(おろしポン酢牛丼)

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鉄道10時間の旅はきつかったです。

NTで頂いたジャンクは普通に使えるめちゃくちゃ高価なものもあったしよくわからないけどありがとうございました
身内の方々もありがとう
出展するだけじゃなくあこがれの?人と会えたり作品を実物で見れたり技術的な話をしたりととても楽しかった。来年も行きたいなぁ 





おまけ
撮ってもらったレールガン

ゆういちろう氏撮影



芋森撮影
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タンク撮影 
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5000兆円欲しい!
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