前回のお茶の間レールガンで充電回路が問題になってました。
ZVSドライバーを試しにちょっと作ってみたのですが出力は出るものの安定動作しなかったりします。しかも携行型=バッテリー動作なわけでバッテリーの電圧が変わると不安定になる可能性もあります。ってかあの回路もともとキャパシタチャージャー用じゃないしねぇ
そこでコイルガンやレールガン等のEML全般向けに使えるようなコンデンサ充電用昇圧チョッパを作ってみようと思います。


昇圧チョッパの基本的な回路図
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まずクッソ適当で簡単な動作原理
MOSFETをONにしてのコイルに電流を流してエネルギーを貯めます。
適当なタイミングでMOSFETをOFFにしてコイル電流を止めようとしますが、コイルなので電流を流し続けようとします。この電流がダイオードを通って出力となります。
出力の電圧はコイルに電流を流してる期間と止めてる期間の比で決まります。
しかし負荷がコンデンサとなると、充電していくうちに出力電圧が変わるのでその時の最適な周波数・デューティ比があるはずなのです。
よくある555を使ったチョッパは発振周波数とデューティ比が一定です。
例えば、DT=50%で出力のコンデンサの充電電圧が低いと上の図のようなコイル電流になります。
逆に電圧が高いと下の図のようなコイル電流になります。

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上の図は、コイルに貯められたエネルギーが放出(コイルの電流が減る)される前に次のサイクルにいってしまうのでコイル電流が増えていってしまいます。いずれコアが飽和しちゃいます
下の図は、電圧が高くなるほどエネルギーを放出する(コイル電流が減る)時間が早くなるのでコイル電流が0まで戻ります。しかしそのあと0Aのままでニートな時間があるのがわかります。
キャパシタチャージャーは第一に出力が求められるのでニートでは困ります。逆に過労死(コアが飽和)しても困るので、タイミングよくスイッチングして最適な電流を流してあげる必要があります。

そうするためには、コイルの電流を監視して、一定の電流になったらMOSFETをOFF、コイル電流が減ってきたらONするという動作をすればいいのです。
ブロック図を考えてみるとこんな感じ(てきとう)
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コンパレータ2つとRS-FFで構成されてます。
動作は図の通り
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これでコイルが飽和することもなく、無駄な時間もなく、出力の負荷にかかわらずちょうどいい周波数・DT比で動かすことが出来ます。この方式すでに誰かやってそうだけどね
よく見ると(よく見なくても)コイル電流の立ち上がり時間は同じで立ち下がりが変わるだけなのでPFM変調になってますね
こういう動作するICがあればいいんだけどなぁパット見なさそうなんだよなぁ自分の検索能力が低いだけか
※それっぽい動作するやつありました詳細はこちら
そういえばコイル電流は0Aまで戻さなくてもいいです(というかあまり戻さないほうがリっプル率が低くなって出力を高くできます。代わりに素子ターンオン時ZCSじゃなくなりますが

で、制御回路を作ってみた

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この落ちてた基板と落ちてた部品で作った雑感な
試作なので問題ない(言い訳)

LM393で最大・最小を検出、RS-FFのICの手持ちがなかったのでNANDでRS-FFを組んでみた。 
セメント抵抗がシャント抵抗です
この回路の欠点は制御回路がハイサイド側で動いているので、MOSFETを駆動するのにはレベルシフトをする必要があるということ
今回はレベルシフト兼ゲートドライバとしてゲトドラ内臓のフォトカプラ TLP250H を使いました。TLP250"H"ねTLP250は使っちゃダメだよ(Hより高いし性能悪い(けど使ってる人多いよねウーーーンって感じ))
あと主電源と制御回路電源とゲート用電源の3つの絶縁電源が必要で最高にめんどくさい
まぁ試験的回路だし電池で済ませましたが

とりあえず動かしてみた



ちゃんと動いてるっぽいです。
入力24V
コンデンサ400V560uF
コイルは秋月の大きい140uHのやつ使いました。某9Aのは高周波に対応してないしまず9Aも流したらコアが飽和しちゃうしあんまりおすすめしないです
電圧計の反応が遅いので遅く充電されてるみたいになってますが実際は0.5秒もしない
出力は多分100Wくらいでてます。555チョッパの3倍くらいやね
周波数・DT比も自動調節されているみたいで、調整してわざと自励音を鳴らしてみると↓キュ↑ィィ↑ーーンって感じの音がしますw

調節したら200Wくらいでました



コイル定格が15Aなのでそれくらい流せばもっと高出力にできるはずですが、なにしろ電源が10Aまでっていうね
それ以上流すと電源落ちます
なら生地区とかにすればいいと思ったけど12Vで15Aだと200Wもいかないしあんまり意味ないのよね(だいたい家にある生地区腐ってた気がする)

とりあえずそこそこうまくいったっぽいので次は電源が3つでクソなのを解決したいと思う