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。

電子工作

NCP1654を使用したPFC回路の試作

自分はコンセントからDC数百Vを得るために全波整流や倍電圧整流などを使うことが多々あります。
小電力ならこれでも問題ありませんが、大電力になると辛いものがあります。

これは全波整流を使用した時のコンセントの電圧(緑)と電流(赤)の波形(シミュレーション)です。

キャプチャ

電圧は頭が潰れてるし、電流もなんかぽこぽこお山ができたような波形になっていますね。これがとてもつらいのです。

そこで登場するのがPFC回路です。
PFC回路については下記のサイトに詳しく書いてあったので参考にしてください。
最新アナログ基礎用語集 - 力率改善回路 (PFC) - TI:http://www.tij.co.jp/lsds/ti_ja/analog/glossary/pfc.page
PFCについて:http://www7a.biglobe.ne.jp/~dft/pfc.html
さらに自分の経験を付け加えると、平滑コンデンサにかなりの電流が流れるようで、とても熱くなります。
そしてリプルを抑えようと容量を大きくすれば突入電流対策が必要になってきます。
これらの問題を解決してくれるのがPFC回路です。

PFCとは言ってもいろいろ種類があるようですが今回は一番一般的っぽい昇圧チョッパみたいな回路のものを使います。
数十kHzというコンセントの周波数より圧倒的に高い周波数でスイッチングして電流を正弦波に近づけようとします。回路構成はモロ昇圧チョッパなので出力電圧は入力電圧より大きくなります。製品では300後半~400Vの電圧にしてるものが多いようです。

そんでもってNCP1654というPFC ICを使って作ってみたやつ

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とっても雑だけど試作だから気にしない
なんか無駄にデカいフィルムコンとかついてますがその辺にあったものを使っただけです。
インダクタですが今はなき秋月のコイルを使用しています。

これが制御回路

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無理やり2.54mmピッチの基板に取り付けられてるSOPのICが今回主役のNCP1654君です。
このICはメーカーから設計用のExcelシートがダウンロードできて簡単に部品定数などを決められます。データシートも丁寧に書いてある用でゆとりのぼくからしたらかなり使いやすいICなのです。
実は以前NJM2375でPFCを作ろうとして失敗しており、設計の楽な今回のICを使ってみたわけです。
このICは電流連続モード(CCM)なので数百~1kW2kW余裕で制御してくれますのん(信頼)
今回は500Wで設計しました。Excelに値をぶち込むだけで計算してくれます。

そしてこれが500Wの負荷!

DSC_1478

恐る恐る電源を入れてしばらく様子を見ましたが安定して動いてるようです。
数分立つともう負荷のホーロー抵抗が250度を超えてきて、素子のヒートシンクも熱くなってきました。
試しに500W以上の負荷をかけてみましたがちゃんと電流制限されて最大でも600Wくらいしか出ないようになってました。優秀

コンセントの電圧(黄色)と電流(水色)の波形です。
電流は思ったより正弦波じゃないですが全波整流よりか全然良いです。というか電圧波形もあんまり正弦波じゃないですね(今回作ったPFC動かさなくてもこうなってるので家の中のどれかの装置のせいだと思う)

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これはコイル電流(黄色)と出力電圧(水色)の波形です。

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試作に成功したのでよかったです。
これでバンバン大電力で遊べますね。

小ネタ

大したことではないんですがNT京都前後になんか色々作ってたので書きます

NTに向けて、ふぐ氏(Twitter:@METALGEAR_TTX)開発のSEMICOと自分のMIDIインタラプタをくっつけました。
SEMICOはSDカード内のMIDIファイルを読み込んでMIDI信号を出せるやつ。これを使えばテスラコイルで演奏するためにわざわざPCを用意しないでも大丈夫!PCを壊す心配がない!というめちゃくちゃ便利なもの。もちろんテスラコイル以外でも自作物MIDI演奏系のものにも使えます。尚NTではテスラコイル自体がうまく行かなかった模様。

 



次、
やったぜ
新品なのになんか1000円以下で入手できてとてもうれしいです。
まだ回してない いつか回したい

DSC_1314



次、
降圧チョッパなDC-DCコンバータ作りました。
いつも使ってる24V電源から電圧を下げるために作ってみました。
両面"ノン"スルーホール基板を使って両面に部品を実装しました。

DSC_1480
DSC_1482

コイルに10A以上流すこともあるのでダイオードの損失(発熱)が馬鹿にできないということで、同期整流を使ってみました。
上の図はよくある降圧チョッパの回路ですが、ダイオードをMOSFETに置き換えてハーフブリッジの形にしました。損失はダイオードの時はVf*Iですが、MOSFETの時はI^2*Ronなのでそれなりに低損失にできます。ハーフブリッジにすると、「メイン素子がハイサイドにあるのでPchを使いたいが性能が悪い!しかしNchはドライブしにくい!」と言う問題もハーフブリッジドライバを使って解決でき一石二鳥です。

無題

ただ、MOSFETの駆動信号を作るのが大変でした。コイル電流が0Aに戻ってきた時、ローサイドMOSFETをOFFにしないと出力から逆流してしまいます。そこで、コイル電流を検出してCLCでPWM信号と合成したりなんかいろいろやって生成しています(意味不明)

黄色がハイサイドMOSFETのゲート波形
水色がローサイドMOSFETのゲート波形
紫色がコイル電流波形
コイル電流が0A付近になった時ローサイドがOFFしてるやろ?

960

これ出力の平滑コンだけど本当に頭悪そう。300uFくらいあるらしい。

DSC_1484

んでまぁCVCCのソフト組んで動かしてみたけど、使えないこともないけどフィードバックと計算が間に合ってないのか変な動作したりして実用にはなりませんでした。結構頑張って作ったのにな~見た目とかは結構気に入ってるのにな~てかこれ作って満足したやつ。素直に専用ICを使わないからこんなことになるんです。


次、
メモだけどTLP152の遅延時間を測定しました。TLP152はちょっといい感じのゲートドライバ付きのフォトカプラです。
水色が入力LED、黄色はTLP152に適当なMOSFETをつなげたゲート波形です。速度は画像のとおりです。

C8Ftk_LVYAEK-w_
C8FtlYVVMAEqNt1

If=10mA
Vcc=12V
遅延時間は100nsくらいですね。ちょうどデータシートの標準値くらいです。



次、
MIDIインタラプタのパルス幅をベロシティで可変できるようにした延長として、エクスプレッションでもパルス幅を可変できるようにしました。



自分のソフトの書き方が下手くそなんでしょうけどもうマイコンのメモリが足りてません。ハード的にも、当初の予定ではパルス幅は別ICで可変する予定だったのに改造してゴリ押しててそろそろ限界です。 


それでは今日はこの辺(へん)で。

パーツクリーナーでフラックス洗浄

少し前に学校の方でプリント基板を作る機会があり、余ったスペースで小型のPICerFTを作ってみました。どうせ学校でも使うから問題ないよね(?)

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インダクタ以外は全てチップ部品になりました。また、原作のようなFT232RLモジュールを使わず、基板に直接FT232RLを実装しています。さらにトランジスタ類はMOSFETに変更して部品の省略なども行いました。あとは少々回路を変更したり...
おかげでサイズは基板のみで33x15.5[mm]くらいに収まりました。

動作確認

DSC_0768

電源が入ってる時は緑LED、書き込み時などに赤LEDが点くようにしました。
DSC_1114

正常に動作したようです。
動作したは良いんだけど、基板がフラックスで汚い

見た目的にも汚いですし、触るとベタベタするので、フラックスの洗浄しようと思います。
「フラックス 洗浄」等で検索すると、専用のフラックス洗浄剤を使う方法と、パーツクリーナーなどを使う方法が見つかりました。
専用の洗浄剤は少し高価なので、今回はパーツクリーナーで洗浄してみようと思います。

こちらが使用したパーツクリーナー、Twitterでオススメしてた方がいらっしゃったので買ってみました。

DSC_1103

これを基板にブシャーーーーーーーーーーーと結構大胆にぶっかけました。電子機器だからと言って躊躇してチョロチョロかけるとうまく落ちませんでした。
ぶっかけたら、適当なブラシでゴシゴシします。私は歯ブラシを使用してみました。




No Image



写真取ってません

水道に廃液を流すのはヤバそうな気がしたので、ウエスなどで拭き取りました。白い汚れが残る場合があるので濡らしたウエスとかで拭き取ってもいいと思います。

キレイに洗浄するとこんな感じです。下が未洗浄品、上が洗浄品。

C3WcxpDUEAEnrWp

写真では伝わりにくいかもしれませんが、かなりきれいになっています。

ただし、この方法では液体に弱い部品(電解コンや半固定抵抗など)が実装された基板には使えないかもしれません。(ほぼ部品を実装して洗浄した後に弱い部品と実装するということをすればいけるかも)
また、ブラシで擦ると剥がれてしまうような部品には注意しないといけません。

フラックスを洗浄するととても綺麗になるのでおすすめです。特に外から直接見える基板や、展示する基板などは綺麗な方がいいですし、積極的に使っていこうと思います。

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

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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。
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