FBTを駆動する

どうも、KKTです。
10月中に部屋を片付けてしまう予定だったんのですが片付かなくて笑っています。


今回は題名の通りFBTを駆動してみます。
読んで欲しい方
・どうしてもFBTを1石で駆動したい。
・どうしてもFBTの1次側を共振させたい。
・どうしても電源電圧を高くしたい。
・どうしても555を使いたい。
たぶんいませんね。

面倒なのでいきなり図です。

 

共振型のFBT駆動回路を考えました。

LC並列共振の理想の電圧印加タイミングはLの電流の0クロス点です。

そこで、FBTの巻線を2つ使用し片方は励磁用、もう片方は電流検出に使用しています。ゼロ電流になった後はまた正弦波状に電流が上昇していくのでその上昇端で左のトランジスタをONさせ、555をトリガし、所定のON時間した後ターンオフの繰り返しです。R1の抵抗値とC2でON時間を変えられますので可変抵抗にすれば出力が調整できそうです。あんまり大きくすると素子の耐電流を超えてしまうので注意しましょう。

書き忘れましたが、R2と並列に100pFくらいのコンデンサを入れるともっとZCSに近くなって良い感じになります。R2の抵抗値は電流検出用の巻線によるのですが、1k～10kくらいの間で最初の一発以降スイッチングが続かないようなら小さくしてみると良いでしょう。

これも書き忘れていますが、電源投入後スイッチングが始まらないと思うので（致命的仕様）Qと並列に押し釦スイッチでも付けてやってチョン押しすると始まると思います（適当）。

L1はFBTの出力短絡時（放電させている時とか）に過電流が素子に流れて火柱が上がるのを防ぐ奴です。数十uHとかでよさそう。

C2はFBTの1次コイルの共振用でFBT内蔵の1次コイルを使用するなら100n～300nくらいのを使用するといい感じに20kH付近で発振してくれます。図で102って書いちゃってすいません（作り直せ）。

動作中の波形です。

↑のでは定数ちょっとイマイチで微妙な感じですが、大体ZCSしてくれるはずです。

素子が許すならAC100V突っ込むとそれなりにアーク放電したりします。FBTの出力オープンなら消費電力はかなり小さいですね。さすが並列共振。

FBTのピンですが

ちょっと机がやばいですがお気になさらず。
95割くらいの確率でFBTの1次側は赤2ピンです。電流検出用のコイルは適当に1次側に導通が無いコイルをテスターなりで探しましょう。
コイルの巻き始めと巻き終わりがわからない問題がありますが、スイッチングさせてみて判断しましょう。異常な周波数で発振するようなら逆にしましょう。ミスると共振せずに素子がアッチッチになてアラ～なことになるので弱めの電源で試そう。
試したところでは、ATX電源に入ってた素子でアーク4cmくらいでしょうか。共振電圧が高い割に全然電圧が出ませんのでもうちょっと改良が必要ですね。いつもの書く書く詐欺になるかもしれませんがこの記事は続きを書く予定です。

Web拍手反応

>クチビル＾＾
＾
>わい!
わ

>おっぱい…
アノードキャップ貼ってそう

>トリックオアトリート
トリートメント＾＾

>お守り可愛いですね
これはなかたくん宛かな…

>いますよ
>いますよよ
>いませんよ
いる、いないのデューティ比2/3だから右半身とちょっとくらいが現れてそう。

>33x33=999だとおもってそう
一瞬考えたけど9999やで

>わい！
お名前入力してもいいですよ

>KKTすき
>です
FEL研究室ご優待券とか発行したあげたい（無い）。


●お知らせ(?)●
先日アクセス数が15000を突破しておりました。いつもありがとうございます。

当ブログも開始して3年と半年ほど経過いたしました。
さて、FEL研究室はなかたくんと私の2人で運営しておりますが、これまでの製作物等を見ましてもそれぞれ別々に活動しているようです。
これでは「集まっているだけ」「FEL"研究室"の意味ある?」などと言われかねないということで、何度か共同製作をしようという話は上がっておりました。が、特に何も起きず今まで通りそれぞれ工作をしておりました。
そこで、共同製作ではなく、作ったもので勝負しようという案が出ました。
例えばコイルガンなら初速が速いほうが勝ち！など、勝負形式にすることでモチベーションを維持しようという試みです。勝つための創意工夫も技術力の向上に繋がるだろうとうことで。
協議の結果、第1回はマルクスジェネレータを製作し、その威力で勝負することになりました。
威力と言ってもなかなか計測が難しい部分もありますので、最終的には何か投票のようなシステムを使って客観的に判断して貰えたらなあと思っておりますのでその際はよろしくお願いします。
現在なかたくんと私で絶賛製作中ですが、お楽しみのために途中経過は上げない予定です。
対決(?)は冬休み、1月か2月頃までには行いますのでもう暫くお待ちください。

それでは、これからもFEL研究室をよろしくお願いします。

TL494は素晴らしい石ですよ

どーもKKTです。最近あまり更新しておりませんでしたが元気です。

ここしばらく散財が酷くて自分でもビビるくらい金を浪費してました。何故か当時は使っても帰ってくると思ってたんですがよく考えてもどう考えても帰ってくる訳無いです。

あと部屋が絶望的に汚くてびっくりしましたよ～。それはもう。ボーリングで例えるとボーリング場にピンが敷き詰められていてそもそも受付にすら辿りつけないくらいですかね。

とかなんとか言ってるうちに春休みも終わりそうで涙が出てきます。

本題ですが、みなさんはTL494というスイッチング電源ICをご存知でしょうか。こういう相手の反応がフィードバックできない問いかけしてるとラジオの英会話教室思い出しません？ﾘﾋﾟｰﾄｱﾌﾀｰﾐｰの後黙ってても「Good!」って言ってくれて嬉しいですよね。

題名の通り便利な石ですし最近確か秋月でも取り扱いが始まったと思うので是非みなさんにも使っていただきたく思いまして記事を執筆しております。

494は2つのエラーアンプが内蔵されているので外付けコンパレータ無しで定電圧制御や過電流保護が組めるのが良い点ですし、出力が二相あるっていうのも素晴らしい点だと思います。二相出力があるということはハーフブリッジやフルブリッジの制御に非常に便利です。さらに全体の周期に対して5％（たぶん）のデッドタイムが設定されているので貫通電流の心配も皆無なんですね。

…と御託を並べてもしょうがないのでまず便利なインバータを作ってみましょう（みました）。用途的にはトランスの駆動や簡易的なIHくらいならこなせると思います。FBTの駆動なんかに調度良いんじゃないでしょうか。回路図は以下の通りです。

※1ピンと16ピン、2ピンと15ピンはそれぞれつながっています。

自分では天才的にうまいこと回路図が描けたような気がしてるんですがたぶん遠くから見た時だけですね。遠くで思い出しましたがこのサイトのアクセスを見てると何故か海外からも少しの閲覧数がありますね。たぶん僕の日本語を訳してもどうしようもないくらい謎言語が出来上がると思うんですが…。もうちょっと片言に書いたほうがいいのかな？と思ったりもします。

回路自体はおおまかに発振部と過電流検出部、ゲートドライバ、ハーフブリッジに分かれています。過電流検出は494内臓のエラーアンプで反転入力に5Vの基準電源を繋いでいるのでCTからフィードバックされてる電圧信号が5Vになるように制御されます。要はCTのフィードバック信号が5V超えると出力が切れます。CTについては後ほど。エラーアンプは2つありますが片方は使わないので並列にしておきました。

ゲートドライブ部分は前紹介しました秋月のMOSFETモジュールなんかで構成するとシンプルで良いです。珍しくうまいこと駆動できそうな回路が思いついてトーテムポールみたいなバッファになってます。これでNchとPchの同時ONは抑止できてると思います。

パワー部分はAC100Vで動かしたいならシングルの200V～の適当なMOSFET、IGBT2つで組むのが一番シンプルですよね。モジュール使ってもいいですけど入力容量大きすぎると駆動電力もたくさん必要なのでめんどくさいですよね。

パワー部の電源の平滑コンですが無くても問題無いです。付けたほうがパワー上がると思いますけど突入電流もすごいので注意しましょう。中点電位の生成に使っているコンデンサ2つは強めのやつを使ってください。意外と電流流れるんで。大きな電解コン使う場合は負荷の間にDCブロック用のコンデンサ（0.数uF）を繋ぎましょう。回路図では474になってますがFBTだったら104でも十分電流流れると思います。

基板に実装するとこんな感じです。珍しくうまいこと乗った。

CTなんですがたぶんみなさんの手に入るのは巻き数もまちまちだと思うので回路図中のRctを調節して過電流保護がうまいことかかるようにしてください。5Vと比較してるので例えば1：100で5Aで過電流保護かけるなら100Ωです。と思いましたが実際もうちょっと高めになっているようで非反転入力が8Vくらいになってから何故かデューティー比が落ちてるみたいです。余裕を見て10Vと比較してる位だと思って方が良さそうです。この辺はまた後日データ取って素子の耐電流と最適な保護値の関係も探ろうと思います。

軽めのIGBTを繋いでドライブしてみたところ。

デューティーMAXの時の波形

 垂直は500mVになってますがX10のプローブなんで5Vです。

デューティー絞った時の波形

周波数上げた時の波形

ゲートドライブは結構うまくいってるみたいです。150KHzの時で12V電源なら消費電流は120mAくらいです。GDT用MOSFETモジュールの発熱はほぼ無いようです。周波数可変範囲は20kHz～200kHzくらいでした。

FBTを駆動してみましたので動画を撮ってみました。

過電流保護付いてるのでAC100V突っ込めます。しかし過電流保護の帰還ループの時定数があれなようで過電流保護動作中は少しノイズが入ります。今後の課題です。たぶん一次側の共振周波数になってると思うのですが周波数は90kHz辺りで強く放電しました。50AくらいのMOSFETを使っています。

もう少し電流上げてみた。

 まぁまぁ綺麗です。最後不自然に放電が切れてますがこれは素子とヒートシンクの間に挟んである絶縁シートが絶縁破壊されて素子が飛んだみたいです。パッケージに合った放熱シートを使いましょうと言う教訓でした。なおカッチカチのハードスイッチングになるので素子の放熱はしっかりしないとハンダが溶け落ちたりしますよ。

珍しくいい感じに回路が動いて大満足であります。

それでは、今日はこの辺で。