NT京都2018に出展してきた

お久しぶりです。KKTの方です。

ここで告知したかは覚えてないですが、題名の通りNT京都2018に出展してきました。

出展の様子です。

出展物はIHです。毎年同じような光景になってしまうのはなぜでしょうか。

なんか既視感のあるIH(おままごと用)。

来てくださった方、ありがとうございました。

Web拍手反応

>X線出しまくってると被曝するぞ

X線のやつやりたい

>山形県の魅力を教えてください!

山形県ってフルーツがおいしそう…と思ってググったところフルーツがおいしいそうです。

それではまた

ホットなIH

どうも、KKTです。

最近すっかり寒くなってきました。僕は手袋を購入しました。今年もあと少しですがいつも後半に焦るタイプなのでまだまだ今年の7割くらい残ってる感じありますよね？

僕がIH大好きなのは皆さんご存知と思いますが、先日また作りました。

今回はちょっと幾つか試したいことがあったのでちょっと実験して済ますつもりだったのですが思いの外上手くいってくれたので写真だけ上げておきます。

まず新調したフルブリッジ部分です。

配線が面倒だったのでいつもみたいに生基板で済ませました。素子は2SK1947で耐圧250V、ピーク電流200A、ON抵抗が65mΩのです。強いですね。緑色のコンデンサは僕の好物でもあるTACBで250V475です。入力はAC100Vを想定しているので素子とともに耐圧は問題ありません。左の方についているのはゲートドライブトランスです。贅沢にE22を2つも使っていましました。スイッチング特性はそこそこで、共振時はZCS動作になるのでスイッチング損失は減りますが1500W入力でファン１つ回せば触っていられる程度です。制御部分はまだ作っていなくて簡易的にTL494の回路でボリューム回して手動PLLしてます。

コンデンサはいつものように水に浸してあります。まだこの写真の時は水を循環させていなかったため

時々沸騰してしまいます。これ以降はラジエータで水を冷やすようにしたのでこういったことにはなっていません。

スペーサみたいなのを赤熱させているところです。海外勢のアホみたいに強いIHみたく線香花火にはなりません。出力不足でしょう。

そうこうしているうちにワークコイルも赤熱してきます。事故ってる感じ出てますけど一応想定内です。でも銅管の表面が酸化してパラパラ落ちていくので明らかに細くなっている感じはあります。

と思ったらﾊﾞﾁｯと焼き切れました。めでたく「たのしいこうさくシリーズ」入りです。

こうなるちょっと前に一度コンセント付近から轟音がしてブレーカが落ちたので見てみると

こうなっていました。危ないのでやめましょう。これでも入力電流は16～18Aくらいだと思います。劣化していたのでしょうか（流しすぎ）。ホントに危ないです。

ワークコイルがご存命だった時の写真ですが一応溶解に成功しています。なんだかんだ言って溶解までこぎつけたのは初めてじゃないでしょうか。嬉しい限りです。

この辺でワークコイルを新調しています。ちゃんと中に水が通るようにしたので発熱の問題は解決です。しかしラジエータで冷やしてもすぐ熱湯になっていますので相当ここでロスがあるみたいです。銅管を太くすれば良いのですが手元に太すぎて巻きにくい奴しかないのでしばらくはこれでいきます。出力もちょっと上げたので線香花火みたいになってきれいです。

なかなか写真で表現しづらいのですが加熱中は本当に液体になって垂れたりどっか転がっていったりするので注意してください。ホントに危ないです。写真のはユニクロのL字金具を加熱した後のものです。支えてた棒と溶着してしまっています。

取り敢えず手元にある金属片を熱くしてみます。

いい感じです。直視できない（しちゃだめ）くらいの光が出ます。使用している回路では電源の平滑を行っていませんのでワークコイルが60Hzで激しく振動します。それでやかましいのでティッシュで銅管を包んでビンに当たってうるさくないようにしています。中水通しているので写真の状態でもワークコイルは触れる温度です。当然ですが動作中のコイル両端はかなり電圧が高いので注意しましょう。僕も出力弱い時にうっかり触ってビリっと来て焦りました。ホントに危ないです。

実際はもっと流動している感じでおもしろいのですがあまり伝わりませんね。あんまりやると金属が垂れて銅管がショートして共振からずれて暖かくなくなります。回路によっては致命的なダメージが入ることもあるのでコイルは横置きの方が良いですね。危ないです。

加熱後はこんな感じになりました。溶けた部分はボロボロになってしまっています。変性してしまっているようです。僕もこうなりたくはありませんね。

ちょっと変わった溶け方をする奴もおります。サイズはM12です。冷やし方にもよりそうです。

回路についてはまた別の記事で動画とともにお送りする予定なのでよろしくお願いします。

Web拍手反応

> よしよし

> ﾋﾟﾄｯ

ｸｩｰﾝ…

> 来る度にどこかしら変わっててすこ

落ち着きがないとも言う

暇だといじりたくなるものよね

> そのアイコン描いたのなかたくんじゃなくてわいやで

> 監督はなかたくんやで

誰？

なかたくんの監督の元で描いたってことなんですかね…。なかたくんちゃんと差分もいくつか用意してくれたし人望に溢れているよね（記事はあまり書かない）。

それでは、今日はこの辺で。

Web拍手

PLL IH 続き

こんばんは。ニコニコピーs…KKTです✌

実質夏休みがあと二週間ありません。もうおしまいです。

窓枠に部品が落ちているせいで窓が閉まらなくて困っています。

今回はいつものIHの記事です。加熱コイルとコンデンサを新調しまして安定して動くかなぁというところです。制御回路はいつもの4046の奴です。

裏に部品を色々追加したので地に足が付きませんね。追加したのは以下の回路です。

加熱コイルに流れる電流をパルス化する回路です。電流値も一緒に検出できたら良いのですが今のところこの回路からは位相情報しか得られません。100kの抵抗はカレントトランスの一次電流によってはかなり電圧がかかるので僕は1W品を使用しました。47nのコンデンサも耐圧が高いほうが良いでしょう（僕は50Vのを使いましたがもう少し高いほうが良さそう）。CurrentPhaseの出力を4046の14ピンに繋ぐだけです。

 新調した共振回路部です。トランスがごちゃごちゃしています。大きい方のトランスがインピーダンス変換用のトランスで、巻数比は1：9です。簡易的に計算すると共振回路のインピーダンスは0.08Ωくらいのようです（？）。

小さい方のトランスはCTです。写真には無いですが1：33のを二つ用意して1：999として使っています。何故か結構発熱します。ピーク500A近く流してるからでしょうか。

挟まっている紙はショートしないように入れてみました。

 コイルの大きさは500mlのペットボトルより一回り大きいくらいでしょうか。

 黒い円筒状のものがコンデンサです。2.5uF　700V耐圧です。某氏に頂きました。感謝です。

入力電力を上げていくとあるところでチリチリと音がし出して動作が不安定になるのですが、コンデンサの端子電圧を測定したところどうやら耐圧オーバーなようです。もう一つ同じコンデンサがあるので直列にして耐圧を稼ごうかと思ったのですが共振周波数が上がってスイッチング損失が増えそうなので微妙なところです。パラったら共振電流が増えて電圧下がるんじゃないかと思うので気が向いたらやってみようと思います。現状コンセントの限界である1500Wを突っ込む前にコンデンサの耐圧の限界来てるので少しもったいないですね。

 いつものパワー回路。600V200AのIGBTです。測定したところ素子の電流はピーク50Aくらいだったのでフルブリッジにすれば30Aくらいの素子でもフルパワー出せそうです。ちとゲートが重いのでゲートドライバが苦しそうなのが心配です。

という感じでほとんど写真でごまかしました。次回（次の記事を指してる訳では無い）はオシロが無い人でも位相の調整ができるような共振検出器の記事を書こうかと思っています。

それでは、今日はこの辺で。

銅管曲げ

こんばんは。KKTです。なかたが記事を書きません（直球）。

前回記事の通り砂遊びをしましたので見てください。

とても楽しかったです。

というのは冗談ですが、上の草はさておき買ってきた砂は湿っていたのでまず外で乾かしました。以下、用意するのは銅管、テープなどです。

次に漏斗を用意します。

僕が作りました。穴径は銅管の外側の直径に合わせます（合わせなくても良い）。

砂を銅管に詰めます。パンパンに詰めましょう。多いに越したことはありません。

これでなんと銅管を潰さずに曲げることができるのです！

御覧ください。雑な工作の僕でも丁寧な人が雑にやったくらいのものができます。

 いやぁ、素晴らしいですね。

完璧に曲げることができました。

これで今まで潰れて曲げれなかった銅管も簡単に曲げることができますね！

注意点としては一度曲がってしまった銅管は元に戻らないのでお気をつけて。

それでは、今日はこの辺で。

Single ended induction heater その3

おはようございます。ずいぶん前の記事なのでもう忘れかけです。時事ネタは線で消しました。

テスト前になりまして工作する時間が増えました。

題名から分かるようにシングルIHシリーズの記事です。

だいぶ前ですがシングルIH用のIGBTを購入しまして、ようやく実験致しました。

結果から言いますと回路の改良もありまして、1500W連続投入に成功しました。素子はFGA50S110Pという奴でデータシートを 見るからにシングル並列共振用途向けです。シングルでコレクタにL系の負荷があると共振中はかなりコレクタ電圧が持ち上がってしまうのでAC100V入力 でも最低900Vくらいは無いと安心できません。1100Vはちょっとマージンを見過ぎかもしれませんが（調整中に3つくらい壊した）値段的にこれがそこ そこ良かったと記憶しております。ひとまず安定版の回路図を以下に示します。いつもの通り参考にする場合は自己責任でよろしくお願いします。

当 初よりかなりシンプルになりました。図中の、Vh-GNDには加熱コイルの電源ライン、C-GNDにはIGBTのコレクタを接続します。OUTはもちろん IGBTのゲート信号なのですが、IGBTもまた容量性でしてこいつをスイッチングするためにトランジスタ等でバッファを入れてやる必要があります。僕は 実験的にC1815とA1015のプッシュプルを入れていますがもうちょっとしっかりドライブできるとなお良いという感じでしょうか。各定数は僕の加熱コ イル（70uH）用に調整してあるので、特に103のコンデンサなんかは要調整です。初っ端からAC100Vを突っ込む勇気のある人はかならず後段コンパ レータの比較電圧が十分小さくしてあることを確認してください。これがパワー調整になっています。スライダックや安定化電源での試運転を強くおすすめして おきます。1815のコレクタについてる可変抵抗はON時間調整用CR時定数を可変するもので、小さくするほど三角波の傾きが鋭くなります。ので、 IGBTのゲート信号間隔が遅くなります。小さくすると一周期あたりのON時間は増えてしまうのでその都度パワー調整可変抵抗で調整しましょう。

↓今日執筆↓
こ の回路動いたんは動いたんですが回路図からも分かる通りZVSよりはタイミングが早いですね…。なので少しノイズと損失が多いようです。コレクタ電圧が跳 ね上がって、降りてきて最小になった部分でONするのが最高効率ですが上の回路だと電源電圧に戻って来た時にONしているので本当のZVS動作はもう少し ONを遅らせねばなりません。加熱コイルのインダクタンスや共振コンデンサ容量によっては損失が相当増える場合もあるのでご注意を。タイミング遅延をする だけならLM393の2ピンにコンデンサを入れて検出するコレクタ波形を遅延させてみたらうまくいくかもしれません。
説明不足でしたが、パワー調整は後段こコンパレータにつながってる10kVRでできます。電圧で制御できるのでマイコンとかとつなぐことも考えていたんでしょうか。
↑今日執筆↑

それでは、今日はこの辺で。

4046応用的な

おはようございます。こんな時間に活動している人はものすごく健康的な人か不健康な人なのでしょうか。kktです。最近ゲームばっかしてたら寝てる間もそのゲームをする夢ばかり見るようになってきたのでそろそろ控えようと思いました。

前回記事でIHのことを書いたりしたのでその辺の写真をちょっとだけ…。回路構成は簡単で、例のPLL回路からIGBTのハーフブリッジをドライブして、インピーダンス変換トランスを介して加熱コイルおよび共振系をドライブしています。IGBTは600V200Aなモジュールでして、ドライブは意外とうまく行っているようで発熱は自然空冷でなんとかなっています。僕が個人的にポイントだと思うのはインピーダンス変換の部分でして、そこを少し。

赤い線が一次側、二次側は銅管を通過させているだけです。トランスによるインピーダンス変換は巻数比の二乗の比でインピーダンスが変わるので画像だと一次側からは二次側のインピーダンスが8^2倍、64倍に見えます。こうすると何が良いかって二次側が共振してかなり低インピーダンスになっても一次側にはそんなに電流が流れず、入力電圧を上げることができる点だと思います。入力電圧を上げれるようになれば同電力でも損失がより少なくなりますし、電流の点では素子も破壊しにくくなりますしあまり損は無いんじゃないかと。ちなみに、最大出力付近ではピーク150Aほどの電流が二次側には流れ4mmの銅管ですと数百度まで温度が上昇します。しかし一次側は図のようなビニール線でも少し暖かくなる程度で、共振電流を直接素子に流す必要のないことが分かります。

ただし、このサイズのコアがなかなか入手しづらいことがネックになるのではないかと思います。これは日本橋でたまたま見つけて購入したものですが、一般的にはフライバックトランスのコアなんかが良いんじゃないかと思います。

次にIHにおいて重要なのがLC共振系ですが、Lは適当に銅管やら巻いたらできあがりです。しかしCは低ESRかつ高耐圧でないと安定した出力は得にくいようです。しかし、そういったコンデンサは高価であります。

そこで、電子部品のコスパが非常に良い秋月さんのこいつです。

 商品名忘れましたが高耐圧フィルムコンデンサみたいのだった気がします。小さいですが630V0.01uFです。こいつを並列にたくさん繋いでやって容量を稼ぎつつ耐電流も増やす作戦です。

不安になってきます。

？？？

発熱がすごそうなので追い打ちをかけて水冷にします。（？）

 なんか残念感が漂ってきますがかっこ良くないこともないので良しとします。余談ですがこれ見た方に絶縁について質問を数回頂いたのですが、正直よく分からないです。油のほうがいいに決まってますが電気分解されたところで短時間だったら大丈夫じゃね？ってのが本音です。

さてこれでIHの基本要素は大体揃いました。以下楽しいIHの写真でお送りいたします。

 なんかこの写真前回載せた気がします。

コイルに近づくとデジカメに妙な縞が走るのはダメな奴ですかね。

 ボルトとナットを加熱。溶解まで持っていけそうなんですがまだちょっと改良が必要。

ここで加熱コイルを変更。

 CPUクーラくんは何もしてないです。ただの台座です。

コイルの口径を小さくして小さい加熱対象における効率UPを図りました。

 悪くなさそうです。温度高そうです。写真撮るの忘れましたが、M5のネジなら温度上がって花火みたいにパチパチなりかけるとこまでは行きました。

しかし調子こいてると

 加熱コイルまで赤熱しだしました。4mmは細い（遺言）。
おかげで、なまされてとても柔らかくなってしまいました。

で、ここまで赤熱してんのになぜ溶かせないのかと思ったあなた。色々あるんですが、まず最大入力である1500Wを連続で入力してるといろんなとこの発熱が大変なんです。例えば銅管同士をつないでいるハンダが溶け落ちたり、

あろうことかコンデンサの水が沸騰したり。

あと不思議なことに金属を加熱していると、温度によって入力電流が変わってきます。赤熱してくるとだいぶ入力電流が増えるんですが、溶解寸前で頭打ちになってそれ入力電圧上げないと電流が減っていきます。周波数との関係もありそうです。

なお、PLLが追尾するのは共振周波数であって最適な負荷状態ではないので、無負荷でPLLが勝手に共振周波数に追尾して入力電流がアホみたいに流れることがあるので注意しましょう。

 これで今日の記事はおしまいです。駄文失礼しました。

～次回予告的なこと～

これは偶然発見したんですが、ある方がPLLでテスラコイルを作っておられるようでして、当ページをご覧になったようでした。ということで次回までにPLLSSTCについて少し実験してみることにします。ちょっとだけ実験してみたのですが、共振周波数が高い小さいコイルではシングルドライブが簡単で良いのですが、これにはやはり一次側を共振させないと放電が伸びない上に効率が悪そうだと思いました。何かあればお気軽にコメントしてください。

それでは、今日はこの辺で。

4046について その4

こんばんは。kktです。実はテスト期間中です…。

4046シリーズ記事もとうとう最終回になると思います。よく4回も続いたな

ようやく位相補正回路を組みまして、基板が完成しました。

面倒だったので配線図書かずに作ったらなんか左に寄りました＾＾

左の方にある8ピンX2はゲートドライブICを載せます。個人的にあまりDIPのゲードドライバは許容損失的に好きじゃないのですが、インターフェースが楽だったので誘惑に負けて使用。ちなみに実験ではゲートドライブICの出力で主スイッチング素子であるIGBTのゲート駆動用のMOSFETのプッシュプルを駆動するという本末転倒なことをしております。

とまぁ雑談はこれくらいにして本題でありこのシリーズの最終目標であった4046PLLの回路図をまず以下に。

 SignalOutが出力、CTが電流の位相信号入力です。ボリュームで適当に位相を送らせて出力に対する位相の遅れを補正します。で、地味に苦労したのがCTで検出した信号を入力する部分です。ここに遅れがあると図中の位相補正回路（CR遅延回路）で補正しきれない場合が多く、若干周波数がずれてしまう問題がありました。結局図では簡単な形になっていますが、これだとあまりCTの信号が小さいと位相信号をICが拾えないのである程度信号の振幅がある場合は有効です。ただ信号が小さいからと汎用コンパレータ等を入れるとそこの遅延が問題になってきます。また、入力位相が180度ずれると強制的に最低周波数に張り付くので位相を拾えてるのにも関わらず、周波数が最低に固定される場合はCTを逆にしたりしてみると解決することがあります。CTの出力は交流ですが、全波整流してしまうと倍の周波数と認識されると思うので注意しましょう。

これをLC共振回路につないで、ロックしてんなーって遊ぶのも楽しかったですが、それだけじゃつまらないのでIHでも作ってみました。

 

ただ金属が赤熱してるだけです。画像では多分800Wくらい投入してます。周波数調整無しで動くので非常に楽ちんです。ただ、直列共振だと金属を入れない時に共振周波数に追尾すると半端無く電流が流れて素子が熱くなったり、死亡したりするのでご注意を。

 もうちょっと赤熱させてみた。変な色ですが実際は赤に近いです。もう少し入力を上げれば多分溶解できます。周波数は160kHzくらいで、PLL制御回路→IGBTのハーフブリッジ→インピーダンス変換トランス→LC直列共振って感じの構成です。これについてはまた記事を書くかもしれません。実は1kW級のPFCと繋いで定電力制御とかしたりする計画もあります。

 素子的には1500Wくらいは余裕で耐えそうですが、共振コンデンサがｱﾂｱﾂで大変だったり、配線してる銅バーが基板との接続部分でハンダが溶け落ちたりするのでこれくらいの入力電流が限度です。IGBTの速度的にかなりやり過ぎ感がありますが、意外と発熱は少なく強制空冷無しでも触れる温度でとどまっていてくれました。

それでは、今日はこの辺で。

Single ended induction heater その2

こんばんは、kktです。

前々回記事でシングルIHの試作（一号機と命名）をしました。安定版の完成が間近なのでお知らせします。

まず、一号機の欠点ですがPFC機能を追加したせいで、出力電力の調整がボリュームでしか行えないこと（外部から電圧で制御できると何かと便利じゃん？）、入力電力を一定にしようとするとCTが2つ必要であること、などが挙げられます。解決にあたって、電力調整の問題はOPアンプとかで入力電流を割ってやれば電圧でコントロールできそうですが、後者のCT問題は回路の構成の変更が必要です。また、一号機の回路はゼロボルト検出を早めに行こなっているのにもかかわらず遅れ時間をろくに取れないという致命的な欠陥があったので大幅に回路を変更しました。

新しいブロック図

  

一号機のCT電流検出→FFリセットの流れはいまいちだったので一新。三角波を生成して電圧で完全に出力をコントロールできるようにします。この方式ですと定数の調整が難しいですが、CTなしでもOFFタイミングを生成できるので採用です。実験的に555等のタイマーICでもOFFタイミングを生成して動作させましたが問題なく動作しましたので記しておきます。

三角波の斜辺は入力電圧に対する直線性を決めるのに重要なパラメータですので単なるCR充電時定数によるものではなく、カレントミラー回路による定電流回路で構成します。ちなみに一般的には三角波はゆっくり充電し、一瞬で放電するスロープ充電が使われるようですが今回は動作のわかりやすさを考慮して三角波の立ち上がりが一瞬で上がるスロープ放電を使用しONタイミングを優先するように回路を構成しています。VRはPWMコンパレータに入力する比較電圧を決めるもので、これで出力電力を制御します。

この三角波発生回路にトリガ用の矩形波を入力するとこうなります。

  

これはファンクションジェネレータから信号を入力しているので入力インピーダンスが高く若干立ち上がりが訛っていますが、実際に実装する際は前段にバッファを入れるので問題なくなるはず。画像では20uS程度ですが、IH動作中の最大ON時間くらいにスロープの時間を決めます。

バッファと立ち上がりトリガの微分回路も入れると結構綺麗になります。

 悪くなさそうです。

 このキャプチャは実際にIH動作中の波形です。素子の最大ON時間は30uSくらいで十分だったので少しフラットな部分ができていますが動作には問題ありません。この三角波と制御電圧をコンパレータに入れれば矩形波ができてIGBTをドライブして共振回路を駆動します。

現状高耐圧のIGBTが家にありませんので現在の回路では300W程度までしか動作確認していません。近々注文する予定なので1kWくらい入力して損失が十分少ないようでしたら回路図を上げようと思います。

　それでは、今日はこの辺で。

おまけ

CPUクーラ上のMOSFET氏

 ATX電源に使われていた素子で500V15Aくらいです。ON抵抗が0.35Ωですがピーク電流が50A流れると18V弱電圧が生じるのでこういう用途だと1200V耐圧でも飽和電圧が2.0V程度のIGBTに優位性があるのがよくわかります。