分解衝動

皆さんこんにちは。ネヴリンです。

今日スパラジとデジットに買い物に出かけたということで、先ほど書いたスパラジ編の記事の続きを書きます。

あ、先日だれかエラい人が仰ってたような気がしましたが、エアガンはバランスが大切だそうです。
今回はFETについてですが、いいFETを作っても、それに見合うコネクタや配線をしてなかったり、バッテリーの性能や駆動系がショボかったりすると性能は活かしきれません。
ですので、なるべくいっぺんに散財しましょうねｗｗ



さて、デジットで買ってきたものです。



FETスイッチ用の抵抗とかコンデンサとかの部品です。
ディスクリート（足がついているタイプ）は実験回路用で、面実装チップ型は本番用です。

実験回路用に
・IRF1404
・小型の1/4W金属皮膜抵抗 100Ω、30kΩ
・アルミ電解コンデンサ 10μF 50V (105℃品)
・一般整流ダイオード 100V1A
・ショットキーバリアダイオード 100V 1A
を用意しました。FETスイッチだと安モンですね。

これは実運用のためではなく、安定運用のためにどんな回路が適切かを調べる目的と、回路をいかに小さくできるかテストする目的で用意しました。これだけでガンジニアさんやキットボーイさんで公開されている保護回路付FETスイッチが作れます。（キットボーイさんの逆起電流吸収のときの電流制限抵抗は省略）

なお、本番では、プリント基板上に、先日あらかじめ入手しておいた「IRLB3034」という高性能FETと、チップ型部品を使って高密度実装し、コンパクト化を図りたいと思います。
その記事はおいおいやっていきます……。


ちなみに保護回路というからには、「何かからFETを保護する機能を持っている」ということになりますが、それはなんでしょうか。
FETスイッチを使ってらっしゃる方は知ってると思いますが、FETは「発熱」に弱いです。この「発熱」を防止してFETを守るのが、コンデンサによる保護回路です。
そもそも発熱がどういう場合に起きるのかというと、FETのゲート-ソース間の電圧（VDS）が下がることで、FETのスイッチON抵抗（RDS）が上昇し、その抵抗によってドレイン-ソース間を流れる電流が熱に変換される場合です。特に、

①通電時に流れる電流が一時的に多くなること（突入電流）によって、回路全体の電圧が下がって、FETのON抵抗が上昇して発熱
②バッテリー残量が少なくなってくると、バッテリー自体の電圧が下がるので、FETのON抵抗が上昇して発熱

の二つの場合に発熱しやすくなるということです。
（連射中もFETの抵抗によって電流が熱に変換されていくので、長時間の連射でも発熱しますが、これはFETに連続で電流をかけるという本来の目的の範囲内なので無視します）


前者に関しては、ガンジニアさんやキットボーイさんで公開されている回路で解消できうる問題ですが、後者はなんともなりません。

そこでだ！
「そもそもゲートにかかる電圧だけ上げてしまえばいいんじゃね！？」と考えた訳ですよ。（ガンジニアのひとが。）
で、その発想によって、ゲート電圧を補助の電源装置で確保して実験を行い、発熱を抑えることができているのですが、これってポータブルに難ありですよね。

ではこれを、ポータブルに出来ないか？
という考えに行きつくわけですが、私なりに考えた結論は「昇圧回路」でした。


（クリックで拡大。記号が新旧ごっちゃなのはご愛嬌です）

2012/09/21追記：
この回路そのままだと発振して使い物にならないかとがわかりました。
平滑化したうえで、MOSFETゲートドライバを追加する必要がありそうです。


なぜ昇圧なのかというと、降圧回路だとゲートにかかる電圧より高い電圧の電源が必要で、リポだと11.1vしか使えなくなることと、熱損失がハンパなくなり、部品が破損する可能性が高まることなどがあげられます。なので、負荷が低く、低電圧バッテリーが使える昇圧回路を選びました。

この回路では、コンデンサに充電される電圧を、DC-DCコンバータで昇圧してしまえば、ゲートにかかる電圧は常に10Vになります。（ダイオードによる電圧低下分も考慮して昇圧しとけば問題ないと思われます。）なので、安定してゲートに電圧が供給でき、発熱度合も低く安定運用ができるはずです。

なお、「ZDIODE」と書かれた部品は「ツェナーダイオード（定電圧ダイオード）」という部品で、普通のダイオードとは逆の向きに接続して電圧をかけると、特定の電圧以上になるところで通電する機能を持っているので、特定の電圧以上の電圧が取り出したい時に使います。この回路の場合、6.8V以上で通電します。これは7.4vリポの過放電防止対策なので、無視して構いません。（リポの過放電防止といえば、M51957BなどのリセットICで高精度で監視できますが、回路が大きくなるのでやめましたｗ）

メリットは、①突入電流からの保護と、②バッテリー残量低下による電圧低下を防げることで、バッテリー電圧にかかわらず常に一定の出力を得ることができます。
デメリットは、①回路が巨大化することと、②専用部品が増えるのでコストが増えることです。むしろ、部品をそろえようと思ったら、AWS AirsoftとかのSentry FET MDC-X500とかを買った安くね？ってなりますが……。

まあ、まだこの回路の部品が揃いきってない（コンダクタと2.2μFのチップコンデンサ）ので、制作できないし、不具合てんこ盛りじゃないかと思われます。マネして壊れても責任は取りませんよ。