ふるた技工所(てっこうしょ)

かなり長々と書く。1/1 も弄っていた 6V シール鉛蓄電池パルス充電器。12/31 時点で次の回路からパルス出力トランス(L1, L3, K1)を外した回路で動作テストしていた。


PDF 書式の回路図 この blog に載っている LTspice 回路図一式
※ 回路図はシミュレーション向けで、基板に乗っているバイパ・スコンデンサ、スイッチ、コネクタ、ポリスイッチは入っていない。LED を QTLP690C に置き換えれば部品を追加していない LTspice でも動かせるはず(シミュレーション中の計算中断は未検証)。

12/31 22 時くらいだったか。CVCC (Constant Voltage Constant Current) 充電部が常時短絡検出状態(Short Detect)を検出していて、定電圧制御の効きが悪かった。出力電圧も少し高めで 7.15V 程度になっていた。パルス発生部は動作していない。短絡検出状態だと、フリーランで矩形波発振もしない。うーん、蛍光ペンでマークを付けながら、配線チェックをした後、動作状況が良くないと落ち込むなぁ。

出力短絡試験をして CC は機能していることが分かった。ちょっとした希望だった。



LTspice にある 2N3904 の hFE は 300 位あって現実離れしているんだよなぁ。実際に使った 2SC945C-Y の hFE は 181 ～ 184、2SA733AQ は 166 ～ 176 だった。

CVCC 部分の回路を修正する。CV Error AMP の周りと、Short Detect の周りを修正を LTspice に投入して、組み立てた基板も修正する。


PDF 書式の回路図

CV 電圧は 7.07V 程度になった。少し下がる。レギュレーションが悪いので 数10mA も流すと 7.0V 以下に下がるので、良しとした。常時短絡状態も解消した。

パルス発生部のデバックに入る。パルス発生部の電圧を調べ始める。Q3.C の電圧測り間違いもあったりして、混乱している。落ち着いて電圧値を検討し直し、Q9.B と Q9.E の電圧が近すぎるのが、おかしいと気づく。B-E 間がショートしている。Pulse Height Error Amp がパルス電圧を制限するように働いてしたとしても変な電圧だ。



ショートを修正して、フリーラン状態で発振を始めた。Duty 比は狙った通り 20% 程だ。M1.D を pullup して FET がスイッチングしていることを確認した。



トランスを接続して、パルス発生させるのは起きてからにしよう。1/1 午前 2 時頃。

1/1 朝起きてから、パルス出力トランスを接続する。



パルス充電器として動作している事はすぐに分かった。トランスから不安定な「キーン」という音が聞こえてきた。耳を突くような音で、遮音していなければ、1 部屋離れていても聞こえてくる。1/1 午前中からきついな...

回り込みしにくい音なのか、壁、戸、襖で隔てると聞こえなくなる。段ボール箱に入れるのが良い音対策だった。中で発熱した場合は危険な対策でもある。



「キーン」という音が堪らない。トランスが何らかの音を発生する可能性は考えていた。音が不安定なのは動かしてみて初めて気づいた。パルス高制限をする帰還ループを(D5, Q3, Q4) で構成しているので、負荷による変動はある予想をしていた。数秒～数分程度の緩慢な変動だという予想だった。負荷変動が数 10ms から数 100ms 未満の周期で変動することは予想していなかった。

堪らない音から、負荷オープン時も含めて、パルス高制限ループは良く動いている。と分かったのはちょっとした救いだった。同時に修正方針を難しくした。

トランスの機械的共振周波数が 2k ～ 6kHz 付近にある？ 安易に「この周波数を避ければ良いのだ」と考えた。動作中に R30 に 100kΩ 程度を並列させると、「キーン」という音が消えることが分かった。発振周波数を上げれば音は解消する。もしかしたら、聞こえなくなっただけ？可聴域狭くなったのかな。これを書く時にテストしてみたら 12.6kHz 辺りだった。


PDF 書式の回路図

この回路で 4～5 時間くらい動作した。FET M1 が少し熱くなったかな、程度の認識だった。鉛シール蓄電池の状況を確認して、再度電源を入れたとき、9V 2A 出力の AC アダプタの出力がシャットダウンしたか、ポリスイッチが働いた。2A あるいは 2.2A 以上流れて過電流？

ここで、思い止まれば良かった。何回か電源再投入を試みた。どこからか一筋の煙が上がってきた。え？焼損？電源を切る。煙はすぐに止まった。どこから煙が上がったか特定できず。1/1 21 時頃だったか。

1/1 に発煙か、今年色々とありそうな年だ。回路設計で注意深さが失われているよなぁ。

面倒なことになった。FET 交換かも... 単に Off 時間を延ばせば「キーン」という音が大きくなるだろう。On 時間を短くする必要が有る。ただ発振周波数を下げるだけだと、また回路を焼く。保護が足りない。そもそも、リミッターが働くようなパルスだと電池の状態が変動するのに合わせた帰還が掛かって、発振が安定しない。

1/2 午前中。どこから煙が出たのだろう？一端トランスを外して、100Ωで M1.D を PullUp して、FET の動作を確認してみる。FET は動作しているように見えている。



幸いなことに基板はまだスカスカだ。追加回路は入るのだし、FET 周辺だって部品を外さなくても、空いたところに再構築出来る。思い切って回路を大幅修正しよう。


PDF 書式の回路図

決定木を考えてみる。M1 FET の状態は {1.完全に壊れている → FET 交換, 2.中途半端に壊れている → FET 交換, 3.壊れていない → FET 交換しない | FET 交換する} のはず。

1 ではないのは確かだ。2 か 3 だ。そして 3 は疑わしい。煙を見ている。2 が有力な状況だ。そのまま M1 FET を使うのは被害拡大だ。基板が修正不能になる可能性もある。疑わしい 3 だとして、心配な状況は続く。従って、FET を交換する選択肢が賢明なのだ。

冷製に考えれば FET を動作確認しなくても、FET 交換の決断は変わらない。



電池端でパルスのピーク電圧は 25.5V 程度になった。発振 14.3kHz 程度では安定している。



これで 1 週間から 1 ヶ月くらいの長期間運転出来る？半日くらい動かしてみる。電池電圧が 7.8V に上昇した。まずい。Over Voltage Protect と温度保護を入れないと。基板の土地はまだある。

今年は煙の年にはしたくないよ。