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2015年12月06日

ワンコイン(100円)な昇圧回路

トミックスのポイントが12Vではまともに動かないと大騒ぎになっているので、DC12VをDC24Vに安価に上げる昇圧回路を作ってみた。あやのすけさんもフォローしてくれているが、一応、自分なりに対応策は分かっていたのでここでご紹介します。

N-PX280(F)動作のため24V昇圧実験
TOMIXのファイントラックのマシンとデコーダ

ここで紹介している回路・ソフトの評価結果としては、シンコーの24V/0.13Aのファンを負荷代わりに付けて回したが特に問題なく回転し、電圧も24Vで制御できているのは確認しました。

chopper3.jpg

材料費は以下のとおり。93円+コンデンサ代(ポイントデコーダに必ずあると思うので共用できるはず)。これでも高いと言われたら困るが、800円の80%オフのコストなので許容範囲だろうと思っています。MOS-FETとコイルの価格が支配的です。

1N4007 (1000V/1A) 10円
LHL13NB101K (100uH,2A) 50円
2SK4017 (60V/5A) 30円
・47kΩ、270kΩ、22Ωの抵抗 1円x3
・電解コンデンサ(35V,1000-2200uF) 80円くらい? ←25V以下品は絶対にダメ。

回路図:
Chopper.PNG

動作波形(オシロ):
Chopper2.png

スケッチはこちら→Booster.ino

回路図、スケッチは自由に焼くなり煮るなりしてもらってOKです。ウルサイことは言いません。鉄道模型にガンガン使って基板を作りまくってください。

■動作の解説

コイルは、バネのような動きをします。バネを押しこむと縮んで、離すとビヨ〜ンと跳ねると思いますが、昇圧回路はこの原理を使用します。押して離しての頻度を調整して、電圧値をうまく合わせる形になります。
ビヨーンビヨーンとハネっぱなしでは電圧が不安定になるので、大きいコンデンサを置いて平滑化します。コンデンサとコイルの間にダイオードがあるのは、コンデンサから逆に電圧が戻ってくるのを防ぐためです。ダイオードは耐圧の大きい物を使用します。信号用のダイオードを使用するのはNGです。また電流もたくさん流れるので、耐電流が大きい物を選定します。

今回のソフトは、D3端子(回路図ではGATEと書いてある)のPWMのデューティ比を調整して、nchのMOS-FETでコイルに流すタイミングを調整して動かします。

このタイミングの制御を専用ICで行っているのが、DC/DCコンバータのICです。今回は、スマイルデコーダやぬっきぃさんのワンコインデコーダに装着するのを想定するので、マイコンから制御すれば良く、ICを省略できます。

また、出力電圧をマイコンにフィードバック(回路図ではA0端子)することで、電圧値を安定して制御できます。分圧抵抗を介して、マイコンにフィードバックする経路も用意してます。分圧比は、270kΩと47kΩなので、47/317になります。これを5V換算の12bit ADCの値に直すと、24Vで728dあたりになります。スケッチでは、728dになるように、デューティ比を調整するソフトになっています。

出力をフィードバックしてるので、入力電圧が多少変動しても24Vを出すように制御をかけてくれるのがポイントです。ソフトは理解しやすいようにPIでがっちりではなく、比例制御風のものにしてあります。指令の数字を変えれば、20Vとか違う電圧も出せます。ただし、昇圧回路になるので入力より大きい電圧には出来ないので注意してくださいね。また、入出力比率が大きい電圧も出せません。大体2倍少々までと思ったほうが良いです。

MOS-FETのゲート抵抗は22Ωですが100Ωでも大丈夫だと思います。また、安定動作のためゲートソース間は47kΩを置いておきます。

■改善の余地

MOS-FETはもっと安いのを使いたいが、秋月で使えそうなものはこれが一番安かった。コイルも、もっと安いマイクロコイルを使いたいのだが、抵抗値が大きいせいか、最初うまく動かなかったのでさっさと諦めて黒くて大きい抵抗の小さいものにした。

まあ、これをたたき台にチャレンジして頂ければと思います。
posted by yaasan at 09:45 | Comment(0) | 鉄道模型
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