Nゲージレイアウト国鉄露太本線建設記

運転よりシナリー重視コンセプトで、昭和40年代後半の風景再現を目指しレイアウトを製作中です。映像・画像を交えながら、製作記に加え、随想や旅行記も発信します。2016年9月より延伸線建設に着手しました。

電源製作①最初の一歩

2018.9/28追記しました。


電源製作を始めます。 実験で性能確認しながらの設計製作ですのでNGならやり直し、進展のある都度更新しますので長いシリーズになると思います。


回路各部の動作解説は省略しIN/OUTに留めますので、興味のある方は電子工作関連公開情報をご参照ください。 その替わりと言っては何ですが、こう使えばこんな事ができるというレイアウト関連お役立ち応用例を掲載したいと考えています。


序章:準備あれこれ
1.部品調達

一括手配した電源講座開設用部品が届きました、約30品種で¥8,000です。 最高値の12V/3Aアダプタ¥1,500を含め、実験専用部品/余裕在庫用がかなり含まれるので筆者用電源部品原価は¥6,000弱だと思います。(最終的に仕様別にまとめます)

ぞろっと出してみました、高額部品は速度計用マルチメーター¥1,000x2(左上)と9V/2.5Aアダプタ¥900(右上)だけで他は¥150が最高です。 って、ポチッとしてからポリスイッチ忘れたと気付きました(笑)、送料勿体ないので次の機会にします。


2.使用電源
9V/12V/16Vで設計しますので実験使用電源及び製作時の推奨電源をまとめます。
2-1.電源電圧9V・・・超高速走行不要な場合

【秋月:M-10877 9V/2.5A ¥900】
筆者延伸線用です、9V/2CH電源を製作される方はこれをお使いください。 1CHの場合はM-08309 9V/2A ¥700が推奨です。 M-07772 9V/1.3A ¥620は電流容量はOKですが保護素子作動電流(1.3A)供給能力不足の懸念があり推奨できません。


2-2.電源電圧12V・・・N用標準電源

【秋月:M-10661 12V/3A ¥1,500】
12V/2CH電源を製作される方はこれをお使いください。 1CHの場合はM-08331 12V/1.5A ¥700が推奨です。

【従来線用12V/5Aアダプタ】
実は実験に使える12V電源持ってます。 プラグを切って照明/腕木式信号機電源として組込んでしまったので、仕方なく講座開設用に購入しました。


2-3.電源電圧16V・・・16番用標準電源

【筆者ノートPC用 16V/3.75A】
16Vは不用品購入を避け実験にはノートPC用アダプタを流用します。 16V/2CH電源を設計される方はM-10664 16V/3.75A ¥1,700が推奨です。 1CHの場合も同じです、秋月には16V/1.5A~2.5AクラスACアダプタがラインナップされてません。


16番モーター消費電流など最新状況に詳しくありません。 作業量を節減したいので、目標仕様に掲げた電流容量2Aへの拡張は16番用16V/1CHに限定させていただきます。 (N用12V/2Aの必要性がある場合はお知らせください、12V/1CHも加えます)


3.実験環境整備
レイアウトルーム入口付近で実験を行います、基台間隔75cm長手方向1mほどの狭い空間です。 部品/工具置場との関係、その他の事情から他に選択肢がなく、必要機材配置を工夫しないと効率良く実験を進められません。

一番場所を取るストレージオシロは工具箱に乗せて基台下に収めました。 生野駅機関庫地下の位置になります。 右端に見えるのが換気扇送風ダクトです。

ノートPCや部品はループ線下のメンテエリアに押し込み作業エリアを確保しました。

電源ケース取付用DCジャックを流用して実験基板に接続し、ADアダプタ抜き差しだけで簡単に電源切替可能にしました。 じゃ実験するスペースは?、恥ずかしくてお見せできません(汗)、でも設計内容は大丈夫ですのでご安心ください。


第一章:PWM電源基本回路の設計
1.矩形波発振回路
1-1.理論設計の検証
まず、オペアンプを使ってPWMの元になる矩形波発振回路を設計しました。 理論設計して実験で現物確認し必要な修正加える進め方です。

【9/26追記】使用するオペアンプはNJM4580DDに変更になりました。

使用するオペアンプはLM358N一番NJM4580DD安い汎用品です。

【理論設計回路】
【9/26追記】使用するオペアンプはNJM4580DDに変更になりました。
理論設計回路実験装置を組みました。 発振周波数を決めるのは主にR04とC01の時定数です、またR03を小さくすると周波数が低くなり、大きくすると高くなります。

さてどうなるかと9Vでスイッチオン、1V-8.6Vの矩形波が出力されてます。 狙いの周期より若干長い53μsec、周波数は少し低い18.9kHzでした。 KATOハイパーDも出力電圧によりこの程度の周波数でしたし、筆者の世代ならまず聞こえません(笑)

電源を12Vに差し替えました、周期55μsec、周波数18.2kHzでした。 理論上は電源電圧を変えても変化しませんが、実際は部品応答速度等により変化します。 だからこそ実験での確認が重要になります。 じゃ16Vはもっと周波数低くなる?

16Vは心配通り周期57μsec、周波数17.5kHzでした。 このまま進めても良いけど『露太本線の電源は耳鳴りがする』なんて言われたくないので修正するしかありません。 でもどうやって?、R04 3kΩを2.7kΩに変えて10%時定数小さくするのが確実です。 結局、2.7kΩと発注忘れポリスイッチをポチッ、2度目の送料¥500負担になりました(涙)


1-2.応用事例
本編が部品待ちになったので応用事例を一つ紹介します。 矩形波発振回路は当ブログで過去に登場しており、R04/C01の値を大きくすれば低い周波数でも発振します。

周期10秒(周波数0.1Hz)と0.6秒の発振回路を組み合わせた、古くなった蛍光灯がチラチラする野小屋の奥に回路を収納した応用例です。

Nゲージレイアウト国鉄露太本線12「野小屋」
【『野小屋の製作⑤』より】


ではまた。