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⑦出力回路完成

電源製作7回目は12Vで基本設計した出力回路を完成させ、9V仕様、12V/16V兼用仕様へ展開し特性確認を行います。 専門的な設計解説はやっぱり人気ないです(笑)


7.出力回路設計の完成
7-1.12V専用仕様
一番利用者が多い12V専用仕様からまとめます。 12V/16V兼用仕様にする際は使用部品が一品種だけ変更になりますのでご注意ください。

回路図は前回制御可能デューティー比改善の実験回路②そのままで、特性確認は終ってるので割愛します。 でもまだ回路設計で大切なやる事が残ってます。

部品選定で後で説明しますと言ったPcです。 トランジスタは効率100%でスイッチングできません、効率低下は熱に変わり、どこまで耐えられるかがPc(許容コレクタ損失)です。 10Wと1.5W、6倍以上違う二つの数字が並んでます。

【周囲温度対許容コレクタ損失特性】
仕様書特性図右上注記通りトランジスタ単体で1.5W/25℃が上限、この値に近付くと発熱し超えると熱破壊します、温度上昇でPcは下がり50℃で1.2Wです。 電源設計予備講座でディレーティング条件を75%/50℃に設定したので0.9W以上は放熱板が必要です。

【電源最大電流対トランジスタ損失特性】
別の特性図で確認します、消費電流1.2A(赤点線)でベース電流22.6mA時のVce(トランジスタ損失)は0.7Vと解ります。 0.7Vx1..2A=0.84W、0.9W以下なので放熱板なしで大丈夫です。 って、そうなる様にベース抵抗をピンポイントで決めたのです(笑)

評価用負荷は0.5A/12Vです、0.5A特性図Vceは0.2Vなので計測しました、結果は0.12V、出力電圧12.07Vでした。 特性図より低いのは実験使用品hFEが最低値80より高いからです。 では1.2A時は?、良い質問です、多分出力電圧11.8V前後に低下します、hFEが低いハズレを引いた場合は11.5V~11.6Vです、でもこれで高性能なんです。

【『TOMIX電気設計の検証その6』より転載】
TOMIX N-1001-CL実測データです、1.2A仕様の半分弱、0.5A強で出力11.13Vまで落ちてます。 1.2A流したら10.5V程度の性能です、何たってTOMIXですからね(爆)


7-2.12V/16V兼用仕様及び16V専用仕様
16番用16V専用とN両用12V/16V兼用仕様の回路は全く同じ、電源製作④で解説したゼロ調整ボリューム調整位置が少し違うだけです。 兼用調整は16Vで少し遊びがあり、16V専用調整すると遊びゼロになる替わりに12Vで出力0Vにならなくなります。

12V/16V兼用及び16V専用はR13/R14を1W品に変更します。 16VのR13消費電力は0.5W、実験は1/2W、部品定格100%で行いましたが信頼性確保には1Wが必要です。

電源電圧が高いほどトランジスタが苦しくなる様に思えますが今回の用法は逆で、ベース電流が31mAに増えてVceは0.5V、0.5Vx1..2A=0.6Wと余裕です。

評価用負荷電流は0.68Aに増え特性図で0.23VのVce計測結果は0.15V、出力電圧16.23Vでした。 写真撮ってて10Wセメント抵抗に触れアチチッ、5.6W/本なんだけどね。

最後に特性確認、12Vは終ってるので16Vだけ、縦軸5V/目盛に切り替えてます、電圧が高い分同じ1V出力でもパルス幅が狭くなりました。 そして12Vで0.55V/4.6%まで制御可能だったデューティー比は、0.95V/5.9%までに少し悪くなりました。


1V出力の上記矩形波なら常点灯性能十分と考えてますが、12V/16V兼用KATOスタンダードSXの追加評価を予定してますので、最終結論は評価後に先送りします。


7-3.9V専用仕様
開発予告で『9Vで十分ですよ』とは言った物の、果して9V電源作る人居るかどうか自信ありません。 特に電圧ロスが大きいテープLED室内灯採用者は高速不要でも常点灯輝度が高い12Vがお薦めです。 推奨責任もあるので筆者自身用回路を解説します。

9V仕様で変更するのはR13/R14 のみで330Ω1/2Wにします。

470Ωではベース電流が不足してVce1.1Vとなり損失1..32W、放熱板付けないとトランジスタが持ちません。 330Ωで12V仕様と同じベース電流、同じ損失になります。

評価用負荷電流は0.38Aに減り特性図で0.16VのVce計測結果は0.09V、出力電圧9.25Vでした。

電圧が低い分同じ1V出力でもパルス幅が広くなりました。

出力電圧を下げると0.5V付近で安定出力が得られなくなりました。 12Vで0.55V/4.6%まで制御可能だったデューティー比は、0.5V/5.6%までに少しだけ悪くなりました。

最後に中身を開示せず見せびらかす様で恐縮ですが筆者がスパイスを振りかけた採用回路特性です。 入出力パルス幅共に1.25μsec、0.25Vまで安定出力が得られました。


ではまた。