はじめに

こんにちは、いつの間にか「作ろう」と思ったらそこに部品がある状態になってしまった(至って通常)bockringです。

今回はArduinoに入力した12Vの電源を昇圧するDDコンを作ります。あいにくArduino UNOが手持ちにないのでArduino DUEで作成します。DUEはPWMの周波数が少々高いですが3.3Vです。その点は不安ですが、気にしなかったことにします。

他の用途でも使用しますので、シールド型での自作です。

使用部品・回路図

部品

2SK3499(Nch MOSFET/400V10A Rds=0.4Ω)
D3F60(ダイオード/600V3A)
Inductor 1mH
アルミ電解コンデンサ(350V 47uF) x2個(並列)
※試験時は手持ちのIRF740を使用しました。

実はこの中のインダクタ以外は抜き取った部品だったりします。詳しくは

をご覧ください。このインバータ基板から抜き取ったMOSFETとダイオード、そして電解コンデンサです。

イチケンさんの動画でも紹介されていますので詳細は省略しますが、

インダクタに蓄える電力は

W=LI^2/2

で、スイッチングのPWMのオン時間、オフ時間をそれぞれ

Ton, Toff

とおくと、出力される電圧は

Vo=Vi(Ton+Toff)/Toff

となります。ArduinoのPWMは8ビット、つまり256段階(0~255)になります。理論上の最大出力出さないというか、100Vくらいが出せたら良いです。12Vから100V、つまり8倍程度なので頑張ってもらいましょう。

では、100V出力時のデューティー比を算出します。

 100=12*255/Toff
   5=3*51/Toff
   5=153/Toff
Toff=30.6
   D=(255-30.6)/255
   D=224.4/255

つまり、digitalWrite(5, 225);を実行すれば100V程度の電圧が生成できそうです。PWM的には200Vくらいまでなら行けそうですが、インダクタやキャパシタが耐えられなくなる可能性もあるので、やめておきます。というか、Arduinoで高電圧の制御を(リレーなどで)するならまだしも生成するのはマジで頭悪いなと思いつつ(ry

ここに来てようやく回路図です。昇圧方式はBoost Converterです。電圧の範囲は入力の12V〜100Vです。出力の調整は可変抵抗の電圧の読み取りで行います。この回路は画像には含んでいません。察してください。

試験

まずは24Vで試験します。と言いたくなりました。とりあえずコードです。

#define FET 5

void setup () {
  pinMode(FET, OUTPUT);
}

void loop () {
  analogWrite(FET, 128);
  delay(1000)
}

ここで問題発生。使用したMOSFET(IRF740)のスレッドショルド電圧は約2.0V。そしてVgsはもっと高いのです。

　ダメです！動作しませーん！

ということで今度UNOを買ってやります。追記という形でやります。

DUEでリベンジ(2024/07/04~追記)

なんとかDUEでリベンジできないかと考えた結果、なぜか
　「リレーで代用してみようかな」
という考えに至りました。逆にこれで成功したら笑ってしまいます。物理的に動くので、ESC、ESLなどの問題以外に、スイッチングできるのか問題があります。まぁ自己保持回路で間違った回路を組んだ時に、かなり高速でスイッチングできたので…行けるかな…あ！これだ！(破滅の音)

自己保持回路とは

自己保持回路とは、電子部品などの自らの状態を保つ回路のことです。例えば、リレーではコイルに接続されているピンに電圧をかけることで閉じますが、その閉じた先のピンのNO(Normal Open)からコイルのピンに電流を流すことで閉じ続けることができる、そんな回路になります。

ということでただひたすら意味不明な回路図です。ここでは、逆にNC(Normal Close)ピンとコイルを接続することで

NCの電流がコイルペン流れる
↓
リレーが閉じる
↓
NCから電流が流れなくなり、リレーが開く

を繰り返すというあまりにアナログ過ぎる回路です。あれ、Arduinoである必要が無くなっちゃった。(破滅の音その2) あまりにアナログ過ぎる昇圧チョッパになってしまいました。てかこれじゃぁリレー的に5Vから10Vへの昇圧しかできないんですが。(破滅の音その3)

今度試します。

おわりに

投稿数稼ぎ完了〜★

現状すごい間違った道に進んでいる気がしますが、原理検証(?)ができればOKということでやっています。成功すればSeeed XIAOとMOSFETで昇コンバータを自作します。