コンデンサ式スポット溶接 回路設計

①スーパーキャパシタの構成

タカチのYM-150をなんとか使いたい。500Fスーパーキャパシタは最大4個入る。4個なら2パラ2直列がよさそうだが、スイッチ用のMOSFETや回路規模を考えると全部入らない気がしてきた。

3個なら直列8.1V/170Fか、並列2.7V/1500F。エネルギーなら前者有利、ジュール熱は電流依存だから後者。直列にするとスーパーキャパシタ間の電圧バランスが崩れそうで、モニターが面倒だからとりあえず並列にする。2.7Vなんて低電圧に見えるが、前述のスーパーキャパシタの放電を見る限り大丈夫なはず

②充電

2.7Vは中途半端な電圧なので、手持ちのCVCC電源から直接供給する。最初は0.5Ω抵抗で電流制限し、キャパシタ電圧をモニターしながら十分上がってきたら電流制限をMOSFETでバイパスさせることで充電を速める。

P-chMOSFETの手持ちがなかったのでN-chを使う、ゲート電圧高めだしいけるはず。1815は貴重品になってきたので、手持ちの多い2SC458を使う。

③放電

オンセミコンダクターのNchMOSFET FDBL9403-F085T6CT, 40V/連続300Aも流せて、on抵抗は0.95mΩしかない。すごい。さらにこれを5パラで使う。

ただ、ロジックの5VだとIdが100A、on抵抗も1.3mΩと性能が出ないので、ゲート電圧10Vを設定する。MOSFETドライバはInternational RectifierのIR4427、これも6V以上なのでゲート電圧10Vで動作させる。

④ユーティリティ

表示はOLEDモジュールSO1602AWWB、スピーカは小型のUGCM0603APE。押しボタンスイッチは放電パルス幅切り替え用と、放電開始用の2つ、充電の切り替えSWが1つ

秋月の同期式昇圧型スイッチング電源モジュールがちょうど入力2.7Vからなので、キャパシタ充電用のCVCC電源2.7Vを使い、まず10Vに昇圧し、MOSFETドライバやMOSFETをドライブする。降圧して5Vロジック、さらに降圧して3.3V有機ELパネルを駆動。