ハーフブリッジモータードライバ回路

手書きの適当回路図しかなかったが修正を繰り返してわからなくなってきたので書き起こしてみた。ハーフブリッジの直流ブラシモータドライバ回路だ。

マイコンでPWMを作り、IR2302MOSFETドライバでルネサスのRJH60F6DPK(600V IGBT 85A)2パラを駆動する。バリスタとスナバ回路で逆起電力を低減しているつもり。本当は150Vくらいの高電流流せるパワーMOSFETがよかったが、秋月によさそうなのがない。なのでかなり高耐圧のIGBTを使っている。

EVバイクなので、後退はしないからハーフブリッジで十分。2パラで170Aまで流せるはず。実際、8s2p18650セルでシャント抵抗には発進時に150A流れたりしているので定格としては想定内。ただし減速時はモーターの起電力がローサイド側のIGBTのボディーダイオードを流れる。今回ローサイド側のIGBTが両方死んでいたので、これが原因かもしれない。

まだ元気な時のモータードライバ回路。

今まで総走行距離10kmは走っていたので、回路的に全然無理なわけではなかったと思う。ローサイドIGBT側の負荷が大きくて、長時間のストップ＆ゴーで熱がたまったのかもしれない。

ただ、壊れたレギュレータ、マイコン/IGBTを置き換えるだけでは同じ問題が発生するだろうから設計し直すしかない。あとIR2302が秋月で入手できない問題もある。

EVバイク用モータードライバ故障

自作 EVバイクに乗っていたらパワーが弱ってきたなーと感じた、やがてモータードライバから煙が出てきて停止。開けてみると5Vのレギュレータが破裂している。

36V->5Vに落としているので電流のわりに発熱が多かったのかもしれない、と楽観的に考えていたが、IGBTは短絡している（コレクタ・エミッタ間はともかく、ゲートが短絡している）

オシロで見る限りPIC16F18313は謎の発振をしているが、生死が不明なので、MPLAB Snapで書き込めるか試してみる。久々すぎて接続すら忘れてるので写真残しておく。

PICは書き込みすらできないので死んでると思われる。

IGBT破壊→ゲート短絡→MOSFETドライバ負荷→マイコン負荷→レギュレータ死亡のような気がする。全部交換だ・・・

MOSFETドライバのIR2302が秋月から消えている。SMTも在庫切れだ。どうするか。

自作トランシーバー VoBLE

子供のころ、学研のラジホーンGT-01というトランシーバでいろいろ遊んだ（いまだに動作する）。PTTを押している間送話できる。さらにボタンを押すとピーピーとモールスが出せる。中身はたった2石の2SC945だ。

ただし、受信時はノイズがかなりうるさいし、全然飛ばない（大声の方が届く）。

免許がいらず手軽に無線ごっこができるトランシーバが欲しいと思って作ってみた。TWILITEの参考回路図に、LM386をつなげただけだ。

音声はデジタルに変換されてBluetoothで送られる、またSWを切り替えるとPTTでモールスが出せる。技適通っているので安心して使える。ありがたい。

適当な空き箱に詰めてみた。カメラのように見える黒い部分はスピーカである。左下の穴がマイク

中身はこちら。アンテナ直付けのDIPのTWILITEを使っているのでこんな配置になった。

トランシーバは同じものを2つ作らなければならないので穴あき基板だと面倒に感じる。

電動バイク用リチウム電池ペア

スポット溶接で2個のリチウム電池を接続して”6Ahのセル”のように扱う。放電電流もしくは容量は倍になるので電動バイクの走行距離も伸びるしよりパワフルになるはず。しかも充電するときは容量倍のセルとして扱えるので、既存の充電器が使いまわせる(リチウム電池パック充電器は次の開発アイテム)

ペアを8個作成。4.2x8=34Vでモーター電圧は変えず、容量だけ増える

放電容量に耐えるかわからんが既存の18650電池ボックスに取り付ける。

振動で脱落する心配があったが、試験走行では問題なかった。2並列にすることで、

・発熱が格段に減った

・停止状態からの始動のトルクが体感では向上、電流は最大140A程度流れた

・最高速は変わらず？(電圧は変わってないから当然かも)

・モータードライバのルネサスIGBT RJH60F6DPK(600V/85A)2パラはモータ始動時で電流容量ギリギリになってきたが、今のところ問題なく動作している

スポット溶接試験

 

溶接試験の様子。派手に見えるよう300msで溶接してみたが、実際は0.1mm厚Ni板なら100msで十分、0.15mm厚なら200ms必要。それ以上は赤熱範囲が広がって焦げ臭くなるだけで溶接強度は上がってない気がする。

100msの放電でキャパシタ電圧は35mV下がった。1500Fとすると140J放出していることになる。電圧2.7Vなので140J/2.7V/0.1s=520A流れてるはず？思ったより少ないような、それでも溶接できてるからこのぐらいのNi厚なら問題ないような感じ。MOSFETの容量的には問題なし。

スポット溶接機実装

実装完了。青いのが2.7V 500Fスーパーキャパシタx3、大電流が流れるラインは2.6mmVVFで接続。その下の縦基板がパワーMOSFET基板。その下のケースに固定した縦基板がOLEDパネル。

左側は、2.7Vからの昇圧DCコンバータを載せているため見えにくいが、その下にマイコンがのったメイン基板がある

配線材がごちゃごちゃしてるがなんとか入った。電流制限抵抗は手持ちの50W品がでかくて外付けになったが、運用次第では取り替えたり放電に使ったりするのでよしとする

前から見た絵。モニターは、上段にキャパシタ電圧、1.7V以上では電流制限抵抗をバイパスする直接充電のCHARGE表示。

下段はパルス幅。赤ボタンを押すと、3->2->1とカウントダウンして、FIRE表示(溶接棒から放電される)

パルス幅は黒ボタンで切り替え(100ms~900ms)

放電棒は2.6mmVVFを削って先端を尖らせる。配線はAWG12。ちなみにAWG12の抵抗は1.6Ω/1000ftぐらいらしいので、20cmでも1mΩに達してしまう。2.6mmVVFは3.35Ω/kmから20cmで0.7mΩ。配線とMOSFETだけで2mΩ近い、比較的高抵抗なはんだ付けを考えると、2.7Vという低電圧では1000A流れるかどうかだ。やはり電圧はもっと高い方がよかったかも

パワーMOSFET基板

 OnSemiconductorのFDBL9403-F085T6は表面実装パッケージ(H-PSOF8L?)だが、これだけのために基板を起こすのももったいないので、ベタ銅基板をけがいて作成。

MOSFET実装後、経路が低抵抗になるように2.6mmVVFの銅線もはんだ付け。

試しにゲート電圧かけてみるとSD間導通するので動作してるはず