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 SJ10日記(実験中)

C.D.I.自作に挑戦3
 
2002/12/18
 師匠からの報告第3弾です!(以下既にコメントを入れる立場にないのでそのまま掲載させていただきます(^_^;))

 C.D.I.の動作部分について少し話をしたいと思います。

 点火コンデンサが2.2μFを超えると変わらない話に関してはこれが理論的に正しいかどうかは不明ですが、事実からのみ推察してみました。
 ダイオードを通し整流された高圧電圧はダイオードのみの回路のため、交流成分(正確には半波倍電圧整流された脈流)のため点火コンデンサを通過します。
 通常、コンデンサとコイルの直列接続は共振回路に使用されるのが普通です。共振回路は、入力の複合周波数(電波などのようにテレビやラジオなどの信号が混合された状態)から特定の周波数信号だけを取り出す(復調)時などに有効な回路です。(1石ラジオなどを作った経験があれば、バリアブルコンデンサとコイルで構成されているので分かりやすいかと思います。)今回は色々悩みましたが、共振回路と考えるとつじつまが合わないため、次のように考えてみました。

 まず回路構成から、ダイオードを通して信号(高圧電圧)が印可されているため、信号元インピーダンスが高く、信号減衰期でもコンデンサ・コイルに蓄積された信号が放電しきる前に、信号が増加します。これによりコイルはコンデンサのように磁気により電気を蓄えます。 点火コンデンサが小さい場合、周波数特性が高いため多少なりとも磁気放電が行われ、脈流波形になります。 これが、2.2μFを超えるとコンデンサの周波数特性・コイルの周波数特性により、コイル両端の脈流はほとんど無くなり直流に近くなります。
 交流成分はテスターなどで電圧を測る場合実効値を使用しますが、脈流が発生している時は実効値は当然低くなってしまうことになります。ところが脈流がなくなると交流最大電圧近くまで実効値は上昇し、これが点火火花をより力強くするのではないかと思われます。しかし、コンデンサをこれ以上大きくしたところで脈流分についてはほとんど無いので、実効電圧は変わることなく効果が止まることになると考えられます。

 電源などを作ったことのある人ならばすぐに分かるかと思いますが、トランスで100Vを12Vに落とし両波整流・コンデンサ平滑を行ったときの直流電圧は、12V×1.4=16.8V となりテスターでは16Vから17Vぐらいを示します。電流を流すと電圧が降下しますが、コンデンサ容量が大きいほど安定した電圧で、ある一定以上になると変わらないはずです。これと同じ原理が働き、コンデンサ容量により変化が発生したと思われます。

 そうであれば、もっと回路を簡単に(部品点数を減らす)ことが出来ないだろうかと考えたのが、次の図です。
 上図はコンデンサをさらに1個なくし、ダイオードの位置を変更したものです。
簡単にと言いながらも、実際にはコンデンサが1個減っただけであって、動作保障はありません。
 そして下図はダイオードもとってしまった回路です。これももちろん動作保障はありませんが動作理論は同じはず。 ただし、この場合ダイオードによる半波倍電圧整流が無い為トランスの昇圧比率ももっと高いものにしないと電圧が低くなってしまいます(とはいってもこれでもかなり高い)。
 あと発振周波数ももっと上げないと効率が悪いと思われますので、トランスも高周波用に変更する必要があると思います。 発振周波数を現在の7KHz強から50KHzぐらいまで上げれば面白いのではないでしょうか。面白いだけで実験するとひどい目にまたあうかもしれませんが(笑)。

 
師匠!感謝です!でも、さすがにここまで来ると理論的な話はわかるものの、細かい部分はマニアックすぎて私の理解できる領域を既に超えていますね(汗)。で、部品待ち状態のまま ・・・(^^;)。

 ただ、TORYさまによるとこの考え方では残念ながらIGコイルのインダクタンスが大き過ぎて回路図のC.D.I.では昇圧せず、放電は起こらない様に思われるとのことでした。一般のIGコイルの場合4気筒4サイクルエンジンでは15000回転では点火不能となる事から500Hz、さばを読んで1000Hzでは昇圧不能になるだろうから、昇圧回路の周波数が高過ぎて点火不能になってしまうとのことでした。よって制御コンデンサと、点火コンデンサは必要であり、庭木の水やりに例えるならジョウロで水やりをするのが他の一般の点火方式。C.D.I.の場合は、2階の窓際に置いたバケツ(点火コンデンサ)に1階からコップ(制御コンデンサ)に水を汲んで2階のバケツに何度も往復して補給(インバータの発振周波数)、点火指示が来ると2階のバケツを庭木にまく、そんなイメージで、バケツの大きさに相当するのが点火コンデンサの容量であり又、水を汲もうとするコップを横向けると2階のバケツに補給できず、水はたまらないのでSCRはターンオフされる。という動作原理とのことです。
 

2003/01/06
 年明けて、別のセットを検証していただいた Iさんからご報告を頂きました(感謝)。

・言われているほどハンダ付けは汚くありません。皆しっかりとまわっていますよ。(汗)
・Trの自己励振はしています。
・よって後は、SCRの動作のみの問題みたい。
・が、トランス2次側をちょっとイジる(瞬間的にGNDへ落とす等=SCR動作の模擬)と発振がおかしくなります。
・上記の原因と思えるんですが、デジタル屋にとって許せないのはトランス1次/2次の配線が混線(要は分離されていない)していること。
・これを直し、SCRが動作すればC.D.I.として動きそうです。
・サブさん御指摘の通り、L/Cを直列にしている回路で、それを更に半波倍圧しているんで、SCRが繋がるところの波形はそりゃすごいです。
・ここらへんも配線次第で波形が相当変わりそう(まだ未実施)。
・つうことで皆さん御指摘と同じで、月並みな話しとなりますが「配線をもちょっと綺麗にしたい」です。
(汗、汗)
 
2003/01/10
 I さんからの動作報告

 早速付けて見ましたが、イマイチの模様、、、、。
ポイント動作の模擬で前回と同様に信号入力端をGNDに落とすと発振波形がこれまた変化してしまうのと、チャージ電圧が放電されていないみたいです。SCRが動いていない??

「う〜ん、これは波形を止めてみないと判んないな」つうことで、すちゃらかモードに突入。

んが、電源を入れると「ばちッ!」。なんかショートしちゃったよ(;_;)
調べたら買ったばかりのSCRが壊れていました。もひとつ、発振波形がおかしいおかしいと思っていたら、電源が24Vを出していました(^^;。
こりゃSCRも壊れるね。

2個買っておいたんで、次回再チャレンジっす。

Trコレクタ波形:
・6KHz程で発振しているのが判ります。判んないのは20V出ていること。この時は12Vに電圧を合わせたのに。 どうして??
 
 SCR端波形:
・例のとんでも波形っす。共振しているみたい。共振周波数は50KHz程度。
・ピーク値は500V出ています。
・GNDから浮いているけどこれでSCRがターンオフするのかな?
・但しコイルは付けていないんで実車に付けると波形は激変するでしょう。

制御コンデンサを外して(すなわちトランス単体となる)測定してもほぼ同様な波形が観測されています。
当初私は「トランスのLと制御コンデンサのCで発振しているんではないか?」と疑っていたんですが、Cを外しても本波形になることから、これは違うみたい。
この波形はつまりトランスの特性っていうことかな? 新しく買い直したトランスでも同じだったし。
ならもちょい発振周波数を上げれそう。
点火コンデンサ開放端:
・充電逆側開放端ですんでマイナス電圧が表れています。

・140V強ですが、これぢゃ少ない??

・時間もDIV10sですんで、あまりに長すぎる。。。???

 やっぱコイルを付けないと判らない世界の模様です。
 も一つついでにSCRのG波形をセミトラ信号入力の代わりにGNDへ接触させた時の波形も。
SCR_G波形 (1)

・なんかへんでわ??SCRを付けていない為にこのような波形となる。

 バラックで点火回路を作ってみましたが同じ波形でして、??でした。
色々測定して考えてみました。

 点火回路は
1.60ΩのR:オープンコレクタ出力のPullUP
2.470ΩRと0.2μF:時定数
3.直列の0.1μF:直流分カット
4.0.2μF:積分
ですよね?
となりゃ、パルスが出る筈。。。。

 で、この時はSCRを付けていなかった為にCがチャージされてしまった為
にこんな波形になると判明しました。
バラック回路におNEWなSCRを仮付けした波形をみると、、、、
見事に想定したパルス波形が出ています(CH1がSCR_G波形で、CH2は入力信号です)。SCR_G波形(2)

 ただ、問題はSCR_G波形のピーク値が低いこと。実測で1V無いです。これでSCRがONするのかな?? 御指摘の通り、SCR_Gのインピーダンスがかなり低いように感じられます。
 SCR仮装着に先立ち、1MΩを付けてみたんですが同様でした。

 ただGのインピーダンスが低いことは、ノイズに強いことの裏返しですんで
回路側でG波形のピークを高くする方が良いと思われます。

 皆さんのC.D.I.が動いていないのは、ここに原因があるような気がしてきま
した。


SCR_G波形 (1)


SCR_G波形(2)

2003/01/10
師匠からお返事です

 トランスの電圧波形はどこで見たのか良く分かりませんが、この発振回路2つのコイルを使用しているため、GNDとトランジスタコレクタ間できちんと見ないと倍電圧の24V近辺に見えますよ。

 それから、コイルをつけないと、コンデンサを通した電圧がそのまま出力端に現れますから、トランスを通した倍電圧波形の汚い波形しか見えません。コイルの磁気記憶を利用しないときれいな直流電圧は出ません。

 SCRのG波形ですが、完全に変です。 私の書いたようなインパルスの波形がでます。 もしかしたら、ポイント信号の変わりに、発信器から速い周波数の信号を印可していませんか?
このトリガ回路は、コンデンサ微分回路ですので、あまり高速ですと印可したの同じ様な波形が出てきます。 オシロのレンジが50KHzとなっていますので多分そうだと思いますよ。

 エンジン回転数7000回転のLJ50の場合、8000*3=24000回の点火24000÷60秒=400となりますので、400Hzから500Hzぐらいがトリガ周波数の最高点と思います。

 最後に、トランジスタをサイリスタに変更するだけで、火花はきちんと出ます。ただし、トリガ回路のコンデンサ分圧により電圧が下がりすぎているようで、トリガがかかったりかからなかったりします。 すごく不安定。
サイリスタのゲートとGND間に付いているコンデンサを無くすと、トリガ信号の入力でほぼ100%トリガかかるようになります。 本日やっとすこし実験できました。

 周波数成分を計算しないといけないんですが、参考までに。
 120オーム並列で 60オーム

 コンデンサは、1/jwC  w=2*3.14*周波数
 めんどくさいので、F=10KHz j=1とすると
 2*3.14*10000*0.1*0.000001F
 =1/6.24*0.1*0.01=1/0.0628
 =約15.9オーム=約16オーム

 2*3.14*10000*0.2*0.000001F
 =1/6.24*0.1*0.01=1/0.1256
 =約7.96オーム=約8オーム

 総合インピーダンス = 60+470+16+8 = 554オーム
 12V/554*8=0.17V
 実際には、サイリスタのゲートインピーダンスが影響するのでこんな単純ではありませんが、ゲート電圧としては低すぎると思います。

 そこで、0.2マイクロのコンデンサを取ってしまうと、
 60+470+16 =546オーム
 12V/546*8=約0.4V
 多少高くなります。 サイリスタの規格から行きますとこれでも低過ぎると思います。最低でも1V以上ほしいんじゃないでしょうか。
 470オームをもっと小さくするとか、0.1マイクロを小さくするとかするともっと安定すると思います。実際サイリスタのゲート電圧はデータブックが無いので良く分かりませんがもっと高くても壊れないと思います。これはあくまでも計算上なので、実験はまだですが。

 でも、実際サイリスタゲート側のコンデンサ0.2マイクロを外すとトリガのかかりが良くなります。

  最後に、我が家のフルトラLJ50ではエンジンがかかりませんでした。というか火花がまったくでないです。 単体実験すると火花がきちんとでますので、フルトラではトリガがかからないのではとおもっています。これも、今後調べる課題かなと思います。
 
私の実験に沢山のご協力ありがとうございます(嬉泣)。
 

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