コキウイルス?なにそれ?
云々ぬかしている暇もないPWMコントローラー作者の方こんにちわ。
各陣営から回路図が公開されたことでちょっと人気上昇中のPWMコントローラーを主にコントローラー、パワーパックのことについて考えたりそれを通じて「自分で作る」をテーマに語り合っていただきます。

はじめまして。

鉄道車両の運転経験はありませんが、おもうように動かないものを自在に操れるようになってこそ面白い、という嗜好で乗り物全般と向き合っています。

鉄道模型については、カッコつけた言い方ですが「難しいから奥深さがある」と思ってます。
作るにせよ走らせるにせよ、同じです。

なので、操作が少々面倒なくらいのコントローラが好きです。
私の理想は、実車同様のハンドル操作でカメラカーを操縦したとき、画面に写る映像が実車同様のソフトスタート・ソフトストップになることです。

でも、アーケードの「電車でGo」では一番易しい筈の「亀岡〜保津峡」でさえ走り切ったことがありません(そもそも練習しませんでした)。

こんな感じですが、よろしくお願いいたします。
http://traintrain.jp/blog/detail/mid/411/date/2009-04-24
http://traintrain.jp/blog/detail/mid/411/date/2009-03-22
http://traintrain.jp/blog/detail/mid/411/date/2009-03-03

まだ完成していませんがPWM制御についていろいろ調べたところ、

・低周波では強力なトルクが得られるがモータからノイズ?が出る。
・高周波では音はしない(聞こえない)がスローは低周波に比べて効かない。

といったところでしょうか。
私は転車台のあるセクションレイアウトを製作中で、音云々よりスロー走行性を重視します。
そのため発振周波数は前者にしようかと考えています。

既に製作された方はどちらにしているのでしょうか?

形態については、市販のミドルクラス向けパワーパックと同様にツマミで回すタイプにしようかと思います。
そのうちゴーン辻さんのようにマスコンを利用した本格的なものも作りたいですね。

>イコライザさん

私のパワーパックによる運転の動画を発掘しましたので、ご参考に。

このパワーパックの心臓部たるPWMキットですが、停止時の発掘周波数は100Hzくらいだったと思います。近日中に測ってみますが、モータ電流の断続が発掘周波数に還元されるしくみなので、走り出すと周波数が変化します。
NE555とかリング発振回路を使うと、周波数一定でDuty比だけ変化させることができますが、どっちがいいのか今は判りません。

音ですが、私のパワーパックでは起動直前〜秒速約1cmくらいまではモータ自身の振動(たぶんメタル軸受けがシャフトに当たる音)で「ビーッ」という金属音が鳴ります。
音を気にしなければ、Bトレボギー動車での秒速約1cm走行ができます。
モータが大きい2軸ポケット動車だと、もう少し速くなります(スローが利かない)。

コチラで、PWMパワーパックのお披露目をしている事なので、最新の作?を回路図ですが、公開させてもらいます。

このパワーパックは、IC4011を使って、IC4069(バッファ)インバータタイプの無安定マルチバイブレータを作ってみました。
周波数は約13kHzとしたため、ノイズの発信音も無く(年齢で聴こえない?)、LED前照灯のある車両では、ちょっと抵抗値を下げただけで、しっかりと確認出来ます。
また、以前作った4069のパワーパックより、周波数を高くしてますが、低速時のトルクもしっかりある様なので、周波数は10kHz以下にしなくても、最近のモータならば問題は無い様です。
しかし、可変抵抗部分であまり少ない抵抗値(今回の場合は、200k以下)では、DUTY比が低く取れないため、止まりませんでした。(鉄コレ用にて確認)

コメントしたのに、回路図を貼り忘れましたので、再度アップします。

>k-otaniさん

ホームページを時々拝見しておりました。
CMOS-ICは仕事でも遊びでもほとんど使ったことが無いんですが、静電気には相変わらず弱いものでしょうか。電源に自由度があるので「なるほどー」なんて思っておりましたが、静電気が溜まりやすい体質なので(笑)遠ざかってしまいました。いわゆる火花パチパチ君なんです、私。

Duty比の関係で止まらないとのことですが、#6で提示された回路図のFETゲート電圧を10kΩを可変にして下げることで、RMS全体を低下させて止めるということは効かないものでしょうか。高速側が犠牲にはなりますが。
トランジスタのA級増幅の様には行かないものですかねぇ、パワーMOS-FET。

最近掲示板見てなかったですが、えらいカオスになってますねぇ…

それはさておき..

もうすでに去年の8月に公開済みですが、こっちにも貼っておきます( ゜∀゜)/◇ペタペタ
細かいことはブログの方に書いてあるので省略します。
PWMの基本勉強として組んだコントローラです。

出来ればオペアンプを使った物も作りたいですが、オシロスコープを持っていないので現在は保留です(´Д`;
できればコンデンサを使ったコントローラと合体して、マスコンやらブレーキやらと楽しくなりそうですが…

とりあえずこんなトコです(ぇ

おまけ|ー゜)/◇
自宅では複数のコントローラを使っています。

リニア式ですが、電Goコントローラもありました、でも知人にあげてしまいました。
この写真しか残ってません。なんとかこのコントローラと合体してみたいですね…
スレ違ゴメンナサイ(ノ∀`)


周波数についてですが、低いと低速時のトルクが強いですが、モータから電磁音が出てしまいます。
電磁音は結構気になってしまいますね
低速は周波数を低く、ある程度スピードが出たら周波数を高くできればいいのですが…
うまく周波数をコントロールできれば、リアルな音(VVVF音?)がだせるかもしれませんね(・∀・

この掲示板も含めて、多くに人が「もの作り」を楽しいものだと思ってもらうと嬉しいですね。
PWMコントローラって、私の様な単純なものから、他の方の様な本格的なものまで、多彩なところが面白いですね。

>ゴーン辻さん

CMOS-ICも結構大丈夫の様です。私はあまり気にせず触ってますが、静電気では壊してない様です。(ショートや接続違いで一瞬にして何個かは飛ばしましたが…(笑))
また、ドライブ回路部分はまだ勉強中で、他の方に教えるだけの知識はありませんが、Duty比については、可変抵抗部分とそれに付属する固定抵抗の値の組み合わせが、大きい様です。
あくまで自分なりの計算(裏付けは…?)では、
　固定抵抗値　10kΩ(可変抵抗を絞った状態)　T=4.85μS…a
　可変抵抗 300kΩを入れた場合　T=77.45μS…b (f=12.9kHz) 6.3%(a/b)
　可変抵抗 200kΩを入れた場合　T=53.25μS…c (f=18.7kHz) 9.1%(a/c)
　可変抵抗 100kΩを入れた場合　T=29.05μS…d (f=34.4kHz) 16.7%(a/d)
実際、簡易オシロスコープに測ってみると、数値の倍程度のduty比になっていました。この辺りの数値の組み合わせが、PWMパワーパックのミソでしょうか?

>紅さん

ちょっと違うかもしれませんが、出力パルス幅を固定し、パルス周期を変調させる事で、低速時と高速時の周波数を変調させるタイプのPWMパワーコントラーの回路図もあります。(ただ、書籍にあるので、公開できませんが、興味のある方がいましたら「たのしくできるやさしいディジタル回路の実験/白土義男著/東京電機大学出版局」123P-125Pを見て下さい)
これも、面白いコントローラかなと、思ってます。

移動・実験・その他汎用に使うためのコントローラを、PWMキットベースで作りました。

気の利いた安全装置はなく、走行方向スイッチには中立さえありません。
電源は単三電池4本(充電池も可能)または+12Vまでの外部ACアダプタが使えます。

暫くこれで、PWM波形(特に線路の給電波形)を液晶オシロで観てみたいと思います。

No.11で提示しましたPWMパワーパックを使って、線路電圧と走行性の関係を、特に低速に絞ってビデオ撮りしてみました。

転車台をお持ちの、イコライザさんの参考になれば幸いです。

線路電圧をテスターで表示してますので、参照しつつ走りの滑らかさを見ていただければ、と思います。
線路電流の周波数は暫くお待ちください。
液晶ハンディオシロ(HPS10)の電池切れで測定できずorz
http://www.ureruzo.com/dHPS10.htm

レイアウトは300mm×210mmの板にフレキシブル・レールを強引に曲げて作ったものです。そのため、二軸車両ではカーブではフランジがレールに与える横圧が高く集電性・走行摩擦に優れますが、直線では踏面でしか走れません。
走りと音については、その辺りを割り引いて頂いた方が良いかもしれません。

カメラはCoolpix3200というコンデジを使い、QT形式で画質も荒いので、TMPGenc4.0でノイズ低減と色調補正を掛けています。

あと音に関しては、激しく「コンコンコンコン!」と鳴るのはAFのレンズ動作音でして、PWMに起因するノイズは聞き取りづらいかもしれませんが、小さく高い音で途切れずに入ってます。

>ゴーン辻さん
　No.11のPWMパワーパックは秋月電子のDCモータ・コントローラーキット(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-00908/)ですね。私もPWMを始めるキッカケとして最初に作りました。
　その時、キットを作成しての感想は、元々6V程度を想定して設計されているので、電池用と思った方が良い様です。(私は持ち運びのできる9V電池専用コントローラにしました)
　また、低速運転時に「うさぎ跳び現象(速度が落ちたと思ったら、急に加速する様な状態を繰り返す)」が見られました。(注)私のテストしての感想です。車両のモーターとの相性もある様ですね。)
　でも、価格(なにぶん安い!)と電子工作作成の腕試し(説明書が英語と中国語ですが、図と基板の記号で大体は判ると思います。)には良いキットですから、興味のある方はまず試しに作ってみると良いでしょうね。

>k-otaniさん

さすが鋭いですね、仰る通りのキットです。
マルツより秋月の方が安価(ほぼ半額)で、基板もガラスエポキシで(マルツはベークライト)高級感がありますね。
回路的には、OPAMPの比較入力が負論理になっているのが判りにくいですね。

電源電圧ですが、OPAMPとFETの最大定格から +12VでもOKと判断しています。ただ、FETは +12V×0.1mA(経験値)=1.2Wと結構発熱するので(381系全力走行で金属が焼ける匂いがした)、ヒートシンク買い足しは必須と思ってます。

「うさぎ跳び現象」はBトレのボギー動力車で生じ易い傾向があります。
一応撮りましたが、モチベーション低下が怖かったので公開してません(爆)
供給電流の周波数によってどうなるか、研究の余地がありそうですね。

最近、車両の方に忙しいのと体調がイマイチで、PWMの方はサボっておりました。
久しぶりに素材になる安いマスコンを探していると、ヤフーオークションで個人製作のものが出品されているのを見つけました。
http://page9.auctions.yahoo.co.jp/jp/auction/k118302175

走行感は知る由もないですが、ノートパソコンのACアダプタ(たぶん富士通で+15V出力)を使っているのが肝ですね。
AC100Vの配線は、正直言って遣りたくないですから(笑)

まぁ、こんな感じでまとめられたらいいなー、という事で。

【「カルーラ技研」さんのパワーパック】
この掲示板をご覧の方にも、JAMに来場された方がいらっしゃる事と思います。
かく言う私も展示品出品者として入場しましたが、不覚にも「カルーラ技研」のブースは見落としていました(他にも見落としは沢山ありますが)。

この「カルーラ技研」さんのパワーパックを試用されたり、実地に運転をご覧になった方々が持たれた感想を伺う事が出来たら、とても嬉しいと思います。
http://shop.calura.co.jp/products/detail.php?product_id=5

よろしくお願い致します。

こんにちは、この掲示板へははじめて書き込ませていただきます。
カルーラ技研のブースをJAMで拝見しました。
ゲーム機の事は詳しくないのですが「電車ゲームコントローラ」はすでに中古品しか入手できないと言われました。
他にはない製品で需要はあると思います。
本体価格は私にとっては、立派なお値段です。
コントローラ外観について、私は、蒸気機関車から通勤電車までいろいろ走らせるので、特定の型式に特化していないボリュームと前進後退スイッチだけのものが好きです。
これは、カルーラ技研さんの性能とは別の話ですね。

私が使っているパワーパックは、パソコンのACアダプタを利用してトランジスタコントローラを自作したものです。ACアダプタ以外の部品代は1000円以下でした。
JAMのほかのブースを見ると、自作PWMがいくつもありました。
そんなことをいろいろ考えると、自分が次回パワーパックにお金をかけるとしたら、皆さんの記事を参考にしてPWMを自作するのが第一選択肢になりました。

久しぶりに投稿します。
今回はIC555を利用したPWM(Duty比可変タイプ)パワーパックを回路図に起こしてみました。

パッと見ると、かなり抜けてる所があると思います。
実は、自動往復運転回路に組み込んで使う予定で考えてみました。(詳しくは私のHPを見て下さい)

ただ、まだ回路図段階で、テストもまだです。ある意味、何かの参考になればと思って。持って来ました。
現在、テストと作成に入っています(浮気心がでなければ…)ので、その際は改めて報告しますので、期待しないで?待っていて下さい。
まあ、興味を持たれて、先に作られるのは自由ですよ…。

PS22さん

個人的には、ここの掲示板は「PWMに関心がある」だけでも充分だと思っています。

>JAMのほかのブースを見ると、自作PWMがいくつもありました。

そうなんですよねぇ・・・。
レイアウトを走る車両に目が行ってしまい、肝心のコントローラを観ないとは不覚でした。
私は動く展示が人目を惹くと思って「揺れる381系」を作ったというのに、これでは「ミイラ取りがミイラになる」を地で行くようなものです。

>k-otaniさん

IC555のOUTに10kΩの可変抵抗を付けたのは、なかなかのアイデアですね。
最高速を決めるも良し、起動電圧の調整に使うも良し、というところですね。

しかしながら、2SK703のデータシートを見ると Vgs(off)=1.0〜2.5[V}になっており、IC555の出力をVR10k+固定10kの直列抵抗で分圧してもVgs(off)のレンジ外となる可能性がありますね。
また、もし電流によるFET制御をお考えでしたら、FETのIgss=±0.1μA という事で、電流による制御は事実上、不可能です(Igssは実質的に流れない)。

私でしたら、2SK703のソースに2SD560を割り込ませて、2SD560による電子ボリュームを付け加えると思います。
2SD560のVb可変でIcを制御し、2SK703のドレイン-ソース電流を2SD560で制御する仕掛けです。
普通の可変抵抗だと2SK703のドレイン-ソース電流が発する熱に負けて、焼けてしまうと思われます。

こんばんは、
ゴーン辻 さん
>ここの掲示板は「PWMに関心がある」だけでも充分
お言葉に甘えて、少し質問させてください。
私が使っているACアダプタはDC16V　4.5Aの出力があり、HO用としては充分だと思っています。17に添付した写真のコントローラの代わりにPWMを付けてみたいです。

k-otaniさんの回路にゴーン辻さんの改良を加えて、2SK703の容量などを上げれば私もこの掲示板に加われるのではないかと妄想しています。

私の電子工作経験は、電子工作キットを組み立てたり、
型式を頼りに部品を秋葉原で探して、回路図どおりに組み立てる。という最低限のものです。
この抵抗は1/2Wか1/4Wかを自分で決める事は出来ません。
回路図上のほうにある「XX」0.65Aというのが何の部品なのかとか、
右側のダイオード?1Aの横棒がハニワの手のようにニョロッとなっているのも何を買ってよいのかわかりません。

そこで質問とお願いがあります。
4.5A以上の容量を持たせる場合,回路図の各部品はどのようなものを使えばよろしいでしょうか。
どなたか部品表を書き込んでいただけないでしょうか。
または、5Aクラスの回路図、部品表が公開されていれば、リンクを貼っていただけないでしょうか。
初歩的な質問で恐縮です。
お時間のあるときで結構なので、どなたかよろしくお願いいたします。

>PS22さん

私は主にNゲージ用を想定しているため、1A(「XX」はポリスイッチで、ヒューズの様なものです。0.65A×2の1.3A以上で電源が落ちます…落とした事ないので、確信はありませんが…)のアダプターしかないので、HO用のパワーパックは残念ながら、詳しくありません。
6)にも別の回路図を載せてありますが、N用ならば、コチラが安定していいと思いますよ。
また、疑問の…>ダイオード?1Aの横棒がハニワの手のようにニョロッとなっている…ものは、ショットキーバリアダイオードで、1A用です。

他にも、幾つかのパワーパック等を私のホームページ上[ http://www.geocities.jp/k_otani3/ ]に公開してますので、多少でも参考になれば、ご自由にお使い下さい。
もし、どこかでHO用のパワーパックを見かけたら、リンクを貼りましょうね。期待しないでおいて下さい、

>ゴーン辻さん

アドバイスありがとうございます。
叩き台状態のアイデアなので、どんどん揉んで下さい。

でも、以前ホームページ上で公開した(すみません見に来てください…)IC555パワーパックの様に、単純に3からの出力を10kの可変抵抗と47kの抵抗を通し、2SK703の代わりにダーリントントランジスタ2SD560のベースに送ったら、良いのかもしれませんね。
近日中に、ブレッドボード上で試験する予定なので、結果を報告しますね。

皆さんのご意見本当にありがとうございます。

前日の続きですが、以前載せたIC4011利用のPWMパワーパックを15V3A使用にしてみました。
と、言っても、部品を一部変えてみただけです。
IC4011では、VDDが3V〜18Vと広く、15V程度なら問題がなさそうです。
また、MOS-FETの2SK703は図中にも書いたとおり、ドレイン電流20A(パルス時)まで利用可能です。

しかし、今回もこの程度なら大丈夫だろう?でやっていますので、何処かの不具合が潜んでいるかもしれませんので、その点はくれぐれも「自己責任」で…。
(特にIC-MOS-FET間の可変抵抗の100kΩは適当かは、自信がありません。ただ、「鉄道模型のエレクトロニクス工作」内で紹介されていた出力3A程度のPWMパワーパックで利用されていたので、大丈夫かと思います…)

k-otani さん
いろいろなアドバイスありがとうございます。
私が今使っているトランジスタコントローラーは、N用回路図のダーリントントランジスタを容量の大きいものに替えて作りました。
PWMもそんな感じで容量アップできるかと思ったのですが、そんなに単純ではなさそうですね。難しい相談を持ちかけてしまってすみません。
可変抵抗をいくつか用意して、ちょうどいい抵抗値を探すのがよいでしょうか。

通販カタログを見ると、可変抵抗が2Wとか、炭素皮膜抵抗が0.25Wとか、4011BPはまだ見つかりませんが,もう少し探してみます。

>PS22さん

私の判る範囲(まだまだ素人ですが)であれば、お答えしますので、気軽にお声をかけて下さい。
(私も考えたら、抵抗値のW数等はあまり考えてないな?詳しい資料は"データシート”と商品名で検索すると簡単にヒットしますよ)

また、私のよく使っている通販サイトで良ければ、私のHPのブックマークに幾つか載せています。
私は沖縄なので、特に通販サイトを利用するポイントは、安い送料、安い商品で丁寧な対応の3点でしょうか?
参考になれば良いのですが?

先日載せた幾つかの回路図で、不具合ではないのですが、幾つか気になる点があります。

1)IC555のパワーパックでは、Duty比が0%〜50%までしか可変出来ないようです。
2)IC出力を可変抵抗でコントロールすると、矩形波(パルス)が積分回路を通した状態の波形になります。
　　その関係か、FETよりもダーリントントランジスタが良いようです。
3)切替えスイッチ(出力)をドレイン側またはコレクタ側に入れてますが、ソース側またはエミッタ側に入れるとスムースなスイッチングが出来るようです。特に2)の可変抵抗を入れた場合。

　　気になる方は、ブレッドボード等で確認してみてから作成して下さい。

　　今、コメント23の回路(N用)を用いて、自動往復運転付きパワーパックを作成中です。
　　また、気づいた点等があったら、また書きます。くれぐれも作成にあたっては、ご注意を!

昨日のコメントで一部修正があります。

　1)のDuty比については、最初の想定通りでした。テスト時に何処かミスがあったようです。

で、いろいろブレーッドボード上で試験した結果、ほぼ大丈夫と思われる状態になりましたので、回路を公開します。良ければ参考に・・・。また、詳しい情報は、ホームページ用にて確認して下さい。

PWMパワーパックを作ってみました。ミニ列車級のパワーパックの回路を一部変更して作っています。実際に組んでみると、実験のときとは走りがぜんぜん違い反応が鈍くなってます。

またまた、一部手直しをしたPWMパワーパックを公開します。
詳しくは、私のホームページ上[ http://www.geocities.jp/k_otani3/working/working_02.html ]で確認を!

>きまぐれ屋さん
頑張って下さいね。いろいろと試して行くうちにすばらしい作品になると思いますよ。
私も何個も作っては、想い通りでないので、作り直すなんて事を繰り返してます。
よかったら、私の拙い作品の数々を参考にして下さい。(笑)

前の書き込みから、ちょうど一カ月なんですねぇ。
言い訳がましいですが、サボっていた訳ではありません(苦笑)

PWMパワーパックに関するページを更新しました。
「電車でGo! 2ハンドルマスコンPWMパワーパックの開発記録」
http://g200we.homelinux.com/~nob/RAIL/2handle_powerpack/index.html

動作の説明はこれから執筆します。
内容的には、たぶん・・・
(1)オペアンプの入力レベルを2ハンドルで如何に決めるか
(2)(1)に「惰性運転」を組み込むノウハウ
(3)オペアンプの自己発振によるPWMの仕組み
(4)要改良点・反省事項
といった処でしょうか。

PWMコントローラ初心者です。

初めてまだ一ヶ月半ですが、色々と奮闘中です。
ブログでも製作記録をつけていますので是非ご覧ください。
「こだわり電車運転台」
http://kodawaritrain.blogspot.com/

このコントローラは出来るだけコストを下げ、また、機能を確保した試作品です。かなり完成品に近づいているのでは無いかと自負しています(笑)。やはり、低速の安定性と操作性を両立させるのは難しいです。

これからもどうぞよろしくお願いします。

ねおりゅうさん、はじめまして。

開発ブログを拝読しましたが、プロダクトと書かれておられる通りの高品質ですね。
上には上がおられるものだと、毎度ながら驚かされます。

私にはDuty比固定のVFタイプPWMの実験動画が興味深かったのですが、音を演出し、さらに速度と調和させるにはVrmsと周波数の連携が不可欠という事ですね。
ドレミファ・・・って単純に周波数だけ合わせても、車両が走らなければなんともならないですものねぇ。
出力の実効電圧(Vrms)ではなく振幅電圧(+12Vを下げてみる)を調整されると音量とか起動時の音階が変わったりするのかなと妄想してますが、チューニングのノウハウを積み重ねられるのは羨ましく、貴重な体験だと思いました。

今後とも、よろしくお願い致します。

まだまだ、安定性や再現性に欠ける点が多く、修正や調整が書かせないので、ここの掲示板でも勉強させていただいています。

電源自体(12V)を調整する事で、安定性が保たれる結果が一部の実験で出ています。まだ確信が無いのですが、可変電圧出力の電源を使い、10V前後でPWM制御を行うと、12Vより車両自体の振動が少ないようです。当然のような気がするのですが、、、。モータの音と走行の安定性を両立させるのはなかなか難しいのかもしれません(汗)。

TOMIXから凄くリアルな形状のコントローラが出るみたいですね。
「101系運転台型コントローラー」
http://popondetta.com/blog/2009/10/post_120.html

鉄コレ式ということは単純な抵抗制御?
ということはマスコンを戻しても惰行しない?
ブレーキの役割は?
不明な点は多いですが、空想が膨らむ製品ではあります。

例えば、中身を入れ替えて惰行/ブレーキを有効化した「HG化キット」、あるいは外付け「疑似惰行ボックス」なんてのが出てきそうな予感ですね。

>ゴーン辻さん

私も興味を持つコントローラです。是非改造してみたいところです(笑)
しかし、メーカにはもっと実車に近い動きをしてくれるコントローラを販売してもらいたいところです。デザインはもちろん大切なのですが、、、。

新しいブレーキアルゴリズムを古いブレーキ構造で実現化しようとしました。言い方はややこしいですが、旧型国電のような直通ブレーキの構造をそのままプログラム化し、PWMコントローラに組み込みました。制動動作は非常になめらかなのですが運転は非常に難しいです。よろしければご覧ください。

こだわり電車運転台(http://kodawaritrain.blogspot.com/2009/10/ver07.html)

本体と計器板を結合して、動作を確認できました。

これで「電車でGo! 2ハンドルパワーパック」を、作り込みだけは完了できました。
まだ起動電圧の微調整とか、想定しない検流計の動きが残っているので詰めたいところですが、2日で集中的に形にしたので、詰めはまた後かな。

電流計・電圧計の針がフワッと上がる瞬間、そして車両が動き出す瞬間は、何度体験しても良いものですねぇ。
瞬時に愛着が湧きます。

喜んでばかりでもありません。
完成にこぎ着けるにあたり、HPに公開した回路図については色々と問題が判明したので、近日中に回路図ver2とリリースノート、観る人が居るかか判りませんが部品配置図なども合わせて公開します。

ポーニーキャニオン社製「Master Controller 2 for Train Simulator」をマイコンで制御し、PWMコントローラを制作しました。KATO社製のECS-1のパネルメータを利用し、運転台型と呼べる物になっていると思います。

特に、マイコンを使用したモータのPWM制御を行い。実車に近い、忠実な動きを再現しようとしています。詳しい製作記録はブログで紹介していますので、どうぞご覧ください。http://kodawaritrain.blogspot.com/2009/10/blog-post_21.html

◇注意書きの改訂◇

ここからも引き続き、PWMコントローラーを主にコントローラー、パワーパックのことについて考えたりそれを通じて「自分で作る」をテーマに語り合っていただきます。

コンテストという名を借りておりますが、一切気になさる必要はありません。
また気に入ったものを決めるのは見ている人の心の中だけか、YESボタンのクリック数です。ここで大賞を決めることはありませんのでご安心ください。もっとも、このスレッドを立ち上げた本人は「ここにこの手の情報が集まればいいなー」と言う思惑しかありません。

回路図の公開は作者の皆様の気が許す所まででお願いします。

　私も、この掲示板の皆様の回路を参考にしまして、「電車でGO!」のコントローラを使用したPWM制御のコントローラを製作いたしました。また、出力段にもFETを採用しましたが、PWM信号はマイコンを使用しています。2ハンドルタイプとワンハンドルの両方に対応し、PS(プレイステーション)用のコネクタを搭載しているので、交換も容易です。

よろしければご覧ください。
http://kodawaritrain.blogspot.com/2009/10/ver0806ps.html

「電Go!2Handle」で速度制御ボックスをテストし始めたら、機関車が全く動かず、電流が300mAにも達してサイレンみたいな凄い唸りを上げました。

動画でご覧ください。

このあとも何度か吼えたのですが、軽く押してやると平然と走り始めました。
何なんでしょうかねぇ。(?_?)

秋葉原でPWMのキットを買ってみました。
WonderKitのDCモータKITコントローラ2とマイコンキットドットコムのハイパワーDCモーターコントローラーキットです。
組み立て、動作テストをこれからやってみます。

PS22さん、こんにちわ。

ググってみました。

「WonderKitのDCモータKITコントローラ2」
http://www.technobase.jp/eclib/WONDERKIT/MANUAL/dcc06sp.pdf

「MK-507 ケース付きで小型!PWM方式ハイパワーDCモーターコントローラキット」
http://www.mycomkits.com/SHOP/MK-507.html

どちらも個性的ですね。
WonderKitはHC14でのリング発振回路の発振周波数を負荷の具合で可変しているかのようですし、MK-507は555の2個遣いで半固定抵抗は555の発振周波数を可変で来そうな気配ですね。大きなボリュームはなんでしょうか?出力電圧可変だとしたら、スーパースロー走行が期待できますね。
こんな感じの。
http://traintrain.jp/blog/detail/mid/411/date/2009-11-13

テストの結果をお待ちしております。

ゴーン辻さん
こんばんは、
アドバイスをありがとうございます。
早速テストを始めました。

今のところ、スーパースローにはなっていません。

どちらも出力電圧は変えられないので、
手持ちのトランジスタコントローラーと組み合わせてテスト中です。

1.パルスにしてからトランジスタコントローラーにつないで電圧を抑える
2.最初にトランジスタコントローラーで電圧を抑えてからパルスにする
を試しています。
こんなのもありでしょうか?

比較した結果、スロー運転についてはあまり差がない気がします。
1のほうがPWMらしい音が出るのでおもしろいです。

PS22さん、こんにちわ。

ご報告ありがとうございました。
2種類の方法を試されたのですね。
比較対象があると理解が進みやすく飽きにくいので、良いアプローチだと思います。

方法の1、2ともに「あり」だと思いますよ。
特に音とか滑り出しは車両メーカーの癖がありますから、できれば様々なメーカーの車両で試してみて、好みというか目指したいものをイメージ的に掴むのが、次のステップになるかもしれませんね。

いまはPWMパワーパックという地平にようやく立ったところだと思うんですよ。
次は、PS22さんが欲しい走りは何なのか(上述)、それを目指すにはどうすればいいのか掲示板で相談するとか、色々と工夫を繰り返すことで自分のモノになっていくんだと思います。

頑張ってください、応援します。

This is my design.

more detail:
http://traintrain.jp/blog/detail/mid/23286/date/2009-12-19

最近は忙しくしていたため、とんとご無沙汰です。

PWMパワーパックの性能についてですが、最近、PWMパワーパックに何を期待しているのか?が、疑問として出ています。

ひとつは、PWMパワーパックに超スロー走行を求める場合、どのように回路を組まれていますか?
また、速度的にどの程度(私としては、1cm/秒…Nスケールで5km以下…程度を目標にしています)を期待してPWMパワーパックを考えているのでしょうか?

ちょっと上の掲示板でも、皆さんの「目指すもの」が話題になってますが、皆さんのご意見をいただければ、幸いに思います。

久々に書き込みして、疑問をぶつけてすみません…。

>k-otaniさん

私の場合も超低速運転を機能の一つとして求めています。
http://kodawaritrain.blogspot.com/2009/08/blog-post_17.html
スケール速度は計測していませんが、低周波で駆動した場合は非常にスローがよく効きます。もちろんモータや車両、編成によるのですが。

さらにもう一つはマイコンを使用したPWMパワーパックのため、出力周波数を変化させることにより擬似的なVVVF音を出す事が出来る点です。
http://kodawaritrain.blogspot.com/2009/11/tcs-power-unit-n-du202-clvvvf.html
動きと音の再現が可能なPWM制御方式はメーカ品には無い、個性のあるコントローラを作る事ができると思います。

結論を申しますと、私が目指すPWMパワーパックはより実車に近い動きの再現です。そのためにはより低速が効いた方が有利ですし、また、モータからの励磁音が鳴ればより実車に近づくと考えています。ご参考になれば幸いです。

>k-otaniさん

>「目指すもの」

誰しも最初は取り敢えず作ってしまうものですが、楽しさに目覚めたときに感じる、実は結構重要な疑問だと思います。
「ちょっと違うんやけどなー、どーにかならんかな」みたいな。

少なくとも作り手なら、一度はぶつかる壁なのではないかと思います。
その壁が技術とは対極にある、心境的・内向的で少なからず自分を見つめるという辛い作業だけに、他の意見を参考にされるのも当然のことと思います。

私にとってPWMコントローラは、大袈裟に言えば自己実現・自己表現。
できる限りスクラッチから作り上げるという意地、元回路設計エンジニアの意地の現れ。造ることそれ自体が楽しいんです。
モノ造りの楽しみとして言えば、Bトレ381系強制振子の開発と楽しさは変わりません。
同レベルとして同好の士との横の繋がりが楽しいことも大きいです。

しかしながら、機能的な意味で言うと、暗中模索というのが実際のところです。作るのが遅いというのも大きいですが。

取り敢えず低速運転には、私的には電圧・周波数の同時制御が重要だと感じております。
http://traintrain.jp/blog/detail/mid/411/date/2009-11-30

↓動画のレオスタット操作と車両速度に注目してください。
http://traintrain.jp/blog/detail/mid/411/date/2009-11-13

秋月・マルツで売っているNJM2904(オペアンプ)を使ったPWMキットは乾電池でも動作しますし、乾電池なら出力電圧そのものが低いので、DC+12Vに変換するACアダプタを使った場合より低速運転が可能です。

なお先日「レール工房ひげしん」に展示してある「PS2電Go!ワンハンドル」のPWMコンバータに触れる機会がありました。
発振周波数とDuty比をLCDで表示していましたが、観察したところ、起動周波数は200Hz〜500Hz(モーターが奏でる音を車種別に数種類選択できる)で、上限は1000Hzどまり(それも中速以上で固定)、PWM波形Dutyは15%位〜約30%前後で走っていました。
Duty比というのは実効電圧と思って良く、+12Vを100%とすると30%なら+4Vです。あとは30%という比率をPWM周波数(100Hzなら0.01秒ごと)に沿ってモーターに掛ける、という具合です。

↓【参考】双剣さんの日記と、私のコメント。
http://traintrain.jp/blog/detail/mid/344/date/2009-11-27

起動は少々ラビット気味でしたが、モーターの音色には京急?ドレミファソラシド、南海1000・2000系、大阪市交通局VVVF、阪急?、新幹線?系と多くて、覚えきれませんでした。
こういった遊びも、周波数(≒音)と電圧(=音との起動タイミング)の組み合わせを探り当てた結果、出来上がったものと思います。

>ねおりゅうさん
>ゴーン辻さん

　コメントありがとうございます。

　ちょっと、別の所でどうも「PWMパワーパックを使えば、低速走行が出来る」との誤解を与えた感が合って、その疑問に答える中で、多くの方も何処かでそう誤解しているのではないかと感じた物で、疑問を素直に問うてみたまでです。

　私自身、そうは思っていないのですが、意外と単純に誤解しているのかとも、感じた限りです。

　まだ、私もこれという方法に到達はしていません。(PICやコンピュータを利用すれば、細やかな周波数の制御は可能と思うのですが…どうも、プログラム等を触らず、回路の組み合わせだけで出来ないか?なんて、拘り過ぎですか?(笑))
　ただ、周波数可変無安定バイブレータを利用したチョッパ制御のパワーパックの回路を基に低速走行出来無いものか、新たな試作品を考えています。

　そろそろ忙しい仕事も片付きつつあるので、またここに新作を発表しましょうかね。期待しないで、待っていて下さい。

　尚、以前発表した(No.29にて)パワーパックを作成中です。
　完成したのですが、スイッチ周りでショートしている様なので、確認中です。
　これも低速走行を念頭において作成しています。後日、結果を報告します。

　是非、こういった場で多くの方の意見をお聞かせ願いたい…そう考えています。

>k-otaniさん

質問の意図を今、理解いたしました(汗)。
やはり「PWMパワーパックを使えば、低速走行が出来る」という概念が広く浸透していると私も思います。まあそれも事実なので間違いとはいいませんが。それ以上の可能性もあると思います。

私はアナログ回路が苦手でどうしてもマイコン制御に走ってしまいます。無安定マルチバイブレータよりはVCOなどを利用したほうが周波数制御しやすいのではないかと思います。私は設計する段階で計算が嫌になりできません(笑)

新作パワーパック期待しております(笑)

>k-otaniさん

わたしも少々(というか思いっきり)、質問を拡大解釈しておりました。

ねおりゅうさん同様、PWM=低速に強い、という風潮を実地に感じております。
また、モーターを唸らせることの是非が根強いことも同様に感じています。
レンタルレイアウトに行って自作パワーパックの話になったとき、モーターの負担にまつわる方向に話題が流れることも、しばしばあります。

私は鉄道模型歴3年で、しかもその期間、殆どBトレのモーターしか扱ってきませんでした。

そのことを踏まえて、今の時点で私がPWM式パワーパックについて思うのは、
(1)低速性能は車両に起因する部分が大きい
(2)PWMの将来性は大きい
(3)PWM波の発生方法はなんでも良いが、可変できるファクターは可変出来た方が良い

この3点に尽きます。

(1)は、N-1000CLなんかだと通常スケールではゼロノッチで停車するのに、Bトレでは延々止まらない、なんてことも体験してます。
(2)は言うまでも無いでしょう。
(3)は(2)を具現化するにあたって、YMOより前のアナログ・シンセサイザーではありませんが、ロータリースイッチとダイヤルだらけで発振条件・Duty比を自在に変えられるとか、レール供給電圧のピークを抵抗で低下させられるとか、そういった機構を持ったもの(最適なPWM波供給プロファイルを探すためのツール)が必要な時期に来ているのかな(個人的に)、とも感じています。
ねおりゅうさんの装置を知ってからは、特に強く感じるようになりました。

アナログ、デジタルに関しては、私が感じる違いは
●アナログ
・機能の数だけ回路が必要。
・機能追加の際に、装置のトータルバランスを乱さない配慮が要る。
・運転操作がマニアック(難しい)になりがち、しかし趣味的とも言える。
●デジタル
・機能追加、変更がアナログより概ね簡単(例外もあるが)。
・チップ選択が拡大性将来性を決めるため、経験に基づく先見性が求められる。
・チップ依存性が大きいので、予め実現したい機能を明らかにする必要がある。
・運転操作は、プログラムとLCDなど表示方法次第で簡単にも難しくも出来る。

かなり思い付きで挙げましたが、こんなところでしょうか。
デジタルと言えども周波数算出の計算はありますし、アナログにはデジタルでは出来ない滑らかな信号の変化が存在します。
つまり、作り方に関しては両者に大きな差はない、というのが私の実感です。
どの程度、デジ・アナの知識を重ねて持っているかが鍵なんだろうと。

わたしも参加してみようかな・・・

>cafe du 兎山さん

パワーパックに関する質問でも疑問でも、不満でも要望でも、書き込んでいただけると視野が拡がって製作の糧になるのではないかと思っております。

作ろうと作るまいと、興味がある、というだけで既に参加しているんじゃないかと、個人的には思っております。

>ゴーン辻さん
ありがとうございます。
この板の主旨がやっと理解できてきました。


早速ですが質問です。
みなさんは回路図の作図ソフトは何をお使いですか?
お奨めがあれば紹介願います。

2つめの質問です。
お勧めの出力側の素子があれば、教えて下さい。
自動運転が前提なので、パルスはPICで発生させるつもりです。
新幹線のあの滑らかな超スロースタートから300km/hまで対応させたいと考えています。

>cafe du 兎山

こんばんわ

>質問1
回路図はEAGLEを使用しています。フリーソフトですが、パターン設計もでき、便利です。私はあまり使い方がわからないのですが(笑)。基本的に回路図を書かない人間なので(爆)

というのも、私が制作するコントローラはマイコンを主とした制御ですので、重要なのはソフトウェアであるプログラムに依存するためです。

>質問2
最初は市販のHブリッジドライバを使用してましたが、最近はFETを出力回路に用いています。滑らかな動き出しを実現するにはやはり出力周波数とデューティ比の調整が必要でしょう。

私の制作しているコントローラですが、ブログにて紹介させていただいていますので、ご参考になれば幸いです。マイコンは主にAVRを使用しています。
http://kodawaritrain.blogspot.com/

>cafe du 兎山さん

(1)回路図エディタ
私の場合、回路図はBSch3vというフリーウェアを使っています。
http://www.vector.co.jp/soft/win95/business/se372925.html

回路図を書く際の手順を解説したページも多いですし、回路記号データを配布しているページもあります。
私が回路CADを使っている主な理由は「図面の出来が良い」からです。
ワードとかエクセルでは、手間暇掛かる割に出来が良くないですから。

(2)出力素子
ねおりゅうさんの仰る通りかと思います。
Hブリッジだと往復の自動運転は簡単に見えますが、同じことはPIC出力をロジックICなり、トランジスタ也で切り替えれば済む事です。
むしろ、出力特性がどの程度のPWM周期変化(周波数特性)と滑らかな電圧調整が可能か否かが鍵になると思います。
しかしながら、その手間はMOS FETかパワートランジスタを只のスイッチとして使えば解消できます。

※スイッチとして使える理屈は、要望があれば追々説明します。
※掲示板に書くと長すぎるので、たぶん日記で。

具体的には、FETならRds=1Ω以下、Id=5Aくらいでしょうか。
耐電圧は電源電圧の数倍を見ておけば良いと思います。
たとえば・・・
http://g200we.homelinux.com/~nob/RAIL/2handle_powerpack/2SK1010.pdf

トランジスタなら、Ic=5Aくらい、Pc=30W以上かな?よく作例で見かける2SD560は、概ねこの範疇です。

ちなみに両者とも、0.5A以上を狙うならばヒートシンクが必要です。

>>ねおりゅうさん、ゴーン辻さん
どうも、ありがとうございます。

エディターは、EAGLEでは私にとって荷が重そうなので、BSch3vにしようと思います。

2SD560や2SK1010が身近に無く、互換表も無いので、適当にデータシートを見ていったのですが、
特性グラフはほとんど意味がわからず、頭が弾けてしまいました。
だいたい合っていれば良いと思うのですが、アナログの素子の選択は難しいですね。

それで、弾けた頭が出した結論は、とりあえずは、使い慣れたTA7291の採用です。
ご指摘の貫通電流の件は、データシートにも100μs云々と記載されていますが、
低い周波数で行けば何とかなるかなと勝手な想いと、最終的にはパワーパックを
動力車に載せたいので部品点数を抑えておきたいといったところです。

結果は見えているような気もすのですが、とりあえず実験してみようと思います。

>cafe du 兎山さん

アナログ素子の選定は回路の一番重要なところでもあるので、やはり実験を重ねて、最終決定する必要があると思います。ゴーン辻さんのおっしゃるとおり、まずは耐圧、最大電流、発熱量が条件となるでしょう。あとは入手し易いデバイスでしょうか。

TA7291を使用した場合、CW/CCWとストップ(フリー)モードにてPWM制御を行う方法と、CW/CCWとブレーキモードを使用して行なう方法があります。ただし後者の場合はおっしゃるとおり100usの制限がありますので、難しいでしょう。厳密にはノンオーバーラップ信号にて駆動する必要があると思います。前者より後者の方が低速が良くきくかもしれませんが、発熱量が増大します。

長々と書いてしまいましたが、参考になれば幸いです。実験の結果お待ちしております(^^)。

おけまして、おめでとうございます。
年越し検討会の結果を報告します。
議題は、cafe du 兎山さんのご要望を実現するには、です。

TA7291のデータシートを見てみました。
http://www.robot.ams.eng.osaka-u.ac.jp/hosoda/enshu/doc/TA7291F_TA7291SG_ja_datasheet_070613.pdf

形状が数種類あって、形状ごとに恐らくは放熱の制限があり、最大電流値が決まっているように見受けました。
入手性の面からP形状という前提で、放熱具合を検討してみました。

まず、最大電流がアベレージ(連続供給)で1A、ピーク(瞬間最大)で2Aですね。
実際の使用に於いては約半分を上限とするのが寿命・発熱の面からは望ましいですが、発熱に関しては、念の為、アベレージで計算しましょう。
電力P[W]=I[A]×E[V]の公式に当てはめて、1[A]×12[V]=12[W]となります。
これがTA7291を通過する電力になりますが、同時に発熱量でもあります。
この電力はデータシート上、許容損失Pdという言葉で示されています。

データシートには幸い、発熱量と許容損失の関係性を示すグラフが載っています。
7ページ上段左側 許容損失Pd-周囲温度Ta のグラフがそれです。
このグラフから判ることは、12Wに対応する放熱板はスペック以上の物が必要、という事です。
とても巨大なものになりそうな気配ですね。

そこで、より実際的に線路電流を0.2Aとして、0.2[A]×12[V]=2.4[W]と仮定してみます。

許容損失Pd-周囲温度Ta のグラフによると、放熱方法は の放熱器無し〜15cm平米2mm厚アルミ板で済むという結果です。
幾らなんでも[約2W]では済まないと思われるので(余裕が無さ過ぎ)、放熱板は必要と判断します。
では、[約4W]を採るとしたら、例えば最低約4cm四方のアルミ板で良い、あるいは相当の金属ケースにネジ止めでもOK、という結論になります。


次にPWM信号について。
TA7291にはIN1,IN2,Vref,VSという具合で4箇所から出力を操作できますね。
このうち、Vref,VSは出力電圧を決めるのが主たる目的ですから、PWM入力としては取り敢えず除外しましょう。
(ここからコントロールする技もあるにはあるが、メリットが無い)

IN1,IN2は3ページのファンクション表にある通り、出力との対応が明確化されていますので、この表に則って考える必要があります。

具体的には、PWM波形を正パルスと仮定すると、
・IN1にPWM波形を供給すると、ストップ→CW/CCW→ストップ→CW/CCW→ストップ→・・・
・IN2にPWM波形を供給すると、ストップ→CCW/CW→ストップ→CCW/CW→ストップ→・・・

という具合になります。
ここで「ストップ」と書いてありますが、電流供給が「ストップ」するのであって、車両が止まる訳ではない事に注意してください。
要するに、PWM波形がON,OFF繰り返す分のOFF状態です。

車両、というかモーター軸は、瞬間的な電流と自重によって回転する勢いを得ますが、電流が切れても自重が生む慣性があるので、すぐには止まりません。
このモーター軸の慣性回転を維持するのが、PWMによる低速走行です。


cafe du 兎山さんがご所望の自動往復運転という前提で考えると、以下の要点があると考えました。
(1)PWM波形を変化させるトリガをどうやって作るか(あるいはレイアウトから拾うか)、という検討課題。
(2)進行方向を換えるトリガをどうやって作るか(あるいはレイアウトから拾うか)、という検討課題。

(1)は速度コントロールのことです。発車〜加速〜停止の一連の動きをPWM発生回路に伝達する必要があります。
(2)は、駅に到着した後、PWMの入力をIN1→IN2、あるいはIN2→IN1と、入れ替える必要がありますね。

(1)は逆転の発想をすると、PWM波形は一定のままにして、線路電圧をダイオードで落して速度コントロールする方法が、そのまま使える気がします。
この場合、PWMの周波数をボリュームなどで調整して最適な走行を手探りする事になるかと思いますが、楽しいと感じるか、苦労と感じるかは違憲の別れるところかと思います。
なお、ダイオード速度コントロールはk-otaniさんのホームページに解説がありますのでご覧ください。
http://www.geocities.jp/k_otani3/atc.html

PWM波形の発生回路については、以下のページの「可変デューティ・サイクル発振器」が使えると思います。
http://www.technobase.jp/eclib/DIGIT/KIT/time5551.pdf
使い方の一例として検討すると、仮にPWM周波数を200Hz(=5ms周期)として、抵抗の調整範囲を考えつつ外付容量を決めると、0.47μF辺りになるかと思います。
この場合、RAは約50kΩと見込んで、実際の抵抗構成はR1=1kΩ、VR=50kΩと決めるのが適当かと思われます。
この検討結果によると、表からは周波数の可変範囲は約0.5ms(2kHz)〜約10ms(100Hz)となりますが、実際には約80%の範囲しかできません。
理由はすぐには思い出せないんですが、それでも実用上、困る事は無いと思われます。

(2)については、単に回路構成上の問題(PWMに関わらない)と思いますので、省かせていただきます。

-------------------
年始早々、思いっきり長文になりましたが、除夜の鐘も鳴っている事でしょう。
鐘の音に煩悩が消されて、鉄道模型に執着が無くなってしまう前に、さっさと寝ることにします。

それでは、これにて年越し検討を終わります。
よい一年でありますように。

あけましておめでとうございます。

皆さんの研究発表を楽しく拝見しています。
私は、市販キットのレビューのようなものを発表したいと思っています。

今年もよろしくお願いします。

あけましておめでとうございます。

昨年中はありがとうございました。特に、年末に突然疑問をぶつけて、そのままの状態でしたが、先日公開を予定していた「チョッパ制御のパワーパック」が出来ましたので、午後を目処にまとめて、公開します。(といっても、仰々しい物ではありませんが…(笑)、一応、1.8cm/s程度のスロー運転が可能でした(鉄コレ動力にて)…)

また、他のコメントも時間を改めてさせていただきます。

何分今年もよろしくお願いいたします。

明けましておめでとうございます。本年もよろしくお願いいたします。

>PS22さん
非常に参考になりますので、是非結果を拝見したいところです。

>k-otaniさん
様々な意見が飛び交う中で、新しい発見がありますので、私もどんどん参加させて頂きます。
新しいパワーパックの詳細、お待ちしております。

朝書いたパワーパックの回路図を公開します。
詳しくは、私のHPで見て下さい。ご意見等がありましたら、よろしく!
http://www.geocities.jp/k_otani3/working/working_07

で、回路図はMac版のBSch3vを使用しています。
また、大まかな実体配線を見たい時は同じくMac版EAGLEを利用しています。
いずれのソフトも簡単な使い方を説明しているサイトにHP内でリンクしてますので、ご参考までに…。

なお、出力素子については、あまり詳しくありません。
データシートを見比べ、ある物で近いのを「取り敢えずブレッドボードでテスト」を繰り返して、使ってます。
素人ですが、ちょっとした物なら、これでも何とかなる物ですよ。(笑)

>k-otaniさん

私にとっては敷居が高い物ですね、抵抗とコンデンサが入り交じると流れが全く分からなくなってしまいます。発振部分は理解できるのですが、出力段の回路は難解です。

これはデューティ比に応じて周波数が可変するのですか?

>ねおりゅうさん

　今回の回路は「たのしくできる　やさしいディジタル回路/白土義男著」のチョッパ制御回路をアレンジしています。(書籍は購入出来ますし、Google-Booksでプレビュー出来ます)

　回路的には、前段の「無安定マルチバイブレータ」発振回路で発振時に可変抵抗を使って、発振周波数を約180Hz〜約2.9kHzまで、可変している点です。Duty比を直接変更していません。
　発振したパルスを後段の回路間のコンデンサーでパルスをトリガー状(一瞬)の信号にします。
　後段の回路は「トリガー型ワンショットマルチバイブレータ」発振回路で入力時のトリガー信号に対し、一定のパルスを発生させます。
　前段のパルス周期に対し、後段で一定のパルスを発生させ、Duty比=後段のパルス長÷前段のパルス長となり、低周波数(短い波長)で短いパルス(Duty比が低い)からより高い周波数(より長い波長)で準じた長さのパルス(Duty比が高い)までをコントロールします。

　私のHPにある他のPWMパワーパックは、直接Duty比を調整していますが、今回のパワーパックはその点が異なります。(実際、このパワーパックはPWMパワーパックとは言えないので、チョッパ制御のパワーパックと表現しています。)

　もし、興味がありましたら、原典の書籍を参考にされると、より判りやすいと思いますよ。
　私はこの著者の本を何冊か買って、参考文献としています。(HPの参考資料に幾つか載せています)

　先ずは敷居が高いと思わず、試してみてはどうですか?
　かく言う私も電子工作は学生の頃にちょっとかじった程度で、本格的に触り始めたのは、まだ去年からですよ。

>k-otaniさん
回答ありがとうございます。

なるほど勘違いしておりました。可変抵抗は周波数の変更ですね。それをコンデンサを用いたハイパスフィルタによって低い周波数は短いパルスが、高い周波数で長いパルスがでることによってデューティ比が周波数に応じて変化するという訳ですか。

やはり、ややこしいですね(笑)。マイコンばかり触っている私にとっては、ディジタル回路というよりはアナログ回路と言った感じです(^^;)。是非、模型の動きも拝見いたしたいところです。

>ねおりゅうさん

　どういたしまして、この程度(理解している範囲で)でしたらお答えします。
　専門的な事は「ゴーン辻さん」他の皆様にお任せします。(笑)

　私も、コンピュータはかなり触っていて、BASICやアセンブラ、Cとちょっとはかじったのですが、かじっただけに、直接的に自分のイメージを使って、自動運転等が出来ないかを考えています。
　確かにコンピュータって、今作っている回路以上にディジタルしてますね。それからしたら、アナログですね。(笑)
　どちらかと言えば、プログラマーよりも「技術屋」に憧れているのかもしれませんね。

　動画は、近いウチにアップ(HP上になると思いますが)出来る様に努力します。

私が保有している車両の室内灯はすべて自作なのですが、回路にノイズキラーのコンデンサーを搭載しています。容量は車両によってさまざまで、電解コンデンサーからセラミックコンデンサーを使っています。しかしながらTOMIXのN1000-CLを使うと低速走行が効かずラピットスタート状態になります。これはコンデンサーを搭載したのがあだになったのでしょうか?

当掲示板の皆様、今年もよろしくお願い致します。

k-otaniさんのHPを拝見しました。
「鉄コレ」はフライホイールの働きが無視できないと感じています。
私も12m動力を持っていますが、出だしの滑らかさには目を見張ったものです。
ちなみに、フライホイールには白のペイントマーカーで円周の1/4ほど塗って、モーターの回り始めが判るように工夫しています。
この白線の動き出しを眺めるだけでも、結構楽しい気分になれます。

それと参考文献ですが、白土義男さんの書籍は結構ありますから、実績の積み重ねによる信頼感は回路・文章ともにあると感じています。
ただ、東京電機大学出版局の本は置いている店が少ないのが残念ですね。
紹介されているのは初心者向けのシリーズなんですが、学研とかCQ出版が初心者層を持っていくのか、同局の書籍は在庫が捌けないようです。

最後に、私がご披露しているのは、安全マージンに不安がある場合とか、データシートの理解に不安を感じられる方へのアドバイスだと思っています。
まぁ、我々はアマチュアですから、自己責任&結果オーライ、で良いと思います。
ただ、そうは言っても、半導体が発熱で壊れたりするとモチベーション下がったり、凹んだりしますよね。
私が計算式を持ち出すのは、そういった疑問を明示的に解決する場合であることが多いです。なんといっても数字の説得力は強いですから。
半導体の使い方に関しても、FETは只のスイッチ、トランジスタは電子ボリュームという基本の上に、発熱量をワット数で示しているつもりです。
ワット数は電球とかハンダこてと比べると、その発熱がイメージ的に入るんじゃないかと期待していますが、その辺りはご意見頂戴したい部分でもあります。

そんな訳で、私も自分の出来る範囲でやっているに過ぎない、という事です。
私の日記・掲示板への投稿に、決して敷居が高いと思わないで頂きたいと切に願っております。

>きまぐれ屋さん

室内灯はすべて自作とのことですが、それなら、ご自分でコンデンサを外すのは出来ますよね。

コンデンサが原因かどうかは、コンデンサを外してみる以外に知る方法はありません。

なぜなら、モーターの種類は沢山あり、室内灯の有無に関係なくラピッドスタートになる車両もあることでしょう。
それはN-1000CLであろうが無かろうが起き得る問題でしょう。
つまり、車両の種類だけ原因がある、という事です。

ですから、原因追求の方法としては、怪しい、と感じるところを「一つずつ」外して試走する以外に、方法はありません。
コンデンサなりLEDなり、順番に外しては走らせて、違いを観察する。
怪しい箇所が複数あるのなら、その組合せも全て確かめる。
そうやって、何が問題かを見極める力が付いていくんです。

大変でしょうが、頑張るしかありません。
それが「自作」というものです。

あけまして、おめでとうございます。

みなさん、いろいろとアドバイスありがとうございます。


さて、TA7291Pで実験してみました。
動画をブログにアップしましたが、超低速の安定性は驚愕です。
PWM恐るべしといったところです。

周波数:　520Hz
デューティ比:　20%
供給電圧:　11V(eneloop-8本)
電流:　未計測(忘れちゃいました・・・)
モード:　CW/CCW⇔ストップ(フリー)

わかっていた事なんですが、ミーン、ミーンと音がします。
運転会とかであれば気にならないとレベルと思いますが、静かな夜だと違和感があります。
うちにあるKATOのEF58は、ほとんど無音なので気になりますね。
可聴域を外すとしたら、上ですかね ?　下ですかね ?

あと、放熱板に触れた限りでは、発熱は感じられませんでした。
高速スイッチングで発熱すると思っていたので予想外でした。
今までの非PWMの場合でも、発熱した事がないです。
そもそも、室内灯を付けた長編成を走らせない限り、鉄道模型の電力は微々たるものなんですかね ?

次は高速側の実験するつもりです。
高速で走る車両を購入してからなので、ちょっと先になりそうです。

>きまぐれ屋さん

ゴーン辻さんの内容とかぶりますが、コンデンサが原因である可能性はあります。容量やコンデンサの種類によって挙動が変わる場合がありますので、一概には言えませんが、外した状態で低速が効くのであればコンデンサは最小限に抑える必要があると思います。

ちなみに、私が自作したLEDタイプのヘッドライトユニットと自作の常時点灯機能付きPWMパワーパックでは周波数を任意に調整可能なので、ライト点灯状態でも低速走行が可能となっています。LEDユニットにコンデンサは挿入していないので、多少ちらつきます。参考までに動画を貼っておきます。

>ゴーン辻さん
今年もよろしくお願いいたします。

>cafe du 兎山さん
動画を拝見いたしました。やはり低速の安定性はPWMの特徴の一つです。「ミーンミーン」という音はうなりでしょう。発振源のジッタや共振の可能性がありますが、大きくなければ気にする必要は無いかもしれません。この辺りに関しては私は専門外ですので、他の方に譲ります。低周波では「ジリジリ」といった音が発生しますが、より低速が効き易く、1000Hzを超えるとラピッドスタート傾向になることが多いようです。あくまでも私の経験上ですが。

デューティ比20%、電圧11Vではほとんど電流も流れていないと思いますので、発熱は少ないでしょう。鉄道模型でも坂道やレールレイアウトによっては500mA以上が常に流れている状態の時もあります。この場合の発熱は無視できません。尚、これも私の経験上の話ですが、電源を電池にされたのは正解だと思います。私が自作のPWMパワーパックを製作中には電源には苦労しました。特に昔の大きなACアダプタ(トランスタイプ)では安定性が無く、模型の動きも不安定になりました。一方現在のスイッチングタイプのACアダプタは非常に安定して走行します。

>きまぐれ屋さん
さきほど、動画の変換が上手く行かず、動画だけ貼らしてもらいます。
富山ライトレールの方は自作のLEDユニット、EF210は標準仕様の常時点灯基板が入っています。こう見るとTOMIXの方が低速がよく効きます。ちなみに、発振周波数は50Hzですので、「ジジジジ」といった音が響きます。

皆さんいろいろとありがとうございました。ちなみにN1000-CLはポポンデッタにおいてあるものを使用しているため家にはありません。KATOのKC-1では電解コンデンサー搭載してもスローが効きます。またTOMIXのN-S2-CLでもスローが効きました。その時のコンデンサーの容量は1ユニットにつき22uFです。写真のE233系からは、N-1000ーCLを考慮して0.1uFのセラミックコンデンサーを搭載してみました。まだポポンデッタでの運転はありませんが、近いうちに実施する予定です。
　家にあるパワーパックはすべて自作で、そのうちPWM方式は、以前紹介したもの1つだけです。そのコントローラーでは22uFでもスローが効きました。

昨日UPしたパワーパック以前に考えていたPWMパワーパックのHP情報を更新しましたので、よろしかったら見に来て下さい。
最初に低速走行を考えて作成した物です。
http://www.geocities.jp/k_otani3/working/working_02.html#v2

>k-otaniさん

HP拝見いたしました。コンパクトなコントローラが良いですね。私はどうしても機能を追求してしまうので、スイッチやつまみが多くなってしまいがちですが、k-otaniさんに見習ってコンパクトなコントローラを制作してみようと思います。

さて、突然で恐縮ですが、皆様が制作されているPWMパワーパックにおいて車両のヘッドライト、テールライトの点灯状態はいかがなものでしょうか?、現在、私はKATO車両を無改造にて常時点灯させるコントローラを製作中です。ですが、一方でTOMIXの常時点灯には適さないようで、実験しているとヘッドライトが両側で点灯いたします。つまり前後とも光っている。自作したLEDライトユニットにも適さないようでこちらも両方が同時に点灯します。自作回路は単純なLEDと抵抗、ダイオードを用いたもので、このコントローラ以外では通常の動作をします。写真を貼りましたが、左が両方点灯した状態(なんか面白いけど)、中央がテールランプ、右がヘッドランプが点灯した状態です。

>ねおりゅうさん

　素人考えで確信はありませんが、パルス状に極性が交互に入れ替わっているなんて事ありますかね?
　普通、ダイオードが入っていますから、一方方向しか流しませんよね?
　是非、他の方の意見を聞いてみて下さい。私はこれ以上は…です。

　でも、私のパワーパックは単純にONかOFFかなので、大丈夫じゃないのでしょうか?
　で、常時点灯を考えると、周波数は高めの設定にするとよいでしょう。
　安く?て、簡単なパワーパックです。部品も比較的、簡単に揃うと思いますので、先ずは気軽に試してみては如何でしょうか?

>きまぐれ屋さん

お持ちのパワーパックが全て自作であるとは、素晴らしいですね。

既にご存じかもしれませんが、N-1000-CLの波形を記録・公開している方がいます。
http://www.justmystage.com/home/diagraph01/special/n1kcl_hakei/index.html

これによると周波数は約20kHzとあり、周波数は大変速い部類かと思います。
もし可能なら、ご自身の自作パワーパックを周波数20kHzになるよう改造して、疑似N-1000-CLとして試してみる手立てがあると思います。
改造箇所・改造方法が判らないようでしたら、回路図の在り処を示していただければ、何とかなるかもしれません。

改造による周波数ですが、約10〜30kHzくらいの範囲であれば、車両の起動そのものは大して変わらないように思えます。というのは、モーターが生じる逆起電力による影響は周波数に比例して大きくなる傾向があるからです。
逆起電力は電流が流れた瞬間にだけ発生するので、周波数が低いと電流が流れている時間が長くなり、逆起電力による影響が無視できるからです。

なお、市販パワーハックですが、Bトレの印象で恐縮ですが、KC-1は「ひげしん」で使っており非常にスローが効くので使い易いですね。N-1000-CLは鉄カフェで使ったんですが、ノブのある位置を境に動き出す、という記憶があります(一年以上使ってないので記憶が薄い)。

KC-1の波形があれば比較になるのになぁ。

　ヘッドライトが両方点灯する件に関して、レール間の波形をオシロスコープにてキャプチャしてみましたが、k-otaniさんのおっしゃる通り、極性が逆の電圧が発生しておりました。やはりモータの逆起電力でしょうか、回路はAVRマイコンを用いたもので、出力にはTA8428Kを使用しています。もちろん逆起電力吸収用のショットキーバリアダイオードも挿入しています。

　ここで、KATOの車両も同様に載せて測定しましたが、やはり波形は似た様なものでした。結論としてはKATOのヘッドライトが電球であるので、パルス波による駆動ではあまり明るく光らず、LEDでは短いパルスでも光るので、この差ではないかと思います。

　ちなみに、私の所有しているオシロスコープはあまりにも安物過ぎて測定回路に影響を及ぼすという測定器にあるまじき性能を持っています。皆様の計測器はどのようなものをお使いでしょうか?

　通学先の大学で波形を計ったのですが、似たような波形でした。ただしデューティー比が停車時はそれほど狭くありませんでした。
　回路はこの方のホームページを参考にしています。
　http://www.geocities.jp/gardenrr2005/no3/no3.htm
　実は本物の運転席のハンドル気分を味わいたいため、PWMでこの方式を使っている回路を公表しているページがなかなか見つからなかったためこの回路を参考にしています。箱庭鉄道に使われている回路をNゲージに仕様を変更しています。周波数は280Hz前後と非常に低く音もうるさいです。
　近いうちに別のパワーパックを作る予定でいます。
　今私のブログにスロー運転が載っていますのでどうぞご覧ください。
　ここにも動画を載せておきます。

>きまぐれ屋さん

　最近(元日)公開した可変周波数タイプのパワーパックが、近い物かもしれませんね。
　前段の発振回路の周波数可変部分を、パルス幅変調(PWM)に変え、後段のパルス発生部で発生するパルス幅を抵抗値によって変化させている様ですね。

　私の作った物も周波数が最低で180Hz程度なので、かなりうるさいです。
　でも、徐々にノイズ音が高くなるに従って、モーターが高速回転するので、ある意味面白いですよ。

　もし、作成されるなら、可変抵抗を500kΩ→1MΩに変えても良いかもしれません。
　周波数の最低値が、90Hzまで落とせる様で、より電圧制御の幅が増えるかと思います。機会があれば、自分でも作成して、試してみようと思ってます。

先日UPした左回路図のパワーパックですが、可変抵抗を500kΩ→1MΩへ変更し、試験しました。

予想通り電圧制御の幅が増え、「鉄コレ12m級動力」でも、しっかり停止しました。
ただ、動力によっては、ボリュームを3分の2以上も廻さないと動き出さないかもしれません。
加速は線路の集電や動力、その他によって大きく影響はあるかもしれませんが、かなり滑らかな加速になっていると思いますよ。

取り敢えず、報告でした。

「レール型!?」

k-otaniさんのパワーパックがコンパクトであるのに感化され、私もコンパクトなPWMパワーパックを作ってみました。詳しくは本家のブログ(http://kodawaritrain.blogspot.com/2010/01/pwm.html)にて紹介しています。パワーパックの写真を載せていますが、間違いではありません(笑)

>きまぐれ屋さん
是非、マイコンを使用したPWMパワーパックにも挑戦してみてください。

>k-otaniさん
デューティ比の調整範囲を選定するのは、これだけモータの種類が多いと、難しいところですね。

「コンパクト」と言うよりも、前代未聞の「インパクト」ありです。
なぜに線路の中にパワーパックなんでしょうかね・・・


さて、Bトレ動力でも低速で走らせる事を考えています。
でも、歯車の合いが悪いようで、一旦停止すると、
パワーを上げない限り、押しても引いても再始動しません。

そこで、大波と小波を混ぜ合わせて送出すれば、
滑らかな発進と安定した低速走行が可能と考えています。
さらに、大波/小波(パルス幅)をランダムにすれば、
音対策にもなるかな。
とりあえず、週末に実験してみようと思います。

>大波/小波(パルス幅)をランダムにすれば、音対策にもなるかな。

これは古い言葉で言うところの「水平思考」でしょうねぇ。

と言いますのは、自動車の騒音源の一つにラジエータファンがあるんですが、対策として羽根の位置を綺麗に並べず、羽根同士の間隔を一見ランダムになるよう崩している、というものがあります。
羽根の配置を決める方法は企業秘密なのかもしれませんが。

私の乗っている「いすゞ117クーペ」のファンが経年劣化して予備のファンに交換したとき、PIAZZAに詳しい知人が、開発当時に騒音が下がらなくて苦労し、その一環として生まれたと聴いたのを思い出し、書いてみました。

PWMとは直接関係ない話ですが、発想のタネはどこに転がっているか判らないものだなー、と。
結果を楽しみにしています。

>cafe du 兎山さん
とりあえず、小さく薄く製作しようとしたところ、レールの中なら目立たないと思いつき製作してみました。でもちょっと厚みがあり、レール内には収まっていないので失敗作なのですが。

>大波/小波(パルス幅)をランダムにすれば、
というのは興味深いところですね。私の制作しているコントローラは振幅ではなく、二種類の周波数を合成しています。この目的はモータ駆動用と励磁音発生用のためで、滑らかな発進につながるは疑問を残すところです。結果を楽しみにしております。

>ゴーン辻さん
117クーペは最近全然見かけなくなりました。あのフォルムとデザインは素晴らしいの一言につきます。うらやましい限りです。鉄道模型の制御に関しても、リミットサイクルの様な必ず、均一で安定した状態を維持する機構を取り入れると、安定した走行ができるのかもしれません。

>cafe du 兎山さん
　Bトレ他も停止すると、再始動は難しいですね。
　もし、解決の糸口でも見つかりましたら、是非、参考にさせて下さい。
　実験の結果を楽しみに待っています。

>ねおりゅうさん
　アイデアは面白いと思います。
　これを皆で練って練って練り込んだら、使える物になるかもしれませんね。

>ゴーン辻さん
　仰る通り、発想のネタなんて、何処に転がっているか判らない物ですよね。
　ちょっとした一言から、新しい物や凄い物が生まれる可能性もありますから…。
　こうやって、掲示板で意見を交わす事、これが良い刺激になるのです。私は、そう思っています。

>ねおりゅうさん
>でもちょっと厚みがあり、レール内には収まっていないので失敗作なのですが。

ふと思ったのですが、ジャンクのポイントを利用しては如何でしょうか。
ジャンクポイントがレイアウトに存在する理由付けは、昔懐かしい緊急時の脱線装置、という事にでもしておきましょう。
そして基板を使わず、ポイントマシンを取り去った跡地に部品を接着して、空中配線。要所にはホットボンドかパテでも良いでしょう。

厚みを解消するには基板を止めるしかなく、部品を貼り付けるには縦横に大きなレールが必要となり、給電するには線路の露出が必要になります。
以上を満たす適材として、ジャンクのポイント利用に思い至った次第です。

>ゴーン辻さん
なるほど、ポイントですか。確かに土床内のスペースも広く組み込みやすいかもしれません。空中配線は必須ですね。こんど2号機を製作する時に挑戦してみます。しかし、KATOのレールはスペースが広く、使い易いのですが、TOMIXのレールはより小さくて、部品を詰め込むのは難しいです。ご意見、ありがとうございます。

再実験してみました。
動画は自分のブログに貼っておきました。

7mm/secといったところで、そこそこの結果でした。
なめらかさは動画のとおりで、これもそこそこといった感じです。

　周波数:　115Hz
　デューティ比(小波):　20%
　デューティ比(大波):　40%
　小波/大波比:　6/1

上の条件だけでは、大波小波の効果の有無について、判断は難しいので、
時間がある時に条件を変えて、いろいろとテストしようと思います。

音止効果は、歯打音と思われる音が大きく「効果なし」です。
もう少し、高い周波数で効果があるかもしれませんが、低い周波数で
それもBトレ動力では効果は期待できなそうです。

「低速」を表す数値として「速度」がありますが、それに加えて「なめらかさ」を
客観的に表す数値が必要と感じました。何か良い計測方法は無いですかね ?

>cafe du 兎山さん
これは非常に興味深いですね、小型のモータでかなりの低速走行が実現できていると思います。私の使っている低周波+高周波の出力回路では、Bトレのモータではやはりラビットスタートしてしまうので、これは参考になります。

そもそも、小型のモータユニットには12Vというのは高い電圧なのかもしれません。電源電圧とデューティ比、さらには周波数を可変できる実験装置が必要必要ですね。

なめらかさの数値ですか、やはり一定時間内の加速度変化ですかね。急な加速減速が不安定な要素であるとすれば、ゆるやかな加速度がなめらかさにつながるのではないかと思うのです。レール上に無数(5mm間隔ぐらい)にセンサを設置すると行けるかもしれません。

チョッパ制御のパワーパックの動画を下記のページ内でUPしてあります。

http://www.geocities.jp/k_otani3/working/working_07.html

感触は悪くないのですが、モーターの起動時の電圧が通常走行時よりも高いため、やはり初動時の安定が無いのが、良く分かります。(特に動画は停止すると、ややボリュームを廻すという状況です(笑))
ある程度安定すると、かなりの低速走行は出来ますが、初動時の「安定した加速」「滑らかさ」等が今後の課題ですね。

Myページのブログ内にも「動画」が貼れました。(使った事が無かった…)
荒くて、小さな画像ですが、先ずは見てみて下さい。

もしかして、ここにも貼れるかな?

貼れたみたいですね!(笑)

初めまして。
皆様のこの記事はよく読ませてもらっていましたが、なかなか手を付けられずにいたのですが、年明けて新年一発目になにか新しいことをしようと考え、PWMパワーパックを作ることにしました。

基本的な回路はk-otaniさんのIC4011を使用した回路図を使ってみようと思ったのですが、k-otaniさん、よろしいでしょうか?

また、回路内の一部記号がよくわからないので質問させていただきます。

出力前の<□に"くの字"を2つ合わせたような記号>…なんですが、回路記号を調べても見当たらなくて、何と言う素子なんでしょうか?

また、回路左下にあるダイオード2つに電圧もしくは電流値はどれのものがよろしいのでしょうか?

さらに、入力はDC12Vですが、どんなものを使って入力させていますか?


電気回路等ではまだまだ未熟で皆様からすれば"なんでこんなことを聞くんだ?"とうざったく思えてくるかもしれませんが、皆様の知恵を拝借できればと思います。

よろしくお願いします。

>Verde Ravoさん
　こちらこそ、はじめまして。

　私のHPにある回路は、どれもご自由にお使い下さい。
　どれも、どこかで発表されたものの「焼き直し」ですから…
　ただ、くれぐれも自己責任で(笑)

　で、□に××の記号は、ポリスイッチ(ヒューズのようなもの)です。
　今回使用しているものは、定格0.65A(1.3A以上で落ちる)です。

　入力には、12V1.2Aの電源アダプターを利用しています。
　そのため、入力出力ともにDCプラグ(MJ-10)を使っています。出力は、利用される状況に合わせて変更されると良いでしょう。

　また、ダイオードは「小電力スイッチングダイオード」の定番である1N4148(秋月等で一袋いくらで買えます)を使ってます。他の同等品でも、まず問題ないと思いますよ。

http://www.geocities.jp/k_otani3/working/working_02.html
詳しくは、上記のHPを参照してください。

>>k-otaniさん

ありがとうございます♪

部品これで取り敢えずだいたいのことがわかりました。ありがとうございますm(__)m


それからなんですが、貴HPの写真に使われているIC?ですか、それは何を使ってますか?(番号とか…)
具体性がなくて解りづらいかもしれませんが…

これがわかれば今の所は部品調達して組み立てて試験して完成になるんですが…

色々と申し訳ありません。

>Verde Rayoさん
　先程は、名前を間違えていた様ですみません。

　HPの写真を見られた様ですが、あの写真にあるのは「ICソケット」かと思います。
　ICは4011BPを使用しています。配線はあの写真で大体判ると思いますが、一部回路図と違ってますので、気になる点はご質問下さい。
　回路図を再度アップしておきます。

　昨日、メッセージをもらう前に、コンデンサの件でブログを見ました。
　Bトレのスロー運転(ラッピドスタート)をいかに是正するかで、貴方の記事を見て、0.1μFのコンデンサを入れてみました。入れる前と後で予想以上の効果がありましたので、報告しておきます。

更に質問ばかりですいません…

IC4011回路図にあるロジックゲートNAND基本 は電子部品としてあるものなんですか?

あるとしたらどの会社のどの品番がいいのでしょうか?
あと値段まで教えて頂けると嬉しいです。

今週末に父親とパーツを買いに行くので…

よろしくお願いします。

>Verde Rayoさん
　使用している4011は一般的なCMOSの「2入力の正論理NANDゲート」です。
　いろいろな会社がある様ですが、私は「マルツパーツ館」の通販で「東芝TC4011BP」を購入しています。
　価格はまとめ買いしている事もあって、20円台から30円台ですが、コチラ(沖縄)で電子部品店にて購入した時は、もうちょっと高かったと記憶しています。でも、100円まではしなかったと思いますよ。
　一応、参考までにデータシートのPDFファイルをリンクしておきます。
　http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/LogicIC/TC4011BF_TC4011BP_ja_datasheet_071001.pdf

98>Verde Rayoさん

4011ですが、製造メーカーは複数あります。
クスリで言うところのジェネリックみたいなもので「4011の内部は2入力の正論理NANDゲートである」という決まりがあるようです。
(この辺の事情はよく知りませんが、業界標準なのかな?)

ですので、メーカーは概ね何処のものでも問題なく使えます。
また、メーカーによっては 14011 と表記している場合もありますが、モノは4011です。

それから、4011は部品の構造として「C-MOS IC」という分類に入りますが、このC-MOS(CMOSでも同じ・書き方が違うだけ)は一般に静電気に弱いとされています。

一応は内部に静電気対策を施してあるのですが、念の為10個くらい、まとめ買いしておく事をお勧めします。
万が一、回路が動かなかった場合、部品を交換して確かめる際に予備が必要になりますよね。
同じく、ICソケットも同量買っておく事をお忘れなく。

取り外し工具なんてのも売ってますが、これは生きている部品のためのものです。
壊れない限りICを外す事は無く、壊れたICを外すのに専用工具を使ったりしないので(マイナスドライバーでむしり取る)、買わなくても良いと思います。

工具を見ると、つい「あれも要るのかな」と思いがちなものです。
切れ味の良いニッパーと手に馴染むラジオペンチ(私はHOZANのファンです)、60%ハンダとハンダ吸い取り線は必須かと思いますが、単機能の工具は余程でないと使わないものです。
お小遣いは有効に使いましょう、というお話しでした。
自戒も込めて。

k-otaniさん
ゴーン辻さん

アドバイスありがとうございます♪

チップワンや秋月で調べてたんですが、CMOSでいいんだろうかと心配だったので質問させて頂きました。

これで殆ど憂慮はなくなりました♪

ところでなんですが、皆さんは電源に何を使われてますか?

汎用DC12Vで大丈夫なんですかね?

101>Verde Rayoさん

電源ですが、私は汎用のACアダプタを使ってます。
場合によってはパソコンの中古ACアダプタを流用することもありますが、まぁそれはそれ。

選択肢として、出力電圧と出力電流があると思います。
パーツも同じことですが、定格いっぱい使うと発熱したり寿命が短かったりして、あまり良くありません。クルマも人間も、全開が働き続けると壊れるのと同じです。
目安としては、最大定格の半分、多くて7割でしょうか。ちなみにこの考え方をディレーティングと呼びます。

具体的には、ACアダプタ選びとして仮に最大 +12V 0.5A 程度を欲しいとすると、買う電源は+12V 1Aが出せるもの、という事になります。

>Verde Rayoさん

私はスイッチングタイプのACアダプタを使用しています。容量に関してはゴーン辻さんと同様に、最大でも8割ぐらいを選定しています。特にコンデンサの寿命が短くなるようです。トランスタイプでは出力にノイズがまじるのかどうか分からないのですが、低速域で不安定な動作をしてしまいました。

秋月で販売している小型のものは、保護回路も搭載していますので、便利かと思います。

走らせながら寝てしまう事もあるので、わたくしは電池派です。
でも、誤接続で発煙させることも度々あり、電池でも油断は禁物ですね。

話は変わりますが、フルギャップで接続した線路をそれぞれ別のPWMパワーパックで
給電した場合、低速から中速で車両がギャップを跨ぐ瞬間、2つのパワーパックから
給電されるために、デューティ比が上がってしまい加速する可能性があると思います。

通常のパワーパックでは発生しないPWM特有の現象と思われますが、
簡単に防止する方法は無いですかね・・・

>104　cafe du 兎山さん
　私も絶縁区間を複数の制御器を用いて駆動させるレイアウトを考案中です。やはり、PWM信号の位相が逆だった場合には車両がフルスピードに成るのは避けられないでしょう。私が考えた解決案ですが、PWM信号を同期させることです。あくまでも机上の空論ですが、源発振を同一にして、そこからデューティ比だけを変化させるものあれば、ましになるのではないかと思います。
　あともう一つはデッドセクションですかねw。両側のレール電圧の中間電圧に調整された区間を設ければ行けるのかもしれませんが、そのような回路を設計できるのかどうか分かりかねます。

的外れな回答で失礼いたしました。

>>105　ねおりゅうさん
やっぱり同期させるのが一番ですかね。
あとデッドセクションのアイデアの実現可能性について考えてみたいと思います。

N-1000-CLユーザはどうなんでしょう。
複数の1000CLで運転を楽しんでる方を写真でよく見かけるけど
普通の車両では一瞬の事なので、気付いていないのかな。
TOMIXのVSEのように長編成で全台車集電だと、問題が顕著になるけど・・・

みなさん

最近、参加いたしました、へのへのもへじと申します。
みなさんのアイデア、たのしく読ませていただきました。
突然の割込みで、大変失礼かとおもいましたが、皆さん設計の知識をお持ちのようでしたので、不十分な説明ではございますが、私の事例を紹介させてください。

現在は、マイコン内臓、出力はFETではなくトランジスタでPWM制御を使っています。元電源は12V固定で電圧制御は行っていません。

方式は以下は、
・速度調整用に100Hz、
　ボリュームの位置をADコンバータで取り込み
　デューティを可変にした。
・常点灯用に 約10kHz
　デューティはプリセット可能

マイコンに内蔵されたタイマ2つをPWMモードで使用し、外部回路で突き合わせし、一つの出力トランジスタを駆動しています。低速用は、KATO,TOMIX用にチューニングした結果ですが、最近のノイズキラーコンデンサの容量が多いものではモータのアンバランスによるものなのか、微低速ではカクカクした動きが残ります。

あとこれに、VVVF音の再現ができるモード(特定車両の音色ではないですが)を組みこんでみました。よろしければ、私のブログに動画をアップしましたので、コメントいただければうれしいです。

これも10年以上使っているので、そろそろ2号機を作ろうかと考えています。2出力としてTOMIXターンテーブルの自動極性切り替えと、ターンテーブルの入り口に必要となるデッドセクション処理もできないかを考えています。

あと、教えていただきたいことがあるのですが、パワーパックの最終段に、トランジスタではなくドライバーICやMOS-FETを使った場合、
内部の保護/寄生ダイオードが機能することで、脈流が平滑されてしまい、低速性能が落ちるようなことはないでしょうか?もしご経験がございましたら情報いただければ幸いです。

よろしくお願いします。

>>107
へのへのもへじさんはじめまして、私も擬似的なVVVF音の発生するコントローラを制作しております。これを使い始めると、他のコントローラではかなり物足りなくなります(笑)。

ブログを拝見いたしました。10年間使っておられると言う事で、なかなか年期の入ったコントローラのようですね。私は去年からはじめたばかりなので、まだまだですが(汗)。

大容量のコンデンサはPWM方式の場合、低速に影響を及ぼすのは確実ではないかと思います。しかし、モータのインダクタンスやレイアウトによって大きく異なるので、一概に言えないのが現状です。自動極性切替の場合、リレーを使うのが一番手っ取り早いと思うのですが、耐久性や駆動を考えると、汎用のドライバICを使うのが良いような気がします。保護ダイオードの作用により平滑されるというのは確認したことがありませんが、特にFETの場合には必ず必要ですので、ダイオードの選定によっては影響が出るかもしれません。

あまり参考にならない書き込みですが、これからもよろしくお願いいたします。

>>108　
ねおりゅうさん　ホームページ、拝見させていただきました。
KATO HOの165系　いい音だしていますね〜。Nがおもちゃに見えます。(もともと模型だって、、)
Nだと音程を低くすると聞こえにくくなった覚えがあります。オーディオのスピーカーのように何か表面積を稼ぐ仕組みがあればいいのですが、車両側を無改造のままでは難しかったと思います。

また、ゲームのコントローラを使ったりブレーキ音を再現されたり、AVRのみならすSH2まで組み込んでいるとは、すばらしい技術力ですね。

これからも、是非よろしくお願いいたします。

107>へのへのもへじさん

はじめまして。
よろしくお願い致します。

>MOS-FETを使った場合、
>内部の保護/寄生ダイオードが機能することで、脈流が平滑されてしまい、低速性能が落ちるようなことはないでしょうか?

このダイオードは素子保護の為にあるのであって、外部波形に影響するものではありません。
平滑化ですが、波形の立ち上がり・立ち下がりが若干鈍ることはあってもDutyから見てON時間に占める時間は極僅かなので、モーターのコイルに流れる突入電流が減って逆起電力が減るメリットはあっても、回転力に与える影響はないものと考えております。
モーターの回転力は波形のエッジで生まれるのではなく、コイルに流れ持続する電流によるものだからです。
もちもん、PWMの走行用周波数が充分低いという前提はありますが。

とは言え、モーターの逆起電力によるスパイク電圧はLEDを点滅させる程のパワーがあるので(経験則ですが)、フリーホイールダイオードを付けるのが寿命の観点からは無難かと思います。

110>ゴーン辻さん

はじめまして。
突然ながら、おじゃましております。

MOS-FETの保護・寄生ダイオードについてのコメントについてですが、ゴーン辻さんのおっしゃるとおり回転に与える影響はすくなそうですね。私は、モータのコイルを見て深く考えずに別のこと(降圧型DCコンバータのフライホイールダイオード)と混同していたようです。

また、「モーターの逆起電力によるスパイク電圧はLEDを点滅させる程のパワーがあるので、フリーホイールダイオードを付けるのがよいこと」理解いたしました。
また逆方向のLEDのちらつきを解消するために、KATOライト基板では+、-間にダイレクトにコンデンサが追加され、このコンデンサの蓄電効果が大きすぎてでKATOの前キハ30動力車はPWMコントローラの愛称がわるかったようですね。

いろいろと、勉強になりました、週末にでも実験してみようと思います。
今後ともよろしくお願いします。

111>へのへのもへじさん

「降圧型DCコンバータ」をキーワードに検索すると、思しき解説がヒット。
http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/application_note/ja/DCDC001-J_ja_080327.pdf

実は私もソースフォロアーならどうなのか、と思ったことはあるんです。
PWM波形を正論理にできる(片方のレールは零ボルト)とか、PWM波のピーク電圧を制御しやすい(だろう)とか、一時期かなり惹かれました。
しかし、京キト在住さんが不信感を持っておられたのを知り、私もモーターが自己バイアスとなってPWM波を崩す(三角波になる)方向に働くことを知るに至って、いまはソースフォロワー(エミッタフォロワー)に興味が無くなりました。
秋月で売っている5端子レギュレータだと、出力ON/OFFをTTLレベルで制御できますし、ピーク電圧も可変出来る優れ物なので、今作っている電Go!PICワンハンドルの出力はこれを使うつもりです。
単に出力のON/OFFだけで良いのでしたら、もう少し入手製の良い4端子レギュレータが良いでしょう。千石・秋月・マルツ・共立といった有名処で手に入ります。
品名は+5V品ならPQ05RF11という具合です。
http://www.sharp.co.jp/products/device/lineup/data/pdf/datasheet/pq05rf1_j.pdf#search=%27PQ05RF11%27

先日、私が書いた一行

>京キト在住さんが不信感を持っておられた

このソースを開示しておいた方が良いような気がしたので、URLを挙げておきます。
http://traintrain.jp/blog/detail/mid/411/date/2009-10-16

なお、この日記での京キト在住さんの意図は、私は理解はでは電流のON/OFFでは矩形波にならないので本物のPWMとは言い難い、というものです。
ある意味で「走れば良い」というのも正しいとは思いますが、本質的なPWMなるものは電圧ON/OFFありきであり、その効果として電流が細切れに流れるのであって、電流ON/OFFありきだとPWM・モーター原理の本質を見失いかねないと懸念するものです。

112>ゴーン辻さん

京キト在住さんのことを知らなかったので検索したら、DCCの達人だったのですね。最近、店頭でもデコーダの分売を見かけるようになり、少しずつ身近になってきてると感じています。私は、古い車両も多いため、あえて踏み入れないようにしていましたが、(予算がなかっただけですか、、、)。でも、最近は2〜3000円の赤外線ヘリコプターで遊べるのですから、安くできるのは当然ですね。

「エミッタフォロワー」懐かしいですね、私も30年前は知り合いから譲ってもらったパワートランジスタを使ってレオスタット内臓のものを改造しました。当時購入したC11は、なぜか巻き線が細いせいかレオスタッドではスピードがあまり落とせなかったのです。まだ、トランジスタ内臓のものは7〜8万?(天賞堂)だった時代かと思います。

参考　http://ja.wikipedia.org/wiki/トランジスタ・コントローラ

おっと、今回は話がそれてしまいましたが、もしお時間があれば当時からの私のコレクションで笑ってください。

市販PWMキットを使った結果をブログに投稿しました。
http://traintrain.jp/blog/detail/mid/4933/date/2010-02-05
これからもいろいろとアドバイスいただきたいと思います。

115>PS22さん

本線ブログ、拝見しました。
予想外と言っていいのか、低速のスムーズさに苦労されておられるようで、改善に手助けできない自分になんとも歯痒い思いがしました。
特に、トランジスタコントローラの低速走行には忸怩たる思いがありました。

青緑の基板は回路図が公開されているんですね。
http://www.mycomkits.com/reference/MK507manual.pdf

PS22さん(ブログと重複してしまい、申し訳ありません)
ゴーン辻さん

私の経験からすると、周波数を100Hz程度に下げると低速が安定する場合が多いかと考えています。(ただし、車両によって改善度に違いはあります)

ゴーン辻さんの見つけてくれた説明書には周波数 f = 1.44 / ((R3 + 2*R4)*C2)と記載されているようです。回路図から定数を読み取ると、1.44/((33000+2*2000)*0.0000001)=約389Hz　になるでしょうか。

C2(およびC6)の容量を100nFから、470nFに変更すれば、発振周波数が80Hz程度に低くなるので低速が安定するかもしれません。実物で確認したわけではないので、あくまで参考としてお聞きいただければと思います。

　質問なのですが、TOMIXの常点灯機能付きの車両にKATOのKC-1で操作すると故障するというのを耳にしたのですがこれは事実ですか?

118>きまぐれ屋さん

私の知る範囲では聞いたことはありません。
しかしながら、ご質問の内容次第と言う部分もあります。
つまり、以下の点が質問内容として足りないと言うことです。

(1)故障する(故障した)という話はどこから出てきたか。情報源は真っ当な事を言っているのかどうか。故障した事実を我々が再確認できるかどうか。これが一番大切です。

(2)故障の範囲と実態を把握できているか。車両とパワーパックのどちらが故障したのか。(1)とも重なるのですが、電灯が点かなくなったのか、動力が壊れたのか。動力だとして、速度が出来ないのかピクリとも反応しないのか、ヘッドライトくらいは点くのか。

(3)故障が起きたとき、どのような編成が該当のレール上に載っていたか。消費電流(パワーパックの能力)の問題なのかどうか。

(4)故障発覚の時、どのような対処をして復旧したのか。故障個所の判断方法は正しいものだったのか。TOMIXの車両が故障したあとでも、KATOの車両ならフツーに走って室内灯も点灯したのかどうか。

いろいろと細かい事を指摘されたとお感じでしょうが、「事実ですか」と質問されますと、いろいろ判断条件が必要だということです。
その条件が質問の中に揃っていないので、残念ながら「そんな事もあるかもね」という程度の答えしかできません。
どうか、ご理解ください。

>>118
きまぐれ屋さん

ゴーン辻さんのおっしゃる通りだと思うのですが、私もそのような噂を聞いた事があります。現にKATOのカタログにも「他社の定電圧点等装置や電子制御機器との併用はできません」と明記されています。これが常時点灯ユニットを指しているかどうかは不明です。

また、参考になるかどうかわかりませんが、当方もKATO専用の照明コントロール機能を搭載した自作のPWMパワーパックを製作しました。何故KATO専用かと言うと、TOMIXの車両ではヘッドライトとテールライトが同時に点灯すると言った症状がでるためです。自作のLEDユニットでも同等の結果となったので写真を貼っておきます。

　言葉足らずで大変ご迷惑おかけしました。申し訳ございません。

>きまぐれ屋さん

今回の件は、私は良く分からないので答えきれませんでしたが、気になる事が有ったらどんどん聞くと良いですよ。

なかなか文字で気持ちを伝えるのは難しい事ですが、これもコミュニケーションですよ。

また、多くの教えてくれる人に「感謝する気持ち」が有れば、それが教える人の励みですからね。
知ってる人は、知らない人に…、そんなちょっとした事で良いのでないでしょうか?

118> きまぐれ屋さん

不確かなことですみませんが、私は以下のように想像しておりました。
あくまでも私の私見ですのでご了承ください。

1)TOMIXの常点灯の仕組みですが、定格電圧12Vをモータが動かない短い時間繰り返し流します。そのままでは停車中はライトが暗いので、電気部品(コンデンサ)にためて、ライトを長く光らせることで、走行中に近い明るさを確保しているようです。

2)KATOのKC-1は、TOMIXのような特別な部品は使用せずに、コントローラ側でなんとか停車中もしくは低速走行時にライトを明るく光らせることが目的だったのでしょう。そのために、電圧をNゲージの規格より大きい電圧(30V程度?)まで大きくしてライトを明るくしていると思っていました。

3)問題はここからですが、TOMIXの常点灯基板には、電気をためるために、タンタルコンデンサ(正確には、タンタル電解コンデンサ)を使っているようです。(最新のものは異なる部品かもしれません)
このタンタルコンデンサは、使用電圧範囲が厳密に決まっており、これを超えた電圧で使うと急に故障しやすくなる弱点があります。TOMIXでは、Nゲージの電圧(12V以内)で十分な部品を選定しているでしょうから、規格を超えたKC-1との組み合わせで、故障する可能性が高まるのではと心配しているでしょう。

4)故障時の現象については想像ですが、

　コンデンサ内部でショートしてライトがつかなくなる

　ショートした後に強い電流が流れて、内部のヒューズがきれ
　常点灯機能だけが機能しなくなる　　

のどちらかだと思います。
ちなみに、昔のタンタルコンデンサは内部にヒューズがなかったために故障したあとに過熱し、発火する事故があったとも聞いております。
もちろん、TOMIXが現在使っているコンデンサではそのような危険がないよう十分信頼性の高い部品を選定していると思いますが、定格を超えた使い方は禁止しているはずです。
また、タンタルコンデンサは使用電圧を超えたからといって、すぐに壊れるとは限りません。ある程度時間をかけ傷めつけられて故障する場合も考えられます。

いずれにせよ、双方のメーカーは、より安全に使っていただくためにあえてユーザーに注意を促していると思いますので、すぐに壊れることがないとしても、守った方がよいかと思います。


　

久しぶりの更新のようですね。このたびまた新しいPWMパワーパックが完成しましたので公表します。
　回路はhttp://www.geocities.jp/k_otani3/working/working_02.html#v2の回路を参考にさせていただきました。これに電源灯、故障灯を装備させてアレンジを行いました。トランジスタは2SD560が店にないので2SD2012を使っていて可変抵抗も300KΩがないので250KΩを使用していますが、特に問題はありません。
　自分のところに動画もありますので是非見に来て下さい。

>きまぐれ屋さん

　先程ブログの動画も見ました。
　公開した物は、叩き台と思って、いろいろ試してみて下さいね。
　…ただ、知識のない点は、質問されても答えられないかも?(トランジスタを○○に変えても大丈夫か?等)

　ここやHPで広く公開する人は、自分の持っている技術を多少でも利用して貰えるのなら、「嬉しい」と多くの人が思ってますよ…きっと!

お久しぶりです。皆さま方♪

先ほど、パーツがそろって組み立てたのですが、うまく行かず、初心者の私では何がわるいのかわかりません(涙)
10KΩ抵抗から煙が上がってしまいます。

因みになんですが、代替品としてトランジスターは2SD1417、300KΩ抵抗は250KΩ抵抗になってます。

追加なんですが、ボリュームは写真のものを使っていますが、どの端子と何処を結線すればいいのかわかりません。

左端_GND
中央_トランジスタ
右端_IC.10・11

でいいのでしょうか?

失礼ですが回路図がわからないと返答ができないのですが、よろしければ回路図を見せていただけませんか?

>Verde Rayoさん

　トランジスタ前のボリュームについては、その結線で大丈夫だと思います。
　ただ、抵抗から煙が上がる…何処かに、過電流が流れているのかもしれません。
　回路全体を「表」「裏」と写真でも撮ってみて下さい。

　疑問に答えられるか判りませんが、先ずは見てみないとお答えしにくいですね。

お二方、ありがとうございます。

今日は出掛けてしまうので、帰ってきたら、回路の写真をアップします。。

>>k-otaniさん
>>きまぐれ屋さん

作った回路を見直した所、一部配線が違っていました。
そこを直した結果、正常に動作しました♪

これでやっと私もユーザーになれたわけです(笑)

色々とバックアップしていただいたk-otaniさんには感謝で頭があがりません。
本当にありがとうございました!!


それでなんですが、あの回路に電源ON時に点灯する作動灯(?)のようなものを入れるとしたら、何処に入れたらいいでしょうか?

>Verde Rayoさん

　うまく作動したとの事、安心しました。

　で、電源ON時のランプなら、LEDをスイッチの後に入れると良いでしょう。
　別の回路図ですが、LEDを入れたいタイプです。(スイッチはありませんが…(笑))

ずっと気になっていた、PWM制御時のモーターの電流波形を測定してましたのでブログを見ていただければ嬉しいです。

電流は、周波数が高ければ一定に近くなりますが、低ければ三角波形〜矩形波になります。ここまでは予想通りでしたが、電圧波形が以外と複雑でした。トランジスタがオフになった直後は0Vを維持していますが、コイルの電流が途切れるとモータは発電機となって電圧を発生するようです。

>Verde Rayoさん

発煙は相当ビックリされたかと思いますが、上手く動けば笑い話ですね。
完成おめでとうございます。
いろいろ機能を追加したいとか、いずれは欲が出てくると思います。
掲示板で相談されるも良し、結果報告(成否に関わらず)も良し。
作り続ける事が大事かと思いますので、今後とも頑張ってください。

>へのへのもへじさん

電圧波形から明確に発電作用が認められるのを、私は初めて見ました。
この発電電圧をパワーパックで上手く吸収できれば(Hブリッジの吸込みとか)、後方前照灯が勝手に光るトラブルは無くなりそうですし、低速時の「ウサギ跳び走行現象(Bトレのボギー動力車で起きる)」も緩和されるかもしれませんね。
パワーパックの出力トランジスタをトーテムポール回路にすると良いのかも。
http://www.necel.com/linear/ja/word/ic/word_guideic_a02.html
http://www.onosokki.co.jp/HP-WK/c_support/faq/pdf/rpsigout.pdf#search=%27%E3%83%88%E3%83%A9%E3%83%B3%E3%82%B8%E3%82%B9%E3%82%BF%20%E3%83%88%E3%83%BC%E3%83%86%E3%83%A0%E3%83%9D%E3%83%BC%E3%83%AB%27

ゴーン辻さん

>この発電電圧をパワーパックで上手く吸収できれば
>後方前照灯が勝手に光るトラブルは無くなりそうですし

発電電圧を吸収するなら、ご指摘の回路を同期式スイッチング電源用ICが使えないか、ちょっと考えていました。これを使えばないかいいことがあるかとも考えた時期がありましたが、、、。

ただ、ご指摘の後方前照灯の現象はパワーパック側の対策では不十分かと思っています。現象は動力車のみで発生しトレーラ車では発生しないとなれば、動力車モーターとレールの間の瞬間的な集電不良が原因で、モータのコイルから発生する逆起電圧が動力車のLEDを光らせているのではないか想像しています。

Verde Rayoさん、k-otaniさん、きまぐれ屋さん
さきほどは、お話の途中に突然割り込んでしまい、失礼しました。でも、原因がわかって何よりです。

>へのへのもへじさん

　気になさらなくても大丈夫と思いますよ。

　今回の件は、まだ私の理解までが至ってません(笑)が、何かの参考になると思ってますよ。
　きっと、同じ様な現象が遭った時「あー、あの時言ってた事は…」なんて気づくのでしょうね。

　是非、どんどん意見を交換して行きましょうね。

http://www.geocities.jp/k_otani3/working/working_02.htmlこちらのある回路なのですが、可変抵抗以外にどこの抵抗を変えれば周波数を自由に変えることができますか?次回は30KHz以上行きたいと考えています。

>きまぐれ屋さんへ

　周波数を変更する場合は、可変抵抗の値とその発振回路にあるコンデンサー(今回は220pFのコンデンサー)を変える事で出来ます。
　基本的には、値を小さく(仮に50pFなら56kHz)に、値を大きく(0.01μFなら280Hz)になると思います。
　一応、計算するための表計算(http://www.geocities.jp/k_otani3/working/working01/PWM_calc_sheet.xls)を作ってますので、参考にして下さい。

　ただ、周波数を高くしようとすると、Duty比が低く取れなくて、車両を停止させる(特に「鉄コレ」動力)事が出来なくなりますので、その辺りはブレッドボードなどで仮組みし、テストしてから周波数を決定すると良いでしょう。

ありがとうございます。　今度挑戦してみます。

はじめまして。tyutan と申します。

この度、皆様の設計された PWM 回路を参考にしながら、NE555 を利用した同期式の PWM パワーパックを作成してみましたので、投稿させていただきます。

1つの NE555 をオシレータとして使用し、そのクロックを利用して別の NE555 が PWM を実現していますので、異なるパワーパックを使用する区間でも、出力電圧が同じであれば、急加速せずにスムーズに移行することができます。

また、トリップ時に出力を停止する回路を追加してあります。

詳しくは、こちらのブログに詳細を書いてあります。ご参照いただければ幸いです。

http://ameblo.jp/honneamise/entry-10487737960.html

なお、私は回路の専門家でもなんでもありませんので、回路上で危険な点や、改善した方がいい点がございましたら、お教えいただけますと幸いです。

tyutan です。

回路図を添付し忘れてしまいました。

tyutan様

はじめまして、へのへのもへじと申します。

回路図拝見させていただきました。勝手ではございますが、いくつか思いついたことを・・・

電流制限のところ、いろいろと考えられたのかと思いますが、D2のVfとQ1のVbeの関係が微妙で、D2はなくてもいいかもしれません。

また好みの範疇かもしれませんが、U5のCLKにU1のOUTを使っているということは、自動復帰を期待されているのかと思いますが、電源オフ、オンを待つような回路で安全優先でもいいかもしれませんね。

PS:
私も555を使ったとき、パルス幅設定が元周波数の1周期を超えていきなり減速させましたよ。

へのへのもへじ様

ご指摘ありがとうございました。早速ダイオードを外してテストしてみたいと思います。

今は NE555 は使わずに、PIC の PWM 機能を使って制御する方式でテストしています。こちらの方がプログラムで周波数や電圧を細かく制御できますので、なかなかいいのではと思ってます。

ところで、今困っていることが1点あります。

それは、出力電圧が非常に低いとき(0.8 - 1V 程度)に、列車が低速で動き始めた後、突然停止してしまう事があることです。

この際、電圧はあたかも M 車がレール上に乗っていないかのような動き(開放状態?)をします。それまで聞こえていたモータから発生する励磁音も全く聞こえなくなります。

M 車を上からぽんと押したり、刺激を与えると、何事もなかったかのようにまた動き始めるのですが、これはいったいどういう状況が発生しているのでしょうか?

なお、出力段は NE555 と同様の回路を使用しています。

ただの M 車のメンテナンス不良でしょうか・・・・

ご教授いただけますと幸いです。

ちょっとここの趣旨から逸れますが、「PWMパワーパック」の技術を応用?して、「ダイソー」リューター用コントローラを作成してみました。
興味のある方は、下記のHPで公開してますので、参考にして下さい。

http://www.geocities.jp/k_otani3/working/working_11.html

tyutan様

たしかに、マイコン制御のほうが自由度が高くなりますね。私もいくつかモードを切り替える機能をいれて楽しんでおります。

また、ご指摘の、低速で動き始めた後に停止してしまうのは、集電不良に思えますね。集電不良の原因は、いくつかあるように感じています。

1)車両が軽くて集電不良が起きやすいもの
DD13,DD16,C12等、通常は大丈夫でも、低速になると瞬間的な集電不良で停止してしまいます。車両とレールのメンテナンスで改善する場合が多いようです。

2)何らかの不調があるものの
TOMIX、気動車・電車のユニットでは、集電バネを調整することで調子がよくなるものもあります。KATOでも調整で改善するものがありました。

3)車輪に汚れが付きやすいもの
手元にあるマイクロの719系では、ライトユニットのコンデンサ容量が大きいせいか、PWMコントローラでも低速が不安定です。同時に、このコンデンサの充電電流が大きいせいか、スパークによる汚れが付きやすい様にも思えます。問題のユニットのコンデンサを取り外したら低速走行が安定するようになったような気がします。

症状は特定の車両なのか、全体的な話なのかわかりませんでしたが、お役に立てればと思います。

辻です。
「電車でGo! PS2版ワンハンドルを使ったパワーパック」の進捗を挙げておきます。
一応やってます、って事で(苦笑)

仕様書
http://g200we.homelinux.com/~nob/RAIL/one-handle-pp_20100420.pdf

回路図
http://g200we.homelinux.com/~nob/RAIL/1handle_PICPWM_p01_A3_ver05.pdf

ゴーン辻様

へのへのもへじです。ご無沙汰しております。やはり、マイコンダイレクトでFETを駆動すれば、プログラミングにより自由にコントロールできるので面白そうですね。詳細な仕様書もすばらしいですね。

一点だけ、気付いたことをお話させていただきます。今回　拝見いたしました回路図において、出力は　Q1 D(ドレイン)と+12Vからとりだしたほうがいいかもしれません。回路図においてはQ1 S(ソース)とグランドの間となっていますが、負荷(モーターなど)に電圧かかかるとVs(ソース電圧)の電圧が高くなって、Q1のオン条件(Vg-s > 4V)が満足できなくなる場合があるかと思います。

もし既にお気づきでありましたら、ご容赦ください。

へのへのもへじ様:

アドバイスありがとうございます。

どの M 車でも同じような感じでしたので、ひとまずレールをクリーナで磨きましたところ、真っ黒でした。見た目は輝いていても結構汚れているものなのですね。

その後走行させたところ、かなり状況が改善されました。今度は車両のほうもメンテナンスしてみます。

大変お騒がせいたしました。


ゴーン辻様:

仕様書のほう、軽く拝見いたしましたが、圧巻です。私も PIC にて制御しておりますので、今度じっくり拝見させていただきます。


現在の PIC 制御のコントローラで、一番低速での走り出しを録画いたしましたので、投稿いたします。よろしければご参照ください。

PWM 周波数は 244 - 410Hz で可変です。

>147:へのへのもへじさん

いつもタイムリーなご意見、ありがとうございます。
的を得たご指摘、気がつきませんでした。MOS-FETは単純なスイッチと勘違いしがちで、Vgs条件を見逃しておりました。
仰る通りで、最大出力電圧は恐らく+8V未満となり、その理由を探り得ても理解出来たかどうか。と言うのは、間違い方が「思い込み」であることに依るからです。

そもそも、電源電圧たる+12Vをベースにした電圧制御を、逆にしたいというのがスタートでした。
2SBxxxを使う方が確実なようですね。

いまはPICのソフトをコーディングしている最中でアタマの切替が大変なので(実は車両製作と同時進行、これもタイヘンです)、PICソフトのデバッグが終わったら出力段の回路構成を改めて考えます。

以前、一度作成し、途中で投げ出していた「IC4548利用のパワーパック」を回路の修正を加えて、再度作成中です。

詳しくは、http://traintrain.jp/blog/detail/mid/7215/date/2010-05-02 か、http://www.geocities.jp/k_otani3/をご参照下さい。

今まで作成して来た「パルス波」を出力し、Duty比を変える事でモータ出力を可変するタイプのパワーパックとべつに、タイマーIC555から「三角波」を出力し、「コンパレータ」で三角波の出力を切り出す(コンパレータの基準入力より大きな入力の場合、デジタル的に「1(12V)」を出力させる)事で、Duty比を可変するタイプのパワーパックを試しました。

まだ、ブレッドボード上ではありますが、Duty比を0%〜100%まで可変できます。
また、KATOの「チビ凸用動力ユニット」では、秒速1ミリ以下の超低速走行も可能です。
…但し、逆に性能の良いモータでは、その性能が災いして、普通よりやや低速程度までしか落とせません。

多少の改良の余地(ボリュームをAタイプにする等)がある様ですが使えそうなので、速報的に回路図を公開します。
時間を見て、改めてHPやブログにて、詳細を公開します。

みなさんにお聞きしたいのですがkatoのパワーパックのようにポイントスイッチの端子をつけたいのですがどのようにして電源を取り出したらよろしいでしょうか

153>k-otaniさん

私が、コンパレータの使い方(というかオペアンプとの違い)が完全に判った居なかった(イマイチ自信がなかった)と思わざる得ない、よく考えられた回路ですね。
特に、555のOUTから取らずスレッショルドから取るところが渋いですね。
コンパレータの高インピーダンスという特徴を、良く理解されたから出来た接続かとお見受けしました。
また、555単体だとDuty比の可変幅がフルに取れないですが、この点を克服できたのも素晴らしいと思います。
そして、電源が相変わらず+12Vひとつで済ませるというポリシーが貫かれている点も。

さすがに「ヤラレタ」と感じるだけでは悔しい(笑)ので、私なりの改良というか、遊び心を追加するとしたら・・・。
コンパレータの2pinとアースを電解コンデンサ100uF〜500uFで接続して、VRの反応を鈍くします。
Duty比の低いところをゆっくり滑らかに可変できるようになるので、スロースタートが可能になるはずです。

秋月でブレッドボードを買おうとおもっているのですがどれがおすすめですか
できればジャンパーピンについてもおしえていただきたいです

>ryotsuさん

私はKATOパワーパックもポイントマシンも詳しくないので、別の方の回答を待ちましょう。

ブレッドボードですが、最低でもEIC-102Jは必要でしょう。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-02314/
初めて使うにはジャンパーピンは付いている方が安心できると思います。
お金に余裕ができたり、ボードが小さく感じられるようになったら、板だけ買い足せば良いと思います。

なお、ジャンパーピンですが見栄え良く作る必要が無いなら、わざわざ買うことは無いと思います。
値段で言うと、いろんなカラーの電線が入った袋を買った方が、ブレッドボード、本番の製作の両方に使えてお得だと思います。
ちなみに私は、スズメッキ線とか抵抗の切れ端とか、余った電線の両端をハンダで固めるとかして、廃物利用を心がけています。

とりあえず、ブレッドボード基本セットを買えば、その先は知恵を絞って安く作り進められるんじゃないかと思いますし、そうすることが楽しさと知識に繋がります。

>ゴーン辻さん

　お褒めの言葉ありがとうございます。
　まだまだ、改良の余地はありそうです。(三角波の出力回路を研究中です)
　スタート時も予想以上に起動が安定しています。機会があったら、ブレッドボードででも試作してみて下さい。

>ryotsuさん

　早速こちらに来られてますね。
　私もパワーパックは殆ど自作で、まだポイントのスイッチは至ってません。
　自作する予定なら、幾つかの回路図は「アイデアノート」上に持ってます(自動運転で使う予定)が、まだテストもしていないので…もし興味がある方がいましたら、「自己責任」で公開しますよ。

　基本的な回路は「カーサロンモリ<http://carsalonmori.net/>;」さんの「エレクトロニクスの部屋」>「ポイント関連」を参考にすると良いでしょう。(基本編の[C]がカトーのポイント切替え用回路です)

　また、「ブレッドボード」は私も「ゴーン辻」さんのお薦めしている物を利用しています。

　判らない事や興味がある事があったら、気軽のどんどん質問して下さいね。
　ここは多くの方が居ますので、きっと良い知恵が出て来ると思いますよ。

みなさまはじめまして。
先月ゴーン辻さんから、こちらの掲示板を紹介されまして参上しました。
紹介していただいてからかなり時間が経ってしまってますが、やっと過去ログを全部読み終わったので書き込みしてみました。
世の中には色々自分で作る方がおられるという事が、ここを見ただけでも解った様な気がします。
自分はアナログはまったく解らないので、PICベースのデジタルで電車でGO!のコントローラを改造しているところです。
みなさまの様に、あまりこだわりも無く作っている(それと技術が無いので難しいものも作れない)ので、あまりお役に立たないかも知れませんが、よろしくお願いします。

一言かき忘れです。
you-keiさんが最初に書いていた「コキウイルス」ですが、私は感染者です。
かなり酷い感染具合ですね(;´▽`A``

トピズレ失礼しました。

はじめまして。
ウン十年ぶりに鉄道模型に復帰したdie_bahnです。
トレイン・トレインへの投稿もこれが初めてです。

小生製作のパワーパックに使ったアイデアを紹介させてもらいます。

発振回路は4069を使用した、極々普通のものですが、この種の回路の欠点である、ボリュームを0にしても出力が0にならない(モーターが唸る)ことを防ぐため、IC内の空きゲートを利用した一種のローカットフィルタを、発振回路とMOSFETの間に入れているところが特徴です。

出力のMOSFETには、自動車用のF5022(富士電機)を使っています。これに電流制限回路が内蔵されているため、外付けの保護回路は不要になり、価格的にも10個200円と安いのですが、速度的には激遅なため、常点灯には使えません。

ついでに1点。

OPアンプを使った回路です。VR3を回すことで、発振周波数を約100Hz〜1000Hzの間で可変できるのが特徴です。VR2は、回転角の調整用で、実際は半固定抵抗を使っています。

VR3をグリグリと回し(発振周波数を上下し)ながら運転しているうちに、インバータ音を出せるパワーパックを作りたくなってきてしまいました^^;

という訳で製作したのがこれです。

少しでも安く作るぞ!という理由で、制御用のマイコンには1番安いPIC12F510を使っています。上位機種使っても、全体から見れば金額差はわずかなのに、アホね。メモリが1KWしかないので、プログラムはアセンブラで組みました。

現在、電Goコントトーラーとの接続を検討中。

die_bahnさん、はじめまして。

ブログも拝見しましたが、いずれも技の効いた回路をご提示されて凄味を感じました。

159は、R5とC3で構成されたフィルタを4069で整形している訳ですね。
発振周波数の低い方ではLowレベルのスレシュホールドに合わせる調整でカット出来るのは判るつもりですが、高い方には影響出ないのでしょうか。

160は、OPAMPの出力をR4・VR3・C1のフィルタで鈍らせてフィードバックして、鈍っていない正入力との電圧差分が発振波形になるんですね、きっと。
OPAMPは不勉強で、発振させる理屈を良く理解できていませんでしたが、159のCRフィルタと合わせて考えると、判ったつもりになれました。
間違っていたらご指摘ください。

161はソースをブログで拝見しましたが、こんなに短くても大丈夫なのか、と驚きました。
まだ内容までは良く読んでおりませんが、PICで綺麗なコードを書くのは至難と痛感しております。

こんごとも宜しくお願い致します。

ゴーン辻さん　今後ともよろしくお願いします。

同年代でいらっしゃるようですが、私も学生時代は関西で過ごし、デ○ットや共○にはよく出入りしておりました。もしかするとどこかでお会いしているかもしれませんね。

-159-
CMOSロジックの場合、スレッショルドがVDD/2付近にありますので、L→H、H→Lの双方に遅延がかかります。この型の発振回路は本来、デューティー比がゼロにならないばかりか、100%にもならないのですが、H→Lの方も遅延していることによって、100%のデューティー比も得られるようになっています。ただし、R5・C3積(時定数)が大きくなりすぎると、ボリュームの両端に不感帯が生じるので、程々の値を実験的に求める必要があります。 159で、ローカットフィルタと書いちゃいましたが、ハイカットの間違いでしたね。

-160-
この回路の初段OPアンプは、コンパレータ的に使っています。本当は、コンパレータを使った方が、高周波の発振ができるのですが、ピン配置等々の理由で、普通のオペアンプを使いました。OPアンプを2回路使うと、三角波が生成でき、この構成にしたPWM回路を多く見かけるのですが、PWMのキャリアとしては、OPアンプ1個のみのこの回路で得られる擬似三角波でも、全く問題ないはずです。後段のOPアンプもコンパレータ的に使っています。この回路のミソは、後段の+入力にコンデンサを入れることで、いわゆるトランジスタ・コントローラーのような自動加減速が実現できることです。実は問題もあって、前段からの擬似三角波が、VCC/3〜2VCC/3の間を振れるので、VR1の両端には、正確にVCC/3,2VCC/3の電圧をかけなくてはなりません(でないと、停止しなかったり、不感帯が出たり・・・)。しかし、R5,R6は±1%の抵抗を使うとしても、VR1にはそんな精度のものはとても高くて使えず、VR2という要調整箇所が出てきてしまうことです。さらに、抵抗の本数が多いので、組み立てが面倒という欠点もあります。

-161-
本当はCで書きたかったのですが、無料の開発環境だと、吐き出されるバイナリの容量が大きくなりすぎ、また処理速度的にも十分なものが得られず、仕方なくアセンブラで書きました。最近の高速PICだと、Cで書くことも出来そうな気もします。マイコンを使うと、組み立ては楽で良いのですが・・・

お久しぶりです。皆様方。

最近2SK703を探しているんですが、703がないので、同性能品か代替品を教えていただけますか?

>Verdo Rayoさん

代替え品は判りませんが、樫木総業(http://www.kashinoki.co.jp/)さんで2SK703/￥105を扱ってますよ。
ココは商品代も送料も安いですし、他でない部品も意外とある様です。
…沖縄だと、電子部品は殆ど手に入らないので、通販が重宝してます(笑)

参考になるでしょうか?

Verdo Rayoさん

パワーパックにお使いになられるのでしたら、細かい特性はそれほど気にしなくて良いと思うので、定番の2SK2232などはいかがでしょうか?

電流が25A(DC)流せる(2SK703は5A)ので万が一ショート時等の破壊リスクが低く、ON抵抗も約1/5と低いので、発熱も減らせる筈です。耐圧が60V(2SK703は 100V)と若干低いですが、12Vでしか使わないのなら全く問題ないと思います。

katoのポイントスイッチへの給電方法がわかりました。
katoのパワーパックではアダプタが交流のためダイオード4つで整流し、多い分を抵抗を使い消費してから、1kの抵抗を介して給電されるみたいです。
パワーパックを分解し、検証

BEMF(逆起電力)を測定し、パルス幅にフィードバックするPWMコントローラを試作してみました。フィードバックする電圧をコンデンサで平滑化していますので、厳密には、「BEMF込みの出力電圧」をフィードバックするコントローラーですが...
電流不連続モード(低周波)PWM制御だと、一般に、duty比と回転数(速度)が比例しにくい(中間速度域でduty比よりも速くなる)のですが、実際の出力電圧をフィードバックすることで、この問題を解決しています。汚いプログラムですが、制御プログラムのソースをブログの方に載せてあります。

以前試作してみた「コンパレータを利用したPWMパワーパック」を改良し、実用上問題ない程度になりましたので、改めて発表します。

　実際、この回路図に至るまでは「三角波」や「ノコギリ波」の出力電圧を如何に0〜12Vの範囲で出力させるかを考えていましたが、今回の修正点は、コンパレータの比較電圧範囲を10kΩ可変抵抗のVcc側とGND側双方に抵抗(今回は10kΩ)を追加する事で約4V〜8Vの範囲で変更できる様にした点です。

　併せて、トルクを考慮して、IC555の周波数を約200Hzに落としてみました。
　そのため、一番使い勝手で懸念していたボリュームの可動範囲等も使いやすいものとなっています。
　またコチラで公開した際に、ゴーン辻氏より頂いたアドバイスを参考に LM393の2pinよりGNDにコンデンサ(今回は0.47μFに設定…値が大きくなると放電時に時間を要するため)を入れてみました。

　バイパスする事で、積分回路を形成し、比較電圧の立ち上がりを送らせる事で、スタート時の電圧変化をゆっくりにし、かつ低速時の電圧を安定させるのに効果が得られる様に感じましたので、追加で報告します。

　まだ、ブレッドボード上の試作段階ですが、かなりの良い評価が出来るPWMパワーパックと言えると思います。


　詳しくは、http://www.geocities.jp/k_otani3/working/working_14.htmlをご参照下さい。