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2006年02月18日

線路電源を活用する

以下の記事も「DCCらくがきノート」から修復して転載したものですが、文章と画像の関係がわからなくなってしまったので、図から判断して入れています。もし間違っていたら教えてください。 (taknom)

交流から直流に変換するには、整流器(ダイオード)を使いますが、その選定に関しては、一般的には、定格電圧、定格電流しか考慮されないと思います。ここが、 大きな落とし穴で、通常の電源用のダイオードと云われるものの想定条件が、50-60Hzの商用電源であるということです。 ダイオードとは電流を一方向にしか流さないと、思い込んでいないでしょうか? 手持ちの一般整流用ダイオード、1N4007を使って実験してみました。実験回路は以下のとおりです。

1N4007_sch.jpg

1k ohmの抵抗器で約11mAの電流を取ってみます。

(1N4007.gif) 画像がありませんでした。「DCCらくがきノート」からダウンロードした画像をお持ちでしたら、提供をお願いします。

電流が、5usecもの時間、完全に逆方向に流れているのが観察されます。(緑の輝線) 黄色の輝線はDCCの元の信号です。 次に、S1ZB10という、ブリッジ整流器を試してみます。この整流器は 表面実装で小型であるため、これを搭載している模型もあります。 実験回路は以下のとおりです、電流値を測定するために、10 ohmの抵抗器を挿入しています。

s1zb10_sch.jpg

まず、C点の出力電圧を見ます。

s1zb10.jpg

わずかですが、約200nsの時間電圧が逆になっています。 このときの電流値(a-b間の電圧降下)は、以下のとおりです。

s1zb10_2.jpg

極性反転直前では、約12mAを示していますが、ピーク値で約500mA流れています。 そして、約2usecのあいだ平均100mA程度流れてしまっています。 また、1k ohm抵抗の代わりに、100mAの電球を繋いで見ました。

s1zb10_3.jpg

ピーク値で、0.8Aも流れていて、ダイオードも熱くなってきました。 これは、無用な発熱を招くばかりではなく、コマンドステーションに過負荷を強いることになり、不用意にブレーカが働く原因となります。 つまり、 ''DCC電源の整流に一般整流ダイオード及びブリッジ整流器は使ってはならない'' といえます。

DCCに使うべき電源ダイオード

  • 小電流 100mA以下であれば、高速スイッチングダイオード
  • 大電流 100mA以上であれば、ショットキーダイオード

ここでは、高速スイッチングダイオードについて、検証してみます。 ここでは、1S2076Aを使ってみます。データシートでは、

Reverse Voltage:60V

Average forward Current:150mA

Reverse Recovery Time:8ns

この、逆回復時間(8ns)というのが、重要な要素です。一般ダイオードではこのパラメータは表示されていません。(50-60Hz前提)

結果を以下に示します。 回路は、ダイオード1本の整流で1Kohmの抵抗負荷で、全く問題なく整流できています。

1S2076A.jpg

負荷を100mAの電球に替えてみました。ダイオードは全く熱を持っていません。 10ohmの抵抗を直列に挿入して、両端の降下電圧を計測しています。約90mA流れているのが観測されています。

1S2076A_2.jpg

投稿者 taknom : 2006年02月18日 11:01 [DCCDIY 電子工作知識] [DCCらくがきノート]

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