自作コントローラーの話
第１３回です。
次に製作したのは、秋月のＰＷＭ（スイッチング方式）ＤＣモーター速度可変キットを改造したものです。
改造内容は2点。
1.発振周波数の変更
こちらは、FAQの記事を参考に、コンデンサ容量を変更しました。
今回、選択したのは、220P＋270P＝490P です。
元々のコンデンサ容量は、1000Pだったので、約半分を目安にしました。
今回、コンデンサを490Pに変更したことにより、発振周波数は、19KHz付近になりました。
2.常点灯調整用VOLUMEの追加
このキットは、出力調整用に100KΩのVOLUMEがついていますが、
車両によっては、微妙な調整が必要になりますので、調整用のVOLUMEを追加しました。
いくつか候補を選んで実験した結果、20KΩのVOLUMEを追加しました。
今回ケースは、１００均の弁当箱を使用
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自作コントローラーの話
第１２回です。
今回制作したのは、ノッチとブレーキで運転するコントローラーです。
こちらの回路は、ネットで公開されているものを利用しました。
こちらの画像は、完成時のもので、
現在は、もう少しだけましになっています。
左側が、ノッチ、右側がブレーキになります。
運転時は、ノッチを左に回し、ある程度のスピードが出たら、
ノッチをOFFにします。
ノッチをオフにしても、減速せずに、そのまま走行します。
停止する際には、右側のブレーキを左に回すと、車両は減速し、
最後は、停止します。
なお、このコントローラーは、ノッチ、ブレー共に、VRを使用しているため、
実際の運転台とは違います。
そのため、実際の車両と同様に、
VRの代わりに、ロータリーSWを使用したコントローラーを作ろうとしていますが、
現在は、着手した状態で中断しており、まだ完成していません。
いずれは、完成させたいとは思っています。
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自作コントローラーの話
第１１回です。
既にどこまで紹介したかも忘れていて、
過去のブログで製作順を確認しました。
製作したのは、
秋月電子のＰＷＭ（スイッチング方式）ＤＣモーター速度可変キット
を使用したコントローラーです。
ケースは、以前使用してものの流用です。
元々、電源SWがありましたので、そのまま電源SWを再利用しました。
電源を入れると、赤いパイロットランプが点灯します。
前進、後退、停止用のトグルSWを追加しただけで、
他の部分は、オリジナルのままです。
が、使っているうちに
FETはショートさせて壊してしまったので、
オリジナルは取り外して、２SK2232に交換してあります。
また、ショート時の保護用に、PTCも追加してあります。
現在このコントローラーは、16番やNゲージの車両運転台での試運転用に使用しています。
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自作コントローラーの話。
第１０回になります。
その後、製作したのは、こちらのコントローラーです。
コンパレータを使用したPWM制御のコントローラーです。
PWM信号の発振は、５５５で行っており、
その後、コンパレータ３９３でDuty比を可変するタイプのパワーパックです。
出力用には、２SK2232を使用しています。
これまで、PWM制御のコントローラーを作ってきましたが、
こちらが自分自身で初めて設計したPWM制御コントローラーです。
初めて設計したと言いながら、完全なオリジナルではなく、
他の回路図を参考にパーツを選定したというのが、正しい言い方かもしれません。
なお、こちらのコントローラーには、
これまでのコントローラーにはなかった、発振周波数の変更SWを設置しています。
左上の２個のSWの切り替えにより、４種類の発進周波数が選択できる様になっています。
仕組みとしては、SWのON-OFFにより、発振回路の抵抗値を変更することで、発進周波数を変更しています。
HOゲージのEH500をターゲットとして、低速走行時には、起動音っぽい音が出ます。
また、低速での走行も安定しています。
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自作コントローラーの話。
第9回になります。
現在製作するコントローラーは、PMW制御方式のみです。
そんななかで、ちょっと変わり種のコントローラーがあります。
こちらのコントローラーは、PWM制御方式のコントローラーですが、
通常のコントローラにはない、追加の機能があります。
こちらのコントローラーは、JAMへの出展を目的として製作しました。
追加の機能とは、自動往復運転制御の機能です。
JAM出展時に製作したモジュールには、通常の本線以外に、追加で往復専用線を設置しました。
JAM出展の際に、６００＋６００＋９００のモジュールを製作し、この３つのモジュール間で自動往復運転を行いました。
その為に、通常のコントローラーにはない機能として、往復運転の機能を追加しました。
向かって右側が、PWMのコントローラーです。
向かって左側は、自動往復運転用の制御基板です。
自動往復運転用の制御基板は、タイマーICを使って、進行方向を逆転させています。
一定時間が経過すると、リレーが動作し、進行方向が変わります。
なお、タイマーの時間調整は、VRで行える様にしてあります。
回路図は、沖縄電気鐵道-浦添線-を参考していますが、
自動往復運転回路のみを参考にしており、
PWMコントローラ部分は、IC５５５を使った別回路を使用しています。
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某所から呼ばれた気がしたので、記事をアップします。
＊画像は、クリックすると拡大表示されます。
私の手元には、KATO Standard SXがあり、
一部改造が施されていますが、基板やケース等は弄っていないので、
参考になるかと思います。
ネジを外して、開いた状態です。
ポイントスイッチ接続用の端子は、向かって右側にしかありません。
本当は、左側の方が使いやすいと思うのですが。
こちらが背面です。
向かって左側には、ACアダプタの接続端子があります。
フィーダーを追加するならもう少し右寄りに変更が必要です。
いずれにしても、フィーダー追加のスペースは十分です。
ケースの上側です。
こちらは、基盤の上側には、スペースがあります。
ただし、その部分は、表側では、メーカーのロゴが入っている箇所になります。
そして、表面にネジのマークがある部分は、ちょうど、ケース固定用のネジ穴の場所ですので、
こちらも避けて、SWを設置する必要がありそうです。
その上の、メッシュの部分は、何もないので、こちらなら問題ないかと思います。
あとは、ACアダプタの端子の上は、何もないので、SWの設置が可能です。
SWの設置箇所は、再検討が必要かも。
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自作コントローラーの話。
第８回になります。
これまで、自作した、コントローラーを紹介しながら、
コントローラーの動作原理がいくつかあることを紹介してきました。
ここでコントローラーの種類の整理をしておきます。
１ 電圧制御式のコントローラー
一番シンプルな、VRで電圧を加減することで走行させます
その為、低い電圧では、室内灯やヘッドライトが点灯しません。
２ トランジスタコントローラー
電圧制御式のコントローラーの部類に分類されますが、
コンデンサを追加することにより、加速、減速など、本物に近い運転が楽しめます。
３ PWM方式のコントローラー
常点灯可能なコントローラーは、ほとんどこのタイプのコントローラーです。
ICの発振を利用し、出力電圧を高速にON,OFFを切り替えることにより、
LEDが点灯し、モーターが回転しない電力を生み出します。
実際には、LEDは高速で点滅していますが、人間の目には、常点灯している様に見えます。
なお、PWM方式の発振周波数は、通常は、人間の耳には聞こえない、高周波を使用しています。
逆に、低い周波数を使用すると、モーターが唸る様な音を出すことができ、
機関車の起動音に近い音を再現できます。
PWM方式のコントローラーには、様々なものがあり、
使用するパーツにより製作方法が違っています。
しかし、使用方法には、ほとんど違いがなく、
常点灯調整用のVRと走行調整用のVRの２種類が装備されているものがほとんどです。
なお、以下が全てではなく、個人的に知っている範囲のみの紹介です。
（１）タイマーIC555を利用したコントローラー
（２）チョッパ制御のパワーパック
（３）コンパレータを利用したPWMパワーパック
（４）Hブリッジ回路によるコントローラ
（５）IC4011利用量産型パワーパックV２
（６）IC4584(C-MOSシュミット・インバータ)を利用したPWMパワーパック
（７）IC4069(CMOSインバータ)を利用したPWMパワーパック
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自作コントローラーの話の第７回です。
前回は、必要なパーツが入手できない時の話でした。
今回は、PWM方式のコントローラーを自作する様になった後の話です。
加減速コントロール可能な、PWM方式のコントローラーが欲しい
なんとか、あれこれ参考にしながら、PWM方式のコントローラーが自作できる様になると、
新たな要望が膨らんできました。
それは、以下の様な事。
1.PWM方式で常点灯させたい。
2.さらに、トランジスタコントローラーの様な、加・減速できる、コントローラーが欲しい。
理屈としては、とても簡単です。
トランジスタコントローラーの出力の加減速のコントロール（電圧の変化）に応じて、
PWM方式のコントローラーのコントロール用のつまみを回す様なイメージです。
しかし、流石に、私には、アイデアはあっても、実現する方法が分かりませんでした。
それでも、何度か、回路図を検討したりしましたが、
私の知識では、トランジスタコントローラーの出力の加減速のコントロールと
PWM方式のコントローラーのコントロール用のつまみを繋げることが出来ませんでした。
何とか、フォトカプラーを使えばできるかもしれない、
というところまで辿り着いたときに、
幸運な事に、こちらの記事が発表されたのです。
発表された記事は、まさに私が求めていたものでした。
トランジスタコントローラーの出力の加減速の指示をフォトカプラーを介して、
PWM方式のコントローラーを制御する様になっています。
このコントローラーを組み立てれば、PWM方式で常点灯も実現できて、
同時にトランジスタコントローラーの加減速のコントロールも実現できるのです。
そして、この記事を参考に組み立てたのが、こちらです。
PWM方式の加減速コントローラーです。
こちらは、個人使用が前提なので、何も表示をしていません。
左側のSWは、電源用で、ONにすると、赤いパイロットランプが点灯します。
その右隣は、前進・後退の切り替えSWです。
右上部の２つのつまみは、加速・減速調整用VR
右下のつまみは、MAXスピードコントロール用です。
パイロットランプの右側の緑色のLEDは、運転席から見て、左右の車両の進行方向を指します。
この進行方向を示すLEDを取り付けた理由は、以下の様なことがあるからです。
このコントローラーは、トランジスタによる加減速コントローラーの為、
加速に切り替えても、徐々にスピードがあがる為、
目視では、どちらに動き出すかがすぐに判別できないからです。
まあ、PWM方式を採用しているので、
ヘッドライトやテールライトを確認すれば、進行方向はわかるのですがね。
そして、さらに、体験運転用のコントローラーも改良版を製作しました。
こちらは、前回の反省もあり、緊急停止ボタンはありません。
運転は、緑ボタンで加速し、黄色ボタンで減速します。
なお、加減速調整用のVRもありますが、
体験運転中にお子さんにさわられない様に、
加減速調整のVRは、コントローラー内部に設置してあります。
その為、加減速調整用のVRを調整するには、
内部へのアクセスが必要になりことを考慮し、
簡単に開閉が可能な弁当箱をケースに使用しています。
進行方向の切り替えは、上部のSWで行います。
進行方向を示すLEDも設置してあります。
また、ちょっとヴィジュアルを意識して、電圧計も付けてみました。
その８ に続く
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自作コントローラーの話の第６回です。
前回は、PWM方式のコントローラーにも、様々な種類があることをご紹介しました。
私の場合、全てを作った訳ではないので、どれがいいというのは、なかなか判断できませんが、
製作のし易からすると、IC555を使用したPWM方式のコントローラーがお勧めです。
回路としては、こちらがお勧めですね。
今回は、パーツの選定についての話です。
1.必要なパーツが入手できない時は
PWM方式に限らず、コントローラーで重要なのは、増幅回路です。
そして、その中心は、トランジスタやFETになります。
いくつかの回路図を見るとわかりますが、
様々な型番のトランジスタやFETが登場します。
ほとんどのパーツは、秋月電子で入手可能ですが、
中には、現在では、入手困難なパーツもあります。
その際には、互換性のある部品を探す事になります。
なお、回路図で指定のトランジスタが入手できない場合は、
互換性のあるものを入手すれば大丈夫です。
昔は、互換表という本が販売されていましたが、
現在は、ネットを検索すれば、大概のものは見つかります。
また、私の場合は、トランジスタではなく、FETをよく使用しています。
ＮｃｈパワーＭＯＳＦＥＴ ２SK2232を多数在庫しているので、
２SD1415Aの代わりに、２SK2232を使用しています。
また、こちらの記事に登場する、２SK703 の代わりにも ２SK2232を使用しています。
この辺りも、知識としては詳しくないのですが。
２.トランジスタなのか？FETなのか？
では、改めて
「トランジスタを使うべきなのか？、FETを使うべきなのか？」
と聞かれてもちゃんと答えることができません。
個人的には、
PWM方式のコントローラーの場合、入力電圧は、MAX２０V程度ですので、
あまりシビアに考えず、データシートを見て、
容量に余裕のあるものを選んでおけば良いと思っています。
かなり大雑把な性格ゆえに、あまり神経質になる必要はないと考えています。
パーツ代金も数十円の違いですので、
できれば、データシートを見て、余裕のあるものを選択すべきだと思っています。
例えば、この様な違いです。
２SD1415A コレクタ電流：7A 1個 ￥50（税込）
２SK703 ドレイン電流(DC)：5A 1個 ￥60（税込）
２SK2232 ドレイン電流(DC)：25A 1個 ￥100（税込）
見た目では、どれがいいかはわかりませんが、その為にデータシートが公開されています。
なお、私の場合、全てを理解しているわけではありません。
専門知識もないので、ほとんどわかっていないというのが正直なところです。
２SK2232
２SK703
２SD1415A
２SK3140
その７へ 続く
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自作コントローラーの話の第５回です。
第４回は、トランジスタコントローラーの改良の話でした。
今回は、PWM方式のコントローラーの話に戻ります。
タイマーIC555を使用した回路で、PWM方式のコントローラーをつくりましたが、
他にも、PWM方式のコントローラーを実現する方法はあります。
こちらのサイトでも、何種類か紹介されています。
IC4584(C-MOSシュミット・インバータ)を利用したPWMパワーパック
IC4069(CMOSインバータ)を利用したPWMパワーパック
そのうち、IC4011利用PWMパワーパック、IC4584(C-MOSシュミット・インバータ)を利用したPWMパワーパックを実際に作ってみました。
IC4011利用PWMパワーパック
IC4584(C-MOSシュミット・インバータ)を利用したPWMパワーパック
あれこれ、PWM方式のコントローラーを作っていくうちに、新たな要望が湧き上がってきました。
その６へ続く
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