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低電圧回路の魅力
- 電子部品販売店でほとんどの部品が手に入る
- 半導体スイッチが使える
- 多彩な応用ができる
- 低コスト
- 安全性が高い
- 低電圧で最適化した回路は、電流の遮断性能を上げる事が容易
原理図で説明しましょう。
- 電源には、３０Ｖ程度まで簡単に調節できる市販品があります。
- 開いた磁力線のタイプのページで例示したコイルでは、最大32Ａ弱。同じコイル寸法で、線径を0.32ミリと少し太くすると、最大５９Ａ。どちらも、１つ６０円（秋月電子通商）で売っているＭＯＳＦＥＴをスイッチにすることで実現します。
- D1はＬに流れている電流を急激に遮断したときの誘導起電力で、スイッチ(Sw)やコイルが破損するのを防ぐ「フライホイールダイオード」です。普通は、コイルに並列に入れるのですが、より電圧の高い所に接続すると、電流を素早く減少させることができるため、図のように工夫してみました。
- Ｃ２をＣ1より小さな値（１／３程度より小さ目）の容量にしておき、ＳｗがＯＦＦになると、誘導起電力で、Ｃ１に溜まっていた電荷の一部がＣ２に移ります。容量を加減すれば、Ｃ２の電圧を２倍の６０ボルト程度に達するようにすることができます。この条件が満たされると、インダクタンスでゆっくり立ち上がった電流の波形の倍以上の速さで、電流をＯＦＦさせる事ができます。これは、コイルガンにとって理想的なことなのです。最初からＣ１に高い電圧を使っていると、こういう芸当はできません。
- R2はR1の数倍程度より高い抵抗を使うと、フライホイールダイオードによる回生電流で、電源に高い電圧がかかることを防ぐ役割を果たせます。
- 同様の回路で使えるスイッチング素子には、ＭＯＳＦＥＴの他に、バイポーラＦＥＴやＩＧＢＴがあります。（サイリスタを使うのは、急激なＯＦＦができないため不適切な設計です。）
簡単な回路で制御できます。
- 原理図に、スイッチを制御するフォトトランジスタを加えました。ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタをスイッチング素子に使った場合もほとんど同じです。
- Ａには３０Ｖ、Ｂには６Ｖ程度が供給されています。
- フォトトランジスタに当たっている光が、弾丸の通過で遮断させると、フォトトランジスタがオフになり、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧が上がって、ＭＯＳＦＥＴがＯＮになるわけです。
- 下の図で、光を検出している場所がＤ、電流が流れているコイルが４であれば、ちょうど良いタイミングで加速されます。
- 弾丸の初期の位置にある光検出回路の場合、フォトトランジスタのコレクタ側の抵抗と直列にスイッチを入れておきます。弾丸があってスイッチをＯＮにした瞬間に、弾丸に加速が与えられます。弾丸が通り過ぎると、ＭＯＳＦＥＴがＯＦＦになり、ブレーキはかかりません。ここのスイッチは、コイルガンの引き金になるわけです。
- Ｄの位置にあるフォトトランジスタが弾丸を検出している時に、４のコイルと５のコイルをＯＮにしたいというような要望は、フォトトランジスタとＭＯＳＦＥＴの間の結線のところに簡単な論理回路を入れることで達成できます。このような応用は、低電圧回路ならではのものなのです。