CirclotronにGaNダイオードを投入する(準備編)2018年05月05日 21時41分34秒

FusionPCBに注文しておいたアルミ基板は数週間前に届いていた。
実を言うとデータを相手先に送った翌日、問い合わせのメールが来ていた。「基板の角の処理なんだけど、図面を見ると直角の線とラウンド線の両方があって、どっちが正しいの?」という内容。なるほど言われてみるとそうだった。「すまん。丸くなっている方の線で処理をお願い」と返事したらすぐに作業に取りかかってくれた。なかなか好感の持てる応対だった。

封を開けて検品。問題なし。続けて本命のGS61004BをMouserに発注。数量は30個。これも一週間程度で届いた。


さてこれをどう使うか。今回のターゲットはCirclotronの整流ダイオードである。回路図で丸く囲った箇所。現在はInfineonの第5世代IDH16G65C5。これをGS61004Bに入れ替える。
まずアルミ基板への半田付け作業にかかる。ここでちょっと手こずった。ソースのパッドに半田ごてを当てて熱しながらGS61004Bをスライドさせ、所定位置に来たら半田ごてを離す。という段取りだったが、これがうまくいかない。半田ごてに温度を最高に上げても、すぐに半田が固まってしまうらしく、スライドできない。長時間無理矢理に半田ごてを当てたら、8個のうち2個が動作不良になってしまった。後からわかったのだが、素子をパッドの所定位置にテープで仮止めして、素子の脇に半田ごてを当てながら半田を流すのが一番確実で安全なようだ。

このようにして8個そろったところで、アンプを開腹して整流ダイオード・アッセンブリをを取り出し、GaNに入れ替えていく。この後予想外のトラブルに遭遇するのが、そのことはまた次のコラムで。

CirclotronにGaNダイオードを投入する(失敗編)2018年05月05日 22時18分06秒

写真は、GaNアッセンブリに入れ替えたところ。
さて、緊張のスイッチオン。次の瞬間、バチッという音ともに煙が上がった。すぐにスイッチを切った。いやなにおいが部屋に漂う。一体何が起きたのか、こういうことは今まで何度も経験してきたが実にいやなものである。

まず考えたのが、アルミ基板への半田付け作業に手落ちがあって、内部でショートしたか?すぐに新しいのに交換。ところがスイッチを入れると、また別のところから煙が上がった。こうやって結局5個を壊してしまった。写真に写っているのは、その屍である。
ここに至ってようやくこれは別のところに原因があると気がついた。しかし、まったく思い当たるところががない。困った。こういうときは頭を冷やして考えるしかない。

これまでGaNを整流ダイオードに使って、このようなトラブルは起きなかった。ということは、今回だけの特殊な事情があるはずだ。それは何か。少なくとも二つある。これまで使ってきたのはGS66502Bで、耐圧は650Vである。いっぽう、GS61004Bは100V。そこがまず一点。それからもう一つ。これまではすべてコンデンサ入力タイプだったが、今回はチョーク入力タイプである。しかしこれが原因であるとは初めはまったく半信半疑であった.

もう一つ疑わしいのは、電解コンデンサの容量が大きすぎてラッシュカレントが素子の定格を超えて流れている可能性。こちらのほうは、別途試験装置を作ってテストしてみたが問題がなく、結局シロとなった。


そこでシミュレーションの出番となる。GaNのドレイン端子の波形を見ると、スイッチオンから数波経過したところから、異常発振が起きる。入力の波高値がピークで30Vのとき、ドレイン端子の電圧は50Vを超す。これは理想状態での計算だから、現実はもっと厳しいはずである。GS61004Bの耐圧を超える可能性は十分にある。となると、対策はチョークコイルを外すしかない。音への影響が気がかりではあるが、まずは安全に動作することが優先である。背に腹はかえられない。ここまで至るのに2日ほどかかった。
この結果については次のコラムで。

CirclotronにGaNダイオードを投入する(成功編)2018年05月05日 23時02分22秒

うんうん悩んで対策をする。そしてスイッチオンの瞬間。たまらない緊張感である。何事もなかったかのように正常動作する。やっと安心。
ということで最終回路は次のようになった。
実装の様子。
最初の音出しは、YouTubeにあった小津監督の「秋日和」の冒頭。台詞を聞いた瞬間から、音の違いは明らかだった。詳細は、まだエージングが足りないので、もう少し時間がたってから報告する予定。

GaN整流ダイオードをチョークインプットで使ったときに起こる現象2018年05月06日 21時44分58秒

GS61004BをCirclotronに整流ダイオードとして使おうとしたら、スイッチを入れた瞬間に壊れてしまった。半可通の私は、シミュレーションしてみて初めてトラブルの原因がチョークインプットにあったことを発見した。
それで実際にどんなシミュレーション結果だったのか、これから挑戦しようとする勇気ある方々のために少しでも貢献できればと願い、ここで報告しておきたいと思う。
まずシミュレーション回路は以下の通り。
これをシミュレーションするとp1ポイントの電圧波形は以下のようになる。
80msec あたりから異常な発振が始まり、320msecあたりまで継続し、その後は何事もなかったかのように収束する。
異常発振を阻止するために例えばフェライトビーズを挿入してみるとか、抵抗をシリーズに入れてみるとかやってみたが、全く効果はなかった。

この現象はGaNに限らず、一般ダイオードでもSiCでも発生することは、今回初めて知った。もしチョークインプットで使いたければ、耐圧については十分な余裕を持たなければならない。それが今回得られた教訓である。

朝里峠一周コース2018年05月07日 19時02分32秒

もう毎週の定番である。ほかにコースはないのかと言われてもこうなってしまう。

朝9時10分に出発。マシンは前回に続いてLOOK595+BORA ONE+CORSAである。なお前日に、INTREPIDのDLCチェーンに入れ替えておいた。10速時代にこれを見つけてひいきにしていた。当時はなぜか格安で手に入ったのだが、今はかなり高い値段で取引されるようになってしまった。DLCに入れ替える前は同じINTREPIDの安いチェーンを使っていたのだが、どうも感触は良くなかった。どんなにルブを使っても異音が消えず、工作精度が低い印象を受けた。

天気は昨夜の雨も上がって快晴。最高気温は予報では13℃。ただし風が強い。北北西の風7m/s。店先ののぼりがばんばんはためいたから、その強さは想像できるだろう。
こんなとき服をどうするか少し迷ったが、ビブショーツと半袖ジャージにした。そのままではさすがに寒いのでアームウォーマーを着用。安全パイをとるなら、こんなときはロングビブに長袖だろう。日差しがあったので、とてつもなく寒いと感じることはなかった。ただ、鼻水は流れっぱなし。

平日なのでローディはほとんど見かけない。風が強いので朝里温泉分岐までは50分。想定内。ここから峠を目指すが、ループ橋の速度が18〜20Km/hを指しているではないか。普段なら16km/hあたりが関の山。おお、今日は調子がいいらしい。その後、山の中に入ると風はほとんど感じられない。ダム記念館から魚止めの滝までのラップタイムは13分。そしてトンネルを越えた定山渓側の峠駐車までは34分40秒。微妙に35分を切った。

そのまま下りに入る。先週、国際スキー場手前の坂道でフロントホイールが震動するハプニングに遭遇したので少し緊張したが、無事に通過。その先はいつもよりハイペースで進む。普段なら向かい風で速度が落ちるのに、今日は風がない。40Km/hが出る。おかげで定山渓まで降りて、国道に出たときはスタートからのタイムは2時間20分。前回よりも10分程度速いではないか。ただここでぬか喜びしてはいけない。この先、向かい風で速度が出ないことはわかっているので、この貯金をどこまでキープできるかが鍵となる。

予想通り向かい風に悩まされる。ただ先週だったら、30Km/hを維持するのが難しかったのに、今日はこの風のなかでも30Km/hを超えていた。うれしい。先週、小林峠を二回攻めたのが聞いているのかもしれない。

川沿交差点までのラップタイムは2時間55分。3時間30分切りは微妙な状況。石山通を北上するときも忍の一字。北一条通に出て左折してもなお風は味方しない。円山公園と続く北海道神宮前の路面の状況は最悪だった。リアタイヤが跳ね上がって空転したのには驚いた。シクロクロスで鍛えている方には何でもないことなのだろうが。

そんなこんなでリザルトは3時間32分40秒。完全に貯金を食い潰してしまったが、この条件下では健闘した方だろう。

ところで前回から履いているASSOSのビブショーツのこと。モデルはT.EQUIPE_S7 BIB SHORTSのSサイズ。
最初はずいぶんきつく感じられて、サイズを間違ったかと不安になった。しかし実際に乗ってみると、実に快適。特にサドルに座ったときの感触は極上そのもの。噂通りである。
そして、最初はきつく感じた太ももの締め付けだが、長距離を走ってからの疲労感が確かに軽減される感触がある。まだ二回だけしか履いていないので断定はできないが、足がつるということもなかったので、それなりの効果があるのだと思う。

帰宅後昼食を食べ、妻を誘ってくるまで10分ほどのところにあるG公園に出かけた。そこにある小高い山の頂上まで登って汗をかく。公園の桜は散ってしまっていたが、近所の庭先にあった桜は満開の盛りであった。