へのへのもへじのおもちゃ箱

見知らぬ地の鉄道模型で、今日を忘れるためのブログです。

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「モータードライバMP6513を試す」については、約1年ぶりになります。あるDCCデコーダでこのモータードライバの故障が疑われる事例があり、一週間ほど調べていました。

まずは、このドライバーの構造から、メーカーの資料で説明します。
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細かいことはかぶきますが、NチャンネルMOSとそれをドライブするためのチャージポンプ回路を内蔵していることが特徴です。

気になるのはMOSスイッチの寄生ダイオードは書いてあるものの、ハイサイドスイッチのドレインが電源(VCC)に接続されていないことです。ローサイドのソースはグランドに接続しているように不思議です。

想像するに過電流検知回路の一部が埋め込まれているのかもしれません。もしここで逆方向に電流が十分に流せなければ、スイッチオン→オフのタイミングでモーターコイルの逆起電力で電位が上昇、自己破壊してしう恐れがあります。

そこで再度測定しました。
以前は、
のとおり、KATO GM5をつかっていましたが、今回はさらに旧式のモーター FM5を利用、IN端子を手動(タクトスイッチ)で操作します。
なお、電源電圧自体が上昇しないように大き目の容量=120μFをつけています。動作電圧(Vcc)は15Vとしました。
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結果は、オシロの数値のとおり急峻にVccを最大45Vほどオーバーしています。つまり、ハイサイドスイッチから逆流したモーターの逆起電力が吸収されていないことがわかります。前回のGM5はリングバリスタがある程度吸収してくれていたのかもしれませんが、FM5はそれがないことも過電圧を大きくしている理由かもしれません。「ああ、やっぱり電源電圧を大きく超えたか」と思って5回ほどオン、オフを繰り返しているうちに、ドライバーが壊れました・・・なお、煙はでませんでした。

追記:
「過電圧が出るならフリーモードではなくブレーキモードにすればいいじゃない?」とのご意見もあるかもしれません。その場合は過電圧は発生しないとおもいますが、モーターには常に回生ブレーキがかかりdutyに対して速度がリニアにならないだけではなく、過電流によって素子を痛める場合があるかもしれません。

追記2:
故障したデコーダは、PWMオフ時にブレーキモードとする設計で、正常動作中はモーター端子電圧が電源電圧を超える現象は確認できませんでした。ただこの設計でも、DCC電源が断たれるとそもそも内部FETのゲートは0V付近でオンにできません。結果として過電圧が発生し、耐電圧破壊となりますね。以前、モータ端子電圧を電源でクランプすると動作が安定する挙動の説明が付きます。

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現在開発中のリレーデコーダは、いくつかのバリエーションを考えていますが、まずはTOMIXポイント用の形態で完成度を上げてみました。

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前回からの追加点は、ディップスイッチとDCジャック位です。手前のコンデンサ(名付けてパワーアップコンデンサ)は、DCジャックに差し込むようにしたほうがスマートですね。


ポイントは2つしかもってないので、残りは腕木式信号機で代用です。DCCから電気をもらいコンデンサを充電する方式でも、それなりに早く操作して問題ないようです。

今はディップスイッチで先頭アドレスを設定し、連続したアドレスを割り振っていますが、重複アドレスなど複雑なアドレス設定も必要な気がします。CV値で設定することも可能ですが、レイアウトの裏で数珠繋ぎにすると配線を切り離すことが難しくなるので、どう設計するか、悩みどころです。

とりあえず、次の一枚は2コイル方式用に組み立てる予定です。NゲージでもKATOやTOMIXの旧型、またFlieishmannポイントでは活躍できそうです。

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現在開発中の8チャンネルリレーデコーダの基板が届きました。
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届いた基板は10cm×10cm、組み立て・改造が楽にできるようにDIP部品で設計しています。arduinoを使った基板を初めて作りましたので、まずはCPU廻りを先につけて、arduinoのブートローダを書き込みます。
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ブートローダは、先日作成したスマイルライターCOMBOを使います。

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ブートローダの書き込みもarduino IDEから行えます。
(ここで、CPUのFUSE ROMもarduinoに合わせた設定に書き換えるのか知りたかったのですが、よくわかりませんでした)

まずは、TOMIXのポイント専用でプログラムを試作中です。一つ当たり2つのリレーをつかいますので、一台で4個のポイントを操作可能です。

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電流を流す時間は200mSとしています(問題がなければさらに短くもできますが、LEDもコイル電流と同じタイミングで点灯するので多少長めがよいかと)。
手前の8200μFコンデンサに十分な電荷をためていますので、最初は2A位の電流が流れているはずです。また、コンデンサの充電は22Ωを通して徐々に行いますので、DCC側に過大な負荷を加えないようにしたつもりです。


現在はDesktop StationさんのDSturnoutのスケッチを改造して動かしています。このように動作は確実です。後はどうやってアドレスを指定するように設計するかですね。レイアウトの影につけることを考えると一般的なDCCからのCV値書き込みでは使いにくいかもしれませんのでディップスイッチは準備していますが、、、

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Nuckyさんが試作されたKATO専用ワンコインデコーダを製作しました。

すでに何名かの方が製作に成功していますので、今回はまずはCPUの書き込みから始めます。CPUだけ取り付け、またスマイルコネクタ(基板左側)にはんだを盛ります。
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そして、スマイルライターに差し込み、本日公開された新プログラムを書き込みます。
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コネクタが短くなっているので、以前のアダプタを使うときには浅めに差し込みます。
今回搭載するのはGe4/4、書き込みコネクタをカットした後にあててみます。
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やはり、基板の厚みのために無理につけるとたわみが大きいです。また、幅もぎりぎりでちょっときついです。
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全体の幅をやすりでちょっと詰めた後、ダイキャスト接続部に切り欠きを入れて替わりに燐青銅線でバネを作ります。また裏面全面にショート防止のポリイミドテープを付けます。
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残りの部品を取り付けて、車両に取り付けます。なお、LEDは2012のサイドビューではない電球色を無理やり立ててはんだ付けしています。コンデンサも2012サイズのものを2個横並びに付けています。
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取り外していた、ライトパーツを付けます。盛り上がらずにすんでいるようなので、このままボディを取り付けます。
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なんとか、入りました。とりあえず、ボディ無加工で完了です。試走した感じでは、アナログと同等の走行性能ですね。

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少し前にスマイラーさんに頒布いただいた、「スマイルライターCOMBO」を製作しましたのでご報告です。

まず、「スマイルライター」は、DCC電子工作連合製のDCC機器のプログラム書き込み器となるものです。今回は、レイアウトデコーダ製作前にこちらを組み立ててみした。じつは、へのへのもへじはAVRISPⅡという書き込み器をもっていたのですが、これはwin10との相性が良くないなどの問題を抱えていたものでした。

まず、部品はこちら、
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DSair2同様、arduino-NANOが含まれます。よってその他はLED、コネクタが少々といった構成ですので、組み立ての難易度は低めです。

このように、arduino-NANOはソケットを嵌め合わせた後に各部のはんだ付けをするといいでしょう。
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LEDは極性に注意が必要です。
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3つとも写真の左側がアノードです。なお緑、黄色は右側(マイナス側)にチップの反射鏡がありますが、赤は反射鏡側がプラス側(リードが長い方)と逆転しています。

半田付けが済んだら、ソフトウエアの書き込みです。
が参考になります。

プログラム書き込み機能は、スケッチで実現しています。arduino IDEのサンプルである、こちらの例をそのまま利用します。
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これを以下の設定にして、スマイルライターの中のarduino-NANOに書き込みます。
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なお、プロセッサはatmega168Pです。328Pだとエラーがでて書き込みできません。

早速、スマイルライターCOMBOを使って左側の基板にテスト書き込みを行います。この場合は、「書き込み装置:arduino as ISP」を選定しておきます。また、シフトキーを使ってアップロードボタンを押す「書き込み装置を使った書き込み」にしてあげる必要があります。
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書きこみの様子は、カラフルでなかなかかっこいいですね。

最後に一点だけ残念なことがあります。
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USBケーブルがちょっと透明ケースにあたるようです。ただ、動作には問題ありませんでした。

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