(雑談から引っ越ししました）

2003.04.18　部品の購入とレイアウト
2003.05.01　ラフな設計、ヒートシンクのこと
2003.05.07　ケース設計、ケース加工
2003.05.18　ケース加工
2004.01.23　んん？
2004.01.28　結局
2004.02.18　ヒートシンクの加工
2004.03.01　穴開け終了
2004.04.05　組立開始
2004.04.14　組立終了
2004.04.19　そして完成

２００４．０４．１９　そして完成

　丸々１年かかりましたこの電源装置製作プロジェクトは無事終了しました。

　まず、直流で17Vを入力しているのに、5Vしか出ない怪奇現象ですが、私がLM338T三端子レギュレータの使い方を良くわかっていないというのがそもそも原因でして、定数計算の時、固定抵抗を320Ωと計算していましたが、これがもう間違い。LM338Tは電圧を可変出来るのが特徴のレギュレータですが、その範囲を決めるのに、固定抵抗１本とボリューム１個を使います。実はこの固定抵抗は簡単にいうと出力電圧の最大値を決定するんですね。で、17Vを入力しても300Ωだと5Vで頭打ち、ということになります。データシートにあるように固定抵抗を120Ω、ボリュームを5kΩにしなければなりませんでした。



　120Ωの金属被膜抵抗が無いので、酸化金属被膜抵抗1Wの120Ωを付けてみました。なんか温度で変動しそうな気がしますが（つまり温度で抵抗値が変わって、とうぜん出力電圧も変わる。電源装置としてはマズイわけだ）、まあでかいからＯＫ。
　配線の最終確認をして電源を入れます。
　とりあえず出力電圧を測ってみます。

　最小出力1.279V

メータ5V位置で5.04V

メータ10V位置で10.15V

メータ15V位置で15.15V

最大値16.03V

　いい！良すぎる！使えますよ！あとは発振してないかと、ノイズ出してないか確認です。

発振？ではありません。

　これは最大値までボリュームを回した時にでる、のこぎり波形です。60mVP-Pですが、15.5Vまでは出ませんので、OKとします。あ、抵抗は300Ω20Wのホーロー抵抗と、1/4W500kΩのカーボン抵抗の両方で試験しましたが、同じです（以下の確認はこの２種類の抵抗でそれぞれ試験しました）。

TIME/DEV 20ms/DIV & 5mV/DIV

　次にリップルが無いか見てましたが、見てわかるようなのは見あたりません。部屋のノイズを出しそうなものはすべて電源を切って、性能がほどよく悪いSONYのAMポケットラジオ（これも直したジャンク品ですが、ぼろぼろなんで、実験用に酷使しております）に電池を入れて電源に近づけます。特にノイズは出て居ないようです。



　ようやっとラジオに電源装置を繋いで、3Vにしてスイッチを入れると、鳴りました（まあ当たり前）。ところがヂーッという音がでているので、ちょっと焦り。電池と切り替えてみると、電源装置の時だけノイズが乗ります。かすかに聞こえるだけですが、気持ち悪いです。電源装置に繋いだままのラジオを持って、電源装置に近づけてみると、ノイズが大きくなりました。

　ここまで来てがっかり、と思ったんですが、最近はPCに限らず強烈なノイズを出す電化製品は沢山あるので、ひょっとしてと思い、電源装置のスイッチを切り、電池を入れたラジオを家中のコンセントに持っていったら、同じ音のノイズを強烈に出していました。どこからかは探しませんでしたが（自分のPCではない）、逆に電源装置のインレットがノイズを阻止していたというのが結構凄いです。電源装置に500kΩを噛ませてノイズをオシロで表示させたところ、1mVP-P以下の正弦波のようです。50Hzではなくて約100Hzの波形でした。普段はAMラジオを聞こえなくするノイズ源は、今回の実験のため電源を切りました。したがって、ノイズ源は冷蔵庫とかそんなたぐいのモノなのでしょう。

　というわけで、電源装置自体は、オシロによる目視とAMラジオを使っての実験の結果、ACのノイズを若干拾うが低電流ではリップルも発振もありません、ということになります。大電流だとどうなるかはわかりません。ACから乗ってきたノイズが出力に出てくるのは、自分の技術が未熟ということですが、まあ今のところは実用になると考えられます。でも高性能なオーディオ用電源はこんなもんじゃなくて、まるで風のない時の水面のように静かですけどね。

　オプション類

　本体が出来たらケーブルも作らねば。写真は自作リード線です。DCプラグを使って手元ですぐ抜けるようにしました。実験中何かあった場合と、DCプラグを手元で抜くことを考えています。もちろん電気製品のACアダプタとしても応用できます。ケーブルが二股に分かれるところにはヒシチューブを入れて、平行線が別れないようにしました。

　最後に、この電源を使ってAMラジオを鳴らした場合と、電池を使った場合の音質の違いですが、これが結構違うんですよね。びっくりしました。電源装置のほうが低音まで聞こえるんですが、電池だと低音が響きません。

　ちょっとの差ですが、音質が良くなっということに驚きです。

　さて、あとはトランスの２次側ＡＣの切り替えスイッチを付けて、低い電圧でも大電流が使えるようにする改造を考えていますが、とりあえずはそんなに電流つかわないので、このままで使うことにします。

ひとまず、完

２００４．０４．１４　組立終了

　数日分の記録です。組立はほぼ終了です。



　100円ショップで回転台売ってたので買いました。安易に。このくらいのものを作れないでどうする！というのが本音。
しかし良く回ります。非常に便利です。これが欲しかった！工作好きのみなさん！これは便利です。すぐ100円ショップに走りましょう。



　AC100Vのケーブルはトランス直結ではなくて、電源ラインフィルタ内蔵のインレット（シャフナー製）をおごってみました。が、インレットのアースにアース線をハンダ付けしようとしたところ、全然ハンダが溶けないので、７０Wの半田ごてとペーストを買ってきました。しかしペーストは邪道のような気もする・・・
まあ気にしない気にしない。あとでちゃんと拭いておけばいいや。



　インレットにつけるアース線です。



　こんな感じで付けました。ここで大反省。私はよくよく貧乏症のせいか、ハンダ付けが全部ちょん付けだということに今更気が付きました。いけませんねぇ。もっと機械的にしっかりしたものにしないと。せっかく線材はフジクラの高級なやつにしたってのに、これじゃ意味ないですよね。ほんと。



　どんどん配線していきます。リード線を付ける部品にも配線を施しておきます。一品モノだから、いちいち部品間の長さを計ってからでないとリード線が付けられません。私の場合はざっと長めにして、少しずつニッパで切って調整します。3端子レギュレータは外側に付けるので感電予防にヒシチューブで足をカバーします。



　整流ブリッジに配線しているところです。



　電圧調整抵抗を200Ωから300Ωの変更
　抵抗を丁寧に外すのは面倒なので、一般的な交換方法で外します。まずニッパで片側のリード線を部品の根本で切って、部品を少し立てます。のこりのリード線もニッパで切ります。基板上に余ったリード線を、ラジオペンチで引っ張りながら半田ごてを当てて外します。



　大体必要な部品は出そろいました。ところが・・・

　真ん中の絶縁ブッシュがTO-220パッケージ用

　大阪に行ったときに買った絶縁ブッシュ、これTO-3用だったんです。参りました。そこで、秋葉原の千石電商に会社帰りの寄ったら、置いてないとのこと。あの店の2Fにはマイカだろうがシリコンゴムだろうがヒートシンクだろうがパワートランジスタだろうが置いてあるのに、なんで絶縁ブッシュが無いわけ？みんな困らないんですか？置いてる店も少ないみたいだし、この先思いやられます。で結局千石の近くの鈴商に行ったらありました。やけくそで２０個買ってきました。10個で100円でした。



　で、レギュレータに絶縁ブッシュをはめてみると・・・はみ出てる・・・しょうがない。ヤスリで削ろう。

　組立ほとんど完了。

　まだ部品の配置で調整するところがあるのですが、殆ど終わりました。１年以内に完成できそうです（笑）。
　トランスの二次側のタップはとりあえず12V使っています。

　裏面

　配線確認して、電源を入れてみました・・・・すると怪現象が発生。大丈夫か！
　まずボリューム最小で1.3V、ボリュームを除々に上げていくと、5Vぐらいまでしかあがりません。あれ？トランスの二次側のタップは12Vだし・・そこで整流ブリッジのDCを計ると、17V。え！17Vも出てるんだ！すげぇ。それで最大出力5Vとは。
　その辺りは次回に。

つづく

２００４．０４．０５　組立開始

　ようやっと組立開始。ほんと、回路なんか決まってるもんですからね。そんなに時間かかるようなものじゃないんだけど、なんだかやる時間が無い（という言い訳をしている限りは完成しませんな）。

　まずは１次側の配線が終わりました。



　通電しております。パイロットランプがでかい！



　２次側に電気来てるでしょうか。ちゃんとでてますね。
　まだヒートシンク取り付けたりするので、トランスは仮組み状態です。

２００４．０３．０１　穴開け終了



　寸法通り穴開けをして、といきたいところですが、ヒートシンクへ開けた穴は適当だったので、紙に穴の位置を写し取ってケースに転写する、いわゆる現物合わせですませました。いいかげんですね。



　ヒートシンクに開けた穴へ紙を当てて鉛筆でこすり、中心に穴を開けます。



　その紙をケースにあててマジックで塗るわけです。そこへポンチを打ってドリルで穴開け・・あ、よく考えたら、いきなりポンチでも問題なかったですね。



　部品配置はこんな感じで。実はここで問題発覚。基板を生かそうとすると、レギュレータの配線とトランスの２次出力が交差してしまうというとんでもないことに気が付きました。これを交差しないようにするためには、電源スイッチを逆サイドに付けねばならず、それはいまさら出来ません。２次出力は整流ダイオードに直接配線することにして、発振しないことを祈りつつ、配線することにしましょう。あーもっと考えれば良かった（１０ヶ月もあったのに？？？）。後悔先に立たずですな。



　穴開けが終了したケースです。計画していたトランスの２次出力を切り替えて、なるべく損失が少なくする作戦ですが、定格の大きい切り替えスイッチが今手元にないので、それはあとで付けることにします。とりあえずAC12Vを使い、1Aまでの制限運用をこころがけることにします。

２００４．０２．１８　ヒートシンクの加工

　ヒートシンクは結構良い物を安く買いましたが、穴が全然開いてません。自分で取り付け穴を開けるわけです。





　秘密兵器

　タップでねじ切りなんて中学以来だなあ。



　まずは玄関ワークベンチ（多分玄関でこういう事をやって家族のひんしゅくを買う諸氏も多いのではなかろうか）で、電動ドリルを使って下穴を開けます。10mm厚ぐらいあるんで、時々油を差しながらやります。



　まあ一応深さなんぞ計っていますが、下に抜ける穴でいいんで、無駄なことです。



　穴開けが終わって一服します。おっと、電動ドリルを使うときは防護メガネをかけましょう。切粉が目を襲います。白目にペタッと張り付いたら目をつぶらないで洗眼しなくてはなりません。あれはとても気持ち悪いです。最近はこの防護メガネでさえ100円ショップで売っています。侮れません（私のは違います。ミドリ安全のです）。



　さて、いつもの机に戻って今度はタップ切りです。５つ開けましたが、最初の１つは全くネジ山がありません。最悪です。失敗しました。対象を手に持ってネジ穴なんか切れませんって！っていうか手作業で本当にネジを切れるのかとさえ思いました。しかし実際には慣れてないだけです。悔しいけど。ヒートシンクの面積は広いんで、隣にまた一つ開けますよ。面倒だから木ネジでとめてしまおうかとも思いますが、それじゃ練習にならないし。悩みます。

２００４．０１．２８

　良く考えたら、ハイパワートランジスタを使ったところで、入出力の差は熱になってしまうわけだから、３端子レギュレータでもそれほど違いは無い（許容損失は違うだろうが）から、あとは運用しだいということでしょうか。

条件をまとめると

強制空冷したくない（うるさいから）
あまりにもでかいヒートシンクは不可（じゃまだし）
普段使うのはラジオ修理にであって、電圧は様々だが電流はそれほど必要ない
でも、これからのプロジェクトで大電流も必要になることがあるかも？

ということは、

通常の運用ではAC12V入力のDC1.2V〜9V可変で1Aまでとする。この場合の損失は10.8Wでかなり余裕。
いざとなったら、手動スイッチで使用したい電圧に近いACの電圧を変えて、3Aまで使うようにできる。

という仕様でいかがでしょう。

ヤバイ点は

回路につないだまんまAC電圧を変えると、DCの電圧が急に上がって回路を破壊する可能性がある。

そこで、切り替えスイッチは普段触れように裏側に付けることにしましょう。あと電流計の2A台を黄色、3A台を赤にするとか。
使うトランスはトヨデンの HT243 でAC6V、12V、15V、20V、24Vの端子が付いています。
最後に電圧を決定する２つの抵抗(VRとR1）の値をマニュアルの式を使って次のように計算しました。

Vout=1.25*(1+VR/R1)

VRはボリュームで、R1は固定抵抗です。VRには精密ボリュームの5kΩを使うことにして（たまたま持っていたから）、Vout=21VにするにはR1は大体320Ωぐらいです。R1は温度で値が変わらないようにするため、金属皮膜抵抗を使います。残念ながらキットには320Ωは入っていませんでしたので、切り替えスイッチと一緒に後日購入です。


まあこうして仕様が固まったのはいいんですが、電流計が3Aのものを付けていますからねぇ。もし知らない人が使ったら3Aまで流してLM338Tを破壊する可能性がありますね。こんな変なものを作っちゃだめですよ。ほんとにもう。あと、ケースに穴開ける前に仕様を決めましょう！（できれば！）

２００４．０１．２３

　本装置に使う回路は秋月からかった「LM338T使用安定化電源キット」ということは、一番最初に書いたとおりですが、今回製作を再開するにあたり、最終的な部品のスペックを決めようと説明書を良く読んだら、次のことが分かりました。

・LM338Tの許容損失は25Wだが、実際には10Wが実用上限界で、それ以上は強制空冷が必要

　この10Wの計算ですが、入力電圧と出力電圧の差に電流を掛けるというもので、もし、入力を20V、出力を1.2Vで3A流そうとすると
18.8Vx3A=56.4Wで燃えますね。まあそれ以前に制限回路が働くとは思いますが。使っていない分は全部熱になっているわけです。逆に10W以内に納めるには 10W÷18.8V=0.53Aで、電池の代わりにもなりゃしません。まあもうちょっと使ってもいいかもしれませんが、限界が低すぎます。そりゃ無いよ。この電源装置は主にラジオに使いたいので、スイッチング電源はいかがなものかと。あるいはどでかいパワートランジスタを使って作るといっても、それはそれで様々にあらたに部品を買い足さねばなりません。かなり痛い出費だ（これ以上金かけるぐらいなら完成品買った方がマシだ！）。

　で考えたのが、マルチタップのトランスの２次側（例えばAC6V,12V,15V,20V,24V）を欲しい電圧によって切り替える、というもの。LM338Tの出力は3Vドロップすることを考慮して、例えば次のように。

AC6VでDC1.2V〜3V　最大電圧差=6-1.2=4.8V　このとき3A流すと 4.8x3=14.4W
AC12V　→　6V〜9V(6V以下は使わないことにする）　最大電圧差=12-6=6V　この時3A流すと 6x3=18W

AC12V入力で 6V以下を我慢して使わない（あるいは1A程度にする）ようにしても18Wになる。
しかも乾電池3本の4.5Vは定格ギリギリになってとても使えない((12-4.5)x3=22.5W)。
しかも怖いことに、例えばAC6Vレンジで3Vに電圧を調整していたとしよう。そこで間違ってAC12Vに切り替えると、いきなりDC9Vが出てくるという、まことに危険な電源装置になってしまう。といって2A程度で我慢するのも嫌な感じがするんだが。でも一応連続2Aで、たまに3A使うこともある、ぐらいにしたらどうか。

AC12VでDC1.2〜9Vを使うとして、最大電圧差12-1.2=10.8V このとき2A流すと 21.6W

かなり危ない。といって強制空冷はうるさいから絶対嫌だし。
では、ACを細かく切り替えることにして、危険性は運用でカバーすることを前提に考えると、次のような感じか。

電圧を固定で使う場合はAC切り替えすることとし、
AC6V　DC1.2〜3V 2A使うとして損失は 9.6W
AC12V　DC4V〜9V 2A使うとして損失は 16W
AC15V　DC9V〜12V 2A使うとして損失は 12W
AC20V　DC12〜17V 2A使うとして損失は 16W
AC24V　DC17〜21V 2A使うとして損失は 14W
または
AC12V　DC1.2〜9Vで連続可変して使う場合に、損失を15W程度に抑えるには、15÷(12-1.2)=1.39Aまで
AC15V　DC1.2〜12で連続可変して使う場合に、損失を15W程度に抑えるには、15÷(15-1.2)=1.09Aまで

もっとすげえ可変レギュレータを探した方がいいのか！
やっぱパワートランジスタを使ったキットにしとけば良かったのか！

悲しすぎる・・・

といいつつ今日は寝る。

２００３．０５．１８

　やっとフロントパネルだけ穴開けが終わりました。

　まずポンチを打ちます。クランプで捨て板と机を一緒にはさみます。

　バシバシ打ちます。

　それからドリルとリーマーを使い、穴を開けていきます。大体はハンドドリルですが、電動ドリルも一部使ってみました。やっぱり楽ですねぇ。問題はメーター用の大穴で、やはり綺麗に開けたいと思い、円カッター（サークルカッター）を買ってみましたが・・・



　ハンドドリルのチャックには挟まらないし、電動ドリルでやってみたも、手ぶれが酷くてだめです。そりゃそうですよね。こんな形だもの。あぁそれにしてもボール盤の欲しさよ。それで途中までは電動ドリルでやりましたが、これ以上はいくら何でもヤバイ感じがしたので、途中からは手で持ってやってみました。

　うわ綺麗！（左）

　いや〜手でも開けられました。よかったよかった。でも問題は右側。5.5mmの穴の中心がずれてしまってて、円カッター（サークルカッター）が使えません。そのままだとメーター用の大穴がずれて開いてしまいます。7mmに広げて、手持ちの円カッターでやってみてもダメ。たくさんひっかいた跡が写真から解ると思います。

　となれば当然、古より伝わる由緒正しい方法で開けるしかありません。ううむやっぱりこれしかないのか！



まずは罫書き線の内側にドリルで適当に穴を開けて、ニッパでつなげます。



　当然ギザギザができますので、さらにニッパで切っていきます。

　

　写真では解りづらいですが、穴の仕上がりの比較です。やはり一発で開けた穴にくらべて、いかにも素人くさい仕上がりです。



　穴が開くと部品を取り付けたくなってしまうのが人情というものですが、上がやっちまった写真です。まだ他にも開ける穴がたくさんあるんですがねぇ。
　結構カッコイイです。特にパイロットランプが！あと放熱板にも穴を開けないといかんのです。まだ先が長いです。

　因みに、メーターの寸法はずっと電圧計でとっていましたが、その穴に電流計を入れたら何と入らないのです。微妙に大きさが違うのです。これがあの公差というやつでしょうか？まあ一品モノを作ってるので、丸ヤスリで取り付け穴を広げてそれで終わりです。



　強者どもが夢の跡・・・

２００３．０５．０７

　今年のゴールデンウイークは短すぎますね。何もできませんでしたよ。

　電源装置はとりあえず正面だけけがきを入れるところまで。
　綺麗に穴を開けるためには下に木の板を置いておきたいところですが、このケースは三方とも耳を折ってあり、でかい板だとあて木ができません。そこで、合板を買ってきたんですが、それを切るノコが工作用のじゃ文字通り歯が立ちませんでした。それでノコも購入しました。ついでに放熱板の取り付け用ネジ穴を開けるためにタップ＆ダイスのセットも購入しました。ああ、どんどん金が無くなっていきます。

　正面パネルのデザインは結局電源スイッチとDC出力を分けました。これのほうがACとDCの配線を分けられるし、配線も多少短くてすみます。




　あ！電動ドライバー＆ドリルが！

　いやぁお恥ずかしい。１９８０円で近所のスーパーで売ってたもんで・・・。パワーは無い（無負荷で530rpm/min、DC4.8V)のでそんなにうるさくないですよ。そうですねぇ夜８時までに短時間で使うなら問題ないでしょう。ノコのほうがよっぽどうるさいです。

　最近のパネル加工はCADで書いて印刷した紙を貼り付けてポンチ打つのが簡単だそうで、それどころかコンピュータ制御の旋盤まで自作している方もいらっしゃるようでうらやましい限りです。そこで、私もCADだ！とか思いまして、実はAR-CADというフリーウエアのPC-CADを使おうとしました。それはそれで楽しいのですが、使い方を覚える前に作業が終わってしまうぐらい高機能なもので、結局AR-CADは今回は使いませんでした。でも使えたらカッコイイでしょうねぇ。

http://www.shfweb.com/でダウンロード可能です。皆さんも使ってみてはいかがでしょうか。




　罫書きが終わった正面パネルです。46mmの穴、どうやって開けよう・・・・やっぱりドリルで小穴開けて・・・ですかね。スポーンと一発で開けたいもんです。

２００３．０５．０１

・電源
　電源ですが、下のような寸法にしようと思いました。ツマミ類は寄せた方がかっこいいですからね。しかし、これだと内部の配線がかなり長くなるのが問題ですねぇ・・・。まあケースがケースなんで。本当は背高のっぽの、いかにも電源でございという形のケースにしたいところです。ま、組んで発振したらそのとき考えます。ところで、ヒートシンクについてですが、千石の2Fにいきましたら、左横の段ボールに「特価！ヒートシンク」とあって、結構大きくて、かつケースにぴったりのがあるじゃないですか。しかも一個200円。いやぁアキバには行ってみろ、ですね。




　ところが、帰ってからこのヒートシンクをよく見ると、取り付け用の穴はどこにもありません。メーカーも型番も、もちろん熱抵抗もわかりません。しようが無いので、縦横高さを測って、包絡体積を計算し、それを秘密のグラフに当てはめると、大体２℃/Wぐらいでした。悪くはなさそう・・・。穴は3mmのタップで開けてやればいいかな？でも３端子レギュレーターは果たして前に付けるか後につけるか、それが問題だ。




　それと、LM338TのPoは25Wまでで使えと、秋月のマニュアルにはある。えーっすると最大3Aにしようとおもっていたけど、Poで制限されてしまうわけですか。3A出せるのは8.3V・・・ううう25V5Aのトランスを用意したのにそれだけですか？3端子レギュレータ使うのやめようかな、と思うぐらい効率悪くありませんか。さらに、簡易的に計算すると、
　　　　　　　　　　　　　　　　　125-50
ヒートシンクの熱抵抗＞--------------= 3℃/W
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　25

用意したヒートシンクは2℃/W・・・ちょっとツライかも知れない・・・

・そういえば・・・
　全然関係無いんですが、ネットでヒートシンクを調べる時、「ヒートシンク」「放熱器」「放熱板」と３つに分かれおり、さらに「放熱版」という誤字も多数見られました。日本語では一つの物（または現象）をいろんな言い方で言うので、検索をするときは、それらすべてを知らないと、欲しい情報にたどり着けない事がままあります。

２００３．０４．１８

・定電圧電源装置の製作

　まあこれは秋月のキットを箱にいれるだけのことなので、プロジェクトというより、習作です。
　さて、このキットにはレギュレーターLM338Tが採用されていますが、私がいま欲しいのは 1.5V 〜 20V の 3Aの電源です。あと置くところの問題で、ケースが横長であまり奥行きのないものを選択しました。おかげでレイアウトがちょっと難しいですね。それからこのレギュレータでは、入力電圧に比べ、3Vほど出力が低下するので、欲しい電圧＋３V以上の入力ウンヌン、という仕様をすっかり忘れて、アキバで20Vのトランスを買ってきてしまいました。こんな重いものを担ぐのはもうコリゴリなので、結局トヨデンにトランスを注文しました。この20Vのトランスは別な物にでも使いますよトホホ。大体部品は揃いましたが、ヒートシンクだけまだ買っておりません。とりあえず購入した部品の大きさをノギスで測っておきました。

　レイアウトを決めるのが一番楽しいですね。

　パイロットランプははずかしげもなく巨大なものにしてみました。

Topに戻る