電子工作

ニキシー管 IN-17を光らせた

7年前に買ったニキシー管IN-17を光らせました。そのために、まず200 V/8 mAの電源を作りました。1本1.5 mA必要で、4本をstaticに駆動する予定なので、1.5 x 4 = 6 mAです。余裕を見て8 mAとしました。ニキシー管の駆動回路を調べると、ダイナミック駆動が流行りみたいですが、ON/OFFを繰り返すとニキシー管の寿命が縮まるので、スタティックの方が望ましいでしょう。

初めは5Vの電源から200VをNJM2360を使いスイッチング昇圧回路で作ろうとしました。手元のパワーMOS-FETだとON電圧が5Vですので、5V電源を使うなら、パワーバイポーラトランジスタをスイッチングに使うことになります。これだとONにするのに1.5Vでよいです。しかし、トランジスタはスイッチングが遅く、電力を浪費するのと、その分発熱をしヒートシンクが必要となったので、無負荷で一応200Vは出たものの、諦めました。スピードアップコンデンサを入れても、ターンオフ時間は1-3usでした。スピードアップ用CB間ダイオードは耐圧が足りなくて入れず。他のパワートランジスタもだいたいこれくらいの仕様値のようでした。

MOS-FETをスイッチングに使うため、12Vの電源に切り替えました。MOS-FETの場合もそのままではスイッチングが遅いので、ゲート容量を引き抜くために、PNPトランジスタとダイオードを使いました。負電圧で引きぬくというのはしていない。さらにPNPトランジスタのベース-エミッタ間に12 mA程度常時流すようにしたところ、ターンon/offともに100ns以下のスイッチング速度になりました。そうすると、200V 8mA供給している時の発熱も小さく、ヒートシンクが要らなくなりました。2 Wで定格温度の160 degC程度に上がるはずですが、すこし温かいくらいですので、1W以下に収まっているようです。


どこかでジャンクで買ってきたIN-2もちゃんと点灯して良い感じです。

回路定数のメモ。
C = 470 pF -> 50 kHz, on:off = 15us/5us -> output電圧が高いので、off時間内にLは完全に放電する。1000 pFだと25 kHz程度で、負荷が小さいとき間欠発振で12 kHz程度で可聴域に入って五月蝿い。330 pF,72kHzくらいに発振が早いとLは小さくてよいが、スイッチングのロスが多くなり発熱する。NJM2360だと、発振が早いとon/off時間が小さくなり(on時間が相対的に短くなり)、offで完全に放電する今回のoutput電圧では、単位時間あたりに送れる電力が減る。
L = 手巻き~330 uH -> ~2 A peak? Lを減らして6 A peakのときはMOS-FETの発熱がすごい。Lを増やして平均電流を減らすと(on時間のうちに充電する電流を減らすと)送れる電力が減るので、必要なoutput電圧が得られなくなる。手巻した線が細くて、70 degCくらいまで上がるので太い線の330 uHのを買ってくるとよい。
R2 = 470 Ohm, R1 = 100 Ohm, R_BE = 1 kOhm 抵抗を減らしてたくさん電流を流せるようにしたほうがスイッチングは早い。R1,R2が小さいと立ち上がりが早く、R_BEが小さいと立下りが早い。
2SA1015, 1S1588->ショットキーでも対して変わらない。
電圧フィードバック調整: 1 MOhm, 1 kOhm variable(~6 kOhm) 0.2 mA -> 2 MOhm, 2 kOhm variableでもよい。

メモ

ロジックICの在庫をメモしておく、、

74HC125 x1(+alpha) quad 3 state buffer; PC - IC インターフェース用
74HC04 x4, 14069 x2 hex inverter; NOT
74HCU04 x2 hex inverter; unbufferedで発振回路用
74HC14 x6 invert schmitt; 発振回路用
74HC74 x4, hd14013 x1 dual D-type FF
4011 x1 quad dual input NAND
74HC138 x5 3 to 8 invert; ダイナミック駆動用
74HC164 x5 shift register, serial in parallel out; シリ-パラ変換、ピン足りないとき用
74HC245 x2 octal bus tranceiver; バスのgate用

EF-002というCCFL inverterの回路を調べてみた

各所で冷陰極管インバータ回路として数百円で売られている基盤の回路を調べてみました。端にEF-002と書いてありますが、これが基盤の名か?


コイル・トランスを取り出したところ。インダクタについては測るものを持っていないので、発振器が動くようになったらまた追記します。190uHでした。

回路はwikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/CCFL_inverterに載っている一番基礎の回路と同じで、それにICプロテクタICP-F25Wが電源直下に追加で入っており、ベース抵抗はそれぞれ一本ずつの二本という構成になっていました。

電源のデカップリングコンデンサは25V47uF
ベース抵抗は4k7
Qは2SC2235
フィルムコンデンサは0.068uF400V
二次側のキャパシタは33pF3kV
一次側巻線は直流抵抗0。太い線。
二次側巻線は直流抵抗250Ω。細い線。

おいおいトランスの巻線比も交流を印加して調べようと思います。
一次側は3 uH、二次側は6.7 mHでした。一次側のトランジスタのベースにつないである部分は0.8uH程度です。同じコアに巻かれているので、一次側と二次側の巻線比は3:6700 = 1:2230ということでよいのだろうか、、。
とりあえず、10 MOhmの負荷を二次側につないで 2 Vp-p,350 kHzを入力すると(入力インピーダンスが低くちゃんとドライブ出来ていませんでしたが)、出力は46 Vp-pでした。

L1 = 3 uHとC1 = 0.068 uFということは、1/(2pisqrt(L1*C1)) = 350 kHzで一次側は発振する設計になっているようです。
二次側の周波数は負荷によるそうです。