記事一覧 - OUCRC | 岡山大学電子計算機研究会

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SDカードの耐久試験レポート

※この記事で行ったことは真似をしないように！！！何かあっても責任は取りません！！！・・・あらすじ記憶媒体としてよく使うSDカード。HDDや磁気テープとは違い、これはフラッシュメモリを使用しているから磁気を近づけても問題はないらしい。なんだかそう言われると、電気系としては限界を知りたいという気持ちが湧き上がってくる。というわけで、どこまで無茶をするとダメなのかを知るためにも各種耐久試験を行ってみよう。今回試験に用いるのは2GBのSDカード。確か初代3DSに付属してきたやつ。・・・定常磁界を印加してみるまずは定常磁界。これは単純にネオジム磁石でSDカードを挟むだけ。一応、この磁石は公称値で磁束密度が260mTらしい。2600ガウスとも言える。ここで、ふと昔に作った空芯コイルの存在を思い出したので、それも使ってみた。結果は問題なし。普通に読み込めてしまった。・・・変動磁界を印加してみる今度は変動磁界を印加して、誘起電圧による影響を見る。変動磁界は適当に巻いたコイルを適当なコンデンサで共振させて発生させる。駆動回路は過去にも示したハーフブリッジ回路を使用した。結果は問題なし。普通に読み込めてしまった。・・・冷凍してみる今度はペルチェ素子とラジエーターを用いた水冷式冷却機で、一気にSDカードの温度を氷点下まで持っていく。ここで急激に温度を変化させるので、内部に結露とかが生じて何か影響が出るのかな？って予想。電気冷却だと冷凍庫とかじゃできないくらいの温度変化を起こせるのがポイント（数分で氷点下まで持っていける）。結果は問題なし。氷の膜が張ったのにも関わらず、解凍すれば普通に読み込めてしまった。・・・変動電界に晒してみる今度は変動電界にSDカードを晒す。ここで用いるのは少し前に自作した電界結合式ワイヤレス給電装置。極板間にSDカードを入れた状態で電力伝送を行う感じだけど、電界の影響は果たして・・・。結果は問題なし。普通に読み込めてしまった。・・・まとめというわけで、なんとSDカードは無傷だった。頑丈過ぎやしないか・・・。正直言って、コイルの上に置いたときに負荷電流が変化したから、こりゃ壊れたかなとか思ったが全然そんなことはなかった。というか、氷点下14度まで下げたのに普通に動いてるし。もう、これを電気的に壊すには電子レンジに投げ込むしか無いんじゃないかなと思う。それか実験装置の大出力化（今で入力はMax10W）。まあそういうわけで、よほどの環境に置かない限り電気的にはSDカードは破壊されないことがわかった。というわけでSDカードの耐久レポートでした。思ったよりも頑丈なことがわかったので、これからは物理的に破壊されない程度には雑に使っていこうと思う。ちなみに、上記と同じことを磁気カードにやったら即データ消失すると思うから気をつけるように。

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DAISOのLEDライトをパワーアップさせる

DAISOで売っているこのライト。何か新歓のネタになるかなと思い、とりあえず一つ買ってきた。見た感じ、砲弾型LEDが３つだけの構成。パワーが足りないですよね？？？？？そこで、早速ばらしてみた。リフレクタが有るからそのままでも十分明るいけどね～～。少し悩んだけど、結局正面カバーを破砕して回路を取り出した。一応、回路を上に押し上げると外せそうでは有るんだけども、面倒なので・・・。   見た感じ、チップ抵抗で電流を制限したLEDが3並列って構成？ LEDの並列接続はあまり良くないと思うけど、パワーLEDじゃないからいいのかな。チップ抵抗は何Ωだったのか不明。6R8に見えるけど、6.8Ωなわけないよな・・・。  ・・・  さて、早速改造していく。今回は裸の1WLEDを取り付ける予定。   まずはチップ抵抗と全てのLEDを取り外す。ハンダゴテで適当にやれば外れる。次に電流制限抵抗を用意する。今回は順方向電圧3.2VくらいのLEDを使うので、電源を4.5Vとして残りの1.3Vで300mAくらい流れるようにすればいい。容量は1Wを最低とする（余裕を見て）ので、今回は10Ω0.5Wの3並列とした。これで等価的に3.3Ω1.5W。  ピークで390mAくらい流れてしまうけど、まぁいいや。そもそも、スペースが殆どない状況での改造だから無理があるのはご愛嬌。スペースがあれば定電流回路とか発振回路を入れたいところだけども。   早速用意した3.3Ω抵抗器をチップ抵抗の代わりに取り付ける。ショートしないように背面は絶縁しておくと安心。私は絶縁テープを敷いたけど、ぶっちゃけ何でも良いと思う。   あとは表面に1WLEDを取り付けて配線すれば完成。一応、LEDに熱伝導性の両面テープを貼り付けて基板にくっつけているけど意味はないと思う。放熱は考えない。   電気的な改造はこれで終わりなので、最初に破砕したパーツを3Dプリンタで印刷して組み上げ。最後に、損失とか考えておこう。抵抗では3.3Ωに1.3Vがかかるから、損失は約500mW。定格的にも大丈夫。 LEDは3.2Vで390mAだからピークで1.2W？・・・放熱がまずいなあ。                      ・・・   そこで、更に改造。道具箱を漁ったら星型放熱板に取り付いたLEDを見つけたのでこれに換装する。電気的特性はほとんど同じ（電源で確かめた）だから、単に交換するだけでOK。適度にハンダの煙を吸いつつ、うまいことはんだ付けして換装する。ここで問題発生。なんと、放熱板の厚みが悪さをして正面カバーがはまらない。そこで、リフレクターを廃棄して新しくスペーサ（直径23.4mmの円筒）を自前の3Dプリンタで印刷した。厚みは1mmだけど、力のかからない部分なので大丈夫。   これでパーツが揃ったので、さっと組み立てて今度こそ完成。これにて終了。夜道を照らすくらいなら十分すぎる明るさになったと思う。製作費用は本体代￥100円を含めて￥250くらいでした。

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スピーカー直したり直せなかったり

ふぉです。おはようございます。電子工作って言ってますが技術的な話はほぼありません。ごめん。あーし、電子工作とかそーゆームズいことわかんないんだわ（ギャル）。部室のスピーカー壊れてるやつばっかだよなという話になったのは、部室のスピーカーの電源ボタンがめり込んだ事件がきっかけだったと思います。正確には覚えてない、もしかしたら記憶改変が起きてるかもしれません。とにかく、ボタンがめり込んじゃったとの報告を受けたので実際に部室に行って見てみると、そこそこ長さがあって出っ張っているはずの、到底内側に陥没するとは思えないサイズのボタンが見事に内部に落ちて取れなくなってたので笑いました。このパーツ普通に使ってて内側に落ち込むことある？？？とりあえず分解して元の位置に戻して、再発しないように固定だか接着だかの処置をしておこうと思います。ボタンを救出しに行く背面のネジ穴にドライバーをぶち込みます。と思ったら穴がメチャクチャ深かったのでネジの種類がわかりません。スマホのライトで中を確認したところたぶんプラスドライバーで行けそうです。サイズがわかりませんが。適当に色々突っ込んでみますが、奥のネジまで届く長さのドライバーがこいつしかなかったのでこれでいきます。回して開けます。開けたらボタンくんが無事に見つかりました。マジでどうやって落ちたん？これ。確かにLEDにグルーガンで接着されていた部分は剥がれていましたが、ボタンの裏についている四角い穴がスイッチ部分に数mmほど差し込んであるはずです。なんで？と思いましたが、たぶんONにしてスイッチが引っ込んでいるときにボタンだけ引き抜いて斜めにグリグリ回したら外れて落ちますね。スイッチから抜けないようにLEDだけでなく四角い穴のほうにも接着剤を盛っておきましょう。 ……これ見てる部員の方はくれぐれも試さないでね？接着グルーガンで接着剤を盛り盛りします。幸いグルーガンもスティックも部室にありました。とはいえ段ボール箱に電気工具がまとめてぶち込んであったので探すのが手間でした。物品管理アプリを完成させるまでに整理したいと思います。 LEDとスイッチ穴の部分に盛り盛りしてくっつけます。あとは筐体を元通りにねじ止めして終了です。このスピーカー片方音出ないんだよね「だいぶ前から。」「…マジ？」 VR用のマシンに繋がっているスピーカーですが、左から音が出てなかったみたいです。VR中はスピーカーが向かって右側に置かれている関係でマジで全く気付いてませんでした。どうせ断線とかだと思うので原因特定だけして、直せそうだったら直してって感じになると思います。では分解。早速音が出ない左スピーカーの抵抗値を測ってみますが抵抗値はほぼ0。線が断線してるんじゃないかなぁということで、反対側の筐体内にある基板を出してみます。画像左の黒い線が左スピーカーに続く線なので、根元のはんだ付けされている部分を使って抵抗値を測ってみたら結構デカい数字が出ました。回路的には線の有無以外に差異はないはずなので、線が断線していなければこの2つの測定結果はほぼ変わらないはずです。しかし実際は大きく抵抗値に差が出ているので、線が断線しているものとみて間違いないでしょう。なお部室に替えの線になりそうなものはなかったので、原因の特定だけしましたよということで元に戻して終了です。2Dさんお手伝いありがとうございました。それはそうと、結局直ってないので誰か修理やってほしい。というか線買って直すかスピーカー新しく買うかしないとやばいですね。ハードオフあたりで電子工作のオモチャも兼ねて何か良さげなスピーカーを見繕ってくることにしましょう。それでは、また。

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ワイヤレス給電用　送受電コイル

Φ0.35mmのエナメル線を直径50mmの円状に10m巻いたもの（2.8Ω/350uH）。初期の頃に使用していたが銅損が大きく、効率も悪いので今は使用していない。

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ハーフブリッジ回路ができるまで　その6

６．後日談どうも最近知ったのだが、私のようにブレッドボードで数百kHzを出すのは異端らしい。確かに考えると、接触抵抗や寄生容量、浮遊インダクタンスの宝庫みたいなブレッドボードで500kHzなんて周波数を扱うのはまずい。というか、原因不明のトランジスタ爆発や回路の焼損はこの寄生容量やインダクタンスによるものな気がする。今後は気をつけよう。７．ギャラリー最終型の回路図

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ハーフブリッジ回路ができるまで　その5

５．スナバ回路＆ブートストラップ回路の導入（～2MHz）ハイサイドのPchをNchに交換することにした。そこで生じるゲート電位の不都合※はブートストラップ回路で解決する。しかし、このときの回路ではノイズが激しく、電源電圧を9V以上にすると異常発振を起こして回路が燃えてしまう事がわかった。そこでスナバ回路を導入し、サージ電圧を低減するようにした。このスナバ回路の効果は素晴らしく、電源電圧を最大20Vまで引き上げることに成功し、動作速度では最大2MHzにも達した（数百mA以上を流す場合は500kHzまでだが・・・）。スナバ回路はRCD型を採用したが消費電流は10mA以下と、安定して動作してくれている。現在はこの回路が最新。 ※Nchはゲート電位がソース電位に対して高い場合（しきい値電圧次第）にONする。しかし、ハイサイドをNchにしてしまうとソース電位が電源電圧と同じ電位になってしまい、ハイサイドをONするには電源電圧以上の電圧が必要となってしまう。一般に、回路内での最大電圧は電源電圧であるためこれでは不都合が生じる。   なお、スナバ回路の素子定数は実験的に決定したため、理論的な計算は行っていない。

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ハーフブリッジ回路ができるまで　その4

４．停滞期（発振回路で遊ぶ）ゲート電位の問題を解決できなかったので、Pchが吹っ飛ばないように祈りながら回路を使っていた。また、この頃からパワーLEDで遊ぶようになり、オペアンプで発振回路を組んだり、トランジスタで定電流回路を組んでいた。特に矩形波発振回路は面白く、理論式の導出も行った（使用していたオペアンプだとスルーレートに制限され、100kHz程度で発振が限界を迎えるのだが）。なお、この回路はかいわれ大根栽培装置に応用されている。

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ハーフブリッジ回路ができるまで　その3

３．SEPP回路の導入（～500kHz）この頃から、どうもコレクタ負荷から信号を取り出してFETを駆動するのは遅いと勘付き始めていた。そこでSEPP（Single Ended Push-Pull）回路を導入してFETのゲート容量を高速に充放電することにした。また、それに加えてFETの寄生容量とゲート抵抗による過渡現象も考慮して回路を改修した。それが以下の写真である。結果は大成功。ついに500kHzの壁を突破し、目標を達成した。ここからしばらくはこの回路でワイヤレス給電の実験を行うことになる。とはいえ、この回路は時々ハイサイドのPchMOSFETが吹っ飛ぶという欠陥を抱えていた。オシロスコープで各FETのゲート電位を見ると、特にハイサイドのPchでしきい値ギリギリの弱々しい波形が見えた。これでは動作はしても大電流を負荷に供給することができない（これが高周波域で負荷を接続すると大きな電圧降下が起きる原因だと思われる）。更に、ハイサイドがPchMOSFETだから高速化に限界が見え隠れしている。まだまだ改善が必要だ。

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ハーフブリッジ回路ができるまで　その2

２．ディスクリート化（～300kHz）市販のICでは高速化に限界があると思い、ディスクリート部品でハーフブリッジ回路を組むことに。この頃はSEPPなどを知らなかったものだから、エミッタ接地のC1815トランジスタに付けたコレクタ負荷から信号を取り出してFETを駆動させていた。こんなものでも100kHzの壁を超えることができた。とはいえ、単にトランジスタに100kHz以上の信号を入れるだけでは動作しない。これは少数キャリアの蓄積効果によるものであり、C1815なら大体1kHz以上で動作しなくなる。解決策は簡単で、ダンパ抵抗に並列にpFのコンデンサを入れるだけ。これをスピードアップコンデンサと言い、信号の立ち上がり時には瞬間的にCのインピーダンスが0になり、高速にベースへ電荷を注入できる。また、立ち下がり時にはCによってベース電位が負となり、高速に電荷を引き抜くことができる。容量はごく小さなもので良いのだが、私は何故か1000pFを入れていた。   しかし、依然として500kHzには届かない。まだまだ改善が必要だ。

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