PWM式自動加減速コントローラ（パワーパック）の製作～試作編～

2014年11月30日の日記

先週，設計が完了しました。3連休だったので，試作までしたかったのですがプリント基板の設計に手こずり，今週に持ち越しとなりました。それに，やはり設計していたときは気づかなかったミスがあり，試作段階でかなり修正する羽目になってしまいました。

試作後，一応テストに合格した回路を示します。

 

ちょっと複雑で見にくくて申し訳ありません。クリックすると拡大します。なお，出力部分に入っているメータやコイル，コンデンサはメータをつけなければ不要です。コイルとコンデンサは本機はパルス式のため，電圧計を使用すると指示がおかしくなるため，パルスの平滑回路としてつけています。 

回路は3つに分かれています。

一番上の部分が走行電流を制御する部分で，実物の電車なら"主回路" ですね.....(^^;)。

制御素子は普通のバイポーラTrを使っています。実車で使われているサイリスタとか，最近はIGBT（ゲート絶縁型バイポーラトランジスタ）も小型のものが市販されているので，こういうのを使えば本物の電車と一緒ですね.....。でも，何事も古いものが大好きという変なオヤジなのでわざわざ30年以上前の素子を使っています。MOS-FETなんてあり得な～い! IGBTもオーディオのアンプでも使われたTO-3Pのパッケージのものが売られていますし，ルネサスのRJH60D5DPKなんてのがマルツでも売られていて，こんなの使うとぴったり，と言う気もするんですけどね。驚いたことにこんなに小さなパッケージなのに37Aも流せます。なんか技術の進歩に驚かされますね。それと，PWM=チョッパ制御なので，サイリスタを使う，と言うことも考えられますが，サイリスタはドライブ電流が大きく，主回路電流の数分の1くらいになってしまい，数100mAの電流が必要です。これがサイリスタの欠点ですね。最近の電車でGTOサイリスタじゃなく，IGBTが使われる理由のひとつがこれです。東芝のSF2B41とか小型でよく使われたサイリスタがありますが，定格は100V，3Aで鉄道模型にぴったり，と言う気がしますが，これもドライブ電流は100mAも必要で，ドライブ回路が難しくなります。

使ったのはいつも通り普通のバイポーラTrで，松下の2SD317Aです。もう40年くらい前の素子だと思います。表面に錆が出ていて古ぼけていますが，使ってやろうと思っています。ずっと長い間，保存してきたものですしね。なお，これは試作段階だけで，本格的にケースを作ったらUFOみたいな形をしたメタルキャンのTO-3型Trに取り替えるつもりです。この形のTrも好きで，昔から集めています。

0.56ΩとQ3 2SC3198の回路は過電流制限回路です。

ここは今はポリフューズ（ポリスイッチ）を使うことが多いと思います。たった1個のセラミックコンデンサみたいな部品で保護ができちゃうなんてすばらしいと思います。実際，私もTomix5001改PWM式コントローラのときに使ってとても具合がよかったので，これでもよかったと思います。

でも，まだ何か信用できません。その昔，中学生の頃，半導体でA級アンプを作りましたが，当時のアンプの製作記事には必ず出力の回路には保護用のフューズが入っていました。でもたいていはマーフィーの法則 "半導体に保護回路を入れると，半導体が壊れて保護回路を保護する"  のとおり，先にTrが飛んでしまいました。このときのトラウマでどうもフューズと名のつくものは信用できません.....。

この過電流制限回路は半導体を使っているので応答が早く，しかも自動復帰するので信用できます。なお，この保護回路は過電流になっても設定した電流を流し続けますので，ショートしたらすぐに車両を取り除いてください。本当は過電流を検知したら自動的に出力電流を絞り込む，ホールドバック型保護回路にしたかったのですが，負荷電流が1Aと低すぎ，電源回路の教科書を引っ張り出してきて実際に設計してみたらうまく定数を決められませんでしたのであきらめました.......orz。

その下の回路は "ゲートアンプ" です.......(^^;)。

この部分は555 ICで三角波を発振させ，コンパレータでPWM波を作って2SD317Aをドライブします。サイリスタと違ってトランジスタなのでドライブ電流は主回路電流の数百分の1になります。ダーリントン接続していますから，実際のドライブ電流は数10μAのオーダーです。

一番下は自動加減速を実現するための基準電圧を作る部分です。

緩慢に電圧が上昇，下降するようにCRの時定数を用いています。キモは2200μFの電解コンデンサです。ここに電流を充電して力行し，放電させるとブレーキになります。

力行時は普通の10kΩのボリウムで加速度を調整しています。

一方，ブレーキ時はLEDとTr（Q5）を組み合わせた定電流回路で放電するようにしました。Trのバイアス電圧を可変して放電電流すなわちブレーキを調整します。

ここは従来のトラコンでは普通の可変抵抗を使うだけです。昔のTMSやNHK出版の "鉄道模型のエレクトロニクス工作" などに出ている回路もこうです。

ところが，これらの回路は力行・ブレーキの切り替えにスイッチが必要です。というのは，ブレーキ用の可変抵抗がコンデンサにパラに入るため，力行時にもコンデンサは放電している状況となってしまうからです。 これは具合が悪いため力行，ブレーキで可変抵抗を入り切りするようになっているのです。

でもこれは不便ですね。いちいちブレーキをかけるときにつまみを回すだけじゃなく，スイッチで切り替えないといけないのは困ります。突然，踏切に自動車やトラクターが現れたり，飛び込みがあったり，Nゲージなんてまったく興味のない嫁はんがレールを引っかけて脱線した，というようなときにスイッチを入れてブレーキをかけないといけないというのはダメですね。おまけに「ちゃんと下を見ろ!」なんて怒ったら逆ギレされますから......怖っ!。

と言う次第で，私はこの部分は定電流回路にしています。2SC3198のバイアス電圧以下にしておくとこのTrがカットオフしてブレーキ回路に電流が流れないので，通常の電車同様，ブレーキ用のツマミを回さない限り，コンデンサは放電しないようになっています。突然飛び込みがあってもツマミを急に回せば急ブレーキがかけられます........(^^;)。 

なお，ブレーキ回路は普通のボリウムを使って連続制御? しています。最近の電車はブレーキまでノッチになっていて，ここをロータリースイッチを使ってそういう風にしてもよいのですが，古いもの大好きなオヤジなので全電気指令ブレーキは嫌いでやはり電磁直通ブレーキにしてあります......(^^;)。

電車のブレーキは80系など旧型電車は気動車や機関車同様，自動ブレーキでしたが，101系以降の新性能電車はセルフ・ラップ弁を用いて電磁直通ブレーキを用いています。ブレーキ制御弁を開け閉めするだけの自動ブレーキと異なり，ブレーキ力の可変が容易で応答速度も速いので，新幹線0系にも用いられています。自動ブレーキはブレーキ制御弁を開けている時間によりブレーキ力が変わり，調整が厄介です。"ブレーキ" 位置と "重なり" や "緩め" 位置に交互に合わせたりして調整します。電磁直通ブレーキは自動車みたいにハンドル角度で自動的にブレーキ力が決まり，運転もしやすいのです。

一方，電空変換弁を用いればすべて電気でブレーキ力を指令することもでき，205系以降の在来線や100系以降の新幹線は全電気指令式になっています。ブレーキ指令線を4本とか7本使って，それぞれの電線が加圧されたことによりブレーキ力を可変します。それでブレーキハンドルもノッチ式になっています。

今回のコントローラもボリウムじゃなく，ロータリースイッチにすれば全電気指令式に変更できますので，ご興味のある方は試してみてください。 

さらに，ブレーキもロータリースイッチにするとマスコンと一緒にしてワンハンドルタイプにもできます。ただ，私はこれも大嫌いで，実際の電車はほとんど今はこうなのですが，運転台の後ろからのぞいてみるとなんか間が抜けているように見えるのでとても好きになれません。慣れない運転士さんが何度も終着駅の車止めに突っ込んだ某私鉄もありましたしね......。それに，いったんブレーキを緩めてから力行する形になるので勾配区間の駅だと一瞬バックしてから走り始めてこわいですね。こうならないよう，"勾配起動" というボタンがついている電車もありますけど。昔の2ハンドルタイプの運転台の方がかっこよく見えるので自作のコントローラでは作らないと思います......(^^;)。

さて，今回は前回のPWM式コントローラにはない常点灯回路をつけようと思っています。もちろん，前回のPWM式コントローラでもPWM式なので常点灯には対応しています。ただ，前回のものはツマミをほんの少し，回転させた状態で止めておかないと常点灯になりません。回しすぎると電車が動き出してしまうので，毎回，微妙な位置で止める必要があり，結構面倒です。今回は，スイッチを入れるだけで自動的に前照灯，室内灯が点灯し，マスコンを完全に戻した状態でも自動的に点灯するようにしたいと思います。

回路的にはノッチオフの状態でもごく小さなデューティ比でパルスを出力するようにしておけばよく，制御Tr（Q1）のベースにごく低いデューティのパルス電圧を印加すればよいのです。デューティが大きくなるとそちらのパルスを優先すればよいのですが，意外に電子回路的にむずかしく，最初に設計したものでは動きませんでした。

電子回路的にはこの部分をOR回路にしておけばよいのですが，わざわざ7432などのTTLゲートICを用いるのも大げさだし，何とか簡単にしたいところです。 ここが今回，一番苦労したところでした。

 コンパレータ出力の合成

コンパレータは前回に書いておきましたように，出力はオープンコレクタになっています。出力は抵抗値の変化（スイッチ）として現れ，電圧ではありません。そこでプルアップ抵抗を挿入して電圧の変化として出力するようにしています。

　走行中とノッチオフ時の出力波形

走行中の場合は走行用のコンパレータ出力のQ1がoffになっている時間の方がQ2がoffになっている時間より長く，問題はないのですが， ノッチオフすると（厳密には本機は自動加減速なのでノッチオフしてもパルスが残っていて，完全に停車した状態のことです），常点灯のみパルスを出力するようにします。このとき，Q1がonで，Q2がoffになっています。逆流阻止用ダイオードd1がないと電流がQ1にながれ，パルスが出力されませんが，d1があると電流は→のように流れ，パルスを出力します。常点灯しないときもおなじで，d2がないと走行用のパルスがQ2に流れてしまい，出力されません。

こうして結局，2つのコンパレータ出力に逆流阻止用のスイッチングDiを入れて解決しました。LM393の2つの出力に入っている1SS133がそれです。ROHM製の非常に小さなガラス封止のダイオードで，鉄コレの前照灯回路などで使っています。残念ながらROHMさんはリード線タイプの小型ダイオードを製造中止にしてしまったようで，このダイオードも製造中止で，在庫限りのようです。それに，保護回路に入っている0.56ΩはPanasonic製ですが，松下さんは来年3月，リード線タイプの抵抗の製造を取りやめるそうです。ディスクリートの半導体もどんどん製造中止になっており，いよいよリード線タイプの抵抗すらなくなっていきそうで，電子工作もできなくなりそうです。

　保護回路の0.56Ω 2W酸化金属皮膜抵抗

Panasonicはこのタイプの抵抗の製造を来年3月で終了するようです。いつも部品を買いに行く秋葉の部品屋の親父さんから聞きました。残念なことです。 

　感光基板で作りました。 

この基板パターンは後でいろいろ修正しましたので，実際の基板はこの通りじゃありません。どうも申し訳ありません。 

　完成したプリント基板 

プリント基板は100×33mmの大きさです。基板上に全部の可変抵抗を載せてしまいました。こうしないとあとの配線が大変ですので。前回，シリーズレギュレータ式の自動可変速コントローラを作りましたが，回路自体は簡単なのに可変抵抗と基板の間の配線がすごく大変で苦労しましたので，今回はすべて基板上に配置しました。 アルプスなどから基板用のボリウムが出ていて，基板の製作が楽になりました。

なお，制御Trの2SD317には試作段階のため放熱器を取り付けていませんが，本格使用の場合は7805など3端子レギュレータ用の小さなもので結構ですので放熱器をつけてください。 また，TrはNPNでIC＞3A位のパワーTrなら何でも使えます。ただ，できるだけhFEが大きいものにしてください。VCEOが大きいTrにはhFEが小さいものがあります。ダーリントンTrが入手できたらダーリントン接続せず1個で済みます。そのほかのTrも入手しやすいもので結構です。2SC3198はこの前，Cherryの6石スーパーラジオのキットについていたものの流用です。2SC372で作ったので，余ったいらない子です。私も会社ではいらない子なので.......orz。まだ入手しやすい2SC1815で十分です。ただ，コンデンサの充電経路にある2SC2383（VCEO=160V, IC=1A）は少しICが大きめのものが必要です。

　テスト中の様子

3つLEDが見えますが，基板上の2つはブレーキ用の定電流回路（赤）とPWM発振モニタ用（ピンク）のものです。わかりにくいですが，右側の出力に負荷用のLEDをつけています。これには昔のKATOの電機から取り外したオレンジ色のLEDを使っています。昔はこんだけ輝度が低かったんですね。点灯しているんだかどうだかわからないくらいです。

　常点灯パルス

ノッチオフして，主回路電流? が0の状態でもパルスが出るようにしました。一応，半固定抵抗で調整できるようにしています。最大デューティは13%くらいです。ただ，少し可変範囲としては大きすぎで，最大位置では電車が動いてしまうと思います。実際の鉄道模型では▲のオシロ波形のように，ほんの数%のデューティでいいと思います。

なお，テスト中は出力電圧が9VのACアダプタを使っていたので，ピーク電圧は9Vほどです。 また，チョッピング周波数は201系にあわせて300Hzと，一般車両用に20kHzに可変できるようにしています。300Hzだと本物のチョッパ電車みたいにプーッと言う音を立てて模型が走行します。ほかの模型だとこれじゃおかしいので，そのときは20kHzにして走行します。このときは可聴帯域外なのでチョッピング音は聞こえません。

なお，ケースに入れるときは12Vのスイッチング電源を搭載する予定です。本当言うと，出力のダーリントンTrと過電流保護回路の電流検出抵抗のせいで，2V程度，電圧降下するので14V程度のスイッチング電源を使用する方がよいのですが，555などの耐圧が16Vなのでこれ以上の電圧のものは使用できません。なお，本機はちゃんとツェナーダイオードで出力電圧が12V以上にならないよう設計してありますので，出力電圧が12Vを超えることはありませんので安全です。

　力行中

力行時はこのようにパルス幅が広がっていきます。自動加減速としたので，このパルス幅はゆっくりと広がっていきます。1～3Nに投入すると一定のデューティのところで停止します。そのまま保持すると一定の速度で走行します。

　最大速度時

4Nに投入し，数十秒経つと完全にデューティが100%近くになり，最高速度になります。このままの状態でノッチオフするとゆっくりとパルス幅が狭くなっていきます。ブレーキ用可変抵抗（VR3）を操作すると急激に低下します。もちろん，減速の度合いは可変することができます。あまり急ブレーキをかけるとお客様から苦情が来ますので注意しませう。それに，最近の電車は運転状態が記録され，あとで助役さんからきつくお叱りを受けますので注意しませう.....(^^;)。

さて，ようやく基板ができましたので格好良いケースに収めて完成としたいと思います。 

 

2014年12月7日追記

NHK出版からこんな本が出ていたのを最近知りました。オーディオアンプの製作記事などでもよく知られている長真弓氏が書かれた本です。氏の執筆したアンプの製作記事や本は持っていますが，この本のことは知りませんでした。早く見つけておけば，と思っています。自動加減速コントローラや自動往復運転装置，DCCについても解説があり，とても貴重な内容です。初版は1984年のようです。

 近くの図書館で借りてきました。

なかなか図書館にもない，と言う話がwebにでていますが，近所の図書館で検索したらありました。ただ，さすがにもう年月が経っているので閉架式書庫に保管されていました。相当汚れていて，よほど貸出があったような感じですが，もう読む人もいないのでしょう。 早速，スキャナを持っているのでpdfにしてしまいました。

 自動加減速コントローラ

何で本を押さえているんだ，と言われそうですね....。▲の記事では制御Trに東芝の2SC2535（VCEO=400V,IC=5A）を使った3段ダーリントン回路になっています。ブレーキは自動ブレーキを模擬しています。 後半に非自動加減速のPWM式パワーパックの記事が出ています。こちらの方は制御Trは前回書いた東芝のダーリントンTr2SD686を使っています。たぶん，元の記事としてはこちらの方が執筆時期が古いのだと思います。

NHK出版の電子工作関係の本だとホビーエレクトロニクスやホビーテクニックというシリーズがあり，私も何冊か買いました。書き下ろしのものや "電波科学" という雑誌の工作記事などをまとめたものが多かったですが，いずれもとても高度な内容で，今この本に載っているような回路を作れる人がどれだけいるのか，というくらい高度な内容でした。その割に初心者向けにやさしい解説もついていて，とてもよいシリーズだったと思います。最近はこういう本がなくなってしまい，非常に残念です。私はこういう本を読んで勉強したし，実際にものを作って遊ぶことができました。今の子はこんな本もないし，部品もないし，勉強できませんねぇ～。昔はよかったな～～.....（泣）。

コメント 38

こんばんわ。
ご無沙汰しています。
トップページの登録ミスで、アップされているのを見逃していました。
その節は本当にお世話になりました。
レイアウトの作成中で、コントローラ単体にするのか、コントローラ盤方式にするかで、未だ悩んで…(^^;
まだ、完成に至っていません。
やっぱり、プロが制作されると…。
あの基板のきれいさには、びっくりしました。
説明も、やっぱり違いますね。
読み込んで、勉強したいと思います。
by ぼち吉鉄道 (2014-12-13 20:10) 

ぽち吉鉄道さん

どうもいつもご覧いただき，大変ありがとうございます。

レイアウトを作っておられるとは素晴らしいです。ぜひ頑張ってください。

なお，本コントローラはまだケースに入れていないのでオシロで動作を確認しただけです。またケースに入れるといろいろトラブりそうなので完成したらまた記事を書きます。

なお，基板については万能基板が嫌いで，失敗のもとと考えているのでいつもプリント基板を作ることにしています。某有名アンプ作者はいつも万能基板ですが，よくこれで作れるな，と感心しています。
by iruchan (2014-12-13 20:47) 

・・・むずかしい・・・
でも、完成した時には、マネさせていただきます。

パーツと配線が判ればなんとかつくれそうです（笑）
by suzuran6 (2014-12-18 19:03) 

suzuran6さん，どうもいつもご覧いただきありがとうございます。

回路については実際に模型を走行させてみてまだ変更が出てくると思います。完成時に最終的な回路や基板パターンを載せるつもりです。

またよろしくお願いします。
by iruchan (2014-12-19 07:16) 

私のところには　更新通知が出ませんでしたので気づきませんでした　で、ぼち吉鉄道さんに言われて来たのですが　私には難しくて理解できないようです　何しろ無類の電気音痴なもので・・・・・・（ｖｖ；　でも、頭無いなら無い成りに　この回路図を先ず勉強させて頂きます　でも、無理だろうな～　そして基板の製作だって判りませんので　絶望的です（ｖｖ；
by トータン (2014-12-29 11:52) 

トータンさん。どうもいつもご覧いただきありがとうございます。

回路についてはちょっと複雑ですが，いずれ最終版の基板パターンを載せるので，それを感光基板で焼いていただければ作れるようにしたいと思っています。

なお，感光基板も私が持っているのが在庫切れになり，新しいのは品種が変わり，感光剤などもすべて買い直しになるので，アイロンを使った方法を試したいと思います。そのときは作り方も書きたいと思っています。
by iruchan (2014-12-29 15:19) 

こんにちは。ブログを拝見させてもらっている者です。。。
回路を作らせてもらったんですが、マニュアルモードに切り替え、ボリュームをどの位置に回転させても１２ｖのままで０ｖにならないみたいです・・・

オートモードの時は、動作良好なのですが・・・

by 快速野辺地 (2015-01-25 22:57) 

快速野辺地さん，どうもいつもブログをご覧いただき，ありがとうございます。早速制作していただいた由，大変恐縮です。こちらはまだ未完成で，ケースに入れていません。

一応，バラック状態で試験して正常に動作しています。

マニュアル時に最大出力固定となってしまっているとのことですが，まず，コンパレータLM393の#3ピンの電圧が，正常だと3.8V～8.2Vくらいの範囲で変化するはずですが，おそらくここが12Vとかで動かない状況だと思いますのでテスターで調べてみてください。

そのあと，直接ボリウムの#2ピン（真ん中）の電圧がスムーズに変化することを確認してください。ここは，先ほどの電圧より少し低めの範囲で可変するはずです。

こうなっていないとマニュアル時に速度を可変できません。一度，ボリウムからコンパレータまでの配線を確認してください。

なお，テスト時は常点灯の方の回路を切っておいた方がよいです。


by iruchan (2015-01-26 06:48) 

コンパレータの３番ピン～ＧＮＤをデジタルテスターで当たったところ、出力が安定したのですが、放すとまた強弱が付けられない状態になります・・・

一応、石を交換してみたんですが現象改善できず・・・暗礁に乗ってます（＾　＾；）

自動／手動切換スイッチの手動側を空ピンになってる状態からＧＮＤにしてしまうのはありでしょうか。。。
by 快速野辺地 (2015-01-26 21:56) 

ＧＮＤにつないでもだめっぽいですね・・・さっき実験してみましたが・・・
by 快速野辺地 (2015-01-26 22:04) 

どうもご連絡ありがとうございます。

おそらく，ご教示いただいた現象から考えて，10kΩの可変抵抗VR2のマイナス側が浮いている状態だと思います。ハンダ付けがテンプラハンダになっていないか，電線を引っ張って確認してください。

さらに，最初のお問い合わせの回答に書いてあります通り，この可変抵抗の摺動子（真ん中）～GND間の電圧はどうなっていますでしょうか。

回路図では3kΩを介して接地していますが，直接，グランドに接地でもよいので試してみてください。

ICは関係ないと思われます。ICの#3ピンを接地すると出力は０になるはずです。そうならないとするとどこか配線ミスがほかにあるかもしれません。
by iruchan (2015-01-26 22:42) 

マイナス側を直接接地しなおしてみましたが・・・相変わらず・・・
可変抵抗の摺動子（真ん中）～GND間の電圧は可変できているようです。（０～９．４７ｖテスターで確認）





by 快速野辺地 (2015-01-26 23:14) 

快速野辺地さん。

どうもまだうまくいかないようですね。

次はQ4のTrのチェックをお願いします。死んでいないか，電極を間違えていないでしょうか。ここはコンデンサの充電電流が流れるので，VR1が0Ωの状態だとかなり大きな電流が流れます。それでちょっと大きめのTrにしていますが，ここを普通の小型Tr（2SC1815など）にしておくと壊れる可能性があります。

また，現状，autoでもうまくいっていないと思います。4N以外はデューティが100%にならないはずですが，快速野辺地さんのはどのノッチでも最終的に100%になっていると思います。

あと，VR1を出てからコンパレータLM393の#3ピンへ行く配線がどこかに触れていないか，チェックしてください。回路図がso-netは画像でしか投稿できないので見にくいので申し訳ありませんが，この配線はどこにもこうさ（接続）しませんので注意してください。
by iruchan (2015-01-27 06:45) 

こんばんは。
全部のトランジスタを外して検査しても、異常はありませんでした。
充電経路のＴｒは２ｓｃ３５１９Ａを使用していますが、大きすぎでしょうか？

試しにマニュアルをオミットする意味で、ＶＲ２を外してオートで走行した所、３Ｎまではフルにならず、４Ｎを入れて数秒で９Ｖ近くまで上昇しました。　現象？なんでしょうか、ブレーキ用のＶＲを操作すると、ブレーキＬＥＤが消えたり点いたりしますね。。。

復位して、マニュアルにしても今までと現象変わらず（出力は測ったら９Ｖぐらい）・・・　でも３番ピンとＧＮＤ間にデジタルテスタ（電圧計）を当ててＶＲ２を操作すると、ちゃんと可変できてるという・・・　現状、そのループです・・・

マニュアルはとりあえず、オミットしとこうかなと(- -;)
by 快速野辺地 (2015-01-27 20:29) 

どうもコメントありがとうございます。

SPICEでシミュレーションしてみました。自動・手動切替スイッチをmanualにし（コンデンサ充電経路の接点は開放），各ノッチで調べてみましたが，ちゃんと動作します。

と言う次第で，回路は間違っていません。

ブレーキ用のボリウムを操作するとLEDが点灯するのは私も試作しているときに経験しました。ただ，これは誤配線だったようで，正常動作するようになると常に点灯するようになるはずです。ブレーキハンドルを操作すると点灯したりしなかったりすると言うのは異常です。

ただ，このとき何を間違えていたのか，思い出せません。

2SC3519Aは大きすぎますね。出力の制御Trでも十分すぎるくらいです。ただ，大きいからと言って問題ありません。

なお，SPICEで調べてみましたが充電電流は最大220mAのようです（加速用VR1が0Ωの時）。2SC1815だとmax.150mAですので使えません。

それと，すべてのTrが生きているとのことですが配線時に電極を間違えていないでしょうか。

残念ながら回路は間違えていませんので，ほかの原因としては誤配線かテンプラハンダになっていて回路がつながっていないと考えられます。

by iruchan (2015-01-27 21:52) 

何度か配線も見直したんですが・・・マニュアルだけは、一向に改善しませんでした・・・

とりあえず現状はオミットしとく形で、走らせます。。。

何度もご教示いただき、ありがとうございました。。。
by 快速野辺地 (2015-01-27 23:39) 

快速野辺地さん

どうもお役に立てず申し訳ありません。spiceでのシミュレーションでもちゃんと動いておりますし，基板でのテストでも手動でちゃんと動作しましたので，回路の配線ミスかと思います。

ただ，今までお書きいただいたコメントを読み直してみて，気がつきました。

今まで，電圧でチェックされているようですが，本機はPWM式のため，出力の電圧ではなく，パルス幅でモータの回転数を制御するようになっています。

そのため，電圧を測定すると12Vが出てきます。手動時はデューティが低いだけでピーク値としては12Vが出ていますので，テスターで計ると12Vと表示されると思います。

Autoの時は最初は0Vで，ある程度時間が経ったら12Vと表示されると思います。

残念ながらデューティ比が可変されていることはオシロがないと確認できません。

配線が間違っていないとすると，模型を走らせると手動で走るのではないかと思います。

ただ，こうだとしてもブレーキハンドルによりLEDが点灯したりしなかったりするのはおかしいです。
by iruchan (2015-01-28 12:40) 

ここまで問題に付き合っていただけるとは・・・ありがたいです。
職場の回路に詳しい人にもちょっと手伝ってもらってもらっているところです。

うまくいけば、自分なりに改造して本物の運転台と連動させようかなと考えているのですが、本年度に出来るかどうか、、、

機能的には、魅力的ですんで何とか完成させたいですね。。。

詳しい人曰く、コンパレータの３番ピン～ＧＮＤに電圧レンジのテスターを噛ませて、可変が効くようになるってことは、何処か半田が浮いているんじゃないかなって、筆者様もおっしゃってたことを言ってました。
もう少し、調査してみます。
by 快速野辺地 (2015-01-28 21:19) 

快速野辺地さん

どうもコメントありがとうございます。

私もご同僚と同意見で，どこかコンパレータの#3ピンからmanual用の可変抵抗の間で導通がないか，どこか，特に12Vの線と接触している可能性があると思います。

なお，テスターをつなぐと正常に動作する，と言うことから，最後の手段ですが，ダーリントン接続されている制御Trのベースから100kΩ以上の高抵抗で接地すると言うのも手です。つまり，テスターの役割を高抵抗で代用するわけです。

詳しい回路はアナログ式? の自動加減速コントローラの回路を参考にしてください。

http://iruchan.blog.so-net.ne.jp/2008-06-11

このときは制御Trが3段ダーリントン接続になっていて，放電電流が小さく，テスターでコンデンサの電圧を測ると常に12Vとなるため，少し放電させてやろうと100kΩをつないでいました。低い抵抗値だとコンデンサの充電を早めて自動加減速にならないので高い値のものを接続します。

ひょっとして快速野辺地さんは制御Tr（2SD317）にダーリントンTrをお使いではありませんか。私の回路のままダーリントンTrを使用すると3段ダーリントン接続になります。

今回は2段ダーリントンなので不要と考えていますが，一度お試しください。
by iruchan (2015-01-28 22:20)
by iruchan (2015-01-28 22:43) 

こんばんは。間が空いてしまいましたが、一応改善？しました。。。

切替スイッチのマニュアルの端子（回路図では空ピンになってる箇所）に５０ＫΩの抵抗を接地して一通り動作確認したところ、正常に動作しました。
オートも概ね正常に動作しています。

ありがとうございました。。。
by 快速野辺地 (2015-02-08 21:42) 

追伸…なのですが、今度車両基地内で行うイベントで、マスコンと連動させて、子供達に模型で遊ばせる計画が職場で出てるのですが、もし、宜しければ、回路を使わせて頂けますか？
by 快速野辺地 (2015-02-09 08:44) 

快速野辺地さん

どうもコメントありがとうございます。ようやく正常に動くようになりましたか。よかったです。

ただ，その抵抗はできるだけ大きい方がよいです。挿入された箇所は空きピンとのことでしたが，もし誤配線がないならそれでよいのですが，コンデンサに並列に入っていると放電経路になってしまって加減速がうまくいかなくなりますので，100kΩとか1MΩとかにしてみてください。

それと回路は自由に使っていただいて結構です。
by iruchan (2015-02-09 21:08) 

作ってみました、良い物をありがとうございます。
徐々に、スピードをあげてくれるところが良いです！
本当にありがとうございます。
by ななしのごんべい (2016-02-21 23:03) 

ななしのごんべいさん，どうもコメントをありがとうございます。

残念ながら私はプリント基板を作ってテストしたところで止まっていて，きちんとケースに入れないと，と思っているところです。

最終的にちょっと改良をして，とも思っています。

喜んでいただいてよかったです。

またよろしくお願いします。
by iruchan (2016-02-22 07:49) 

先月、TL494の記事にコメントさせて戴きましたC51です。今回この555+LM393自動加減速方式を作成させて戴きました。ノッチによる自動加減速、そして電源投入だけで、ボリューム無調整で常点灯の状態となる、素晴らしい機能を楽しませて戴いています。
尚、対象はＮゲージでなく16番だからでしょうか、ノッチ、ブレーキ、加減速調整VRを色々試した結果、ノッチから接地間の3Kの抵抗を1Kにすると、発進がよりスムースになりました。　ライトの半固定VRは、車両重量故か、フルの位置でも動き出しません。
16番はさほど電圧にシビアでないと考え、ツェナーは入れていません。（disconで代替品が不明というのもありますが） TRはダーリントン2SD1415を使用。　尚、マニュアルモードではボリュームが効かず、いきなり全速で突っ走ってしまうのは、4年前こちらで快速野辺地さんがコメントされていたと同じ現象です。　ただ、マニュアルは製作中の車両のテスト等にたまに使うだけですので、その際は前作トラコンのマニュアルモードを使えばよい事です。
5年前の設計記事への今更のコメントで恐縮です。　素晴らしい回路を大変有難うございました。
by Ｃ５１ (2019-06-30 17:42) 

C51さん，無事に動作したようでよかったです。ご報告ありがとうございました。

ただ，やはり16番だと質量も大きいので，いろいろ調整する箇所があるようですね。3kΩの抵抗は，いわゆる "遊び" を持たせるためのもので，ブログにも書いておきましたが，555が発生する三角波が+1/3Vcc～+2/3Vccの間なので，これより少し広めに電圧が変化するように設計してあります。

おそらく，16番だと質量が大きいので，起動時のデューティも大きく，本機はNゲージように設計したので，16番だと遊びが小さいのだと思います。

なお，スイッチング電源をご使用なら，12Vで固定されているのでツェナーDiは不要です。

マニュアルモードの場合はLM393の#3ピンがボリウムの角度に応じて，変化しているかどうかを確かめてみてください。


by iruchan (2019-06-30 20:27) 

電源は15V 1.7Aのアダプターです。トラコン（MOS-FET）製作した際、2V強の電圧降下が有った為、今回15V品にしました。運転中
レール間電圧は12.7Vですが、やはりツェナーは入れるべきでしょうか？　回路にあるHZ12C3(13.8V~14.3V)コンパチとして1N5244B(13.3~14.7V)辺りで良いでしょうか？

ブレーキLED、ブレーキを掛ける為VRを回すと初めて点灯するのかと考えていましたが、電源投入と同時に点灯、VRを回し切り
停車すると消灯、再度VRを戻すと点灯します。これが正常動作、で宜しいでしょうか？

マニュアルモード：＃3ピンー接地の電圧は、VRのどの位置でも1.9Vでした。ハンダの浮き、回路の導通すべてチェックしたのですが。。。　快速野辺地さんがこの解決策として、マニュアル/自動切換えSWのオープン端子に抵抗噛ませたと有りました。
555の7-6ピン間の220K抵抗を外し、同様にオープン端子接続を試しましたが効果ありませんでした。

ご報告のみと考えていましたが、又質問する様で申し訳ありません。

by C51 (2019-07-01 12:58) 

C51さん，ツェナーDiは非安定化電源（トランス式）を使用した場合に，最高出力電圧が15～17Vくらいになるのを抑える目的で入れています。スイッチング電源をお使いの場合は不要です。また，12.7Vと少し高めですが，許容範囲だと思います。

なお，ブレーキのLEDは表示が目的で入っているのではありませんので，ご注意ください。

ブレーキ回路は定電流回路になっていて，コンデンサ2200μFの電荷を一定電流で放電するようになっています。

LEDはQ5のベースを定電圧に保つためのもので，普通だったらここはツェナーDiです。定電圧や定電流回路などでたまにこのような使い方をします。

ただ，ツェナーは最低2V以上なので，それより低い定電圧がほしい場合にLEDを使います。

なお，状態としては，ブレーキ用VRとは関係なく，常時点灯しているのが正常です。常時点灯しないなら，どこかに誤配線があります。

また，マニュアルモード時には，手動加速用VRの位置に応じて，#3ピンの電圧が変化するのが正常です。

どちらもこのような状態ではないようですから，どこかに誤配線があるか，天ぷらハンダになっているか，どちらかのようです。

by iruchan (2019-07-01 20:41) 

早速のご回答、有難うございました。　ブレーキ回路LED,そうでした。記事を読み直し、定電流回路構成の為　と有ったのを忘れていました。知識がないとこんな思い込みをしてしまい、お恥ずかしい限りです。LEDもダイオードの仲間でしたね。ブレーキVR自体は正常に機能していると思います。

マニュアル用VRを交換したりしてみましたが変化なし。　IC回り回路はユニバーサルPCBに、その他はラグ板に部品構成。配線、導通を再度チェックしてみます。

by c51 (2019-07-01 22:08) 

５０年くらい前にTMSを見て、トランジスタコントローラを作ってみたことがあります。最終段に2SB203の大きなトランジスタでHOゲージモータ４個くらいの動力車を入れた１２両編成の電車を動かしていました。第一線をリタイヤして時間ができたのでこちらの記事を見つけ、もう一度作成したくなりました。HOゲージで４Aくらいとるためには、2SD317では不足気だと思い2SD1415Aなどを使えばいいのでしょうか？ご教授いただければ幸いです。
よろしくお願いします。

by どらこ (2021-09-20 20:31) 

どらこさん，コメントをどうもありがとうございました。

2SB203とは古いですね～。ゲルマニウムTrですね。

ただ，こんなに大きなTrは必要ありません。2SB203だと20Aもありますね。

4AのHOゲージ用，ということであれば，余裕を見て，IC=8AくらいのTrであれば十分です。2SD1415Aだと7Aですが，大丈夫です。

ただ，心配なのは，保護回路で，4Aも流すとなると本機の保護回路では不十分で，電流制限型のため，0.56Ωを0.15Ωにするのですが，ショート時でも4Aも流してしまいます。それに，0.15Ωなんてないので，この保護回路は使用できません。ブレーカ方式にするようにしてください。

それと，本機は自動加減速のため，かなり製作は難しいです。最初は簡単なhttps://iruchan.blog.ss-blog.jp/2009-04-19をお勧めします。

by iruchan (2021-09-20 21:48) 

早速のお返事ありがとうございます。
一番上のPWMになる前、PWM化、順に進めたほうがよさそうですね。
適切なアドバイスに感謝いたします。
by どらこ (2021-09-21 21:00) 

どらこさん，最初の製作は，アナログタイプ? の自動加減速コントローラ，その次はPWM，さらにPWMタイプの自動加減速がよいかと思います。最後のは極めて複雑で，回路的にも製作時も難しいと思います。PICを使えば簡単なんですが。アナログタイプは常点灯には対応していません。
なお，いずれにしてもHOゲージ用と言うことだと保護回路に工夫が必要です。
iruchanのはNゲージ用で，電流制限型保護回路になっていて，max. 1A程度で設計しています。
4Aも流すとなると，フォールドバック型保護回路か，R-Sフリップフロップを使った電流遮断型https://iruchan.blog.ss-blog.jp/2017-02-11が必要です。
もっとも，これらの電子回路タイプは難しいので，簡単にやるんでしたら，前も書きましたとおり，ブレーカを使うのが簡単です。
by iruchan (2021-09-22 08:44) 

いつも丁寧な対応でありがとうございます。
最初のは高校生の時に作ったもので、最終段のTrは大きいですが、Vccとレール電圧がの差が大きいと（低速運転）Trで消費される電力が熱となるため、かなり発熱します。
この時の保護回路は、最終についてる１Ωの抵抗を利用して２SF～とリレーの組み合わせで作りました。

by どらこ (2021-09-23 11:51) 

どらこさん，どうもコメントありがとうございました。

よく当時，4Aなんて大容量のパワーパックを作られたものと思いました。

保護回路は0.15Ωとなりますが，0.33Ωを2個並列などで実現できると思います。

もっとも，最近のHOゲージだともはやユニバーサルモータなんて使ってなくて，カンモータやコアレスモータを使っているので，電流は少ないかと思います。
by iruchan (2021-09-24 21:53) 

こんにちは。ブログを楽しく拝見させてもらっている者です。
電気回路のことは詳しくないので見よう見真似で楽しんでいます。
Q1、Q2の部分を2SD1415で使っているのですが、先日、このコントローラーを机から落としてしまい、電源を入れてマスコンをUPしてしばらくするとここが熱くなって煙が上がるようになってしまいました。
こういった場合はどの辺の回路に異常が出たと考えるべきなんでしょうか。お時間あれば教えていただけないでしょうか。
以上よろしくお願いいたします。
by guttata (2022-02-07 15:09) 

guttataさん，どうもコメントをありがとうございます。

さて，残念ながら，こういう故障の場合，ありとあらゆる原因が考えられるので，コメントのしようがありません。

とりあえず，火を噴いたのはQ1の2SD1415ですか?

これが火を噴くのは出力がショートしているからです。

といって，ちゃんと保護回路（0.56ΩとQ3）を入れているので，出力がショートしても，火を噴くことはありません。

保護回路が動作していないか，または2SD1415のエミッタが直接，GNDと接触していませんか。チェックしてみてください。
by iruchan (2022-02-07 23:05) 

iruchan 様
アドバイスありがとうございました。
一度回路の方を確認してみます。
電気のことは素人同然で、どのように電気が流れていくのか
理解できていないため、不具合がでるとどこを重点的に見ればよいか
皆目わからなかったので大変助かりました。

by guttata (2022-02-08 10:36)