What'sFET?　～キットボーイの電動ガン用ＦＥＴスイッチ講座～ http://kitboy.blog.shinobi.jp/ KITBOY店長による、 エアガンのFETスイッチ講座です。 Wed, 14 Sep 2011 13:39:32 GMT ja © Ninja Tools Inc. 第９回　FETは使い捨てか否か？ 疑問１　
ＦＥＴスイッチは消耗品なので定期的に交換する必要があるか？

まずはじめに、
FETは消耗品ではない。
 
FETスイッチが突然壊れてしまうという話をよく耳にするが
 
そこには回路上での問題があるのだ。

 
其の一

還流ダイオード等 サージキャンセル回路が搭載されていないものを使用していることに原因がある。
 
サージキャンセル回路がないものはモータの電流が止まるとき
 
大きなサージ電流が生じ、FETの耐圧を超えた高電圧がかかる。
 
これを長期間続けると、ある日突然FETがお釈迦になる。

 
其の二

ゲート電圧安定回路付きでないFETを使用しているために
 
バッテリー電圧の低下に伴いゲート電圧も低下し、内部抵抗が高くなる。
 
これにより、FET素子が発熱し破損する。
 
放熱板類がないものは特にこの現象に拍車がかかる。

 
つまり、FET素子そのものが壊れるものではない。
 
過度の熱や電圧などの外部要因によりFETはダメージを受けてしまう。
 
それを防ぐための適正な回路設計を行えば、FETは末長く使いやすいものとなるだろう。
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今回からは、ネットや巷で言われているＦＥＴスイッチの素朴な疑問や
「都市伝説」的に流されているウワサを検証していこうと思います。

　現在ネット上で気になった「都市伝説」は以下の７つです。

 

疑問１　
ＦＥＴスイッチは消耗品なので定期的に
交換する必要があるか？

疑問２　
ＦＥＴスイッチを使用すると、本当にレスポンスが良くなるのか？

疑問３　
国産のＦＥＴ素子は使えない？

疑問４　
ＦＥＴ素子は静電気で壊れるので、ゴム手袋をして作業する
必要がある？

疑問５　
ＦＥＴスイッチにコンデンサとダイオードをつけると発熱する？

疑問６　
ＩＲＬ３７１３は２１０Ａ電流を流す事が出来るのか？

疑問７　
ＩＲＬ３７１３にはバッタもんが出回っている？

 

これらを次回から詳しく解説し、その真偽を確かめていきます。
 

この他にもＦＥＴスイッチで気になる点があれば、
コメントで答えていこうと思います。


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下に出ている2本がモータへの接続、左側のコネクトがバッテリーへの接続である。


トリガースイッチ部分


　左側の2本がバッテリーへの接続、右側の赤と黒の太い線がモータへの接続、右の真ん中から出ている細い2本の線はトリガースイッチへの接続になる。
１．メカボックスの配線を取り外す
　メカボックス内の既存の配線はすべて取り外す。この時モータへ接続されていた配線の長さを測っておくと、ＦＥＴ接続時の調整に役立ちます。



トリガースイッチ部はハンダごてで取り外す


２．FETスイッチの設置
　配線を取り外したメカボックスに、FETスイッチの配線を設置する。


　モータ接続部分の戦は先ほど測った長さが出るようにする。

　
３．ＦＥＴスイッチを接続する
　配線の長さを調整できたら、トリガースイッチ部をハンダづけする。（色はどちらでもよいです）

　
接続が完了したら、メカボックスを元通りに組み立てる。(写真は仮付けです)


４．ヒューズの取り付け
　回路の保護のためにヒューズをFETスイッチのバッテリー側の線に取り付ける。

　取り付けるのは、赤（＋側）、黒（ー側）どちらでも構いません。収縮チューブやビニールテープでヒューズを保護します。（ヒューズはミニヒューズの２０Aがお勧めです）
５．バッテリーコネクタ、ピンの取り付け
　バッテリーコネクタの取り付けを行います。

バッテリーコネクタはピンをｶｼめた後に、ハンダを流すとよりよいでしょう。


ラージコネクタ（大きいコネクタ）の取り付けの際は、四角の方に赤（＋）、半丸に黒（ー）を差し込みます。（ミニコネクタの場合は丸がプラス、四角がマイナスなので注意が必要です）
ここでコネクタの取り付け向きが逆だと、ＦＥＴスイッチや回路が破損する恐れがあるので、よく注意して取り付けて下さい。


　モータ側のピンは、ｶｼめた後まげて、先ほどのようにハンダ付け、収縮チューブで絶縁します。


６．完成
　これでＦＥＴスイッチのオンリーＧ（ハイサイクルＳ）の取り付けは完了です。

　この説明のようにハンダ付けやコネクタの向き、ヒューズの取り付けなどを適切に行えば、回路の破損や誤作動を最小限に抑えることができます。

]]> FETスイッチ http://kitboy.blog.shinobi.jp/fet%E3%82%B9%E3%82%A4%E3%83%83%E3%83%81/%E7%AC%AC7%E5%9B%9E%E3%80%80%EF%BD%86%EF%BD%85%EF%BD%94%E3%82%B9%E3%82%A4%E3%83%83%E3%83%81%E5%8F%96%E3%82%8A%E4%BB%98%E3%81%91%E8%A7%A3%E8%AA%AC Sun, 21 Nov 2010 16:41:20 GMT kitboy.blog.shinobi.jp://entry/12 第6回　FETスイッチOGSM各部の働き 前回、文末に簡単な部品紹介をしたが
それぞれの働きを説明したいと思う。


公称電圧8.4Vバッテリ(ニッカド ラージ)は充電直後 約9.8Vの電圧まで上がる。
そこからは徐々に下がるが、充電翌日でも9.3Vは維持している。

これを前提にしてFETが動作するプロセスを説明しよう。



まず、コネクタにバッテリを接続しよう。
バッテリから流れる電流はダイオード(D1)を介して電解コンデンサ(C1)に充電される。

animation0.gif　
ダイオードにより元の9.8Vより0.2Vほど低下し約9.6Vになる。

一般的にシリコンダイオードに大電流を流すと0.6Vの電圧が低下するが、
それは大電流の場合のみである。

コンデンサに満充電されるとそれ以上電流が流れ込まない。
このような場合はあまり低下しないのが事実。

さて、これで発射準備は万端。
トリガーを引くと、C1の電圧9.6Vが抵抗器(R2)を通りFETのゲートに加わる。
c0b29c1b.gif
この瞬間にFETが起動。
モータが回転をはじめ、ファイア！

発射と同時にバッテリ電圧が低下する。
マルイノーマル電動ガンではフルオート時だいたい11Aもの負荷がかかり
バッテリ電圧は1.4Vも低下。約8.2Vになっていた。

セミオート時では なんと3.1V以上も低下。瞬間的に6.5Vを下回っていた。

これはモータの起動時に大電流が流れるために起こる現象である。
そのため、回転が持続しているフルオートより
モータのON/OFFを繰り返し行うセミオート連射の方が圧倒的にバッテリ電圧は低下するのだ。

ここで活躍するのが　大容量の蓄電器(電解コンデンサ)とダイオード　である。
たとえバッテリ電圧が低下しても、コンデンサに蓄積された電荷はFETのゲート電圧を安定させることができる。
もしバッテリ電圧がコンデンサの電圧より下回った場合でもダイオード(D1)がある限り 逆流することはない。

トリガーを連続して引いているとコンデンサからは微弱な電流が流れ出る。
コンデンサの電圧も僅かながら低下を続けているのだ。
ここで大容量コンデンサを使用すれば全くといっていいほど影響はない。

トリガーを離す、即ちバッテリ電圧が復帰すると直ちにコンデンサへの電圧チャージが再開されるので
1分間ワントリガで撃ち続ける場面でもない限り、全く問題はないのだ。

トリガーから発射までのサイクルは説明した。
トリガーを離してからもある流れが存在する。

トリガースイッチをオフにした瞬間、モータからの逆起電力が発生。
高い電圧がFETのドレインへ瞬時に加わる。

8.4Vバッテリでは約40Vという高電圧が確認できた。
高い電圧のバッテリを使えば、当然 数値も高くなるだろう。

adcab573.gif
これを逃がすためにD2とR3を張る。
モータからの逆起電力はFETに加わる前に逸れ、コンデンサへと注がれる。

もしこの横道が用意されていなければFETにダメージが蓄積され最終的には破損する結果となる。

次回は、この回路のデータや波形を基に回路の性能を実測しよう。乞うご期待。


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さてこれまでFETの利点と問題点を紹介してきたが
一体どのような回路が電動ガンに相応しいと言えるのだろうか。

ここでひとつ具体例を挙げよう。

fet.jpg
「FETスイッチオンリーG」基板

parts.jpg
使用した部品

第3回で紹介した電解コンデンサ、ダイオード、放熱板、抵抗の全てを内蔵し、
電動ガン用に設計された「オンリーGスタンダードモデル(OGSM)」
その名の通り、キットボーイより2003年に発売された「FETスイッチ オンリーＧ」の回路である。

ピストンコントロール回路なしで シンプルな構造のFETスイッチ。
ほとんどの電気的問題をクリアしたものだ。
電動ガンのFETスイッチとしては最もスマートで丈夫なモデルであろう。


iairo.png
オンリーGスタンダードモデル(OGSM)

これが電動ガン用FETスイッチOGSMの回路図である。
各部分を簡単に説明しよう。

(C1) ・・・電解コンデンサ
　→ゲート電圧安定用
(D1)・・・ダイオード
　→電解コンデンサに電気を溜め、逆流を防止する。
(D2)・・・ダイオード
　→逆起電力を逃がす。
(R1)・・・抵抗器
　→ゲート電圧の電荷を逃がす。
(R2)・・・抵抗器
　→ゲート保護および発振防止
(R3)・・・抵抗器
　→電流制限
(FET)・・・電界効果トランジスタ
　→モータ電流のON/OFF
(M)・・・モータ
　→電動ガン内臓モータ

 さて、次回はこのOGSMについてさらに突っ込んだ内容に触れたい。乞うご期待。

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このような場合以下のような原因が考えられます。

1.FETスイッチの不良
2.組み込み時の配線ミスなど人為的ミス
3.組み込む電動ガンの不良

このうち最も多いのが２番の人為的ミスです。
配線ミスなどで、電動ガンが誤動作している場合
ＦＥＴスイッチの破損にもつながります。

こうしたトラブルも、組み込み時に注意さえすれば
事前に防ぐことができ、FETの故障でなければ多くの問題は解決するでしょう。

ＦＥＴスイッチ組み込み時に
以下のような現象が発生したら
早期に解決しましょう。



つづきはこちら]]> FETスイッチ http://kitboy.blog.shinobi.jp/fet%E3%82%B9%E3%82%A4%E3%83%83%E3%83%81/%E7%AC%AC%EF%BC%94%E5%9B%9E%20-%20%E5%8F%96%E6%89%B1%E4%B8%AD%E3%81%AE%E3%83%88%E3%83%A9%E3%83%96%E3%83%AB%E3%81%A8%E5%AF%BE%E5%BF%9C Sun, 02 May 2010 13:15:03 GMT kitboy.blog.shinobi.jp://entry/9 第３回 - ＦＥＴスイッチの故障と対策 　キットボーイでは、2000年頃からFETスイッチの制作を手がけ2003年頃に一般販売を始めた。
当時の市販品やＷＥＢ上で公表されていたＦＥＴスイッチは
故障率が高く、あまり信頼のおけるものではなかった。

ＦＥＴスイッチ故障の主な原因として

熱暴走
　⇒150～170℃によってシリコンが破損する。
耐電圧超越
　⇒FET素子規定耐圧以上の電圧がかかると破損する。

ＦＥＴ使用に際しこれらを対処する為の回路構成が要求される。
しかし、従来のＦＥＴスイッチは

＞発射した瞬間にバッテリ電圧が低下し、それに伴い発熱が起きる。
＞熱を逃がすための放熱板がついていないので熱が蓄積する。
＞モータの逆起電力キャンセラーが付いていないため耐電圧をオーバーする。

など、様々な問題を抱えたまま世に出回っていた。
上記の課題をすべてクリアした回路構成がキットボーイＦＥＴスイッチにとっての理想形であった。

電動ガンにおいて バッテリとモータ の使用はどうしても避けることはできない。
また使用を続けると電圧が低下するのはバッテリの宿命であり、
バッテリの電圧変動を防ぐことはどうしてもできない。

まずは発熱の問題である。
発射時、ＦＥＴのゲート電圧の低下により内部抵抗値が増加し、結果、発熱する。
つまり発熱を防止するためにはゲート電圧の安定が必要である。
・電気を一時的に蓄える電解コンデンサ
・電流を一方通行に流すダイオード

上記二つを組み合わせた安定化回路を内蔵することによって発熱の問題は劇的に改善される。
これに加え、2mm厚放熱板を設置することによって熱についてはほぼ問題ない。

次に逆起電力の問題だ。
モータが高速回転している状態から急激にスイッチをオフにすると
回転の惰性によってモータが発電機の役割を果たしてしまう。
さらにコイルの特性により高い電圧が発生してしまう。このことを逆起電力という。
これが約50～60V(実測)の電圧を生じさせ、FETの耐電圧をオーバーし故障に至る。

対策のひとつとして発生した高電圧を直接FETに加えさせないように環流ダイオードと抵抗器を回路に内蔵する方法がある。

さて、これらの対策を踏まえた上、もっともシンプルな型をしたのが
オンリーＧ（現在のハイサイクルＳ）である。

つづく...]]> FETスイッチ http://kitboy.blog.shinobi.jp/fet%E3%82%B9%E3%82%A4%E3%83%83%E3%83%81/%E7%AC%AC%EF%BC%93%E5%9B%9E%20-%20%EF%BD%86%EF%BD%85%EF%BD%94%E3%82%B9%E3%82%A4%E3%83%83%E3%83%81%E3%81%AE%E6%95%85%E9%9A%9C%E3%81%A8%E5%AF%BE%E7%AD%96 Sat, 24 Apr 2010 01:15:26 GMT kitboy.blog.shinobi.jp://entry/8 第２回 - FETスイッチのメリット 前回、ＦＥＴスイッチは
”トリガースイッチで微弱な電流を流し
モータへ流れる大電流を制御する”
と説明しました。

この、微弱な電流でモータを制御できるという点を応用し、
電動ガンを制御する電気回路などを搭載すれば、
エアガンのポテンシャルを最大限まで高める事ができます。


これこそがＦＥＴスイッチの真髄であり、
スイッチを取り付けて得られる、最大のメリットになります。

一般的には、次のようなメリットがあります。

１.セミオート時のレスポンスの向上

２.フルオート時のサイクルが速くなる

３.燃費が良くなる

４.スイッチが溶解しない

つづきはこちら]]> FETスイッチ http://kitboy.blog.shinobi.jp/fet%E3%82%B9%E3%82%A4%E3%83%83%E3%83%81/%E7%AC%AC%EF%BC%92%E5%9B%9E%20-%20fet%E3%82%B9%E3%82%A4%E3%83%83%E3%83%81%E3%81%AE%E3%83%A1%E3%83%AA%E3%83%83%E3%83%88 Fri, 16 Apr 2010 03:38:48 GMT kitboy.blog.shinobi.jp://entry/7 第１回 - FETスイッチをつける目的とは
この場合、トリガースイッチには瞬間的に３０～６０Ａ程の大電流が流れるなど、
トリガースイッチに過度な負担が生じ、スイッチの接点が溶解してしまいます。

こうした問題を解決するものが、ＦＥＴスイッチです。

ＦＥＴスイッチは、FET素子（電界効果トランジスタ）を使用しています。
このＦＥＴ素子は、微弱な電圧で大電流を制御するという働きがあります。

ＦＥＴスイッチではこの機能を使い、トリガースイッチで微弱な電流を流し
バッテリー～モータ間の大電流を制御しています。

このトリガースイッチ側の微弱な電流は、従来の電流の１/１０００００程度のものなので、スイッチの溶解が発生することがありません。

つまりＦＥＴスイッチを付ける主な目的は、
トリガースイッチの金属片が融解し消耗することを防ぐ事にあります。

また、このＦＥＴスイッチを工夫することにより、さまざまなメリットを得ることができます。
次回はそのＦＥＴスイッチのメリットについてつぶやいていこうとおもいます。
・・・・・つづく]]> FETスイッチ http://kitboy.blog.shinobi.jp/fet%E3%82%B9%E3%82%A4%E3%83%83%E3%83%81/%E7%AC%AC%EF%BC%91%E5%9B%9E%20-%20fet%E3%82%B9%E3%82%A4%E3%83%83%E3%83%81%E3%82%92%E3%81%A4%E3%81%91%E3%82%8B%E7%9B%AE%E7%9A%84%E3%81%A8%E3%81%AF Sun, 11 Apr 2010 11:44:42 GMT kitboy.blog.shinobi.jp://entry/6 はじめに - ＦＥＴスイッチとは… "G3SAS"と"MP5A5"が発売になり話題になってますね。
◆これからFETスイッチを使ってみようという方
◆「FETスイッチって何？」という方
のためにFETの解説、ウンチクをつぶやいていこうかと思ってます]]> FETスイッチ http://kitboy.blog.shinobi.jp/fet%E3%82%B9%E3%82%A4%E3%83%83%E3%83%81/%E3%81%AF%E3%81%98%E3%82%81%E3%81%AB%20-%20%EF%BD%86%EF%BD%85%EF%BD%94%E3%82%B9%E3%82%A4%E3%83%83%E3%83%81%E3%81%A8%E3%81%AF%E2%80%A6 Sat, 27 Mar 2010 14:26:51 GMT kitboy.blog.shinobi.jp://entry/1