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昨日試作したデサルフェーターのピーク電圧がまさかの250V越えで高すぎたので、その対策です。コンデンサで均すよりも、抵抗でチャージ電流を制限した方がいいかも、というのが前回の話。





出力側の回路は

このようになっており（注：点線の部品は、シミュレーション上、LやFETの等価回路で入れているもので基板実装しているわけではない）、ピーク電圧を落とすには、出力側にピークカットCを入れるか、スイッチング用のMOS-FETのソース側に電流制限Rを入れるか、です。
ピークカットCは、せっかくコイルにチャージしたエネルギーを捨てることになるので効率は悪くなります。電流制限Rであれば、コイルへのチャージに作用するだけで、放電時は切り離されるため、こちらの方が効率を落とさずに済む。ということで100Ω以下の適当な抵抗を入れてみるのですが、どうも波形が汚い。


参考にしている服部さんの回路では、

このようなトランジスタ駆動でMOS-FETのターンオフを高速化しているのですが、これが速すぎて、ゲート端子で5Vくらい（＞2SK4021のON電圧）の盛大なリンギングが発生しておりチャタッている感じでした。そこまで高速動作は求めないので、この回路は殺したところ、普通の綺麗なスイッチング波形になりました。素人にはお勧めできないのかもですね。

その上で、電流制限の抵抗を22Ωくらいにしてピーク電圧を下げたのが冒頭の波形です。昨日の波形（コンデンサによるピークカット）

は、ジッターが酷く、トリガをかけるのも一苦労だったのですが（年代物のアナログオシロなので余計に）、多分、最初の山のグニョグニョはチャタリングでスイッチングが不安定だった所為と思われます。


波形も安定したので、あとは実車で検証あるのみ。気合い入れてCCAテスターも調達しました！次週に続きます。


整備手帳
自作デサルフェーター影響確認と取付け（再始動用バッテリー）、CCA測定
自作デサルフェーター取付け（補機用バッテリー側）

前回検討したデサルフェーターを試作しました。

こちらの「服部さん」のブログにある回路を参考とし、定数と部品は手元部品および入手先の関係で一部変更しています。ユニバーサル基板で製作。いちお、基板CADで部品配置とパターン検討しましたので、一発動作しました！
タイマICは、SA555、TLC555、LMC555が指定されていますが、CMOSであれば何でもいいだろうということで、秋月電子で買えて、動作電圧が最大18Vで車載で降圧せずに使えるICM7555を使用しました。




裏面。


手持ちの部品で定数を検証するためのシミュレーション。パルス幅2us、周波数22kとしました。
久しぶりに回路シミュレーターを使いました。今回、Webアプリで動く回路シミュレーターを発見。555もライブラリにありバッチリです。いい時代になったもんです。


実機の555の出力。パルス幅はシミュレーション通り2usです。発振周波数は少し落ちて約20kHz弱ですね。


ダミー負荷68Ωのときの基板端の波形。最初、左から二番目の山だけ見えていたのでピーク電圧50Vくらいかな～と油断していましたが、よく見ると、その山の手前にうっすらと別の高い山が！
輝度を上げて（アナログオシロなので）拡大すると、なんじゃぁこりゃー！！
250V以上あります((((;ﾟДﾟ))))
幅からすると10MHz以上ですね。オシロの帯域によっては見えなかったと思います。見えるオシロで助かりました。20cmくらい離れた負荷側でも150Vくらいはありました。ちょっとこれは過激すぎるので、高耐圧の4700pFのコンデンサ入れて、この山は削ることにします。


コンデンサ入れた波形（負荷側）です。なんかアナログオシロ特有の？変なグリグリ波形になっていますが40Vピークくらいに落ちました。ただ、コンデンサだと折角のパルスのエネルギー捨てる事になるのでちゃんと対策した方が良いかも。こんな事もあろうかと、MOF-FETのソースに電流制限用の抵抗を入れれるよう、ジャンパを仕込んでおいたので（これでもピーク電圧は落とせることをシミュレーションで確認済み）、これでもうちょっと調整するかもしれません。


全体の波形です。実際の鉛バッテリーは、今回のダミー負荷68Ωよりも小さいのでピーク電圧は落ちる筈です。


手元の死んだシールドバッテリー（5.5Vしかない）に、試しにパルスを送り込んでみるも、復活するかどうかは不明。


動作開始電圧は約13.0Vとしました。秋月電子の12Vツェナーダイオードってば、20本買って実測11.6V～11.7Vが15本くらいありました。12.0V前後も3本くらいはありましたが。。。でも13Vを狙うなら少し低めの方が丁度良いかもです。

11.75(D4のツェナー)+0.6(2SA1015のVBE )+0.65(D3の1N4148のVF)＝13.0

動作確認はできたので、ケース入れて配線ケーブルの処理して車載状態で波形取ってみようと思います。

e-BOXERは鉛バッテリーが２個使いで、しかも片方はアイドリングストップ対応で高い！これを３年とかのサイクルで交換するので相応のランニングコストを覚悟するわけです。

自分の場合はネット通販＋DIY交換なので巷で言われるほど費用が掛かるわけではないのですが。それでも、どうにか延命できないか、と考える。鉛バッテリーが劣化して突然死する要因はサルフェーションの蓄積です。ちょっとイイ充電器には、これを除去できるパルス充電機能があるのは知っていましたが、どちらかというと死んだバッテリーを復活する用途であって、予防的にやるには、定期的な充電を行う必要があり、面倒だなぁ、というのが今までの理解。

そんな中、自動車評論家の国沢先生のブログで車載で常時（またはオルタ発電中のみ）パルスをかける、バッテリーパルサー、デサルフェーターというのがある、ということを知りました。中国人の間では常識だとか。

どういうモノかググると、Amazonでピンからキリまで2000～10000円くらいで手に入るようでした。簡単に自作もできるらしく、個人のブログでの製作例もいくつか見つかりました。これは熱い！

タイマICの555とインダクタで数10Vの周期的なパルスを作る事例が多く、その原典は「Lead-Acid Battery Desulfator / Alastair Couper」というところまで行き着きました。パルスに含まれる数MHzの成分が、サルフェーション（硫酸鉛）に共振し、除去（溶解）する、というのが定説のようです。特許なんかもわんさか出てきました。

こちらの「服部さん」のブログが技術情報満載で大変参考になります。キットも販売されているようです。回路図もあります。ここを読み漁って、あらかたの疑問を解消しました。

■車両機器への悪影響は？
車載した場合に真っ先に思い浮かぶ「車両機器への悪影響」については明確な否定です。パルスはあっという間に（バッテリーから数10cmも離れれば）減衰するので影響は皆無、イグニッションコイルなど、他に強烈なパルス源ありますよと。それでも神経質な人はフェライトコアを、ということでした。
スバル車の場合、バッテリーの－端子の根元に電流センサーがあるので、これへの影響がないか気になりましたが、服部さんの愛機BRZでも、国沢先生のブログでも、マイナス端子に電流センサーがあるタイプの車への装着事例が確認できましたので、とりあえず問題ないということでしょう。

でも秋月電子でフェライトコアを物色する自分がいる。。。

■どういうパルスがいいのか
パルス生成の回路は、大別して２つがあります。


・左はPch MOS-FETにLowパルスが入ると、L → C → BAT → D → L の経路でパルス電流が流れます。
・右図はNch MOS-FETにHighパルスが入ると、L → D → BAT → C → L の経路でパルス電流が流れます。

Couperさんのオリジナル回路は左のタイプ、服部さんの回路は右のタイプです。Webの製作レポでは、どちらのタイプも同じくらい見かけます。どちらがいいのでしょうか。答えは「同じ」です。一見、図右の方がコイルからダイオードを通してバッテリー＋端子にいくので損失が少そうですが、リターン電流がCを通りますので「同じ」になります。試しに回路シミュレータで検証してみましたが、どちらの回路も同じ波形が得られました。手持ち部品で、作りやすい方を選べば良さそうです。

次の問題はパルス幅の考え方です。Couperさんの回路、及びその多くの派生は多少の時定数の違いはありますが、10us～を基本としており、Nch方式だろうがPch方式だろうが、コイルやFETが発熱するというレポが散見されます。
唯一、服部さんの回路だけが違います。スイッチング速度を追求し、パルス幅とコイルを最小化し、代わりにパルス周期を高く（20kHz〜200ｋHz）して高効率化しています。感覚的には、大きいコイル（原典のCouper回路では330uH）を使って、ある程度太いパルスを送り込んだ方が効くのかなと思いますが、否、数MHzの成分が重要ということであれば、無駄にパルス幅を広くしても（＝MHzより下の成分を多くしても＝1us以上に広げても）部品を発熱させるだけで、意味がないことになります。

それを踏まえつつ、回路図を眺めてみる。


MOS-FETのゲートを駆動する部分ですが、ターンオフ短縮のため、スピードアップ・コンデンサでは飽き足らず、トランジスタ駆動にしています。


一番感心したのは動作モニタ用LED。LEDの一般的な駆動電流10～20mAなんで、電源14VだったらR1は1kΩくらいですよね、という常識を打ち破り、高輝度LEDを使ったうえで高めの抵抗4.7Kを使う。その理由はL1で作ったパルスの100%がD1に行って欲しいところ、D2（の寄生容量）→LED_B保護用のD8→R1という経路で逃げるから。へー。
LEDを555⇢ゲート間に入れると速度が犠牲になりそうだし、だったらLED自体ない方がいいじゃん？というのは野暮だと思います。回路が生きてるよね、というモニタも兼ねたいので、あくまで二次側にLEDを置きたいのです。

■なぜ555か
Webを徘徊すると、マイコンでパルスを作る例もありました。パルス出力条件や、パルス形状、周期などがコントローラブルで色々遊べそうですが、エンジンルームに設置することがネックですね。裸で使うには温度環境が厳しすぎます。マイコンにはWDTがありますが、それすら動く保証がないのですから。。。暴走で出力がHIにはりついたら恐ろしいです。
あと、モーター用PWMコントローラとかスイッチング電源を流用（平滑部を削除）した例もありますが、動作安定性と効率の点で555には敵わないと思いました。

■市販かキットか自作か
2個使うとなると、Amazonの2000円くらいの怪しい（素性の分からない）パルス発生器を買って4000円。服部さんのキットや完成基板は素性はバッチリですが、1個あたり2000～3000円します。ゼロから部品集めたら、それくらいになるのも納得はしますが、手持ちの部品を活用しつつ、足りない部品を秋月電子で調達すると2個でも1000円ちょっとの追加投資でできそうなので、服部さんの回路をベースにしてユニバーサル基板で自作することにしました。


デサルフェーターって、一時期流行った（？）コンデンサチューンとは真逆のアイテムですよね。謂わばノイズ生成器なので。しかし、こちらはバッテリーを延命するという実績があるので、どっちを支持するかと言ったら、こっちですね。両方付けたら相乗効果で効果倍増、なんて笑い話には気を付けましょう！もちろん、アルミテープチューンも併せて！という冗談はさておき、輻射ノイズ対策はちょっと考えた方がいいのかしら。

製作の時はまた、書きます。