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ネオン管を点灯させるためのDCDCコンバータを作りました

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ちょっとイマイチだった省電力ICを使ったニキシー管用のDCDCを、ネオン管用に改造しました。

ニキシー管用のDCDCについて詳しくはこちらをご覧ください。

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部品を取り外す

以前JLCPCBJLCPCBで省電力DCDC ICを使ったニキシー管用のDCDCモジュール基板を作ってもらい組み立てました。省電力ICを使ったために出力電流もとても弱く、残念ながらあまり使えないことがわかりました。その後、ICを省電力でない普通のDCDC用のICに変更しましたが、効率が良くなくいまいち使えなそうな感じでした。

今回はいまいちだったDCDCモジュール基板の部品を交換し、ネオン管を1つだけを点灯させるための、ネオン管用のDCDCモジュールに改造しようと思います。

交換する部品は

  • 普通のDCDC ICを省電力のDCDC ICへと戻す
  • DCDCコンバータの出力電圧を下げるためフィードバック抵抗を交換する
  • リセッタブルフューズの耐圧を5Vから12Vに上げて電流を100mAと小さな物へと交換する
  • 電源LEDの電流制限抵抗を9Vを前提とした値に変更する

の4つです。

それでは作業を開始しましょう。ホットエアーを使って交換する部品のはんだを溶かします。溶けてたらピンセットで部品を取り外していきます。

交換する部品を全て取り外すことができました。

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クリーニング

パッドに残っているはんだを、はんだ吸い取り線とはんだごてを使って取り除きます。

その後、フラックスクリーナーで基板に残ったフラックスを除去します。

部品を取り外し、基板も綺麗になりました。

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クリームはんだを塗る

続いてクリーニングしたパッド1つ1つにクリームはんだを塗っていきます。

クリームはんだには、普通のオーブンでも簡単に溶けてリフローができる、低融点鉛フリーのものを使います。

このクリームはんだが入ったシリンジに、先が細くなっているノズルを取り付けます。

502 Bad Gateway

このノズルは、先に行くほど細くなる構造になっているので、普通のノズルよりも弱い力ではんだを塗ることができます。

パッドにクリームはんだを塗っていきます。

クリームはんだが塗り終わりました。

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部品の実装

部品の実装は、電動バキュームピックアップツールのHAKKO394を使います。ピンセットを使うよりも断然早く簡単に実装ができとても便利です。

ノズルには、純正品よりも吸着力が強く部品の位置合わせがしやすい、こちらのノズルを使っています。

バキュームピック用ノズル3種類セット | kohacraftのshop
電動バキュームピックHAKKO394の純正よりも使いやすいノズルのセットです

HAKKO394本体のボタンを押すと掃除機のようにノズルから空気が吸い込まれます。ノズルの先端を部品に押し当てると、ノズルの先端に部品が吸着されます。

実装する場所に部品を移動させます。このノズルは、ノズルの長さが純正品よりも短いため位置合わせしやすいです。

スイッチを離すと部品もノズルの先端から離れます。

このように、テープから部品を吸着して基板へ実装していきます。

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リフロー

熱風が庫内を循環する、コンベクションオーブンでリフローします。

K型熱電対温度計を庫内に入れて、温度をモニターします。

100度で3分程度プリヒートして、低融点鉛フリーはんだが溶ける140度に設定ししばらく待って、165度まで上げてリフロー完了です。

扇風機で冷却します。

リフローが終わりました。

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動作テスト

下からテストピンが出ている自作の治具を使って、それぞれのDCDCモジュールが正常に昇圧するか、電源を供給してチェックしていきます。

治具の4つのピンに、DCDCモジュールのパッドを接触させます。指で押さえつけると、昇圧された高電圧で感電してしまうので、鉛筆で押さえつけました。

全てのモジュールが、設計通り90V程度の電圧へと昇圧動作することがわかりました。

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ネオン管を光らせてみる

それでは、目的のネオン管を光らせてみたいと思います。ブレッドボードに、DCDCモジュールでネオン管が光る回路を作ります。

電源を入れるとネオン管が光りました!

DCDCモジュールの消費電流は22mA、ネオン管に流れている電流は1.8mAでした。効率を求めてみます。

入力電力Pinは、9[V]*0.022[A] = 0.198[W]

出力電力Poutは、90[V]*0.0018[A]=0.162[W]

変換効率はPout/Pinより、0.162[W]/0.198[W] = 0.82 = 82[%]

電源電圧が9Vで出力電圧が90Vであれば、5Vでニキシー管を点灯させるための175V出力の時と違い、変換効率が良いようです。

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分光器でスペクトルを見てみよう

それでは自作の分光計でネオン管の発光スペクトルを見てみましょう。

580nmくらいと600nm以降にいくつものピークがある、特徴的なスペクトルを見ることができました。

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さて次回は

次回は、このネオン管の他、いろいろなLEDのスペクトルが見れる回路を作りたいと思います。