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2022年9月29日 (木)

実践力学 水節約術

2209191某国営放送の地方局、女史アナが「七夕豪雨経験者は居なくなりましたから...」失っ礼な人だな~!当時20代の我々だって生きているし、多くの目撃者が存命なのだ。憤慨しながらニュースを見ていたが、情報統制でもされたかのように悲惨な状況は見え難い。当時より酷い状況と言う方も多いが地域によってで、何が違うとなれば宅地造成が更に進み保水能力が大幅に減ったからと推測する。生き物や菊屋の次男坊が水と一緒に節約術を持ってきた。

2209192トイレを流すにはペットボトル3本以上は必要で頭が痛い。そこで節約術、2lのペットボトルの上部を切り落とす。切り口が鋭いのでライターで軽く炙る、しくじると燃えるから自信が無ければサンドペーパーでエッジを落とす。これに1リットル強の水を入れて、排水溝めがけて水の塊をぶつける。すると内部のトラップを越えて排出される。このトラップを越える力が必要で、通常は水量による水圧がその役目をする。越えてしまえば排出方向へ力学が発生する。排水溝の径と、2リッターペットボトルの径による水塊径がマッチするから、うまくいく。バケツでも出来ないことはないが、水の量の多さと飛び散りで酷い目に遭う。小は1回、大は2回で綺麗に排出される。もっと合理的するならば、排水溝の径とマッチした水球体の水鉄砲を作り発射すれば、なお水は節約できる。これ特許になると思いますが。我が家の伝統は先ず行動を起し、しくじれば反省する。い~や、反省はしないか?

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2022年9月27日 (火)

cpuの賢い選択2

2209180生きものや菊屋の次男坊が「おやじ~大丈夫か?」と水を持参で駆けつける。カメにしても熱帯魚にしても膨大な水の貯蔵が必要で、その水を分けてくれた。更に「七夕豪雨より酷い!」と言っている。当時は清水市の時代で行政の対応も良かったが、今回は何だ!断水はトイレが使えず、毎日清水20万人の〇〇チが静岡沼上の焼却場ゴミとなり、噴煙はさぞかし大変でしょうが。k工業のm氏や、amp学校の住職や、親戚から心配の電話がひっきりなしに入り、ありがたい。画像は1974年の七夕豪雨で、家人の実家の前の川が氾濫して東海道線へ流れ込んで、凄まじい状況を呈していた。悲惨な状況になっているにも係わらず、責任逃れの言い訳に終始する長(おさ)達にプロ魂は感じられないし、見苦しい。こうゆう時にこそ人間の値打ちは決まるものだ。

2209181_20220925111101sh2aコアが良いに決まっている。2aコアのsh7286であれば300khzの電流帰還制御が可能となる。300khzは1サイクルが3.3μsecで、この間に電流指令値を読み出し、電流検出をし、p電流帰還演算を行い出力する。もうここまでくればアナログアンプを凌駕できる。アナログアンプは随所に時定数が発生し、案外ゲインは上がらない。過日k工業m氏が処理速度の向上で、打ち合わせにみえた。処理速度の向上の急ぎ仕事となれば、sh cpuで迷っている時間は無い。

2209182sh7211は2aコアだがやはりsdram搭載で使えない。sh7137は2aコアではないが、adコンバータは12bitで、これだ!と決めていたが、処理速度の向上では何も出きず、結局sh7145の旧式ボードに相成った。フリーハンドでサクサク回路を描いてk工業さんへ渡す作戦だった。がです、同じ回路を沢山描く必要があり、一辺で嫌になった。こりゃあcadしかない。

2209183前々から「これは使える!」と思っていた無償回路cadのcadlusに登場してもらう。勉強をしてからなどとゆう悠長なコトを言っておられず、強引に描き始めた。分からんコトだらけでヒリヒリしながら描いていると、ad変換器もda変換器もcadlusライブラリーには無くて困った!結局の所ライブラリーから作らねばならないことは、所謂泥縄式で処理速度の向上とは程遠い。こうなりゃあ腹を決めて全部をまともにやるしかなくなり、1人プロジェクトの真骨頂だ。それでも2日目にしてなんとかライブラリーを作り、回路図を描くまでになったのだが...

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2022年9月25日 (日)

山田猛夫さん水彩画展了

2209171生憎の雨天だが静岡市へ向かうならば電車に限る。何年振りかの静岡の街は更に洗練されて、何だかよそよそしい。大体が新静岡で降りて最短でアゴラビルへ向かうはずが、エラく遠回りになってしまった。ニコニコしながら山田画伯が出迎えてくれる。少し前になるが、常連の鈴木さんが「清水南高時代の先生です!」とわざわざ教えに来てくれた。なるほど最大レベルで合点がいった。上手いではなくて巧いが的確な表現だし、趣味の極道の中で絵描きが一番長く、60年を越えているから見る目だけはある。

22091721976年にiaiの前身である清水機電を創業し、1、2年後清水商工会議所から会社の調査に見えられたのが鈴木さんで、何十年が過ぎてjazz喫茶amp工房の常連客となった。そして隣組で何時もエ-ル交換していた山田さんが、鈴木さんの先生で画家だったとは?実に人生は不思議と奇想天外に満ちている。上手い絵はいくらでも観てきたが、上手いだけでは人の心は動かない。

2209173丁度色々あって、そう長い期間では無い仮住まいの時期が23組で、山田さんに親切にして頂いた。校長まで歴任されたと分かり更に納得した。一番上の絵にあるように水面下の見え難い所にその方の人生や生き方が現れ、その表現が美しく感動した。こちらの絵の清流文様の表現はとんでもなく大変だが、サラっとこなしている非凡。なんと言っても真ん中の絵で、その真ん中の木の枝に注目、枝葉末節を主役にしてしまうのだから、これはもう凄過ぎ。この多彩な表現は、今まで出会ったことが無い唯一無二。

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2022年9月23日 (金)

cpuの賢い選択

2209161sh7124と5はタイニーcpuでオモチャか?shcpuのプログラムをアッセンブラで記述したため、ルネサス内で噂になったらしい。なんとsh7124,5の開発者のt氏がバイクでamp工房を訪問してくれた。今は3社の合体ルネサスになったが、まだ日立時代の話です。開発者t氏から伝授された秘策「12.5mhzのスペックオーバー水晶駆動」を使いsh2aにも負けない高速電流制御を実現をした。デノンのdn-s3700と3900はsh7124のいっとう安いcpuに決めた。時効だから言うが1個百数十円で仕入れたらしい。上位cpuと常に通信しながら125khzの電流制御は、アッセンブラとあんぷおやじリアルタイムosとt氏伝授の秘策によるものだった。

2209162流石に2軸ロボットにsh7124,5はシングルチップで使えない。しかも特急納期はcpuボードを作っている時間は無く、shcpuボードメーカからの購入になる。浜松のアルファプロジェクトからは過去に2機種ほど購入実績があり、作りのしっかりさは承知している。ガラクタ箱を探すとsh7286のcpuボードが出てきた。k工業m氏と密談している時、これでいこうと話す。しかしです、なんだいsdramとは、こっちの設計cpuボードはsramアクセス25nsec等と拘っているのに、しかもパラメータセットが要る。sdramは高速電流制御に使えないぜ、困った。思案...

2209164pdx2300,3000、dnー3700,3900、pd-171、サーボゲインを決める最終段階で、必ずサムシン・エルスを使う。何でそうなったかは随分昔に深溝付きオリジナル盤を入手していた為で、国内盤や復刻盤などでオーディオ調整やるなどは論外です。ですからマイルスの押し殺したミュートが鼻ラッパにならないように、pi制御のゲインを決める。cdの時代もやはりサムシン・エルスだがこっちのcdは決め手が無い。クリフード・ブラウンのように早吹きが出来ないものだからバラッド調でミュート、ここにマイスルの非凡さがあると同時に、発明開発の大いなるヒントがサムシン・エルスには隠されている、名盤中の名盤です。

2209163思えば遠くへ来たもんだ~、1971年のインテル4004に始まったロボット&オーディオ人生は常にどんなcpuを使うか思案し続けている。しかしcpuは人生を狂わせる悪魔でもある。親しい日立の京大出のロボット設計者は、cpuの魔力にやられて出世コースをフイにした。スパコン冷却では詐欺事件も起きた。我が身はこの悪魔にやられて、地に財を積むことを放棄した。
参考までに、
電流帰還pi制御でpdx2300,3000は10khz(cpu300h)、dnー3700,3900は(sh7124)125khz、pd-171は(sh7083)200k、ラックスマンのpd171が世界最速です。

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2022年9月21日 (水)

pwmアンプハードウエア8

2209141「このプロジェクトチームは解散です!」とdj開発部長のt氏が終了宣言をした。dn-s3700と3900の2機種の開発に4年携わり、実に面白かった。「何処のウマの骨」扱い?から、仕舞いにはプロジェクトのメンバー達がjazz喫茶amp工房へ音を聴きにくるようになった。その3900の開発時、マランツpdx2300時代からの付き合いのe氏から「何とかハードウエアが安くなりませんか?」と相談されて、「ようがす!」と引き受けた。

2209147先ずはモータのvaをやり、サーボモータとしたら世界一安いモノを作った。続いて3700のモータアンプのアナログアンプから、3900はpwmデジタルアンプに変更し、動作は高速サーボだから相補pwmにした。回路はcpuのpwm出力にmosfet付けただけで、大幅なコストダウンになった。しかも125khzのサーボアンプで8μsecの電流制御となり、これも世界最速だった。ここまで高速にしないとdj操作の人間的動きについていけない。mosfetの優秀な石を使えば超高速サーボアンプは可能になる。やってください富士電機さん、20khzのipmでは遅過ぎます。

22091394久し振りにFuture Energy Electronics Centerの賴教授のプレゼン資料を、丹念に読んだ。下手な技術書なんか到底及びもつかないし、このレベルを持ってバージニア工科大のマスターレベルというのだから、この大学のレベルは高い。こうゆう基礎研究こそ大学でやるべきと思う。この絵から判断して後は自分流儀に解釈して応用する。このAsymmetrical Half-Cycle Unipolar PWM を良く観察すると奥は深いが、その解説は何れ。
この資料の出所は「PEDS 2009, The Eighth International Conference on Power Electronics and Drive Systems Taipei, Taiwan, 2009/11/02-05」日本の研究者も多く参加していた。

2209148海外に多い太陽光パネルは日本のそれと違い1パネル1パワーコンデショナーとなる。すると太陽発電電圧は24v~48v程度となり、ここから昇圧して200vグリッドであれば300vとなる。この昇圧比がデカイものだから通常のdc-dcコンバータでは無理。使用するmosfetは低電圧大電流タイプになるが、自動車用で大量に作られているからゴロゴロしている。モータのインダクタンスを小さく設計すれば、画像のような大電流pwmが容易に作れ、これならば100khzの電流制御も可能になる。

2209142新方式pwmの理論的検証が終わったのでまとめてみよう。こちらが相補pwmのcpu出力、丸印のフェーズは4つ、黒丸1はtr1とtr4オンでコイルには+電流が流れる。赤丸2はtr4がオフとなる。

2209143緑丸3が相補pwmの特長で、tr3がオンになるが回生電流は続いている。再び黒丸4でtr1がオンとなりコイルには+電流が流れる。赤丸2ではtr4がオンしているからtr2のfwdを経由してコイルには循環電流が流れる。

2209144こちらは新方式pwmのcpu出力、黒丸1でtr1、tr4オンでコイルには+電流が流れる。赤丸2はtr1がオフとなり、黒丸3で再びtr1がオンとなりコイルには+電流が流れる。

2209145新方式pwmの方が動作フェーズが少ない。tr1オフ時の赤丸2の循環電流の流れは相補pwmに同じとなる。

2209149x何が違うのか?
相補pwmはバイポーラで極性を持っているから電流帰還制御において単純な計算式で出来る。且つ1回のオンサイクル中に必ずオフが入り、サーボ剛性は上がる。但しスイッチング回数が多いから高効率が必要な太陽電池には使えない。またバイポーラの構造上pwm分解能は半分になる。一方で簡単な動きをする新方式pwmはユニポーラだから、電流帰還計算において極性を持たせた計算式は複雑になる。pwm分解能は相補の倍となる。スイッチング回数は少ないので太陽電池にはもっぱらこの方式が使われる。サーボ剛性で相補pwm、高効率で新方式pwm、これが結論です。

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2022年9月19日 (月)

pwmアンプハードウエア7

2209131「録画しておいたよ~」と家人が言う。何かと思えば昔のボスが五郎丸さんの番組への出演だった。「国力の無い日本が世界へ出るためには同じ時間働いたんではダメだ...」と強調されていたが、それに付け加えるならば効率の問題で、ジャッジの2mの体格を維持するにはそれだけのエネルギーを消費する。我ら平たい顔族は、お茶漬けサラサラの少ないエネルギーでがんばらねばならない。そもそもiaiの原点はこのロボットで、i工業さんへ出向いた時に課長さんから「円弧補間できますか?」と問われれば、位置決めしかやったことのないくせに「出来ます!」と答えてしまった無謀。ですから受注した後は苦労の連続で、ボスの言う通りの徹夜が続いた。40年が過ぎた日曜日の早朝6時、telが鳴る。誰かと思えばこのロボットメカを作ったk工業のm氏で、凄い人だ。こっちのピンチを見かねて「取りに伺いますか?」でした。開発には寝食忘れて仕事に没頭する猛者が居ないと、新発明など到底出来ない。

2209132新方式pwmの動作試験は佳境で正に寝食忘れ状態。あ、もう1つ付け加えるならばロボットが無性に好きなこと、いやアンプが無性に好きなのだ。これがないと四六時中やっちゃあ居られない。アムクロンの5000vzを2台使って駆動した電流波形で、42a~45aも流している。アナログアンプがリファレンスでこの波形となる。負荷抵抗にもよるが、1Ωで70aも流せるオーディオアンプは他には無い。violaのブラボーにしてもマッキンのmc1000にしても、無理です。

2209133新方式pwmの電流波形がこれになり、amp工房では最大電流のレベルとなる。上のアナログアンプとこのデジタルアンプの電流波形を比較すると、カタチは概ね合っている。よって新方式pwmアンプは設計した通り正常に動作している。動作しているが、下にやられた!

2209134名誉の為に明かさないが、ある技術書のこの文章が引っ掛かり何度も々実験を重ねた。新方式pwmは「コイルの電流の行き場を失い、電流が流れたり止まったりする」とある。ならば上画像のような電流波形にはならないはずだ。


2209135xxまた「インダクタンスの設計が難しくなり、新方式pwmはコイル以外の負荷にしか適応できない」ともある。インダクタンスは自分で設計しているから、おおきにお世話だ。pwmの方式を設計するに当たり基本はハンドシュミレータで、コイルに流れる電流の挙動を丹念に追う。tr1のオフでコイルの電流は同じ方向に電流を流そうとする。tr4がオンしているから、tr2のfwdを経由して循環電流として流れる。

2209139論より証拠がこのデータで、tr1がオンするとコイルに電流がチャージされる。tr1オフの後は上の説明通りの電流挙動でディスチャージされる。マイナス側の電流だから下向きに増加して行く。プラス側でも同様でオン時間が長くなればディスチャージが追いつかなくなり、コイル電流はどんどん増加する。

22091393論より証拠の次データ。オシロスコープ分解のギリギリの時間軸2msecにおける20khz50μsecのpwm波形と、その時のコイルに流れる電流。青のギザギザはコイルにチャージ、ディスチャージを繰り返しながら電流の増加減少をするから、こうなる。

2209138参考までに相補pwmの電流波形を示す。新方式pwmの電流波形も相補pwmの電流波形も同じになる。まさにこれは教科書通りの波形なのだ。

2209136x実はこの技術書でもう1つやられた。フェーズシフトpwmの解説で、赤線の部分。「インダクタンス負荷の回生電流がボディダイオードを流れない為出力があばれません」、とは一体なんだ?

2209137以前やったフェーズシフトの電流波形で、コイルをオフすれば続けて電流を流そうとして回生し、次のオンで必ずpwm特有の短絡電流が流れてあばれる。画像の上の黄色丸印がそのあばれ電流となる。

22091391当時盛んにやったのがやはりハンドシュミレータで、このような絵を何枚も描きながらシュミレーションの精度を上げて行く。時には間違い、動作させてエライことになる。何事も格好よくスマートになんか出来っこない。どんな技術書よりも、高度なmatlabよりも、コイル1個の基本動作を丹念に追っていけば必ず答えは見つかる。この辺りの作業はオーディオ用アンプの開発も全く同じになる。

22091392シャクだから言わしてもらえば、嫌になるくらいpwmをやらなかったら、本など書けない。書けないが格調高くしようと見栄を張ってやってないことまで書いてしまから、こうなる。3次元接触水晶粒防振構造で、どなたさんかが「あんぷおやじ~ウソ付かない!」と言っておられたが、やったことしか書いていない。さて新方式pwmは自信が無いものだから、変にグラつき時間の浪費をしてしまった。結論は大枚叩いてまで技術書は買わないことです。

22091394追記:
新方式pwmは台北の大同プロジェトの時頂いた、Future Energy Electronics CenterのJih-Sheng (Jason) Lai賴教授(バージニア工科大学)が、2009年11月2日に台北で行ったpeds2009のプレゼン資料の中に、 Asymmetrical Half-Cycle Unipolar PWM (非対称半周期ユニポーラ PWM)として載っている。tr1オフの時のコイル電流はtr4がオンしているからtr2のfwdを経由して循環循環電流として消費する、これが正解です。2011年に大同プロジェクトはスタートしたから、当時は最先端の資料で、はっきり言ってこの分野で日本は遅れていた。今頃当時の資料を繰ってたまげた。上記技術本の比ではないお宝技術資料はありがたいし、技術指導に行ったはずがこっちが大いに学んだのだ。

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2022年9月17日 (土)

pwmアンプハードウエア6

2207262_20220917031601インダクタンスの怪にやられっぱなしで実に悔しい。デジタルでもアナログでもアンプの構成部品は抵抗にコンデンサにコイルと相場が決まっている。決まっているが、どれ1つとっても難解なシロモノで、難解を難解でないフリをしてアンプ作りに励んでいる。そしてアンプの主役は、何とか式トランジスタとか、銘球のwe300bとかになるが、それが違うのね~。トランジスタがいくらがんばっても画像のofc純銅超電解コンデンサに敵わないし、300bがいくらがんばってもofc純銅トロイダルトランスに敵わない。アンプ作家は先ず構成部品の開発から始めるべきで、回路をいくらいじっても上杉先生を超えられないし、ジョン・カールを超えられない。

2209111やられっぱなしは悔しいので、何度もインダクタンスの怪に挑んでいる。tds3012に映っているのがモータ出力端子の電圧で、あんぷおやじ流儀のpwmは正確に動いている。世の中、電圧と電流があると、何となく電圧の方が身分が上のように電気科では教えるもんだから、先ずは電圧を見る。それに電圧の方が簡単に見えることからも、そうなっている。

2209112それが違うんだな~、電圧によって電流が流れ、この電流が仕事をしている。所が電流は見るのが大変だから、出来るだけ見ないように何とか解決できないかと行動する。amp工房のヒョロヒョロ電源でもモータに37aの電流を流している。

2209113テスト中にインダクタンスの怪転じて、電流の怪が出てしまった。あんぷおやじ流儀のpwmは正確に動いていると自慢したばかりに、やられた!pwmは上画像のように正確に電圧を出している。一体なぜだ?

2209114そこで4代目のオシロスコープレクロイの登場です。映っているデータはほぼ同じで、テクトロオシロの問題ではない。台北の大同(タートゥン)へ技術指導に行っていた時、大同側のオシロスコープはレクロイで、その機能にしびれてamp工房でも導入してみた。前回のエントリーで最低3台のオシロスコープは必要とした理由が、民主主義の多数決で決める必要がある。2台では1対1で永遠に答えは出ない、3台よりも4台の方がより正確になる。しかし、これが段々増えていくと国家のように訳が分からなくなるから、まあamp工房の10台くらいが適正でしょうと我田引水。

2209115pwm電流を拡大してみた。オンの瞬間とオフの瞬間にインダクタンスの怪とpwmアンプの怪が重なって、すごく複雑な電流の流れを起こしている。6.8armsの電流時ピークは40a以上も流れているが、これはfwd(igbt並列ダイオード)の突入電流で問題ない。問題はリンギング電流で、これが大きいとipm保護電流域に入る可能性はある。オンオフ時の盛大なピーク電流が重なってオシロスコープへ飛び込んだものだから、どう表現していいか分からずとりあえず出しておこうとなり、電流お化けになっていた。やれやれです。

2209116インダクタンスの怪はまだ続くがその前に三菱ipmのインターフェース基板を作らねばならない、と重い腰を上げる。拡大鏡でチップ部品をハンダ付けするのだが、拡大鏡で鮮明に見えていた基板が若干見難くなっている。困ったものです。そこで秘策、見えない所は心眼でエイヤッと気合でハンダ付けする。耳は益々コルトレーンのjazzが聴こえてくるようになり、こっちは元々駄耳だから心耳で聴いているのかも知れない。

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2022年9月15日 (木)

pwmアンプハードウエア5

22090611996年の大晦日は一関ベーシーで、エルヴィン・ジョーンズさんの年越しライブに参加した。ナベタニ弁護士のお供で出かけたからvip待遇で2ステージを聴いて、更にアフタアワーズにもお付き合いして、翌1月1日の朝、新幹線で帰郷した。ポリリズムで乱打するエルヴィンさんのバスドラを足で抑えて、直接リズムが体に飛び込む貴重な体験をし、お宝コルトレーンのジョニー・ハートマンの開きにサインをもらった。エルヴィンさんに接触することでコルトレーンへと思いは繋がる。どうも人生は地に財を積むより、知に財を積んだ方がよろしいようで、向こうへ逝ってしまう時知だけはは持っていけるような気がする。

2209101こっちも知識に財を積むお話です。ロックのドラマーはツインバスドラをやるようだが、エルヴィンさんは1個のバスドラでツインバスドラをやていた。こっちも負けじとツインipmをやってモータ2台を動かし始めたが、中々手強い相手で本性を表さない。

2209102本性を見てやろうとするとオシロスコープは最低3台要る。手持ちのオシロスコープは最大で10台を越えており、道楽と陰口叩かれたがpwmのアイソレーションアンプを開発するには通常で4台は使う。病院のicuみたいなもので、体中にセンサーを付けないとpwm複雑系アンプの開発は出来ない。

2209103過日サボテンを買いに来た外人さんがいた。padovaの店主は英語を殆ど喋らないものだから、怪しげな筆談をやっている。こっちは喋れないが強引に喋るタイプで、聞き出した。東京の友人に送るギフトでサボテンは電磁波を吸収するから良い、などと信じて結構高額なサボテンのお買い上げでした。更に聞かれて「何時jazz喫茶amp工房を再開するのか?」とjazzフリークで、また過去にアッセンブラのプログラマーをやっていたと聞き思わず握手をしてしまった。

2209104オーディオもロボットも同じで電源のエネルギーが全てを制する。amp工房は単相3線式の100v-100vだから両端で200vになる。モータに40a近い電流を流しての試験で受電端の電圧は200vから190vまでダウンしている。これが電源波形でとてもじゃあないがサイン波とは呼べず3角波に近い。現在の太陽電池パワーコンデショナのグリッド接続の歪み率は一体どうなっているのか?またインバータ機器による波形歪みは一体どうなっているのか?佐久間ダムのフランシス水車96000kwx4台で発電された電源は綺麗なサイン波のはずだし。

2209108出展:日立評論1955年
電源開発(株)から日立製作所はフランシス水車発電機を2台を受注し、これの開発担当者が外岡工場長だった。1967年に日立清水へ入社し、外岡工場長の配慮で電子技術の研鑽が出来て、言わばロボット技術の大恩人なのだ。日立清水を退所されてからは日本コロンビア(現デノン)の社長までやられていたから、デノンからdj用ターンテーブルの開発依頼を受けた時には、リキが入った。厳密に表現するならば、外岡工場長が居なければiaiは無かったとも言える。

2209109電池なんかじゃあダメさ。1950年代から1960年代のコルトレーンが活躍したjazzのエネルギーは、フランシス水車やカプラン水車で発電した綺麗で重たい電源でなければ再現できない。世の中itだのスマホだので小型、軽量、淡白、精緻の便利情報過多の全能感で悟ったつもりだが、余り悟らない方がよろしいようで。悟らず鈍重にやっている方が面白ことに多く出会う。jazzオーディオは水力発電ですぞ。

2209105電源トランスを潤沢に持っている訳でもなく、大容量のノイズカットトランスの200v/100vを使っている。40aも流すとac95vだった電圧が66vまで電圧降下し、且つ矩形波になってトランスからジージーと盛大に音が出る。この見事な矩形波にたまげたが、これでamp工房での最大電流試験は終わり。

2209106この次が頭痛の種でインダクタンス怪現象なのだ。テクトロのオシロスコープ3台目で見たipmの出力波形で、上段が全体像、下段がその一部を拡大したもの。tds3012は購入時56万円もしたが、お代以上に優れもので波形解析に欠かせない。pwmアンプ開発では出力段のブリッジ図を描き、ハンドシュミレータでどのように電流が流れるかを追う。どう考えてもインダクタンスを切った後の挙動は、igbt並列のダイオードで循環電流となり消費し切って、逆側に電圧の発生要素など無い。また何度計算してもインダクタンス値は合わないし、周波数依存性は大きく、やはり怪だ!い~や、アンタの頭が怪だ、とでも言ってもらいたいのだが...

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2022年9月13日 (火)

不安定系力学 超dc電源

2207170フラフラ動く不安定な案山子(かかし)を安定的に動作させるのが現代制御理論で、しかしもう古くて大学の研究テーマにもならない。人間生真面目が基本だから不安定系と聞くと、途端に不安になる。まあ安定系などごく稀だし、安定系と言えども安住の地ではない。ハイエンドオーディオ三昧で悟ったが、どれだけ投じても安定系には入れない事実、たいていは諦め安定系もどきとなってしまう。ならばいっそ不安定系に甘んずる手法でやってみよう。今は亡き音色力学の先駆者、佐久間さんの回路が基本です。

2207171著名なパワーアンプで電源を定電圧化して安定系を目指したが、安定と引き換えにアンプが2段入っているようなもので音色は改善されず、切り札にはならなかった。電源回路は佐久間さんの回路で異存ないし、これ以上の回路もない。

2207172これをチョークインプット式にしたのがgm70管銅式アンプの電源です。ch1のチョークコイルはΦ1.0mmのofc純銅線を巻いたから単純に電流は15aほど流せるが、磁気飽和で制限されてせいぜい0.5a、それでもインダクタンスは66hも取れて、且つ直流抵抗は4Ωと極度に低くモンスターチョークになる。これでやっと真空管用チョークインプット電源が成立する。

2207173また電圧を下げる方式は抵抗の電圧降下を利用したこの回路は電源の密結合を阻害して悪としていたが、現在の判断としてこちらが正解になる。但し銅マンガニン線抵抗を使うこと。これによりトランジスタレギュレータの半金属より、音色は大幅にカイゼンされる。抵抗の種類によってはトランジスタ以下になるから注意が必要です。

2207174佐久間さんがハム対策で取り入れた3端子レギュレータの回路図。著書を読むとこの回路は2,3回使用しただけで消えてしまった、そりゃあそうでしょうよ、トランジスタより音の悪いopamp式ではどうにもならない。結局チョークコイルかドロッパ抵抗に戻った。

2207175整流回路はgz37の全波整流になる。このセンタータップ整流は基本半波整流だから音を悪くする整流素子通過が1個で済む。今までが前置きで長くてスマン。超dc電源の超は超簡単の超で、実態はt-mon君が作っているcdm9のcdプレーヤpcd-855の電源の3端子レギュレータを止める大作戦です。ここで最初に戻り不安定系の理屈を加算する。

2209011_20220913050501dc電源の作り方は各電源の負荷電流を測定する。その負荷抵抗から必要ofc純銅電解コンデンサの容量を産出する。最後にofc純銅トロイダルトランスの2次巻き線を実働させながら巻き線調整する。+5vのロジック電源も±8vや±15vのopamp電源など全てに適応する。早い話、トランスと整流器とコンデンサだけになる。整流器はgz37、無理な場合は31df6とする。だから言ったでしょ、何も無いから超簡単だけが残る。

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2022年9月11日 (日)

pwmアンプハードウエア4

2209060アムクロンのパワーアンプと言えばpa用と相場が決まっている。ですからpa用はキメが粗いだのクリーミーさが無いだの、現代のハイエンダーは認めようとしない。celloのパフォーマンスを使った経験から、あんぷおやじ流儀の改造を施した画像の5000vzは負けてはいない。500万円のアンプ買いますか?それとも20万円のアムクロンの中古を買ってチューニングしますか?5000vzはとんでもないパワーアンプで、1Ω負荷で100vの70aの出力電流を流すことが出来る。これにはパフォーマンスも敵わない。調子に乗ってガンガンモータを回していたら壊れてしまった。電源に内部抵抗が存在しているからコイルを駆動した場合、はね返りで電源電圧が上昇して出力トランジスタの耐電圧オーバーで破壊した、と推測する。勿論回路図があるから修理は可能だが、今はやらない。

2209062xまあ、そんな訳でpwmアンプのハードウエはの仕上げは急がなくてはならない。sh7145のマニュアルを首っ引きで読み込む。pwm1モードはチャネル0のtioc0aから始まってチャネル4のtioc4cまでaとbがペアで8本のpwm出力を出すことが出来る、と理解した。これは凄いことで単相モータならばcwとccw方向制御で4台同時に電流制御出来ることになる。

2209063現実にはsh7145のcpuクロック40mhzでは、4台の並列制御には時間的に無理がある。ソフトウエアも組まず、とりあえず2台分のpwmを出すハードウエアの改造をする。画像はipmインターフェース部の改造状態、上画像もこの画像も配線は美しくないが、最短になるように配慮した。

2209065プログラムはpwmの1台分が出来ているからメインのイニシャライズを含めてコピペで直ぐに終わる。楽勝と思いきや、no1pwmアンプは短絡状態で、no2pwmアンプは出力が出ない。しかしです、今まで動いていたno1pwmがなぜ?これを持ってヘレンケラー症候群と言う。ソフトが悪いか?ハードが悪いか?ipmが悪いか?同時多発3重苦なのだ。

2209066ここからがオールナイト日本で延々と作業は続く。先ずはsh7145のマニュアルを首っ引きで読み込む。pwm1モードにチャネル3と4を決定する各種パラメータのセット状況を調べるが、異常は無い。続いてipmインターフェース基板でpwm信号を見る。no1pwm信号は正常、しかしno2pwm信号に欠けが生じている。

2209067no2ipmインターフェスコネクターの配線間違いで5aに接続されていた。ここは4aが正解となる。これで1個やっつけた。これは改造の図面を書いた時に間違えたのだから、設計の問題でした。

2209068最後の難物はno1pwm用のipm150aで、75aから本番用に替えてあった。原因はゲートif部に損傷があり、アッパーアームとロアアームが短絡動作をしていた。この場合は出力トランジスタは全て正常だから故障の原因を調べるに、随分と時間を費やした。実は150aは虎の子の1個で貴重品なのだ。いや~、買うには買えるがこの半導体の異常事態に納期はどれだけ掛かるか分からない。仕方がないので2個とも75aでやることにした。電流指令を2個のpwmに与えると各々電流出力が変わり、並列動作をしている。これは凄いことで2軸のロボットが1個のcpuで別々に動いているが、まあ凄さは理解してもらえないね。やれやれです。

2209069アムクロンパワーアンプは常用していたクレルのksa50や、sae2600や、カウンターポイントのsa3.1と同じ世代にdc300で登場していた。柳沢先生も山中先生も随分評価していたのだからハイエンドへ進む道もあったと思っていたが、クレルを初めcelloもハイエンドアンプはことごとく衰退していったのだから、paで正解だったと今は判断が付く。こんなコト言っちゃあなんだけど、sae2600とカウンターポイントsa3.1の組み合わせを超える1950年代60年代のjazz再生アンプは、他にありますかね~。

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2022年9月 9日 (金)

pwmアンプハードウエア3

2209051リバカフェから眺めるマンハッタン島がベストビューで、そのシンボルとなればワールドトレードセンタービルとなる。破壊されて20年以上が過ぎて新しいビルが建ち、超近代的な新しいビルはどうにも馴染まないが、それは個人の好みだから仕方がない。仕方がないが、ニューヨークへ行くべき理由の1つが減った。写真はその風景の思い出と併せて、当時の自分の置かれた立ち位置を思い出す。当時もサーボアンプの開発を手がけており結構苦労していた。

2209052これで何とか組みあがったのだが...

2209053モータの関係で駆動コイルは2コイルとなっており、全面的に作り直さねばならないことは分かっていたが先ず1コイル分をまとめた。配線インダクタンスの低減で8スクエアのivを限界まで短くしたので配線のやり難さは、おびただしい。ですからipmのメーカは電解コンデンサとipmを一体化で作るべきで...そりゃあ無理な相談となるでしょうが、そこに発明のヒントがあると思いますがね。

2209054重い腰を上げて2コイル対応のハードウエアを完成させた。1人プロジェクトxのしんどいのは面倒な作業も自分でやらねばならなく、iai時代のように指示だけ(口だけ)なら随分楽なのだが、しかし微に入り細に入りの納得は一人プロジェクトxでなければ出来ない。どっちが良いか?テクノストレスゼロの1人プロジェクトxが俄然良い。150aと75aのipmが2個、lemの貫通型電流センサが2個何とかバランス良く付いた。

2209055ラインフィルターとはこうなる。配線をインダクタンスとすればipmの端子直近へ高周波特製の良いフィルムコン(緑色)を付ける。理屈ではそうだが電流源は18000μfの電解コンデンサが現在の2本+あと2本、これの内部インピーダンスの低い供給源からの短絡電流ノイズは輻射ノイズともなって消しようがない。ともかく電解コンデンサからipmの±端子までがpwmアンプの肝となる。更に言わしてもらえば、この間の着磁電流にも似た短絡電流はプロテクトのしようが無いから、ここはipmの保護機能を充実させて欲しい。

2209056冒頭に戻り、9月11日が近づくと当時を思い出す。その頃のamp工房は駒ヶ根事務所時代で、仕事を終えて深夜に清水へ戻るとニュースが流れていた。放映をリアルタイムで見てしまったから、殊更強烈に印象が残っている。こちらの画像はリバティ島(自由の女神)からの撮影で、眼前にワールドトレードセンタービルがド迫力で迫る。右上にヘリが見えるが、小型航空機もビル近くを飛んでいるのだから、事件の状況も分かる。ワールドトレードセンタービルは通称ツインタワーと呼ばれ、我々にはこっちの方が馴染みだ。四角い塔が2本、このシンプルで意味深いデザインは不滅と思っていたが...

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2022年9月 7日 (水)

山田猛夫さん水彩画展

2209041郵便受けに個展の案内があった。葉書からは透明度が高くスーパーリアリズムの水彩画で、とんでもなく巧いコトが分かる。山田猛夫さんとゆう方の個展で、近所にこんなに凄い画家が居ただろうか?それから何日が過ぎた夜勤明けの帰宅途中、散歩中の隣組み山田さんと出会う。早速質問すると「あ~、それ私です。」「えっ!」と絶句する。20年以上の付き合いで画家であることなど全く話に出ないし、こっちも画家崩れなど言っていない。

2209042xjazz喫茶amp工房開店時にレコード持参で駆けつけてくれたのが隣組み唯一の山田さんで、一宿一飯の恩義がある。とゆう訳でオープニングに馳せ参ぜようと思っている。また今日、県の芸術祭が続いていたとも知らなかった。一時プロ登竜門で富嶽美術展に取って代わって、その富嶽が終わって県の芸術祭は終わったとばかり思っていた。再チャレンジするのも良いかもしれない。

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2022年9月 5日 (月)

pwmアンプハードウエア2

2209030家人が某国営放送でサボテンを食用にする研究の放映があったと言う。続けて「おとうさんは早過ぎたから、早過ぎは変人扱いされるのね~」ときた。食糧難対策にウチワサボテンを持ってくるならば、放送のあったノパルではなくてバーバンクウチワ、いや何と言っても史上最強のロブスタ「ベレン」となり、国内ではサボテン工房が安定的サプライヤーです。画像のサイズは40cmオーバーしているが目標は50cmの巨大とし、孫悟空の鉄扇公主のウチワの向こうを張る。東海大海洋のw先生と三保の砂地にこれを植えて地球砂漠化対策と食糧難対策の切り札にしようと目論んだが、三保が世界遺産になってしまい頓挫した。ノパルなどのヘナチョコは真に飢餓を救うには軟弱過ぎる。k工業m氏に譲ったら農業もプロで、窓際一杯にベレン鬼トゲに生長し敵の侵入を防ぐバリアになったそうな。

2209032閑話休題、m氏依頼のpwmアンプの放熱の加工に入る。アルミ放熱器の厚みが10mmある。これはホームセンターの安物ドリルでは無理で、日立を引きずり出した。トルクの弱いホームセンターと違い、高回転でどんどん穴が開く。キリがやられてしまう可能性ありで、切削油を使った。jazz喫茶amp工房のテーブルの上に油が飛び散る。

2209033穴あけが終わったらパワーデバイス取り付けのみタップを切る。パワーデバイスは最悪交換があるため、表面よりネジ止めをしなければならない。このアルミ素材は良くねじ切り出来るが、m4とタップが太いせいか?m3なんかでは結構折ったりする。

2209034切子などを丁寧に除去し電源系の部品を組み付ける。組み付けたそばから配線作業となる。深夜にこの作業をしていると、昔を思い出した。清水機電(iaiの前身)を起業して最初に受注したのが豊年製油の制御盤で、ボスと2人で何日も徹夜して作った。

2209035以前のアンプ配線は14スクエアで、屈曲に力を必要とし、また屈曲のrも大きい。これで短く配線をして欲しいは無理な相談でした。著名なアンプ作家が電源のバスは14スクエアくらいにしたい、と言っていたが音質に太さは関係ない。その言葉に触発されてofc純銅棒Φ16mmを作ったが、音は別にで大枚すった。pwmアンプは単に大電流が流れるから太い。今回は8スクエアの線材を使っているがご覧のように配線の長さが極端に短くなり、これでは5.5スクエアでも良かった。久し振りに8スクエアの圧着ペンチを握るが、昔のようにサクサクと圧着できない。

2209036これでほぼパワーデバイスの肝心な部分の配線は終わり。上の画像では電解コンデンサの端子が表面側に出ているが、これでは配線の長さが長くなるためひっくり返した。これで配線長さは短くなるが配線のやり難さと、メンテナンスが面倒になる。

2209037どうしたものかと思案、そうだアルミ放熱器に穴を開け裏側に電解コンデンサを付ければ更に配線は短くなる。しかしその加工はamp工房の非力な加工工具では出来ない。昔、ハイエンドアンプを片っ端から使っている時代があった。その中のダゴスティーノのクレルksa-50a級パワーアンプは、電解コンデンサがパワーバスにぶら下がっていた。オーディオアンプもpwmデジタルアンプも基本は同じなのだ。これは製品レベルでコンストラクションの再設計をやろう。

2209031冒頭に戻りロブスタ「ベレン」の続き、画像の50年モノの古株を植えておいたら親しいガス屋が見るなり「シイタケですか?」ときた。どうして40cmもある古株が巨大なシイタケに見えたのだろうか?その感性に感心して銘を「シイタケ」としてある。ウチワサボテンも生物であるが、脳は足りない。食料危機難対策は1枚のウチワから最大の重量と水分を確保しなければならない。そこで切り札は完熟牛糞の登場で、これを培養土に混ぜ込む。その量が傑作で多過ぎれば枯れてしまうし、少なければ大きくならない。そこに際どい一線がある。奏功でグングン急速に成長し栽培実験は成功か?と思われたが脳が足りないため、自重を支えきれず自分で勝手に倒壊した。何処ぞの国家であり何処ぞの企業みたいだ。ウチワサボテンは2進法、画像は1個から5個で2進法を超えているが、1,2,4,8,16,32...コンピュータの原点で増える。これを鼠算式とも言う。そのコンピュータ式からもウチワサボテンは食料難対策の切り札なのだ。

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2022年9月 3日 (土)

pwmアンプハードウエア1

2209011x大型3wayのaltecスピーカシステムの振動板の位置合わせは、音を一体化する上で極めて重要な作業になる。ドライバ288-16gの振動板のどの位置を持って、またウーファ515bのスロート型コーン紙のどの位置を持って合わせれば良いのだろうか?文献には概ね中心となっているが、1mm単位の調整は無理な気がして、最後はいいからはちろべ~式に、エイ、ヤッでやった。jblの2405はレンジも広くい音もまあまあ厚く、優れもののツイータです。この2405の振動板位置合わせもベイシースガワラさんの向こうを張って1mm単位にで調整したが、結局の所良く分からなかった。今回はこの1mm単位の調整のお話です。

2209012pwmアンプのノイズがやたらデカイので思い切って作り直すことにした。電源の3相整流器から電解コンデンサまでの配線、電解コンデンサからipmまでの配線、特に指示しなかったのでやたら長い。発生ノイズ電圧v=L x (di/dt)の式で発生するから配線が長いとインダクタンスが大きくなりノイズ発生が大きい。この長さを1mm単位で短くするのだ。

2209013現状のpwmアンプを完全解体する。大型のアルミ放熱器表面に各パワーデバイスを置いていく。ここが最大のポイントで十分に時間を掛けて何度も々レイアウトを動かし、パワーバスが1mm単位で短くなる法則を探す。

22090143相整流器と2個のipmを一直線に並べてofc純銅のパワーバスが張れるように検討する。今日の段階では3相整流器とipmの極性が合わずクロスしてしまい、ofc純銅パワーバスが張りづらい、思案...それでも従来から比べたら相当短い。

2209019一方でshcpuからは2チャネルのpwm信号を出すハメになりsh7286ボードを引きずり出した。1人プロジェクトxの合理性は無駄を省き最大の効率が得られる。先ずモータの巻き線設計をやる。巻き線からインダクタンスを計算し、駆動周波数からインピーダンスzを算出する。次に必要トルクから駆動電流を算出する。先のzと電流から駆動電圧を算出する。この間を行ったり来たりしながら絶妙なバランスになるよう、1mm単位の調整をやる。もしモータ屋とアンプ屋が別だとその設計者の都合になり、電源に3相200vから400vに昇圧するトランスが必要となったりする。こっちもトランスを考えているが、降圧用でコイルの絶縁問題とノイズ発生に有利に展開できる。どうです、1人プロジェクトxは便利でしょう。

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2022年9月 1日 (木)

海渡電子さんの親切

22083121人プロジェクトxは何でも1人でやらなくてはならない。k工業m氏から「磁石はどうですか?」と話があり、即座に磁石を使った磁気回路の設計に没頭する。当然分からない事だらけで磁石屋さんへ問い合わせた。すると「弊社ではご検討内容の計算困難です。計算(磁場解析)の専門会社様へのお問い合わせをオススメいたします」とつれない返事にガックリと落ち込んだ。元々磁場解析は有限要素解析で難しく、面倒な問い合わせだから不親切もやむなしか。余談です、フェライト磁石もネオジム磁石も日本人の発明で、ev(電気自動車)になる未来は日本の技術が世界を動かしているのだ。政治家にテクノロジーに詳しい人物が居れば、日本の技術の優秀性をprして国民に自信を持たせるのでしょうが、今の政治屋さんは自信を無くすような話ばかりで、嘆かわしい。

220831モータの設計からpwmアンプ製作へと戻る。三菱ipmを稼働させて1号機は上手くいったのでs氏に引き渡した。2号機に移るとフェイル信号が出っ放しでpwm動作をしない。あれやこれややってみるが万事休す。しょうがないね~中古品は、新たに1個買いますか?と海渡電子 さんのパワーデバイスを開いた。すると「万が一、初期不良等ございましたら交換させていただきます!」の文面があり「交換は可能でしょうか?」とメールを入れる。直ぐに返事があり「この度は弊社製品にてご迷惑をおかけし申し訳ございません。交換については本日現在弊社に在庫がございます、2点をお送りさせていただきますので、前回分の不具合品と合わせてお手すきの際に、同封の返信用伝票にてお戻し頂ければと存じます」これは感動モノです。元々大容量ipmなど専用品で入手は難しい厄介なシロモノだし、且つ中古品なので補償などあろうハズも無いのに、この親切です。1人プロジェクトxと形容しているが、コトを成すには1人の力では出来ないことを、又しても痛感した次第です。

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