既に半年も前から計画し車にデサルフェータ―３号機を取り付けようと思いながら時間が掛かってしまっている

まずは少しづつ準備してたことを整理してみる

原理

Alastair Couper氏が雑誌に発表した記事を見直す

• 鉛蓄電池は充放電すると電極に硫酸鉛の結晶が付き（サルフェーション）劣化して寿命となる
• 硫酸鉛の結晶には共振周波数（２～６ＭＨｚ）があり，鉛蓄電池にパルス（２～６ＭＨｚ）をかけることで硫酸鉛の結晶を溶解させ性能を回復させる方法が発見された（実際は別件の実験中に効果を発見したらしい）
• １２Ｖの鉛蓄電池に２～６ＭＨｚで３０～５０Ｖくらいのパルスをかけることで徐々に改善されていくが，実際の回路では直接鉛蓄電池に高周期のパルスを加えることは難しいので，コイルの逆起電力によるリンギングを発生させる
• このリンギングを共振周波数（２～６ＭＨｚ）になるよう調整しサルフェーションを除去する
• 共振周波数は３．２６ＭＨｚであるとの説がある

方針

• デサル動作をエンジン始動中のみだと短すぎるのでバッテリー電圧をチェックしながら常時動作させる

残容量（％）	電圧目安（Ｖ）	備考
１００	１２．６
７５	１２．４	※１
５０	１２．２	※２
２５	１２．０

• 動作終止電圧を※１と※２として切替られるようにする
• 電圧チェックもあるため５５５の代りに融通の利くＡｔｔｉｎｙ１３ａを使用する

回路

基本回路は以下のとおり（部品は暫定）

部品選定

以下の主部分の部品は調整予定で実験後に決定する

部品名	仕様	備考
D1	1N5822	ショットキーだがER504と同程度のカバリータイムで順方向電圧損失が少ないので採用
FET	2SK2232	2SK4021と検討
L1	100μH	47～220μH位で実験予定
L2	470μH	680μHでも良い
L3	1mH	決定
C1	470μF	100μF～で実験中，セラミックコンデンサに置き換えたいが・・・

調整内容

（１）L1の磁気飽和までの時間

ＦＥＴのＯＮ時間になるがＬ１が飽和するまでＯＮにすると部品が破壊されるので最大時間は知っておく必要がある

調べてみても（頭悪いし年のせいもあり）良く理解してないけど，コイルに最大電流から63.2％まで減衰したところが時定数となり，時定数×５で約１００％（つまり飽和）となるようなので，時定数を求めれば大体の時間が判るはず

　　時定数＝Ｌ（Ｈ）／Ｒ（Ω） （注）Ｌの抵抗もＲに含む

Ｌ１を充電の際のＲは僅かで約１Ωだろう（１００μＨのコイルは０．１ΩでＦＥＴが０．５Ω位，尚充電ではＬ２も絡む）

なので，１００μＨだと１００μｓ×５＝５００μｓと考えて良い

充電されたコイルの放電は充電時間と同じになるので充放電を含めた時間は１クロックタイムを超えてはならない

（２）FET

リンギングピーク電圧が４０～６０Ｖあるので余裕の電圧耐性があってスイッチングスピードが速いのが良いのかと思うのだけど実験してみないと判らない

（３）Attiny13a

ＦＥＴに切れの良い電圧（一気に高電圧等）を掛ける方がリンギングを発生しやすい（本来リンギングを発生させないようにする）

５５５で制御する場合１２ＶをＦＥＴに掛けていたので，ＡＶＲの５ＶのＰＷＭ制御でも問題ないか確認する必要がある

５Ｖでよろしくないなら１２Ｖをドライブすることになる

（４）C1

リンギングピーク電圧を上げるために容量アップしてる傾向があるのだけど実際のところはどうなのか？

実験結果

パルス発生器も改良して実験

（１）FETに与えるON時間は3～4μs

これまで7μs位のON時間を与えていたので5～10μsの変動で確認

やはり7μsを超えるとD1，L2の発熱が酷く80℃位になってしまう

そこで思い切って5μs以下に下げてみると，4μsまでは7μsと変わらないリンギングを発生できた

3μsにするとパワーが落ちているようで発熱がほとんど無い4μsがベストのようだ

（左：2SK2232-100μH-3μs，右：2SK2232-100μH-4μs）

（２）FETを2SK4021に変更

次に2SK2232と2SK4021で異なるのか比べてみると，明らかに2SK4021の方がピーク電圧が高くなったので変更

FETに与えるON時間は2SK2232の場合と同じく4μsの方が良さそう

（2SK4021-100μH-4μs）

ここで耐圧は低いが安価でON抵抗が低い2SK4017を試したみたところまったくリンギングが発生しなかった（RDSが関係するのか？）

（2SK4017-100μH-4μs）

（３）AVRで問題なし

5V駆動で問題なさそうだ

（４）220μF以上なら問題なさそう

200～400μF位でしか確認してない

100μFでも問題ないか別の機会で確認する

（５）L1を47μHに変更

FETに与えるON時間が4μsで十分ということはL1も小さくて問題ないということになる

そこで10μHでも十分そうだが余裕のある47μHで試してみたところ良好だったので変更（100μHよりピーク電圧が上がったようにも思えるがオシロがへぼなので確証が得られていない）

（左：2SK4021-47μH-3μs，右：2SK4021-47μH-4μs）

基板に実装（２０１８．６．１７）

実験はブレッドボード上だったので接触抵抗が入り正確なデータ取得とはならない

なので実験用のボードに結果を実装して確認した

部品名	仕様	備考
D1	1N5822	決定
FET	2SK4021	決定
L1	47μH	100μHから変更
L2	220μH	470～680μHから変更
C1	440μF	220μF × ２個

ピーク電圧は45V位まである

リンギング周波数は0.05μs位で20MHzとなり少し高いか

自動車とＵＰＳやポータブルバッテリ用にデサルフェータ―を新規に考えてみようと思いデサルフェータ―３号機を検討

まずはこれまで作製したデサルフェータ―について検証してみた

• パルス発生部とバッテリー接続部の波形をオシロで再確認
• 消費電力としてバッテリー接続時の消費電流を計測

１号機

元記事に近い形の回路でＰチャネルのＦＥＴを用いて作製してある

設計では１２ｋＨｚ動作であるがコイルやダイオード類の発熱がもの凄いため６ｋＨｚ動作にした（切り替えで１２ｋＨｚも残してある）

６ｋＨｚ時の波形（上：パルス発生部，下：バッテリー接続部）

ＦＥＴのＯＮ－ＯＦＦ間隔となるパルス幅は約７μｓ，ピーク電圧は約４０Ｖである

掃引時間を高速に変えるとリンギングが見え，パルス発生部も出力に影響してなのかＦＥＴをＯＮした部分（０Ｖになったところ）から電圧が上がっている

消費電流（６ｋＨｚ時）は３２ｍＡで低消費

参考までに１２ｋＨｚ時の波形（上：パルス発生部，下：バッテリー接続部）は６ｋＨｚの倍になる

若干６ｋＨｚ時より波形の上下が増えて派手になっている感じはする

消費電流はクロックが倍になっただけで１０倍以上となり，パーツの発熱のせいかしばらくすると７００ｍＡを超えた

２号機

５５５を正論理出力にしてＮチャネルのＦＥＴを用いた

パルス幅の調整に半固定を付けた

万が一のバッテリー上がりを避けるためエンジン始動中のみ動作させるようにしている（短絡ピンで常時動作も可能）

波形（上：パルス発生部，下：バッテリー接続部）

ＦＥＴのＯＮ－ＯＦＦ間隔となるパルス幅は約５μｓ，ピーク電圧は約４０Ｖである（後に判明したがオシロを購入した時に計測した２号機デサルのデータは電圧／ＤＩＶの倍率が間違っていたため正確ではない）

右は掃引時間を高速に変えてリンギングの状態を観ると，パルスの立ち上がり途中でリンギングが発生しているのが判る

消費電流は２２５ｍＡで多いと考える

考察

• 出力電圧に関しては１，２号機ともにピークが約４０Ｖであり十分と考える
• 出力クロックとリンギングについてはどうなのか（判らないため）判断できない
• 消費電力については，エンジン始動中のみ動作だと普段の利用状況だと短すぎるため効果が薄いのではないかと思い，消費電力を極力少なめにして一週間位の常時動作を可能にしたい（低消費電力化，電圧検知によるインテリジェント化）
• 掃引時間を低速に変えて１，２号機の出力の違いを比べる

１，２号機ともにクロック毎に同じ出力電圧ではなくバラツキがあるのが判る

出力パルスは２号機のほうが多く良さそうにみえる

低消費電力化

低消費電力にするためには効率良いパルスの発生を行いたい

そこでパルス調整できる装置をArduinoで作製し調整中

スケッチ

//ＰＷＭ出力で周波数・デューティ比をダイナミックに変更
//
#include <avr/io.h>
#include "rotary.h"
#include "Wire.h"
#include "AQMI2CLCD.h"

#define PWMPin 10
#define BTNPin 8

#define SELFreq 0
#define SELDuty 1

Rotary r = Rotary(2, 3);
AQMI2CLCD lcd;

unsigned int freq = 20000;    //周波数
int duty = 10;                //指定したいデューティ比

int select = 0;               //変更値選択（０：周波数，１：デューティ比）
boolean forced = false;

ISR(PCINT0_vect) {
    if(digitalRead(BTNPin) == HIGH) {
        select = (select == SELFreq)? SELDuty: SELFreq;
        forced = true;
    }
}

ISR(PCINT2_vect) {
    unsigned char result = r.process();
    if(result) {
        if(select == SELFreq) {
            freq += (result == DIR_CW)? 1000: (-1000);
            if(freq < 1000) freq = 1000;
            if(freq > 50000) freq = 50000;
        } else {
            duty += (result == DIR_CW)? 1: (-1);
            if(duty < 0) duty = 0;
            if(duty > 100) duty = 100;
        }
        forced = true;
    }
}

void setpwm() {
    // TOP値指定（周波数設定となる）
    OCR1A = (unsigned short)(1000000 / freq);

    // Duty比指定 : 1000000 / freq * duty / 100;
    long val = (long)10000 * duty / freq;
    OCR1B = (unsigned short)val;
}

void setup() {
    //LCD初期化
    lcd.setup();

    //pin設定
    pinMode(PWMPin, OUTPUT);
    pinMode(BTNPin, INPUT_PULLUP);

    //調整用ロータリーエンコーダ割込み設定
    PCICR |= (1<<PCIE2) | (1<<PCIE0);
    PCMSK0 |= (1<<PCINT0);
    PCMSK2 |= (1<<PCINT18) | (1<<PCINT19);

    // モード指定
    TCCR1A = 0b00100001;
    TCCR1B = 0b00010010;

    forced = true;
}

void loop() {
    char str[20];

    for(;;) {
        if(forced) {
            forced = false;
 
           //１行目
           lcd.setLocate(0, 0);
           if(select == SELFreq) {
               lcd.putString((char *)"[ Freq ] Duty ");
           } else {
               lcd.putString((char *)" Freq [ Duty ]");
           }
 
           //２行目
           sprintf(str, " %2dkHz %2d%% \0", freq/1000, duty);
           lcd.setLocate(0, 1);
           lcd.putString(str);

           setpwm();
        }

        noInterrupts();
        delay(100);
        interrupts();
    }
}

ＰＷＭ操作の覚書

• ＰＷＭ出力の周波数をダイナミックに変更するためには直接レジスタを操作するしかない
• ＰＷＭの周波数はインターバルタイマでカウントアップされたカウンタ値の上限設定で決定する（上限設定しない場合はＭＡＸ）
• インターバルタイマは最大がＣＰＵクロックで分周比の設定もできる
• デューティ比となるパルスのＨＩＧＨ（もしくはＬＯＷ）時間はカウントアップされた値の上限値が立ち上がりとなる
• 下がりはカウンタのＭＡＸもしくはカウンタＭＡＸからマイナスされカウンタ値の上限設定と同じなった時となる（２種選択）
• 上のスケッチは１６ＭＨｚの分周比８で２Ｍカウント／秒となりサイクル１Ｍとして作成している
• 詳細はこちらを参照

車載中のデサルフェータ２号機を外して格安オシロスコープで計測してみた

計測イメージはオシロのソフトの機能で出力したもの

ただし出力は単にデスクトップ全体イメージだったのでトリミングした

555の６ピンと３ピン（出力）

ＯＮ時間は約１５μｓである

バッテリー接続部

パルスの立ち上がりは約０．２μｓ、リンギングの収束が約０．５μｓである

格安オシロスコープでリンギングが確認できてほっとした

で、最大電圧が低いかなっと思うので調整かな

デサルフェーター２号機２０ＫＨｚ版でポータブルバッテリに接続、しばらく放置したが回復するどころかバッテリ電圧は下がってしまい止めた

このポータブルバッテリは外観チェックは特に異常はないので、いったいどの部分が劣化したのか判らない

デサルフェーター２号機は置いておいても勿体ないので常時車載することにした

そのために追加として、

①常時稼動ではなくエンジンＯＮ時稼動とする

②ケースに入れる

を、検討

①は回路にエンジンＯＮ時の電圧チェックとしてツェナーを入れればよい（ようだ）

エンジンＯＦＦ/ＯＮ時の電圧（バッテリ端子計測）、１２．３４/１４．６０Ｖだったので１３．５あたりをしきい値になるように１２Ｖのツェナーを入れてダイオードで調整しようとしたが美味くいかない

原因はCMOSの555のせいで、低電圧で動作してしまうのがネックになっていた（ダイオードだとゲタが沢山いる）

結果１２Ｖ＋３Ｖのツェナーで１４ＶしきいでＯＮ/ＯＦＦになることをブレッドで確認して組み込み

ボードはひとまず完成

②のケースは前のデサルからの長い期間懸案事項で探した（１００円ショップいった時は時間制限まで ← １００￥ショップは最長１時間と決めてある、そうしないと延々と居てしまう）

今回は結果タッパー（前回はペン立て）を利用することにした

実はこのタッパーは秋月Ｃタイプ基板（７２×４８）では４辺を少し削らないと収まらない

今回は車載であり最終的にシリコーンで固めてしまうつもりだったので４辺の取り付け穴が必要でなく削り取って入れた

と言っておきながら、まだ調整するかもしれないので、基板内側に穴を開けでビス止めｗ

蓋をした状態、判り難いかな？これ上下逆なのだ（形的にそのままだと美しくないから普通で言う蓋が下で基板を固定）

尚、このタッパーはレンジでも使えるから熱のある環境だと強い味方のケースである（と信じている）

（追記）

後日、車載し運用開始（まだ試行段階かな）