【DIY】スイッチング電源の修理【AC100V-DC12-2A】

【状況】

現代人に欠かせないエレクトロニクスな生活を営む上でかかせないスイッチング電源です。今回は、小電力なスイッチング電源で５０W程度のACアダプタなどにも使われるタイプの回路を搭載する中華なACDCスイッチング電源を修理しました。シンプルではありますがそれなりにまっとうな直流DCが出てくるカワイイ電源です。WEBマスターのお家では、主に人感センサー式の補助照明用のLEDテープライトの１２V電源として使っていました。ものすごく安く入手出来て便利だったのですが、イマイチ調子が良くない。ついには、LEDテープが点灯しなくなることが多くなったので【要修理】となりました。買い換えるのはカンタンなんですが、この機会にスイッチング電源の仕組みのおさらいと修理のポイントを確認にしときましょうということで今回はスイッチング電源の修理をご紹介します。

【今回修理するスイッチング電源について】

AC100-DC12-2A のACDCスイッチング電源です。

※内部回路は当記事の内容とは変更される可能性があります。

送料込みの５００円程度で買えてしまう中華電源です。

内部の基板は、400V耐圧33μF　16V耐圧1000μF×２　600V8Aパワートランジスタ　大電流ダイオード　コイル　トランス　TL431 フォトカプラ　抵抗などで最小部品で構成。

回路は、RCC式フライバックコンバーターで要は、発振が自励式で発振周波数が負荷により変化します。
出力電圧の情報が常にフィードバックされてトランジスタを発振させています。

【修理開始】

■故障症状：

電源ON時に、正常な電圧が出ない。が、ONOFFを繰り返し行うと、正常動作するタイミングがあり、その時の電圧は正常だが、電圧が不安定になったりする。

■修理レベル１（外観などのチェック）

まずは、部品の外観チェックや半田付けの状態確認をします。
今回はケーブルがないですが、ACアダプターなどでは、単に根元の配線が切れていただけということもあります。今回のような基板の場合は、ヒューズが飛んでいないか、半田にクラック（ヒビ割れ）がないか、部品がこげたような状態になっていないかなどを目で確認します。

すると、ヒューズは正常でしたが、

なんと！トランジスターの足下に半田付けのクラックを発見。ただし、基板もトランジスタも通常の状態でケースにネジ留めされているのでグラグラするような状態ではないので接触状況によっては正常に動作していた。これを半田付けをやりなおしても、症状は再発した。

■結果NG

まぁ、分解過程でクラックが入ってしまったということも考えられなくはないしね。ということで次へ。

■修理レベル2（劣化しやすい部品を交換）

電子回路の修理なので故障を箇所を発見して部品を交換したりして修理する事になりますが、外観には異常がない場合もあるのでこの部品だー！と判別するのはなかな困難です。

とは言ったものの壊れやすい部品というものはあるのでその辺りに当たりを付けてみて試しに交換してみます。WEBマスターも過去には、パソコン用電源の電解コンデンサーやマザーボードの電解コンデンサが膨らんだり、中の電解液が滲みでて乾燥した状態のモノを何度か交換した結果、無事に復活したという事がありました。

※モリモリっと発射しそうに膨らんだ電解コンデンサ（パソコンのグラフィックボード）

写真のコンデンサのように見ただけでわかると簡単なんのですが、やっかいな事にただただ内部の電解液が蒸発減少してしまう場合もあるので外観は異常がなくてもESR（交流から見た抵抗値）が大幅に上がってしまっている場合もあります。
このような場合には、回路の定数が変化してしまうので動作不良の原因になります。ですから、本数が少ない今回のような修理は、手っ取り早く交換してしまうのも一手ですね。

ということで、

■まずは、２次側電解コンデンサーを交換。

なぜ２次側からといえば在庫があったから。日本ケミコンのKMG　16V1000μF　2本

■結果NG

改善なし

まだまだ、、

■次は、１次側電解コンデンサを交換。

１次側は、400V33μF　耐圧が大きいので在庫がなかったので取り寄せました。

こちらは、85℃タイプですが、定格の半分程度しか使わないので問題なしですが、大きさが違うのが問題ですが、無事解決。

ニチコンの400V 33μF　85℃

このスイッチング電源は、２２０Vの入力も想定して設計しているので日本で使うなら耐圧はもう少し低くても大丈夫です。

■結果NG

改善なし。

んー原因は電解コンデンサではなかったようです。

■修理レベル3（主要部品のチェック）

電解コンデンサは確認しましたが、まだまだ、パワートランジスタやダイオードや抵抗が使われているのでテスターで確認できる範囲でチェックします。基板に乗ったままだと他の部品の影響を受けるので考慮しながらチェックしました。パワトラは大きい部品なので外して確認しました。

トランジスターは、２個ありますがデカイのが写真の赤丸のパワートランジスターで13007B　NPN  700V 8Aという現代のパワトラです。

NPNトランジスターなので、テスターを導通モードにしてB-C間　B-E間が通ればＯＫ　C-E間は不通でＯＫです。

ダイオードは、ダイオードモードでＡ－Ｋの方向にのみ約0.6Ｖで電流が流れればＯＫ。

今回は、どちらも正常。

■結果は主要部品異常なし

■修理レベル４（回路を解析し計測したりしながら原因を突き止めます。）

なかなか、手こずらせてくれるじゃないか(゜Д゜)

スイッチング電源回路では交流を直流に変換し高周波トランスとトランジスタを使ってスイッチング動作を高速で行っていてこれをスイッチング周波数といいこの回路では、ＩＣを使わずに自己発振を行っています。この動作を目で見るようにするためには、テスターでは不可能なので『オシロスコープ』が必要です。

■とうことで、新たにオシロスコープを投入します。

アマゾンで売ってる１番お値打ちなオシロスコープを買いました。なんと、３０００円代(゜Д゜)
あとは、電圧の倍率変換ができるプローブは必須です。両方でも５０００円未満(゜Д゜)です。

観測できる周波数が、200KHzなのですがこれは、ノイズまで観測するには少々足りませんが、今回の回路のスイッチング周波数を確認するにはギリギリＯＫでした。

■観測開始

まずは、整流ダイオードに入る直前の観測波形です。

ここは、ＡＣ電源の波形がそのまま出て来ます。プローブは1/10です。
ピークが約141V　実効値100Ｖ
この部分に触るとビリっとくるってことです。

■整流ダイオードを観測

次は、整流ダイオードを通して観測します。

１個なので半波整流の波形が現れました。反対側はどうなってるでしょうか

逆向きの波形が現れました。そうなんです。ダイオードでの整流というのは、交流の正負どちらかの時だけ電流が流れます。

つまりダイオードは正常ということが観測できました。

次は、電解コンデンサーを通して確認。

上の半波整流を２個足すと全波整流になり、電解コンデンサを通過すると、交流の正弦波は、直流らしい波形になりました。ただし、電圧は、約１４０Ｖ近いです。交流波形のピーク電圧に近い電圧になっています。

ちなみに、電解コンデンサの両方の足下の電圧波形は、

三角波になっています。

次は、パワートランジスタを観測します。

コレクタ電圧を確認しても、おっと、ここで確認できるハズのスイッチング波形が現れません。
20msに１回程度、ピクピクしている波形は交流電源に由来している波形のようです。

つまり、自己発振せずスイッチング電源なのにスイッチングしないので２次側に正常なＤＣ１２Ｖ電圧が出力されないようです。ただし、パワートランジスタの測定では、高い確率で正常でした。

時々、正常になる時があるので各素子の破損はやはり考え難いです。

ここで発見が！

とりあえず、トランジスタ周りを計測しているときです。パワートランジスタのベースにプローブで触った時につなげたいたＬＥＤテープが光りました。この時、動作が正常になったのです。

こ、コイツ！動くぞ！

■運良く、正常時のスイッチング波形を観測できました。

正常時のスイッチング波形は、数Ｗの負荷で約17kHzでした。

ということで、起動時に、パワートランジスタのベース電流が足りないという可能性が出て来ました。
基板上の回路と各素子を回路図に書いて確認して、ネットで出回っている基本的なRCC式フライバックコンバーター比較した結果、起動抵抗が省略されている回路になっていることに気がつきました。

■故障原因の考察

確かにこのスイッチング電源、あれおかしいな点灯しないなってことでスイッチをパチパチやってことが最初の頃よりあったような気がしてきました。回路の各定数も温度や経年劣化により設計時により変化しますので確実な動作をさせるためには、それらを考慮して設計する必要があると思いますが、この回路は、後に説明するメカニズム編で言うトランスの２次側電流による３次巻線の帰還電流のみ頼っている設計だったので、起動時にベース電流が元々少ないので温度変化や各定数の劣化によっては、起動しなくなる症状に至ったんではないかと考えました。つまりは、回路設計から来る構造的な問題で何かが壊れたわけではないってことです。スイッチング電源の自励式ですから、そもそも発振しなければ動きません。

■修理方法

実験的に、基本的な回路を元にして起動用の抵抗を後付けして回路の動作状況や発熱を確認します。
問題がなければ、採用します。

入れる抵抗は、４２０KΩにしました。
グランドー整流後最大値が約130Ｖなのでそこから直接420KΩパワートランジスタのベースにつないでおよそ約0.3mAを流してみることにしました。パワートランジスタのベースに与える電流としては、とても小さな電流なので始動時以外の影響は低いでしょう。元の帰還電流＋起動電流でというこです。

結果は、ＧＯＯＤ。

スイッチのＯＮとＯＦＦを何回繰り返しても一発で起動するようになりました。

少しはやるようになったな！

２次側に、ＤＣ12Ｖ確認。ＬＥＤテープも問題なく点灯。

■回路に、起動抵抗追加を採用しました。

４２０ＫΩの抵抗がなかったので２００ＫΩと２２０ＫΩで合計420ｋΩで接続します。

起動用の抵抗は、電源に並列に繋がることになるので常に電流が流れますが約40mW程度になります。

■スイッチング周波数について

オシロでスイッチング周波数を観測してみました。

10μSで約200kHzの周波数になっています。リップルノイズとスパイクノイズがわかりにくいんですが見えてきました。このオシロスコープではこの辺りが見える限界になります。

■２次側のトランスの両端子

スイッチングによってトランスから電力が送り込まれてきますが、整流前なのでＯＮＯＦＦのスイッチングしてるなって波形がでています。これをダイオードによって整流してコンデンサで平滑してＬＣのフィルターを通って出力になります。

■動作確認後、組み立てます。

筐体がアルミなので放熱板代わりにダイオードとパワートランジスタを固定してます。

小さくてカワイイ電源です。

修理後、しばらく使っていますが異常もなく正常稼働中しています。

★ＬＥＤテープ

★抵抗など部品セット

■修理完了！

以下、執筆中！2018/11

■スイッチング電源の動作メカニズム（回路図を起こしたので解説していきます。）

【2st原付】JOG-Zのタイヤエア漏れ修理【DIY】

【状況】

92.JOG-Z YAMAHA 2018年の11月現在もwebマスターの近場の足として現役で元気に走っている。
整備はすべてDIYなので維持費も安く2stならではのパワーモリモリ感もあり狭い場所にも仕舞っておける便利な乗り物である。実は、前回のタイヤ交換時からエアーを高めにしておかないとリムとビードの部分からエアが漏れる。3キロ(kgf/cm2)ぐらい入れておくと漏れが止まるのでエア高めで乗っていたがエアが下がってくると漏れるので今回は完全に修理しておくことにした。

【修理開始】

まずは、後輪タイヤの脱着の為に、マフラー（チェンバー）を外す。

マフラーを脱着したら、エアーインパクトで後輪を外す。

コンプレッサーからエアーが供給されますが、最近、エアフィルターを付けました。コンプレッサーの仕組み上、空気中の水分が凝縮されてエア使用時に水が出てくるのでそのままエアー工具に繋ぐと内部が錆びたりするので付けた方がいいです。

あとは、エアーインパクトレンチに小型のオイラーが付いてましたけどオイルが入れにくいのでルブリケーター（オイルミスト供給装置）を設置しました。これで、自動でオイルミストが供給されます。

タイヤを外しました。

そして、今回、エアーが漏れているのは写真のリムとビートの隙間です。タイヤレバーでゴリゴリやり過ぎるとリムが変形したり傷が入ってエアが漏れるんです。

これをなんとかするには、リムの内側にビードシーラーなるゴム系接着剤を塗って強制的に密着させてエア漏れを修理します。

ちょっと、高いですがこれで完璧にエア漏れが止まります。

これをしっかり塗るにはビードを一旦落として内側に塗ってやる必要があるので本来は、タイヤ交換時にやった方が手間が減ります。

エアを抜いてから

レバーを使ってビードを落としていきます。

えいや！と力を入れて少しづつ位置を変えて落としていきます。

ハイ、問題の箇所でました。微妙な感じに曲がってますね。

ハイ、タイヤの密着面にビードシーラーを塗っていきます。色が真っ黒なのでわかりにくいですが、ゴム糊状の液体です。

何度か重ね塗りをしてしっかり乾燥させます。その間に休憩。

乾燥するとこんな感じになります。内側の傷が目立たなくなりました。

ビードがあがりやすいようにビードクリームを塗ります。

指の熱で簡単にやわらかくなります。

ビードを上げる時は、エアーダスターに替えて一気にエアーを流し込むとパンパンっと音がしてビードがあがります。

良い感じに密着しています。

エア漏れ検査用のオフィスクリーナーを吹いても全然漏れなくなりました。

石けん水でOKです。

タイヤとマフラーを取り付けて修理完了です。
その後は、まったくエア漏れがなくなり完治しました。

修理成功！

【ソーラー発電】電気代を節約する太陽光発電について考える【ＤＩＹ】

ソーラーパネルが発電しない夜間に設置工事中※真夏だったので日中を避ける為の夜間工事。

状況

今回のテーマはＤＩＹで行える規模の家庭用太陽光発電について考えて行こうと思います。

近頃は、太陽光パネルの価格も劇的に下がりました。なんと、１００Wパネルが1万円程度で届くようになりました。これを生かさない手はないでしょう。ソーラーパネルも普及当初はかなりお値段も高く割高な印象でしたがレースも周回を数回重ねた周回遅れの価格もこなれた頃合いがDIYの出番ってもんです。

さて、ここでは売電しないけど、自分のソーラーパネルで発電した電気については、家庭の中のＡＣ１００Ｖの電化製品で使って電気代の節約をしようと言うのが目的です。
■今回のテーマのポイントはいくつかあります。
まず、売電はしないが、採算性は重要視する。要は投資の元は取る。
そして、もう一つは、ソーラーパネルは直流発電です。ソーラーパネルから得られる電気はＤＣ（直流）なので家庭用のＡＣ１００Ｖ電源とは電気の性質が違います。この点をどうするのかについて解決し実験していきたいと思います。

手段と方法

ＤＩＹ家庭用太陽光発電についていくつか方法があります。

■独立型太陽光発電

太陽光→ソーラーパネル→（チャージコントローラー）→負荷又はバッテリー。

この方法は、ソーラーパネルで発電した電気を活用しつつ余剰分については主にバッテリーに貯めてバッテリーの電気を後ほど活用していく方式です。

利点は、停電時に電気が使える。（※でもこの場合は、ＡＣ電源から非常用バッテリーに普段から充電しておいても同じなんですよね。継続して数日の停電を想定するなら雨の日や曇りの日の場合も考えなければいけせん。）

なので、ＡＣ１００Ｖが使えない環境では威力をおおいに力を発揮してくれるでしょう。

デメリットはもうカッコ書きで突っ込んでしまいましたが、バッテリーという電気を蓄える装置の経費が高い事や非常に用意しておくには少々頼りない点もあるのが難点です。

■マイクログリッド太陽光発電（※家庭用ＡＣ電源に流し込むが売電しない）

ソーラーパネル→インバーター→コンセント→家庭内配線→コンセント→AC電源

この方法は、パワーコンディショナーやタイグリッドインバーターのようなソーラーパネルで発電した直流ＤＣを家庭用ＡＣ１００Ｖに変換し家電製品にも使えるようにしていく方法。

経費が高いバッテリーは基本設置せず、朝になり太陽が出たら発電開始して夕方になったら発電終了するやり方である。ソーラーパネルとインバーターのみの構成なのでバッテリーの保守費用がいらないとメリットはあるが、あくまで家庭内で使い切れる電力量のみに限る小規模なマイクロな発電に留める必要はある。つまり、マイクログリッド（小さな電力網≑家庭用）太陽光発電である。

■系統連係売電（今回は除外）

こちらは、今回のテーマ外になるので割愛。

2016年9月の買い取り価格は家庭用で３１円/１０年間※家庭用余剰買い取り価格

※現在の買い取り価格は、【資源エネルギー庁】参照してください。

ちなみにこれは年々どんどん下がります。

それでは、修理のきろくDX！マイクログリッド太陽光発電所の紹介です

DIYで太陽光発電所を作ろう！～ソーラーパネルを設置した。

まずは設置してデーターを取りたいと思います。
長くなるので別記事にしました。

→【別記事】【太陽光発電】ソーラーパネルを設置した。【DIY】

家庭内マイクログリッド太陽光発電のきろく

→【別記事】月ごとの発電データーをまとめています。

太陽光発電に使う機器の紹介と解説

太陽光発電に必要な各機材や材料を詳しくみていきます。

• ソーラーパネル及び架台
• ケーブル
• ショットキーダイオード
• 開閉器（DC用、AC用）
• グリッドタイインバター（マイクログリッドインバーター）
• 測定器

ソーラーパネル及び架台

１００W単結晶ソーラーパネル

今回使用した単結晶太陽電池パネルの性能は、

太陽電池モジュール(Solar Module)

Pmax(公称最大電力)100W

Vmp(公称最大出力動作電圧)18V

Imp（公称最大出力動作電流）5.5A

Voc（公称解放電圧）21.5V

Isc（公称短絡電流）5.7A

となっています。

このソーラーパネルを直列接続しマイクログリッドインバーターに接続します。

この時の動作電圧は、8月の晴天１２時近くで４２V近辺（要電気工事士免許）になります。
直流３０Vを超えるシステムを施工する場合は、電気工事士免状が必要になります。

電流のロスを考えるとなるべく高い電圧でマイクログリッドインバーターまでつなげた方が
有利なので今回は、直列で接続します。

単結晶ソーラーパネルも２０１６年夏頃では、価格がお手頃になり中華ソーラーパネルの
場合は、約1万円程度で入手可能です。４KWシステムでも４０万円！？安いですよね。
今回は3枚、追加予定でもさらに3枚で合計６００Wまで拡張予定です。

この場合は、ＡＣ１００V変換後で多くて約４００W程度の発電能力になると思われます。

真夏は、ソーラーパネルの温度上昇でロスが１割増えますし、インバーター変換ロスが２割ほどあります。真夏では、３００Ｗ構成でも流せる電力は最大時１６０Ｗ程度になります。

■架台（アルミ材料を使ったDIY自作で制作）

ソーラーパネルを設置するには屋根なり、その他の場所に台風や暴風に
耐え、長い年月の間、しっかり固定しておく必要があります。

市販の固定金具もいろいろ出ていますが、今回は、中華ソーラーパネルが６枚ほど
なので、ホームセンターのアルミ角パイプで固定しました。

ちょっと制作中の様子を見てみましょう。

４ミリ厚のアルミ板を曲げて波板ガルバトタン専用の固定金具を制作します。

波板ガルバトタンに合わせて曲げて山の部分でトタンの下の木部に固定します。

このように、固定用アルミ角パイプを６本作ります。
ステンレス製のネジで止めます。穴の中や周囲にはコーキングして防水します。

■ケーブル

ソーラーパネルから出てくるケーブルにはMC４コネクタが付属しているので、MC4コネクタが片側に付いているケーブルを買えばそのまま、差し込んで使えます。

屋外仕様でしかも屋根の上なので、防水コネクターの上にさらにエフコテープで防水処理します。
WEBマスターの地域は海が近いので台風の時など潮風が吹きます。海の波飛沫の粒子ですね。
これが結構な距離飛んできてですね、数キロは飛びますので金属がすぐに錆びます。

■ショットキーダイオード(接続箱内)

45V10Aの低電圧ショットキーダイオード→秋月

大容量のショットキーバリアダイオードです。Ｉｏ＝１０Ａ
◆同じクラスのシリコンダイオードと比べてＶＦが低いです。
◆４５Ｖ１０Ａ
◆ＶＦ（Ｔａ＝２５℃）
０．３４Ｖ（ＩＦ＝３Ａ）
０．３７Ｖ（ＩＦ＝５Ａ）
０．４４Ｖ（ＩＦ＝１０Ａ）

ＷＥＢマスター制作の接続箱です。この中でソーラーパネル3枚直列３００Ｗの枝2本を
並列接続しています。プラス側の端子にそれぞれダイオードをかませて引き込み線に接続します。
これは、一方の枝側が発電しなくなった場合に電流を逆流させない為に取り付けます。

ショットキーダイオードは、電圧降下が少ないタイプなので５Ａで電圧降下が0.37V程度で済みますので損失が減らせます。

■ダイオードの役割

日中の発電中に万が一、Aストリングのみに影が入ったりするとAストリングの発電が弱まりA電圧が低下するとBストリングから電流が逆流する可能性があります。ダイオードを回路に入れておけば逆流が防止できます。

ちなみに、修理のきろくDXでは、ソーラーパネルを3枚直列接続してストリングを作っていますが電圧が３０Vを越えてきますので、この工事は、電気工事士資格が必要ということになります。
→電気工事士について

■ソーラー配電盤（nosuzo.comソーラー発電所謹製）

引き込んできたソーラーパネルからの電気はソーラー配電盤の中で家庭用AC１００Vに変換します。

■DCブレーカー（DC用、AC用）

DC用のブレーカーを採用。
ソーラーパネルの電気を止める開閉器になります。

■ソーラーコンバーター

普段はGTI（グリッドタイインバーター）の冷却ファン用のDC１２V電圧を供給します。
ソーラーパネルからくる電圧は高い時で５０V程度あるのでこれを直接１２VのFANに流し込むと壊れますのでソーラーコンバーター（DC-DC電圧変換）を接続しておいてDC１２Vに安定させます。これは、ソーラーパネルからの電圧がいかに変動しようとも（５０Vだとか３６Vだとか）常に１２Vにして出力してくれます。大体、６０W程度までは余裕で出力できるのでここから取りだした生の電力でバッテリーなどを充電できます。停電時など家庭用の１００Vに障害があってGTIが止まっている時にもソーラーパネルの電気取り出すことができます。

災害時や停電などの場合は、何日も継続して停電が続くようなら以前作成したポータブルバッテリーを繋いで充電することになると思います。

実際問題、ソーラーコンバーターを用意しなければ、ソーラーパネルから来る電気は電圧が高すぎて生でそのまま使うことは不可能になります。もちろん、ソーラーパネルの電気なので朝が来れば電気が来て夕方になれば止まりますし曇り空は半減、雨はちょっときついです。

→ヤフオクで売ってます！【ソーラーコンバーター降圧モジュール】

■ファン及びファンコントローラー

PWM式のモーター回転制御用のモジュールを使っています。
夏は全開で冬は弱めなどGTIの内部ファンを動かさない程度には冷却をコントロールします。

■ワットチェッカー

ワットチェッカーです。
これで、積算電力を計測します。電圧、電流値も計測できます。１ヶ月に1回リセットして記録しています。

■配電盤の設置場所

家庭用の配電盤の真下に設置してエアコン回路の分岐コンセントを施工しなおしてそこに接続しています。エアコン稼働中はもう発電した電力をそのまま流し込むイメージです。
一応、金属製の分電盤箱を採用してショートなどの火花や炎が上がっても延焼しないようにしています。写っていないけど扉もあります。DCブレーカーに金属球を使った地震の震動でブレーカーが切れる仕掛けをすると揺れを検知してソーラーパネルから回路を切り離す仕組みも欲しいかもしれません。

■ソーラーパネルの発電量のきろく

【ソーラーパネル】マイクログリッドな太陽光発電のきろく【DIY】

■ソーラーパネルの設置したときのきろく

【太陽光発電】ソーラーパネルを設置した。【DIY自作】