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【講座】FETとスイッチの話




FETって良く聞くけど正直良くわからない。付いてるとスゴイの?何が?という疑問に応えるFET特集。

通電不良により電動ガンが動かなくなった時、最も怪しいのがスイッチ端子やセレクタープレートなどの電気系。
電動ガンのスイッチは引き金を引くたびに小さな火花が発生し、端子が疲労していきます。強いスプリングや高性能バッテリーを使うとより疲労が早まり反応が悪くなっていきます。

このスイッチ端子の消耗を何とかしようと思った時、FETという選択肢が出てきます。FETは電流のオン/オフを金具の接触ではなく電子制御によりコントロールする電子部品。 組込みにはハンダ付けなどの作業を要し、熱や静電気、水濡れなどで回路が故障すると暴発や配線の過熱などの危険があります。

一見難しく見えますが、正しく使えば電気系の性能を100%引き出す事が出来る便利なパーツです。少しだけ勉強してみましょう。



銀色のパーツが物理的に触れ合う事で、モーターの電源をオン/オフしています。 機械式スイッチという事です。

.肇螢ーを引いてスイッチをオンにする時。
両者が触れるか触れないかという(電極の距離が近い)時、電子が空気中を飛び越えて青白い火花が飛びます。 静電気や雷と同じ放電現象で光と熱が発生します。

モーターのコイルにより電圧が増幅され、放電する距離・光・熱がアップ。 バッテリーの性能が高いほどに電極にかかる負荷は増大していきます。

この火花が飛ぶほんの一瞬の間、モーターは凄まじい速度でオン/オフを繰り返し、完全に触れた状態でオンになります。
電動ガンのトリガーをゆっくり引いてはいけない理由がコレです。

▲肇螢ーを戻す、カットオフレバーでスイッチがオフになる時。
両接点が離れる最後の瞬間(接触面積が最小の時)、接触抵抗が最大値に達します。

モーターを動かす大電流を流したまま接触抵抗が大きくなるのに比例して、電力(発熱量)が増大。 電流^2×抵抗により発熱し、接点が融解します。
摩耗、消耗、スイッチ焼けと呼ばれる現象がコレです。
この融解した接点から電子が飛び出し、ここでも火花が発生します。このスパーク(火花放電)は非常に短時間で小さいものですが、現象そのものは雷と同じ高温の火花放電です。 端子をジリジリと痛めつけ、摩耗して、最後には端子同士が触れなくなったり、端子が折れてしまったりして通電不良が起き、電動ガンが動かなくなります。


FET(電界効果トランジスタ)は、「ゲート」「ソース」「ドレイン」の3種類の端子を持ち、ゲート電極に電圧をかけ、チャネルの電界により電子の流れに関門(ゲート)を設ける原理で、ソース・ドレイン端子間の電流を制御するトランジスタです。
「電界を使って微弱な電圧で大電流を制御する」という特徴があります。
このFETを使用した大電力用スイッチング回路を指して、FETデバイスやFETスイッチと呼びますが、単にFETと略される事がほとんどです。

FETを付ける主な目的は、スイッチ端子の消耗を防ぐ事にあります。

配線はバッテリー〜モーター間で途切れることなく一続きになり、その間に電流を通すか否かをFETが決定付けます。つまり直結状態という事です。
平たく言うと「機械式スイッチから、電子式スイッチに変更」する事になります。
従来のトリガースイッチは微弱な電流(ノーマルの1/100000程度)を用いてFETを駆動させる為の信号用となり、摩耗を最小限に抑えることが可能になります。

■FETに寿命は無いのか
トランジスタが半永久的か、という話になります。実際に運用していれば、トランジスタもいつかは壊れます。 ただそれば使用に際して必然的な部品の劣化からくる寿命とは違います。有るか無いかで言えばあるというレベルです。
常にスパークにさらされている機械式スイッチに比べれば、半永久的と言っても過言ではないぐらい長持ちします。

■容量が減ったバッテリーはNG
FETは電圧が低くなると内部の抵抗分が大きくなり発熱しやすくなる特性があります。 容量の少ない「切れかけ」のバッテリーを使うとFETは一気に発熱してしまいます。 高温での連続使用により、内部の回路の電気的接合が壊れる可能性があります。
■万が一の故障に備えて
前述の通りFETを組み込んだ電動ガンは直結状態です。FET素子が破損すると、常に通電状態となります。
BB弾の入ったマガジンが装填されている場合、トリガーを引いていないのにBB弾が発射される事になります。

 ・むやみに銃口を人に向けない。移動時も銃口の向きに気をつける。
 ・フィールド外ではマガジンを抜いて、チャンバー内に残弾が残ってないかチェックする。
 ・保管時はバッテリーを必ず抜いておく。保護キャップを使用する。

一見面倒に見えますが、電動ガンの説明書に書いてある事ばかりで、特別な事はありません。


ついでなのでSBDキットの話も。
SBDキットはトリガーオフ時に、モーターから発生する逆起電力のみをターゲットにしたパーツです。

通電状態から電流を遮断しようとした時、磁界の消滅を妨げる方向に起電力が発生します。 決まった方向にのみ電流を流すダイオードの性質を利用して、モーターから発生した逆起電力の向きを整えて電源と同じ向きにし、モーターに還す事で吸収、スイッチへの負担を減らします。

FETと違いスイッチには通電していますので、それによるスイッチ端子の摩耗までは防ぐことができません。 それでも寿命は大幅に伸ばせるので安価ながらも効果の高いパーツと言えます。

■Micro F.E.T. Device
小型FET採用で小さなスペースにも簡単収納。
組込み時に便利なパーツも付属しています。
■FET Manufacturing
ある程度の知識と技術が必要なFET取り付け。
FIRSTにやってもらうのが一番楽チン♪
■SBD Kit
シンプルな構成ながらも効果の高いSBDキット。
LiPO化ユーザーの恩恵も高い電動HG/SMG用。
■Hex Driver4
電動HGのメカBOXを開ける特殊ネジのドライバー。
ちゃんとした工具で快適なカスタムを。


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