テスラスイッチの回路設計について

話が少し前後するが、テスラスイッチの回路を設計した時のまとめ。
今回作ろうとしているものが下図の回路

＜＜回路の動作をわかりやすくした絵を追加＞＞

４個あるスイッチが交互にON-OFF/OFF-ONを繰り返す。そのたびに、バッテリーの充電と放電が入れ替わる。

STATE1では、右側2個のバッテリーが直列つなぎになり24Vが得られる。これが左側2個のバッテリー（これは並列つなぎになっている）を充電する。電流は負荷（この絵ではランプ）を通って右側のバッテリーに戻ってくる。

スイッチが反転してSTATE2になると、今度は左側2個のバッテリーが24Vを作る側となる。そして右側2個のバッテリーが充電される。負荷の電流は先ほどとは逆向きに流れる。

回路にはダイオードが４個使われているが、これは恐らくスイッチの切り替え時や負荷から生じるスパイク波などの影響で逆向きに電流が流れるのを阻止するために使われていると思われる。ゲルマニウムのダイオードが推奨されているのだが、入手困難なので今回はショットキーバリアダイオードを使ってみることにした。

今回設計した回路図は、ネット上から入手した回路図（下の画像）などを参考にした。

この図と大きく異なるのが、下部にある1000uF 100Vコンデンサーと負荷（Load）用の整流ダイオード部分である。

まず、1000uFのコンデンサーがついていることはバッテリーから負荷へ供給できる電荷量が制限されてしまうということになる。
スイッチの切替周波数が十分に高いなら問題ないかもしれないが、5Hz,10Hzといった低周波の場合はほとんど電流が流れないことになる。今回作ろうとしているものはスイッチの定格から低周波で動かす予定なのでこのコンデンサーは無しとした。
その代わりに、バッテリーの＋側にヒューズを入れて過電流が流れて発火しないようにした。

それから、負荷を一般商用100Vの電球にしようと思うので整流回路は不要にした。その代わり、昇圧トランスを入れることにした。±12Vの交流出力を100Vにする。

テスラスイッチの負荷は、誘導性のものが良いらしいのでその点を考慮した。どのフリーエネルギー装置にも共通するらしいが、抵抗負荷では良い結果が得られないという話もあるので負荷と言えども注意が必要。
トランスの容量は一応負荷電流から決めた。その負荷電流はスイッチの定格から決まる。スイッチの定格最大電流20Aなので、1/2 * 24V * 20A = 240VA が必要な容量となる。ただし、スイッチはピーク電流が70Aであるため、余裕をみて600VAとしている。
この負荷装置には一つだけ懸念材料がある。スイッチの切替周波数が低いのでトランスが十分に機能しない可能性が高い。本当は50〜60Hzあたりで切替を行いたいところ。実験で確認していこうと思う。
色々と考えてこうしたのだが案外自動車用の12V用ランプを使った方が簡単で良かったかもしれない。

使用するバッテリーは、バイク用の小型のものを４個使う予定。

それから、制御回路が停止している時は、スイッチが設計した回路図通りの位置になるようにした。こうしておくと左右どちらの側も充電モードの12V状態になって釣り合っているので、バッテリーの電圧に大きなばらつきがない限り負荷への電流供給はほぼゼロになる。