DR650SE ヘッドライトのFETリレー（新版）

DR650SE　ヘッドライトリレー（自作FETリレーの置き換え）　（2022年6月12日～7月11日～9月18日） DR650のヘッドライトがLow/Highとも点かなくなりました。バッテリーのそばのFUSEは？　→　切れていません。次はヘッドライトのそばのFETリレー基板。バッテリー直結の12Vライン　→　基板内に来ています。 Low/Highの切り替え信号　→　基板内に来ています。 H4バルブ　→　12Vを直接加えると、Low/Highともに点灯します。以上で、FETリレー基板に問題があることがわかります。この基板は2014年9月に設置したものです。→ここ 8年前ですね。

壊れたFETリレー基板。　自分でエッチングして作りました。汚くなっていますね。銅箔の光沢が無くなっています。部品面にはアクリル板で覆っていますが、ヘッドライトユニットの後ろに置いてあるだけなので、酸化しています。一応、「追いハンダ」してみましたが、状況は変わらず。

基板を修理するのはやめて、置き換えることにします。 2020年の7月に業者にプリント基板を作ってもらっています。まだ実装していませんが。最新回路は、タコメータユニットから「エンジンがかかっているか」の信号をもらえるようになっています。タコメータユニットからエンジンの回転が1200rpm以上でヘッドライト信号がONになります。旧回路では、バッテリーの12Vラインのイグニッションノイズを検出してエンジンがかかっているかどうか判断していましたがこれがもうひとつです。セルモータが回った時に強烈にノイズがのるから、これで「エンジンがかかった」と誤判断してしまいます。なんでこういうことをするかというと、エンジンがかかるまでヘッドライトは消灯しておきたいからです。冬の朝の始動が苦しいのです。また修理まで遠い話になりました。

部品を実装していない、と思ってましたが２年前の8月に実装して、ソフトも作成、動作チェックまでしてました。すっかり忘れていました。まだ動作していたので、新しい基板に交換しなかったのですね。

バイクにセットしたところ、正常に動作しました　（2022年6月18日）。　・点火プラグを外してセルモータを回したところ、エンジンがかからないので　　ヘッドライトは点灯しません。　・エンジンがかかるとヘッドライトが点灯しました。　・エンジンをかけないで、ライトのH/Lを切り替えたところ、ヘッドライトが点灯しました。意図したとおり、ちゃんと動作しました。

FETリレー基板とコネクタ基板ははんだ付け面がむき出しですので絶縁します。基板を2枚のアクリル板でサンドイッチします。と、ここまでやって、基板とアクリル板の間に入れる樹脂スペーサがないことに気が付きました。M2のネジなのでホームセンターには置いてないのです。スペーサの専門メーカーの廣杉計器に発注します。また来週ですね。なかなか完成しません。ヘッドライトが点かないとバイクに乗れません、、、

FETリレー基板からの配線を少し長くしました（2022年6月25日）。 H4バルブのコネクタを新調しました。バッテリーからの直接配線のコネクタをギボシ端子から2Pのコネクタにしました。

こんな感じ。ところが、、、FETリレーのFETが壊れます（D-S間がショートする）。 1回壊れて、FETを取り替えても、またすぐに壊れます。なんで？　仮付けでは動いていたのに（2022年6月26日）。

実機でやっていてはダメだ、ということで、家の中で実験できるようにユニバーサル基板でスイッチ入力できるようにしました。また、バッテリーからの直結線ですが、実機ではたぶん1.5m弱ですが、 2mのものを新たに作りました。これと、実機の鉛バッテリーを外して家の中で実験しました。

FETが壊れる原因として考えられるのは、バッテリー直結配線のインダクタンス。 OFF時にサージが発生してFETが壊れる？　と思ったのですが、全然、そんなことはありませんでした。 1.5mの平行線でそんなにインダクティブになるか、と言うと、ならないでしょうね。モーターとかリレーのコイルではないのですから。過去に作ったFETリレーは3個とも、FETのD-S間には何も入れていませんが、順調に動いています（動いていました）。また現回路はFETのG端子には、PWMのC・Rが入っています。 ON時にはゆっくりとゲート電圧を上げていますし、OFF時も若干の時定数があり、急峻にはOFFしていません（急峻にはOFFできません）。上の観測結果のように5～6msぐらいかけて、5V→0Vになっています。そしてドレイン電圧も0→12Vと穏やかに変化しています。サージ電圧は発生していません。

ということで、あと考えられるのはエンジンです。エンジンをかけるとバッテリーの12Vラインには細かいヒゲ状のスパイクノイズが乗ります。これが悪さをする？セルモータのブラシからかもしれません。何しろものすごく暑く、スパイクノイズを測定するためにオシロを持ち出すのはやめておきました。いつでもできますし。また涼しくなったら観測してみます。念のため、FETのD-S間にツェナーダイオードを入れました。 16V3Wのものです。 FETの上に重ねてエポキシ樹脂で固定してはんだ付けしました。ちなみに、マイコンのための5Vは、三端子レギュレータで作っていますが、この入力には厳重にスパイクノイズ対策がしてあります。 47μHのチョークコイル → 上記で使った16V3Wのツェナーダイオード → セラミックコンデンサという具合になっています。

こんな感じで絶縁しています。これでやってみたところ、順調に動くようになりました。(オドメータ：45,145km) しばらく様子見をします（2022年7月11日）。新基板に入れ替えるまでに、ほぼ1ヶ月かかってしまいました。再発しました（2022年9月5日）。 Lowビームが点きっぱなし。

あら～、Power MOS FETのハンダが取れて、斜めになっています。ハンダ付け不良ではなく、熱でハンダが溶けたみたいです。 FETを外してD-S間をテスターで抵抗値を測ったところ、両方向で完全にショート状態でした。後付けしたツェナーダイオードは生きてるみたいでした。

Highビーム側は問題ありません（Lowビーム側のFETは外したままで実験しています）。何度もON/OFFしましたが普通です。３分間点けっぱなしにしてみましたが、 FETはほのかに温かいだけです。６月にも「点灯しっぱなし」なり、FETを交換してもすぐに再発。ツェナーダイオードを入れたところ２ヶ月ぐらいは正常でしたが再発しました。 Lowビーム側に壊れたのと同じ銘柄のFETを付けてみたところすぐに（数秒で）再発。FETを触ってみたところチュンチュンに熱くなっていました。実験は室内でやっていて、エンジンからのノイズとは関係ありません。電源は実機の鉛バッテリーでやっています。 FETのG端子はON時4.8V、OFF時0Vで問題ありません（High側、Low側共に）。どうもFETにバラつきがあり、耐圧（？　耐電力？）に問題があるものが含まれているのではないかと思います。ツェナーダイオードの有無は関係ないようです。このFETは、秋月電子で5個￥100で売っているものです。　NP52N06SLG　（ルネサス）　VDSS=60V 　ID=52A 　ID pulse＝104A （10μs Duty1%）　RDS max 25mΩ （@VGS＝4.5V）　チャネル・外気温熱抵抗＝125℃/W 負荷であるH4バルブの特性は以前取ってあって定常は5A、ON時の突入電流は50Aぐらいです。またこの基板は突入電流を逓減するために、FETのGate電圧を緩やかに変化する仕組みがあります。ON時の突入電流は16Aぐらいになっています。以上より電流についてはFETの規格内なので問題ありません。次に熱損失について考えてみます。 25mΩに5A流れれば125mVの電圧降下があり、FETの損失は0.625Wです。チャネル・外気温熱抵抗は125℃/Wですので78℃上昇することになり外気温の高い夏は苦しいかもしれません。ただ外気温が50℃としても 128℃なので壊れるほどではありません。 ON抵抗はmax値の計算であること、FETのドレインには幅広のプリント基板の銅箔にはんだ付けしてあることで大丈夫かと考えました。

今度はFETを一回り大きいTO-220型のものに交換することにしました。　FKI06051　（サンケン）　VDSS=60V 　ID=69A 　ID pulse＝137A （100μs Duty1%）　RDS max 5.8mΩ （@VGS＝4.5V）　チャネル・外気温熱抵抗＝62.5℃/W

SMD用のパターンですので、スルーホール型の部品で、しかも外形が大きくてハンダ付けは非常に困難でした。念のためにツェナーダイオードも入れておきました。これで、Low側、High側それぞれ３分間点けてみました。正常でした。暖かくもなりません。どっちが点けている方のFETだ？と思うほど、温度上昇はありません。 DR-Z400にも同じようなものを８年前に付けていますが、壊れていません。よく壊れるのはこの基板にしてからです。原因はFETの使い方に余裕がないせいだろうと思います。当面はこのまま使いますが、機械的に不安定なので、プリント基板を作り直すことにします。このサンケンのFETだとON抵抗が低く、また外形が大きいので熱抵抗も低く、　電圧降下は最大でも29mV 　電力損失は0.145W 　熱上昇は9.1℃ となり、充分クールです。

DR650SE　ヘッドライトリレー（自作FETリレーの置き換え）　（2022年6月12日～7月11日～9月18日） DR650のヘッドライトがLow/Highとも点かなくなりました。バッテリーのそばのFUSEは？　→　切れていません。次はヘッドライトのそばのFETリレー基板。バッテリー直結の12Vライン　→　基板内に来ています。 Low/Highの切り替え信号　→　基板内に来ています。 H4バルブ　→　12Vを直接加えると、Low/Highともに点灯します。以上で、FETリレー基板に問題があることがわかります。この基板は2014年9月に設置したものです。→ここ 8年前ですね。

壊れたFETリレー基板。　自分でエッチングして作りました。汚くなっていますね。銅箔の光沢が無くなっています。部品面にはアクリル板で覆っていますが、ヘッドライトユニットの後ろに置いてあるだけなので、酸化しています。一応、「追いハンダ」してみましたが、状況は変わらず。

基板を修理するのはやめて、置き換えることにします。 2020年の7月に業者にプリント基板を作ってもらっています。まだ実装していませんが。最新回路は、タコメータユニットから「エンジンがかかっているか」の信号をもらえるようになっています。タコメータユニットからエンジンの回転が1200rpm以上でヘッドライト信号がONになります。旧回路では、バッテリーの12Vラインのイグニッションノイズを検出してエンジンがかかっているかどうか判断していましたがこれがもうひとつです。セルモータが回った時に強烈にノイズがのるから、これで「エンジンがかかった」と誤判断してしまいます。なんでこういうことをするかというと、エンジンがかかるまでヘッドライトは消灯しておきたいからです。冬の朝の始動が苦しいのです。また修理まで遠い話になりました。

部品を実装していない、と思ってましたが２年前の8月に実装して、ソフトも作成、動作チェックまでしてました。すっかり忘れていました。まだ動作していたので、新しい基板に交換しなかったのですね。

バイクにセットしたところ、正常に動作しました　（2022年6月18日）。　・点火プラグを外してセルモータを回したところ、エンジンがかからないので　　ヘッドライトは点灯しません。　・エンジンがかかるとヘッドライトが点灯しました。　・エンジンをかけないで、ライトのH/Lを切り替えたところ、ヘッドライトが点灯しました。意図したとおり、ちゃんと動作しました。

FETリレー基板とコネクタ基板ははんだ付け面がむき出しですので絶縁します。基板を2枚のアクリル板でサンドイッチします。と、ここまでやって、基板とアクリル板の間に入れる樹脂スペーサがないことに気が付きました。M2のネジなのでホームセンターには置いてないのです。スペーサの専門メーカーの廣杉計器に発注します。また来週ですね。なかなか完成しません。ヘッドライトが点かないとバイクに乗れません、、、

FETリレー基板からの配線を少し長くしました（2022年6月25日）。 H4バルブのコネクタを新調しました。バッテリーからの直接配線のコネクタをギボシ端子から2Pのコネクタにしました。

こんな感じ。ところが、、、FETリレーのFETが壊れます（D-S間がショートする）。 1回壊れて、FETを取り替えても、またすぐに壊れます。なんで？　仮付けでは動いていたのに（2022年6月26日）。

実機でやっていてはダメだ、ということで、家の中で実験できるようにユニバーサル基板でスイッチ入力できるようにしました。また、バッテリーからの直結線ですが、実機ではたぶん1.5m弱ですが、 2mのものを新たに作りました。これと、実機の鉛バッテリーを外して家の中で実験しました。

FETが壊れる原因として考えられるのは、バッテリー直結配線のインダクタンス。 OFF時にサージが発生してFETが壊れる？　と思ったのですが、全然、そんなことはありませんでした。 1.5mの平行線でそんなにインダクティブになるか、と言うと、ならないでしょうね。モーターとかリレーのコイルではないのですから。過去に作ったFETリレーは3個とも、FETのD-S間には何も入れていませんが、順調に動いています（動いていました）。また現回路はFETのG端子には、PWMのC・Rが入っています。 ON時にはゆっくりとゲート電圧を上げていますし、OFF時も若干の時定数があり、急峻にはOFFしていません（急峻にはOFFできません）。上の観測結果のように5～6msぐらいかけて、5V→0Vになっています。そしてドレイン電圧も0→12Vと穏やかに変化しています。サージ電圧は発生していません。

ということで、あと考えられるのはエンジンです。エンジンをかけるとバッテリーの12Vラインには細かいヒゲ状のスパイクノイズが乗ります。これが悪さをする？セルモータのブラシからかもしれません。何しろものすごく暑く、スパイクノイズを測定するためにオシロを持ち出すのはやめておきました。いつでもできますし。また涼しくなったら観測してみます。念のため、FETのD-S間にツェナーダイオードを入れました。 16V3Wのものです。 FETの上に重ねてエポキシ樹脂で固定してはんだ付けしました。ちなみに、マイコンのための5Vは、三端子レギュレータで作っていますが、この入力には厳重にスパイクノイズ対策がしてあります。 47μHのチョークコイル → 上記で使った16V3Wのツェナーダイオード → セラミックコンデンサという具合になっています。

こんな感じで絶縁しています。これでやってみたところ、順調に動くようになりました。(オドメータ：45,145km) しばらく様子見をします（2022年7月11日）。新基板に入れ替えるまでに、ほぼ1ヶ月かかってしまいました。再発しました（2022年9月5日）。 Lowビームが点きっぱなし。

あら～、Power MOS FETのハンダが取れて、斜めになっています。ハンダ付け不良ではなく、熱でハンダが溶けたみたいです。 FETを外してD-S間をテスターで抵抗値を測ったところ、両方向で完全にショート状態でした。後付けしたツェナーダイオードは生きてるみたいでした。

Highビーム側は問題ありません（Lowビーム側のFETは外したままで実験しています）。何度もON/OFFしましたが普通です。３分間点けっぱなしにしてみましたが、 FETはほのかに温かいだけです。６月にも「点灯しっぱなし」なり、FETを交換してもすぐに再発。ツェナーダイオードを入れたところ２ヶ月ぐらいは正常でしたが再発しました。 Lowビーム側に壊れたのと同じ銘柄のFETを付けてみたところすぐに（数秒で）再発。FETを触ってみたところチュンチュンに熱くなっていました。実験は室内でやっていて、エンジンからのノイズとは関係ありません。電源は実機の鉛バッテリーでやっています。 FETのG端子はON時4.8V、OFF時0Vで問題ありません（High側、Low側共に）。どうもFETにバラつきがあり、耐圧（？　耐電力？）に問題があるものが含まれているのではないかと思います。ツェナーダイオードの有無は関係ないようです。このFETは、秋月電子で5個￥100で売っているものです。　NP52N06SLG　（ルネサス）　VDSS=60V 　ID=52A 　ID pulse＝104A （10μs Duty1%）　RDS max 25mΩ （@VGS＝4.5V）　チャネル・外気温熱抵抗＝125℃/W 負荷であるH4バルブの特性は以前取ってあって定常は5A、ON時の突入電流は50Aぐらいです。またこの基板は突入電流を逓減するために、FETのGate電圧を緩やかに変化する仕組みがあります。ON時の突入電流は16Aぐらいになっています。以上より電流についてはFETの規格内なので問題ありません。次に熱損失について考えてみます。 25mΩに5A流れれば125mVの電圧降下があり、FETの損失は0.625Wです。チャネル・外気温熱抵抗は125℃/Wですので78℃上昇することになり外気温の高い夏は苦しいかもしれません。ただ外気温が50℃としても 128℃なので壊れるほどではありません。 ON抵抗はmax値の計算であること、FETのドレインには幅広のプリント基板の銅箔にはんだ付けしてあることで大丈夫かと考えました。

今度はFETを一回り大きいTO-220型のものに交換することにしました。　FKI06051　（サンケン）　VDSS=60V 　ID=69A 　ID pulse＝137A （100μs Duty1%）　RDS max 5.8mΩ （@VGS＝4.5V）　チャネル・外気温熱抵抗＝62.5℃/W

SMD用のパターンですので、スルーホール型の部品で、しかも外形が大きくてハンダ付けは非常に困難でした。念のためにツェナーダイオードも入れておきました。これで、Low側、High側それぞれ３分間点けてみました。正常でした。暖かくもなりません。どっちが点けている方のFETだ？と思うほど、温度上昇はありません。 DR-Z400にも同じようなものを８年前に付けていますが、壊れていません。よく壊れるのはこの基板にしてからです。原因はFETの使い方に余裕がないせいだろうと思います。当面はこのまま使いますが、機械的に不安定なので、プリント基板を作り直すことにします。このサンケンのFETだとON抵抗が低く、また外形が大きいので熱抵抗も低く、　電圧降下は最大でも29mV 　電力損失は0.145W 　熱上昇は9.1℃ となり、充分クールです。