USBモバイルバッテリー(単三x4)

4本の単三乾電池またはエネループで動くやつです。5V定電圧。1A or 0.5A。
何かうまく出来た様なので投稿してみました。





しかし似たようなやつは既に激安で売ってんじゃねーんかい?
それらを買わずに、自作する意味なんかあんの?(爆)

ぬぅ〜、
バカだからこそ無意味な自作が出来るんですよ!
売ってるやつが信用できなかったんですよ当方は。(爆)



警告!スマホを壊す可能性があるので作ってはいけません!
くれぐれも自己責任という事で。








【失敗作】
下図の写真ですな。
e0298562_17261184.jpg
これは村田製作所のSW電源(ユニット基板)を使った実験です。
品番はOKL-T/6-W12N-C

秋月で売ってました。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-06187/

自分で組むのが面倒な場合はキットも売っていますな。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-07728/

このSW電源は降圧タイプですが、もしかして?
[乾電池1.5V]*[4直列]=6V ・・・・・これを5Vにする
[消耗した電池1.2V]*[4直列]=4.8V ・・・・・スルーして出してほしい
という感じで動けばラッキー!
だったんですがダメでした。

下図は入出力特性です。
e0298562_20384679.png
入力電圧が6V以上あれば効率も良さそうな感じなんですが、
電池が消耗しきるより早く電圧が落ちちゃいました。

んーまー単三電池を6直列にすれば十分イケるでしょうが、
それは規模がナニです。

今回の用途には向いていなかったという事ですな。
ちなみにスタンバイ時の電流を計ったら1mAくらいあった様な?
それも少々気になる所ではあります。








【成功したやつ】
そこで色々考えまして、
[乾電池1.5V]*[4直列]=6V ・・・・・これを降圧して5Vにする
[消耗した電池1.2V]*[4直列]=4.8V ・・・・・これを昇圧して5Vにする

つまり昇降圧タイプのSW電源ですな。

しかも高効率で・・・という物はあるんかいな?

ありました。
Strawberry Linuxさんで、基板ユニット化されてました。
注意:個人の非営利の範囲内に限って事前連絡なしに掲載可能だとの事です。
https://strawberry-linux.com/catalog/items?code=16370

こっちのも使えると思います。
https://strawberry-linux.com/catalog/items?code=12060

それを利用させていただきました。









【回路図】
下図の回路図で作成しました。
e0298562_21054444.png
*「TPS63070基板」というのがStrawberry Linuxさんで売られている物。
*右にあるのはUSB端子。
 D+とD-につながる抵抗R3〜R7で充電器と認識する様です。
 この抵抗値はAppleの充電器の仕様です。
 他の機種用途の場合はネット検索してお調べください。(爆)
*スイッチSW2で充電電流の仕様を切り替え可能にしてみました。
 これは当方のオリジナルアイデア。
*LEDの明るさをR8で調整しました。10kΩです。LEDの順電流が少ない?
 高輝度LEDを使って順電流を絞れば無駄が少なくなります。
*SW1は電源ON/OFFスイッチです。
 TPS63070基板のEN(イネーブル)機能を使ってみました。
 R1でプルアップされ電源ON。R2でプルダウンされて電源OFFです。
 プルダウンを付けずに実験したらラッチアップするのでNGでした。
 R2はもうちょっと小さい値でも良いかも知れません。
 (電源OFF時の消費電流を確認!)
*PS(パワーセーブ)機能は間欠発振かPWMかの選択との事。
 今回は間欠発振に設定して省エネ動作で使ってみました。
*電池をプラマイ逆に入れた時の保護がありません。
 まあ間違えねーだんべ。(爆)
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【電池ホルダ、筐体】
ちょうど良いのが秋月にありました。
電源スイッチと、USB端子付きです。
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電池ホルダはコイルバネ式で良い感じですな。
板バネ式じゃダメっぽい。
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中ブタがビスで止まってます。
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電源スイッチですが、
100mA程度しか保証できないタイプのスイッチじゃないのコレ?
このまま0.5Aとか流すとスイッチの接点が逝っちゃいますな。(爆)
だから、
EN(イネーブル)機能を使ってON/OFFさせるんですよ!









【組んでみんべ】
さ〜てどうすっか?
まずは追加のモード切り替えスイッチですな。
秋月で購入した小型スイッチにしました。
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そして基板ですが、
切り欠きました。
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そこにスイッチを装着してみました。樹脂ケースは加工が必要です。
てな具合でやってみました。
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次は銅箔カット。
e0298562_21292983.jpg

配線を外し、余計な部品も捨てまして、
追加のスイッチを付けました。 (細かい内容の写真は拡大可能にしました。)
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次はStrawberry Linuxさんの「TPS63070基板」。
丁度はまるスペースがありますが、
電源スイッチと干渉するのでこんな向きになる様です。
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そして配線ですな。
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それらの線をメイン基板に配線しました。
e0298562_21352917.jpg

USBまわりの部品を付けました。
e0298562_21353799.jpg

LEDを付けました。電源スイッチの左隣です。
e0298562_21354154.jpg
LED固定に利用したランドなど。
スイッチの筐体をGNDに落としてジャンパー代わりにしています。(右端。)
そしてEN端子のプルダウン抵抗R2ですな。(実験中に判明。)
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電子回路の方はこれで完成ですが、
TPS63070基板のトリマーを回して、
USB出力電圧が5Vになる様に調整しないといけません。
間違えるとスマホが即故障!!!









【ケースの加工】
追加スイッチやらLEDを付けたので、ケースに穴を開けました。
まずは中ぶた。
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現物あわせで微調整。
e0298562_21464498.jpg

外ブタも。
e0298562_21465099.jpg
LEDの穴(窓)もうまく現物あわせで何とかしました。

レタリングですがシールに手書きで対応しました。
外ブタをはめれば見えません。
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完成!
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手作り感があって良い感じ。
ボロいとも言えます。(爆)









【動作確認と基本の測定】
必ず測定します。
測定データが無い記事なんか信用できねーんだニャロメ!(爆)

下図は測定風景です。
e0298562_21532474.jpg

*USB端子の接触抵抗が厳しいですな。
 ケーブル側のコネクタ部分の酸化皮膜が原因かも知れません。
*電池ホルダも滑りが悪いんだか何だか、
 たまーに電池と接触していない場合が生じます。
 まあ電池ホルダの+端子の所に半田でも盛っとくか?
*安定化電源から電圧を印加して測定しました。

そして、
基本の入出力特性ですが、下図となりました。
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負荷が重くても良い感じですな。
電池電圧が3.5V〜7Vに対して、ほぼ5Vを保っています。

リチウム乾電池(1.8V)x4個=7.2V
アルカリ乾電池(1.5V)x4個=6.0V
エネループ(1.2V)x4個=4.8V
消耗した電池(1.0V)x4個=4.0V
ヘタッた電池(0.9V)x4個=3.6V

せんぶ対応できますな。


次に気になっていた電源OFF時の電流は?
e0298562_21533911.jpg
4μA? いいんじゃない?
まあ多めに見積もって10μAでもOK範囲でしょう。
だからと言って電池を入れっぱなしは液漏れ被害の可能性があります。
使う時だけ電池をはめるのが吉です。








【効率などの測定結果】
入力電圧対電流の測定結果。
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1Aモードと0.5Aモードに対して、
入力電流(電池から取り出す電流)と
出力電流(USB端子から取り出す電流)のグラフ。

これを見ると、
1Aモードで電池がヘタると電流がドバッと増えますな。
乾電池で1Aモードは厳しいですな。
そして入力電圧が3.5V以下くらいになるとピーッという異音が出ました。(爆)
コイルが鳴いてるんでしょうか。

下図は入出力の電力です。
電池で消耗する電力と、USBから取り出した電力。それをグラフにしました。
e0298562_22035861.png
5W充電器(5V1A)のモードと、
2.5W充電器(5V0.5A)モードの比較です。

赤線が上に曲がって、緑線が下に曲がる・・・これは効率が悪そうですな。
つまり1Aモードで4V以下(電池が1V以下)になると消耗がはげしい。


別の視点から見たいですな。
効率に計算し直してグラフにしました。
e0298562_22040365.png
なるほどやはり、
1Aモードで電池電圧が1Vを切ると急に効率が悪化します。
1Aモードを利用するのは、短時間で充電しなきゃならない場合ですか。
緊急時のみ1Aモードにするのが良い感じでしょう。

できれば0.5Aモードで使えば無駄が少ない。
効率90%以上を達成していますな。








【実際に使う】
特に問題も無さそうに普通に充電器として動いています。
やたら時間がかかるとかはありませんでした。普通の充電器と同等?
少し消耗した乾電池でもOKの感じ? エネループでも無問題。
下図は電池混載の写真。
e0298562_06401133.jpg
iPod touchじゃなくてiPhoneで確認したほうが良いとは思いますが。
まあ測定結果が良好だったので恐らくイケるでしょう。

iPhone8で確認してもらったらSW電源基板あたりがほんのり温かい?
充電78%以上になると当機の発熱も収まって温度が下がる様です。
充電するまでの時間はApple純正5W充電器と同じ程度の能力?
エネループを使用して1Aモードなら普通に使えるという話ですな。
何%まで充電できるかは前回の記事をご参照→ソーラーxケータイxバッテリー




・・・
ここまで色々と動作確認やら測定をしてみましたが、
コイルが鳴く以外には問題が無さそうです。
発熱なども気になりません。

もしかして?
売ってるやつより高性能かも?(爆)







警告!スマホを壊す可能性があるので作ってはいけません!
自己責任にてお願いします。
以上です。










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by ca3080 | 2018-10-10 06:58 | 電子工作(一般)
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