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ニッケル水素単四電池用充電器が無かったので製作しました。
単三電池、単四電池が両方装着出来る電池ボックスが入手出来れば、わざわざ単４電池専用の充電器を作る必要は
無いのですが・・・
内容的には以前に製作した単三４本用の充電器と同じです。
ただし、単四電池ということで充電電流は１本あたり３００ｍＡと少なくなっています。
それに伴い電源部が変更されています。
単４電池の容量は６００ｍＡＨ～１３００ｍＡＨ程度と思われますので３時間～５時間で充電出来ると思います。
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前回、ＣＰＵを低電圧で使えるＰＩＣ１８ＬＦ２６２０にしましたが、今回は入手が容易なＰＩＣ１８Ｆ２４２０
としました。
ＰＩＣ１８Ｆも新しい素子が出ているので低電圧で使えて入手性の良い品種があるのかもしれませんが、私の対応が出来て
いません。
ＣＰＵの電圧が５Ｖ、充電電源が３Ｖですので、ポートから充電回路に逆流しないようにダイオードを入れてあります。
電源は市販の５Ｖ１Ａスイッチング電源ですが、このままでは０．３Ａ×４＝１．２Ａが供給出来ないので、充電部の電圧を
ＭＡＸ６５２で３Ｖに下げ、その分、電流を稼いでいます。
このことで、充電部のトランジスタの損失も減っています。
５Ｖから３Ｖに変換するコンバータは効率が高くないといけません。
このような低電圧の電源では出来るだけ耐圧の低い素子を使うのがポイントです。
耐圧が低い見返りに内部抵抗が小さくなっています。
今回使用したチップＭＯＳもショットキダイオードも耐圧２０Ｖのものです。
たまたま、秋月電子で扱っていたため取り寄せました。
チップＭＯＳは米粒より小さなサイズですが、開閉する電流のピーク値は２Ａ以上となります。
ただし、常に飽和動作となるので、内部抵抗の小さいこともあり、チャンネル損失は小さくて済みます。
インダクタはアミドンのカーボニル鉄トロイダルコアを使いました。
材質が＃３、外径が０．６８インチのものです。
これに０．８ｍｍＵＥＷを２０回程度巻き、２２ｕＨとしています。
５Ｖから３Ｖに変換するコンバータの効率は８５％程度あります。
充電用の半導体スイッチには今回はバイポーラトランジスタを使用しました。
前回より電圧が下がっている為、ＭＯＳではゲートの開閉が大変になります。
電源で使用したチップＭＯＳは低電圧でゲートが開閉出来るのですが、この部分は飽和動作で無いため損失が発生し、
放熱に難があります。
Ａ／Ｄのリファレンス電圧は３．０７２Ｖに調整します。（１ｂｉｔ３ｍＶ）
ＲＳ２３２Ｃは９６００ボー、ストップ１ｂｉｔです。
充電終了後、電源スイッチを入り切りすれば何度でも結果を送信する事が出来、次の充電スタートで消去されます。
電池ケースは秋月電子で購入した単四電池用の金属ケースを使用しました。
構造的には、しっかりしていて接触不良の心配も無いのですが、脱着に力が必要で大変です。
単三用の電池ボックスには逆挿入防止のプラスチックリングが付属していたのですが、単四電池ボックスには付属して
いません。
万が一、逆差しした時、どうなるか検討してみました。
次の２点に対して考慮が必要です。
① ＰＩＣのＡ／Ｄ入力に負電圧が加わる。
② 出力トランジスタの損失が増える。
①に関してはＡ／Ｄ入力には１ＫΩの抵抗が直列に入っているのでクランプされると思います。
②ですが、電池が正常に装着された場合、電源に対して電池電圧がマイナスされた形でトランジスタに加わります。
逆向きに装着された場合、電池電圧が加算された形で加わります。
正常な時は最大で０．６Ｗ程度、逆差しの時は最大で１Ｗ程度になります。
２ＳＡ１３５９は周囲温度２５℃で許容コレクタ損失１．５Ｗですので１Ｗでは、かなり熱くなると思います。
ただし、この充電器は起動時２０秒だけ無条件で充電するように作ってあります。
その後は電池異常と判断して通電がストップします。
つまり、２０秒だけ１Ｗに耐えればよいということです。
以上、逆装着でも大丈夫のはずですが、あえて試してはいません。
尚、電池にとっては充電でなく、３００ｍＡでの放電となります。
制御基板はユニバーサル基板に組んであります。
電流が少ない分スペースに余裕があり、５Ｖ→３Ｖコンバータも同一の基板に入れてあります。
出力素子は１素子あたり最大で０．６Ｗの損失が発生します。
ソフトウエアは単三４本用のものと同じです。
ただし、ＣＰＵが違い、コンフィギュレーションワードが僅かに違います。
リンカースクリプトも異なります。
以下にメモリの使用量を示します。
ケースの加工は面倒な作業ですが製作した機器は、どんな簡単なものでもケースに収納して使い易くします。
剥き出しの基板のままでは使いづらい事もありますが、壊れやすく、事故も起こりやすくなります。
写真は加工が済んだ充電器のケースです。
半分以上は通風の為の穴です。
ＡＣコードを止めるプラスチックパーツを圧入する穴の加工が一番、面倒です。
微妙な形状にヤスリで加工しなければならず、少しでも削りすぎると抜けてしまいます。
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|---|---|
| 装置外観 | 装置内部 |
手持ちの単四ニッケル水素電池を充電してみました。
この電池は最低容量６５０ｍＡｈと表示された比較的容量の少ないものです。
電池が新しいこともあり、比較的低い電圧で充電が完了しています。
充電時間は２時間半余～３時間未満で揃っています。
一応、ＨＥＸファイルを置いておきます。
私のハードウエアでは問題なく動作していますので動作しない場合はハードウエアに問題があります。
私は実験用のＣＶＣＣ電源を使って、回路の各ブロック毎に慎重に動作確認をしています。
同一基板内でも電源部、充電部、ＣＰＵ部と切り離して、別々にチェックしています。
まず、５Ｖ→３Ｖのコンバータの負荷特性をとります。
効率は８５％、負荷電流は１．３Ａ以上取れる事を確認しました。
次に充電部の電流をチャンネル毎に確認します。
全てのチャンネルの電池端子に電池の代わりに５Ω程度の抵抗を接続し、定電流の値を確認します。
ＣＰＵの充電ＯＮ用のポートをダミーで接地し、出力トランジスタをＯＮさせます。（ＣＰＵは実装しません。）
各チャンネルの電流値が３２０ｍＡ程度であることを確認しました。（重要）
実際の動作では電圧計測サイクルでは通電を止めるので、平均電流は３００ｍＡ弱となります。
ＣＰＵ回りの結線を再度チェックし、電源ピン、プルアップされたピンの電圧を測ります。
各コネクタの電源ピンの電圧を測ります。
ＩＣＳＰ以外のコネクタを装着します。
ＣＰＵのＲＥＦピンの電圧を３．０７２Ｖに調整します。
以上は５Ｖ１Ａの電源では無く、ＣＶＣＣ電源を使って常に電流値を確認します。
問題なければ一旦電源を切り、ＣＰＵを装着します。
プログラマでプログラムを書き込むと２０ｍＡ程度の電流が流れます。
ＣＶＣＣ電源のまま電池を４本装着してスタートさせると０．９Ａ程度の電流が流れます。
ここで初めて親電源をＣＶＣＣ電源から５Ｖ１Ａのスイッチング電源に換えて、配線完了です。
この後、実際に充電して結果をターミナルに送信し、問題なければ完成です。
回路図全体を配線して、いきなり通電した場合、間違いなくトラブルが発生します。
フォロー、メンテナンスは一切しませんので、使用する場合は各自の責任でお願いします。
ＨＥＸファイルのダウンロード