電子工作のアーカイブ

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ソーラーポータブルUSB電源の鉛蓄電池化

ソーラーポータブルUSB電源にはエネループを使っていましたが、
稼働時間や充電時間の問題から
鉛蓄電池を使った物を作りました。

太陽電池はコストの問題から
前の物を流用します。

現在は充電のみで
放電(DCDCコンバータ)などは
未作成未実装です。

使った鉛蓄電池は
秋月電子通商で販売している
完全密封型鉛蓄電池 (12V2.6Ah) WP2.6-12
を使用。

周りには熱対策に
エアーパッキン(プチプチ)を巻いています。

使用しているヒューズは5Aの物を使用。
充電回路も元のものを流用し、
分圧抵抗とプログラムを変更してあります。

表面は

一部、ケース(YM-250)のフィルムが残っていますが、
左からバッテリ入出力、
充電スイッチ
MPPT制御LEDです。

充電スイッチは
MPPT内の分圧抵抗で非動作時でも
0.1mAほど分圧抵抗で消費してしまうので
通常使用であればつけなくても問題無いと思いますが、
長期保存などするときなどの為に付けました。

現在はバッテリ入出力に
シガーソケットを付けて
そこからUSBに変換して
USB充電ケーブルで携帯などを
充電しています。

趣味の太陽光発電

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雷サージ対策

最近、ゲリラ豪雨が多く、
突然の雷が多いと電化製品が
心配になります。

そこで、自室内、パソコンやテレビなどには
雷サージ対応のタップを使っています。

LANにはLAN用のサージプロテクターを購入しました。

電源用のサージプロテクタはいろんなタイプがありますが、
サージプロテクタの正体はZNR(バリスタ)という素子です。

ZNR(バリスタ)にはバリスタ電圧があり、
バリスタ電圧以上は電圧が出ないように保護します。
ただし、ZNR(バリスタ)は想定以上のサージが侵入すると壊れて
導通状態になるのでヒューズが必要です。

市販品の場合サージによってZNR(バリスタ)
が破壊されるとヒューズが切れるのでバリスタに付いている
LEDが点かなくなります。

市販品同等の回路図

通常はZNR(バリスタ)は絶縁状態ですが、
定格を超えたサージが侵入すると壊れて導通のとなり
ヒューズが切れるので、LEDは点かなくなります。

ZNRのデータシートなどではのようになっています。

ヒューズがライン上にありますが、
私はコチラの方が良いと思います。
この場合、バリスタが破壊されるとヒューズが切れて
完全に電流を遮断します。
ただし、ヒューズの定格を通常の使用で超える場合は
上の回路図の方が良いです。

またアースが取れる場合は

アースで使用しているヒューズは通常の電流ヒューズでは無く
温度ヒューズ(100℃ぐらい)を使ってZNRに密着させます。

AC100Vの時はバリスタ電圧は200Vぐらいが使われている様です。
ヒューズは一般のタップが1200W程度なので1200W÷100Vで
12Aですが余裕をみて15から20Aのヒューズが良いと思います。
ただし、自作などされる場合は自己責任で行って下さい。

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ソーラーポータブルUSB電源

ソーラーポータブルUSB電源にソーラーパネルを追加しました。

上面

側面

外観はアルミ製のケースに取手を付けてます。
ケースはタカチのYM-250。
前はABS樹脂のケースを使用していましたが、
使っていたアモルファスパネルがダメになったので
ケースを変更しました。
ABSは紫外線に弱いので屋外での使用は避けたほうが良い
と言われています。

内部には
エネループ2セル×4
MPPT回路
5V昇圧回路
などが有ります。

ブロック図

ソーラーパネルは通販でなく大須のタケイムセンで売っていた
SparkFun 開放電圧8V短絡電流310mA PRT-07840
通販では千石電商が扱っています。

DC-DCコンバータは自作で
コンバータICにはLT1302-5を使用。
このICの場合、電圧設定に抵抗を使わなくても
5Vが出ますので回路が簡単です。
ただし、入手性が悪く海外のサイトを利用するので
送料が約3000円($30)掛かります。

LT1302は2V~となっていますが
実際は1.4Vぐらいから昇圧を開始しますので
過放電に気をつける必要が有ります。

充電制御はMPPTで行っています。
夏の炎天下では700mA流れました。
ただ、曇ってしまうと100mAぐらいなります。
充電完了は単純に電圧のみで行っていて、
設定電圧は3.0Vです。
元々、2.9Vにしてありましたが、充電が完了すると電圧低下が
起こってしまうので3.0Vにしました。
MPPT 充電専用コントローラーの製作でも3.0Vでトリクル充電するようです。
トリクル充電はデューティー比を下げて行うのですが、
プログラムが公開されていないのでわかりませんので、
とりあえず充電完了を検出してもPWMを止めず
デューティー比2%ぐらいで様子を見てみます。

中は

右側エネループの下には発泡スチロールをひいてます。
これは熱がエメループに伝わりにくくするためです。
炎天下に置きっ放しにするとしたからも熱が伝わるので。
ちなみに上にはエアーパッキン(プチプチ)を置いています。
プチプチも断熱材になるので使いました。

あと、中やソーラーパネルの接着剤には
エポキシ系の接着剤が良いです。
出来れば硬化60分タイプ。
5分タイプだとすぐに固まって便利なのですが、
熱や水に弱い様で、取れるときはポロッと取れます。
また、セメダインのスーパーXは水などに強く屋外でも使えますが、
長い間使用していると接着が弱くなり
ペリペリ剥がせるようになってしまうので向きません。

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LT1302-5を使った5V電源用昇圧回路

5V固定の昇圧回路で
ニッケル水素充電池2本で使えるて
500mA以上の昇圧ICを探していたら
LT1302-5が見つかりました。

リニアテクノロジーは前に
ノートパソコン用昇圧電源のときに
LT1170を使いました。

LT1302では
静止電流が200μA。
5V時600mAは出せるので
今回は使用したいと思います。

ところが、
取り扱っているショップがありません
のでリニアテクノロジーのweb直販を利用しました。

http://www.linear-tech.co.jp/purchase/

上のクレジットカードでの購入から。

ただし、
ある程度の英語力が必要。
送料が約30ドル掛かるのがデメリットです。

あと届くのが1週間以上かかりました。
運送会社はFeDexでした。
ちなみにアメリカからの途中経過はこちら

今回はDIPパッケージの在庫が1つしか無かったので
DIPを1つとSOパッケージを3つ買いました。
大体4ドルぐらい。

DIPは使ってしまったので
SOを使って昇圧回路を作りました。
回路はMinty Boostの回路どうりに
作りました。

2つ作ったのですが、
とりあえず1個目、
携帯ゲーム機の中で電気を喰うPSPで
実験してみました。

LT1302-5 PSPで実験中

一応、2.0Vから動作とデータシートには書いてあったので
可変電源で2.5Vから電圧を絞ってもPSPの充電が
切れません。

1.7Vぐらいまでは動作するようです。

2個目は少し小型化しました。

LT1302-5使用USB出力昇圧回路

SOパッケージは保護のためエポキシ樹脂で固めてあります。

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MPPT充電コントローラー

ポータブル5V電源用の充電回路を探していたら
MPPTという方法がありました。

MPPTは主にソーラーパネルで使われていますが
ソーラーパネルの最大出力ポイント(MPP)を
追従します。

今回は簡単なMPPT充電回路を紹介します。

回路図など元ネタはこちら
なんでも作っちゃう、かも。 MPPT太陽電池充電器(5)

これにショッキーバリアダイオードと
2セルの電池に接続するので分圧抵抗を追加しました。
あと、追従電圧をアモルファスの60%から80%にプログラムの
定数を変更しました。

ソーラー側の分圧抵抗は
SparkFun Electronics – Solar Cell Large – 2.5W
最大電圧が約9Vなので余裕を見て10Vとしましたが、
ちょうど良い抵抗がなかったので330KΩと100KΩを使いました。
この場合11Vが最大電圧になってしまいますがこれでいきます。

パーツは共立電子エレショップで
登録されていない2.5VレギュレータやリセットICはダミーデータ
を突っ込んで購入しました。

作ったMPPT充電コントローラはこれ
MPPT

ちなみにこれは2号機の修正後です。
最初に作った1号機は4.8Vアモルファスソーラーパネル(CNS715)用
に作ったので分圧抵抗値も違いますし、配線などが汚いので
2号機を作成しました。

最初は全然MPPT効果がありませんでした。
ショッキーバリアダイオード(SBD)直接100mAとすると
MPPT経由だと60mAぐらいに電流が流れません。

PICのプログラムやらいろいろ弄りましたが
ダメでした。
MPPTや~めたと思い充電制御だけ(PWMのDUTY100%)にしてもダメ
と回路図をよーく見るとスイッチングトランジスタ2SA1020のエミッタとコレクタが逆になっていました。
ということで2SA1020と付け替えた後が上の写真です。

これで充電電流を計ると
SBD直接だと188mA
MPPT経由だと270mA流れていました。

一応、
2.9V(1セルでは1.45V)になると充電が停止されますが、
2.9では弱いのか暗くなった後電圧を測ったら2.7台まで下がっていました。
充電完了電圧は3.0Vが良いように思います。

あと、MPPTの場合弱い日光では充電できません。
日光が弱い場合、ソーラーパネルの電圧を維持しようと
デューティー比を小さくして出力側の電圧が下がってしまい、
電池との電圧差がなくなってしまい充電されません。

しかし、直射日光下では効果を発揮するので
ポータブル5V電源で使用しています。

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