Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍの小部屋

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電池ボックス電子工作（その７）

いつどこ充電器

１．背景

　ＭＰ３プレーヤとしてｉＲｉｖｅｒのｉＦＰ−７９９（１ＧＢ）を所有していました。　メモリも当時最多１ＧＢ程度でボイスレコーダにFMチューナも搭載されており結構満足していました。　新幹線で心地よく睡眠をとるためにダイソーで購入したクラシック名曲集１０枚や他の手持ちＣＤを格納して重宝していました。

【　ｉＦＰ−７９９（１ＧＢ）　】

　その後、２１枚組のＣＤ集を購入しました。　このＣＤ集だけならば、ｉＦＰ−７９９（１ＧＢ）には半分程度は格納できるかもしれませんが、それでは大切な新幹線での睡眠がとれなくなります。　そこで、新しいＭＰ３プレイヤーを購入することにしました。

　やはり、のぞみで車内放送を聞くためのFMチューナ、大切な会話の聞き忘れを防ぐためのボイスレコーダは必須です。　いろいろ選択した結果、ｍｐｉｏのＦＹ８００を購入しました。　知らなかったのですが、このＦＹ８００はどこなのメーカ品の似非品だったのですね。（オリジナルの方のメーカが大嫌いなので、その事を知りませんでした。）　この機種の一番の決め手は内蔵２ＧＢ＋ＳＤメモリ（２ＧＢ）のメモリ構成でした。

【　ＦＹ８００　】

　購入後気付いたのがバッテリです。　今までは、デジカメのＣＯＯＬＰＩＸ９９０では容量不足使用できなくなった単三乾電池が、ＭＰ３プレイヤー用としてはまだまだ 十分使用できますので、これをｉＦＰ−７９９用単三乾電池として使用していました。　ところが今回購入したＦＹ８００は内蔵充電電池のため、デジカメの使い残しの単三乾電池の用途がなく なりました。　また、ＦＹ８００の充電には５Ｖ電源とＵＳＢポートが必要です。

　今回、デジカメ使い残し単三乾電池を使ってＦＹ８００を充電する充電器を購入、及び、製作しましたので、以下に紹介します。
　ＦＹ８００はＵＳＢポートを利用して充電しますので、電源電圧として4.75〜5.25Vを確保できればよいようです。　ついでにＵＳＢポートを使用して充電する機器として携帯電話もありますので、電源電圧は５．２Ｖ程度を目標にした方が良さそうです。　これで、どこでも、いつもでＭＰ３プレイヤーや携帯電話の充電がデジカメ使い残し単三乾電池で、できそうです。

２．携帯電話用電池式充電器の利用（１）

　ＭＰ３プレーヤの充電器として、ディスカウントショップでたまたま目に付いた単三乾電池２本を使用した携帯電話用充電器ＡＩＲ’Ｓ　ＪＡＰＡＮ製ＢＪ−Ｆ１を買いました。　但し、コネクタは携帯電話用ですのでＵＳＢ用のコネクタを追加しないといけません。　この後、ヤマダ電機で類似品を調べると、携帯にもＵＳＢポートにも対応している充電器はいくらでも有ることを知って、安物買いをしてしまったと反省です。

　早速、ＵＳＢポート追加のために充電器を分解です。　基板を見ると、DCDCコンバータ回路はディスクリート部品で構成されているようです。　

【　充電器基板　部品面　】
　

【　充電器基板　ハンダ面　】

　この充電器には電源スイッチが付いていません。　どうも、携帯電話に接続することで電源オンになるようです。　と、いうことはＵＳＢポートを追加しただけでは駄目なようです。　部品面のＧランドとＶＯ−ランドを短絡することでＤＣＤＣコンバータが動作する のを確認し、今回はこのランド間を短絡し、別途、電源スイッチを追加しました。　また、電源スイッチオフ忘れために電源オンＬＥＤを追加しました。

【　ＢＪ−Ｆ１　改造接続図　】

　実際の改造の状況を下図に写真を掲載します。　電源スイッチは秋月電子通商で購入した超小型スライドスイッチ「ＩＳ−１２５０」が大きさびったりでした。　Ｍ３皿ネジとナットで超小型スライドスイッチを 押さえて固定しています。　ＬＥＤも秋月電子通商で入手した３ｍｍ超高輝度ＬＥＤ「OSHR3131P」を０．５ｍＡ以下で駆動しています。　

　ＵＳＢ　Ａコネクタのメス側は、単三乾電池の中央の隙間を使って後ろ側に引き出しています。

【　スイッチ、ＬＥＤ取付　】	【　ＵＳＢメス側コネクタ取付　】

　このような改造を行って、ＦＹ８００を充電している状態、及び、出力測定結果を下図に掲載します。　この結果より出力電流は３００ｍＡ程度であると推測されます。　効率は７０％以上と、まあまあの結果です。　

【　充電動作状況　】	【　出力特性　】

　また、１００〜４００ｍＡ出力時の出力電圧リップル測定結果を下記に掲載します。　このようにリップルが相当大きい出力波形でした。　なお、このリップルは用途が充電器なので特に問題はないかと思います。

【　リップル電圧波形　】

３．　携帯電話用緊急電源の利用（２）

　ＢＪ−Ｆ１を買った際、単三乾電池１本の携帯電話用緊急電源ＡＩＲ’Ｓ　ＪＡＰＡＮ製ＳＪ−ＦＯＭＡ２Ｂが目に止まりました。　いつもの悪い癖で、実際に使用するのではなく、中身（回路）と特性を知るためにこれを衝動買いです。　使用部品はスイッチング電源用ＩＣ（ 形式不明）＋ＮチャンネルＦＥＴ（チップ部品、形式不明）を使用したＤＣＤＣコンバータとなっていました。　

【　ＳＪ−ＦＯＭＡ２Ｂ　】	【　充電器外観　】	【　内部外観　】

　ＢＪ−Ｆ１と同様に出力測定を行いました。　下記のように効率はそれなりに悪くありませんが、出力電流は大してとれないことが分かります。　まともに電圧を維持できるのは出力電流数１０ｍＡという結果でした。　また、とても注意しないといけないのは単三乾電池の消費電流がとても大きいということです。　単三乾電池一本で５Ｖを出力しますので、単三乾電池から取り出される電流は、効率７５％として出力電流の４倍以上となります。　つまり、１００ｍＡの出力を得ようとすると４００ｍＡ以上の乾電池の電流となります。（実測値４１６ｍＡ）

【　出力特性　】

　なお、出力特性測定中に本品を破損してしまいました。　どうもスイッチング用のＭＯＳ−ＦＥＴを熱破壊したようです。　代わりのＦＥＴを接続することでＤＣＤＣコンバータの機能は復活しましたが、最低起動電圧が２Ｖ程度となってしまいました。　適したＦＥＴを探せば修理可能だと思いますが、現状はそもまま放置となって います。　スイッチング用ＩＣはまだ正常動作しているようですので、別のＭＯＳ−ＦＥＴを入手して再修理の予定です。

３．　「いつどこ充電器（その１）」の製作

　上記までは市販品の評価でしたが、ここは電気電子工作の部屋です。　当然自作にトライします。　いつでも、どこでも（新幹線移動中でも）ＭＰ３プレーヤと携帯電話を充電できる「いつどこ充電器」を製作します。

　上記評価をしていて思い出したのが、いつか何かに使用できるであろうと秋月電子通商で購入していた「ＭＡＸ８７９」です。　抵抗、コンデンサ、インダクタンスの５個の追加部品でＤＣＤＣコンバータを作ることができます。

　回路試作を経て、最終的に下記の回路で製作しました。　収納するケースは「秋月電子通商の電池ボックス　単３×４本用（フタ付プラスチック・スイッチ付） [SBH-341-AS]」です。

【　いつどこ充電器（その１）　回路図　】

• 　Ｃ４，Ｌ２，Ｃ５は基板に空きスペースがありましたので追加した回路です。　特に必要ではありませんが、スペース活用ということで追加しています。

• 　Ｌ２の２２μＨは、もともとＬ２の１０μＨ用のボビンを流用して巻き直して２２μＨになるようにしたものです。　材料の物性値が不明のため磁気設計できていません。　実電流で２２μＨとなるかどうかは不明です。

• 　空きスペースがあるということで出力電圧調整できるようにＶＲ１を設けていますが、ＶＲ１のかわりの３３ｋΩの固定抵抗で、ほぼ５．２Ｖ出力となります。

• 　ＭＡＸ８７９はＩＣソケットにする必要はありません。　と、いいたいところですが、今回の試験で合計３個ダメにしました。　こんなに壊したのは久々です。　○眼のため逆接続に気付かなかったこともありますが、このＩＣは出力電力を取り出しても結構頑張ってくれるため、知らず知らずのうちに熱破壊させてしまったようです。　一度はチップがハンダ付け済み基板から外れてしまいました。　つまり２００℃近くに温度上昇していたようです。　 ここまで持つのは立派といえ立派ですが、熱保護回路くらい内蔵して欲しかったです。　また、秋月電子通商の基板自体もただ単にパターンで接続しているだけであり、ＩＣの特質を考えた基板になっていません。　素人用といえ、この基板は酷いなと思います。

• 　データシートでは電流制限抵抗Ｒ１は０Ω（短絡）となっています。　しかし、上記のようなことも有り、Ｒ１＝２２０Ωを追加しています。　その分、出力特性が悪くなりますが、破損するよりは良いとの判断で追加しました。

今回製作した「いつどこ充電器（その１）」の写真を以下に掲載します。

【　いつどこ充電器（その１）　ＤＣＤＣコンバータ基板部　】

【　いつどこ充電器（その１）　内部外観　】

【　いつどこ充電器（その１）　コネクタ部外観　】

【　いつどこ充電器（その１）　完成品外観　】

　今回製作した「いつどこ充電器（その１）」の出力特性を測定した結果を下記に記載します。　電流制限抵抗Ｒ１有無での違いもわかるようにしておりますので、参考にして下さい。

	電流制限抵抗Ｒ１＝０Ω（短絡）	電流制限抵抗Ｒ１＝２２０Ω
電 池 電 圧 ３ Ｖ 一 定 出 力 電 流 特 性
出 力 電 流 入 力 100 mA 一 定 電 池 電 圧 特 性
出 力 電 流 入 力 200 mA 一 定 電 池 電 圧 特 性

　リップル波形測定結果を以下に示します。　データ採取中に出力電流１００ｍＡ付近で調整困難な場合がありました。　下記波形を見る限り制御状態ががらりと変化しているようです。　インダクタンスＬ１の影響なのか、試験用電源の出力インピーダンスの影響なのか不明ですが、あまり好ましい状態ではないと思われます。　（データシートをまともに読んでいません。　データシートに何か記載されているかもしれません。）

【　いつどこ充電器（その１）　リップル波形　】

　秋月電子通商のＭＡＸ８７９の基板は放熱が全く考慮されていません。　このため、どうにか放熱できないかと思っていたところ、秋月電子通商から「クールスタッフ(放熱フィルム）　４０ｘ４０ｍｍ　［P-1916］」が販売されていることに気づき、これを貼り付けることにしました。

【　クールスタッフ(放熱フィルム）　４０ｘ４０ｍｍ　】

　クールスタッフ(放熱フィルム）を貼り付けた状態を下記写真に示します。

【　クールスタッフ(放熱フィルム）を貼り付け例　】

４．　「いつどこ充電器（その２）」の製作

　「いつどこ充電器（その１）」では単三乾電池４本のケースを使用しましたがケースがあまりにも大きすぎます。　そこで、単三乾電池２本のケース「秋月電子通商の電池ボックス　単３×２本用（フタ付プラスチック・スイッチ付） [SBH-321-AS]」に組み込んでみました。

　ＭＡＸ８７９はＳＯＰパッケージで基板搭載されていますので、この基板を利用して回路を組み込むことにしました。　このトライで問題になるのがインダクタンス２２μＨと１００μＦコンデンサです。

　１００μＦコンデンサは、これまた秋月電子通商が取り扱っている「チップ積層セラミックコンデンサ　１００μＦ ６．３Ｖ［３２２５］（１０個入） [GRM32EF10J107Z]」（８００円）を入手して使用することにしました。　Ｍ３８７０Ｄで実測したところ８４μＦとなっていました。　この程度だと問題無く使用できます。　しかし、このような部品を入手できる時代になったの には感慨深いものがあります。
　なお、その後、チップ積層セラミックコンデンサ　１００μＦ ６．３Ｖとして３２１６サイズで１０個３００円でも発売されています。　もし、同じものを製作されるならば、こちらを使用されることをお奨めします。

【　１００μＦコンデンサ　】	【　実測値　】

　　２２μＨのインダクタンスは、たまたま大阪のデジットを訪問する機会がありましたので、ここで物色しました。　店頭のラベルで２２μＨ品ということで下記の３種類入手しました。　ちょっと巻き数が少ないなと思いつつ購入したのですが、持ち帰り後実測すると中央のPK0406は確かに22μＨでしたが、それ以外の２品は１０μＨしかありませんでした。　店頭ラベルの見間違いかと思い、再度デジットを訪問した際に確認したところ、やはり店頭ラベル２２μＨと判断できます。　どうなっているのかな？　直流の影響、測定周波数の影響？よく分かりません。

　実装を考えれば、STB-240が使えそうです。　データシートを見るとSBT-0240は40μＨ(1kHz)定格500mAとのことですが、感覚的には力不足（コア体積小さい）に思えます。　インダクタンスは実測を信じて、とりあえず２個直列で使用することにしました。 　（後で調べたところ、PK0406は800mA品のようですので、こちらを使用することを検討すればと反省中です。　やはり、ヤマカンではなく、それなりのデータシート確認が必要ですね。）

左　：　SBコイル SBT-0240-TF 中央　：　PK0406 22μＨ 　右　：　SN-5-13
【　２２μＨ　候補品　】	【　実測値　】

　以上の部品選定過程を経て、下記回路で製作しました。　Ｌ１１，Ｌ１２は上記のSBT-0240-TFを２個直列に接続しています。　

【　「いつどこ充電器（その２）」回路図　】

写真撮影後に気付きましたが、何度も組み替えしましたので結構汚れています。
【　基板部品面　】	【　部品ハンダ面　】

基板とインダクタンスは上記のように隙間に入れています。

【　「いつどこ充電器（その２）」　部品組み込み状態　】

【　「いつどこ充電器（その２）」完成時　内部外観　】

「いつどこ充電器（その２）」にも、小さいですがクールスタッフ(放熱フィルム）を貼り付けました。

【　「いつどこ充電器（その２）」最終内部外観　】

【　「いつどこ充電器（その２）」最終外観　】

　今回製作した「いつどこ充電器（その２）」の出力特性を測定した結果を下記に記載します。　こちらも電流制限抵抗Ｒ１＝２２０Ωを追加していますので「いつどこ充電器（その１）」 と同じになるのかなと思っていましたが、「いつどこ充電器（その２）」の方が効率、出力能力などの性能が劣っています。　やはりインダクタンスに問題がありそうです。　それでも使用できないわけではありませんので、当面はこれで使用することにしました。　そのうち、インダクタンスを 再検討してみようかと思っています。
　なお、波形観測はしませんでしたが、やはり１００ｍＡ付近での調整で状態遷移点があるような状態でした。

	電流制限抵抗Ｒ１＝２２０Ω
電 池 電 圧 ３ Ｖ 一 定 出 力 電 流 特 性
出 力 電 流 入 力 100 mA 一 定 電 池 電 圧 特 性
出 力 電 流 入 力 200 mA 一 定 電 池 電 圧 特 性

５．その他

　今回、ＵＳＢシリーズＡコネクタのメス側をいくつか使用していますが、これらの部品は動作しなくなったＨＵＢから部品取りしています。　今回取り外したＨＵＢ部品の残りが下記画像です。　過電流防止のポリスイッチなども使用できそうです。

　動かなくなったからといって廃棄するのではなく、このように部品取り用に使用できますので、ますます別名ゴミが増えていって困っています。

【　部品取りと化したＨＵＢ　】

　最後にお詫びです。

　残念ながら、本ページを公開した時点では、今回紹介したＭＸ８７９は秋月電子通商で販売されなくなっていました。　本ページのプロジェクト開始時は入手できていましたが、２００７年１１月上旬から購入数量制限され、その後販売終了したようです。　よって、「いつどこ充電器（その１）」「いつどこ充電器（その２）」を再現しようとしても不可能かもしれませんが、ご容赦願います。

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