ヤマガタンver9 > DC-DCコンバータ＞セリア USBポート付DC充電器

　自動車内で携帯電話の充電に使用するシガープラグ型の充電器はカー用品店やディスカウントショップ等で多数市販されているが、その中で100円ショップで販売されている物がいくつかある。

　良く知られているのがダイソーの商品。携帯電話対応のコネクタ付きケーブルが付いていて、そのまま使えるものですが、315円か420円商品であり、コネクタが付いていの為対応機器も専用。

　もう１つはCanDoで販売されているMaxTock製のもので、当サイトでも何度か取り上げている。

　そして今回取り上げるものが、最近？セリアで販売され始めた、「USBポート付DC充電器」である。

　この商品の特徴は、名前にもあるように、USBコネクタ(Aメス)で出力されるタイプである事。
　これにより100円ショップで販売されているUSBタイプの充電ケーブルを組みあわせて使用する事で、本体は共用で機器を選ばず充電可能となる。


今日(5月5日)、お隣Y沢市のセリアに行ったら、この商品を見かけ、MaxTockの充電器の買い置きがまだいくつかあるにもかかわらず、つい2個買ってきてしまいました。

パッケージ及び本体より商品の仕様。

型番:EP-019DC
電源：12V/24V　マイナスアース車対応
出力：5V±5%(本体に貼られたシールより)
(電流容量は記載ないようです。実測確認が必要になりそうです。)

輸入・販売元？：エコプラス(株)
http://www.ecoplus-sys.jp/
(現時点では会社案内のページしかないようです。)

回路はこの手の商品の例に漏れず、DC-DCコンバータが使用されたものである。

使用されているICはAIC1563CNという、聞き慣れないものだが、ネットで検索して確認した結果、この手の商品で良く使用されているMC34063Aの互換品のようである。
(特性は読みきっていないが少なくともピンコンパチ。)


ネットで検索して判明したのが下記。

ICのメーカーのAICは、
Analog Intergrations Corporation
http://www.analog.com.tw/index.asp

データシートは、上記アドレスから
日本語→製品情報→製品ツリー→データシート
で
AIC1563を選択
して出たきたページでダウンロード可能でした。


IC以外の使用部品

回路はしっかりは読んでいませんが・・・
ヒューズ：2A
過電流検出抵抗(R1)：0.22Ω
電源側コンデンサ(C1)：10uF50V(電解)
出力側コンデンサ(C3)：100uF16V(電解)
発振用コンデンサ(C2)：500pF(セラミック)
ダイオード(D1)：(外さないと読めないので未確認)
コイル(L1)：不明
電圧検出用抵抗(R3:R2)：3.02k(1%)：1k
・・・設計出力電圧=1.25*(3.02+1)/1=5.025(V)
LED電流制限用抵抗(R6)：1k
LED：赤

＜部品No追加しました＞

セリアには以前、武田コーポレーション製(MADE IN CHINA)の「ＵＳＢ←→ＤＣ電源接続器」が販売されていたそうです。
(私も見かけたと思うのですが、その時は購入せずに後で後悔)
「気の迷い」様サイト情報に詳細が掲載されていますが、それと比べると・・・

ケースは非常に似てます。(全体の形状、カバー接合用のピン穴位置，ヒューズ搭載部のガイド形状，LEDやコネクタの位置等)

基板の形状はだいぶ違います。
武田コーポレーション製のものはマイナス電極の間まで基板が伸びているのに対し、こちらは台形に近い形状となっており、マイナス電極の間はヒューズのみとなっています。
また(実装されていませんが)トランジスタを搭載するパターン／シルクがあるようです。

内部回路確認しました。

基本回路は、MC-34063Aのデータシート等にあるSTEP-DOWNコンバータの基本回路と同等です。
(AICのデータシートには、いろいろ部品が追加された回路が掲載されていましたが・・・)

部品が搭載されていないパターンを追ってみましたが、電流が流れた時にLEDを点灯する為の回路のようで、PNP型Tr(Q1)，チップ抵抗(R5)orダイオード(D2)，LED用抵抗(R4)用のパターンがあります。
また2色LEDが付くパターンになっていて、コンバータ出力により点灯するLEDと、この回路により点灯するLEDのパターンがあります。
実際には前者の回路に赤色LEDが付いているのみです。

なお今までこの手のいくつかのコンバータの特性を調べた結果から言うと、この手の回路を追加すると負荷特性が悪化するというのが、ありがちなパターンでした。
よって無くて正解です。

＜05/08回路図追加しました。＞
「Aへ」の行先抜けてますが、下側回路の左側に出ているラインです。
わかりにくいですが、下側の回路の灰色になっているパーツ(部品番号がかっこ書きされているパーツ)は、パターン／シルクのみで実装されていません。
D2の所はジャンパでショートされてあります。
R5は、チップ部品がつきそうなパターンとなっていました。

出力特性確認しました。
(個体差があるかも知れませんので、特性例として見て下さい。
また使用した計測器の誤差がある事もお含み下さい。)

※電源電源12V入力での測定です。
・無負荷時の出力電圧が5.27V(電源電流4mA)

・600mA位まで出力可能でこの時点の出力電圧は5.06V(電源電流360mA，変換効率71%)
　これ以上流すと過電流保護が動作するようで、出力電圧が一気に下がる。

　※今まで調べた中ではUSB2出力タイプのコンバータを除くと、最も大きい出力電流でした。(今まで確認したものは、550mAが最大)
　過電流保護用の抵抗が0.22Ωと、他のコンバータ(0.5Ω前後)より小さいものが使用されていますので、その関係もあると思います。


・減電圧特性は確認忘れました。


＜05/08グラフ追加しました。＞

　この手の携帯電話充電器を改造等で携帯電話充電以外の用途に転用するという記事をネット上でいろいろ見かけます。

　その中で良く勘違いされているのが、出力電流の見積もり。
　MC34063A及び互換品のデータシートに書かれている「1.5A」という数字を見て、その1.5Aがそのまま取り出せるものと思われている方がおられます。

　しかしこの「1.5A」というのは、スイッチングトランジスタの最大許容電流であり、1.5Aがそのまま出力出来るわけではありません。

1.入力電力と出力電力の関係
　DC-DCコンバータの基本となる入力電力と出力電力の関係は以下のようになっています。

　入力電力=入力電圧×入力電流
　出力電力=出力電圧×出力電流
　出力電力=入力電力×変換効率

　この式の示す事は・・・
　ダウンコンバータの場合は入力電流より電圧比分だけ電流が多く取れ、アップコンバータの場合は逆に電流が取れなくなります。

　さらにこれに回路による損失がある事から、変換効率等を考慮しなければならず、さらに出力電流を減じて見積もる必要があります。

補足：そのままダウンコンバータとして使用するのか、改造してアップコンバータとして使用するのかでも変わってきますが、アップコンバータの場合、電源＋コンバータで変換するエネルギーという考え方になります。


2.最大許容入力電流の考え方
　スイッチングトランジスタはON-OFFのパルス動作をしています。
　デューティ50%動作として見積もった場合、平均電流は半分の0.75Aと考えなければなりません。
(実際に流れる電流はアナログのパルス波形なのでこれよりさらに減じて計算する必要があります。)


3.その他の部品による電流制限
　回路に許容される電流ですが、使用されている部品の電流容量(コイルやダイオード)の都合もあります。

　特にアップコンバータの場合、コイルに蓄えられるエネルギー(使用されているコイルの特性の他にスイッチング周波数が関係してきます)を計算に入れないと、思ったように電流が取れない、という事にもなります。

　またICを保護する為の過電流保護(過電流検出)用の抵抗も付いており、この動作点は入力側の電流で計算されている事の認識も必要です。


　出力電流はこれらを考慮して見積もる必要があります。

「電源」は、電子機器を動作させるのに非常に大事なもの。

電圧が低すぎると機器は誤動作し、電圧が高すぎると機器が壊れるおそれがあります。
(こんな事書き出すと、100均の電源なんか使えるかっ！って話に行き着きそうですが、それはまず置いといて・・・)


この手の電源にかかわらず、出力電圧を調整(もしくは変更)する為に可変抵抗を追加する例が良くあります。
「実験用電源」として使用するのであればそれは仕方ないですが・・・


１．決まった相手に接続するのであれば、調整で抵抗が決まったら固定抵抗に置き換える事をお勧めします。
　電圧を誤操作により変えてしまう事によるトラブルを防ぐ事と、可変抵抗の経年変化(接触不良等)によるトラブルを防ぐ為です。
　特に車載(自動車等の移動体に積んで使用する場合)の場合は、振動や温度・湿度の急変化によるトラブルの可能性もあります。
(振動で調整が変わらないよう調整部分をペイントで固定するなんていう例もありますが、接触不良に関しては効果無し)

２．電圧が違うものがある場合・・・
　可変抵抗で調整とか、スイッチによる切換なんか止めて、電圧の数だけコンバータを用意して改造したほうが良いと思います。

　安価に入手できるのですから、スイッチ追加する分でもう1台買えそうです。