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3.6Vの組充電池用充電器の試作

秋月電子のニッケル水素電池パックは安価で何かと使える3.6V充電池である

IMG_20170903_153320.jpg

これまで(リポを外した)ダイソーのUSB充電ライターの充電機能を利用して充電していた(真ん中のパーツ)

充電は問題なくできるのだがリポ用のため完全な満充電にはならないのが欠点

今後充電する事が増えそうなので専用の充電器を作製しようとしたら実は半年前に作製しようと設計していた(いろいろあって中止し忘れてしまっていたようだ)

diagram.png

ATTINY13aで充電制御する方式で設計,スケッチがまだなのでプログラミングしていたが,今のところ先日の充電器で十分なため記録だけにしておく(他に完了させないといけない物があるので落ち着いたら組み立てる予定)

暫定仕様
  • 全体の8~9割までは500mAの急速充電
  • 残りの1~2割は50%位で充電
  • 最終充電電圧を10秒間保持できていたら充電完了
  • LEDの点滅具合で充電状態が判るようにする
スケッチ
//
// ATMEL ATTINY13 / ARDUINO
//
//                 +-\/-+
// ADC0 (D 5) PB5 1|   |8 Vcc
// ADC3 (D 3) PB3 2|    |7 PB2 (D 2) ADC1
// ADC2 (D 4) PB4 3|    |6 PB1 (D 1) PWM1
// GND            4|   |5 PB0 (D 0) PWM0
//                 +----+
// 1: Reset
// 2: LED
// 3: Serial Out
// 4: GND
// 5: PWM(FET SW)
// 6:
// 7: ADC(充電池電圧確認)
// 8: Vcc 3.3V
//
#include <avr/io.h>

#define BAUD_RATE 38400
#include <BasicSerial3.h>

#define PIN_ADC 1   //PB2(ADC1)
#define PIN_LED PB3 //LED
#define PIN_OUT PB4 //SerialOut(Debug)
#define PIN_FET PB0 //FET

#define MCHR_VOLT (1400*3) //最大充電終止電圧(mV)
#define LAST_VOLT (1420*3) //充電終止電圧(mV)

static void serOut(const char *str) {
while(*str) TxByte(*str++);
}

//確認用シリアル出力
static void voltOut(int v) {
char bf[8];

itoa(v, bf, 10); //10は十進数
serOut(bf);
serOut("mV\r\n");
}

//電圧(mV)
static int voltRead() {
    ADCSRA = (1<<ADEN)|(1<<ADSC)|(0<<ADATE)|(0<<ADIF)|(0<<ADIE)|(0b100);
//ADC#3
    loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF); //ADC#4
    long v = (long)ADC; //long v = (long)analogRead(PIN_ADC);
    v *= 5000;                           //基準電圧5V
    v /= 1024;
    return((int)v);
}

void setup() {
    DIDR0 = _BV(PIN_ADC);                              //ADC#1: pinMode(PB2, INPUT);
    ADMUX = (0<<REFS0)|(0<<ADLAR)|PIN_ADC; //ADC#2: analogReference(DEFAULT);
    DDRB = (_BV(PIN_LED)|_BV(PIN_FET)|_BV(PIN_OUT));   //pinMode(PIN_LED, OUTPUT);
                                                       //pinMode(PIN_FET, OUTPUT);
                                                       //pinMode(PIN_OUT, OUTPUT);
    OSCCAL = 91;                           //87 - 96 (91, 92)
}

void loop() {
   int volt;

    serOut("Begin.\r\n");

    //MAX充電
   while((volt = voltRead()) < MCHR_VOLT) {
        voltOut(volt);
        PORTB |= _BV(PIN_LED);                         //digitalWrite(PIN_LED, HIGH);
        PORTB |= _BV(PIN_FET);                         //digitalWrite(PIN_FET, HIGH);
        delay(4000);
        PORTB &= ~_BV(PIN_LED);                        //digitalWrite(PIN_LED, LOW);
        delay(1000);
    }

    //残りを50%充電で完了させる
    int final = 5;
    do {
        voltOut(volt);
        PORTB |= _BV(PIN_LED);                         //digitalWrite(PIN_LED, HIGH);
        PORTB |= _BV(PIN_FET);                         //digitalWrite(PIN_FET, HIGH);
        delay(1000);
    PORTB &= ~_BV(PIN_FET);                        //digitalWrite(PIN_FET, LOW);
    PORTB &= ~_BV(PIN_LED);                        //digitalWrite(PIN_LED, LOW);
        delay(1000);
    if((volt = voltRead()) < LAST_VOLT) final = 5;
    } while(--final != 0);

//終了
serOut("End.\r\n");
PORTB &= ~_BV(PIN_LED);                            //digitalWrite(PIN_LED, LOW);
for(;;);
}
コードサイズ
  • arduinoのライブラリを利用すると1Kbytesを超えた
  • ADCを直接ハードウェア操作することで210bytes減る
  • その他も直接操作で最終的に780bytesになっている
  • 確認用のシリアル出力は削除できる
ADC関係
  • ADC#1: デジタル入力抵抗を無効(消費電流が減る)
  • ADC#2: REFS0=Reference: 0でVCC参照, 1で1.1V内部電圧源,ADLAR=0:右詰め,1:左詰め,下位2bitで00から11までADC0からADC3
  • ADC#3: ADEN=ADC有効,ADSC=ADC開始,ADIE=完了割込許可,下位3bitがクロック指定
  • ADC#4: ADIFビットが1の間はAD変換中

006P(8.4V 7セル)用簡易充電器改造

以前006P(8.4V 7セル)用充電器を作製したが,知識不足だったこともあり時間の掛かる充電器にしてしまっていた

IMG_20180113_161157.jpg

そこでちょっとした訳もあって改造することにした

回路は以下のとおり0.1Cの定電流で充電し満充電の判定など行わない簡易版である

diagram.png

対象がニッケル水素充電池なので停止しなくても0.1Cなら問題は起きないし,周囲の気温により満充電圧が変動するため面倒な判定を行わなくても確実に満充電させることができる

また,006Pに約25mAと以下の3.6Vの組充電池用に約80mA充電を切り替えるられるようにした

IMG_20180114_153320.jpg

大したパーツもないのでサクッと作り直し

IMG_20180114_111223.jpg

先に電子負荷を使って定電流なのを確認した後にバッテリーを繋いで確認

IMG_20180114_111601.jpgIMG_20180114_111645.jpg

30mAと83mA位にしようとしていたし手持ちの抵抗値の事もあり上の様な電流値となる

IMG_20180114_114113.jpg

3.6Vの組充電池も対応したし満足かな

メロディICと圧電サウンダ

警告や終了を音で通知するためにメロディICを購入

(本当は1年前に購入していたのだけど)

いつものほったらかし状態から突如,まずは鳴らしてみようとした・・・が・・・結果はかなり嵌った(つまり楽しめた)

チョイス

メロディICは三端子メロディIC(UM66TxxL)等を3種(5曲オルゴールICも先に購入したけど触るのは後になることに)

UM66TxxL共通仕様

  • 動作電圧範囲:1.5V~4.5V
  • 消費電流:16μA(Typ.)

音の出力は大体は小さい物に組み込むことになるので,サイズ・電力的に大きなスピーカーにするわけにはいかないため圧電ブザーと圧電サウンダを選択

電子ブザー(24mm)PKB24SPCH3601

  • 発振周波数:3.6kHz(電源DC12V時)
  • 定格音圧:90dB(電源DC12V時, 10cm)
  • 動作電圧:DC 2~20V
  • 消費電流

 1.8mA(電源DC2V時)
 2.8mA(電源DC3V時)
 5.0mA(電源DC5V時)
 9.0mA(電源DC9V時)
 13mA(電源DC12V時)

圧電スピーカー(圧電サウンダ)(13mm)PKM13EPYH4000-A0

  • 動作電圧範囲:30Vp-p以下

実は,圧電ブザーと圧電サウンダ・圧電スピーカーの違いを知らずに,とりあえず圧電ブザーと圧電サウンダを購入していた

基礎知識(後付け)

  • 圧電サウンダと圧電スピーカーは同じ(以降,サウンダで記載)
  • 圧電サウンダは音が鳴る圧電振動板のみの部品で発音には外部に励発振回路が必要となる
  • 圧電ブザーは圧電サウンダに自励発振回路を組み合わせ一体化したもので直流電源があれば発音する
ファースト発音

接続は以下のとおり

fig1.png

画像クリックで動画(左:圧電ブザー,右:圧電サウンダ)

IMG_20171127_201002.jpgIMG_20171127_200927.jpg

発音は簡単にできて(左)電子ブザーだと終了音程度なら音量的にも十分

しかし電子ブザーはサイズが大きいため,できれば圧電サウンダを使いたい

そこで難点である音量を増大することを試みる

メロディIC

まずはメロディICの波形を観る(左:画像クリックで動画,右:パルス拡大)

IMG_0464.JPGaudio.jpg

音階の出し方はFM音源が実装される前のPC(AppleII,MZ,PC8001とか)など知っていれば判るが,要は矩形波の密度(周波数)を変えることで音階を出している訳だ(PC8001なんか圧電ブザーで苦心の音階を出していたなぁ)

圧電振動版への電圧増加

圧電サウンダの音量を上げるには圧電振動版を大きく振動させることになり大きく振動させるには圧電振動版への電圧を上げる

TrとFETへ変更版で確認(どちらもスイッチ的使用)

圧電サウンダは電圧を与えないと鳴らない(電圧駆動)ため並列で抵抗を入れる

fig2.pngfig3.png

R1を,1kΩ,100kΩ,330Ωと変更してみたところ1kΩが一番大きい音量であった

圧電振動版へ3V,5V,12Vと変えて与えてみると少しは大きくなるが大して音量は上がらない

更に電圧を上げても大幅に変化しそうにないと考え止めた

IMG_20171130_182513.jpg

1つの結論

電圧を上げても劇的には音量はあがらないようだ(警告音とかは瞬間的に大きい電圧を発生しているらしい)

では何故電子ブザーは,それなりの音量を発生させているのか・・・調査すると共振を利用しているようだ

そこで試しに圧電サウンダを基板に付け共振させてみる(動画はなし)と・・・

IMG_20171203_200240.jpg

音量が上がることを確認,美味く共振させれば十分な音量になりそうな感じだ

最終的な回路は以下とした(発生起電力を抑制するためダイオード入れた)

fig4.png

追加

周波数の違いによる音量の変化を確認(デサルフェータ―で作製したパルスジェネレータを改良して実験)

IMG_20171207_195938.jpg

3kHzの音量が大きかった(だけど・・・耳が年なんで強弱は判断できないだろうと思う)

aitendoの昇圧機能内蔵変換ケーブル

aitendoの昇圧機能内蔵変換ケーブル・・・結局購入してしまった

IMG_20171206_191910.jpg

出力側のコネクタ仕様は2.1mm/5.5mmのDC電源プラグとなっているが2.5mmでも入るようになっている

IMG_20171206_192033.jpg

今回は出力電圧9Vをチョイス,入力5Vとあったが2.4Vでも9V出力できた

IMG_20171206_192324.jpg

更に2.4V~5V前後でも9V出力可能であることを確認した

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