l' art en circuit (回路でアート)
1.2Vニッケル水素充電池充電器
2022.09.03
YouTube でも紹介しています。画像をクリックすると再生できます。
今回は見た目に可愛い回路を作ってみました。なんでもよかったのですが、実用性も考えて、1.2Vニッケル水素充電池充電器を作りました。
ベースとなるユニバーサル基板には、秋月電子で販売されているペットボトル基板を用いています。
■両面TH丸型ユニバーサル基板 27mm (ペットボトル基板)
使いやすい丸型のユニバーサル基板(両面)です。「67穴」のスルーホール(TH)があります。表裏の白いレジストはLED照明基板に使用されている高反射率品です。日本製のペットボトル飲料のキャップにぴったり入るサイズです。
・メーカー：株式会社矢島製作所
・穴径：1.0mm
・穴仕上げ：スルーホール
・ランドピッチ(長辺)：2.54mm
・ランドピッチ(短辺)：2.54mm
・板厚：1mm
・長辺外形：φ27mm
・短辺外形：26.73mm
■How to Make 1.2V Battery Charger | Automatic Battery Charger
→ Kiyanisolutions : How to Make 1.2V Battery Charger
●LM393 x1
●LF33CV x1 → NJU7223F33
●BC557 TRANSISTOR x1
●1N4148 DIODES x4
●LEDS x2
●10uF CAPACITORS x2
●5K半固定抵抗 x1
●1Ω抵抗 x1
●100Ω抵抗 x2
●470Ω抵抗 x1
●10KΩ抵抗 x1
上記回路をもとに、降圧回路、過充電保護回路、充電回路に分けて作っていき、最後に１つに纏めます。
■降圧回路
典型的な降圧回路です。USB給電5Vから3.3Vに降圧しています。
LF33CVがなかったので、NJU7223F33を使用します。
また、電源ラインの取付け間違い時対応に整流ダイオードを挟んでいます。
●低損失CMOS三端子レギュレータ 3.3V500mA NJU7223F33
・入力電圧：～14V
・出力電圧：3.3V
・最大出力電流：500mA
・ドロップアウト電圧：0.4V
・許容損失：7.5W
※LF33CVとピン配置が違うので注意しましょう。
●10uF CAPACITORS x2
●1N4007 整流ダイオード
■過充電保護回路
電圧コンパレータとしてLM393を使用し、2番ピンである反転入力に基準電圧としてグランドとの間にダイオードを介して0.6ボルトを与えています。
電圧ディバイダーとして5KΩ可変抵抗を使用し、バッテリー電圧が分圧され、コンパレータの非反転入力(3番ピン)に与えられます。
充電が進むと、非反転入力の電圧が上昇し、反転入力を上回ります。
コンパレーターの出力スイッチには、BC557トランジスターを使用しています。
バッテリーが完全に充電されると、コンパレータはトランジスタをオフにし、回路はバッテリーの充電を停止し、バッテリーを過充電から保護します。
2回路入コンパレーター LM393GN
・入力構造：バイポーラ
・回路数：2回路
・電源：単電源
・動作電圧：2～30V
・出力方式：オープンコレクタ
・出力電流：6mA
PNPトランジスタ BC557L
台湾ユニソニック製トランジスタです。フェアチャイルドのセカンドソース品です。
・接合構造：PNP
・コレクタ・ベース間電圧：-80V
・コレクタ電流：100mA
・直流電流増幅率：200～450
・トランジション周波数：300MHz
・コレクタ損失：500mW
1N4148 汎用小信号高速スイッチング・ダイオード 100V200mA
1S1588、1S2076Aに代わる汎用ダイオードです。世界的には1N4148が汎用ダイオードとして一般的です。
・逆電圧：100V
・平均順電流：200mA
・ピーク順電流：4.0A
・順電圧：1.0V
・逆回復時間：4ns
・端子間容量：4pF
・許容損失：500mW
・漏れ電流：25nA(20V、25℃)/50μA(20V、150℃)
・使用温度範囲：-65～175℃
■充電回路
回路図上段横一列の(BC557)→1N4148→1N4148→1Ω→蓄電池のラインでは、
前述のトランジスタ BC557 で約0.4V、1N4148ダイオード1個につき約0.6Vの電圧が降下し、蓄電池には、
3.3V - 0.4V - 0.6V - 0.6V = 1.7V の電圧が掛かります。
充電中は緑色LEDの両端の電位差が少なく、緑色LEDは点灯しません。
逆に、赤色LEDには充電中のみ電流が流れます。
バッテリーの充電中は、赤色LEDが点灯し、満充電時には緑色LEDが点灯します。
■完成回路
右から、降圧回路、過充電保護回路、充電回路になります。
ミニブレッドボードに挿して、各モジュールを繋ぐとこんな感じになります。
ブレッドボード裏側にある電源端子にモバイルバッテリーを接続、出力側に1.2Vニッケル水素充電池を繋げた様子です。
■保護回路の調整
充電済みのニッケル水素充電池を取り付け、電源から給電を行います。
過充電保護回路にある半固定抵抗を、赤色LEDの点灯状態から、緑色LED点灯に切り替わる状態まで回します。
■回路でアート
1枚のブレッドボード上に平面的に回路を組むとなかなかアートっぽくならないのですが、
機能ごとに分割してモジュールを作り、立体化することで、見た目も楽しい回路になります。
機能ごとに纏めることで、配線ミスも見つけやすく、立体化することで小さなブレッドボードに収まります。
欠点といえば、モジュール上の各パーツを美的に配置すると、裏側の配線が複雑化してしまうところでしょうか・・・
■参考文献
・キルヒホッフの第1法則
|
Raspberry Pi（ラズベリー パイ）は、ARMプロセッサを搭載したシングルボードコンピュータ。イギリスのラズベリーパイ財団によって開発されている。
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