3.3V 固定 DC-DCコンバータを調査

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さて、昨日の夜中3時くらいから動作させている1個前の IoT デバイスは18時間経過した今もまだ動作しているようです。しばし、電池が切れるまで、調べ物をしてすごすことに。明日も夏休みで、好きなだけ遊べます!
で、電池の出力を3.3V に固定させて、出力500ma くらいが出せるものを調査しました。

まず、一発目に見たものは、テキサス・インスツルメンツのTPS63000を搭載した昇圧・降圧タイプ を使ったモジュール。
ストロベリー・リナックスさんが販売しているものです。

 

Exif_JPEG_PICTURE
リチウムポリマー/乾電池向け昇降圧DC-DC

 

なるほど、こんな便利なものがあるんですね。バック・ブーストという方式のようです。入力が低い場合は昇圧動作、入力が高い場合は降圧動作をするインテリジェントなやつのようです。ただ、ちょっとお高いので、もう少し調べることに。

なんかこのあたりのスイッチングを使って昇圧、降圧させるものは昔i-phone の充電器を作ったときに100円均一のを改造したり、ミンティーブースト(Minty Boost)を作ったりしたときの事を思い出しました。あの時は、知らなかったんですが、ミンティーブーストの作者って、Adafruit Industries(エイダフルート)のCEO のリモア・フリード(Limor Fried)さんだったあのですね。数年のときを経てそんなことを知りました。最初に知ったのは、LadyAdaさん(ハンドルネーム)のブログでした。

 

さて、調査するとおおよそ以下の方法があるようです。

1) スイッチング方式

昇圧降圧タイプのDCDCコンバーターを利用する

IC 種別

テキサス・インスツルメンツ TPS63060
Analog Devices Inc. ADP2503(10pin)
Microchip Technology MCP1252

2) リニア方式

LDO(低ドロップアウト)の3端子レギュレータを使う。

たくさんある。たとえば以下。

AP2112K(5pin)

LD1117AS33TR(4pin)

AMS1117-3.3(4pin)

UA78M33CDCY(4pin)

3) トランス方式

大きくなってしまうので未調査。

1の方式が良いんですが、こういうタイプのものがあるとは知らずまだ未入手です。

2方式だと、3V 以下になったときは無視する方針です。

とりあえず、手持ちにあるものとして、1) のタイプはないので、2 のレギュレータと、何かに使えるかもと買っておいたDC-DC コンバータ。

▼降圧DCDC

Scan 10

これは、10個入りで、1個100円くらいのものですが、今回の用途では入力電圧が高いので、つかえません。

入力電圧: 4.5v-28v
出力電圧: 0.8v-20v
出力電流: 3( max)
変換効率: 96%( 最高)
スイッチング周波数: 1.5mhzの( 最高)、1mhz
サイズ: ※18.6mm x 16.8mm x 4mm

 

AMS1117-3.3 SOT-223

Scan 11 
これは10個パックで、100円くらいのもので、3.3V のレギュレーターです。これもデータシートを見ると、Vin が1.5V 以上必要で4.8V 以上ないとだめなようです。うーん、使えん。

DataSheet
http://www.advanced-monolithic.com/pdf/ds1117.pdf

 

www_advanced-monolithic_com_pdf_ds1117_pdf

 

www_advanced-monolithic_com_pdf_ds1117_pdf 2

 

あとは、これのユニット化されているもの。ブレッドボード用に5V を 3.3V にする用途のやつです。

HK1117AH 3.3

これは、以下のスペックです。入力が高いので、今回の用途では、使えないかと。

Input voltage: DC 4.2 V-10 V
Output: 3.3 V, 800 mA
Uses the HK1117AH 3.3V (AMS1117-3.3) Regulator
Size:8.6mm x 12.33mm

 

3V 以下になったときは、無視するとして、リニア方式でいまのところやるしかありませんね。

今、手持ちにあるものでは用途にあっていないので、どうするかですね。いったん、昇圧してレギュレータで下げるという無駄な作戦もありますが。手持ちでやるとしたらこれしかなさそう。

高すぎる電圧になるときっていうのは、充電している時とフル充電から少し消費するまでの間なので、抵抗とかLEDで電圧を落とすっていうのもありかもです。

さて、テストで動作させているリチウムバッテリー駆動のデバイスも20時間経過してもまだ動作しているようです。電圧と電流のロガーも作りたくなってきますね。これはまた、次回以降の題材として。

ESP12_DHT22_-_ThingSpeak

ちょっと冷房強すぎですね。下げます。

その後3時間後、24時間経過しても、まだ動作しています。何か計算と違ったかしら?リチウム電池からは、テスターで計測すると、まだ3.175v あります。ESP12 の動作電圧は、3.0 – 3.6V なのでまだ動きそうです。そろそろアクセスポイントへの接続が不安定になるはずですが。

1セルようの昇圧降圧モジュールって汎用品ではあまりないようですね。TPS63000のチップ自体は、10個で1600円くらいでゲットできそうなので、自作するかです。ただチップが小さすぎるので、3mm四方 で0.5mmピッチ なので変換基盤も必要。迷いますね。

 

その後、約26時間経過までがんばってデータを投げていたようですが、動作電圧以下になりアクセスポイントに接続できなくなり、コネクションLEDが点滅したままの状態となりました。電池側の電圧をモニタリングしていると、2.8V から急速に落ち始め2.4Vで出力がcut され、LEDの点滅もしなくなりました。ESP12 が動作しなくなった正確な時間は4時59分でその電圧は不明、そこからカット電圧になるまで約30分。この時間の為に、昇圧回路が3.3V を供給できるのはおそらくもっと短時間になるはずです。10分か、15分か。

 

負荷がなくなることにより、電池電圧が復帰し、USBから充電すると、電池からの出力が一度cut 電圧まで放出され、2.405V から充電が始まりました。4:40分から充電開始。充電されて、電池電圧が3V になると確か放出が始まるはず。

5V 18650 リチウムバッテリー充電モジュール

以上から言えることは、3V以下になってもLEDの点滅はしており、クロックは動作していたことになります。アクセスポイントに接続するパワーがなく接続が完了しないだけのように見えました。メモリへの書き込みはまだ試していませんが、もしできるならば、昇圧する回路にも意味が出てきます。

 

現在の10秒間隔で接続するプログラムでは、

・フル充電から24時間~26時間でアクセスポイントに接続できなくなる。今回は26時間経過後付近で接続不能に。

・アクセスポイントに接続できなくなってから、約30分後にカット電圧の2.4V になった。

・USBから給電すると、一度電池からカット電圧まで放出されてから充電が始まった。この挙動は現在の電圧が関係するかもと予想。

・昇圧、降圧ができるバックブーストのDCDCコンバータがほしい。

・電池電圧が4.2V付近のフル充電になっているとき、ESP12 の動作電圧の3.0-3.6V にどうやって降圧するか?

 

というようなことがわかりました。

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