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定電流回路のスイッチング化

「超簡易ニッケル水素充電器」では定電流とするために高い電圧の電源を高めの抵抗を介して流しているわけですが、この抵抗の損失が相当に大きいので、スイッチング化をしたいと思っています。
そうすれば、やけどもなくなる・・・イタタタタ
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トリクル充電による単3型ニッケル水素充電池のスタンバイ

単3型乾電池・ニッケル水素充電池で動く機器はたくさんあるわけですが、実際にそれらでニッケル水素充電池を使おうとした場合、いかに急速充電器を使ったとしても30分なり1時間待たされます。
それならば、トリクル充電で常にスタンバイしておいたらいいんじゃないかと最近思うようになりました。

でも、たくさんの電池をトリクル充電で常にスタンバイできるような充電器ってほとんど売られていないんですよね。
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超簡易ニッケル水素バッテリ充電器

ニッケル水素バッテリは、微小な電流であれば過充電をしても耐えられる構造になっています。
そのため、微小な電流を流し続けて常に満充電の状態を保つ「トリクル充電」という充電方法が可能です。この方法を使うと、いつでもスタンバイOKな状態にできるわけですね。

というわけで、単1型のニッケル水素バッテリの充電器を作成してみました。
超簡易ニッケル水素バッテリ充電器
千石電商で9V300mAのACアダプタが100円で販売されていたのでそれを電源とし、単1型2個直列の電池ケース(130円)に30Ω3Wの抵抗(30円)を挟んで充電します。充電器の費用はたったの260円、電池(秋月電子通商で2個1800円)を含めても全部で2060円でできました。
抵抗両端の電圧
ACアダプタが9Vちょっとあり、電池の電圧を差し引いて抵抗に6.8Vかかるので、230mA程度の電流で充電できます。
バッテリの容量が9000mAhあるので、1/40It程度の充電レートということになります。この程度なら充電しっぱなしてもすぐには傷んで使えなくなることはないでしょう。
ただし、抵抗はかなりアッチンチンになるので触らないように気をつけましょう。
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テーマ : こんなの作りました♪
ジャンル : 趣味・実用

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マイコンの電源

MSP430は、1.8~3.6Vという低電圧で動作します。
逆に言うと、低い電圧の電源を用意しないといけないということ。一般に使われている3端子レギュレーターは5Vからなので、これは使えません。

一方で、電源3Vで最大0.37mA、電源2.2Vでは標準0.22mAという、とても小さい電流で動作します。
ということは、シリースレギュレータだけではなくシャントレギュレータでもよさそうです。

また、ADコンバータの基準電圧源は、マイコン自身の電源を使うことも可能です。
すなわち、TL431で発生させた電圧をそのままマイコンの電源として利用し、さらにそのままADコンバータの基準電圧源としても使えるということです。
これによって電源も基準電圧源も、TL431を1個使うだけで済ませることが出来ます。
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ADコンバータの基準電圧源

MSP430G2231のデータシートを見ていて、気付いたことがあります。
それは、ADコンバータ用の内臓基準電圧源の精度がわるいということです。

データシートによると、基準電圧源の電圧は
MAX:1.59V
MIN:1.41V
で、なんと±6%もの幅があります。
これだと、たとえばバッテリー充電器で4.2Vを超えないようにMAXにあわせると、MINのときは3.72Vにしかならないということになります。
これではあまりにひどいので、外部の基準電圧源を使用することにします。

有名な基準電圧源としては、TL431とLM385があります。
これらの精度は、
TL431:標準±2%、Aクラス±1%、Bクラス±0.5%
LM385:標準±3%、Bクラス±1.5%、Aクラス±0.8%
だそうです(各データシートより)。

いちおう±1%であれば、最高4.2Vのとき最低4.12Vになります。これならまぁなんとか実用に耐えそうです。
Digi-keyなどであればTL431のBクラス品も手に入るようですが、ググってみたら秋月にTL431のAクラス品があるようで、しかも10個100円と安いので、Bクラスまではいらないかなと思います。
これを基準電圧源に使うことにします。
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バッテリー充電器におけるマイコンの役割

MSP430はADコンバータを搭載しているので、それで電圧を測定して充電を始めたり止めたりする制御回路として使用します。

バッテリー充電器:ブロック図
充電電流の制御はマイコンとは別の回路を用いることにします。そのほうが自由度が高くなると思うので。

同じ充電電流のまま、充電初期~中期は連続で、末期には間欠充電をします(いわゆる「パルストリクル充電」というものですね)。
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マイコン開発についての考察

マイコン開発は、普通のICでは実現できないときに初めて手を出すものであって、マイコンありきで何かしようとするとろくでもないことになるような気がしてきた。
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バッテリー充電器のプログラムリストを書いてみる。

LEDをピコピコさせるだけでは面白くないので、とりあえず先日思いついた「バッテリー充電器」のプログラムリストを、サンプルプログラムの切り貼りで作ってみました。

※半角スペース2個を全角スペースに変換しています。
#include "msp430G2231.h"
;-------------------------------------------------------------------------------
      ORG   0F800h         ; Program Reset
;-------------------------------------------------------------------------------
RESET    mov.w  #0280h,SP        ; Initialize stackpointer
SetupWDT  mov.w  #WDT_ADLY_250,&WDTCTL  ; WDT 250ms interval timer
      bis.b  #LFXT1S_2,&BCSCTL3   ; ACLK = VLO
      bis.b  #WDTIE,&IE1       ; Enable WDT interrupt
SetupADC10 mov.w  #SREF_0+ADC10SHT_2+REFON+ADC10ON+ADC10IE,&ADC10CTL0;
      mov.w  #30,&TACCR0       ; Delay to allow Ref to settle
      bis.w  #CCIE,&TACCTL0     ; Compare-mode interrupt.
      mov.w  #TACLR+MC_1+TASSEL_2,&TACTL; up mode, SMCLK
      bis.w  #LPM0+GIE,SR      ; Enter LPM0, enable interrupts
      bic.w  #CCIE,&TACCTL0     ; Disable timer interrupt
      dint
      bis.b  #08h,&ADC10AE0     ; P1.3 ADC10 option select
      mov.w  #INCH_3, &ADC10CTL1   ; A1 input
SetupP1   bis.b  #051h,&P1DIR      ; P1.0, P1.2, P1.6 output
      mov.b  #000h,&P1OUT      ; P1.0, P1.2, P1.6 = 0

Mainloop  bis.w  #LPM0+GIE,SR      ; LPM0, enable interrupts
      nop               ; Required only for debugger

;-------------------------------------------------------------------------------
WDT_ISR;  Charge Control
;-------------------------------------------------------------------------------
      bis.b  #041h,&P1OUT      ; P1.0, P1.6 = 1
      bis.w  #ENC+ADC10SC,&ADC10CTL0 ; Start sampling/conversion
      bis.w  #LPM0+GIE,SR      ; LPM0, ADC10 ISR will force exit
Wait    mov.w  #0400h,R15       ; Delay to R15
L1     dec.w  R15           ; Decrement R15
      jnz   L1           ; Delay over?
      mov.b  #000h,&P1OUT      ; P1.0, P1.4, P1.6 = 0
LOVLTCMP  cmp.w  #0512,&ADC10MEM     ; COMPARE A1 & 512/1023*2.470(=2.8/2)V
      jlo   LOVOLTAGE        ; IF A1 is low then jump to LOVLOTAGE
HIVLTCMP  cmp.w  #0852,&ADC10MEM     ; COMPARE A1 & 852/1023*2.520(=4.2/2)V
      jlo   CHARGEON        ; IF A1 is low then jump to CHARGEON
      jmp   WDTISREND        ; RETURN
LOVOLTAGE  bis.b  #001h,&P1OUT      ; P1.0 = 1 (RED LED ON)
      jmp   WDTISREND        ; RETURN
CHARGEON  bis.b  #050h,&P1OUT      ; P1.4, P1.6 = 1 (GREEN LED ON)
WDTISREND  reti              ; RETURN

;-------------------------------------------------------------------------------
TA0_ISR;  ISR for TACCR0
;-------------------------------------------------------------------------------
      clr.w  &TACTL         ; Clear Timer_A control registers
      bic.w  #LPM0,0(SP)       ; Exit LPM0, interrupts enabled
      reti              ;

;-------------------------------------------------------------------------------
ADC10_ISR; Exit LPM0 on reti
;-------------------------------------------------------------------------------
      bic.w  #LPM0,0(SP)       ; Exit LPM0 on reti
      reti              ;

;-------------------------------------------------------------------------------
;      Interrupt Vectors
;-------------------------------------------------------------------------------
      COMMON INTVEC         ; Interrupt Vectors
;-------------------------------------------------------------------------------
      ORG   ADC10_VECTOR      ; ADC10 Vector
      DW   ADC10_ISR
      ORG   TIMERA0_VECTOR     ; Timer_A0 Vector
      DW   TA0_ISR
      ORG   WDT_VECTOR       ; WDT Vector
      DW   WDT_ISR
      ORG   RESET_VECTOR      ; POR, ext. Reset
      DW   RESET
      END


正しく動くかどうかはわかりません。
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なんという失態!

昨日買ってきたゼロプレッシャーソケットは、ローンチパッドのICソケットには刺さりませんでした。
orz....
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リフレッシュ

週末を利用して、リフレッシュしてきました。

昨日から今日にかけて、稲取温泉「浜の湯」で露天風呂と豪華な食事を満喫し、そして帰りがけにアキハバラによって電子パーツを物色(笑い)。

アキバで買い物
アキハバラで買ったもの。千石電商にて。
・ブレッドボード 195円
・単3乾電池ケース 80円
・半固定抵抗 60円×2個=120円
・ゼロプレッシャーソケット20ピン 460円

そういえば千石電商にローンチパッドが山積みされていました。一人買っていったなぁ。

でもリフレッシュしたはずなのに、なぜか疲れている罠。きっと荷物が重いせいだ <だれだヒノキのまな板なんて買ったやつは!(自分)
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プロフィール

@ぽっけ

Author:@ぽっけ
底辺Makerを自負する@ぽっけが日々製作している「初歩の電子工作」の記録です。
自分で「あっ、あれ欲しい!」と思ったものを猪突猛進、地で製作しています。

★略歴

電子工作は中学のとき、授業でやるよりも早く自分で始めました。・・・といっても小遣いも少なく技術も未熟だったので、ラジオを作るのさえもやっとでした。

高校・大学でも工作を続け、大学在学中にようやくトランジスタ回路の基礎が理解できるようになってきました。

大学卒業後はメーカーに就職し設計職で忙しい毎日を過ごす中で工作からは遠ざかっていましたが、事務職に配転となり時間に余裕ができてまた工作を始めました。そんな中で2011年のCP+(カメラショー)併設展の「Business Meets」に出展していたテキサス・インスツルメンツのブースで「MSP430 Launchpad」に出会ってから、マイコンを使った電子工作を始めました。

また、鉛フリーはんだに興味を持って、10数種類のはんだをリールで購入。個人で使うには約1200年分の在庫を持つという暴挙を成し遂げ(?)ました。

★イベント出展実績
●Make: Tokyo Meeting 07
●Make: Ogaki Meeting 2012
●Maker Faire Tokyo 2012
●ニコニコ超会議「作ってみタワー ワークショッププロジェクト」
●NT金沢2013
●Maker Faire Tokyo 2013
●ポタアン自作er展示会 atポタ研2014冬
○NT金沢2014(予定)

☆TwitterID:
  @pokke_yamada

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