デジカメ用過放電防止付き外部電池ボックス

 デジカメに使用している電池はリチュウムイオンバッテリーが多いと思いますが、
私の使用しているリチュウムイオンバッテリーは一個5000円もする、カメラの性
能や使い勝手から予備にもう一個は買う気になれなかった。
そのためバッテリー切れになり悔しい思いを何度か経験した、それで外部電源を携帯
する事になったのです。

当初、鉛蓄電池の12V2Ahに自作の5VSWレギュレータを使用してカメラの電池切
れに対応していました。

重たいのが難点なのと容量が半分ぐらいに低下していたので、ここで単三のニッケル
水素電池を10ケ使用することにしました、今まで使用して問題だったのはどちらの電
池でも過放電に気が付かず電池の寿命を縮めていたので、過放電防止装置を付けよう
と回路を模索していました。

タイマーIC、555の動作について調べていて気が付いたのですが、5番のコントロール
PINは6番PINのスレッショルド値を変化させる事が分かりました、コントロールPIN
に何もつながない状態では2/3(VDD)に内部処理されています。

そこで5番6番PINを単なる入力PINとして使用した場合の動作について考えて見ますと
5番PINの入力電圧より6番PINの入力電圧が高くなるとリセットと同じ状態になり出力
(3PIN)はLOWになり7PINのオープンコレクタがONになり、初期状態になります、
2番PINにトリカ゛信号が入るまで変化しません。

具体的に説明します、VDDは12Vとして5PINに3V、6PINに2Vを加えて2番
PINをスイッチなどで一瞬Lowにすると3番PINはLowからHighになります、
5−6PINの状態を変えるか、4PINのリセットをLowにしないかぎりこのままの状態
を維持する事になります。

具体的には5PINを2V以下に下げるか、6PINを3V以上に上げれば先のリセット状態
になります、この事から電池電圧などを監視する装置に応用する事が可能と分かりました。

以下は電池の過放電防止装置の付いたデジカメのポータブル外部電源回路です。

かなりシンプルな回路になっていると思いますが、如何でしょうか。





 回路の特徴などの解説
バッテリーは、ニッケル水素電池10本直列で公称電圧12Vですが、充電後の安定
した状態では13V付近になっています。
注意として急速充電中は15Vを越えます、LMC555の絶対最大定格15Vを越え
ますからメインSWはOFFにして置きます。
心配な様なら555の2番4番8番PINの回路にLEDなどでシャントした電圧を供給
すれば約2ボルトぐらい電圧を下げる事が出来ます、他のPINはそのままにしておきます。

6番PINの電圧はLEDの電圧、約2Vに固定されています、5番PINの電圧は
バッテリーの電圧を50KΩの半固定抵抗で分圧して加えています。

メインスイッチを入れると、タイマーIC555の回路へ電気が供給されます。
IC555はCMOSタイプなので500μAぐらいですが、
LED1が4mA
少々でトータル5mAぐらいの電流が消費されています。

START−SWを押すとIC555がトリガされ3番PINがHighレベルになりMOS
FETが導通しSWレギュレータが作動します。
電池電圧が10V付近迄低下するとIC555はタイムアッブした時と同じ条件になり
3番PINの出力はLowになりMOS−FETがOFFでSWレギュレータもOFF
になります。
しかしこの状態でもIC555の制御回路電流、約5mAが流れていますのでメイン
スイッチを切るのを忘れないようにします。

MOS−FETの代わりにDC12Vのリレーを使えばメインスイッチを切らなくても
よくなりますが動作時にリレーのコイル電流が流れますので省エネに反します、回路も
多少の変更が必要です。

MOS−FETは12V側で2A流れても0.04Wぐらいですから放熱器は必要なしです。

組みあがった時の調整は50KΩの半固定抵抗で約10VになったらOFFするように合わせ
て完了です。

鉛蓄電池の場合は約10.5VでOFFするように合わせれば良いと思います。

参考まで MOS−FET「2SK2936」の規格を記述しておきます。
DC60V45Aでパワー損失は35Wまでです。
ON抵抗は0.01Ω ゲート電圧は2V以上でONします、最大ゲート電圧は不明

30Aでのパワー損失は30×30×0.01=9Wですからそれなりの放熱器が必要
同じ大きさですが「2SK3142」では30×30×0.004=3.6Wですね。
「2SK3142」
の規格はDC30V60A パワー損失35W ON抵抗は0.004Ωです。
形状はどちらも3端子レギュレータのモールドタイプと同じです。
価格は250円と300円の違いです。


改良した新回路図



携帯電話の充電実験回路


以下は改良前のデータになります。

組みあがった実物の写真です。



左側が12V入力
右側が5V出力です。

SWレギュレータ部がスペースをかなり、しめています。
良く写らなかったのですが左手前の黒いのがFETです。
IC555の大きさから実際の大きさが想像できると思います。


市販のプラスチックケースへ組み込んだ様子です。



電池は2段構成になって上に6本、下に4本です
電池ケースは秋月より購入した6本用と4本用をベーク基盤をはさんで取り付けました。

制御基板は片身の狭い感じで収まっていますね、SWレギュレータ部がわずかですが充電中に発熱がありますが、こんな状態でも問題はありません。

ただし充電時、終期には電池がかなり熱くなりますが、制御素子が直接発熱する分けではないので問題は有りません。





参考までにSWレギュレータの出力波形です。


オッシロスコープの入力レベルは、5mV/DIV。
出力電流2Aでの波形です、パルス状のスパイクがありますがレベルが極小なので全く問題は有りません。
充電は0.2〜0.4Aですからもっと小さなレベルかと思われます。

SWレギュレータICの、1PINと3PIN、3PINと5PIN間に積層セラミックコンデンサ1.5μを最短で接続すればスパイクはこのレベルぐらいになります、本来なら、両面基板で、入力、出力、グランドの面積をたっぷり取った回路にすれば良いのですがユニバーサル基板では出来るだけ太い線を使い一点アースの原則を守ります。


こちらはカメラに付属してきた外部電源アダブターの波形です。



こちらは出力0.5Aの時の波形です
リプルのレベルがかなり大きいですね、
出力ピンの付近にノイズフイルターがついていますが、その意味が波形観測で分かったような気がします。




完成した装置でカメラの充電写真



これは2回目の充電です、最初は上蓋をせずに各部の電圧などを測定しながら行いました
充電時間は2時間少々で完了します、2回目も電池電圧は12.5Vを維持しています、もしかして3回ぐらい出来そうな気がします。



  記
 以上でデジカメ用過放電防止付き外部電池ボックスの製作記を終わります。
 使っていく過程で何かでましたら、内容など追記いたします。
 
 また不明な点など御座いましたら遠慮なくBBSまたはメールにてご連絡ください。
 私の分かる範囲でお答えいたします。

 ここまで見て下さいまして誠に有難う御座いました、これからの記事も宜しくお願い
 致します。
                           管理者より

BBS メール