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2020年9月21日 (月)

リチウムイオン電池充電器(16.4V) & DCDC

移動運用用にdsPICを使ったSDR SSB/CW/AMトランシーバーを作りましたが、これを移動運用にて使用する為、リチウムイオン電池をベースとした、DC/DCコンバーターと充電器を作成しました。

リチウムイオン電池は、魚釣りの電動リールドライブ用の14.8V仕様で、数Aの供給能力があります。この電池のフル充電時の電圧は16.4Vあります。 トランシーバーは12V仕様ですので、16.4Vは高すぎます。 これを12Vに変換するDCDCコンバーターをくっつけます。 トランシーバーの消費電流は10W出力時4A、5W出力時2.8Aです。 このため、DCDCは3Aの定格の物を調達します。

Ilion_dcdc2

DCDCは秋月で扱っている5V 3Aのユニットに半固定抵抗を追加し、12V出力に変更しました。 このDCDCは3A定格ですが、3Aで電流制限がかかる訳ではなく、4Aくらいでプロテクタが動作する仕様になっており、短時間4A流しても12V付近の電圧をキープしています。

通常、市販のリグは、13.8Vの電源で定格出力が出るようになっていますが、今回の自作のリグは12.0Vにて、10Wとか、5Wが出るように設計しましたので、16Vから12Vまで4Vの電圧差を確保する事により、市販の安いDCDCを使う事ができました。

Ilion_charger1

一方、リチウムイオン電池の充電器も付属させています。 この電池の充電条件は、かなり厳しく、鉛蓄電池の充電のようにはいきません。 そして、この条件を満足させる為に、専用のICも存在します。 しかし、ほとんどが、4.1Vの1セル用の充電ICであり、とても16.4Vはカバーしません。 

そこで、定電流充電から定電圧充電と連続し、充電電流が終止電流となったら充電回路をOFFにする回路を作る事にしました。 上の基板が完成した充電回路です。 充電中は青色のLEDと赤色のLEDが点灯し、定電圧充電モードに入ると、赤色のLEDが消灯します。 そして、充電終止電流になると、青色LEDも消灯し、充電完了となります。

出来上がった、回路は、18Vから24Vくらいの出力の外部電源を接続すると、230mAの定電流で充電を開始し、電池両端の電圧が16.4Vになったら、定電圧充電に移り、次第に充電電流が下がり23mAを切ったら、そのレベルをLM311のコンパレーターで検出し、充電回路をOFFにし、過充電を防止します。  電池の外形サイズからして、定電流値としての230mAは少し小さいかもしれませんが、当分はこの値で使ってみて、異常がなければ、300mAくらいまでアップする事にします。

この回路は、最初の起動を行う為、電源投入初期に、Q1を0.5秒くらい強制的にONします。すると、230mAの充電電流が流れ始めて、充電開始状態になります。すでに充電完了状態なら、短時間の間に、自動的にOFFとなります。

電池、DCDCそれに充電回路を100円ショップで買った透明ケースに収め、移動運用時、リュックの中に詰め込めるようにしました。

Ilion_dcdc1

Ilion_dcdc3

 

移動運用の前に、ホームでこの電池パックのみで運用してみました。 モードはAMでしたが、高知の局と交信できました。 出力は4Wくらい出ていましたが、大きな電圧降下もなく大丈夫でした。

充電せずに2週間くらい、自作のトランシーバーでワッチしたり、時々送信していましたが、なかなか電圧が落ちません。受信時12.1Vくらい、5W出力時11.7Vくらいでした。 電池の放電状態を確認する為に、電池の電圧を測ると、12.8Vになっていました。 11V以下になると過放電状態です。 まだ少し余裕はありますが、ここで放電を停止しましたが、これに使っているDCDCコンバーターの入出力電位差は、受信状態(180mA)でも0.7Vしか有りません。 仕様書では、入出力電位差3V以上とありましたので、電池電圧が15Vを切ると、次第に出力電圧も下がると思っていましたが、そうはなりませんでした。 このままでは、過放電が起こっても判らないということなので、入出力の電位差が1.8V以下になると、白色のLEDが消灯するようにインジケーターを追加しました。

Oncharge0

Discharge0

充電電流も定電流値を300mAまでアップする為R11の1Ωをショートしました。

 

配線図 lion_dcdcchager.pdfをダウンロード

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