google-site-verification: google3bd66dd162ef54c7.html

アナログ気圧計2号機、電源供給方式の検討(2)

 アナログ気圧計作りの話の続きです。調査や検討ばかりやっていて、具体的な製作がなかなか始まらないのですが、元の方針がまずいと後で困るので、ここはじっくりとやりたいと思います。というのは表向きの話で、実はあまり時間がとれません。

 気圧計の電源供給方式については以前の記事で検討したのですが、まだ気になる点が残っています。それは電池電圧が下がった場合の挙動です。2号機では電池電圧の低下を検出して気圧計を安全に停止させる予定ですが、電圧がどれくらい下がったら停止処理をしないといけないか調べておく必要があります。それと、前回の検討に入っていなかった昇圧DC/DCコンバーターを使った場合についても調べることにしました。

 まずは前回の検討で決めたシリーズレギュレーターを使う方式です。

▼シリーズレギュレーターを使う案
案2
 電源は単三電池3本を使います。流す電流によって変わってきますが、入力電圧は出力電圧+200mV以上が必要とされています。データーシートを疑う訳では無いですが、念のために実際の回路で確認してみます。なお、負荷には気圧センサーを周期的に起動するプログラムを入れた回路を使います。また測定は回路が待機中、つまりパワーダウンの時に行っています。なお、待機時の電流は約33μAです。あと、シリーズレギュレーターは秋月で手に入るXC6202P332TB(3.3V150mA)を使いました。

▼入力電圧vs 出力電圧
LOD出力電圧
 入力電圧3.4Vまではほぼ一定の出力電圧になっています。それ以下では電源の電圧がそのまま出力に現れる状態になるようです。だったら、3.0Vくらいまで使えるといいなと思ったのですが、、、

▼入力電圧 vs 入力電流
入力電流
 電源電圧が下がると消費電流が増えています。ここまではデーターシート通りなのですが、このグラフに示した範囲を超えてもっと入力電圧を下げると、電流がミリアンペアオーダーに跳ね上がってしまいました。(このグラフにはプロット出来ませんでした) これでは危なくて入力電圧3.0Vなんて領域は使えません。
 ちなみにデーターシートに書かれているグラフでは供給電圧を下げても、なだらかに電圧・電流が変化するように書かれています。これはたぶん一定の負荷条件の場合の特性ではないかと思います。今回の気圧高度計では待機時 (33μA) と動作時(3mA)で一気に100倍近く電流が変化するため、回路が変な状態にはまるのでは無いかと思います。(ひょっとしてこの石はパチ物かも)

 出来るだけ低い電圧まで動かして電池の容量を使い切りたいと思っていたのですが、どうも3.4Vあたりが限界のようです。

 ちょうど良い機会なので昇圧DCDCコンバーターを使った場合の特性も測定してみました。

▼昇圧DDコンを使った場合
案3
 この場合は電池2本で済みます。

▼昇圧DCDCコンバーターで実験
昇圧DDコンで実験中
 右の6ピンのモジュールがテストしたDC/DCコンで、3.3V出力コイル一体型昇圧DC/DCコンバーター(XCL1010331BR-G)です。このモジュールの5V版の特性を以前測定したことがありますが、小出力時でも効率がそこそこ良かったです。

 ということで測定した結果が次のグラフです。

▼入力電圧電流特性
昇圧DDコン
 1V~3Vと広い入力電圧範囲で動作しています。新品の電池2本使って電源電圧が3Vなら消費電流は49μAで、なかなか良好な結果だと思います。ただ、入力電圧の低下と共に消費電流も増加しますが、これは原理的に仕方ないです。

◆シリーズレギュレーターか昇圧DC/DCコンバータ、どっちでいく?
 シリーズレギュレーターを使った場合は電池3本使いますが、昇圧DC/DCコンバーターでは2本で済みます。電池1本当たりの連続動作時間ということを考えた時、昇圧DC/DCコンバーターを使った場合は、シリーズレギュレーターを使った場合より1.5倍の電流が流れても経済性は同じと考えることが出来ます。
 この考え方を適用すると、シリーズレギュレーターを使った場合の消費電流は33μAなので、昇圧DCDCコンバーターの消費電流が1.5倍の49.5μAだったら勝負は互角と考えることができます。

 ここで昇圧DC/DCコンバーターの測定結果を見ると、電池が満タン(電圧3V)なら消費電流は約49μAとなっているのでこの時点では勝負は互角です。但し、DCDCコンバーターは電池電圧の低下に伴い消費電流はどんどん増えるのでこの点では劣っています。但し、電源電圧が1V(一本当たり0.5V)あたりまで低下しても動作するので、電池の容量を使い切ることが出来てその点では優れています。ということで一長一短があり甲乙つけ難いです。

◆まとめ
 昇圧DC/DCコンバーターで行くかLDOレギュレーターで行くか決めないといけませんが、悩ましいところです。まあいつまでも悩んでいても仕方がないので、今回は絶対的な連続動作時間を重視して、電池3本使ったLDOレギュレーター方式を採用することにします。これなら3年以上動くはずなので、Arduinoを電池で動かすアプリの最長記録になるかも知れません。
関連記事

コメントの投稿

管理者にだけ表示を許可する

No title

Panda43です。
乾電池には使用推奨期限というものがあります。
これは、この期間内に使用を開始すれば性能が発揮できる
期間ですがアルカリ電池は液漏れを起こしやすい電池で
グレードとして10年、5年、2年のものがあります。
2年のものは長時間使用よりも大電流使用のほうが
性能を発揮でき商品もありますので使用する電池
も調べてみてはどうでしょう??
(実は自分でも気がついたら液漏れしていたことが何度か
 ありました)
ある実験では、製造直後と1年後に購入したもので20%の
性能差が出るとの報告があります。

Panda43さん、今晩は

情報ありがとうございます

手持ちの電池を見たら使用推奨期限が表示されてました。恥ずかしながらこれ、知らなかったです。

3年電池が持つ物を作りたい、なんて言うなら、こういう点にも気を配らないといけないですね。

あと、アルカリとマンガン電池のどちらで動かすかも決めてません。1号機はアルカリだったのでアルカリ電池で行こうかと思ってます。でも電流が少ないのでマンガンでもいけるかな、と思ってます。

マンガン電池

Panda43です
乾電池の特性から見ると、アルカリ電池は
電池がなくなり始めると急に電圧が下がるようですが
マンガン電池はだらだら下がっていくようで特に電流が
少なくなると回復するようです。
どちらが良いかは悩みどころですね~~~
この実験の結果が楽しみです!!

マンガン優勢?

瞬発力が有り大容量のアルカリと容量少ないがねばりの安いマンガン、どちらにするか悩みどころ満載ですね。

微小電流で動かす場合、液漏れの心配が無くて安価なマンガンの方が無難な気もします。しかし、電池のエネルギー量が少ないので三年持たせるのは難しい?

パナソニック公開の放電特性比較「AAC4000PJ8」によると、単三マンガン(R6)とアルカリ(LR6)では駆動時間が10mA負荷で100時間と300時間で3倍違っていました。「AAC4000PJ1」(乾電池の概要)も参考になります。

実際に測定した方がいて、100Ω負荷では2.5倍ほどの差だったようです。
「単3、単4 乾電池(マンガン アルカリ)の 容量 mAh」 http://neptmh.web.fc2.com/mht041/mht041.html

ラジオペンチさん検討中の気圧計で、待機時(33μA)と動作時(3mA)という微小電流ではどのような結果になるでしょうか。予想もつきません。

追記:
「置時計にはなぜマンガン電池と指定されているのでしょうか」の回答が興味深いです。
https://smcb.jp/worrying_questions/62840
 * マンガン電池はで起電力はほぼ同じで内部抵抗が高くなっていきます。
 * アルカリ電池は、内部抵抗は変化があまりありませんが起電力が低下していきます。

ラジオペンチさんの気圧計にはマンガンの方が向いているのかもしれない…

re:マンガン電池

Panda43さん今日は。

ほとんど空になったマンガン電池を何日か放置しておくと、電圧が少し回復していて、短時間ならまた使えたりしますよね。微小電流で使う場合、マンガン電池でも結構いけるのかも知れませんね。

re:マンガン優勢?

mytoshiさん、こんにちは。いろいろデーターありがとうございます。

やはりアルカリの方が保有エネルギーが大きいみたいですね。最近は電池の値段が安いので気持ちとしてはアルカリに傾いています。ただ液漏れのリスクをどう考えるかが悩ましいです。

あと、動作時のCPU電流は3.3mAですが、パルスモーターを動かす時は10mA流れるので少し負荷が大きくなります。
カレンダー
03 | 2017/04 | 05
- - - - - - 1
2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 15
16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26 27 28 29
30 - - - - - -
プロフィール

ラジオペンチ

Author:ラジオペンチ
電子工作を中心としたブログです。たまに近所(東京都稲城市)の話題など。60過ぎて視力や器用さの衰えを感じつつ日々挑戦!
コメントを入れる時にメールアドレスの記入は不要です。なお、非公開コメントは受け付けていません。

記事が気に入ったらクリックを!
最新記事
カテゴリ
最新コメント
リンク
FC2カウンター
検索フォーム
月別アーカイブ
RSSリンクの表示
QRコード
QRコード