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DC-DCコンバーターの修理(秋月 LMR62421使用モジュール)

 壊れてしまった(壊してしまった)DC-DCコンバーターモジュールを修理しました。

▼LMR62421使用のDC-DCコンバーターモジュール
LMR62421使用DCDCコンバーター
 これは秋月で売っているLMR62421使用の昇圧のDC-DCコンバーターで、24Vまで昇圧できるのでいろいろ重宝しています。私の最近の作品だと、高速LEDストロボに組み込んだりしています。

 実は最近記事にした真空管でLチカをやった時にも最初のうちは使っていたのですが、回路を組みなおしている最中に入出力の逆接続をやってしまい、壊してしまいました。一応CVCCの安定化電源を使って電流を絞っていたのですが、あっけなく壊れてしまいました。

 ここからはグチ。上の写真をもう一度見て欲しいのですが、文字が正常に読める方向に置いたら左が入力、と思って配線したのが運の尽き。入力は右側でした orz。回路図だって左から右に向かって書くのに、こういう変な仕様の物は作らないで欲しいです。まあ、良く確認しなかったあんたが悪い、と言われれば返す言葉は全く無いのですが。

 壊れるとしたらDDコンのIC以外はほとんど考えられません。幸いなことにこのIC(LMR62421)は秋月で2個160円で売られているので、秋葉原に行った時に買って来ました。

 以下は壊れたICを交換したら直りました、というだけの話なので、さらっと説明します。

▼壊れたICを外す
部品取り外し
 U1の位置に付いていたSOT-23の部品 (LMR62421) を外し、パターンをクリーニングして予備はんだ。

▼新しいICをハンダ付け
部品交換完了
 これで修理完了したはず。

▼動作確認
試運転
 また間違えないように慎重に配線し、動作確認OKです。秋月のモジュールは心臓部のICが単品でも売られていることが多いので、うまくやればこんなふうに修理が可能です。

◆おまけ
 最近、無負荷状態のDC-DCコンバーターの入力電流が気になっているので、このモジュールも測定してみました。条件としては、入力電圧=5V、出力電圧=24V、出力電流=0A。で、測定結果は、入力電流=5.5mAでした。

 これまで測った他の昇圧モジュールでは数十μ程度だった(但し出力電圧5V)ので、最大パワーの違いがあるとしても、異常と思えるほど大きな値です。

 理由を考えてみると、このモジュールは、出力電圧の検出のための分圧抵抗約50kΩが出力端子にパラに入っています。この抵抗に流れる電流がバカにならないため、このような結果になったものと思われます。ちなみに、24V/50kΩ=0.48mAで、これを効率100%で入力側に換算すると、2.3mAにもなります。分圧抵抗の値をもっと高くすれば改善されると思いますが、長時間の電池駆動を行う場合などは、良く調べてから使った方がよさそうです。

秋月の小型昇圧DCDCコンバータの特性測定

 マイコンを電池駆動する時にDCDCコンバーターモジュールを使います。そういう時に、秋月の8ピンDIP化されたモジュール(M-03451)をよく使ってきました。でも容量は半分の100mAになりますが、6ピンDIP化モジュールのM-08619というのがあります。これ、サイズが小さくて値段も安い(半分)のでなかなか魅力的なパーツです。

 ということで、いつか使おうと思って買ってあるのですが、なかなか出番が来ません。特にやることも無いので、引っ張り出してきて特性を測ってみました。

▼TOREXのXCL101C501BR-Gを使った秋月のDCDCコンバーターモジュール
秋月の昇圧DCDCkンバーター XCL101

▼秋月の取説
秋月の取説、XCL101
 チップメーカーの資料はこちら→ XCL101 コイル一体型昇圧DC/DCコンバータ (micro DC/DC)

 秋月では出力電圧 3.3V と 5V のモジュールが売られていますが、今回は5Vの物を動かしてみます。入力電圧は0.9V~5Vが可能ですが、電池二本で使うことを想定して、3Vで測定します。

▼測定回路
測定回路
 C1に大容量のコンデンサを入れているのは、DCDCコンに鋭いスパイク状の電流が流れても、大きな測定誤差を発生させないためです。

 広い負荷範囲の特性を知りたいので、出力電流を1μAから100mAまで変化させました。測定条件は前に書いた通り、入力電圧3V, 出力電圧5Vです。

▼入出力電流特性
入出力電流特性
 対数グラフなので出力電流=0 はプロット出来ませんが、この時(つまり無負荷)、の入力電流は14μAでした。

▼効率特性
効率特性
 出力電流10μAという極めて軽い負荷で効率45%をキープ出来ているのはなかなか優秀だと思います。また、仕様通り効率85%が出ているのが確認出来ました。1mA付近に段差があるのは、動作モードが少し変わるためだと思われます。

 但し、電流がMAXに近づくと効率が低下しているのは、メーカーの仕様書と少し挙動が違っています。測定回路の配線抵抗の影響で入力電圧が3Vを維持できなくなった可能性が高いと思います。

◆まとめ
 このモジュールはICとコイルが一体というちょっと変わった構造になっています。容量に対してコイルのサイズがなんだか小さい気がしたので、はたしてちゃんとした特性が出るのかちょっと心配していました。

 でも測定結果はそういう心配は杞憂だったことを示しています。スイッチング波形を見るとPFMになっていて、更にパルス数を増減するような制御が行われているようです。また同期整流方式になっているので効率の点で有利だと思います。

 ということで、やっぱり新しい設計の部品はいいですね、積極的に使っていきたいと思います。

USB充電器の特性測定

 このあいだ新幹線に乗った時に、足元のACコンセントに2ポートのUSB充電器を挿して、連れと二人でスマホ(iPhone6)とタブレット(nexus7-2012)を充電しながら使いました。電源の心配しないで使えるのはいいのですが、たまに充電が止まることがありました。

 その時使ったのはプラネックスコミュニケーションのPL-WUCHG03というチャージャーで容量は5V/2Aです。これはかなり昔に秋葉原で買ったのですが、今でもAmazonで売っています。

▼PL-WUCHG03
PL-WCHER03

 後で考えるとスマホは0.8Aくらい、タブレットも1.5Aくらい流れることがあるので、このチャージャーでは容量不足でした。

 ということで、充電が時々止まる原因はなんとなく判りました。でも本当の実力はどうなのか、気になったので特性を測定してみました。以前にカーUSBチャージャーの特性測定をやりましたが、今回はAC電源USBチャージャーの測定編ということになります。

▼測定風景
測定風景
 測定用のコネクタのパッドにV時型に曲げたクズ線をハンダ付けし、電流と電圧のパスを分離して測定しています。手前は自作の電子負荷です。

 ミノムシクリップが沢山付いていますが、電流と電圧のパスを分けているので接触抵抗による測定誤差は発生しないはずです。なお、電圧は普通のテスターで、電流はDMM(アドバンテストTR6846)で測定。電圧のリップルはオシロ(テクトロ2645B、BW20MHzに制限)で測定しました。

▼特性
PL-WUCHRG03

 最大電流は2.5Aで、リップルは75mVで悪くありません。最大電流を越えると出力を遮断/復旧を繰り返す動作になりました。安全性の点ではこれでいいと思います。でも、出力の遮断/復旧を繰り返すとスマホからその都度通知が出たりすることもあるので、うっとおしいかも知れません。

 最近のスマホは供給電圧が下がると充電電流を絞る機能が付いていると思うので、4.8Vくらいまで電圧を徐々に下げる動作にしておくと、無駄なアラームが出ないので具合がいいかも知れません。

 ということで、これを新幹線で使ったときの状況が再現できました。結論は、仕様を越えた状態で使った私が悪い!ということです。

 ついでなので手持ちのUSBチャージャーを測定してみました。

▼nexus7(2012)添付のチャージャー
nexus7(2012)のチャージャー
 マーキングでは出力5V/2Aで、Type B10LFとなっています。

 特性
nexus7 チャージャー
 これはすばらしい。2.5Aまで流すことが出来て、リップルは25mVです。流石にASUSが作っただけのことはあります。

▼iPhone純正の充電器
iPhone純正チャージャー
 Model No. A1385で、仕様は5V/1Aです。

 測定結果
iPhoneチャージャー
 1.1A程度まで出力可能でした。1A以下のリップルは15mV以下で極めて優秀な値です。オーディオプレイヤーとして使われることも多いのでこれくらいローノイズにしてあるんでしょうか。

▼ハワイのスーパーマーケットで買った充電器
USのスーパーで買ったチャージャー
 仕様は5V/1Aです。カーシガーソケットUSBチャージャーとセットで販売されていて$10でした。

 測定結果
USスーパー
 仕様通りに1Aは出ますが、リップルがとんでもない値。(このグラフだけリップルの縦軸を一目盛り500mVにしています) 1A流すとリップルは1Vもあります。これはだめです。

 リップル波形
USスーパーのリップル
 これは出力に1A流した状態です。スイッチングに伴うヒゲ状のリップルに加え、AC電源と同期した電圧の落ち込みがあります。これはスマホなどには接続したくないです。せいぜいLEDライトか扇風機くらいしか接続したくないです。

 ということであれこれ測定してみました。実際に測定すると性能が定量的に判って面白いです。

 なお、リップルは負荷に接続した機器でもっと平滑化されると思うので、実質的にはもっと小さな値になるものと思われます。

 それと、合計出力2Aの2ポートのUSB充電器があれば無敵と思っていたのですが、最近の機器には全然容量不足でした。こういうことを自覚できたのが最大の収穫です。

 各ポートで2A以上出るUSB充電器を買うか、単純にAC電源を二又コンセントで分けて使うのが良さそうです。
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