google-site-verification: google3bd66dd162ef54c7.html
FC2ブログ

水草水槽の状況

 電子工作のネタが無いので、Arduinoで照明のコントロールをやっている、水草水槽の現在の様子を紹介します。

▼水草水槽
水草水槽

 前回記事を書いた時は、水槽を大きくして照明を3灯に増やしました。その時点でエビが10頭入っていたのですが、そのうち4頭が抱卵、産卵して小エビがいっぱい生まれました。

 親エビだけで多すぎなのに、小エビまで生まれたので明らかに過密状態になっていたのですが、最近個体数が減ってきました。たぶん食料不足で淘汰されたのだと思います。なお、水質の悪化が怖いので、エサはほとんど与えていません。それと、過密状態の時は、水の透明度が少し悪かったのですが、今は綺麗な透明に戻っています。

 去年のMakeの会場で見た閉鎖ビオトープがきっかけで始めた水草水槽ですが、実際にやってみると面白いです。水槽内の環境を保つために重要な役割を果たしているのは、照明だと思います。でも、必要以上に照明を当てると藻が発生するし、一方で照明が少ない、植物の生育が悪くなりました。エビの飼育数、植物の量、水温などに対応した最適な照明量があるようです。まだ完全に把握できているとは言えないのですが、何とか大きく破綻させることなく、運転出来ているようです。

 照明時間の調整は日の出、日の入り時刻にオフセットを与える方式でやっています。藻の発生が多かった頃は、照明時間を2時間くらい短縮していたのですが、現在はオフセット量はゼロで運転しています。まあエビの飼育数が違うので、単純な比較は出来ません。ちなみに、以前の記事に書きましたが、沖ノ鳥島の太陽時を標準にしています。

▼照度測定
照度測定

 照明を3灯化して3ケ月くらい経ったので、念のために照度を測定してみました。10cm直下の照度は16784ルクスあったので、LEDはまだ劣化していないようです。放熱にかなり気を使って作ったので、これくらいの期間で劣化してもらっては困るのですが、今後時々チェックしてみたいと思います。

ダイソーの300円扇風機、USB STANDING FANの特性測定結果

 前の記事で紹介したダイソーの300円USB STANDING FAN の電気特性を測定しました。

 まずは外観写真から。

▼外観
ダイソーの300円USB扇風機
 高さ150mm程度の小型扇風機です。ダイソーの取説では、USBコネクタから電源を供給して使うことになっていますが、実は18650のリチウムイオン電池でも動くという、すばらしい隠し(拡張)機能があります。前の記事にも貼りましたが、bemaruneko さんが動画、https://www.youtube.com/watch?v=0LdhC7MHoW4 で詳しく説明されています。

 今回の記事では、内部の回路でどんなことをやっているのかを調べてみます。とは言っても、使われているICにはマーキングが無いので、チップの仕様書から動作を特定することは出来ません。ということで、細かいところまでは判らないのですが、おおざっぱには以下のような仕掛けになっているのだと思います。

▼推定ブロック図
扇風機の概略回路図
 USBのコネクタと電池の両方から、DCDC昇圧コンバーターに電力を供給できるようになっています。なおこのブロック図には表現出来ていないのですが、充電回路にはLTH7という5ピンのICが使われていて、これはリチウムイオン電池充電コントローラーのLTC4054のようです。

 まずはダイソー指定の使い方。つまりリチウム電池無しで外部のUSBから給電(上の回路図の左上のUSB+5Vから給電)した場合を調べてみます。なお、扇風機の風量は三段階に切り替え可能ですが、その状態を、Low, Mid, High と呼ぶことにします。

◆USB給電(リチウムイオン電池無し)の場合
 USBから供給するということは、入力電圧は5Vだけ考えればいいので話は簡単です。
 ・USB電源電流: 372mA(Low), 866mA,(Mid), 1090mA(High)
 ・電池端子電圧: 4.15V(Low), 3.99V(Mid), 3.85V(High)
 ・出力電流(ファン電流): 217mA(Low), 328mA(Mid), 353mA(High)

 出力電圧は測り忘れました。あと、電池端子電圧の挙動から判断すると、回路図のD1は入っていない、もしくは、電池のマイナスと回路のGNDの間に何らかの素子が入っているのかも知れません。

 HighにするとUSBからは1A以上の電流が流れるので、非力なUSB電源ではHighに設定出来ません。

◆リチウム電池を入れた場合
 次は、この扇風機の美味しい使い方、つまりリチウムイオン電池で動かした場合です。この場合、電池電圧が変化した状態を確認する必要があるので、測定は面倒になります。

▼測定の様子
測定の様子
 右上の安定化電源を電池の代わりにして測定しました。この電源は目標値をデジタル設定できるので、こういう測定にはもってこいです。ちなみに、デジタル表示になっていてもアナログ調整の電源では、表示の1LSB以下には合わせることが出来ないので、再調整した場合、設定値が微妙にずれてしまうので、あまりよろしくないです。

▼入力電圧 vs 入力電流特性
入力電流
 ここで入力電圧と言うのは電池電圧のこと、つまり、昇圧回路の入力電圧です(以下同じ)。グラフの三本の線は、スイッチを Low, Mid, High に切り替えた状態を表します。

 このグラフで注目すべきは、入力電圧2.3V以下の領域で電流が流れていないことです。リチウムイオン電池は放電終止電圧以下の領域では使ってはいけないので、こういう特性にしてあるのだと思います。つまり、電圧が無くなるまで絞り取るような動作になっていると危険なのですが、こういう特性なら安心です。

▼入力電圧 vs 出力電圧特性
出力電圧
 入力電圧の変化がそのまま出力電圧に現われていて、フィードバックで一定値に制御しているのでは無さそうです。。

▼入力電圧 vs 出力電流
出力電流
 出力電圧や電流は負荷(ファンモーター)との組み合わせで変わってくるので、これは特性の事例くらいに考えた方が良いでしょう。

▼入力電圧 vs 効率
効率
 変換効率は60%程度で、今時のDCDCコンバーターとしてはあまり良くない値です。

 ただ、負荷は小さなモーターとファンなので、これらの効率は絶望的に悪いでしょうから、DCDCコンバーターで頑張ってもあまり報われない気はします。

 面白いので、各部の波形を見てみます。

▼入力電流波形(電池電圧3.8V,Midの状態)
入力電流波形
 電池電圧3.8V, Midの状態なので、入力電流は約700mAですが、オシロで見るとこんな風にとんでもない波形になっていました。この波形の平均値をとって、700mAという測定結果になったということでしょう。測定器によってはこういう波形では正しい電圧を示さないことがあるので、注意が必要です。

 なお、この波形はDCDCコンバーターのリップルがそのまま現われている訳で、周期は17μsなので、スイッチング周波数は58.8kHzということになります。

▼出力電流波形
出力電流波形
 モーターの回転に同期した電流のディップがあります。このディップはブラシが整流子を乗り換える時に発生しているような気がします。波形の○印部を見ると、3つに割れているので3極モーターなのかも知れません。つまり、3極DCブラシモーターと推定します。

 3極モーターが1回転すると整流子を6回またぐことになるはずです。ディップの周期は3.5msなので、計算してみると、モーターの回転数は60 / (3.5ms x 6) = 2857 rpm ともっともらしい値が出てきます。でもこれ、何か間違っているかも知れません。

▼DCDCコンバーターの内部波形
ドライブ波形
 ICの仕様が判らないので、適当にプロービングした結果ですが、DCDCコンバーターのゲート信号波形(回路図のQ1のG)に近いと思います。

 ファンの中央付近を触ってブレーキをかけてモーターの負荷を増やしても、波形のデューティーは変わりませんでした。つまりフィードバック制御などは行っておらず、デューティ比決め打ちのDCDCコンバーターとして動いているのだと思います。なお、Low, Mid, High に切り替えるとデューティ比が変化するので、これで出力調整を行っているようです。

◆まとめ
 DCDCコンバーターは付いていますが、出力を安定化させるような機能は無いようです。つまり電池電圧によって風量は変わります。満充電のLowの方が、電池が空になりそうな時のMidより風量が多いと思います。

 リチウムイオン電池を過放電させないように、電圧が下がると放電を停止する機能が付いていました。まあ、この機能が付いていない物は売ってはいけないと思います。

 充電機能について書き忘れてしまいましたが、bemaruneko さんの動画で解説されている通りです。なお、充電中に扇風機を使うことも可能で、その場合は電池から電流の持ち出しになっていました。

 ということで、この話はおしまいです。300円の扇風機でずいぶん遊ばせてもらいました。
カレンダー
04 | 2018/05 | 06
- - 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 31 - -
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