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ダイソーの「5000mAh モバイルバッテリー」の特性を測ってみた

◆まえがき
ダイソーの 5000mAh のモバイルバッテリーを買ったので特性を測定してみました。なお、型番は HD-MB5000TABK-PP で価格は税込770円。充電コネクタはマイクロUSBとUSB-Cの2つ、出力コネクタはUSB-Aが一つの物です。

◆外観
パッケージの表側
外観、表

・裏側
外観、裏

・裏面の表示
表示
安心のPSEマーク付き。容量:5000mAh というのはバッテリーの容量のことなので、USBから出力出来る電流容量は、変換効率 x 5000 x 3.7 / 5、つまり 変換効率 x 3700mAh になるはずです。

◆出力容量測定
負荷として5Ω(5W)のセメント抵抗を使用。つまり負荷電流1Aで、間にUSB電源チェッカーを入れてバッテリーが空になるまで放電させて積算電流を測定しました。もちろん測定前にはフル充電しておきます。

・出力電流量
放電電流量
結果は、3279mAh でした。

先程の式で逆算すると変換効率は 88.6% ということになり、まあ妥当な値だと思います。なお、バッテリー容量の5000mAh という値が違えば、変換効率も変わってくる点には注意。

◆充電量測定
前項で空になったモバイルバッテリーをUSBからフル充電するのに要した電流量を測定してみると、

・充電電流量
充電電流量
4475mAh でした。

充電にはDCDCコンバーターなどは使わず、単純なシリーズドロッパ方式で行っていると思っていました。つまり、充電に必要な電流量は約 5000mAh になると思ってたのですが、測定結果は予想外に小さな値になっていて驚きました。
ひょっとしたら、充電回路にもDCDCの降圧コンバーターが入っているのかも知れませんが、この辺りは未確認です。

あと、この測定結果が間違っている可能性もあるので、機会を見て再測定したいと思います。

エネルギー収支(電流量収支)の話は以上です、次に電源としての性能を見てみます。

◆出力特性
・測定方法
電子負荷で特性測定
自作の電子負荷を使って測定しました。写真には写っていませんが、出力電圧測定用のデジボルとオシロ、あと、電流測定用のデジボルを使っています。

・出力電流 vs 電圧特性
負荷電流を変えた時の出力電圧変化です。
電流電圧特性
2.5A までは 5V を維持しています。仕様の 2.1A を充分上回る能力があるようです。

2.75A 以上で出力が遮断されるようになっていて、その場合は負荷電流ゼロから再開することが必要でした。

・出力電流 vs リップル
出力のリップルをオシロで測定した結果です。(縦軸のV はmVの間違い)
電流リップル電圧特性

負荷の増加と共にリップルが増加し、2.5A 出力では 80mV のリップルが乗っていました。

無負荷から 150mA 程度の軽負荷時に 150mV くらいの大きなリップルが発生しています。これは消費電量を減らすためにスイッチング周波数を下げて運転しているためだと思います。

・出力電流 vs リップル周波数
リップルの周波数をオシロで測定した結果です
電流リップル周波数特性.
このリップル周波数はDCDCコンバーターのスイッチング周波数が見えてぃるのだと思います。

無負荷時は 8Hzで、負荷を増やすと徐々に周波数が上昇し負荷電流 150mA あたりで 25kHz まで上がりました。ここまではPFMモードで運転されているのだと思います。負荷電流がそれ以上増えると 800-900kHz のPWMモードの運転に変わるようです。

◆リップル波形
・無負荷時
無負荷時リップル
7.6Hz、100mV p-p

・軽負荷時( ~150mA)
リップル波形
25kHz, 150mV p-p

・通常負荷時(1A)
1A負荷時のリップル
910kHz, 30mV p-p
負荷を重くするとリップルの振幅が増すのはグラフに示した通りです。

◆まとめ
1)出力電流は仕様の 2.1A を余裕でクリアしていました。温度や経時変化に対するマージンを充分に持たせた設計になっているのだと思います。

2)本文中に書き忘れましたが、電源スイッチやスタートスイッチなどは無く、バッテリー容量が残っていれば出力が出るようになっています。こういう仕様なので、電源の切り忘れやコネクタ挿抜に伴う充電停止などを気にせず使えて便利だと思います。なお、電源スイッチを省略するためには待機時の消費電力を極小にする必要があったりするので、技術的にはより難しい課題だと思います(電源スイッチ付けた方が設計は楽)。

3)前項の続きですが、出力のUSBコネクタには常時 5Vが出ています。つまり負荷電流が一定値以下になると自動的に出力を遮断するような機能はありません。ワイヤレスイヤフォンなどの充電電流が小さい機器を充電することもあるので、勝手に充電を遮断する機能は無い方が使い易いということだと思います。

あと、こういう仕様なので、マイコンの基板などの消費電流が小さな機器を繋いだ時に勝手に電源が遮断されたりしないので便利だと思います。但し、軽負荷時のリップル電圧が大きい点は要注意です。

4)総評すると、きちんと作られた良いモバイルバッテリーだと思います。中の回路がどうなっているか興味があるのですが、ケースは接着されていて簡単に分解出来ない作りになっているので調べることが出来ません。どなたか人柱になって調べてくれる人いないでしょうか。書くのは畏れ多いですが、ThousanDIY の人とか記事にしてくれないでしょうか?
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Author:ラジオペンチ
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