アトメル社のAVRマイコンをつかった電子工作および無線を使った電子工作を紹介します。
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DC12V電源
リチウムイオン充電池を使用したモバイル用バッテリはだいぶ安価になってきました。この手のバッテリの出力はDC5Vです。今回はこのバッテリを利用してDC12V機器を動作させる電源を製作します。例として動作させる機器はアクティブスピーカ（ヤマハNX-A01)を試してみます。DC12V動作ですから自動車のアクセサリなどを動作させることが可能です。
［設計方針］
モバイルバッテリDC5VからDC12Vまで昇圧します。
昇圧するDC-DCコンバータICは新日本無線のNJM2360を使用します。
このDC-DCコンバータICは少ない部品構成でス出力電圧を自由に設定できること、また、ステップアップ、ステップダウン動作が可能です。
出力電流は５００ｍＡとします。
回路図
回路定数は新日本無線ホームページ内NJM2360のアプリケーションマニュアル（昇圧型・大電力）に従い定数を決定します。
［設計条件］
［発信周波数］
アプリケーションマニュアルに従い決定
［インダクタンスの設計］
L(min) = (Vin -Vsat)2 / (2 X Po) X ton2 X fosc = 12uH
12uH以上を使用するので今回はL = 27uH
［Lの許容電流の設計］
Ipk(max) = (Vin - Vsat) / L X ton = 1.64A
インダクタンスLに要求される許容電流はIpk(max)の約2倍必要なのでI=3.27A
今回は3.1Aを選定します。
［バイアス抵抗Rbeの設計］
Rbe = Vbe X 10 / ( Ipk(max) / hFE(min) = 367Ω
今回は270Ωを選定します。
［コレクタ抵抗Rc1の設計］
外付けトランジスタをTxとする。
Irc1 = Ipk(max) / Tr1hFE(min) + Vbe(Tr1) / Rbe - Vbe(Q1) / 158Ω = 14mA
Rc1 = (Vin - Vsat(Q1) - Vbe(Tr1)) / Irc1 = 289Ω
今回は180Ωを選定します。
［コレクタ抵抗Rc2の設計］
Rc2 = (Vin - Vsat(Q2) - Vbe(Q1) - Vbe(Tr1)) / (Irc1 / hFE(min) + (Vbe(Q1) / 158Ω) = 809Ω
今回は820Ωを選定します。
［Rsc（過電流検出抵抗）の設計］
今回はRscを使用しません。
［検出抵抗R1及びR2の設計］
NJM2360Aの基準電圧Vref=1.25V
バイアス電流Iib(max) = 400nA
R1、R2に流れる電流はIr1 = Ir2 = Iib(max) X 300倍とします。(100倍以上で設計します。）
R2 = (Vo - Vref) / Ir2 = 90kΩ
R1 = Vref / Ir1 = 10kΩ
今回はR1= 10kΩ、R2=100kΩの半固定抵抗を選定します。
| 入力電圧Vin | +5V |
| 出力電圧Vo | +12V |
| 出力電流Io | 500mA以上 |
| 出力リップル電圧Vripple | 100mV以下 |
| 効率η | 70% |
| 周囲温度Ta | 25℃ |
アプリケーションマニュアルに従い決定
| 発振周波数fosc | 72kHz |
| タイミングキャパシタCt | 330pF |
| スイッチON時間ton | 9.4us |
| スイッチOFF時間toff | 4.0us |
L(min) = (Vin -Vsat)2 / (2 X Po) X ton2 X fosc = 12uH
12uH以上を使用するので今回はL = 27uH
［Lの許容電流の設計］
Ipk(max) = (Vin - Vsat) / L X ton = 1.64A
インダクタンスLに要求される許容電流はIpk(max)の約2倍必要なのでI=3.27A
今回は3.1Aを選定します。
［バイアス抵抗Rbeの設計］
Rbe = Vbe X 10 / ( Ipk(max) / hFE(min) = 367Ω
今回は270Ωを選定します。
［コレクタ抵抗Rc1の設計］
外付けトランジスタをTxとする。
Irc1 = Ipk(max) / Tr1hFE(min) + Vbe(Tr1) / Rbe - Vbe(Q1) / 158Ω = 14mA
Rc1 = (Vin - Vsat(Q1) - Vbe(Tr1)) / Irc1 = 289Ω
今回は180Ωを選定します。
［コレクタ抵抗Rc2の設計］
Rc2 = (Vin - Vsat(Q2) - Vbe(Q1) - Vbe(Tr1)) / (Irc1 / hFE(min) + (Vbe(Q1) / 158Ω) = 809Ω
今回は820Ωを選定します。
［Rsc（過電流検出抵抗）の設計］
今回はRscを使用しません。
［検出抵抗R1及びR2の設計］
NJM2360Aの基準電圧Vref=1.25V
バイアス電流Iib(max) = 400nA
R1、R2に流れる電流はIr1 = Ir2 = Iib(max) X 300倍とします。(100倍以上で設計します。）
R2 = (Vo - Vref) / Ir2 = 90kΩ
R1 = Vref / Ir1 = 10kΩ
今回はR1= 10kΩ、R2=100kΩの半固定抵抗を選定します。
NJM2360
| 項目 | 定格 | 備考 |
|---|---|---|
| 電鍵電圧 | 40V | |
| 入力電圧 | ２．５Ｖ～４０Ｖ | |
| 出力電圧 | ０．２５Ｖ～４０Ｖ | |
| 発信周波数 | １００Ｈｚ～１００ｋＨｚ | |
| スイッチング電流 | １．５Ａ | |
| 消費電力 | ７００ｍＷ | |
| 動作温度 | －４０～＋８５℃ | |
| 外形 | DIP8 |
部品表
| 名称 | 部品番号 | 品名または仕様 | 数量 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| DC-DCコンバータ | X1 | NJM2630 | 1 | |
| トランジスタ | Q1 | 2SC3694 | 1 | |
| ショットキーダイオード 40V/3A | D1 | 表面実装 | 1 | |
| 抵抗 180Ω | Rc1 | 1 | ||
| 抵抗 270Ω | Rbe | 1 | ||
| 抵抗 820Ω | Rc2 | 1 | ||
| 抵抗 10k | R1 | 1 | ||
| 半固定抵抗 100kΩ | R2 | 1 | ||
| コイル 27uH | L1 | 表面実装 | 1 | |
| 電解コンデンサ 1000uF/25V | C1, C2 | 2 | ||
| タンタルコンデンサ 22uF | C3 | 表面実装 | 1 | |
| 積層セラミックコンデンサ 0.1uF | C4, C5 | 1 | ||
| 積層セラミックコンデンサ 330pF | Ct | 1 | ||
| DCジャック | EIJ #2 | 1 | DC5V入力 | |
| DCプラグ | EIJ #4 | 1 | DC12V出力 | |
| 両面スルーホール基板 72 X 47 | 1 | |||
| 単３Ｘ４スイッチふた付き電池ケース | 1 | 秋月電子 |
組立
基板
D1、L1、C3はチップ部品を使用しています。ケースは秋月電子製単3電池４用のケースを使用します。このケースはスイッチ付きでふたも付いていますので他の電子工作にも応用可能です。
組立表面
組立裏面
秋月製電池ケースの電池の仕切りは削り落として基板を入れます。測定
| 入力電圧[V] | 無負荷時 | 負荷あり時(アクティブスピーカ） | ||
| 入力電流[mA] | 出力電圧[V] | 入力電流[mA] | 出力電圧[V] | |
| 5.3 | 2.54 | 12.04 | 343 | 11.96 |
| 5.2 | 2.54 | 11.93 | 357 | 11.98 |
| 5.0 | 2.54 | 11.94 | 389 | 11.94 |
| 4.8 | 2.53 | 11.83 | 397 | 11.89 |
| 4.6 | 2.53 | 11.91 | 425 | 11.82 |
| 4.4 | 2.53 | 12.17 | 399 | 11.71 |
| 4.2 | 2.52 | 12.19 | 385 | 11.61 |
| 4.0 | 2.52 | 12.22 | 411 | 11.59 |
| 3.8 | 2.52 | 12.29 | 429 | 11.59 |
| 3.6 | 2.51 | 12.48 | 455 | 11.59 |
| 3.4 | 2.51 | 11.76 | 482 | 11.59 |
| 3.2 | 2.50 | 12.23 | 480 | 11.59 |
| 3.0 | 2.50 | 12.25 | 435 | 8.6 |
| 2.8 | 2.49 | 12.3 | 305 | 7.83 |
