2次電池充電用の DC − DC コンバータ七つ道具そのá

特集＊すぐに使える！電源設計クックブック
第7章
七つ道具その á
定電流/定電圧制御でニカド/
ニッケル水素/鉛蓄電池を高速充電
２次電池充電用の
DC − DC コンバータ
浜田智
Satoshi Hamada
携帯電話をはじめ，ポータブル用途には電池が欠か
せません．
電池は大きく分けて，乾電池に代表される放電だけ
２４５０mAh ×５本直列を
急速充電できる DC − DC コンバータ
1 次電池，充放電が可能な 2 次電池があります．その
2 次電池にはさらに，鉛蓄電池，ニッケル・カドミウ
ム蓄電池（ニカド電池），ニッケル水素蓄電池（NiMH
蓄電池），リチウム・イオン蓄電池があります．リチ
ウム・イオン蓄電池は高容量ですがデリケートで，精
入力電圧
出力電圧/電流
12 V
8 V/1.5 A
■ NiMH 蓄電池の性質
度の高い充電制御が必要です．
本章ではラフに使える NiMH 蓄電池と鉛蓄電池用
NiMH 蓄電池は，従来からあるニカド電池とその放
電特性や充電特性がとてもよく似ているので，電気的
の充電特性をもった DC − DC コンバータによる充電
器を設計します．
にはニカド電池の高容量版として考えることができま
す．そして実にその容量は 2 倍にも及びます．
● NiMH 蓄電池の放電特性
容量の単位
図 1 に GP Batteries International Limited 社の単 3
型 NiMH 蓄電池 GP250AAHC（写真 1）の放電特性を示
1.5
1.5
240mA×16h＠20℃
で充電後
1.4
1.3
電圧［V］
電圧［V］
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0
240mA×16h＠20℃
で充電後
1.4
1200mA 480mA
（0.5C）（0.2C）
2
4
（a）低レート放電時
12
1.1
1.0
0.9
240mAで放電
（0.1C）
6
8
10
放電時間［時間］
1.2
0.8
14
0.7
0
7200mA 4800mA
（3C）（2C）
10
20
30
40
放電時間［分］
2400mAで放電
（1C）
50
60
70
（b）高レート放電時
図 1 単 3 型 NiMH 蓄電池 GP250AAHC の放電特性
（GP Batteries International Limited 社，公称 2450 mAh）
Keywords
定電流，鉛蓄電池，ニッケル水素蓄電池，ニカド蓄電池，mAh，放電電流，メモリ効果，満充電，急速充電，−ΔV 充電，定電圧定
電流，OR 回路，電流フィードバック制御
2005 年 3 月号
181
します．ボディには 2500 と書かれていますが，容量
は公称 2450 mAh で最低 2400 mAh です．
mAh の単位の意味は，単純に説明すると，
2400 mA の電流で放電したとき 1 時間，240 mA の電
流で放電したとき 10 時間使えるという意味です．
放電電流が大きいほど取り出せる容量が小さくなる
放電終止電圧を 1.0 V として満充電から 240 mA で
写真 1 単 3 型 NiMH 蓄電池 GP250AAHC（ GP Batteries
International Limited 社，公称 2450 mAh）
放電した場合，同図（a）から 10 時間の持続が確認でき
ます．ですが同図（b）より 2400 mA で放電した場合は，
60 分を少し切っています．
マイコン用の電源（＋5V）を供給する
DC-DCコンバータ（シンプル・スイッチャ）
このように実際の容量は，単純な電流［mA］×時
I C1 LM2594
（ナショナル
セミコンダクター）
C1
47μ
20V
（PXA）
1
2
3
4
L1
8
NC OUTPUT 7
Vin
NC
NC
GND 6
FB ON/OFF 5
＋5V
L3
100μH
100μH
D1
D1FH3
C2
R1
560Ω
C 13
パワーON時
点灯
LED1
SML-210MTT86
(緑色)
47μ
50V
100μ
6.3V
（PXA）
＋5V
R 15
放電中点灯
C 11
1
2
3
C 12
4
RES
5
6
充電中
7
点灯
GND
8
9
10
GND
START
11
DI SCHAR 12
X1
CHAR
13
EFOB2005B5 EN
14
20MHz
DI SCHARGE15
16
17
書き込みモード
18
R 20
＋5V
19
LED
4
560Ω
20
SML21
210LTT86
R 18
22
(赤色)
10k
23
NM I
24
＋5V
BOOT
＋5V
560Ω
LED3
SML-210MTT86
(緑色)
GND
D3
1SS352
C 10
書き込み時
0.1μ
ショートする
0.1μ
RES
10k
1μ
AVCC
PB0/AN0
PB1/AN1
PB2/AN2
VCL
PB3/AN3
RES
PB7/AN7
TEST
PB6/AN6
VSS
PB5/AN5
PB4/AN4
OSC2
P17/I RQ3/TRGV
OSC1
VCC
R16/I RQ2
P50/WKP0
R15/I RQ1
P51/WKP1
R14/I RQ0
P52/WKP2
R22/TXD
P53/WKP3
R21/RXD
P54/WKP4
R20/SCK3
P87
P55/WKP5/ADTRG
P86
P10/TMOW
P85
P11
P84/FTI OD
P12
P83/FTI OC
P56/SDA
P82/FTI OB
P57/SCL
P81/FTI OA
P74/TMR I V
P80/FTC I
P75/TMC I V
NM I
P76/TMOV
X2
X1
R 21
R 22
10k
10k
TXD
RXD
GND
48
47
46
C9
R 14
45
0.1μ 10k
44
GND
43
GND
42
41
40
39
C4
38
0.1μ
37
36 TxD
充電用
35 RxD
DC-DC
34
コンバータ
33
IC
32
31
充電電流の
30
29
大きさを
28
フィード
27
バック
26
25 NM I
＋5V
I C3
HD64F3694FX
（ルネサステクノロジ）
P1
TX
P2
RX
P3
GND
書き込み用ポート
（パソコンへ）
GND
Tr1
2SB1386
（ローム）
＋12V
R 10
10k
R 11
C8
1k
1000p
R9
30k
8 7 6 5
1 2 3 4
C 6 100k
1k
4700p
C7
I C2 NJM2340M
（新日本無線）
CHAR
R 13
GND
FB
CT
GND OUT
R 17
＋5V
I N1 VCC
I N2 Vref
＋5V
充電制御を行う
ワンチップ・マイコン
H8/3694F
S1
B3SN-3012
（LXY）
560Ω
LED2
SML-210LTT86
(赤色)
START
1
2
R 16 D I SCHAR
3
4
＋5V
GND
スタート・
スイッチ
10k
C 3 220μ 50V
CN1
1
＋12V
2
4700p
Z1
TNR9V390K
F1 BD63 ＋12V
(DC400V, 6.3A)
R7
R8
R 23 GND
EN
1k
Tr2 RN1442
（東芝）
D I SCHARGE
GND
この部分の配線は
できるだけ短くする
図 3 設計した NiMH 蓄電池充電回路
（入力電圧 12 V，出力電圧/電流 8 V/1.5 A）
2450 mAh × 5 本直列を 2 時間で充電できる
182
2005 年 3 月号

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