コンデンサーパンクの予感と意外(nissin Auto 3200 AF iGBT Control)

ストロボ(nissin Auto 3200 AF iGBT Control)を6Vバッテリィ駆動出来るようにしましたが、

予感


予感通り、壊れました。

100時間程4台で使用しましたが異常なく使用できていました。
久しぶりにその内の一台をバッテリィに繋ぐと、
「プチッ」という音がして、
バッテリィの電圧が少し低下したまま上がってきません。
暫くすると「酸っぱい」様な変な匂いがしたので、
ストロボのヘッド部を触ってみると熱い。
匂いはストロボからでした。

コンデンサーパンクの予感と意外(nissin Auto 3200 AF iGBT Control)

分解して確認すると、
330V 780μFのフラッシュ用電解コンデンサーが入っていました。
取り外して確認してみると、ショートしていました。
液もこぼれていないし、膨らみもあまりありません。たいしたコンデンサーです。
写真ではコンデンサーの表面が液漏れ風に写っててますが、これはビニールテープの跡です。
このストロボはビニールテープ、ガムテープ、両面テープなど多用されています。私の作るものと同じ、親しみを感じます。

意外


意外だったのは330Vだった事です。400V以上のものを使っていると思っていました。

そこで、コンデンサーを450V 10μFのものに暫定的に取り替えて電圧を測定すると。

期限間近のアルカリ単三新品で開放電圧1.5Vのもので測定すると、
402Vにもなっていました。
その時の電源電圧は5.54Vです。
通常使用していた場合でも400V前後の電圧が掛かっているはずなのによくパンクしないでクレームもなく動作していたんだと思うと、さすが、日立のコンデンサーと尊敬。

バッテリィ(鉛蓄電池)の場合は、6.83Vになるので、
その場合は計算上では495Vにもなっていたはずです。

それで、今までパンクしないなんてスゴイ。
鉛蓄電池の場合は、最低限の6Vの電源電圧でもコンデンサーは435Vが掛かっていたはずです。

ところで、このストロボに使用されているiGBTは15G101で、Vcesは400Vのはずなので
たとえ、コンデンサーを400V以上のものに変えてもiGBTが故障するでしょう。
鉛蓄電池の直結は諦めなければなりせん。
残念。


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REX-WIFISD1の給電容量

REX-WIFISD1の給電容量


以前の記事「F24互換電池の放電容量(T-01D用電池) 」と同様の方法で測定しました。
負荷は16オームです。

DC-DCコンバーターで変換している為、電圧は安定しています。
電池の容量を使い切った所でいきなり、0Vとなります。

ポイント交換でもらったものです。
SDカード→USBマスストレージへのファイルコピーの機能があるので、
旅先でのカメラのデータのコピーをPCなしで出来ると思って交換したのですが、
その間、スマホを接続して置かなければならない為、私の用途には不向きでした。
で、充電器として使用する場合の給電能力を測定しました。

電池は、3.7V 3000mAhと裏面に表記されています。

■誤解
本題ではありませんが、この3000mAhの書き方すなわち電池の容量を書いているが故に誤解を生んでいるのではないかと思われるケースがあります。
それは、通販サイトでのモバイルバッテリィーのレビューで「容量が公称より少ない」との評価です。
例えば、10000mAhのモバイルバッテリィーで2500mAhのスマホに充電すると四回でなく二回程度しか充電できないので半分の容量しかないと嘆いているレビューをよく見かけます。

しかし、それは以下の事をすっかり忘れているからです。

(1)3.7Vの電池の電圧をUSB規格の5Vに昇圧している事
5Vに昇圧すると、エネルギー保存の法則で、10000mAhは(3.7V/5V)倍の7400mAhとなります。(電池の電圧が3.7V一定としての概算です)

(2)モバイルバッテリィーでの昇圧回路の効率
90%あれば上等だと思います。

(3)スマホ側での充電制御回路の効率
これも、90%あれば上等ではないでしょうか。

(4)そして、スマホの電池の充放電効率
これも90%前後とすると。

全体では、7400mAh X 0.9 X 0.9 X 0.9 = 5394mAh
となって、2500mAh(放電容量)の電池では2回の充電が妥当ということになります。

それに、もう一つ
電池に表記されている放電容量は電池パックメーカではなく、電池セルメーカの測定条件での値と思われる事です。
そして、セルメーカは当然目一杯の容量を書きます。
一方、パックメーカでの電池保護回路、モバイルバッテリーを設計する側の安全性の考慮で
電池容量を完全に使い切る設計はされていないと言う事です。
したがってさらに、モバイルバッテリィーの給電容量は下がります。
今回の測定結果は、妥当すぎる位妥当だと思います。

ただ、これはあくまで推測です。設計者でもなければ製造者でもありませんので。

結局、スマホの電池切れ対策はモバイルバッテリィーによる電池の充電方式でなく、
電池交換式が重量、サイズ、使い勝手の点でもっとも良いということになります。

REX-WIFISD1の給電容量

この充電器でNexus 7 Wi-Fi+LTE [2013]を電源断状態で充電すると、50%UPしました。

FOMA補助充電アダプタ01の給電容量

FOMA補助充電アダプタ01の給電容量

以前の記事「F24互換電池の放電容量(T-01D用電池) 」と同様の方法で測定しました。
負荷は16オームです。

DC-DCコンバーターで変換している為、電圧は安定しています。
電池の容量を使い切った所でいきなり、0Vとなります。

ケース表面にeneloopと書いてありますが、電池は「充電式リチュームイオン電池」と裏側に明記してあります。
3.7V 18000mAhの電池です。


FOMA補助充電アダプタ01の給電容量



この充電器でNexus 7 Wi-Fi+LTE [2013]を電源断状態で充電すると、26%UPしました。


※測定時の状況
満充電の状態で二年近く放置し、測定の為に再度充電して測定しています。
この為、電池が痛んでいた可能性があります。

エネループ(へたれ) 充電式ニッケル水素電池(単三)放電容量

エネループ(へたれ) 充電式ニッケル水素電池(単三)放電容量


以前の記事「F24互換電池の放電容量(T-01D用電池)」と同様の方法で測定しました。
負荷は10オームです。
放電終止電圧は0.9Vに設定しました。

この電池は他のエネループに比べて早く電圧が低下するので、
かなりへたっていると思っていたのですが、
min.1900mAh の容量がありしまた。

ダイソー充電式ニッケル水素電池(単三)放電容量

ダイソー充電式ニッケル水素電池(単三)放電容量

ダイソー充電式ニッケル水素電池(単三)放電容量

以前の記事「F24互換電池の放電容量(T-01D用電池)」と同様の方法で測定しました。
負荷は10オームです。
放電終止電圧は0.9Vに設定しました。

放電終止電圧を0.9Vとした場合でも、1450mAhの放電容量があります。
電池本体記載の容量1300mAhを超えています。

この電池は、ストロボなどに何度も使用しています。
ストロボではチャージ時にピークで9A程度の負荷が掛かっています。
割と過酷に使っている方ですが、それでもこの容量なら立派なものです。

このデータから今後電池の残量確認の時は、10オーム負荷時の電圧を測って、
1.15Vを電池交換の時と判断するようにします。
それでも、1200mAhの容量が確保できそうです。


あと何回使用できるかは不明ですが。

F24純正電池の放電容量(T-01D用電池)

F24純正電池の放電容量(T-01D用電池)

スマートフォン T-01D 用の純正電池の放電容量のテストをしてみました。
電池は約二年半使用しています。

前回の「F24互換電池の放電容量(T-01D用電池)」の純正版です。

リチュームイオン電池の放電容量を規定する時の放電終止電圧を何ボルトに設定しているかで
容量が少々変わってきます。

電池メーカは2.5Vとしている場合が多いらしいのですが、それだともう少し容量が多くなり、
1400mAhに近くなると思います。
それなら、容量的にはあまり劣化していないことになります。
ただし、大電流放電時の見かけの内部抵抗の増大の影響については不明です。

これなら、互換電池以外の選択肢として、軽量コンパクトな大容量の充電器も再浮上します。
スマホ内臓の充電器の効率は何%だろう?

F24互換電池の放電容量(T-01D用電池)

スマートフォン T-01D 用の互換電池の放電容量のテストをしてみました。

お断り


ただし、テストの方法は商品に記載される容量を測定する方法とは異なっています。
私、独自の方法ですので、商品表示の容量とは異なると思います。

また、実際にスマートフォンで使用する場合は、今回の様な定負荷ではなくダイナミックに変動する為、
現実での放電容量は今回の測定値とは異なるでしょう。
具体例としては、今回測定時の電流より大きな電流が流れ、端子電圧が低下します。
その為、容量的にはまた残量がある場合でも強制的な電源断が発生するなどです。

動機



私のスマホT-01Dは電池の電圧が3.5V辺りになると、自動的に電源が切れます。「グジュ」という音とともに。
にもかかわらず、3.8V程度あるのに、急に電源が落ちたりする場合があります。以下のスクリーンショットのように。
中央付近の深いディップがそれです。

F24互換電池の放電容量(T-01D用電池)

二年以上使用した電池なので、放電能力が低下して内部抵抗が増大しているのかと思い、
新品でもこの様な現象が起きるのか試してみたくなり、
純正は高いので互換電池で試してみる事にしました。

結果的には、このディップは相変わらず発生します。
そして、二年使用した純正の電池も、新たに購入した互換電池も同じ程度の「持ち」でした。
しかし、予備が出来たのでTDRで一日充電環境の無い所で使用しても安心感があります。
以前作成したエネループの充電器より軽いので運用面も改善されました。

今回は、その話ではなく、以前からPICで作成したかった電池の放電特性を測定する機能を、
テスタとPCで実現しましたので、互換電池の放電容量を測定しまた。

結果


F24互換電池の放電容量(T-01D用電池)

放電終止電圧を3.2Vとした時のグラフです。
3.2Vで約1040mAh、
3.5Vで放電終止とした場合は、920mAh。

放電の条件は、29.4オームの抵抗を負荷としています。

測定方法



■負荷
29.4オーム

■電池
購入後、4回フル充電、スマホでの自動電源断を繰り返す。
その後、6回程度、フル充電、自動電源断を普段使いで使用。
テスト前に、フル充電。

■測定
(1)10秒間隔で、テスタ(Metex M-3850D)で電圧を測定
(2)第一回目の測定は、無負荷状態の電池端子電圧
(3)二回目以降、29.4オームの負荷を掛ける
(4)端子電圧が3.2V以下になった所で、負荷を開放(電池保護の為)し測定を終了

■機材
(1)テスタ
Metex M-3850D

(2)負荷抵抗の接続制御
IP Power9212Delux(8chIN、8chOUT) (秋月電子で購入) (以降、IP Power)

(3)PC
DELL Inspiron-1526

(4)ソフト
自作
※機能
1. IP Powerで抵抗負荷の接続、開放を制御
2. Metex M-3850Dの電圧測定値をUSBシリアル変換ケーブルにて232cでデータ受信
3. 指定間隔でデータを測定し、txtファイルに記録
4. 測定開始時と終了時にメールで通知(時間が掛かるので測定者に自動連絡の為)
5. 測定電圧が指定された電圧(今回は3.2V)以下になると自動的に負荷を開放し、測定を終了する

(5)結果
エクセルでグラフ化

(6)測定風景
F24互換電池の放電容量(T-01D用電池)

感想


■互換電池
実使用では、二年以上使用した純正電池も新規購入の互換電池もあまり変わらなかった。
純正新品ならもっと長持ちするのか否か、疑念が残ったままとなった。でも、高価なのできっと買わない。

放電容量としては、値段(@980程度)からして妥当な線と思う。

■更なる改善
共立電子で4000~5000円程度で6000mAhの電池パックを売っている。
2000mAhのセルを3個並列接続したものです。
これなら、消費電力の大きい時でも、電圧降下が少ないかもしれない。
それであれば、放電容量一杯まで使いきれるかも知れない。
最大6日位電池が持つかも知れません。不恰好になるけれど。
しかも、純正品とほぼ同じ値段。

■ソフト
PICで作ろうと思っていた測定器を、腰が重たすぎて手持ちの機器で作成してしまった。
まぁ、よしとします。

一番の難題は、電池接続の為の接点作りでした。
結局、ピアノ線をユニバーサル基板にハンダ付けして作成しました。

今後


純正バッテリーの方も測定してみる積りです。

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