Ecosyste.ms: Awesome

An open API service indexing awesome lists of open source software.
Awesome Lists | Featured Topics | Projects
https://github.com/k-takata/pcb_usb_nimh_charger

USB NiMH Slow Charger
https://github.com/k-takata/pcb_usb_nimh_charger
electronics
Last synced: about 2 months ago
JSON representation
USB NiMH Slow Charger
Host: GitHub
URL: https://github.com/k-takata/pcb_usb_nimh_charger
Owner: k-takata
Created: 2023-03-12T03:25:45.000Z (almost 2 years ago)
Default Branch: master
Last Pushed: 2024-01-26T02:07:51.000Z (12 months ago)
Last Synced: 2024-10-14T14:51:42.747Z (3 months ago)
Topics: electronics
Homepage:
Size: 3.55 MB
Stars: 0
Watchers: 2
Forks: 0
Open Issues: 0
Metadata Files:
- Readme: README.md
Awesome Lists containing this project

README

        # USB NiMH ゆっくり充電器 (USB NiMH Slow Charger)

## 概要

[秋月電子](https://akizukidenshi.com/)の[いたわりNiCd充電器 キット](https://akizukidenshi.com/img/contents/kairo/%E3%83%87%E3%83%BC%E3%82%BF/%E5%85%85%E9%9B%BB%E5%99%A8%E9%96%A2%E4%BF%82/H001%E3%81%84%E3%81%9F%E3%82%8F%E3%82%8ANiCd_.pdf)を元に、USBを電源とし、ニッケル水素電池を1本単位で2本まで充電できるようにした充電器です。

※単3と単4をそれぞれ2本ずつの計4本充電できるバージョンは[別ブランチ](https://github.com/k-takata/PCB_USB_NiMH_Charger/tree/batt-4)で準備しています。

## 使用したソフトウェア

KiCad 7.0

## 回路図

[![schema](https://raw.githubusercontent.com/k-takata/PCB_USB_NiMH_Charger/master/images/schema.png)](https://raw.githubusercontent.com/k-takata/PCB_USB_NiMH_Charger/master/images/schema.pdf)

## 基板パターン図

![PCB pattern](https://raw.githubusercontent.com/k-takata/PCB_USB_NiMH_Charger/master/images/pcb-pattern.png)

## 部品表

| Reference           |個数|値    | 説明 |

|---------------------|----|------|------|

|BT1, BT2             |   2|      |[単3電池ボックス](https://akizukidenshi.com/catalog/g/g100308/)|

|C1, C4, C5, C6       |   4|0.1μF|積層セラミックコンデンサー|

|C2                   |   1|220μF|電解コンデンサー φ6.3[^1] (100 ~ 470μF)|

|C3                   |   1| 10μF|電解コンデンサー|

|D1                   |   1|[11EQS04](https://akizukidenshi.com/catalog/g/g111363/)|ショットキーバリアダイオード|

|D2, D3               |   2|      |赤色LED|

|F1                   |   1|  1.1A|[ポリヒューズ](https://akizukidenshi.com/catalog/g/g100507/)|

|J1                   |   1|      |[USB Type-C コネクター](https://akizukidenshi.com/catalog/g/g113080/)、[同等品](https://akizukidenshi.com/catalog/g/g115426/)でも可|

|J2                   |   1|      |ピンヘッダー 1x2、強制充電用|

|J3, J4               |   2|      |ピンヘッダー 1x2、単3/単4切り替え用|

|Q1                   |   1|2SA1015||

|Q2, Q4               |   2|2SC1815||

|Q3, Q5               |   2|[2SB834](https://akizukidenshi.com/catalog/g/g108747/)|他の代替候補としては[2SA1441](https://akizukidenshi.com/catalog/g/g116790/)や[TTA008B](https://akizukidenshi.com/catalog/g/g109938/)、[2SB1185](https://akizukidenshi.com/catalog/g/g110994/) (h_FE class E)などがある。（TTA008Bは2SB834などとはピン配置が異なるので裏返して取り付ける。）|

|R1, R2               |   2|5.1kΩ|緑茶赤金、小型|

|R3                   |   1| 10kΩ|茶黒橙金、半固定抵抗RV1と同じ値|

|R4, R5, R9, R11, R15 |   5| 10kΩ|茶黒橙金|

|R6, R12              |   2|  15Ω|茶緑黒金、1/2W 小型|

|R7, R13              |   2|  10Ω|茶黒黒金、1/2W 小型|

|R8, R14              |   2|  1MΩ|茶黒緑金|

|R10, R16             |   2| 680Ω|青灰茶金|

|RV1                  |   1| 10kΩ|抵抗R3と同じ値、[GF063P](https://akizukidenshi.com/catalog/g/g114905/)|

|U1                   |   1|[LM393](https://akizukidenshi.com/catalog/g/g116987/)|2回路入りコンパレーター|

|U2                   |   1|[S-812C33](https://akizukidenshi.com/catalog/g/g103289/)|低損失CMOS三端子レギュレーター 3.3V 50mA|

[^1]: このサイズならば、まっすぐ足が奥まで挿せる。

## いたわりNiCd充電器からの変更点

* 電源をACアダプターからUSB Type-Cに変更。

  - USB PD機器からも確実に電源を得られるようにするため、CC1, CC2には5.1kΩを接続。

  - 安全のため、ポリヒューズを使用。(1.1Aを使用したが0.5A程度でも十分かもしれない。)

* 充電を2本単位から1本単位に変更。

  - 基準電圧を5.0Vから3.3Vに変更。(U2をS-81350からS-812C33に変更。)

  - 温度補償用のダイオード1S2076A 2本をショットキーバリアダイオード1本に変更。  

    NiMH電池の充電終了時電圧には1本当たり約-3mV/Kの温度係数があります。PN接合には-2mV/Kの温度係数があることから、元の回路ではこれを3直列とし、2本分の-6mV/Kの補正を行っていました。ショットキーバリアダイオードの正確な温度係数は調べられませんでしたが、PN接合の温度係数より小さいよう(-1.0 ~ -1.5mV/K程度?)ですので、これをもって1本分の補正としています。

* 秋月電子の[B基板](https://akizukidenshi.com/catalog/r/rboard10)に実装できるよう、充電本数は2本に変更。

  - 充電回路は2セットになるため、コンパレーターを[LM339](https://akizukidenshi.com/catalog/g/g100436/)からLM393に変更。

* 充電電流を単3と単4用に切り替えられるようにJ3, J4を用意。

  - J3を開放すると電流設定抵抗はR6の15Ωとなり、BT1の充電電流は単4用の約70mA (= 1.05V / 15Ω)となります。(単4用変換アダプターなどを使用することを想定。)

  - J3を接続すると電流設定抵抗はR6とR7の合成で6Ωとなり、BT1の充電電流は単3用の約175mA (= 1.05V / 6Ω)となります。(2000mAhの場合は0.09C程度になるので充電時間は17時間程度が目安です。)

  - BT2については同様にJ4で設定できます。

* 強制充電用にJ2を用意。

  - 通常充電モード: 通常、J2は接続して使います。充電終止電圧の監視が行われます。

  - 強制充電モード: J2を開放すると、Vrefは3.3Vに設定され、充電終止電圧の監視が行われません。  

    新品のNiMH電池の内部抵抗は0.1Ω程度のようですが、寿命が近づいてくると徐々に内部抵抗が大きくなります。例えば内部抵抗が10Ωにもなると、70mAの充電電流を流すと端子電圧が0.7Vも上昇するため、正常に充電電圧の監視を行うことはできません。こうなってしまうと通常の充電器では充電することができません。そのような場合でも強制充電モードを使えば充電が可能です。ただし、充電電圧の監視がなくなってしまいますので、10～15時間程度で電池を外すようにしてください。

* 2SB948が入手できなかったので、簡単に入手できた2SB834に変更。

* RV1の回転方向を逆にし、右に回すほどVrefが高くなるように変更。

## 調整

J2を接続し、RV1を右に回しきって、700mAhの単4なら15時間程度、2000mAhの単3なら17時間程度充電します。この際、J3, J4は電池に合わせて設定しておいてください。電池を外して20分程度置いてから、再度電池を入れます。RV1を回して、LEDが点滅する位置に合わせて終了です。Vrefの電圧は1.40~1.45V程度になっているのが想定です。

## 完成品

[![完成品](https://raw.githubusercontent.com/k-takata/PCB_USB_NiMH_Charger/master/images/usb-slow-charger-thumb.jpg)](https://raw.githubusercontent.com/k-takata/PCB_USB_NiMH_Charger/master/images/usb-slow-charger.jpg)

## License

CC0