電タバ関連つらつらと・・・

電子タバコとか、VAPEとか言われているアイツについて、適当に書いていく、そんなBlogです。

電子タバコの考察

電子タバコを安全に使用するための、チェックポイント

こんにちは。

さて今回は。

「電子タバコを安全に使用するための、チェックポイント」の。
ここ最近のウチのBlog編を、お送りします。

まあ、バッテリーやMOD回りに、偏ります。
01_total

個別の記事ポインタは置きませんが、気になったら過去ログ参考のこと!。

1.MODが暖かくなる運用は、行わないこと
h02

 ・バッテリーの危険温度は、実験によると150度前後です
 ・MODの構造の都合により、抵抗値が高いところがある場合があります
  ・スレッド部分
  ・スイッチ部分
  ・テレスコ機構部分(バッテリーサイズ調整用含む)
 ・バッテリーが熱的に接触している部分の抵抗値が高い場合、集中的に発熱し、バッテリーに熱を与えます
 ・バッテリーは「一部が」熱せられても危険です
 ・MOD自体はデカいので、熱が逃げて「暖かい」認識でも、バッテリーにシビアに熱がいっている可能性があります、要考慮!

2.「MODの抵抗値」も考えての運用のオススメ
h01

 ・MOD自体も、抵抗値を持っています
 ・完璧にセットしてある、通電性に優れたMODで
  ・銅 0.03Ω
  ・ブラス 0.03Ω
  ・ステンレス 0.05Ω
  ・複雑な構造のMOD 0.2Ω 
  以上あると考えておくと、比較的安全だと思います。
 ・接触やメンテナンスも重要です
  ・サビ 0.2Ω
  ・スレッドを締め切らない 0.05Ω
  ・510スレッドのスペーサー 0.05Ω
  以上の影響があると。
 ・ 特にスレッド単体での通電性は、かなりシビアです。
  スレッドのみで通電性を確保しているMODの場合、くれぐれもご注意を!。
  チューブの壁部分の接触が、かなり重要です!。
 ・電池の内部抵抗は、18650なハイレートバッテリの場合、「0.03Ω」と考えておくといいと思います。
  パラ運用の場合は、電池の内部抵抗を、パラ数で割って下さいな。
 ・以上を踏まえ、例えば・・・
  シングルバッテリ、ステンレス、 単純な構造のMOD:0.05 + 0.03 = 0.08Ω
  上のを隙間空いた状態でセットアップした場合: 0.08 + 0.05 = 0.13Ω
  デュアルバッテリ、銅、単純な構造のMOD:0.03 + (0.03 / 2) = 0.045Ω
  てな感じで定義するといいと思います。 
  ・MODの抵抗値と、ビルドした抵抗値の比で、「MODの発熱」「アトマの発熱」の計算が可能です。
 ・MODの発熱
  g1sm
 ・アトマの発熱
  g1sc


  ・テクニカルMODの場合、「出力するW」を、コイル抵抗値と読み替えて下さい。
  テーブルは以下な感じ。
  tec
 ・個人的には、「MODが20W以上発熱するビルドは危険」だと思います。
  くれぐれも、お気をつけて!。

・まとめると
 単純です。
 ・イマドキのMODで、メカニカルで0.25Ω以下、テクニカルで30W以上運用時は、かなりムチャしてるので、くれぐれもご注意を!。
 です。

まあこんな感じ!。
安全で楽しい電子タバコライフを!。
 

複数・クラプトンコイル等使用時の温度管理挙動について

こんにちは。

さて今回は。
温度管理モードで、複数のコイルや、一つのコイルでも素性の違う状態のものが混じっているコイルを使うと。
どのようなことが起こるのか。
軽く、シミュレートしてみたいと思います。

いやあ、、、 軽く?。
tcpa

さて。

電子タバコにおける温度管理とは、「温度によって抵抗値が変化しやすい素材」を使い、抵抗値の変化を温度に紐付けて制御していく形態が、一般的です。

温度によって抵抗値が変化する、その係数を近似したものを「TCR」、温度管理係数と言ったりします。
このへん詳しくは、以下参照。
 URL:http://ecig.eucaly.net/archives/1132183.html

まあ今回は、この「TCR」を使って、仮想的に温度と抵抗値を算出し、これまた仮想的に温度管理実装をしてみて、「MODが設定している温度変化」と、「コイルの温度変化」がどう変わっていくのか、エクセルさんでがーっと計算させてみました、とさ。

まず下準備。

上のBlogにある、抵抗値から温度な式と。
tcrshiki1

そこから弄って、温度から抵抗値の式を作ってみます。
tcrshiki2

まあ、ドライバーン計算してもつまらんので。
グリセリンを熱することにしてみましょうか。

グリセリンの比熱は、こんな感じ。
gurihinetsu

 参考:http://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/h01030.htm

温度によって比熱は多少変化するようですが、演算式圧縮のため、「20度」の値、「2.39J/gC」を使うことにします。
これは、「グリセリンを1gを1度上げるのに必要な熱量(J)」を表しています。

材料が揃ったら、演算式の組み立て。
まずはテスト。
tcrkeisan1

検算検算、、、うん、、、うまくいってるっぽいです。

さて次に、演算上の「温度管理MOD」を作ります。
・TCR制御
・プリヒートなど無し!
・0.1秒単位制御
・設定温度以下の場合、定格出力
・設定温度以上の場合、プロテクト出力
にしてみました。

そしてアトマイザーの定義。
適宜放熱を入れ込まないと、温度が上がりっぱなしになっちゃうので。
とりあえず乱暴ですが、「1秒あたり設定度温度リニアに下がる」計算で。

んで、シミュレーション条件。
コイルの直列並列で見てみます。
が、特に直列は、「一つのコイルの中で条件が違う」場合にも、当てはまります。
駐訳として、そんな条件を書いてみます。

1.コイルが直列で、お互いに熱関係が独立している
 *デュアルコイル対応のアトマに、シングルでコイル部分が2つあるようなビルドを行った場合とか

2.コイルが直列で、熱関係を共有している
 *クラプトンコイルなど、コイルの太さが変化する場合とか
 *マイクロコイルビルドしようとして、一部隙間空いちゃったりした場合とか

3.コイルが並列

の3パターンで!。

んで、ビルドや電力、使用線材とかのパラメータは、以下の通りな感じで。
使用線材:Ni200 ( TCR:650 )
合成抵抗の目標値:0.1Ω
コイル数:2個
設定出力:20W
プロテクト出力:1W
設定温度:230度
温めるグリセリンの量:0.02g
温度下降係数:100度
温度単位:摂氏 (C)

そして演算の概要:
・それぞれのコイル温度から、それぞれのコイル抵抗値を算出
・コイルの合成抵抗値から、MODが認識している温度を算出
・温度が設定温度以下なら設定出力を、それ以外ならプロテクト出力を行う
・出力と合成抵抗値から、直列時は電流、並列時は電圧を算出
・個別抵抗値と算出した電流/電圧で、それぞれの抵抗に掛かる電力を算出
・電力を単位時間当たりに掛かったとして、それぞれのコイル温度を算出
て感じです。

そんな条件で、計算用のシートを作ってみました。
tcrkeisan2

まず、直列時0.05Ωが2個、並列時0.2Ωが2個、同じ抵抗がある場合のシミュレート結果。
tcrgkintou
横軸が時間、0.1秒単位
縦軸の左側と、明るい色のグラフが温度
縦軸の右側と、暗い色のグラフが電力です。

まあ同一条件になるらしく、これでは直列並列の違いはありませんでした。
それぞれのコイルの温度と、MODが認識している温度が同一なので、温度プロットは見かけ上1本になりました。
 *重なってます。

では次に、直列で。
0.01Ωの差、つまり抵抗1は0.055Ω、抵抗2は0.045Ωにして、プロットしてみました。

直列、互いのコイル温度に相関性が無い場合
tcrgser1

直列、互いのコイル温度に相関性がある場合
tcrgser2

互いのコイルに温度相関性が無い場合、不均衡になると、MODは温度を高めに認識してしまうようです。
互いのコイルに温度相関性が有る場合、コイル温度に差がつくことがわかります。
今回の条件では、プロテクト時で70度、そこから制御が入るに従い、片側上昇、片側下降していきます。
いずれの場合も、抵抗値が高い方が発熱しています。

並列時はどうでしょう。

差が見えづらかったので、抵抗1を0.21Ω、抵抗2を0.19Ω、差を0.02Ωとしてみました。
tcrgpara
直列時と違い、抵抗値が低い方がより発熱しています。
今回の条件では、リニアに変化しており、約30度の幅をもって安定しているように見えます。

次に、直列温度相関なし、抵抗値同一で。
温度下降係数を弄ってみました。
これは例えば、同じコイルの中でも、グリセリン供給量に差が合ったり、空気の当たり具合の差分があったりして。
「冷え方」に差がある場合のシミュレーションになります。
抵抗1を100、抵抗2を90にしてみました。
tcrgserondo
今回の条件では、温度連動時の直列で、抵抗値に変化がある場合と同じく、コイル温度が設定温度から乖離していくように見えます。

さて考察。

そもそも、条件を弄ると。
「並列時はリニア」「直列時は乖離」方向に値が変化していくことが、グラフから読み取れます。
これは何故か?。

オイラは、直列並列の違いと、TCRによる温度/抵抗値係数の変化が関係しているのかな、と考えています。

コイルにかかる電気は。
直列時は電流が等しく、並列時は電圧が等しくなります。
オームの法則は、「電圧=電流x抵抗」、もしくは「電流=電圧÷抵抗」なので。
直列時は抵抗値が高い程高い電圧が、並列時は抵抗値が低い程高い電流が流れます。
で、温度管理用には、温度係数が高い素材をコイルとして使うので。
抵抗に電力を掛ける、つまり発熱させると、抵抗値が上がります。
抵抗値が上がるので、直列時は抵抗値を掛けている為乖離、並列時は抵抗値を割っているため収斂≒リニアになるのではないか、と考えます。

まあ、こんな感じです。

直列時乖離すること、これが温度管理でイマイチ上手くビルド出来ない場合の、原因の一つかも知れません。

シングルビルドでも、
・マイクロにしたつもりで途中スペース
・コイルの隙間が不均一
・ジュースウェルからの供給の遠さが違い
・コイルへの空気の当たり方の違い
などから、一つのコイルの中で条件が変わること、ままあるかと。

そして、一つのコイルの中で条件が変わる。
それは、「直列に別のコイルがある」ことと同一だとオイラは考えます。

で、コイルの温度傾斜が偏り、更にそれがエンハンスされることで、乖離していき、結果
・コイルのごく一部のみが加熱して抵抗値が上がりすぎ、ほとんど煙が出ない
・コイルの一部が激しく発熱し、コゲが発生する

などの現象が起きるのかと。

古典的な要件ではありますが、
・温度管理のコイルは、シングルでスペースド

そして、
・なるべくコイルを取り巻く環境に偏りが出ないような、「中心」 へのビルド

がキホンとして大切なのかな、と。

もちろんエンハンス/乖離をむしろ積極的に使い、複数沸点のあるリキッドを同時に炊いたりするような状況を作り出すことも、勿論アリかと思います。
というか、無意識にやってるんじゃないかな?。
カンタルとTCRコイルで、温度管理しなくても味わいが異なる!、ての、このあたりに要因が有るのかも知れません。

以上、温度管理の挙動について、でした!。 

IVH基板取扱の注意点

こんにちは。

さて今回は。
電子タバコ用の基板で、一部に採用されている。
「IVH基板」につきまして。
取扱の注意点を、まとめてみたいと思います。

ご注意:
 いわゆるお約束とか、一般論ではなく。
 あくまで、オイラの経験ベースのお話です。
 注目点やノウハウは、自己責任レベルです!。
 なんかやらかしても、オイラは何もできませんよ!。

さて、「IVH基板」とは。
「Interstitial Via Hole基板」の略。
複数の配線が層状に重なっている、「多層プリント基板」の、製造手法の一つです。
まあ、対義語は、「貫通基板」です。

これは何か?。
多層プリント基板の場合、「層の間」に絶縁体を挟む必要がありますが。

貫通基板の場合:
・絶縁体をベタっと全面に塗る
・上に配線を作る
の繰り返しで基板を作る
最後に、ドリルで穴開けて、層の間の導通を取る

IVH基板の場合:
・絶縁体をベタッと全面に塗る
・絶縁体に対して、レーザー等で穴開け加工する
・上に配線と、絶縁体に穴開けたとこへの導通を確保する
の繰り返しで基板を作る

な、違いがあります。

詳細は、このへん参考のこと:http://jpca.jp/whatscircuit/vol_07/

IVH基板は、貫通基板と違い、「層の間で閉じた」導通を作ることができます。
こんな感じね。
kiban
ここに書いてある、「BVH」が、ブラインドビアホール、つまりIVH基板で作れる導通、「貫通TH」が、貫通基板で作れる導通です。

IVH基板は、貫通基板と異なり、層の間でのみ導通を確保出来るため、配線や貫通THを意識する必要が薄れ、より部品を高密度に実装することができます。
反面、貫通基板に比べ、コストが高いこと、また、絶縁体の加工が必要で、貫通THに比べてBVHは強度的に弱いため、配線と絶縁体の接着強度があまり強くないデメリットがあります。

電子タバコ用の基板は、ほぼ貫通基板だったのですが。
「dicodes」社は、IVH基板を採用しています。

実際の基板を見てみましょう。

まず、DNA200。
dna200ki
黄色い丸で囲ってある所が、貫通THです。
配線が丸くなってて、真ん中に穴が合いています。
これが、ドリルで開けた穴です。
穴の中はメッキされていて、導通が取れています。
大げさですが、左上の水色丸部分みたいな構造になっています。

BF60を見てみましょう。
DSC03005
CPU回りに丸いのはありますが、穴が空いてなく、かすかに凹んでいる様に見えます。
これが、BVH、ブラインドビアホールです。
ドリルで穴を開けているわけではないので、基板裏面まで貫通していません。

貫通基板は、ドリルで穴を開けるので、表面と裏面で、「穴」が貫通しているのが分かります。
IVH基板は、ドリルで穴を開けるわけではないので、表面と裏面で、「穴」は貫通していません。

具体的には・・・。

DNA75:
kibandna

BF60:
kibandic
双方共、上のCPUサイドは、上下反転してあります。
DNA75は、「穴の位置」が表面と裏面で一致しているのに対して、BF60は、「穴の位置」が表面と裏面で一致していないのが分かるかと思います。
*DNA75のCPU回りなどに見える、「銀色のちょっと大きな円」は、スルーホールではなく、テストパッドです。
 導通を取るための構造ではありません。

まあ、見分け方と、大まかなしくみは、こんな感じ。

では、IVH基板を取り扱う上での、注意点を。

IVH基板は・・・
・配線と絶縁体の接着強度があまり強くない
・ビア打ち放題なので、貫通基板に比べ、他の層に熱が逃げる可能性が高い
・絶縁層が薄いことがあり、また部品直下にも配線を入れられる為、逃げた熱が他の部品に伝搬する可能性が高い
・貫通基板に比べ、部品間が狭まっている場合がある

ことがあります。
まあ、ぶっちゃけ、貫通基板に比べ、
・配線が弱い
・熱かけづらい
・熱かけすぎると、他の部品壊しやすい
・部品間隔が狭いかも
という認識を持っていれば、よろしいかと。

まあ、手前味噌ですが、、、。
BF60を使った実例を。

まず、論理配線。
DSC03014
BF60の場合、SW1-3のポジティブ側(右の3本)のTPがかなり接近しており、簡単にブリッジを起こします。
また、SW3のTPとスイッチ3は、かなり接近しており、扱いには注意が必要です。
スイッチ3のTP側の足と、SW3のTPは、同一ネットなので、ハンダ的にはくっつけても大丈夫ですが・・・。
各外部スイッチは、負論理動作なので、片側をGNDに接続します。
オイラは、BF60のCPU側のGND(左側)に接続しましたが、このGND、かなり熱が逃げます。

また・・・
kibanbu
かなり部品が接近しているので、ウデに自信が無い場合は、このTPは使わないほうがいいかも知れません。

DDC側の、大電流系は、こんな感じにしてみました。
DSC03015
BF60の場合、アトマ出力、バッテリー入力、及びチャージャー入力には、電流制限抵抗やヒューズがいるため、熱ブロックの役割を果たし、結構スムーズにハンダ付けが可能です。
が、GNDはベタなので、かなり熱が逃げ、ハンダ結構やりづらい感じです。
そしてGNDはCPUサイドにも回ってますし、他の部品もぶら下がりまくってる為、熱を掛けすぎると危ないです。
のでオイラは、TP全面にハンダをベタ付けせず、「ポイント」な感じでハンダを盛って、配線を接続しています。

配線後の全体図は、こんな感じ。
DSC03018
大電流系は、配線の「重さ」があります。
なので、配線にテンションを掛けないように、予め最適な長さを算出して、たわんだりしないようにしています。
論理線は、UL3302-AWG32を使用し、配線の軟からさでテンションが伝わらないようにしています。

大電流系は銀メッキETFE電線を使っているため、配線がかなり硬いです。
ので・・・。
DSC03020
配線だけで、基板保持ができる、副次的なメリットがあったりします。
BF60は、基板固定穴が無いため、シリコン線などを使用すると、基板が暴れてしまうかも知れません。

最後に、基板や配線が暴れない様に、ポリイミドで固定して、完成としました。
DSC03021

ハンダは、セオリーでは、「290度・5秒」ですが。
経験上、ソレだとはんだ付け失敗するので。
「450度」設定で行っています。
DSC02775

使用したこて先は、4Φのデカい奴。
DSC02774
1Φのも試してみましたが、論理線すらうまくいかなくて、、、ね。
こて先は、大きい方が熱容量が大きく、素早くハンダ付けすることが出来ます。
ハンダ付け時は、特に高電流線は、線とTPに予備ハンダしたあと、両方同時に温めるイメージで、素早く、ね。

但し、4Φあると、特に論理用TPは、ブリッジとかします。
ちょっとはんだ付けに、工夫が必要な感じです。

あとは・・・。
これはIVH基板には関係無いですが。
DNA40をBF60に換装する場合は、DNA40よりBF60のほうがインダクタの背が高く、またスイッチも実装されていることに留意が必要です。
オイラは、HANAのV4dに組み込んでみましたが、コイツ、かなりギリギリを攻めていて・・・。
DSC03007

BF60入らないので、電池ボックスを交換し、シングル仕様として対応しました。
DSC03026

DNA40のビッグスクリーンと、OLEDのサイズ、及び表示位置は同一です。
DSC03025

以上、IVH基板の取扱、オイラ的なやりざまの、紹介でした。
まあ、配線の際は、ご留意を!。

以上です。 

「WEAK BATTRY」の考察

こんにちは。

さて今回は。
ちゃんとした放電レート表記の電池を使っているのに、
・DNA系基板で、電池残量が十分あるのに、パフ中に「WEAK BATTERY」表示になる
・VO系基板で、電池残量が十分あるのに、パフ中に「CHECK BATTERY」表示になる
現象について、考察していきたいと思います。

まず、「WEAK BATTERY」表示ですが。
batdis1
DNA系基板の場合、「バッテリー残量低下」時に表示されます。

具体的には、eScribe MODタブにある、「セルソフトカットオフ」値以下に電池電圧が下がった時に表示されます。
batdis9

セルソフトカットオフとは、「バッテリーがこの電圧以下のときは、使っちゃダメよ」な、いわゆる「終止電圧設定」です。
*一般的な携帯機器をリチウムイオン電池で設計するときは、終止電圧を「3V」とするケースが多いのですが。
 電子タバコは、「要求電流が高すぎる」為、リチウムイオン電池の限界に挑戦し、終止電圧をギリギリにしているみたいです。

でも、そもそもDNAは、セルソフトカットオフ以下にバッテリー電圧が下がっている場合、パフできません。
なんでパフ中に、「WEAK BATTERY」動作に、なるのでしょうか?。

それは、電池の内部抵抗が、関係しています。

電池には内部抵抗があり、電流を引っ張ると、電池の出力電圧が下がります。
batdis2

パフ中は当然電流を引っ張るので、電圧が下がって、結果、「WEAK BATTERY」になるのです。
この内部抵抗の値が低いほど、取り出せる電流が大きく、放電レートの高い電池、てことになります。

例えばUS18650VTC4の放電曲線は
batdis3
こんな感じ。
黒い線の0.4A取り出し時に比べ、ピンクの30A取り出し時、電圧が下がっていることが分かると思います。

ですが、、、例えばVTC4、3Vで30A取り出す、つまり「90W」でテクニカルMODで炊こうとしたら、多分もっと電圧下がります。

まずひとつ目は効率。

一般的な電力管理のテクニカルMODは、「DDコンバータ」というもので、電力変換をしています。
電力とは「W」ですが、これの計算式は「電圧x電流」。
同じ電力を出したい場合、高電圧だと低電流に、低電圧だと高電流に、そんな関係になります。
そして、現在一般的な、「75W」取り出せる、シングルバッテリーテクニカルMODの場合、結構DDコンバータ部分に無理があるので。
効率「80%」くらいで見るといいでしょう。
つまり、75Wをアトマにかけようとすると、「93.75W」を、電池に求めます。

ふたつ目は、DDコンバータの特性。

DDコンバータは、いわゆる「インバータ動作」をします。
例えば、テクニカルMODが、DDコンバータに「40W」頂戴、とリクエストしたとき。
効率80%だとして、電池からは「50W」引っ張ろうとします。
電池の電圧が4.2Vだったら、「12A」引っ張ろうとします。

しかし、VTC4の負荷グラフを見るに。
batdis3
10Aの青の線に注目してください。
左端、いきなりグラフが「3.7V」くらいから始まっています。
10A引っ張ろうとすると、もともと「4.2V」だった電池電圧が、「3.7V」に落ちるのです。
するとDDコンバータは、やっぱり50W欲しいので。
電池に「13.5A」要求します。
そすると電池電圧がもちょっと下がって。
DDコンバータはもちょっと電流を要求して・・・。
を繰り返します。

グラフ中央部の、「なだらかな部分」で落ち着いた場合は、電池電圧と電流が、釣り合うところで、この攻防は終了し、50Wを出します。

しかしこの攻防が、グラフ右側の「急峻に落ちる部分」に引っかかってしまうと。
電池電圧が下がりすぎて、DDコンバーターは50W引っ張れる前に、「セルソフトカットオフ電圧」に当たり、「WEAK BATTERY」となるのです。

ちなみに、電池のレート表記は、あくまで新鮮な電池での理想的な状況でのお話です。
電池の内部抵抗は充電を繰り返すたびに上がっていくため、理想と現実は、ずれていきます。
まあこんな感じに。
batdis4

みっつ目は、「交流動作」。

テクニカルMODは、DDコンバータを使って電圧制御をしておりますが。
DDコンバータは、直流ではなく、パルス/交流的に電池から電流を引っ張ります。

例えばVo Chipの出力側の波形を見ますと。
batdis5
なんかピンピン立っています。
直流だと、1直線になるはずなのですが、DDコンバータがパルス的動作をする以上、バッテリーへの要求電流も、パルス的に要求されるのです。

電池の内部抵抗は、直流でも交流でも変わらない的な、直線的ではなく、「インピーダンス」、つまり、交流時は抵抗が上がる感じになります。
batdis6
これは、電解質の応答性や、円筒形電池の場合、ぐるぐる巻きにしてある「コイル成分」など、その辺が見えてるんじゃないかな、と思います。

内部抵抗に対して、交流的なインピーダンス成分が大きいと、パルスで電流を要求した場合、取り出せる電流量が減少します。

この「パルス」は、電池の「パルス放電」の放電レートではなく、もっとはるかに高い周波数でのお話です。
 *電池のパルス放電は、大体30秒とか、60秒とか放電の、値が記載されています。
 *ここでいうパルスは、例えば上のVO Chipのグラフの場合、770KHz、つまり約1.3マイクロ秒(us)、0.0000013秒毎にON/OFFを繰り返すような、そんな時間単位のお話です。

例えば、コイル成分が大きいと思われる、26650電池を、テクニカルMODで使った場合、表示されている放電レートが確保出来ない、そんなときは、この現象なのかなー、とか思ったり。

4つ目。
んじゃ例えば「20W」に設定してても、「WEAK BATTERY」出ちゃうよ?な時は。
テクニカルMODの設定に問題があるかも知れません。

最近のテクニカルMODは、煙を急峻に出すために「プリヒート機能」がついてたりします。

例えばDNA200、温度管理時での動作
batdis8
黄色いCH1が電圧、500mV/divなので、最大3Vプリヒートでかかっています。
水色のCH2が温度、50℃/div、今回9秒間の加熱で最大170度くらいまでいってます。
紫色、CH3が電流、 2A/div、12Aからスタートしています。

注目点は、黄色と紫色、それぞれ電圧と電流なのですが、パフ時(上部「T」位置」から、1秒間(グラフの横軸は、一升1秒です)、電圧、電流共にガツンと掛かっているのが分かると思います。

これが、プリヒートです。

プリヒートは、DNA系の場合、プロファイルで設定されています。
batdis7

例えば上記設定の場合、「電力」をいくら下げても、パフ後1秒間は「75W」掛かってしまいます。
もし電力を下げても、状況が改善しない場合は、プリヒート設定を疑って見て下さい。

以上、WEAK BATTERY、つまりテクニカルMODでの電池電圧低下現象に対する、考察でした。
テクニカルMODは、メカニカルMODと違い、「DDコンバータ」が入っている為、電池に対する要求や要件が複雑化します。
現在のところ、このへんを定量的にまとめたデータは、無いみたいです。
現状、利用者側から見ると、
・プリヒートや電力設定を調整して、WEAK BATTERY出ないようにする
・電池とっかえる

という消極的?な対応をせざるを得ないのかな、と思っています。

まあ、ご参考になれば。

以上です。

参考文献:
 トランジスタ技術:ポータブル機器用電源回路の設計
 横河電機:燃料電池/二次電池の評価方法
 ソニー:Lithium Ion Rechargeable Battery Technical Information (49922780 )

SX350Jの問題点:基板設計的観点から

こんにちは。

さて今回は。
ひっじょーーーーーーーーに気が乗らないのですが。
Vo Chipの基板評価をするにあたり。
YiHi SX350Jの基板設計的な問題点を、書いておかないと。
多分こんがらがっちゃうと思うので。
先にそっち、書いておきます。

SX350J基板とは、YiHi社の、コイツね。
blog1


注意:
 *あくまでも、オイラの私見です!。
 *そしてオイラはSX350j基板を持っていないので、あくまでWeb情報からの引用となります、ご了承下さい。 
 *SX350j基板を持ってもいないのに、使ってもいないのに、こんなん書くとは何事だ!、てのを。
  ちょっと我慢して見ていただくか、もう見ずにスルー頂けると、大変助かります。
 
さてキッカケは。
とある方のSX350j搭載MODが、なんか発煙しまして。
で、基板見たら、、、。
bloge
てなとこから、Twitter上でディスカッションが発生した、そんな経緯です。

まず、 何が問題なのか、解説していきます。

これが、SX350j基板の、DDC構成部です。
暫定的に「B面」としておきます。
blog2
SX350J基板は、DNAなどの基板と異なり、アトマや電池に接続するためのケーブルが、最初からくっついています。
この写真の、赤白黒の線ですね。

まずオイラが「大問題」だと指摘したのは、以下の部分です。
blog3
出てる3本の線のウチ、少なくとも「赤」「白」の線が、表面実装された部品の、ハンダ接続部から、直接出ています。
具体的には・・・
赤:右側の黒いIC(多分FET) の右側から
白:左のコンデンサから

これ、自動実装を含めた、量産工程での基板設計では、「絶対に避けなければいけない」 事象です。
表面実装部品は、 後述する工程で部品を実装しますが、まあ、「はんだこて」は使いません。
はんだこてによる実装と異なり、部品の下面にもキッチリハンダが乗るのですが、反面、使用するハンダが少なく、また密度も高いです。
これは往々にしてメリットなのですが、ここに後からはんだこてで部品を追加する場合、大問題です。
使用するハンダが少ないため、別の部品を後からはんだこてで追加した場合、表面張力でハンダが持ってかれちゃって、せっかく回ってた「下面にもキッチリハンダ」が、吸い上げられて不良を起こす可能性があります。

また、表面実装部品は、強度をこの「下面にもキッチリハンダ」で確保していること、また、そもそも基板に部品の足を貫通させず、表面の銅箔のみで部品を保持することから、構造的にそんな強くありません。

なので、表面実装された部品に、他の部品をつける際は、細心の注意が必要なのです。

ほんとどうしようもないとき、例えばパターンミスをしてハーネスを出したりすることがありますが。
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この際は、必要最低限の太さのハーネスを使い、なるべく部品や基板パターンに影響を与えないように、細心の注意を払って接続します。
上記例は試作基板(つーかソニーのスーファミ版プレステという非常に危ないヤツ)なのですが、量産基板でやらかすときは、更に「ボンディング」という、ハーネスを基板にボンドで固定したり、シールでハーネスを動かないように固定するのが、一般的です。

なので、SX350Jの、「表面実装部品に直接、外部接続用の、いかにもテンションがかかる、ぶっといワイヤーを接続する」やり口は、オイラは「大問題」だと思うのです。

んでもひとつ。

SX350JのB面には、目立つ部品が2つあります。
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・右上の銀色の円筒形状の物体 
・中央にあるなんか黒いのにコイルがぐるぐるってる物体

銀色の円筒形のは、「コンデンサ」、コイルぐるぐるのは、そのまんま「コイル」です。
この2つの部品は、「表面実装部品」ではなく、「DIP部品」、つまり本来は、基板を貫通させて、基板裏面からハンダ付けして固定する部品です。
が、、、こいつら、無理やり基板にはんだごて実装しております。
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このコト自体はまあ、、、あまりよかないのですが、、、。

致命的なのは、コンデンサ!。
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上でも書きましたが、「黒いICの足」から、直接はんだこて実装をしてしまっています。
「黒いICの足」は、「IC自体」「赤いハーネス」「コンデンサ」の3つの部品が集中しており、部品やパターンにかなり負担がかかってるんじゃないかなーーーーー、と思います。
更にはんだこて作業で2つの部品を追加マウントしているため、ハンダ工程自体に無理があり、かなりハンダをモリモリにしてるのが分かります。
もうね、、、ICの右隣にある部品(多分ダイオード)にかぶってるんじゃないかって勢いで。
これなんつーか、大変ゾワゾワします。

コイルの方は、画像を見る限り、変なことはしてないように見えますが、これはこれで問題を抱えています。
実は「コイル」は、出力可変なMOD基板を作るにあたり、必須な部品です。
コンデンサとコイルの共振を使って、電圧を上げ下げさせるのが一般的なので。

ただこのコイル、DIP品は、エナメル線がそのまま出ています。
エナメル線はちょっと引っ掻いただけで、銅線部を露出させてしまうリスクがあります。
で、コイルは電圧上下に使う部分なので、電圧・電流がそのまま掛かっています。
なので、裸の状態で攻め込みがちな大きさに押し込む的なMOD基板に、DIPコイルを採用するの、オイラは非常に怖いなと。

実際事故が多発したらしく、SX350J-v2では、コイルの一部に保護シリコンが掛けてありますが。
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それでもやっぱ危ないと思います。

で、コイルは。
もちろんDNAとかにも載っています、SX350JとDNAを並べてみますか。
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DNAの「なんか真四角の、グレーの、でっかい部品」が、コイルです。

これは表面実装型インダクタと呼ばれるもので、構造は以下な感じです。
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下の「ドラムコア型」が、DNAに採用されているコイルです。
SX350Jのコイルと同様、ぐるぐるまきにされた電線の真ん中をコアが通ってる構造になっているのが、分かると思います。

ちなみに「コンデンサ」も、DNAでは表面実装型に統一しています。
但し表面実装型コンデンサは容量を稼ぐのが難しいので、複数個使いで凌いでいます。
上記画像だと、基板右側のオレンジっぽい色の部品です。
 *オレンジ色ですが、タンタルではありません、積セラです(そっち系の方用補足)

では何故SX350Jは、全てを表面実装部品で構成せず、はんだづけが必要なDIP部品を使っているのか。
この辺ちょっと詳しく推察してみます。

そもそも「表面実装」と「DIP」は、はんだづけの工程が異なります。
実装ラインでは、「表面実装」は「リフロー」という方式、「DIP」は「フロー」という方式で、はんだづけを行います。
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まあ、表面実装品は、オーブンで焼いてはんだを溶かすイメージ、DIP品は、溶けたはんだにジャブっと基板を付けるイメージです。

んで、実装ライン。
おおまかに言って、実装ラインは以下のような並びで構成されています。
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表面実装品を部品実装する「マウント」工程には、実装機というものが使われます。
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実際の動作は、こんな感じ。

オイラが現役だったころよー使われてた、ロータリー方式の実装機の例:
 
マシンガンのようにガタガタいっておりますが、この「ガタ」一回で、一つの部品を実装しています。

ただこの機械、でっかいICや、それこそDNAで使われているような「でっかいコイル」の実装は出来ません。

そんな場面で使われるのが、モジュール式の汎用実装機。
こんなんね。
 
ロータリー式の実装機に比べると、いろんな大きさの部品に対応できるのですが、速度自体は遅いです。

もちろん混載可能な実装機も開発されとりますがまあ、それなりに高かったりします。
 

なので一般的には、細かい部品を実装する「高速実装機」と、でっかい部品を実装する「汎用・多機能実装機」の2台を使い、部品を実装していきます。
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オイラが知る一般的な実装工程を、俯瞰した動画がこちらです。


なんですが、、、ぶっちゃけ。
SX350Jを実装している実装屋さん、「ちょっと大きい部品まで使える高速実装機」だけで実装してるんじゃないかな?と思っています。
なので、非常に大きい「コイル」を実装できないのではないかと。
他の可能性として、表面実装品のコイルは、比較的高価です。
なので、安いDIP品を使っているのかな?とか。

実は日本で実装や製造設計を行う場合、なるべく機械実装にするように組んでいきます。
はんだづけの信頼性確保も重要ですが、何よりも「人件費」がヤバいからです。

しかし中国の人件費は、かなり格安なので。
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汎用・多機能実装機を使ったり、高価な表面実装部品を使うより、工員さんに手付けはんだやらせるほうが安く仕上がったりする例が、ままあります。
オイラも、とある製品設計で、中国生産時、「コネクタ実装するよりはんだのほうが安い」から、はんだづけ工程を導入したことがあります。

まあ、そもそも・・・。
SX350J基板は、基板シルクにもある通り、「SXMini」というMOD用の基板です。
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どーやらMODを製造している工場と、基板を実装している工場が違うらしく。
その中間部品として、「SX350J」基板が存在しています。
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*同じ工場内でMOD組み立てまで行う場合、このような包装はせず、基板をキャリアのまま運ぶのが一般的なので、違う工場で輸送しているのではないかな、と踏んでいます。

なのでそもそも、SX350J基板は、SXMini用にカスタマイズされとります。
基板をよく見ると、ボンドで補強されてたりしますが。
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*ワイヤー根元やコンデンサーなどに見える、「黒い物体」ね。
これ、SXMiniでの実装を前提に、単方向からのテンションに対応するように、盛られているように見えます。

SXMiniと同じ配線とりまわしや、筐体構造での条件下で、品質を担保できるように作られてる基板な印象があります。
これを他の構造のMODに入れた場合、オイラは非常に危なく感じるのです。

まあ、SX350Jの基板設計的な問題点は、こんな感じです。
オイラは数年前にこの業界から離れてるので、最新の状況は分かりませんが。
それでも、この基板設計が許容できるまで何かが進化しているとは、ちょっと思えません。

もちろん、今SX350J基板搭載のMODをお使いの方で、それが正常に動いている場合は、そのまま使っていただいて構わないと思います。
但し、例えば電池んとことかから基板の「裏」が見える構造のMODだったりする場合、くれぐれも「コイル」部分を傷つけないよう、注意して使用して下さいな。
また、ワイヤー取れるなどのトラブルが発生した基板を、安易に修理して使用するのは、ちょっと危険です。
部品や銅箔パターンに、ダメージがいっている可能性があるからです。
修理する際は、くれぐれも確認の上、行ってみて下さいな。
MODDERさんが、SX350J基板を使う場合、ユーザーに基板の部品面を触らせないようにすること、ハーネスにテンションをかけず、「出ている方向」を曲げるような設計を避けること、 組み込み時や運用時に特にコイルとハーネスハンダ部を傷つけたり、テンションを掛けたりする設計を避けることが必要だと思います。
ちなみにSX350J-v2基板も、SX350J基板と状況は変わりません。 

ごめん、なんか脅しみたいな記事になっちゃいましたが。
問題点を解説せず、ただ「この基板なってない!」とか書けないので・・・。

以上です。 
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