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。

電子タバコの仕組み

メカMODチャートの作成

こんにちは。

さて今回は。
メカMODで、オイタするときの注意点と。
まあ、まとめたチャートを、作ってみました。

こんなんね。

カレントチャート

まあ、解説していきますー。

さてそもそも。
元々、電子タバコをリビルドするとき・・・。
「0.3オーム以下のビルドなんて、死ぬ気?」とか。
言われています。

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んが。
まあ巷では、メカMOD用に、0.1オーム切るようなビルドをやらかしてたり、してますよね。
merebuild


この辺になると実は、「電池が放電する電流値」よりも、気にしなきゃならんとこ、あるのです。

それは、「MODの発熱」。

まあ、「MODの抵抗値」と言ってもいいでしょう。

そもそも、「MODによって強さが違う!」とか、MOD自体の抵抗値がMODによって違うから起きているのですが。
まあ、そんなお話です。

まず。
電池は、「取り出す電流由来」で爆発したりするのではなく。
「発熱」によって爆発します。

電池は内部抵抗を持っており、内部抵抗の発熱がヤバい=最大許容電流、となります。
モノが発熱なので、「連続放電」と「パルス放電」で、許容できる値が変わるのですね。
そのへんは、こちら:
 URL: http://ecig.eucaly.net/archives/12744477.html

で、もちろん、MODにも抵抗成分があります。
勿論数オームとかそういう単位ではありませんが、まあ少なく見積もっても0.02ohmくらいは抵抗成分を持っているみたいです。
もちろんMODの構造によっても、異なります。
そのへんは、こちら:
 URL: http://ecig.eucaly.net/archives/12615193.html

で。

電池+MOD+アトマイザーコイルは、「直列」に繋がっています。
なので、電流は変わらず、電圧がそれぞれの抵抗値によって変わってくる感じ。
例えば、電池+MODが0.1ohm、アトマイザーコイルが1ohmで、18650を1本使いのメカMODの場合。
全体は「4.2V」の電圧がかかり、それが「0.1+1ohm」、つまり「1.1ohm」の抵抗を受けて流れてる感じ。
なので電流は、オームの法則より、「I=V/R」、つまり「4.2 / 1.1」、まあ「3.8A」流れます。
電池+MODは0.1ohmなので、電圧的には「V=IR」から「V=3.8 x 0.1」、「0.38V」。
アトマイザーは1ohmなので、「V=3.8 x 1」、「3.8V」かかります。

発熱的には、電力「W」は「電圧x電流」なので。
電池+MODは「1.4W」、アトマイザーは「14.4W」になります。

・・・結構、実は、MODと電池で消費しちゃってたりするのです。

なので、ありがちな、こんなチャート。

bchart
結果的にウソになっちゃってるので、ご注意を。
1Ωんとこ、「4.2A」になってるけど、電池+MOD抵抗値が0.1Ω乗ってると、上記の様に「3.8A」になるので。
特に、低抵抗領域だと、このまま信じるのは危険です。

さて。

特に低抵抗領域に着目したのが、以下のチャートです。

カレントチャート

チャートY軸、左側が「電池+MODの抵抗値」。
チャートX軸、下側が「アトマイザーコイルの抵抗値」です。

チャートは3つあり。
上から、
「バッテリー放電電流」
「電池+MODの消費電力」
「アトマイザーコイルの消費電力=実際の出力」
になります。

電圧は4.2V、つまりリチウムイオン電池1本で計算しました。
負荷による電池電圧の低下は、電池の内部抵抗由来なので、除外してあります。

電池とMODの抵抗値ですが、大体以下な感じを想定

0.05 ohm : 新鮮な電池に、本気なMOD(銀コンタクト+厚めの銅ボディとか)
0.08 ohm : 普通のメカMOD (22mm径のステンMOD的な)
0.1ohm : ラフに使った場合 (端子の掃除サボったりね)
0.2ohm : 構造が複雑なメカMOD (テレスコだったり、スタビ巻きついててボディが薄いのとか)

電池は、みんなだいすきUS18650VTC4が、まあだいたい最大0.02ohmくらい。
へたってくると0.035ohmくらいになります。
電池+MOD抵抗値なので、電池の内部抵抗は加算されている状態、てイメージ。

危険領域として、電池放電が25A以上、電池+MOD発熱量が30W以上に、赤く色つけておきました。
また、「実際の出力」がかなりブレておりますが、これが「このMODが強い!」現象です。

まあオイラは、あんまデザインセンスないので、こんな感じで。
ご参考になれば!。

以上です。

FET概説、電子タバコMOD用に偏った感じの

こんにちは。

さて今回は。
たまにBOX MODなんかで使われてる。
「FET」につきまして。
かなり偏った感じに、書いていきたいと思います。

FETとは・・・
blog1
まあ、こんなんね。

さて。
BOX MODでは、まあこんな形の部品が、使われてるのを見たことがあるかも知れません。
blog2
こいつが、「FET」、役割は、電子タバコ的には、「大電流のスイッチ」です。
FET自体にも種類が色々ありますが、今回は、いわゆる「パワーMOSFET」のうち、大電流/低スレッショルド電圧のものについて書いていきます!。

実は電力管理などのテクニカルMODにも載っかっているのですが、こっちもまあ、単体では「大電流のスイッチ」を行わせています。
block3


例えばVO Chipの場合、上の「紫」「緑」のブロックに、各2コづつある、正方形っぽい黒いのが、FETです。

FETそのものに関しましては、昔記事を書きましたので、そちらを参照してみて下さいな
 記事:FET搭載のMODってどうだろう

今回は、「FET搭載のMODを作るために必要な知見」を、ざっくりとまとめていこうかと。

さて。

FETには、構造の違いによって、2種類があります。
「N-ch」と、「P-ch」です。

外見的には同じ3ピンですが、回路シンボルで表すと・・・
blogg
てな感じで、「矢印の方向」が違います。
これは、構造の違いによる、スイッチする電流方向の違いを表しています。
ちなみに回路図の「D G S」は。
それぞれ
 D : ドレイン (吸い込み、つまり引き込み側)
 G : ゲート (門、つまりスイッチ用の信号入力)
 S : ソース (源流、つまりまあ電池の+だの-だの)
 で、FETは、ざっくり言うと「ゲートで、ソースからの電気をドレインに出したり、ひっこめたりを制御する」素子です。

まあ、応用例で見てみますと、

N-chの場合:
blog3
・Gに電圧がかかると、OUTがONになる
 =Gに電圧がかからないと、OUTがOFFになる
 *上の図だとわかりづらいですが、OUTのとこの電圧は、FETがOFFだと「HIGH」に張り付き、RLに電流が流れないのです
・OUTの位置が、FETより上にある
 =繋ぎが、「バッテリー+(Vcc) - アトマイザ(RL) - FET - GND(なんか地面ぽいシンボル)」になっている

P-chの場合: 
blog4
・Gに電圧がかかると、OUTがOFFになる
 =Gに電圧がかからないと、OUTがONになる
・OUTの位置が、FETより下にある
 =繋ぎが、「バッテリー+(Vcc) - FET - アトマイザ(RL) - GND(なんか地面ぽいシンボル)」になっている

てな感じになります。

N-chとP-chの違いは、、、
・Gへの電圧の掛け方と、出力が反転する
・FETの挿入位置が違う

てことになります。

では、何故、「FETの挿入位置が違う」のか。
これ、事故の元になるので、ちょっと書き下していきます。

上に出したFETの回路シンボル、もちっと親切?なシンボルだと、以下な感じになります。
blog5
なんか、「D」と「S」の間に、記号が追加されています。
これは、FETの内部に構成されてる、「ダイオード」を表しています。
今回扱う「パワーMOSFET」には、この「ダイオード」が、必ずいます。

ではダイオードとは?。
こんなんです。
blog6
アノードからカソードには電流を流すけど、カソードからアノードへは電流を通さない、そんな一方通行の素子です。

改めてFETの回路シンボルを見てみますと
blog5
この回路シンボル、いくつか回路シンボルの外側に矢印がありますが。
このうち「ID」が、スイッチする電流が流れる方向になります。
Gに電圧が掛かったり、GがGNDに落ちたりすると、IDに電流が流れますよ、てことを表しています。
が、、、よく見ると、IDの矢印と、内部の「ダイオード」の矢印が、反転しています。
なので、「逆差しすると電流流れっぱなしになる!」、これを覚えておいて下さい。

また、GとSの間の矢印、これはFETがスイッチとして機能するための「電位差」を表しています。
Nchの場合、GよりSのほうが電圧高くないと、もしくは同じ電圧じゃないと、Pchの場合逆で、GよりSのほうが電圧低くないと、もしくは同じ電圧じゃないと、電流を流してしまいます。
なので、N-chの場合はSをマイナスに直結、P-chの場合はSをプラスに直結が必要になります。

つーわけで、まあ繋ぎはこうなるわけです
N-ch : バッテリ+ - アトマイザ - FET - バッテリ- 
 *この繋ぎを、スイッチ、つまりFETが、負荷、つまりアトマイザの下にいるので、「ローサイドスイッチ」といいます。
P-ch : バッテリ+ - FET - アトマイザ - バッテリ-
 *この繋ぎを、スイッチ、つまりFETが、負荷、つまりアトマイザの上にいるので、「ハイサイドスイッチ」といいます。

例えば、「シャーシ全体がGNDに落ちているBOXMOD」の場合、N-chだと、510ネガティブの部分を浮かせないとマズいのは、こんなワケです。
P-chを使う場合は、アトマイザとバッテリ-が直結できるので、510ネガティブをGNDに直結出来ます。
考え方を変えると、N-chを使う場合は、「シャーシ全体がバッテリ+になってるBOXMOD」の場合、510ネガティブ(掛かる電圧は+)を、シャーシに直結させることができます。

まあ、単純に+を切ることが出来ない、「N-ch FET」ですが。
特性がいいので、良く使われています。

例えば、電子タバコで良く使われるFET、「IRLB3034PbF」は。
blog8

データシート上、こんな感じ。
blogh
FETをスイッチとして動かす場合、「ON時のFET内の抵抗」 が気になる項目ですが。
データシート上、「RDS(ON)」がそれに当たります。
IRLB3034PBFの場合、最大「2.0mΩ」です。

比較的近しいシリーズの、P-ch FET 「IRF9204PbF」と比較してみましょう。
blog9

こいつね。

データシートはこんな感じ。
blogi
RDS(ON)は、最大「23mΩ」、桁が1つ上がっちゃってます。

これは、定格にも影響を与えており、
N-ch FET  : IRLB3024PbF : 40V 195A
P-ch FET : IRF9204PbF : 40V 74A

と、扱える電流に差がでます。
まあでも、電子タバコ的には、そもそも70Aも流さないので、どっちも使えます。
 *3.6V時、70A流そうとすると、0.05Ω以下の抵抗値なビルドになります
 *この場合、252W、アトマに電力がかかります
ただし、3並列のMOD等、 危ないの作る時は、このへん考慮が必要です。

では、「FETを並列にして流せる電流を稼ぐ!」ことができるか?。
これは、非常に危ないので絶対に止めて下さい!。
上記データシートの通り、FET ON時の内部抵抗には差があります。
この個体差により、並列にFETを使った場合、内部抵抗の低い方にガツンと電流が流れたりします。
まあFETが焼けますし、FET素子の破裂や、最悪ショートして燃えたりしますよ!。

次に、Gに掛ける電圧と電流。
これは、バッテリ+やGNDに対して、比較的大きい抵抗を介して接続することで、「スイッチOFF時のG電圧を、FETがOFF方向にもってく」のですが。
 *これを、「プルアップ抵抗」「プルダウン抵抗」といいます。
この抵抗値をどうするか?なお話です。
これはまあ、上記データシート「Gate to Source Leakage」を参照すれば算出できます。
今回提示した2品では、両方とも最高「100nA」。
んで、スレッショルド電圧は、IRLB3034PbFが最大2.5V、IRF9204PbFが最大3.0V、まあ3Vとしますか。
比較的ギリまで電池電圧使いたいので、3.05Vの電池電圧でも動かしたいとすると。
R=V・I なので、3.05/100n、3MΩ以下の抵抗を介して接続すれば、まあG制御は出来ますが。
これだと応答性が悪くなりすぎるので、一般的には電子タバコに「IRLB3034PbF」を使う場合は、「15KΩ」という値が使われています。
ただ、ざっくりした値なので、例えばE3系列で統一したければ、「10KΩ」「22KΩ」を使うのもアリだと思います。

次に、パッケージ。
パッケージとは、ICとかの「外観」のことです。
これは、いくつか規格があるのですが。
まあよー使われるのは、「TO-220」というパッケージです。
blog8
TO-220の場合、下に3本GDSと出ていますが、FETの裏面、及び上部が、「放熱」の役割を果たす感じになっています。
FET上部の「穴」は、熱を逃がす為に、ヒートシンクや、ケースに固定する役割のものです。
但し!、FETの裏面、上部は金属ですが、ここ、内部的には「D」に繋がっています。
Dは、FETの「電気をスイッチする側」です。
なので、シャーシをソースと共有する形態にする場合は、ここきちんと絶縁が必要です!。

小型化を狙うのであれば、表面実装型のFET、という選択肢もあります。
例えば、「SO-8」という、8ピンのFETなどが一般的です。
blogc

こいつ8ピンありますが、実は「電流を稼ぐため」に、Dに4ピン、Sが3ピン使ってたりします。
blogd

HIKARUMODでも使いましたが、、、
bloge2
 *真ん中の四角いのがFETです

FET部の回路は、こんな感じに繋がっています。
blogf
 *本来であれば、下面にDが伸びていて、放熱用に接続が必要なのですが、HIKARUMODではパルス駆動なので、さっくり無視しています、だって手付けじゃはんだ付け難しいし。

さて最後に。
FETを使ったBOXMODの例を、2つほど。

一つは、良く出回ってる、N-ch FETを使うこいつ。
bloga

シャーシがGNDに落ちている構造のMODに応用する場合は、P-ch FETを使う必要があります。
書き直してみると、こんな感じになります。
blogb
 *但し、ここで提示している「IRF9204PbF」は、定格74Aなので、この構成だと、最低対応抵抗値「0.05Ω以上」になります。

また、N-ch FETのまま、ケースを+に直結する場合は、こんな感じになります。
blogj
いずれの場合も、絶縁をしっかり取って、あと放熱性等も考慮して下さいな。
なお、いずれの場合も、「電池の逆挿し」には対応出来ません、FETがショートします。


まあ、こんな感じです。
ちなみにFETや半導体は、ニセモノが少なからず流通しています。
日本の場合、電子部品の専門店、例えば「秋月電子通商」や「共立エレショップ」、「マルツオンライン」などであれば、まあだいたい正しいFETが手に入るので、個人的には電子部品の専門店での入手をお勧めしますよ!。
よりきちんと入手したい場合は、「RSコンポーネンツ」や「Mouser」などもありますが、こっちはちと専門性が高い感じです。
Amazonやアリババ、Fasttechからの入手は、あまりお勧めしませんよ!。

以上です。

参考文献:
 ・MOS FETによるスイッチングの基礎 | マルツオンライン 
 ・NchパワーMOSFET(40V195A) IRLB3034PBF: 半導体 秋月電子通商

リチウムイオン電池の、充電について

こんにちは。

さて今回は。
ベイプビギナー」というBlogをやっている、Takさんという芸人方から。
高機能バッテリーチャージャーをリチウムイオン電池で使う場合の注意点とか教えて!、ときたので。
まあそれならBlogに書いちゃいましょう、てことで。
記事にしてしまいます。

例えばラジコン用とかの、こんな超かっこいいチャージャーね。
batcd
一般的な電子タバコ屋さんでは、「使えない」ことになってますが。
まあ対応はしています。
ですが、、、使いこなすには、リチウムイオン電池に関する知識や、注意が必要ですよ、と。
このへん、ざっとまとめてみます。

さて。

まずリチウムイオン電池のおさらい。
リチウムイオン電池は、大容量で高電流が取り出せ、放電時に電圧の変化が少ない場所がある、というステキな特性を持っています。
batc2
まあでも、取り扱いを間違えると、爆発などの可能性があります。
詳しくはこちら、ね。

この、「充放電時に電圧の変化が少ない場所がある」こと。
これは放電時にはメリットであり、充電時には注意が必要なところになります。
放電時のメリットは、、、例えばメカニカルMOD!。
リニアに4.2Vから2.5Vまで電圧が落ちるような特性の場合、容量の減少に従い、ガンガン電圧が下がるので。
パフ毎に弱々しくなっていく、なんというか使いづらい状態になっちゃいます。
メカニカルMODで安定してパフできるの、このリチウムイオン電池の特性で、実現出来てるのです。

逆に、充電時の注意とは・・・。
上のグラフでは、最大電圧は「4.2V」近辺ですが。
「3.6V」近辺の滞在時間が長い為、4.2Vをずっと掛けてしまうと、4.2Vに達するまで、ガンガン電流を吸い込んでしまいます。
例えばクルマのバッテリーに使われる鉛畜電池の場合、クルマのエンジン掛かってる時は13.5Vくらいがずっと掛かりますが、鉛畜電池はこんな運用でも安全です。
しかしリチウムイオン電池でこれやらかすと、電流吸い込みまくって、結構簡単に発煙発火します。

なので、リチウムイオン電池では、「CC-CV (constant-current - constant voltage) 充電」という方式が採られます。
これは日本語で言うと、「定電流-定電圧充電」。
一定電圧まで定電流で充電して、一定電圧以上は定電圧で充電しますよん、という方式です。

グラフにするとこんな感じ。
batc1
充電時間「3.2時間」くらいが、定電流と定電圧の切り替わりどころです。
なんでこんな充電にするのか、それは先に出した「充放電特性」のグラフをひっくりかえして並べると、分かりやすいです。
batc1

batc3

うん・・・。
電圧の変化が少ない所を定電流充電でやり過ごし、電圧が急激に上昇するタイミングで、最大電圧を掛けて辻褄をあわせるのですね。

さて、「定電流」と「定電圧」。
それぞれ、どれくらいの値をかければいいのでしょうか?。

パックになっているリチウムイオン電池の場合、「C」という単位が使われます。
1Cとは、ちょうど1時間で取り出せる電流量のことです。
batc4
例えばこの電池、「1300mAh」なので。
1C = 1300mA です。
左上に「35C」と書いてありますが。
放電時、最大35倍の電流量を取り出せますよ、という印。
この電池の場合、最大「1300x35 = 45.5A 」まで出力できます、てことです。

で、充電時ですが。
先人たちの経験則的に、定電流時、「1C最大」、「0.5C推奨」と言われています。

勿論電池のデータシートには、定電流時の推奨電流が記載されています。

例えばUS18650VTC4:
batc5


日立マクセルのリポ:
batc6

US18650VTC4の場合、低温領域を除き、乱暴な言い方すると、「最大2C、推奨1C」です。
日立マクセルのリポの場合、「最大1C」で既定されています。
推奨電流以下で充電する場合、充電時間が伸びるデメリットがありますが、寿命に対するインパクトがあるかどうか確認できる資料は見つけられませんでした。
なので、定電流充電時、まあ推奨電流までは掛けてOK、掛けなくてもいいけど充電時間伸びるよ、くらいの理解でいいかと思います。

但し!。
リチウムイオン電池には、温度指定があります。
例えばUS18650VTC4の場合、0度以下、60度以上での充放電は禁止です。
また、0度以上10度以下の場合、充放電電流に制限があります。
本来、温度保護機構が組電池には必要なのですが、単電池にはそんなもんついてません。
電子タバコの場合、充電中も、放電中も、 温度管理はユーザーの責任です。
 *一部テクニカルMOD用基板には温度測定機能がついているものもありますが、MODの構造次第では、電池の温度を把握できないので、過信は禁物です。
 *高温時はともかく、低温時はほら、、、スキー場とかでデジカメの電池をポッケに入れてあっためとくといい、とか聞きませんか?、アレです。

高機能充電器の場合、
・終止電圧確認
・充電モード
・定電流充電時電流設定
・定電流-定電圧閾値設定
・定電圧充電時電圧設定 (最大電圧)
・温度設定
・トリクル充電設定
・バランス設定
などがあるかと思います。

このへんは、出来れば電池のデータシートを見ながら、設定することをお勧めします。

が、、、一応、オイラが18650シングル電池に対して、汎用的に設定するなら、こんな感じにやらかすと思います。

・終止電圧確認
 2.6V
・充電モード
 CC-CV
・定電流充電時電流設定
 2500mAh以上の電池の場合:1A
 1000mAh以上の電池の場合:0.5A
 1000mAh以下の電池の場合:0.2A
・定電流-定電圧閾値設定
 自動
・定電圧充電時電圧設定 (最大電圧)
 4.19 V
・温度設定
 10 - 50 度
・トリクル充電設定
 実行しない
・バランス設定
 シングル

但し保証はしません!。

さて、では・・・。
テクニカルMODで、USB充電ができるもの、これちゃんと守っているのでしょうか?。

例えばDNA40のUSBボード、とかね。
batc7

実はこの面倒くさいリチウムイオン充電池制御、ちゃんと制御できるICが開発されています。
例えばマイクロチップの、こんなヤツ。
batc8
こいつみたいなのを適正に使用すれば、リチウムイオン電池に正しく充電することが可能です。
良く見たら、、、DNAのUSBボードにも、同じようなICが載っていますよね。

ICの動作モードは、こんな感じ。
batc9

それぞれ、以下のグラフに対応しています。
batc2
予備充電モード:終止電圧近辺、もしくは終止電圧を割ってしまっている電池を復活させるモード
高速充電モード:「電圧の変化が小さい」区間の定電流充電
定電圧モード:「充電末期」区間の定電圧充電
充電完了モード:おしまい

このIC、組み込み機器への対応として。
予備充電モードがあります。
リチウムイオン電池搭載の機器を放置して、かなり放電してしまっている時にも。
予備充電モードで、復活を図れるように設計されています。
んが、リチウムイオン電池の寿命を縮めますし、何よりきちんと設計しないと爆発等の危険がありますので。
電子タバコに使う電池は、使いきらないように注意しましょう。

まあ、このICを使った時、充電電流、電圧は、こんな感じになります。
batca
ちゃんとCC-CVされてるのが分かるかと思います。

MODの中には、充電制御専用ICだけではなく、CPU側でも充電制御を行うものもあります。
代表的なのがEvolvのDNA200/DNA75。
こいつらはeScribe上で、バッテリープロファイルを設定できます。
batcc

まあMODを使う上で、ステキ設定ができるのが。
「充電モード」です。
リチウムイオン電池は、CV領域まで充電して放置とかやらかすと、電池寿命に影響があります。
なので、頻繁に使わない場合は、「CC領域」に充電量を減らしてやると、長持ちします。

例えばVTC4の場合:
batcb
とか書いてあったりします。
SOCとは「State of Charge」、充電容量(のデルタ値)ね。

電子タバコ屋さんでリチウムイオン電池買った時、「最大容量まで充電されてない!」とかあったりしますが。
これは、そういうことなのです。
 *逆に、最大容量まで充電されている電池を電子タバコ屋さんで入手した場合、それ「いつ」充電したか、
  確認したほうがいいかもです、数週間単位で時間が開いている場合、電池寿命に影響でるかも?。

以上、リチウムイオン電池の充電に関するお話、でした。
ご参考になれば!。

参考文献:
 ・ベイサン リチウムイオン電池の話
 ・KK HOBBY
 ・SONY KU21978 Ver 1.0 

テクニカルMODの、USBによる充電について

こんにちは。

さて今回は。
テクニカルMODのUSBによる充電につきまして、グループ「HOWIT」で検討したので。
その内容をBlogに転記します。

DSC02517

さて。

テクニカルMODのUSB充電ですが。「あんま好ましくない」と言われています。
挙句、高級テクニカルMODでは、往々にしてUSB端子が無かったりします。
なんで好ましくないのか、検討してみました。

検討内容ですが・・・。

まず基本機能として:
・CCCV充電
・過充電防止機構
・高効率
は、前提としましょうか、それが無ければそもそも充電器として成立しませんし。

評価ポイントは:
・CC(定電流充電)時の充電電流
 充電電流が多い場合、バッテリー発熱などの原因となります。
 が、バッテリーの定格以内での充電電流印加は、純粋に充電時間の短縮、及び推奨充電電流近辺での充電は、バッテリー寿命向上につながります
・USB接続時パフ時の挙動
 充電がとまらないパターン、パフできないパターン、充電をとめ、パフするパターンが考えられます。
 充電がとまらないパターンは、最悪USB側の素子に影響を与えると思いますが、その理論検証

てな感じでいってみましょうか。

まあ早速検討。

犠牲者は、以下の5つです。
DSC02503

 DNA40 HCIGARのDNA機
EVIC-VTC svapiamoのBF機
eleaf pico
DNA75 自作BF機
XTAR VC2
いずれもMicroUSBで充電するタイプ。
XTARは、ガチな充電器です。

測定環境は、こんな感じ。
DSC02521

使用するUSB ACアダプタは、nVidia Sield Tabletの付属品を使用。
DSC02523

USB電流チェッカーは、センチュリーのCT-USB-PWです。
DSC02520

使用電池はUS18650VTC3。
こんな充電具合の、CC充電突入する感じのヤツです。
DSC02504


では早速。

HCIGAR DNA40。
DSC02506
DNA40機は、USB充電が別基板のため、赤いLEDはつきますが、OELDにはなにもでません。

結果。
DSC02507

さくさくいきましょう。

Evic VTC。
DSC02512

結果
DSC02514

iStick PICO
DSC02515

結果
DSC02516

DNA75
DSC02517

結果
DSC02518

XTAR VC2
DSC02501

結果
DSC02505

まとめますと。

DNA40 0.61A
Evic-VTC 0.84A
iStick PICO 0.88A
DNA75 0.78A
VC2 0.54A

となります。

これの電力を、電池充電、つまり3.6V換算すると・・・。

DNA40 0.85A
Evic-VTC 1.17A
iStick PICO 1.2A
DNA75 1.1A
VC2 0.75A

となります。
専用充電器であるVC2よりも、どれも電流が出ている事がわかります。
これ問題なのでしょうか?。

手元にあるUS18650VTC4のデータシートによると・・・。
13558663_1071498479595138_2696216544647235502_o
推奨充電電流は、低温領域で1A、ほか2Aです。
実は、2Aに近いMODのほうが、推奨条件に近く、バッテリーには優しい、のかも知れません。

次の評価、パフ時の挙動ですが。
DNA75だけ、違いました。
DSC02517

パフ時は電流が流れません。
DSC02520

他のMODも、充電中にパフできますが、充電電流は流れっぱなしでした。
しかし、特にUSB側に電流を引き込む動作は見られませんでした、充電時の電流そのままです。
定電流充電モードなので、充電電流分はアトマに流れ、不足分はキャパシタ的にバッテリーが働き、電流が流れるものだと推察できます。
しかし、ワーク時となるため、見かけ上のバッテリー電圧が下がり、充電動作に不都合な影響を与えるかも、な気がします。
そして結構電流を流すので、電池や基板が発熱します。
充電は冷暗所で行ったほうがよろしいかと。

さて最後に、DNA40。
こいつは本体基板とUSB基板が、独立しています。
DSC02524

ここの電線の太さですが、測定より1A程度流れるため、倍を見て2A連続以上に耐えられる電線を使うのがいいと思います。
先日のこの資料より・・・。
wire06
AWG24以上かな。

さてまとめ。
・テクニカルMODのUSB充電機能は、使える
・但し、 冷暗所で充電すること
・DNA40の場合、USB基板の配線が、AWG24以上(以下)であることを確認して使うこと
・充電中のパフは避けること
・1A弱電流引っ張るので、1A以上対応のUSB ACアダプタを使用すること
 *PCやゲーム機には接続しないこと!
な感じです。

実際テクニカルMODは、構造上電池交換がしづらいものも多く、電池取付取り外し時のトラブル、例えば電池皮膜にダメージだの、電池端子壊すだのと、USB充電のリスクを天秤に掛けた場合、まあオイラはUSB充電取るかな、な感じです。

以上、分析でした。

まあこんな話題、FBグループ「HOWIT」でやってます。
ある程度議論がまとまったら、こんな感じで記事にしてみることもまた、楽しいかなと思っています。
ご興味がお有りなら、是非ご参加、そして書き込みをしてみてください!。

以上です。 

テクニカルMODの、出力上限について

こんにちは。

さて今回は。
最近よーでてきた、出力の大きいテクニカルMODの出力上限について。 
割りと質問受けますので、まとめてみたいと思います。

こんなのね。
amp3

さてまず基本的なところから。
巷でよーいわれてる、「VW MOD」、つまり電力調整型のMODですが。
回路構成上、実は電力調整をしているわけではありません。
現状ほぼ全てのMODが、電圧を調整することで出力を調整しています。
オイラが前作ったパワートランジスタベースのアナログシンセに繋ぐMODや、まあ無いですが真空管を使うMODなんかは、「電流調整」MODです。

まあ、電力は、「電圧x電流」です。
電圧と電流とは・・・。

まあ電気を、川だとしますと。
amp5
 
川の「太さ」が「電流」、川の流れの速さが「電圧」です。
水の流れる量を測る時、川の太さと、川の流れの速さを掛けあわせれば、出ますよね。
これが、電力にあたります。

途中にダムを作り、川の太さを細めて、川の速さを増す構造のが電圧調整、川の太さを弄るのが電流調整です。
いわゆる過電流だと、川の太さ以上に水が流れて溢れ、洪水となります。
電気的には、回路の発熱や焼損事例です。
過電圧だと、川の護岸が壊れ、これまた洪水となります。
電気的には、絶縁破壊事例です。

電気回路には全て、「最大電圧」「最大電流」が存在するのは、そんなワケです。
テクニカルMODの基板は、電圧調整型なので、最大電圧が良く語られますが。
もちろん、「最大電流」も存在します。

出回ってる基板ベースで、それぞれの基板の素性を並べてみましょう。
amp4
 着目点は、「電圧」と「電流」です。

抵抗値を0.05オームから1.5オームまで、電圧を1-10Vかけたときの、電力、及び電流をプロットしてみました。

まずは電力から
amp1

グラフの線の一番左が0.05オーム、3Vかけただけで、200Wに到達しています。
グラフの線の一番右が1.5オーム、10Vかけても70Wくらいしか出ていません。

次に電流
amp2
グラフ線一番左、0.05オームの場合、1Vで20A強、2Vで40A以上流れています。
グラフ線一番右、1.5オームの場合、10Vで8A弱しか流れていません。

つまり、同じ電力を掛けたい場合:
低抵抗だと、高電流が必要、電圧は必要ない
高抵抗だと、高電圧が必要、電流は必要ない
ことになります。

ここでもいちど、各基板の素性を見てみましょう。
amp4

まず電流に着目。
DNA75 : 30A
DNA200 : 50A
DNA40 : 16A
SX350J-V2 : 40A
dicodes no6 : 20A
RX200 : 30A ( フォーラムより、予測値 )
です。
それぞれの最大出力電力から、最大出力時の最低抵抗値が分かります。
W = V x I
V = R x I
W = I x I x R
R = W ÷ I ÷ I

よって:
DNA75 : 0.08 ohm
DNA200 : 0.08 ohm
DNA40 : 0.156 ohm
SX350J-V2 : 0.046 ohm
dicodes no6 : 0.15 ohm
RX200 : 0.27 ohm
これ以下の抵抗値の場合、最大電流にあたり、最大出力を出せない可能性があります。

次に電圧に着目:
それぞれの最大出力電圧から、最大出力時の最大抵抗値が分かります。
DNA75 : 6.2V
DNA200 : 9.0V
DNA40 : 9.0V
SX350J-V2 : 9.5V
dicodes no6 : 12V
RX200 : 9V
W = V x I
I = V ÷ R
W = V x V ÷ R
R = V x V ÷ W

よって:
DNA75 : 0.51 ohm
DNA200 : 0.4 ohm
DNA40 :  2.0 ohm
SX350J-V2 : 1.2 ohm
dicodes no6 : 2.4 ohm
RX200 : 0.324 ohm

まとめると:
各基板が最大出力で遊べる抵抗値範囲は:
DNA75 : 0.08 ohm ~ 0.51 ohm
DNA200 : 0.08 ohm ~ 0.4 ohm
DNA40 :  0.156 ohm ~ 2.0 ohm
SX350J-V2 : 0.046 ohm ~ 1.2 ohm
dicodes no6 : 0.15 ohm ~ 2.4 ohm
RX200 : 0.27 ohm ~ 0.324 ohm
 *RX200のみ、最低抵抗はフォーラムからの予測値です
 *もし仮に最大出力電流が50Aの場合、RX200は「0.1 ohm ~ 0.324 ohm」です。

となります。
こうみると
・DNAシリーズは低抵抗にシフトしていること
・高抵抗で遊ぶには、最適となる基板が変わってくる気がすること 
が、見えてくる気がします。

余談ではありますが、DNA75/200は、他の基板に比べ、最低出力電圧が低いので、低抵抗時の電力制御に優れています。
1W掛けられる最低抵抗値
DNA75 : 0.04 ohm
DNA200 : 0.25 ohm
SX350J-V2 : 1 ohm

まとめてみると、基板ゴトに結構違いがでて、ちょっとびっくりな感じです。
皆様の基板選定の一助になれば、幸いです。

以上です。
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