ヤマガタンver9 > DC-DC＞エコプラス製USB充電用電池BOX

100円ショップ「シルク」でUSBコネクタ出力型の電池ボックスを扱い始めたという情報があり探していたが、たまたま出かけた福島市内の店舗で見つけた。

別項で紹介したシガープラグ型のUSB充電器「USBポート付DC充電器」でお馴染み？の「エコプラス」製で、型番はEP-024CHA。

とりあえず3台買ってきました。

USBコネクタ出力なので充電用ケーブルが別であり、電池も別売であるものの、コンビニあたりで1000円前後で売られているケーブル付きの商品と同等である事から非常にありがたい。


大きさは33mm×78mm×19mmで長方形の箱型のスタイル。
電池ボックスは価格の割にはしっかりした作りです。
(TOPLAND縦型の電池交換タイプの電池部分のヤワさとは比較にならない程しっかりしています。)

以前から内部の構造が気になっていたので早速開けてみました。

長さ方向は、電池ボックス部分を除くとUSBコネクタの長さ分程度しかなく、この狭い部分にどうやって回路を納めているのだろうと思ったが、リード付きの部品は昇圧用コイルとダイオード，出力側の平滑用電解コンデンサだけ。
メインとなるICは基板の裏側に表面実装されている。

ICの型番は「8530」だろうか？パッケージはSOT89というのか、放熱端子付きの3ピンタイプ。
周辺の接続はHOLTEKの昇圧用IC HT7750と同様で、固定出力電圧のICのよう。


驚いたのがDATA+,DATA-端子に電圧を供給する分圧回路が付いていること。
携帯電話の充電にはDATA端子の電圧は無関係なのだが・・・一部の機器(ipodなど)はDATA端子に電圧がかかっていないと充電開始されないらしい。

基板の部品面のアップです。

基板ハンダ面のアップです。
(ピンボケですいません。)

U1が昇圧用IC。

F2はヒューズではないかと思うのですが、なぜか部品面のジャンパ線でショート(F1のシルクの位置)されてます。


RP1〜RP4のチップ抵抗がDATA+,DATA-端子の電圧を生成している回路です。

昇圧ICの捺印です。(カメラのレンズサイズが小さい携帯電話にセリアの「ミニマイクロレンズ」(約15倍)を使用して撮影)

このロゴ、初めてみました。
メーカーわかりません。
「8530」で検索かけてもそれらしいデータシートが引っかかりません。


＜09/22追加＞
改めて検索してみたら・・・なんか2chのスレが引っかかりました。メーカーサイト見つけた方がおられるようで・・・

型番はBL8530との事。

改めてこの型番で検索し直すと・・・こちらのサイトが製造元のようです。捺印のロゴも一致？
http://www.belling.com.cn/article.htm1?id=3346
http://www.belling.com.cn/col191/col193/article.htm1?id=3502
(いずれのページのデータシートも中国語サポート入れないと表示不可です。
→下記が英文ページなのですが・・・ここのデータシートも中国語サポート入れないと表示不可って・・・オイオイ。)
ReferenceとしてXC6371A，XC6372Aとあります。この互換品という事でしょうか。
→下記サイトにありました。(国内ですが初めて知る半導体メーカーです。)
http://www.torex.co.jp/japanese/products/pro03/index.php
＜追加終了＞

＜'10/03/06追加＞
捺印の2行目の頭2桁が電圧のオプションらしいです。
写真のものは50なので、5.0Vとなります。
＜追加終了＞

回路です。

HOLTEKのHT7750の周辺回路と同等です。

ICのピン名はHOLTEKのHT7750相当で記述してありますが、データシートが無いので正式なものではありません。

F2は本当にヒューズなのかは不明。

＜9/30＞図面差し替えました。
データシートに基づき
・ICの型番、電圧オプションの指定追加。(赤字の部分)
・ICの端子名修正

なお、図に示すようにヒューズ？がショートしてある事から、出力ショート保護が効かない事になります。
特にNiMH電池時は注意が必要です。

＜'10/3/27補足＞
図中、BL8530の捺印イメージの2行目ですが、
先頭より3文字は”501”が正当のようです。
(用は型番の末尾にあるオプション指定の"501"のようです。・・・頭2文字が電圧と覚えておくと良いようです。)
＜補足おわり＞

EP-024CHAの特性を測定してみたので結果を下記に整理してみた。

1.単体特性

　測定方法
　　・電源
　　　自作電源で6Vを出力し、2次レギュレータ(LM317を使用)にて3V台に落として供給。
　　・負荷
　　　自作電子負荷(定電流)をUSBコネクタに接続
　　・電圧測定
　　　電源側,出力側ともDC-DC基板に直接接続()
　　・電源電流
　　　2次レギュレータ〜DC-DC基板間に0.1Ωの電流検出抵抗を接続し、両端の電圧を測定し電流に換算。
　　・出力電流
　　　電子負荷内の電流検出抵抗(0.1Ω)の両端の電圧を測定し電流に換算。



1-1.出力電流特性
　出力電圧4.5Vまでの低下を許容するとして・・・
　・電源電圧3Vでは最大350mA程度
　・電源電圧2.4V(NiMH2本相当)では最大200mA程度
　　(グラフが2本にわかれているが、電源電圧の低下により出力が維持できなくなった為。350mA負荷時点で2.1V程度まで低下した電源電圧を2.4Vに上げなおした。)
　・電源電圧3.6V(NiMH3本相当)では最大500mA可。

　このように出力電流は電源電圧に大きく依存する。
　電流が必要な機器に使用する場合は、電圧の低いNiMH電池使用は向かないようだ。
　・現実的にはアルカリ電池がコストパフォーマンス的にお勧め。
　・NiMH電池3本なら大幅に改善するが改造要
　・未改造で大電流を得るには、電圧が高いオキシライド電池という選択肢もあるがコストパフォーマンス的にNGでは?


1-2.出力電流-出力電圧特性
　・電源電圧3V時、100mA負荷時をピークに徐々に低下
　　350mAで出力電圧は4.5V,450mAで4.0Vとなる。
　・出力電圧2.4V時、50mA負荷時をピークに徐々に低下し、電源3V時より低下が急。
　　200mAで4.4V,250mAで4.1Vで、それ以上負荷を増加すると電源電圧低下に伴い急激に電圧が低下。電源電圧再調整で350mAで4V。
　・電源電圧3.6V時、100mA負荷時をピークに徐々に低下するが、電源3V時より低下が少ない。
　　500mA負荷でも4.6V出力可能。


1-3.変換効率
　・電源電圧3Vでは、80%程度で、出力電流増加に伴い60%程度まで低下。
　・電源電圧2.4Vでは、3V時と比較すると出力電流増加に伴う効率低下が著しい。
　・電源電圧3.6Vでは、出力500mAでも80%近くの効率であり、低電流時の効率も良い。
　　回路の損失や扱える電流の関係から、変換効率が電源電圧で大きく左右される事が如実に現れる結果となった。


1-4.出力電流-入力電流特性
　電池寿命を算出する上での参考用にグラフ化した。
　DC-DCの原理通り、電源電圧が高い程電源電流は少なくて済み、電源電圧が低くなるとと電源電流も大きくなる。

　電池寿命算出例)
　　NiMH電池2本使用(2.4V)で出力電流を200mA得ようとした時、電源電流が約500mA。
　　電池容量が2000mAhだとすると、2000mAh/500mA=4h


1-5.無負荷電流(グラフにはない)
　500uA程度と少ない。数日程度の期間であれば、電池を入れたままでも電池の消耗がさほど気にならないものと思われる。
(500uA×24h/日×3日=36mAhで、2000mAhの電池容量に対し2%程)

2.他機種との比較
　以前測定したTOPLAND(PDC用縦型),CenturyのAPPORON Iの測定結果と比較してみた。
　(TOPLANDは横型も以前測定しているが今回はグラフ無し)

2-1.結果まとめ
　・出力電圧が低いものの、出力電流、レギュレーション,変換効率の面でTOPLAND製が最も良好。(グラフにはしていないがTOPLANDの横型はさらに特性が向上している事を確認済。)
　・APPORON Iが最も悪いが、設計が古くスイッチング素子がBipTrを使用,制御回路もTrの組み合わせによるものなので致し方ない。(後継のAPPORON II以降の商品は手持ちがなく未確認)
　・EP-024CHAはその中間といったところ。変換効率もTOPLAND製と互角。「100円商品」というハンデを考えれば非常に健闘している。


　以下は全て電源電圧3V時。
　(電圧が低い場合,出力電流を大きく取ろうとした場合は性能差が顕著に現れるようだ。)

注)測定時期の関係で測定方法に差があるので、その差が若干含まれる。
　TOPLAND,APPORONは簡易測定。今回測定のEP-024CHAはやや厳密な測定方法である。
　・電源電圧は前者は初期電圧の確認のみだが、EP-024CHA測定時は条件毎に測定。
　・電源電流は前者は自作電源内蔵の計器(DPM)での測定値(3Vに落とす2次レギュレータ(LM317使用)及び同じ電源から得ている自作電子負荷の消費電流分を減じて使用)だが、EP-024CHA測定時は別計器での測定(DC-DC入力側電流を0.1Ωの電流検出抵抗を使用しDPMで測定)。

2-2.出力電流-出力電圧特性
　TOPLAND 縦型は、無負荷電圧が低いものの、大電流を流しても電圧降下が少なく、400mA超では他機種と逆転する程、電圧を維持。
　EP-024CHAは、無負荷電圧が5Vに最も近い。
　APPORON Iは、無負荷電圧が高いが、電流増加に伴う電圧降下が最も大きい。

2-2.変換効率
　TOPLAND 縦型は、80%前後。
　EP-024CHAは、低電流時は80%前後だが、電流が増加するにつれ効率が低下。
　APPORON Iは、低電流時が70%程度,大電流では50%程度まで低下し、やはり設計の古さが目立つ。

2-3.出力電流-電源電流特性
　変換効率のカーブとの関係もあり、特にAPPORON Iは大電流域で電流の増加分が大きくなっている。

「USB負荷」としても荷が重い、PSPの充電を試みています。

テストに使用したのはPSP-2000です。(1000ではもっと厳しい結果になりそうです。)
充電用のケーブルはセリアで購入した「PSP専用USB充電ケーブル」(このケーブル、汎用のEIAJ DCプラグなので、デジカメ等で電圧5Vで同じコネクタが使用された機器なら流用出来そう。)

注)USBポートからの充電ではなく電源アダプタ端子での充電である事に注意。(PSPのUSBポートからの充電はパソコン等で正しく「USB機器」である事が認識されないと充電されないそう。)


2時間位WEBブラウズして、電池マークが1本減ったところでテスト。
使用した電池は若干へたった2200mAhのNiMH電池。(しかも充電直後ではない。)

結果・・・
・PSPが電源ONでは充電不可。
(USB出力電圧を測定すると5Vの電圧が数秒毎に3V位まで低下するのが見られ、充電しようとしているが電流流すと電圧が下がり過ぎるので充電を止めてしまう、そんな動作が繰り返される模様。)

・PSP電源OFFでなんとかPSP充電ランプが点灯(橙)
　ただし、無負荷では約5VあったUSB出力の電圧が4.7V程まで低下している。(ちなみにこの時のNiMH電池の電圧は2.16V程)
・・・先に書き込んだ負荷特性グラフからすると電流は200mAまで流れているかどうか、といった所。

　PSPの充電電流は、電圧が下がると急激に低下する特性がある(「気の迷い」様サイト「ECO POWER USB の製作」の記事参照)事から、純正のアダプタ使用時と比べると充電時間が相当延びそう。
　PSP-2000の充電電流は5V電源時最大700mA位流れるようですが、電流が200mAに抑えられてしまうと充電時間が6時間位になりそうです。

　という訳で、PSPの充電はやはり厳しいようです。
(もしかするとアルカリ電池のほうが結果がいいかも。)

このコンバータの出力電流だが、0.7A出力出来ると勘違いされている方がいるようです。
おそらくデータシートの「Lx pin output current 0.7A」という値を見たのかと思いますが、この数字はLx端子のスイッチングFETの許容電流。

Lx端子に流れる電流はLにエネルギーを蓄積する為のパルス電流が流れており、
平均電流はduty比を掛けた分位にしかならりません。

よって、実際に出力として得られる電流は、最大でも

最大出力電流=入力電圧×ピーク電流(max0.7A)×duty比/(出力電圧-電源電圧)×変換効率
の式で示す電流程度しか得られません。

ex)
　入力電圧 (電源電圧):3V,出力電圧:5V,duty比:50%,変換効率:80%の時、
　最大出力電流=0.42A

(実際にはduty比は一定の出力電圧が得られるよう、自動的に調整されている)



式の説明(かなり大雑把な見積式ではあるが・・・)
　・ピーク電流(max0.7A)×duty比が、入力側の平均電流
　・これに入力電圧を掛けると入力電力(Lに蓄積される電力　と考えるとわかりやすいのでは)
　・これから出力電圧-電源電圧の差で割り、変換効率を掛けると出力電流となる。
　　(電源電圧を引いて計算するのは、Lと電源が直列接続となっている為。
　　・・・実質昇圧するのが電源電圧分を引いた分となる。厳密にはダイオードのVFを
　　考慮する必要がある。)




　実際、データシート後付のグラフによると・・・(5V仕様品のグラフはないが)
　4V仕様品の場合、(4V-5%(0.2V)まで許容するとして)

　　電源電圧1.5Vの場合約200mA
　　　　　　2.0Vの場合約330mA
　　　　　　2.5Vの場合約450mA・・・3V→5V昇圧時に近い条件

福島市内に用事があり、ついでに寄った100円ショップ「シルク」。
前回入手したものと何か変わってないかと思い、1台買ってきましたら・・・
メーカー(輸入元)が「エービット株式会社」となっていました。

型番はAB-B0016Wとなり、メーカー名やバーコードの印刷が異なるものの、パッケージの基本的なデザインは同じ、使用されているICもBL8530でした。

写真はパッケージの表側。
(基板が見えますが、カバーを開けた後に撮影した為)
左側が以前入手したもの、右側(「USBポート付き」と書かれた部分が赤いほう)が今回入手したもの。

＜5/11修正＞
型番ですが・・・間違って記載していました。
誤＞AB-B0016W
正＞AB-BO016W
違いが良くわかりにくいと思いますが、ハイフンの後が数字の0ではなく、アルファベットのOが正解のようです。
＜修正おわり＞

パッケージの裏側。
左側が以前入手したもの、右側が今回入手したもの。

型番，バーコード，メーカー名が異なりますが、説明文やイラストは全く同じ。

Ｙ沢市のシルクに行ったら、USB充電用電池BOXがありました。
前回(連休前)に行った時は無かったので、ごく最近のようです。

ようやく地元エリアで入手できるようになりました。

と、パッケージを手にとって見てみたら・・・裏の説明の部分にシールが2枚。

1枚目は型番とバーコードの所で、型番とバーコードの番号変更のようです。
型番ですが、「AB-BO014W」になっていました。(従来は「AB-BO016W」)

2枚目ですが、接続図の部分。従来品と見比べてみたら電池の極性が逆に印刷されています。
よくよく見ると今までのパッケージの電池の向きが間違っていたようです。
気がつかなかった〜。(笑)

＜5/14写真追加＞