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(編集中)

以下、DCDCコンバータを製作したときのメモです。この記事を利用することは自由ですが、この記事を利用した結果の責任は負いません。この記事を 参考にしたり、実際に製作するときは、利用者の責任で行ってください。

DCDCコンバータの製作 その1 (TPS63000使用)

  • 乾電池2本で動作する携帯機器の電源を USBポートからの電力で動作するようにするための DCDCコンバータを製作する。
    • 負荷になる携帯機器は、乾電池2本を使うので、電源電圧は 1.5V x 2 = 3V となる。
    • 電源になるUSBポートは 5V固定で max 500mA
      • USBの規格では 初期状態では 100mAまでらしい。デバイスの初期化時に、デイバスからホスト側に対し、必要とする消費電流を伝える必要がある
      • 本ユニットは USB通信を行わないので、本来必要な消費電力の通知が出来ない。
      • 通常、USBポート毎に電流制限回路を設け、電流制御は行われていないので、USBポートから 500mAを得ることは可能。

目標スペック

  • DC IN: 5V USBポートから電力を取る
  • DC OUT: 3V (出力電圧設定用抵抗の変更により 1.2〜5.5Vに変更可。 または電圧プリセット版の電源ICに変更可)
  • 出力電流 800mA
  • 高効率なスイッチング レギュレータにする
    • シリーズレギュレータだと効率は 3V / 5V = 0.6 (= 60%) となり、半分近くが熱となる(入力と出力の電流はほぼ同じなので電流の損失は誤差として無視する)。(例えば 200mAの負荷を掛けると 0.4Wの消費電力となり、500mAなら 1Wになる。)
  • 基板サイズは 単4電池の代替を目指し 40mm x 9mm以内

設計

  1. 電源用ICの選択
    1. 各社のデータシートを参考にしながら、希望のスペックを満足する電源ICを選択する。
      1. 今回は TI社の TPS63000 を選択
  2. 電源用ICのスペック確認
    1. DC IN: 1.8〜5.5V, DC OUT:1.2〜5.5Vでスペックはクリア。
  3. 電源用ICのデータシートより、外付け部品の選択
    1. コイル L1の選定。データシートの式より 約3.2uHが必要と判明。部品の入手性より 最大値である 4.7uHを選定。
    2. 出力電圧の設定用抵抗の選定。データシートの式より R1 = 1MΩ, R2 = 200kΩ を選定。電圧設定用なので ±1% のパーツを選定。
    3. 入力/出力用コンデンサの選定。データシートより 入力 = 10μF, 出力 10μF x 2 を選定。温度特性は X7Rを使用。
  1. 3216サイズだともっと大きい容量があるようだ
  1. 入出力用端子処理を選定。日本圧着端子の ZEシリーズのコネクタを採用。許容電流量は 2倍の 2AあるのでOK
  2. 残りの外付け部品は、データシートの標準回路図を参考に決定。
  3. その他
    1. 電源表示用LED等は付けない
    2. 電源スイッチは付けない
    3. サイズは電池代替に使えるように 40mmx9mm以内
  1. 回路図の作成
    1. 再度データシートと比較し、間違いがないようにする
  2. プリント基板の設計
    1. 実際には プリント基板CAMソフトを使い、アートワークだけ行う。ここでは ドイツのCadSoft?社の EAGLE を利用。
      1. EAGLEの標準ライブラリにないパーツを確認し、パーツのライブラリを作成する。
      2. 回路図を入力する
      3. ボードエディタを使い、部品の配置および配線を行う
      4. デザインルールチェックを行い、エラーがないことをチェック。
      5. エラーがあっても、その内容が影響しないことを確認する。(だが、エラーは出来るだけ修正すべし)
      6. プリント基板製作メーカーの仕様にあわせ、データ出力 (業界標準は RS-274Xが標準)
  3. パーツリストの作成
    1. 必要となるパーツのリストを作成・チェック。プリント基板CAMソフトなどで出力機能があれば それも使い、漏れがないようにチェックしておく。

パーツリスト

No品名仕様数量メーカー入手方法等その他
1プリント基板1基板製作メーカーにガバーデータを渡し、製作してもらう
2電源ICTPS630001テキサスDigi-Key 296-19643-1-ND3.3V, 5.0V固定なら TPS63001/2 に置換可能
3チップインダクタ3.3uH or 4.7uH1太陽誘電Digi-Key 587-1649-1-ND
4チップコンデンサ10μF X7R3村田製作所Digi-Key 490-3904-1-NDパッケージサイズ 2012
5チップコンデンサ0.1μF X7R1村田製作所Digi-Key 490-1532-1-NDパッケージサイズ 1608
6チップ抵抗100Ω1Panasonic - ECGDigi-Key P100GCT-NDパッケージサイズ 1608
7チップ抵抗1MΩ ±1%1Panasonic - ECGDigi-Key P1.00MHCT-NDパッケージサイズ 1608 出力電圧を変えるときは、この抵抗を変更する
8チップ抵抗200kΩ ±1%1Panasonic - ECGDigi-Key P200KHCT-NDパッケージサイズ 1608 出力電圧を変えるときは、この抵抗を変更する
9コネクタ2電源の入出力用コネクタ 定格電流 2A
  • パーツの外観
    • TPS63000
      TPS63000.jpg
      写真の左側は、電源ICの表側、右側は裏側。
  • チップインダクタ
    chip_coil.jpg

チップコンデンサと チップ抵抗の外観については、共通/パーツを参照。

プリント基板

今回の基板は 33 x 9mmになりました。コネクタを付けると、単四型ダミー電池には入らないため、ダミー電池に内蔵させる場合、 コネクタは取り付けずに直接リード線をプリント板に配線します。モジュールの外形サイズに問題がない場合には、 コネクタを付けた方が良いでしょう。
以下のプリント板の画像 (png)ファイルは、大きめに表示されるようになっています。

  • 部品面
    DC_Adapter1_1.png
  • 半田面
    DC_Adapter1_16.png
  • 発注用ガバーデータ (zip圧縮)
    &ref(): File not found: "DC_Adapter1.zip" at page "パワー回路/製作/TPS63000";

製作

  1. 製作する個数を決め、パーツリストより、必要な部品を手配し、プリント基板は、プリント基板メーカーに製作を依頼する。
    1. パーツの入手については、専門の通信販売や、メーカーサイトのダイレクト販売を利用するのが手軽で良いだろう。
      1. Digi-Keyが品揃えが豊富で、在庫があれば、納品も早い。今回はできるだけ Digi-Keyで扱いがあるものを選択した。なお、米国からの出荷になる。
      2. パーツショップが近い場合は、買出しに出かけても良いが、表面実装対応のICや 誤差が 1%のチップ抵抗などを扱っているショップは少ない。
    2. プリント基板メーカーには メーカーの受付仕様にあわせて、データを送信する。
      1. 今回は、PB基板センターに発注した。データに問題がある場合は、相談できる可能性もある。

出力電圧の変更

R1 と R2 の抵抗を変更することで、出力電圧を変更することが可能。抵抗には E192系列を使うとよい。
3.3Vまたは 5.0Vの場合、固定出力版 (それぞれ TPS63001, 63002) に置き換え、R1を 0Ωでショート、R2 をオープンにすればよい。

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添付ファイル: filechip_coil.jpg 1558件 [詳細] fileTPS63000.jpg 1682件 [詳細] fileDC_Adapter1_16.png 1551件 [詳細] fileDC_Adapter1_1.png 1683件 [詳細]

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Last-modified: 2008-11-21 (金) 01:53:03 (4487d)