Ni-Cd用　充電器の製作

　最近、ひょんなことから中古Ni-Cd電池を大量に入手した。１２V　２０００ｍAh、９００ｍAhのパックおよび２４V　２０００ｍAhの３種類である。中には使用不可能のパックもあったが、分解して電池ユニットを選別し、６Vのパックを再製作し充分実用になる事が判明した。これは専らソニーのポータブルラジオICF-7600用電源として使用中なのだが、充電器の手持ちがなくDC電源で充電状態を監視しながら充電していた。あまりにも不便なので専用充電器の製作に挑戦した。

　正直なところ、電池に関する知識は皆無に近い。知らぬ間に電池は随分と進化し種類も豊富である。 Ni-Cdにはメモリー効果があるとか、過充電は致命的なダメージを与えるとかいろいろ制約条件のあることを知った。しかし難しく考えるのは止めにして確実で簡便な方式を選ぶことにし、定電流充電方式で製作することにした。

　電池は充電が進むにつれ電圧は高くなる。一般にそれに伴って電流は減少するのだが、定電流方式はそれが一定である方式である。実現する簡単な方法は電圧を充分に高くし高抵抗で接続すればよい。しかし、抵抗でのロスが発生する事と、高電圧を作り出す事が簡単ではないから実用的ではない。何かよい方法は無いかと思っていたところ、ジャンクの電源ボードに使われていた降圧型スイッチングレギュレーターが使えそうなのでさっそく調べてみた。
　ジャンクのボードに使われていたのは　National　Semiconductor社の電圧可変型スイッチングレギュレーター　ＬＭ２５７６-ＡＤＪである。ブロック図をＦｉｇ．１に示す。（同社の資料よりコピー）

　過充電から電池を守るためには、電池の電圧が上限に達した時に充電が停止するように回路を作っておけばよい。問題は電圧を検出する回路とその結果で充電を停止させる回路の実現方法である。Ｆｉｇ．２で見るように充電電流を制御するため、Ｒｄなる抵抗が使われているためいささか厄介なのだ。

　以上の要素回路と、その結果で充電のＯＮ－ＯＦＦをする回路を組み合わせ、Fig.4に示した全回路を完成させた。スタートＳＷをＯＮにするとリレーに電流が流れ、トランジスターによりＯＮが持続される。充電が進み、設定した電圧に達するとフォトカップラーがＯＮとなり、リレー制御トランジスターのバイアスがカットされＯＦＦとなり充電終了となる。そのほかに、強制的に充電を終了させるスイッチを設けておいた。

　　製作はこれもありあわせのユニバーサル基板と、ジャンクのボード（多層基板の立派？な代物）から必要な部分を切り出して利用する方法をとった。Ｆｉｇ．５に夫々の写真を示しておく。

Fig.5　各ブロックの写真

定電流充電部	制御回路部（表）	制御回路部（裏）	ＤＣ／ＤＣコンバーター

　電流検出抵抗Ｒｄには６オームを使い、充電電流を約２００ｍＡとした。これは対象としているＮｉ－Ｃｄ電池の容量が２０００ｍＡＨなので、０．１Ｃに相当する事になる。充電完了までの時間は１０時間以上必要となるが、電池の寿命を考えると適当な値のように思っている。
　一方、充電完了は電圧検出で行っているで、その電圧を６Ｖ用パックでは７．４Ｖ、１２Ｖパックでは１４．８Ｖに設定した。１００％充電とはならないようであるが、ありあわせの部品で製作した充電器であるからやむを得ないと慰めている。

　最後の課題が充電用の電源である。ＡＣ１００ｖの商用電源で動く２４ＶＤＣ電源の手持ちはあるのだが余りにも芸が無い。ごそごそしている内にＤＣ／ＤＣコンバーターを搭載してあるジャンクボードが手に入った。ＣＯＳＥＬの１２Ｖ入力、出力が±１２Ｖの「ＺＷ１０ー１２１２」だ。これは４５０mＡの電流が得られるオンボードタイプの製品で、単純に入出力の配線をするだけで簡単に目的が達せられる。

　わが家には１００Ｗ出力の太陽光発電パネルが一枚だけ稼動している。これで、１２Ｖの鉛蓄電池に充電し、インバーターで１００Ｖに変換して使っている。今回は、１２ＶＤＣ出力を直接ＤＣ／ＤＣコンバーターに加え２４Ｖに昇圧し、製作した充電回路に加えて理想のエコロジー充電システムを完成させた。強いて言えば、立派なケースに入れ、動作状態を示すメーターやＬＥＤ等をつけてやれば見栄えの素晴らしい製品になるのだが、エコロジー重視の立場から、そのような無駄は全て省いて、機能のみに重点を置くことし完了とする。（05/6/27完）

　一升瓶に玄米を入れ、棒で搗いて精米する戦後の貧困時代の方法をやってみた。結果が得られるのは経験済みなので、どうせやるなら回数と精米状態を記録に留めたいと思い、搗く回数を記録する事にした。頭で数え、 100回毎に「正」を書く方法でで記録してもよいのだがそれも面倒なのでストロークカウンター（度数計）を製作することにした。
　目的達成プロセスの「軽薄短小」が信条であり、最近政府も力を入れだした３Ｒ（reduce/reuse/recycle)を尊重し、使っていない万歩計を活用する事にした。
　この万歩計、100円ショップで入手したものの精度が悪いため放置されていた物である。カウント数はそれでも「9万9千9百9十9回」まで液晶表示され、リセットボタンもついているので目的にぴったりである。

**度数計への改造**

万歩計の内部	リード線を引き出す	一升瓶にリードスイッチを取り付	出来上がり

①万歩計の裏蓋を取り外し歩数をカウントする稼動片スイッチにパラレルにリード線を引き出す。（稼動片は動かないようにテープで貼り付ける。・・・写真は省略）　
②リード線をリードスイッチに接続
③リードスイッチを瓶の入り口付近に取り付け
④搗棒にマグネットを取り付ける。（リードスイッチが作動する位置に調整する）

（注：リードスイッチは磁力の有無でＯＮ・ＯＦＦするスイッチ）

　搗き棒は南天の幹を使用した。庭で大きくなり邪魔になったので間引きし乾燥させたものである。お箸に使うことがある素材だから搗き棒にはもってこいの材料であった。

　玄米を入れ実際に搗くと、正しくカウントしてくれた。但しストロークが不足するとノーカウントとなるので、最後まできっちりと搗くことが肝要である。チャッタリングによる誤動作は発生していない。欲を言うならば、カウントした時に音を発してくれると更によいと思ったがそこまでやる必要もなさそうだ。（何回こんな方法で精米する？）

１．５Vで動作する　LED点灯回路 　

**電池1個で点灯する高輝度LED**

　高輝度LEDが手に入った。「ガーデニング用のソーラー電池照明器具が故障した」といって持ち込まれたのだが、発電パネルは取り除かれた残骸である。中身を調べると全て健在で、冬場になって日照時間が少なくなり充電不足になったためだと推察される。
　それはさておき、使われているLEDは従来のLEDとは比べ物にならないほど明るい。その明るさに魅せられまたまた悪戯心が目を覚ました。通常高輝度LEDを点灯するには３V以上の電圧、即ち乾電池なら２個必要とする。それが１個の電池で点灯出来れば面白いし応用範囲も広がると言うものだ。左の写真は試作点灯回路をNi-Cd電池１個で動作させたものである。つまらないトラブルで完成させるまでに無駄な時間を費やしたが、出来上がりは充分満足できるものとなったので紹介する。

ガーデニング照明具に学ぶ

**ガーデニング・ライトの内部**

左の写真が持ち込まれた照明具の中身である。Ni-Cd１個でLEDを点灯させ、Cdsセンサーで夜間照明のコントロールをしているようだ。そのための回路がトランジスター３個で構成されている。早速回路を調べたのだが、納得の行く結果が得られない。使われているトランジスタをNET検索で調べ漸く回路が出来上がった。自分の持つ常識でトランジスタの端子配列を決めていたのが原因だった。（E-C-Bの配列が普通のＴｒだが使われていたトランジスタはE-B-Cと配列されていた）
　基板からコピーした全回路を右下の図に示しておく。誰が考えたのかシンプルながらも上手く機能し、無駄のない回路構成である。これを利用し我が目的の達成に役立せてもらう事にした。

**照明具の全回路図**

　照明具の回路から目的に必要な部分だけを取り出し作成したのが左下の回路図である。トランジスタ２個・コンデンサー２個・抵抗３個・インダクタンス１個のこれもシンプルそのものである。使用したトランジスタはジャンク基板から取り外した部品で技術的な根拠は存在しない。ただしＰＮＰとＮＰＮの使い分けだけは間違わないようにする必要がある。（製作過程で実の所えらく手間取ってしまった。思い込みから来る錯覚でＰＮＰとＮＰＮを逆に使ってしまい発振せず、部品１個ずつチェックする羽目に陥ってしまった。今年に入って２回目の思い込みから来る失敗である。）
　回路図に基づき製作した現物の出力波形を示しておく。ついでに測定した電流を記載しておいた。　　　　　　　

**ＬＥＤ点灯回路と出力波形**
回路図	負荷時の波形（p-p=3.2V) 消費電流＝１８ｍＡ	無負荷時の波形（p-p=6V) 消費電流＝１３ｍＡ

ＬＥＤの仕様が不明のため推察になるが、負荷時出力波形の電圧値はＬＥＤの順方向電圧値と一致するものと思う。この時ＬＥＤに流れている電流は８ｍＡであった。また無負荷時の電圧はプラス方向が５Ｖを示している。電源電圧は１．２５Ｖ（ＮＩ－Ｃｄ使用）だったので４倍に電圧がブースとされている事になる。ＬＥＤ点灯とは異なった用途へＤＣ／ＤＣコンバーターとして利用できそうだ。その応用例を近々披露できるものと思う。お楽しみに！（06/01/10完）

ソーラーバッテリーで　鉛蓄電池の補充電

**ソーラー式バッテリー充電器**

　鉛蓄電池は１日およそ0.1％の自己放電がある。また鉛蓄電池の保存には常時FULL充電状態が理想と言われている。さすれば、長期間利用されない単身赴任者の車・冬場は乗らないバイク等のバッテリーは滅茶苦茶な扱いを受けていることになる。子供が所有するバイクがこれに該当し余りにも可愛そうなので、捨てられる寸前のソーラーバッテリーを使い、補充電に挑戦した。そして、何とか目的達成したので以下に紹介する。

　右の写真は右側が持ち込まれた時のソーラーパネルで表面が風化している。左が風化した表面をコンパウンドで磨き発電機能を取り戻したパネルである。修復したパネルの能力を測ってみた結果、起電力は２V、短絡出力電流は１００ｍAが観測された。何とかなりそうな微妙な発電能力だ。

　鉛蓄電池の自己放電は１日あたり0.1％といわれている。例えば５０ＡＨのバッテリーを補充電するなら、１日あたり５０ｍＡＨ、即ち５ｍAの充電電流で１０時間充電してやれば良い事になる。この時に必要な電力はバッテリー電圧を１２Ｖとすると［１２Ｖ×５ｍＡ＝６０ｍW］となる。一方修復した太陽電池は２００ｍW（２V×１００ｍA)発電してくれるから総合変換効率が３０％以上の DC/DCコンバーターが実現できれば目的が達成される計算となる。２Vと低い電圧での動作領域なので可能性は見通せないが実に魅力あるテーマでは無いか！。

　ＤＣ／ＤＣコンバーターに使われるＩＣは数多くある。しかし、ありあわせの部品でで実現するのがシーラカンスの流儀である。既述のLEDの点灯回路では電源電圧の４倍の出力を観測していた。しかし１２Vのバッテリーを充電するにはこの電圧では不十分である。そこでこの点灯回路で種々実験してみた。その結果、電圧を高くするにはコイルのインダクタンスを大きくすればよい事が判ってきた。ところがインダクタンスを大きくするにつれエミッタ-ベース間に加わる逆耐電圧も大きくなり規格をオーバーしてしまう。これを保護すべくベースエミッタ間にダイオードを接続してみた。そのとたん、発生する電圧が非常に大きくなってきたのだ。実の所、理屈が全くわかっていないのだが結果は素直に利用すべきだ。
　最終の回路図を上に示したが、殆どLED点灯回路と殆ど同じで、ダイオード２個とコンデンサー１個が追加されているだけである。この回路でコイルを１ｍHとし２Vの電源電圧でドライブした時、無負荷の出力電圧は６５Vを観測した。電圧だけであれば３３０µHでも十分であるが充電電流を大きくするためにはロスの少ないコイルが必要で、手持ちの部品の中でＡＣラインフィルターに使われる１ｍＨが一番手ごろなため使用する事にした。

38×20ｍｍの基板に全部品を搭載した。といっても全部で１２点だから知れたものだ。ソーラーパネルは元の照明ライトのケースに再組付けし、出来上がった基板を取り付けた。使用部品と完成品の内部を右に示しておく。

　完成した回路をソーラーパネルの出力電圧２Ｖで動作させた時、目標とする充電能力が得られるかどうか確認する必要がある。ところが２Ｖの電源電圧を得る手段が無い。止む無くジャンク基板を漁り、ローム製の「ＢＡ００ＡＳＴ」なる５端子のシリースレギュレータＩＣを発見、早速基板から取り外し２Ｖ電源を作ることにした。同ＩＣの仕様がはっきりしないのでローム社のサイトから類似する型名のＩＣを探しその技術資料をベースに立派な可変直流電源（１・２５Ｖ－１２Ｖ）が完成した。これもシーラカンス流儀で無ければ作り出せばよいのだ。（電源回路に興味ある方はここをクリック、別画面で表示します）
　この電源を使って早速測定し、得られた結果を下表に示す。

(＊）負荷バッテリー・電圧１２Ｖ
電源電圧	１次電流	消費電力	＊充電電流	充電電力	効率
２・０Ｖ	９０ｍＡ	１８０ｍＷ	５．６ｍＡ	６７ｍＷ	３７％

　実際に太陽光をソーラーパネルに当て、充電電流を最大となるよう角度調整すると略同じデータが得られた。冬場で日光が弱く５０ＡＨのバッテリーには十分と言えないが小型自動車やバイクに対しては十分役に立つ補充電が見込める。数ＡＨクラスのバッテリーでは夏場には過充電になる可能性もある。早く確認してみたいものだが若しそうであればツエナーダイオードで防止可能である。（06/01/24完）