電装系修理[2019.10.29 UP]

絶滅危惧種スバルサンバーを快走仕様!「第17回 USB電源製作……準備編」

最近はカーナビでさえスマホやタブレットに頼ったり、Bluetoothでの音楽再生やハンズフリーに至るまで充電と電源供給にUSBバスパワーを利用することが多くなってきた。

サンバーならシガーソケットから12Vを供給できるが、USB変換するにしてもアダプターが必要。そこで2回にわたって大容量供給可能なUSB5V電源の製作記をお届けする。

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SUBARU Sambar TV1 app.K (2007)

レギュレーターでいくかスイッチングでいくかの迷い

 このところの自動車の電子制御関係は大幅に進化して、走る方面でもドライブバイワイヤー系がもはや当たり前だ。アクセルワイヤーがなくなり、ついにはステアリングでさえも操舵をモーター制御する時代になってきた。衝突安全ブレーキなども含め、コンピューターによるクルマの制御はとどまることを知らない。我がサンバーはECUを使ったインジェクションでありながら、それ以外は全部アナログの産物だが……。

室内快適装備のほうもデジタル化が進みAVユニットにはあらゆるデジタル物が外付けできるようなUSBコネクトやらBluetoothコネクトなどが装備されている。スマホやタブレットなどにはナビソフトが入っているから、カーナビ自体もいらなくなる恐れが出てきているのだが、常時使用するとなるとやはり問題が出てくる。特にバッテリーの消耗については誰もが頭を悩ますところ。そこでUSBからの電源供給が必要となるわけだ。

USBが供給するのはデジタル物の規格でいう5Vラインである。巷でもUSB供給アダプターが販売されているが、これから先を考えると大容量電流供給のUSBラインが車内にあることでより快適なサンバーライフが送れるというもの。サンバーのマイコン制御による電気系の改良なども考えると5Vラインに発展の余地があるなと考えたのだ。

いろいろ検索をかけていると、5V変換キットなるものが販売されていて、リーズナブルで割と簡単に作れることが判明した。

キットにはプリント基板が同梱されているので、以前のワンタッチウインカーのようにイチから作る必要もない。AM読者の多くはハンダゴテを使えるだろうから、サンバーに限らず汎用性のある5V電源を作れるというわけ。

キットを2種に絞ったが、あくまでも汎用。電源電圧もかなり不安定な条件になる。ひとつは超小型であるがスイッチング電源であるため、高周波によるON-OFFノイズがカーナビなどにも影響が出る恐れもある。レギュレーター式は熱と容量確保の戦いになるので、まずは搭載前にキットを製作して、実際に使用できるかどうかを検証してみた。

第17回 USB電源製作……準備編

ICレギュレーター K-00095 450円

ICレギュレーターを使用したキットはLM350 Tを使用して3Aまで出力可能なもの。入力コンデンサーが50V耐圧なので大きい。

SWレギュレーター K-07728 1200円

村田製作所のスイッチングレギュレータを内蔵したキットは6アンペアまで出力できて超小型だが、ノイズがどれほど影響するか。

用意しておくとこれから先も使える2.54mmピッチの汎用プリント基板。実験ならベークライト、実装ならガラエポが耐久性もある。

K-07429 120円 USBコネクターは市販の2.54mmピッチの汎用基板にそのまま装着できないので変換キットを使用して実験することにした。

ICレギュレーターはかなり発熱するため、別売りのヒートシンクを探して装着。TO-220というサイズならどれでも使えるので用意する。

左はコンパクトにまとめたもの。右がキットそのまま。コンデンサーと端子を装着。キットのままでも構わないが不要な部分がある。

キットそのままだと右側に電源整流用のダイオード基板が残っているので、その部分をカットして、半田付けする部分に穴を開ける。

スイッチングレギュレーターは端子とトリマーを穴に入れて半田付けし、裏面に抵抗を入れるだけ。製作は15分もあれば十分だ。

3台を並べてみるといかにスイッチングレギュレータが小さいか分かる。実際にはこのサイズと熱対策で設置場所が決まってくる。

iPhone付属の充電器を無負荷と負荷時で計測してみた。キューブ型は約1A流れることが判明。ほんわかと充電器が暖かくなる。iPadに付属の充電器では2アンペア近く流れることが判明。こちらはかなり発熱している。

無負荷 5.10V

4.99V 0.93A

無負荷 5.15V

5.06V 1.83A

なんの変哲もない5Vラインであれば【1】と【4】に供給すればいいのだが、apple系はDataラインに電圧を与えないと充電してくれない。抵抗による分圧で【2】へ39kΩ+51kΩ=2.83V、【3】へ33kΩ+22kΩ=2.0Vを供給しておく。

USBの端子配列は【1】VCC、【2】Data-、【3】Data+、【4】GNDである。apple系に充電するにはData端子に電圧を入れなければならない。

ICレギュレーターキットでiPhoneを1台充電してみた。0.5A~0.8AあたりLM350T本体計測で88度まで上昇。室温は26度付近だった。

ちょっと温度が高めなのでヒートシンクを入れ替えてiPhone+iPadを充電したら1.8Aほど流れて121度まで上昇。こりゃギリギリだ。

スイッチングレギュレーターはiPhone+iPadで1.8A程度流れるが、温度は余裕の53度とこちらは安心できる。まとめて6Aは心強い。

残酷な実験でiPad2台を充電したら降下が激しく供給を5.2Vまで上昇させたら充電可能に。ただし温度は131度と車室だとかなり厳しい。

SWレギュレーターは1DIN風のココに。

レギュレーターキットは放熱器が大型で熱対策も必要なので、オーバーヘッドトレイに実装してみる。

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