aliexpress で 「MINI 360 DC」 で検索すると見つかるのだが、10 個で $3.27 とか超安価な DC DC コンバータ モジュールがある。IC 自体は MP2307。4.5 〜 23V の電源入力レンジ。放熱が十分であれば、連続3A(ピーク 4A) の出力が出来る。ただし、ICの性能であって、モジュールではインダクタとの組み合わせで 上限が決まる。
このモジュールをよくよく見ると、空きパターンがあるタイプがある。多分古いタイプで、空きパターンがない方が来る可能性が高い。
裏面はこんな感じで、なにもない。なお、モジュールのサイズは 17mm x 11mm でかなり小さい。
さて、これは半固定抵抗を使っていて、ある意味危険である。出力電圧の上限を設けるように改造することを推奨する。
出力を 半固定抵抗 150k と 8.2k で分圧して FB に入力している。(FB 電圧 0.925v)。半固定抵抗 とパラレルに 2012 サイズの抵抗を付けるのである。
空きパターンがあるタイプは、1608 を右ーー半固定抵抗に近い方に付ける。
計算上は、
56k パラ : MAX 5.52v
33k パラ : MAX 3.97v
27k パラ : MAX 3.51v
となる。実際やってみたところ 12V 電源で、5V 系は 5.33V まで。3.3V 系は 3.34V までとちゃんと制限できた。
5V 系は 5.5V 以上になるのは危険だが、厄介なことに、5.0V は嫌で 5.3V とか少々高めにしたかったりするので、上限が低いのも困る。
これらの抵抗値のものは、入手しにくいが、aliexpress だと、例えば この25種 が $1.88 と安価に買える。
15K 18K 20K 22K 24K 27K 30K 33K 36K 39K 43K 47K 51K 56K 62K 68K 75K 82K 91K 100K 120K 150K 180K 200K 220K
あと、コンデンサ。データーシートでは、入力側 10uF x2 出力側 22uF x2 となっている。が、いずれも 10uF x1 。3225 タイプなので 耐圧は高いと思われるが 容量が少ない。今は 25V,16V 耐圧でも高容量の積セラがあるので、並列に付けて容量を増やした方が良い。
また、EN ピンを GND に落とすことで 出力を OFF に出来る。入力電圧でプルアップされているので、実際に使う場合には、トランジスタか FET を介してスイッチするのが良いだろう。
本当に 2A 連続出力可能なのか？ テスト。
USB resistor というのを入手できたので、試したみた。1A は問題なさそうに思える。2A の設定で 2.3A とか流れるのだが、しばらくすると一瞬切れてまた 出力されるのを繰り返す。
もともと、モジュールの説明では、 1.8A (3A MAX, can not be prolonged) となっている。本当にそんな感じだったわけである。
良くわからないのだが、インダクタがしょぼい？ データシートでは 10uH 4A が例として載っている。MINI-360 は四角いシールドタイプで 7mm 角。スミダの CD75 がサイズが近いのだが、2.3A 。MINI-360 だと 1.5A とかそんなものかも知れない。インダクタが飽和すると、どんどん効率が落ちて発熱がひどいことになるのかも。
CD75 サイズのインダクタを入手して、交換してみたい。でも、交換するには、半固定抵抗も外したうえで、出力の大きいハンダごて 2本が必要だろう。IC を外してみるより嫌かも。( IC の方、恐らく裏面のサーマルパッドはなにも処理してない。基板と接触していない可能性まである。一回外して付け直したいような気がしている。)
このモジュールの使い道だが、アイドル時でもそれなりに電流が流れるようだ。データシートでは 1.3mA 。小電力装置のバッテリー駆動には向かない。
取柄は小さく安いだけかも知れない。1A で良いなら 他にも選択枝があり、さらにコンパクトにできる。今日び 2A 以上のものが求められているわけで、その目的には少々荷が勝ちすぎている。
3A 流せるチップには、MP1584 というのもある。これは 同期整流型ではなく、外付けダイオードが必要。なのだが、周波数が高い。--- 同じ大きさのインダクタでも、より電流を流せる。
aliexpress でも 「MP1584 module」 で検索すれば、$0.60 ぐらいのものも見つかる。サイズは 22mm x 17mm で MINI-360 の面積２倍。アイドル時の消費は 0.1 mA でモバイルにも向いている。大電流もOKで、こちらの方が断然良いのかも知れない。
ただ、最大電圧を変更する改造は、少々厄介なようだ。現物を持っていたので、調べてみたのだが ...
VOUT -- VR -- FB --- 8.2K --- GND
こう接続されている。VR の空いている足が VOUT につながっているので、抵抗を VR に直付けすれば良いのだが ... 逆にVR の抵抗値が良くわからない。(外さないとわからない)。 出力は 0.8v 〜 20V まで というのを信用すると 200K のはず。
計算上は、62k をパラに付けると 最大 5.40V なのだが...
62k 5.40v
39k 3.98v
33k 3.56v
データシートを見ると、出力電圧に対していろいろと値が変わるのも気になる。外付け部品が多く、それらの変更で特性も変わる。12V → 5.2V で 4.7uH(or 3.3uH) を使い最大の電流を取り出すにはどうしたら良いのだろう？ もう少し検討が必要だ。
リポ電池を使う場合、電圧は 3.1 - 4.2v ぐらいの範囲になる。3.3v 系は割と都合が悪い。ただ、3.3v 系も 2.7v - 3.6v と動作電圧範囲が広いものが結構ある。Mediatek のスマホなどは、I/O 電圧を 2.8v にして バッテリーが 3.1v になるまで降圧だけで使う。その他 PMP やタブレットで良く使われている 統合PMIC の AXP シリーズなんかも、降圧だけで使っているような感じ。
別に降圧型だけでいけるとは思うのだが、aliexpress で面白いモジュールを見つけた。
「DD1205UA」で見つかるのだが、
「1-6V to 5V buck boost DC DC converter Voltage Board for portable Solar Charger」
というもの、IC は１つで、インダクタが２つ付いている。
同じ IC を使った、DD0603SB というモジュールも発見。こちらは、3.3V とか 3.7V 版がある。
追記 (2018/12/13)
このモジュール、あるいは MP2307 は、悪くないとはおもうのだ、安いし気に入っている。
さて、ちょっと改造話のメモ。
インダクタの定格が小さくて飽和しているのでは？というのが結論だった。
インダクタ
これに使われているインダクタは 0630 サイズ(3mmH 7mmx7mm) のチップインダクタなのだが、そもそもどれぐらいの定格なのか？ 適当にチョイスして Irms をチェックしてみた。FDVE0640は ちょっと違うが東光製で信頼できる値。
1.5uH 2.2uH 3.3uH 4.7uH 6.8uH 10uH
MPSZ0630H 7 6 5 4.5 3.5 3
HMPLF0630 9.2 8 6.1 5.0 4.3 3.6
ASPI-0630LR 10 8 6.5 5.5 4.5 4
FDVE0640(TOKO) 10.2 8.1 7.0 6.3 --- ---
-min ? 8.2 6.5 5.6 5.0 --- ---
だいたいこんな感じで、平均3A は流せるはずなのであるが・・・そこは中華怪しいのである。2A 連続して流せないだけなので、もう少し余裕のあるものに乗せ換えたらどうかと思う。
さて、
この式は、インダクタの値を求める式である。いろいろとチップを調べると、ある 5Ａ流せる チップでは、12V → 5V のケースで FS=650kHz , L=3.3uH となっていた。ΔIL は分からないが 本来小さな出力のものは、より大きなインダクタンスのものを使う。だが、5A 品と同じで計算してみよう。
MP2307 は、FS=340kHz である。そうなると、6.3uH ということになる。ΔIL が 3/5 だとすれば、10.5 uH 。やはり、10uH が適正なのだろう。しかし、6.8uH も多分使える。さらに 4.7uH も使えるのかも知れない。4.7uH が使えれば、3A 連続では無理でも かなり近いところまで行くはずだ。
だいたいである、5V というのは直接利用することはあまり多くない。さらに DC/DC コンバータを入れて 3.3V やそれ以下の電圧にするのである。多少のリプルがあってもどうということはないだろう。
ΔIL = 0.3 x Iout となっているデータシートがあった。(0.3 は、セラコン向け定数)
これで計算すると、Fs=340kHz , 3A は、9.53uH となった。
あと、12V → 5V を前提としたが、12V → 3.3V と出力を下げると・・・
3.3 * (12 - 3.3) /( 5 * (12 - 5)) = 0.82
となり、よりインダクタンスを減らせる。
また、車載して 14.4V とか入力電圧だけが大きくなるとすると・・・
(12 - 5) /( 14.4 - 5) = 0.74
となり、これまたインダクタンスを減らせる。要するに 12V → 5V で インダクタンス を計算しておけば十分ではないかと。
コンデンサ
このモジュールは、入力・出力ともに、セラコンが１つしかない。データーシートでは 入力 10uF x2 , 出力 22uF x2 となっている。確かに 2012 サイズで 25V 22uF というのは、秋月にも売っていて 存在するのだが、 このモジュールでそういう品を使っているかどうかは怪しい。10uF x1 かも知れないのである。
小出力でしか使わず 10uH が良いとするならば、コンデンサにも気を配った方が良さそうだ。大出力を望むならば、入力・出力にコンデンサを付けた方が良いのは言わずもがなである。
ふと、MINI-360 をみたら、チップが違うことに気が付いた。MP2307 ではなく、CX?8509 と書いてある。チップ名は CX8509 でデーターシートも見つかった。これは、たぶん放熱パッドがなく 2A までの 互換品。のってる回路図はまったく同じ。ついでに見つかったのが AP3502 。これもピン互換だが、回路図は微妙に違う。FB 電圧は同じだし、LCR の値は同じでいけるのかも。
ちょっと驚いたので、追記しておく。
「1-6V to 5V buck boost DC DC converter Voltage Board for portable Solar Charger」って私の作ろうとしているのにぴったりかも。TPS63000のちょっと高いモジュールを買おうかと悩んでいた。 時間がないので帰ったら調べてみます。