久々に作りました‐その3

バッテリー充電基板 BPC-1

　今回は、バッテリーの充電についてです。

　当たり前の話ですが、バッテリーでアンプをドライブしているときには、バッテリー電圧が降下し過ぎないように監視します。過放電は、バッテリーの寿命を縮めます。

　どのみちマイコンを使っているのですから、プラス側はバッテリー電圧を分圧して、マイナス側はオペアンプで電圧を反転して、A/D変換するのが簡単だと考えました。が、残念ながらこの方法ではザラついて聞こえました。

　そのため、バッテリー電圧で動作するコンパレータ回路を使って最低電圧を確認し、コンパレータ出力にはフォトカプラを用いてマイコンとは電気的に分離する方法に変更しました。分離といってもGNDは共通になっているのですが、この方法では音質劣化は聞こえません。

　前作（2023モデル）では、電圧監視回路と充電回路を1枚の基板にまとめて、それぞれのバッテリーに載せました。充電回路では、ACアダプタからの +5 V をDC-DCコンバータで昇圧してバッテリーに供給し、コンパレータ回路によって充電終期電圧に達したことを監視して、一定時間を経過した後に充電を終了させました。DC-DCコンバータとバッテリーの間は、アンプを動かしているときにも接続されたままとしてますが、この接続による音質劣化は感じられません。

　ただし、DC-DCコンバータとACアダプタの間は、片方のラインをカットしただけではダメで、±両方のラインを切っています。片方のラインがつながっていては、ACアダプタは動作しているのですからノイズが飛び込みます。聴感上は、騒がしくなったように聞こえました。

バッテリーの上に載せた充電コントロール基板(2023モデル）。基板の端に置いたDC-DCコンバータは、ケース側板に貼り付けた銅箔テープに接触させて放熱している

　本作（2026モデル）でも同じ方法を、と考えていたのですが、6 V バッテリーの上には基板を載せるスペースがありません。

　また、DC-DCコンバータの放熱も考えなければなりません。2023モデルでは、ケース側板に貼り付けた銅箔テープにDC-DCコンバータを接触させて放熱していましたが、本機では配置的に困難です。

　それと、この方式では、バッテリーの数だけコントロール基板にフラットケーブルをつなぐ必要があります。ですけど、コネクタに配線するのは面倒です。できるだけ減らしたい。一つの基板にまとめられるなら、フラットケーブルの芯線数だけコネクタの半田付けを減らせます。

　ちなみに、その前のパラレル・ワールド7・パワーアンプでは、充電コントロール基板を、フラットケーブルで連結していました。6 V×3直列のバッテリーには、プラスとマイナスそれぞれに24 V のACアダプタから電圧を印加していました。DC-DCコンバータを載せていませんから放熱問題も大きくありません。圧着でコネクタを取り付けできますので、コネクタ配線の手間もない。ですけど、36枚も同じ基板を作るのはイヤになりました。これもやりたくない。

19個のバッテリーが並ぶ狂気のパラレル・ワールド7・パワーアンプ

　以上の変遷を経て、2026モデルでは充電コントロール回路を2枚の基板にまとめました。タイトル写真に示した充電基板と、PICマイコンを載せたコントローラ基板です。できるなら1枚にしたかったのですが、サイズ的に分けざるを得ませんでした。

コントローラ基板：PICマイコンは裏側に搭載している

　コントローラ基板には、マイコンと周辺回路、デジタル系電源の 6 V バッテリー用の充電回路を載せています。取り付けられていないコネクタポートがありますが、2枚の充電基板をコントロールできるようにと考えています。

　タイトルに示した写真が充電基板（表側）です。こちらに裏側を示します。充電基板は、アンプ電源に用いるプラスとマイナスの 12 V バッテリーを、左右チャネルの計4個に充電します。中央下部に並ぶ4個の16ピンICが、TI社のBQ24450 鉛バッテリー用の充電コントロールICです。中央上部の2個のツェナー・ダイオードは、ACアダプタの電圧を変更したため不要になり、ジャンパーで短絡しています。

充電基板の裏面

　BQ24450 はそこそこ発熱するため、0.5 mm 厚のシリコンシートを介して裏パネルに貼り付けた3 mm 厚の真鍮板に接触させています。基板下の寸法をICの高さに合わせるため、イモネジと3 mm 厚のジュラコンナットを用いたスペーサに基板を載せています。BQ24450の温度は計測していませんが、動作中に裏パネルは｢ちょっと暖かい」、基板は｢暖かい」くらいにしかなりませんので、問題なく放熱できていると考えます。

裏パネルに0.5 mm 厚のシリコンシートを貼り、そこに充電基板のBQ24450を接触させて放熱する

　充電基板をサイドから見たところがこちら。2個のマイナス側のバッテリーを充電するためにDC-DCコンバータを用いています。そこに放熱のため、25 mm 幅の銅箔テープ（3M, 2245）を貼っています。

横から見た充電基板

　このDC-DCコンバータ、かなり熱くなります。銅箔テープなしでは、外気温23 ℃のときに100 ℃にもなっていました。データシート上は、ケース温度は105 ℃まで、外気温70 ℃までディレーティングなしで使用できる、となっていますから、この状態でギリギリでしょう。部屋が暑くなればオーバーしかねません。

　銅箔テープを貼り付けた状態では、外気温24 ℃のときに、充電コントロール基板付近のケース内気温は 36 ℃、DC-DCコンバータのケース温度は 56 ℃でした。仮に外気温が＋20 ℃されたとしても、ケース内気温は 56 ℃、DC-DCコンバータのケース温度は 76 ℃ですから、実用上、問題ないと考えます。

　コントローラ基板と充電基板は、リアパネルに設置しています。

充電基板を取り付けたところ

コントローラ基板を取り付けたところ

　どちらも多数のコネクタが並んでいます。やっぱり、コネクタをたくさん作ることになってしまっていました。まあ、ピン数が少ないから、よしとしましょう。