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連続使用に耐えるUSBto12Vケーブルの作り方


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 市販されている大容量モバイルバッテリーから12Vを手軽に得られるUSBto12Vケーブルが約300円と安価に入手できるのですが、発熱のため連続使用に制約がありました。改善のための放熱対策が完了しましたので報告します。(April 2018)

 






市販されている USB to 12V ケーブルの実情

USBto12Vケーブル

【 USBto12V ケーブルの実情 】

 2018.04.20現在も、秋葉原で約300円で販売されています。

 問題点は2つあります。製品には12V出力500mAと表記されていますが、室温25℃で500mAを連続して得ることは困難です。中国製品によくあることですが、ピーク値では確かにその値を満たすのかもしれませんが、発熱のため連続使用は制限されます。2つ目は、出力プラグが外径5.5mm、内径2.1mmと表示されていますが、内径2.1mmと2.5mm両用に作られていて、2.1mmでは時折接触不良を起こすことです。

  
完成した充電ケーブルでTH-D74を充電

【 使用するモバイルバッテリーの条件 】

 まず、使用するモバイルバッテリーが満たすべき条件はハンドシェークなしでも2.1A流せる品であることです。2A以上の出力が得られる製品の多くは使用可能でした。

 ※実際にUSB電圧電流計を挿入して確認するとよいと思います。

 

 

DC-DCコンバータの効率を上げる
セラコンを追加したUSB基板

【 DCコンの石は12V1Aでも出力できるのですが

 入出力のセラミックコンデンサの容量アップにより、効率を上げることができます。効率があがれば発熱も少なくなるのでこれを期待して表面実装のセラコンを22μ50Vのものに替えました。

 実際には、入力側のセラコンを出力側に移し、入力側に22μ50Vをつけました。

放熱を促進する方法

USBto12V基板表面温度

【 発熱している部品は? 】

 写真に熱画像を重ねてみました。予想通り昇圧IC,ショットキバリアダイオード,インダクタが発熱しています。 基板の表側にはLEDも実装されているため、できることはケースに放熱用の穴をあけることくらいでしょう。 

USBto12V基板裏面

【 基板の裏側は 】

 殆どフラットなので、こちら側から熱を逃がすことにします。もし、銅テープが使えない場合はここにシリコンを充填しプラケースへの熱伝導を促進する手もあります。

基板の熱を外部に逃がす方法

プラケースに熱伝導用の穴をあける

【 基板からの熱をケース表面に伝えるために 】

 基板裏面からの熱をケース表面へ伝えるために、プラケースには2mmの穴をあけ、銅テープの熱伝導に加えて 基板→内側銅テープ→シリコン充填穴→外側銅テープ→自然空冷 で熱を外へ導きます。

銅テープで基板の熱を外部へ伝える

【 銅テープ間の熱伝導 】

 ケースに空けた穴には熱伝導シリコンコングリスを充填し銅テープ表裏の熱接続を施しました。この効果は絶大です。
銅テープで基板の熱を外部へ伝える

【 銅テープで基板の熱を外部へ逃がす 】

 基板の裏面はカプトンで絶縁し、基板の熱はケースの裏表へ巡らした銅テープへ熱伝導シリコンコングリスで伝えます。 

【Tips】
銅テープで基板の熱を外部へ伝える

最新の USB to 12V ケーブルの事情

1年にも満たない間に、効率が劇的に改善され、上記の放熱対策はほとんど不必要になりましのでお知らせします。(追記2018/09/20)