Thinkpad、22P7092カーアダプター改造メモ(+20V化MOD)

車上、130W100Vインバータでノートパソコンを使ってたが、鳴音、発熱が凄い、改善しそうに無いし、そもそもカーアダプターに更にACアダプタと2段重ね、無効電流が多そう。で、以前に使ってた+16Vカーアダプターを、今使ってるシンクパットX230用+20Vに改造チートしてみる事に。
←ebay画像拝借。

この前のは今は亡きコンパック製カーアダプターを使ってたが、アレも鳴音と発熱が凄かった。もう16V機種は全く使わない見通し、有ってもDell系+18~19.5V機じゃないか」って事で。で、現用のx230Tで測定した所、+19V辺り以上あれば認識され、充電可能みたい。なので+19.5~+20.5V、~3.5A程度目標。

もう寒いんで来年の走行シーズン迄、屋内ファンヒータあたりながらのチートごっこ遊びだけ。

現状
入力+11.5~16V、~8.5A
出力+16V(無負荷実測+16.37V)、~4.5Apk(~3.6A-cont.)

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要件(仮)

出きれば本体スイッチ付け。(⇒イラネー)

ヒューズはATOなど、現車と同じ汎用ブレードヒューズ化。交換可能に。(⇒とりあえず10A)

電流チート、4A@20V(80W)出力可能だったらヤッてしまう。入力~9Aavg程度。(？)

出来れば低電圧ロックアウト(+11.5V)解除可能に。スイッチ付け。(⇒SWイラネー、+10.8~+11Vに変更。)
　　⇒解除不可だった。ICにビルトイン、7.9Voff-8.4Von固定、実感より低い電圧で謎。

もうたしか20年以上。古いんでケミコン交換。リップル8A程度以上に耐える様に。(⇒全交換実施)

16Vと20V選択スイッチ。スパイクでも16.5V、又は20.7Vを超えない。+16.4V、+20.5V目標。
　(⇒イラネー。+20V単一出力キメウチ)
　　20V、x230/x230T、Dell、マキタBL1830系(~+20.7V、限界~+21V)接続用
　　　(16V、旧Thinkpad、NEC、マキタBL1430系(~+16.5V、限界~+16.8V)接続用)

鳴音が凄かったんで、コイルなんか耐震防音化。　(⇒放熱用シリコンゴムにて点付け接着)

TVS取付、肩+21V、銅箔放熱兼シールド追加。

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互換
IBM 10K0150 72W AUTO AIR ADAPTER POWER SUPPLY CHARGER FOR THINKPAD 16VDC 4.5A

Chapter 1.

最初は、マキタバッテリー用アダプター使って
←こんなの製作。

なんちゃって中華ADP05マキタアダプター、φ5.5/2.1mm汎用DCプラグコード追加、ファストン端子250-2pコネクタ付き。

φ5.5/2.1mm丸ピンDCプラグは、市販アダプターで色々なタイプに変換可能、って事で。ファストン端子側は、今別に作ってる4輪のサブバッテリー盤のコネクタに合せ、車両にマキタからACC給電可能に。

しかしシンクパットに接続して残量目盛り1段階、20.7→19Vあたり、約10分ぐらいで切断されてしまった....挫折。ま、コレはこれで他にも使えるんで。
(ごめん。LG製互換バッテリー＋中華コピーADP05バージョン.)

あと、中華ADP05は、マキタ純正と違ってUSB電源部分のドローがやたら多かった(~55mA)んで、スライドスイッチ追加。

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http://www.tactec.jp/download/battery_station/safe_charge_discharge.pdf

https://biz.maxell.com/ja/rechargeable_batteries/pdf/PrismaticLi-ion1508j.pdf

Chapter 2.

下調べ一発目、Googleとか、例の中華バイドゥ文庫なんかで回路図検索してみたが、マイナー過ぎたみたいで引っ掛からなかった。スカタナイ、キズミ着けてバラして素子割り出し。

←ST3843A、電流モードスイッチングレギュみたい。

最初、左側についてたLM393を見た瞬間、新しいの買っちゃおうか...て思ったが、ナントカ改造出来そう。メインのコンデンサ220μ25Vの銘柄は「ENERCORE」？とか聞いた事無い様な奴、高くても3~4A程度想定？印象。他にYECとかの奴。全部交換する事に。

メインのコンデンサ220μ25V(ENERCORE)、残容量平均　209μF、ESR　0.15~0.17Ω @100Hz。

Chapter 3.

黄丸の奴が分圧抵抗みたい。記号ワカラン、1個外して回路を切断して実測、2.44K-0.54K-13KΩみたい(R14-R35-R26)。Vshは約2.517V付近、内部電圧+16.49Vだった。1605規格チップ部品だらけ嫌になる。電流制限抵抗はたぶん50mΩ、20Apk辺り？ あと出力側に電流検出抵抗が5個(DALE R027F、直列、計0.135Ω))、推定4.5pkA制限。

メインFET、IRLZ44N、22mΩ、Ciss1700pF
Rg、3Ω

結構発熱あったんで、ドライブコンデンサ追加。20Apk-50KHzに合せて入力側コンデンサリプル耐性増強、MLCCでパスコン増し。高さ制限は、表約19.1mm、裏約2.5mm。

基板スペース、リップル20A分詰め込みは無理っぽい。15A分3個ぐらいなら詰め込み可能そう、残り5A分はMLCCベタ付けなんかで稼ぐ方向。

Chapter 4.

手持ちのEEUFR、OSコンとか見繕ってあと、ミスミやらRSオンラインで発注。

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φ10xH18mm以下
25SEPF330M　φ10xH13  105℃　14mΩ　5A　5000hr

R26:1605、13KΩ⇒16.5KΩ

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交換用でより寿命の長い別候補(流通在庫少ない)φ10xH18mm以下

日ケミ
APSG250ELL331MJB5S　φ10xH11.5 105℃　14mΩ　5A 15000hr
(但し、100Hzでは約0.5Aまで)

APSG250ELL391MJB5S 　φ10xH11.5 105℃　14mΩ　4.65A 15000hr
APSG250ELL471MJB5S 　φ10xH11.5 105℃　14mΩ　5A 15000hr
APSG250ELL561MJB5S 　φ10xH11.5 105℃　14mΩ　5A 15000hr
APSG250ELL681MJB5S 　φ10xH11.5 105℃　14mΩ　5A 15000hr
APSG250ELL561MH16S 　φ8xH16 105℃　14mΩ　5.4A 15000hr
https://www.mouser.jp/datasheet/2/420/PSGLL_e-2507380.pdf


WE
WCAP-HTG5 φ10xH12.5 105℃　16mΩ　2.9A　10000hr

Chapter 5.

問題はLM393周り、何かのロックアウトなんかの可能性。使ってるとやはり電圧降下して+11V辺りでハンチングみたいな動作になり、液晶画面がチラつく。使ってた人は解かると思うけど、停車してエンジン停止すると、サブバッテリーであっても11.5Vなんて直ぐに低下して切れてしまう。バッテリーの有効容量の限界一杯に使用するには、12V鉛蓄で+10.5~10.8V、マキタのBL1430系で+10~11V程度、BL1830系で+12.5~13.75V程度(限界は11.5V辺り？)になってないと。車両の鉛蓄使用中心で、だいたい+10.8~11Vに落とさないと使い手が悪い。(復帰電圧はそのままok)。因みに+11V-5A程度であれば、直流化したTLR250Rでは、2000rpmも回せば出せ、2500rpm辺りで60~70W取れる見込み。

まずLM393の周りのコンデンサを剥がして下のパターン、分圧抵抗確認してMODしなきゃいけない..
←，.とか考えてたら偶然回路図解析画像発見。拝借。

IBM车载笔记本升压电源改输出电压，附电路图，值得参考
http://haodiy.net/a/DIYzixun/DIYzixun/2017/0518/10382.html

中国語でないと検索に引っ掛からない様な文章構成になってた。FRU 22P7092、とかのキーワードで出て来ない。で、どうも会員制の別のサイト( http://mydigit.cn/ )からの転載、2016-08-25に公開されたみたい。この転載画像不鮮明やけど、大幅に調べる手間省けたアリガト~。な、なんと中古が10元(約jp\160-)で売ってるんだと。

この図だとLM393周りは、

　1，出力電流制限(常温で4.5A前後)
　2，温度制限　　　　　　　　，の2機能しか無いみたい。

すると、+11V辺りのチラつきハンチングが謎。コントローラICのST，3843AのUVLO機能は、+7.9Vまで下がってでシャットダウン、十分余裕がある筈、或いはピーク電流の限界の方で制限でも掛かるのか...

あと図からマストで改造しなきゃいけないのは、出力電圧制限のZD(D3~R3，R17，Q2)部分、17.6V⇒21.5~22V(Iz@600μA~1.3mA程度)。これはドツボになりそうな所だった。




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追加要件

ロックアウト電圧の押し下げ。ハンチングが起こるのをIC定格の7.9V付近迄、防止出来るかどうか。

出力カットアウト電圧、+20.5~+20.7V (Absolute、たぶん:+21V @BL1830系(一瞬のスパイクでも越えてはいけない。))

　＊Thinkpad X230用ACアダプター電圧、現状+20.48V　(PC側で認識する下限電圧は、+19V辺り)

Chapter 6.

コンデンサとか部品が来るまで1週間程待ち。その間基板調べと、市販のブレードヒューズホルダ接着、作り込み硬化待ち。基板の裏にあるチップヒューズはジャンパ線でコロしてある(表示:FS　電流値？)。

←空きスペースにセメダインスーパーXで接着。

エーモン工業製のブレードヒューズ(ATO)ホルダーをカッターで切り刻んで押し込み。次は12月入りになるかなぁ.

Chapter 7.

ちょっと考え...暖かい屋内だけで試験するのに、12~16V用ACアダプターやらマキタのバッテリーが使える様に、一般的なφ5.5/2.1ピンジャックもヒューズ脇に取付け...

Chapter 8.

Webで部品探し。高電流、高リプルになる入力側の2個のコンデンサの交換が問題。最大9~10Arms、50KHzで、リップル最大20Apk、流せるコンデンサ2個当り、でもってアソコに入る奴...とか。今付いてたのは計440μF、単純には280~400μF、リップル容量最小18A程度もあれば良い筈なんだが問題はそのリップル電流。サイズ制限、最新のOSコンで探しても5A@1個、計10Aしか流せないギリギリ。設計者の意図通り、余裕持たせて、計440μF-20A以上容量確保したい所。

←部品漁ってると、面白いのを発見。

密集実装大容量キャパシタ（コンデンサーアレー）
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-13182/

MLCCは、DCで駆動すると3225辺りまでで1/3~1/5、2012だと1/10くらいに容量が減ってしまうが、リップルはかなり流せる筈。1個2~4A見込、1モジュールで50A程度吸収出来んじゃね？期待。 コイツナントカ押し込んで残りの9~10A程度負担させるチート出来無いか...

https://akizukidenshi.com/download/ds/murata/GRM21BR61E226ME44.pdf

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D3、UFZVTE-1722B

10μ50V　⇒　22μ50V-X7S

3225、22μX5Rパラ入れ　→裏2mm厚しか余裕無し、4層基板で流用出来るランド無し、断念。

Chapter 9.

部品がボチボチ来たんで組み立て。

主コンデンサ→OS-CON 330μF-25Vに交換(計6個)
150μ25V　→　OS-CON 330μF-25V(25SEPF330M、@5A)
10μ-50V　→　X7S 22μ50V(実効容量推定13μF)
56μ-25V　→　X7S 47μ25V(実効容量推定33μF)

入力側に追加(実効容量合計、推定184μF-25V、X5R)　
秋月コンデンサモジュール616μ-25V，X5R、2個

分圧抵抗(R26)
　13KΩ　→　16.5KΩ(1605)

高電圧カットアウトZD(D3)
　　→UFZVTE-1722B


↑コイルとコンデンサを熱伝導性シリコンRTV盛りで固定。主要な通電路のランドを耐疲労ハンダで再ハンダ盛り。

Chapter 10.

裏側ケース面に放熱用シリコンゲル貼り。1605チップ貼り替えって1個やるのがギリギリ、息詰めてやっとこ感。

←FETのブーストコンデンサは入れ忘れた。どの途、2mm厚以内に細工が難しい、Rgが2.4Ω程度しか無いんで効果は無いんじゃね...

Chapter 11.

この状態から仮蓋で一旦通電テスト。

出力、20.14V

高電圧ロックアウト、約22.93V

低電圧ロックアウト、約10V
復帰電圧、約11V

予定と若干違ってたがマァ良いんじゃね感。やるとしたら応用範囲拡大見込んで、

　R26再調整(16.5K→17.2KΩ)で、21V　(BL1830系の充電終止電圧付近)
　D3再調整、カットアウト22.93V　→　22.0V

しかし車両側22V以上どころか+15Vでさえ上昇する可能性は殆ど無いだろうな。BL1830系リチウム電池を繋いだとしても急速充電直後でも21.75V出力程度が上限の筈。あとこの前、BL1890を直繋ぎで+21V、シンクパットに印加してダイジョウブだったし、21Vも22.93V、大差ないっぺ。まぁこのままでで良いや。D3の調整、てかZD選別とか物凄く面倒、たぶんRD21A~22A辺りから選別になりそうだけど。
耐サージ性増強に関しては入力部には元々TVSが付いてたし、OS-CONが吸収して呉れる期待で。

Chapter 12.

ついでにデタラメな位置に付いているLEDインジケーターの窓を、合う位置に開け直し。透明なジェル接着剤でレンズ作り込み。

Chapter 13.

外装復旧は結局、また弄る可能性もあるし、養生テープで脇貼って巻いて固定だけに。
マキタのBL1430、約1~1.5AHしかない古い奴に繋いで30分間、シンクパットx230TをWin10稼働、高輝度で通電。

内部温度測定(放射温度計/Ta≒24℃)

　FET、約47℃
　入力OS-CON、44℃
　出力OS-CON、40℃
　コイル、約45℃

バッテリーが無くなって電圧が落ちるとコイル鳴きでわかる。通常稼働中の鳴音は無くなった。推測、新品のBL1430なら恐らく1時間程度は稼働可能、BL1890なら3.8時間ぐらいは使えそう。

Chapter 14.

FETの温度が若干高かったんで、蓋の側にもクールスタップ貼り込み。ジェルパットで繋ぎ、気休め。蓋して30分稼働で47℃(Ta≒24℃)程度だったんで、気温が35℃になったとしても多分60℃程度、X7Sのコンデンサの容量低下も大した事無いっぺ楽勝って感じ。

←端っこ落下して基板ショートしない様に、シリコンRTV接着剤で各四隅点付け。

Chapter 15.

本番用ブレードヒューズ、15A挿入。(12A辺りが適切かなあ)

2020年11月29日、スタンバイヘ。久々に車両の道具箱に戻し。

Chapter 16.

尼で φ5.5/2.1ピンジャックアダプターセット調達。...+19.5~+21V系機器で使い回しするつもり。



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