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  • ニトリのクリスマスツリーをUSB電源に改造してみた。

    クリスマスの季節が近づいてくると、お店にクリスマス関連のアイテムが並びますね☆
    やはり目玉はクリスマスツリーやイルミネーションアイテムでしょうか。最近はLED化されており、非常に消費電力が少ないので電池駆動の製品も増えてきましたね。
    しかし、24時間常時点灯させたいと考えると電池交換の手間や電池代がバカになりません。
    そこで、USB電源化することでモバイルバッテリーやUSB-ACアダプタから電力供給できるように改造してみました。


    クリスマスツリーに付属するコントロールユニットとは

    今回USB電源改造に使用するイルミネーションユニットです。
    今年にニトリで販売されているツリーには、このタイプの電池ボックス兼コントロールユニットが付属しています。

    コントロールユニットを開けてみると、単三電池を3本使う仕様となっています。
    乾電池を格納する部分にはゴムパッキンが仕込まれており、簡易防滴仕様になっているようです。

    一般的な使い方は、このように充電式電池やアルカリ電池等をセットして使う方法です。
    しかし、長時間使いたい場合は電池交換の頻度が高く手間がかかります。


    USB電源を仮接続して動作チェックしてみた

    まずはUSB電源で動作可能かどうかチェックしてみる為に、USBワニ口クリップ電源コードで仮配線をしてみました。
    基本的には1.5Vが3本で4.5Vで動作する設計ですが、電池駆動の製品は基本的に幅広い電圧で動くように設計されているものが多いです。
    下はニッケル水素充電電池の1.2V*3本=3.6Vから、上は1.5Vリチウム乾電池の初期電圧1.8V*3本=5.4Vまで対応するように設計しないといけません。
    という事は、USBの5Vでも問題ないのでは??という考えでUSB電源を接続してみました。

    5V時の電流は0.08A~0.12AとLEDならではの低消費電力です。
    しかし乾電池で使うとなると24時間の連続点灯は避けたいところ。
    ひとまず耐久試験ということで、この状態で1週間ほど連続点灯させてみましたが特に問題は発生しませんでした。


    クリスマスツリーのコントロールユニットを分解する

    USB電源の5Vでも故障や発熱することなく正常に動作し続けたので、早速改造に取り掛かりましょう。
    まずはコントロールユニットのビスを取り外して内部をチェックしてみたいと思います。

    ビスを外して基板押えカバーを取り外しました。
    内部は8pinのICが搭載された基板で構成されていました。

    コントロールユニットの基板です。
    基板型式はJL-863F-Sとなっており、ICの表面にも863Fと印字されていました。
    チップの素性は謎ですが、コンデンサや抵抗などが一切搭載されていない潔い設計に驚きます(^^;
    ICの電源周りも電池直結という状況なので、スイッチング電源を取り付けるとノイズの影響で正常に動作しない可能性もありますね。。。

    ひとまずUSB電源化といことで、長さ1mのUSBケーブルを買ってきました。
    先端は切断して利用するので、MicroUSBでもTYPE-Cでも問題ありません。色や長さで選ぶと良いでしょう。

    まずはコントロールユニットに先ほどUSBケーブルを通すための穴あけが必要です。
    今回はブラックアンドデッカーのUSB充電式ドライバーを利用しました。

    充電端子はMicroUSB B端子を採用。
    ドライバーに専用ACアダプタは付属していますが、一般的なUSBケーブルで充電可能です。


    クリスマスツリーのコントロールユニットを改造する

    付属のドリルビットでサクッと穴をあけました。
    この時、基板や既存の配線を破損させないように十分注意しましょう。

    この通り、綺麗に穴が開きました。
    USB充電式ドライバーでもこの程度の樹脂であれば穴あけ加工など十分対応可能ですね✨

    コントロールユニットにちょうど良いサイズの穴が開いたので、次はMicroUSBケーブルの加工に移りましょう。
    加工に必要な道具はニッパ一本です。

    こちら側のコネクタは必要ないので・・・

    ニッパでチョッキン!カットしちゃいましょう(^^

    カットしたUSBケーブルを外側から中側に向けて穴を通します。

    先ほど穴を通したUSBケーブルの先端部分を5cmほど被覆を向いて内部ケーブルが見えるようにしましょう。
    USBケーブルの場合、赤・黒・白・緑の4色のケーブルが通っています。
    それぞれ役目がありますが、電源として使う場合は赤・黒の2本だけ残して、白・緑は切断して問題ありません。

    さらに赤・黒のケーブルは先端の被覆を向いて、中の銅線が見える状態まで加工します。

    そして、内部の銅線に予備ハンダ作業を行います。
    予備半田とは事前に銅線部にハンダを浸透させておく作業を意味します。

    事前にハンダを浸透させておくことで、次のハンダ付け作業がスムースに行えるようにするのが目的です。
    ハンダ、ハンダコテ、一眼レフを一度に持って撮影したので、あまり良い角度で写真が撮れませんでした。すみません。

    先ほどのケーブルを基板に半田付けして作業は完了です。
    基本的には黒がマイナス、赤がプラスという色分けになっています。
    この考えでほぼ90%間違いありませんが、念のためにテスター等で極性をチェックしておくと良いでしょう。

    この状態でモバイルバッテリーを接続して点灯試験を実施しました。

    ところが、LED自体は点灯するものの、点灯パターンによっては動作がおかしいようです。
    ゆっくり明暗するようなパターンは高速で点滅して明らかに異常な状態です。
    おそらくスイッチング電源のノイズに起因するICの異常動作だと思われます。

    という訳で電源ノイズ対策の基本となるコンデンサ増設を行いました。
    この基板は電池駆動という事でコンデンサの類が一切搭載されていませんでしたが、基本的にはマイコンICの電源部にコンデンサを装着するのが一般的です。
    本来は積層セラミックコンデンサを搭載したい所ですが、手持ちがなかったため小容量のアルミ電解コンデンサを搭載しました。
    この状態で様々なUSB電源に接続して動作確認しましたが、全く問題ありませんでした☆

    ハンダ付け作業が終わったら、ケーブルの断線を防ぐための固定作業を実施しましょう。
    今回は紫外線硬化樹脂を使って短時間で仕上げたいと思います。
    これは手芸やアクセサリー制作で利用されるUVレジンです。

    まずはUSBケーブルの長さを調整して無理のない引き回しを取りましょう。

    そしてUVレジンを適量流し込みます。
    不意にケーブルが引っ張られた時や、万一ハンダ付け箇所が外れてしまった時を想像しながら塗布しましょう。

    UVレジンを固める作業を行います。
    基本的には太陽光などでも硬化させることが可能ですが、短時間で硬化させるにはLEDやUVランプを使った人工光が最適です。
    今回はハイパワーUVLEDを搭載ししたネイル用の紫外線ランプを使ってみました。

    UVレジンの硬化中はレジンの急激な発熱や軽い発煙などの現象が発生します。
    これは正常な化学反応なので焦らず作業を続行しましょう。

    UVレジンが完全に硬化すると、表面がカチカチに固まり、ベタつきなどが無くなります。

    最初に外したカバーを再度装着して、改造作業は完了です。

    では実際にツリーに装着して点灯させてみましょう。
    明るさも十分で多彩な点灯パターンがあるので、お値段以上の価値があると思います。


    USB電源化作業のまとめ

    いかがだったでしょうか?
    LED全盛の時代という事もあり、売られているものはコンセント式ではなく、電池式の物が多くなりました。
    省電力だからこそ、時間を気にせず長時間点灯させたい!と考える方も多いかと思います。
    比較的簡単に改造出来て電池代や交換の手間も不要となりますので、ぜひUSB電源化改造にチャレンジしてもらえればと思います。


  • Qi規格のワイヤレス充電器を分解してみた。

    iPhone8を入手したので、ワイヤレス充電を試してみることにしました。
    今回はQi規格に対応したエレコム製のW-QA03WFを購入したので充電テストと分解をしてみました。

    W-QA03WFのパッケージとiPhone8です。

    W-QA03WFを見てみるとQi正規認証品の文字。
    安心して使えますね。



    W-QA03WFをパッケージから取り出してみました。
    中身はMicroUSBケーブル、マニュアル等もセットになっています。

    今回はホワイトフェイスデザインのW-QA03WFを買ってみました。
    他のカラーはフェイスデザインではないので、ホワイトのみこのデザインになっています。

    裏面には滑り止めの大型ゴムが配置されており、充電中に滑るような心配はありません。

    充電器の入力部はMicroUSB端子です。
    Lightning端子ではないので、格安のケーブルを使えるのは魅力的ですね。

    W-QA03WFはホワイトモデルなので、ケーブルもホワイトになっています。

    付属ケーブルというだけあって、フィッティングはぴったり。

    裏面も表面もぴったり。
    出っ張ることもないので、端末を置いても引っかかる事はありませんね♪

    では早速通電してみましょう。
    W-QA03WFをUSB電源に接続すると、一瞬だけ青のLEDが点灯しました。

    その後はLEDが消灯して待機状態となっています。

    ワイヤレス充電に対応した端末を置いてみましょう。
    今回はiPhone8を置いてみました。

    すると、赤いLEDが点灯して充電が開始されました。
    iPhone8の画面上も充電中のマークが表示されていますね。

    続いてワイヤレス充電に対応していない端末を置いてみましょう。
    今回はiPhone7でチャレンジしてみます。
    (※本来は推奨される行為ではありませんので、自己責任でテストしてください)

    先ほどの写真で赤のLEDが点灯したので、まさか!?と思いましたが、続いて青のLEDが点灯しました。
    赤⇔青と交互に点滅しているので、エラーを示しているようです。

    続いてXperiaXZ1です。これもワイヤレス充電には非対応なので、先ほどと同じエラー表示です。

    続いてスマホ以外の物でも試してみましょう。
    プラスチック製のレンズキャップです。予想通りLEDは全く反応しませんね。

    やはりプラスチックでは全く反応しない。。。
    というわけで、今度はエネループです。当然LEDはエラー表示ですね。
    (※本来は推奨される行為ではありませんので、自己責任でテストしてください)



    W-QA03WFの詳細をチェックしてみましょう。
    待機中の電流は5V/0.09Aと少し電流を消費しています。

    その状態でiPhone8を置いてみましょう。
    W-QA03WFのスペックは5W出力となっていますが、入力側は5V/1.22Aとなっており、6.1W消費しています。
    つまり15%ほどの電力ロスが発生するという事です。

    ワイヤレス充電は充電パッドとの距離や位置関係が重要になってきます。
    今回は手帳型ケース装着などを想定して、少し浮かせてみましたが、問題なく充電できています。

    しかしながら、入力側の電流は5V/1.69Aとなっており、実に8.5Wもの消費。
    この状態だと送電ロスは約40%と半分近い電力を失っています。

    W-QA03WFのパッケージ裏面にはケースを付けたまま充電可能と書かれていますが、送電ロスなどの特性も理解したうえで利用するようにしたいですね。

    ワイヤレス充電も十分楽しんだので、W-QA03WFを分解してみましょう。
    本体にはビスなどは見当たりません。
    接着かツメによる固定だと思われるので、スマホ用の分解工具で隙間を広げていきます。

    少し格闘したところで、パカッと開きました。
    固定は接着(溶着)のようなので、元に戻すには接着作業が必要になりそうです。

    見えるパーツは基板とコイル、一部のディスクリートパーツのみ。

    基板自体は固定されておらず、隙間に収まっているだけです。
    中央部のコイルは両面テープで固定されているので、破壊しないように慎重に取り外しましょう。

    パリッと剥がれました。
    基板自体はパワー系のチップが乗ったシンプルなもの。

    基板全体像です。円周に沿ってチップが配置されています。
    このコイルは電磁誘導の原理を応用したものなので、わかりやすく言えばHIクッキングヒーターと同じようなモノです。

    W-QA03WFの電源入力部をチェックしてみましょう。
    端子はMicroUSB端子、データ端子は接続されておらず電源線のみ結線されています。
    基板の型式はVM001-5W 20180424 Rev:1.0となっています。

    電源入力部を通って最初のチップは、「Texas Instruments」の「LM358」です。
    低消費電力のデュアル汎用オペアンプとなっていますが、Qiの発振用でしょうか。
    Qi規格自体は110kHz~205kHzの周波数と規定されていますね。

    続いてのチップは「MIFENG DIANZI」の「BQT151」です。
    Qi認証を取得したワイヤレス充電専用のコントローラーICです。
    Qi Ver1.2に対応し、温度制御や異物検出などをサポートしています。

    沢山並んだトランジスタはコイル駆動用のブリッジ回路でしょうか。
    BQT151」のリファレンス回路をそのまま使った感じですね。

    コイル駆動部には2種類のFETが使われていました。
    Si9926ADY」Dual N-Channel 2.5-V MOSFET
    Si4953ADY」Dual P-Channel 30-V MOSFET

    黒い部品は「334J63」と書かれており、0.33uf63Vのフィルムコンデンサでした。

    いかがだったでしょうか?
    Qi規格のワイヤレス充電器には沢山のICが搭載されて、異物検知などを含めた安全対策もバッチリです。
    電磁誘導ということもあり、安全性の高い製品を選ぶようにしたいですね。




  • ホンダフィット3 純正USB端子を社外ナビに接続する。

    ホンダフィットには純正ナビ用のUSB端子が設けられていますが、ナビ側は専用端子となっており、社外ナビへの接続は出来ません。
    今回は純正USB端子を社外ナビに接続する改造を紹介したいと思います。

    車体から取り外した純正USB端子につながるケーブル。

    センターコンソール部に見えている部分は一般的なUSBコネクタになっています。

    センターコンソールにパチッとはめ込みできるように、外側にはツメなどが付いています。

    そして問題の純正ナビ側コネクタ。
    こちらも抜け止めのラッチがついたコネクタになっています。

    コネクタの中身を見るとUSBコネクタに似た雰囲気ですが、周りのハウジングが特殊形状なので純正ナビ以外には差し込めません。

    こうやって見ると、通常のUSB A-Bケーブルに見えてきますが、やはりナビ側が曲者ですね。

    こちらのコネクタには白いロック機構?のようなモノがあるので、樹脂工具で外してみましょう。

    少々強引に引きちぎる形で取り外しました。
    しかし、ケーブルとコネクタが分離する気配はありません。

    ということで、ニッパを使ってハウジングを切り開いてみました。
    樹脂内部は厳重なシールド構造になっています。ニッパで解体する際は樹脂部だけを攻撃するようにしましょう。

    樹脂ハウジングをすべて取り除いて、金属シールドを開けてみました。
    中に見えているのは赤と黒のケーブルでUSBの電源部ですね。
    ここまで分解して通常のUSB Bコネクタと同一ということが分かりました。

    裏側のシールドも解体してみましょう。
    中央の樹脂部だけ残してバラバラにすることが出来ました。

    ここまで分解してみましたが、再使用は不可能なのでニッパでチョッキン!

    網線シールド構造になっているので、絶縁被覆と共にシールドをめくってみました。

    一般的なUSBケーブルを切断した事がある人ならわかると思いますが、通常は赤、黒、白、緑の4色で構成されています。しかしホンダ純正のUSB端子は赤、黒、紫、橙というパターンの4色構成でした。
    ケーブルを見ると極太の電源ケーブルと、厳重にシールドされた信号ケーブルが印象的です。
    さすがは自動車用として作られたことだけはありますね。PC用で売っているものとは全く別物です。

    今回は汎用性を追求して、USB延長ケーブル仕様に改造してみたいと思います。
    通販で購入したUSB Aタイプのコネクタセット。
    自分で半田付けすることで自由にケーブルを製作することが可能です。

    まずは通常のUSBケーブルを参考に半田付けしてみました。
    並びは左から黒、橙、紫、赤の順になります。
    ちなみに網線シールドはこのように左右に振り分けしました。

    続いて網線シールドをコネクタの左右に半田付けしました。
    これでケーブルが抜けてしまう事も防止できます。
    もちろんノイズ対策としても接続は必須です。

    半田付けが完了したので、樹脂ハウジングをはめるところですが、ケーブルが太すぎてフタが閉まりません。
    そこでコネクタの後ろ部分をチョッキン!

    ここまで切断して、なんとかケーブルが収まりそうな感じですね。

    ハウジングを切断して極太ケーブルが何とか収まりましたが、仕上がりの違和感はありませんね☆

    これで見た目もUSB延長ケーブルになりました。
    どんな機器でも接続できるので、ナビを買い換えても問題ありませんね。

    なぜ苦労して純正ケーブルを改造したのか?という答えはここからです。
    勘の良い方は、もうお判りでしょうか。

    これはナビに付属するような一般的なUSB延長ケーブルです。

    電流負荷をかけて体力測定してみましょう。
    まずは2.4Aほど。

    大幅に電圧降下しており、4.59Vまで低下しています。
    かなり抵抗値が高いケーブルのようですね。

    では続いて、ホンダ純正USB端子を改造したケーブルで同様のテストを実施してみましょう。
    まずは2.4A。

    結果は4.81Vとなりました。
    先ほどより0.2V以上高い電圧を維持しています。

    少し電流を下げて1.5A負荷で様子を見てみましょう。

    なんと電圧は4.99Vです。ほぼ電圧降下はゼロといって良いでしょう。
    この差がスマホ接続時に充電できるか、逆に放電していくか、そのような差になるんですよね。

    最後にUSB規格を完全に無視して3.5Aもの負荷をかけてみました。

    3.5A流しても4.6Vを維持しています。
    一般的なUSB延長ケーブルと比較しても1.5倍以上は大電流に耐えられるようです。

    このように自動車用に使われるケーブルは総じて高品質、高耐久なんですよね。

    今回は自動車メーカー規格の高品質ケーブルを最大限活用する形で延長ケーブルを作ってみました。
    一般的な延長ケーブルよりも高品質で、内装とのフィッティングもぴったり。

    皆さんも簡単なDIYで美しい内装処理を目指してみてはいかがでしょうか。