- 回路設計概要 -
さて、音枕を実際に入手して、ちょっと試しに使ってみました。うん、これはいい！ 頭を置くと、音が聞こえてきます。で、頭を上げると、ほとんど聞こえません。つまり音洩れがとても少ないということです。これなら病室で使っても、まわりに迷惑をかけないで済みそうです。
で、気になっていた枕本体用のＡＣアダプタを確認したら、6V 300mA でした。ということで、乾電池から 6V を作ってあげれば良いことが決まりました。ところで乾電池の電圧は、新品で最大 1.7V ぐらい、終止電圧は 0.9V とか 0.8V とかです。単純に降圧するだけだと、0.8V まで使うとしたら８本直列にする必要がありますので、ちょっと大掛かりになり過ぎる感じがします。逆に昇圧だけにしようとすると３本ということになり、ちょっと力不足になりそうな感じがします。ということで、多少効率が落ちるのを覚悟で、昇降圧２段構成にしました。中間電圧を高圧にするか低圧にするか迷いましたが、電圧変動の激しい電池から昇圧するとなると、中間電圧をかなり高く設定することになりそうだったので、電池を一旦降圧してから 6V に昇圧することにしました。初段が降圧に決まったので、後段で 6V に昇圧しやすく、かつ電池の終止電圧よりも低い電圧として、中間電圧は 4V ぐらいとし、乾電池は６本直列（10.2V 〜 4.8V）にします。
- 回路設計詳細 -
乾電池の本数・昇降圧の電圧が決まり、必要な電流もわかっていますので、あとは実際の回路に落としていきます。電圧変換には NJM2360 を使います。ほとんどアプリケーションノートの回路をそのままパクりました。
ただし、降圧回路のスイッチングのONデューティを高めにしたかったので（電池容量を最後まで使い切りたいので）、発振用コンデンサの容量は少し大きめにします。これは 1000pF 以下では OFF 時間がコンデンサの容量に比例しなくなって一定の時間になり、ONデューティが低くなるからです。また昇圧と周波数が一致すると変なクセやノイズが出る心配があるので、意図的に周波数が一致しないようにします。結果として、1500pF と 2200pF にしました。1500p と 2200p がたまたまジャンク箱にあったのはヒミツです。
出力電圧のフィードバックは、エネルギー源が乾電池ということで、あまり無駄な電流を流したくなかったので、抵抗値を高めにしてあります。また計算しやすいように、Vref = 1.25V に対して 12kΩ を対応させました。大雑把な計算として、抵抗値をそのまま電圧に読み替えられる感じです。12kΩ + 27kΩ = 39kΩ で約 4V、12kΩ + 47kΩ = 59kΩ で約 6V です。回路完成後に実測したら、12 : 1.25 の誤差と、抵抗器の 5% の誤差が効いてきて、中間電圧が約 4.11V、出力電圧が約 6.13V でした。
出力部には気休めとしてπ型フィルタをつけます。
一番悩んだのが、電池の取替えサインです。コンパレータを使って LED を点等させることを考えてみましたが、せいぜい「緑・黄・赤」の３段階ぐらいになりそうで、しかも判定電圧をどう設定するかが難しそうだったのと、見える明るさにするには最低でも 3 〜 5mA ぐらい必要なので、ちょっともったいない感じがしてボツにしました。変に判定電圧とか考えるくらいなら、いっそのこと電圧をそのまま見せてしまった方が簡単だろう、ということで消費電力の小さな電圧計を付けることにしました。これならリニアに電池の減り具合がわかるので、慣れてくれば次の電池交換の時期を予測できるようになるのではないか、という想いもちょっとあります。
あと、窓からいい具合に太陽の光が入っていたので「いつかソーラーパネルでの発電もしたいなぁ」と思い、電池とソーラーパネルを切り替えるスイッチもつけました。はたしてこのスイッチを切り替える日は来るのでしょうか？
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