
USBはDC5Vの一定電圧を供給してくれますので、USB充電機を
改造して、いろんなことに使ってみようと思っています。
ただ、電流は装置上、最大値が決まっています。
今、使おうとしている充電機に内蔵のスイッチングレギュレータは1.5Aが上限というものです。
この場合、以下のようなことをするとどのようになるのでしょうか?
(1)3.33オームの抵抗をつないで電流を測定
この場合は E=IR から 5=I×3.33 I=1.5
充電機の最大電流が測定できると思っています。
この考えは正しいのでしょうか?
(2)2.5オームの抵抗をつないで電流を測定
この場合、式では 5=I×2.5 I=2
ただし、充電機は1.5Aが上限です。そうすると固定値は
抵抗と電流の値になりますから、電圧が下がらざるを得ない?
E=1.5×2.5 E=3.75
でもUSB充電機は5V一定に出力すると思っています。
この場合はどのようになるのでしょうか?
USB充電機の電圧が強制的に下がり、装置に負担がかかるのでしょうか?
No.3ベストアンサー
- 回答日時:
電源側の回路構成にもよりますが、保護回路が入っている場合、
定格を超えた電流を取りだそうとした場合、保護回路によって出力電圧は0Vになります。
保護回路が無い場合は、電源の能力を超える電流を取りだそうとした場合は、電圧が下がっていくことになります。
> 2Aは流れたけれども、電圧降下が起こって5Vを供給できなかった、と考えるのが普通なのですね。
いや、おそらく2Aも流れていないでしょう。
「5Vで2Aが流れる機器」は、「抵抗2.5Ω」に相当しますが、
2.5Ωの抵抗を繋いだ場合、オームの法則的に、
5Vより低い電圧では、流れる電流は2Aよりも小さくなります。
例えば、電圧が4.5Vに下がれば、流れる電流は1.8Aになります。
> ただし、充電機は1.5Aが上限です。そうすると固定値は
> 抵抗と電流の値になりますから、電圧が下がらざるを得ない?
スイッチング電源は(効率を抜きにすれば)「電力(=電圧×電流)」は一定のまま「電圧を下げ、電流を増やす」ような回路です。
その上で、負荷変動に対し電圧が一定になるように制御をかけています。
おおざっぱな計算というか推測になりますが、
「5Vで1.5Aを取り出せる電源」は、「7.5Wの電力供給能力がある」と言えるでしょう。
7.5W電源に2.5Ωを繋ぐと、「電圧が4.3V・電流が1.7Aで、電力7.5W」といった感じになるのではないかと。
あとは、使用したい機器次第ですが、
電子回路系の機器は、そもそも「電圧が5Vより下がった」時点でまったく動作しなくなるものがそれなりに多いと思います。
とてもくわしい説明と推測値、ありがとうございました!
なるほど、スイッチング電源の能力は電力が関係しているんですね。
とても納得でした。
接続した機器が動作しなかったのは電圧も電流も足りなかったためだと
わかりました。
勉強のために実際に測ってみます。
このUSB充電機が使えないとわかったので
KIC-053というDC-DCコンバータ(5V、3A)で回路を作って
動作させようと思っています。
これなら15Wの能力があるので大丈夫かなと思っています。
No.2
- 回答日時:
USBをバスパワーから給電を受ける場合、電流の最大値は500mAです。
1.5Aとることはできません。
この回答への補足
うーん、そんなことは百も承知なのですが。
せっかく答えてくださって恐縮ですが、質問の意図をまったく
はき違えていらっしゃいます。
No.1
- 回答日時:
どんな電源装置にも必ず内部抵抗があります。
内部抵抗が生じる理由はいろいろあります。たとえばスイッチングレギュレーターというのは、スイッチング回路を使って直流を交流に変換した上で、トランスで電圧を欲しい電圧にし、これを整流して直流にします。
この場合、トランスの中の銅線の電気抵抗はゼロではありませんし、整流するためのダイオードの電気抵抗もゼロではありません。こういう部品の抵抗により電源回路に内部抵抗が生じます。
いまかりに、スイッチングレギュレーター内のトランスで電圧を6Vにしたとします。そして内部抵抗が1Ωあったとすると、1Aの電流を流すと内部抵抗により1Vの電圧降下が生じますから、外に取り出せる電圧は5Vになります。
0.5Aの電流を流すと、内部抵抗による電圧降下は0.5Vになりますから、外に取り出せる電圧は5.5Vになります。
しかしこのとき何らかの方法で内部抵抗を2Ωに変化させることができたら、電圧降下は1Vになりますから、外部に取り出せる電圧は5Vになります。
内部抵抗が1Ωで2Aの電流を流すと、内部抵抗による電圧降下は2Vですから、外に取り出せる電圧は4Vになります。しかし、内部抵抗を0.5Ωに変化させることができると、電圧降下は1Vになり、外に取り出せる電圧はやはり5Vになります。
このように、電源回路の内部抵抗を変化させることで(トランジスタなどの半導体回路を使います)流す電流が変化しても外へ取り出す電圧が変化しないようにしたものが定電圧電源なのです。
質問者さんのUSB充電器は、内部の電圧がどのくらいかはわかりませんが、内部抵抗を変化させて、出力電圧が5Vになるように制御しているのです。
さて、電流が増加しても内部抵抗を小さくすれば外へ取り出す電圧は一定になるのですが、トランスの銅線の抵抗はゼロにはできませんから、内部抵抗を小さくしようとしてもこれ以上小さくできない限界があるわけです。
すると一定以上の電流を流すと、内部抵抗をそれ以上小さくできないため、内部抵抗による電圧降下が増加して出力電圧が低下してしまいます。
停電圧電源の最大電流というのは、これ以上電流を増加させると内部抵抗をそれ以上小さくできないために電圧が低下してしまうような電流を指します。
ところで、どんなに精密に作った機械にもバラツキというものがあります。最大電流が1.5Aになるように設計し製造したとしても、100台製造すると、中には1.4Aで電圧が低下し始めたり、1.6Aまで電圧が低下しないものなどが何台かできてしまいます。1.6Aまで電圧が低下しないのなら良いのですが、1.4Aで電圧が低下してしまうと困ります。出荷してしまうと不良品として戻ってくるかもしれません。そこで1.7Aとか1.8Aとかまで電圧が低下しないように設計をします。すると、中には品質が悪くて1.5Aを超えると電圧が低下するようなものがでてきます。でもこれを最大電流1.5Aと称して売る分には全く問題ありません。これが定格最大電流です。
質問者さんの1.5Aというのは定格最大電流、要するに保証値であって設計値ではありませんから、もしかすると2A流しても5Vを保つかもしれませんし、低下するかもしれません。どのくらい余裕を見込んで設計しているか、によります。
というわけで、
(1)
これは単に定格電流を測定しているだけです。本当にその電流が最大電流であるかどうかは、より多くの電流を流してどのくらい流すと電圧が低下し始めるかを調べなければなりません。
(2)
これもやはり本当の最大電流がどのくらいなのかわかりませんから、この計算どうりになるとは限りません。
スイッチングレギュレータの仕組みがよくわかりました。
ありがとうございました。
ある機械(5V、2Aが必要)をこの充電機を使って動かそうと
したのですが、動作しませんでした。
ということは、2Aは流れたけれども、電圧降下が起こって5Vを供給できなかった、と考えるのが普通なのですね。
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