乾電池2本使用の焦電センサー用電源

　PanasonicのPaPIRSにはEKMBシリーズのように電池駆動用の最小電源電圧2.3Vの焦電センサーがあり、これらは消費電流も小さく乾電池2個直列でも長時間使用することができます。しかし通販で探すとかなり高価で、廉価なモデルはやはり最小電源電圧3V品となってしまいます。
また他のメーカーの焦電センサーでも最小電圧が2.7Vや3Vといったものが多いようです。
これらのデバイスを乾電池2個直列で駆動しようとすると電池が規定電圧内にある時間が短くてあまり実用的ではありません。(デバイスの実力として2.5Vぐらいでも動作するということはありますが、やはりそれを期待した設計は好ましくありません。)
これまでは安易に電池を3個直列にしていましたが、電池1個の差で収納ケースが一回り大きいものになっていました。
そこで収納ケースをスリムにするために電池2本を使って最小動作電圧3Vの焦電センサーを駆動する回路を検討してみました。
方法としては昇圧コンバータを用いれば良いのですが、小電流では効率が悪いという先入観もあって電池寿命が心配でしたので回路を作って実測することにしました。

回路は簡単に入手できるデバイスを使って次の2つの方式を作りました。
1. チャージポンプ電圧コンバーター
2. PFM 昇圧DC-DCコンバーター

コンバーター回路は図１に示すもので、センサー回路は図２に示すものです。
図3に電池電圧変化のデータを示します。
電池は単四(Fujitsu Premium S)を使っていて、他のサイズの場合はこちらの資料から推定します。
ラフな計算ですが 単三は 2.4倍、単二は6.5倍、単一は13.8倍となります。

図1 コンバーター回路


図2 センサー回路


図3 電池電圧データ


　チャージポンプは基本的には入力電圧の約2倍の出力電圧を得るようになっているので電池の電圧によって出力電圧が変わります。この電圧範囲がセンサーの動作電圧範囲内にあれば動作上は問題ないのですが、出力電圧が高いとロスになる電力が増え電池寿命を短くするのでできるだけ低く抑えたいところです。
そこでアプリケーション回路では本来10uFを使っているチャージコンデンサーを 0.5uFに変更しました。
出力電圧は電池電圧と負荷状態によって変わり、図1内の表のようになっています。
安定した一定電圧ではなく、またTWELITE送信時の電圧ディップもあるのですが、PaPIRsは内部にレギュレータを持っているせいか問題なく動作しています。
(PaPIRs以外のセンサーを使った回路ではTWELITEの通信時の電圧ディップが誤動作を引き起こす可能性があります。その場合にはフィルターの強化やレギュレータの搭載などの対応が必要かもしれません。)

　出力電圧が電池電圧に左右されないPFM DC-DCコンバーターは本命であったのですが、電池寿命が心配でした。
しかし上記寿命テストの途中結果を見ると2か月以上使えそうな様子でしたので、設置予定であった「LEDストリング害獣撃退装置」のセンサー子機をこの回路を使って製作してみました。　=> 参照
子機のケースサイズも小さくできてスマートな形状になりました。

<2023.01.18追記>
当記事の内容を反映した「PaPIRs焦電センサーを使った無線子機の製作(最新仕様)」を書きましたのでご参照ください。　
<追記終わり>


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