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 ■ 昇圧型走行充電TC20C
新規2020/09/10（リリース開始）　最終更新2023/01/01
TC20CはTC10Cのチューニングアップ版です。基本回路・調整法など同じ。詳細はTC10Cのページで解説しています  
 基板の無償領布、PICの領布、完成基盤モニター販売 
■ 目次 項目：　項目クリックで該当ページに行きます。戻るにはWEB←釦で   ★機能、特徴
  • 最大出力22A、15.0V　充電電流、電圧は数値にて可変設定
  • PICマイコン制御
  • 降圧動作領域は入力パワーFETレギュレータ制御 （充電電圧より入力電圧が高い領域）
  • ❖設定した電流電圧で充電します。リモコンユニットで電流電圧を表示します。(状況に応じて変化する)
  • 全鉛バッテリ、リン酸鉄リチュームイオンバッテリLifepo4（降圧モード時注意が必要）に対応。
  • LCDデジタル表示付リモコンを採用。LANケーブルを使用し延長可能・運転席でモニター監視、設定操作が出来ます。
  • 小型基板とワイヤードリモコンで構成し、ファン制御装備、省スペースで車載組込が可能です。
  • CPU制御DCDCコンバータはハーフブリッジ同期整流方式を採用。DCDC全域PFM制御。
  • 同期整流方式は高効率、低発熱、不要輻射などが少ない特徴を持ちます。
  • インダクタは大型2分割リングコア。20A越えても磁気飽和しないスペースギャップを採用した独自方式。
  • 使用部品はIC半導体、CR、など最新の表面実装SMD部品を採用しました。
  • 入出力端子は放熱要素も兼ねた玉川精螺製大型基板用金具端子を採用。
  • TC10A/10B/10Cと開発を重ねた3作目　最新版です。
  • 充電中は充電電圧、充電電流の2行表示します。　待機時はメイン、サブの電圧をモニタします。
  • メインバッテリ、サブバッテリ各種保護機能も装備、6.5mAの待機電流。昇圧時最大95%の高効率。
  • LCD表示&操作、マイコン数値制御ユーザーインターフェース機能。
  • 各種設定電圧など重要要素の表示、設定(精度)を自由に0.1単位で指定できます。
  • 注：充電終了は手動操作です。設定電圧に達し、充電電流が流れなくなった時点。(目安バッテリ容量の1/100)放置しても問題は無い。
■ TC10B/10C/20Cシリーズは設定した充電電流、電圧がLCDリモコン表示で動作確認出来ます。待機時はメインバッテリー＆サブバッテリー電圧を表示します。汎用LANケーブルで運転席迄延長し常にバッテリ監視できます。オプションではなく標準仕様です。使用するバッテリに最適な充電電圧、充電電流が設定できます。全鉛バッテリー、リン酸鉄リチュームイオンバッテリに対応します。スペックはこちら。
 ★SLE VERY H・M・C　昇圧型走行充電器開発履歴（PICマイコン版）
　TC10A　2014/05
    10A級単相DCDC →→開発者のみの運用にとどまる
    ↓
　TC10B　2017/06
    10A級単相DCDC→→モニター販売実施(終了)
　　↓
　TC10C　2018/06
     10A級同期整流DCDC→→モニター販売実施(TC20Cに統合し終了)
    ↓
　TC10E/30E　2018/12
    10A級＆30A級　昇降圧フルブリッジ同期整流(リリースはコスト増などで断念)
    ↓
　TC20C　2020/12
     20A級同期整流ハイパワーDCDC　10Cの後継 このページです。
　　　　　　　　　　　→→モニター販売実施中2020/12～
 TC10Cからのチューニング項目
  • ①　入力電流制限抵抗変更、出力電流センサー定数変更
  • ②　ソフトバージョンアップ、設定値拡大
  • ③　PWB改良変更、大電流ランド、ラインの拡大強化
  • ④　入出力端子強化し容量アップと放熱効果を狙う
  • ⑤　全SMD化。SMDチップPIC16F1705T-I/SＬを採用
★生基板の無償領布、完成基盤モニター販売　　・2020/09/14～試用版限定開始
更新情報、最新情報はブログTC10Cカテゴリー記事に記載しています。　告知せず更新する場合もあります。
　2020/09/10 TC10C PWBRev07 にて1回目試作公開
　2020/12/01 TC20C Rev01 Ver1.03 リリース
　2020/12/28 TC20C Rev02 試作完成 PIC16F1705をSOPタイプとした
　2021/06/20 TC20C Rev02b Q1 2個並列基板外付
　2022/02/07 ソフトウェアVer1.06 リリース充電開始電圧可変に対応しました
　2022/10/30 部品表　更新
　2023/01/01 降圧制御時の温度上昇70℃カットオフサーモ追加。 k
★PICプログラム更新履歴　更新方法、配布については別途お問い合わせください。
　2020/09/07  TC20C Ver1.03 充電条件22A迄拡大,充電電圧可変13.8V～15.0Ｖ
　2022/02/07  TC20C Ver1.06 充電開始電圧を可変可能としました。12.0～14.0V
 ■■部品表　 2022/01/01 TC20C Rev03 配線図 TC20C
　秋月電子などで入手可能です。極力指定部品で信頼のおけるショップから正規品を購入下さい。Amazon、ALiexpresなど中国からの格安品は低品質、リマーク品、偽物が多く注意が必要です。試作部品価格は10個単位販売などの為1枚製作でも2万円以上かかります。プリント基板製造費用はJLCPCBなど格安品で10枚2,000円程度。　
 ■ 自作難易度　
 TC20CはSMD（表面実装）部品の使用率は可能な限り高く完成度向上を目指した為、手作業半田付けは経験や熟練が必要です。ゲートドライバーICはピン間0.5mmピッチです。PWB、SMD書込み済みPICなど実装済半完成品は提供可能な時もあり、都度お問合せ下さい。(大抵は完成品領布価格より割高になります)
 ■■スペック (TC20C Rev03 Ver1.06) 　主な仕様　黄文字がTC10Cからの変更部
*名称：　TC-20C
*入力電圧： 12V車専用
*最大出力  設定最大出力 330W（15.0V、22A）　
*充電設定電流： 1.1A～22A　0.1Aステップで可変
*充電設定電圧： 13.5V～15.0V　0.1Vステップで可変
*充電開始電圧： 12.0V～14.0V　0.1Vステップで可変（V1.03では13.0V固定、V1.06以降で可変可能）
*表示； 有線リモコン,デジタル2行表示　LCDバックライト付(無操作10秒で消灯)、充電モード時オンボードLED点灯
*待機時表示；　1行目サブバッテリ電圧、2行目メインバッテリ電圧。
*充電モード時の表示；　サブバッテリー充電電圧、サブバッテリー充電電流
*設定操作； 表示基板内タクトSW 4個による、リセットSW有り
*充電、非充電操作； 12v印加(ACC連動設定電圧で起動)・(可変).
*表示精度：電圧±0.1V、電流±10%
*PICリセット；TA78L05Fショート保護を利用した簡易リセット方式
*待機電流(暗電流)： 12.5V時 6.5ｍA以下（サブバッテリから供給）PSW有り(暗電流ゼロ)
*保護回路： 温度過昇防止有り、ヒューズ無、逆接保護無、入力低電圧保護
*バッテリ保護： メイン低電圧保護、高温保護（充電電流半減）
*高熱保護： PIC温度可変設定40℃～70℃(初期設定40℃)にて充電電流半減
*高熱保護： 70℃カットオフサーモ追加しました。2023/01/01～ 大容量LiFePo4バッテリFETレギュレータ損失保護
*冷却ファン； 独立ファンサーモ回路内蔵 動作温度固定50℃
*低電圧警報ブザー； 1秒周期ピー,ピー,ピー
*充電方式： MC34063A 定電圧定電流　入力電流制御(PFM)+入力FET制御 PICプログラムコントロール
*DCDCコンバータ； 高効率、低発熱ハーフブリッジ同期整流方式
*TC20Cの並列接続：　動作可能　さらなるパワーアップが可能となります。
*対応バッテリー： 全鉛バッテリー、自動車バッテリーと完全互換のリン酸鉄リチュームイオンバッテリ（BMS内蔵型）
*入出力端子： バッテリ接続端子4mmSPワッシャ付き、ファンACCは小型3Pターミナルブロック
*寸法； 93*110*28　（アルミベース含む基板のみ）重量； 245g
 ■ 初期設定値　TC20C  使用するバッテリに合わせた設定を行って下さい。線路抵抗は運用後電圧降下を測定し補正値を決定して下さい。
  • SUBMAX C；17.0A (充電電流)　2～22A 　lifepo4充電時降圧モードでは10A程度から試用しQ1発熱損失をチェック
  • SUBMAX V；14.4V (充電電圧)　12.0～15.0V
  • S ｹｲﾎｳ　V；12.0V (サブバッテリ警報電圧)　10.0V～12.5V
  • ｹｰﾌﾞﾙ R；0000mΩ (ｹｰﾌﾞﾙ補正抵抗値)　0000～240mΩ
  • M ｹｲﾎｳ V；12.0V (メインバッテリ警報電圧)　11.0～12.5V
  • ECO V；12.5V (エコモード電圧)　12.0～13.5V メインバッテリが設定電圧に低下すると充電電流を半減する。
  • ｸｲｯｸ SV；12.2V (ｸｲｯｸﾓｰﾄﾞ電圧)　12.0～13.0V 　メインバッテリが設定電圧に低下すると充電電流をカットする。
  • 温度過昇保護ﾞ；40℃（40℃～70℃）　pic内部で温度検出し設定で充電電流半減　2023～70℃外部サーモカット追加
  • ファン起動温度：40℃固定 (40℃～70℃)
  • 充電開始電圧：13.0V固定　V1.06以降12.8V　(開始12.0V～14V) 　3秒以上継続する事
 ■ メイン基板の製作　PWB Revにより随時変更有
 TC20C Rev02c 部品面

大きな変更はなく、インダクタも同じもの20Aは問題なく使用可能です。Q1は外付け2個並列としました。入出力コンデンサーはそれぞれ1個追加しリップル電流増加発熱に対応。ＯＳコンから通常の低ESRコンデンサ105℃に変更です（性能に大差無き為）。
入出力端子はそれぞれ2個並列使用接続時電流分散発熱分散して下さい。
ＬＣＤ操作表示基盤もTC10B/10C/MSPSWと共通、常時接続です。
PIC16F1705はDIPからSOP(表面実装タイプ)に変更し、基板もRev02に変更しました。書込みはRJ45コネクタを使用します。
TC20C Rev02c～ 半田面
基板外に見える入力ＳＷFET　IRLB3813PBF(TK100A06N1)を2個並列とし降圧制御時の損失に対応。同期整流ＦＥＴはTO263形状のサンケンSKI03021としていましたが廃品種となりTO220形状のIR社のIRLB3813をに変更。D4はSBR15U4に変更。
入力電流検出１０ｍΩ7Wに40ｍΩ1Wを並列として20A対応とした。出力端子、チップ抵抗の角ランドは0.3mm銅板強化。発熱部品は電流検出チップ抵抗、インダクタ、FET、入出力コンデンサ、ショットキダイオード。20Aでは入出力端子も接触抵抗もあり、発熱部品となる。
左画像はPWB TC20C-Rev02ｃ　最新基板。大電流配線パターンは1.6mm銅線により強化。
tc20c_rev02b top

TC20C Rev02 基板変更点は
 ① PIC16F1705を表面実装のSOP14に変更。
 ② Q1FETとスイッチングFETをTO220形状IRLB3813PBF又はIRLB3034PBFも併用としました。Q1は2個並列使用
 ③ RJ45コネクタ左90度に変更、他細部パターンレイアウト小変更
TC20C rev02c btm

注：基板Revにより使用部品、部品レイアウト、PWBパターンなどが異なる場合があります。左図は2021/06/26現在入力Q1,2個並列使用(通常は1個)

注：2021年秋以降パワーFETなどの入手が困難になり、製作都度PWBの変更を余儀なくされています。
チップ部品の半田付け作業の一例です。
慣れれば結構早く作業が出来ます。DIP部品より作業性は良い様に思います。0.5mmピッチのゲートドライバーLM5106MMもゲルフラックスで行えます。コツは浸透性と表面張力を利用する事、半田温度は高めが良い。
 レギュレータFETにIRF1324STRL-7PPを採用、ヒートシンク90*90*15に基板を装着してみました。3mmネジ穴を開けるのは生ＰＷＢを貼付け、3ミリドリル刃で6穴ポンチ、2.5mmドリルで下穴を開け、3mmタッピングします。
放電時充電初期、降圧モード時の発熱対策。この方向からさらにファンで冷却も必要です。
注：このヒートシンクはサンプル試作のみ。
70dothermo 降圧モードに於いて
Q1発熱対策の７０℃過熱防止サーモ追加したもの。ゲート-GND間に追加し、動作停止させます。間欠充電になります。これが動作する場合は設定充電電流を半減するとか何らかの対策を講じて下さい。
ブログ記事にまとめました。
凡そ入出力電圧の差×動作電流＝Q1の損失（熱損失）となる。
 インダクタについて
本来は漏洩磁束の少ないトロイダルコアを使用すべきですが入手可能な最大のトロイダルコアはアミドン社FT140#67です。それでも20A以上の大出力になると磁気飽和が発生します。ＤＣＤＣコンバータ用途としての透磁率の高い良質のトロイダルコアの入手は不可能です。1番のネックは高価な事。磁気飽和ロス軽減するには分割型コアを採用しギャップを設ける事により十分使用可能となる事が当サイトの検証で実用化証明ができています。最適なギャップサイズがあります。ギャップ部分からの漏洩磁束が多くなる欠点がある。
左　LF130Bは1.6φ*2　　右LF102B

LF102Bで20Aはクリア出来、LF130Bはオーバスペック。LF130Bでは発熱が少なく、LF130Bでは基板実装完成時高さが35mm以上に成ります。もちろん性能的に向上するがコストアップする。
20A出力時　PFMスイッチング波形
全域PFMなので多少のリンギング以外、乱れが殆ど無い。
 　測定中の最新画像をアップしました。
 ■ 充電条件の設定　TC10B/10Ｃとほぼ同じ
■■　(TC10B　＆TC10C　との制御ソフトの互換はありません)
充電条件の変更はSW3を押しながらリセットを短押し。ジョウケン？と表示されたらSW3を離すと電流、電圧他が順次表示変更できます。保存はＳＷ１の長押し、短押しでは変更せずに次項目に移動します。
■車載取付例・結線図・外部LoadSWFET基板
 想定バッテリーは10AH以上の鉛、リン酸鉄リチュームイオンバッテリ100AHでは2基並列で0.4C充電可能
200AHでは3基並列により0.3C充電が可能（オルタネータ能力、配線ロスを考慮して下さい）
 パワーアップは基板並列接続で電力分散をお勧めします。
単一基盤で実現するのは20A程度とし、それ以上はTC20Cでの並列接続で実現可能です。 単一基板で大電流を扱うより、電流分散出来、配線サイズ、安全性、故障時の対応についても有効です。
参考結線図　 　！端子配列は基板Revで違いがあります。基板のシルク印刷に従って下さい。配線線路抵抗にご注意！
基板はサブバッテリに極力近い場所に設置する。マイナス端子シャント抵抗の取付は必須ではありませんがあれば充電電流、放電電流が見える様になります。
基板並列接続によるパワーアップ、電力分散も可能です。
コントロールボックスなどに収容する場合の参考図はこちらをご覧ください。図のバッテリはWP50-12 リン酸鉄リチュームイオンバッテリLFP12-50と同サイズです。
注： 基板左右のGND端子は内部で繋がっています。
注： バッテリマイナス側のシャント抵抗があれば放電電流も見える様になりますが無くても動作には関係ありません。
注： ケーブル5.5SQの場合、丸端子はR5.5-3.5又はR5.5-4
リン酸鉄リチュームイオンバッテリ用並列駆動の参考図ブログに掲載
tc20c接続図
 TC20C走行充電器、MS-PSW メイン、サブ自動切替器の接続図
　50～100AH LiFePo4バッテリ用
MS-PSWを設置すると走行充電中は負荷機器はメインバッテリから消費され走行充電設定値が100％充電電流値になります。基板をカラーコンパネボードなどにネジ止め端子台を経由し各バッテリーに配線する。分岐はしっかりした端子台、アースバーなどを使用し、接続接触抵抗が少なくなるように。ヒューズ容量、挿入個所は参考です。通電電流値により挿入個所、電流容量を選択してください。
注：概略図です。操作LCD、MS-PSWのSW、LEDなど記載していません。配線は3.5ｓｑ
注：各基板の端子配列、LED極性は基板Revで配列が違います。シルクに従う事
注：バッテリ容量が大きくなればTC20C基板を増設可能です。
注；180*300程度のボード上に左図を参考に配置配線します。
注；　15.0A以上ではFANを設置し強制冷却が必要です。基板取付けはスペーサ等で通風を確保する。アルミ板を10mm程度浮かしてアルミ板下面、上面に（基板との間）充分に通風を確保して下さい。ファン設置しない場合は充電電流10A程度としてください。 ファンの設置位置はメイン端子（入力端子）方向から当たる様にして下さい。
 LiFePo4バッテリ充電として設置例

注意；ファン風が必ずメイン端子方向に当たる様にして下さい。LiFePo4バッテリ充電では特に厳守して下さい。降圧充電領域が長く入力FETの発熱が多くなるためです。FET発熱はメイン端子からの放熱も考慮しています。
★配線に於いての注意点 　注；マイナス配線は最後にしましょう！ショート焼損防止。
  • ①　低圧大電流の配線は基本的には太く、短くですがTC20Cは定電流充電方式です。無暗に高価な太い配線を使用する必要はありません。上記配線ですと12AWG（3.5sq）程度で十分。多少電圧降下があっても問題ありません。
  • 　
  • ②　TC20Cとメインバッテリ（オルタネータ）間は多少長くなっても良いが電圧降下でTC20Cの起動電圧が得られない場合起動電圧を12.8V程度に変更して下さい。
    　
  • ③　動作電圧の検出は基板の端子電圧です。バッテリ端子電圧ではない事にご注意ください。
  • ④ LANケーブルにクランプコアノイズフィルターを基板側に1回ループで必ず装着して下さい。　
    　
  • ⑤　誤動作トラブルケースでボデーアースの見落としが見られます。ケーブル電圧降下はマイナス側ケーブルにも発生します。
★降圧モードの過負荷対策
　LiFePo4を充電する場合降圧モードでの動作領域が終期に至るまで継続します。
降圧モードではQ1のFETによるレギュレーター制御が動作し大電流時に於いては発熱損失が増加し、設計損失を越える場合があります。メイン側端子付近の発熱をチェックしてください。2023年1月からはFET近辺に設置した70℃でオンとなるサーモスタットにより充電動作の停止となります。50℃位に回復すれば再度充電動作になります。
　
　降圧時Q1の発熱損失を回避する方法は？　(以下は基板毎に)　入力電圧が下がるとQ1の損失は減少する
  • TC20Cを複数並列に増設し、電力損失を分散させる。
  • 入力配線を敢えて許容範囲内で細くする、長くする。3.5sqを採用する。
  • 入力側に設置するヒューズ配線も長くする。 3.5sqを採用する。
  • メイン側の配線も現用から一回り細いサイズに変更する 8sq→5.5sq。
  • ショットキーバリアダイオードMBR6045WTを入力側に入れる。
    (ヒートシンクに取付が必要です)
  • 出力側配線（サブバッテリへの配線）は太く短くする
    上記メイン側で変更した配線を流用し2重配線とすると無駄がない。
★リン酸鉄リチュームイオンバッテリに於いてBMS過放電保護によるオフ（電圧ゼロ）となった場合、TC20Cも動作停止し表示も消えます。
　復旧にはLifepo4バッテリを別途充電しBMSカットオフを解除しなければなりません。
　BMS復旧方法はご使用のLifepo4バッテリメーカーの説明書を参照してください。参考解除方法はブログで紹介しています。
　低電圧保護をバッテリ本体保護機能であるBMSに依存するとバッテリ寿命に影響します。
　鉛の様に満充電保管の必要は無いが早めの充電回復をお勧めする。低電圧保護機能はMS-PSWをお勧めします。
　　
★設定した充電電流が流れない、設定した充電電圧にならない？
　鉛バッテリは定電流充電領域が短く、定電圧領域が早期に訪れ、電流はだらだらと下がっていきます。満充電の判断が出来にくい。
　リン酸鉄リチュームイオンバッテリは満充電直前まで設定電圧になりません。定電流充電領域が満充電直前まで続きます。
　TC10B/10C/20Cは使用するバッテリによって異なりますが正常な設置条件であって充電初期においては設定電流が流れます。定電流制御により電圧は設定電圧より低い値となります。(電力制御です)
充電終期に近づくにつれ電流は減少し、電圧は設定電圧に近付きます。LiFePo4の充電特性ではTC10B/10C/20Cは電流制御の為特に顕著に働きます。
　
★低温下（0℃以下）設定した充電電流が流れない
　リン酸鉄リチュームイオンバッテリは（リチューム系バッテリ）は低温下では充電、放電能力が著しく低下します。対象のバッテリーの充放電温度特性を参照してください。低温下で無理な充電をするとバッテリーにダメージを与えます。
　
★設置後の点検等注意事項
　大電流充電では少しの接触抵抗などで発熱します。樹脂や木部に触れておれば炭化、発火の危険性もあります。　定期的な点検をして下さい。特に深放電バッテリーへの大電流充電時において、配線、ヒューズ部、端子部分、基板等過大な発熱、変色が無いか点検して下さい。異常があれば必ず何らかの対応処置が必要です。TC20Cの端子は放熱も兼ねた基板金具端子を使用しています。ネジの緩みも接触抵抗を持ち発熱します。
線路抵抗、端子ネジ部の接触抵抗、ヒューズホルダーの接触抵抗などはその端子間電圧をデジタルテスターで見る事により抵抗値を計算できます。
また、この点検や端子間電圧測定により、トラブル時に必要な改善点が必ず見つかります。非接触温度計も便利です。
　
★リン酸鉄リチュームイオンバッテリに於いてBMS遮断機能を利用するのは推奨しません
　BMSで低電圧遮断、充電最大電圧遮断機能を使用せず、低電圧遮断はBMSより高い電圧で遮断する様（MS-PSWの機能を利用する）。
　また充電時の遮断電圧もBMS動作前のバッテリーメーカー指定の充電電圧で充電する事を推奨します。
　TC20Cでは対象サブバッテリがBMS作動で電圧がゼロになると動作停止します（表示しない）します。
　ジャンプ抵抗などで通電しBMS遮断を解除する為の復旧操作が必要となります。
　注；BMSによる遮断が動作するとターミナル電圧がゼロVとなりTC20CのCのPIC電源が電源が遮断されます。
　　　 別途BMSの復旧操作が必要となります。1Ω 50Wメタルクラッド抵抗を介し、短時間回復充電で復旧します。

★リン酸鉄リチュームイオンバッテリをTC20Cで充電する場合のバッテリ容量充電設定
　LiFePO4　50AHでをTC20Cシングルでの充電設定は設定電流は15A程度。それ以上は並列増設する。
　100AHでは2基合計20Aから3基増設で45A程度pとするのが良いと思われる。
　エブリイの標準オルタネーターではTC20C 2基が限界です。
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