PC 電源からスマホを充電したい（USB 充電アダプタ）【電子工作】

USB ソケットをつなげるだけでいい？

全体的なイメージはこんな感じで、

左から、まず ATX 電源。これは以前作ったものです。

電源の出力端子から \( 5\,\mathrm{V} \) を充電ソケットに接続して、ソケットとスマホを USB の充電用ケーブルでつないで充電するという感じです。

今回作るのは『充電ソケット』の部分です。

単に接続するだけでいいはず

USB の電源は \( 5\,\mathrm{V} \) なんですが、実は ATX 電源はもともと \( 5\,\mathrm{V} \) の出力を持ってるので、単に \( 5\,\mathrm{V} \) 出力を USB ソケットに接続するだけでいいはずで、結構簡単にできると思います。

今回は最大 \( 1.5\,\mathrm{A} \) の出力を出せるようにしたいと思ってます。

電源自体は \( 6.7\,\mathrm{A} \) まで出せるので余裕なんですが、出力をとるのに使っているピンソケットの最大電流が \( 3\,\mathrm{A} \) なので、充電ポート 2 つにしようと思います。

1 ポートで \( 1.5\,\mathrm{A} \), 2 つで \( 3\,\mathrm{A} \) ということです。

USB 充電の仕組み

USB の接続について調べたところ、普通に PC とつなぐときと、充電器とつなぐときの接続方法は違うみたいで、いくつかの接続方法があるらしいです。

"Battery Charging Specification Rev 1.2" という公式の資料をみたんですが、それによると、主な充電方式として SDP, DCP, CDP の 3 つがあるらしいです。

本当は、メーカーの独自仕様のものとかを含めるともっとあるんですが、公式で有名なものとしてはこの 3 つです。

SDP は PC とかとつなぐときに使われるもので、データ転送用なので、最大電流は \( 0.5\,\mathrm{A} \) と少ない。

DCP は充電専用の接続方法で、データ転送はできないけど、最大 \( 1.5\,\mathrm{A} \) で充電できます。

CDP は、データ転送と充電の両方ができるもので、やっぱり最大 \( 1.5\,\mathrm{A} \) で充電できます。

今回はデータ転送はしないので、DCP を使おうと思います。

DCP の仕組み

DCP の仕様としては、データ転送がいらないので、仕組みがかなり単純です。

これは資料にあった接続図なんですが、

左側の四角がスマホで、右側が充電器側で、USB ケーブルの中には 4 本のケーブルが入っているんですが、そのうち D+ と D- というデータ転送用のケーブルを使って、DCP かどうかの判定をします。

具体的には、\( R_\mathrm{DCP\_DAT} \) という抵抗器を使って D+ と D- をつなげます。

スマホ側は \( R_\mathrm{DCP\_DAT} \) の端子間電圧を測定して、DCP かどうかを判定します。

この図には \( R_\mathrm{DCP\_DAT} \) としか書いてなくて、何 \( \mathrm{\Omega} \) なのかが書かれてないんですが、なぜか仕様書の最後のほうにまとめて書かれてて、こんな感じになってます。

\( R_\mathrm{DCP\_DAT} \) は最大で \( 200\,\mathrm{\Omega} \) と書いてます。

でも、最小値が書いてないですよね。

これって、『\( 200\,\mathrm{\Omega} \) 以下だったら何でもいい』という意味だと思うんですよ。極端な話、\( 0\,\mathrm{\Omega} \) でもいいわけで、つまりショートでもいいのではないかと。

実際、『ショートでいい』と書かれているブログとかサイトも結構ありました。

最初は「念のため百数十 \( \Omega \) を入れとこう」と思っていたのですが、ちょうどいい抵抗器がないことに気づいたので、ちょっと冒険して、ここはショートでいきます。

パーツ選定

使用するパーツですが、USB のソケットは、『10 コで 67 円』というやつを AliExpress から買っておいたので、それを使います。

ケースには、いつもだったらダンボールを使うんですが、今回はだいぶ小型なので、中身がすかすかのダンボールだと強度が弱くなってしまうと思ったので、食品トレイに使われてる発泡スチロールを使ってみます。

\( 4\,\mathrm{mm} \) の厚みがあるものだったので、そこそこの強度を出せるんじゃないかと思います。

設計

こんな感じに設計しました。

配線

配線は、こういう風にしようと思います。

上のピンは ATX 電源に接続するコネクタで、今回は \( 5\,\mathrm{V} \) しか使わないので、こういう風につなぎます。

D+ と D- はショートさせておきます。

あと、USB ソケットにはこんな感じに 4 本のピンが垂直に出てるんですが、これを下図の右側のように曲げます。

やり方としては下の図を見てほしいんですが、左下の図がピンを真上から見た図です。

これを、手前に倒すように曲げて、真ん中の 2 本を中心に寄せるように曲げます。

作製・テスト

以下、作業風景です。詳しくは動画をみてください。

↑ 発泡スチロールからパーツを作製しました。

↑ USB ソケットのピンを曲げます。

↑ USB ソケットの不要なピンを切除します。

↑ ケースを組み立てます。

↑ 配線をします。

配線ミス 発覚!?

実は、配線をしおわってから気づいたんですが、プラスとマイナスをすべて間違って配線してしまいました。

なんでそんなミスをしたかというと、一応理由はあって、実は最初 USB ソケットをいまと上下逆につける予定でした。

下図でいうとひっくり返した状態でつけるつもりだったんですが、実際に組み立てようとしたら、真ん中の白い部分がちょっとでっぱってて、ぐらぐらしてバランスが悪かったんですよ。

試しに上下逆に置いてみたら安定したので「こっちのほうがいいな」って思って、その場で設計変更して上下逆にしたんですが、当然配線のプラスとマイナスも逆になるんですが、それを忘れて、以前の設計のままで配線してしまいました。

気づいたときには配線が終わってて、すべてプラスとマイナスが逆になってたという話です。

ちなみに、この記事に載せている配線図は修正後のものなので、そのまま配線して問題ないです。

これからどうするかですが、完璧を求めるならば、配線をぜんぶやり直したいところなんですが、グルーガンでくっつけてしまったので、無理に外すとケースが壊れる可能性があって、配線どころかケース作りからやり直さないといけないかもしれないので、さすがにそれはやりたくないんですよ。

僕しか使わないものなので、多少の設計ミスには目をつぶるとして、コネクタの配線を逆にして、赤のケーブルが GND, 黒のケーブルが \( 5\,\mathrm{V} \) という風にしようかなと思います。

これだとケーブルの色と電圧が合ってないですけど、修正は楽だし、見た目だけの問題なので、許容できるかなと思います。

作製・テスト

以下、作製・テストの風景です。詳しくは動画をみてください。

↑ 間違った配線を修正しました。

↑ ATX 電源につなぎ出力電圧を確認しました。

↑ 実際にスマホをつなぎ、充電されることを確認しました。

↑ ケースを完成させます。

↑ スマホ 2 台同時に充電させてみました。

（カメラ用のスマホをテストに使っているので、古いカメラで撮影してます。なので画質が悪い……）

まとめ

はい、うまくいきました。

配線するだけで作れるだろうと事前に思ってましたが、予想通り、結構簡単にできましたね。

D+ と D- はやっぱりショートでいいみたいです。

あと、ケースを発泡スチロールで作ることに実は不安があったんですが、ちょっと力をいれたくらいではビクともしなくて、思った以上の強度がありました。小さなケースを作る場合に発泡スチロールを使うのは悪くない方法だと思います。

さいごに

はい、ちょうどお時間がきたようです。

今回作製した設計図とかは GitHub にアップロードしてますので、もし作ってみたいという人がいれば、参考にしてください。

では、ここまで見てくださった方、本当にありがとうございました。よかったら動画もみてください。

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では、また別の動画でお会いしましょう。

ゼロ・インピーダンスの Kenn がお送りしました。

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