[たくろーどん参加者]

動機

Leafony LTE-Mは、LTE-M通信や各種センサーを搭載しながら低消費電力で動かすことができる。
つまりWiFi環境のない屋外での使用に適している。
このLeafony LTE-Mを活用するにあたって、屋外で半永久的に使うには電源をどうするか、という課題に行き着いた。

まず手元に日清紡マイクロデバイス（旧 リコー電子デバイス）が開発したエナジーハーベスティング向けリーフ「EH01」に太陽光パネルをつなげ、LTE-Mに接続して起動するか試した。しかしLTE-Mは起動しなかった。「LTE-Mリーフ ハードウェア技術情報」のPDFに記載しているコネクタのピンアサインを確認したところ、3.3Vを入力できないことがわかった。

またLTE-Mには電源テストパッドがあり、ここに配線をつなげれば電源供給できると考えられるが、スマートではない。

そこで太陽光パネルのようなエナジーハーベストでえた電力をLTE-MのUSB Type C端子から電源供給できるようなオリジナルリーフを新たにつくることにした。

使用部品

部品表は下記の通りである。
「TPS61201」と「TPS61202」は0.3Vでも動作できる超低電圧DC-DCコンバーターである。
前者は3.3Vに昇圧、後者は5Vに昇圧する。
「TPS61200」という出力電圧を回路で調整できる素子もあるが、近年の半導体不足の影響か入手が困難であった。

部品名	型番	個数	備考
低電圧昇圧コンバーター	TPS61201	1	3.3V出力
低電圧昇圧コンバーター	TPS61202	1	5V出力
USB Type-Cコネクタ	UJC-HP-3-SMT-TR	1	電源供給用
表面実装スイッチ	SSAJ120100	1	出力電圧切り替え用
表面実装端子台	SMD PCB TERMINAL BLOCK; 0.5 MM【2059-322/998-403】	1
抵抗	RK73Z1JTTD	2	0Ω
コンデンサ	GRM21BB31H475KE51	2	4.7μF
コンデンサ	GRM21BR61E226ME44	2	22μF
コンデンサ	GRM21BR11H104KA01	2	0.1μF
インダクタL1	DFE201210S-2R2M	2	2.2μH
太陽光パネル	Panasonic AM-1820	1

手順

オリジナルリーフをつくるにあたって、公式ページ「自作リーフ開発」を参考にしながら、KiCAD 6で作成した。

回路図と動作

回路図は下記の通り。
各機能は

• 出力切り替え用スイッチ
  • 3.3Vと5V出力を切り替える
• ターミナルブロック
  • 入力部分で太陽光パネルなどを接続する
• USB Type-C端子（メス）
  • 5V出力の場合の出力端子。USBケーブルでLTE-Mへと電源供給。

3.3V出力の場合は、リーフの3.3V出力端子へ供給される。

つくってみた

基板をJLCPCBに発注したところ、約7日で製造枚数10枚で約28ドル（そのうち送料14ドル）で下記のように完成した。

これをLTE-Mに接続するとこうなる。

他のリーフをスタックすると下記のようになり、USB typeーC端子はスタックの邪魔にならない。

端子台が実装部品中ので一番背が高い。なので、他のリーフとあわせて使用する場合は、リーフを横並びに接続するためのコネクタリーフ「AX03 Leaf x2」を使うと良いだろう。

まとめ

今回、エナジーハーベストした低電圧を昇圧し、LTE-Mを電源供給できるオリジナルリーフを作成した。

標準のリーフのサイズは限られているため、発注元のデザインルールに従うと電子部品のレイアウトに難儀した。

しかし近年の半導体不足の影響か、低電圧昇圧コンバーターを発注したものの未だ届かない（注文時は在庫があったのに…なぜ…）。

部品が届き次第実装し、評価してみる予定だ。

このような電源供給基板と防水ケースをつくればより屋外での活用が広がるはずだ。

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