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GPD WIN バッテリーを廃して電源直配

2018年11月04日 11時48分58秒 | 改造
更新:2018年11月04日
 本改造はスイッチングレギュレータによる電源降圧回路を使うため、本機のBIOS POST表示のバッテリ状態表示が常にLow Level表示となります。これは本機のBIOSがバッテリチェックをする際の電源チェック方法に由来するもので、Windows10をインストールした本機の動作には支障はありません。

ただしAndroid 7.1や8.1をインストールするとこのBIOSのバッテリレベルが起因する不具合や起動障害が発生するようです。Androidを使用する場合は当記事のDC-DCコンバータではなく純直流電源を入力することをお勧めします。


本記事は経年劣化で膨張し本機筐体を破損させる内臓バッテリーを取り外して電源を外部入力するGPD WINの改造です。

 GPD WINを中古で購入したのはいいけどバッテリーが若干膨らんで筐体が変形し始めているのに気づいた。そこかしこのGPD WINユーザーから「バッテリーが膨らんだ」という情報がありバッテリーが膨らむのは周囲の温度変化の激しさ充電のサイクルでバッテリーの劣化が著しく早い為でバッテリー劣化による膨張という結論に。

発熱

 それもそのはず50度を超える発熱体本件の場合マザーボードを挟んでCPUや周辺の熱を吸ったヒートシンクと充電によるバッテリー自体の発熱もしかすると充電シークエンスにも問題があるかもしれません。

発熱対策

 本機冷却FANの吸気穴を拡張し外気の流入量を増やし、排気口の邪魔な仕切りも取り払い空気の流れを改善する。


拡張した吸気口


仕切りを取り除いた排気口

充電器だけでは起動できない

 試しにバッテリを外しUSBtypeCに接続した充電器だけで起動したら電源LEDの青が高速に点滅するだけで起動できなかった。USBtypeCからの給電は充電しかできない様です。

バッテリーに換わる電源

 簡単に言うと本機のバッテリーは3.8V 6700mA/h(満充電時4.35V)のリチウムイオンバッテリーです。このバッテリーを廃し、代わりにバッテリの電源入力に外部から同じ電圧を入力することでバッテリ接続と同じ状態を作ります。

本機に使う電源は合計3A以上の2系統出力のある大容量モバイルバッテリー
これ」や「これ」や「これ」やUSB充電器にDC-DCコンバータを使用して電圧を4.0~4.2Vに変換してバッテリー電圧として本機に入力します。

使用するDC-DCコンバーターは秋月電子通商のOKL-T/6-W12N-C使用小型高効率DCDCコンバーター可変電源キット(降圧)を使用します。

実際の加工

 取り寄せた部品を本機に内臓可能な形に加工します。


取り寄せた部品

・DC-DCコンバータ×1(出力電圧可変用高回転ボリューム)
・USBTypeAコネクタオス×2(写真では1個だが)
・12.5V 100μF 表面実装用電解コンデンサ×2後に入力側を大きい容量に交換しています。


実際に配置した様子

緑色の基板がDC-DCコンバータで青色の四角いのが多回転VRです。DC-DCコンバータ入力側には10V220μFのコンデンサを出力側には12.5V100μFのコンデンサを設置して本機マザーボードのバッテリー用チェックパタンに半田付けしています。コンデンサは投入する電源電圧の2倍程度の耐圧の物を用意。

入力:下側 USB充電器などから来た5Vを接続
出力:上側 バッテリチェックパタンに配線
真ん中青いの:電圧調整用多回転VR

基板はウレタン両面テープで貼り付けています。部品は基板表面で半田付けし裏側へはみ出さない事。このDC-DCコンバータは1mmの両面テープを含め高さが本機筐体内と同じです。


動作チェックの様子

 まずDC-DCコンバータの出力電圧を3.8Vに設定し、本機を起動したところバッテリ充電率が54%で動作が不安定でした。そこで電圧を4.0Vに設定したら78%程度に、4.2Vに設定したところで90%台の充電率になりましたのでDC-DCコンバータの出力を4.2Vに固定しました。(5V入力では4.2V以上は出力が安定しない)


USB接続ケーブルと充電器(出力3A×2で最大6A)

これで自宅ではUSB充電器で、外出時はモバイルバッテリを使用して本機を使用することができるようになりました。


改造後の本機裏側

 電源入力はMicroHDMIとTFcard(MicroSD)スロットの間の開いている所に穴を開け、電線を通しています。ついでに吸気穴を塞いでしまう本機の足をゴム足で嵩上げしています。


電圧調整後は固定抵抗に交換

本機バッテリスペースを空けるために多回転VRを固定抵抗に交換。今回使用した抵抗は1/4W330Ω取り付け後テスターで約4.2V出力されているのを確認。
抵抗値を大きくすると出力電圧が上がり小さくすると出力電圧は下がります。温度変化による電圧変動が気になる方はもう少し小さい値を設定するとよいかもしれません。
名古屋大須近辺で電子パーツの店が激減。まずコンデンサの入手に苦労したのはここだけの話w私は第一アメ横ビル内の某店にてパーツを購入。
これで邪魔な出っ張り(笑)も無くなったので開きスペースを最大限に利用できるハズですw

消費電力

 電源側の5VにUSB電圧チェッカーを取り付け消費電流を計測した結果、高負荷時に通常だと2.5A程度USB3.0にSATA M.2変換基板とSATA接続M.3 SSDを増設した状態で3Aちょっと流れています。なので電源アダプタなどを使用する場合、出力に余裕を見て4A程度の製品を接続するのが良さそうです。

電源置き換え後の注意

・入力電流は3A以上を確保する高負荷状態での検証で電源容量が5V4Aあれば問題なく動作できる事が判りました。出力5V4Aのスイッチング電源、ACアダプタや出力2A以上のUSB 2ポートを使ったモバイルバッテリーなど

・モバイルバッテリやUSB充電器使用時設定電圧4.0V~4.2V出力が安定しない、本機動作が不安定な場合4.0Vに設定する。

・本機内部ではバッテリー駆動状態と認識されているため、内部ではバッテリ消費カウントが発生しOS管理のバッテリ残量が減少する。電源設定などを調整し、速度低下やシャットダウンを行わないように調整する必要があります。もしくは8時間程度本機を使用した後、一旦電源(USB充電器やモバイルバッテリー)を外し、1分程度時間を置いてから接続してし起動するとカウントが初期化されている。

情報

・DC-DCコンバータ基板
秋月通商 AE-OKL-T/6-W12N-C OKL-T6-W12N-C
入力:4.5~14V 本機使用では4A以上が望ましい
出力:0.9~5.5V 最大6A 本機では4.0~4.3Vに設定

・本機バッテリ入力
4.3V入力で100%充電表示。時間経過と共に充電率表示が下がるが動作に支障は無い。

電源入力開始から30秒程度は本機LEDが青色点灯し起動しない。消灯後電源が入る。おそらくバッテリ状態を確認している。

取り外したバッテリー

ラベルは剥がしてバッテリ刻印が見えるようにしています

現在の様子
 十分に動作検証ができましたのでバッテリ入力部をコネクタを使って接続するように変更し、バッテリコネクタの2番(真ん中)のピンを抵抗とダイオードで動作をシュミレート。動作LEDの赤点滅がなくなりましたが、BIOS画面でのバッテリレベルは依然Low Levelのままです。これはスイッチング電源の電圧の作り方に由来する現象で現在の電源構造では改善不可能と諦めました。

現在のバッテリ入力部

新たに入力と同じ様に電源出力側にも10V220μFのコンデンサを挟みました。
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