スポンサーサイト

上記の広告は1ヶ月以上更新のないブログに表示されています。
新しい記事を書く事で広告が消せます。

100円ショップ「プッシュライト」の改造

100円ショップで長い間売られているこのライト。
6CA7420F-01D5-4E4E-8DC7-A01F8C3374D6.JPG

このライトは、単三4本で豆電球を点灯させるライトです。

昔からいろんなところで売っていました。
(震災の時は売り切れていましたが)

今回買ったのは単三4本用ですが、単三2本の小さいサイズのもありました。

また、最近はシルク系列などでは、似た商品に、白色LEDを使ったものも見かけました。
それは確か単四3本です。LEDは確か3個。




さて、改造ですが、今回はこれに調光機能をつけようと思います。
また、豆電球は電球色LEDに取り替えます。

白色LEDより温かみのある色で、この色は結構好きです。


ライトの裏面には「MADEINCHINA」の文字が。
4B33EB32-D7F3-4FEE-B897-642E2934C349.JPG

点灯させてみた様子。
明るさは当てになりませんが。
C402F472-E117-4286-8D70-101C250E0D25.JPG



分解。
裏のネジを取ると簡単に分解でき、ソケットはめ込んであるだけでした。
85BD54A0-B6D7-4ED7-B7EB-884AC9EA6565.JPG


ということで回路図
5AD55EF1-3678-43E8-A802-D2CD70EE49A7.JPG

この回路図は、iPhone向けアプリ「iCircuit」で作りました。この前のアップデートでかなり使いやすくなりました。



2つのダイオードによって555の充電電流と放電電流の比を変えることによって、PWM制御をしています。

つまり、明るさの変化は無段階可変ですが、LEDに流れる電流はデジタルで制御されるということです。


材料
FA7335D5-7EEE-4ABE-8F13-32B26392E8E5.JPG
抵抗 1kΩ …1本(PchFETがない場合はもう1本)
積層セラミックコンデンサー 0.1μF …2個
ダイオード(小信号用。1N4148など) …2本
IC 555(NE555、LMC555など) …1個
FET PchMOS(エンハンスメント型)(2SJ)でパルスドレイン電流1A以上流せるもの(2SJ377など) …1個
(僕は手持ちになかったので、2SA1015とNchMOS-FET(エンハンスメント型)(2SK2231など)で作りました)
可変抵抗 100kΩ(Aカーブ) (スイッチ付きだと尚良い)
基板
ハイパワーLED
(僕はこれを使いました。ウォームホワイトです)


他に、
・線材
・アルミ板(放熱用)
・半田
・放熱用シリコーン
など…



配線はこんな感じになりました。
2429427C-D263-41CA-A5BD-9444B879FD0B.JPG


ボリュームはこんな感じで取り付けられました。
59AB5DD3-CBCF-4872-A7CC-D9677342C72B.JPG



改造後、最低輝度。
75813254-3DCE-4D38-A824-68461ED2F5E1.JPG


改造後、最高輝度。
ABE2BAEF-BF4A-4252-89E1-396D118FB95B.JPG

改造前の、豆電球の消費電流を測ってみると、0.46Aでした。
LED最高輝度にしたときの全体の消費電流は…



0.62A!!

残念ながら、「省エネ」にはなりませんでしたorz

まあ、豆電球より明るくなりましたが。


ちなみに、LED以外の部分の消費電流は、最高輝度で9mA、暗いほど下がっていきました。


LEDの消費電力は、

0.62[A]×3.25[V]=2.015

大体2Wくらい。
僕が使ったLEDは3Wなので、放熱をちゃんとすればもっと流せるようです。
(データシートによると、800mAまで)


僕はLEDに3Wウォームホワイトの66ルーメン(@350mA)を使いましたが、普通の白色LEDであれば、同じ電力でももっと明るかったりします。
色が冷たい、とかありますが。


秋月には1Wで100ルーメンの白色LEDもありますし。

LEDの値段は、どんどん価格が下がっています。
発売当初は1W80ルーメン300円のものがあったと記憶していますが、今は1W100ルーメンで150円になっています。

LEDは低価格化、高効率化し、そしてどんどん明るくなっていきますから。
これはとても嬉しいことです。


販売されているLEDもハイパワーの物が増えていますし、LEDの進化が感じられます。


この間買った3W白色LED放熱板付きは、250円だったのですが、袋に600円と表示されていました。値段を書き換えていないのかな。
関連記事
スポンサーサイト

Pagination

Trackback

Trackback URL

http://utqcv314.blog102.fc2.com/tb.php/159-3b4691b0

Comment

densuke

久々の電気ネタですね!
でも、やることがグレードアップしたような気がします。

ところで、電球をLEDに代えて「省エネにならなかった」ところに引っかかりました。
たぶん明るくはなったのだろうと思いますが、LEDと電球の効率の差はそんなものではないはずです。

原因はおそらく、FETが消費する電力です。
LEDに必要な電力の2~3倍をFETが消費しているのではないでしょうか?
光っているときのFETのD-S間電圧を測ってみてください。
0.6Ax4Vならば2.4Wですから、FETがけっこう熱いのでは?

いちばん簡単な対策は、LEDの直列接続です。2本くらい・・
明るさ2倍で、FETの発熱も下がります。

もうひとつは、FETとLEDの間にインダクタ(ドーナツ型コアのアレです)を入れてみてください。
たぶん1mH1Aくらいでいいと思いますが、予算に余裕があれば、保険として2,5,10mHも試してみてください。
周波数によっても違いますし、もしかしたら私の勘違いもあるかも、です。(そのときはゴメンナサイです。)

で、ダイオードを1本、アノードはGNDで、カソードはFETのDに接続してください。
1Aくらいの電源整流用でいいと思います。

うまくいくと、明るさそのままで、FETが熱くなくなります。
  • URL
  • 2011/11/27 14:00

densuke

一部訂正します。
もともとLEDの順電圧が3.25Vならば、2本直列は無理ですね。
とすると、対策はインダクタしかないかも、です。

それから、FETの消費電力も0.6Ax2.75Vですから、1.65Wですね。
これでもさわるとちょっと熱いのではないでしょうか?
  • URL
  • 2011/11/27 14:11

UT

>densukeさん
わざわざアドバイスを長々とありがとうございます。
電圧や電流を測ってみた結果、このままで正常だと思われました。数分間明るさ最高にしても、FETを触ってもちょっと温かいかなという程度でした。むしろLEDの方が温かくなりました。
FETのDS間にかかっている電圧は、
明るさ最低時
http://photozou.jp/photo/show/1777725/111522062
明るさ最高時
http://photozou.jp/photo/show/1777725/111522082
という感じでした。
見づらいかもしれませんが、画像の、画面の下の方の点線が0Vです。
明るさ最高のときのFETのDS間電圧は0.4Vくらい、最低の時は2.8Vくらいでした。

今回使用したLEDは、350mAで66ルーメンの、3WのLEDですから、600mA=0.6A流すこともあるものです。このLEDの色はウォームホワイトでしたが、同じく3Wでクールホワイトのものは、700mAで200ルーメンでした。
実際、この2つのLEDを同じ電源に繋げて光らせてみたところ(同時に繋げたわけではない)、ウォームホワイトは1.00A、クールホワイトは0.64A流れましたが、見た感じクールホワイトの方が明るかったです。
だから、クールホワイトを使えばもっと効率がよくなったのかもしれません。

発振周波数は約100Hzで、殆ど計算通りでした。
インダクタを入れることについて、もう少し詳しく教えてくれませんか?なぜFETのDS間電圧を下げることができるのでしょうか?
FETがONになる瞬間の電流が遅れること、OFFになる瞬間の逆起電力をダイオードで吸収することは分かります。
  • URL
  • 2011/12/03 13:21

densuke

最初に、不明な点についてお尋ねします。
明るさ最低のときは、FETのVdsが2.8Vならば、LEDのVF(順電圧):3.25Vと足してちゃんと電源電圧6Vになりますね。
しかし、明るさ最高のとき、FETのVdsが0.4VでLEDのVFが3.25Vならば、足して3.65Vなので、電源電圧6Vとの差2.35Vはどこにどうなっているのでしょうか?
LEDのVFは、明るさ(電流)によってそう大きく変化しないと思うので・・・
(まさか抵抗内蔵LEDじゃないですよね?)
ちょっとそこを細かく教えてください。

さて、お尋ねのインダクタの件ですが、これはスイッチングレギュレータなどと同じで、FETがONした瞬間、インダクタを通すと、電流は最初ほとんど流れません。
そして、時間とともに電流が増えますが、その間、LEDのVFと電源電圧の差電圧のほとんどはFETのD-S間でなく、インダクタにかかります。
(インダクタが無いと、電源電圧とLEDのVFとの差電圧はFETのD-S間にかかります。)
ですから、インダクタがあれば、電流が増えていっても、FETのVdsが小さいので、FETの発熱は小さくて済みます。

次に、FETがOFFすると、ダイオードが導通して、インダクタを通してLEDに電流を流し続けますが、しだいに小さくなっていきます。
(ダイオードが無いと、FETのD-S間に電源電圧の5-10倍くらいの誘導電圧がかかります。)
しかし、このときはFETには電流が流れませんから、発熱は、ダイオードのVFxIFだけなので、ごくわずかです。

言うまでもないことですが、発熱というのは無駄になった電力ですから、発熱を減らせば確実に「省エネ」になります。
しかし、LED自身の発熱は減らせないので、それ以外の発熱をどう減らすか、が大切です。
  • URL
  • 2011/12/06 16:32

UT

>densukeさん
コメントが遅れてすみません。
最高輝度の時、FETのDS間は0.4V、LEDは3.6Vでしたが、電池の両極間は4.6Vでした。
(最低輝度の時、電池は5.1V)
これは電池に、海外のニッケル水素充電池を使っていたのですが、内部抵抗が大きいようでした。
エネループに替えたところ、4.8V以上になりましたが、その分FETのDS間での電圧降下が0.7Vに増えました。

あとの0.6Vはというと、電池+~スイッチ~VRのスイッチまでで0.34V、基板~電池-で0.15Vなど、配線の細さによる抵抗での電圧降下が大きいようでした。
これは、配線を太くすることですね…

インダクタについての説明、ありがとうございます。もともとFETで発生していた熱を、インダクタと分けるということでいいでしょうか?
  • URL
  • 2011/12/14 06:49

densuke

> これは、配線を太くすることですね…

そうですね。0.6Aだとちょっと太目が良いでしょうね。
電池スナップとか電池ボックスに付いている線くらいの太さが良いと思います。
でも、今のままでは、線を太くしたら明るくなると思いますが、電流も増えるので、FETの発熱も大きくなると思います。

> インダクタについての説明、ありがとうございます。もともとFETで発生していた熱を、インダクタと分けるということでいいでしょうか?

これは違います。
FETのD-S間は抵抗ですから電流で発熱しますが、インダクタは、電圧が抵抗ではなく誘導で発生しますから、巻線抵抗の大きいものでなければあまり発熱しません。
そのため、スイッチングレギュレータは変換効率90%以上などという低損失で電圧変換ができます。
蛍光灯の「安定器」もインダクタの一種で、抵抗によるよりも小さい発熱で電流(明るさ)を制限します。(でも、さわると結構熱いですけどね)
UTサンの調光回路はスイッチング動作なので、インダクタの誘導効果を調べるにはけっこう適していると思います。
  • URL
  • 2011/12/14 20:37

densuke

ひとこと付け加えます。
ダイオードの接続について記しましたが、これは回路図どおりP-ch MOSを使った場合です。
N-ch MOSの場合については、ちょっとやってみようかと思ったら考えてみてください。
  • URL
  • 2011/12/14 21:32

UT

>densukeさん
あ、そうですね。誘導リアクタンスですからね。こんなところを間違えるなんて…

ダイオードのつけ方は、Nch-MOSの場合は
電池+ーLEDーコイルーFET(D)ーFET(S)ー電池-
FETのDにアノード、電池+にカソードですよね?
  • URL
  • 2011/12/18 11:23

densuke

そのとおりです。
  • URL
  • 2011/12/18 17:31

Post Your Comment

コメント登録フォーム
公開設定

上記広告は1ヶ月以上更新のないブログに表示されています。新しい記事を書くことで広告を消せます。