LEDライト改造で知りたい情報(2017/8/30追記:ワンクリック電源ON/OFF回路の検討)
~~~なお、リンク先には以下の最新追記分も記載しています。~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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【2017年8月30データ追記:ワンクリック電源ON/OFF回路の検討】
100均LEDライト改造での苦労は、電源やLED、昇圧回路などのパワーアップしたものを作った当初は絶好調で使えていたのに、やがてチラチラし始めて点灯状態が不安定になることでしょうか。
この原因はズバリ電源スイッチの接点容量不足です。各パーツをパワーアップすると回路に流れる電流はそれに応じて大幅に増加しますが、それを見逃したまま従来のスイッチをそのまま使っていると、数十mA程度の接点容量しかない汎用品に500mA~1Aも流すことになってしまい、やがて接点が焼けて接触不良を起こすのです。(→そういうものを幾つも作ってきました。)
この不具合を防ぐには、電流容量に見合った電源スイッチへ入れ換えれば済む話ですが、組み込み先に余裕のない100均LEDライトだと大きなスイッチは使えないし、見た目にもゴツくなって趣が削がれます。500mA以上の接点容量を持ったスライドスイッチやオルタネートスイッチで、気軽に100均LEDライトへ搭載できる超小型なタイプは見たことがありません。
それならどうするかというと、大電流の流れる電源ラインのON/OFFを機械的スイッチではなくてパワーMOSFETを使った半導体スイッチに置き換えるという作戦をとります。わずか数Vの制御信号を与えてやれば数Aクラスの電流をON/OFF出来る半導体スイッチは正に打って付けと言えます。
例えば米粒サイズのPchMOSFETであるDMG3415Uは、-1.8Vのゲート駆動電圧を与えてやれば数Aの電流をコントロール出来ます。そしてゲート駆動電流は数μAしか要らないので、これを制御するスイッチには電流容量を気にする必要の無いくらい超小型な機械的スイッチが使えるのです。
(応用先→改造報告No.14)
さて、電源ON/OFFに半導体スイッチを用いたとして使えるスイッチの種類はどんなものがあるかというと、2P接点以上のスライド形かオルタネート形ということになります。いくら接点容量を気にしなくても良いといってもこれらのスイッチはある程度の大きさがあるので、選定は組み込み先の空きスペース次第でありそこがネックとなります。
米粒以下の大きさで厚みが数mmもないタクトスイッチが使えればそんな問題とはオサラバなのでしょうけど、タクトスイッチは押している間だけしかONしませんから、そういう用途向きにしか選定できません。クリック毎にON/OFFの切り替わる回路機構が簡単に手に入ればお誂え向きなのですが、実はあるんですねぇそんなモノが。
高輝度LEDライトのメーカー製にはワンクリックでON/OFFできるものがあり、これにはタクトスイッチのクリックを感知して電源用パワーMOSFETをコントロールするマイコンチップが搭載されています。そしてそんな機能を持ったチップがなんと100均LEDライトの中にもあって、しかも簡単に取り出して転用出来るモノがあるのです。
~転用の一つ目~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
これはグリーンオーナメント製のサイクルセーフティライトの基板。中央にある白色チップLEDのON/OFFを、頭が黒く塗られた白い”謎の”4端子モジュールがコントロールしています。二つある剥き出しな反転バネがタクトスイッチで、クリック毎に常時点灯、早点滅、遅点滅、消灯を繰り返します。
上図は、その”謎の”4端子モジュールを利用してタクトスイッチでワンクリックON/OFFが出来る様にしたLEDライトの回路です。モジュールのSW端子へGND接地パルスが入るとOUT端子がGNDに落ちてMOSFETがONとなります。いわゆるシンク出力なので、PchMOSFETを直接駆動できるのがいいですね。
上図の通りに回路を組むと、タクトスイッチをクリックするだけで電池からMOSFETを経てパワーLEDへは3Aもの電流が流れますが、タクトスイッチはこの大電流経路と関わっていないので焼ける心配はありません。ただし、ハイパワーLEDの方は放熱対策を施さないまま3Aも流せば簡単に焼損しちゃいますから、まともに上図を組んだらNGなので注意です。
それならハイパワーLEDが焼けない程度に電流制限を設けてやれば良いので、350mA定電流チップのAMC7135を使う方法にしたのが上図。”謎の”4端子モジュールはシンク出力なので、PNPトランジスターを噛ましてからAMC7135のVDD端子をコントロールしてやればいい。
これの応用→改造報告No.22-2
これの応用その②→フリスクLEDライトNo.3
~転用の二つ目~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
これは同じくグリーンオーナメント製でLEDミニタッチライトの基板。中央にSOP23-5形の米粒マイコンが鎮座、3個並列にしたチップLEDの点灯をコントロールしており、基板左端にある超薄型タクトスイッチをクリックする度に単純な点灯/消灯を繰り返します。
上図はLEDミニタッチライトの回路図。こちらのマイコンモジュールもシンク出力となっており、PNPトランジスターを噛ましてチップLEDを駆動しています。SW端子がGNDへ落ちる度にOUT端子の出力がGNDとハイインピーダンスを行ったり来たりします。
このマイコンモジュールを転用したLEDライトの応用例。タクトスイッチのクリック毎にハイパワーLEDを350mA定電流で点灯/消灯します。
さらに応用例。LEDを定電流で駆動する場合、AMC7135だと350mAで固定されてしまいますが、NJW4616を用いるとセンス抵抗値次第で20mA~300mAまで調整可能です。上図では0.67Ωのセンス抵抗を挿入しており、300mA定電流設定となっています。
定電流設定値(mA) = 0.2(V) ÷ センス抵抗(Ω) (応用例リンク→改造報告No.23)
そしてさらに進化した応用例。1.2Vのニッケル水素電池を2本直列にした2.4V電源系で、昇圧回路の動作をマイコンチップでコントロールしつつ、ハイパワーLEDを点灯させるもの。タクトスイッチのクリックを感知したマイコンチップはOUT端子がシンク出力となりGNDに落ちますので、PchMOSFETのゲートが引き込まれてソース・ドレイン間が導通状態となり、後段の昇圧チップEMH7601が動作を開始、ハイパワーLEDを点灯させるという具合です。FB端子に繋がっているVR1MΩの調整次第ですが、最大580mAまでLED電流を流せる能力があります。
(応用リンク→充電用電池BOXのLEDライト化)
なお、この回路はニッケル水素電池が一本の時でも動作可能で、マイコンチップは1.2Vでも動作することを確かめています。PchMOSFETのゲート駆動電圧が不足気味かと思いますけれど、ソース・ドレイン電流は1Aも流せれば上等なので何とか大丈夫みたいです。ちなみにEMH7601は0.9Vでも昇圧動作可能であり、その入力電圧においてはLED電流が100mA取れるかどうかといったところです。
※分解と改造と応用は各人の判断にて行い、それによって生じる責任を負うこともお忘れなく。
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LEDライト改造で知りたい情報__ →CL0117、CL0118B、CX2601に[SBD+C]追加して最適化検証
LEDライト改造で知りたい照度比較__→100均ライト改造品および未改造品の照度測定比較
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