ヤマネ製作所な日々: 2014年11月の2件の記事

　１００均ＬＥＤライト改造で電池１～２本（１．５Ｖ～３Ｖ）を使って白色ＬＥＤを点灯したい時は、　お手頃なＣＬ０１１７やＣＬ０１１８Ｂ等の昇圧チップがあるので、これを上手く扱う情報を記載します。
　また、すぐに焼けてしまうスイッチの代わりにＦＥＴスイッチを導入する方法とか、ＣＬ０１１８Ｂを使って定電流制御が可能かどうか勘考した結果も記載。さらに同系統な昇圧チップであるＣＸ２６０１に加え、新たにＹＸ８１１３の検証情報も記事全体の真ん中辺りに記載。
　小さなタクトスイッチを使って大電流ハイパワーＬＥＤの点灯ＯＮ／ＯＦＦをコントロールする回路については最後の方に追記しておきました。
　フリスクＬＥＤライト？（⇒ﾌﾘｽｸﾗｲﾄNo.1とかﾌﾘｽｸﾗｲﾄNo.2とかﾌﾘｽｸﾗｲﾄNo.3とか）

　上図は４７μＨを使う最も標準的なＣＬ０１１７回路で、コンバーターチップとインダクターの二つだけで白色ＬＥＤを点灯できるシンプルな使い方。

　上図の液晶画面はＬＥＤの両端に掛かる電圧を計測したもので、パルス波形になってます。ピーク最大で５Ｖの電圧がＬＥＤに掛かっていたり、１２０ｋＨｚ前後で発振している様子が読み取れ、高速で点滅しているけれども人間の目には判らないだけです。

　　シリカ「珍しい槍？見つけちゃいました。これでランサーにジョブチェンジ？」
　　　　　（できません）　　　　　　　　　　　　　　ｆｒｏｍ　『ソードアート・オンライン』

　シリカの見つけた槍？はＳＢＤ（ショットキーバリアダオイード）で、整流時の電圧降下が低く、電池一本１．５Ｖ回路ではとても役に立つシロモノ。このＰＡＮＪＩＴのＳＢＭ１０４５ＶＳＳは１．５Ａ流れた時の電圧降下が０．３Ｖ以内でとても小さい（一般シリコンダイオードでは０．６Ｖ以上食われるネ）。

　上図はＣＬ０１１７標準回路にちょっと細工してＳＢＭ１０４５ＶＳＳと４７μＦ積層チップコンデンサーとを組み合わせた整流回路追加バージョン。

　早速、ＳＢＤとコンデンサーによる整流素子を組み合わせた回路でＬＥＤの両端電圧を計測してみると、整流後は綺麗な直流波形となりＬＥＤにはコンスタントに３Ｖが掛かっている（ＣREEチップＸＰ－Ｇ使用でＶｆ値２．９５Ｖのもの）。

　上図はＣＬ０１１７標準回路へＳＢＤとコンデンサーによる整流素子を組み合わせた回路において、白色ＬＥＤに流れる電流値をまとめたもの。組み合わせるインダクター最適値を探るべく３．３～１００μＨから８点、ＬＥＤは３Ｗと５Ｗの２種類（Ｖｆ値が異なる）を選定し比較プロットしてある。なお電源は電池ではなく定電圧電源を利用、１．３Ｖ及び１．５Ｖを入力した時の電圧依存性についてもプロットしておいた。

　さらに詳しくＬＥＤ電流値のピークを探るためインダクターを２２μH、３３μH、４７μHに絞り込んで測定し直した。

　◆グラフから読み取れるインダクター最適条件は以下の通り。
　　　１．入力電圧には依存せず２０～３０μＨ前後に電流値のピークがある（再検証済み）。
　　　２．Ｅ６系列であれば２２μＨ，３３μＨを選択するのが妥当か。

　上図のデータは同メーカー同タイプのインダクターにおける吟味で、個々の直流抵抗値（Ｒｄｃ）の影響は加味していないことが疑問。そこで次は回路標準４７μＨのインダクターで様々な形状のもの、トロイダル型、アキシャル型、ラジアル型、パワーチップ型等を探し出し、直流抵抗値（Ｒｄｃ）の異なる場合で測り直した。

　４７μＨのインダクターに絞って直流抵抗値（Ｒｄｃ）の異なる色々な形状のタイプを組み合わせた時のＬＥＤ電流値比較。

　さらに、インダクターを２２～３３μＨの範囲内で形状や直流抵抗値（Ｒｄｃ）の異なる様々なタイプを試してプロットしてみた。

　◆上図より読み取れるＬＥＤ電流に与える影響は以下の通り。
　　１．インダクターの直流抵抗値（Ｒｄｃ）は低いものほどＬＥＤ電流を流せる
　　２．比較的に高いＬＥＤ電流値を吐出したのはＲｄｃ＝０．０３Ω前後のトロイダル型と
　　　　パワーチップ型で効率の良さが伺える
　　３．アキシャル型は小型化には有利だが、傾向的に電流値は低い
　　４．ＬＥＤ電流の示す傾向は入力電圧に依存しない。

　※しかしながらいくら効率が良くてもトロイダル型や大型パワーチップは、ＬＥＤライトに組み込み
　　スペースが無ければどうにもならない。組込スペースを勘案しながらラジアル型を選択する
　　のが妥当だろう。

【測定結果に対する懸念事項とその対応について】

　　懸念１　以前の測定では、デジタルテスターの２００ｍＡレンジを使っているため比較的に高い
　　　　　　　シャント抵抗の影響を強く受けており、全体的に電流値が低めに出ていた。
　　改善⇒回路に電流測定用精密級２０ｍΩシャント抵抗を入れ２００ｍVレンジで再計測した。
　　懸念２　以前の測定では、回路検証と電流計測をブレッドボードの仮配線で行っていたため、
　　　　　　接触抵抗の影響を受けまくっており、これも電流値を低く見積もる結果となっていた。
　　改善⇒回路は空中配線で全てハンダ付けを実施、接触抵抗による電圧降下を完全に無くして
　　　　　　再計測した。結果大幅に電流値の向上したデータを得た。
　　懸念３　ＣＬ０１１７標準回路における整流していないパルス電流は正確に測れない。
　　　　　⇒数値そのものを吟味するのは意味がなく傾向を掴む程度の認識に留める。
　　懸念４　すべてのＳＢＤの電圧降下が低い訳では無い。
　　　　　⇒仕様書の電気的特性をチェックして選定することが重要。
　　　　　　※今回使ったＳＢＤ（ＳＢＭ１０４５ＶＳＳ）は、秋月電子通商で手に入るＳＢＤの
　　　　　　　中でも極めて電圧降下が低いタイプで・・・といってもかなり巨大なのではあるが。
　　改善４　何十種類ものＳＢＤを取り揃えて比較検討してみた。
　　　　　⇒結果は、この記事の真ん中あたりにまとめておいたので参照のこと。

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【２０１４／３／３追記補足事項】

　ＣＬ０１１７にＳＢＤとコンデンサーとを併用した回路で、ＬＥＤを外した無負荷状態での電圧を測ってみたら１１Ｖ出ていることを確認した。もちろん波形は綺麗な直流。コンデンサーの耐圧が６．３Ｖなので無負荷状態で回路を駆動するのは止めた方が良さそう。普段はＬＥＤを繋いで３Ｖ前後が掛かる状態なので問題はないが。

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【ＳＢＤの大きさに関する小ネタ】

　　シリカ「ピナったらまた齧っちゃって・・・でもこんなところに結晶アイテム見つけちゃいました。」
　　　　　　（ピナご苦労）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｆｒｏｍ　『ソードアート・オンライン』

　ＳＢＭ１０４５ＶＳＳは極めてＶｆ値の低いＳＢＤだが、樹脂モールドは巨大でＬＥＤライトに易々と組み込める様なシロモノではない。そこでシリカの使い魔小竜ピナに頑張ってもらって封止樹脂を齧ってもらった？ところ、上図の様な構造が出てきた。まさか四角く切断したシリコンウエハーをそのまま挟み込んでいるとは。

　　リズベット「結晶？鉱石？槍の中央部に埋め込んであるなんて。剣の材料に使えるかしら～」
　　　　　　　　（キリトのため？）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｆｒｏｍ　『ソードアート・オンライン』

　シリコンチップを挟んでいるフランジ部分が銅色をしているのは樹脂封止してあった部分で、ハンダめっきの乗ってない所。この部分で切断すれば、組込にも困らない超小型化が可能に。でもリズベットに頼んで加工してもらったりすると剣になって戻ってきそうなので自己責任で処理すべし。

　　アスナ「この石板って、もしかして・・・。さて、キリトくんはどこかな～」
　　　　　　　（逃げろキリト）　　　　　　　　ｆｒｏｍ　『ソードアート・オンライン』

　アスナが右手に持っている黒い石板は、ＳＢＭ１０４５ＶＳＳとほぼ同性能なＳＢＤで、こちらは表面実装ＳＭＴタイプの超小型な製品。

　ＳＢＲ１５Ｕ５０ＳＰ５は４×５ｍｍと小型で薄く、組み込みに困らない大きさ。値段は倍もするけど、ピナに齧ってもらうとか、リズベットに加工賃が払えないプレーヤーには良い選択肢かと・・・。（後日追記で最適ＳＢＤ検証結果あり→すぐ下を参照）

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【２０１４／４／１６追記：ＣＬ０１１７に組み合わせる最適ＳＢＤ検証】

　ＣＬ０１１７改良回路に組み合わせるＳＢＤで、比較的簡単に入手可能な２０種類について比較検証した。上図は外部定電圧１．５Ｖを電源として入力した時の、ＣＲＥＥチップＸＰ－Ｇ（５Ｗ）に流れるＬＥＤ電流を測定したもの。なお、Ｖｆ値はＩｆ＝５００ｍＡ時のカタログ値を記載したもので、実際の測定回路におけるＳＢＤ両端電圧ではない。

　結果、Ｖｆ値の低いＳＢＤほどＬＥＤ電流は大きくなる傾向にあるが、全て１４０ｍＡ前後でほとんど差異は無かった。巨大モールドのアキシャルタイプＳＢＭ１０４５ＶＳＳでなくとも、小径モールドのアキシャルタイプ１Ｓ４と同等のＬＥＤ電流になっている。さらに、米粒ゴマ粒大なチップＳＢＤでも大差無かった。はぁ、これならわざわざ大きくて高いＳＢＤで殻割りなどしなくても良かった・・・・・。（ピナ、今までホントご苦労様・・・・・あっ痛い痛い、ヤメロ齧るな・・・）

　２０種類のＳＢＤはそれぞれＶｆ順方向電圧降下、耐電圧、最大電流、端子間容量が様々に異なっているはず、でも結果のＬＥＤ電流はほとんど同じ。それならばと、一般シリコンダイオードを繋いでみると・・・ヲヲッ暗すぎて使い物にならない。シリコン型じゃなくてショットキー系なら何でもいい？　そう思って無意味だが二つ直列に繋いでみたら大幅に特性差が出た。Ｖｆ値の小さなＳＢＤだと低下したＬＥＤ電流は数ｍＡ程度だったのに比べて、Ｖｆ値の大きなＳＢＤでは数十ｍＡ落ちたので、確かにＶｆ値は低いに越したことは無い。試しにＳＢＤを二つ並列に繋いでみると数ｍＡ程度のプラスマイナスが種類によって発生するが、これは容量性負荷の違いが出る様だ。

　結論⇒ＳＢＤは耐圧４０Ｖで最大１Ａ程度の製品、米粒とかゴマ粒大のチップ品で十分。
　　　　　Vf値をやたら気にして、高価で巨大なＳＢＤを殻割までして使う必要はなさそう。

　疑問⇒『Vfが変わると、電源側電流とか効率とかが変化しているんじゃない？』

　課題⇒確かに。今回は計測していないので何とも・・・。まだ検証の余地あり。

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【２０１４／８／１９追記：ＣＬ０１１７におけるＶＤＤ端子の新しい接続方法検証】

　ＣＬ０１１７にＳＢＤとＣとからなる整流素子を併用してＬＥＤ電流を稼ぐ方法においてＣＲＥＥチップＸＰ－Ｇを駆動した場合、１．５Ｖ電源入力時では従来１４５ｍA止まりだったものが、ＶＤＤ端子の接続先を標準方法の電源＋ではなくＳＢＤのカソード、すなわち昇圧出力先に付け替えることで約３割増しの２００ｍＡまで向上することを確認した。接続変更詳細は以下の図を参照。

　ＣＬ０１１７は昇圧出力の定電圧制御や定電流制御を行っていないので、電源電圧が下がるとそれによって昇圧電圧も下がってしまう。ＣＬ０１１７自身が動作するための電源入力であるＶＤＤ端子において、ここに掛かる電圧をコントロールすれば昇圧出力を制御できるのではないかと考え、コンスタントに３Ｖ前後を吐き出す昇圧後の電圧を掛けてみたところ上図の様にＬＥＤ電流が増すことを確認できた。

　グラフではＣＲＥＥチップのＸＰ－ＧランクＲ４とＸＭ－Ｌ２ランクＵ２１Ａ、ＯｐｔｏＳｕｐｐｒｙ製のＯＳＷ４ＸＭＥ３Ｃ１Ｓ、エルパラ専用品番のＬＰ－ＡＷＭＥ５６Ｆ１Ａをそれぞれ接続した場合におけるＬＥＤ電流値を比較記載した。これを見るとＶｆ値の低いＬＥＤほど電流を流せることが判る。

　ＶＤＤ端子における新しい接続方法を検証する場合において重要な注意点がある。ＣＬ０１１７にＳＢＤとＣとからなる整流素子を併用した回路は、出力にＬＥＤ等を繋がない無負荷状態では１１Ｖ前後の昇圧電圧を発生しており、この状態でＶＤＤ端子を新しい接続先のＳＢＤカソードに繋ぐとＶＤＤ端子の入力定格を超えるためか一瞬で破壊してしまう（既に６個潰したし）。なので必ずＬＥＤを繋いでおいて最大でも３～４Ｖ前後が掛かっている状態での接続を勧める。

※この検証結果について自分でも試してみたいと考えた方々へ。くれぐれもブレッドボード等の仮配線で試さないこと。１．５～３Ｖの低電圧回路といっても、電流は下手すれば０．５～１Ａも流れる大電流回路なので、ちょっとした接触不良による電圧降下の影響が致命的になる。当方も過去にブレッドボード仮配線でデータ安定せずに悩んだ経緯あってもう懲り懲り。ユニバーサル基板使って配線組んでもいいが、最低でもオールハンダ付けの空中配線で試すことを勧める。

※もう一点付け加えておくが、ＬＥＤ電流値を測る際にくれぐれもテスターの２００ｍＡ電流測定レンジを使わないこと。理由はテスター内部測定回路上に数Ω前後の高いシャント抵抗を挿入している関係で、そこでの電圧降下が致命的になるから。微小シャント抵抗内蔵の１０Ａレンジがあるならそれに越したことはないが、１Ａ以下の数値を正しく読めない可能性がある。当方では、精密級１０ｍΩのチップ抵抗をＬＥＤ配線に挿入してその両端電圧を±２００ｍＶのデジタル電圧計で読み取っている。これなら仮に１Ａ流れたとしても０．０１Ｖの電圧降下に留まるから影響を極力抑えることができる。

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【２０１４／１０／０５更新：ＣＬ０１１８Ｂにおける最適インダクター検証およびＶＤＤ端子の新しい接続方法検証】
　（データに各社ＬＥＤでの特性データ追加）

　１．５Ｖ電池２本を使った白色ＬＥＤ駆動用の昇圧回路は、標準的な使い方では上図のようにＣＬ０１１８Ｂと４７μＨのインダクターを使った簡単な回路。

　一般的な標準回路にちょっと細工を施してＳＢＤとコンデンサーとを追加し、パルス電流を整流してＬＥＤに投入することにより発光効率が上がらないか検討してみる。

　上図は、ＣＬ０１１８ＢにＳＢＤとコンデンサーとによる整流素子を組み込んだ回路で、インダクターのμＨ値がＬＥＤ電流にどれほどの影響を与えるか測定してみたもの。２２～４７μＨの範囲で広いピークを示し、ＬＥＤ電流は３５０ｍＡ程度流れていることが判った。このことからピーク中心部に位置する３３μＨあたりを使えば最も効率は良さそうである。

　インダクターのＲｄｃ（直流抵抗値）も重要なファクターなので、Ｒｄｃ値の異なる様々なタイプの４７μＨインダクターについて、ＬＥＤ電流がどの様な影響を受けるか試してみたところ、抵抗値の低いものほどＬＥＤ電流値が流れる傾向で、これはＣＬ０１１７検証時と同じ特性。アキシャル型は小型で組み込みが楽だけれどもＬＥＤ電流は低く、ラジアル型やパワーチップ型、トロイダル型は比較的に高いＬＥＤ電流を流すことが出来るけれどもコアの大きさが問題になってくるから、そのあたりは組み込みスペースとの兼ね合いでよりよいものを選択すればいい。

　ＣＬ０１１８Ｂに最適インダクターの３３μＨと、ＰＡＮＪＩＴのＳＢＤ（１Ｓ４）と４７μＦのコンデンサーによる整流部を組み合わせた回路において、さらにＶＤＤ端子の接続先の影響を調査してみた。これは先のＣＬ０１１７検証時と同じ接続構成がＣＬ０１１８Ｂでも有効かどうかを見極めるためのもの。

　上図は、ＣＬ０１１８ＢのＶＤＤ端子接続先を標準的な電源＋に接続した場合でＬＥＤ流がどの様な影響を受けるかを計測したもの。ＣＬ０１１７検証時の場合と同様、電源電圧に比例してＬＥＤ電流も直線的に変化するという結果を得た。

　なお、エルパラ製ＬＰ－ＡＷＭＥ５６Ｆ１Ａは単独使用の場合、電源電圧は２．０Ｖあれば１２０ｍＡのＬＥＤ電流を確保できるが、それ以上の入力電圧ではオーバードライブになるので注意。また３本パラレルで使用した場合はＣＲＥＥチップＸＭ－Ｌ２ランクＵ２１Ａとほぼ同等の特性を示すが、発熱量に関しては異なる挙動を示す。ＸＭ－Ｌ２だとそこそこの発熱があって放熱板が熱くなるけれども、ＬＰ－ＡＷＭＥ５６Ｆ１Ａではほとんど発熱が無い。これは組み込み先の放熱対策を打たなくても使えるということだから誠に都合が良い。

　上図は、ＣＬ０１１８ＢのＶＤＤ端子接続先をＳＢＤのカソードへ繋ぐ（昇圧整流後の電圧を掛ける）場合において、メーカー各社別のＬＥＤ電流がどの様な影響を受けるか計測したもので、ＣＬ０１１７で検証した場合とは少し違った特性を示すことが判った。

　電源＋に接続する標準の繋ぎ方だと電源電圧に比例してＬＥＤ電流も直線的に変化するが、ＳＢＤカソードに繋ぐ方法だと２．４Ｖまでは直線関係を示すものの、それ以上の電圧領域では頭打ちになって伸びなくなるタイプが存在しており、Vf値の低い（大概は３Ｖ以下の）ＬＥＤでこの傾向が強い。オプトサプライ製ＬＥＤが影響を受けにくいのは、恐らく比較的高いVf値に要因があるものと考える。
　しかしながらこの頭打ち特性はむしろ歓迎すべきもの。なぜなら電池電圧が新品の３．２Ｖから使い込んでいって２．６Ｖまで落ちてもＬＥＤ電流の変化は少なくて光量が安定しているということだから。一つ気懸かりなことがあるとすれば、電源電圧が３．２Ｖある時のＸＭ－Ｌ２ではＬＥＤ電流が急増していること。３．１Ｖまで下がれば落ち着くのだけれど、実際の電池駆動時には一瞬で電圧が下がるだろうから、そんなに気にしなくても良いかも。

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【２０１４／１１／２５更新：ＣＬ０１１７を並列に接続した時のＬＥＤ電流値検証】

　上図の回路は、ＣＬ０１１７に整流用のＳＢＤとＣとを併用する回路において、さらにＣＬ０１１７自身を２個並列に接続したもの。内蔵ＦＥＴの駆動力を単純に増強できる可能性を確かめてみる。入力電圧に対するＣＲＥＥチップＸＰ－ＧランクＲ４の出力ＬＥＤ電流は後に示すグラフへまとめてプロットしておくので参照のこと。

　上図の回路はＣＬ０１１７に整流用のＳＢＤとＣとを併用しつつ、ＶＤＤ端子をＳＢＤのカソードに接続する特殊な使い方において、さらにＣＬ０１１７を２個並列に接続した場合の効果を検証するもの。入力電圧に対する出力ＬＥＤ電流値を後のグラフにプロットしておく。

　上図の回路はＣＬ０１１７からインダクターコイルを経てＳＢＤに至るまでの回路を並列に接続したもの。こちらも入力電圧に対するＬＥＤ出力電流値をプロットするので後に示すグラフを参照のこと。

　上図の回路はＣＬ０１１７からインダクターコイル、ＳＢＤまでの回路を並列に接続しつつ、さらにＶＤＤ端子の接続先をそれぞれのＳＢＤカソードに繋いだ改良型回路。

　以上、４系統の回路接続方法におけるＬＥＤ出力電流値の比較グラフを下図へ一つにまとめて見比べてみる。　【◯】でプロットしているのはＣＬ０１１７を一つだけ使ったシングル回路における状況を示すもの。
　【△】でプロットしているのはＣＬ０１１７のみを単純に並列接続したパラレル回路における状況を示すもの。
　【◇】でプロットしているのはＣＬ０１１７、インダクターコイル、ＳＢＤまでの主要回路を並列接続したもの。

　単純にＣＬ０１１７の素子だけを並列に接続した場合では５割増しの１５０％程度にＬＥＤ電流が増加していく傾向を認めることができる。そしてＣＬ０１１７を素子のみではなく主要な昇圧回路とともに並列接続した場合ではほぼ１０割増しの２００％程度までＬＥＤ電流は増加することを確認できた。なお、１．５Ｖ入力時においてＬＥＤ電流が３８０ｍＡ流れている時の電池側電流は１１６５ｍＡを確認している。

※再度忠告。

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【２０１５／３／１８追記：ＣＬ０１１７およびＣＬ０１１８ＢへのＦＥＴスイッチ搭載検証】

　ＣＬ０１１７にＳＢＤとＣとを併用した改良回路において電池の前後にスイッチを設けるのは一般的だが、電流は赤線で示したパワーライン上で０．５Ａ近く流れるため接点容量の低いタイプを使っていると直ぐに焼けて接触不良を起こすことになる。ＬＥＤライトに組み込めるスイッチの大きさには制約があって小型なものを使ったりしていると、いずれ接触がおかしくなって使い物にならなくなる。

　そこで、小型なスイッチを使える様にするため別なスイッチング素子を新たに搭載しようと考えた。ゲート駆動電圧の低いＰｃｈのMOSＦＥＴであるＤＭＧ３４１５Ｕを突っ込んでみたけれど、流石に電源１．５Ｖ系では不足気味で十分な導通状態とはならず、ＬＥＤは点灯するけれどそれなりに暗くて使えない。ちなみにＦＥＴスイッチの位置はハイサイド。

　ＦＥＴスイッチには先に提示したハイサイドの他にローサイドもあるので試してみた。ゲート駆動電圧の低いＮｃｈのＭＯＳＦＥＴであるＩＲＬＭＬ６３４４ＴＲＰＢＦＴＲを突っ込んでみたけれども、こちらも駆動電圧不足で不完全導通、ＬＥＤ点灯しても暗くて使い物にならない。

　それなら駆動電圧をどうにかすればいい話なので、昇圧整流後のＬＥＤ電圧が２．９Ｖ前後あるからそれをゲートに注入してみると、予想外に上手くいってＦＥＴスイッチとしてちゃんと動作する！
　この回路、本当に動くのか？と懐疑的になるのは当然で、ＦＥＴが導通もしていないのに昇圧整流後の電圧が先に出ている訳ない、と思ったのだけれど実際に回路を組んでみると、インダクターとＳＢＤとを貫通してくる僅かな電圧で少しでもＦＥＴが通電すると昇圧動作が始まり、あとは連鎖的にゲート駆動電圧が増えて完全導通状態になるらしい。

　インダクターとＳＢＤとを貫通してくる電圧に気付いたことで思い付いたのは、ＣＬ０１１７のＶＤＤ端子をスイッチングする方法でこれも予想外に上手くいった。貫通電圧が１．５Ｖ以下なのでＬＥＤは点灯すること無く、昇圧動作さえしなければ赤線で示したパワーラインを直結していても問題ない。しかも、ＶＤＤ端子はほとんど電流が流れないので電流容量の小さなスイッチを使えるという利点もある。

　ＣＬ０１１７での考察に引き続いて３Ｖ電源系のＣＬ０１１８Ｂでも検証してみる。上図は赤線で示したパワーライン上にスイッチを設ける一般的な回路で、こちらも電流は０．５Ａ近く流れるため接点容量に余裕のあるスイッチを選定しなければならず、小型なものでは長持ちせず実用にならない。

　電源が３ＶあるのでＦＥＴを駆動するゲート電圧の確保に事欠かない。ＰｃｈのＭＯＳＦＥＴ、ＤＭＧ３４１５Ｕを使ったハイサイドスイッチの回路は既に改造報告ＮＯ．１４にて実証済みであり、毎日の様に使っているけれど不具合なく実用的。

　こちらはＦＥＴにＮｃｈのＩＲＬＭＬ６３４４ＴＲＰＢＦＴＲを使ったローサイドスイッチ回路で、同様になんら問題なく動作する。

　いくら３Ｖ電源といっても電池電圧が落ちてくればゲート電圧も下がってくる訳で、２Ｖ以下まで放電してくるとＦＥＴの導通も影響を受ける。これを解消するにはゲート電圧の供給元を電池電圧ではなく、昇圧整流後の高い電圧にすればいい。上図はそんな回路ではあるけれど、ＦＥＴが導通していなければ出てこない昇圧整流電圧をいくらゲートに掛けたところでスイッチングするはずないと考えるのは普通。しかし、コイルとＳＢＤとを貫通してくる電圧で僅かでもゲートが駆動できれば、あとは昇圧動作が始まって連鎖的にゲート電圧が増えるというカラクリ。

　ＣＬ０１１８Ｂの３Ｖ電源系でもコイルとＳＢＤとを貫通してくる電圧はあるので、ＣＬ０１１７の時と同じ様にＶＤＤ端子にスイッチを設けてみると、これは上手くいかないのである。何故なら電源電圧が２．３Ｖ以上あれば、昇圧動作していなくてもコイルとＳＢＤとを貫通してくる電流でＬＥＤが点灯してしまってスイッチＯＦＦが出来ず常時点灯状態になってしまうから。ＶＤＤ端子でスイッチコントロールする方法は、電源電圧の低いＣＬ０１１７だから出来るワザだったということです。

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【２０１５／５／１９追記：ＣＬ０１１８Ｂ定電流コントロール回路の検証】

　電源３Ｖ系でＣＬ０１１８Ｂをコンバーターに使った昇圧回路では、電源電圧の低下と共にＬＥＤ電流が大幅に変動してしまうので明るさを一定に保つことは難しい。オペアンプを使ってＬＥＤ電流値を監視しＶＤＤ端子にフィードバックする方法はあるけれども、そこまで本格的でなくても簡単な回路で似たような特性が出せるかどうかを検討した。

　上図は、検証用に作った回路。電源は１．５Ｖ電池×２本直列の３Ｖ式で、コンバーターにはＣＬ０１１８Ｂを２回路並列で用いる。ＶＤＤ端子には、半固定抵抗器で分圧した昇圧後の電圧を加えるのがミソ。ここへフィードバック用のトランジスターやＦＥＴを突っ込む回路も試したけれど、結果的には抵抗だけのほうがより良い特性を得た。

　半固定抵抗器の値はＶＲ５００Ωを図示しているけれども、色々と試したらこれが最も効率的だった。昇圧後の電圧は大概３Ｖ前後掛かるから、ＶＲ５００Ωには６ｍＡの電流が流れることになりこれは無駄になってしまうのだけれど、試しにＶＲ５ｋΩにしてみると無効電流が減っても定電流特性は逆に悪化してしまうので。

上図はＶＤＤ端子に接続する半固定抵抗器の値が与える定電流特性への影響についてプロットしたもの。電源電圧が３～２Vと変動する中で、ＶＲ５００Ωの時ではＬＥＤ電流値の変動が２３５～２００ｍＡの範囲に収まってる。ＶＲ１ｋΩでは２４５～２００ｍＡと若干悪化、ＶＲ５ｋΩになると３２０～２００ｍＡと大きく変動し制御出来ていないことが判る。また、ＶＲ５００Ω以下のものを用いた場合では、ＬＥＤ電流値の変動はさらに小さくなると予想出来るけれども、半固定抵抗器自身に流れる電流が６ｍＡ以上に増加するのは許容できないだろう。

　今回の検証回路ではＣＬ０１１８Ｂ昇圧回路を２並列接続しているけれども、これの意味は電源電圧２ＶでＬＥＤ電流を最低でも２００ｍＡ確保したかったからである。ＣＬ０１１８Ｂ単機駆動ではどう細工して頑張っても１５０ｍＡ止まりだけど、２並列接続するとＶＤＤ端子のフィードバックを外した時に３００ｍＡまで出せる能力がある。ちなみにこのＣＬ０１１８Ｂの２パラレル接続回路は、電源３Ｖ時でＶＤＤ端子フィードバック無しだと６００ｍＡを軽く超えてくるので、放熱設計していないＸＰ－Ｇを駆動しようものなら焼損しかねないから注意が要る。

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【コンバーターチップに関する補足記載データ】

　　リーファ「鉄の爪？引っ掻かれたら痛そ～。お兄ちゃん、勝負しよっか！」
　　　　　　　（逃げるなキリト）　　　　　　　　　ｆｒｏｍ　『ソードアート・オンライン』

　直葉・・・じゃなかったリーファが両手に持ってるのは１．５Ｖ用コンバーターチップで、右手のＳＭＴパッケージはＡＨ６２１１、左手のＴＯ－９２パッケージはＣＬ０１１７。ＣＬ０１１７は何処でも売っているけれど、ＡＨ６２１１は今のところａｉｔｅｎｄｏでしか見たことがない。このＡＨ６２１１の性能を評価した。

　これよりも前に公開していたデータは、デジタルテスター２００ｍA測定レンジにおける高抵抗の内蔵シャントと、ブレッドボード仮配線接触抵抗の影響があまりにも酷かったので、ＡＨ６２１１の本来の性能を見誤っていた。

　この影響を排除するため全てハンダ付け結線とし新たに２０ｍΩの電流測定用シャント抵抗を挿入してデジタルテスター２００ｍVレンジで測定し直したところ、大幅にＬＥＤ電流値が上昇する結果となった。標準仕様ではＷ数の高いＬＥＤの場合、インダクターに５．６μＨを選択するように記載してあり、確かに５μＨ前後にピークが出ている。

　なお２０１６年８月２０日に再検証を行い、ＡＨ６２１１のＶ＋端子をＳＢＤカソードに繋ぐやり方で最適インダクター値がどう変わるか、またどれくらいＬＥＤ電流を流せるかを測定し直した。この結果についてはこれ以降の後ろの方に追記しておきましたので参照願います（現在、データ公開停止中）。

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【２０１５／７／１０追記：ＣＬ０１１７類似ＣＸ２６０１改良回路検証結果】

　１．５Ｖ系電源で白色ＬＥＤを点灯するときに用いる昇圧回路ではＣＬ０１１７が一般的ですけど、他にはＳＭＤでＣＸ２６０１というチップがあります。１００均のＬＥＤライトでグリーンオーナメント製の【ＢＬＴＬＥＤＬＩＧＨＴ】が搭載している昇圧回路は、このＣＸ２６０１とアキシャル型インダクター１０μＨとを組み込んでおり至ってシンプルなのですが、そのままの状態では低いＬＥＤ電流しか流せず照度値はあまり期待できません。

　そこでＣＬ０１１７やＣＬ０１１８Ｂにおける改良回路検証結果を応用しＣＸ２６０１でも検討してみたところ、意外にもＣＬ０１１７より性能の勝っている可能性が出てきました。

　ＣＸ２６０１は写真の通り表面実装型のＳＭＤチップで、もしも上手く使いこなせれば組み込みスペース的にも可成り有利となるはずです。

　今まで検証してきたＣＬ０１１７及びＣＬ０１１８Ｂ改良回路と同様にして、コイル昇圧後のパルス電圧をＳＢＤとＣとで整流してからＬＥＤに流してみます。

　上図は、ＣＸ２６０１にＳＢＤとＣとからなる整流素子を併用した改良回路で、電源電圧を変化した場合にＬＥＤ電流値がどんな影響を受けるかについて、昇圧コイルのインダクタンス別の依存性をプロットしたものです。

　コイルを変えながら測ってみると、電源電圧１．５Ｖの時に、４．７μＨを使った場合で１５０ｍＡまでＬＥＤ電流が向上するものの、０．９Ｖ放電終止電圧近辺では１０ｍＡ以下で全く改善していません。比較データとしてＣＬ０１１７の場合を【▲】でプロットしてみると、良くも悪くもない同等な性能と言えそうです。

　次に、ＣＬ０１１７改良回路における検討と同様にして、ＣＸ２６０１自体の動作電源を電源＋から取るのではなくて昇圧整流電圧から取るように組み替えて検証してみます。

　上図は、ＣＸ２６０１にＳＢＤとＣとからなる整流素子を併用した改良回路で、さらにＣＸ２６０１動作電源端子Ｖ＋の接続先を電源＋ではなく昇圧整流電圧すなわちＳＢＤカソードに繋いだ場合においてインダクターおよび電源電圧がＬＥＤ電流に与える影響をプロットしたグラフです。

　特筆すべきはインダクターコイルに２．２μＨを使った場合で、電源電圧が１．５ＶあるとＣＲＥＥチップＸＰ－Ｇに２８０ｍＡも流せること。【▲】でプロットしたＣＬ０１１７の場合ではどう扱っても２００ｍＡ止まりでしたからこれは凄いです。さらに放電終止電圧の０．９Ｖまで下がっても１３５ｍＡ流せるというのがこれまた凄いことで、ＣＬ０１１７の場合だと電源電圧１．１５Ｖで１００ｍＡを切りますから、明らかにＣＸ２６０１の方が勝っているという結果でした。

　ここで注意点があるとすれば電源電圧が低い場合、【■】でプロットした１．０μＨが【●】でプロットした２．２μＨよりも僅かに勝っている様に見えるのですけど、電源電圧が１．２Ｖ以上になると過電流によるチップのサーマルプロテクト機能が働いてＬＥＤ電流は頭打ちになってしまうのです。勿論ちゃんと放熱できれば２．２μＨよりもＬＥＤ電流は稼げるでしょうれど、恐らくは発熱に回っているエネルギーが多くなって昇圧効率は悪化しているものと推測します。

２０１５年７月１９日追記－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

　上図は実際に１００均ＬＥＤライト（改造報告Ｎｏ．１６－４【ＢＬＴＬＥＤＬＩＧＨＴ】改四式）へ組み込むことを前提としたＣＸ２６０１改良昇圧回路で部品定数を最適化したものです。２．２μＨはＲｄｃが０．０１７Ωの太陽誘電製ＬＨＬＣ０８ＮＢ＿２Ｒ２Ｍを、整流素子としてＳＢＲダイオードのＤＩＯＤＥＳ製ＳＢＲ１５Ｕ３０ＳＰ５を選定しています。

　この回路上で電源電圧に対するＬＥＤ電流値の挙動を調べてみると、最初は整流素子に定番の１Ｓ４を考えていたのですけれど、パルスピーク電流値を考えてより耐性の高いＳＢＲ１５Ｕ３０ＳＰ５にしてみたら、予想通り特性は良くなりました。具体的には電源電圧１．５Ｖの時、１Ｓ４よりもＳＢＲ１５Ｕ３０ＳＰ５では２５ｍＡほどＬＥＤ電流値が向上してついに３００ｍＡを越えました。Ｎｉ－ＭＨ電池を使った場合、１．２Ｖ前後で推移する電池電圧領域では２００ｍＡをＬＥＤに供給出来そうです。

【２０１６／８／２６データ追記：ＣＬ０１１７類似ＹＸ８１１３改良回路検証結果】

　１．５Ｖ系の電源で白色ＬＥＤ使う時は昇圧回路を組み込みますけど、ＣＬ０１１７やＣＸ２６０１などを今まで検証してきましたが、今回はグリーンオーナメント製ＢＬＴＬＥＤＬＩＧＨＴのＯＥＭ品として発売されたダイソー製ＬＥＤスリムライトをバラした時、ＣＸ２６０１の代わりにＹＸ８１１３が使ってありましたのでこれを検証してみることにしました。

　ＹＸ８１１３は他の１００均ＬＥＤライトにも使っていますが、ＳＯＴ２３で超小型なため組み込み応用先は広そうです。上図は昇圧パルス整流用ＳＢＤと平滑用コンデンサーとを足して、さらにＶ＋電源端子をＳＢＤカソードに繋ぐお馴染みな回路です。

　上図はＹＸ８１１３に組み合わせるインダクター最適値を探るべく、４．７～２２μＨのラジアル形を組み合わせてみた時のＬＥＤ電流値をプロットしたものです。これによると、電源電圧が１．０Ｖ以下では４．７μＨを使った方がより高いＬＥＤ電流を流せますけれど、１．１Ｖ以上の領域では１０μＨに軍配が上がります。ちなみに比較用としてＣＬ０１１７の最適化回路時のデータをプロットしておきましたが、ＹＸ８１１３に分があるのは間違いなさそうです。

　ひとまずインダクターは１０μＨあたりが良さそうと判ったので、φ７．８ｍｍのＬＨＬＺ０６ＮＢシリーズよりＲｄｃの低いφ９ｍｍのＬＨＬＣ０８ＮＢシリーズに取り換え、さらにＳＢＤの種類を変えて影響を見てみたところ、ＳＢＤは当初の１Ｓ４よりもＳＢＲ１５Ｕ５０ＳＰ５を使った方が若干ＬＥＤ電流が増える傾向にありました。この要因がインダクターのＲｄｃによるものなのかＳＢＤの特性なのかはまだ追い込めていません、追試が必要なようです。

　
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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まさ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しないモーメンタリ動作品ですから、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の切り替わるオルタネイト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高級機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

Img_10501_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。
　 Sdim08003 　　　　　　　　　　　　　　　（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。

【こちらも参考に如何ですか？】

【オリジナル製作なＬＥＤライトたち】

ﾌﾘｽｸﾚｰｻﾞｰの製作No.1_ﾌﾘｽｸにﾚｰｻﾞｰﾕﾆｯﾄを組み込む（秋月電子LM-102-Bﾓｼﾞｭｰﾙ使用）

ﾌﾘｽｸﾗｲﾄの製作No.3_ﾌﾘｽｸ120にLEDﾗｲﾄを組み込む(AMC7135、CREEﾁｯﾌﾟXP-Gを2灯、Li-ion電池)

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ﾒﾝｿﾚｰﾀﾑLEDﾗｲﾄの製作No.1_ﾒﾝｿﾚｰﾀﾑDMをLEDﾗｲﾄにする計画(CREEﾁｯﾌﾟXP-G使用)

ｽﾘﾑﾛｯﾄﾞLEDﾗｲﾄの製造報告No.1_φ8mmﾊﾟｲﾌﾟをLEDﾗｲﾄに(EMH7601、CREEﾁｯﾌﾟXP-G、単6形NiMH)

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9LEDﾌﾗｯﾄﾗｲﾄの製造報告No.1_平面照射なLEDﾗｲﾄの製造(AMC-7135、TL1F2-DW0_Lを9灯、Li-ion電池)

ﾎﾟｰﾀﾌﾞﾙ5LEDﾗｲﾄの製造報告No.1_平面照射なLEDﾗｲﾄの製造(AMC-7135、CREEﾁｯﾌﾟXP-Gを5灯、Li-ion電池)