１００均ライト改造報告Ｎｏ.２７-２【COBﾎﾙﾀﾞｰﾗｲﾄ改造】(2020/3/22：旧製品の簡単な改造方法のみ記載)

　最終更新は２０２０年３月２２日です。
（旧製品の簡単な改造方法のみ記載）

※新バージョンの追加内容を移転しました。

こちらまで→１００均ライト改造報告Ｎｏ.２７-３【COBﾎﾙﾀﾞｰﾗｲﾄ改造】(2020/3/22：新ﾊﾞｰｼﾞｮﾝの回路改造詳細~こちらに 移転)

　→追記内容は後に続けています。

※昇圧回路ＣＸ２６０３の待機電流を完全キャンセルできる改造方法で
　もっと簡単な方法が見つかりました。

～２０１９年１月１９日：追記（もっと簡単な改造方法が見つかった！）～～～～～～～～～

　コメント欄に情報を頂いた[KK]さんのやっている方法を上手く改良できましたのでご報告です。

　前報→１００均ライト改造報告Ｎｏ.２７【COBﾎﾙﾀﾞｰﾗｲﾄ改造】(2019/1/19：もっと簡単に改造する方法)

　昇圧回路のＣＸ２６０３が点灯ＯＦＦ時に待機電流を消費して電池が勝手に減っている問題の解決方法として、当方は点灯制御チップのＦＭ２８１９を止めて別なチップに乗せ換えるという手法をとりましたが、[KK]さんの方法は、ＣＸ２６０３のＧＮＤ端子を電池－から切り離してＦＭ２８１９の４番ピン（ＬＥＤ－）へ繋ぐものです。

　しかしながらこの方法ではＦＭ２８１９が動作する最低電圧１．４Ｖ以上の比較的に新しい電池でないと起動しません。もっと低い電池電圧でもＦＭ２８１９が動作するにはどうしてもＣＸ２６０３の昇圧回路が働いて電圧を稼いでもらわないといけません。

　ＧＮＤ端子を切り替えたＣＸ２６０３が起動するにはＦＭ２８１９の４番ピン（ＬＥＤ－）が瞬間的でも構わないのでＧＮＤに落ちてくれればいい。[KK]さんはＦＭ２８１９の５番ピンに繋がっている元々のタクトスイッチを利用するべく、５番ピンと４番ピン（ＬＥＤ－）との間にコンデンサーを入れることでタクトスイッチを押した時、５番ピンがＧＮＤに落ちると同時にコンデンサーを経由して４番ピンもＧＮＤに一瞬だけ落ちる様にした。この方法で無事に点灯はするのだけれど、今度はコンデンサーに溜まった電荷が放電するまで次の再点灯が出来ないという問題をクリアできずに困っているようです。コンデンサーと並列に自己放電用の数ｋΩを並列に接続すれば良くない？と思うのですが、これは試していません。

　それで考えたのはコンデンサーの代わりにダイオードを入れれば解決するんじゃないの？と。　それでやってみたら全く問題なく動作してくれたので情報を入れておきます。勿論、ＣＸ２６０３昇圧回路の待機電流はゼロになっており、これはＬＥＤ消灯時にＡＭラジオのバーアンテナへ近づけてみれば判りますが、プツプツプツプツという断続的な待機動作時の発振音は聴こえなくなってます。

　当方の改造方法だと制御基板を別に追加する必要がありましたけど、[KK]さんアイデアの改良版だと元基板のパターンカットとショットキーバリアダイオードの追加だけで済むので至ってシンプルです。

　基板上の加工だけで済むので改造は楽ちんです。ショットキーバリアダイオードを一本追加する必要があるのは致し方ありませんけど、その費用に対する効果は絶大です。

　昇圧チップＣＸ２６０３のＧＮＤ端子を切り離すためにパターンカットを行います。切り離したＧＮＤ端子はジャンパー線でＦＭ２８１９の４番ピン（ＬＥＤ－）に繋ぎ換えます。

　ＦＭ２８１９の４番ピン（ＬＥＤ－）と５番ピンとの間にショットキーバリアダイオードの１Ｓ４を入れます。極性は４番ピンの方がアノード（Ａ）で５番ピンの方がカソード（Ｋ）です。カソードのハンダ付けはタクトスイッチ端子（ＦＭ２８１９の５番ピンに繋がっている）に繋ぐのが楽ちんです。

　この改造を行った後の、タクトスイッチを押した時の挙動は以下の流れになります。

①タクトスイッチの１回目クリック　→　ＬＥＤ点灯Ｈｉモード（ＰＷＭ調光１００％）

②タクトスイッチの２回目クリック　→　ＬＥＤ点灯Ｌｏモード（ＰＷＭ調光２５％？）

③タクトスイッチの３回目クリック　→　ＬＥＤ高速点滅せず、２回だけ点滅して自己消灯

④タクトスイッチの４回目クリック　→　本来の出力ＯＦＦモードなので、クリック時だけ点灯

⑤タクトスイッチの５回目クリック　→　①と同じ挙動に戻る

　この挙動のオモシロイところは、高速点滅機能が[KK]さんアイデア改造では自己消灯用信号の代わりとなって働いてくれていること。あまり使わない点滅機能が上手く転用出来ているとてもクールなアイデアです。

　具体的に今回の改良改造でどの様な回路の動きになっているかを追ってみます。

1)タクトスイッチをクリックすると、ＦＭ２８１９の５番ピンがＧＮＤに落ちると同時に
　ダイオード経由で４番ピン（ＬＥＤ－）もＧＮＤ（電池－）に落ちる。

2)ＣＸ２６０３のＧＮＤがダイオードとタクトスイッチを経由してＧＮＤ（電池－）に接続するので
　昇圧動作を開始する。

3)昇圧を開始して１．５Ｖを越えるとＦＭ２８１９の動作電圧に達する。

4)ＦＭ２８１９が動作する電圧をＣＸ２６０３から供給できる様になった時、タクトスイッチが
　まだ押されていればＬＥＤ点灯Ｈｉモードの出力となり４番ピン（ＬＥＤ－）がＧＮＤに落ち、
　ＬＥＤはＨｉ点灯する。

5)すると、ＣＸ２６０３が継続的に動作するためのＧＮＤ接続はタクトスイッチとダイオードの経路を
　通らなくてもＦＭ２８１９の４番ピンが引っ張ってくれるので、タクトスイッチを離しても昇圧動作は
　途切れずＬＥＤ点灯は継続する。

6)ここで再度タクトスイッチをクリックして５番ピンがＧＮＤに落ちると、４番ピンの出力は
　ＬＥＤ点灯Ｌｏモードとなりデューティー比２５％のＰＷＭ波が出力される。

7)ＣＸ２６０３のＧＮＤ接続は断続的なＰＷＭ波となり昇圧動作もそれに追従しているとすれば、
　パルスＯＦＦになった時にＣＸ２６０３昇圧動作が止まり、ＦＭ２８１９への供給電圧が無くなって
　ＬＥＤが消灯するはずだけれど、これは元々６番ピン（Ｖ＋）に繋がっている８．２μＦの
　コンデンサーがパルスを平滑しているお陰で、電荷が残って電圧を維持している間は上手く
　途切れないでＬＥＤが点灯し続けてくれる。

8)そして次のクリックで５番ピンがＧＮＤに落ちると今度は高速点滅モードとなって、４番ピンに
　点滅パルスが出力される。

9)この点滅パルスのＯＦＦ時間は８．２μＦの容量では平滑しても電圧を維持できず、２回分の
　パルス点灯しか維持できないらしくて、電圧が下がってＦＭ２８１９が停止し４番ピンのＧＮＤ出力が
　止まってしまうとＣＸ２６０３の昇圧回路も動作を維持できず停止して完全にＬＥＤ消灯。

10)さらに次のクリックで５番ピンがＧＮＤに落ちると本来はＯＦＦ出力の動作をしているだけなので、
　タクトスイッチをクリックしている間のみＣＸ２６０３が起動してＬＥＤ点灯状態となる。これは
　いわゆるモーメンタリ動作な状態と言える。

11)次のクリックでは５番ピンの出力はＨｉモードとなって昇圧回路の動作は継続し、
　ＬＥＤは常時点灯となり、以下の挙動は上記繰り返しとなります。

　文章ばかりでは判りにくいので、そのうち回路図を書いて動作状況フロー図などを載せてみたいです。

～２０１９年１月２２日：追記（簡単改造方法の追記）～～～～～～～～～～～～～～～～

　回路図を書きだそうと思って良く見てみたら、ＬＥＤモジュールのＬＥＤ－（カソード）はＦＭ２８１９の４番ピンに繋がっているのが標準なんだけれど、今回の改造ではこれをＧＮＤ（電池－）に繋いでも全く同じ動作をやれることに気が付きました。

　ひとまずこれは手書きな改良追記ありの回路。そのうち清書してちゃんとした図になる予定。

　これの利点は、ＦＭ２８１９内部のＬＥＤドライブ用パワーＭＯＳＦＥＴを経由しないことで、ＯＮ抵抗（０．１１Ωある）による電圧降下を無くせるということ。もしも１Ａ流れていたら０．１１Ｖが無駄になっていた訳だけど、まぁ２００ｍＡも流れていないだろうから０．０２Ｖぐらい得するくらい。ありゃりゃ、なんだ大したことないな。

～２０１９年２月２日：追記（最低動作電圧の追記）～～～～～～～～～～～～～～～～

　コメント欄での[うさぎ鍋３号]さんとのやりとりで判明した事実を記事中にアップしておきます。

　現状の回路を少し変更してダイオードを一本追加してやるだけで待機電流をゼロに出来る今回の改造で、一般整流用ダイオードが適用できるか検証したところ、１．５Ｖの新しい電池では起動するものの、電圧が１．３Ｖなニッケル水素電池では動きませんでした。一般整流用はＶＦ値が０．６Ｖ以上あるので、その分の電圧降下は伊達ではなくて見誤りました。

　１Ｓ４のショットキーバリアダイオードを使った時の最低動作電圧を検証したところ、電池電圧は最低でも１．０Ｖあれば起動可能と判りました。さらにそれ以下での動作を望むのであれば、１Ｓ４を並列に接続して電圧降下分を分散させると合成ＶＦ値が若干下がるためか電池電圧は０．９５Ｖあれば起動可能でした。このくらいの電圧領域では電池も放電末期なので、点灯しなくなったら交換するタイミングと考えればむしろ判りやすいのではないでしょうか。

　もしかするとですけど、ショットキーバリアダイオードは１Ｓ４よりもＶＦ値の低いものを探せば、より低い電池電圧でもいけるかも知れません。試していませんが１Ｎ５８２２やＳＢＭ１０４５ＶＳＳなどのモールドが大きなヤツとかイケルかも。

～２０１９年３月２日：追記（最適ＳＢＤ・ショットキーバリアダイオード検証）～～～～～～

　最初に検討したショットキーバリアダイオードの１Ｓ４でも２本並列接続してやっと０．９５Ｖの最低動作電圧まで下げることができたのですが、手持ちの沢山ある在庫を手あたり検証してみたところ電池電源電圧が０．９Ｖ以下でも動作可能なタイプを見つけたのでご報告です。

　上表は１Ｓ４の代わりに使えそうなショットキーバリアダイオードを検証してみた結果ですけど、なんと１Ｓ４は可成り下の方のランクに位置されており、最も低い電池電圧で動作可能だったのは当方お気に入りなＰＡＮＪＩＴ製ＳＢＭ１０４５ＶＳＳで、０．８７５Ｖあれば点灯することが判りました。

　意外だったのは、次席につけたＲＯＨＭ製ＲＢ４１１Ｄで０．８９８Ｖから動作可能であり、ＶＦ値が０．４１Ｖ（５００ｍＡ時）と高めなタイプだったこと。第三位にランクインしたＰａｎａｓｏｎｉｃ製ＭＡ３Ｊ７００はさらにＶＦ値が高く０．４７Ｖ（５００ｍＡ時）もあるのに電池電圧は０．９１１Ｖあれば点灯可能でした。このことから最適ＳＢＤを決めるのにＶＦ値で判断するのは正しくなくて、他の別なパラメータで決まっているのかも知れません（逆方向耐電圧とか、リーク電流とか、端子間容量など）。

　最適なショットキーバリアダイオードが決まったことで、次なる問題解決テーマとして点滅モードの再現がやれるかどうかの検証結果です。これは点灯制御チップの８１９Ｌが持っている１００％ＰＷＭ出力→２５％ＰＷＭ出力→点滅→消灯というサイクルの点灯モード切り替えにおいて、今回の待機電流ゼロ改造機では点滅モードに入ると２回だけ点滅して消灯してしまう状況を改善するものです。原因は８１９Ｌチップの電源ラインに入っている８．２μＦの容量が小さすぎて、ＰＷＭ点灯よりも周期が長い点滅モードではＣＸ２６０３の昇圧電圧がすぐに下がってしまうからであり、解決方法としてはここへチップコンデンサーを並列に足して容量アップすればいい訳です。

　最初に１０μＦを足してみましたが、点滅モードは３秒ほどしか維持できませんでした。次に２２μＦを足してみた所、１０秒ほどまで維持できていましたが連続的な点滅には至りません。４７μＦを足して試してみたら漸く点滅モードが維持できる様になり、元の８．２μＦと併せて５０μＦ前後あれば元々のオリジナル機能である点滅モードまで含めて全ての動作モードを待機電流ゼロ改造機でも再現可能と判りました。

　最後にまとめとして、ショットキーバリアダイオードはＳＢＭ１０４５ＶＳＳが今の所は最適であり、コンデンサーは４７μＦを足してあげれば、待機電流ゼロ改造機でも全てのオリジナルな動作モード（１００％ＰＷＭ、２５％ＰＷＭ、点滅）を完全再現可能という事であります。

　あ！隠しコマンドのＳＯＳ送出点灯が再現出来ているかどうかはちょっと未確認です（すぐ↓、検証しました）

～２０１９年３月１０日：追記（本改造で、裏モードＳＯＳ送出までは無理っぽい）～～～～

　パターンカットしてショットキーバリアダイオード付けてさらにコンデンサーの容量をアップする本改造では、どうしても隠しコマンドのＳＯＳ送出点灯までは再現出来ないようです。昇圧後の電圧の平滑化と安定性を目的に元々の８．２μＦに１００μＦを並列追加しても、”ＳＯＳ”を一回だけは送出してそれっきりでしたので。

　それとこれを改善するためのアイデアを試すと予告しておいた件ですけど、試した結果はダメだったことをお伝えしておきます。やろうとしたアイデアは以下の図のようなものでした。　

　８１９Ｌへの電源供給がＬＥＤへの電源供給と分離出来ていれば安定化すると考えた訳ですけど、電池電圧が十分に高い場合でなければ無理でした。この状態ではとても電池電圧が０．９Ｖまで使えませんのでアウトということです。

～２０１９年４月１３日：追記（追加ＳＢＤの方向と挙動について）～～～～～～～～～～～～

　追加するショットキーバリアダイオードで、ＳＤ１０３Ａを使うと挙動がおかしいとのコメントを頂いておりました。最低動作電圧の調査で使ったものがありますので、再現するのかどうか確認してみました。

　ショットキーバリアダイオードはこの写真の示す様に黒帯は左側が正しいです。 タクトスイッチのクリック１回目でＰＷＭ１００％点灯し、２回目で２５％ＰＷＭ点灯、３回目で点滅、４回目で消灯。これはちゃんと検証できました。

　もしやと思って、この写真の様な黒帯が右側を向いている取付け方法にしてみると、タクトスイッチを押した時にまともな動作をしません。それは３回ほどタクトスイッチを押さないと点灯せず、しかも点灯したと思ったら３秒ほどで消灯し、さらに続けて一回だけ点滅するというもの。動作するだけでもオモシロイことですけど、どういう点灯ルーチンに陥っているかサッパリです。

※分解と改造は各人の判断で行い、それによって生じる責任を負うこともお忘れなきよう。