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階段下収納スペース用LED

階段下の収納スペースに照明用の1W・LEDライトを付けました。

間口70cmのスペースには文房具、カミさんの裁縫道具、掃除機が入っています。
暗くて中身の確認が容易ではありませんでした。

扉を開けたらライトがSW-onします。

今回は電池三本でLEDを点灯します。
通常はニッケル水素充電池3本ですが、非常時にはアルカリ乾電池も使う可能性がある。
電池2本なら、DC-DCコンバーターを使うところです。
3本でもコンバーターを使う選択肢がありますが、
今回は単純なシリーズ型でやってみました。
低損失制御で、電池2本に比べ2倍近くの持ちを期待します。

しかし、簡単な話のようで、実際やってみると、トンでもなく厄介でした。

●乾電池の放電開始電圧が1.6V〜1.5V程度、×3=最大4.8V
●ニッケル水素充電池の放電電圧が≒1.2V、×3=3.6V
 満タン時には1.42V、で×3=4.26V

LEDを0.3Aで点灯するには3.2Vが必要。
逆の表現では3.2V、0.3Aを安定して供給しなくてはならない。

各種の定電流回路を試したが、0.3V程度のマージンで電流を安定化するのは至難の技らしい。
オペアンプで制御できそうだが、あいにく使える手持ちが無い。

簡便な定電圧回路を組んで、制御用トランジスター2SD2092を駆動してみたが、効果が薄い。
とりあえずセットしてみた。

【結果】収納スペースが明るくなり、引き出しの中身などが良く見えて、使えてます。
Dsc_0066
扉の内側からの写真です。右端のライトを収納庫内に向けてます。
上がレバーを付けたマイクロスイッチで、ドアを開けるとonになります。
(消灯のために電池を一本外しています。)

- ● - ● - ● - ● - ● - 

★電流がちゃんと制御できていないので気持ちが悪い。

そこで、色々な回路を組んでみたが、上手く行かない。

音を上げて、試しに手動で制御 してみた。
(下の回路図の右端の部分を使って)
LEDに300mAを流すように、電源電圧を変えながら制御トランジスタ2SD2092のベース電流を調節してみた。
-------------------------------------
電源電圧 3.6V      4.5V
Vbe    0.675     0.640 (V)
Ib      0.85       0.4  (mA)
-------------------------------------
わ〜!こんななんだ。

当然のことだが、2SD2092の駆動は定電流(定電圧)ではなく、電源電圧の変動に逆比例のごとく変化させなくてはいけない。
変化量も半端じゃない。
電源電圧が低い時は制御トランジスタのCE間の抵抗を小さく、電源電圧が上がった時は抵抗が大きくなるようにしなくてはならない。

計算を試みたが、私の技量ではとっても無理。
どうやったら、2SD2092のベースの電力をこんな風に変化させることができるのだろう??

仕方が無いので各種のアイディアを出して、試しに回路を組んでみた。
テスター3台、ボリューム2個、可変電源電圧。
最初は、何が起っているか全くわからず、試行錯誤。
2日間かかってやっと様子が分かりました。
それから、ボリューム抵抗と電流計と電圧計を使って、2SC2204の動作の最適値を探りました。
ノート3ページ分のデーターが残りました。
出来上がってみると、大した回路ではありませんが、ここまで来るのが大変でした。
2SC2204(hfe=500)に頑張ってもらっています。

最後は実際に組んで、トリマ抵抗(ポテンショメータ)で最終調節をして完成としました。
3.6〜4.8Vの間は、100%ではありませんが、ほぼ0.3Aで安定して、満足の行く結果です。
実際には起こらない条件ですが、5V以上では過制御で電流が大きく低下します。
3.6V以下は制御不能で電流が低下します。

最終回路には過放電防止用の制御回路(2SA970)も付けましたが、まだこれが作動するような条件になっていません。
Led3
【1W・LEDを電池三本で駆動する回路】

★実際はとても大変でした。
★フィードバック制御は、0.5Ωからの僅かな帰還のみです。
全体はフィードフォワード制御になっています。

■フィードバックを取り去ると、0.5Ωの0.15V分の損失が無くなります。
と言っても充電池の寿命として、5分ぐらいの差でしょうか。
おまじないにつけておきましょう。
▲乾電池駆動が主の場合は無い方がお得でしょう。

■回路を組み終わった後で、部品箱に2SK2232を見つけました。
こっちの方がon抵抗が少なく、制御も楽そうです。
次回に機会があれば使ってみましょう。

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