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2016年2月

今年のホダギをゲット

城ヶ崎の家を建ててから10年経った。くすんできた外壁を塗りかえた。塗装屋さんが建築やもやっているのでホダギの入手を頼んでおいた。以前直径10cmほどの物を20本ほど頂いた。今日、出物があるというので伐採現場に直行。ホダギを欲しがっている人は多くて直ぐに無くなるそうです。
 大半が私一人では動かせないほどの大きな物。持てる物を6本頂戴してきました。車の中が濡れていました。立てかけると水が出てきました。春なので樹液が登ってきています。こうなると水が抜けるまで待たないと雑菌が増えます。しばらく待ちましょう。
Img_20160226_211632

 細いホダギだとシイタケが出始めると2ー3年生産できますが、太い物だと4-5年も発生する。期待できます。
 早速カインズへ駒を買いに行きました。未だ売っていました。

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Joule Thief の検討。(その2)コイル用コアの評価

回路と言っても、部品がたった3個。
3個だから、みなさんトライして「出来た」と言ってるし、簡易キットも売っている。
逆に、無調整なので、部品の性能がモロに出ることがわかってきた。

トランジスタ:2SC2500 ◎
LED:Cree5W
  パルス状の巨大電流に平気で耐えて明るく光っている。

残るはコイル(トランス)だ。
土、日と二回、町田のサトー電気へ朝一で駆け込んでコアを買ってきた。
買ったコアは全部で12個。
土曜日にT37-2,T37-6,FT37-61,FT37-67の4種を購入してコイルを巻いて光らせてみた。
#61,#67が好成績。そこで日曜日に出かけて#43,#77,#75も購入した。
Fair-Rite社製のコアで良好に発光させることが出来た。
Book1_3_2
結果の一覧を見ると話しがわかりやすい。
μiは透磁率で、AL値(nH/N^2)はインダクタンスを作り出す捲き数の目安。
(結果はオシロスコープでチェックしています)

今回の回路では、トランジスタかLEDのどこかが律速していて100KHz辺りが発振の上限らしい。その辺りで最も明るくLEDが輝く。
LEDを繋いだ条件でパルスは、T37-2、T37-6ではmax4V、前回千石で買ったコアはこれよりも悪かった。
一方、Fair-Rite社製のコアは簡単にこれを越えて5~6Vも出る。
電流もスパイク状に10Aぐらい流れている。

入力1.2V、300mAに固定して、100KHz近辺で発振させる巻き数を探し出したものを表にした。Micrometas社のものは3.1V、Fair-Rite社のものはいずれも4Vを出している。巻き数を増やすと周波数が低下するが電圧は5Vを越えてくる。見た目は100KHz4Vの方が明るい。

FT23-43の6mmの小型のコアでもこの条件なら十分に発振する。但しちょっと電流を増やすと発振が異常になり効率が激減する。大きいコアの方が余裕がある。
また、小さいと巻き数が増えて、銅線を細くする必要がある。今回の回路では充電電流がmax1A程度で、直径0.4mmの銅線でも問題ない。

【結論】:透磁率の問題でしたね。高い透磁率のFair-Rite社のコアが必須!。
平滑して高電圧が欲しいなら、#77,#75のコアで10回程度捲くと結構いけると思います。
これらの型番なら6mmコアでも十分な能力がある。

透磁率が低いと、巻き数を増やす必要があり、諸々の効果から効率が「ひどく」低下します。

【注】:ここでのテーマは、単三一本(充電池)で、なるべく低い消費電流(0.3A以下)で、1WLEDと同程度(以上)の明るさで、懐中電灯のLEDを点灯しようというものです。
3倍増強をしつこく攻めています。
基礎データーとしては利用できますが、砲弾型20mAのLEDだと確実に燃えると予想されます。

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【サトー電気】

町田のサトー電気に自転車で出かけて買い物をした。
ここは、昔の秋葉原以上にマニアックな電子部品屋です。

但し、この街には若いメイドの客引きはありません。

土曜日にはリストを持たずに出かけたら、迷惑がられました。
学習も進んで、日曜日にはリストを持って出かけたら、
手際良く出してくれました。

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LEDのパルス点灯

LEDをパルス点灯(即ち高速で間欠的に、即ち間引いて点灯)させても、暗く感じないらしい。明5%(暗95%)でも、100%電気を供給したときと同じに感じるという研究結果をネットで見つけた。
本当なら、1/20の省エネになる。懐中電灯ケチケチ作戦では、この話に乗りたい。
そこで、実際にやってみた。
■点灯比率=デューティ比

ファンクションジェネレーターで、3.3Vの方形波を発生させ、3Vの電源に繋いだ電力制御用のMOSFETを駆動し、Cree5WLEDを点灯させた。

50Hz5%では明らかにチラチラします。使えません。そこで100Hzにアップ。

この周波数では、デューティ比を100%から減らすと徐々に暗くなる。

方形波の周波数を50、100KHzに上げた。
この条件で減らしていくと、20%までは、明るさが変ったと思えない。
15%、10%とすると明らかに暗くなる。

この時の平均電源電流(大型コンデンサで平滑している)は0.22A、即ち供給電力は≒0.6W、明るさは、比較に使った連続点灯1Wと同程度。
大まかに言って約半分の投入電力で済むことになる。

電源の性能が悪いので、これ以上のチェックができない。
★スイッチング電源が発信しているみたいで挙動がおかしい。
⇒旧式のトランス式の電源にしてみよう。安定化電源の回路も要検討

試したいこと:ピーク電圧を上げて、デューティ比をもっと下げて点灯してみよう。
ピーク時に2倍、3倍の明るさにしたら何が起こるのだろうか?

⇒⇒⇒⇒⇒⇒これって、Joule Thiefの点灯じゃないか。
パルスの時には5Aぐらい流れているし。

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Joule Thief の検討。(その1)

明るいマラソン練習用のLED懐中電灯を欲しい。2時間ぐらい走るので長時間点灯させても電池が減らない、超省エネを検討している。手で持つので軽い、即ち単三1個で点灯させる。
★パルスのデューティを変化させた点灯を実験したが思わしい結果が得られなかった。(別項に記載)
回路は前回から変更なし。これを最適化しよう。
1
1.2V固定で、電源電流0.2Aを流すように抵抗(1kΩ)を可変にして調節した。

【1】効率の良いコイルを探索した。
写真の12個、そして何種類か巻き数を変えて試してみた。
Img_6133
Img_6135
(左から数えて、
上段#1,#2,#3、中段#4,#5,#6,#7
下段#8,#9,10,#11,別写真#12)
巻き数は8~14回。
【うまく行かなかったもの】
#4~#12の8個はうまく発信しないか、発振しても波形が滑らかでスパイク状の高電圧が出ない。
リングコアの#4,#7,#11は千石で購入した黒、茶、薄緑。用途が違うらしい。
「工」型のコアは購入したコイルを巻きなおした。発振しなかった#6は#3に比べ中心柱が細かった。
#5,#8はFMチューナーのコイルのコアを利用。#10はVHFのケーブルのコンセントに入っていた8の字型コア。
#9は後述。
★【注意】結果は、大型LEDのCree5Wを強力に駆動させる条件での物。砲弾型LEDは試していません。

【良好なパルスを発生させたもの】
#1,#2,#3と#12の4個。
#1,#2は共立で買ったコイルをほどいて捲きなおした物。
#3も101と印のあるコイルを巻きなおした。
#12は古いスイッチング電源のノイズフィルター。
#9も同様な物だがうまくかなかった。

その中でもコアの性能に大きな差が出た。巻き数を変えても差は縮まらない。
発信周波数は100~70Hz。
Cree5WのLEDの両端に印加されるスパイクの電圧が
#12を除く3個で、3.2~3.3V。
#12で3.4Vで、電流がもかなり大きい。明るさの差は大きく、これが段違いで明るい。
このコアの性能はとても良いです。
捲き線は、ノイズフィルターに3本の線が使われていましたが、そのうちの2本を利用して、捲き数を増減させて試したところ、元の捲き数の9回が最も明るくLEDを点灯させました。

★評価は1WのLEDと並べて照射し、見た目で比べた。
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トランジスタも試してみた。
試したのは在庫部品かジャンク箱に転がっていた許容電流が大きいもの。
2SAは極性を変えて試した。トランジスタごとにRを変化させた。
2SD2092 かろうじて発信。波形悪い。×
2SA1837 かろうじて発信。波形悪い。×
2SC3233 かろうじて発信。波形悪い。×
2SA1283 〇 パルス3.3V
2SA886  〇 パルス3.1V
2SC1096 〇 パルス3.15V
2SC2500 〇 パルス3.4V

2SD2092と2SC2500を除いて、なぜ在庫しているか記憶がないが、2SC2500の圧勝でした。
VCE(sat) 0.2Vってのが効いていると思う。
超エコ・プロジェクトとしては、これの0.1Vの差は大きな差が出ます。
明るさが段違いです。
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早速(と言っても1日かかりましたが)懐中電灯に組み込んでみました。
前々回LED点灯回路を取り出した、100均懐中電灯のケースを利用しました。
握りの所に十分な空間があり楽に回路を入れ込めました。
問題は集光レンズの固定。CreeのLEDは小型で標準レンズしか適合しません。
しかしそれには固定方法がありません。
Img_6136
しかたなく、Optosupplyの3WLEDを利用。
これに適合するレンズなら後ろから2mmのタップネジで止められます。
残念ながら、今回の点灯方法ではCreeよりだいぶ暗いです。
(電流を増やせばかなり明るくなりますが)

Cree5Wで、電源電流0.3Aで手を打つ予定でしたが、Opto3Wでは0.4Aを供給しています。それでも暗いです。
前者なら単三充電池で7時間、後者だと5時間しか持ちません。

実際に薄暗い道で点灯させて走ってみました。暗いです。
普通には使えますが、走っている時にはもっと明るい方が良い。
Creeを装着する方法を考えましょう。

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今回の作戦は、パルス点灯効果で超省エネを狙っています。
Cree5W、Optosupply3Wともにベース電流を増やすと、とんでもなく明るく点灯します。
電源の供給電流は1A程度。
点灯のピーク電流は5~10Aを越えていると思います。
短時間(それでも2時間は点灯)なら、そんな使い方も有りかも。
おっと、小型のプッシュスイッチを付けて、必要に応じて強発光ってものいけますね。
ケチケチと贅沢の二刀流です。

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LED懐中電灯改造中(Joule thief)

Joule thief とても簡単なトランジスタ回路で、電池一個でLEDを光らせるというアマチュア回路がある。大半が小型のLEDで、予備に持っていて鍵穴の確認程度には十分使える。

 私が欲しいのは夕方のマラソン練習時に足元を照らすもの。
100均でそれに近い形状の物を見つけて、コイルなどを最適化して、ずいぶん明るくしたが、走っている時の思わぬ段差などを瞬時に見つけるには、さらなる明るさが必要だ。
 すでに1W LEDの物を持っているが、腰のベルト即ち臍付近に装着するもので、「卑猥だ」と言われた。手で持てるものが欲しい。

要求される性能;
●1W LED相当かそれ以上に明るいランプ。
●手で持てる大きさ&軽さ。
●単三電池一本で最低2時間持続。できればもっと長く10時間とか。

単三の電池(充電池)の電力容量は2~3Wなので、効率良く1WのLEDを点灯出来たとしてもせいぜい2時間しか持たない。

臍ライトには専用のICが使われているが、しょせん1Wを消費する。
(単三2本で4時間持続するが)

もし、「1W相当の明るさ」が効率良く作り出せればそれが可能となる。

LEDの点灯には、普通の連続点灯以外に、パルス点灯という方法がある。極短周期(50Hz以上)に間欠的に間引いて、連続パルスで点灯すると、十分に明るいと感じる、というもの。研究報告によると5%(即ち95%の時間は消灯)の点灯で十分に明るいという。すなわち1/20の電力消費で済むことになる。
1WのLEDを電池一個で40時間も点灯できるのか?

真っ当に回路を組むことはおいおいやるとして、Joule thief (エネルギー泥棒)というアマチュア技術で行けるかも?
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回路はとんでもなく簡単だ。但し、
●直径13mmのリングコアを使ってコイルを巻き、巻き数を変えて最適値を確認(12回)。
●トランジスタをこれに適した物を選択。
●大型のLEDを使い、明るい物を選択。
 LEDを1W、3W など5種をチェックして、Cree 5Wが最も明るかった。
 最大で1W連続点灯と同等以上の明るさとなった。(視認性として)
このとき、スマホの照度計を利用した。連続点灯でないので値は不正確だが。
●ベースに挿入する抵抗も調節した。最大の明るさは250Ωあたりであるが、消費電力&回路の安定性と妥協して、この値とした。

結果:
電源電流を0.3Aとしたので、電池は7時間程度もつ計算だ。
1Wのランプと比べると若干暗いが、そこそこ使える十分な明るさだ。
改良100均懐中電灯とするとかなり明るい。

LEDに印加されている電圧と電流をオシロスコープで見てみた。
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(クリックで拡大します)
発振でトランジスタがoffした瞬間にLEDに3.7Vが供給され、約3Aの電流が流れる。定格の2倍程度の電流だが0.1μsec程度の短時間なので破壊されていない。
最大で6Aほど流してみたが、一応生きている。
(1WのLEDでも6Aで生きていた)

大電流を流しても明るさは明るくはならない。
1WのLEDは0.35Aを流す。
この場合は6Aほど流して、やっと1Wのランプと同じ程度の明るさである。3Aなのでそれよりは若干暗い。

このグラフから無理やり消費電力を計算すると0.26W/hrとなる。
(一回のピークが2μWくらい)
電源が供給する電力は0.36Wなので、およそ同じレベルで話は合っている。
発振器の効率も結構良いようだ。
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明るさに妥協すると、ほぼ目的の物が出来た。
これに安定化などの周辺の回路を付ければ完成だ。

が、もっと欲張りたい。
同じ消費電力でこれの2~3倍の明るさが出せないものか?

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