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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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コメント

【書いてあることが全く理解できません】

蛍光灯も満足に代えられません、間違って買った30ワットの5センチ位長いのが
片隅に置かれて、馬鹿な奴と罵られているような気がします
蛍光灯は長いのと短いのが2種類あるだけと思ってました

投稿: しいたけ | 2016年2月15日 (月) 17時08分

しいたけさん。蛍光灯ぐらい満足に替えてください。LEDはさらに省エネになってます。
 世の中には100Vと1.5Vの違いも判らない人が「沢山」います。困ったものです。

投稿: 城ケ崎-見習い2号 | 2016年2月15日 (月) 23時14分

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