ダイソー300円ガーデンライト(改造・増強)

ダイソーで「見た目が」立派なガーデンライトを見つけたので、庭にちょうどよいか?と思い、購入した。
設置前に、点灯してみると、「点灯している」ことをやっと認識できる程度で、足元灯にもならない。
見掛けと300円の値段以外は、100円以下のレベルの性能です。

検索すると、ガーデンライト+改造で沢山ヒットしました。
同じように感じた人が多かったのでしょう。

何とかならないかと、早速解剖してみた。
使われている電源管理用のICはYX8055という石。
充電管理、夜間点灯、DC/DCコンバーターを行っている。
コンバーター内部には同期整流回路も入っているらしい。
その標準回路は、これ。

「YX8055」の画像検索結果

◆電池の電圧は1.2Vでしょうね。

本機にはインダクターに100μHが使われていて、12mAがLEDに供給しているらしい。

いろいろなLEDを試してみたが、当然のことながら、元のLEDと大同小異で明るくならない。

 

(1)インダクターを交換して50mA程度に上げてみよう。

発振周波数は100kHz程度なので、小さなコアだと磁気飽和を起こしてしまう。
それをおこさないためには、大きめのコアが必要だ。
何種類か巻いてみて、飽和しないコアを選別した。
飽和しているかどうかは、オシロでチェックして確認したが、電源電流をチェックすることでも確認できる。
巻数を減らしていくと、急激に電源電流が増加して効率が低下する。
そこが磁気飽和のポイントだ。
約15μHで50mAとなった。電源電流は170mA程度だ。

(2)充電池も凄いものが使われていた、NiMHで200mAHrと書かれている。

200ma 重さも信じられないほど軽い。
200mAHr: 9.55g
2100mAHr:27.18g
中身も軽薄らしい。
実測すると123mAhrだ。いずれにしろこれまで経験したことがないほど小さい。

これで、50mAでLEDを点灯をすると1時間も持たない。
充電池も2100mAhrに変更しよう。

そうると太陽電池の性能が問題だ。
実測すると、曇で50mW、晴天で165mWで、そこそこ充電はできそうだ。

コンデンサーは1.0μFが使われていて、脈流ではあるが、見た目はその容量で明るかった。

LEDは元の物を使用し、ランプのカバーは外して利用した。

【結果】
ライトから5m程度の先で足元を確認できる。

【感想】
性能は、オモチャとしても「買い」では無い。
中身は、感心させられるほど、全ての部品が最小のスペックとなっていた。
例外は太陽電池で若干オーバースペック。見掛けの高性能感を演出している。

今回交換したのは、充電池とインダクターだけなので、300円ならそのくらいは入れといて欲しいね。

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自転車ライトの改良

2年前に自転車のライトをLED化した。
自転車の発電機はハブダイナモとリムダイナモの2種類。
今回、エルパラ社でXP-LというLEDを見つけたので購入。
これは、200ルーメン/Wと書かれており、かなり明るいはず。
LEDの交換のついでに整流回路も取り替えた。

【新規のLED】
これまで使ってきたLEDはCreeのXP-Gで140ルーメン/Wとけっこう
明るかった。センサーを使って比較してみた。(裸で、35cm直上)
254 lux (XP-G) ⇒ 507 lux (XP-L)
この測定条件では2倍の明るさだ。
交換後の明るさUPがかなり期待できる。

【整流回路の改変】
ショットキバリヤーダイオードの中でもVfのより小さなものを(CMS01)
選んで使ってきた。
実際の回路の中で測定すると、Vfは0.25V、全波整流なので合計0.5Vの
ロスが出ている。
発電機から出ている電圧のおよそ1割のロスになる。

そこで、以前から計画していたFETを利用した整流回路を試してみた。
実はバイアスのかけ方がわからなくて、小型のトランスを巻いてみよう
かとも考えていた。
ネットでみつけた回路が簡単そうなのでやってみた。
何が起こるか予想が出来なかったので、ディスクリートで組んでみたら
簡単に動いた。
早速専用のMOS-FETチップ(の整流キット)を秋月から購入した。
回路はこれ。
Tpc8507
(MOS-FET整流、MOS-FET rectifier TPC8407)

TCP8407には内部にP-MOSとN-MOSの二つのFETが含まれていて、
キットにはその2個がセットされている。キット1個で上記の
回路を組める。

キットの基盤の足は12本出ていて、とてもややこしい。
バイアスがどのように掛かっているかは、これを見ても理解できないが、
組んだらちゃんと働いた。
自力ではむりでした。
1Aほど流してオシロで観察しても、この部分での電圧ロスはほとんど
検出できない。
元々整流専用のFETでon抵抗が極端に小さく、しかも、バイアス電圧が
十分にない状況でも良好に整流してくれる。

Cl68082
これは2年前に組んだ回路で、これの整流回路とLEDを交換した。

実測は2.2mの距離で、旧型360lux⇒改良後950luxと大幅に明るくなっ
ています。
(ミラーも同じ角度だが、新しい物と交換した)

但し、屋外で夜道を走ってみると、確かに明るくはなっているが、
劇的な変化というほどでも無い。ちょっと残念。
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回路とLEDには余力があるので現在の電流(≒700mA)をさらに
増やして明るくすることは簡単だ・・。
ケースに入れる前の状態で、試すと放熱板が60℃以上になる。

ランプ・ケースの中に閉じ込めるとどうなるか?

パワーアップは今回は保留にしました。

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マウスの修理

PCのマウスが不調になった。具体的には左クリックの反応が鈍い。

Dsc_0885 
これまで沢山のマウスを使い潰してきて
(1)左クリック、(2)ケーブルのつけ根、(3)右クリック
の頻度順で破損していた。

今回も(1)が不調らしい。
開けて見たら前にも修理していた。
ジャンク箱にはマウスの残骸が沢山あるのでそれから
部品を調達していた。

今回は在庫も無くなったので、マイクロスイッチの調達を
考えた。

ネットで探して10個パックではあるが最安値の1380円を発見。
Img_20190419_192911
今後何個使うか不明だが、@138 に釣られて購入。

修理開始。
マイクロスイッチの取外しが厄介だが、ハンダ吸引ワイヤ
を使って簡単にとり外すことができた。
取付は簡単。

全部で10分ほどで修理できた。

使用感は、元のもの(右クリック)と比べると、作動は確実だが
クリック感が頼りない。
右クリックは、「カッチ」という感触がある。マウスの場合はバネに
多少の重さがあった方が良いようだ。

馴れれば許容範囲だ。

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アメリカ100均LEDライト - 追記

前回書いた書き込み
http://jyougasaki-2.cocolog-nifty.com/blog/2019/02/100led-3e6a.html
の続きです。

Dsc_0756_2

アメリカ 1$ LED電球を解体してみた。
外形は、日本の物と大きな違いは無い。
半透明のボールの部分を取り除こうとハンマーで叩いてみたが割れない。
ノコギリで切り開いた。
Dsc_0758
左が1$品。 右がDaiso40W 100円。
基板へは120V電源が直接供給されていた。
基板の凹凸から回路を読み取った。
100led

16個のLEDが見える。1個には3個のLEDが内蔵されていると思われる。

合計48個。
全体で140.4Vが供給されている。
制御ICは、Daisoと同じRM9003ATの電球のICと似た名前のRM9003TAだ。検出抵抗は7.5Ω。電圧は0.4V。計算では53mAの電流だが、脈流なので正確な電流はわからない。
制御電圧は8V。これだけあればLEDに流れる電流をしっかり制御できると思うが・・。
回路の基本的な考え方はDaisoの物とほぼ同様だったが、電球の作りなどに違いがある。
別の会社で作られたものと思う。

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アメリカ100均LEDライト

アメリカのツアー旅行に行ってきた。途中で立ち寄った100均(Doller Tree)に60W型LED電球が置いてあったので買ってきた。
Dsc_0980_3
値段は1ドル。これは凄い。(Daisoより安い)。
箱の表示を見てみよう。(カッコ内はDaiso 150円60W)
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値段  :1ドル  (150円)
明るさ :800 lm  (810 lm)
照明角度:全方位  (広配光 180度)
消費電力:9W    (7.3 W)
寿命  :2500時間  (15000時間)
ーーーーーーーーーーーーーーーーー
両方共中国製。外形はよく似ています。
アルミの放熱部分が若干大きく、消費電力の大きさを反映していると思われる。

点灯してみた。100V点灯ではとても暗い。
トランスで昇圧して120Vで点灯ではそれなりの明るさ。
50cm直下での明るさは;
ーーーーーーーーーーーーーーーーー
実測照度:100V:300 lux,
     120V:924 lux
Daiso 150円: 1536 lux (照射角が違う)
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Daisoと同等とみて良い。

光センサーとオシロで見た明るさの変動は下の如く。
1dollerled_2

Daiso 60W 150円 (100円40W) と同様な回路と思われる。

整流後、電解コンデンサーで平滑化を図り、LEDを点灯。定電圧ICで電流制御。といった感じだろう。

電流制御が不完全、というのも類似している。

消費電力がDaiso品と比べて大きい(9W (7.1W))のは、LEDが同じで、電源電圧の差をICが無駄に消費していると読める。
しかし、そうならICによる制御が十分に行われて、オシロの波形はもっと平滑になるはずだ。

波形が波打っているので、200Ω程度の抵抗を使っている可能性もある。

ICにしろ抵抗にしろここで2W程度の無駄遣いをしている、とすると放熱が大変だ。
2Wの抵抗だと、ICの方が安いし。いずれにしろ何か工夫がされているはず。

【結論】
日本の100Vの電源電圧では暗くて使えません。

★追記あり
http://jyougasaki-2.cocolog-nifty.com/blog/2019/02/100led-a7ac.html

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冷蔵庫の扉の開放警報装置

冷蔵庫を新型機と交換した。
10年前に買った冷蔵庫の容量409リットルが、新しいもの465リットルと容量が増えたが、外寸はほとんど変化なく、消費電力は大幅に低下した。
性能は満足している。

問題が一つあった。
しばらくドアがしっかりと開放されていると、警報は鳴る。これはOK。
しかし、しっかり閉まら(5mm程度の隙間)なかった場合には、警報が鳴らない。

(後で原因が判明したのだが)何とかせねばと、構想を練った。
できた物がこれ。
Photo
(1)ドアがちょっとでも開 : mainのマイクロSW on。適当なアームを付けた。
  フォトインタラプタとインバーターのICの電源on。
(2)ドアが1cm以上開 : フォトインタラプター(赤外)off。
  即ち0<1cm の範囲の開放で警報がonになる。
(3)beep音の発振
インバーターを利用した。
2個セットで高い音、別の2個セットで間欠的な信号。
この2つの信号を合成してピッピッピ...と音がでる。
(4)発振は継続しているが、フォトインタラプタがonになると、MOS-FETがonして、圧電素子を駆動する。

【結果】
正常な開閉時には極一瞬気にならないほど「ピッ」となる。
これが機能することは殆どないが、設置してから約2ヶ月で2回、これが働いてくれた。
確かに役に立っている。

【ドアの閉まりが不完全になる原因】
庫内の小物ケースの蓋がちょっと開いていると、メインのドアが閉まりにくくなるため。
判明した当初は、ちゃんと閉めるようになったが、内容物が増えると、うっかり不完全な閉め方になる。
月に一回ぐらいそんなミスをするらしい。

【部品】
(1)フォトインタラプタ
昔使っていたマウスを解体した。
中には3セットのフォトインタラプタが設置されていた。
これを取り出して、赤外LEDの特性と、センサの配線と特性を調べて、インタラプタとして再利用した。
両者の間に光を阻止する物が存在すると、出力がonに。阻止物が無くなるとoffになる。

(2)マイクロスイッチ
アームを工夫して、開閉をうまく検知するように設置した。

(3)フォトインタラプタ
アームにアルミ板を設置し、フォトインタラプタのアームの動きに応じて光を阻止するようにさせた。

これらを設置した基板を、冷蔵庫の上面に両面接着テープで取り付けた。

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階段ライト-3 (PIRを2個に増やした)

2018/10/25に書いた回路を使った階段ライトを作成して、階段の中間部に設置して使っていた。

人感センサー(PIR)は階段の登り口に向けてセットしていた。

これだと階段を降りる場合には反応しない。そこで、上下に向けて2個のPIRを取り付けることにした。
できた物の回路は下図の如くで、登るときも降りるときも良好に働いている。
2_3
【PIRを上と下に向けて2個設置した回路】

問題がいくつかあった。
(1)ダイオードはSBDは使えなかった。信号用のSiダイオードを利用した。
(2)2個のPIRの信号が相互に干渉して、いつまでも消えないことがあった。
PIRの内部には3.3Vの安定化電源がICが組み込まれている。しかし電源にパルス的な電流が流れると小さなパルスがPIRの内部の回路に入り込む。PIRには大きな増幅率のICが組まれている。
一方のPIRがon/offの時にLEDに大きな電流が流れると電源電圧の変動のパルスが生じて、それを他のPIRが増幅してon信号を出してしまう。
2つのPIRが相互にonし合うので、一瞬のoffを挟んで、いつまでも消えない。

LEDに並列に大型のコンデンサーを設置したが、これでは改善されなかった。
そこで、P-MOSスイッチに時定数を持たせるためにゲートに10μF設置した。
これでしっかりと消灯するようになった。

【PIRの方向】
指向性の問題だが、冬場は厚着しているためにPIRの反応が鈍い。
顔の部分にPIRを向けることで改善した。

【小型P-MOS BSS84のSW特性】
BSS84を小信号で使っているときには気が付かなかったが(-1.5V付近で働く)、完全にonにするには-2.64Vが必要なことがわかった。これでは単3乾電池2個での運用は無理だ。
電池3個にして初めて回路がまともに動いた理由がわかった。

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LED driver SD3303 を見つけた。マラソンライトの改良。

【1/30に一部修正】
AitendoのHPを見ていて、良さげなLED driver ICを見つけた。

外付の抵抗でLEDに流れる電流を検出し制御するものだ。
値段は3個で100円とお手頃。早速ポチッ。

超小型であるので装着が容易でない。
Sd3303
【data sheet の回路図に、小型の青色LEDを追加した】
on-offは貧弱なSWでも制御できるようにshut down端子を利用した。
問題は、ICが小さくて脚をハンダ付けする基板のパターンが虫眼鏡レベルのこと。

商品到着前にdata sheet からICの大きさの情報を得て、必要な道具を用意した。

脚の間隔は0.95mm。その間に細くてかつ十分な幅のパターンを削らなくてはいけない。
オルファカッターの刃を2枚分を折り取り、刃の部分はヤスリでなまして、刃の後ろ側を基板の銅を削るカッターとして利用する。それを適当なプラスチックの端切れにネジで止めた。
Dsc_0729

この刃の両側を研いで0.2mmの幅(厚さ)にして出来上がり。
これで銅基板を削ると0.2mmの溝を彫ることができる。

以前作ったものは、大型のオルファの刃を利用したもの。同様に細工して幅0.6mmの溝を彫るのに利用する。
ICの脚の部分は0.2mmの溝を彫り、それ以外の配線は0.6mmの溝を掘った。

手書きで大まかな設計図を描き、それを描画ソフトで3倍の大きさで描き、実際の大きさに縮小して、それに基づいて、スチール物差しを利用して、溝を掘った。

これを彫るのは15分程度でできる。
Dsc_0737
【パターンの設計図と作成後の基板】幅が約1cm。

町田のサトー電気に行って不足している部品を購入。
チップ型の積層セラミック、抵抗、インダクターを購入してきた。
●抵抗:電流検出用に0.2~0.3Ωが必要だ。1, 2.2, 3.3Ωのチップ抵抗を組み合わせて作る。
●2.2μHのコイル。自作のコイルも含めて比較する。
サトー電気に置いてあったのはアキシャルリード型が2種類。
これらを使ってみたが効率が上がらない。
ついでに購入したチップ型の10μHでも効率はイマイチ。
手持ちの小型の「工」型の3.3μHのコイルを利用しところ、良好な結果を得た。

さらに効率を上げるべくコイルを自作した。

コルピッツ発振回路で1μH付近を測定できるインダクタンス測定装置を作成した。(これまで使っていたのは2μHが限度だった)

これを利用して各種のコイルを作成してみた。
2.2μHが良好で、小型でも良い。また高周波での特性の良いコアが使えそうだ。
小型ではあるが「工」型の扁平なもの、縦長のもの両者との良好であった。
材料を揃えた後は、ハンダ付けは30分程度で完成する

1Ωのチップ抵抗3個を並列にハンダ付けしたところで、試運転して、feed backの電圧を測定して個体差を確認する。それに基づいて希望の電流を検知する抵抗値を計算し、追加する4個目、5個目の抵抗を決定する。(最終0.25Ωなら4個目に1Ω)。
Dsc_0746pp
Dsc_0747_3

【配線後の基板の両面】

これが完成品。(この場合は手持ちの0.56Ω2個と1Ωを装着)。

完成したこの回路効率は1.25Vで82%、2.5Vでは93%ととても効率が良い。

【マラソンライトの作成】
100均で購入した懐中電灯を細工して、マラソン練習用の電灯を作成した。
これは(1)握るのに丁度良い大きさ、(2)単三1個で軽い、(3)回路装着のスペースがある。

最近これを置いてあるショップが少なくなった。6軒の100均を物色して、最後のオレンジショップで見つけた。
Img_20190125_224546

右:元のもの。中央:2号機、左:1号機。
暗い道でランニングする時に、視認力が低下しているので、明るく足元を照らす必要がある。

1号機は以前作成した物だが、今回、回路を入れ替えて電流を増やして明るくした。

  反射鏡はやや広角(15度)で、2m程度の足元を広めに照射する。
2号機は今回新規に作成したもの。反射鏡をスポット(10度)とし、やや遠めの3mの距離の足元をで約400 Luxと十分な明るさで照射する。また、ランプの装着角度もそれに合わせて調節した。
反射鏡は放熱を兼ねたアルミ板に硬化型シリコン接着剤で固定した。
アルミ板はネジで本体に固定した。
両者とも後ろからも存在を認識してもらうために尾部に青色LEDを取り付けてある。
●私にとっては1号機が使いやすかった。
●2号機は私より友人にプレゼントする予定。
走るスピードが速いのでより遠方を明るくしたほうが良いと考えた。

【修正1/30】
実際に使ってみたところ、スポット型の反射鏡では、照射面が狭すぎた。
やや広角の15度の物と交換した。
そのとき、接着剤も簡単に剥がれてしまった。
コニシ製の「ウルトラ多用途」を使ってみた。この方が良いようだ。

【電池ボックスの問題】

電源の電流は1.2Vで1A以上流れる。

実際にセットしてニッケル水素充電池(1.2V)で点灯したところ、明るくならない。
回路へ供給される電圧測定すると、0.8Vとかなり低い。電池ボックスの接触抵抗が大きいせいだと考えられる。

電池ボックスの陰極は鉄製の貧弱なバネだ。これの接触抵抗を測定すると300mΩと大きい。

Sd3303222_2

【測定した回路】
1.00Ωの抵抗に電流を流し、その両端の電圧を測定した。
同時に電池の両極の電圧を、先端に金メッキした針金をハンダ付けしたリードで測定した。その差から接触抵抗を測定する。

1号機は電極を金メッキしたバネに交換した(60mΩ)。これで点灯は安定した。

2号機は金メッキのコイルは品切れ。ジャンク箱の中に転がっていた10個のバネを測定し、クロムメッキの強いバネの物が100mΩと最小でこれを利用した。陽極も金メッキの基板を切り抜いてセットした。
これで十分な電力を回路に供給できるようになった。

【電池の問題】
単3アルカリ乾電池では十分な電圧(電力)が得られなかった。内部抵抗のせいだろう。
単3ニッケル水素充電池は電圧降下はあるものの、十分な電力の供給ができた。
容量(2000mA)から計算すると2時間弱点灯できる。
マラソンの練習コースで街路灯が貧弱でマラソンライトが必要なところは多くなく、一回の練習で最大30分ぐらい使う。一回の練習には十分な点灯時間だ。

電池ボックスが優秀ならより大きな電力を供給できるので、さらに明るくできるとは思う。
現在のところこれがmaxだ。

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DAISOの150円LED電球の評価-2

1月24日の昼間に電球型LEDランプ(60Wタイプ150円)を卓上で使って仕事をしていた。

チラついて仕事にならなくなった。

そこで、電源電圧と明るさを測定してみた。
電源は100V⇒9Vのトランスで電圧を落としてオシロに入力した。
明るさは小型の太陽電池の出力をオシロで測定した。
6

電源は1分ぐらいの間隔で101⇔104Vと変動する。
500W~1KW程度の電気器具が近くでon-offしているらしい。

もしかしたらもっと大きな器具がご近所で動いているのかもしれない。

このときLEDの明るさは13%程度上下する。
不愉快とはいえ、脳みそはこの程度の変化には対応できる。

ところで、もっと細かい周期でリップルのような変動が見られる。
1秒に一回程度の小さなパルスで、電圧の変動は大きくない。
しかし、明るさの変動地は6%程度で、大きな変動よりは大きさは小さいが、周期が短いので、チラチラと、とても不愉快に感じる。
実用的ではない。
通路の照明などには使えるが、作業やディスクワークには使えない。

1月25日にはこれらの変動は無かった。

我が家には太陽光発電のパネルが設置していある。

24日は晴天で、大量の電力が電灯線に送り込まれている。
それの送電のパルスだったのかもしれない。
ちなみに25日は曇天で大きな変動や、チラつきは無かった。

●DAISOに希望したいこと
(1)LEDの点灯回路のコンデンサー容量を増やすか、42個直列に繋がっていると思われるLEDを1個減らす。
(2)内臓のIC(多分定電圧ICを定電流制御用に利用)に低ドロップ型を利用する。
そうすれ、ICが楽々と電源電圧の変動を吸収してくれて、チラつきを防げると思う。
(コストアップはせいぜい50円程度で十分許容範囲だ)

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DC/DCコンバーター8113を試す(使えます!)

ジャンク箱の中に、以前100均で購入した小型LED懐中電灯から取り出したコンバーターICが見つかった。検索したが詳細は不明。早速試してみた。

横方向4mm程度のこんな感じのICだ。
8113
各端子の機能は他の類似のICから類推した。
各種の容量のインダクタ(コイル)を結合して発振させてみて、LEDに100mA程度の電流を供給するICとわかった。

次いでVin端子の役割を試してみた。

Vinに可変の電圧を印加し、3.3KΩを結合したLX端子の出力をオシロでモニターして、波形や周波数を観察した。
8113_2
Dsc_0716
電源電圧が3.0Vの場合の結果で説明すると、Vinの電圧0.6V~1.2Vの範囲で印加電圧に応じて正の相関で発振周波数が変動する。
但しデューティがあまり変わらないのでDC/DCコンバーターにした場合に出力が変動するかどうかは不明である。

【結論】
Vin端子電圧0.9V付近で出力をコントロールできる可能性が大きい!。

●Vin端子に数~30KΩを結合しても安定して発振したので高インピーダンスの入力端子と推察できる。またLXも数KΩであれば安定して発振する。
●全体としては省エネの、しかもコントロールできる発振器だ。

【追記1/12】
この端子に負のフィードバックをかけてみた。
綺麗に変動を抑え込んでくれた。1.25V付近の電源電圧の変化させても、LEDの温度変化に対しても全く出力が変動しなかった。◎です。

★パワーアップ回路を付加したが、こっちは満足できなかった。
変換効率が50%ぐらいで、低すぎる。追加の努力をする元気が無くなった。

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