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自転車用LEDライトを作るための回路設計と必要な材料
- 自転車用の前後LEDライトを作るために必要な回路設計と使用する材料について説明します。
- 振動を検知して自動で点灯するLEDライトを作りたい場合、次の材料が必要です。Raspberry Pi pico、PWM調光機能付き定電流LEDドライバ、振動センサSW-420が使用されます。
- 回路図は以下のリンクを参考にしてください。
- NCN-647D12C8
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- kantaro1985
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一つ前の回答、このスレの質問への回答と言うより、lumiheartさんの疑問点に対する回答のようになってしまってすみません。 ただ、この位のサイズの素子だと、100mA程度の負荷ならそんなに気にせずに使っても大丈夫なんですけど、500mAぐらい流すとなると、意外と発熱がとんでもない値になってたりします。 ちょっと真面目に計算しといた方がいいので、スレ主の質問者様も参考になさってください。 直列回路の場合、全体の消費電力を、どの素子に何%負担させるのかが重要です。 定電流制御だとLEDで消費する電力は一定なので、ICの消費割合を下げるには、電源電圧を12Vから下げるのが手っ取り早いということになります。
- kantaro1985
- ベストアンサー率42% (114/266)
>>LEDを直列にしないのであれば、12Vは相当厳しい。 >アレッ？これって定電流出力のハズなんだけど？ マニュアル通りにRs=2Ωにしておけば電源電圧に関わらず10mAって解釈なんだが ひょっとして私の解釈は間違ってる？ 10mAと書かれている所は、2Ωで100mAをタイプミスしただけだと思いますので、それ以外はそれで解釈合ってますよ。 ただ、ICの出力トランジスタにかかる電圧は、電源電圧からLEDのVfとRsにかかる電圧を引いた余りの電圧がかかるので、Vf=3Vだと出力トランジスタには8.8Vかかってしまう。 今回、500mAを流そうとしていて、0.4Ωを選んでいるので出力トランジスタの消費電力は4.4Wになります。 12Vで0.5A定電流とした場合の、LED 1個の場合と、LED 3個直列の場合を添付の図で比較してみました。 このICパッケージで放熱版や放熱パターン無しだと熱抵抗は、およそ90℃/W程度と考えられますので、温度上昇値は、90×4.4≒400℃ 理論的には約400℃の温度上昇値になります。 もちろん、その前に壊れるので実際に400℃上昇することはありませんが、一瞬で壊れるほどでは無いものの、数十秒ぐらいで壊れるでしょう。 電源電圧が定電圧であれば、定電流化することで全体の電力としては定電力となるのですが、このようにLEDと抵抗で消費する電力の余りの電力をICで消費する形となるため、ICの電力が定電力になるわけではありません。 まあ、簡易の放熱版としてICパッケージをアルミ製の洗濯バサミで挟むとか、実験するには色々と方法はありますが、それでも相当に温度は上がるので、火傷しない様に注意しないといけないですね。
- lumiheart
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>LEDを直列にしないのであれば、12Vは相当厳しい。 アレッ？これって定電流出力のハズなんだけど？ マニュアル通りにRs=2Ωにしておけば電源電圧に関わらず10mAって解釈なんだが ひょっとして私の解釈は間違ってる？ まぁ、3端子レギュレータ7805とかを12V電源で使うとそれなりに発熱するけど 瞬時に過熱焼損するほどでもなし、それと同程度の発熱って認識なんだけどね あくまで5V電源で点かなかった場合の対策を机上実験するって前提での12Vだけど
- kantaro1985
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＞私なら手っ取り早くその辺に転がってる12Vを使うけど 3V(4Vかもだけど)のLED使うのに12V電源使うのは、LEDドライバの消費電力が、定格オーバーになるのでヤバいですね。 (Vled-Vrs)*lled=(12V-3V-0.2V)*0.5A=4.4W かなり大きい放熱パターンを用意するのでなければ、LEDドライバICでの損失は、1W以下を目処に考えておかないといけない。 Vdd=40Vまで許容されてるけど、これはLEDを直列接続する場合を想定したもの。 LEDを直列にしないのであれば、12Vは相当厳しい。 電流を100mAぐらいに抑えるなら使えるけど。 私は実験用の電源ユニットを自宅に持っているので、私なら発熱の様子を見ながら4.5Vぐらいから徐々に上げて行ったりしますけどね。 普通の人は自宅にDCの可変安定化電源なんて持ってる人は少ないと思うけど、6Vや7Vぐらいでも、0.5Aで100％点灯すればLEDドライバの発熱は、かなりヤバいことになるので、気をつけて。
- lumiheart
- ベストアンサー率47% (1141/2405)
本件で最大の疑問 電源電圧は何V？ >電源には18650の電池1本を使用(約4.2V) これって最終段階で自転車に搭載する時の電圧だよね？ 現状では机上実験じゃあないの？ 机上実験なのにUSB電源の５Vじゃあないの？ 机上実験で電池を接続するのはめんどくさいだろうに https://www.itmedia.co.jp/news/articles/2102/16/news026.html どーせ机上実験だからUSB電源の５Vに決まっとると思い込んでたんで 回答３でチョット失礼だったかなって表現になったんだけど 5Vでやっても点灯しなかったのか？ 5Vでやって点灯したのか？ 5Vではまだやってないのか？ これを確認しないままで ＞可能な限り明るくしたいため、100%のときは5Vに昇圧することも検討 この検討しても無意味でしょう 5Vでも電圧が足りないなら6Vとか7Vとかって選択肢も無きにしも非ずですが 私なら手っ取り早くその辺に転がってる12Vを使うけど
- kantaro1985
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御提示LEDのスペック、少し怪しい点があるので、何が正しくて何が正しくないか精査が必要ですね。 AliExpressのような中国サイトの部品の場合、書かれている内容が正しくないことも多いので。 まあAmazonでも怪しいのがありますが。 3W DC3Vと部品の最初の部分に書いてありますが、一方で説明の部分には、こう書いてある。 電圧: DC2-2.6V (赤色) 、dc 3-4v (他の色) 定格電流: 500m (a) おそらく、こっちの方が正しくて、白色LEDの場合はDC3Vｰ4Vが必要。 3〜4Vと幅があるのは、私が前に書いたようにそれだけの幅で個体差があるということ。 前にも書きましたが、このLEDドライバを使って定電流駆動するためには、Vf+0.3V以上の電源電圧が必要になります。 お持ちの個体が4Vの物であれば、電源電圧は最低でも4.3V必要で、これを下回ると設定通りの電流を流せなくなります。 一方で電池の方は、これも私が前述したように充電終止電圧は4.2Vでも、使用時の電圧は3.7V程度、さらに500mA程度流そうとすると、電池の内部抵抗の影響でもう少し下がっていると思います。 この電源電圧と、個体差で4V近いLEDの組み合わせでは、このLEDドライバで定電流化出来ない領域に入っていると考えられます。 LEDのスペックがこうだと、LEDの個体差を考えた時に電源電圧はやはり昇圧した方が良いのではないかと思います。 ましてや電池電圧が3Vに下がっても点灯させたいとすると、昇圧しないと全く点灯しないでしょう。 それと、もう一つ気になったのが、このLED、本当に素のLED素子だけの物なんでしょうか？ まさかLEDユニット自体に500mA定電流駆動回路が内蔵されてたりしませんよね。 私がやるなら、こういうスペック怪しめの物を使う時は、電圧ｰ電流特性を自分で測定してから使いますね。 往々にして、嘘スペックの場合がありますからね。
お礼
LEDについてなのですが、そのまま電池に接続し、電池の数を増やす、などをした際に明るさが反映されましたので、おそらく定格回路等は入っていないものと考えておりますが、そういった点も含めて情報を精査いたします。 アドバイスをいただき、ありがとうございました。
- ohkawa3
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回答(1)再出 補足の記入ありがとうございます。 ご記入なさった範囲では、適切な部品選定をなさっているようにお見受けしました。 部品選定が適切であっても、接続（はんだ付け等）が不適切な場合は所望の動作をしません。 動作確認は、思い込みを排除して、基本的な（単純な）ところから行うことが定石です。繰り返しで恐縮ですが、Raspberry Pi picoの部分を除いて、電池・LEDドライバー・LED素子のハードウェア部分だけを組み立てて動作を確認なさることをお勧めします。
お礼
ハードウェアのみで組み立ててみましたが、同様の結果となりました。 他の方の仰っていたとおり、必要電圧が足りていないのかもしれません。 丁寧にアドバイスいただき、ありがとうございました。
- kantaro1985
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あと、LEDドライバのVdd-GNDにちゃんと電源電圧が供給されてるか、とか、EN/PWM端子は100%点灯の時にちゃんとHIレベルになっているのかなど、ICの基本的な部分のチェックも忘れずに。 人間は、ついうっかりということをやってしまうものなので。
補足
LEDドライバに電源が供給されていることはテスターで確認しております。 またドライバから出力されないのではなく、出力される電圧が少ない、という状態のため、HIレベルにはなっていると思っていたのですが、この認識から間違っているのでしょうか？ 接続した状態については回答者1様への補足をご確認ください。
- lumiheart
- ベストアンサー率47% (1141/2405)
>単にRsの抵抗値の設定がおかしかっただけというオチ に一票！ 恐らくゼロΩか 或いは普通に5V電源にパイロットランプ用の低輝度LEDの場合の330Ω どちらかを付けたんではなかろか？ ＜その辺に転がってたヤツ 推奨は2Ωなんだけど ＜普通はその辺に転がってない
補足
ご回答いただき、ありがとうございます。 回答No.1様に補足した内容をご確認ください。
- kantaro1985
- ベストアンサー率42% (114/266)
・電源には18650の電池1本を使用(約4.2V) 18650は、充電終止電圧が約4.2Vで、充電直後の開放電圧は4.2V近くになっていると思いますが、使用時の公称電圧は3.6～3.7Vのはずです。 4.2Vで計算してしまうと間違いのもとだと思います。 ただ、最大電圧が4.2V近いことは考慮に入れておく必要はありますが。 ・使用するLEDは3V以上で点灯 公称3Vと書かれているかもしれませんが、データシートを読めばこのように書かれていませんか？ 一例 DC Foward Voltage Vf Min：2.8V Typ：3.1V Max：3.6V （測定条件：If＝90mA） このようなスペックの記載になっている場合、Ifを90mA流した場合に、部品の個体ばらつきによって、Vfが2.8Vになるものもあれば、3.6Vになるものもあるということを意味します。 もし、お持ちの個体がVfが高めのばらつきのものであったとして、電池の実際の使用時が3.6Vだとすると、LEDの定電流回路をまともに動作させるには、少なくともVf＋0.3V程度の電源電圧が必要ですから、昇圧なしだと厳しいかもしれません。 でも、お持ちの個体が3Vで充分に点灯する個体であるなら、少なくとも満充電の状態では昇圧なしでも十分に明るく点灯するはず。 それがうまく点灯しないとなると、回答No1の方が書かれている内容と重複しますが、何か使い方を間違っておられませんか？ わざわざ別スレッドを立てていただいた割には、相変わらず設計的な数値を何も書かれていないのですが ・使っているLEDはVfのmax,minが何VのLEDで、Ifの最大定格は何mAで、それを設計目標値 何mAで点灯させようとされているのか？ ・LEDドライバの電流設定抵抗Rsは、何Ωを付けられたのか。 そして、昇圧が必要かどうかを判断するためには、電池電圧が何Vまで下がっても点灯させたいのか。 これらを考えないといけません。 と、ここまで書いてきましたが、単にRsの抵抗値の設定がおかしかっただけというオチのような気がしないでもないのですが、どうなんでしょう？ 大丈夫でしょうか？
補足
ご回答いただき、ありがとうございます。 回答No.1様に補足した内容をご確認ください。 また昇圧につきまして、その視点がありませんでした。 ご指摘ありがとうございます。 その上で、電池電圧が3Vまで下がっても点灯させることができればと考えています。
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お礼
ご教示いただき、ありがとうございました。 参考にいたします。
補足
机上実験ですが、はじめに記載の通り、使用する予定の電池をそのまま接続して行っています。 そのため、使用している電源電圧は約4.2Vです。 約、というのは、実験する度に電池の電圧を測定しているためで、概ね4.2V～4.0Vで行っています。 LED自体を疑ってこの電池を直接LEDと繋げてみたときは十分に明るく、この電源の電圧がそのままドライバを使用した際にも出てくれれば良いのですが、それができないために昇圧が必要なのか？という考えに至りました。 そのため、この質問で伺いたいのは、「5Vの昇圧が必要なのか？」ではなく、「このドライバーを使用して電源の電圧をそのまま(4.2Vのまま)出力してもらうにはどうしたら良いか？」が中心です。 昇圧の件は、もしそれができない場合と、電池の電圧が下がった場合に、必要なのか？という話になります。 電池の電圧が下がった場合については、はじめは検討していなかったため後出しとなり申し訳ありませんが、元々の質問のメインはそこではないことをご了承ください。