一過性電流に対する抵抗の選び方(消費電力)

質問

詳しくないのでタイトルが適切かどうかから判りかねます。

LEDを点滅させる回路を作っています。
ところが電源をOFFにした後もコンデンサに溜まった電気で翌朝でもまだ点滅を繰り返しています。
そこで、電源をOFFにしたら、手動でコンデンサの電気を抜くようにしたいのです。

仮にそのコンデンサの電圧が9Vだとすると、90Ωの抵抗を繋ぐと100mAが流れ、抵抗の消費電力は900mWと計算できます。
従って、安全を見込まないなら1Wの抵抗を選ぶことになると思うのですが、しかし、継続的に100mA流れ続けるわけではなく、高々コンデンサの電流を抜くくらいですので、発熱もたかが知れているように思います。
また、電荷の総量がほぼ決まっていますので、トータルの発熱量(Wh)も決まっていると思います。
抵抗の発熱はあるでしょうが、一過性の電流であるため、抵抗の部品それ自身で吸収できてしまう程度ではないかと思うのです。
(さすがに0.1Ωなどは危険だと思いますが)

従いまして、もう少し小さい消費電力用の抵抗が選べるような気がしますし、抵抗値をもう少し小さくして大きな電流を流せそうな気がします。
つまり、電流が流れ続ける場合のＰ＝Ｖ^2／Ｒとは違う考え方があるように思うのですが、どなたかご存じないでしょうか？

なお、他に適切な質問場所がございましたら教えてください。

回答No.3

mii-japan · ベストアンサー

スイッチをoffすると抵抗に接続されるように、スイッチをC接点のものにして（スイッチを片方に倒すと電源と接続され、他方に倒すと抵抗と接続されるようなスイッチで配線する）抵抗値と容量は調整すればよろしいでしょう
希望する時間以内にLEDが消灯し、そのとき抵抗に触れる程度の温度上昇に収まるよう　抵抗値とW数を決める、手持ちの抵抗を並列や直列に接続すれば　OKです

ただし、これはあくまでも　実験レベルの話です
業務に使用するとか、他人に使用させる場合、この実験を参考に、キチンとした製品にすべきです

お礼

実はこの回路、仰る意味でのスイッチは付いていないのです。
発電機が回れば勝手に電流が流れるようにしております。

なるほど、手で触れる程度ですね。
希望時間は0.5Sです。
電源のコンデンサと、点滅回路のコンデンサにそれぞれ1W120Ωとトランジスタ、ベースには適当に1kΩの抵抗を付け、それをタクトスイッチでドライブしようと思います。
そしてそれを触ってみようと思います。
どうもありがとうございました。

補足

過剰電力のメイン回路に放電機構が付いているのを思い出しました。
電源－10w12Ω－FET－アース
となっていてFETのゲートには抵抗を通じてオペアンプを繋いであります。
電源ースイッチー抵抗ーゲートと繋ぎ、FETをONしてメインのコンデンサを空にしようと思います。
点滅回路は、電源ースイッチー抵抗ーベースと繋いだトランジスタに1/2w150Ωの抵抗を繋いで、それでコンデンサを空にしようと思います。
どうもありがとうございました。

回答No.2

mii-japan

点滅間隔・デューティ比がわかりませんが

LED点灯で10～20mA流れます　コンデンサに充電された分だけで翌朝まで動作するようだとかなりの充電がありますね

コンデンサの容量はどの程度でしょうか　？

電気二重層コンデンサで数十Fなんてことは無いですか

業務使用でなければ、適当な抵抗で短絡してみればよろしいでしょう
その時の発熱は把握できます

なお、抵抗の耐電力は連続定格です、パルス動作の場合温度上昇が20℃程度に収まるものを選択すればよろしいでしょう

お礼

回路はまず電源部(12～14V)が、
発電機→コンデンサ１(3300uF×2直列)→平滑用コイル→コンデンサ２(2200uF)
とあり、そこからメイン回路とサブのLED点滅回路に別れています。
LED点滅回路は、
抵抗(270Ω)→ダイオード→コンデンサ３(1000uF)→抵抗→LED
となっており、コンデンサ３と並列に約9Vのツェナーを入れています。
LEDにはコンデンサ３の電圧が9V近辺で20mA程度流れるようにしており、一周期の1/3光り、2/3消える設定にしております。

コンデンサとLEDは相性が良すぎて、貯めた電気がLEDで消費され電圧が減ると、LEDの電流が激しく減少します。
電流が減少するため、コンデンサの電気が減りづらくなり、その結果、長時間微少電流が流れ続けます。
光も弱くなるのですが、暗闇だとかなり鬱陶しいです。

発熱の測定は、適当な温度計がないのですがどうしたら良いでしょうか？
今の気温ですと、目指せ体温という事でしょうか？

回答No.1

foobar

・コンデンサがどれくらいのエネルギーを蓄えているか(CV^2/2で計算できます）
・抵抗の消費電流と、（上記と関係しますが)平均的な継続時間
によるところが大きいです。

発熱が短時間の場合には、抵抗の熱容量で持つこともありますし、
発熱がある程度(数秒程度かな？）継続すると、それを放熱できるだけの容量を持った抵抗が必要になります。

で、設計方針は
・熱容量に期待して短時間大電力で放電する
・熱容量に期待せず、長時間小電力で放電し、小電力の抵抗で対応する
の二つになるかと思います。

ただ、0.5W位以下の容量で使われている炭素皮膜型の抵抗だと、十分な熱容量が確保できないかもしれません。（アマチュア工作的には、抵抗持っているマージンに期待する（通称「アマチュア規格」）という手もありますが）

お礼

回路はNo2の方へのお礼をごらん頂けると幸いです。

こういう計算はどうでしょうか？
ＣＶ^2／２を計算すると、多めに見積もって0.5Jと出ます。
これを1秒で流し切ると、Ｉ-ｔグラフは直線的な右肩下がりになり、Ｐ－ｔグラフはｔ＝１でＰ＝０になる二次曲線を描くでしょう。
そしてこの積分値が0.5Jでしょう。
二次曲線の面積はａ・１／３ｔ^3なので(端折ります)、ｔ＝０～１で[ａ・１／３(ｔ－１)^3]＝０．５から、ａ＝１．５
つまり、最大瞬間消費電力1.5W、平均消費電力0.5W。
というのは正しい議論でしょうか？

LED点滅回路の9.1V、1000uFのコンデンサに限れば、180Ωを繋ぐと、放電時間は180msで、エネルギー量は41mJ、平均消費電力は0.230Wなので、安全を見込まないなら(あるいは熱容量に期待して)1/4W180Ωを選択するというのはどうでしょうか？

補足

ちょっと考えすぎでしたね。(間違っているような気もしますし)
ピークはＥ＝ＲＩですね。
どうもありがとうございました。