ヤマガタンver9 > 白色LED点灯用簡易DC-DCコンバータのアイディア

　白色LEDを点灯させるには約3.6Vの電圧が必要であり、電池の場合3本は必要となる。
　100円均一で発売されている小型のLEDライトも例によらず、電池が3本以上入っている。
(昇圧回路付きのものがごく一部あり、それだけは例外)
　今でこそ単四電池のものが出回っていますが、少し前のものでは、LEDが3個もあるのに電池がLR44が3個という、電池寿命面で非常にアンバランスなものがあった。
(しかも別売で電池買おうとすると2個で105円なので、なんか馬鹿らしいし・・・)

　そこでライトのわずかなスペースに、単五〜単三の電池と昇圧回路をねじこめないかといろいろ思案していた。

　そんなときに目に付いたのがHOLTEKのHT77xx及びBL8530という三端子のDC-DCコンバータIC。

　両ICのデータシートを見ていてふと思いついた。
　VOUT端子-Lx端子間にL,Lx端子-GND端子間にLEDを接続し、VOUT端子-GND間に電源を接続する事で昇圧動作が可能ではないかと。
(要は昇圧回路内蔵「3LED ライト ブラック」の回路のように・・・)

　本来は定電圧出力となるような高機能？のICなのだが・・・VOUT端子に電源を直接印加しますので定電圧動作にはならず、電源電圧が本来のICの出力電圧より低い事からフル出力?でスイッチングされるものと期待されます。

　定電圧動作が期待できませんので安定した電流は得られませんが、元の回路で必要であったダイオードと出力側のCを省略出来る(要はLだけあれば良い)ので、スペースが少ない場合に有効ではないかと思われます。

　実のところ本来の定電圧出力動作でLEDを点灯させようとすると、明るさの安定性は抜群ですが、5Vまで昇圧してから抵抗で電流制限する事になり、効率もそうとう落ちるだろうな・・・という点でちょっと気に入らなかったのもあります。


　今回の用途ではICは何ボルト出力のものでもかまわないはず。
　ICの起動電圧が0.7〜0.8V(本来の回路の場合、ですが)なので、電池1本動作も十分可能なはず・・・(スタートアップはうまく行くと思いますが、継続動作してくれるかどうかは不明)


　実験はまだですが、これがうまくいけば「3LEDパワーライト」の単三電池動作も可能ではないかともくろんでいます。

単体のICの手持ちがないので、BL8530が使用されているエービットの「USB充電用電池BOX」を利用して味見実験をしてみました。

ダイオードとLを基板から外し・・・
・ダイオードが入っていたランドにLを接続。
・元々Lが付いているランドのIC側にLEDを接続。
・USBコネクタ側に電池を接続。
　という具合。
　(USBコネクタ側にCが付いたままですが、電池と並列接続であり基本動作の確認には影響ないという判断でそのまま)

最初昇圧動作を確認すべく出力側にはLEDを接続せず、外したダイオードと平滑用のC(手持ちの0.47μF）を接続し、電池を接続してみると・・・
Cの両端に8.2V程の電圧が出力されており、昇圧動作が確認できました。


次にダイオードとCを外し、LED(3LEDパワーライト・・・白色LEDが3個並列接続されている)を接続。

電流の流れすぎでLEDを焼きたくないので最初は寿命間近の単三アルカリ1本を接続してみましたが、うまい具合に点灯するようです。

その後単三NiMH1本に変更。
電流ですがLED側はパルス点灯なのでうまく測定できないので、電池側で測定したところNiMH電池(電圧は1.36V程)接続時117mA程でした。
電圧で約3倍の昇圧なのでLED側での平均電流は3分の1以下と見積もられ、LEDが3個並列である事を考えると若干少なめですが、まぁまぁではないかと思います。
(この位だと、おそらく新品のアルカリ電池でも過電流にならないのでは？)


(回路、写真準備中)

セリア等で販売されている、グリーンオーナメント製の「3LEDパワーライト」ですが、先にも書いた、LEDが3灯で電池がLR44というボタン電池3個というもの。

コンパクトで明るいので結構重宝なのですが、いかんせん電池が貧弱。
電池が直ぐなくなりそうで、長時間の使用には向きません。


実は、それ以前には同じく3LEDでLR44が3個という一回り大きい「III LEDライト」にDC-DCを組み込もうと、CanDoのシガープラグ型の携帯充電器のアップコンバータ改造やら、昇圧回路付のLEDライトのLED電流制限回路を付けようと秋月のLED用DC-DCコンバータの回路をベースにいろいろいたずらしておりました。


そうして思いついたのがこの回路。

また「3LEDパワーライト」(「III LEDライト」のもそうですが)、実は電池ボックス(LR44×3のアダプタというか・・・)が、単三電池と同じサイズなのです。
「3LEDパワーライト」には単三電池が1本、「III LEDライト」はそのままなら1本、ちょっと手を加えれば2本納まります。

この回路は両ライトのLED基板に十分実装可能であり、単三電池がボディに収まる事から、単三電池動作が十分実現できそう。


という訳で・・・LED基板への実装方法を図にしてみました。

本図はSOT-89タイプのICを使用する場合を示したもので、このように基板のパターン側(電池側)に実装出来ると思います。
もしTO-92タイプのICなら穴を開けてLED側に実装する事になると思います。
Lも同様、表面実装タイプならパターン側、リードタイプならLED側に実装する事になると思います。

味見実験の際の電源電圧及び電流値ですが、点灯時の電圧を正しく測定しておりませんでしたので、改めて測定し直しました。

やはり前回の測定値よりはだいぶ電流が大きくなりました。
(おそらく前回は実際の電圧電圧が低かったものと思われます。)

電圧特性ですが、電圧に比例して電流が増える訳ではなく、若干変曲点があるようです。

1.4V超は、LEDを焼きそうな位の電流になってきましたので、測定しては電圧を下げ、という感じで恐る恐るの測定となりました。



測定方法
電源はLM317を使用した可変出力電源を使用していますが、電圧が0V付近まで下がり切らないので、出力側にシリコンダイオードを直列に入れて使用。
電圧は電流計を通った後の基板入力部で測定、
電流は200mA以下はデジタルテスタ(格安テスタDT-830B)の電流レンジ、200mA超は0.1Ωの抵抗の両端の電圧を測定する方法で測定しています。

負荷(LED)側の電流も測定し、変換効率を算出したいところですが、今回は見送り。


味見で・・・コイル変えてテストしました。(グラフ無し)
使用したのはCanDoで販売されていたMaxTockのシガープラグ型携帯充電器のコイル。
出力アップするかと思いましたが、元のコイルを使用した時より電源電流がだいぶ減りました。
スイッチング周波数の関係でしょうか、出力低下するみたいです。

定電圧動作との比較を行ってみました。

未改造の「USB充電用電池BOX」(改造したものとは別のもの)を使用し、負荷側(USBコネクタ側)にはLED(3LEDパワーライト)との間に33Ωの抵抗を2本並列にしたものを接続。
電源は、例によってLM317による可変電源にダイオードを入れたものを使用。

結果はこんな感じで、電流特性はあまり変わりがないみたい。
1.4Vを越えたあたりから電流が下がっているが、定電圧動作に移行し始めた証拠でしょう。実際、この時点での出力電圧は4.3V程でした。
(実は定電圧動作での測定は、変換効率出せるよう、出力側の電圧・電流も測定しています。)
やはり定電圧動作のほうが扱いやすいですね。

もちろんLEDとの間に抵抗が入っている分、LEDに流れる電流は若干少ないであろうし、Lx端子とVOUT端子の間にSBDが入る分の損失もありそう。


明るさを比較すればいいんでしょうけど、適当な測定器ないし・・・
(カメラ趣味にしてるんなら、照度計位買っておけよ・・・って声は聞かなかった事にしよう。)

eftelの携帯充電器「ET-T2010W」を同様に改造して実験してみました。

が・・・電流が半分位でした。
LEDを焼く心配はなさそうですが、ちょっと電流少な過ぎ。

充電器単体の特性が、「USB充電用電池BOX」より悪目なのは確認しており、LED用に改造するとちょうど良くなるのかな？と期待していましたが・・・

Lのせいかと、Lを「USB充電用電池BOX」のものと交換してみたら、若干電流増えました。
が・・・1.25V付近で電流が急に低下。以降L交換前のカーブに乗ってしまったような・・・
(電圧を下げると元の電流に戻りますので、別に壊れたわけではないようです。)

BL8530のようにスイッチング電流を制限する回路が入ったチップなのでしょうか・・・

「USB充電用電池BOX」(改)にて負荷を変えて測定してみました。

負荷は下記の5条件にて
　LED3個並列
　LED2個直列
　LED3個直列
　無負荷
　LED3個並列に5.1Ω直列
　51Ω抵抗のみ　　←4/2追加

これ比べると・・・
LED直列の場合って無負荷時と電流がさほど変わりません。
つまり・・・ほとんどが励磁電流orICの消費電流という事になるのでしょうか。

LED3個並列だけの場合だと電流が流れすぎましたが、5.1Ω入れたら1.6V入れても大丈夫そうです。

＜4/2追加＞
LED接続時と比較する為、抵抗のみを負荷として接続した場合の特性を参考に追加測定しました。
＜追加おわり＞