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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
2023/10/21 07:26
- 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。
自転車用LEDライトを作りたい(補足追加)
2023/09/16 15:00
こちらの質問をしたものです
https://okbizcs.okwave.jp/mori.nc-net/qa/q10178080.html
言葉が足りないと感じたため補足を追加して改めて質問いたします。
以下のような自転車用の前後LEDライトを作りたいです
・振動を検知してon
・onの間は50%↔100%の明るさを繰り返す
・2分間振動を検知しなくなったらoff
・電源には18650の電池1本を使用(約4.2V)
・使用するLEDは3V以上で点灯
・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「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」の意図についてですが、こちらで質問をする前に、
・Raspberry Pi pico
・ＰＷＭ調光機能付き定電流ＬＥＤドライバ ＮＪＷ４６１７ＤＬ３
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-12989/
・振動センサ SW-420
https://amzn.asia/d/iFJgQlJ
を用いて作成をしていました。
しかし、このドライバからの出力があまりにも低く、LEDがうまく光らなかったため、昇圧しなければいけない、と安易に考えての質問でした。
なお、Raspberry Pi picoのPWM制御のみを使った使用も検討しましたが、こちらもLEDの明るさが足りず、やはり昇圧が必要なのでは、と考えていました。
また、自転車用に用いるため、できる限りユニットを小さくしたいということもあり、できる限りマイコンを使用せずに実装したいと思っていたのですが、マイコンを使用してもより小さく、簡単に実装できる方法はありますでしょうか？
もしくは、ハードのみの実装方法はありますでしょうか？
教えて頂きたいのは、
・使用するもの(マイコンやセンサー、もしくはスイッチなど)
・回路図
の2点です。
よろしくお願いいたします。
※OKWAVEより補足：「技術の森( 電子・半導体・化学)」についての質問です。
回答 （11件中 1～5件目)
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。
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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？
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。
>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
＞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。
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
補足
2023/09/20 20:32
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。
お礼
2023/09/23 14:43
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。