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夜のキャンプや、夜のフリーマケットの為に、LEDランタンを作りました

つり下げるキャンプ用のLEDランタンは、コールマンなどから市販されていますが。
それらは横に光が広がるものばかりで、真下は照らす物は見つかりませんでした。

私の希望の条件は、
テントの上からぶら下げて、下と横を照らす。
LEDで消費電力3Wくらいの明るさ。
電池の値段と容量を考慮して、単一電池を使いたい。
4時間以上点灯してほしい。

そんな訳で、自作しました。
最大電力ギリギリで点灯すると、LEDの寿命が短くなるので50%のゆとりをもたせて。
3Wの白色LEDを2個付けて、合計6Wの消費電力を流す事にしました。

このLEDの定電流回路は抵抗を使えば簡単ですが。
抵抗だと効率が悪いし、電池電圧が変わるとLED電流も変わってしまうので。
使い慣れたタイマーICの555を使って、PWM回路を設計しました。

LEDは2系統あるのに、電流検出は1系統だけです。手抜きをしています。

安くしようと思って部品を並べて作ったけれど。
今から思うと、LEDドライバICのLTC3490を使った方が小型で高性能になったと思います。
LTC3490は千国電商で1個 \399円と少々高い
http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/detail.php?code=EEHD-003S


 この回路の覚え書き
電圧を上げるDC-DCコンバーターは、コイルの選定が重要で、コイルがかなり大きくなったが。
今回の電圧を下げるDC-DCコンバーターは、コイルを適当に選んでも問題なし。
電源電圧5V時、約87kHzで発振している。
このくらいの周波数になると通常のアルミ電解コンデンサ(100uF)よりも、
セラミックコンデンサ(10uF)の方が有効である。
R4とC6はかなり有効、もしこれが無いとC5をかなり大きくしないと定電流にならない。
コイルはインダクタンス値よりも、直流抵抗の少なさを第一に重視して選択した方が良い。
コイルのコア材質も重視だが、カタログを見ても解らないのでいろいろ試してみると良い。

回路説明
LMC555-5pin(CONTROL)の電圧を上下すると、TLは少ししか変化しないが、THは大きく変化するので注意。
LMC555-5pin(CONTROL)の電圧を上げると、TLは少しだけ短くなり、THはかなり長くなる。
LMC555-5pin(CONTROL)の電圧を下げると、TLは少しだけ長くなり、THはかなり短くなる。
LMC555-5pin(CONTROL)の電圧を0Vにすると、TLが連続して、THが無しになる。
もし温度変化や電源電圧の変化でLEDの電流が増えても、以下の順に制御されて、一定になる。
しかし実際には、トランジスタのVBEはICと温度で0.4~0.7Vに変化するので完全に一定ではない。
 LED電流が増える →
 TR1のベース電圧が上がって、TR2のコレクタ電流が減る →
 LMC555-5pin(CONTROL)の電圧が上がって、LMC555-3pin(OUTPUT)のTLが短くなる →
FETのON時間が短くなる →
 LEDの電圧が下がって、LED電流が減る


白色LEDを、放熱板のアルミ板に瞬間接着剤で固定した
端子がアルミ板にショートしない様に、テープを貼ってある
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基板の部品面
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基板の半田面
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秋月電子の電池ケースと透明ポリカーボネートケースを使用した
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透明ポリカーボネートケースの蓋は、手抜きしてテープで固定した
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ぶら下げる為に、再利用可能タイラップを付けた
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ぶら下げて点灯してみた
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回路図
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秋月電子の 定電流方式ハイパワーLEDドライバモジュール 3W [OSMR16-W1213]
を180円で買いました
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-04790/
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現物を見て回路図を調べました。手書きなので汚いです。
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CL6807というICを使っています。
これは入力電圧範囲8V to 30V 最大出力電流1Aの、LEDドライバーです。
http://www.ic-on-line.cn/download.php?id=1671406&pdfid=303C6D9C90A0EF2DE4EEDD23C16A07E8&file=0337\;cl6807_2194231.pdf

このモジュールを改造して、4V入力で白色LEDを駆動できたらいいな。と思っていましたが。
CL6807には Undervoltage Lockout (UVLO) という回路が入っていて。
CL6807の入力電圧が7V以下になると、内部のスイッチングFETがOFFになってしまいます。
そのため7V以下では使用できないようです。

ダイソーのヘッドランプを改造して、LED仕様にしました

写真です。
急いで作ったので、細かいところはかなり雑です。
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LEDは秋月電子でこれを1個買いました。
3Wナチュラルホワイト色パワーLED 72ルーメン S42180
1個 ¥450(税込)
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-03629/


厚さ2mmのアルミ板を35mm×25mmの大きさに切って放熱器にして。
これにLEDをセメダインスーパーXで接着しました。

スイッチングはPchのパワーFET IRLM6402 を使いました。
NchのFETを使った方が回路が簡単になって良いけれど。
NchのパワーFETで小型でON抵抗が小さくて、2VでON/OFFできる物が入手できなかったのでこれを使いました。
IRLM6402の仕様は Vgs(th)=0.55V RDS(on)=0.05Ω Id=3.7A SOT-23パッケージ 秋月電子で10個200円

抵抗やトランジスタやコイルは手持ち品を使ったので無駄に大きいです。

回路全体の測定結果(下記のデータは周囲温度等で変化するので参考程度にして下さい)
電源電圧 2.0V時 LED電流0.43A
電源電圧 2.4V時 LED電流0.47A
電源電圧 3.0V時 LED電流0.52A


回路図です
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回路について説明します。
この回路は、2~3Vを入力して、3.6V 0.5Aを出力して、白色LEDを駆動する。
実際には、トランジスタのVBEはICと温度で0.4~0.7Vに変化するので、電流は完全に一定ではない。

LMC555-5pin(CONTROL)の電圧を上下すると、Tlowは少ししか変化しないが、Thiは多く変化するので注意。
LMC555-5pin(CONTROL)の電圧を上げると、Tlowはわずかに短くなり、Thiはかなり長くなる。
LMC555-5pin(CONTROL)の電圧を下げると、Tlowはわずかに長くなり、Thiはかなり短くなる。
LMC555-5pin(CONTROL)の電圧を0Vにすると、Tlowが連続して、Thiが無しになる。

もし温度変化や電源電圧の変化でLEDの電流が増えても、以下の順に制御されて、一定になる。
しかし実際には、トランジスタのVBEはICと温度で0.4~0.7Vに変化するので完全に一定ではない。
 LED電流が増える →
 TR1のベース電圧が上がって、TR1のコレクタ電流が増える →
 LMC555-5pin(CONTROL)の電圧が上がって、LMC555-3pin(OUTPUT)のThiが長くなる →
 周期が長くなる(1秒間にコイルに充放電する回数が減る) →
 LEDの電圧が下がって、LED電流が減る

R1は、TaとTbの比率(Ta:Tb)が 1:1~5:1になる値に決める。
ただしSB1を外さないとこの波形は見えない。SB1を通してC2に充電していると、Tbが無になる。
R2は、Ton期間がコイルが磁気飽和するよりも少し短くなる値に決める。(この値はかなり重要)

現状の問題点と次への構想
この回路は、LMC555-5pin(CONTROL)の電圧を上下して、出力電流を制御(増減)している。
LMC555-5pin(CONTROL)の電圧を上下すると、TlowとThiの両方が変化するので、理想的な制御ができない。
電源電圧を2V→3Vに増加すると、電源電流(この回路に入る電流)は減るのに。
なぜか、電源電圧を3V以上にすると、電源電流が増えてしまう。
Thiは常に一定で、Tlowだけが変化する回路にすれば改善すると思う。

ガスストーブ ST-310の五徳を延長
新富士バーナー のガスストーブST-310は、五徳が短いのでナベを載せると不安定です。
そこで五徳を延長しました。
SUS304の板を切って、TIG溶接で付けました。
溶接が下手でビートがボコボコしているのは気にしないで下さい。
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ちなみに
このST-310は、新開発「マイクロレギュレーター」を搭載して低温時でも安定した火力を発揮します。
とカタログに書いてあります。
http://www.shinfuji.co.jp/st310.html

実際に使ってみると、かなり寒くても火力が安定しています。

しかしながら、
このST-310は、カセットガスとバーナーが近づいているので
ストーブの上にナベを載せると、ナベからの輻射熱がカセットガスに伝わって。
カセットガスのタンクがかなり熱くなります。
爆発するんじゃなかと不安になるくらい熱いです。

もし異常に加熱した時は、カセットガスが爆発する前に
自動消火するとか、カセットガスを自動で切り離すとか 
の安全装置はあるのか心配です。

ちなみに、カセットガスとバーナーが離れている ST-301 では
低温での安定動作とか、「マイクロレギュレーター」という
言葉はカタログに書いてありません。
http://www.shinfuji.co.jp/contents/products/soto/burner.html

どんな優秀なレギュレータを使っても、低圧のガスを、高圧に上げることはできないので。
想像ですが。
ST-310はカセットガスのタンクをわざと加熱して
タンク内部のガス圧力を上げて、
圧力が上がった分を、「マイクロレギュレーター」とやらで
一定の圧力に下げてるだけだと思います。

友人から PDR-63(ベトナム戦争の頃のガイガーカウンターです)を借りました。

そのPDR-63を少し触ってみて感じた事を書きます。

GM管は、CDV-700よりPDR-63の方が、大きくて感度が良さそうですが。
メーターは、PDR-63よりCDV-700の方が、大きくて目盛りが細かくて読みやすい
です。
CDV-770のメーターです
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PDR-63のメーターです
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CDV-700とPDR-63を最も高感度のレンジに合わせて、
それぞれのプローブのβ線カバーを開けて、
キャプテンスタッグのマントルを近づけてみると。
CDV-700はメーターが振り切れます。
PDR-63はメーターが真ん中あたりまでしか振れません。
1μSV付近の弱い放射線を探すなら、CDV-700の方が向いていると思います。


PDR-63のヘッドフォンを聞いてみると。
ピーというDC-DCコンバーターの音が耳障りです。
放射線に反応すると、ぽッ ぽッ ぽッ という音が聞こえて、
いかにもガイガーカウンターという感じがするのは良い感じです。

しかし、PDR-63のヘッドフォンは非常に使いにくいです。
頭に載せていても外れやすいし。
ヘッドホンが金属製でゴツゴツして快適ではありません。
実用として使うなら、変換アダプターを作って。100円ショップのヘッドホン
を繋いだ方がいいでしょう。

ヘッドホン出力の波形 ピーという音は、繰り返し周期が約700μs 
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ヘッドホン出力の波形 ピーという音は、電圧は約+174mV
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ヘッドホン出力の波形 GM管に放射線が入った時の信号 電圧は約-2V
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ピーという信号と、GM管に放射線が入った時の信号は、
電圧の大きさがかなり違うので電気的に判別するのは簡単です。
試しに、CDV-700用に作った圧電ブザーアダプタを付けてみたら。
GM管に放射線が入った時だけに、ピっ と反応しました。

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