2018年05月29日

高輝度LEDの電源【24時間風呂・電解水素浴・水素風呂・電解水素水・アルカリイオン水整水器・高機能浄水器・足湯の専門メーカー】

コロナ堀です。
今回は記録用としての書き込みです。興味があればお読みください。

さて、ここ数日、以前から用意していた高輝度LEDの電源制作を行ている。
実は、高輝度LEDは電源設定が一番難しい。しかも、熱を帯びると過渡的に電流値があがる特性があるらしい。

高輝度LEDは日亜化学のもので、絶対最大定格の電流値は1.5Aで標準電圧は3Vのものだ。
データシートに電流値が無いな・・と思いつつ、絶対最大定格がこの数値を超えたら壊れるものなので、
1.5Aという数字がここで刷り込まれてしまった。これが間違えの始まり・・ちゃっかり見落としていました。

高輝度のLED自体は表面実装タイプなので、そのままでは使えず、ネットでLEDのアルミ基板を購入して、
知り合いの県の財団の方から、LED製品を製作している実装業者を紹介いただいて、高輝度LEDの購入と実装をお願いした。
今回は、アルミ基板4連直列の点灯電源を作ることが目的だ。

高輝度LED.png

図1 実装業者に作っていただいたLED基板

3Vを4つ直列でドライブするので、12V以上、絶対最大定格の半分である750mA以上の電源だと思い込んでしまった。
LED4つの消費電力は、12V x 0.75A = 9Wとなります。

電源はACアダプター12V 1.2Aと20V 1.5Aが会社に転がっていたので、コネクターをぶった切って加工。
電源が12Vなら電流制限抵抗は不要だが、20Vの場合は、電流制限抵抗が必要になる。

V=IR
R=V/I
W=RI^2 ・・・だから (正直V=IRぐらいしか覚えてないな・・)

  電圧電源E (V)ーLEDに加える電圧(V)
電流制限抵抗R(Ω)=ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
              LEDに流したい電流(A)

抵抗の消費電力W(W)=電流制限抵抗R(Ω)x LEDに流したい電流(A)の2乗 

になるので、電流制限抵抗は (20-12)/0.75 =10.6Ω、消費電力が、10.6 x 0.75 x 0.75 =5.99W
なので、10Ω10Wのセメント抵抗を電子パーツ店で購入しました。

高輝度LEDは、放熱が大きいので、熱伝導の良いアルミ棒にアルミ基板をCPU熱伝導グリスでへばりつけて、アルミ棒の先端にアルミの平板をボルトナットで固定して放熱対策を行うことに・・

放熱板.png

図2 放熱アルミ棒+平板

とりあえず12Vの電源を半田付けして点灯開始
12V1.2AのACアダプターを直結したところ、あまり明るくない。
おやーーー? 電流が足らない? 電圧が足らない・・ACアダプターが悪いのか・・と思いつつ、

20V1.5AのACアダプターにつなぎ替えて、直列に電流制限抵抗の10Ωを接続。
20VのACアダプター、中国製の粗悪品でプラグに配線を半田付けしたところ、プラグがもげた・・
分解したところ、両面テープで押さえてある・・PSEのマークはあるが絶対試験はしていないだろう・・・
平気かな・・と思いつつ、直結することに・・

絶対最大定格1.5Aは超えないな・・ということで、点灯開始。
LEDも電流制限抵抗もかなり熱くなる。
間接測定できる温度計を自宅から持ってきて、会社の熱電対の温度計と両方で測定したところ、
LEDの温度は100℃、電流制限抵抗も80℃。これでは、熱すぎて使えない・・

ここで、電子基板に詳しいOBが登場。

とりあえずは、電流値を調べるために、テスターを用意して電流測定を始める。
電流を測定する場合は、回路をぶった切って、直列に接続して測定する。
あれ・・LEDが点灯しない・・配線を間違ったか・・いや間違っていない。逆につないだ?・・いや間違っていない。
テスターが悪いのかと思い、別のテスターに変えてやってみても、なぜかLEDが点灯しない。
(デジタル式テスターでなぜ電流値の測定ができなかったのかは尚も不明)
そこで旧式の針式電流計を探してきて接続すると、ようやくLEDが点灯するも、針が一端1.5Aを超えて振ったところで、電流が下がってくる。LEDも抵抗もかなり熱い・・

こりゃ電流が絶対最大定格を超えているがな・・・
ということで、3端子レギュレターNJM317Fを用意して、絶対最大定格を超えない1.2Aの定電流回路を作る。

定電流回路.png

図3 定電流回路

ユニバーサル基板の切れ端に回路作り、配線半田付け。点灯させるもLEDも抵抗も3端子レギュレターもかなり熱い・・
LEDを段ボールの上に置いていたところ段ボールが焦げた。かなりの熱だ・・

ここで12VのACアダプターに戻してみたところ、0.1Aを切る様な電流しか流れていない・・
パワー不足か・・ということで、OBが自作の安定化電源を持ち出す。

ACアダプターの代わりに接続して電源ONするも、電流が1A弱しか流れない・・電圧を最大40Vまで上げてもMAX1A弱だった。
LEDの特性かな・・・と思いつつ、ガラス管をウエスでくるんで条件を悪くしてしばらく放置
しばらくすると、焼ける匂いがして、LEDの配線に触ると点灯したり消えたりする。
おやーーー!? LEDを取り出したところ、LEDの半田が溶けて配線が外れている。
130℃を超えたようだ・・アルミ基板の半田の色がすべて変わっている。

おかしいな?・・というところで、再度データシートを見直したところ、標準電流値の記載を発見!
350mAだって・・・いやぁ・・3倍程度の電流を流していた
ドライブ温度も標準が60℃ぐらいのところを2倍の温度を越えていた様だ
・・汗・・ 気を取り直して・・・

この変色した状態のLEDに配線をやり直して電源をつなぐと、しっかり点灯する。
さすが日亜化学のLED。破壊試験をしたようなものだが、耐久性は抜群だ。
これが、中国製のものだと、ささとお逝きになっているはず。極限テストをやってしまった様で、逆に知見となったので、安全性の問題はないと確信する。

熱の問題と輝度を考慮して、いろいろ考えて、結果、電流値を350mAから400mAを狙うことに・・

3端子レギュレーターのOUTとADJUSTの間の電圧が1.25Vになるので、抵抗を調整することで、定電流回路になる。
ネットにちょうどNJM318Fの定電流回路のOUTとADJUSTの特性グラフを見つける。

OUT-ADJ電圧 抵抗  電流  
1.25V----------100Ω---12.5mA
1.25V------------75Ω---16.7mA
1.25V------------56Ω---22.3mA 
1.25V------------33Ω---37.9mA

という特性があるようなので、逆算して
1.25V------------3.5Ω---416.7mA
1.25V------------3.0Ω---357.1mA
1,25V------------1.0Ω---1250mA

ということで、とりあえずは3.5Ωを合成して点灯開始!
電流値が350mAを切っている。やはり計算値とは異なる様だ。
結果3Ωにして、しばらく放置。
三端子レギュレータが40℃前後、セメント抵抗も30℃前後、LEDも50℃前後で非常に安定している。
 
電源も、ACアダプターの14Vを探すも、米国製はあるが、納期が一週間と長いので、15Vを注文することとして、
安定化電源を15Vにしてしばらく放置。温度の問題はまったくなさそうなので、ACアダプタとスイッチング電源を購入したので、到着するまでしばし実験はお休みです。


次回に続く・・・
posted by コロナ工業株式会社 at 13:18| 徳島 ☁| Comment(0) | 日記 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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