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100均DCDC

前回までの検討で、トランジスタ2石を使った定電流回路のめどがなんとか立ってきたので、次は「気の迷い」で「高速走行時に負荷が軽くなる」と書かれている100均DC-DCコンバータを使った定電流回路について検討してみることにしました。
トランジスタ2石回路だと過負荷時の電力はトランジスタで熱として変換されるだけですのでエネルギー的なロスが大きくなってしまいます。その点100均DC-DCコンバータを使った回路なら、DC-DCコンバータ内のスイッチングレギュレータを使うので、エネルギー的なロスは小さくなり「高速走行時に負荷が軽くなる」はず。
うまくいきそうなら、実機はこちらの回路で作成する予定です。
何はともあれ、まずは100均DC-DCコンバータを手に入れなければなりません。そこで古淵のジャスコにあるキャンドゥへ。するとちょうどありました、5V出力用カーチャージャー。やっぱり100円。
(4/13:ぷー さんのご指摘により回路図変更しました。)


早速中身を見ると、入っているのはスイッチングレギュレータMC34063Lでした。

スイッチングレギュレータ

まずは同じ気の迷いのこちらのページを参考にしながらこちらのページの図6で示されている出力電圧設定用の抵抗RA(5.1KΩ)とRB(1.5KΩ)をXR-Eの特性から3.75Vに設定するため以下の式
(RA+RB)/10×1.25=3.75V
を満たすように、RAを20KΩ、RBを10KΩに変更。
そして図6中の電流制限回路の検出抵抗R1(0.55Ω)を、最大で1.2Aまで流せるように設定し、以下の式、
0.3/R1=1.2A
を満たすようにR1を0.25Ωに設定。
そしてエネループ×4の直流電源を繋げてみます。すると出力部にLEDをつけない状態では出力電圧設定とぴったりの3.75Vが出ていることを確認。
しかし、XR-Eを繋げてみると期待したほど明るくない。LED間の電圧を測ってみると3V程度しか出ていません。XR-Eの特性からこの程度の電圧だと150mA程度しか電流が流れていないことになります。何故かは不明。早くも行き詰ってしまいました。。。
仕方が無いのでスイッチングレギュレータMC34063についての情報をもっと集めてみることにしました。そして色々と調べてみるとスイッチングレギュレータMC34063は日本無線のNJM2360とほぼ同じものということらしいということが判明。
そこで日本無線のNJM2360のページに行って、NJM2360アプリケーションノートをダウンロード。とりあえずこれを読んでみます。
読んでみてまず判ったのは、NJM2360はアップコンバータとしてもダウンコンバーターとしても使えるスイッチングレギュレータということ。なんだか便利なレギュレータらしい。ハブダイナモが最大6V程度の出力があるとすれば、今回使うLEDのXR-Eは3.8V程度までが使用限界ですので、回路としてはダウンコンバータとして使用することになります。
次にアプリケーションノート中の応用回路例をみると、100均DC-DCコンバータはMC34063に内蔵しているスイッチングトランジスタを使う回路にそっくりなので小電力用の回路ということが判明。さてどこらへんから小電力なのかというと、その内蔵しているトランジスターが使える出力電力は2W程度までなので、出力が2W以下なら小電力とするらしい。
XR-Eを例えば3.75V、1A程度で使えるようにするためには、3.75V×1A=3.75Wと2W以上の出力電圧が必要なので、小電力用の回路では具合が良くないみたいです。
でも100均DC-DCコンバータは出力が5.5V、600mAの設定になっているらしいので、そうすると5.5×0.6=3.3Wとなって2Wを越えてしまうのですが大丈夫なんでしょうか?ここら辺は良くわからず。
ともかくアプリケーションノートに従えば、100均回路のような小電力用回路ではハブダイナモ用回路の場合ちょっと不安なので、2番目に掲載されている大電力用の回路を参考にして回路を作ってみることにしました。大電力用回路では入力電圧20Vで、出力電圧が10V出力電流が1Aと設定して回路が作られていますので、これをハブダイナモ用に再設定。今までの調査からハブダイナモからの入力電圧は最大で7.6Vに設定し、出力電圧3.8V、電流1Aとして新たに回路を検討してみました。
そしてアプリケーションノートとにらめっこしてあれこれ計算して作ってみたのが下の回路です。

LED修正

理論的なことは判らずとにかくアプリケーションノートの2番目の例を参考に計算して作っただけですのでもしかしたらどこかに致命的なミスがあるかしれませんが正しいのかどうか確かめるすべは無し。仕方が無いのでとにかくこの回路でブレッドボード上に試しに作ってみることにしました。
回路的には100均回路からかなり変更しなければならず、もはや100均回路をそのまま利用することは難しそうなので100均DC-DCコンバータからMC34063を剥がしてブレッドボード上に組んでテストすることにします。MC34063は8本足のレギュレータですが、半田吸い取り線を使うと結構簡単に取れてなにより。
パーツについては、外部トランジスタ2SA1010と32μH/5Aのトロイダルコイルは町田のサトー電気で、残りは秋月および千石で購入してきました。そしてブレッドボード上に組んでみたのが下の回路。

ブレッドボード上回路

早速点灯させてみると、結構明るいです!出力も設定したとおりに3.8Vが出ています。
どれくらい明るいかのか比較のためにL2Dのターボモードで天井に向けて照射。

L2Dターボモード

この写真がL2Dのターボモード。L2Dさすが。明るいです。

ハブダイナモ用回路

そしてこの写真は今回の回路で点灯させたXR-E R2 (WG)。電源にはエネループ×5本の約6.6V。

キャットアイ520

ちなみにキャットアイの520ではこのくらい。
これらを見ると、L2Dのターボモードよりは暗いですが、キャットアイ520に比べると相当明るいライトになっているのがわかります。
実際見た感じでは、L2Dより暗いというより、L2Dより配光パターンが良くないという感じ。L2Dでは中心部の明るいスポットが適度に広がっているのに対し、自作ライトでは明るいスポットが狭くそこだけ見ればL2Dより明るい感じですが、そのスポットの周辺は逆に暗くなっているという感じです。
スポットの調整をすればもう少し改善できるような気がしますがどうすればよいのでしょうか。基本的にはLEDとリフレクターとの位置関係だと思うのですが、LEDをもっと前に出せばよいのかな?
さて、まあまあ明るいライトができそうな見込みが出てきたところで、スイッチングレギュレータを使ったこの回路のほうが「高速走行時に軽くなる」はずですので、これで実機を作成してみることにしました。
当初はライト筐体に回路を収めようと思っていたのですが、この回路の大きさではもはや難しいので回路は別のケースに入れることにしました。
さっそく町田のサトー電気でケース選び。選んだのはケースはタカチのYM-65。450円くらいでした。基盤はサンハヤトの正方形の基盤が2枚繋がっているやつを半分に折って1枚分使用。横幅はぴったりでした。
下の写真がケースに入れた回路。真ん中の一番大きなコンデンサーは平滑化用のコンデンサー。上の方にあるブリッジダイオードで整流して直流電流を得る仕組みです。

ケースに収めた回路

右側の一番上のコネクターはハブダイナモからの入力コネクター、その下のコネクターはスイッチングレギュレータを介して作った直流電流をライトに出力するコネクター。一番下側のコネクターは、昼間にハブダイナモを使ってエネループを充電する際のための出力用コネクター。充電用の電流はスイッチングレギュレータを通さずにブリッジダイオードからの直流電流を直接取り出すようにしてます。今回使ったブリッジダイオードでは約0.5V程度の電圧低下が発生するようですので、最大で6.7V程度の出力になる予定。でもこれをそのままエネループに入れて充電してしまっても良いのか良くわかりません。充電についてはもっと情報を集めて考えてからにしたいと思っています。充電方法のめどがつけば、例えばブレーキをかけた時だけ充電されるといった「なんちゃって回生ブレーキ」ができないかなと考え中ですが果たしてうまくいくかどうか?
左側のスイッチはライトON、充電ON、全てOFFのスイッチ。
走行時にはこのケースに収めた回路をフレームにつけたトピークのトライバックに入れてハブダイナモとライトを繋げて運用する予定です。
早速実際に走行テストをしたいのですがあいにくハブダイナモが手元に無い。とりあえずママチャリのブロックダイナモでテスト。無事に点灯することだけは確認しました。耐久性のテストもしたいのですがこれはハブダイナモがないとテストできませんね。回路から高周波が出てサイコンの誤動作を誘発するのかどうかとかも。
ハブダイナモはどうしようかなあ。もしかしてそこが一番の問題か(まさしく本末転倒)?
先週末200を走ったので、次回(千葉300か沼津400か?)までには実装してみたいのですが間に合うかどうか?

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前回までの検討で、トランジスタ2石を使った定電流回路のめどがなんとか立ってきたので、次は「気の迷い」で「高速走行時に負荷が軽くなる」と書かれている100均DC-DCコンバータを使った定電流回路について検討してみることにしました。 トランジスタ2石回路だと過負荷時の電力はトランジスタで熱として変換されるだけですのでエネルギー的なロスが大きくなってしまいます。その点100均DC-DCコンバータを使った回路なら、DC-DCコンバータ内のスイッチングレギュレータを使うので、エネルギー的なロスは小さくなり「高速走行時に負荷が軽くなる」はず。 うまくいきそうなら、実機はこちらの回路で作成する予定です。 何はともあれ、まずは100均DC-DCコンバータを手に入れなければなりません。そこで古淵のジャスコにあるキャンドゥへ。するとちょうどありました、5V出力用カーチャージャー。やっぱり100円。 (4/13:ぷー さんのご指摘により回路図変更しました。) 早速中身を見ると、入っているのはスイッチングレギュレータMC34063Lでした。 まずは同じ気の迷いのこちらのページを参考にしながらこちらのページの図6で示されている出力電圧設定用の抵抗RA(5.1KΩ)とRB(1.5KΩ)をXR-Eの特性から3.75Vに設定するため以下の式 (RA+RB)/10×1.25=3.75V を満たすように、RAを20KΩ、RBを10KΩに変更。 そして図6中の電流制限回路の検出抵抗R1(0.55Ω)を、最大で1.2Aまで流せるように設定し、以下の式、 0.3/R1=1.2A を満たすようにR1を0.25Ωに設定。 そしてエネループ×4の直流電源を繋げてみます。すると出力部にLEDをつけない状態では出力電圧設定とぴったりの3.75Vが出ていることを確認。 しかし、XR-Eを繋げてみると期待したほど明るくない。LED間の電圧を測ってみると3V程度しか出ていません。XR-Eの特性からこの程度の電圧だと150mA程度しか電流が流れていないことになります。何故かは不明。早くも行き詰ってしまいました。。。 仕方が無いのでスイッチングレギュレータMC34063についての情報をもっと集めてみることにしました。そして色々と調べてみるとスイッチングレギュレータMC34063は日本無線のNJM2360とほぼ同じものということらしいということが判明。 そこで日本無線のNJM2360のページに行って、NJM2360アプリケーションノートをダウンロード。とりあえずこれを読んでみます。 読んでみてまず判ったのは、NJM2360はアップコンバータとしてもダウンコンバーターとしても使えるスイッチングレギュレータということ。なんだか便利なレギュレータらしい。ハブダイナモが最大6V程度の出力があるとすれば、今回使うLEDのXR-Eは3.8V程度までが使用限界ですので、回路としてはダウンコンバータとして使用することになります。 次にアプリケーションノート中の応用回路例をみると、100均DC-DCコンバータはMC34063に内蔵しているスイッチングトランジスタを使う回路にそっくりなので小電力用の回路ということが判明。さてどこらへんから小電力なのかというと、その内蔵しているトランジスターが使える出力電力は2W程度までなので、出力が2W以下なら小電力とするらしい。 XR-Eを例えば3.75V、1A程度で使えるようにするためには、3.75V×1A=3.75Wと2W以上の出力電圧が必要なので、小電力用の回路では具合が良くないみたいです。 でも100均DC-DCコンバータは出力が5.5V、600mAの設定になっているらしいので、そうすると5.5×0.6=3.3Wとなって2Wを越えてしまうのですが大丈夫なんでしょうか?ここら辺は良くわからず。 ともかくアプリケーションノートに従えば、100均回路のような小電力用回路ではハブダイナモ用回路の場合ちょっと不安なので、2番目に掲載されている大電力用の回路を参考にして回路を作ってみることにしました。大電力用回路では入力電圧20Vで、出力電圧が10V出力電流が1Aと設定して回路が作られていますので、これをハブダイナモ用に再設定。今までの調査からハブダイナモからの入力電圧は最大で7.6Vに設定し、出力電圧3.8V、電流1Aとして新たに回路を検討してみました。 そしてアプリケーションノートとにらめっこしてあれこれ計算して作ってみたのが下の回路です。 理論的なことは判らずとにかくアプリケーションノートの2番目の例を参考に計算して作っただけですのでもしかしたらどこかに致命的なミスがあるかしれませんが正しいのかどうか確かめるすべは無し。仕方が無いのでとにかくこの回路でブレッドボード上に試しに作ってみることにしました。 回路的には100均回路からかなり変更しなければならず、もはや100均回路をそのまま利用することは難しそうなので100均DC-DCコンバータからMC34063を剥がしてブレッドボード上に組んでテストすることにします。MC34063は8本足のレギュレータですが、半田吸い取り線を使うと結構簡単に取れてなにより。 パーツについては、外部トランジスタ2SA1010と32μH/5Aのトロイダルコイルは町田のサトー電気で、残りは秋月および千石で購入してきました。そしてブレッドボード上に組んでみたのが下の回路。 早速点灯させてみると、結構明るいです!出力も設定したとおりに3.8Vが出ています。 どれくらい明るいかのか比較のためにL2Dのターボモードで天井に向けて照射。 この写真がL2Dのターボモード。L2Dさすが。明るいです。 そしてこの写真は今回の回路で点灯させたXR-E R2 (WG)。電源にはエネループ×5本の約6.6V。 ちなみにキャットアイの520ではこのくらい。 これらを見ると、L2Dのターボモードよりは暗いですが、キャットアイ520に比べると相当明るいライトになっているのがわかります。 実際見た感じでは、L2Dより暗いというより、L2Dより配光パターンが良くないという感じ。L2Dでは中心部の明るいスポットが適度に広がっているのに対し、自作ライトでは明るいスポットが狭くそこだけ見ればL2Dより明るい感じですが、そのスポットの周辺は逆に暗くなっているという感じです。 スポットの調整をすればもう少し改善できるような気がしますがどうすればよいのでしょうか。基本的にはLEDとリフレクターとの位置関係だと思うのですが、LEDをもっと前に出せばよいのかな? さて、まあまあ明るいライトができそうな見込みが出てきたところで、スイッチングレギュレータを使ったこの回路のほうが「高速走行時に軽くなる」はずですので、これで実機を作成してみることにしました。 当初はライト筐体に回路を収めようと思っていたのですが、この回路の大きさではもはや難しいので回路は別のケースに入れることにしました。 さっそく町田のサトー電気でケース選び。選んだのはケースはタカチのYM-65。450円くらいでした。基盤はサンハヤトの正方形の基盤が2枚繋がっているやつを半分に折って1枚分使用。横幅はぴったりでした。 下の写真がケースに入れた回路。真ん中の一番大きなコンデンサーは平滑化用のコンデンサー。上の方にあるブリッジダイオードで整流して直流電流を得る仕組みです。 右側の一番上のコネクターはハブダイナモからの入力コネクター、その下のコネクターはスイッチングレギュレータを介して作った直流電流をライトに出力するコネクター。一番下側のコネクターは、昼間にハブダイナモを使ってエネループを充電する際のための出力用コネクター。充電用の電流はスイッチングレギュレータを通さずにブリッジダイオードからの直流電流を直接取り出すようにしてます。今回使ったブリッジダイオードでは約0.5V程度の電圧低下が発生するようですので、最大で6.7V程度の出力になる予定。でもこれをそのままエネループに入れて充電してしまっても良いのか良くわかりません。充電についてはもっと情報を集めて考えてからにしたいと思っています。充電方法のめどがつけば、例えばブレーキをかけた時だけ充電されるといった「なんちゃって回生ブレーキ」ができないかなと考え中ですが果たしてうまくいくかどうか? 左側のスイッチはライトON、充電ON、全てOFFのスイッチ。 走行時にはこのケースに収めた回路をフレームにつけたトピークのトライバックに入れてハブダイナモとライトを繋げて運用する予定です。 早速実際に走行テストをしたいのですがあいにくハブダイナモが手元に無い。とりあえずママチャリのブロックダイナモでテスト。無事に点灯することだけは確認しました。耐久性のテストもしたいのですがこれはハブダイナモがないとテストできませんね。回路から高周波が出てサイコンの誤動作を誘発するのかどうかとかも。 ハブダイナモはどうしようかなあ。もしかしてそこが一番の問題か(まさしく本末転倒)? 先週末200を走ったので、次回(千葉300か沼津400か?)までには実装してみたいのですが間に合うかどうか?