ダイソー自転車用LEDライトを乾電池1本で光らせる　試作編

　
　を受けて、実用的なものを試作してみました。

　数年前に購入した自転車用LEDライトですが、内部の黒いICが壊れたのか、赤いスイッチを押した時しか光らなくなりました。スイッチを押すと通常点灯しますが、点滅とかはしません。
　
　YX8115を使って乾電池1本で光るように改造してみました。今回は試作編です。詳しい改造手順は省略しています。
　オリジナルのLEDもすべて5Φ砲弾型に変更しました。これが結果的に焦点が合わなくなる原因となりました。


　LEDライト内部


　この回路を組み込む。


　基板を取り去り、砲弾型LED5本を並列接続した


　インダクタ、YX8115の空中配線


　単4乾電池を1本だけにし、余った空間に回路を空中配線


　写真上はオリジナルのパーツ


　LEDとレンズの関係が崩れ、焦点が合わない。

長所：軽い。単4乾電池1本はとにかく軽い。
短所：今のところ焦点が合わない。（たぶん）電池寿命が短い。



（2020/09/03）追記　LEDをオリジナルに戻しました。焦点があって光が集中してます。例えば電池を3本使う9LEDライトの方がはるかに明るいのですが、やはり電池1本のライトは軽いです。

ダイソー100均グリーンオーナメント製の調光タッチスイッチライトの応用実験
　LEDの電流を制御するFETを大電流に耐えるものに交換して調光させてみました。

この改造実験には、気の迷い 「ちょっと奥さん！」の記事「100円　調光タッチスイッチライト」を参考にさせていただきました。　電池の代わりに3.3V三端子レギュレータで供給
　基板のNch FET SI2032をNchパワーMOSFET FKI06269（60V24A）に
　LEDを砲弾型LEDに交換しました。

　NchパワーMOSFET FKI06269を使って基板上のLEDの調光試験

　回路図は気の迷いさんのものです。私の使った基板ではチップ抵抗12RとLEDの位置が逆でした。鉛筆書きの回路に改造。

　印加電圧12V、基板のV＋はLP2950L-3.3低損失三端子レギュレータで3.3LP2950L-3.3V低損失三端子レギュレータ3.3を供給
　コントロールICのピン6から1kΩを入れてNchパワーMOSFET FKI06269のゲートへ、砲弾型LEDはDC12Vから100Ωを入れてドレインに接続


　無段階調光の様子
調光時のパワーMOSFETのゲート電圧は数十mV（消灯時）から3.2V（全点灯）まで変化していました。

（これから）
自作LEDスタンドライト（12V1A）の点灯・調光に使いたいと思っています。

ダイソーUSB5V電球色LED電球をAC100Vで点灯させる実験
（兼）AC100V入力DC300ｍA出力定電流ドライバー基板の実験
　
LED点灯は定電圧より定電流が適切である。使用した
3種類の格安定電流ドライバーは中国Aliexpressで購入した。

　LED基板のみ取り出す（写真1）

　パターンカット3か所（写真2）

　3枚を直列にして通電実験（写真3）

（1）パターンカットする理由
　ダイソーのUSB電球は5Vで1A以上の電流が流れる。明るいのだが、LEDの発熱も多いうえに茶色いベーク基板であるため放熱が悪い。LED1個当り100mAでは劣化が早いと思う。
　今回使用する定電流ドライバーは印加電圧に関わりなく（260～）300mAである。LEDの並列数と1個当りの電流は以下のようになる。
10個（オリジナル）30mA　暗すぎる
5個（パターンカット）60mA　今回
4個（計算上）75mA　　理想的だがパターンカットが複雑
3個（計算上）100mA　発熱多く劣化懸念

　オリジナルの基板ではLEDが10個並列になっており、それぞれに100（10Ω）の電流制限抵抗がついている。そこで5個並列になるように3ヶ所のパターンをカットした。リード線で5個ずつが直列になるよう半田付けした。（写真2）
　　　｜－10Ω－LED－｜　　　｜－10Ω－LED－｜
　　　｜－10Ω－LED－｜　　　｜－10Ω－LED－｜
＋ＤＣ｜－10Ω－LED－｜－－－｜－10Ω－LED－｜－ＤＣ300mA
　　　｜－10Ω－LED－｜　　　｜－10Ω－LED－｜
　　　｜－10Ω－LED－｜　　　｜－10Ω－LED－｜

（2）LED基板1枚当たり適正電圧
オリジナル基板　3.7V程度で300mA流れる
パターンカット基板　7.4V辺りで300mA流れる
カット基板3枚直列　22V辺りで300mA流れる（写真3）


（3）3-5W定電流ドライバーの使用実験

　出力電圧は9~18Vになっているが、実際には電流270mAで22.7V程度の出力電圧があった。

　バラックで点灯実験（写真4）
電流270mAということは、LED1個当り54mAである。発熱は10Ω抵抗よりLEDの方が熱い。

　手持ちのアルミ板の上に基板を載せてみた。セロハンテープで仮止め。

　裏にはドライバー基板をカプトンテープで包んで貼り付けた。白2線はAC100V用。

　連続点灯実験でアルミ板はほんのり熱くなる。LEDを指で押さえてもベーク基板のみのように熱くない。実用化にはアルミ板などの放熱版が必要である。

（3）4-7W定電流ドライバーの使用実験

　必要な出力電圧は22Vなので、4-7W定電流ドライバーに交換した。

　出力電流290mA、印加電圧22Vで点灯。

（この時点での考察）
LEDに流れる電流について
・オリジナルでは、5V1.2A定格で、1LEDに120mA流している。
・今回は、5並列を2段直列にして280mA流しているので、1LEDに56mA流れている。オリジナルの47%なので結構暗い。
・オリジナルでは1個150lm。5並列・2段直列基板1枚を仮に70lmとすると、3枚使用で計算上210lmとなるが、実際はもう少し少ない気がする。
10Ω抵抗に流れる電流について
・オリジナルでは、10Ω抵抗にも1個あたり120mA流れている。144mWの発熱消費。指で触れない。
・今回の実験では、10Ω抵抗が2直列で56mA流れているので、20x0.056ｘ0.056＝63mWの発熱消費となる。LED基板3枚では、63ｘ5ｘ3＝945mWと約1Wが熱になっている。
・パターンカットを施し、抵抗を1個ずつ取り外すなどすれば当然無駄な電力消費を少なくすることができるが、この基板では大変面倒である。
LED並列接続について
・5並列で280mAを流している。1個オープンになった場合は、280mA定電流なので、残り4並列に280mA流れ、1個当り70mA。2個オープンになった場合は、残り3並列で、1個当り93mAとなる。3個以上のオープン（焼損）で10Ω抵抗も含めて全焼損となるだろう。全焼損を防ぐという意味では直列接続の方が好ましい。
その他
・定電流ドライバー基板を使用すると1m以内でAMラジオにザーという雑音が入る。基板により2m程度話しても入る場合がある。
・実用化のためには、AC側にフューズとZNRなどのノイズ吸収素子をいれる。またLED基板の放熱を良くする。ドライバー基板も発熱している。


（実用化を目指して）

ダイソーでアルミの鍋蓋を買ってきた。ベーク板の裏にヒートシンク用接着剤を塗り接着させた。

　実際に点灯させたが、アルミ蓋が良好な放熱をしてくれている。

（さてこのあとどうしようか）

電球色なので下向きにスタンドライトか

上向きにスタンドアップライトかな？

Aliexpressで定電流LEDドライバー基板　入力AC100V、定電流出力DC300ｍAを3種類購入しました。



（1）1-3W LED Driverの実験
1-3W LED Driver (Use 3 years)


　ダイソーでこのようなCOB LEDの入った壁スイッチ型ライトからCOBだけ取り出して、E17ソケットに収めました。

　左の赤白はCOBに接続、右の白白はAC100Vのソケットに接続しました。

　部品固定と感電防止目的でグルーで固定

　COBはかなり明るく光ります。

電池3本4.5Vで流れる電流値と同等以下の300ｍAで点灯しています。
300ｍAの定電流なので温度が上昇して過電流になることはありません。
（デメリット）スイッチングノイズが出ています。ラジオを近づけると雑音が発生していることが分かります。他の2種類でも点灯させましたが、ノイズは4-7W用LEDドライバーが少ないようでした。

（2）4-7W LED Driverの実験



（資料）購入した定電流LEDドライバー基板　とにかく安いのが取り得です。
1-3W LED Driver (Use 3 years)

ダイソー LED ミニ電球砲弾型 LDA7L-G-E17-T/60W

　E17形60W相当760lm電球色400円を初めて見ました。以前使っていた40W相当と同じ砲弾型です。アイリスオーヤマの半値なので早速2個購入。
※使用時の温度上昇について最後に記述あり。

これは以前購入した40W相当200円のミニ電球砲弾型 LDA4L-G-E17-T/40W

40W相当200円 440lm 4.3W 40000時間 75x35.0mm 40g 調光非対応
60W相当400円 760lm 6.5W 40000時間 77x37.5mm 43g 調光非対応 サイズ僅かに大きい










　点灯数分後、赤外線温度計で口金の白い樹脂部根元の温度を測定すると、50℃以上になっていた。室温7℃。真夏ではもっと上昇するので、密閉した場所では相当の上昇が予測されリスクが高いことが分った。
　もっともこの温度計が正しい温度を示しているかわからないが、手で触るとそれなりに暖かいので、やはり真夏の密閉容器には使用しない方がいいだろう。


（2019/12/25追記）密閉器具対応で2個902円＋20%OFFクーポン
　三菱ケミカルメディア Verbatim LED電球 E17 60W形相当 電球色2個セット (広配光/定格寿命40000時間/密閉器具対応) LDA6L-E17-G/LCV1X2
密閉器具対応が欲しいので、Amazonで見つけて注文した。
使用記はこちら