昇圧するにはどうしたら・・・。

質問

白色ＬＥＤのライトを作ったのですが、今現在は１２Ｖで動かしています。
それを乾電池４本（６Ｖ）で12Ｖまで昇圧したいのですが、
以下ＵＲＬの秋月電子さんで販売されているＬＥＤ投光キットだと、乾電池１本でＬＥＤ一個点灯させるものですが、これに入力電圧６Ｖで１２Ｖまで昇圧は可能でしょうか？
なるべく低コストで抑えたいです。

http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?q=%BE%BA%B0%B5&s=score&p=1&r=1&page=#K-00192

回答No.8

dojustice · ベストアンサー

秋月は本当に親切です。
質問の内容がしっかりしてさえいれば、どんな安い商品でも、ちゃんと答えてくれます。
（はっきりした回答が得られないのは、質問がピンボケのときです。(^_^;)）

「構造上最大」の件、了解です。
わたしの見たところ、コイルとトランジスタだと思います。
（コイルとインダクタは同じものです。チョークという言い方もありますね）

インダクタは、前回の写真でお見せしたくらいのものであれば完璧です。インダクタンスは50～200μＨくらいのものをいろいろ変えてやてみて、最良点を探します。
トランジスタは、スイッチング用またはDCコンバータ用といわれているもので、VCE 50V, IC3Aくらいのものを使用します。
MOS FETを使った方がよいかもしれません。

それと電源に、整流電源を使用するなら、基板の直近に1000μＦくらいのコンデンサを入れておいたほうがよいです。

やってみて、問題が出てきたらまた再質問してください。
状況を的確に説明することを、忘れないように・・・。

ガンバってください。

回答No.7

dojustice

「ピークで約300mA」は、インダクタに流れる「瞬間的な電流」で、出力電流とは無関係です。
しかしインダクタの大きさは、この瞬間電流に耐えられるものでないといけません。

下記の写真程度の大きさのコアに手巻きでエナメル線を巻いて数種類（50～200μＨ程度のもの）用意しておき、取り替えながら、最大の効率が得られるものを採用します。
http://page.auctions.yahoo.co.jp/jp/auction/75686919

秋月さんが、15Vかけてもまったく問題ない部品を使っているのに、何故、「1.5～15V」とかいう表示をしないのか、疑問に思っていたのですが、これは多分、本キットが1.5Vで最良の特性が出るように調整されているからだろうと思います。
したがって、6Vで使う場合、このままではかなり効率が悪くなることを覚悟する必要があります。

ただ、壊れる可能性があるのは、Tr（多分2SC1815）とインダクタくらいのものですから、数台も購入する必要はないと思います。
Trはもっと大きい電流が流せるものを用意した方が良いと思います。
（最初はとりあえずキットのまま、1.5Vで動作確認をする）

参考URL：

http://page.auctions.yahoo.co.jp/jp/auction/75686919

お礼

秋月電子さんに技術的質問として質問したのですが、1.5Ｖが最良の特性ではなく、それが構造上、最大だそうです。
コイルとインダクタなどが小さいからと・・・。
コイルとインダクタのみを、大きいもの（電流がよく流れるもの）に変えればいいのでしょうか・・・？

回答No.6

dojustice

>・・・これに入力電圧６Ｖで１２Ｖまで昇圧は可能でしょうか？

出力電流にもよりますが、可能と思います。
製作キットを見たところ、この程度で壊れそうな部品はないようですから、やって見るだけの価値はあるでしょう。
ただ、コイルをスイッチングすると、とてつもなく高い電圧が発生する可能性がありますから、負荷は必ずつないでやった方がよいでしょう。
なるべくなら、LEDとパラに、1kΩ～500Ωくらいの抵抗をつないでおく方が、安全でしょう。LEDだけだと、万一これを逆接した場合、開放と同じになります。
抵抗負荷は、電圧・電流が計測しやすいという利点もあります。

開放状態では、数十Vの電圧が発生する可能性がありますので、スイッチングトランジスタが電圧破壊される可能性があります。
また、感電にも気配りしないといけません。
コイルのスイッチングは大変コワ～～イことなのです。

（おことわり）
以下の記述は、質問に貼られた参考サイトの文面・写真から「推測」したものであり、わたしが現実にキットを入手・実測したものではないことをご了承願います。
実は、どなたかこれを実際に組み立てた方からのご意見・ご投稿がないかと待っていたのですが、なかなかきませんので、推測で申し訳ないのですが書き込みをさせていただく次第です。

キットには多分回路図があると思うのですが、これが見られませんので、代わりにwebサイトから探してきた「最も近いと考えられる」回路図を提示し、この動作と、キットとの違いをご説明します。
http://www.fsinet.or.jp/~tamuron/sw_led.htm

この回路は74HC14で発振回路を作り、この出力でTr 2SC3621をスイッチングしています。
このtrがONのとき、インダクタ（コイルのこと）3.3mHには電流が流れ、エネルギーが蓄えられます。
TrがOFFになると、このインダクタに蓄えられたエネルギーと電源電圧とが重畳してダイオードに流れ込みます。
インダクタに発生する電圧Eは
　　E=L dI/dt　
ですから、(1)インダクタンスＬが大きいほど、(2)流れ込む電流Ｉが大きいほど、(3)スイッチング時間tが短いほど（周波数が高いほど）、高い電圧が発生します。
これがスイッチングによる昇圧の原理です。

あと、100kΩVRと10kΩの抵抗、Tr2SC1815は、フィードバックで電圧安定化をはかる回路ですが、秋月のキットにはこの回路はないようです。（秋月キット→非安定）
また、キットにはダイオードも使われていないようです。（この回路図は平滑した直流出力 vs キットはパルス出力）
キットの発振回路には[LMC555]というタイマー用ICが使われています。
このICの最大入力電圧は15Vです。6Vくらいヘッチャラです。
http://www.national.com/JPN/ds/LM/LMC555.pdf

他の定数もキットとこの回路ではだいぶ違います。
それは、この回路図が10kHz以下のスイッチング周波数であるのに対し、キットの方は極めて高い周波数でスイッチングしているからです。（500kHzくらい？）

キットの写真から部品の説明します。
（上の写真）
(1)「整流ダイオ」の文字が見えますが、これは「整流ダイオードは使っていない」の一部ではないかと思います。理由は次の写真の基板上に見当たらないからです。
(2)「ス点灯」の文字が見えますが、これは「パルス点灯しています」と続くと思われます。パルス点灯ならダイオードと平滑回路（コンデンサ）は要りません。
(3)「周波数が約50」まで見えますが、これは「500kHz」ではないかと思います。理由は基板上のインダクタが（多分）100μＨであり、この場合50kHzよりも500kHzのほうが適しているからです。（高い周波数でスイッチングする方が高い電圧が得られる）

（中段の写真）
(4)ほぼ中央にLMC555があります。この左側にあるR2,R3,C2はICのピン6,7,8につながり、周波数、パルス間隔を決める抵抗・コンデンサです。(555のデータ参照)
(5)ICのピン3が出力端子で、右側にあるR1を通してTrのベースをドライブしています。
(6)Trの上にある抵抗みたいな形をしているのがインダクタ（コイル）と思います。100μHと読み取れます。

わたしの考えでは、このインダクタの形状だけが最大の不満です。
1.5V仕様でも、計算上約300mA（ピーク値）くらい流れるはずですが、この大きさでは、おそらく100mAも流せないでしょう。（→飽和＆発熱）
かなりの電圧降下が見込まれます。
このインダクタだけは、もっと大きな形状のものに取り替えることをお薦めします。

インダクタの選定はスイッチングにおいて最も重要です。
わたしは、こういう実験のために、十分な電流容量のある、いろいろな値のインダクタを手巻きで作って用意しています。
これを取り替えながら、最適な出力が得られるように調整します。（10,15,20μH,・・・1mHくらいまで・・13種類）

発振周期やDuty（パルスの通電時間比）も影響します。
これらを睨みながら最も効率よく出力できるポイントを探す努力が必要です。

厄介なのは、秋月キットはテスタで計れる「直流」でないことです。（のようです）
パルスですと、オシロで計測するしか手段がありません。
この問題を解決するには、参考回路図にあるようにダイオードと平滑コンデンサを入れて直流にした方がよいかもしれません。
更にフィードバック回路も加えれば、安定化させることができます。

とにかく変数が多く調整は大変です。
また出力についてですが、負荷がかかれば急激に電圧が下がることを覚悟しなければなりません。
6V入力で12V出るように調整で追い込んでも、4Vのときは8V以下になる可能性もあります。

参考URL：

http://www.fsinet.or.jp/~tamuron/sw_led.htm

お礼

難しいですね・・・。
今現在、LEDを１４個を２×７で、定電流ダイオードを２個並列して、１５mAから１６mAを出しているのですが、
これを全て（１４個）を１５ｍＡで点灯させようとすると、全て点灯させるには120mＡ必要な気がします。
バラに抵抗をつけると、乾電池というハードルがあって、消耗が激しいような気もします。
ピーク時300mＡでるなら充分なような気もします・・・（よく解りませんが）
とにかくありがとうございました。

回答No.5

dojustice

そうですね。
CRDのE153(15mA)の肩特性は、８ページの規格表によると、4.3Vで80%の電流率になる(15mA x 0.8 = 12mA）となっていますね。
http://www.semitec.co.jp/pdf/crd/crdALL.pdf

本題の回答は明日入れます。
楽しみにしていてください。

参考URL：

http://www.semitec.co.jp/pdf/crd/crdALL.pdf

回答No.4

dojustice

hiroさん
相変わらずガンバっていますね！

hiroさんの白色LED点灯へのトライは、最初の質問のときからずっとフォローしていますが、初めの頃に比べると、質問の仕方も、電気回路に関する知識も、ずいぶん進歩されたようで大変嬉しく思っています。

また、前回のわたしのアドバイスを入れて、回答者へのレスも的確に行われている点もうれしい限りです。

今、回答をまとめていますので、楽しみにして待っていてください。

その前に、お礼欄へ書かれた再質問に触れておきたいと思います。（各位ご回答がないので・・・）

(1)A1は「話が振り出し」ですね。
４セルで点灯するときは、6.0V（開始）から4.0V（終止）に下がっても、点くようにしておかなければなりません。
　　4.0-3.6=0.4V
　　6.0-3.6=2.4V
LEDの電流は2.4/0.6=4倍に変わります。
これはちょっと許容できないでしょう。
このことは、今までの質問を通じて、hiroさんにはすでにお分かりになっていることと思います。

(2)>音響用のアンプに電気を入力するって手・・・
面白いアイデアですね。
8Ω負荷で10W出せるラジカセは、定格負荷で9V,1.1Aの出力が取り出せます。
白色LEDを直列２灯、並列４４灯点灯できる能力があります。
また、負荷を開放に近い状態にすれば、この２倍の電圧が出ますから、直列４灯も可能です。
しかし・・・
　　1)常時この出力を取り出すために、どんな入力を入れておきますか？
　　（→マイクの前で大声でどなり続けるorマイクをつないでハウリングを
　　起こさせておくetc→OK）
　　2)出力は交流です。整流する必要があります。→LEDに並列にダイオードを
　　接続し逆方向の電流を流す。直列抵抗で電流制限をする→OK
　　3)効率が極めて悪いです。3.6Vx25mA=0.09W のLEDを点灯するために、何Wもの電力が必要です。
　　6Vの電池はたまりません。

3)が最大の理由でこのアイデアはお流れですね。
ただし、上記の2直列44並列を実行する気なら、悪くもないと思いますが・・・。

さて、最後になりましたが、A1さんの書き込みをよーく読んでください。
最初の３行は意味不明ですが（はっきり言って誤りと思いますが）、後段は重要です。
これだけの苦労をする覚悟がおありでしょうか？
よーくかみしめて読んでください。

お金はかけたくない、時間もかけたくない、電気回路を理解する努力もしたくない・・・ではどうにもなりません。
（お金をかけたくない、だけは誰でもそうですから、強くは言いませんが・・・(^_^;)）

ひとつ言い忘れました。
壊れたところで「たかが500円」、しれています。（プラス送料？）
壊すのを覚悟でやりましょう！！！
もちろん、「どこが壊れそうか」は、わたしがアドバイスします。

お礼

1）やはりできないですか・・・。もしかしてとは思っていたのですが。
電池の終止電圧は知っていたのですが、そこまで考えておりませんでした。
最大限使うには、やはり８Ｖくらい必要なんでしょうか。
ＣＲＤ特性の紙を親に間違って捨てられ、記憶でしかないのですが、４ＶくらいCRDにかければ15mAでるようだったので・・・。
５本だと、開始７．５Ｖで終止５Ｖ。CRDには４Ｖ～1.数Ｖ・・・？

アンプもよく考えたらそうですね。

＞お金はかけたくない、時間もかけたくない、電気回路を理解する努力もしたくない・・・

↑なんて思っていませんよ。ただ、毎月の小遣いが1000円で、あまりお金を注ぎ込めないんです。（預金を下ろせばいい話ですが・・・。

そうですね。壊す覚悟で2,3個買ってみることも考えておきます。
ありがとうございます。

回答No.3

tocoche

昇圧回路を用いたＬＥＤ点灯は平均電流を大きくできないので、ＬＥＤの性能いっぱいの明るさを引き出せず、手作りされたライトよりかなり暗くなると思います。（そうなるとＬＥＤの直列数を減らしてでも、明るさを確保したほうが良い。）

昇圧回路の発振部は電圧が変わっても、発振周波数やデューティー比があまり変化しないように作られているでしょうから、電圧が上がった分、コイルやトランジスタに流れる電流が大きくなるでしょう。　コイルをインダクタンスの大きいものに換えて調整するのが良いと思いますが、最適化するには回路を初めから設計できるだけの知識と技術を要します。
トライアンドエラーをしてでも作りたいならば、電池１．５ＶのままでＬＥＤの直列数を１つづつ増やしていき、コイルのフライバックや電流値を計測し、明るさを確認するのが確実です。（回路を壊したらローコストでは済まない。やってみて「やっぱりだめだ」ということになっても同じだけど）

お礼

そうなんですか・・・。難しいんですね・・・。
音響用のアンプに電気を入力するって手も考えたのですが、どうなんでしょうか・・・？数ミリアンペアしか上がらないかもしれないのですが・・・。

回答No.2

hana-hana3

ＬＥＤの規格や個数などが不明ですが、下記の回答を参考に計算してください。

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1189215
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1195632
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1354598
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1235483

参考URL：

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1354598,http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1235483

お礼

ありがとうございます。一つ僕の質問したのがありましたね^^;
参考にさせていただきます。

回答No.1

hana-hana3

＞白色ＬＥＤのライトを作ったのですが、

ライトを６Ｖ用に改造するほうが昇圧回路で消費する電力を節約できますし、コストも遥かに安くなると思いますが？

補足

その場合はどのようにしたらよいですか？