4A_携帯電話用の充電器のケースに、LEDを4個入れる

単四3本使用の携帯電話用の非常電源ケースを使い、 単三3本と単四3本なら、大きさ、重量でほぼ半分になるのかを考察。
電池のみの幅は、43.5mmと31.5mm
電池のみ重量は、57〜70gと27〜33g
マンガン電池よりアルカリ電池の方が少し重い。

定電流化完成。動作良好です。

ケースに合わせて、基板と部品を考察する。

基板は、固定方法を考えて形状を決めます。 今回ははめこんだだけで、ビス止めは無しです。
上のカバーは、LEDの窓と、スイッチの窓を加工します。 LEDの窓は少し外側へ広げます。
上部のスイッチ側は、全体に大きくします。 部材が小さいので、割らないように注意が必要です。

ケースは3個に分解できます。
最初に、下ケースの電話器とつなぐコネクターを外します。半田個所2箇所。
上のカバーの窓をカッターナイフで切り取り、ここからLEDを発光させます。 左右は少し広げます。
つまり、光線はケースに対して直角に出ます。 ポケットに入れて、頭を上に出すと、前方を照らします。
LEDを4個使う事にして、基板の形状を考え、加工します。 下ケースの当たる個所は充分注意して、加工します。
回路はLED2個とスイッチ1個を1回路として2回路使います。 スイッチ、LED、抵抗器など、必要な部品を調達します。 スイッチの足は直角に曲げて、基板から出した線に半田します。 つまり、足が短いので継ぎ足します。



LEDとスイッチの間が狭いので、LEDのベースが当たる所を少しきります。
回路は、中央の2個と外側の2個に分けてスイッチへ接続します。
スイッチのつまみ位置は、間隔が狭いとき、断です。 つまり、上からつまみを摘んだ時に消灯します。
電池との接続に注意して配線します。右の絵の右側の上が+側です。

完成です



完成です。LED4個がうまく収まりました。

スイッチの部分も何とか収まりました。

長さが短いので、ポケットへ入れても、 うまい具合にはポケットからは頭が出ません。

電流の実測値はLED4個で90mAでした。

当初の希望道理か?

最初の考察道理出来あがったかの検証です。
共に、画像左:単四3本利用の懐中電灯、画像右:単三3本利用の懐中電灯


単四3本利用の懐中電灯単三3本利用の懐中電灯
形状 78(長)×35(幅)×16.5(厚み)mm 72(長)×48(幅)×19(厚み)mm
体積45045立方mm65664立方mm
重量55g100g
現物の見かけは、半分くらいかなと見えるが、実際には2/3が正解か?

回路図と消費電流です

LEDを2個づつに分け、スイッチで点灯を切替えた。

消費電流は4個点灯時のものです。

これを見ると電池電圧が下がると、随分電流も下がるのが解るが、 人間の目は誤魔化せるので、多分3.5Vになっても使用に耐えるでしょう。

定電流化を考察です

上記の表に示すとうり、電流が電圧の降下で低下するので光度が下がります。
これを電池電圧が3.5Vまで同じ光度を保つように考察します。
回路はオペアンプを使うと簡単ですが、基準電圧を作るのが課題です。
FETに電流を流すと定電流になるのでこれを使います。抵抗値で調整をしました。

スイッチは電源スイッチを1回路と、 輝度を落とすモードにする切替えスイッチを1個の計2個です。

回路の動作は、トランジスタのエミッタ側の1Ωの抵抗の両端の電圧が、 オペアンプの+側の電圧と等しくなるように、常にトランジスタをドライブします。 LED2個分の電流はトランジスタを通り1Ωの抵抗に流れます。
オペアンプの+側の電圧を40mVにすれば、 1Ωの電圧も40mVになります。
1Ωの抵抗に40mAを流せば40mVです。 この様にしてLEDには2個で40mA流れます。
オペアンプの+側の電圧は100Ωの両端の電圧です。 100Ωと22Ωをパラレルに接続すれば、 (100×22)/(100+22)=18Ωです。 この両端の電圧は7.2mVです。
同じ回路が2回路ありますので、通常は80mA、 モードを切り替えると14.4mAです。

完成です


基板を外し、回路を組込みます。左から、上から、横から、裏側です。
部品が多くて大きいので、足を2本まとめて差し込んだり、苦闘の跡が偲ばれます。
何処にも部品の頭が当たらないように高さに注意して作ります。
LEDの底部と基板上に、反射塗料を塗りました。
雲母マイカと アルミニュウム粉末が入っているマニキュアを100円で手に入れ塗ります。

回路が動いたら完成です。元の場所に収めます。 さて、動作電流はどうなるか、楽しみです。

消費電流です

定電流化が考察道理出来あがったかの検証です。 定電流化完成。動作完璧です。

左端のHは通常の電流。Lは低消費電流の時です。 スイッチで光度が切替えられます。
これを見ると、電池電圧4.5Vから3.5Vまで定電流であり、 最初の考察道理に出来あがったことが解ります。 Lの場合は、3.0Vまで同じ光度を保ちます。
Lの時の電流値を45mAに設定すれば、電池電圧が3.2Vの時に、 同じ光度になり、明るさを切替えても光度が変化しなければ電池の交換時期です。 と言う使い方も出来ますが、低消費電流とは言えず、どうするかは課題です。

画像の色が前半と後半で違うのは、照明とカメラが共に違う為です。
明るさは、400Lux(25cm)でした。