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ブラデカのコードレス掃除機に自動LEDライトを取り付け

1.まえがき
ブラックアンドデッカーのバッテリー式ハンディクリーナーを外部バッテリー仕様に改造し、さらに電圧計を取り付けて便利に使っています。このクリーナーにLEDライトが付くと便利だろうなーと、かねてから思っていたので、今回改造してみました。先に完成状態の写真です。

▼バッテリー掃除機に取り付けたLEDライト
バッテリークリーナーに付けたLED照明
吸い込み口の上の四角い箱が今回取り付けたLEDライトです。形が全然スマートではありませんが、結構実用的です。

2.点灯回路の検討
掃除機の運転時間はさほど長くないので、電池でLEDを点灯させても電池寿命はたぶん問題にはならないと思います。でも、せっかくクリーナー側に大容量のバッテリーがあるので、この電源を使うことにしました。

で、12Vだから白色LEDを4直列にして、ちょっと抵抗を入れておけば良かろう、と思ってやってみたのですが、全然ダメでした。クリーナーのモーターが廻っていない時は明るく光るのですが、モーターが廻ると電圧が下がるので、LEDがすごく暗くなってしまいました。

電圧計の表示で10.5Vくらいになっていたのでまあ当然の結果でした。というか、そんなことは実際にやる前から予想出来た話でした。

3.定電流点灯回路
ということで、電圧が下がっても明るさが変わらないようにするために、定電流回路を入れることにしました。また、クリーナーには電圧計の電源の自動ON/OFF回路があるので、電源はそこから取ることにしました。

▼回路図
バッテリークリーナー用LED点灯回路
右側のポリスイッチ以降の回路が今回追加した部分で、トランジスタを使った定電流回路になっています。R6の電圧が約0.6V以上になると、Q2がONになってQ3がOFFになるので定電流になる仕掛けです。
参考:LED一つの状態でシミュレーションした結果はこちら。

実際の回路を測定してみると、R6の電圧は0.56Vでした。つまりLEDの合計電流は56mAで安定化されていることになります。また、電源電圧が10V程度まで下がっても定電流特性を維持できていました。

あと、バッテリーの電流供給力は凄いので、安全のためにポリスイッチを入れておきました。

4.製作
▼LEDと定電流回路の基板
LEDと点灯回路
ゴミ捨ての時に掃除機のヘッド部を取り外す必要があるので、5mm/2.1mmのDCジャックを経由して電源供給するするようにしました。使ったLEDは5mmの高輝度白色の砲弾型で、照射角15度の物で。これを回路図のように3直列の3並列に接続しています。

▼配線面
LEDと点灯回路(配線面)
FETは少し発熱するので、ドレインのパターンに薄い銅板をはんだ付けして放熱を助けてやっています。まあ、発熱すると言っても、200mW程度なので、ここまでやらなくても良いのですが、場所が空いていたのでちょっと遊んでみました。

▼ケース
ケース
このあいだ aitendo に行った時に買っておいたプラケースで、サイズは厚さ17mm、幅70mm、奥行42mm.。フタがパチンと嵌るタイプの物です。これを加工して、LED が露出するようにしました。

▼取り付け
ランプケースをクリーナーに取り付け
ケースに基板をホットボンドで固定し、ケースはクリーナーに両面テープで取り付けました。

5.完成
▼光らせている状態
LED点灯
クリーナーの運転に連動して照明が点灯。クリーナーを OFF にしても約20秒間は光ったままなので便利です。また、電圧チェックボタンを押しても LED が点灯します。

また、定電流回路が入っているので、モーターやバッテリーの状態によらず、LED の明るさは一定です。なお、モーター起動時にはの電圧低下のために LED が一瞬暗くなりますが、すぐに回復します。

▼掃除中
使用状態
クリーナの前方を浅い角度で照明するので、ゴミが見易いです。

▼延長ノズルを使用
延長ノズル
クリーナーに内蔵されている延長ノズルを出した状態です。期せずして、ノズルの先端と光の中心がほぼ一致したのはラッキーでした。

6.まとめ
使ってみるととても便利です。これならもっと早く作ればよかったです。LED ライトの消費電流からすれば、バッテリーの容量はほぼ無限大なので、電池切れを気にしなくて済みます。

機能的には問題無いのですが、ランプハウスの形が四角形で不格好なのが残念な点です。もっと無駄を省いたすっきりしたデザイン。例えば、先端に向けてテーパー状に薄くし、横幅も出来るだけ絞ったケースを作ることが出来れば最高です。実はプラ板を切って接着して、そういうケースを作ることも考えたのですが、面倒そうなので止めました。3D プリンターとかあれば格好良いケースが作れるのでしょうね。まあ、それ以前に3D でモデリングするスキルを身に付けないといけないのですが、、

久しぶりに秋葉原でショップめぐり

久しぶりに秋葉原に行ってきたので様子についてレポします。なお、行ったのは2019年4月12日(金曜日)の午後です。

御徒町方面から行ったのでまずは aitendo へ向かいました。ところで aitendo が入っている建物の反対側のビルの1階にあった、シュミットという天体望遠鏡の店が無くなっていて、その後には遊舎工房という店が入っていました。

▼遊舎工房
遊舎工房
自作キーボードと工作スペースの店だそうです。

aitendo に行って細々した物を買いました。最近は AliExpress で買うことが多く、あそこと比べると全体的に高いなーと言う印象ですが、まあ現物を手に取って確認出来るのは有難いです。

ちなみに、最近工作によく使っている 0.96 インチの OLEDグラフィックディスプレイが、aitendo でどんな売られ方をしているか興味があったので店内を探してみました。でも、インターフェイスボードに 3.3V のシリーズレギュレーターが乗っている物は見当たらず、シリーズレギュレータ無しの物、つまり電源電圧 3.3V の物しか見当たりませんでした。

これ、店頭で現物を見ることが出来るので、基板にシリーズレギュレーターが載っていないことが判りました。でもネットショップだとここまでは判らないと思います。あと、これネットショップでは動作電圧 3-5V と書いてある物と同じだと思うのですが、これに5Vかけるとヤバイです。

aitendo の後は秋月方面へ行ってあれこれ買い物。

▼マルツ秋葉原2号店が無くなっていた
マルツ秋葉原2号店
まだ看板は残っていますが、閉店になっていました。秋月に無い物が近所のこの店にはあったりするので、重宝していたので残念です。マルツの本店へいけばいいのですが、どこにあったっけ。まあマルツなら調布の電機大前のセブンイレブンに行けばいいのですが。

ラジオデパートを覗いてみると、ここはいろいろ変わっていました。

▼ラジオデパート
東京ラジオデパート

なんと 2F のエスカレーターの先にあった、マルカ電機が無くなっていました。

▼マルカ電機のあった場所
マルカ電機の場所が、、
CCコネクトという店に変わっていました。

マルカ電機の前を通ると、ペヤングソース焼きそばを思い出していたのは私だけか?なお、ペヤングの会社は、ひらがなで「まるか食品」なので念のため。

2Fには明和電機が開店していました。

▼明和電機
明和電機

明和電機
コーポレートカラーのあの色褪せたコバルトブルーで統一しているあたりは流石です。第三者用の展示販売スペースもあるようですが、ここに出店するには相応のインパクトが必要なんでしょう。

▼店内の案内看板
ラジオデパート案内板
マルカ電機の名前は無くなっていて、明和電機の名前が書かれています。あと、地下に真っ赤に塗られた怪しいプレートがありますが、それは、、

▼秋葉原最終処分場
地下に向かうエスカレーターの先に、こんなすごい名前の店が出来ていました。秋葉原最終処分場のホームページ秋葉原最終処分場。 さんのツイッター
なお、営業日時などは上記サイトで要確認。
秋葉原最終処分場

秋葉原最終処分場

ジャンクはグレード分けされていて、電源入ったとか、液晶割れとか、短いコメントが書かれています。場所柄、店の人の目利き力には期待出来そうです。

◆まとめ
そんなことで、久しぶりの秋葉原を堪能してきました。行くたびに少しずつ変わってますね。あと、これが平成最後の秋葉原訪問になると思うと感慨深いものがあります。

CMOS シリーズレギュレーターの種類と特性

1.まえがき
0.96インチ OLEDのインターフェイス基板を調べてみると、3.3Vのシリーズレギュレーターが搭載されていて、電源電圧は 5V から 3.3V まで使えるようになっていました。こういう使い方をするためには、入力電圧が 3.3V を下回ってもそのまま使えるレギュレーターが必要です。

また、このOLED モジュールをスリープさせた時の消費電流を実測してみたところ、7.66μAでしたが、そのうちシリーズレギュレーターの消費電流はたった 1μA程度で済んでいるようです。

この OLED に使われているシリーズレギュレーターには662K とマーキングされているので、TOREX社の XC6206 ではないかと思われますが、知らない間にシリーズレギュレーターの性能はすごく良くなっているみたいです。

そんなことで、CMOS のシリーズレギュレ-ターについて調べてみました。

ちなみに、ストックしているシリーズレギュレーターを引っ張り出してみたらこんなにありました。
シリーズレギュレーター
3 端子レギュレーターと呼ばれていた頃の古い仕様の物、LDO な物、CMOS などいろいろあります。

2.CMOS シリーズレギュレーターの解説資料
ネットを調べるといろいろ出てきますが、
TOREX社のアプリケーションノート:電圧レギュレータの基礎知識という資料がとても判り易く解説されていました。

この資料は CMOS のレギュレーターについて解説されていますが、私なりにポイントを整理すると以下のようになります。

1) デバイスの性能向上で、制御素子の Pch MOS FET の ON抵抗が下がり、飽和電圧も小さくなっている。
2) 耐圧を求めると飽和電圧が上がり、無負荷時消費電流(Iq)も増える。つまり無駄に高い耐圧のデバイスを使うのは良くない。
3) リップルが問題になる時は高リップル除去率の物を選ぶ。
4) CMOS回路では、バイポーラのバンドギャップリファレンスのような正確な基準電圧を作るのが難しい。そこでトリミングで希望の電圧に調整している。

なるほど、1) 2)項はパワーFET の選定の話と同じです。消費電流を下げることを追求した副作用で、応答速度が悪化したので、3)項の高リップル除去率の製品が必要になっている、という感じではないかと思いました。

あと、話はちょっと別の方向にそれますが、ATmega328 の CPU の内部Vref 電圧の精度が±10%と、嘘みたいに悪いのは4) 項のような事情が背景にあったんですね。

この記事の最初で話題にした、OLED に入っているシリーズレギュレーターの XC6206 は、TOREX の資料にも出て来て、耐圧6Vなので、入力電圧5V用の製品みたいです。どおりで消費電流(Iq)がすごく小さい訳です。

ちなみに、この資料にも出て来る XC6202 の手持ちがあったので、特性をちょっと測ってみました。

3.XC6202の静止時消費電流の測定 (XC6202のデーターシート
XC6206の測定
静止時(無負荷時)消費電流を測っている様子です。出力が発振などしていないか確認するためにオシロを接続しています。入力電圧を変化させると、5V以上で出力電圧がクランプされて安定化されている様子が良く判ります。なおこれは5V出力の物 (XC6202P502) です。

静止時消費電流 Iss (Iq)
XC6206のIq
データーシートによると、Iq はTyp. 10μA、Max. 24μA となっていますが、実測では 5.6μAでした(当然ですが、オシロの10MΩプローブを接続すると0.5μA増えます)。

4.XC6206 XC6206のデーターシート
次にOLEDに使われている XC6206 を調べます。これは6V耐圧の品種です。ただ、この素子の手持ちは無いのでデーターシートで特性を見て行きます。なお、3.3V のグラフは無いので、近い値の 3.0V のグラフを TOREXのデーターシートから抜粋しました。
入出力電圧特性 消費電流特性
左が入力電圧に対する出力電圧で、指定の電圧で安定化され、それ以下ではドロップアウト電圧分だけシフトして入力電圧に追従しています。
右は入力電圧に対する素子の消費電流で、電圧の安定領域では消費電流は1μAと極めて小さな値です。安定領域の下側(左側)では消費電流が急増しているので注意が必要ですが、それでも最大で14μA程度です。

5.まとめ
電池で動かしていて消費電流を出来るだけ小さく抑えたい場合、CMOSシリーズレギュレーターを使わない手は無いでしょう。その場合、用途別に最適な物を選択すると、より効果的です。

例えば 3.3V に降圧する場合、入力電圧が 3.3V を下回ってもそのままスルー状態で使えるので、電池の容量を限界まで使うことが出来るはずです(この場合、消費電流が若干増えることに注意)。なお、バイポーラのレギュレーターでもこういう特性の物はありそうですが、消費電流が1桁以上大きくなると思います。

ちなみに、電池で動かすアナログ表示の気圧計(LPS25H)では電池3本の4.5Vを3.3Vに降圧するためにXC6202を使っています。しかし、ここにもしXC6206を使っていれば、もっと省電力することが出来ていたことが、今になって判りました。

XC6206 は SMDパッケージの物しか手に入らないようです。でも効果を考えると実装が面倒などと言ってはいられないです。それに、もっと新しい素子も出ているようです。また、SMDパッケージならピン数の制約が緩くなるので、スタンバイ機能なども使い易くなると思います。
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