2017年06月25日

照明器具製作 第4回:パワーLEDについて1(普通のLEDとの違い、放熱)

はじめに

前回は作成した2台目の照明器具についてざっと説明しました。今回から照明器具についてもう少し詳しく説明していきます。今回作成した2台目と以前作成した1台目は回路や部品など共通点が多いですので、1台目の記事も参考にしてください。
今回説明するのは光源のパワーLEDについてです。
 

目次

 

1. 普通のLEDとの違い

照明器具の光源に使用しているパワーLEDは秋月電子で購入したOptoSupply製の放熱基板付き1W電球色パワーLED(型番:OSM5XME1C1S 秋月電子通販コード:I-04036)です。パワーLEDと普通のLED(型番:OSDR3133A 秋月電子通販コード:I-00562)と並べてみたものが図1です(使用済みの部品なので半田跡があったり足が曲がったりしています)。外観状の大きな違いとしてはパワーLEDの方は放熱基板が付いています
 
P2290722.jpg
図1 パワーLED(左)と普通のLED(右)の外観
 
さて、パワーLEDは普通のLEDと何が違うのかというと、簡単にいうならパワーLEDは消費電力を増やして、その分明るくしたLEDです。パワーLEDと普通のLEDの主な仕様を比較したものが表1です。各値はデータシートの標準的な値を採用しています。
 
表1 パワーLEDと普通のLEDの仕様比較
  順電流 順電圧 明るさ
パワーLED(OSM5XME1C1S) 350m[A] 3.3[V] 75[lm]
普通のLED(OSDR3133A) 20[mA] 2.0[V] 500[mcd]
 
表1からそれぞれのLEDの消費電力を求めるとパワーLEDは約1.2[W]普通のLEDは約40[mW]と大きく異なります。明るさはそれぞれの単位が異なるため直接比較することは出来ませんが、パワーLEDの方が圧倒的に明るいです。
このようにパワーLEDは消費する電力が多く、その分明るいLEDです。そしてパワーLEDは普通のLEDよりも消費電力が増えたことで放熱が必要になったり、順電流制御が必要になります。
 

2. 放熱

普通のLEDなら消費電力が少ないので放熱が必要になるほど発熱はしません。ですが、パワーLEDだと消費電力が多いので発熱も大きく、放熱が必須です。
購入した1WパワーLEDは図1で分かるようにすでに放熱基板がついています。ですがこの放熱基板は半田付けや別の放熱器を取り付けやすくするためのものですので、この放熱基板だけでは放熱が不十分です。
 
ということで、パワーLEDの放熱基板にさらに別の放熱器を取り付けます。使う放熱器は16×25×16mmの大きさの放熱器(型番:16PB017-01025 秋月電子通販コード:P-05053)です。これだけだと取り付けが出来ないので熱伝導両面テープ(秋月電子通販コード:P-00516)も使用します。それぞれの部品の外観を図2に、取り付けた様子を図3に示します。熱伝導両面テープは適切な大きさに切って使います。
 
P2290723.jpg
図2 熱伝導両面テープ(上)とパワーLED(左下)と放熱器(右下)の外観
 
P2290726.jpg
図3 放熱器に取り付けたパワーLED
 
この組みあわせで放熱に問題が無いかどうかを確認します。パワーLEDのデータシートに熱抵抗ごとの周囲温度と順電流特性のグラフがあったので、これを使います(図4)。ちなみに熱抵抗とは温度の伝わりにくさを示す値のことです。この値が大きいほど熱が伝わりにくく、小さいほど熱が伝わりやすいです。ですので熱抵抗の値が小さいほど放熱能力が高いです。
 
2017-06-24.png
図4 周囲温度と順電流特性(OSM5XME1C1Sデータシートより)
 
作成する照明器具は室内で使おうと思っているので想定される周囲温度は高くても40℃程度です。ちょっとマージンを多めに取って周囲温度が60℃でも順電流に影響がないようにしたいです。図4から熱抵抗が45[℃/W]以下なら周囲温度が60℃でも順電流に影響はなさそうです。
使用する放熱器の熱抵抗はデータシートから20.0[℃/W]です。熱伝導両面テープの場合は熱伝導率から熱抵抗に換算しないといけないのですが、とりあえず約1[℃/W]とします。この組みあわせの場合熱抵抗の合計は21[℃/W]ですので45[℃/W]以下の値となり、放熱能力に問題はなさそうです。
また、以前の記事で温度試験は行っており、この放熱器だと温度上昇幅は室温+15℃〜+20℃ということが分かっています。
 
2017-02-25.png
図5 温度試験結果
 

おわりに

今回の記事をまとめるとこのようになります。
  • パワーLEDは消費電力が多くて明るいLED
  • パワーLEDは発熱するので放熱が必須
これ以外に重要な点として順電流が大きいという違いがあるのですが、それについてはまた次回説明します。
 

参考資料

  1. "パワーLED 基礎と定電流装置製作編". サイト名:マルツパーツ館 パーツまめ知識. https://www.marutsu.co.jp/contents/shop/marutsu/mame/194.html, (参照日:2017-06-25)
  2. "熱抵抗". サイト名:最新アナログ基礎用語集 . http://www.tij.co.jp/lsds/ti_ja/analog/glossary/thermal_resistance.page, (参照日:2017-06-25)
 

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2017年06月19日

オーディオ機器の作成

照明器具製作の記事が途中ですが同じ物ばかりを扱うというのも退屈なので、気晴らしに自作オーディオに手を出しました。といっても本格的にやろうとなると知識やらお金やらが必要なので、安い部品を中心に作ってみました。
 
P2290707.jpg
 
主な部品はスピーカーボックスがFOSTEX製のP800-E、スピーカーユニットが東京コーン紙製作所製のF77G98-6、D級アンプがDIODES製のPAM8408です。
 
P800-E_02.jpg
スピーカーボックス P800-E
 
P-06275.jpg
スピーカーユニット F77G98-6(秋月電子通販コード:P-06275)
 
I-09160.jpg
D級アンプ PAM8408(秋月電子通販コード:I-09160)
 
PAM8408を使うために必要な部品は非常に少なく、ただ鳴らすだけなら電源ラインのパスコンと音声ラインのカップリングコンデンサがあれば動きます。
 
2017-06-19.png
PAM8408標準回路(PAM8408データシートより)
 
とりあえず音が鳴るかどうかを確認したかったので、上記のデータシート通りにパスコンとカップリングコンデンサだけを付けて回路をブレッドボード上に実装しました。下記の図の右側のICがPAM8408です。左側の抵抗器はステレオーモノラル変換のために追加したものです。
 
P2290705.jpg
 
部品も少なく実装もブレッドボード上と簡易的なものですが、この組みあわせできちんと音を鳴らすことが出来ました。この状態でもそれなりの音量で鳴らすことは出来ますが音源側の音量を上げないといけないので、PAM8408の前段に増幅回路を追加しようと思います。
 

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2017年06月12日

Sony toio

Sonyがtoioという知育玩具を発表しました。toioは動くブロックをコントローラーやプログラムで操作し、そのブロックは飾り付けをすることが出来るというおもちゃです。
 
 
toioを動かすプログラムは自作するのではなく、toioカートリッジというものに入っているすでに作られたプログラムを使うようです。なのでtoioを動かすためにプログラミングが出来る必要はなく、対象としているのは子供です。toio本体がゲーム機でtoioカートリッジがゲームソフトみたいなイメージでしょうか。
 
今のところ用意されているtoioカートリッジはtoio collectionと工作生物ゲズンロイドの2つです。私は工作生物ゲズンロイドがとても面白いと思いました。ゲズンロイドはブロックに紙で外装を付けただけなのにとても生き物らしく動きます。
 
 
 
最近Sonyはこういう知育玩具に力を入れているなーって思います。toio以外にもアイコンを使ってプログラミングしてLEDやセンサーなどが入ったブロックを動かすMESHや、ブロックやプログラミングでロボットを作るKOOVなどがあります。
 
 
 
こういう風に今まであまりなかったような製品が出てくるのを見ていると、なんだかんだでソニーはクリエイティブな風土なんだろうなーって思います。
ただ似たようなコンセプトの物がバラバラで出てくるのもソニーっぽいなーって思います。個々の技術者というかプロジェクトが好き勝手にやってまとまりがないというか……。
 
toioの価格や購入についてですが現時点では予約販売を受け付けており、予約分は11月下旬に届くようです。予約以外の販売は12月1日から始まるようです。
ゲズンロイドは気になりますがtoio本体とtoioカートリッジを合わせて買うと3万円くらいになるのでちょっと手が出ないかな……、という感じです。
 
そのうちArduinoとモーターを組み合わせてでこういう生き物っぽいロボットを作れたらなと思います。
 

 
 

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