2017年02月26日

照明器具製作 第2回:試作1台目の試験結果

はじめに

前回は作成した照明器具の試作を紹介しました。今回はその照明器具が正しく動いているか試験した結果を述べます。
知りたいことは主に4つです。
  1. 順電流や順電圧は設定通りの値か
  2. 適正な電源電圧はどれくらいか
  3. 電力の効率を良くするにはどうすればいいか
  4. 放熱は十分か
1〜3番のことを知るために電気的特性の試験、4番を知るために温度変化の試験を行いました。
 

目次

 

1. 電気的特性の試験結果

試験の結果から得られたことを先に述べると、下記のようになります。
  1. 順電流や順電圧は設定通りの値か→順電流100[mA]以上ならばほぼ設定通り
  2. 適正な電源電圧はどれくらいか→6[V]以上かつ、順電圧の合計+1[V]以上ならば良い
  3. 電力の効率を良くするにはどうすればいいか→LEDの数は3つとし、順電流を100[mA]以上とする
電気的特性の試験結果の結論は上記の通りなので、これからは結果について細かく述べます。面倒な方は飛ばしてください。
 
 
前回作成した回路は図1の通りです。LEDドライバーの型番はCL6807です。
 
Feb19_回路.png
図1 試作機の回路
 
行った試験は表1から表4の4種類です。それぞれの概要は下記の通りです。
  • 表1:LED 1個 Rs=0.320[Ω]固定 Vを変化
  • 表2:LED 2個 Rs=0.320[Ω]固定 Vを変化
  • 表3:LED 3個 Rs=0.320[Ω]固定 Vを変化
  • 表4:LED 1個 Rsを変化 V=9.0[V]固定
特に観察すべき点はこのような点です。基本的にはある値を変えたときに順電流の誤差や電力効率がどう変化するかを確認します。
  • Vを変化させたときにΔIf、ηはどのように変化するか(表1〜表3)
  • LEDの数を変化させたときにΔIf、ηはどのように変化するか(表1〜表3)
  • Rsを変化させたときにΔIf、ηはどのように変化するか(表4)
表に使われている記号の意味を下記に示します。
V:入力電圧[V] I:入力電流[A] Rs:電流設定抵抗[Ω] Vf:LED順電圧の合計[V] If:LED順電流[A] If':LED順電流設定値[A] ΔIf:LED順電流[%] Pin:入力電力[W] Pout:出力電流[W] η:電力効率[%]
(If'[A]=0.1/Rs[Ω] ※LEDドライバー CL6807データシートより) 
(パワーLEDの順電圧標準値は3.3[V])
 
表1 電気的特性試験結果1(LED 1個 Rs=0.320[Ω])
V[V] I[A] Vf[V] If[A] If’[A] ΔIf[%] Pin[W] Pout[W] η[%]
5.0 0.254 3.25 0.304 0.313 -2.8 1.27 0.99 77.8
6.0 0.213 3.30 0.313 0.313 0.1 1.28 1.03 80.8
7.0 0.185 3.30 0.320 0.313 2.3 1.30 1.06 81.5
8.0 0.164 3.30 0.325 0.313 3.9 1.31 1.07 81.7
9.0 0.147 3.30 0.329 0.313 5.2 1.32 1.09 82.1
10.0 0.135 3.30 0.332 0.313 6.1 1.35 1.10 81.2
11.0 0.124 3.35 0.335 0.313 7.1 1.36 1.12 82.3
12.0 0.115 3.35 0.338 0.313 8.1 1.38 1.13 82.1
15.0 0.094 3.35 0.347 0.313 10.9 1.41 1.16 82.4
18.0 0.081 3.40 0.356 0.313 13.8 1.46 1.21 83.0
 
表2 電気的特性試験結果2(LED 2個 Rs=0.320[Ω])
V[V] I[A] Vf[V] If[A] If’[A] ΔIf[%] Pin[W] Pout[W] η[%]
7.0 0.270 6.45 0.268 0.313 -14.3 1.89 1.73 91.5
7.5 0.295 6.60 0.306 0.313 -2.2 2.21 2.02 91.3
8.0 0.272 6.60 0.304 0.313 -2.8 2.18 2.01 92.2
8.5 0.258 6.60 0.306 0.313 -2.2 2.19 2.02 92.1
9.0 0.246 6.60 0.308 0.313 -1.5 2.21 2.03 91.8
10.0 0.225 6.60 0.313 0.313 0.1 2.25 2.07 91.8
11.0 0.208 6.60 0.317 0.313 1.4 2.29 2.09 91.4
12.0 0.194 6.60 0.320 0.313 2.3 2.33 2.11 90.7
15.0 0.162 6.70 0.331 0.313 5.8 2.43 2.22 91.3
18.0 0.140 6.70 0.340 0.313 8.7 2.52 2.28 90.4
 
表3 電気的特性試験結果3(LED 3個 Rs=0.320[Ω])
V[V] I[A] Vf[V] If[A] If’[A] ΔIf[%] Pin[W] Pout[W] η[%]
10.5 0.342 10.00 0.345 0.313 10.3 3.59 3.45 96.1
11.0 0.282 9.80 0.302 0.313 -3.4 3.10 2.96 95.4
12.0 0.262 9.85 0.304 0.313 -2.8 3.14 2.99 95.2
15.0 0.219 9.95 0.315 0.313 0.7 3.29 3.13 95.4
18.0 0.190 10.00 0.324 0.313 3.6 3.42 3.24 94.7
 
表4 電気的特性試験結果4(LED 1個 V=9.0[V])
I[A] Rs[Ω] Vf[V] If[A] If’[A] ΔIf[%] Pin[W] Pout[W] η[%]
0.0065 10.000 2.65 0.0155 0.010 55.0 0.06 0.04 70.2
0.0101 5.000 2.75 0.0255 0.020 27.5 0.09 0.07 77.1
0.0143 3.333 2.80 0.0367 0.030 22.3 0.13 0.10 79.8
0.0180 2.500 2.80 0.0466 0.040 16.5 0.16 0.13 80.5
0.0411 1.000 2.95 0.105 0.100 5.0 0.37 0.31 83.7
0.0909 0.470 3.15 0.213 0.213 0.1 0.82 0.67 82.0
0.137 0.320 3.30 0.310 0.313 -0.9 1.23 1.02 83.0
0.148 0.301 3.35 0.330 0.333 -0.8 1.33 1.11 83.0
 
結論はすでに述べていますので、他の所感を述べていきます。
  • Vが一定値以上であればVを変化させてもVfやIf、ηへの影響は大きくはない(表1〜表3)
  • VはVf+0.5[V]でもLEDは点灯するが、動作が不安定になる(表2〜表3)
  • Vfはある程度大きい方が効率は良い。(表1〜表3)
  • 順電流が100[mA]未満だと誤差が大きく、効率も悪い(表4)
LEDドライバー CL6807を使われる方がいれば、参考にしてください。
 

2. 温度変化の試験結果

パワーLEDの放熱機構は図2のように、放熱基板付き1WパワーLEDとヒートシンクを組み合わせています。
 
P2290196_web.jpg
図2 パワーLEDの放熱機構
 
上図のパワーLEDを動作させたときの温度変化が図3です。測定時はエアコンなどの空調は止めているので無風状態です。
 
2017-02-25.png
図3 温度変化の試験結果
 
図3から室温10℃に対して、LED1は29℃なので室温+19℃、LED2は27℃なので室温+17℃だと分かります。ですので、図2の放熱機構だと温度上昇は室温+20℃以内に収まることが分かります。
夏場の暑い時期を想定して室温35℃だとすると、パワーLEDの温度は55℃くらいでしょうか。パワーLEDの最大動作温度は100℃ですので、55℃であれば問題はなさそうです。ただ、人の手などが触れないように保護する必要はあると思います。
 

おわりに

照明器具試作機の試験を行ったことで、電力効率の良いパラメータや温度上昇幅が分かりました。照明器具の回路はRs=0.320[Ω]、LEDの数を3つとする予定なので電力効率95%で動かせそうです。また放熱機構にも問題はなさそうです。
これで試作の試験結果の説明は終わりです。次回は回路基板を作成したら更新する予定です。
 

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posted by ました at 12:25| Comment(0) | TrackBack(0) | 電子工作の実践 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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