電気二重層コンデンサ式常点灯回路(シンプル版)

みなさん、こんにちは。

以前、冷や水鉄道さんで電気二重層コンデンサを使用した常点灯回路を実用化中との記事を元に、私も実験してみた回路(LEDドライバIC使用)をこの一連のブログの最初の方で記事にしました。ただ、複雑だったのと、直流電源ではちらつきが多少残っていて、完璧ではありませんでした(PWM電源なら性能発揮)。その後、気になっていたので、冷や水鉄道さんで最初に記事にされていた回路を私も実験してみて、どうせ制約がある(最初だけ、点灯する前にM車が動きだす)ならむしろシンプルにしてはどうかと、実験してみました。

回路は、以下のようになります。
電気二重層コンデンサ-シンプル版.png
最初は、RではなくCRD(15mA)を使用して試してみましたが、暗くてとても15mAも流れているようには見えないので、テスターを挿入して電流を測定したところ、約7mAしか流れていませんでした(テスターの内部抵抗で、電流値が小さくなっている可能性もあり)。ちなみに、三端子レギュレータ(U)の出力は、5.0V、ショットキーバリアーダイオード(SBD)では、約0.3Vの電圧降下があるので、電気二重層コンデンサには4.7Vがかかっています(充電状態)。一方、CRDのデータシートを見ると、安定して15mA流すには4~5V必要なようで(Vp=4.3V)、必要な電圧が不足しているようです。データシート上で、7mA流れていることから逆に電圧を推測するとCRD部分は2Vぐらいのようです。4.7VしかないところでCRDで2Vを食われていると、LED側は3Vよりも低い電圧しかかかってないようです。

そこで、CRDではなく、抵抗を使用することにしました。電圧は電気二重層コンデンサ出力で最大4.7Vなので、LEDの電圧を3.2Vとすると、4.7-3.2=1.5Vなので、15mA流すとして、抵抗は1.5V÷15mA=100Ωとなります。これで実験回路を試作しました。実際には100Ωの抵抗の手持ちが無かったので、39+39+20=98Ωの合成抵抗を使用しました。実際の回路で測定したところ、電気二重層コンデンサ出力:4.69V、LED部:2.97Vなので、抵抗(LED)を流れている電流は、(4.69-2.97)V÷98Ω=約17.5mAとなります。

上の実験回路の簡単な説明ですが、ブリッジダイオードはSBDです。少しでも点灯電圧を下げるためです。三端子レギュレータも、少しでも点灯電圧を下げるために、入出力電位差の小さいモノを選定しました(LP2950L-5.0V、秋月電子(I-08750、¥20))。なお、三端子レギュレータは出力電流でパッケージ外形が変わり、ピン配置も異なるので要注意です。D2もSBDで、手元にあった30V1A品です。電気二重層コンデンサ(1F、5.5V)も、秋月電子で購入したモノです。抵抗は、今回は100Ωが無かったので、前述のように他の抵抗を組み合わせて使いました。

シンプル回路全体.PNG
作製した回路です。回路図と異なり、右から入力です。これを車両に搭載すると、以下のようになります。

カタツムリx号.PNG
片目ですが、カタツムリ号第x号です。
カタツムリx号点灯-2.PNG
例によって、EF58と連結して確認しました。電源は直流電源です。コンデンサが空の状態では、電圧を加えてゆくと点灯前にEF58が動き出してしまいます。しかし、ひとっ走り(数十秒とか)すればコンデンサに多少なりとも充電されるので、停止してもLEDは点灯しています。イメージでは1分も走らせればほぼ充電されるので、停止してもしばらくは煌煌とLEDが点灯しています(上の写真左側)。

制約はあります(最初のひとっ走り目が常点灯では無い)が、ちらつきは無いし、回路がシンプルなので、将来、小型大容量コンデンサが容易に入手できるようになれば、Nゲージにも応用できるかも、みたいな妄想をしています。

お付き合い、ありがとうございました。

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この記事へのコメント

2019年08月17日 18:45
先ずはコメント投稿失敗しました(^^;
済みません変な問題に引きずり込んでしまって 以前HO12系にこの回路に近いものをやってみたんです 当然走り出しは点灯しませんが充電されると線路から下ろしてもしばらくは明るさを維持しています これが2~3vの機関車が走り出す前に点灯するなんてことやっているのでバカバカしいですね(^^;
12系には10mAのCRDを一灯に施しているのですが抵抗の方が明るいですか? だったら抵抗に交換してみようかな?安いですし 今はCRD20mA仕様なのですが少々暗い感じがします(車両に組み込んだ時)からやるだけやってみようかな? ありがとうございました
モリモリ
2019年08月17日 21:59
トータンさん
たぶん、ですが、10mAのCRDでも、電圧不足で10mA流れていないのではないかと思います。一旦、100Ω(もしくは近い値で値のわかっている抵抗)を使用して充電、点灯させて、抵抗両端の電圧をテスターで測って、電圧÷抵抗=電流、で計算すれば抵抗(LED)に流れる電流が計算できます。もし正確に電流を決めたければ、いくつか抵抗を用意してやってみるしかありませんが、私が実験したときには100Ω(正確には98Ω)で17mAでしたので、たぶん抵抗の方が期待通り明るくなると思います。
走り出しで点灯しない制約は相変わらずですが、そこだけ我慢すれば意外と早く点灯して、ひとっ走りした後は明るく点灯し、またちらつきも無いし、このシンプル回路、けっこう見直しました。こちらこそ情報提供ありがとうございました。
nari-masa
2019年08月19日 12:05
上海帰りの模型人さん こんにちは。
なるほど、電気二重層コンデンサの充電電圧は5V以下ですから、抵抗値も低いもので良いわけですね。
普通はDC12Vに耐えられるように500Ω前後を使いますが、これなら100Ωで十分そうです。
このくらいの電圧領域はCRDのVfより低くなることが多く、ちょっとした電圧変動により電流値が大きく変化し、LEDの明るさの変化が激しいのですが、抵抗なら安定して使えそうです。
目から鱗でした(^^)
ありがとうございます。
モリモリ
2019年08月19日 22:22
nari-masaさん
コメントありがとうございます。CRDは実力でそれなりの電流を流しているものと想像していましたが、想像より低くてがっかり、みたいな感じです(もちろん、バラツキも大きいと思います)。
抵抗の場合に電流(輝度)を決めるには、いくつか抵抗を用意して試してみないと、計算だけでは正確に決まらないかもしれないので、それが面倒かもしれません(一度傾向をつかめばいいと思いますが)。また何かありましたらよろしくお願いします。