自作

青色ＬＥＤスポットライト３号機の自作（２００５年１１月記）

構想から１年半・・・・時間かかりましたけど、やっとＬＥＤスポットライト３号機が出来上がりました。
その間と言う物、ヤフオクなどで超激安ＬＥＤライトをちらほら見るようになり、はたしてＬＥＤライトを自作してメリットが有るんだろうか・・・などと考えておりました。
しかし仕込んでしまった部品を無駄には出来ない。こりゃヤフオクＬＥＤに無い仕様のライトを作ってやろうじゃないか・・・と再び重い腰を上げたのであります。

まずはＬＥＤの選定。
今回は効率重視で、８φの大型ＬＥＤを使ってみました。　放熱的にも効率が良いと思われます。
これ。（OSUB8131A）
http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?c=blue&s=popularity&p=1&r=1&page=#I-00689
中国製ってのが気になるけど、安さに負けました。

回路１
まずは回路です。今回は２パターン考えて見ました。
ＬＥＤを点灯させるには大きく分けて３個の部品に分けられます。
　　１，ＬＥＤを点灯させる為の直流電源
　　２，ＬＥＤに流れる電流をコントロールする定電流回路。
　　３，ＬＥＤ

電源その一
ＬＥＤは白熱電球とは違い、電源を直接接続出来ません。　
どちらかと言うとメタハラや蛍光灯と同じ定電流駆動になりますので、安定器みたいな物が必要なんです。
ただメタハラと違って直流点灯なのと、始動パルスが不要なので簡単な回路構成で安定器が構成できます。
それで考えたのが下の回路です。
コンセントから入力されたＡＣ１００Ｖはダイオードブリッジにより全波整流されます。
そして電解コンデンサＣ１で平滑されてＤＣ１４１Ｖが出来る訳です！

定電流回路その一
まずはＬＥＤに流す電流を決めます。（電圧では無く、流す電流により明るさが変わる）
このＬＥＤの絶対最大定格は５０ｍＡなのですが、余裕を見て２０ｍＡに設定します。
まぁこんなもんでしょう。

回路図上で青色の部分が３端子レギュレーターを使った定電流回路。
７８０５の場合、２５０ΩをＧＮＤとＯＵＴの間に接続すると、２０ｍＡの定電流回路となります。
ちなみに式は
　　Ｉ　＝　５　÷　Ｒ
電流　Ｉ　を２０ｍＡに設定すると
　　Ｒ　＝　５　÷　０．０２Ａ
　　Ｒ　＝　２５０Ω
となる訳ですな。

ちなみに定電流回路部分で、最低８Ｖ（Ｖｓ＋Ｖｌ）の電圧低下が発生します。
ＬＥＤにかかる電圧Ｖｏは　Ｖｏ＝１４１Ｖ−８Ｖで１３３Ｖが実際にＬＥＤにかかります。
今回購入したＬＥＤの順方向電圧（２０ｍＡ時）は実測３．４３Ｖでした。
って〜事は１３３÷３．４３≒３９個
この一つの定電流回路にＬＥＤを３９個直列で接続出来る訳です。
でも実際は余裕持って３７〜３８個が適当かな？？
この１個の定電流回路とＬＥＤ３９個を一つのブロックとして、何回路か並列で接続する事によりＬＥＤ多灯ライトが出来る訳です。
（メタハラで言うと３９個のメタハラ球を一台の安定器でまかなえると考えて下さい。　実際はそんなメタハラ安定器は有りませんが・・）

３端子レギュレータの代わりに、安価な抵抗で２０ｍＡの電流制限回路を作る事も出来ますが、アクティブな安定化回路では無い為、ＬＥＤの直列個数が多いと熱暴走するので非常に危険です。
定電流ダイオードを使う手も有りますが、うまく設計しないと熱によるＬＥＤ順方向電流のドリフトをダイオードが吸収出来なくなり、許容損失を超えて破壊って事もあります。
まあ、これだけＬＥＤを直列に接続しなければ定電流ダイオードでも抵抗でもかまわないのですが・・・
ちなみに１個のＬＥＤの順方向電圧が熱ドリフトにより０．５Ｖ下がると、全体では０．５×３９＝１９．５Ｖ
熱によりＶｏが２０Ｖ近く変動したのでは抵抗や定電流ダイオードでは吸収出来ないって事です。

この回路のメリット／デメリットは

　メリット
　　　　・大がかりな直流電源が不要。
　　　　・定電流回路が少なくて済む。（ＬＥＤ３７〜３９個に定電流回路１個の割合）
　　　　・エネルギーをロスする定電流回路が少ないので高効率。
　　　　・部品点数が少ない〜〜
　デメリット
　　　　・基板上に直流１４１Ｖでっせ！　怖い〜〜

結局
この回路は却下。
ユニバーサルで組む海水用ライトとしては１４１Ｖは怖すぎる〜〜
ちゃんと塩だれ対策すれば良いんだろうが・・
電球のソケットに直接ねじ込むタイプのLEDは、たぶんこんな回路でしょう。


ちなみにこんな回路も有ります。
上記電源部分を改造すれば「倍電圧整流回路」となり、直流電圧約２８２Ｖが発生します！
Ｖｏ＝２８２−８＝２７４Ｖ
２７４Ｖ　÷　３．４３≒８０個
一つの定電流回路に８０個のＬＥＤを直列接続出来る訳です！！


さらにこんな具合にも。
これ「３倍電圧整流回路」です。
何と直流４２４Ｖが発生します！！
Ｖｏ＝４２４−８＝４１６Ｖ
４１６Ｖ　÷　３．４３≒１２１個
一つの定電流回路に１２１個のＬＥＤを直列接続出来る訳です！！
しかぁ〜し、それなりの高耐圧部品が必要なのと、４２４Ｖは怖すぎ。


回路２
高電圧を扱うのは余りにも怖いので、外部に直流２４Ｖ電源を付けて使う事にしました。
購入した電源はこれ。
http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?c=24v&s=popularity&p=1&r=1&page=#M-00028
ＤＣ２４Ｖ　１Ａのスイッチング電源です。　しかし安くなったもんだ・・・

上記回路１のようにＬＥＤを沢山直列接続しないので、定電流回路は定電流ダイオードで十分。
購入した定電流ダイオードはこれ。
http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?c=crd&s=popularity&p=1&r=1&page=#I-00185
１０ｍＡの定電流ダイオードを２個並列で２０ｍＡとして使います。

順方向電圧３．４３ＶのＬＥＤですので、６個直列に並べると２０．５８Ｖになり良い感じです。
今回はこの２個の定電流ダイオードと６個のＬＥＤをひとつのブロックとし、２２ブロック基板に載せました。
って〜事はＬＥＤ１３２連装ですね。

１ブロックの電流が２０ｍAなので、２２ブロックの総和は２０ｍA×２２＝０．４４A
消費電力は　０．４４A　×　２４V　＝　１０．５６W

この１３２連装LED灯具１灯あたりの消費電力は１０．５６Wです。


この回路のメリット／デメリットは

　メリット
　　　　・低い電圧なので海水水槽に使っても安心。
　　　　・定電流ダイオード使用で安心確実！

　デメリット
　　　　・外部に直流電源が必要。
　　　　・定電流回路が比較的多い（ＬＥＤ６個に定電流回路１個の割合）
　　　　・部品点数が多いのでコスト高い

まぁなんだかんだ言って安全第一！　今回はこの回路で行く事にしました。

製作

今回使った灯具はこれ。
何処かで見た事あるような・・・・そうです。興和のNZ灯具です。
とりあえずバラバラに。


ソケット後部にはDC電源を接続するジャックを取り付けます。
ちょいと穴を大きく広げる必要が有りますが・・

実は・・・２台並行して作っています。


１０ｍｍ角スペーサーを買ってきました。
灯具のアールに合わせて削って・・


ジュラコンスペーサも買いました。
BS-335Eを２本連結して７０ｍｍとし、１０ｍｍスペーサーにねじ込みます。


上のスペーサを灯具に取り付けるとこんな風になります。
元々付いていた電球用ソケットは不要なので取り外しています。
写真に写っているケーブルは、ＤＣジャックからの電源ケーブル。


ユニバーサル基板（ＡＥ−６）を丸く切ってスペーサにネジ止めするとこんな感じ。
この基板にＬＥＤを並べる訳です。


ＬＥＤを並べまくり。　ちゃんと１３２個並んでます。
ちょい不規則だけど・・・(-_-;)


裏側はこんな感じ。
とりあえず回路図通り接続すれば良い訳です。


点灯試験で熱暴走が無い事を確認中です。
ちなみに安定したＬＥＤの順方向電圧は３．４３Ｖでした。


完成〜〜〜〜〜！

費用
費用積算してみましょ。（１台あたりの価格　灯具は含んでいません）　注意：２００５年１１月現在の価格です。

−−−−それでは点灯試験！−−−−

ＬＥＤスポットライトの点灯試験どす！
１３２連装を左右から当ててます。（合計２６４連装）　１０W×２の２０Wです。
サンゴの蛍光色が実に怪しいです。
写真で伝える事が出来ないのが残念・・・・

以下、カメラの露出固定で撮りましたので、明るさの比較が出来ます。


これ、ＢＢ４５０の直管型２０Ｗを１灯点灯させた物です。
ワット数的には全く一緒です。
ＬＥＤはスポット的なのに対して蛍光灯は散光なので、まんべんなく光が当たってる感じ。
写真ではＬＥＤと同じ色合いに見えますが、ＢＢ４５０の方が白っぽくて色温度が低い感じ。

出来ればＮＺの灯具にインバータ式のＢＢ４５０を入れると比較しやすかったんですけど・・


これ１５０Ｗメタハラ＋ダイクロイックフィルターのダニクロです。
メタハラとは言え、フィルターで不要な波長をすべてカットしてるので暗いっす。
３種の中では一番スポット的。　中心部分はさすがに明るいです。
しかも一番青色単波長かな？？

灯具から１５ｃｍ直下の照度です。
さすがにメタハラが一番照度が高いですけど、ワット数あたりの照度となると・・・(-_-;)
メタハラは寿命末期の球なので、新品だと倍近く有るかな？？？
蛍光灯の照度が一番低いですけど、同じＮＺの灯具にインバータ式ＢＢ４５０を入れると条件一緒でどうなったか・・？
でもＢＢ４５０が一番白っぽかったので照度的には明るいでしょう。



再びＬＥＤスポットライトです。
蛍光色が怪しい〜〜〜！


ＢＢ４５０です。
直管蛍光灯らしくまんべんなく明るい・・・
写真じゃ解らないけど、怪しさじゃＬＥＤに２歩譲ります。


メタハラを代表してダニクロです。
怪しさでは一番ですけど、暗い・・・・
紫外線のブラックライトに近い感じ。


ＭＴ１５０＋コーラルグロウを１灯です。
さすがに比べものにならないぐらい明るい・・・・・


今度は６０ｃｍ水槽に設置してみましょう。
両脇がＮＺ灯具に内蔵したＬＥＤライト。
中央が昼色スパイラル蛍光灯２３Ｗ
汚いですけど・・・・(-_-;)


まずはＬＥＤだけの６０ｃｍ水槽。
怪しい〜〜〜
暗い〜〜〜〜


２０ＷのＢＢ４５０直管１本で照らした６０ｃｍ水槽。
ＬＥＤより白っぽくて明るいけど、怪しさ半減。



昼色スパイラル蛍光灯２３Ｗだけの６０ｃｍ水槽。
黄色い〜〜〜汚い〜〜〜！
でも無茶苦茶明るい！
しかもこの手の蛍光灯は最近安くなってるので使う価値有りかも。


昼色スパイラル蛍光灯２３ＷとＬＥＤを点灯した６０ｃｍ水槽。
良い感じでミックスされてます。


昼色スパイラル蛍光灯２３Ｗと２０ＷのＢＢ４５０直管１本を点灯。
ん〜〜〜〜〜こっちの方が実用的かなぁ・・・
何と言いましょうか、こっちの方が海っぽくて自然です。
ん〜〜〜〜〜


ちなみにピンクのハナヤサイにＬＥＤランプを当てると・・・


青と黄色に見えるんですね〜〜〜
ん〜〜


これはイボハタゴ。
これにＬＥＤランプを当てると・・


この怪しさを写真で伝える事が出来ないのが残念・・・

結局
色々比べては見た物の、それぞれの照明の条件が違うから比較にならない・・・・
あえて三者の特徴を述べると

まとめ
やっぱ青色ＬＥＤはメインで使うより、補色やムーンライトとして使いたい物です。
但しメタハラの補色には全く歯が立たないので、蛍光灯の補色向きだと思います。
ムーンライトとしては１３２連装はやりすぎって感じ・・・
もう少し薄暗い方が怪しさ倍増かも？？

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