テクノアート 電子技術部


夜間にLEDが点滅する道路鋲の技術を探ってみました NEW

とあるきっかけで、今まで見向きもしなかった夜間にLEDが点滅する道路鋲に興味がわき、ネットで調べると簡単に購入できるようになっていることを知りました。
太陽電池とLEDと言うとすぐに思いつくのがソーラーガーデンライトですので、単にLEDを点滅するようにした構造だろうと思っていましたが、とんでもない。使用している電子部品をはじめとして色々な技術が集積されている製品でした。
偶然ですが、ネットで購入したサンプルすべてが異なったICと回路を採用しており、勉強になりましたので、ここに簡単にまとめてご紹介することにしました。

詳細情報こちらをご覧ください。

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放射線測定器 TERRA-P プラスを使ってみました

筆者の居住エリアは、幸いにも福島第一原発事故由来の放射能による汚染レベルが低いところです。したがって、基本的には高価な放射線測定器を購入して生活域をチェックする必要はありません。しかし、技術者として「放射線測定器」そのものの動作に大いに興味があるうえ、住民や市役所が見つけていないホットスポットはないか、家庭菜園に使用する腐葉土を作るために集めてきた落ち葉は大丈夫なのかなどを知りたい衝動に駆られ、思い切って放射線検知器を購入しました。TERRA-Pプラスというウクライナ製の家庭用測定器ですが、実際に使用して新しい知識を得ることができました。

詳細情報こちらをご覧ください。

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蓄電型太陽光発電システム

この度の東日本大震災で被災されたすべての地域の皆様に、心よりお見舞い申し上げます。
また、亡くなられた人々のご冥福をお祈りいたします。

2011年3月10日に発生した東日本大震災を数々のTV映像を通じて目の当たりにして、また震災のあとの計画停電の経験から、緊急時の電源システムを見直してみました。

弊社では、従来から非常時の電源として鉛蓄電池、インバータ電源、太陽電池充電式ランタンなどを備えていましたが、鉛蓄電池の充電は自動車用のAC電源充電器を使用するものでした。
そこで、充電コントローラを付けて太陽電池パネルから鉛電池を充電したり、12VのLEDランプや蛍光灯、それに携帯電話充電用のケーブルなど、周辺の負荷を追加しました。

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レールに取り付けた12V/1Aの太陽電池パネル
(6V X 2としても取り出しが可能)

130Wの太陽光発電システムを追加しました。詳細情報こちらをご覧ください。

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太陽電池充電ELファイバーシステム

昼間にニッケル水素電池を充電しておき、緊急時や夜間にELファイバーを点灯するシステムの開発と試作をしました。ご要望があればシステムの回路情報などを販売します。


太陽電池で充電するELファイバーシステム
(マウスを写真の上に移動すると最新版のコントローラ部の写真が表示されます)

詳細情報こちらをご覧ください。

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白色LEDドライバ

白色LED (WLED)が普及して、その応用製品が100円ショップでも入手できるほどになってきました。
しかし、当然と言えば当然ですが、数100円以下の製品は、みんなLEDの寿命を無視し、電池の内部抵抗のみに頼った製品です。

昇圧DC-DCコンバータを使用したLEDガーデンライトは「電池管理システムを使用したガーデンソーラライトの測定」に紹介していますし、ほかにもパルス発振器とコイルなどを使用した製品も多数あるようです。さらに、1600円近くする単3電池1本で高輝度LEDを点灯する懐中電灯も市販されています。
高輝度のWLEDの場合には、順方向電圧が約3.3V必要ですから、単3電池または1.5Vのボタン電池が3個必要になり、電池が1個の場合だと、必ず昇圧回路が必要になります。

この記事を書くきっかけになったのは、EDN Japanという無料の技術誌の2007年5月号の「昇圧回路を利用して電池1個で白色LEDを駆動(http://www.ednjapan.com/issue/2007/05/u3eqp3000000pprt.html)」という記事でした。
この記事を参考にして試作した小型の「LEDライトの原型」は下の写真の通りです。

上: プラスチック製電池ホルダを使用した例
中: 金属製電池ホルダを使用した例
下: 金属製電池ホルダを使用した例のパターン側(WLED 2個)

詳細情報こちらをご覧ください。

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大電流DC-DCコンバータ(写真を更新しました)

DC-DCコンバータをユニバーサル基板(穴あき基板とかサイコロ基板と呼ぶ場合もあります。)を使用して試作検討しようとすると、そのほとんどの場合、設定した電圧が出なかったり、負荷電流を増やすと出力電圧が低下してしまうなど、正しく動作しない結果なってしまう事が多いようです。
これにはちゃんとした理由があり、部品の配置や配線パターンの引き回しに注意が必要です。特に出力電圧を設定するフィードバックループの配線パターン設計や大電流部品の配置や接続が重要となります。しかも片面基板で実現しようとすると、さらにレイアウト上の注意が必要なようです。

そこで、マキシム社のMAX1709ESEを使用し、下図のような片面のユニバーサル基板を使用して、入力電圧が3.3Vで出力電圧が5V/4AのDC-DCコンバータの試作をしました。このICを使用したDC-DCコンバータは、出力が100mA/5Vまたは100mA/3.3Vであれば、1.2Vのニッケル水素電池1本で起動し、一旦起動してしまえば、3.3V/1Aの出力で安定に動作します。1.5Vの乾電池では、電池の内部抵抗が大きいため、出力電流は200mA以下しか取れません。(5V/200mAの出力では電池電流は900mA位になります。)
下のパターン図は、サイコロ基板を使用した場合の安定に動作するMAX1709ESEのDC-DCコンバータです。ICの各ピンの接続には拡張基板を使用せず、1つのランドを2分割して配線しています。ICの下部)の配線は、粘着材付きの銅箔テープをパターン状にカットして貼り付けます。ただし、このために放熱特性がよくありませんので、出力電流は1A以下に制限した方がよいと思います。


(この写真は改良版です。)

詳細情報こちらをご覧ください。

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急速放電器

CQ出版社のトランジスタ技術誌2002年5月号(及び同社の『電池応用ハンドブック』)に掲載された「コンパクトな急速放電器」です。写真は手作り試作品です。
もっと小型の放電器は、超小型急速放電器の製作記事でご紹介しています。


写真1.急速放電器
(Quick Discharger)

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Ni-MH電池用充電器

市販の充電器を多数所有していますが、これを他のシステムと組み合わせて使用するのには問題がありました。そこで、海外メーカーの新しい充電用のICを使用して充電器を開発しました。
作品は写真4.の様なもので、CQ出版社のトランジスタ技術誌2005年5月号(215ページ〜220ページ)に掲載されています。
ニッケル水素電池などは満充電して長期間放置すると、自己放電のために容量が減ってしまい、自己放電量は保存温度が高いほど大きくなります。しかし、この充電器は、予備充電>急速充電>補充充電>維持充電(充電状態の表示が消えても、充電器の電源が入っている限りこの状態を保持します。)と自動的に充電モードが変わりますので、この維持充電モードは電池を常に満充電状態に保ったまま長期保存するのに適しています。
なお写真4は、東京・秋葉原で購入できる3V/2AのACアダプターを直接接続できるようにしたものです。


写真1. 急速充電器の試作品
(Ni-MH AA Battery Charger)

記事の補足説明や追加情報こちらをご覧ください。
*完売しました。ICは在庫があります。

回路図はこちらです。

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電池管理システム

写真2.と3.の電池チェッカーはトランジスタ回路で実現したものですが、コンピューターのソフトを使用すれば同じ機能のものが実現できます。
写真1.と写真2.の画像は、電池管理システムのパソコン画面をクリップしたものですが、パソコンのUSB端子に接続して使用するシステムです。
これは、CQ出版社のトランジスタ技術誌2005年8月号(199ページ〜206ページ)に掲載されています。


写真1. 電池管理システムの電池チェックモード画面
(Battery Management System, Battery Check Mode)


写真2. 電池管理システムの各種メーター画面
(Battery Management System, Meters)

写真3. USBインタフェース付きの
電池管理システム
写真4. RS-232Cインタフェース付きの
電池管理システム

記事の補足説明や追加情報こちらをご覧ください。

回路図はこちらです。

この製品の応用例を下記でご覧いただけます。
(1)電池管理システムを使用したソーラガーデンライトの測定
(2)三洋のNi-MH充電式電池エネループの測定

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波形信号発生器

マキシム社のMAX038という波形ジェネレータICは、知る人ぞ知るの簡易波形信号発生器で、このICを使用したキットも東京・秋葉原で購入することが出来ます。この市販のキットは±5Vの2電源が必要で、キットを自分で改造しない限り発信周波数範囲は固定となっています。ただし、このICは廃品種指定になっていますが、同社のダイレクト販売から購入できます。

そこで、片面基板を使用し、+5V単一で動作し、しかも周波数レンジを6レンジ切り替えすることが出来る波形信号発生器を試作してみました。
リード付きの部品とDIPパッケージのICを使用したモデルと、表面実装部品を使用したモデルがありますが、いずれも安定に動作することを確認しています。

DIPモデル、基板サイズ(H x W) : 81.5 X 77.5
完売しました。
SMDモデル、基板サイズ(H x W) : 68.0 x 77.5

詳細情報こちらをご覧ください。
*完成品は完売しました。

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電池チェッカー

100円から千数百円までする電池チェッカーが市販されていますが、いずれも乾電池などの一次電池にしか使用できませんでした。そこで独自に開発した電子回路を使用した、充電式の二次電池にも使用できるチェッカーを開発しました。これには、3Vのリチウム電池CR2032を1個使用しています。
写真1.は全て手作りの試作品ですが、すでに製造販売を断念しています。


写真1. ユニバーサル電池チェッカーの試作品
(Universal Battery Checker)

旧モデルの詳細については万能型電池チェッカーのご紹介をご覧ください。

写真2.は、台湾のメーター製造・販売会社がOEM販売している超小型の一次電池用のチェッカーを改造した試作品です。(オリジナルのチェッカーは、現在では400円近くで販売されています。)
これには、3Vのリチウム電池CR1220を1個使用しています。


写真2. 市販品を改造した超小型電池チェッカー
(Universal Battery Checker Mini)

写真3. は、昨年末から今年の初めにかけて新しく開発した多機能型電池チェッカーの手作り試作品です。(画像はアニメーションになっています。)
マーケットのニーズが十分に読めないため、製造販売をしてくれるメーカーが決まっていません。
このモデルは、写真1. のモデルと比較すると、内臓の3Vのリチウム電池を不要にしたほか、異種・異型の電池の同時挿入を防止しています。このチェッカーは、単1〜単5型(1.5V/1.2V)の乾電池と充電式電池、および角型の乾電池(9V)と充電式電池(8.4V)のチェックに使用できるほか、乾電池では、ボタン形電池(1.5V/1.55V)、コイン型電池(3V)のチェックができます。

回路図はこちらです。


写真3. スーパー電池チェッカーの試作品 タイプ 2
(Super Battery Checker Type-2)

写真4. は、ソニーブランドで販売されている「多機能型電池チェッカーBC-880」(実売価格:2772円)を、弊社のお客様のご要望にお応えして改造したモデルです。SBC-880と名付けています。
PCB関連の変更以外は機械的な構造の改造していませんので、内臓電池の採用が必要になりました。
このチェッカーは、単1〜単5型(1.5V/1.2V)の乾電池と充電式電池、および角型の乾電池(9V)と充電式電池(8.4V)のチェックに使用できるほか、乾電池では、ボタン形電池(1.5V/1.55V)、コイン型電池(3V)、および円筒形(6V)電池4SR44/4LR44のチェックができます。それぞれの電池に適した負荷電流は、ほぼオリジナルモデルの電流値を踏襲しています。

  
写真4. 多機能型電池チェッカーBC-880の改造モデル
(Super Battery Checker, Modified from Sony BC-880)

SBC-880の技術情報についてはDenchi/SBC880.htmlをご覧ください。

[おわび]

充電式のニッケル水素電池の安価な電池チェッカがあれば、世の中の役に立つのではと思い、多数のモデルを開発してきましたが、現実的にはマーケットニーズが小さそうだと言うことが分かり、今後の新しいモデルの開発を断念しました。(2008年4月10日)

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電動工具用の充電器

超破格の充電式電動ドライバーセットを購入してみましたら、付属のACアダプターと充電器を使用した場合、バッテリパックの電池寿命を縮めてしまうことが分かりました。
そこで、マキシム社の充電用のICと廃基板を使用して、充電器を改造しました。

詳細情報こちらをご覧ください。

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今後も新しい試作品をご紹介してゆきます。

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