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SQUAREの愛車 [トヨタ オーリス]

トヨタ純正 インテリアイルミネーション付属スイッチの換装 その3 - LED 入替作業1

カテゴリ : 電装系 > 電装パーツ > 取付・交換
目的チューニング・カスタム
作業DIY
難易度★★
作業時間1時間以内
作業日 : 2017年05月10日
1
トヨタ純正 インテリアイルミネーション付属スイッチの換装 その2 - スイッチのばらし方 http://minkara.carview.co.jp/userid/381088/car/2292029/4303263/note.aspx からのつづきです。

LED 打ち換えについては@Y@さんの整備手帳も参考になります。

・ルームランプ純正スイッチ LED打替え&加工 - @Y@さん
http://minkara.carview.co.jp/userid/2520514/car/2063726/4189349/note.aspx

ちなみに私も、この作業を機に数回 LED の入替を行っています。ご参考にどうぞ。

【関連整備手帳】
・リバース連動ハザード装置の取り付け - 番外編2 サンキューハザードスイッチの取付
http://minkara.carview.co.jp/userid/381088/car/2292029/4297900/note.aspx

・ドアミラーウインカーをサードパーティー製に交換 その9 - 自作ハーネス B / C と SW 関連
http://minkara.carview.co.jp/userid/381088/car/2292029/4392366/note.aspx

---
手配した LED と LED の取り付け場所の確認。

…ち、小さい。

取り付けできるのか?

でも、ここまで来たらやるしかないでしょ。

ちなみに、シートヒーターのスイッチと基板は共通なのでしょう。赤矢印で示したところに LED のプリントがありますが、ここに HI、LO の動作を示すインジケーター用の LED がついているのだと思います。

このスイッチでここを生かすには、LED 以外にも抵抗など点灯させるための素子が必要みたいです。
2
まず電源をつないで、 LED の向きを合わせて単純にのせてみたところです。

点いた、点いた。よしよし。

でも、ちょっと眩しいな~。

でも、これは想定内。

ちなみに、準備した LED は面発光タイプで側面発光ではありません。

なので、LEDを無理やり立てるようなかっこうでハンダ付けしないといけません。
3
はんだ吸い取り線で LED を取り付けるところをきれいにします。

LED以外の素子はついたままなので、はんだごてをあてる時間は極力短く。数回に分けて少しずつ吸い取りました。
4
スイッチ側にすこしハンダを盛ります。

フラックスを使ってきれいにはんだが乗った感じです。

写真は両側にハンダを盛ってますが、片方だけ盛ってください。(理由は後述)
5
いよいよハンダ付け。

それにしても小さい。

ちいさいってことはハンダの量も少なくてすむのですぐに溶けます。

ハンダが溶けたところにちょんとのせたら OK。向きだけ注意です。
6
ということでハンダ付け完了。

ハンダを両側に盛ったせいで、LED にぶつかり、右側 (1回目) を取り付ける時に斜めになってしまい、写真左側がうまく取り付けられなかった関係で、左側だけ再度ハンダを盛ってます。

ダサイです。見た目が…。

はんだ吸い取り線で吸い取ってやり直しても良かったのですが、見えないところですし点灯はしますので…。
7
さて次は、LEDの 減光を行うため、抵抗の入替作業に移ります。

抵抗の入替は@Y@さんの整備手帳が参考になります。
・スイッチLED減光対策(チップ抵抗打替え) - @Y@さん
http://minkara.carview.co.jp/userid/2520514/car/2063726/4223064/note.aspx

実は抵抗を購入するにあたって「最初から付いている抵抗よりも抵抗値が大きければ減光するから、1kΩぐらいでいいかな」…ぐらいの適当な考えで購入しました。

なので、抵抗が電圧、電流に耐えられるか…といった計算は一切していませんでした。

しかし、それだと整備手帳的にはまずいので、いろんなサイトを見て計算をしてみました。

長いですが気になる方は読んでみてください。(結果的にうまくいってますので、次の手順が気になる方はスルーしてください。)

電気に詳しい方はコレであっているのか、答え合わせにご協力、ご意見いただけると助かります。

---


【購入する抵抗の抵抗値の求め方】

LED、抵抗を購入したエルパラさんのページには…


■LEDの電流制限抵抗値の求め方

         入力電圧 E(V)-LEDの電圧(V)×LED個数
抵抗R(Ω)= ──────────────────
              LEDに流したい電流(A)


と書いてありました。


購入した LED の仕様には 20mA と書いてあるため、これに合わせると最大光量になるはずですし、これ (20mA) 超えてはいけないことになります。

それが式でいう“LED に流したい電流”ということになります。


また、仕様に書いてある vf とは、LED がその電圧になると光り始める電圧だそうです。

(参考リンク:大塚商会のページ → https://www.otsuka-shokai.co.jp/products/led/knowledge/vf.html )

これが、式の“LED の電圧 (V)”のところになります。

コレに当てはめて計算すると…

カーバッテリーが、12V だとして、必要な抵抗値の算出は、

抵抗値Ω= (12V - vf3.2V × LED 1個)÷0.02A (20mA)

=440Ω

12V のとき、440Ωならば、 LED に 20mA 供給できて、LED の性能を最大に発揮できる (LED が最大で光る) 抵抗値で、これより数値が低いと電流が多く流れてしまい、明るく光るが LED を壊し (または寿命を縮める)、これより数値が大きい抵抗値だと LED に流れる電流が減るので暗くなる…はず。


ちなみに、オーリスの実測は 14.4V の時があって、これだと

抵抗値Ω=(14.4V - vf3.2V × LED 1個) ÷ 0.02A

=560Ω

となります。(電圧が上がったので、抵抗値が増えないと電流が 20mA に下がらない。)


ちなみに、スイッチに最初から付いていた抵抗値は 360Ωでした。


これで、どのくらいの抵抗値の抵抗を買えば良いのかが判明した…と、思います。


560Ωを仮に500Ωとして、それの倍の値 (1,000Ω = 1kΩ) なら光る量は逆に半分になるだろうと考えて 1kΩ を買いました。


ちなみに LED の消費電力は…


電力 (P) =電圧 (V) × 電流 (I)


なので、この LED の場合、

点灯し始めた時の消費電力は、

vf 3.2V×0.02A=0.064W → 点灯し始めた時の消費電力

12V×0.02A=0.24W → 12V で計算した LED の消費電力。

14.4V×0.02A=0.288W → LED の最大消費電力。

になると思います。


---

私が購入した抵抗は、

“1/4W (=0.25W)” 1kΩ (1,000Ω) です。


実は、1kΩならどれを買ってもいいはず…と適当に買ってしまいました。

しかし、

パーツレビューや、この整備手帳をアップする際に、「本当にこの抵抗でいいのかな~」と不安になったので、ネットで仕入れた情報をもとに計算してみた訳です。


【電流の求め方】

抵抗に流れる電流は…

電流 (I) = 電圧 (V) ÷ 抵抗 (R)

14.4Vの時と、12V の時の計算をすると…

14.4V÷440Ω ≒ 0.0327 (32.7mA) or 12V ÷ 440Ω ≒ 0.0272A (27.2mA)

14.4V÷560Ω ≒ 0.0257A (25.7mA) or 12V ÷ 560Ω ≒ 0.0214A (21.4mA)

14.4V÷1,000Ω ≒ 0.0144A (14mA) or 12V ÷ 1,000Ω ≒0.012A (12mA)


これで抵抗自体に流れる電流が判明しました。


【消費電力の求め方】

抵抗の消費電力は…

電力 (P) = 電圧 (V) × 電流 (I)

なので、先ほどの計算でわかった電流値を電流に代入します。
※消費電力は抵抗×電流×電流 でも OK。

【440Ωの場合】
12.0V × 0.0272A ≒ 0.32W
14.4V × 0.0327A ≒ 0.47W
440Ω × 0.0327A ×0.0327A ≒ 0.47W (抵抗×電流×電流の公式の場合)
→ 1/4W (0.25W) を超えるので使用できない。この場合、1/2W (0.5W) であれば、ぎりぎりで使用できる。


【560Ωの場合】
12V × 0.0214A ≒ 0.2568W
14.4V × 0.0257A ≒ 0.37W
560Ω × 0.0257A × 0.0257A ≒ 0.369W (抵抗×電流×電流の公式の場合)
→ 14.4V なら 1/4W (0.25W) を超えるので使用できない。この場合、1/2W (0.5W)は使用できる。また、12V なら1/4W (0.25W) は許容範囲に入りそうだが、好ましくはない。

【1kΩの場合】
12V × 0.012A = 0.144W
14.4V × 0.0144A ≒ 0.20W
1,000Ω × 0.0144A × 0.0144A ≒ 0.20W (抵抗×電流×電流の公式の場合)

→ 1kΩならどちらの電圧でも 1/4W (0.25W) でも問題なさそう。


または、こういう計算もあり?

12V × 0.02A = 0.24W
→ 1/4W (0.25W) を超えていないし、12Vから vf 分を引くので、実際はもっと W の数値が下がる。

14.4V × 0.02A =0.288W
→コレだと超えてしまうが、vf分の3.2vを引くと、11.2V。

11.2V ×0.02A =0.224W
→これだと 1/4W (0.25W) を超えていない。


仮に超えた場合、場所を取るが抵抗を直列につないで合成抵抗にすれば 問題は解決する…はず?

【vfについて】
LEDの電圧(VF)とは
LEDには極性があり、アノード(プラス)からカソード(マイナス)に対して正電圧を加えて使用します。電圧が低いと電流が流れても発光せず、ある電圧を超えた時点で電圧上昇に対する電流の増え方が急になり、電流の量に応じて発光するようになります。この電圧を「順方向電圧(順電圧)」といい、「VF」という略語を使って表現されます。VFの値の単位は、V(ボルト)です。
LEDは、一般的なダイオードに比較して順電圧が高い傾向にあります。順電圧は、LEDの発光色、つまりLEDに使われている材料(複数の元素からなる化合物)によって異なります。赤色LED、橙(だいだい)色LED、黄色LED、緑色LEDは2.1V程度、青色LEDや白色LEDはそれよりも高く、3.5V程度です。ちなみに、人の目で認識できる可視光線ではありませんが、赤外線LEDは1.4V程度と低い順電圧で発光し、紫外線LEDは4.5~6Vという高い順電圧が必要です。
一方、逆方向に電圧をかけることを「逆方向電圧(逆電圧)」といい、「VR」という略語を使って表現されます。VRの値の単位もVです。LEDは、この逆電圧への耐性が一般的なダイオードよりも非常に低く、最大定格値は3.5~5V程度です。これを超えると、LEDは破壊されてしまいます。そのため、直流電源ではアノードとカソードを間違えて接続しないことが重要です。また、逆電圧がかかる交流電源でLEDを使用する場合、LEDと並列に逆方向のダイオードを追加して逆電流がかからないようにしなければなりません。LED電球の内部に使われているLEDには、それぞれ順電圧(VF)と逆電圧(VR)の最大定格値が決められています。

出典:大塚商会のページ ( https://www.otsuka-shokai.co.jp/products/led/knowledge/vf.html )より引用。
8
本当は、基板に付いているチップ抵抗で行いたかったのですが、探すのを手抜き。

一般的な小型1/4W カーボン抵抗で代用しました。

チップ抵抗のある接点とサイズをそろえて曲げて、そこからニッパーで切り取ります。

抵抗はプラス、マイナスの極性がないので楽です。

(その4 につづく)

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この記事へのコメント

2017/06/19 22:54:22
随分、器用に付けましたね!
神経集中具合が目に浮かびます🎵
コメントへの返答
2017/06/19 23:11:19
こんばんは。

今回は、@Y@さんの整備手帳がとても参考になりました。

ありがとうございました。

>随分、器用に付けましたね!

ありがとうございます。 (#^_^#)

でも、@Y@さんの奥様には負けます (^^;;;)

残念なのは抵抗の文字が逆ってことぐらいですね。

抵抗を付ける時ランドが剥げるなど、想定外のトラブルもありましたが、なんとか終わりました。

似たような作業は今後ないと思いますが、よい経験になりました。

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