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今回はオーム電機より発売されている単３を1本使用するLEDライトを改造した。
最初の写真は逝ってしまった・・・のブログで出てきたパワーLEDと同じであると思う。
パッケージを比較してみよう

両方ともアルミボディーで防滴IPX2、そして日本製LED搭載、明るさは45ルーメン。
ただどちらも同レベルの防滴構造となっているが、単３一本の物にはOリングが使用されていない。
しかも、単３を使用するライトには電池を2本使用するものも存在した。
明るさは忘れたが、確か60ルーメン程度であったと思う。
しかし、購入から数ヶ月後、パッケージのルーメン数が変更され、一本の物はもっと低い値に、二本の物は45ルーメンになっていた・・・

購入当初は単３一本でまあまあの明るさだったので満足していたが、1W当り100ルーメンを超えるパワーLEDが発売されるよになって来た頃には無用のライトとなっていた。
そこで、どうにかしてもっと明るくできないか検討していたが、私には電子回路の知識がない。
とりあえず分解してみて、そのうちLEDを交換する計画を練っていた。
今こそCree社XM-Lという900ルーメン以上の性能を発揮できるLEDが発売されているが、その頃は手ごろなパワーLEDがあまりなかったし、交換するのも面倒で放置していた。
とりあえず、レンズのLEDがはまる大きさを測定しておいた。

LEDがはまるレンズのくぼみは4.85ミリだった。
そして、LEDの基板は14ミリであった。

LEDを交換する気が薄れていて、エルパラでLEDを何度も購入することはあったが、交換用のLEDを買うまでには至らなかった。
それが今回、自転車につけるLEDライトの素子がイカれてしまったので、同時に購入することにした。

まずLEDを比べてみよう。

購入したLEDはCreeのXP-Gの14ミリ基板付き。
純正のLEDよりも一回り小さい。
スペックは純正が出力1Wで45ルーメン、XP-Gが出力1Wで139ルーメン。
その差は約3倍も違う！！

LEDが届いたので早速分解。
制御基板はこれだ。

SF-133のDCコンバータに回路が似ているが詳細は不明。

まずハウジングにLED基板を装着してみた。

幸いにも基板の切り裂きから配線が通せそうなのでそのスペースを使用することにして早速ハンダ付け。

明るさの比較をしようと思う。
カメラの設定はシャッタースピード0.5S、ISO感度1600、露出補正なしで今回も統一。
まずは純正のLED。バッテリーはエネループ。

く、暗い・・・

次に交換したLED。バッテリーはエネループ。

目に見えて違いがわかる。
これなら実用性がありそうだ。
因みに電流は

0.56A。
ランタイムにして4時間以上かと思われる。

ここで秘密兵器。

14500サイズのリチウムイオンバッテリー。
プロテクト付きだが、純正のLEDの時にかなり明るくなったので今回も使用してみることに。


非常に明るい。
とても単３サイズ一本の明るさとは思えない。
バッテリーの容量は９００mAhと少なめだが電圧がエネループの3倍もある。
電流はというと

0.35Aで、ランタイムは2時間半ほどであろう。

ついでに重量もはっかって見た。
まずはエネループ

次にリチウムイオン

さすがにリチウムイオンバッテリーだけあって軽い。

だが、リチウムイオンバッテリーの最大の欠点は満充電で放置しておくと劣化してしまうことだ。
プロテクションは付いているから過放電にはならないだろう。

お金はかかったが、それなりの効果があったので満足。

以前壊してしまったパワーLEDをエルパラにて購入しました。
今回注文したのはXM-Lの20ミリ基板付きとXP-G14ミリ基板付き。


ドナーが2個あったので頼んだのも懐中電灯に合わせて基板をチョイス。
ドナーは単4三本の壊してしまったものと、単３一本のもの。
単３一本の物は暗くてほとんど使い物にならなかった。


メーカーはどちらもOHM電機製


まず。単４三本の方を早速分解。
このLEDライトは、自転車用でレンズを動かすことによってワイドからズームまでできる。
まずはLED素子の比較

LEDの大きさはXM-Lの方が一回り大きい。
後は基板がガラエポかアルミの違い。

ハウジングにXM-Lを付けてみた。
見事ピッタリとはまったが、純正の配線はLEDの後ろ側、XM-Lの配線はLED側。
なので配線を通す穴がない。
なのでハウジングを基板の凹みに合わせて切り取らなければならない。
まずはマジックでマーキングして、該当の箇所をニッパーで切り込みをいれカッターで少しずつ切り取っていった。

綺麗に電線が通る穴が開いた。

制御基板には1Wの0.43Ωの抵抗が付いている。


まずはこの制御回路を使用し新たに交換したXM-Lを点灯させてみた。
しかし、電流は0.2A程度であった。IFの1/10以下・・・
抵抗をイロイロ買ってみて電流を制御しようとしたが、手探りでやるにはコストがかかりすぎる。
3端子レギュレターも考えたが電源電圧とLEDへの供給電圧の差が1V以下なのでこれも却下。
そこで思いついたのが一時期はやったCR123と同じ大きさの2次バッテリーであるリチウムイオンバッテリーをダイオードを使って電圧を降下させて、CR123リチウム電池を使用するフラッシュライトに使うと言う方法。
まず、手元にあった1N4001という整流ダイオード。
単４ニッケル水素バッテリーのエネループを3本、バッテリーケースに入れダイオードを接点にしてどのくらい電流が流れるか試してみた。

電圧降下が0.847Vもあり電流はたったの0.017A。
これでは使い物にならない。
他の手持ちの整流ダイオード、1N4148、1N5400も使用してみたが同じような結果。
そこで、電圧降下の低いショットキーダイオードを試してみた。

んー電流はたくさん流れるのだが、LED基板のハウジングがプラスチックであるため熱の問題と、単4のニッケル水素バッテリーの容量の低さを考えるとちょっと躊躇してしまう電流であった。
ラジコン用のブラシモーター用に数種類のショットキーダイオードがあったがどれも電圧降下が0.2V程度で電流が0.7Aほど流れてしまう。
いろいろ試していった結果、ちょうどいいダイオードがみつかった。

ラジコン用のパーツケースに入っていたので恐らくショットキーダイオードだと思うのだが、電圧降下を見てみると一般的な整流ダイオードに近い。

実物の型番が分からないのでアップ

このダイオードだ。
これで電流制御方法は決まった。

まず、制御基板から抵抗を外した。

何かの基板の流用と思われるような文字が書いてあったが、これでは全くわからない。

ダイオードの足を曲げてハンダ付け。


配線は細かったのでテフロン皮膜電線を使用した。

この電線はハンダ濡れが悪く非常に使いにくい。
しかも、折り曲げて無理やりハンダ付けすると皮膜が割れてきてしまう・・・
が！！無理やりハンダ付けした。
このとき、LEDの基板を暖めていたらLEDが動き出した。
前々から基板にどうやってパワーLEDをハンダ付けするのか疑問だったが、基板にハンダがのるところに薄くハンダメッキして基板全体を暖めてLEDを固定してハンダ付けすることがわかった。

電流を測定したときはワニ口クリップ等を使用し、ダイオードを－側に配置していたのが実際に組み立てて電流を測定すると変わることが分かっていたので再び電流を測定した。

クランプメーターを使用したので電流が安定しなかったが、約350mA流れることがわかった。
出力としては約1Wだ。
ダイオードでの電気の損失は約0.07Wと非常に低く抑えることができた。
抵抗制御やレギュレター制御よりも低い値であると思う。

問題のLED素子の温度だが、非接触温度計で10分ほど点灯させた後測定してみた。
わずか52.4℃。
ジャンクションテンパチャーが150℃とデータシートにあるので、LED寿命の寿命は100000時間くらいいけるかな？？

こんどは明るさを、当初買った砲弾9発のLEDライトと比較してみた。
デジカメはコンパクトタイプだが、シャッタースピード0.50S、ISO感度1600、露出補正0で統一した。
9LED


XM-L


全然明るさが違う。
ちなみに9LEDの方はエネループ3本で約140mA。
クランプメータを使用しているので、小さな電流は誤差が大きが参考までに。

これで夜の田んぼ道を安心して通行できる。


ちなみにSF-133という単3バッテリーを2本し、DC-DCコンバータを使用する1WのLEDライトの明るさも写真で撮ってみた。

使用バッテリーはエネループ2本で、テール電流は約0.55A。
純正のLEDはLUXENONの45ルーメンが付いていたが、発売時期がいささか古いのでLEDはCree社のXP-Gに変更してある。
LEDを交換することによってかなり明るくなった。
こっちの方が明るいかな・・・
XM-Lのほうが効率はいいが、リフレクターや電流値が違うため一概には同条件とはいえないが。

単３、1本物のLEDライトの改造は次の機会に書きたいと思います。

XM-LのP60ユニットが即決でオークションにあったので落札し、本日届きました。
今度はT6ランクより1つ上のU2ランク品になりました。
T6ランクは700mA時に280ルーメンですがU2ランクは同電流時に300ルーメンと一割弱アップです。
性能は「リチウムマンガン電池と積分球での測定値1315ルーメンです。」と謳っていますが電流を測ってみたいと思います。
今回は、ラジコン用のリチウムポリマーバッテリー5400mAh50Cを誇るバッテリーを使用して前回のように制御回路を破壊してしまわないようにします。
このバッテリーなら5Aくらい楽に引き出せるでしょう。
U2ランクのXM-LはIF=3000mA時に975ルーメンなので、効率100％として換算して1315ルーメン時4.05Aになる計算です。
ですが、説明では積分球なるものを使用しているみたいです。
積分球とは
このような光度を測る装置みたいですが、どこのメーカーの積分球を使用しているか追及してみたいところです。
実際に積分球で測定しているなら、DC-DCコンバータの効率は絶対に100％ではないので先ほど計算した4.05A以上の電流が流れなくてはおかしいことになります。
更に、18650サイズのリチウムマンガン電池がいくら優れていようと、今回使用するリチウムポリマーバッテリー以上の性能は発揮できないはずです。
もう、言い逃れはできません(笑)
測定が楽しみになってきました。


リチウムポリマーバッテリーの結果
4.17V時



あれれれ

配線のロスですかねぇ？？？？？？

この業者お得意のクランプメーターで測定してみると・・・



4.14V時



ｷﾀ━━━━(ﾟ∀ﾟ)━━━━!!


まさかこんなに結果が違うなんて・・・
知らなかった。。。。
明らかにオーバーロードだけどあながち1315ルーメンは嘘ではないのかも・・・

サンヨーセルで電流を測ってみたところ4.72A流れ、電圧は4.14Vから3.62Vまで降下していた。
一流品のサンヨーセルでこんなに電圧降下しているので、リチウムマンガンセルが1つ欲しくなりました。

近所のジョイフル山新で胴の太めな単4電池3本使用するパワーLEDの懐中電灯が500円と安かったので買ってきた。

そもそもなぜいきなりそんな物を買ったのかというと、秋葉原に行ったときにラジオデパートの2階で自転車に取り付けるクリップ式の懐中電灯を固定する物と、単4電池3本使用する砲弾型9LEDの懐中電灯を合わせて600円で購入したのだ。今まで使っていた1LEDのライトでは夜の田んぼ道が暗くて側溝に落ちそうだったので購入を決意した。しかもクリップ式なので取り外しは楽で、自転車のハンドルに固定するだけの物では盗まれる可能性が非常に高いので、駐輪場にとめた時に簡単に外せる物が以前から欲しかった。ただ一つ欠点があった・・・クリップのサイズにその懐中電灯の太さが合っていなかった。懐中電灯の胴回りが細くてグラグラするのでクリップにシリコン系の接着剤を塗りたくっていたが、何度も取り外しすると接着剤が剥がれてくる。これでは定期的に接着剤を塗らないといけない。最初の写真に載っているラジコンのボディー補強でお馴染みのシューグー黒を買いに行ったついでに購入してみた。

早速家でどんなものかみてみた。
まずはLEDのスペック

日本製らしい。
明るさは

45ルーメン。
ただし、出力は1Wとある。
安いだけあって低スペックだ。

電流の制御方法は

抵抗？？
DC－DCコンバータではない・・・

LEDを見てみると

なんか見覚えのある形・・・

早速電流を測定してみた。
まずは新品のアルカリ電池。電圧4.76V、電流0.265A。
合計1.26Wだが、この時のLEDの電圧3.29Vで0.87W。熱損失0.39W。
1/3が熱に変わっている・・・しかもLEDの出力1Wに届かない。。。。
次に充電して使用していなかったニッケル水素のエネループ。電圧4.06V、電流0.158A。
合計0.64W、この時のLEDの電圧3.18Vで0.50W。熱損失0.14W。
出力が半分！！！熱損失は少ないが・・・・

ここで、以前に購入したスピンテックのモーターランモードでLED単体のスペックを調べることにした。この後とんでもないことに。。。
スピンテックのICCはモーターランモードは2.5Vから7.2Vまで可変できるのだが、まずは2.5Vで電流を測定してみると約1A。
ん？？なにかおかしい・・・ふとダイヤルを回してみたら突然LEDが消えた。
げっっ！！死んだ・・・・・・・・
あっという間の出来事だった。
しかもこの教訓は生かされずにまたトンでもないことをしてしまった。


以前にUltraFireのWF-502Bと18650サイズのリチウムイオン電池2種類を買って、電池の種類別に電圧、電流を測定していた。
購入したバッテリーはプロテクトなしのサンヨー製の2600mAhとプロテクトありのUltraFire製2400mAh。
UltraFireのWF-502Bはヤフオクで買ったのだが、うたい文句が怪しかった。
LEDはCree社のXM-L T6ランクだがデータシート上ではIF=3000mAで約900ルーメンだった。
しかし、説明文にはリチウムマンガンバッテリーなるものを使用し、8ゲージの電線とクランプ式テスターを使かって電流5A流れたから1500ルーメンです。と・・・
たかが5Aの電流を測るのにわざわざ8ゲージの電線とクランプメーターを使うなんておかしい！！
それに、出品物が同じなのに全て流れる電流が異なっていたため、DC-DCコンバータの個体差があるみたいだ。
クランプメーターは通常10A以上をはかるときに使用するものだし、8ゲージ(8sq.)の電線は50A位電流を流さないと意味がない。しかも5A電流が流れたからと言ってもDC-DCコンバータを使用しているから、LEDに5A流れたとは言えない。必ず損失があるはず。
とまあこんな感じだが、とりあえず落札した。
リチウムマンガンバッテリーは大電流を流せるらしいが、高価な上に容量が少ないので購入は控えた。
肝心の電流だが、電流計は一般的なデジタルマルチメーターを使用し電圧測定には別のデジタルマルチメーターを使用した。
WF-502BはHi,Mid,Loモードと点滅、SOSの光信号(モールス信号のような物)がある。
測定はHiモードで。
サンヨーセル4.15V時2.73A、UltraFireセル4.15V時2.07A。
とても5Aなんて流れない。
おそらくバッテリーの電圧低下しているから電流も少なくなっているので、リチウムイオンバッテリーの満充電時4.20Vのときの電流が知りたかった。

そこで、スピンテックを机に出したついでにこれも測定しようとした。

まずは、バッテリーがどのくらい電圧低下しているか電圧を変えながら各バッテリーを使用したときの電流が流れた時の電圧を測定した。
1.97A時は3.6V、2.7A時は3.7V。
サンヨーセルは0.45V,UltraFireセルは0.55V電圧が低下していることがわかった。
次に4.20V時の電流をはかるのだが、なぜかバッテリーを接続してみた。
そしたらLEDが点灯しない。セルの電圧を測ってみたら3.8Vちゃんとある。
おかしい・・・
いくらつなげなおしても光らない。
試しに、スピンテックのモーターランモードでつなげたら光った。
光るなら壊れていない。
でも、バッテリーの場合だけ光らない。
LED側の端子に電圧計をつなげ、バッテリーをつなげると3.8Vとでる。
もしかしたら壊れた？？？？
モーターランモードで負荷をかけていない時の電圧を測ったら、設定が2.5Vなのに5V以上ある。
2つの違いといえばつなぐ前の電圧。
試しにバッテリーを2セルつないでみたら少し光った！！
もう、懐中電灯の制御回路は完全に壊れたことがわかった。
そうなのだ。
モーターランモードで、出力側が開放されているときは、ディスプレイの電圧と実際の電圧は異なるのだ。
おそらく、開放時の電圧が高いのはモーターが低電圧でもスムーズに回り始めるように設定されているためだと思われる。
電圧に敏感な電子回路を動かすようには作られていないのだった・・・
ようするに、開放時の電圧でLED制御回路は壊れてしまったのだ。

今日買ってきた懐中電灯に続き、3千円以上もした懐中電灯も壊してしまった。
スピンテックのバカ野朗(涙)


ふと、ここでWF-502BのLEDが今日買ってきた懐中電灯に使えるのではないかとひらめいた。
まずは500円の懐中電灯の基板のサイズを測定

約20ミリ。
WF-502Bに使われているバルブはsurefireの懐中電灯のP60という規格のユニットと互換性がある。
それがこれだ


LEDが見える。リフレクターはボコボコしている。


外形が20ミリ以上あるから、もしかしたらLEDの基板が20ミリかも！！と淡い想いを抱きながら分解することにした。
写真のアルミ色の部分と真鍮色のところはネジが切ってあってねじ込まれている。
このネジがまた固いこと固いこと。。。
大きなプライヤー2つではさんでやっとこ回せた。

分割すると基板側とアルミのヒートシンク側に別れた。

白いシールをはがすと

LEDの基板が見えたがちょっと小さい・・・
サイズをはかると約16ミリ。。。。
残念、無念。

ついでに制御基板も拝むことにした。
まずLEDから配線をはずし、LEDの基板を剥がそうとしたが剥がれない。
何かでくっついているみたい。
制御基板はバッテリー側が半田でくっついている。
ハンダ吸い取り線でハンダを吸いドライバーで突っついてみたらみごと剥がれた。

オクトパス(8本足)のICが2匹もいる。
あとの3本足はFETかな？？
制御方法は知識がないため全くわかりません・・・

LEDの付いている基板を後ろから押すと剥がれました。

白いのは固まるシリコンかな？？
それにしても塗り方適当。
ちゃんと放熱できるのか？？
これは中華品質に間違いありません。


ということで、20ミリ基板のユニットとP60のユニットを買わなければいけなくなりましたとさ。