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2017年10月04日

あれはいい物だ・・(1stガンダムより) 純正LED回路の設計値解析(日産)

あれはいい物だ・・(1stガンダムより) 純正LED回路の設計値解析(日産) 御無沙汰しています
仕事が佳境に入ってしまい 皆様に応答しておらずすみません(__)
奴隷生活が当面続きます(T_T)

純正品のLED基板を友さんからお預かりする機会があり
折角なので保安部品の回路設計がどうなっているか?解析してみました

以下自分用メモです (弄りのご参考に)

LEDの電流は、定格まで流すと短命(暗くなったり、玉切れや点滅)になるので
どこまで流すかで品質が決まります
10年の品質は確保しているであろう純正品の設計値を前々から知りたかったのです

制動灯のLED電流を抵抗で決めている純正基板を目の前にし
変態なので我慢できませんでした
どんだけディレーティング(部品定格に対する使用率)を確保しているのか
把握したかったので、今回計算してみます。
日産K12マーチのハイマウントストップランプです。26590-AZ100
サプライヤーはスタンレー電気 国内自動車照明2位の有名どころの設計を拝見できます。
ワクワク(^^♪


まずは使用しているLEDの調査
 もう世代おくれかなーFLUXタイプです。 今はパワーLEDですよね
 メーカーと型名が判らないと始まりません グーグルフル活用



 部品形状と点灯時の配光から
 Lumileds(PHILIPS製 欧州)
 HPWT-MH00 と判別しました ほっ

 やっぱ純正部品、車載専用の高品質部品採用してますね
 スタンレー自前のLEDじゃないのは、FLUXタイプを持って無いからですね たぶん

 色(波長)はRED-ORANGEです
 真赤使わないのは、見た目の明るさUPの効果を狙ってるのかな?

 おおっ、LEDが裸では目潰しのように明るい
 中古品ですが、明るさや色目のばらつきやムラは皆無です 

素晴らしい品質のLEDを沢山使ってるなー
中国製とは比べ物にならない

やっぱ純正品だなー これはいい物だー
いやー よだれ物で欲しい基板ですね
借り物で残念(TT)

愛車の中国テール 切れる前に純正採用LEDに植え替えたい(爆)


回路はLED 4直でした 
 3直に抑えてるとおもいきや、これは意外です
 4直ということは10Vでの点灯保障は割り切ったのでしょう(VFtyp=2.6Vとして)
 赤色LEDは青色(=白)に比べVfが低いので出来る技です



回路は下記の順で直列になっています

VCC
ダイオード(逆流防止)
LED1
LED2
15 ohm(1/2W 5%)
LED3
LED4
15 ohm(1/2W 5%)
GND






<電流設計値を各部品の電圧実測値から計算します>

①VCC=13V印加時
逆流防止ダイオードのVFは実測で0.85V
LEDのVfは2.6~2.7Vでした

13V時のLED電流 Ifを求めます
13-0.85-2.65*4=1.55V
If=1.55V/30Ω=51.6mA

ICの定格電流はSPECより70mAです
ディレーティングは73.7%(=51.6/70)です

VCCが実動作の平均に近い13Vでは、80%以下にしていますね。



②発電時ワースト想定で16Vで計算します
ダイオードのVFは実測で0.86V
LEDのVfは2.8~2.9Vでした
16-0.86-2.85*4=3.74V
If=3.74V/30Ω=124.6mA

定格70mAに対し、ディレーティングオーバーでなんと178%です
16Vでの動作は想定してない模様(>_<)



③実動作の上限に近いダイナモ動作時の14Vではどうでしょう

ダイオードのVFは実測で0.833V
LEDのVfは2.78~2.79Vでした

14-0.833-2.785*4=2.027V
If=2.027V/30Ω=67.5mA

ディレーティングは96.4%です。

100%以下なので、14Vでは定格内の使用であり
SPEC保障されるのでLEDは壊れないです。
(あくまで実測値での判定です。厳密にはVf0.2Vのばらつき、抵抗5%ばらつきがあり、計算上は100%超えるでしょうね)

LEDの発熱も指で触れる程度のぬるさで信頼性は抜群そうです。
ノウハウとしてLEDの足が指で触れない温度だとTjオーバーし、いずれ切れます


【今回の結論】
抵抗での純正電流設計 電源14V以上は定格無視で割り切ってた。
赤色LEDを4直にしており、10Vでの点灯保障は出来てない

↑日産K13マーチ スタンレーの設計値

感想:
私としては、16Vで定格内の保障ができていないとは意外な事実でした(^_^;) 
想像するに
日産がサプライヤーに14Vまでの保証でいいよと言っているのか
あるいはサプライヤーがLEDメーカーと16Vで壊れない特別な確約を取ってるのか?

どんなに悩んでも ユーザーサイドからはわかりましぇん(笑)

今はパワーLEDの時代なのでLEDドライバICで電流の安定化制御かけてるので
電圧が変動しても定格超えない設計ができてると思います


以下メーカーからDLしたLEDのSPEC乗せときます。


定格電流は70mA
動作保証温度は車載対応-40~100℃
半導体なんで接合部分のTj(ジャンクション)温度定格は125℃
照射形状は下記の通り円形でした。



Vf対If 代表特性


車載品のVfばらつきはランク指定で0.2V位に抑えられてるんですね
さすが純正品
今回はBIN 4と5が該当っぽい(③のVf値 測定条件の70mAに近いので)


またまたマニアックな投稿になってしまいました。^^;

でもこういう純正部品の設計ノウハウを解析した情報 って
NETにないんですよね~ 発信すればきっと世の中の役に立つはずだ
自分だけ知ってても世に貢献できないし、日本初の情報だと思うと
投稿するモチベーションも上がる
自己満かもしれないですが、そう考えると投稿の源になるので(笑)

まだまだ各社の設計思想の疑問は尽きないです
車メーカー間で部品定格に対する使用率の違いはあるの?
大衆車向けと高級車では品質の設計思想は変えてるの?

機会あれば、他の部品でも調べたいですねー

長文にお付き合い頂きありがとうございました。
ブログ一覧 | マニーの技術ニュース | クルマ
Posted at 2017/10/04 00:28:07

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この記事へのコメント

2017年10月4日 1:19
リサーチ力、半端ないですね‼️

純正ベースの設計思想がプライベートチューニングに役立ちますね(^^)

クルマなら電気的特性意外に温湿度環境や振動など様々なイレギュラーがあるから総合的にパーツ選定や特性を活かした設計が重要ですね(^^)

今回のレポートは非常に勉強になりました‼️

ブログアップありがとうございます😊
コメントへの返答
2017年10月5日 1:44
どさんこさん
コメントありがとうございます。

実は、るるさんからT10コネクタつけるだけの依頼でお預かりした基板でしたが、純正のノウハウ知りたくて、、、月曜深夜に我慢できずテスターあててました(^^ゞ

車は温度環境などとても厳しい条件ですよねー、LEDの温特を考慮するともっと定格に対し厳しいはずですね
でも意外と余裕ない設計で驚きました。
たぶん車載専用LEDは、品質が半端なくいいから余裕度は最小限でいいのでしょうね

感謝していただけてうれしいです
勉強になるのでもっと投稿頑張ります
2017年10月4日 6:08
おはようございます!
わかりやすい説明で勉強になりました。
今後の参考にさせていただきます。
寒くなってきましたね。
激務にとお身体お気をつけてください。
(*^^*)
コメントへの返答
2017年10月5日 1:53
ペリーさん

まさか私なんかにコメントいただけるなんて 超うれしーです。
アルディーノのプログラミングも自由自在の神のような存在です

何事にも体は資本ですね ありがとうございます。

また純正ノウハウ掴んだら投稿頑張ります
今後もよろしくお願いします。
2017年10月4日 7:34
これはスゴイ!

自分は無知だから、理解できないことのが大半でしたが、メーカーの設計値がわかれば、LEDで作成してる方々も目標値がわかって有益な情報ですよね。(^o^)丿

それにしても、ここまで解析してしまうとは、さすがはマニーさんです。(^_^)/
コメントへの返答
2017年10月5日 1:59
いえいえ かえでさんの投稿のほうがスゴイです
みん友さんとのコラボ ほんと凄すぎます
(うらやましいともいいます)

車のプロの設計ノウハウ知りたいんですよねー 皆さんの役に立てばいいのですが、まだまだですね

マニーというかマニアです(笑)
2017年10月4日 22:22
こんばんは!

凄く合理的な施工をされていますね。

全くのド素人の僕には無理です。(汗)
コメントへの返答
2017年10月5日 2:05
TAKAさん こんばんは

読んでいただき嬉しいですよ

おっしゃるとおり、合理的すぎて驚きました(゜o゜)

車載専用LEDの品質が良すぎるので
マージンいらないみたいです

私は安物の中国パーツ使うことが多いので 壊れないようにマージンが沢山いります(^^ゞ
純正用の部品 欲しくなりました
2017年10月5日 12:36
マニーさんお疲れ様です!
私にはチンプンカンプンで頭がとんがりコーンですよ。期待して待っていてくださいよ〜。
(2人だけのひ・み・つ( ͡° ͜ʖ ͡°)
コメントへの返答
2017年10月7日 21:12
お疲れ様です 

おおっ 神様降臨
マツダとホンダ おっと秘密

うれしーっす\(^o^)/

2017年10月7日 1:13
Mannyさん
わけがわからないながらも、興味深く拝見させていただきました(^^)
表面的にでも関連する仕事なので、興味だけでなくもっと勉強しなければとつくづく(^^;
純正は量産までに厳しい試験とコストがかかっていますもんね~
コメントへの返答
2017年10月7日 21:20
いつも暖かいコメント
ありがとうございます。

純正には学ぶことが多いですよねー
お仕事いいなー 純正ノウハウ教えてくださいねー(__)

わたしも何かでパックさんのお役に立てればいいなー
2017年10月8日 13:18
初めまして。
車載部品では、スペックシートも新たに作成して購入するのがふつうですので、公開されているデータシートの値とは異なる場合が良くあります。こういう類のLEDで実際のモノをカスタムまではしないと思いますが…。

ちなみに70mAってのはもちろんTJ125℃以下ですから実際の連続点灯でどれくらいの余裕があるかが問題でしょう。輝度低下ももちろんワイヤーリフトもヒートサイクルの回数と温度幅が影響します。

低電圧側がヌルいのは、クランキング時は停車中でありランプの輝度減は問題にならないからでしょう。VF-IF特性を見れば分かりますが、点かないわけではありませんよ。ただ、この辺の思想は完成車メーカーによって異なります。
余程のことがない限り、11Vは割りません。(クランキング以外)

個人的にはスタンレーの設計はどうかしていると思いますが。やはりトヨタ系が一番マトモです。
コメントへの返答
2017年10月11日 0:14
KZNRさん はじめまして

ブログを見つけて頂いたことと、
コメント頂けてとても嬉しいです。

はい、おっしゃる通りですね(^^)v
ご説明いただいたことはよくわかります。

こういう出会いがあるからみんカラはやめらせません(笑)
もしかして、車業界のエンジニアさん?
2017年10月8日 13:33
補足です
データシートの保証値自体も電子部品メーカーによって基準が様々(マージンの)であり、スタンスとしては耐久試験を十分なサンプル数で実施してパスするかどうか、が最終的な判断になるはずです。ですから安全率なんてものは有って無いようなもの、あくまで目安です。

素材そのものを見るような設計の場合は安全率は使えるのですが…例えばバネですとか。
電子部品は複合的過ぎるのでそれが設計品質の確からしさを証明するには足りないのです。
コメントへの返答
2017年10月11日 0:21
純正の設計は、そうやって見極めるんですね。

確かに部品メーカーの定格値は各社まちまちで経験値できめている気がします。低格の根拠きいても社外秘らしいし(笑)

車メーカーの耐久試験の電圧は何ボルトなんでしょうね。13.5V位でしょうか。これも車メーカーで考え方が違うとかあるんでしょうね。

コメントありがとうございました。
2017年10月11日 2:17
日系メーカーは比較的ちゃんと根拠出しますよ。ワーストサンプル作ってこんな結果でしたとか、コーナー解析結果がどうとか、まぁ詳細は見えないように出してきますが。経験値の部分はあくまでマージンの取り方で、ちゃんと実験的根拠はあります。もちろん社外秘なのでNDA取り交わしてないと絶対出しません…。

外資は結構色々ですね。痛いとこ突っ込まれるとダンマリか変な言い訳したり…オンセミとかフリスケあたりは大きいメーカーですがクセあります。

耐久試験は何を見る耐久なのかによって条件を決めますが、サプライヤがやる試験では要求仕様中のワーストケースです。試験そのものも要求仕様に含まれる場合はその条件ですね。

電圧なら上限16Vの仕様ならそこです。
LEDは専門外ですが、加速劣化系は16ではやってないと思います。たぶん持たないので…14V台だと思いますよ。今は充電制御車が多いですがこれの充電時の電圧(最大側)と思います。実用上のワーストですね。

16でも破壊はしちゃいけないけど輝度劣化は14V相当で規定、みたいな…短時間定格っていうんでしょうかね。そういうのはあります。

最低ラインはあくまで完成車メーカーが決めますが、サプライヤは独自の判断でそれ以上の条件でやることも稀にあります。

元Tier1サプライヤの中の人ですが、今は全然関係のない仕事をしています。(笑
コメントへの返答
2017年10月22日 1:07
お詳しいコメントありがとうございます。
返信遅くなりごめんなさい

な・な・なんと純正のプロ設計者さんでしたかー
コメント頂けて感無量(T_T)

車載機器の設計情報はためになりますねー(永久保存っす)

あつかましくも
今後もよろしくおねがいします。(__)




2017年12月21日 20:39
ご無沙汰してます。
久しぶりに覗いてみたら、、マニーさんらしいプロフェッショナルな記事、基礎知識無く理解出来なくとも熟読です、、私なんかの過去のネタブログに赤面です。
お互い?仕事多忙のターボで社畜化している今日かも知れませんが、愛車と(ついでに家族も)過ごすベッタリ年末年始を夢見て頑張りましょう(_ _)
コメントへの返答
2018年1月6日 14:07
返信が大変遅くなりごめんなさい。
ププッ お互いに「社畜」ですね~ 笑わせていただきました。私にぴったな言葉ですw
私の場合はさらに「嫁畜」でもあるかも 最近は車弄ると超怖いんで妄想以外は困難になってます(TT)
年末年始は家族メインで点数UPしたはず、さらに春になれば仕事の状況変わるはずなので投稿を再開いたします(^^)v
今年もよろしくお願いします。

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