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パワーMOS-FETです。

東芝の2SK2231。1個100円でした。

1系統分の回路では2SK2962を使いましたが、本番ではこの2SK2231を使う予定です。
こっちの方が小型だし、オン抵抗が少ないし、番号が良いので（笑）。


2SK2231のデータシート

パワーMOS-FETについて


※追記: サンヨーのFETドライバIC「ＴＮＤ012ＮＭ」の方が安いです。

買ってきた基板を字光式ナンバーに入るよう加工しました。


この基板、予想に反して高かったです。
日本のメーカー、サンハヤトのICB-100Gで値段は8860円でした（LEDより高いじゃん）。
サイズは200×300mm。ガラスエポキシ基板なので高いんです。

紙フェノール基板なら安いのですが、反りやすく（というかほとんど売っている時点で既に反っている）、反るとナンバーとの距離を保てなくなるので使いません。
外国製の基板なら1000円くらいで買えますが見ただけで品質の悪さがわかります。

この基板を高さ134mmに切りました。ピラニア鋸を使いました。
ナンバー枠に押し込んだ時に当たる部分はドリルやヤスリなどで欠き取りました。
1.6mmのガラスエポキシなので加工が大変でした。


ちなみに基板のことを基盤と書いている人があまりにも多くいますが、
基板が正解です。
基盤と書いている人を見かけたらそれは誤変換ですので教えてあげましょう。




---データ---
サンハヤトICB-100Gは、千石電商で8860円、マルツパーツで8450円。
サンハヤトICB-100Eは、ヒロセテクニカルで8250円、マルツパーツで7770円。
マルカ電機はオリジナルが7245円。

ふつうヒューズというものは、過電流が流れると切れて回路を遮断しますので、交換が必要です。
でもこのヒューズは、電源を入れ直すと復帰します。何度でも使えるのです。

メーカーによって名前が違うみたいですが、一般的にはリセッタブルヒューズと言うようです。
買ったのは、タイコ エレクトロニクス レイケム社のポリスイッチ ラジアルパーツ・RXEFシリーズの 「RXEF050」です。保持電流は0.5A（500mA）です。60円でした。

電流によって発熱し、その熱で内部抵抗が増えて、電流を流れにくくする仕組みみたいです。
1.0Aくらいまではゆっくり電流が弱まる程度でした。
大きな電流では急激に遮断します。ただ遮断しても少しだけ電流が流れます。
そして電源を入れ直したらすぐに復帰しました。



流れる電流I（mA）と、その時の発熱温度（℃）、電流保持（○×）を調べてみました。室温は15℃です。

I=100mAのとき 15℃、電流保持=○
I=150mAのとき 16℃、電流保持=○
I=200mAのとき 17℃、電流保持=○
I=250mAのとき 18℃、電流保持=○
I=300mAのとき 20℃、電流保持=○
I=350mAのとき 22℃、電流保持=○
I=400mAのとき 24℃、電流保持=○
I=450mAのとき 27℃、電流保持=○
I=500mAのとき 34℃、電流保持=○
I=550mAのとき 41℃、電流保持=○
I=600mAのとき 48℃、電流保持=○
I=650mAのとき 102℃、電流保持=×（ゆっくり温度が上昇し、約10分で102℃、80mA一定に）
I=700mAのとき 102℃、電流保持=×（どんどん温度が上昇し、約1分で102℃、90mA一定に）
I=1000mAのとき 102℃、電流保持=×（急激に温度が上昇し、約10秒で102℃、90mA一定に）


過電流が流れたときは、次第に温度が上昇し、70℃を過ぎると急上昇して、回路を遮断しました。
回路遮断しても90mA流れてしまいます。しかもその時の温度はなんと約100℃ !!!。これは怖いです。
周囲の温度によっても保持電流値が変わってくると思います。


次に電圧降下を調べてみました。
I=22.5mAのとき 0.02V
I=50.0mAのとき 0.06V
I=100mAのとき 0.12V
I=150mAのとき 0.17V
I=200mAのとき 0.24V
I=250mAのとき 0.29V
でした。

字光式ナンバー省電力化で予定している消費電流だと、およそ0.2Vの損失がありますが、その程度ならLEDの明るさには影響ないでしょう。でも電流を遮断するまでのタイムラグと100℃にも達する発熱が心配なので使わないかもしれません。

抵抗を使った実験で、電圧が12.0Vなら抵抗なしでLED4個直列でいけることがわかりましたので、
12V低損失レギュレータで12.0Vに固定してLED4個を点灯してみました。

このときのバッテリー電圧Vin（V）を12.0V～15.0V変化させてLEDに流れる電流I（mA）を測ってみました。

被検LEDは日亜NSPLR70BS、レギュレータはナショセミLM2940CT-12です。測定器はデジタルテスター。室温は20℃です。


Vinが12.0Vのとき I=22.42mA
Vinが12.1Vのとき I=24.05mA
Vinが12.2Vのとき I=24.18mA
Vinが12.3Vのとき I=24.17mA
Vinが12.4Vのとき I=24.13mA
Vinが12.5Vのとき I=24.18mA
Vinが13.0Vのとき I=24.15mA
Vinが13.5Vのとき I=24.10mA
Vinが14.0Vのとき I=24.06mA
Vinが14.5Vのとき I=23.96mA
Vinが15.0Vのとき I=23.73mA


この結果、バッテリー電圧が12.1Vのときから電流Iが安定することがわかりました。12.0Vのときでもほとんど差がないので、見た目の明るさも変わらず、まったく問題ないと思います。
定格30mAのLEDなので、24mAだとちょうど80%の電流で点灯することになり、寿命の心配もなさそうです。

字光式ナンバー省電力化の目標消費電流は150mA以下なので、この回路だとLED4個×6並列=24個（1系統あたり24mA×6系統で約150mA）までになります。LEDに常に電流を流し続ける静的な点灯方法（スタティック駆動）なら24個までいけるということです。

ただ、LEDの系統数を増やすとレギュレータに流れる電流が増えるので、ドロップアウト電圧が高くなり、低い電圧では安定した電流が得られなくなる可能性があります。レギュレータの前に整流器を入れると電圧が下がってさらに安定しにくくなるので、整流器は入れないことにします。
字光式ナンバー照明にそんなに精度は必要ありませんけどね…。

レギュレータは電圧を安定化させる部品です。入力にバッテリーをつなげると、ピッタリ12Vが出力されます。バッテリー電圧が変化しても出力される電圧は変化しません。
レギュレータで電圧を12Vに固定すれば、バッテリー電圧が低いときも高いときも安定した電流が流れますので、LEDの設計が楽になります。

このレギュレータは、車載用に設計されたナショナルセミコンダクター社の3端子レギュレータ LM2940（データシート）です。低損失（ロードロップアウト）タイプですので、ドロップアウト電圧が低く、バッテリー電圧が低くても12Vになります。

今回はどのくらいのバッテリー電圧から12Vに安定するか実験してみました。
被検レギュレータは LM2940CT-12（100円）、負荷はLEDではなく100Ω、62Ω、30Ωの3種類の抵抗をつなげてみました。
記号は、バッテリ電圧Vin（V）、レギュレータ出力電圧Vout（V）、電流I（mA）、負荷抵抗R（Ω）、レギュレータ入出力電圧差Vin-out（V）レギュレータ温度C（℃）です。測定器はすべてデジタルテスターを使いましたが誤差があります。室温は約17℃です。


回路1、R=100Ωの場合
Vin=12.0Vのとき Vout=11.85V、Vin-out=0.16V、I=112.8mA、24℃
Vin=12.1Vのとき Vout=11.96V、Vin-out=0.17V、I=113.7mA、24℃
Vin=12.2Vのとき Vout=12.04V、Vin-out=0.18V、I=114.4mA、24℃
Vin=12.3Vのとき Vout=12.05V、Vin-out=0.27V、I=114.5mA、24℃
Vin=12.4Vのとき Vout=12.05V、Vin-out=0.37V、I=114.6mA、24℃
Vin=12.5Vのとき Vout=12.05V、Vin-out=0.47V、I=114.6mA、25℃
Vin=13.0Vのとき Vout=12.05V、Vin-out=0.97V、I=114.5mA、27℃
Vin=13.5Vのとき Vout=12.05V、Vin-out=1.47V、I=114.6mA、28℃
Vin=14.0Vのとき Vout=12.05V、Vin-out=1.97V、I=114.5mA、30℃
Vin=14.5Vのとき Vout=12.05V、Vin-out=2.47V、I=114.5mA、32℃
Vin=15.0Vのとき Vout=12.06V、Vin-out=2.98V、I=114.6mA、34℃
※バッテリー電圧Vinが12.2VからVoutが安定するのはすごいです。レギュレータは微かに発熱する程度でした。

回路2、R=62Ωの場合
Vin=12.0Vのとき Vout=11.74V、Vin-out=0.64V、I=174.2mA、25℃
Vin=12.1Vのとき Vout=11.78V、Vin-out=0.64V、I=174.1mA、25℃
Vin=12.2Vのとき Vout=11.93V、Vin-out=0.66V、I=176.3mA、25℃
Vin=12.3Vのとき Vout=12.01V、Vin-out=0.74V、I=177.4mA、25℃
Vin=12.4Vのとき Vout=12.01V、Vin-out=0.85V、I=177.4mA、26℃
Vin=12.5Vのとき Vout=12.01V、Vin-out=0.94V、I=177.4mA、27℃
Vin=13.0Vのとき Vout=12.01V、Vin-out=1.44V、I=177.4mA、30℃
Vin=13.5Vのとき Vout=12.02V、Vin-out=1.94V、I=177.4mA、33℃
Vin=14.0Vのとき Vout=12.01V、Vin-out=2.44V、I=177.3mA、35℃
Vin=14.5Vのとき Vout=12.01V、Vin-out=2.94V、I=177.3mA、37℃
Vin=15.0Vのとき Vout=12.01V、Vin-out=3.44V、I=177.3mA、40℃
※バッテリー電圧Vinが12.3VからVoutが安定しました。電流Iが増えると安定が始まる電圧が高くなります。レギュレータの発熱はまだ放熱器がいらない程度です。

回路3、R=30Ωの場合
Vin=12.0Vのとき Vout=11.57V、Vin-out=1.28V、I=367.4mA、30℃
Vin=12.1Vのとき Vout=11.64V、Vin-out=1.29V、I=370.0mA、31℃
Vin=12.2Vのとき Vout=11.77V、Vin-out=1.30V、I=372.8mA、31℃
Vin=12.3Vのとき Vout=11.84V、Vin-out=1.35V、I=374.5mA、31℃
Vin=12.4Vのとき Vout=11.85V、Vin-out=1.41V、I=375.2mA、31℃
Vin=12.5Vのとき Vout=11.95V、Vin-out=1.51V、I=375.3mA、32℃
Vin=13.0Vのとき Vout=11.95V、Vin-out=2.01V、I=375.0mA、37℃
Vin=13.5Vのとき Vout=11.96V、Vin-out=2.51V、I=375.0mA、42℃
Vin=14.0Vのとき Vout=11.95V、Vin-out=3.01V、I=374.7mA、46℃
Vin=14.5Vのとき Vout=11.95V、Vin-out=3.51V、I=374.9mA、51℃
Vin=15.0Vのとき Vout=11.95V、Vin-out=4.01V、I=374.8mA、56℃
※バッテリー電圧Vinが12.5VからVoutが安定しました。これほどの電流Iを流すとさすがに発熱が多くなり、放熱器が必要な程です。


このレギュレータはかなり成績が良いです。
字光式ナンバー省電力化で予定している消費電流150mA程度なら、バッテリー電圧は12.3V付近から安定します。

このレギュレータを使うと電圧が一定になりますので電流も一定になります。ということはCRD（定電流ダイオード）を使う必要がなくなります。そのかわりLEDに加わる電圧（というかLEDに流れる電流）を調整するために抵抗が必要になります。 字光式ナンバー省電力化で使う予定のLED、NSPLR70BSなら抵抗なしの4個直列でいけそうです。