2SC1815 2個で白色LEDを定電流駆動 1

    電子工作
    01 /08 2016
    トランジスタ2個(2石)での定電流回路である。
    回路的には以前パワーLED用のをやっているので再度行うテーマではないですがこの記事に「2SC1815 定電流」の検索で来られる方が多い。
    ヘタに2SC1815での注意点を書いたのと、以外にもこのキーワードで記事があまりヒットしないために検索結果のトップになっているからです。(申し訳ない)
    そのような訳で責任を取って?やってみることにした。
     ストックした単一、単二乾電池の消費用にいいかなという理由もある。
     単三は以前作ったDC/DCの常夜灯で行っている。

    LED電流は5,10,20,30mA位とする。

    回路図
    1815constI_04.png 1815constI_01.jpg

    2SC1815は東芝、hFEランクGR(200~400@Ic=2mA)
    LEDはこれまでと同じOSW54K5B61A Vf=3.1V@30mA 60度

    電源
    最大電圧はアルカリ電池4本の6.5V、最低は終止電圧の3.6V。
    定電流回路で0.9V位食うので4本が適切である。
    単純な抵抗式に比べて電池の電圧が高い場合に電流を抑えて点灯時間を伸ばすのがメリット。

    Q1のVbeは?
    Ibで決まる。IbはIcとhFEで決まる。
    Icは5~30mA位
    hFEはhFE(1)ランクはIc=2mA(以下)時のものなので使えない。
    hFE(2)の25(Min)~100(Typ)を使う。
    標準の100とするとIbは50~300uAである。
    データシートからこのときのVb(@25℃)は0.66~0.73V
    →0.7V前後である。

    R1の値
    3.6V時で計算。
    hFE(2)の25(Min)で計算すると6.5V時(電圧が高いとき)に無駄な電流が流れ過ぎる。
    100(Typ)を使う手もあるが多少低いのも考慮して中間の50で計算してみる。
    5mA用 (3.6V-1.3V)/(5mA/50)=23000→22kΩ
    10mA用 (3.6V-1.3V)/(10mA/50)=11500→10kΩ
    20mA用 (3.6V-1.3V)/(20mA/50)=5750→4.7kΩ(5.6KΩ)
    30mA用 (3.6V-1.3V)/(30mA/50)=3833→3.3kΩ

    R2の値
    Q2のVbeが5mA時に0.6Vを切りそうだがやってみないと分からないので0.6Vで計算する。
    20、30mAはこの値(LEDの定格)を超えないように5%位低くする。
    5mA 0.6V/5mA=120Ω
      常夜灯向きに150Ω、4mAでやってみる。
      連続、単二で約2カ月、単一で約4カ月持つはず。
    10mA 0.6V/10mA=60Ω 100//150=60.0Ω
    20mA 0.6V/20mA=30 *1.05=31.5Ω →33Ω 18.2mA
    30mA 0.6V/30mA=20 *1.05=21Ω →22Ω 27.3mA

    Q1の発熱
    電源6.5V、LED電流で27.3mAで計算してみる。LEDのVfは3.1Vとする。
    (6.5V-3.1V-0.6V)*27.3mA=76.4mW
    データシートから気温約106℃まで耐えるので全く問題ない。

    設計値まとめ
    LED電流デンリュウ R1 R2
    4mA 22k 150
    10mA 10k 60(100//150)
    18mA 4.7k 33
    27mA 3.3k 22

    特性測定値  R2電流≒LED電流
     4mA                  10mA
    1815constI_05.png1815constI_06.png
     18mA                  27mA
    1815constI_07.png1815constI_08.png

    4、10mAはLEDのVfやTRのVbeが低いために3.5Vまで定電流。
    20、30mAは4Vまで定電流だが3.5Vでも70%以上の電流なのでまだ明るい。
    →アルカリ乾電池4本の終始電圧3.6Vまで充分使い物になる。

    データは示していないが
    Q1のVbeは0.7Vを超えており、やはり1815のIcは30mAまでにしておくのがよさそうある。
    Q1の発熱量は最大74.3mW計で問題ない。
     実際、触れても暖かいまではいかず気温より少し高く冷たくないという感じ。
     この温度上昇による影響は少しあるはず。

    う~ん、それにしてもみんな右肩下がりだし無駄な電流が多い。
    低電圧時にLED電流が十分流れるように3.6Vで設計したのが間違いだった。
    恐らくR1に電流が流れ過ぎているのが原因。 少なければ右肩上がりになるはず。

    すみません。 今回のR1の値は失敗です。
    もっと上げた方が良さそうなのでやり直してみます。 チョットなめてかかっていました。

    続 く
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    Friendship 7

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