点滅に於いて、被視認性を高めながら消費電力を小さくするのは可能である。原則的には、点灯時に十分な電流を流しながら点灯時間を短く瞬間的にする事で、高い被視認性を維持しながら消費電力を抑える事が出来る。

例えば、0.3sec周期で点滅させる場合に、同じ定格電流を流すのであれば、点灯時間が0.1secのものと0.05secのものは、被視認性に於いてはさほど変らないが、消費電力は2:1の比になる。
0.5sec周期で0.2sec点灯のものよりも、0.3sec周期で0.1sec点灯のものの方が、被視認性に於いて圧倒的に優れながら消費電力は小さい

といっても、点灯時間の短さには限度がある。突き詰めた実験はしていないが、多分、0.05secぐらいがリミットだろう。これは回路とその(所謂)プログラム，印加する電圧や電流等にも依る

そして、こうした要件を調整可能なディスクリート回路は、弛張回路(relaxation oscillator)だろう。ディスクリート組みとしては唯一のものになると思う。もちろん、点滅周期を余りに速くすると点灯時の電流を十分に流すのが困難になったり、瞬間的な発光だからといって大きめに電流を流したりするのが困難になるなど、その調整はなかなか難しい。しかし、バイブレータやリング回路などと比べると被視認性に優れながら圧倒的に省エネになる回路を作る事が可能だ。むしろバイブレータやリング回路は効率に劣るので止めたほうがいい。
もし、シビアに調整していく必要があれば、AVR, PICといったプログラマブルなICを利用するか、もしくは、都合のいい特性を持つ既製品ICの流用でしょう

このページ「tail lamp」ではテールランプを中心に様々な回路を記している



半導体としての違いは無い。単に定格電流の桁が異なるだけと言えなくも無い。
形状の違いから、砲弾型LEDは半減角15度などの指向性の強いものがあり、PowerLEDは指向性を強くする為にはコリメータの装着が必須になる。また、通常PowerLEDは大きな電流を流すので熱対策が必須になる。PowerLEDを扱うに際して、熱処理がすべてだと言う人も多い。最近は、砲弾型LEDにも比較的大きな電流を流せる高照度の製品があり、そうした製品は放熱に配慮した太い金属足があったりする

定電流回路が推奨される理由。放熱が重要視される理由。
最大定格(conductionだったっけ？)を超える温度はLEDを急速に劣化または破壊するが、高熱はそれ以前の問題がある。高熱はLEDのVf(順方向電圧)を低下させるので、定電圧によってブリーダのみで駆動すると過電流になり、これがまた温度上昇に繋がり更にVfを低下させる悪循環をもたらす。尤も、数十mAしか流さない様な機器のモニターランプなどに使用する砲弾型LEDなどはそれで問題が無い。
高効率なスイッチング電源が面倒なら二石の安易な定電流回路(右図，A = Vbe / R)で構わない。大きな発熱が予想されるLEDの場合は定電流回路を使うべき

余談だけど、市販されている定電流LEDドライバの回路自体に結構な発熱があり本当に高効率なのかどうか怪しいモノが多い。こんなモノを使う為に為にありがちな12V電源をわざわざ作る必要があるだろうか



充電池は永く使いたい。最も重要なのは過放電でセルを傷めない事だが、ライトなどに使うとついついやってしまいがちになる。しかも保安部品となればそうせざるを得ない状況にもなりやすい。
最近はNiMHだけでなくLi-ionを使ったライトも多い。Li-ionは適切な保護回路があれば終止電圧までドロップすれば放電停止してくれるが、保安部品としては交通上のリスクが唐突に発生する事になる。だからと言って保護回路無しのLi-ionで過放電させると発火，爆発のリスクがある。
体積あたりの電力容量でLi-ionに迫っている事もあり、NiMHを使うのが無難で妥当と思う。自作ですからそうしたリスクは回避したい

リスクがほぼ無いからといってNiMHを過放電させてしまうと寿命が極端に短くなる。
NiMHの放電特性は容量が減少しても電圧降下が小さいので、光量が減衰したとわかる程に電圧降下が起こった時点ではとっくに終止電圧を下回って過放電していると思っていい。特に昇圧回路を使った機器では電圧降下はわかり難い

要は交換のタイミングがわかればいい。
バッテリーのインジケータがあれば最良だ。簡易に、終止電圧に近付いたら警告ランプが点灯するでもいい。そうしたモノが無ければ、使い慣れて(?)、少々早目に交換する事で過放電は免れる。但し、早目に交換した場合に、継ぎ足し充電するとメモリ効果を引き起こすので、放電機能のある充電器を使う様にすればいい。放電機能とは適切な終止電圧で停止してくれる機能である。
余談だが、終止電圧とは、一定の負荷の場合に放電を停止するべき電圧の事で、負荷の大きさによって変化する。
詳しくは、このページ「discharger」を参照して欲しい

これは、「小さなフロント」の続きの「小さなフロントにPowerLEDを追加」の続きです。
交換と記しましたが、フロント部位を新たに作ります



契機はふたつ

ひとつは、電源電圧の変化に伴いPowerLEDの1フラッシュの点灯時間が長くなり過ぎて、高速点滅が不可能になり、ランタイムも短くなった事。コンデンサーを変えれば解決しそうだけれど、折角なのでいろいろ変えたくなった

ふたつめは、1セルでPowerLEDを点灯/点滅させるペンライト(右画像)を作ったのだが、非常にコンパクトに作る事が出来たので、バッテリーホルダーを除いて同じモノを作って流用しようと考えた。このペンライトはLi-ion二次電池の14500を使うのだが、サイズは単三型と同じながら3.6Vの電圧がある。定格電圧が同じなので、全く同じ回路でいけると思う

PowerLEDには電燈色を使う。最近はLEDライトと言えば判を押したようにクールホワイトなので、敢えて、洒落で、電燈色にする。定格的にLMなどの値に変わりは無い。印象としてホワイトよりも微かに低照度に感じるけれど



テールとフロントを分けて描いた

PowerLEDの電流を制御する為の定電流回路も無ければブリーダも無い。
電源電圧の3.6VをHT7750で5Vに昇圧し、それをそのままPowerLEDに流し込む。電流は、コイルで制限する。やっちゃいけない方法なんだろうと思うけれど、まぁ上手く動いてます。効率いいんじゃないのかな(笑)…



この左右の2画像は、先に触れた「1セルでPowerLEDを点灯/点滅させるペンライト」の製作中のもの。
ピンク色の筒はバッテリーホルダーでこれには使わない


アルミ円筒の側面を削り出してスイッチのレバーを突き出させる。画像の様にマスキングテープを巻いた状態で削り出した。
その反対側には、ドライバーを差す穴を開け、半固定抵抗により点滅周期を調整可能にする


直系18mm，長さ27mm


このアルミの円筒の中に、昇圧回路，弛張回路，放熱伝導銅板，PowerLED，コリメータ，メインスイッチ，モードスイッチを組込む







旧来の砲弾型LEDを使用する部位は、以前と同様にアダプターのアタッチメントを利用した。今回は3mm型を4灯使用した。最近の高照度LEDは3mmでもかなり明るい

回路図には描かなかったが、2回路2ポジションのスイッチを取付け、PowerLEDと砲弾型LEDの切替えを一発で可能にした。
砲弾型LEDの方へスイッチを入れ、更に、PowerLED側の固有のスイッチを入れる事で、両方を点灯させる事も出来る

これは、「小さなフロント」の続きです。既に完成しているライトにPowerLEDを追加します



電動自転車の普及のせいだろうか、単体でもたまに見かける様になったPowerLEDのヘッドランプは、街灯の無い夜道でも路面状況を十分に知る事が出来そうだ。自転車のヘッドライトもＷクラスのPowerLEDが当たり前になってきているという事なので、視認する側もそういうものだと考え始めると思う。
商店街などでそういうライトを上向きに照射してるのを見ると少々辟易しますけれどね

そんな状況もあって、砲弾型LEDだけでは心許ないので、PowerLEDを追加する事にした。まぁ単純にやってみたいのが強いかな

テールから新たに引き込むケーブルはGNDのみ。PowerLEDと放熱部位，コリメータ，昇圧回路，点滅(弛張)回路を新たに実装する事になり、部品点数はそこそこ多く、エアフローも考えなきゃいけないものの、コンパクトに収めたい。
結果だけ先に記すと、既に作成してあったドーム状のモノとほとんど同じサイズに収める事が出来ました

バッテリーは共用だが完成済みのライトとは独立的に使用出来る様にする



テールとフロントを分けて描いた

テールランプに赤色LEDを4灯追加し、青色LED3灯と切替えられる様にした。
これは、PowerLEDをコンスタント点灯させた際に、電圧ドロップが大きくなり、青色LEDが点灯しなくなってしまったから。PowerLEDをフラッシュさせている場合はそこまで電圧降下はしない。dcdcはtoplandの携帯用充電器より流用。
PowerLEDの電流制御をブリーダで行なっているのは、スペース的に定電流回路を組込む余地が無かったからだが、なんとかしたいわ…




ホルダーのアタッチメントに砲弾型LEDの3灯を埋め込んでフラットな形状にし、以前同様にそこへ被せるドーム状のアクリルの中にPowerLEDとその回路等を収める。
ヒートシンクは小さいけれどピン状の足が沢山ついているモノなので、エアフローがあればなんとかなるだろうと高を括って、実験すらして無い…


全燈点灯モード(duty25%)で、青色LEDと赤色LEDを切替えてみた(右画像)。これはPowerLEDを装着する前



ドーム状のアクリルの前後をカットしてエアフローを確保する。前部にはコリメータが突き出し、後部は点滅周期を調整する半固定抵抗を露出させている












やや後方から。
コリメータの半減角は30度なのだが、広い角度で被視認性を得られそうな程度に、広く光が漏れてる感じ




これはテールランプ部位。サドルに仕込む

AA2本用の電池ボックスを3本用に交換。
LEDが並ぶ側に迫り出す格好



PowerLEDのコンスタント点灯時にも電圧降下による青色LED消灯が起こらなくなった






バッテリー消耗時にどうなるかはわからないけれど、PowerLEDのコンスタント点灯はあまり使わないものなのでよしとする



電源電圧の変化に伴い、PowerLEDの点滅時の1フラッシュの発光時間が長めになってしまった。照度は十分なのだが、この結果、高速な点滅が不可能になり、ランタイムが短くなる。
これは弛張回路のコンデンサー容量や抵抗値などで調整出来る。面倒なので放置状態ですけど…

フロントとテールをひとつのシステムとして作ると、小さなフロントを作る事が出来る。バッテリーと回路はテール側に置く。特にロードバイクなどのスポーツ車ならハンドル周りなどフロントはスッキリさせておきたい

バッテリーや回路を共用する事のメリットはいろいろある。まぁ想像してみて下さい。本当は、セキュリティアラームも統合したかったんだけれど、それを含めてサドル下に収めるのに都合のいいシェルがなかなか見つからなくて…

左画像は、これから作ろうと思うフロントライトのパーツであるが、ホルダーから取り外しが可能にするものとしては、最小クラスになるだろうと思う。バッテリーや回路は、テールランプとしてサドル下に組込むユニットに収めてしまう。
もちろん、ホルダーに直接にLEDを埋め込んでしまう事なども出来るのだが、そこまで小さくする理由も無い

デメリットは、ケーブルをトップチューブ沿いに取り回さなくてはならない事かな。スプラインで取り回す事にする

その気になれば、アウターケーブルをホールドするとても小さな金具などにLEDを直接に取り付けたり、サイクルコンピュータのバンドに直接に取り付けたりする事も出来るかも知れないね。
小さなアタッチメントを作成すれば、取付位置の自由度も大きく出来るだろうと思う。例えば、面実装の高照度LEDをヘッドに貼付けるなんてのも良さそう。

ま、そういうのは今後の課題とでもしておいて、――
否、折角なので、ホルダーのアタッチメント部位をサイクルコンピュータ用のバンド下部に移植する事にする。そうすれば、取り外しも可能ながら、ヘッド周りがよりコンパクトなものになる。これはヘッドライト単体の製作でも行った方法で、既に移植済み



7種の点滅パターンがあり、100均のテールランプやピカピカ棒などのオモチャに使用されているICを流用する。
また、ピカピカ棒の方が新しいモノで、制御は４系統あり、これは前後に振り分けるのに都合がいい。100均のテールランプに使われていたのは、３系統のICで、この場合には、少ない本数で発光する分をフロントとテールで共用するといいと思う(今回の例では１本発光を共用するなど)

新旧どちらも足の数は同じで、３系統に対して５本使っていたのが、４系統で４本に変化した。NCが一本あるのは拡張用だろうか。また、耐圧も上がった様だ(上限の実験などはしていない)。
基盤の材質も良くなった感じで、以前のモノより薄くてやや幅も狭くなった

十分に余裕を持たせてカットした(右画像)。実装時にはもう少し小さくする




フロントとリアで使う系統を分ける。
狙いは、特別に昇圧回路を用意せず、ICの点滅を利用してチャージポンプとする。この事で、ホワイトやブルーLEDでも、２セルを絞り尽くすまで使い切る事が可能になる。ポイントは以下の４点



このICによる1フラッシュはとても短い瞬間的なものなので、ブリーダは必要ない。効率も良いと思う

リアにはブリーダを入れてやっても良かったかも知れない(？)。その辺りは好みの問題だが、ブルーLEDは照度の割りに被視認性は非常に高いので、入れた方がいいかな…



例によってブレッドボードでテストした。最初は昇圧回路を用いてみたのだが、この昇圧回路と中華ICの相性(？)が悪いのか、完全に消灯してくれず、期待するように点滅してくれなかった。元の製品の電圧とほぼ同じ筈なんですけども…

ブレッドボードに原因があるのではないかと考え、なかば組み上げたのだが、テスト同様にうまくいかなかった。
そして、点滅を利用したチャージポンプに急遽変更したので、以下の製作に於いて、ブレッドボードでのテストは行っていない。本来はやっておくべきだけどね…


ボードを組み上げつつ(右画像)、動作チェックしてみる





電池ボックスサイズより少し基盤を大きくとってパーツを載せた


フロントへのケーブルは３本必要で、抜き差し可能なコネクタを取り付けた。Vdd + 2系統のコレクタ












フロントへの出力を無くし、リア単体としても使用可能


フロントのLEDは俵の様に積んでみた。パターンによっては上下の光の移動もあって面白い





フロントにセットしてみた(右画像)





サイクルコンピュータのホルダーの下にアタッチメントを取り付け、そこにフロントをセットする。極めて小さいフロントライトになる


ドーム状のアクリルカバーは、後部をシルバーに塗ってやる事で前方への照度を高める事も考えたが、このままも面白い。
真横への照度は低いが、それなりに被視認性もある





リアをサドル直下にセットしてみた


瞬間的な点灯によって点滅するブルーLEDはとても美しい。画像で伝えられないのが残念…
道路交通法違反という説もある




こうなった


LEDの直射は眼にきつい事もあり、リアには抵抗を入れた。
今迄の様々な回路実験から言える事は、テールランプとしてのブルーLEDには定格電流の半分も流せば十二分な被視認性が確保出来ること。それ以上の照度になると、むしろ直射では眩し過ぎるぐらい(ブルーのIVはたったの10,000mcdですら。ホワイトは25,000mcd)

点滅利用のチャージポンプなので、効率も良いと思う。リアのブリーダによって、フロントへの配分に余裕も作れるし、ランタイムも長くなるだろう。もちろん、フロントにも入れて制御してしまってもいいのだが、無くても問題無い

気に入っている古いフェアリーランプがあるので、それ自体は無改造で、装着品を作る事だけで、LED化する事にした。
それは単二型のバッテリーを二本使うもので、単三型を単二型として使うアダプターを見ていると、その中に昇圧回路や点滅回路を収めてしまえそうに思えたからだ。
LEDは、豆電球のブラケットに組込んでしまう。これも装着品として用意する

単二型電池というのは容量も結構あって一本だけでも明るく長時間駆動できる



点滅の為の発振回路は弛張回路(relaxation oscillator)をディスクリートで組む。
昇圧回路はセルラーチャージャーのものを流用した。
ブリーダは個別に取り付けてやるのが理想だが、スペースの都合もあってフロントに於いては一本でまとめた。テールランプ及びブリーダ，外部出力端子は、装着品では無く、シェルの空きスペースなどに固着させた。ポリシーとズレが生じてますが…。
R4, R5は、並列に引き出してやるのが普通であるが、R4は装着品に内蔵され、R5は外装されるので、イリーガルな接続方法で処理した

mode SWに注目して欲しい。こんな方法でコンスタント点灯をするのはイリーガルな方法です。真似しない方がいいです。と言っても、多分、電力効率が落ちる程度の問題でしょうけれど。これは、普段は点滅主体で、路面を照らしたいという極めて稀な状況の為に作ったものですので…



実験はブレッドボードで行う。


弛張回路に使うトランジスタはストロボ用のものを使ってみた。そこまでする必要は無かったかも知れないけれど、例の1015/1815では明るいものは無理なんじゃないかな。そういうのもブレッドボードで簡単に実験出来ますね

弛張回路に使える電圧はセルの1.2Vとdcdcの4.8Vになる。コンデンサ容量と抵抗の値で、点滅時の照度が変化するので、この辺りもテストし尽くして決めたいところ。フラッシュの照度をあまり上げ過ぎると、高速な点滅が出来なくなったりランタイムが短くなるなどの、ジレンマも楽しめるぞ

満充電したバッテリーだけじゃなくてドロップダウンしたバッテリーでもテストしてみる。余裕があれば






濃い緑色の円柱が単三型を単二型として使えるアダプターで、回路を収めれば、単二型乾電池をバラした金属円盤で蓋をする。
穴が開いているのは、ドライバーを差し込み点滅周期調整の為のボリュームを回す為

左上に見えているのが、豆電球をバラしてLEDを三灯取り付けたもので、外側のLEDがやや内向きになっている事で、クロスパターンで水平方向に光を拡げて照射する

黒色のワイヤは、GNDをバッテリーと共有する為






製作途中の心臓部(右)






紅白二本のワイヤはモード切り替えスイッチまで引き出す為で、途中でコネクターを介して容易に外せるようにした




このページ冒頭と同じです…

左の緑色が回路を収めたアダプターで、穴が開いているのは、ドライバーを差し込んで点滅周期を調整する為。
右側が単二型電池。画像はアルカリ乾電池だけれど、充電池も使えるよ




















ケーブルを引出してテールランプに





異なるのは、２回路3ポジションのSWを使った事ぐらい



シェルは携帯用のモバイル充電源の流用です

サイズは、35 × 77 × 18 mm
重量は、本体25g, アーム15g, 乾電池(単三型一本)25g

シェルはＡＢＳ樹脂製で、そのカバーはビス留めで、電池交換や点滅周期調整の際に取り外す。
アームは肉抜き…とも言えるが(笑)、どこのホールも使えるという訳




一応、裏側も。多くを語らんね…








カバーを取り外した状態。これもまぁ一応…

スイッチは３ポジション

その下に見えているのがボリューム。#1プラスドライバで点滅周期を調整

バッテリーは単三型ニッケル水素充電池。ランタイムは、2,000mAhで、コンスタント点灯では数時間しか保たないが、点滅モードなら0.3秒周期で200〜300時間も保つ。それ以上の長い周期も可能だけれど被視認性の面で問題がある。

電池一本という事を考えればまぁまぁだと思う


ハブ軸ランプって位置が極めて低くなるので被視認性に劣る。そんな訳で、実は使ってないです