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新しいLEDをテスト
2009/05/01

LEDを使った実用品の製作に凝りだして暫くになりますが、イマイチ! イマイチ! と思うことが度々あります。 そのイマイチはなにかというと、LEDの発光量です。 私の欲しがるというか常に探しているLEDは広角度タイプで45度よりも半値角の小さい物は如何に大光量であろうとほとんど興味がありません。 その理由は作りたいと思う照明器具は半値角で言えば60度から120度の間の物が候補になるからです。

例えば水平方向360度を斑なく照らしたいと考えたら半値角90度のLEDを立方体の4面に取り付ければ実現します。 これが60度しかない場合には筒の断面が六角形にならないとなりません。 また天井灯のように大きな平面を照射する際にはもっと照射角の大きな物が必要になります。 一例で言うと8畳の部屋の天井(高さを標準的に210cmとします。 部屋の大きさは360cm四方となります。)の中央に設置し部屋全体を半値角の範囲に照らすとしたら、約100度の照射角が必要になります。

   左は新型のNSPWR70CS-K1、右は以前使ったNSPWR70BS
 ところが市販されているLEDはどちらかと言うと狭角の物の方が多
 いようです。 その理由としては店頭で点灯した時に軸上の光量の
 大きい物をより明るいとして判断しやすい傾向があるかもしれませ
 ん。  しかし実際に作ってみると自動車の前照灯ならいざしらず、
 照射角が狭いのは実用性の観点では足かせになることのほうが多
 いように思います。

 そんな中で暫く前に日亜化学工業からNICHIARAIJINというシリー
 ズ名のLEDが発売されました。 NICHIAは社名ですが、RAIJIN
 「雷神」を意味するのでしょうか?

 私は孫のためにLED電気スタンドを製作した時NICHIARAIKOH
 シリーズのNSPWR70BSを使っていますが、その発展型のように
 思われます。

 正式な型番はNSPWR70CS-K1ですが、Vf 3.1V、If 50mA、光度
 20ルーメン、半値角 80度となっています。 因みにNSPWR70BS
 は、Vf 3.4V、If 30mA、光度7ルーメン、半値角105度でした。
半値角が狭くなっているので、軸上の明るさは光量のアップ(約3倍)以上になります。 光度が3倍近くアップして流れる電流は1.7倍に留まっているのは発光効率がまた一段と良くなっているわけです。 Vfの値も3.4Vから3.1Vに下がり多数の直列で使う場合駆動可能本数が増大し、駆動効率が良くなるでしょう。

唯一照射角が80度というのが90度であったならそれこそ私にとって万々歳に近かったのですが、放熱を特別に考えなくて済む大光量のLEDとしてピカ一の物のように思われます。

そこで現在製作途上の「蛍光灯スタンドの改造」「オーブンレンジの照明」に使うLEDの注文に合わせ、テストするためのLEDを10本入手しました。

 テストには先日作った定電流駆動ジ
 グを使いましたが、電流値は50mA
 に変更しないとならないので、最も簡
 単に改造できるLDOレギュレーターを
 使っています。

 この場合1.8Vの基準電圧で50mAが
 流れる抵抗を計算すれば良く、
 1.8V÷0.05mA = 36Ωと求められます
 が、20mA用に付いている90Ω(22Ω
 と68Ωの直列)
に60Ω(27Ωと33Ωの
 直列)
を並列にすることで実現してい
 ます。 (右の写真)

 また駆動本数は8本を直列とし電源
 電圧は30Vです。


テスト結果は1mの距離で測定した明るさは約88ルクスで、同じ本数を使ってテストした
NSPWR70BSが22ルクスでしたから、その4倍の明るさが得られたことになります。 無論前述の
ように照射角は25度も小さくなっていますから、実際の光度は約3倍と差は小さくなります。
明るさが軸上に対して半分になる軸上からの距離は約48cmでした。 端から端まで96cmですから、壁面までの距離とほぼ同じ幅ということになります。

この明るさが半分になる範囲をサービスエリアと考えると、天井に取り付けたときに4畳半の部屋
のほぼ75%位を照らしてくれるわけで、さすが広角度といった感じがします。
その場合天井高を210cmとすると床面の明るさは1/4以上低下し20ルクス程度になるでしょう。
(無論8本でです。)  仮に200ルクスの明るさが床面で必要とすると80本使えば良いわけですが、40本2系列をAC100Vで直接駆動するとしたら、AC消費電流は恐らく125mA程度、つまり消費電力12.5Wということになります。 蛍光灯ですと30-40Wの物でないとならない筈です。

随分省エネの物が出来そうですが、大きな部屋にては照射角を増やす手立てを考えないとならないでしょうから、実際の省エネ度は蛍光灯の1/2から1/2.5位になるのでしょうか? といったようなことをテスト運転しながら考えてしまいました。

尚LDOレギュレーターでの駆動効率ですが、定電圧電源で徐々に電圧を上げて行き50mAに到達した時の電源電圧は25.5Vでした。(LEDには50mAの電流が流れこれより高い電圧を掛けても変らない。) この時に8本のLEDの両端電圧は23.4V。 差し引き2.1Vが定電流回路による損失電圧になっています。  従って駆動効率は91.8%とすばらしい値になっています。  更にLEDの両端電圧が23.4Vということは1本辺り2.93Vと公称値3.1Vを下回りました。 但しNSPWR70BSが公称値3.4Vに対して3.05V辺りでしたから、スペックに対する差異は小さくなっています。 そして仮にこれがVfのばらつきの平均値であるとしたら、AC100Vを直接整流した電源で、43-44本も駆動できる可能性があります。



 左はPC周りのLED照明器具の照度分布テスト写真ですが、こちら
 は3φのLEDを80本使ったものですから総光量が大きいのは当たり
 前として、横方向の明るさが半分になる幅は83cmほどで、ランプ幅
 が20cmありましたからそれを差し引くと63cmです。 それに対し
 96cmですので50%増しとなっております。

 消費電力は左が5.1W。 上は1.5Wで3倍以上の開きがあります。
 軸上で88ルクスあると懐中電灯でしたら十分な明るさの範囲に入
 り、しかも懐中電灯としては超広角に属する物になるでしょう。

 計算の根拠は省きますが、単3型のエネループを4-5本使い9本駆
 動として(1mでほぼ100ルクスになる。)4時間以上連続運転可の
 物が出来そうです。

  早速高い省エネ度のLEDフラッシュライトの構想を練っております。
 詳しくはこちらからご覧ください。




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