ジャムびんLEDランタンをつくってみた

手持ちの部品やジャムびんを利用して、LEDランタンをつくってみました。今回は、その紹介です。

製作したジャムびんLEDランタン

• LED（黄色）4灯
• 電源：ニッケル水素電池（単三）1本
• 過放電防止機能付き
• 1時間で消える　タイマOFF機能付き

回路図

基本的な考え方

電源はニッケル水素電池1本として、電池電圧1.2VをDC/DCコンバータで5Vに昇圧してLEDを灯します。過放電防止機能とタイマOFF機能を実現するために、マイコンを使うことにしました。

回路の動きを順を追ってみていくと、

まず、電源SWをONとして、押しボタンSWを押す（ONとする）と、DC/DCコンバータが起動して、DC/DCコンバータの出力に5Vが供給されます（LEDも点灯）。

この5Vでマイコンを起動させ、マイコンがMOSFETをドライブします。

すると、MOSFETが導通となるので、押しボタンSWが離れても（OFFになっても）DC/DCコンバータは動作を継続し、LEDは点灯し続けます。

ニッケル水素電池の電圧が放電終止電圧に達した場合、または、動作時間が1時間に達した場合に、マイコンがMOSFETのドライブを止めます。

すると、DC/DCコンバータの入力側の電流経路が断たれるので、DC/DCコンバータが動作を停止し、出力側に5Vが供給されなくなるので、LEDが消灯します。

各定数の決め方

LEDと電源制限抵抗

LEDは、手持ちの「OSYL5161A-QR」を使うことにします。黄色LEDの順方向電圧は2V程度、電源（DC/DCコンバータの出力電圧）は5Vなので、LEDを2直列として使用することしました。

消費電力も加味して、LEDに流す電流は10mA程度にするとして、実際にLEDに10mAを流した時の順方向電圧を測ると、それぞれ、

• (a)：2.07V
• (b)：2.07V
• (c)：2.10V
• (d)：2.10V

となったので、(a)と(c)、(b)と(d)のペアで使うことにします。

電流制限抵抗は、

計算結果の83Ωに近い、「82Ω」がE12系列にあるので、この値を採用しました。

関連記事：LEDの電流制限抵抗の値の決め方

MOSFET

MOSFETは、マイコンで直接ドライブできるように、5V駆動の「2SK2232」を使うことにしました。

ゲート抵抗は、使用するマイコン「PIC12F683」のデジタル出力の絶対最大定格が25mAなので、これを超えないように300Ωとしました。

デジタル出力ポートの出力電流（ゲートドライブ電流）値は、ピークで16.67mAとなります。

A/D変換用基準電圧

マイコンの電源電圧が変動しても、回路をOFFとする電圧（ニッケル水素電池の放電終止電圧）が変動しないように、A/D変換用の基準電圧を外部入力することにしました。（12F683には内蔵基準電圧がない）

今回は、定電流ダイオード（CRD）と抵抗による簡易的な定電圧としました。

使用したCRD「E-101」の代表値は0.1mAとなっていますが、個体差によるバラツキは、0.05mA～0.21mAと結構幅広いです。使用したものは、0.18mA程度でした。

抵抗は15kΩとして、基準電圧Vrefは、実測で2.65V程度となりました。

ちなみに、12F683の基準電圧は、2.2V以上ないとダメなようです。（1LSB精度を出すには、2.7V以上が必要っぽい）

今回、A/Dは8bitで使っていて、精度1LSBまでは必要ないということで、まぁ良し。としています。

LPF

ニッケル水素電池電圧を取得する、A/D変換入力には、ローパスフィルタ（LPF）を設けました。

カットオフ周波数は0.796Hzです。遅くて良いので、がっつり効かせています。

点灯状態

写真だと分かりにくいですが、ほんのりと灯ります。

部品表

品名	型番	個数	入手先
電池ケース　単3×1	BH-311-1A	1	秋月
スライドスイッチ		1
タクトスイッチ		1
MOSFET	2SK2232	1	秋月
昇圧5V出力DC/DCボード		1	Amazon
USBコネクタ基板		1	Amazon
抵抗	4.7kΩ	1
抵抗	300Ω	1
抵抗	200kΩ	1
抵抗	10kΩ	1
抵抗	15kΩ	1
抵抗	82Ω	2
積層セラミックコンデンサ	1uF	2	秋月
積層セラミックコンデンサ	0.1uF	1	秋月
定電流ダイオード	E-101	1	秋月
PICマイコン	12F683	1	秋月
LED	OSYL5161A-QR	4
LED光拡散キャップ　５ｍｍ　白	A-48068L-KC-D2	4	秋月
スペーサ	M3　20mm	4
ナット	M3	4
ケース	SW-75	1	秋月
ジャムびん		1

使用した「昇圧5V出力DC/DCボード」はこちら。

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使用した「USBコネクタ基板」はこちらです。

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