智恵の楽しい実験

2016年3月18日金曜日

ダイソーの「ソーラーガーデンライト」を改造～7色に光るLEDを点灯＆相互誘導でLEDを点灯～

今ではすっかりお馴染みの、100円ショップのソーラーガーデンライト。

庭に立てておくと、昼間にソーラーから二次電池に充電し

夜にLEDが点灯します。

光センサーなどで照度を感知して
暗くなるとLEDが点灯するの？って思いきや

ソーラー電池から基板に流れる電流で制御しているようです。

また中を開けると、1.2Vのニッケル水素電池が1個だけ。

これでLEDを点灯させています。

（LEDは順方向電圧の最も低い赤色でも1.7V以上の電圧が必要です。）

制御用のIC１つで、
①ソーラーからの入力電流の強弱でLEDをオンオフさせる。
②暗ければ1.2VでLEDを高速点滅させる。（発振回路）

商品によって、使われている基板が異なっていたり、

付属の二次電池の形が違ったりしますが、

基本的な仕組みは同様のようです。

今回使用したのは

ダイソーのこの「ソーラーガーデンライト」です。

中には単4のニッケル水素電池(1.2V 200mAh)が入っています。

ちなみにダイソーで1個100円の単4のニッケル水素電池(ReVOLTES)は

1.2V 750mAhなので、容量は少ないです。

制御用のICはYX805が使用されています。

YX805のデータシートはこちらです。

http://www.datasheetq.com/view.jsp?pn=YX805&fac=ETC&lang=ja

改造前の製品はこのように接続されています。

＜改造その1＞

7色に変化するLEDを光らせる。

この基板でLEDを点灯させた場合、

LEDの端子電圧は下のようにオンオフを高速で繰り返しています。
製品についてる白色LEDを7色に変化するイルミネーションに取り換えても
常に最初の1色 (赤色) しか光りません。

ではどうすれば、7色に光るLEDを点灯させることが出来るか？は

データーシートの右下に書いてあります。

その通りにやってみました。

整流用のダイオードは順方向降下電圧の低い

ショットキーバリアダイオードを使用しました。

(整流用ダイオード1N4007でも光りますが、光り方が弱いです。）

私の手持ちのダイオードでは、
ショットキーバリア ≒ ゲルマニウム＞高速スイッチング＞1N4007
の順でいい感じでした。見た目だけの感じですが・・・)

コンデンサ10μFはセラミックコンデンサを使用しました。

コンデンサがなくても、7色に変化しますが電圧は変動しています。

(下の波形図を見て下さい。)

①

基板からLEDを切り離し、ミノムシクリップを繋ぎます。

②

その他はブレッドボードで組み立てました。

コンデンサありの場合のLEDの端子電圧です。

発光色によって電圧が変化します。

コンデンサなしの場合のLEDの端子電圧です。

発光色によって最大値、最小値、周波数が変化します。

コンデンサあり、なしともに同じように光っているように見えますが

波形は全然違いますね。

＜改造その2＞

暗くならなくてもスイッチオンで光らせる。

ソーラーガーデンライトの良さは

暗くなると自然に光りはじめる点かも知れませんが、

あえて、明るくてもスイッチオンで点灯できるようにしてみます。

YX805の「１」のピンで入力電流を検知しているので、

「１」からソーラーを外して、充電池に並列に接続します。
充電池からの逆電流防止のため
ショットキーバリアダイオードを直列に入れておきます。

①
ソーラー(白)、充電池(赤)ともに正極側のコードを切断
ソーラー側(白)にショットキーバリアダイオードのアノードを直列に接続

②

・基板側(赤)をスイッチへ、基板側（白）は何もしない。

・充電池側(赤)とダイオード(カソード)を繋いでスイッチへ。

③

LED、コンデンサ、ダイオードは＜改造その1＞と同じです。

＜改造その3＞

相互誘導でLEDを光らせる。

この基板は高周波発振(周波数約270kHz ）なので、

相互誘導でLEDを点灯出来ないかと思い、やってみました。

一次コイルは0.2mmφのポリウレタン銅線を20回

単１乾電池に巻き、抵抗100Ωを直列に接続しています。
抵抗がない方が明るく光るかも知れませんが、ないとインダクタが少し熱くなります。

二次コイルは0.1mmφのポリウレタン銅線を150～200回

単1乾電池に巻き、赤色と緑色のLEDを逆向きの並列接続にしています。

(緑色LEDは順方向電圧2.9～3.6V 45000mcdを使用しました)

一次側コイルの端子電圧です。

二次側コイルの端子電圧です。

これ以外の実験や工作も掲載していますので、

こちらも見てみて下さい。

http://www.eneene.com/

2016年3月15日火曜日

手回し直流発電機と充電カー

直流モーターを発電機として使用し

発電した電気を電気二重層コンデンサに充電してから車を走らせる実験です。

発電機は市販のギアボックスを使用し、

モーターシャフトを速く回転させることで出力電圧が高くなります。

充電用に使用した電気二重層コンデンサは

二次電池に比べ充放電を短時間で行えるので

約3～5分間充電させると、約2分間車を走らせることが出来ます。

まず、手回し直流発電機を作ります。

①

エコモーターギアボックス(TAMIYA 楽しい工作シリーズ№203)

ギア比 38.2：1 で組み立てます。

直流モーターに電池を接続すると、モーター軸が回転しますが、

逆にモーター軸を回転させると、発電することを利用するものです。

このギアボックスにはソーラーモーターがついています。

普通の小型モーターがついたギアボックスをギア比38.2：1 程度で組むと

発生電圧が低く、充電できません。

ギア比を上げると、発生電圧は高くなりますが

ギアが壊れやすいので要注意です。

②

付属のクランクプレートを使って、手回しハンドルを作ります。

木製アイス棒を7～8cmに切断し

ドリル刃3mmを使って3ケ所に穴を開けます。

③

アイス棒をクランクプレートにネジで固定し、

ハンドルとしてM3×40～50mm程度のネジを取り付けます。

回しやすいように、ネジには4mmφのストローを通しておきます。

ネジの端の方をワッシャーとナットでアイス棒を挟むようにしっかり固定します。

④

これをギアボックスのシャフトに差し込みます。

下の写真のように差し込んだ場合は、

手回しハンドルを時計回りに回転させると充電できます。

反対側のシャフトに差し込んだ場合は

反時計回りに回転させると充電できます。

⑤

このままでは回しにくいので、持ち手を取りつけます。

内径28mmの筒状のものならOKです。

下の写真のような、ものが使用できます。

(ロッテ BLACK BLACK タブレット、グリコフレンドチョコ)

⑥

筒状のお菓子ケースの底にハンダこてなどで穴を開け

ミノムシクリップ付きのリード線(30～50cm程度)を通します。

⑦

モーターから出ているリード線と⑥のリード線をハンダ付けして

ハンダ箇所はビニールテープで絶縁しておきます。

⑧

ギアボックスを筒状のお菓子ケースに差し込んで接着剤で固定します。

充電用の回路を組み立てます。

回路図は下の図の通りです。

⑨
幅47mmのユニバーサル基板を長さ30mm程度に切り
ドリル刃3mmを使って4隅に穴を開けます。

⑩

上の回路図のように回路を組み立てます。

⑪
入力用の端子は、抵抗やダイオードなどの切断した足を使用し
＋、－と書いておくと、充電するときにわかりやすいです。

自動車を作ります。

⑫
プーリーは直径3.8cmの厚紙2枚に、直径3.5cmのダンボールを挟んで作ります。
中心を竹串に刺して

⑬
木工用ボンドでしっかり固めます。
（隙間に輪ゴムが入らないように）

⑭
モーターはソーラーモーター 03(TAMIYA ソーラー工作シリーズ No.11)を使用します。
（0.5V程度の低い電圧でも作動するので、コンデンサ電圧が下がってもかなり回り続けます。）

ピニオンギアが付属されているので
輪ゴム外れ防止用に、モーター軸に取り付けておきます。
モーターを固定するために
3.5cm角のダンボールに直径2.5cmの穴を開けたもの3枚を貼り合わせます。