テープLEDを使った室内灯を常点灯化する
アクリライン用常点灯電源も完成したので、いよいよ室内灯の整備を進めていきます。
先ずはシンプルに、テープLEDとブリッジダイオードを使った室内灯を試作してみます。
材料はみなさん使っておられるテープLEDで、Amazon で 300チップ/5m 390円のものです。ほんまに安いですね。まさに室内灯に持って来いです。白色と電球色を買っておきました。
ブリッジダイオードは、薄型の BT16S です。RSオンラインで購入です。
ブリッジダイオードは表面実装用なので、天井裏に貼り付けてもじゃまになりません。両面テープで適当なところに貼り付けます。
配線は、そのへんのビニルコードの心線をほぐして使います。剥きたての心線ははんだも乗りやすくて、柔軟性があって使いやすいです。
テープLEDにはすでに両面テープが貼られていますが、粘着力が弱くてすぐに剥がれてくるので、市販の両面テープを重ね貼りします。
天井への配線は皆さんそれぞれ工夫しておられるようですが、私はビニルコードの心線をそのまま使って、これもまた両面テープで妻板に貼り付けます。銅線は柔らかいので扱いやすいですよ。
床下からの配線は、これもみなさんよく使っておられる、テトラの t0.1燐青銅版から切り出してます。
試作1号車完成。さて、いよいよ火入れ式。
左側が TOMIX 純正の ”室内照明ユニットC(白色)” 、右側が試作1号車です。
良い感じですね。実用上全く問題なしです。
あえて言うのなら写真では判りにくいですが、試作1号車は純正品に比べて若干明る目で、色も青みがかって感じます。逆に純正品はちょっと黄色すぎる感じがあります。明るさは純正品のほうが実車に近い感じがします。
さて、このまま量産でも問題なしですが、もう少しいじってみることにします。
試作1号車は常点灯に見えますが、ただ整流してLEDを灯しているだけなので、厳密に言えば "点滅" なんですね。電源のパルス周波数が10kHzと非常に速いので点灯しているように見えるだけです。ゆーことは列車を走らせてスピードを上げると室内灯も明るくなってしまうんです。TOMIX 純正品はダイオードの後ろにコンデンサーが入ってて、走行時、停車時とも、常に一定の明るさを保ちます。純正品はこのへんがとても良くできています。
そこで次は試作2号車。テープLEDにもコンデンサを追加して、常点灯化を試してみます。
テープLEDに取り付けます。ぶさいくですが、あまり気にしないでください。車両にセットすれば見えません。
結果、確かにスピードが変化しても明るさは変わりませんが、停車時から明るさ全開になってしまって、 1/150 の車両がまるで照明器具のようです。そりゃそうですよね。もともと12Vでイルミネーションする用のテープLEDですから。これは、テープLEDに付いている電流制限用のチップ抵抗を変更する必要があります。
そこで、抵抗値をどれくらいにするか付け替えながら試していたところ、新しい問題が発生です。
試作1号車が乗っている線路に試作2号車を乗せると、試作2号車のLEDが灯いたとたん、試作1号車のLEDが少し明るくなるんです。試作2号車を線路から降ろすと試作1号車のLEDの明るさも元に戻ります。
そこで電源のパルス波形をオシロで観察すると、なんとPWMのデューティー比が変化してるではありませんか。試作1号車が乗っている線路に試作2号車を乗せたとたん、パルス幅が 3μs ほど広がってしまうんです。手元にあった ”MB6S” というブリッジダイオードも試しましたが、結果は同じです。
原因をネットでいろいろ調べてみると、ダイオードには ”逆回復時間” というものがあって、電圧を順方向から逆方向に変化させた時にすぐにOFF状態になれずに逆方向へ電流が流れてしまうタイムラグがあるらしいです。
つまり、PWMがONの時に試作2号車のコンデンサにの蓄えられた電圧が、PWMがOFFになった後にダイオードを逆流して、”逆回復時間” の分だけ余計に試作1号車のLEDを灯していたようです。これは他の車両に影響を与えるので、何とか直さなくてはいけません。M車への影響も可能性ありです。
ちなみに、TOMIX 純正の室内照明ユニットで同様に試しましたが、全く問題はありません。
さらにネットで調べると、”逆回復時間” は一般の整流ダイオードでは μs オーダーですが、高速のパルスを整流するためには、ショットキーバリアダイオードやスイッチングダイオードを使うと、nsオーダーになるようです。
ここはひとまず、この問題を解決することにします。
ネットをいろいろ探しましたが、ショットキーの安価なブリッジダイオードを見つけきれませんでした。そこで2素子入りを2個つなげて使うことにします。
秋月電子さんからショットキーバリアダイオード。表面実装用3本足、シリアル接続タイプのものを購入。
チップ抵抗は決め打ちで 1kΩ。500円は安いけど、2500個はちょっと持て余しますね。せめて 100円/100個 くらいで売ってもらえると経費節約ができるのですが。秋月電子さん、よろしくお願いします。
3本脚のダイオード2個を向かい合わせにはんだ付けします。
うーーん‥‥、なかなかうまいことつかめません。
Nゲージ用電子部品は ”小は大を兼ねる” の精神でやってきましたが、それが仇になってしまいました。
そこでまずは、クラフトテープの端っこに2個並べて、
クラフトテープごとくわえます。完璧です。
写真では見えませんが、ちゃんとはんだが乗っかっています。もう一方の足もはんだ付けしてブリッジの完成です。
テープLEDに繋いでみるとこんな感じ。チップに書かれた文字は糸はんだのヤニに埋もれてしまって、もはや見えません。
ついでに電流制限用のチップ抵抗も、決め打ちの 1kΩ に交換しました。
そうこうしているうちに、ダイオードの足がはんだ付けした銅線にねじられて、ちぎれてしまいました。小は大を兼ねません。ちょっと心が折れ気味です。
しかしここは気を取り直して、もう一度ブリッジを作って、もっと細い銅線を使って配線します。 小信号用の電線から取り出した心線を使いました。これならダイオードの足をへし折る心配はありません。
さっそく点灯試験です。問題なく点灯します。ブリッジはちゃんと機能しています。さて試作1号車の乗っかっている線路に並列につないでみると‥‥、成功です。試作1号車のLEDへの影響はなくなりました。オシロで電源波形を観察してもパルス幅が変化することはありません。
そして、決め打ちで付けた 1kΩ でLEDの明るさは？ 車両に実装してみないとサッパリわかりません。
細い銅線の先に、燐青銅板との接点のために、もともと使っていた太い目の銅線を継ぎ足します。
車両に貼り付けるとこんな感じです。黒い長方形は一応絶縁のためのビニールテープです。
で、明るさは？ 左から、TOMIX 純正、試作2号車、試作１号車、です。
電流制限抵抗 1kΩ でもまだ ”照明器具” 状態です。
いろいろと抵抗をとっかえひっかえ最適な値を探っていくと結局、
4.7kΩ あたりが一番リアルな感じがします。手元に 4.7kΩ がなかったので、1kΩ の5重連で代用です。見事に小は大を兼ねてます。明るさは人それぞれ好みがあると思いますので、いろいろ試して抵抗値を決めてください。
いろいろと苦労しましたが、悟鉄道の室内灯はこの仕様で整備しようと思います。 テープLEDを常点灯化したい方は何かの参考にしてください。
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