25W LED投光器

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製作日時 2013.10
ページ(仮)公開 2013.10.28
更新日 2016.11.6

目的

秋月電子に25WのLEDが売っています。これを点灯させてみたいと思います。カーバッテリーで動くことを目標にします。
最終的には、実用的な投光器としたいところです。

注意: 高電圧を扱うので感電の危険があります

仕様

定格表
今回点灯させるパワーLEDは、Vf=34V、If=1000mAという大物です。勿論、放熱は必須でしょう。
LEDは定電流駆動します。また調光可能としたい所です。色んな所で使えるような投光器とするために、電源は10～25Vとしました。これで自動車の電源やノートPCのACアダプタが利用できます。

最終的に決めた仕様を下にまとめます。

電源電圧：DC10～25V 5.5-2.5mmDCジャック
LED電流：0～800mA
駆動回路：昇圧チョッパ
冷却：強制空冷（LEDの温度によって制御）

回路構成

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回路図では10-30Vとなっていますが、30VだとLEDが勝手に点灯してしまいますｗ

LEDの定電流駆動

LEDの駆動回路は、TL494というPWMコントローラを用いて昇圧チョッパを作っています。
このICは、エラーアンプを2つ持っているので、片方をLEDの電流、もう片方を出力が開放された時の電圧制限用に使いました。
LEDの電流はR24で電圧に変換したのち、オペアンプで増幅してTL494に入力しています。調光は、TL494の2ピンの電圧を0～5Vの範囲で変えることで実現します。
また、プッシュプル出力が可能なので、フェイズシフト式の昇圧チョッパにしました。これは、2つのパワーMOSFETが交互にオン・オフを繰り返します。前からやってみたかったのです。

インダクタは秋月で売っていた90uHのトロイダルコイルを20回程度ほどいたものです。実測15uHとなりました。MOSFETは、昔秋月で安売りされていたPJP75N75を使いました。このMOSFETは、Vds=75V、Id=75A、Rds=10mΩというものですが、同じようなスペックのものであれば何でもいいです。最大出力時には発熱するので、放熱板が必要になります。アルミ板の切れ端で十分です。
D5,D6のショットキーバリアダイオードは、45V、5A以上あれば十分です。

冷却ファンの制御

LEDの温度で冷却ファンのオンオフを制御できる回路も付けました。回路図の下の部分です。
温度計として、シリコンダイオードを用いました。シリコンダイオードには約-5mV/℃の温度係数がありますので、3個を直列にし、 -15mV/℃の温度センサとして、LEDの近くに設置します。
（回路図中JP3の6ピンをアノード、3,4ピンをカソードに繋ぎます。）
ダイオード温度センサ
原理としては、ダイオードの電圧と基準電圧をオペアンプで比較してファンを駆動する、というものです。
ただし、電源電圧が～25Vになってしまってもファン（定格が12V）に過電圧がかからないように簡単な定電圧回路を設けています。そのため、電源電圧が12Vを超えるとQ8は少し発熱することになります。
（発熱量＝(電源電圧－12V)×ファンの電流）。
温度の調整は、VR1で行います。

LEDの放熱とケース加工

このLEDはとても発熱します。しかしLEDは80度以下に保たないと壊れてしまいます。今回は安易にCPUクーラーを用いました。CPUクーラにねじ切りをし、固定しました。放熱用のグリスも塗布しておきます。
LEDの取り付け
（写真ではファンは取り外していますが、実際はファンがないと放熱が間に合いません）