Raspberry PIでLED点灯コントロール、Part1 パワーLEDとMOS FET

Raspberry PiでLEDの点灯をコントロールしてみます。
今回は準備段階、パート1、パワーLEDとMOS FETについて記載します。

とりあえずパワーLEDを点灯させる

まず最初にパワーLEDの説明

パワーLED
LEDの親玉みたいなLEDです。普通のLEDの数十倍明るくなります。

簡単な回路を作って実際に光らせてみましょう。



パワーLEDと抵抗をつなげて、電源はUSBから供給しています。

部品リスト
放熱基板付3W白色パワーLED OSW4XME3C1S 200ルーメン 180円
ミニブレッドボード BB-601(白) 130円
ピンヘッダ 1×40 (40P) 40円
セメント抵抗 3オーム(3W) 40円 セメント抵抗 5オーム(5W)でも可
ブレッドボード用ミニBメスUSBコネクタDIP化キット 200円

その他
半田ごて、半田、配線コード(赤・黒)、USBケーブル(タイプAオス- ミニタイプBオス)

セメント抵抗は3オームを使っていますが、5オームでもかまいません。私の場合ミニタイプのUSBケーブルが余っていたので、ミニBメスUSBコネクタを購入しましたが、通常タイプのUSBケーブルやマイクロタイプのUSBケーブルがあまっている場合は、それぞれUSBコネクタDIP化キット(Aメス)ブレッドボード用マイクロBメスUSBコネクタDIP化キットを買ってください。USBケーブルがあまっていない場合は、100円ショップではマイクロタイプのUSBケーブルが売られている場合が多いので、マイクロBメスUSBコネクタを買うのがいいと思います。

パワーLEDの取り付け方
文章で説明してもうまくいかないので、とりあえず写真を見てください。



こんな風に半田でくっつけます。ワイヤを半田ごてで熱しながら半田付けする感じです。



ピンヘッダとワイヤの取り付け方は上記みたいな感じで半田づけします。

LEDの点灯(部屋の電気がついている状態)


相当明るいので直視しないように点灯させましょう。

LEDの点灯(部屋の電気を消している状態)


パワーLEDは通常のLEDと比べてはるかに明るくなります。

手書きの回路図(超雑・・)


こんな感じでパワーLEDの点灯を試してみました。ただし、今回の点灯は実は電流制限がかかっていたことに後で気づきました。それに関しては最後のほうに記載しています。

Raspberry Pi(マイコン)向けのパワーLEDスイッチング回路

パワーLEDは大きな電流を使います。そのためRaspberry Pi(マイコン)でコントロールする場合、スイッチング回路が必要になります。

MOS FETを使ってスイッチング回路を作ります。





SWのところにマイコンのGPIOがきます。

追加部品リスト
NchFET 2SK4017 30円
カーボン抵抗 1kオーム 1/4W × 2つ
ネットだと100本入りで100円で売ってます。カーボン抵抗(炭素皮膜抵抗) 1/4W 1kΩ (100本入) 実店舗だと1本5円くらいで売ってます。

その他
ジャンパワイヤ、またはジャンパコード


MOS FETのVgsの電圧を高くすると、
Vdsの電圧が高くなる。
Vdsの電圧を高くするとLEDがより明るくなる。

というのもVgsの電圧を高くすると電流Idが多く流れるからです。
Vgsに2.5V前後をかけるとIdは500mAくらいになる。
2.0V以下になるとIdはとても少なくなる。

回路図の一番右上の1kオームの抵抗を小さくすると、
Vgsの電圧を上げることができる。

USBに電流制限がかかっていた

パワーLEDを点灯させて、スイッチング回路も動いていて、最後に電圧をチェックしてLEDに流れる電流を計算してみたところ、想像よりも電流が流れていませんでした。

500mAくらい流しているつもりが、
100mAも流れていない感じ。

無理やり大きな電流を流そうとしても、
パワーLED点灯時に供給されているUSBの電圧が下がって流れません。

なんで?なんで?

USBの充電アダプタが悪いんじゃないかと変更してみても結果は同じ。

しばらく悩んだ結果、原因が判明。

ブレッドボード用ミニBメスUSBコネクタDIP化キットに小っこいヒューズが取り付けてあった。



真ん中の上のほうにあるのが、ヒューズ。
流れる電流を100mAに制限する。

500mA流そうとしていたので、
思いっきりヒューズにつかまっていました。

ヒューズをはずしてスズメッキ線でくっつける。
(スズメッキ線=抵抗等の足を少し切ればいい)




これでパワーLEDに500mAを流すことができました。
ただ、500mAを流すとパワーLEDがとても熱くなります。

この状態で長時間点灯させるのは、かなりまずいくらい熱いです。

100mAを流した場合は、ほとんど熱くなりません。
200mAだと、だんだんと熱くなっていきます。
500mAだと、しばらくするとかなり熱になります。

100mAでとても明るい
200mAでとてもとても明るい
500mAでとてもとてもとても明るい

100mAで十分に明るいのですが、念のため200mA流れる設定で使おうと思います。


USBのヒューズを取り外してしまいましたが、
そのうち念のため新しい下記のヒューズを買おうと思います。

リセッタブル・ヒューズ 0.5A

このヒューズを入れれば安全に500mAまで流すことができます。

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    1. […] 参考サイトを参考に部品の調達、配線を行ったのがこちら 全体図がこちら とっても手作り! 参考サイトと違う所は水槽に横幅があるので1WのパワーLED*2にし、USBコネクタについているヒューズは外していません。 […]

    2. […] やっぱ1WパワーLED×2個では暗いのでパワーアップする方法はないかなーと USBコネクタについているヒューズを外してLEDに流す電流を増やせば明るくなるとは思うんですが・・・ […]

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