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TMS6月(989)号の 室内灯常時点灯化 の記事について

TMS6月号に 常時点灯化の記事が掲載されています。これは記事中で著者も書かれているように、トミックスのNゲージで採用されているLEDと小容量コンデンサーを並列につないだライトユニットとPWM電源を組み合わせた 室内灯常時点灯システムとは違うので、このタイトルはちょっと紛らわしかったと思います。

スーパーキャパシター(電気二重層コンデンサー)が、極性の表示はあるが実質無極性なのはともかく、コンデンサーを2個組合せてあるという記述はよくわかりません。この素子の製造メーカーのひとつであるトーキンのユーザーガイドはここをクリック

記事には回路図が載っていませんが、ちょっと頭を整理するために描いてみました。

20240523

※記事の回路には上図のツェナーダイオードはありません

電気二重層コンデンサーの5V規格品は内部抵抗が大きいので、等価回路としてコンデンサーと抵抗を直列に描いています。なお3V規格品は内部抵抗が小さいので外付けの電流制限抵抗が必要です。

本来の定電圧回路設計なら上図の緑色の4.7Vぐらいのツェナーダイオードを入れてLEDテープと電気二重層コンデンサーにかかる電圧を一定にすべきだと思いますが、それを省略してLEDテープ上の直列に接続されたLEDと抵抗の電圧降下で分圧して機能的に代用しているように思えます。実用的にはこれで大丈夫であれば巧妙な回路設計だと思います。

線路から供給される電圧が低下すると電気二重層コンデンサーに蓄電した電気がLEDに流れる仕掛けのようです。おそらく線路の電気を切っても数分以上室内灯のLEDは光っていると思いますが、これを常時点灯というのは少し誇大広告のような気がします。とはいっても定電圧三端子レギュレーターなどが回路に含まれていないので、ブリッジダイオードに電圧降下の少ないショットキー・バリアダイオードを使えば、かなり低電圧から点灯するのではないかと思います。

自分も実際に作ってみたくなりました。

☆5/27追記

この回路は普通の直流流して制御するための回路だと思いますが、これにパルス制御(PWM)方式の電流流すとどうなるのでしょうか?電気二重層コンデンサーがフル充電?されるまでは、充放電を繰り返すのではないかと思います。電気二重層コンデンサーは内部抵抗が大きいので、発熱しないかと心配になってしまいます。実用上は問題ないにしても素子の劣化が早くなるかもしれません。おそらく杞憂(心配過剰)だとは思いますが、集電不良対策で車両に電気二重層コンデンサーをモーターに並列につないで走らせておられる方でパルス制御で不具合おきたよという方おられなのでしょうか?

解決するに、ブリッジダイオードの出力側に普通の電解コンデンサーつなげば、出力が平滑化されて問題は無くなると思います。

まあこうやってグズグズ言わずに実験回路をくんで、電圧計やオシロで計測すればいいんですけど・・・

 

 

 

 

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Comments

記事内で一番気になったのはブログ主様ご指摘の”スーパーキャパシタは2個のコンデンサーを接続したものなので極性が無く”と言う箇所です。
それと、”5V用のLEDですからブリッジの入力側に200Ωの抵抗器を入れる事でLEDの耐電圧を補助する”と言う箇所です。
一番疑問に思うのは、スーパーキャパシタへの充電回路と放電回路が単一で良いのか?と言う所です。

Posted by: 上田 敬一郎 | May 28, 2024 12:39 PM

上田さま

コメントありがとうございます。この記事の筆者のやろうとしていることは理解できるのですが、文中には不適切な表現が結構あると思います。

>記事内で一番気になったのはブログ主様ご指摘の”スーパーキャパシタは2個のコンデンサーを接続したものなので極性が無く”と言う箇所です。
これは、単極性コンデンサーを2個直列につないで両極性にしたと筆者が思っているなら誤りでしょう。
素子には極性の指定がありますが、メーカーのトーキンのマニュアル読んでみると逆極性に実装した場合でも無保証だが大きな特性の差はないと書かれています。でも一応製品は極性の指定があるのだから、その極性で使うべきだと思います。

>それと、”5V用のLEDですからブリッジの入力側に200Ωの抵抗器を入れる事でLEDの耐電圧を補助する”と言う箇所です。
これも、「直列に抵抗を入れて、5V用のLEDテープを最大12vの走行用電流で使えるようにした」というのが正確な記述でしょう。

>一番疑問に思うのは、スーパーキャパシタへの充電回路と放電回路が単一で良いのか?と言う所です。
これは特に問題ないと私は思います。LEDテープ上のLEDにつながれた抵抗と上記の200Ωの抵抗が直列接続で分圧して、スーパーキャパシターに過大な電圧がかからないようにしているのだと思います。とはいっても抵抗値が適切かどうかは要検討でしょう。
スーパーキャパシターやLEDテープにかかる電圧制限を厳密にするなら私のブログにあるようにツェナーダイオードをいれるべきだと思います。

ブレッドボードにこの室内灯回路を仮組みして電圧や電流波形の測定はしてみたいと思っています。

この記事の回路の優れていると思うところは、定電圧レギュレーターなどの電圧降下をおこす素子を使っていないので、電圧ロスが少なく、スーパーキャパシターに充電中の低電圧からLEDが点灯するのではないかと思っています。

Posted by: ゆうえん・こうじ | May 28, 2024 02:46 PM

別ルートからの情報でも、
”極性のあるコンデンサー2個を逆極性に直列接続すると、以下となる。”
1.無極性となる。
2.容量は単一と同じ。
と言う話を聞いた事があって、私は1.2.どちらも誤りではないかと思っています。
ブリッジダイオードの価格から推察して、ショットキーバリアダイオードでは無いと思えます。
通常のブリッジだと単に0.7Vロスと言われますが、この回路の場合、電圧ロスが意外な効果を発揮しているのかな?とも思えます。

Posted by: 上田 敬一郎 | May 28, 2024 03:24 PM

この室内灯回路についてはまた別途検証記事を書きますので、その時の議論とさせてください。

Posted by: ゆうえん・こうじ | May 28, 2024 03:28 PM

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