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Joule Thiefを作ろう [電子工作]

masatoさんも作った、Make blogのWeekend ProjectネタのJoule Thiefです。
http://jp.makezine.com/blog/2007/11/make_a_joule_thief_weeken.html
※ダイアモンドエースとDEMOQE128との接続を試みたのですが、今のところ失敗しています。作戦を練り直さねば。

こいつは部品点数が少なく、物凄く簡単な工作で作ることが出来、しかしエネルギーについてとても考えさせてくれる良い工作です。
多分今回作成したみたいに電池ボックスに組み込んだりしなければ、30分位で誰でも作ることが出来るので、親子で工作!ネタに最高だと思います。
詳しい作り方はMake blogの日本版のページに日本語のPDFが有りますし、英語だけれどビデオを見ると大体判ります。

最近は電池駆動工作ネタもボツボツ有るので、電池を可能な限り使い切りたい!とは思っているのですが、なかなかそれが難しい。
勿論電子工作ではなく、身の回りの家電製品等でも電池を使う物は多いと思います。たとえばデジカメとかで電池を使った場合、そのデジカメの電源電圧範囲外となった電池は要らない電池扱いとなってしまう訳ですが、別にデジカメにとって範囲外になっただけで、電池自体の持っているポテンシャルは残っているのですから、なんとかしてその残ったポテンシャルを引き出すのがエコと言う物でしょう。

そこでこのJoule Thiefなんですが、トロイダルコアと線材とNPNトランジスタと適当な抵抗、LED、それに電池が有れば出来てしまうし、こんな簡単な回路で残った電池のエネルギーを引き出すことが出来ます。
ちなみにPDFには電池の電圧範囲として0.3V~となっていますが、流石に0.3VではトランジスタをONできないので起動は難しいでしょう。多分1V程度電圧の残った電池が、0.3Vになるまで点灯可能と言う意味ではないのかと思っています。

なんでJoule???
どうもJouleとJewelを引っ掛けている(韻を踏んでいる)らしいですな。
※Jewel Thief(宝石泥棒)

※アルカリ電池でもマンガン電池でも、ニッケル水素二次電池でも点灯しました。
手持ちで1Vを切った電池が無かったので、現在点けっ放しで放電中です。

※ただ、あまり明るくない。発生電圧がLEDのVfで決まっちゃうのですが、Vfが3.4VのLEDは3.4V以上にならないと点灯(電流が流れる)しないのか?と言えば決してそんな事はなく、それよりも低い電圧から点灯してしまうので、この低めの電圧が出力電圧になってしまっているでしょう。


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noritan

> 流石に0.3VではトランジスタをONできないので起動は難しいでしょう。

ブロッキング発振回路というもののようです。起動の条件は、トランジスタがONすることらしいので、トランジスタがONする電圧が必要だと思われます。じゃあ、VGSの小さいFETだったら、もっと低い電圧でも起動するのかな?

googleさんに教えてもらった参考サイト:
http://okmeister.hp.infoseek.co.jp/battery/blocking.htm
ブロッキングオシレーターの仕組み

EDNで見かけた記事:
http://www.ednjapan.com/issue/2007/05/u3eqp3000000pprt.html
EDN Japan | 昇圧回路を利用して電池1個で白色LEDを駆動
by noritan (2008-02-04 10:00) 

hamayan

と言う事で、下限は0.6V~0.8Vまでですね。

使ったトランジスタのコレクタ電流があまり余裕が無いものなので、もう少し強力なトランジスタでチャレンジしてみようかと思います。

効率の点でFETが使えるなら、、、と思いますが、寄生ダイオードが邪魔しそうな。
by hamayan (2008-02-04 10:51) 

masato

「ブロッキングオシレーターの仕組み」のページは私の記事のコメントで Sim さんにも教えていただきました。
複数 LED を直列でも並列でも OK とか、簡単な工作でも奥が深いですよね。
by masato (2008-02-04 12:23) 

hamayan

> 複数 LED を直列でも並列でも OK とか

並列でやっています。結局最もVfの低いLEDが電圧の上昇をクランプしてしまうのでOKかな!と言う事でやっちゃっています。
元々定電圧回路と言う訳でもないですしね。

> 簡単な工作でも奥が深いですよね

深いですね~~~。
by hamayan (2008-02-04 15:29) 

DAI

我が家にも半端電池がごろごろしています。今のところ、直列につないで3端子レギュレーター通してます。
このような電池、捨てるに捨てられないんですよ。
hamayanさんはケースまでエコしてますね。さすが。

make日本語版で「ドーナツ型の磁石」というのが気になります。
by DAI (2008-02-04 20:54) 

Sim

masatoさんのとこから、引っ越してきました。のりたんさんもご紹介のページですが、リンク切れとなっている元ネタにたどり着きました。
http://www.cappels.org/dproj/ledpage/leddrv.htm
電球に組み込んだりしてます。
日本だとLED電球といえばxikitさんみたいです。
http://xikit.com/
負けるな日本の職人さんって感じです。
by Sim (2008-02-04 21:55) 

masato

そうそう、こんな風に豆電球の代わりに仕込んでみたいです。
適当なコア等を探さなくては。
by masato (2008-02-04 22:04) 

hamayan

http://www.cappels.org/dproj/ledpage/leddrv.htm

色々この回路を基本に作例を提示しているところが面白いですね。
by hamayan (2008-02-04 22:38) 

noritan

> 適当なコア等を探さなくては。
釘をコイルに使っちゃうところが、ナイスです。しかも、サビてるし。

> make日本語版で「ドーナツ型の磁石」というのが気になります。
案外、フェライト・コアを探すよりもドーナツ型フェライト磁石を使ったほうがお手軽かも知れませんね。

ブロッキング発振器というと、山水のトランスST-32を使ったブザーなんてのがありました。いまや、トランス自体使わなくなってしまいました。電源トランスならタンゴですか。
ところで、タンゴや山水って、まだありましたっけ?
by noritan (2008-02-04 22:51) 

DAI

> ところで、タンゴや山水って、まだありましたっけ?

山水はだいぶ前から橋本電気が引き継いでますね。山水トランスの名称は今でも使っているようです。というか、山水時代から下請けで作っていたと聞いたような記憶があります。
タンゴ平田電機は、有限会社アイエスオーが引き継いでますね。関係はよく分かりません。元社員と聞いたような・・うわさだけかも知れない。

> 電源トランスならタンゴですか。
山水はオーディオ用の高級品がほとんどでしたので、一般工作の電源トランスにはタンゴがよかったのだと思います。磁気シールドなんて要らないでしょ。(例外的にSTシリーズを橋本電機に作らせてたのかな。あくまで想像です。)
by DAI (2008-02-04 23:47) 

Sim

「0.3Vから動作可能なチャージポンプIC」という記事がEDNに載っていました。
http://www.ednjapan.com/content/l_news/2005/05/10_01.html
すごいぞセイコー
by Sim (2008-02-05 05:27) 

hamayan

↑凄いぞ!、元祖低消費電力、低電圧動作のセイコーらしい製品だ。
太陽電池1セルでも余裕です。

先生!、2Vまで昇圧できるので、HCS08が動作可能です。
by hamayan (2008-02-05 07:56) 

Sim

S-882Zという型番だそうです
http://www.sii-ic.com/jp/product1.jsp?subcatID=26&productID=1784
技術情報にも説明がありました
http://www.sii.co.jp/info/soi1.html
by Sim (2008-02-05 08:14) 

noritan

S-882Zは、U.S. digi-keyに並んでいます。
一個、$1.073。ただし、最小発注単位は3000個。
日本のdigi-keyには、ありません。

最近、digi-keyで32768Hz表面実装水晶振動子を購入しようとしたのですが、SIIの製品は禁輸品扱いで入手できません。Citizen製品は大丈夫でした。日本の代理店の影響力が強いのかな?
by noritan (2008-02-05 08:32) 

hamayan

S-882は三共社のオンラインでも取り扱いが無いですね。
水晶振動子はここから購入できます。
http://www.sankyosha.co.jp/shop/index.html
by hamayan (2008-02-05 09:02) 

noritan

私が購入しようとしていたのは、これなんです。
http://speed.sii.co.jp/pub/compo/quartz/product_DetailJ.jsp?recordID=1298

ガル・ウィングほどではないにしろ、足が出ているで扱いやすいだろうと思ったのですが、"728-1005-1-ND"は、すでに日本向けdigi-keyの部品リストからも消えてしまっています。同じランドパターンのCitizen"300-8305-1-ND"は、購入できます。

エプソン製品だと、MC-306が同等品になるのかな?
by noritan (2008-02-05 09:44) 

Sim

トラ技の3月号を買ってきたのですが、タイムリーというか0.3Vから動作する昇圧型コンバータの記事が載っていました。TIのTPS61200です。3x3mmってちっちゃすぎです。このQFNというパッケージは手ハンダは無理なんでしょうか?裏返せばできる?
http://focus.tij.co.jp/jp/docs/prod/folders/print/tps61200.html
by Sim (2008-02-09 21:25) 

nori@じじい

>このQFNというパッケージは手ハンダは無理なんでしょうか?
見える所に端子が有る様なので、なんとか成ると思います。
直に電線を付けるより、1度0.5ミリピッチの基板で中継した方が楽だと思います。
by nori@じじい (2008-02-09 22:35) 

hamayan

↑ただ、足に配線できたとしても、TI得意のEXPOSED THERMAL PADを使って熱を逃がさねばならないので、単に接続できた!では無理が有ると思います。

推奨パターンを引いた基板を作成して、リフローかな。
by hamayan (2008-02-10 00:01) 

Sim

noriさん、hamayanさんありがとうございます。そういうものなんですね。素人にはどんどん手が出ない世界になっているようで、ちょっぴり悲しかったです。

ところで遅ればせながら私も光らせてみました。
http://blog.goo.ne.jp/sim00/e/53f7f496edd0a83eba042ef54750038c
by Sim (2008-02-10 14:23) 

noritan

電池ボックスにリーマーで5mmの穴を開けました。
白色LED、どこにしまっちゃったかなあ。
by noritan (2008-02-10 18:03) 

noritan

作っちゃいました。
by noritan (2008-02-11 00:28) 

nori@じじい

>熱を逃がさねばならないので、単に接続できた!では無理が有ると思い
>ます。
いつも、行き当たりばったりその場主義でやってるのでそこまで考えてませんでした。

私も光らせてみました。
似たようなコアが無かったので糸巻き形のコアを使ったら40回位巻かないと駄目でした。
ついでに整流して3Vのレギュレータを付けてPIC10F222で3色チップLEDを光らせてます。
0.6V位までは動いてます。
その辺に有った物を適当につないで作ったので、再現性は無し。
新品の単3アルカリ電池で40時間連続動作しました。
by nori@じじい (2008-02-11 20:03) 

k_t

ChaNさんのところ(ELM) に結構前からあったんですねぇ。
知りませんでした。
http://elm-chan.org/works/led1/report.html
by k_t (2008-02-13 18:06) 

Sim

エレキジャックNo.3にも載っていました。結構定番なんですね。
by Sim (2008-02-14 10:22) 

hamayan

ChanNさんの所は随分前に観て、へえ~~って!。
エレキジャックは知らなかった。
Makeの最初は英語で喋っているんで、「なにやってんだ、こいつ等は!」。

結局一番の刺激だったのはmasatoさんの所。しかも電池ボックス再利用に引かれた。
by hamayan (2008-02-14 11:56) 

hamayan

でも面白いよ!これ。プログラミングで気分が乗らない時の工作にぴったり。

最近は使えなくなった電池を見ると、取り敢えずコイルを巻きたくなる。
LEDも大人買いしようっと。
by hamayan (2008-02-14 11:59) 

Sim

よそで紹介されているのは、ほとんど整流ありなので、こっちの方が部品少なくていいです。秋月の白色LED点灯キットも555のパルスをコイルで昇圧して整流しないままLEDに食べさせてます。

ところで、つけっぱなしにしてLEDが消えるくらい電池が消耗しても、放置しておくと電池が回復してまた点くようになりました。マンガン電池なんですが、回復したりするんですね。
by Sim (2008-02-15 22:50) 

hamayan

> 放置しておくと電池が回復してまた点くようになりました

そうそう、家も常夜灯みたいにして夜点けっ放しで、朝起きてみると瀕死になっており、ああこれでこの電池はおわた、、、と思ってその夜点けてみるとまた復活していたり。
電池って不思議。
by hamayan (2008-02-15 23:34) 

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