＜パート３：LED点灯用電流制御方式の検証とレギュレーター方式の製作＞
Part 3:How to control Current and install Regulative Transistor

パート4：ウィンカー用LEDの一部交換と専用レギュレーター装着
Part 4:Install Another Yellow LED as Turn Signal and Regulative Transistor
パート5：装着方向の変更
Part 5:Change direction of Tail Light
パート6：フロントターンシグナルライトLED化
Part 6:Change Front Turn Signal light
パート７：広角度LEDの採用
Part 7:Install Wide Angle LED
パート8：Luxeon Star LEDのフロントターンシグナルへの採用
Part 8:Install Luxeon Star LED for Front Turn Signal
パート9：Luxeon Star LEDのリアターンシグナル装着
Part 9:Install Luxeon Star LED for Rear Turn Signal
パート10：ターンシグナル用LEDをSousin社製に交換
Part 9:Install Sousin Power LED for Turn Signal
パート11：ニューLEDテールライト装着
Part11:New LED Tail Light

１．抵抗による電流制御　Resister Current Control

LEDを点灯させる方法として、いくつかありますが、製品でも採用され、コストや配線方式が最も簡単な抵抗による電流制御方式です。

製品では個々のLED列の前に抵抗を装着せず大きい抵抗を一ヶ所に装着する方式を取っていますが、安全性を考えると一列単位で入れたほうが良いです。
0.1μFのコンデンサーは無くても可。ダイオードの耐圧は2A程度。
表示の抵抗値は、LEDの規定動作電圧が2.25V/20mAで算出してあります。

This is the circuit to use only Resister.

LEDの規格が3Vの場合には、抵抗値は160Ω⇒250Ω、370Ω⇒430Ω、580Ω⇒610Ωとなります。
抵抗値は、R=((「駆動電圧(13.2～14.2V)」－「LED稼動電圧(3.5V)」)÷0.02(消費電流：20mA))×1.2(突入電流負荷)　で算出されるので、使用するLEDの耐圧・消費電流、直列接続数、駆動電圧に応じて決定すると良いです。
この方式は、実際には製品と同じ抵抗による電流制御であるため、稼動電圧の大幅な変動に対しての追従度と安定性は確保されません。
また大幅な電圧低下時には220Ωの抵抗値が大き過ぎて、LEDが点灯しない場合も考えられます。

This is exactly the same way of Factory's one therefore as Voltage up and down so much, Brightness changed.

２．定電流ダイオードによる電流制御  Current Regulative Diode Control

定電流ダイオードの使用は、抵抗によるものより遥かに安定性が高くなります。

コスト面では確かに抵抗の方が圧倒的に安価ですが、使用される定電流ダイオード68個を、予備を含めて100個単位で購入すれば、一個当り80円程度になり、総額から言えば然程大差はありません。理想的にはLED 2個直列に対して1個の定電流ダイオードを使用したほうが、より安定して明るく点灯できます。そして何よりも抵抗同様に配線が簡単です。

This is the circuit to use Current Regulative Diode.
Get more safety and constant brightness than Resister.
It is better to use 1 Diode for 2 series LED.

３．レギュレータートランジスターによる電流制御  Regulative Transistor Control

コスト面においては定電流ダイオードより安価で済みますが、配線や装着面でやや面倒になるレギュレータートランジスターの使用があります。
何よりも素晴らしいのは、かなり大きく電流や電圧が変動する環境下でも常に安定した定電流を実現し、LEDの点灯照度を安定させることができます。
但し、本体が使用状況(負荷電力)によってはかなり発熱するのでヒートシンク(放熱板)の使用が条件となります。

これが俗に「３端子」と呼ばれる「LM350T」レギュレータートランジスター。
10個単位で購入すれば１個当たり300円程度(ちなみに秋葉原の秋月電子では10個で2200円)。
但し、使用に際しては発熱するのでヒートシンク(放熱板・1個80円位）の使用が条件となります。取付はシリコン剤を塗布して3mmビスで行います。
本品は電圧制御や電流制御など幅広い機能を持っています。今回は電流制御機能を使用します。
使用方法に応じて配線方法が変わります。正面から見て右端子が入力(IN)、中央が出力(OUT)、左がアジャスト(ADJ)。

This is Regulative Transistor "LM350T". It is necessary to use "Heat Sink". This is used as "Current Limiter".
Right terminal is input, center is output and left is adjust.

そしてこちらがその回路図です。

ブレーキ用LED(2.25V/20mA)の直列使用数は3個(6.75V)とし、1個をダミーとして裏側に装着するか、後述のウィンカー用を18個使用とすると1個分場所が余るので、そこに装着し、合計10列、30個(600mA)となります。電流の均等配分を考慮すると、並列接続されるLEDの直列数量は変えないほうが良いでしょう。
アジャスト用抵抗は2Ωを使用しますが、これは発熱するので余裕を見て3Ｗの熱に強いタイプを使用、スモール用にも専用のレギュレーターを使用し、アジャスト抵抗に56Ω（こちらは1/2W）を使用しました。ターンシグナル用(2.5V/20mA)は3個直列で6列として、中央列の9つ並んでいる部分の中央1個を未点灯にするか、前述ブレーキ用LEDをここに装着します。アジャスト抵抗は3.3Ω/3Wを使用しました。また各LED列の前には10Ω(1/4W)の抵抗を使用しています。

This is the circuit to use Regulative Transistor.
Adjust Resister is "2ohms/3W" as "Brake" and "56ohms 1/2W" as Parking, and "3.3ohms/3W" as "Turn". "10ohms 1/4W" resister for each LED lines.

各抵抗値の算出は以下の通りに行います。
①レギュレーターアジャスト用抵抗値
ブレーキ用　：　1.25(V)÷負荷電流合計値(0.02(20mA)×30個)＝2.08Ω　⇒実際には2Ωを使用
ウィンカー用　：　1.25(V)÷負荷電流合計値(0.02(20mA)×18個)＝3.47Ω　⇒実際には3.3Ωを使用
②LED前挿入用抵抗値
(LED列供給電圧(約7V)-LED動作電圧(2.25V×3個直列=6.75))÷0.02(LEDの消費電流20mA)＝12.5Ω　⇒実際には10Ωを使用

<How to calculate Resister>
1. Adjust Resister
Brake LED : 1.25(V)÷Total Current of LED(0.02(20mA)×30pcs.)=2.08Ω　⇒ Use 2Ω
Turn LED : 1.25(V)÷Total Current of LED(0.02(20mA)×18pcs.)=3.47Ω　⇒　Use 3.3Ω
2. Resister in front of LED
(Supply Voltage to LED-LED function Voltage(2.25V×3=6.75V))÷0.02(Current of LED 20mA)=12.5Ω　⇒　Use 10Ω

→現在では新しい高角度型LEDに交換してあります（2003年8月)

４．取付配線について  Installation


 上記いずれの方式を取るにしても、製品の配線関係はほぼ全面的にやり直しとなるため、表裏共に赤線で表示してある部分のプリント基板配線を切除しなければなりません。
また製品の電源用に装着されている抵抗及びダイオードも全て取り外します。
この作業が最も面倒臭く時間のかかるものです。出来れば新しい基板をつくってしまったほうが早くて簡単かもしれません。

It is necessary to cut almost lines on printed circuit board.
直列グループの配置は左図のようにしました。
ただしグループ設定に制約は特に無く、やり易い方法で構いません。
どの電流制御方式による点灯でも、3個以上の直列は稼動電圧不足になるので止めた方が良いでしょう。

＜抵抗及び定電流ダイオードを使用する場合の配線手順＞

①ブレーキ用、ウィンカー用共に可能な限り製品の配線を利用しながら、3個直列接続グループをつくって配線して行きます。

②各グループ最初のLEDのプラス電源接続個所に抵抗又は定電流ダイオード(使用方向有り)を半田付けし、全グループをまとめて入力部のダイオード出力側に半田付けします。

各抵抗又は定電流ダイオードは、それぞれがお互いに直接触れ合って短絡しないように熱収縮チューブを被せておくと良いでしょう。触れない程にはならないものの抵抗は発熱するので、ビニールテープ類の使用は駄目です。
スモール用は入力部分に抵抗が入りますが、バルブ口金から来る配線に装着しても良いでしょう。またダイオード(使用方向有り)は製品基板の外したダイオード取付部分を利用して取り付けることも出来ます。

③各グループ最後のLEDのマイナス接続個所をまとめて製品基板のマイナス入力部分を利用して半田付けします。

④全ての部品の装着と配線が完了したら、DC12Vの電源により個々の列単位で点灯テストを行い、全てがＯＫなら次はダイオード入力部分を使って全点灯テストを行います。点灯しないものがあれば、LEDの装着方向と半田付けの状態及び配線を確認します。
特にスモールについては、供給電圧を11V程度まで下げても消灯しないことと、14V程度まで上げても、その照度が適切であることを確認します。
定電流ダイオードを使用している場合には、12～14V程度の電圧変化があってもLEDの照度が目に見えて変化することは無いはずです。
10分程度の連続点灯を行い、異常発熱やLED破損が無いことを確認します。抵抗類は若干の発熱があるものです。
⑤最後にダイオードの入力に、ブレーキ、スモールランプ用及びウィンカーランプ用のバルブ口金からの配線をそれぞれ該当する部分に接続し、再度バルブ口金を使って点灯テストを行います。基板上にスモール用の抵抗を装着しなかった場合には、本配線の途中に抵抗を挿入接続し、抵抗は熱収縮チューブで絶縁しておきます。
バルブの口金部分への配線は、内部の線が非常に細く、半田付けが乗り難いので、作業中の内部断線や短絡に注意です。熱収縮チューブやアルミテープを使って絶縁と強度保持対策を行うと良いでしょう。

＜レギュレーターを使用する場合の配線手順＞

レギュレーターを使用する場合は、配線作業がやや面倒になります。
①各LEDの3個直列グループをつくっていくのは同じ作業。
②各グループのプラス入力部分に抵抗を半田付けし、それぞれ抵抗には熱収縮チューブを被せて絶縁するのも同じ作業。
③各グループのマイナス入力部分をまとめて製品基板マイナス入力部分に半田付けするのも同じ作業。
この段階で、DC12V電源のプラス側に260Ω程度の抵抗又は定電流ダイオードを接続したもので、各列のLEDが正しく点灯することをチェックします。点灯しないものがあれば、LEDの装着方向と半田付けの状態及び配線を確認します。
④ブレーキ用とターンシグナル用にそれぞれ半田付けされた抵抗の入力側をひとまとめにします(ブレーキ用は5列をまずひとまとめにして、まとめたもの二つをさらに一つにまとめると良いでしょう。ウィンカー用は3列ずつとなります)。
⑤配線による短絡防止のため、レギュレーターの足には絶縁用の熱収縮チューブをつけておきます。レギュレーターにアジャスト用抵抗(ブレーキ、スモール、ウィンカー用それぞれ値が違うので間違えないように注意)を半田付けしてヒートシンクに3mmビスで取り付けます。抵抗(発熱する)にも短絡防止用に熱収縮チューブを被せます。
⑥基板のレギュレーター取付位置に3.2mmφの穴をドリルで開け、そこに3mmのビスでヒートシンクを取り付けます。ヒートシンクと基板上の配線が直接触れる部分には耐熱性の絶縁体(トランジスター用の雲母製のものか、100℃以上の熱にも耐えられるガラスクロステープが良い)を入れます。レギュレーターの中央端子はヒートシンクと導通されるので、絶縁を怠ると破損したり動作しなくなってしまうので注意。
⑦レギュレーターの出力をそれぞれ④でひとまとめにした抵抗の入力部分に配線します。

⑧レギュレーターの入力と製品基板を利用して取り付けた入力部ダイオードの出力側を配線接続します。

⑨バルブの口金からの配線を接続して完了です。

レギュレーター1個でブレーキ用LEDを30個（600mA）稼動させるとかなり発熱するので、ヒートシンク（放熱板）への取り付け(左側下)は絶対条件です。また、ターンシグナル(360mA)用も同じ仕様にしました(左側上)。スモール用は稼動電圧が低いので特に必要はありませんが、安全のために着けました。装着スペースの問題から厚手のアルミ板一枚タイプのヒートシンク(中央下)にしてあります。
ヒートシンクの取り付けに際しては、プリント基板配線等が直接触れないように雲母製のトランジスター用絶縁板又は耐熱性のあるガラスクロステープ等の絶縁体で絶縁します。

To use one regulator for 30 LED, it is necessary to use "Heat Sink" for cooling.

完成後に出力電圧可変直流電源により点灯テストを行い、その際に入力電圧を11Vから15Vまで可変させてみましたが、LEDの明るさは、ブレーキ、スモール、ウィンカー共に全く変化することがありませんでした。
ブレーキライト点灯後、10分程でレギュレーターが熱くなり、ヒートシンクは素手で触っていられない程になりましたが、耐久温度が125℃なので、通常の使用では問題にならないだろうと思います。しかし、一応用心のために、後日ヒートシンク上にアルミ板を装着して放熱面積の拡大を行います。
稼動させるLED数を半分(15個)にして負荷電力を軽減させれば発熱を大幅に低減させることが適うのですが、限られたスペース内にあと二つのヒートシンクを着けたレギュレーターを装着するのは難しそうです。また数値上でも特に過大負荷とはなっていないので、当面はこのまま様子を見てみようと思います。当然のことながら使用するレギュレーター数を増やせば、それぞれの負荷電流が変わるため、全てのアジャスト抵抗値を変更しなければなりません。
スモール用については手で触れられない程熱くなることはありませんが、ブレーキ用が2個となれば、こちらも2個使用とせざるを得ません。
ターンシグナルについては、負荷がブレーキ用に比べ6割であることと、点滅だけで連続点灯されることが無いため、ここまでの発熱には至っていません。

As check function, change voltage from 11 to 14V and no brightness changed.
To turn ON brake LED for 10 minutes, Regulator Transistor become so hot quite hard to touch by hand. However, Max function temperature is 125℃ therefore it will not be problem. Later I will install aluminum plate on heat sink for safety.
As Turn LED, total amount is almost a half and always flashing so that it will not become so hot.
It is the best way to use 2 Regulator as Brake. But it is quite difficult to find enough space to install 2 more with heat sink.
And as use 2 regulator, it is also necessary to change all resisters as adjust.


→現在では新しい高角度型LEDに交換を行っています（2003年8月)

こちらがレギュレーターをブレーキ用に２個ずつ使用する回路図。ターンシグナル用は変わっていません。

3個直列のグループを10列から5列ずつ二つに分け、それぞれにブレーキ用とスモール用のレギュレーターを接続すれば良いです。
レギュレーターのアジャスト抵抗は、それまで使用していた600mA負荷用から半分の300mA負荷用となるので、抵抗値が倍の4Ωとなります。
スモール用の抵抗値も本来なら変わるのですが、やや明るく感じる程度で、そのままでも見た目上の変化は然程大きくはなりません。
唯一の問題は、さらに二つのヒートシンクを着けたレギュレーターを装着する場所の確保です。
スモール用はアルミ板状タイプなので装着場所はどこにでもできるのですが、ブレーキ用はハウジングとの干渉問題もあるので、なかなか難しいところです。現在装着されている部分の反対側には現在電源入力部がありますが、それらを別の場所に移動させて、設置場所を確保する以外に方法論はないかもしれません。

This is the circuit to use 4 regulative Transistors for Brake LED. Adjust Resister become 4 ohms. Resister as Parking, it's OK to use 56 ohms but Parking light become a little bit brighter.

単体の発熱量が半分になったとしても、発熱する物体が一つから二つに増えてしまう分、全体の発熱量に大きな変化は無いでしょうが、万一、レギュレーターが破損して全部のLEDが点灯しなくなってしまう危険性を排除するという観点から、いずれ機会を見て本方式への変更を行っていく予定です。

→現在では新しい高角度型LEDに交換してあります（2003年8月)

＜使用レポートその３＞ Report part 3

１．動作状況  Function

＜ブレーキライト＞　Brake Light

斜め右方向からのビューと斜め左方向からのビュー。
この角度からだとハイマウントに比べて暗く感じるが、もう少し離れると実際はそうでもありません。		 正面のビュー。
至近距離での直視は目が辛い程明るい。

内側にそれぞれ一個だけ下半分部分に点灯しているのは、外側ではダミーとして後向きに装着したLEDを、内側ではターンシグナル用で使用していない部分に装着した結果。どちらの方式を最終的に採用するかは、これからの課題です。

写真で撮影しても全LEDが均等な照度で安定した動作をしていることが分かります。

＜ウィンカー＞　Turn Signal Light

無点灯状態 ウィンカー点灯状態。
以前よりも明るさが増しています		 スモール点灯時のウィンカー点灯状態

ウィンカー用LEDの使用総数が19個から18個となりましたが、機能面や全体の印象に大きな変化は見られません。
以前、カメラによる撮影でLEDの照度に固体差があることが写っていたのですが、今回は安定した電流供給により均等な電圧による稼動が適い、全LEDが同じ照度で写っています。

レギュレーターの効果は絶大で、理論上、入力電圧の変動に対して11Ｖ以下にならない限り35Ｖまでは常に安定した電流でLEDを稼動をさせることが可能となっていますが、まさにその通りでした。レギュレーターを使用したものと抵抗を使用したものを直接比較すると、始動直後の高電圧(14.2V)から通常の電圧(13.2V)、さらには電装機器類の多数使用による電圧低下時(12.6V)まで、明るさが段階的に変化した抵抗による方式に比べ、レギュレーター方式は、常に一貫して設定した照度で安定していました。また他の電装品使用による電圧や電流の変動(例えばエアコンをＯＮにした瞬間や電動ファンが回り始める瞬間等)に対しても点灯照度の変化は瞬間的でさえ全く見られませんでした。
また、エンジン停止中のキーＯＮ時に電圧が12Ｖ以下となる場合でも照度は安定しており、スモールが点灯しなくなってしまう危険性も無くなりました。
本装着は全て製品のオリジナル基板を使用して行っています。新しい基板を使ったほうが早いのですが、汎用の基板を使用すると、LEDの装着位置が微妙にずれてしまうため、装着ができませんでした。

For Regulate Transistor, LED brightness never change by changing voltage from 11 to 35V. No brightness changed when high current spend by Air Conditioner and Electric Fan turned ON.

２．ＬＥＤ化のメリットについて  Merit

ブレーキ＆スモールとターンシグナルを全てLED化することで、どんなメリットが生まれるのかと言えば、まず第一はその寿命です。
バルブは通常一定の使用時間でその寿命を迎えてしまうのですが、LEDはそれに比べ格段に長い寿命を持っています。突然の高電圧高電流さえ回避できれば、おそらく車自体の寿命よりも長いかもしれません。
そして次にあげられるのが、消費電力です。ブレーキ、スモール用に使用されるツインフィラメントバルブは21W/5Wなので、4灯で104W、ターンシグナル用が21Wのシングルフィラメントバルブなので、4灯で84Wとなり、合計で188Wの電力を消費しています。
平均13Vで稼動するとすれば、実に14A余に相当します。それに比べLEDは、ブレーキ＆スモールは共用なので20mA×30×4灯で2.4A、ウィンカー用が20mA×20×4灯で、1.6Aですから、合計でも4A程度にしかなりません。10A分の電流が軽減されると言うことは、夏季等でジェネレーターの発電負荷が増大した際には、バッテリーを含め負担軽減に貢献することになります。
バルブと反射鏡による広範囲への照射という部分では未だ到底適わないのですが、実用面において大きな問題とならないのであれば、LED化はメリットがあると言って良いでしょう。

What's merit to change LED?  First, longer life than bulb. The life of LED will be longer than car.
Second, to decrease total current. To use bulb, total current become over 14A(Japanese Model). By LED, it become only 4A.
Damage to Generator and Battery  will be saved so much especially summer term.
To compare function,  the beam of the bulb using with mirror makes very wider angle than LED, however as it has no problem on the road, LED has more merit than bulb.