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特殊工作:植物育成用LEDライト(仮)

以前マンションに住んでいたときに、庭もなく日当たりもイマイチな窓辺でプランターの野菜を育てていたときに思いついてパーツも買い集めながらも結局なんやかんやでやらずじまいでいた工作ですが、やっと形になりました。

試作機仕様:
・660nmの赤色LED25個と470nmの青色LED5個、それぞれ30mAを2500Hz(400μs)のデューティ比50%のパルス点灯
・電源は5V

回路と主なパーツ:
植物LEDドライブ回路図

・MCU:PIC12F1822
・NMOS-FET:2SK4017, SI2302
・インダクタ 47μH 1.2A
・赤色LED:SLP-836A-37(三洋) 660nm 990mcd typ.
・青色LED:E1L53-3B0A6-02(豊田合成) 470nm 1800mcd min.

PIC12F1822のECCP1出力で2SK4017をスイッチングしてインダクタで昇圧、整流平滑して電源電圧5Vから約9Vを得ています。
PWM周波数を可聴周波数より上に(31.25kHz)するのと、PWMの分解能も高めに取りたかったので、内蔵クロック8MHzを4xPLLで32MHzで駆動しています。
電圧のフィードバックにはスイッチングノイズが載るので手持ちの1000pFの積層セラミックを入れていますが、本当はスイッチング周波数とサンプル回数と電圧に合わせて容量を選ぶべきかと思います。
A/D変換で拾ってくる数値はノイズによる変動があるため、今回は10回連続で値を拾ってからその平均値を使ってフィードバックに使っています。
インダクタは飽和電流1.2Aと小さめのものですが今回は最大で0.3A程度の出力であり、ピークもそれほど高くないので大丈夫のようです。
LEDのパルス点灯のためにはタイマー割り込みを使って400μsごとにSI2302をスイッチングしています。
短絡事故へのセフティは単純なもので、DC-DCの出力電圧が約5V以下になったらPWMを止めて出力FETをオフにし、ボード上のLEDを点滅させ続けるエラーモードに入ります。一度電源を切って再起動すると回復します。
ショートではない程度の過負荷や、入力の5V側の過電圧などのセフティはありません。

植物LEDドライブ基板
これは出力がショートしてエラーモードに入りLEDが点滅している状態です。

植物LEDドライブ基板裏側
相変わらず配線とハンダ付けが汚いです。フィードバック電圧の引き回しもよくありませんね。エラー表示用のLEDは後から思いついてつけたものだし。

LED基板はaitendoの白色LEDつきの基板セット:LEDランプキット(white/12V) [K30LED-W12V]が激安だったのでこれを流用しました。
植物LED点灯
元は(白色LED3個直列:Vf=9.5V)×10並列で各列の制限抵抗は200Ω、電源は12Vを想定したものですが、これを
 ・奇数桁:(赤色LED3個直列:Vf=6V)、制限抵抗100Ω
 ・偶数桁:(赤色LED2個+青色LED1個直列:Vf=7.5V)、制限抵抗51Ω
の構成にし、電源が9Vのときに各列ごとに約30mAが流れる設定です。個体差や温度係数は考慮していませんが、実測ではだいたい想定どおりの電流でした。
電流制限抵抗の誤差とLEDのVfの個体差で電流値は数%程度はばらつきますが、スペック上限近い電流のため、見た目にわかるような輝度の違いはありません。
最終的にはマージンをとって8.5V、25mA程度で駆動することにしました。
電源にUSB充電器からの5Vを使った場合の電流は約290mAで、PWMのデューティ比は26%でした。

※余談ですが、元のLEDランプキットについてくる白色LEDの輝度やVfにはばらつきが多めで、多数直列や並列で使う場合は気をつけたほうがいいかもです。

植物LED裏側光漏れ
そのままだと基板の裏側にも光漏れがあるのでこれは改善の余地があります。また、触れないほどではないですがほんのりと発熱があるので運用時は放熱対策も考えた方がいいのかもしれません。
次のバージョンを作ることがあれば。

[ソースコード]
初期設定やAD変換などの定型部分はいつもながら、きむ茶工房ガレージハウスPICの動かせ方入門を参考に、一部の記述を拝借させていただいています。感謝します。
なお、このソースコード並びに製作記事を参考にされたことによる全ての事象について、私は一切の責任は負いません。[At Own Your Risk]

ソースコードの表示にはGitHub:Gistを利用しています。
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テーマ : 電子工作
ジャンル : 趣味・実用

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